(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に、対向して設けられた１対の放電電極を有し、アーク長ｄが１．４［ｍｍ］以上１．９［ｍｍ］以下、定格電力Ｐが１５０［Ｗ］以上２００［Ｗ］以下、動作圧力が１５０気圧以上４００気圧以下であり、希ガスと水銀のみが封入された、ショートアークの高圧水銀蒸気放電ランプであって、
１．５Ａ以上のランプ電流によって動作するように構成され、
アーク長をｄ［ｍｍ］、定格電力をＰ［Ｗ］としたときに、単位アーク長あたりの定格電力Ｐ／ｄ［Ｗ／ｍｍ］が、Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］になるように、上記電極間の距離および上記定格電力が設定され、
かつ、安定点灯時のランプ電圧をＶ［Ｖ］、アーク長をｄ［ｍｍ］、単位アーク長あたりのランプ電圧をＥ（Ｅ＝Ｖ／ｄ）［Ｖ／ｍｍ］、安定点灯時のランプ電流をＩ［Ａ］、上記電極の先端部分付近の断面積をＳｅ［ｍｍ２］、上記電極の先端部の電流密度をｊ（ｊ＝Ｉ／Ｓｅ）［Ａ／ｍｍ２］としたときに、上記電極間に形成される放電アークの単位体積あたりの定格電力Ｅ・ｊ［Ｗ／ｍｍ３］が、Ｅ・ｊ≧７００［Ｗ／ｍｍ３］、かつ上記電極の先端部の電流密度ｊがｊ≦２３．１［Ａ／ｍｍ２］になるように、封入物の量、上記発光管の形状、上記電極の先端部付近の断面積、上記電極間の距離、および上記定格電力が設定され、
かつ、上記発光管内表面積をＳｂ［ｍｍ２］としたときの管壁負荷Ｐｗ（Ｐ／Ｓｂ）がＰｗ≦１．０［Ｗ／ｍｍ２］となるように、上記定格電力及び上記発光管の内表面積が設定されている、
ことを特徴とする高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】
発光管内に、対向して設けられた１対の放電電極を有し、アーク長ｄが１．４［ｍｍ］以上１．９［ｍｍ］以下、定格電力Ｐが１５０［Ｗ］以上２００［Ｗ］以下、動作圧力が１５０気圧以上４００気圧以下であり、希ガスと水銀のみが封入された、ショートアークの高圧水銀蒸気放電ランプであって、
ランプ電圧／ランプ電流の値がほぼ３７．５［Ｖ／Ａ］以下で動作するように構成され、
アーク長をｄ［ｍｍ］、定格電力をＰ［Ｗ］としたときに、単位アーク長あたりの定格電力Ｐ／ｄ［Ｗ／ｍｍ］が、Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］になるように、上記電極間の距離および上記定格電力が設定され、
かつ、安定点灯時のランプ電圧をＶ［Ｖ］、アーク長をｄ［ｍｍ］、単位アーク長あたりのランプ電圧をＥ（Ｅ＝Ｖ／ｄ）［Ｖ／ｍｍ］、安定点灯時のランプ電流をＩ［Ａ］、上記電極の先端部分付近の断面積をＳｅ［ｍｍ２］、上記電極の先端部の電流密度をｊ（ｊ＝Ｉ／Ｓｅ）［Ａ／ｍｍ２］としたときに、上記電極間に形成される放電アークの単位体積あたりの定格電力Ｅ・ｊ［Ｗ／ｍｍ３］が、Ｅ・ｊ≧７００［Ｗ／ｍｍ３］、かつ上記電極の先端部の電流密度ｊがｊ≦２３．１［Ａ／ｍｍ２］になるように、封入物の量、上記発光管の形状、上記電極の先端部付近の断面積、上記電極間の距離、および上記定格電力が設定され、
かつ、上記発光管内表面積をＳｂ［ｍｍ２］としたときの管壁負荷Ｐｗ（Ｐ／Ｓｂ）がＰｗ≦１．０［Ｗ／ｍｍ２］となるように、上記定格電力及び上記発光管の内表面積が設定されている、
ことを特徴とする高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】
上記電極の先端部の電流密度ｊが１５．９≦ｊ≦１８．３［Ａ／ｍｍ２］である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧水蒸気放電ランプ。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の高圧水銀蒸気放電ランプと、
上記高圧水銀蒸気放電ランプから発せられる放射光を平行光束、所定の微小領域に収束する集光光束、または所定の微小領域から発散したのと同等の発散光束になるように反射する反射鏡と、
を備えたことを特徴とするランプユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光管の内部に、対向する１対の放電電極を有し、水銀および希ガスが封入されているショートアークの高圧水銀蒸気放電ランプ、およびそのような高圧水銀蒸気放電ランプを備えたランプユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧水銀蒸気放電ランプは、高輝度であるという特長を有し、反射鏡（放物面鏡など）と組み合わせて、液晶プロジェクタ用の光源などとして用いられている。特に、近年の液晶プロジェクタにおいては、画面サイズの大型化や映像の高精細化に伴って、投射画面の照度を高くし得るランプが求められている。このためには、アーク長（電極間距離）の短縮と、ランプ電力（定格電力、投入電力）の増大による光束の増加とが必要となる。
【０００３】
上記アーク長の短縮が必要となるのは、ランプから発せられた光をできるだけ損失なく目的対象（投射スクリーン）まで到達させるためである。すなわち、ランプの発光部分（アーク）が点光源に近いほど、反射鏡などの光学系による集光ロスを小さくすることができる（光利用効率が向上する）。より詳しくは、光束をΦ［ｌｍ］、アーク長をｄ［ｍｍ］とすると、単位アーク長あたりの光束Φ／ｄがアーク輝度Ｌ［ｃｄ／ｍ２］に相当し、このアーク輝度Ｌによって、プロジェクタにおける投射時の画面照度（スクリーン照度）が決定される。
【０００４】
上記アーク長の短縮を図った、いわゆるショートアークランプとしては、例えば特開平２−１４８５６１号公報に開示されたものが知られている。このランプは、ランプ電力が３０〜５０Ｗでアーク長が１．０〜１．２ｍｍに設定された高圧水銀蒸気放電ランプである。上記アーク長は、例えば一般照明用の４０Ｗの高圧水銀蒸気放電ランプ（松下電器産業製ＨＦ４０）のアーク長が１２ｍｍであるのと比較すると、かなり短い。
【０００５】
すなわち、この種のランプは、アーク長が一般に２ｍｍ以下、長くとも３ｍｍ以下程度である点で、一般照明用のランプなどと区別される。そこで、本願においては、アーク長が３ｍｍ以下のアークをショートアークと称する。
【０００６】
また、前記ランプ電力の増加を図るためには、ランプ電流を大きくすることと、ランプ電圧を高くすることとが考えられる。ところが、一般に、ランプを駆動する駆動回路は電流容量を大きくすることよりも出力電圧を高くすることの方が容易である。また、ランプ電流を大きくすると、電極のジュール損失が大きくなるために電極の温度が上昇し、電極が蒸発して発光管の内壁に付着する黒化が生じやすくなる。そこで、従来の高圧水銀蒸気放電ランプでは、ランプ電圧を上昇させることによるランプ電力増加の試みが種々なされている。
【０００７】
例えば、前記特開平２−１４８５６１号公報に開示されているランプでは、封入水銀量を多くしたり管壁負荷（ランプ電力／発光管内表面積［Ｗ／ｍｍ２］）を大きくしたりして、ランプの動作圧力を２００〜３００気圧と高く設定し、７６〜９２Ｖのランプ電圧を得るようにしている。この場合、約０．３３〜０．６６Ａのランプ電流で３０〜５０Ｗのランプ電力となる。（なお、アーク長を長くすればランプ電力を増大させることは容易にできるが、これでは前記のように光利用効率が低下するため、ランプ電力の増大程度に応じた画面照度を得ることができない。）
【０００８】
しかしながら、上記のように動作圧力を大きくするなどしてランプ電力の増大を図る従来の高圧水銀蒸気放電ランプでは、発光管の耐圧強度の制約のために、ランプ電力を大幅に増大させることは困難であるという問題点を有していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑み、アーク長が短く、かつ、ランプ電力を大幅に増大させて大きな光束を得ることができる高圧水銀蒸気放電ランプ、およびそのような高圧水銀蒸気放電ランプを用いたランプユニットの提供を目的としている。
【００１０】
本願発明者らは、上記ランプ電力の大幅な増大を図るために、まず、ランプ電圧を上昇させる手法を試みた。ところが、ランプの動作圧力は、発光管の大きさや形状などにもよるが、高くとも４００気圧程度が限界である。また、ランプの動作圧力が封入水銀量に比例するのに対して、ランプ電圧は封入水銀量のおよそ１／２乗に比例するにすぎない（ＥＬＥＮＢＡＡＳ；「ＴＨＥ ＨＩＧＨ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＭＥＲＣＵＲＹ ＶＡＰＯＵＲ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ」，ＮＯＲＴＨ−ＨＯＬＬＡＮＤ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ，ｐ３０，１９５１）。
【００１１】
それゆえ、ランプ電圧を９０Ｖ程度以上にすることは困難であり、したがって、ランプ電力を例えば１２５Ｗ程度以上などと大幅に増大させることはできず、得られる光出力も高々約６０［ｌｍ／Ｗ］程度であった。（なお、上記のような発光管の耐圧強度の制約は封止技術の限界によるものであるが、耐圧強度を大幅に増大させ得るような封止技術の向上は、まだまだ技術的課題が多く、容易には解決できないのが現状である。）
【００１２】
また、ランプ電圧の上昇が上記以上には困難であることから、ランプ電圧をできるだけ高くしたうえで、ランプ電流を大きくすることを考えた。しかし、そのためには、前記のような電極のジュール損失を低減して発光管の黒化を防止するために、電極径を大きくする必要がある。
【００１３】
ところが、電極を大径化すると、発光管における封止部と電極との接触面積が大きくなり、微小な亀裂や隙間が生じやすくなる。すなわち、封止部の強度が低下するために、発光管が破裂する確率が増大する。それゆえ、やはり発光管の耐圧強度の制約によって、ランプ電流をあまり大きくすることはできず（具体的には例えば大きくとも約１Ａ程度）、したがって、ランプ電力の大幅な増大は困難であった。
【００１４】
そこで、さらに、ランプ電力の大幅な増大を図るために種々の検討を行った結果、前記のようなランプ電流の増大に関しての駆動回路の制約は技術的には本質的なものではなく、また、発光管の黒化を防止するための電極の大径化に伴う発光管の耐圧強度の問題は、実は、上記のようにランプ電圧の上昇を図るために動作圧力を高くするというアプローチをとっていたがゆえに生じたものであり、ランプ電圧の低下を許容してランプ電流を大きくすれば、ランプ電力を増大させ得る余地があることを想起するに至った。すなわち、基本的に電力は電流と電圧との積であることから、電気的には、電力の増大に関して電圧の上昇と電流の増大とは同等のことである。
【００１５】
しかしながら、実際の高圧水銀蒸気放電ランプにおいては、ランプ電圧の低下を許容して動作圧力を低く抑えることにより、発光管の耐圧強度の制約が小さくなるため、発光管の破損を生じることなく、かつ発光管の黒化を防止し得る程度に電極径を大きくすることが容易にできる。その結果、ランプ電圧の低下を十分に補い得るほどにランプ電流を増大させることが可能であり、したがって、従来よりもはるかに大きなランプ電力が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、高圧水銀蒸気放電ランプにかかる本発明の第１の態様は、
発光管内に、対向して設けられた１対の放電電極を有し、少なくとも、水銀と希ガスとが封入されたショートアークの高圧水銀蒸気放電ランプであって、
１．５Ａ以上、好ましくは２Ａ以上のランプ電流によって動作するように、またはランプ電圧／ランプ電流の値がほぼ３７．５［Ｖ／Ａ］以下で動作するように構成されている。
【００１７】
ここで、上記ショートアークとは、前記のようにアーク長が３ｍｍ以下のアークを意味している。
【００１８】
上記のように大きなランプ電流で動作させることにより、比較的低いランプ電圧で、大きなランプ電力を得ることができる。また、比較的低いランプ電圧のためにランプの動作圧力を低く設定することができるため、発光管の耐圧強度の制約が小さくなるので、電極径を大きくすることが容易にできる。すなわち、ジュール損失を低減するとともに熱伝導を大きくして電極温度を低く抑えることができるので、発光管の黒化を防止して長いランプ寿命を得ることもできる。
【００１９】
また、本発明の第２の態様は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、上記発光管の内表面積をＳｂ［ｍｍ２］としたときに、管壁負荷Ｐｗ（Ｐｗ＝Ｐ／Ｓｂ）［Ｗ／ｍｍ２］が１．０［Ｗ／ｍｍ２］以下になるように、上記定格電力、および上記発光管の内表面積が設定されている。
【００２０】
このように管壁負荷が小さく設定されることにより、前記のように大きなランプ電力が得られるとともに発光管の黒化も生じにくいうえ、さらに、発光管の破損を確実に防止することができる。
【００２１】
また、本発明の第３の態様は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、上記定格電力Ｐ［Ｗ］が、Ｐ  ≧  １２５［Ｗ］になるように構成されている。
【００２２】
すなわち、前記のように大きなランプ電流によって動作させることにより、このように大きな定格電力にすることができるので、大きな光束を発する高圧水銀蒸気放電ランプを得ることができる。
【００２３】
また、本発明の第４の態様は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、アーク長をｄ［ｍｍ］、定格電力をＰ［Ｗ］としたときに、単位アーク長あたりの定格電力Ｐ／ｄ［Ｗ／ｍｍ］が、Ｐ／ｄ  ≧  ８８［Ｗ／ｍｍ］になるように、上記電極間の距離および上記定格電力が設定されている。
【００２４】
これにより、単位アーク長あたりの定格電力が十分に大きいので、例えば液晶プロジェクタにおいて必要とされる５８００［ｌｍ／ｍｍ］の単位アーク長あたりの光束を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の第５の態様は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、単位アーク長あたりの光束が５８００［ｌｍ／ｍｍ］以上になるように、上記電極間の距離、上記定格電力、封入物の種類、および封入物の量が設定されている。
【００２６】
すなわち、前記のように大きなランプ電流によって動作させることにより、このように大きな単位アーク長あたりの光束を得ることができ、例えば液晶プロジェクタなどのように反射鏡などと組み合わせて用いる場合に、高い光利用効率および輝度を容易に得ることができる。
【００２７】
また、本発明の第６の態様は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、安定点灯時のランプ電圧をＶ［Ｖ］、アーク長をｄ［ｍｍ］、単位アーク長あたりのランプ電圧をＥ（Ｅ＝Ｖ／ｄ）［Ｖ／ｍｍ］、安定点灯時のランプ電流をＩ［Ａ］、上記電極の先端部付近の断面積をＳｅ［ｍｍ２］、上記電極の先端部の電流密度をｊ（ｊ＝Ｉ／Ｓｅ）［Ａ／ｍｍ２］としたときに、上記電極間に形成される放電アークの単位体積あたりの定格電力Ｅ・ｊ［Ｗ／ｍｍ３］が、Ｅ・ｊ  ≧  ７００［Ｗ／ｍｍ３］になるように、封入物の種類、封入物の量、上記発光管の形状、上記電極の先端部付近の断面積、上記電極間の距離、および上記定格電力が設定されている。
【００２８】
これにより、やはり、発光管の破損を生じることなく単位アーク長あたりの定格電力を大きくすることができ、したがって、大きな単位アーク長あたりの光束、例えば前記のように液晶プロジェクタにおいて必要とされる５８００［ｌｍ／ｍｍ］の単位アーク長あたりの光束を得ることができる。
【００２９】
また、本発明の第７の態様は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、上記発光管内に、さらに、ハロゲンガス、非金属ハロゲン化物、またはハロゲン化金属の少なくとも何れかが封入されている。
【００３０】
これにより、発光管内でいわゆるハロゲンサイクルが生じることにより、蒸発した電極材料が発光管の内壁に付着することを防ぐことができ、発光管の管壁における光透過率の低下を防止することができるので、さらに発光管の黒化を抑制でき、より長いランプ寿命を得ることができる。
【００３１】
また、ランプユニットにかかる本発明は、上記第１の態様の高圧水銀蒸気放電ランプと、上記高圧水銀蒸気放電ランプから発せられた放射光を平行光束、所定の微小領域に収束する集光光束、または所定の微小領域から発散したのと同等の発散光束になるように反射する反射鏡と、を備えたランプユニットであることを特徴としている。
【００３２】
これにより、アーク長が短いために高い光利用効率を得ることができるとともに、単位アーク長あたりの光束が大きいために、液晶プロジェクタ等の画像表示装置において明るい画像を表示させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態に基づいて本発明の内容を具体的に説明する。
図１は、本実施の形態における高圧水銀蒸気放電ランプの構成を示す断面図である。このランプ１１は、発光管１２の両端に封止部１３・１４が設けられて成っている。発光管１２の内部には、タングステンから成るコイル状または棒状の１対の放電電極１５・１５が設けられるとともに、水銀１６および図示しない希ガス等が封入されている。上記ランプ１１は、例えば以下のような諸元に設定されている。
【００３４】
（サンプルランプ：グループ１）
ランプ電力Ｐ            １５０Ｗ
ランプ電圧              約６５〜７５Ｖ
ランプ電流              約２．３〜２．０Ａ
アーク長ｄ              約１．４〜１．９ｍｍ
管壁負荷Ｐｗ            ０．８４〜０．９６Ｗ／ｍｍ２
電極軸径φ              ０．４ｍｍ
動作圧力                約１５０気圧（１５ＭＰａ）
【００３５】
（サンプルランプ：グループ２）
ランプ電力Ｐ            ２００Ｗ
ランプ電圧              約７０Ｖ
ランプ電流              約２．９Ａ
アーク長ｄ              約１．５、１．６ｍｍ
管壁負荷Ｐｗ            ０．９０Ｗ／ｍｍ２
電極軸径φ              ０．４ｍｍ
動作圧力                約１５０気圧（１５ＭＰａ）
【００３６】
これらのサンプルランプと、背景技術の項で示した特開平２−１４８５６１号公報に代表される従来の高圧水銀蒸気放電ランプとをランプ電流とランプ電圧との関係で比較すると、図２に示すようになる。
【００３７】
ここで、図２において、
（１）★印、▲印、および■印は、それぞれ、前記グループ１のサンプルランプにおいてアーク長ｄが約１．９、１．７、１．５［ｍｍ］（後述する比電力Ｐ／ｄが約８０、９０、１００［Ｗ／ｍｍ］）に設定されたものである。
（２）◆印は、グループ２のサンプルランプにおいて、アーク長ｄが約１．５、１．６［ｍｍ］（比電力Ｐ／ｄが約１２５、１３３［Ｗ／ｍｍ］）に設定されたものである。
（３）×印は、グループ１、２のサンプルランプと同様の構成で、管壁負荷Ｐｗが１．０［Ｗ／ｍｍ２］よりも大きくなるように設定されたものである。
（４）＋印は従来のランプである。
【００３８】
すなわち、上記各サンプルランプは、ランプ電圧は比較的低いがランプ電流が大きいために、かなり大きなランプ電力が得られている。しかも、このように大きな電流を流しても、電極軸径が大きく設定されているので、発光管の黒化は生じにくく、長いランプ寿命が得られる。すなわち、電極軸径が大きいと、ランプ電流を大きくしても、ジュール損失が少ないうえ熱伝導が大きいために電極温度が低く抑えられるので、電極の蒸発が抑えられるからである。
【００３９】
ただし、一般に電極軸径が大きくなると封止部の耐圧強度が低くなりがちである。このため、図２に×印で示した管壁負荷Ｐｗが１．０［Ｗ／ｍｍ２］よりも大きなランプは、点灯開始後１００時間以内に発光管が耐圧強度不足によって破損した。しかし、上記サンプルランプのように、動作圧力を低く、また管壁負荷を小さく設定することにより、発光管の破損が生じにくいようにすることができる。
【００４０】
すなわち、ランプ電流を概ね１．５Ａ以上、好ましくは１．７５Ａ以上、より好ましくは２Ａ以上、および／またはランプ電圧／ランプ電流の値がほぼ３７．５［Ｖ／Ａ］以下になるようにすることにより、動作圧力や管壁負荷を適切に設定すれば、比較的低いランプ電圧でも、例えば１２５Ｗ以上の大きなランプ電力で、かつ、破損も生じにくいランプを得ることができる。なお、上記管壁負荷とランプの破損に関しては後に詳述する。
【００４１】
また、上記サンプルランプをランプ電力Ｐとアーク長ｄとの比、すなわち単位アーク長あたりのランプ電力（以下、「比電力」と称する。）Ｐ／ｄに関して従来のランプと比べると、図３に示すように、比電力がほぼ８８［Ｗ／ｍｍ］以上である点も異なっている。
【００４２】
ここで、図３において、○印はグループ１のサンプルランプ、●印はグループ２のサンプルランプ、＋印は従来のランプを示す。また
、斜線で示した領域は、後述する比電力Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］となるランプ電力Ｐとアーク長ｄの組み合わせの範囲である。
【００４３】
上記のような各サンプルランプ、および従来のランプについて、光束Φを測定し、比電力Ｐ／ｄ［Ｗ／ｍｍ］と単位アーク長あたりの光束（以下、「比光束」と称する。）Φ／ｄ［ｌｍ／ｍｍ］との関係を調べたところ、図４に示すようになった。（図４中の各プロットの記号は図３と同じである。）すなわち、動作圧力が同じ（約１５０気圧）であれば、比電力Ｐ／ｄと比光束Φ／ｄとの関係はほぼ直線（同図中の１点鎖線）上に並び、比電力Ｐ／ｄが大きくなるに従って比光束Φ／ｄも線形的に大きくなることが明らかとなった。
【００４４】
上記比光束Ф／ｄはアーク輝度Ｌ［ｃｄ／ｍ２］に相当し、このアーク輝度Ｌが、プロジェクタにおける投射時の画面照度を決定する。それゆえ、ランプ電力Ｐに直接係らず、比電力Ｐ／ｄを大きくすることにより、アーク輝度Ｌを大きくして画面照度を増大させることができる。そして、上記約１５０気圧の動作圧力においては、比電力Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］になるようにランプ電力Ｐとアーク長ｄとを設定することにより、例えば液晶プロジェクタにおいて必要とされる５８００［ｌｍ／ｍｍ］の比光束を得ることができる。（図４において、動作圧力が１５０気圧のときの比電力と比光束との関係を示す一点鎖線と、比光束が５８００［ｌｍ／ｍｍ］を示す波線との交差する点が比電力Ｐ／ｄ＝８８［Ｗ／ｍｍ］である）。
【００４５】
また、比電力Ｐ／ｄと比光束Φ／ｄとの関係におけるランプの動作圧力の影響については、図４における比電力Ｐ／ｄと比光束Φ／ｄとの関係を示す直線は、例えばほぼ従来のランプの３００気圧の場合を２点鎖線で示すように、動作圧力が高くなるほど上方にシフトする。すなわち、動作圧力を高くすれば、より小さい比電力で同じ比光束を得ることができるが、それでも、従来のランプにおいては、現実的に可能な動作圧力の範囲で十分な比光束を得ることはできない。
【００４６】
次に、管壁負荷について説明する。この管壁負荷は、ランプ電力／発光管内表面積［Ｗ／ｍｍ２］で表され、例えばランプ電力および封入水銀量が同程度で発光管内表面積が小さい場合（一般に発光管内容積が小さい場合）には、大きな値になる。また、この場合には、動作圧力も大きくなるため、管壁負荷の増減はランプ動作圧力の増減におよそ対応し、上記管壁負荷は動作圧力の目安として用いられる。
【００４７】
図５は、管壁負荷Ｐｗ［Ｗ／ｍｍ２］に対する比光束Ф／ｄ［ｌｍ／ｍｍ］を、比電力Ｐ／ｄ［Ｗ／ｍｍ］をパラメータにプロットしたものである。（図５中の各プロットの記号は図２と同じである。）
【００４８】
図５に示すように、管壁負荷が１．０［Ｗ／ｍｍ２］よりも大きいランプは、同じ比電力で管壁負荷が１．０［Ｗ／ｍｍ２］以下のランプに比べて若干大きな比光束が得られる。しかし、これらのランプは、いずれも点灯開始後１００時間以内に発光管が耐圧強度不足によって破損した。一方、管壁負荷が１．０［Ｗ／ｍｍ２］以下のランプでは、比電力が約８０〜１２５［Ｗ／ｍｍ］のいずれのランプも、長時間にわたって、そのような発光管の破裂は生じなかった。
【００４９】
したがって、図５に斜線で示すように、比電力Ｐ／ｄがほぼ８８［Ｗ／ｍｍ］以上になるようにランプ電力とアーク長とを設定するとともに、管壁負荷が１．０［Ｗ／ｍｍ２］以下になるようにランプ電力と発光管の大きさを設定することにより、５８００［ｌｍ／ｍｍ］の比光束を得ることができるとともに、上記のように高い比電力でも発光管の破裂が生じないようにすることができる。
【００５０】
また、前記図４と同様に、比電力Ｐ／ｄと比光束Φ／ｄとの関係における管壁負荷の影響を図６に示す。なお、同図におけるプロット自体は、サンプルランプ（動作圧力が約１５０気圧で、管壁負荷が約０．９［Ｗ／ｍｍ２］）についてのものであり、図４と同じである。同図において、１点鎖線および２点鎖線は、それぞれ、管壁負荷が０．９または１．０［Ｗ／ｍｍ２］のときの比電力Ｐ／ｄと比光束Φ／ｄとの関係を示す。また、斜線で示す範囲は、管壁負荷Ｐｗ≦１．０［Ｗ／ｍｍ２］で、比電力Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］、かつ比光束Φ／ｄ≧５８００［ｌｍ／ｍｍ］である領域である。
【００５１】
次に、図７に基づいて、電極間に形成される放電アークの単位体積あたりのランプ電力（以下、「体積比電力」と称する。）Ｅ・ｊ［Ｗ／ｍｍ３］と比光束との関係を説明する。
【００５２】
ここで、上記体積比電力Ｅ・ｊにおけるＥは単位アーク長あたりのランプ電圧（安定点灯時のランプ電圧をＶとするとＥ＝Ｖ／ｄ［Ｖ／ｍｍ］）、ｊは電極先端部の電流密度（ランプ電流（安定点灯時のランプ電流）をＩ、電極先端部表面積（実質的に電極の先端付近の断面積）をＳｅとするとｊ＝Ｉ／Ｓｅ［Ａ／ｍｍ２］）である。
【００５３】
なお、高圧水銀蒸気放電ランプにおいては、一般に、電極温度が３０００［Ｋ］以上と高温になるため、点灯中に放電アークに接する電極先端部が溶融変形することがある。このような場合は、上記電極先端部表面積Ｓｅとして電極軸部断面積Ｓｊ［ｍｍ２］を用い、上記電極先端部の電流密度ｊ［Ａ／ｍｍ２］を、ｊ＝Ｉ／Ｓｊ［Ａ／ｍｍ２］で規定しても実質的に同じである。
【００５４】
図７において、○印はグループ１のサンプルランプ、●印はグループ２のサンプルランプを示す。また、×印は、比較のための以下のような諸元のランプ（比較ランプ）を示す。すなわち、この比較ランプは、主として電極軸径がサンプルランプ１、２と異なっている。
【００５５】
ランプ電力Ｐ            １５０Ｗ
アーク長ｄ              １．５ｍｍ
管壁負荷Ｐｗ            ０．９０Ｗ／ｍｍ２
電極軸径φ              ０．４５、０．５ｍｍ
動作圧力                約１５０気圧
【００５６】
同図から、体積比電力Ｅ・ｊが大きくなるほど比光束Ф／ｄも大きくなることがわかる。一方、比較ランプのように電極径が大きく、したがって体積比電力Ｅ・ｊが小さい場合には、比光束Φ／ｄが５８００［ｌｍ／ｍｍ］よりも小さくなるうえ、これらの比較ランプは、点灯開始後１００時間以内に発光管が耐圧強度不足によって破損した。
【００５７】
すなわち、およそ体積比電力Ｅ・ｊ＝６５０〜７００［Ｗ／ｍｍ３］程度を境に、それ以下の体積比電力Ｅ・ｊでは点灯開始１００時間以内に破損する確率が上昇する。このように発光管の破裂する確率が高いのは、動作圧力は比較的低い約１５０気圧に設定されているが、電極先端部表面積Ｓｅが大きいため、すなわち、電極形状の大径化により封止部の発光管材料と電極軸との接触面積が大きくなることの影響が大きいために、微小な亀裂や隙間が生じやすくなって、発光管の耐圧強度が低下したためである。
【００５８】
また、管壁負荷については、図７における体積比電力Ｅ・ｊと比光束Φ／ｄとの関係を示す直線は、例えば管壁負荷Ｐｗ＝０．９、１．０［Ｗ／ｍｍ２］の場合を１点鎖線または２点鎖線で示すように、管壁負荷が大きくなるほど上方にシフトする。すなわち、管壁負荷を大きくすれば、より小さい比電力で同じ比光束を得ることができる。ただし、管壁負荷が１．０［Ｗ／ｍｍ２］よりも大きい場合には、前記のように発光管が破損しやすくなるので、管壁負荷は１．０以下に設定することが好ましい。
【００５９】
なお、図７において斜線で示す範囲は、単位アーク長あたりの光束量Φ／ｄ≧５８００［ｌｍ／ｍｍ］（これは図４における、比電力Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］と同義）、管壁負荷Ｐｗ≦１．０［Ｗ／ｍｍ２］で、Ｅ・ｊ≧７００［Ｗ／ｍｍ３］の部分である。この範囲でランプを点灯動作させることにより、従来より大きなランプ電力で、しかも、動作中にランプの破裂が生じないランプを得ることができる。
【００６０】
次に、上記のように構成された高圧水銀蒸気放電ランプの一般的な適用例を説明する。図８は、上記のようなランプ１１を用いたランプユニット２１の例を示す断面図である。このランプユニット２１は、ランプ１１と反射鏡２２とが組み合わされて構成されている。上記反射鏡２２としては、例えば放物面鏡や楕円面鏡が用いられ、ランプ１１から発せられた放射光を、平行光束、所定の微小領域に収束する集光光束、または所定の微小領域から発散したのと同等の発散光束になるように反射するようになっている。
【００６１】
このようなランプユニット２１は、例えば液晶プロジェクタ本体内に設置されて用いられ、前記のようにアーク長が短いために高い光利用効率を得ることができるとともに、比光束が大きいために明るい画像を表示させることができる。
【００６２】
なお、上記の例では、発光管内１２に封入物質として水銀１６および希ガスが封入される例を示したが、さらに、例えばハロゲンガスや、臭化メチルなどの非金属ハロゲン化物、または臭化水銀などのハロゲン化金属等を封入してもよい。この場合には、点灯動作中の発光管内１２でいわゆるハロゲンサイクルが生じることにより、蒸発したタングステンが発光管１２の内壁に付着することを防ぐことができる。このようにすることで、さらに発光管１２の管壁における光透過率の低下を防止することができ、ランプ寿命をより長くすることができる。
【００６３】
また、ランプの諸元も上記のものに限らず、種々の設定が可能である。具体的には、例えばアーク長が２ｍｍ以下のランプの例を示したが、例えば３ｍｍ以下のアーク長などでも同様の効果が得られる。
【００６４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、例えば１．５Ａ以上のランプ電流によって動作するように、またはランプ電圧／ランプ電流の値がほぼ３７．５［Ｖ／Ａ］以下で動作するように構成されていることにより、比較的低いランプ電圧で、大きなランプ電力を得ることができるので、アーク長が短く、かつ、ランプ電力を大幅に増大させて大きな光束を得ることができる。
【００６５】
また、管壁負荷Ｐｗ（定格電力Ｐ／発光管の内表面積）≦１．０［Ｗ／ｍｍ２］、また、単位アーク長あたりの定格電力Ｐ／ｄ≧８８［Ｗ／ｍｍ］、になるように、電極間距離等が設定されていることにより、比較的低いランプ電圧でも、例えば１２５Ｗ以上などの大きなランプ電力で、かつ、アーク長が短くて、単位アーク長あたりの光束が大きく、しかも発光管の破損を生じることがないランプを構成することができるという効果を奏する。
【００６６】
したがって、本発明は、液晶プロジェクタ等の画像表示装置などの分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における、高圧水銀蒸気放電ランプの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における、設定されるランプ電流とランプ電圧とを示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態における、設定される定格電力Ｐとアーク長ｄとを示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態における、比電力Ｐ／ｄと比光束Ф／ｄとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態における、管壁負荷Ｐｗと比光束Ф／ｄとの関係を示すグラフである。
【図６】比電力Ｐ／ｄおよび管壁負荷Ｐｗと、比光束Ф／ｄとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態における、体積比電力Ｐ／ｄと比光束Ф／ｄとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態における、高圧水銀蒸気放電ランプを備えたランプユニットの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１１        ランプ
１２        発光管
１３・１４  封止部
１５        放電電極
１６        水銀
２１        ランプユニット
２２        反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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