(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、
該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が該膨出部の放電空間内に臨み、放電空間の中で電界を集中させ強め、放電を集中させる放電コンセントレータとからなるランプと、
前記ランプの外部より、前記放電コンセントレータに放電を励起する電磁エネルギー供給手段と、
前記ランプからの光を反射する凹面反射鏡と、
前記ランプと前記凹面反射鏡が収納され、電磁エネルギーを漏洩することなく閉じ込め、前記ランプおよび前記凹面反射鏡からの光を外へ取り出す開口部が設けられた、電磁エネルギー共振を生ずる共振室構成容器と、
からなることを特徴とする電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項２】
前記開口部に前記共振室構成容器外方に突出する円筒部が形成されており、該円筒部内にロッド状のインテグレータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項３】
前記開口部に格子網状枠内に配設した複数のインテグレータレンズが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項４】
前記放電コンセントレータが１本であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項５】
前記放電コンセントレータが対向配置された２本からなり、前記凹面反射鏡の曲面状底部側に配置された放電コンセントレータが他方の放電コンセントレータよりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項６】
前記ランプおよび前記凹面反射鏡を冷却する冷却手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項７】
前記凹面反射鏡の前面開口側に前記ランプの構成部材の飛散防止用の蔽い部材を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項８】
前記ランプからの放射光を集光または反射する機能を有する補助光学系を、前記ランプの、前記凹面反射鏡の前面開口側に具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項９】
前記ランプが垂直に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１０】
前記凹面反射鏡として該反射鏡の曲面状底部に開口部を有さないことを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１１】
前記共振室構成容器内に電磁エネルギーのインピーダンスマッチングを行う手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項１０に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１２】
前記ランプの外側に保温空間を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１３】
前記共振室構成容器内に前記ランプの始動性を改善する手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項１２に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１４】
前記凹面反射鏡が誘電体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１５】
前記凹面反射鏡は誘電体損が室温において０．１以下の誘電体材料からなることを特徴とする請求項１４に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１６】
前記凹面反射鏡の内面側に波長選択膜が形成されてなることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１７】
前記凹面反射鏡は金属製であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１８】
前記電磁エネルギー供給手段としての電磁エネルギー供給源を複数具えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１７に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項１９】
前記ランプを前記共振室構成容器内に複数具えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１８に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項２０】
前記電磁エネルギー供給手段から前記共振室構成容器内への電磁エネルギーの供給を同軸ケーブルを介して行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１９に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【請求項２１】
前記電磁エネルギー供給手段から前記共振室構成容器内への電磁エネルギーの供給を導波管を介して行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１９に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点光源放電ランプを用いた、液晶プロジェクター用光源や光ファイバー用光源等に使用する点光源ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議や展示会などのプレゼンテーションツールとして液晶プロジェクターが使用されている。液晶画面を高輝度光源によってスクリーン面に投射するものであるが、従来、液晶プロジェクターの投射用高輝度光源には、一対の対向電極をシリカガラス製の放電容器内に配置し、ガラスバルブ内に所定の発光物質を封入したメタルハライドランプや超高圧水銀ランプが使用されている。そして、それらのランプは金属箔シールやロッドシールにより封止され、外部リード部材がランプ外部に突出した構造となっている。
【０００３】
しかし、最近では、液晶プロジェクターの投射画面の、より一層の明るさの要請が市場において高まってきており、それゆえに投射用に使用される光源も、より一層高輝度なものが要求されている。
特に最近では高封入圧の箔シール封止型の超高圧水銀ランプがその光源の主流となりつつある。しかし、箔シールによって封止された超高圧水銀ランプは封止部分の耐圧に限界があることから、近い将来、光源としての高輝度化には限界が来ることが予想される。
そこで、本願発明は、封止部が高耐圧であるランプを用いた、液晶プロジェクター用光源等に使用する点光源ランプ装置を提供することを目的とする。
【０００４】
一方、プロジェクター用代替光源として、箔シール部を有しない無電極型のランプが耐圧の面からは考えられうる。例えば、それは特開平１１−５４０９１号公報にマイクロ波放電ランプとして開示されている。しかし、その放電形式は管壁に沿って放電が発生する管壁安定型の放電であり、放電が放電容器の管壁に沿って起き、プロジェクター用光源に要求される点光源とはなり得ない。
【０００５】
また、特開平６−１６２８０７号公報や特開平９−１７２１６号公報にも箔シール部を有しない無電極型のランプを照明装置として使用する技術が開示されている。しかし、いずれの公報に記載の照明装置も無電極型のランプであり、前記の公報と同様に管壁安定型の放電をするランプであるので放電をランプ中心に絞ることができず、放電容器自体を極小化しない限り高輝度放電ランプの必須条件である点光源化は実現されず、その容器の極小化は発光管材料であるシリカガラス、アルミナ等は、耐熱温度１２００℃以下なので不可能であった。
そこで、本願発明は、高輝度の発光をする点光源ランプを用いた、液晶プロジェクター用光源等に使用する点光源ランプ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、封止部が高耐圧であり、しかも点光源として高輝度の発光をするランプを用いた、液晶プロジェクター用光源等に使用する点光源ランプ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が該膨出部の放電空間内に臨み、放電空間の中で電界を集中させ強め、放電を集中させる放電コンセントレータとからなるランプと、前記ランプの外部より、前記放電コンセントレータに放電を励起する電磁エネルギー供給手段と、前記ランプからの光を反射する凹面反射鏡と、前記ランプと前記凹面反射鏡が収納され、電磁エネルギーを漏洩することなく閉じ込め、前記ランプおよび前記凹面反射鏡からの光を外へ取り出す開口部が設けられた、電磁エネルギー共振を生ずる共振室構成容器と、からなることを特徴とする電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【０００８】
そして請求項２に記載の発明は、前記開口部に前記共振室構成容器外方に突出する円筒部が形成されており、該円筒部内にロッド状のインテグレータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記開口部に格子網状枠内に配設した複数のインテグレータレンズが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記放電コンセントレータが１本であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記放電コンセントレータが対向配置された２本からなり、前記凹面反射鏡の曲面状底部側に配置された放電コンセントレータが他方の放電コンセントレータよりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、前記ランプおよび前記凹面反射鏡を冷却する冷却手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記凹面反射鏡の前面開口側に前記ランプの構成部材の飛散防止用の蔽い部材を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、前記ランプからの放射光を集光または反射する機能を有する補助光学系を、前記ランプの、前記凹面反射鏡の前面開口側に具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記ランプが垂直に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１２】
請求項１０に記載の発明は、前記凹面反射鏡として該反射鏡の曲面状底部に開口部を有さないことを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項１１に記載の発明は、前記共振室構成容器内に電磁エネルギーのインピーダンスマッチングを行う手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項１０に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１３】
請求項１２に記載の発明は、前記ランプの外側に保温空間を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項１３に記載の発明は、前記共振室構成容器内に前記ランプの始動性を改善する手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項１２に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１４】
請求項１４に記載の発明は、前記凹面反射鏡が誘電体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項１５に記載の発明は、前記凹面反射鏡は誘電体損が室温において０．１以下の誘電体材料からなることを特徴とする請求項１４に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１５】
請求項１６に記載の発明は、前記凹面反射鏡の内面側に波長選択膜が形成されてなることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項１７に記載の発明は、前記凹面反射鏡は金属製であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１６】
請求項１８に記載の発明は、前記電磁エネルギー供給手段としての電磁エネルギー供給源を複数具えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１７に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
請求項１９に記載の発明は、前記ランプを前記共振室構成容器内に複数具えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１８に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１７】
そして、請求項２０に記載の発明は、前記電磁エネルギー供給手段から前記共振室構成容器内への電磁エネルギーの供給を同軸ケーブルを介して行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１９に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
そして、請求項２１に記載の発明は、前記電磁エネルギー供給手段から前記共振室構成容器内への電磁エネルギーの供給を導波管を介して行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１９に記載の電磁エネルギー励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１８】
【作用】
本発明の点光源ランプ装置において、電磁エネルギーが供給されると、放電コンセントレータの先端には、放電開始時に放電空間内の電界が集中され点灯が容易になるとともに、定常点灯時にコンセントレータ先端に放電を収縮させ点光源化させる。そして、放電コンセントレータが放電容器内にのみ保持されていて、従来の有電極ランプのような外部リード等の電流導入用部材を放電容器外部へ導出するための封止部を有しないので、点灯時の放電容器内部のガス圧に対する耐圧強度が高いものとなる。そしてこのような放電コンセントレータを有するランプを用いた、液晶プロジェクター用光源等に使用する点光源ランプ装置であるので、輝度が高く、かつ鮮明な画像を提供することができ、また電磁エネルギーの漏洩の無い装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の点光源ランプ装置に供されるランプについて先ず説明する。図１は当該ランプの説明用断面図である。ランプ１の放電容器２は透光性の非導電性材料で構成されており、そして、放電空間１０には発光物質として水銀などとバッファガスとしての希ガスが所定量封入されている。そして、放電容器２の膨出部２Ａとそれに連設された細管部２Ｂを有している。細管部２Ｂには放電コンセントレータ３が支持されている。放電コンセントレータ３は、電磁エネルギーが供給されると放電開始時に放電空間１０内の電界を集中させ強め、放電が定常点灯になったら、放電を集め点光源化する作用をするものであり、その先端部３１は放電空間１０に臨んで対向配置される。
【００２０】
そして、放電コンセントレータ３は、高温になるので、放電容器２を構成する非導電性材料の使用限界温度より高い使用限界温度を有する材料が選択され、また、金属等の導電性材料である必要はなく誘電体を使用することも可能である。誘電体を使用する場合は、放電コンセントレータ３が金属材料の場合では使用できなかった金属腐食性元素を発光物質として使用することが可能となる。
【００２１】
放電コンセントレータ３は細管部２Ｂ内に支持されているのみで放電容器２外部へ突出していないので、放電容器２には封止部がない。したがって、放電容器２内のガス圧に対して強い耐圧強度を有し、例えば超高圧水銀ランプのように水銀封入量の多いランプとした場合も、従来の箔シール構造を有する超高圧水銀ランプと比べて、点灯時の動作圧を一層高くすることを可能とするものである。
【００２２】
放電コンセントレータ３は、対向する２つの先端部３１の離間距離を放電容器２の膨出部２Ａの内径よりも狭くするので、放電空間１１で起こる放電を管壁から離して放電コンセントレータ３の先端部３１間に集中させることができる。
【００２３】
従来、電磁エネルギー点灯する無電極ランプにおいては、放電容器の内表面に近接して放電が起こり放電器管壁が高温となるので、容器を強制冷却する手段が必要であったが、本発明の点光源ランプ装置に用いるランプにおいては、放電が管壁から離れており両端封止型の従来型メタルハライドランプや超高圧水銀ランプと同程度の冷却でよい。
【００２４】
また、放電コンセントレータ３は必ずしも放電空間１１内で対向する一対のものではなくてよく、図２に示すように単一の放電コンセントレータ３の先端部３１が放電空間１１内に臨む形態としてもよい。この場合は、原理は定かではないが、放電コンセントレータの先端に電界が集中し、放電が開始され、発光が強くなると発光によるエネルギー損失を最少にしようとする駆動力でアークが収縮することが推測される。凹面反射ミラーと組み合わせて使用することによって、一対の放電コンセントレータを有するランプに比べて光の利用効率が改善される。
【００２５】
放電コンセントレータ３の材料を、放電容器２を構成する非導電性材料の使用限界温度よりも高い使用限界温度に耐える材料を選択することで、プラズマに接する部分の温度を高くとることができるので、発光強度の高くなるランプ入力までランプが使用可能となる。
【００２６】
また、放電コンセントレータ３の形状において、その後端部３２が縮径されていると、放電容器２の細管部２Ｂの耐圧強度をさらに上げることができる。
また、放電コンセントレータ３の材料を放電容器２を構成する非導電性材料と濡れ性の少ない材料を選択することによって、放電容器２を熱変形させて細管部２Ｂの内壁と放電コンセントレータ３との密着構造を実現でき、隙間の放電を抑えることができ、電力損失を少なくできる。
そして、放電容器２をシリカガラスで構成すると、放電容器２の形状加工も容易であり、その高耐熱性の特性から放電コンセントレータ３と密着が可能である。
【００２７】
また、３００Ｋで（室温で）６ＭＰａ以上のキセノンを放電容器に封入すると、高い圧力で放電が集中し、白色に近い光色で超高輝度の点光源を実現できる。放電コンセントレータ３の先端部３１を細くすることも適切な実施形態となる。先端部３１を細くすると、ランプ始動時に放電コンセントレータ３の先端部３１に電界が集中して放電が起こりやすくなるとともに、定常点灯時に放電コンセントレータ３へ伝わる熱の損失を少なくできる。
【００２８】
また、放電コンセントレータ３の後端部３２を曲面にすると、後端部３２に電界が集中しコロナ放電が起こることによる電力損失を抑えることができる。
【００２９】
さらに、放電容器２をアルミナ等の透光性セラミックで構成すると、高耐圧の容器が可能となり、例えばキセノンを発光物質とする場合、５０〜１００ＭＰａの封入すら可能となる。
封入物については、水銀を発光物質として使用する場合には、３００ｍｇ／ｃｃ以上の量を封入すれば、高い圧力で放電が集中し、近似白色で超高輝度の点光源を実現できる。
【００３０】
次に上記ランプを用いた本発明の点光源ランプ装置について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の点光源ランプ装置１００の実施の形態を示す概略の断面図である。電磁遮蔽された金属製の共振室構成容器７内に、誘電体からなる凹面反射鏡５の第１焦点に放電コンセントレータ３の先端部３１、３１の中間にくるようにランプ１は配置され、電磁エネルギー供給源４が共振室構成容器７に電磁エネルギーを供給するように配置される。
【００３１】
凹面反射鏡５の使用に供される誘電体材料は、室温における誘電体損が０．１以下の材料が選定される。それは自己発熱による損失が増加するからである。また凹面反射鏡の内面には波長選択膜がコーティングされている。この波長選択膜は例えば可視光のみを反射する膜であり、多層膜により構成されている。この波長選択膜によって紫外線による劣化や赤外線による加熱防止の効果がある。
なお、ランプ１は凹面反射鏡５の底部において細管部２Ｂが支持され、ランプ１を保持した凹面反射鏡５は共振室構成容器内に支持されているが、図中では簡略化して省略してある。以降の図においても同様である。
【００３２】
図３（ａ）中で、６は光を取り出すための開口部であり、その開口部中央あるいはその近傍に凹面反射鏡５の第２焦点が位置する。電磁エネルギー供給源４から電磁エネルギーが発せられると、ランプ１内の放電コンセントレータ３に電波共振作用によって電力が供給され、放電開始時に放電空間１１の中で放電コンセントレータ３によって電界が集中され電界が強められて、放電コンセントレータ３の２つの先端部３１、３１間に放電が集まり高輝度の点光源が現出する。
開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。電磁エネルギー供給源４から供給される電磁エネルギーは１０ＭＨｚ〜５０ＧＨｚの範囲の周波数帯のエネルギーである。
【００３３】
図３（ｂ）は光を取り出すための開口部６の部分に円筒部６１を設け、その中にロッド型インテグレータ６２を具えた点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。この実施形態においては、円筒部６１があることにより電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない。また、開口部６に集光したランプ１からの光がロッド型インテグレータ６２内を進むうちに均質化される。
【００３４】
図３（ｃ）は光を取り出すための開口部６の部分に複数のレンズ素子からなる分割型インテグレータレンズ６３が格子網状の枠６４に配設された点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。図３（ｄ）に分割型インテグレータレンズ６３の正面図を示す。
その分割型インテグレータレンズ６３のつなぎ目である枠の近くの部分は、あまり光の透過に寄与しないため、この実施形態のようにすると、格子網状の枠６４における光の損失がほとんどなくなる。
【００３５】
また、凹面反射鏡を集光鏡としての楕円鏡ではなく放物面鏡にして、放物面鏡により反射され平行光となったランプからの光が、小径の孔である共振室構成容器の開口部に集光するようなレンズを放物面鏡の前方に配置するという構成も考えられる。
なお、凹面反射鏡の光放出方向において、共振室構成容器の開口部に格子状の導電性の網を設けることで、電磁エネルギーを漏洩することなく、光を放出することができる。
【００３６】
図４は共振室構成容器７に電磁エネルギーの漏れの無い網部材９で蔽った給排気孔２６、２６を有し、その一方の開口部外部に冷却手段２２を具えている点光源ランプ装置１００の概略断面図である。
本発明の点光源ランプ装置に用いられるランプは従来からある無電極型ランプとは異なり、放電が放電容器の中心に集まるので放電容器壁の強制冷却は必要でないが、この実施形態のように冷却手段によって共振室構成容器７内へ冷却風を取り入れると凹面反射鏡５を冷却することができ、凹面反射鏡用の材料として耐熱温度の低い安価な材料を用いることが可能となる。開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。なお、図４以降では図３において示した波長選択膜２５については図面上では省略する。
【００３７】
図５は凹面反射鏡５の前面開放部５２を前面ガラス１２で蔽い、接着剤１１で前面ガラス１２とランプ１の隙間をふさいでいる点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。
この構造にすると、ランプ１が万が一破損したときにランプ材料の飛散を防止することができる。開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００３８】
また、図６には図３（ｃ）に示したものと同様な、分割型インテグレータレンズ６３をそのまま凹面反射鏡５の前面開放部５２に嵌め込み、凹面反射鏡５の前面開放部５２と分割型インテグレータレンズ６３との隙間を塞ぎ、分割型インテグレータレンズ６３を図５の前面ガラスを兼用する形で使用した点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。
図７は凹面反射鏡５の前面開放部５２に前面ガラスに相当するレンズ１３を配置した点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。
図６、図７の構成例の点光源ランプ装置ともランプが万が一破損したときにランプ材料の飛散を防止する機能を有する。図７において、開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００３９】
図８は１本型放電コンセントレータを有するランプを使用した実施形態を示す概略断面図であり、凹面反射鏡５の前面開放側に、放電容器２の前面に補助反射鏡１４を配設している。補助反射鏡１４は球面であり前面ガラス１２と一体で形成されるかまたは図で示したように接着剤１１によって前面ガラス１２と固着され保持されている。
１本型放電コンセントレータのランプでは、細管部が一方しかないため、光を取り出すための有効立体角が大きくなるので、光量が増加する。
そして、凹面反射鏡の前面開放側へのランプ自体から放射される光は拡散されるため、補助反射鏡１４を設けることにより、本来拡散されて使用されない光を凹面反射鏡５に戻し、有効光として利用できる。開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００４０】
図９は図８と同じく１本型放電コンセントレータを有するランプを使用した実施形態で、ランプの細管部が上方に前面ガラス１２に接着剤で固定され垂直に配置されている点光源ランプ装置１００の概略断面図である。そして、ランプ１から出た光は凹面反射鏡５で集光され平面反射鏡１５で折り返して開口部６から共振室構成容器の外部に放出される。また、凹面反射鏡５はその曲面状底部５１に開口がない。そのため、反射鏡の集光面積が大きくなり、反射光量を曲面状底部に開口のあるものに比べて増加させることができる。
【００４１】
また、図のようにランプの細管部を上方に配置することで、ランプ点灯時の高温部を細管部付近とすることができ、放電容器の失透発生による光量減衰が少なくなる。開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００４２】
なお、図２３に示した２本の放電コンセントレータを有するランプにおいて、凹面反射鏡５の曲面状底部５１側の第１のコンセントレータ３ａを第２のコンセントレータ３ｂより短尺にすることにより、１本型の放電コンセントレータを使用した図９と同様、凹面反射鏡５の曲面状底部５１に開口がない構成をとることが可能である。この場合、ランプ１は第２のコンセントレータ３ｂを支持する細管部２Ｂ部分で接着剤１１等により前面ガラス１２は固定される。
【００４３】
図１０は、２本の放電コンセントレータを有するランプを垂直に支持し点灯させる点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。ランプ１からでた光は凹面反射鏡５で集光され平面反射鏡１５で折り返して、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている開口部６から共振室構成容器７の外部に放出される。
【００４４】
図１１〜図１３は最適な電磁波エネルギー整合条件を選定して点光源ランプ装置１００を使用するための手段を具備した実施形態を示す概略断面図である。図１１は点光源ランプ装置１００の共振室構成容器７の内部にあるインピーダンスマッチング用壁部１６を図の矢印方向に移動させることにより共振室構成容器の容積を変化させて整合状態を変化させ、ランプ１を最適な位置に調整し、すなわちインピーダンスマッチングを行い、効率よく光を放出させるものである。なお、開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００４５】
図１２はランプ１および反射鏡５を移動させる実施形態であり、ランプ１および反射鏡５を図の矢印方向に移動させることによってランプ１と共振室構成容器との位置関係を変化させてインピーダンスマッチングを行い、集光レンズ１３で効率よく光を放出させるものである。開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
図１３（ａ）、（ｂ）はスタブを使用したインピーダンスマッチングを行う実施形態である。これらの構成の場合はスタブの共振室構成容器内への突出長さを変化させてスタブと共振室構成容器との間隙を変化させることにより、インピーダンスマッチングを行い、効率よく光を放出させるものである。なお、開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００４６】
図１４は電磁エネルギー供給源４の保護のために、サーキュレータ１９を使用して電磁エネルギー供給源４に電磁エネルギーの戻しを無くす実施形態を示す点光源ランプ装置１００の概略断面図である。
この例では電磁エネルギー供給源４から発振された電磁エネルギーは（イ）の経路でランプ１に到達し、ランプ１は２本の放電コンセントレータの間に高輝度点光源として発光する。そして、凹面反射鏡やランプおよび共振室構成容器の内壁にて反射した電磁エネルギーは（ロ）の経路で電磁エネルギー供給源４に向かい戻される。そして、その戻された電磁エネルギーは、サーキュレータ１９によって電磁エネルギー吸収筒２１の方（ハ）にその進行方向を曲げられ、電磁エネルギー吸収筒２１内で吸収される。電磁エネルギー吸収筒２１内には不図示のコーン状部材が配設されている。２０は放熱フィンである。この実施形態においても開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００４７】
図１５（ａ）、（ｂ）はランプの周囲に保温空間２２を有する点光源ランプ装置１００の実施形態である。保温空間２２内は真空となっている。図１５（ａ）においては保温空間２２はランプ１を凹面反射鏡５内に、前面ガラス１２および凹面反射鏡５底部の加工によって封じ込めることによって形成している。図１５（ｂ）においては保温空間２２は透光性の保温空間形成部材２７内にランプ１および凹面反射鏡５を閉じ込め配置することによって形成している。この実施形態においても開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。この図１５で示した実施形態では、真空中で点灯させることで、熱損失が少なく、効率のよいランプとすることができる。
【００４８】
図１６〜図１８は点灯補助紫外光源を有する点光源ランプ装置１００の実施形態である。図１６では共振室構成容器７内に点灯補助紫外光源２３ａとして無電極型低圧ランプを具備したものである。電磁エネルギーにより無電極型低圧ランプ２３ａが始動して、紫外光を放出し、その紫外光をランプ１が受けることにより、始動性がよくなる。なお、開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００４９】
図１７はいわゆる二重管タイプとしたもので、図１７（ｂ）に示したように、外管（図中Ｇ）内にランプ１を配置し、外管Ｇとランプ１の放電容器外壁の間に形成される空間（図中Ｋ）に希ガス等を封入し、いわばランプ１の外周に、始動性改善手段２３としての無電極型低圧放電ランプ（＝点灯補助紫外光源２３ａ）を具備したものといえる。図１７（ｃ）はＩＩ’断面図である。この場合も、図１６の形態と同じように、電磁エネルギーにより無電極型低圧ランプ２３ａが始動して、紫外光を放出し、その紫外光をランプ１が受けることにより、始動性がよくなるものである。図１８は始動性改善手段２３としての点灯補助高電圧源２３ｂをランプ１の細管部近傍に配置したものである。高電圧をかけることによって始動性が向上する。
なお、図１７、図１８とも、開口部６は、電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００５０】
図１９は凹面反射鏡５として金属製の反射鏡を利用し、さらにその反射鏡５を共振室構成容器とした点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。
金属製の反射鏡を使用すると反射鏡が共振室構成容器の一部を形成することができ、点光源ランプ装置の構造が簡易になる。
【００５１】
図２０は複数の電磁エネルギー供給源４を配置した点光源ランプ装置１００の実施形態の一例であり、図では２個の電磁エネルギー供給源４を具えた点光源ランプ装置である。電磁エネルギーは重ね合わせが可能であり、安価な電磁エネルギー供給源を使用して高出力のランプを点灯することができる。
【００５２】
図２１は複数のランプを配置した点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。図中、第１のランプ１ａ、第２のランプ１ｂ、第３のランプ１ｃでそれぞれ発光波長をコントロールするように封入物を変えて、それぞれのランプからＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を取り出し、かつ各ランプ毎の共振状態を変えることで、バランスのよいＲＧＢの色が実現できる。そして、複数のランプを使用することで、点光源ランプ装置から照射された光の照射面での明るさを均一にすることができる。なお、この実施形態においても開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００５３】
図２２（ａ）は同軸ケーブル４１を使用した点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。図２２（ｂ）は導波管４３を使用した点光源ランプ装置１００の実施形態を示す概略断面図である。
同軸ケーブル４１や導波管４３を使用することによって電磁エネルギー供給源４とランプ１がはなれていても点灯させることができる。図２２（ａ）において、同軸ケーブル４１の先端部４２が共振室構成容器７内に露出している。なお、図２２（ａ）、（ｂ）の実施形態においても開口部６は電磁エネルギーが共振室構成容器７から漏れ出ない程度の小径の孔となっている。
【００５４】
【実施例】
図３に示した点光源ランプ装置１００について具体的な実施例を図１と図３を使って説明する。
シリカガラス製の放電容器２からなるランプ１は、電磁遮蔽された共振室構成容器７内に配置され、電磁エネルギー源４が共振室構成容器７に電磁エネルギーを供給するように配置される。ランプ電力は２００Ｗであり、放電容器２は肉厚２．５ｍｍ、膨出部２Ａの外径１２ｍｍのシリカガラス製であり、放電コンセントレータ３はタングステン製であって、細管部内の太い部分の直径は２ｍｍであり、先端間の離隔距離は１．５ｍｍである。
【００５５】
そして、放電コンセントレータ３の放電空間１０に露出する部分以外の細管部内に在る表面にはシリカガラスとの濡れ性の少ないレニウムの薄膜が被覆されている。５は集光用の凹面反射鏡であり、誘電体材料であるガラスやセラミック製であって、その表面にチタニア（ＴｉＯ２）やシリカ（ＳｉＯ２）などの誘電体多層膜からなる波長選択膜２５が形成されている。この膜は可視光を反射させる機能を有する。
６は光を取り出すための開口部であり、電磁エネルギーが漏れ出ない程度の小径の孔である。
放電容器２内の封入物は、Ａｒ１３ｋＰａ、水銀３００ｍｇ／ｃｃであり、電磁エネルギー源の周波数は２．４５ＧＨｚである。なお、この電磁エネルギー源の使用周波数は１００ＭＨｚ〜５０ＧＨｚまで使用できるものである。なお、共振室構成容器７はアルミニウム、銅や真鍮等の金属製である。
【００５６】
そして、図３の構成の点光源ランプ装置１００を上記の仕様の通りに作製し、放電コンセントレータ３の先端間に凹面反射鏡５の第１焦点がくるように配置し、周波数２．４５ＧＨｚを印加すると、放電コンセントレータ３の先端間に、白色の高輝度点光源として点灯し、凹面反射鏡５により反射した光が凹面反射鏡の第２焦点近傍に位置する開口部６より放出された。
【００５７】
図２５には放電コンセントレータの先端間に生じる高輝度点光源の全光束が開口部６において集光する割合（集光効率）を示す。図２６には全光束が開口部６において集光する割合（集光効率）を示す。この図２５に示すように、放電コンセントレータの先端間の距離が１．５ｍｍ（略光源の大きさ＝光源直径）の本実施例において、共振室構成容器７の開口部６の径を５ｍｍとしたときに、ランプの全光束の６０％を第２焦点に位置させた該開口部６に集光させることができた。さらには開口部６の径を６ｍｍとすればランプの全光束の７０％を第２焦点に位置させた該開口部６に集光させることができた。
【００５８】
図２６には種々の直径を有する光源からの全光束が共振室構成容器７の開口径５ｍｍの開口部６において集光する割合（集光効率）を示したものである。
従来の無電極型ランプでは光源の大きさ（光源直径）は放電容器の内径そのものとなり、図２６に示すように、内径６ｍｍ（光源直径）とすると、共振室構成容器７の開口部６の径を５ｍｍとしたときにランプの全光束の１５％しか第２焦点に位置させた該開口部６に集光させることができなかった。この集光率を増加させるためには、放電容器自体を極小化しない限り点光源化は実現されず、その容器の極小化は発光管材料であるシリカガラス、アルミナ等は、耐熱温度１２００℃以下なので不可能であった。本発明においては、光源直径が１．５ｍｍまで小さくすることができ、ランプの全光束の６０％も第２焦点に位置させた該開口部６に集光させることができた。
【００５９】
そして、点灯後は放電容器の管壁の黒化や放電容器の破裂等の不具合は発生しなかった。水銀が３００ｍｇ／ｃｃ封入され、希ガスはバッファガスとして１３ｋＰａ封入されているので、放電時の放電容器内の圧力は３０ＭＰａ以上となっていることが予想され、従来の箔シールによる有電極型の超高圧水銀ランプと比較して放電容器２の耐圧が増大したものと考えられる。
【００６０】
図１６、図１７に示したランプ１の周囲に設けた無電極低圧放電ランプ２３ａは（シリカガラス）製の放電容器内に封入された希ガスは（アルゴン）であり、封入圧は（１．３ｋＰａ）とするのが適当である。
【００６１】
図２１に示したシリカガラス製の放電容器２からなる赤、緑、青を強化した各ランプ１ａ、ｂ、ｃは、電磁遮蔽された共振室構成容器９内に配置され、電磁エネルギー源４が共振室構成容器７に電磁エネルギーを供給するように配置される。各ランプ電力はそれぞれ１００Ｗであり、放電容器は肉厚２．５ｍｍ、膨出部の外径１０ｍｍのシリカガラス製であり、放電コンセントレータ３はタングステン製であって、細管部内の太い部分の直径は０．４ｍｍであり、先端間の離隔距離は１．２ｍｍである。
【００６２】
そして、放電コンセントレータ３の放電空間１０に露出する部分以外の細管部内に在る表面にはシリカガラスとの濡れ性の少ないレニウムの薄膜が被覆されている。５は集光用の凹面反射鏡であり、誘電体材料であるガラスやセラミック製であって、その表面にチタニア（ＴｉＯ２）やシリカ（ＳｉＯ２）などの誘電体多層膜からなる波長選択膜２５が形成されている。この膜は可視光を反射させる機能を有する。６は光を取り出すための開口部であり、電磁エネルギーが漏れ出ない程度の小径の孔である。
【００６３】
放電容器２内の封入物は、Ａｒ１３ｋＰａ、水銀１００ｍｇ／ｃｃと、赤を強化したランプにはヨウ化リチウム０．５ｍｇ、緑を強化したランプにはヨウ化タリウム０．２ｍｇ、青を強化したランプにはヨウ化インジウム０．３ｍｇであり、電磁エネルギー源の周波数は２．４５ＧＨｚである。なお、この電磁エネルギー源の使用周波数は１００ＭＨｚ〜５０ＧＨｚまで使用できるものである。なお、共振室構成容器７はアルミニウム、銅や真鍮等の金属製である。
【００６４】
そして、図２１の構成の点光源ランプ装置１００を上記の仕様の通りに作製し、放電コンセントレータの先端間に凹面反射鏡の第１焦点がくるように配置し、周波数２．４５ＧＨｚを印加すると、放電コンセントレータの先端部近傍に、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ別々の強化された高輝度点光源として点灯し、凹面反射鏡５により反射した光が凹面反射鏡の第２焦点近傍に位置する開口部６より放出された。
【００６５】
本発明の点光源ランプ装置は、電磁エネルギー共振による放電を利用しており、放電コンセントレータ３は受信部材としての役割をも担っている。そこで、図２４に示したように放電容器２の外部に放電コンセントレータ３と別体で受信部材２４を設けることによって細管部２Ｂの耐圧信頼性が増し、放電コンセントレータ３による熱損失を減少させることも可能となる。周波数が高いので放電コンセントレータ３と受信部材２４の管軸方向の重なり幅（図２４のＬ）は小さくても問題はない。放電コンセントレータ３と受信部材２４は静電容量により結合していると考えられる。
【００６６】
また、各実施例において共通して、本発明の点光源ランプ装置は、放電コンセントレータを有するランプを用いた、液晶プロジェクター用光源等の点光源ランプ装置であるので、輝度が高く、かつ鮮明な画像を提供することができ、また電磁エネルギーの漏洩の無い装置を提供することができる。
なお、本発明の点光源ランプ装置は、光ファイバーを用いた紫外線硬化装置にも適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の点光源ランプ装置においては、放電コンセントレータは、放電開始時に放電空間内の電界を集中させ、定常点灯時に放電を点光源化させる。そして、放電コンセントレータが放電容器内にのみ保持されていて、従来の有電極ランプのような外部リード等の電流導入用部材を放電容器外部へ導出するための封止部を有しないので、放電時の放電容器内部のガス圧に対する耐圧強度が高いものとなる。そして、ランプ内で放電コンセントレータを放電空間に臨ませた構成としたので、放電コンセントレータの先端部に放電を集中させ、高輝度の点光源を現出させることができ、高輝度点光源装置として充分使用可能な点光源ランプ装置を提供できる。
【００６８】
共振室構成容器外方に突出する円筒部が共振室構成容器の開口部に形成されており、円筒部内にロッド状のインテグレータが配置されている構成とすると、電磁エネルギーの漏れも無く、また光の均質化を実現でき、高輝度点光源装置として充分使用可能な点光源ランプ装置を提供できる。
【００６９】
また、共振室構成容器開口部に格子網状枠内に配設した複数のインテグレータレンズが配置されていると光の格子網状枠での損失なく光を共振室構成容器外部へ取り出すことができる。
そして、放電コンセントレータを１本で構成したランプとすると一対の放電コンセントレータを使用した点光源ランプ装置に比べて光の利用効率が改善される。
また、放電コンセントレータが対向配置された２本からなり、凹面反射鏡の曲面状底部側に配置された放電コンセントレータが他方の放電コンセントレータよりも短くすることにより、凹面反射鏡の曲面状底部に開口を有しない凹面反射鏡が使用でき光の利用効率が改善される。
【００７０】
そして、ランプおよび凹面反射鏡を冷却する冷却手段を具備すると、さらに一層の高入力の点光源ランプ装置を実現できる。
また、凹面反射鏡の前面開口側に前記ランプの構成部材の飛散防止用の蔽い部材を具備することにより、万が一放電容器が破損した場合もランプ材料が点光源ランプ装置外部へ飛散することの無い安全な点光源ランプ装置とすることができる。
【００７１】
そして、ランプからの放射光を集光または反射する機能を有する補助光学系を、ランプの、凹面反射鏡の前面開口側に具備することにより、光の利用効率が一層向上する。
また、ランプが垂直に配置されることにより、ランプ点灯時の高温部を細管部付近とすることができ、放電容器の失透発生による光量減衰が少なくなる。
【００７２】
さらに、共振室構成容器内に電磁エネルギーのインピーダンスマッチングを行う手段を具備することによって最適な整合条件でランプを点灯することができる。
そして、ランプの外側に保温空間を有する構造とすることによって、ランプからの熱損失を減らして効率のよいランプとすることができる。
また、共振室構成容器内にランプの始動性を改善する手段を具備することにより、ランプの易点灯性が向上する。
【００７３】
そして、前記凹面反射鏡が誘電体からなることにより電磁エネルギーの整合状態をつくることが容易になる。
そして、凹面反射鏡は誘電体損が室温において０．１以下の誘電体材料であれば、自己発熱による損失が低減できる効果がある。
【００７４】
また、凹面反射鏡の内面側に波長選択膜が形成されていると、紫外線による劣化や赤外線による加熱防止の効果がある。
凹面反射鏡が金属製であると、反射鏡が共振室構成容器の一部を形成することができ、点光源ランプ装置の構造が簡易になる。
さらに、電磁エネルギー供給手段としての電磁エネルギー供給源を複数具えると安価な電磁エネルギー供給源を使用でき、経済的に優れた点光源ランプ装置とすることができる。
【００７５】
また、ランプを共振室構成容器内に複数具えることにより、各ランプの発光色を変えることができ、各ランプの共振状態を変えてバランスのよい光色を実現でき、点光源ランプ装置から照射される光の照射面での明るさを均一にできる。
そして、電磁エネルギー供給手段から共振室構成容器内への電磁エネルギーの供給を同軸ケーブルや導波管を介して行うことにより、電磁エネルギー供給源とランプの距離を離すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の点光源ランプ装置に係るランプの一実施例の断面図である。
【図２】本発明の点光源ランプ装置に係るランプの一実施例の断面図である。
【図３】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図４】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図５】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図６】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図７】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図８】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図９】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１０】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１１】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１２】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１３】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１４】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１５】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１６】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１７】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１８】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図１９】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図２０】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図２１】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図２２】本発明の点光源ランプ装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【図２３】本発明の点光源ランプ装置に係るランプと凹面反射鏡の組み合わせの一実施例を示す概略の断面図である。
【図２４】本発明の点光源ランプ装置に係るランプの一実施例を示す概略の断面図である。
【図２５】共振室構成容器の開口部における集光効率を示す図である。
【図２６】共振室構成容器の開口部における集光効率を示す図である。
【符号の説明】
１  ランプ
１ａ  第１のランプ
１ｂ  第２のランプ
１ｃ  第３のランプ
２  放電容器
２Ａ  膨出部
２Ｂ  細管部
３  放電コンセントレータ
３ａ  第１の放電コンセントレータ
３ｂ  第２の放電コンセントレータ
３１  先端部
３２  後端部
４  電磁エネルギー供給源
４１  同軸ケーブル
４２  同軸ケーブル先端部
４３  導波管
５  凹面反射鏡
５１  曲面状底部
５２  前面開放部
６  開口部
６１  円筒部
６２  ロッド型インテグレータ
６３  分割型インテグレータレンズ
６４  格子網状の枠
７  共振室構成容器
８  冷却ファン
９  網部材
１０  放電空間
１１  接着剤
１２  前面ガラス
１３  集光レンズ
１４  補助反射鏡
１５  平面鏡
１６  インピーダンスマッチング用壁部
１７  ランプ位置調節部材
１８  スタブ
１９  サーキュレータ
２０  放熱フィン
２１  電磁エネルギー吸収筒
２２  保温空間
２３  始動性改善手段
２３ａ  点灯補助紫外光源
２３ｂ  点灯補助高電圧源
２４  受信部材
２５  波長選択膜
２６  給排気孔
１００  点光源ランプ装置
【図１】
0003580205.tif 000002
【図２】
0003580205.tif 000003
【図３】
0003580205.tif 000004
【図４】
0003580205.tif 000005
【図５】
0003580205.tif 000006
【図６】
0003580205.tif 000007
【図７】
0003580205.tif 000008
【図８】
0003580205.tif 000009
【図９】
0003580205.tif 000010
【図１０】
0003580205.tif 000011
【図１１】
0003580205.tif 000012
【図１２】
0003580205.tif 000013
【図１３】
0003580205.tif 000014
【図１４】
0003580205.tif 000015
【図１５】
0003580205.tif 000016
【図１６】
0003580205.tif 000017
【図１７】
0003580205.tif 000018
【図１８】
0003580205.tif 000019
【図１９】
0003580205.tif 000020
【図２０】
0003580205.tif 000021
【図２１】
0003580205.tif 000022
【図２２】
0003580205.tif 000023
【図２３】
0003580205.tif 000024
【図２４】
0003580205.tif 000025
【図２５】
0003580205.tif 000026
【図２６】
0003580205.tif 000027