高圧放電灯、画像投影装置
【課題】 点灯スペクトル測定を行い、タングステン量の上限を規定して早期黒化の発生を防止しつつ、長寿命の高圧放電灯の実現を図る。
【解決手段】 石英ガラス製のバルブ１１内に一対の対向するタングステン電極１３１，１３２を配置するともとに、水銀、ハロゲンそれにＡｒガスを封入した。回折格子式の分光器を用いて分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定を行い、前記水銀（Ｈｇ）に対するタングステン（Ｗ）のピーク高さの比が、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５を満たす条件に設定したことを測定範囲３００ｎｍ〜４５０ｎｍ、分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定での水銀に対するタングステンのピーク高さの比を、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５の関係を満たす条件に設定した。これにより、早期黒化をなくし寿命信頼性の高い高圧水銀ランプが実現可能となる。
【解決手段】 石英ガラス製のバルブ１１内に一対の対向するタングステン電極１３１，１３２を配置するともとに、水銀、ハロゲンそれにＡｒガスを封入した。回折格子式の分光器を用いて分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定を行い、前記水銀（Ｈｇ）に対するタングステン（Ｗ）のピーク高さの比が、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５を満たす条件に設定したことを測定範囲３００ｎｍ〜４５０ｎｍ、分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定での水銀に対するタングステンのピーク高さの比を、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５の関係を満たす条件に設定した。これにより、早期黒化をなくし寿命信頼性の高い高圧水銀ランプが実現可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高効率、高出力、高集光効率で、かつコンパクトな設計が要求される、例えば液晶プロジェクタのような画像投影装置に用いる高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投光照明および画像表示装置などの光源として、高圧放電ランプが多く採用されている。また、この高圧放電ランプの中にあっても、特に点光源に近く、配光制御が容易なショートアークタイプである例えばキセノンランプ・メタルハライドランプ等は、液晶プロジェクタ用、民生用のリアプロジェクションＴＶの光源として、多用されつつある。また、リアプロジェクションＴＶ用の光源としては、寿命８０００ｈ以上の長寿命タイプが求められている。
【０００３】
従来の高圧放電ランプは、グロー電圧２０Ｖで２．５ｍＡの電流を供給してグロー放電させたときの、ＯＨ基と水銀（Ｈｇ）のスペクトルのピーク比を規定することで高い照度維持率を得ている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−７５２６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、高い照度維持率が得られるものの、製造のばらつき等により通常よりも、タングステン電極からタングステンが飛散する量の多いものやハロゲンサイクルが上手に循環しないランプが作られてしまう。これによりランプの早期黒化が発生してしまい、電極劣化によるランプ電圧の上昇やバルブの膨れによる早期不点につながる、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、放電ランプの点灯スペクトルを測定することによって、タングステン量等を規制しランプの早期黒化の発生を防止して高い照度維持率を保持しつつランプ寿命の向上を図る高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明は、石英ガラス製バルブに形成された放電空間内に水銀、希ガス、ハロゲンを封入するとともに、一対のタングステン電極を対向配置し、該電極に電力を供給して高圧点灯させる高圧水銀灯にあって、回折格子式の分光器を用いて分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定を行い、前記水銀（Ｈｇ）に対するタングステン（Ｗ）のピーク高さの比が、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５を満たす条件に設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、点灯スペクトル測定に基づき、金属不純物を検出できることから、タングステン量の上限を規定することで、早期黒化の発生を防止して高い照度維持率を保持しつつランプ寿命の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、この発明の高圧放電灯の一実施例について説明するための側面図である。図１において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の発光管部１２とその長手方向の両端部に発光管部１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管部１２には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばタングステン材で形成される電極１５１，１５２が１．３ｍｍの間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．４ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。放電空間１４には、例えば水銀（Ｈｇ）とアルゴン（Ａｒ）ガスとハロゲンを含む放電媒体が封入されている。
【００１０】
封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１７１，１７２が封着されている。この金属箔１７１，１７２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端はモリブデン製のワイヤ１８１，１８２に一端がそれぞれ接続される。
【００１１】
ワイヤ１８１の他端は、１５μｍ程度のニッケル線にプラチナを被覆してφ０．４ｍｍ程度とした導入線を介して、ワイヤ１８２の他端は、楕円反射鏡と封止部１３１付近を、例えばアルミナ接着剤で固定した口金を介してそれぞれランプ外の点灯装置１９からの電力供給を受けている。
【００１２】
２０は始動補助導線であり、始動パルス電圧と予熱時の直流点灯が同じ極性を持ち、同極性の陽極側の電極１５２に接続している。始動補助導線２０は、バルブ１１の外周の曲線に沿う格好で、電極１５１，１５２の中間付近まで延出させる。始動補助導線５１は、始動時に電極１５１，１５２との間のグロー放電が発生しやすいように補助するためのもので、始動補助導線２０と電極１５１や１５２との間で放電を行い、グロー放電の補助を行うものである。
【００１３】
図１に構成された高圧放電灯は、例えばランプ電力１００Ｗ、ランプ電圧７５Ｖ、ランプ電流１．３Ａで点灯される。
図１で構成される高圧放電灯のライフテストを行う前に図２に示す回析格子式の分光器による測定装置を用いてスペクトルと照度維持率について測定を行う。
【００１４】
図２において、２１は内部に高圧放電灯２２を収容する点灯ボックスである。点灯ボックス２１には、高圧放電灯２２のグロー放電を分光する分光器２３が接続されている。分光器２３にはモノクロメータオートスキャナ２４が接続されている。分光器２３にはさらにモノクロメータオートスキャナ２４を介して分光器２３から取り出された任意の波長の光を受光するフォトマル２５で受光した光を電気量に変換して各波長のスペクトル量を検出するフォトメータ２６およびフォトメータ２６で検出されたスペクトル量を記録するレコーダ２７が接続されている。
【００１５】
点灯スペクトル測定の設定条件は、スリット幅を入射、出射ともに０．０１ｍｍ、スリット長さを入射、出射ともに２．０ｍｍにセットし、測定範囲３００〜４５０ｎｍで行った。このような設定の結果、測定の波長分解能は０．１ｎｍとなっている。また、点灯させ５分後に測定したピーク高さの測定は図３のように定義している。
【００１６】
その後ライフ試験を行い、３００ｈまでの黒化発生率と、スペクトル測定における各不純物ピークを照らし合わせた結果、タングステンとの相関が強いことがわかった。そこで、試験時間３００ｈにおける早期黒化の発生率と、上記条件での点灯スペクトル測定におけるタングステン（４００．９ｎｍ）と水銀（３５４．３ｎｍ）のピーク高さの比Ｗ／Ｈｇの関係を調べたところ、図４に示すグラフのような結果を得た。
【００１７】
ライフ試験時間３００ｈにおける早期黒化発生率が５％以下ではＷ／Ｈｇ≦０．１５となり、早期黒化発生率が１０％を越えるとＷ／Ｈｇは大幅に上昇することがわかった。このような関係がある理由は定かではないが、黒化に至るようなランプは初期段階からタングステンの飛散が多いためであると考えられる。従って、Ｗ／Ｈｇを０．１５以下にすれば早期黒化が発生しないことが判明した。
【００１８】
以上のように、回折格子方式による分光器を用いたスリット幅０．１ｍｍ、スリット長さ２．０ｍｍ、測定範囲３００〜４５０ｎｍ、分解能０．１ｎｍの条件で行った点灯スペクトル測定における、水銀に対するタングステンのピーク高さ比の上限をＷ／Ｈｇ≦０．１５としたことにより、早期黒化のなく寿命信頼性の高い高圧水銀ランプを実現できた。
【００１９】
図５は、図１に構成の高圧放電灯が液晶プロジェクタに搭載された場合の、この発明の画像撮影装置について説明するための説明図である。
図５において、５１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ５１は本体５２を有し、本体５２の前面側には投影開口５３が形成される。また、本体５２内には光源５４が配設され、この光源５４は高圧放電灯５５と高圧放電灯５５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ５６にて形成される。そして、光源５４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル５７が配設され、この液晶パネル５７の前方の投影開口５３に対応して投影手段としての投影レンズ５８が配設されている。投影開口５３の前方には、スクリーン５９が配設される。
【００２０】
さらに、高圧放電灯５５には点灯回路６０が接続され液晶パネル５７には液晶駆動回路６１が接続され、点灯回路６０および液晶駆動回路６１は商用交流電源６２が接続される。点灯回路６０は高圧放電灯５５を直流で点灯するもであっても、交流で点灯するものであっても構わない。
【００２１】
上記した構成の画像撮影装置は、まず、点灯回路６０で光源５４の高圧放電灯５５を点灯させる。高圧放電灯５５からの光は、直接あるいはリフレクタ５６で反射されて液晶パネル５７方向に照射される。液晶パネル５７は、液晶駆動回路６１で表示が変化して、光源５４からの光を透過して投影レンズ５８で投影させてスクリーン５９に映像を映し出す。
【００２２】
このように、この発明の画像撮影装置は、この発明の高圧放電灯を光源のランプとしたことにより、ランプの信頼性が向上し、延いては液晶撮影装置全体の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施例について説明するための構成図。
【図２】回析格子式の分光器による点灯スペクトル測定について説明するための説明図。
【図３】水銀とタングステンの点灯スペクトルのピークについて説明するための説明図。
【図４】この発明の効果について説明するための説明図。
【図５】この発明の画像撮影装置に関する一実施例について説明するためのシステム構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１１ バルブ
１２ 発光管部
１３１，１３２ 封止部
１４ 放電空間
１５１，１５２ 電極
１６１，１６２ タングステンコイル
１７１，１７２ 金属箔
１８１，１８２ ワイヤ
１９ 点灯装置
５１ 液晶プロジェクタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高効率、高出力、高集光効率で、かつコンパクトな設計が要求される、例えば液晶プロジェクタのような画像投影装置に用いる高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投光照明および画像表示装置などの光源として、高圧放電ランプが多く採用されている。また、この高圧放電ランプの中にあっても、特に点光源に近く、配光制御が容易なショートアークタイプである例えばキセノンランプ・メタルハライドランプ等は、液晶プロジェクタ用、民生用のリアプロジェクションＴＶの光源として、多用されつつある。また、リアプロジェクションＴＶ用の光源としては、寿命８０００ｈ以上の長寿命タイプが求められている。
【０００３】
従来の高圧放電ランプは、グロー電圧２０Ｖで２．５ｍＡの電流を供給してグロー放電させたときの、ＯＨ基と水銀（Ｈｇ）のスペクトルのピーク比を規定することで高い照度維持率を得ている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−７５２６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、高い照度維持率が得られるものの、製造のばらつき等により通常よりも、タングステン電極からタングステンが飛散する量の多いものやハロゲンサイクルが上手に循環しないランプが作られてしまう。これによりランプの早期黒化が発生してしまい、電極劣化によるランプ電圧の上昇やバルブの膨れによる早期不点につながる、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、放電ランプの点灯スペクトルを測定することによって、タングステン量等を規制しランプの早期黒化の発生を防止して高い照度維持率を保持しつつランプ寿命の向上を図る高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明は、石英ガラス製バルブに形成された放電空間内に水銀、希ガス、ハロゲンを封入するとともに、一対のタングステン電極を対向配置し、該電極に電力を供給して高圧点灯させる高圧水銀灯にあって、回折格子式の分光器を用いて分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定を行い、前記水銀（Ｈｇ）に対するタングステン（Ｗ）のピーク高さの比が、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５を満たす条件に設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、点灯スペクトル測定に基づき、金属不純物を検出できることから、タングステン量の上限を規定することで、早期黒化の発生を防止して高い照度維持率を保持しつつランプ寿命の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、この発明の高圧放電灯の一実施例について説明するための側面図である。図１において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の発光管部１２とその長手方向の両端部に発光管部１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管部１２には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばタングステン材で形成される電極１５１，１５２が１．３ｍｍの間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．４ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。放電空間１４には、例えば水銀（Ｈｇ）とアルゴン（Ａｒ）ガスとハロゲンを含む放電媒体が封入されている。
【００１０】
封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１７１，１７２が封着されている。この金属箔１７１，１７２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端はモリブデン製のワイヤ１８１，１８２に一端がそれぞれ接続される。
【００１１】
ワイヤ１８１の他端は、１５μｍ程度のニッケル線にプラチナを被覆してφ０．４ｍｍ程度とした導入線を介して、ワイヤ１８２の他端は、楕円反射鏡と封止部１３１付近を、例えばアルミナ接着剤で固定した口金を介してそれぞれランプ外の点灯装置１９からの電力供給を受けている。
【００１２】
２０は始動補助導線であり、始動パルス電圧と予熱時の直流点灯が同じ極性を持ち、同極性の陽極側の電極１５２に接続している。始動補助導線２０は、バルブ１１の外周の曲線に沿う格好で、電極１５１，１５２の中間付近まで延出させる。始動補助導線５１は、始動時に電極１５１，１５２との間のグロー放電が発生しやすいように補助するためのもので、始動補助導線２０と電極１５１や１５２との間で放電を行い、グロー放電の補助を行うものである。
【００１３】
図１に構成された高圧放電灯は、例えばランプ電力１００Ｗ、ランプ電圧７５Ｖ、ランプ電流１．３Ａで点灯される。
図１で構成される高圧放電灯のライフテストを行う前に図２に示す回析格子式の分光器による測定装置を用いてスペクトルと照度維持率について測定を行う。
【００１４】
図２において、２１は内部に高圧放電灯２２を収容する点灯ボックスである。点灯ボックス２１には、高圧放電灯２２のグロー放電を分光する分光器２３が接続されている。分光器２３にはモノクロメータオートスキャナ２４が接続されている。分光器２３にはさらにモノクロメータオートスキャナ２４を介して分光器２３から取り出された任意の波長の光を受光するフォトマル２５で受光した光を電気量に変換して各波長のスペクトル量を検出するフォトメータ２６およびフォトメータ２６で検出されたスペクトル量を記録するレコーダ２７が接続されている。
【００１５】
点灯スペクトル測定の設定条件は、スリット幅を入射、出射ともに０．０１ｍｍ、スリット長さを入射、出射ともに２．０ｍｍにセットし、測定範囲３００〜４５０ｎｍで行った。このような設定の結果、測定の波長分解能は０．１ｎｍとなっている。また、点灯させ５分後に測定したピーク高さの測定は図３のように定義している。
【００１６】
その後ライフ試験を行い、３００ｈまでの黒化発生率と、スペクトル測定における各不純物ピークを照らし合わせた結果、タングステンとの相関が強いことがわかった。そこで、試験時間３００ｈにおける早期黒化の発生率と、上記条件での点灯スペクトル測定におけるタングステン（４００．９ｎｍ）と水銀（３５４．３ｎｍ）のピーク高さの比Ｗ／Ｈｇの関係を調べたところ、図４に示すグラフのような結果を得た。
【００１７】
ライフ試験時間３００ｈにおける早期黒化発生率が５％以下ではＷ／Ｈｇ≦０．１５となり、早期黒化発生率が１０％を越えるとＷ／Ｈｇは大幅に上昇することがわかった。このような関係がある理由は定かではないが、黒化に至るようなランプは初期段階からタングステンの飛散が多いためであると考えられる。従って、Ｗ／Ｈｇを０．１５以下にすれば早期黒化が発生しないことが判明した。
【００１８】
以上のように、回折格子方式による分光器を用いたスリット幅０．１ｍｍ、スリット長さ２．０ｍｍ、測定範囲３００〜４５０ｎｍ、分解能０．１ｎｍの条件で行った点灯スペクトル測定における、水銀に対するタングステンのピーク高さ比の上限をＷ／Ｈｇ≦０．１５としたことにより、早期黒化のなく寿命信頼性の高い高圧水銀ランプを実現できた。
【００１９】
図５は、図１に構成の高圧放電灯が液晶プロジェクタに搭載された場合の、この発明の画像撮影装置について説明するための説明図である。
図５において、５１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ５１は本体５２を有し、本体５２の前面側には投影開口５３が形成される。また、本体５２内には光源５４が配設され、この光源５４は高圧放電灯５５と高圧放電灯５５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ５６にて形成される。そして、光源５４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル５７が配設され、この液晶パネル５７の前方の投影開口５３に対応して投影手段としての投影レンズ５８が配設されている。投影開口５３の前方には、スクリーン５９が配設される。
【００２０】
さらに、高圧放電灯５５には点灯回路６０が接続され液晶パネル５７には液晶駆動回路６１が接続され、点灯回路６０および液晶駆動回路６１は商用交流電源６２が接続される。点灯回路６０は高圧放電灯５５を直流で点灯するもであっても、交流で点灯するものであっても構わない。
【００２１】
上記した構成の画像撮影装置は、まず、点灯回路６０で光源５４の高圧放電灯５５を点灯させる。高圧放電灯５５からの光は、直接あるいはリフレクタ５６で反射されて液晶パネル５７方向に照射される。液晶パネル５７は、液晶駆動回路６１で表示が変化して、光源５４からの光を透過して投影レンズ５８で投影させてスクリーン５９に映像を映し出す。
【００２２】
このように、この発明の画像撮影装置は、この発明の高圧放電灯を光源のランプとしたことにより、ランプの信頼性が向上し、延いては液晶撮影装置全体の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施例について説明するための構成図。
【図２】回析格子式の分光器による点灯スペクトル測定について説明するための説明図。
【図３】水銀とタングステンの点灯スペクトルのピークについて説明するための説明図。
【図４】この発明の効果について説明するための説明図。
【図５】この発明の画像撮影装置に関する一実施例について説明するためのシステム構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１１ バルブ
１２ 発光管部
１３１，１３２ 封止部
１４ 放電空間
１５１，１５２ 電極
１６１，１６２ タングステンコイル
１７１，１７２ 金属箔
１８１，１８２ ワイヤ
１９ 点灯装置
５１ 液晶プロジェクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス製バルブに形成された放電空間内に水銀、希ガス、ハロゲンを封入するとともに、一対のタングステン電極を対向配置し、該電極に電力を供給して高圧点灯させる高圧水銀灯にあって、
回折格子式の分光器を用いて分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定を行い、前記水銀（Ｈｇ）に対するタングステン（Ｗ）のピーク高さの比が、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５を満たす条件に設定したことを特徴とする高圧放電灯。
【請求項２】
請求項１の高圧放電灯と、
前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を投影する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。
【請求項１】
石英ガラス製バルブに形成された放電空間内に水銀、希ガス、ハロゲンを封入するとともに、一対のタングステン電極を対向配置し、該電極に電力を供給して高圧点灯させる高圧水銀灯にあって、
回折格子式の分光器を用いて分解能０．１ｎｍにおける点灯スペクトル測定を行い、前記水銀（Ｈｇ）に対するタングステン（Ｗ）のピーク高さの比が、Ｗ／Ｈｇ≦０．１５を満たす条件に設定したことを特徴とする高圧放電灯。
【請求項２】
請求項１の高圧放電灯と、
前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を投影する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−４０６２２（Ｐ２００６−４０６２２Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１５９００（Ｐ２００４−２１５９００）
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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