(57)【要約】  放電管（３）と、２つのシール部分（４）から放電管（３）内に延びる２つの電極（５，６）とを有する、高耐熱材料のエンベロープ（２）を含み、２つの電極は、２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下の電極間隙（ｄｅ）を有する、高圧水銀蒸気放電ランプが記載される。放電管（３）は、希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の量の水銀とを本質的に含む充填剤を含む。シール部分（４）は、それぞれ、６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間、好ましくは、約１０ｍｍ２の断面積を有する。そのような高圧水銀蒸気放電ランプ（１）を製造する方法及びそのような高圧水銀蒸気放電ランプ（１）のためのプロジェクションシステムも記載される。
2009522741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管と、２つのシール部分から前記放電管内に延びる２つの電極とを有する、高耐熱材料のエンベロープを含み、前記２つの電極は、２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下の電極間隙を有する、高圧水銀蒸気放電ランプであって、
前記放電管は、希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の量の水銀とを本質的に含む充填剤を含み、
前記シール部分は、それぞれ、６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、好ましくは、約１０ｍｍ２の断面積を有する、
高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】
前記放電管の最大厚さの場所における前記放電管の壁圧は、１．３ｍｍ以上、好ましくは、１．６ｍｍ以上、特に好ましくは、１．７ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】
前記放電管の最大厚さの場所における前記放電管の外径は、約７．１ｍｍであり、この場所における内径は、約３．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項４】
前記電極は、前記シール部分内の緊密に埋設された金属ストリップ区画を介して給電線に接続され、各金属ストリップ区画の長さは、１２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項５】
前記電極は、ロッド形状であり、遅くとも動作の特定期間後に、且つ、それらが電極の長手方向に延びるそれらの先端に突起を有するよう設計されることを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項６】
前記壁負荷は、０．７Ｗ／ｍｍ２以上、好ましくは、１Ｗ／ｍｍ２以上であることを特徴とする、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項７】
当該高圧水銀蒸気放電ランプの定格動作電力は、２０Ｗと６０Ｗとの間であることを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項８】
高圧水銀蒸気放電ランプを製造する方法であって、
高耐熱材料の管からエンベロープを製造するステップを含み、該エンベロープは、放電管と、該放電管の両側に残る２つの管区画とを有し、
電極を前記２つ管区画内に挿入するステップを含み、前記電極は、電極が放電管内に延び、電極間隙が２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下であるよう、それぞれの金属ストリップ区画を介して給電線にそれぞれ接続され、
希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の量の水銀とを本質的に含む充填剤を放電管に提供するステップを含み、
前記管区画を封止部分内に圧縮し或いは融解することによって前記放電管を封止するステップを含み、前記金属ストリップ区画は、前記シール部分内に緊密に埋設され、
前記放電管は、そのように形成され、且つ、前記放電管にある前記管区画は、前記シール部分が、６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、好ましくは、１０ｍｍ２の断面積を有するよう、前記シール部分内に押し付けられ或いは融解される、
方法。
【請求項９】
前記ランプエンベロープは、約４．１ｍｍの外径及び約２ｍｍの内径を有する管から形成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記放電管は、そのように形成され、且つ、前記放電管にある前記管区画は、各シール部分の直径が、２．５ｍｍと５ｍｍとの間、好ましくは、約３．６ｍｍであるよう、前記シール部分内に融解されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記放電管を形成するために、前記管は、同時の径方向膨張が起こる前記放電管の最大厚さの場所において、２５０％よりも多く、好ましくは、３００％よりも多く、軸方向に圧縮されることを特徴とする、請求項８乃至１０のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ハロゲンの量は、１０−５μｍｏｌｅ／ｍｍ３と２×１０−４μｍｏｌｅ／ｍｍ３との間であることを特徴とする、請求項８乃至１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプを含むプロジェクションシステム。
【請求項１４】
楕円形反射器を備える請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプのためのプロジェクションシステムであって、前記高圧水銀蒸気放電ランプは、動作中に使用可能であり、前記反射器の２つの焦点の間の距離は、５０ｍｍ以下、好ましくは、４５ｍｍ以下である、プロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管を備える高耐熱材料のエンベロープと、２つのシール部分から放電管内に延び、且つ、２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下の電極間隙を有する２つの電極とを含む、高圧水銀蒸気放電ランプに関する。放電管は、希ガス、酸素、ハロゲン、及び、水銀を本質的に含む充填剤を収容する。ハロゲンは、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物である。水銀は、０．１５ｍｇ／ｍｍ３より多くの容量で存在する。さらに、本発明は、そのような高圧水銀蒸気放電ランプを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧水銀蒸気放電ランプの２つの電極間に光を生成するために、アークが点火される。小さな電極間隙の故に、これらのランプは、ショートアークランプと呼ばれる。動作中、水銀は蒸発し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３の容量が与えられると、普通、ランプ内に約１５０ｂａｒの水銀蒸気圧力をもたらす。さらに高い水銀部分を備えるが、そのような種類の高圧水銀蒸気放電ランプの実施例が、ＤＥ３８１３４２１Ａ１号に記載されている。１００ｂａｒより上の水銀蒸気圧力を有するそのようなランプは、高輝度及び比較的連続的なスペクトルを生成する。従って、これらの高圧水銀蒸気放電ランプは、しばしば、ＵＨＰランプと称され、ここで、ＵＨＰは、高輝度に起因する高圧又は「超高性能」の故に、「超高圧」を意味する。これらのランプの用途の主要な分野は、プロジェクションシステムにおけるそれらの使用である。しかしながら、ランプの高い電圧負荷は、タングステンが電極から蒸発し、放電管の壁の上に堆積されるという事実を引き起こす。これはエンベロープの黒化を招き、その結果として、後者は強く熱くなり、次いで、特に高水銀蒸気圧を伴うならば、それはエンベロープの爆発を引き起こし得る。前述のランプを用いると、これはエンベロープ又は放電管の比較的小さな寸法によってさらに悪化される。従って、そのような壁黒化は、絶対的に回避されなければならない。タングステン輸送の故の壁の黒化に対する対策として、高圧水銀蒸気放電ランプは、記述のように、少量のハロゲン、塩素、臭素、及び、ヨウ素の少なくとも１つを含む。これらのハロゲンは、タングステン輸送循環を引き起こし、それに伴って、放電管の壁から分離されるタングステンは、輸送されて電極に戻る。
【０００３】
そのような高圧水銀蒸気放電ランプに伴う不変の問題は、動作中にランプが極めて熱くなることである。従って、ランプの破壊を防止するために、ランプが過熱しないことが保証されなければならない。周知のように、ランプは、シール部分の外側端部で、３５０℃〜４００℃よりも熱くならないことが特に規定されなければならず、ここで、ランプの金属部分、即ち、電極への給電線は、周囲空気と接触するようになり、これらの部分の急激な酸化を避けるために、それは、普通、モリブデンを含む。さらに、温度は、主過熱源から離れて、即ち、ランプエンベロープの中心にある熱い放電管から離れて、シール部分の長手方向に減少することが知られている。この目的のために、熱伝導装置及びランプ内の温度条件が、以下に簡潔に記載される。
【０００４】
シール部分の端部に作用する主要な加熱機構は、ランプの中心から外側へのシール部分の材料を通じる熱伝導である。加えて、モリブデン箔は、約１０〜２０％だけ熱伝導に寄与する。
【０００５】
シール部分が、熱い材料、例えば、熱い石英材料の石英ガラスエンベロープの放射によって、並びに、周囲空気に対する熱伝導によって冷却されることは本当である。ステファン−ボルツマンの法則によれば、両方の機構は、空気との可能な限り大きな温度差が存在するときに、最良の冷却をもたらす。
【０００６】
しかしながら、シール部分は、その上、反射器内の放射によって或いは光学系によって後方反射される追加的な熱によって負担を掛けられる。ここには、３つの主要な機構がある。
【０００７】
金属反射の場合には、熱放射は、熱い放電管によってシール部分に対して反射される。これは、反射器が点源のために設計されるのに対し、熱い放電管がより大きな寸法を有し、故に、放射線は、所望の焦点にのみ結像されないという事実によって増進される。この放射線は放電管の熱い材料に由来するので、それは相応してシール部分によって良好に再吸収される。可視光のみが反射され、ＩＲ及びＵＲ放射線が可能な限り透過される、（気化冷光鏡と類似する）二色性反射の場合でさえ、放電アークからの放射線は、ランプのシール部分の両端部を打つ。この放射線は、反射器の後方部分に由来する。放電アークは拡張された放射線源でもあるので、光線は正確に集束されず、その一部がランプの両端部も打つ。この放射線は、放電管の領域内の同一材料によって既に透過されたので、エンベロープ材料によって吸収されず、それはシール部分内の金属部分によって吸収される。
【０００８】
プロジェクションシステムにおいて通例の光学系が使用されるとき、全体的な状況は、さらに一層重大になり、そこでは、望ましくない赤外及び紫外放射線が、一部の場合には、望ましくない色さえもが、反射されてランプ内に戻る。この放射線の実質的な部分は、楕円反射器の第二焦点に近い領域から来るので、シール部分も打つ。
【０００９】
従って、シール部分の長さ、結果的に、ＵＨＰランプのエンベロープの全長は、普通、これらの場所で達成され得る動作温度によって今まで決定されてきた。故に、ランプエンベロープのさらなる小型化のために、結果的に、ランプが挿入される光学系のサイズの減少のためにも、厳格な境界が設定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
より小さな寸法を有する前文中に述べられたような種類の高圧水銀蒸気放電ランプ、及び、シール部分の両端部での許容温度がそれにも拘わらず超過されない、そのような高圧水銀蒸気放電ランプを製造する対応する方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本目的は、請求項１に従った高圧水銀蒸気放電ランプによって、並びに、請求項８に従った方法によって達成される。
【００１２】
上述されたように、本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプは、高耐熱材料、好ましくは、石英ガラス、又は、代替的に、酸化アルミニウムのエンベロープを有する。このエンベロープは、放電管と、両端で２つの部分から放電管内に延びる、好ましくは、タングステン正の２つの電極とを有する。ここで、電極間隙は、２．６ｍｍよりも小さく、好ましくは、１．５ｍｍよりも小さい。放電管は、再び上述されたように、実際には、物質、即ち、希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、並びに、０．１５ｍｇ／ｍｍ３よりも多い量の水銀とを含む充填剤を含む。本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプは、ランプエンベロープの封止部分が、僅か６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、特に好ましくは、約１０ｍｍ２の断面積を有するよう構成される。これは、ランプのシール部分の著しい短縮を可能にすると同時に、シール部分の両端での許容可能な温度レベルは維持される。
【００１３】
広範囲な計算、シミュレーション、及び、試験を伴う実験は、上記に特定された主要な加熱機構とは別に、エネルギを放電管からシール部分の両端部に輸送する第二の実質的な加熱機構があることを示した。ランプ内で生成される放射線の一部は、ランプエンベロープを離れず、光導波路におけるような全反射（ＴＩＲ）によってシール部分内を案内される。次に、この放射線は、シール部分内の金属部分によって吸収され、シール部分の両端部の加熱に実質的に寄与する。
【００１４】
断面積が２０ｍｍ２より下にあるようなエンベロープの有利な配置のお陰で、熱伝導のこの部分は、少なくとも２５ｍｍ２、或いは、原則として、それよりもかなり上の断面を有する既知のＵＨＰランプに比べ、大きく減少され得る。これは、シール部分が著しくより小さいよう設計することを可能にする。それにも拘わらず、金属が空気と接触するシール部分の端部領域における温度は、所望の３５０〜４００℃より下のままである。これは、より小さなランプ、結果的に、相応して、より小さな反射器を設計することを可能にし、その結果として、プロジェクションシステム内の光学構造は、全体的により少ない空間を必要とする。よって、プロジェクタの全体的サイズのみならず、有利に、その費用も、かなり減少され得る。
【００１５】
そのような高圧水銀蒸気放電ランプを製造するための本発明に従った方法は、以下のステップを含む。先ず、エンベロープが、高耐熱材料、好ましくは、石英ガラスの管から製造され、そのエンベロープは、放電管と、放電管の両端側にある２つの残余管区画とを有する。次に、電極が２つの管区画内に挿入され、その電極は、原則としてモリブデン製のそれぞれの金属ストリップ区画を介して給電線に接続される。ここで、電極は、それらが放電管内に延在し、且つ、≦２．５ｍｍ、好ましくは、≦１．５ｍｍの精密に定められた電極間隙が達成されるよう位置付けられる。加えて、上述の充填剤を備える放電管が充填され、管区画をシール部分内に押し付け或いは融解することによって封止され、金属ストリップ区画は、シール部分内に緊密に埋設される。
【００１６】
放電管への管の成形、放電管内への電極及び充填剤の挿入、及び、放電管の封止は、通例の方法で遂行され得る。この目的のために、広範な方法が当業者に既知である。よって、例えば、第一の１つの電極が挿入され、次に、管区画のこの側でシール部分内に押し付けられ或いは融解され得る。次に、ハロゲン化物及び水銀が導入され、第二電極が第一電極に対する適切な距離で挿入され、最終的に、第二管区画は、希ガスでの充填が行われた後に封止される。しかしながら、最終分析において、いつどの電極が挿入され、いつ充填剤が提供され、いつ放電管がどの側に封止されるかの順序は、本発明にとって重要ではない。放電管がそのように形成され、且つ、シール部分が６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、好ましくは、１０ｍｍ２の断面積を有するよう、放電管にある管区画が、シール部分内に押し付けられ或いは融解されることだけが本質的である。
【００１７】
従属項は、本発明の特に有利な実施態様及びさらなる実施態様を含む。具体的には、高圧水銀蒸気放電ランプを製造する方法は、高圧水銀蒸気放電ランプに関する従属項に類似しても設計され得るし、逆に、高圧水銀蒸気放電ランプは、製造プロセスに関する従属項に従ってもさらに具現化され得る。シール部分の比較的小さな断面積にも拘わらず、ランプの赤道が示される、放電管の最も厚い地点での放電管の壁圧が、１．３ｍｍ以上、好ましくは、１．６ｍｍ以上、特に好ましくは、１．７ｍｍ以上であることが有利に保証される。
【００１８】
実施態様の特に好適な実施例において、最も厚い場所での放電管の外径は、約７．１ｍｍでり、その場所での内径は、約３．５ｍｍである。
【００１９】
ここで、好ましくは、ランプエンベロープは、たった約４．１ｍｍの外径及び約２ｍｍの内径を備える管から構成され得る。今まで、そのようなランプは、著しくより厚い管から形成されるのが通例であった。放電管の管区画は、上述のように、押圧又は融解を通じてシール部分に成形され得る。ここでは、融解が好適な方法である。何故ならば、より大きな圧縮強度がそれによって達成され得るからである。よって、本質的に丸い直径を有するシール部分が製造される。好ましくは、その場合には、所望の断面積を達成するために、シール部分の直径が、２．５ｍｍと５ｍｍとの間、好ましくは、約３．６ｍｍであることが保証される。
【００２０】
放電管の中央領域において必要な壁圧を達成し、同時に、シール部分の領域における対応する小さな断面積を達成するために、放電管の最も厚い場所で放電管を生成するための管は、同時の径方向膨張と共に、２５０％よりも多く、好ましくは、３００％よりも多く、軸方向に圧縮される。そのような圧縮を実施する方法が以下に記載される。
【００２１】
シール部分を可能な限り短く維持するために、シール部分内に完全に埋設されなければならない金属ストリップ区画の長さは、好ましくは、≦１２ｍｍである。
【００２２】
特に好ましくは、電極は、ロッド形状であり且つ遅くとも所定期間後にそれらがそれらの先端に電極の長手方向に延びる突起をそれぞれ有するよう、高圧水銀蒸気放電ランプ内に挿入される。そのような簡単なロッド形状の電極は、比較的暗化に製造され得る。
【００２３】
厚い中実の電極ヘッドを備える或いはその前端でタングステンロッドの周りに巻回されるコイルを備える薄いタングステンロッドを含む電極を使用することが、高圧水銀蒸気放電ランプにおいて今まで通例であった。代替的に、タングステンロッド自体は、端部で螺旋状にコイル巻きにされ得る。上記に引用されたＤＥ３８１３４２１Ａ１号は、この実施例を示している。そのような比較的厚い電極ヘッドによって、電極安定性が広い電流範囲に亘って、即ち、ランプの起動中及び動作中に維持されること、並びに、放射を通じた冷却が改良されることが保証される。古典的なＵＨＰランプにおけるそのような電極ヘッドの典型的な直径は、１００ＷのＵＨＰランプ用の８００μｍと２７５ＷのＵＨＰランプ用の２０００μｍとの間である。中実ヘッド又は定められたコイルを有するそのような電極の製造は、明らかに著しい費用を含み、それは高圧水銀蒸気放電ランプの総額を増大する。
【００２４】
しかしながら、さらなる調査は、適切な構造、即ち、そのようなロッド形状、本質的には、円筒形電極のための適切な寸法の選択は、電極が、遅くとも所与の動作期間後に所望の突起を正しく示すことを達成し得る。そのような突起の長さは、関連する電極のほぼ直径のサイズに達し得る。即ち、長期に見られるとき、通例の短時間の変動は別として、ロッド形状電極の測定は、突起が、電極先端で、その長さ、形状、及び、位置が本質的に安定的であるよう成形されるよう選択される。そのような簡単な電極がランプを製造するために使用されるとき、費用は大幅に削減され得る。
【００２５】
本発明に従って、電極が特定の動作期間後にそれらの先端に突起を有するよう、電極の精密な設計のための幾つかの選択肢がある。
【００２６】
第一に、突起が遅くとも特定の所与の動作期間内にランプの動作中に自然に形成されるよう、その直径及び自由電極長さ（シール部分からのそれぞれの電極の出口、即ち、電極と、例えば、石英ガラスとの間の接点から関連する電極の先端までの距離によって定められる）が選択される、簡単なロッド形状電極が使用され得る。特定の温度条件下での直径及び電極長さの適切な選択で、即ち、特定の作動電流のために、簡単なロッド形状電極が、電極先端にそのような突起の強力な成長を有し、突起は、ランプの全寿命の間に十分に安定的なままであることが、実験において、驚くほどに分かった。加えて、この成長する突起は、アーク安定性を保証し、元々のロッド形状幾何に比べ、電流ユニット毎の電極への電力入力、よって、シール部分の方向への熱流を減少する。
【００２７】
好ましくは、その電極直径が≦６００、好ましくは、≦５００μｍ、特に好ましくは、≦４５０μｍである、ロッド形状電極が使用される。好ましくは、電極直径は、≧２００、特に好ましくは、≧３００μｍである。その上、突起の直ぐ背後のロッド形状電極の先端でのそのような電極直径の適切な選択が、動作時間の間にそこに堆積されるタングステンによって、膨張を形成させる。これは、突起の直ぐ背後の地点でロッド直径の増大を招くと同時に、加えて、そのように形成される電極表面の皺が、電極の増強された放射冷却をもたらす。
【００２８】
好ましくは、電極は、電極先端での突起の成長が、ランプの動作の最初の３０時間内に起こるよう設計され得る。成長プロセスの最強部分は、既に動作の最初の１０時間内に起こっている。同時に、成長プロセスは、動作の最初の３０時間内の高圧水銀蒸気放電ランプ内の５Ｖよりも多い動作電圧の増大に関連する。
【００２９】
最初の数時間内のこの成長を回避するために、即ち、適切に形成された電極を正しく開始から提供するために、早くも製造中に、例えば、ロッド形状電極が挿入される前に、ロッド形状電極の先端をレーザで照射することによって、突起を製造することも可能である。しかしながら、その場合には、ロッド形状電極の直径及び（突起を含む）これらの電極の自由電極長さは、対応する突起が高圧水銀蒸気放電ランプの動作中に十分に安定的なままであるよう選択されなければならない。この目的のために、寸法は上述のように正確に選択されなければならない。レーザ処理は、電極が初めから所望の形状の突起を有することを保証するに過ぎない。そのようなレーザ処理は、ランプ製造における追加的なプロセスステップであるが、このステップの費用は、厚くされたヘッドを有する上述された電極の高額な製造、或いは、螺旋電極の製造と比較され得ない。これはより多くの経済的な製造が、そのような電極を有するランプのためにも可能であることを意味する。
【００３０】
特に有利に、本発明は、２０と６０Ｗとの間の電力定格、好ましくは、約４０又は約５０Ｗの電力定格を有する高圧水銀蒸気放電ランプに適用可能である。これらは小型高圧水銀蒸気放電ランプとも称され得る比較的小さなランプである。
【００３１】
好ましくは調節されるべきさらなるパラメータは、好ましくは、≧０．７Ｗ／ｍｍ２、特に好ましくは、≧１Ｗ／ｍｍ２でなければならないランプの壁負荷である。臭素が好ましくは使用されるハロゲン量は、有利に１０−５μｍｍｏｌｅ／ｍｍ３と２×１０−４μｍｍｏｌｅ／ｍｍ３との間である。
【００３２】
上述されたような本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプは、如何なるプロジェクションシステムにおいても使用され得る。具体的には、より小さな断面積を有するシール部分を備える好適なさらなる設計された変形において、ランプは、その２つの焦点間に≦５０ｍｍ、好ましくは、≦４５ｍｍの距離を有する楕円形反射器を備える高圧水銀蒸気放電ランプのためのプロジェクションシステムにおいて特に有利に使用され得る。今までプロジェクションシステムにおいて使用された反射器は、プロジェクタ筐体内の光学系のより大きな空間要件を全体的に引き起こす、実質的により大きな焦点距離を有した。
【００３３】
しかしながら、ランプは、原則として、他の用途においても、例えば、自動車分野において、医療装置においても、或いは、他の照明分野において使用され得る。
【００３４】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明されるが、本発明は、これらに限定されると考えられるべきではない。この場合、同等の参照番号は、同等の部分に言及している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１及び２中に概略的に示される高圧水銀蒸気放電ランプ１、及び、図３及び４中に示される高圧水銀蒸気放電ランプは、約５０Ｗの電力でそれぞれ動作される好適実施態様である。
【００３６】
通例の方法で、ランプ１は、中心に配置された放電管３と、放電管３の両側に配置された２つのシール部分４とを備える、石英ガラスのエンベロープ２を含む。電極５，６が、シール部分４から放電管３内に延びている。これらの電極５，６は、シール部分４内で、それぞれのモリブデン箔区画８に接続されており、モリブデン箔区画は、それらの他端部で、普通、モリブデンワイヤである給電線９に接続されている。電極間隙ｄｅ、即ち、電極５，６の相互に面し合う先端の間の距離は、約１．５ｍｍである。
【００３７】
その上、希ガス、この場合には、２００ｍｂａｒの圧力を備えるアルゴンを用いて、放電管３は、酸素、水銀、及び、ハロゲン化物、ここでは、臭素で充填される。酸素は、極めて少量だけ存在する。一般的には、金属部分の表面酸化によってランプ内に導入される酸素量が十分である。臭素量は、約１×１０−４μｍｏｌｅ／ｍｍ３である。水銀は、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上及び０．３５ｍｇ／ｍｍ３以下の量で存在する。総水銀量は、本好適実施態様では、６ｍｇである（これは約０．１７ｍｇ／ｍｍ３に対応する）。このランプ内の壁負荷は、０．７Ｗ／ｍｍ２よりも多い。
【００３８】
ランプエンベロープは、４．１ｍｍの外径及び２ミリの内径を有する石英ガラスから製造される。放電管３は、ガラス旋盤内で成形され、そこでは、管は、主軸台及び心押台内で両端部で保持される。管がその中央領域で加熱されている間、主軸台及び心押台は、中央領域内の、即ち、放電管の最も厚い地点にある材料を圧縮するために接合される。同時に、放電管の所望の形状を達成するために、管は、例えば、不活性ガスの射出を通じて、内部過圧によって加熱地域で径方向に広げられる。放電管の正確な外部形状は、負型からの圧力によって外側から決定され得る。そのような方法は、例えば、米国特許第４，３８９，２０１号から当業者に既知である。放電管３の中央領域内の材料の可能な限り大きな圧縮を得るために、圧縮及び膨張プロセスは、好ましくは、少なくとも二段階で起こる、即ち、第一圧縮が起こり、次に、伸張し、次に、再び圧縮し、最終的に、再び伸張する。このプロセスは、所望の形状が達成されるまで、より長い周期に亘って遂行され得る。その場合には、完成された放電管は、最大厚さの場所において、７．１ｍｍのエンベロープ外径ｄｅ、及び、３．５ｍｍのエンベロープ内径を有する。これは、壁厚さｄｗが、ガラス管の元々の厚さに対する約３００％の圧縮に対応して、約１．７ｍｍであることを意味する。
【００３９】
次に、例えば、一方の側でモリブデン箔に並びにリード線９に締結された電極５が提供される。次に、放電管３は、水銀液滴の形態の水銀で充填される。これは、普通、不活性ガス雰囲気内で起こる。次に、第二電極６が挿入される。然る後、シール部分を製造するために、ガラス管区画は一方の側で密封され、シール部分は、この側で放電管３の周りを封止する。次に、放電管３は、依然として開放の側から、例えば、ＤＥ３８１３４２１Ａ１号に記載されるような臭化メチルの形態の、所望のハロゲンで充填され、所望の希ガスで充填され、最終的に、第二シールが提供され、それによって、放電管３は、完全に封止される。これらの方法も、例えば、米国特許第４，３８９，２０１号から当業者に既知である。電極は、好ましくは、正確に特定された電極間隙ｄｅを達成するために、監視系の助けを得て位置付けられる。
【００４０】
一方では、初期ガラス管の小さな厚さは、シール部分６又はシールの直径が、たった３．６ｍｍであること、即ち、シールの断面積が、約１０ｍｍ２であることを保証する。他方では、放電管の形成における強力な圧縮プロセスは、放電管の領域の壁厚さが、２００ｂａｒ以上の互い水銀蒸気圧力に十分耐える厚さであることを保証する。
【００４１】
モリブデン泊の長さは、本発明の場合には、ちょうど１２ｍｍより下であり、シール部分の長さは、たった約１５ｍｍである。よって、約７ｍｍの放電管の長さを用いるならば、たった約３６乃至３８ｍｍの全長を有するランプエンベロープを設計することが可能である。選択されるランプ寸法、特に、シール部分４の小さな直径ｄｓ及び関連する断面積は、すール部分４が既知のランプよりも短い場合にも、シール部分４の外側端部の温度は、許容可能温度４００℃より下である。
【００４２】
この構造は、実験中に、シール部分の外側端部で動的温度減少を達成することを可能にしさえする。よって、比較のために、ＵＨＰランプが、約６ｍｍの直径を備えるガラス管から通例の方法で作成され、これらは図１に示されるような４ｍｍガラス管から製造されたＵＨＰランプと比較された。４ｍｍ管からのランプのシール部分は、６ｍｍ管から製造されたランプの断面積の半分を有した。断面積のこの減少は、シール部分の両端部で、１００Ｋだけ、より低い温度をもたらした。
【００４３】
その上、ランプを可能な限り経済的に開発し得るために、簡単なロッド形状電極が使用されたが、電極直径ｄ及び電極５，６の先端からシール部分４の石英ガラスからの出口地点までの自由電極長さＬは、動作中に、好ましくは、最初の１０時間の動作中に、実質的に安定的な突起７が電極先端に形成されるよう、平均動作電流Ｉに依存して選択された。これは、電極先端の領域におけるランプ１の拡大された詳細を追加的に示す図２中に示されている（概略的に示されている）。十分な電子放射を保証するために、突起７は、電極５，６が、それらの最外側先端で、即ち、突起７の領域内で、水銀の融点より上の十分な高温を有することを達成する。同時に、これらの突起７は、アークの点滅が回避されるよう、放電アークのための安定的な位置を保証する。
【００４４】
図３及び４は、本発明に従ったランプのさらなる原型の放射線写真を示している。図３は、数分の動作後のランプを示しており、図４は、約２００時間の動作後のランプを示している。ここでは、電極間隙は、約０．９ｍｍである。
【００４５】
ランプは、５０Ｗの定格ワット数で動作された。本発明に従った、そのようなランプは、ここでは、通例の駆動機構で所謂パルス化動作で動作され得る。丈夫な電極突起の形成に好ましい有利な電流波形、並びに、ランプを動作するための適切な駆動機構は、例えば、ＷＯ９５／３５６４５号、ＷＯ／００／３６８８２号、及び、ＷＯ００／３６８８３号中に見い出され得る。
【００４６】
動作は、毎回、放射線写真を製造するために中断され、放射線写真は、冷たいランプから生成された。
【００４７】
図３中の殆ど未だ動作されていないランプの放射線写真が示すように、電極は、初期的には、簡単なロッド形状電極である。これは、左手側の電極５のために特に良く認識され得る。殆ど球形のドット１１は、水銀に起因し、水銀は、ランプの冷却状態で凝縮され、普通、ランプの起動後に再び直ぐに蒸発するよう、滴形態で電極５，６に堆積される。右手側の電極６は、左手側の電極５と同様にロッド形状であるが、異なる水銀堆積１２は、ロッド形状がここでは余り良く認識され得ないという効果を有する。
【００４８】
比較のために、図４は、動作中に、所望の突起７が電極５，６の先端にどのように形成されるかを明らかに示している。同時に、先端７の直ぐ背後のタングステン堆積が、電極５，６の膨張を引き起こしている。直径は、この場所で、約１０％だけ増大している。同時に、この領域内の電極表面は、皺付きとなる。電極５，６の放射冷却は、表面のこの膨張及び皺によって実質的に改良される。
【００４９】
電極５，６での残余の明らかな膨張１３，１４は、再び、凝縮された水銀によって引き起こされ、それは、ランプの冷状態で電極５，６に堆積し、動作中に、再び蒸発する。
【００５０】
ロッド形状電極５，６で突起７の所望の成長を達成するために、全く任意のロッド形状を選択し得ないが、本発明によれば、直径ｄ及び自由電極長さＬは、所望の平均動作電流Ｉに依存して適切に選択されることが注意されるべきである。もし電極５，６が長過ぎるならば、それらは動作中に移行領域内で極めて熱くなり、原則的に、早くもランプの起動中に破壊する。極めて短い電極５，６は、放電アークの強力な跳躍(leaping)を招き、加えて、シール部分４内への強過ぎる熱輸送の故に、シール部分内で再結晶化を招く。
【００５１】
自由電極長さＬ及び電極直径ｄに対する電極温度の依存を示すために、適切な寸法を見つけるために実施されたシミュレーションの結果が、図５に示されている。電極に沿うＫの電極温度Ｔは、μｍの電極先端からの距離の関数として描かれている。３６８０Ｋの電極材料の融解温度Ｔｍも示されている。最上方に描かれた線は、３，０００μｍの自由電極長さＬを備える３００μｍの直径を有する電極のための温度勾配を示している。その下の破線の曲線は、同一の電極のための温度勾配を示しているが、たった２，５００μｍの自由電極長さＬを備える。第三の点線の曲線は、３，０００μｍの自由電極長さＬを備える４００μｍの直径を有する電極のための温度勾配を示しており、最下方の点線及び破線の曲線は、４００μｍの直径及び２，５００μｍの自由電極長さを有する対応する電極のための温度勾配を示している。このシミュレーションのために、平均動作電流Ｉは、毎回、０．８Ａであるよう取られた。電極への電力入力は、ここでは、約８Ｗ／Ａである。これらのシミュレーションは、電極直径ｄ及び自由電極長さＬの両方が、電極に沿う温度勾配に影響を及ぼすことを明らかに示している。動作電流Ｉも、温度勾配に対して影響を有し、平均動作電流Ｉが大きければ大きいほど、温度はより高いことが理解される。しかしながら、より大きな明瞭性のために、これは図５中に示されていない。
【００５２】
理想的な形状における電極先端で突起の所望の成長を達成するために、ロッド形状電極（５，６）の直径は、２２０μｍ〜４２０μｍの間でなければならず、自由電極長さＬは、動作電流に依存して並びに電極直径ｄに依存して特定の固定境界内で選択されなければならないことが分かった。ここで、上方限界値、即ち、最大自由電極長さＬｍａｘ及び下方限界値、即ち、最小自由電極長さＬｍｉｎは、以下の通り計算され得る。
【数１】
2009522741.tif 000003
最大電極長さは、高圧水銀蒸気放電ランプの電極の直径ｄ及び所望の平均動作電流Ｉに依存して、
【数２】
2009522741.tif 000004
である。等式（１）及び（２）において、電流Ｉは、単位Ａで表現され、電極直径はｄ、最小自由電極長さＬｍｉｎ、及び、最大自由電極長さＬｍａｘは、全て単位ｍｍで表現される。平均動作電流Ｉは、ＲＭＳ値（二乗平均平方根値）に関係し、パルス化動作の場合において実質的により高くあり得る最大値ではない。
【００５３】
図６は、異なる電極直径のための電流Ｉに依存する自由電極長さＬのために計算された上方及び下方の限界値Ｌｍａｘ，Ｌｍｉｎを再び示している。自由電極長さＬは、ここでは、Ａにおける電流Ｉの関数としてｍｍで描かれている。描写された曲線は、３００μｍの電極直径を備える自由電極長さＬのための上方及び下方の限界を示しており、破線の曲線は、３５０μｍの電極直径のための限界値を示しており、点線の曲線は、４００μｍの電極直径ｄのための値を示している。このグラフは、特に良好な成長プロセスが保証されるよう、特定の作動電流Ｉのために、特定の電極直径ｄが、好ましくは選択されることも示している。よって、３００μｍの電極直径は、約０．６Ａ〜約１Ａの電流範囲内で選択され得るし、３５０μｍの電極直径ｄは、好ましくは、約０．８Ａ〜約１．２Ａの電流範囲内にあり、４００μｍの電極直径ｄは、約１Ａ〜１．４Ａの範囲内にある。
【００５４】
以下の表中に示される値又は範囲は、電極先端での所望の突起の最適な成長が達成され得る、実験中に決定された理想値を示している。
【表１】
2009522741.tif 000005
【００５５】
例えば、等式（１）及び（２）又は図６から或いは上記の表から得られる多数の構造が、以下に一例として表示される。
１）球形放電管を有する第一高圧水銀蒸気放電ランプは、５０Ｗで動作され、１．３ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、６２．５Ｖであり、平均動作電流は、０．８Ａである。その場合には、好ましくは３ｍｍの直径及び２．５ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が選択されなければならない。
２）球形放電管を有する第二高圧水銀蒸気放電ランプは、５０Ｗで動作され、１ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、５０Ｖであり、平均動作電流は、１Ａである。その場合には、好ましくは０．３５ｍｍの直径及び２．８ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が選択されなければならない。
３）楕円形放電管を有する第三高圧水銀蒸気放電ランプが、４０Ｗで動作され、１．５ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、６７Ｖであり、平均動作電流は、０．６Ａである。その場合には、好ましくは０．３ｍｍの直径及び３．１ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が選択されなければならない。
４）楕円形放電管を有する第四高圧水銀蒸気放電ランプが、４０Ｗで動作され、１．３５ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、６０Ｖであり、平均動作電流は、０．６６Ａである。その場合には、好ましくは０．２８ｍｍの直径及び２．９ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が、選択されなければならない。
【００５６】
電極先端での突起の正確な成長プロセスは、動作時間に依存する動作電圧の測定を介して最良に従われ得る。同一圧力及び同一電力であると仮定すれば、電圧は、電極間隙によって決定され、電極先端での所望の突起の成長は、電極間隙の減少を招くので、同時に、電圧降下も、成長プロセスを表示する。これは図７中に示されており、そこでは、動作電力のＶは、動作時間の時間に対して描かれている。ランプは、ここでは、可能な限り現実的な動作としてシミュレーションするために、２時間に亘って動作され、次に、毎回、１５分に亘って冷却される。実験の開始での電極間隙は、１．２５ｍｍであった。即ち、ロッド形状電極に突起は依然としてない。この図面から見られべきように、電圧は、動作の最初の１０時間に、早くも１０Ｖよりも多く降下し、次に、動作の最初の３０時間の間にさらに沈下する。これは、所望の突起が、ランプの動作の最初の数時間内に早くも形成されることを示している。図面は、通常の機能性とは別に、長期の尺度で見られるとき、突起が極めて安定的なままである、即ち、電極間隙は、動作の最初の３０時間におけるほど顕著には、さらなるランプ寿命中に変化しないことも示している。
【００５７】
遂行された計算及び試験は、極めて経済的に製造される単純なロッド電極を用いて優れた動作特性を有するＵＨＰランプを製造することが驚くほど可能であることを明瞭に示している。電極の適切な寸法が、想定される動作電流に依存して選択されることが保証されれば十分である。その上、上述の方法によって製造されるランプは、それらは極めて短いという利点を有する。これは、今までプロジェクションシステムの場合にそうであったよりも著しく短い焦点距離を有する楕円形反射器と共にランプを組み立てることを可能にする。
【００５８】
これは図６中に概略的に示されている。図６は、ランプ１の給電線と接触するための装置なしに、反射器１５内でのランプ１の概略的な配置を示しているだけである。図面から明らかであるように、反射器１５は、第一焦点Ｆ１を有する。この第一焦点Ｆ１は、ランプ１の放電管の中心にある。加えて、反射器１５は、遠く前に位置する第二焦点Ｆ２を有し、それは反射器１５の外側である。焦点距離ｄＦは、ここでは、４５ｍｍであり、故に、プロジェクションシステム内で従来的に使用される反射器内の通例の焦点距離よりもずっと下である。この小さな焦点距離ｄＦは、プロジェクションシステムの全体的な光学的配置をより短くし得るという利点を有する。
【００５９】
そのようなプロジェクションシステム２３が、図９中に概略的に示されている。ランプ１から開始して、光は、反射器１５内で第二焦点Ｆ２に反射される。この焦点Ｆ２は、例えば、通例の色変更装置内に、例えば、色変更ディスク１６上に直接的に存在し、色変更ディスクは、一時的に異なる色が順次的に生成されることを保証する。色変更ディスク１６から、光は、変換レンズ１７によってディスプレイ装置１８上に透過される。そのようなディスプレイ装置１８は、例えば、テキサスインスツルメンツ（Ｒ）社のＤＬＰ（Ｒ）システム（ＤＬＰ＝digital  light  processing）であり得る。そのようなディスプレイ装置１８は、一種のチップを含み、その上に、複数の小さな可動式鏡が、個々のディスプレイ素子として取り付けられ、提示されるべき各画素毎に１つの鏡がある。これらの鏡は、光によって照明される。投射表面上の、即ち、提示されるべき画像中の画素が、明るく或いは暗く現れるべきか否かに依存して、関連する鏡は、光が投射表面上に或いは投射表面から離れて吸収器に向かって反射されるよう傾斜される。代替的に、如何なる他のシステム、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）システムも使用可能であり、それを用いて、光の確定減少(defined  reduction)が可能である。広範なディスプレイ装置１８並びにプロジェクションシステム２３内でのそれらの動作は、異なる色変更装置と同様に、当業者に既知である。
【００６０】
次に、画像は、対物レンズ１９を用いて投射表面２０上にさらに投射される。ランプ１は、通例のランプ制御ユニット２１によって動作される。加えて、プロジェクションシステム２３全体は、システム制御ユニット２２によって制御され、システム制御ユニットは、ランプ制御装置２１、色変更器１６、ディスプレイ装置１８を駆動し、もし必要であれば、対物レンズ１９も駆動し、具体的には、ランプ１、色変更器１６、及び、ディスプレイ装置１８の動作の同期のために配置される。
【００６１】
本発明に従ったランプの顕著な特性、特に、シール部分の両端部での低温の故に、前面が安全スクリーンで密閉された反射器を使用することさえ可能であり、これがなければ、反射器内でのランプの過熱を引き起こす。そのような安全スクリーンは、動作のより長い期間の後にランプの破壊に至る場合には、破壊されたガラスの如何なる片も、プロジェクションシステムの他の領域に到達し得ないが、ランプ１は反射器１５と共に最終消費者によって容易に置換され得るという利点を有する。
【００６２】
最後に、図面及び記載中に実際に示されるランプ並びに方法は、実施態様の実施例であるに過ぎず、それらは、本発明の範囲から逸脱せずに、当業者によって大幅に変更され得ることが再び指摘される。加えて、完全性のために、不定冠詞(“a”又は”an”)の使用は、関連する特徴が複数で存在し得ることも排除しないことが指摘される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第一実施態様に従った第一起動前の高圧水銀蒸気放電ランプを示す縦断面図である。
【図２】電極先端の拡大された概略的な表示と共に、起動後の図１の高圧水銀蒸気放電ランプを示す縦断面図である。
【図３】動作の数分後の本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプの実施態様を示す放射線写真である。
【図４】約２００時間の動作期間後の本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプの実施態様を示す放射線写真である。
【図５】異なる自由電極長さ及び異なる電極直径のための電極先端からの距離上の電極の温度の依存度を示すグラフである。
【図６】異なる電極直径のためのランプの平均動作電流Ｉに依存する自由電極長さＬを選択するための有利な領域を示すグラフである。
【図７】動作の周期に依存する本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプにおける電圧降下を示すグラフである。
【図８】そこに据え付けられる図１に従った高圧水銀蒸気放電ランプを備える楕円反射器を示す概略図である。
【図９】概略的に示されるプロジェクタシステム内の図７に従った高圧水銀蒸気放電ランプを備える反射器の機能的配置を示す概略図である。
【図１】
2009522741.tif 000006
【図２】
2009522741.tif 000007
【図３】
2009522741.tif 000008
【図４】
2009522741.tif 000009
【図５】
2009522741.tif 000010
【図６】
2009522741.tif 000011
【図７】
2009522741.tif 000012
【図８】
2009522741.tif 000013
【図９】
2009522741.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月4日(2008.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管と、２つのシール部分から前記放電管内に延びる２つの電極とを有する、高耐熱材料のエンベロープを含み、前記２つの電極は、２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下の電極間隙を有する、高圧水銀蒸気放電ランプであって、
前記放電管は、希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の量の水銀とを本質的に含む充填剤を含み、
前記シール部分は、それぞれ、６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、好ましくは、約１０ｍｍ２の断面積を有する、
高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項２】
前記放電管の最大厚さの場所における前記放電管の壁圧は、１．３ｍｍ以上、好ましくは、１．６ｍｍ以上、特に好ましくは、１．７ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項３】
前記放電管の最大厚さの場所における前記放電管の外径は、約７．１ｍｍであり、この場所における内径は、約３．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項４】
前記電極は、前記シール部分内の緊密に埋設された金属ストリップ区画を介して給電線に接続され、各金属ストリップ区画の長さは、１２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項５】
前記電極は、ロッド形状であり、遅くとも動作の特定期間後に、且つ、それらが電極の長手方向に延びるそれらの先端に突起を有するよう設計されることを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項６】
前記壁負荷は、０．７Ｗ／ｍｍ２以上、好ましくは、１Ｗ／ｍｍ２以上であることを特徴とする、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項７】
当該高圧水銀蒸気放電ランプの定格動作電力は、２０Ｗと６０Ｗとの間であることを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
【請求項８】
高圧水銀蒸気放電ランプを製造する方法であって、
高耐熱材料の管からエンベロープを製造するステップを含み、該エンベロープは、放電管と、該放電管の両側に残る２つの管区画とを有し、
電極を前記２つ管区画内に挿入するステップを含み、前記電極は、電極が放電管内に延び、電極間隙が２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下であるよう、それぞれの金属ストリップ区画を介して給電線にそれぞれ接続され、
希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の量の水銀とを本質的に含む充填剤を放電管に提供するステップを含み、
前記管区画を封止部分内に圧縮し或いは融解することによって前記放電管を封止するステップを含み、前記金属ストリップ区画は、前記シール部分内に緊密に埋設され、
前記放電管は、そのように形成され、且つ、前記放電管にある前記管区画は、前記シール部分が、６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、好ましくは、１０ｍｍ２の断面積を有するよう、前記シール部分内に押し付けられ或いは融解される、
方法。
【請求項９】
前記ランプエンベロープは、約４．１ｍｍの外径及び約２ｍｍの内径を有する管から形成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記放電管は、そのように形成され、且つ、前記放電管にある前記管区画は、各シール部分の直径が、２．５ｍｍと５ｍｍとの間、好ましくは、約３．６ｍｍであるよう、前記シール部分内に融解されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記放電管を形成するために、前記管は、同時の径方向膨張が起こる前記放電管の最大厚さの場所において、２５０％よりも多く、好ましくは、３００％よりも多く、軸方向に圧縮されることを特徴とする、請求項８乃至１０のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ハロゲンの量は、１０−５μｍｏｌｅ／ｍｍ３と２×１０−４μｍｏｌｅ／ｍｍ３との間であることを特徴とする、請求項８乃至１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプを含むプロジェクションシステム。
【請求項１４】
楕円形反射器を備える請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の高圧水銀蒸気放電ランプのためのプロジェクションシステムであって、前記高圧水銀蒸気放電ランプは、動作中に使用可能であり、前記反射器の２つの焦点の間の距離は、５０ｍｍ以下、好ましくは、４５ｍｍ以下である、プロジェクションシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管を備える高耐熱材料のエンベロープと、２つのシール部分から放電管内に延び、且つ、２．５ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下の電極間隙を有する２つの電極とを含む、高圧水銀蒸気放電ランプに関する。放電管は、希ガス、酸素、ハロゲン、及び、水銀を本質的に含む充填剤を収容する。ハロゲンは、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物である。水銀は、０．１５ｍｇ／ｍｍ３より多くの容量で存在する。さらに、本発明は、そのような高圧水銀蒸気放電ランプを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧水銀蒸気放電ランプの２つの電極間に光を生成するために、アークが点火される。小さな電極間隙の故に、これらのランプは、ショートアークランプと呼ばれる。動作中、水銀は蒸発し、０．１５ｍｇ／ｍｍ３の容量が与えられると、普通、ランプ内に約１５０ｂａｒの水銀蒸気圧力をもたらす。さらに高い水銀部分を備えるが、そのような種類の高圧水銀蒸気放電ランプの実施例が、ＤＥ３８１３４２１Ａ１号（同様にＥＰ０３３８６３７Ｂ１号）に記載されている。１００ｂａｒより上の水銀蒸気圧力を有するそのようなランプは、高輝度及び比較的連続的なスペクトルを生成する。従って、これらの高圧水銀蒸気放電ランプは、しばしば、ＵＨＰランプと称され、ここで、ＵＨＰは、高輝度に起因する高圧又は「超高性能」の故に、「超高圧」を意味する。これらのランプの用途の主要な分野は、プロジェクションシステムにおけるそれらの使用である。しかしながら、ランプの高い電圧負荷は、タングステンが電極から蒸発し、放電管の壁の上に堆積されるという事実を引き起こす。これはエンベロープの黒化を招き、その結果として、後者は強く熱くなり、次いで、特に高水銀蒸気圧を伴うならば、それはエンベロープの爆発を引き起こし得る。前述のランプを用いると、これはエンベロープ又は放電管の比較的小さな寸法によってさらに悪化される。従って、そのような壁黒化は、絶対的に回避されなければならない。タングステン輸送の故の壁の黒化に対する対策として、高圧水銀蒸気放電ランプは、記述のように、少量のハロゲン、塩素、臭素、及び、ヨウ素の少なくとも１つを含む。これらのハロゲンは、タングステン輸送循環を引き起こし、それに伴って、放電管の壁から分離されるタングステンは、輸送されて電極に戻る。
【０００３】
そのような高圧水銀蒸気放電ランプに伴う不変の問題は、動作中にランプが極めて熱くなることである。従って、ランプの破壊を防止するために、ランプが過熱しないことが保証されなければならない。周知のように、ランプは、シール部分の外側端部で、３５０℃〜４００℃よりも熱くならないことが特に規定されなければならず、ここで、ランプの金属部分、即ち、電極への給電線は、周囲空気と接触するようになり、これらの部分の急激な酸化を避けるために、それは、普通、モリブデンを含む。さらに、温度は、主過熱源から離れて、即ち、ランプエンベロープの中心にある熱い放電管から離れて、シール部分の長手方向に減少することが知られている。この目的のために、熱伝導装置及びランプ内の温度条件が、以下に簡潔に記載される。
【０００４】
シール部分の端部に作用する主要な加熱機構は、ランプの中心から外側へのシール部分の材料を通じる熱伝導である。加えて、モリブデン箔は、約１０〜２０％だけ熱伝導に寄与する。
【０００５】
シール部分が、熱い材料、例えば、熱い石英材料の石英ガラスエンベロープの放射によって、並びに、周囲空気に対する熱伝導によって冷却されることは本当である。ステファン−ボルツマンの法則によれば、両方の機構は、空気との可能な限り大きな温度差が存在するときに、最良の冷却をもたらす。
【０００６】
しかしながら、シール部分は、その上、反射器内の放射によって或いは光学系によって後方反射される追加的な熱によって負担を掛けられる。ここには、３つの主要な機構がある。
【０００７】
金属反射の場合には、熱放射は、熱い放電管によってシール部分に対して反射される。これは、反射器が点源のために設計されるのに対し、熱い放電管がより大きな寸法を有し、故に、放射線は、所望の焦点にのみ結像されないという事実によって増進される。この放射線は放電管の熱い材料に由来するので、それは相応してシール部分によって良好に再吸収される。可視光のみが反射され、ＩＲ及びＵＲ放射線が可能な限り透過される、（気化冷光鏡と類似する）二色性反射の場合でさえ、放電アークからの放射線は、ランプのシール部分の両端部を打つ。この放射線は、反射器の後方部分に由来する。放電アークは拡張された放射線源でもあるので、光線は正確に集束されず、その一部がランプの両端部も打つ。この放射線は、放電管の領域内の同一材料によって既に透過されたので、エンベロープ材料によって吸収されず、それはシール部分内の金属部分によって吸収される。
【０００８】
プロジェクションシステムにおいて通例の光学系が使用されるとき、全体的な状況は、さらに一層重大になり、そこでは、望ましくない赤外及び紫外放射線が、一部の場合には、望ましくない色さえもが、反射されてランプ内に戻る。この放射線の実質的な部分は、楕円反射器の第二焦点に近い領域から来るので、シール部分も打つ。
【０００９】
従って、シール部分の長さ、結果的に、ＵＨＰランプのエンベロープの全長は、普通、これらの場所で達成され得る動作温度によって今まで決定されてきた。故に、ランプエンベロープのさらなる小型化のために、結果的に、ランプが挿入される光学系のサイズの減少のためにも、厳格な境界が設定される。
【００１０】
ＥＰ１２８９００１Ａ２においてシール部分の亀裂の発生を防止するために、高圧放電ランプ及びそのようなランプを製造する方法が記載され、そこでは、ランプの電極ロッドは、シール部分内に埋設された表面積増大構造を備え、追加的なシール部分ガラスが、放電管の側方管内に設けられている。この追加的なシール部分ガラスは、側方管の石英ガラス材料の熱膨張係数とタングステンの熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する材料から作成される。シール方法は、ランプの製造プロセス中の追加的なプロセスステップを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
より小さな寸法を有する前文中に述べられたような種類の高圧水銀蒸気放電ランプ、及び、シール部分の両端部での許容温度がそれにも拘わらず超過されない、そのような高圧水銀蒸気放電ランプを製造する対応する方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本目的は、請求項１に従った高圧水銀蒸気放電ランプによって、並びに、請求項８に従った方法によって達成される。
【００１３】
上述されたように、本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプは、高耐熱材料、好ましくは、石英ガラス、又は、代替的に、酸化アルミニウムのエンベロープを有する。このエンベロープは、放電管と、両端で２つの部分から放電管内に延びる、好ましくは、タングステン正の２つの電極とを有する。ここで、電極間隙は、２．６ｍｍよりも小さく、好ましくは、１．５ｍｍよりも小さい。放電管は、再び上述されたように、実際には、物質、即ち、希ガスと、酸素と、塩素、臭素、ヨウ素、又は、それらの混合物から成るハロゲンと、並びに、０．１５ｍｇ／ｍｍ３よりも多い量の水銀とを含む充填剤を含む。本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプは、ランプエンベロープの封止部分が、僅か６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、特に好ましくは、約１０ｍｍ２の断面積を有するよう構成される。これは、ランプのシール部分の著しい短縮を可能にすると同時に、シール部分の両端での許容可能な温度レベルは維持される。
【００１４】
広範囲な計算、シミュレーション、及び、試験を伴う実験は、上記に特定された主要な加熱機構とは別に、エネルギを放電管からシール部分の両端部に輸送する第二の実質的な加熱機構があることを示した。ランプ内で生成される放射線の一部は、ランプエンベロープを離れず、光導波路におけるような全反射（ＴＩＲ）によってシール部分内を案内される。次に、この放射線は、シール部分内の金属部分によって吸収され、シール部分の両端部の加熱に実質的に寄与する。
【００１５】
断面積が２０ｍｍ２より下にあるようなエンベロープの有利な配置のお陰で、熱伝導のこの部分は、少なくとも２５ｍｍ２、或いは、原則として、それよりもかなり上の断面を有する既知のＵＨＰランプに比べ、大きく減少され得る。これは、シール部分が著しくより小さいよう設計することを可能にする。それにも拘わらず、金属が空気と接触するシール部分の端部領域における温度は、所望の３５０〜４００℃より下のままである。これは、より小さなランプ、結果的に、相応して、より小さな反射器を設計することを可能にし、その結果として、プロジェクションシステム内の光学構造は、全体的により少ない空間を必要とする。よって、プロジェクタの全体的サイズのみならず、有利に、その費用も、かなり減少され得る。
【００１６】
そのような高圧水銀蒸気放電ランプを製造するための本発明に従った方法は、以下のステップを含む。先ず、エンベロープが、高耐熱材料、好ましくは、石英ガラスの管から製造され、そのエンベロープは、放電管と、放電管の両端側にある２つの残余管区画とを有する。次に、電極が２つの管区画内に挿入され、その電極は、原則としてモリブデン製のそれぞれの金属ストリップ区画を介して給電線に接続される。ここで、電極は、それらが放電管内に延在し、且つ、≦２．５ｍｍ、好ましくは、≦１．５ｍｍの精密に定められた電極間隙が達成されるよう位置付けられる。加えて、上述の充填剤を備える放電管が充填され、管区画をシール部分内に押し付け或いは融解することによって封止され、金属ストリップ区画は、シール部分内に緊密に埋設される。
【００１７】
放電管への管の成形、放電管内への電極及び充填剤の挿入、及び、放電管の封止は、通例の方法で遂行され得る。この目的のために、広範な方法が当業者に既知である。よって、例えば、第一の１つの電極が挿入され、次に、管区画のこの側でシール部分内に押し付けられ或いは融解され得る。次に、ハロゲン化物及び水銀が導入され、第二電極が第一電極に対する適切な距離で挿入され、最終的に、第二管区画は、希ガスでの充填が行われた後に封止される。しかしながら、最終分析において、いつどの電極が挿入され、いつ充填剤が提供され、いつ放電管がどの側に封止されるかの順序は、本発明にとって重要ではない。放電管がそのように形成され、且つ、シール部分が６ｍｍ２と２０ｍｍ２との間の、好ましくは、１０ｍｍ２の断面積を有するよう、放電管にある管区画が、シール部分内に押し付けられ或いは融解されることだけが本質的である。
【００１８】
従属項は、本発明の特に有利な実施態様及びさらなる実施態様を含む。具体的には、高圧水銀蒸気放電ランプを製造する方法は、高圧水銀蒸気放電ランプに関する従属項に類似しても設計され得るし、逆に、高圧水銀蒸気放電ランプは、製造プロセスに関する従属項に従ってもさらに具現化され得る。シール部分の比較的小さな断面積にも拘わらず、ランプの赤道が示される、放電管の最も厚い地点での放電管の壁圧が、１．３ｍｍ以上、好ましくは、１．６ｍｍ以上、特に好ましくは、１．７ｍｍ以上であることが有利に保証される。
【００１９】
実施態様の特に好適な実施例において、最も厚い場所での放電管の外径は、約７．１ｍｍでり、その場所での内径は、約３．５ｍｍである。
【００２０】
ここで、好ましくは、ランプエンベロープは、たった約４．１ｍｍの外径及び約２ｍｍの内径を備える管から構成され得る。今まで、そのようなランプは、著しくより厚い管から形成されるのが通例であった。放電管の管区画は、上述のように、押圧又は融解を通じてシール部分に成形され得る。ここでは、融解が好適な方法である。何故ならば、より大きな圧縮強度がそれによって達成され得るからである。よって、本質的に丸い直径を有するシール部分が製造される。好ましくは、その場合には、所望の断面積を達成するために、シール部分の直径が、２．５ｍｍと５ｍｍとの間、好ましくは、約３．６ｍｍであることが保証される。
【００２１】
放電管の中央領域において必要な壁圧を達成し、同時に、シール部分の領域における対応する小さな断面積を達成するために、放電管の最も厚い場所で放電管を生成するための管は、同時の径方向膨張と共に、２５０％よりも多く、好ましくは、３００％よりも多く、軸方向に圧縮される。そのような圧縮を実施する方法が以下に記載される。
【００２２】
シール部分を可能な限り短く維持するために、シール部分内に完全に埋設されなければならない金属ストリップ区画の長さは、好ましくは、≦１２ｍｍである。
【００２３】
特に好ましくは、電極は、ロッド形状であり且つ遅くとも所定期間後にそれらがそれらの先端に電極の長手方向に延びる突起をそれぞれ有するよう、高圧水銀蒸気放電ランプ内に挿入される。そのような簡単なロッド形状の電極は、比較的暗化に製造され得る。
【００２４】
厚い中実の電極ヘッドを備える或いはその前端でタングステンロッドの周りに巻回されるコイルを備える薄いタングステンロッドを含む電極を使用することが、高圧水銀蒸気放電ランプにおいて今まで通例であった。代替的に、タングステンロッド自体は、端部で螺旋状にコイル巻きにされ得る。上記に引用されたＤＥ３８１３４２１Ａ１号は、この実施例を示している。そのような比較的厚い電極ヘッドによって、電極安定性が広い電流範囲に亘って、即ち、ランプの起動中及び動作中に維持されること、並びに、放射を通じた冷却が改良されることが保証される。古典的なＵＨＰランプにおけるそのような電極ヘッドの典型的な直径は、１００ＷのＵＨＰランプ用の８００μｍと２７５ＷのＵＨＰランプ用の２０００μｍとの間である。中実ヘッド又は定められたコイルを有するそのような電極の製造は、明らかに著しい費用を含み、それは高圧水銀蒸気放電ランプの総額を増大する。
【００２５】
しかしながら、さらなる調査は、適切な構造、即ち、そのようなロッド形状、本質的には、円筒形電極のための適切な寸法の選択は、電極が、遅くとも所与の動作期間後に所望の突起を正しく示すことを達成し得る。そのような突起の長さは、関連する電極のほぼ直径のサイズに達し得る。即ち、長期に見られるとき、通例の短時間の変動は別として、ロッド形状電極の測定は、突起が、電極先端で、その長さ、形状、及び、位置が本質的に安定的であるよう成形されるよう選択される。そのような簡単な電極がランプを製造するために使用されるとき、費用は大幅に削減され得る。
【００２６】
本発明に従って、電極が特定の動作期間後にそれらの先端に突起を有するよう、電極の精密な設計のための幾つかの選択肢がある。
【００２７】
第一に、突起が遅くとも特定の所与の動作期間内にランプの動作中に自然に形成されるよう、その直径及び自由電極長さ（シール部分からのそれぞれの電極の出口、即ち、電極と、例えば、石英ガラスとの間の接点から関連する電極の先端までの距離によって定められる）が選択される、簡単なロッド形状電極が使用され得る。特定の温度条件下での直径及び電極長さの適切な選択で、即ち、特定の作動電流のために、簡単なロッド形状電極が、電極先端にそのような突起の強力な成長を有し、突起は、ランプの全寿命の間に十分に安定的なままであることが、実験において、驚くほどに分かった。加えて、この成長する突起は、アーク安定性を保証し、元々のロッド形状幾何に比べ、電流ユニット毎の電極への電力入力、よって、シール部分の方向への熱流を減少する。
【００２８】
好ましくは、その電極直径が≦６００、好ましくは、≦５００μｍ、特に好ましくは、≦４５０μｍである、ロッド形状電極が使用される。好ましくは、電極直径は、≧２００、特に好ましくは、≧３００μｍである。その上、突起の直ぐ背後のロッド形状電極の先端でのそのような電極直径の適切な選択が、動作時間の間にそこに堆積されるタングステンによって、膨張を形成させる。これは、突起の直ぐ背後の地点でロッド直径の増大を招くと同時に、加えて、そのように形成される電極表面の皺が、電極の増強された放射冷却をもたらす。
【００２９】
好ましくは、電極は、電極先端での突起の成長が、ランプの動作の最初の３０時間内に起こるよう設計され得る。成長プロセスの最強部分は、既に動作の最初の１０時間内に起こっている。同時に、成長プロセスは、動作の最初の３０時間内の高圧水銀蒸気放電ランプ内の５Ｖよりも多い動作電圧の増大に関連する。
【００３０】
最初の数時間内のこの成長を回避するために、即ち、適切に形成された電極を正しく開始から提供するために、早くも製造中に、例えば、ロッド形状電極が挿入される前に、ロッド形状電極の先端をレーザで照射することによって、突起を製造することも可能である。しかしながら、その場合には、ロッド形状電極の直径及び（突起を含む）これらの電極の自由電極長さは、対応する突起が高圧水銀蒸気放電ランプの動作中に十分に安定的なままであるよう選択されなければならない。この目的のために、寸法は上述のように正確に選択されなければならない。レーザ処理は、電極が初めから所望の形状の突起を有することを保証するに過ぎない。そのようなレーザ処理は、ランプ製造における追加的なプロセスステップであるが、このステップの費用は、厚くされたヘッドを有する上述された電極の高額な製造、或いは、螺旋電極の製造と比較され得ない。これはより多くの経済的な製造が、そのような電極を有するランプのためにも可能であることを意味する。
【００３１】
特に有利に、本発明は、２０と６０Ｗとの間の電力定格、好ましくは、約４０又は約５０Ｗの電力定格を有する高圧水銀蒸気放電ランプに適用可能である。これらは小型高圧水銀蒸気放電ランプとも称され得る比較的小さなランプである。
【００３２】
好ましくは調節されるべきさらなるパラメータは、好ましくは、≧０．７Ｗ／ｍｍ２、特に好ましくは、≧１Ｗ／ｍｍ２でなければならないランプの壁負荷である。臭素が好ましくは使用されるハロゲン量は、有利に１０−５μｍｍｏｌｅ／ｍｍ３と２×１０−４μｍｍｏｌｅ／ｍｍ３との間である。
【００３３】
上述されたような本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプは、如何なるプロジェクションシステムにおいても使用され得る。具体的には、より小さな断面積を有するシール部分を備える好適なさらなる設計された変形において、ランプは、その２つの焦点間に≦５０ｍｍ、好ましくは、≦４５ｍｍの距離を有する楕円形反射器を備える高圧水銀蒸気放電ランプのためのプロジェクションシステムにおいて特に有利に使用され得る。今までプロジェクションシステムにおいて使用された反射器は、プロジェクタ筐体内の光学系のより大きな空間要件を全体的に引き起こす、実質的により大きな焦点距離を有した。
【００３４】
しかしながら、ランプは、原則として、他の用途においても、例えば、自動車分野において、医療装置においても、或いは、他の照明分野において使用され得る。
【００３５】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明されるが、本発明は、これらに限定されると考えられるべきではない。この場合、同等の参照番号は、同等の部分に言及している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１及び２中に概略的に示される高圧水銀蒸気放電ランプ１、及び、図３及び４中に示される高圧水銀蒸気放電ランプは、約５０Ｗの電力でそれぞれ動作される好適実施態様である。
【００３７】
通例の方法で、ランプ１は、中心に配置された放電管３と、放電管３の両側に配置された２つのシール部分４とを備える、石英ガラスのエンベロープ２を含む。電極５，６が、シール部分４から放電管３内に延びている。これらの電極５，６は、シール部分４内で、それぞれのモリブデン箔区画８に接続されており、モリブデン箔区画は、それらの他端部で、普通、モリブデンワイヤである給電線９に接続されている。電極間隙ｄｅ、即ち、電極５，６の相互に面し合う先端の間の距離は、約１．５ｍｍである。
【００３８】
その上、希ガス、この場合には、２００ｍｂａｒの圧力を備えるアルゴンを用いて、放電管３は、酸素、水銀、及び、ハロゲン化物、ここでは、臭素で充填される。酸素は、極めて少量だけ存在する。一般的には、金属部分の表面酸化によってランプ内に導入される酸素量が十分である。臭素量は、約１×１０−４μｍｏｌｅ／ｍｍ３である。水銀は、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上及び０．３５ｍｇ／ｍｍ３以下の量で存在する。総水銀量は、本好適実施態様では、６ｍｇである（これは約０．１７ｍｇ／ｍｍ３に対応する）。このランプ内の壁負荷は、０．７Ｗ／ｍｍ２よりも多い。
【００３９】
ランプエンベロープは、４．１ｍｍの外径及び２ミリの内径を有する石英ガラスから製造される。放電管３は、ガラス旋盤内で成形され、そこでは、管は、主軸台及び心押台内で両端部で保持される。管がその中央領域で加熱されている間、主軸台及び心押台は、中央領域内の、即ち、放電管の最も厚い地点にある材料を圧縮するために接合される。同時に、放電管の所望の形状を達成するために、管は、例えば、不活性ガスの射出を通じて、内部過圧によって加熱地域で径方向に広げられる。放電管の正確な外部形状は、負型からの圧力によって外側から決定され得る。そのような方法は、例えば、米国特許第４，３８９，２０１号から当業者に既知である。放電管３の中央領域内の材料の可能な限り大きな圧縮を得るために、圧縮及び膨張プロセスは、好ましくは、少なくとも二段階で起こる、即ち、第一圧縮が起こり、次に、伸張し、次に、再び圧縮し、最終的に、再び伸張する。このプロセスは、所望の形状が達成されるまで、より長い周期に亘って遂行され得る。その場合には、完成された放電管は、最大厚さの場所において、７．１ｍｍのエンベロープ外径ｄｅ、及び、３．５ｍｍのエンベロープ内径を有する。これは、壁厚さｄｗが、ガラス管の元々の厚さに対する約３００％の圧縮に対応して、約１．７ｍｍであることを意味する。
【００４０】
次に、例えば、一方の側でモリブデン箔に並びにリード線９に締結された電極５が提供される。次に、放電管３は、水銀液滴の形態の水銀で充填される。これは、普通、不活性ガス雰囲気内で起こる。次に、第二電極６が挿入される。然る後、シール部分を製造するために、ガラス管区画は一方の側で密封され、シール部分は、この側で放電管３の周りを封止する。次に、放電管３は、依然として開放の側から、例えば、ＤＥ３８１３４２１Ａ１号に記載されるような臭化メチルの形態の、所望のハロゲンで充填され、所望の希ガスで充填され、最終的に、第二シールが提供され、それによって、放電管３は、完全に封止される。これらの方法も、例えば、米国特許第４，３８９，２０１号から当業者に既知である。電極は、好ましくは、正確に特定された電極間隙ｄｅを達成するために、監視系の助けを得て位置付けられる。
【００４１】
一方では、初期ガラス管の小さな厚さは、シール部分６又はシールの直径が、たった３．６ｍｍであること、即ち、シールの断面積が、約１０ｍｍ２であることを保証する。他方では、放電管の形成における強力な圧縮プロセスは、放電管の領域の壁厚さが、２００ｂａｒ以上の互い水銀蒸気圧力に十分耐える厚さであることを保証する。
【００４２】
モリブデン泊の長さは、本発明の場合には、ちょうど１２ｍｍより下であり、シール部分の長さは、たった約１５ｍｍである。よって、約７ｍｍの放電管の長さを用いるならば、たった約３６乃至３８ｍｍの全長を有するランプエンベロープを設計することが可能である。選択されるランプ寸法、特に、シール部分４の小さな直径ｄｓ及び関連する断面積は、すール部分４が既知のランプよりも短い場合にも、シール部分４の外側端部の温度は、許容可能温度４００℃より下である。
【００４３】
この構造は、実験中に、シール部分の外側端部で動的温度減少を達成することを可能にしさえする。よって、比較のために、ＵＨＰランプが、約６ｍｍの直径を備えるガラス管から通例の方法で作成され、これらは図１に示されるような４ｍｍガラス管から製造されたＵＨＰランプと比較された。４ｍｍ管からのランプのシール部分は、６ｍｍ管から製造されたランプの断面積の半分を有した。断面積のこの減少は、シール部分の両端部で、１００Ｋだけ、より低い温度をもたらした。
【００４４】
その上、ランプを可能な限り経済的に開発し得るために、簡単なロッド形状電極が使用されたが、電極直径ｄ及び電極５，６の先端からシール部分４の石英ガラスからの出口地点までの自由電極長さＬは、動作中に、好ましくは、最初の１０時間の動作中に、実質的に安定的な突起７が電極先端に形成されるよう、平均動作電流Ｉに依存して選択された。これは、電極先端の領域におけるランプ１の拡大された詳細を追加的に示す図２中に示されている（概略的に示されている）。十分な電子放射を保証するために、突起７は、電極５，６が、それらの最外側先端で、即ち、突起７の領域内で、水銀の融点より上の十分な高温を有することを達成する。同時に、これらの突起７は、アークの点滅が回避されるよう、放電アークのための安定的な位置を保証する。
【００４５】
図３及び４は、本発明に従ったランプのさらなる原型の放射線写真を示している。図３は、数分の動作後のランプを示しており、図４は、約２００時間の動作後のランプを示している。ここでは、電極間隙は、約０．９ｍｍである。
【００４６】
ランプは、５０Ｗの定格ワット数で動作された。本発明に従った、そのようなランプは、ここでは、通例の駆動機構で所謂パルス化動作で動作され得る。丈夫な電極突起の形成に好ましい有利な電流波形、並びに、ランプを動作するための適切な駆動機構は、例えば、ＷＯ９５／３５６４５号、ＷＯ／００／３６８８２号、及び、ＷＯ００／３６８８３号中に見い出され得る。
【００４７】
動作は毎回、放射線写真を製造するために中断され、放射線写真は、冷たいランプから生成された。
【００４８】
図３中の殆ど未だ動作されていないランプの放射線写真が示すように、電極は、初期的には、簡単なロッド形状電極である。これは、左手側の電極５のために特に良く認識され得る。殆ど球形のドット１１は、水銀に起因し、水銀は、ランプの冷却状態で凝縮され、普通、ランプの起動後に再び直ぐに蒸発するよう、滴形態で電極５，６に堆積される。右手側の電極６は、左手側の電極５と同様にロッド形状であるが、異なる水銀堆積１２は、ロッド形状がここでは余り良く認識され得ないという効果を有する。
【００４９】
比較のために、図４は、動作中に、所望の突起７が電極５，６の先端にどのように形成されるかを明らかに示している。同時に、先端７の直ぐ背後のタングステン堆積が、電極５，６の膨張を引き起こしている。直径は、この場所で、約１０％だけ増大している。同時に、この領域内の電極表面は、皺付きとなる。電極５，６の放射冷却は、表面のこの膨張及び皺によって実質的に改良される。
【００５０】
電極５，６での残余の明らかな膨張１３，１４は、再び、凝縮された水銀によって引き起こされ、それは、ランプの冷状態で電極５，６に堆積し、動作中に、再び蒸発する。
【００５１】
ロッド形状電極５，６で突起７の所望の成長を達成するために、全く任意のロッド形状を選択し得ないが、本発明によれば、直径ｄ及び自由電極長さＬは、所望の平均動作電流Ｉに依存して適切に選択されることが注意されるべきである。もし電極５，６が長過ぎるならば、それらは動作中に移行領域内で極めて熱くなり、原則的に、早くもランプの起動中に破壊する。極めて短い電極５，６は、放電アークの強力な跳躍(leaping)を招き、加えて、シール部分４内への強過ぎる熱輸送の故に、シール部分内で再結晶化を招く。
【００５２】
自由電極長さＬ及び電極直径ｄに対する電極温度の依存を示すために、適切な寸法を見つけるために実施されたシミュレーションの結果が、図５に示されている。電極に沿うＫの電極温度Ｔは、μｍの電極先端からの距離の関数として描かれている。３６８０Ｋの電極材料の融解温度Ｔｍも示されている。最上方に描かれた線は、３，０００μｍの自由電極長さＬを備える３００μｍの直径を有する電極のための温度勾配を示している。その下の破線の曲線は、同一の電極のための温度勾配を示しているが、たった２，５００μｍの自由電極長さＬを備える。第三の点線の曲線は、３，０００μｍの自由電極長さＬを備える４００μｍの直径を有する電極のための温度勾配を示しており、最下方の点線及び破線の曲線は、４００μｍの直径及び２，５００μｍの自由電極長さを有する対応する電極のための温度勾配を示している。このシミュレーションのために、平均動作電流Ｉは、毎回、０．８Ａであるよう取られた。電極への電力入力は、ここでは、約８Ｗ／Ａである。これらのシミュレーションは、電極直径ｄ及び自由電極長さＬの両方が、電極に沿う温度勾配に影響を及ぼすことを明らかに示している。動作電流Ｉも、温度勾配に対して影響を有し、平均動作電流Ｉが大きければ大きいほど、温度はより高いことが理解される。しかしながら、より大きな明瞭性のために、これは図５中に示されていない。
【００５３】
理想的な形状における電極先端で突起の所望の成長を達成するために、ロッド形状電極（５，６）の直径は、２２０μｍ〜４２０μｍの間でなければならず、自由電極長さＬは、動作電流に依存して並びに電極直径ｄに依存して特定の固定境界内で選択されなければならないことが分かった。ここで、上方限界値、即ち、最大自由電極長さＬｍａｘ及び下方限界値、即ち、最小自由電極長さＬｍｉｎは、以下の通り計算され得る。
【数１】
2009522741.tif 000015
最大電極長さは、高圧水銀蒸気放電ランプの電極の直径ｄ及び所望の平均動作電流Ｉに依存して、
【数２】
2009522741.tif 000016
である。等式（１）及び（２）において、電流Ｉは、単位Ａで表現され、電極直径はｄ、最小自由電極長さＬｍｉｎ、及び、最大自由電極長さＬｍａｘは、全て単位ｍｍで表現される。平均動作電流Ｉは、ＲＭＳ値（二乗平均平方根値）に関係し、パルス化動作の場合において実質的により高くあり得る最大値ではない。
【００５４】
図６は、異なる電極直径のための電流Ｉに依存する自由電極長さＬのために計算された上方及び下方の限界値Ｌｍａｘ，Ｌｍｉｎを再び示している。自由電極長さＬは、ここでは、Ａにおける電流Ｉの関数としてｍｍで描かれている。描写された曲線は、３００μｍの電極直径を備える自由電極長さＬのための上方及び下方の限界を示しており、破線の曲線は、３５０μｍの電極直径のための限界値を示しており、点線の曲線は、４００μｍの電極直径ｄのための値を示している。このグラフは、特に良好な成長プロセスが保証されるよう、特定の作動電流Ｉのために、特定の電極直径ｄが、好ましくは選択されることも示している。よって、３００μｍの電極直径は、約０．６Ａ〜約１Ａの電流範囲内で選択され得るし、３５０μｍの電極直径ｄは、好ましくは、約０．８Ａ〜約１．２Ａの電流範囲内にあり、４００μｍの電極直径ｄは、約１Ａ〜１．４Ａの範囲内にある。
【００５５】
以下の表中に示される値又は範囲は、電極先端での所望の突起の最適な成長が達成され得る、実験中に決定された理想値を示している。
【表１】
2009522741.tif 000017
【００５６】
例えば、等式（１）及び（２）又は図６から或いは上記の表から得られる多数の構造が、以下に一例として表示される。
１）球形放電管を有する第一高圧水銀蒸気放電ランプは、５０Ｗで動作され、１．３ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、６２．５Ｖであり、平均動作電流は、０．８Ａである。その場合には、好ましくは３ｍｍの直径及び２．５ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が選択されなければならない。
２）球形放電管を有する第二高圧水銀蒸気放電ランプは、５０Ｗで動作され、１ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、５０Ｖであり、平均動作電流は、１Ａである。その場合には、好ましくは０．３５ｍｍの直径及び２．８ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が選択されなければならない。
３）楕円形放電管を有する第三高圧水銀蒸気放電ランプが、４０Ｗで動作され、１．５ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、６７Ｖであり、平均動作電流は、０．６Ａである。その場合には、好ましくは０．３ｍｍの直径及び３．１ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が選択されなければならない。
４）楕円形放電管を有する第四高圧水銀蒸気放電ランプが、４０Ｗで動作され、１．３５ｍｍの電極間隙を有する。動作電圧は、６０Ｖであり、平均動作電流は、０．６６Ａである。その場合には、好ましくは０．２８ｍｍの直径及び２．９ｍｍの自由電極長さを有するロッド電極が、選択されなければならない。
【００５７】
電極先端での突起の正確な成長プロセスは、動作時間に依存する動作電圧の測定を介して最良に従われ得る。同一圧力及び同一電力であると仮定すれば、電圧は、電極間隙によって決定され、電極先端での所望の突起の成長は、電極間隙の減少を招くので、同時に、電圧降下も、成長プロセスを表示する。これは図７中に示されており、そこでは、動作電力のＶは、動作時間の時間に対して描かれている。ランプは、ここでは、可能な限り現実的な動作としてシミュレーションするために、２時間に亘って動作され、次に、毎回、１５分に亘って冷却される。実験の開始での電極間隙は、１．２５ｍｍであった。即ち、ロッド形状電極に突起は依然としてない。この図面から見られべきように、電圧は、動作の最初の１０時間に、早くも１０Ｖよりも多く降下し、次に、動作の最初の３０時間の間にさらに沈下する。これは、所望の突起が、ランプの動作の最初の数時間内に早くも形成されることを示している。図面は、通常の機能性とは別に、長期の尺度で見られるとき、突起が極めて安定的なままである、即ち、電極間隙は、動作の最初の３０時間におけるほど顕著には、さらなるランプ寿命中に変化しないことも示している。
【００５８】
遂行された計算及び試験は、極めて経済的に製造される単純なロッド電極を用いて優れた動作特性を有するＵＨＰランプを製造することが驚くほど可能であることを明瞭に示している。電極の適切な寸法が、想定される動作電流に依存して選択されることが保証されれば十分である。その上、上述の方法によって製造されるランプは、それらは極めて短いという利点を有する。これは、今までプロジェクションシステムの場合にそうであったよりも著しく短い焦点距離を有する楕円形反射器と共にランプを組み立てることを可能にする。
【００５９】
これは図６中に概略的に示されている。図６は、ランプ１の給電線と接触するための装置なしに、反射器１５内でのランプ１の概略的な配置を示しているだけである。図面から明らかであるように、反射器１５は、第一焦点Ｆ１を有する。この第一焦点Ｆ１は、ランプ１の放電管の中心にある。加えて、反射器１５は、遠く前に位置する第二焦点Ｆ２を有し、それは反射器１５の外側である。焦点距離ｄＦは、ここでは、４５ｍｍであり、故に、プロジェクションシステム内で従来的に使用される反射器内の通例の焦点距離よりもずっと下である。この小さな焦点距離ｄＦは、プロジェクションシステムの全体的な光学的配置をより短くし得るという利点を有する。
【００６０】
そのようなプロジェクションシステム２３が、図９中に概略的に示されている。ランプ１から開始して、光は、反射器１５内で第二焦点Ｆ２に反射される。この焦点Ｆ２は、例えば、通例の色変更装置内に、例えば、色変更ディスク１６上に直接的に存在し、色変更ディスクは、一時的に異なる色が順次的に生成されることを保証する。色変更ディスク１６から、光は、変換レンズ１７によってディスプレイ装置１８上に透過される。そのようなディスプレイ装置１８は、例えば、テキサスインスツルメンツ（Ｒ）社のＤＬＰ（Ｒ）システム（ＤＬＰ＝digital  light  processing）であり得る。そのようなディスプレイ装置１８は、一種のチップを含み、その上に、複数の小さな可動式鏡が、個々のディスプレイ素子として取り付けられ、提示されるべき各画素毎に１つの鏡がある。これらの鏡は、光によって照明される。投射表面上の、即ち、提示されるべき画像中の画素が、明るく或いは暗く現れるべきか否かに依存して、関連する鏡は、光が投射表面上に或いは投射表面から離れて吸収器に向かって反射されるよう傾斜される。代替的に、如何なる他のシステム、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）システムも使用可能であり、それを用いて、光の確定減少(defined  reduction)が可能である。広範なディスプレイ装置１８並びにプロジェクションシステム２３内でのそれらの動作は、異なる色変更装置と同様に、当業者に既知である。
【００６１】
次に、画像は、対物レンズ１９を用いて投射表面２０上にさらに投射される。ランプ１は、通例のランプ制御ユニット２１によって動作される。加えて、プロジェクションシステム２３全体は、システム制御ユニット２２によって制御され、システム制御ユニットは、ランプ制御装置２１、色変更器１６、ディスプレイ装置１８を駆動し、もし必要であれば、対物レンズ１９も駆動し、具体的には、ランプ１、色変更器１６、及び、ディスプレイ装置１８の動作の同期のために配置される。
【００６２】
本発明に従ったランプの顕著な特性、特に、シール部分の両端部での低温の故に、前面が安全スクリーンで密閉された反射器を使用することさえ可能であり、これがなければ、反射器内でのランプの過熱を引き起こす。そのような安全スクリーンは、動作のより長い期間の後にランプの破壊に至る場合には、破壊されたガラスの如何なる片も、プロジェクションシステムの他の領域に到達し得ないが、ランプ１は反射器１５と共に最終消費者によって容易に置換され得るという利点を有する。
【００６３】
最後に、図面及び記載中に実際に示されるランプ並びに方法は、実施態様の実施例であるに過ぎず、それらは、本発明の範囲から逸脱せずに、当業者によって大幅に変更され得ることが再び指摘される。加えて、完全性のために、不定冠詞(“a”又は”an”)の使用は、関連する特徴が複数で存在し得ることも排除しないことが指摘される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第一実施態様に従った第一起動前の高圧水銀蒸気放電ランプを示す縦断面図である。
【図２】電極先端の拡大された概略的な表示と共に、起動後の図１の高圧水銀蒸気放電ランプを示す縦断面図である。
【図３】動作の数分後の本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプの実施態様を示す放射線写真である。
【図４】約２００時間の動作期間後の本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプの実施態様を示す放射線写真である。
【図５】異なる自由電極長さ及び異なる電極直径のための電極先端からの距離上の電極の温度の依存度を示すグラフである。
【図６】異なる電極直径のためのランプの平均動作電流Ｉに依存する自由電極長さＬを選択するための有利な領域を示すグラフである。
【図７】動作の周期に依存する本発明に従った高圧水銀蒸気放電ランプにおける電圧降下を示すグラフである。
【図８】そこに据え付けられる図１に従った高圧水銀蒸気放電ランプを備える楕円反射器を示す概略図である。
【図９】概略的に示されるプロジェクタシステム内の図７に従った高圧水銀蒸気放電ランプを備える反射器の機能的配置を示す概略図である。
【国際調査報告】
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