(57)【要約】      （修正有）【課題】  画像投影装置の小型化を達成することができる反射鏡付きランプを提供する。【解決手段】  高圧放電ランプ１０と反射鏡２０とを備え、反射鏡２０の開口部２４には前面ガラス２２が設けられており、反射鏡２０に２つの通気孔３１，３２が形成された反射鏡付きランプ１００である。２つの通気孔３１，３２は、発光管１１を含む断面４４上に位置しており、発光管１１を中心として、前記断面４４を第１、第２、第３、第４象限からなる領域Ｉ〜IVとしたときに、２つの通気孔３１，３２は、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、対角する象限に存在する組み合わせで形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延びる封止部とを有する高圧放電ランプと、
前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡と
を備え、
前記反射鏡は、出射方向前方に開口部を有し、かつ、前記開口部には、前面ガラスが設けられており、
前記反射鏡には、２つの通気孔が形成されており、
前記２つの通気孔は、前記反射鏡の断面のうち前記封止部が延びる方向と略垂直になる断面であって前記発光管を含む断面上に位置しており、
前記発光管を中心として、前記断面を第１、第２、第３、第４象限からなる領域としたときに、前記２つの通気孔は、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、対角する象限に存在する組み合わせで形成されている、反射鏡付きランプ。
【請求項２】
前記２つの通気孔のそれぞれの中央部を結ぶことによって生じる仮想線は、前記発光管の中央よりも上部に当たる、請求項１に記載の反射鏡付きランプ。
【請求項３】
内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から略水平方向に延びる封止部とを有する高圧放電ランプと、
前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡と
を備え、
前記反射鏡は、出射方向前方に開口部を有し、
前記反射鏡には、２つの通気孔が形成されており、
前記２つの通気孔は、前記発光管の中央を通る略鉛直な線に対して、前記開口部から見て左右に分かれて配置されており、
前記２つの通気孔のうちの一方の通気孔は、前記発光管の斜め上方に位置し、そして、前記一方に対する他方の通気孔は、前記発光管の斜め下方に位置しており、
前記一方の通気孔の中央部と前記他方の通気孔の中央部とを結ぶことによって生じる仮想線は、前記発光管の中央を通る水平線よりも上方に当たる、反射鏡付きランプ。
【請求項４】
前記高圧放電ランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延びる封止部を一対有しており、
前記反射鏡は、出射方向前方に位置する広開口部と、前記一対のうちの一方の封止部が挿入される狭開口部とを有しており、
前記反射鏡の広開口部には、透光性部材が取り付けられている、請求項３に記載の反射鏡付きランプ。
【請求項５】
内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延びる封止部を有する高圧放電ランプと、
前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡と
を備え、
前記反射鏡は、出射方向前方に開口部を有し、かつ、前記開口部には、前面ガラスが設けられており、
前記反射鏡には、２つの通気孔が形成されており、
前記２つの通気孔は、前記反射鏡の断面のうち前記封止部が延びる方向と略垂直になる断面であって前記発光管を含む断面上に位置しており、
前記発光管を中心として、前記断面を第１、第２、第３、第４象限からなる領域としたときに、前記２つの通気孔は、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、対角する象限に存在する組み合わせで形成されており、
前記２つの通気孔の一方および他方は、それぞれ、前記高圧放電ランプが点灯している際における空気の入口および出口として機能し、かつ、
前記２つの通気孔の一方および他方は、前記空気が自然対流している場合において、前記入口から入った空気が前記発光管の上部に当って前記出口へとぬけていくような位置に配置されている、反射鏡付きランプ。
【請求項６】
前記反射鏡には、前記入口から入った空気が前記発光管の上部に当って前記出口へとぬけていくような流れを乱す通気孔は形成されていない、請求項５に記載の反射鏡付きランプ。
【請求項７】
前記２つの通気孔は、いずれも、前記発光管の真上に設けられていない、請求項１から６のいずれか一つに記載の反射鏡付きランプ。
【請求項８】
前記高圧放電ランプは、封入水銀量１５０ｍｇ／ｃｍ3以上の高圧水銀ランプである、請求項１から７のいずれか一つに記載の反射鏡付きランプ。
【請求項９】
前記高圧放電ランプは、８０Ｗ以上のランプである、請求項１から８のいずれか一つに記載の反射鏡付きランプ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一つに記載された反射鏡付きランプと、
前記反射鏡付きランプを光源とする光学系と
を備えた画像投影装置。
【請求項１１】
前記反射鏡付きランプを冷却する冷却ファンが設けられていない、請求項１０に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプと反射鏡とを有する反射鏡付きランプおよび画像投影装置に関する。特に、液晶プロジェクタ用光源やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）プロジェクタなどの画像投影装置用光源として使用される反射鏡付きランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面映像を実現するシステムとして、液晶プロジェクタやＤＭＤを用いたプロジェクタなどの画像投影装置が広く用いられている。このような画像投影装置の光源としては、高い輝度を有する高圧放電ランプに反射鏡を組み合わせた反射鏡付きランプが一般的に広く使用されている。
【０００３】
反射鏡付きランプにおいては、動作中の加熱を防止するために、反射鏡の前面ガラス近傍に通気孔を形成するとともに、反射鏡付きランプの近傍に冷却ファンを設けることが多い（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図１０および図１１に、特許文献１に開示された反射鏡付きランプを示す。図１０は、凹面反射鏡１２０と、凹面反射鏡１２０の首部に固定された放電ランプ１０とを備えた反射鏡付き放電ランプ（光源ユニット）であり、図１１（ａ）および（ｂ）は、光源ユニットが外箱１０２中に配置された状態を示している。図１１（ａ）は、外箱１０２の横断断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中のＸ−Ｘ’から下方を見た上断面図である。
【０００５】
図１０に示した光源ユニット１０００では、放電ランプ１１０は、略水平にかつ差圧流路系中に配置される。凹面反射鏡１２０の首部には、冷却排風穴１２９が設けられており、凹面反射鏡１２０の前面開口には、光透光性ガラス１２２が設けられている。また、凹面反射鏡１２０の前面開口近辺には、凹面反射鏡内部に対して指向性を有する冷却送風穴１３０が設けられている。
【０００６】
図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、光源ユニット１０００は、吸気ファン１０３および排気ファン１０４を備えた外箱１０２内に配置される。外箱１０２の中には、光源ユニット１０００を取り囲むように仕切り壁１０５が形成されており、外箱１０２の中は仕切壁１０５を境界として、吸気ファン１０３および光源ユニット１０００の送風穴１３０を含む空間Ａと、排気ファン１０４および光源ユニット１０００を含む空間Ｂとが分離されている。
【０００７】
特許文献１によれば、吸気ファン１０３から外箱１０２の内部に流入した冷却風は空間Ａと空間Ｂとの圧力差によって、光源ユニット１０００の内部に流すことができ、そして、送風穴１３０が指向性を有していることにより、放電ランプの発光部と封止部、および反射鏡鏡面の全てを良好に冷却できることが述べられている。
【特許文献１】特開２０００−８２３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されているように、反射鏡付きランプは、通常、冷却ファンの使用を前提としている。図１１に示すように、外箱１０２内に冷却ファン（吸気ファン１０３および排気ファン１０４）が占める割合は比較的大きく、もし、冷却ファンを取り除くことができれば、画像投影装置の更なる小型化を達成することができる。もちろん、冷却ファンを取り除くことができれば、低コスト化も図ることができる。
【０００９】
しかしながら、現在、より高輝度の画像投影装置が求められている関係上、非常に高ワットの高圧放電ランプが使用されており、その結果、冷却ファン無しで画像投影装置を安定して動作させることは非常に難しい。
【００１０】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、画像投影装置の小型化を達成することができる反射鏡付きランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の反射鏡付きランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延びる封止部とを有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、前記反射鏡は、出射方向前方に開口部を有し、かつ、前記開口部には、前面ガラスが設けられており、前記反射鏡には、２つの通気孔が形成されており、前記２つの通気孔は、前記反射鏡の断面のうち前記封止部が延びる方向と略垂直になる断面であって前記発光管を含む断面上に位置しており、前記発光管を中心として、前記断面を第１、第２、第３、第４象限からなる領域としたときに、前記２つの通気孔は、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、対角する象限に存在する組み合わせで形成されている。
【００１２】
前記２つの通気孔のそれぞれの中央部を結ぶことによって生じる仮想線は、前記発光管の中央よりも上部に当たることが好ましい。ここで発光管の中央よりも上部というのは、発光管の鉛直方向の上半分ということである。
【００１３】
本発明の他の反射鏡付きランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から略水平方向に延びる封止部とを有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、前記反射鏡は、出射方向前方に開口部を有し、前記反射鏡には、２つの通気孔が形成されており、前記２つの通気孔は、前記発光管の中央を通る略鉛直な線に対して、前記開口部から見て左右に分かれて配置されており、前記２つの通気孔のうちの一方の通気孔は、前記発光管の斜め上方に位置し、そして、前記一方に対する他方の通気孔は、前記発光管の斜め下方に位置しており、前記一方の通気孔の中央部と前記他方の通気孔の中央部とを結ぶことによって生じる仮想線は、前記発光管の中央を通る水平線よりも上方に当たる。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記高圧放電ランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延びる封止部を一対有しており、前記反射鏡は、出射方向前方に位置する広開口部と、前記一対のうちの一方の封止部が挿入される狭開口部とを有しており、前記反射鏡の広開口部には、透光性部材が取り付けられている。
【００１５】
本発明の更に他の反射鏡付きランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の両端から延びる封止部を有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、前記反射鏡は、出射方向前方に開口部を有し、かつ、前記開口部には、前面ガラスが設けられており、前記反射鏡には、２つの通気孔が形成されており、前記２つの通気孔は、前記反射鏡の断面のうち前記封止部が延びる方向と略垂直になる断面であって前記発光管を含む断面上に位置しており、前記発光管を中心として、前記断面を第１、第２、第３、第４象限からなる領域としたときに、前記２つの通気孔は、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、対角する象限に存在する組み合わせで形成されており、前記２つの通気孔の一方および他方は、それぞれ、前記高圧放電ランプが点灯している際における空気の入口および出口として機能し、かつ、前記２つの通気孔の一方および他方は、前記空気が自然対流している場合において、前記入口から入った空気が前記発光管の上部に当って前記出口へとぬけていくような位置に配置されている。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記反射鏡には、前記入口から入った空気が前記発光管の上部に当って前記出口へとぬけていくような流れを乱す通気孔は形成されていない。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記２つの通気孔は、いずれも、前記発光管の真上に設けられていない。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記高圧放電ランプは、封入水銀量１５０ｍｇ／ｃｍ3以上の高圧水銀ランプである。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記高圧放電ランプは、８０Ｗ以上のランプである。
【００２０】
本発明の画像投影装置は、上記反射鏡付きランプと、前記反射鏡付きランプを光源とする光学系とを備えた画像投影装置である。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記画像投影装置には、前記反射鏡付きランプを冷却する冷却ファンが設けられていない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、反射鏡の断面のうち封止部が延びる方向と略垂直になる断面であって発光管１１を含む断面上に２つの通気孔が位置しており、当該２つの通気孔は、対角する象限に存在する組み合わせで形成されているので、ランプ点灯中の熱によって生じる自然対流を用いて、一方の通気孔から空気を取り込んで発光管１１を効果的に冷却することができ、その結果、画像投影装置の小型化を達成することができる反射鏡付きランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
画像投影装置（プロジェクター）の寸法は近年かなり小さくなっているものの、本願発明者は、更なる小型化を図るため、冷却ファンを無くしたタイプの画像投影装置の開発を開始した。
【００２４】
冷却ファンを無くしたいと考えた理由の一つに、画像投影装置本体の寸法が年々小型化されていくに伴って、反射鏡付きランプ（光源ユニット）の放熱が難しくなってきており、それゆえ、より大きな冷却能力（送風能力）の冷却ファンが必要となってきていることに起因して、冷却ファンの騒音問題が無視できなくなってきていることもある。また、小型化された画像投影装置本体内に、冷却ファンをセットするスペースも少なくなってきており、冷却ファンを取り除くことができれば、又は、冷却能力はそれほど大きくないが寸法の小さい冷却ファンを使用することができれば、設計自由度を大きくすることができる。したがって、冷却能力の大きい冷却ファンを使用しなくても、十分な自然冷却効果が得られるような反射鏡付きランプを開発できれば、画像投影装置の小型化を図ることができるとともに、冷却ファンによる騒音も防止することができる。
【００２５】
反射鏡付きランプの反射鏡に穴をあけることは、反射鏡の面積が減少して、出射する光量が減少するため、その手法は通常嫌われる。したがって、反射鏡の首部（ネック部）に通気穴を設けたり、光量の減少の影響が少なくなるように、反射鏡の広開口部付近（前面ガラス付近）に通気孔を設けることが行われる（特許文献１参照のこと）。しかし、これらの手法は、冷却ファンの存在を前提とした手法であり、自然対流を利用しようとする場合、ほとんど役に立たない。
【００２６】
本願発明者は、冷却能力の大きい冷却ファンを用いなくても、冷却作用を持った反射鏡付きランプを鋭意研究・開発した結果、そのような反射鏡付きランプを完成させ、本発明に至った。
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化を図るために、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（実施形態）
図１を参照しながら、本発明による実施形態を説明する。図１（ａ）は、本実施形態の反射鏡付きランプ１００の断面構成を模式的に示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩＢ−ＩＢ’線に沿った断面図である。
【００２８】
本実施形態の反射鏡付きランプは、図１（ａ）に示すように、高圧放電ランプ１０と、高圧放電ランプ１０から発する光を反射する反射鏡２０とを備えている。高圧放電ランプ１０は、内部に発光物質が封入された発光管１１を有しており、発光管１１の両端からは、一対の封止部１２が略水平方向に延びている。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、反射鏡２０には、２つの通気孔（３１，３２）が形成されており、２つの通気孔（３１，３２）は、発光管１１の中央を通る略鉛直な線４２に対して、反射鏡２０の広開口部２４側から見て左右に分かれて配置されており、一方の通気孔３２は、発光管１１の斜め上方に位置し、そして、他方の通気孔３１は、発光管１１の斜め下方に位置している。垂直線４２は、封止部１２が延びる方向と略垂直（典型的には直角）な線である。ここで、通気孔３１の中央部と通気孔３２の中央部とを結ぶことによって生じる仮想線３５は、発光管１１の中央を通る水平線４１よりも上方（１１ａ）に当たることが好ましい。発光管１１の上方１１ａに空気の流れが当たると最も効率的に発光管１１の冷却が行われるからである。
【００３０】
本実施形態の反射鏡付きランプは、一対の封止部１２が水平方向に延びるように使用時にはセットされる。そして、仮想線３５が当たることが好ましい発光管１１の上方１１ａというのは、使用時における鉛直方向の上側の半分（上半球部分）のことである。図１（ｂ）では、反射鏡２０の内面側に位置する通気孔（３１，３２）の中央部をそれぞれ結ぶことによって仮想線３５を作成し、そして、発光管１１の上方部１１ａと仮想線３５とが当たる箇所を符号「３６」として示している。通気孔３１，３２の中央部が空気の流れに対する抵抗が最も少ないので、空気の流速が最も大きくなり、発光管１１の冷却に最も寄与する。
【００３１】
反射鏡２０は、出射方向前方に位置する広開口部２４と、高圧放電ランプ１０の封止部１２が挿入される狭開口部２５とを有している。反射鏡２０の広開口部２４には、透光性部材（例えば、前面ガラス）２２が取り付けられている。狭開口部２５は、反射鏡２０の首部（ネック部）２６内に設けられており、狭開口部２５内に挿入された封止部１２は、無機系接着剤（例えば、セメント）によって首部２６に固定されている。
【００３２】
高圧放電ランプ１０の発光管１１内には、一対の電極１５が対向して配置されており、各電極１５の一端は、封止部１２内に配置された金属箔（モリブデン箔）１３に電気的に接続されている。発光管１１内に露出している電極１５の先端には、コイル１６が巻かれていることが好ましい。金属箔１３の一端には、外部リード１７が電気的に接続されている。狭開口部２５側に位置する封止部１２の端面から延びた外部リード１７は、口金１８に電気的に接続されている。一方、広開口部２４側（出射方向側）に位置する封止部１２の端面から延びた外部リード１７は、外部回路に電気的に接続される外部リード引き出し線（不図示）に電気的に接続される。本実施形態の高圧放電ランプ１０は、いわゆるダブルエンド型の放電ランプであり、ランプの中心軸４０が略水平方向になるように、反射鏡２０に取り付けられている。
【００３３】
本実施形態の構成をさらに説明すると、反射鏡２０は、例えば、放物面鏡や楕円面鏡であり、ランプの光学特性を低下させないように、極めて高い精度をもって設計・加工されている。反射鏡付きランプ１００の出射方向前方に位置する広開口部２４には、前面ガラス２２が取り付けられているので、通気孔（３１，３２）を部分を考慮しなければ、実質的に密閉構造となっている。したがって、万が一のランプの破損時に、ランプの飛散防止を役割を十分果たすことができる。
【００３４】
反射鏡２０に形成された２つの通気孔（３１，３２）は、垂直方向において発光管１１が位置する断面を含む領域４４に形成されているものの、いずれの通気孔（３１，３２）も、発光管１１の鉛直方向の真上には形成されていない。同様に、真下にも形成されていない。別の言葉でいうと、反射鏡２０の断面のうち、封止部１２（または電極１５）が延びる方向（４０）と略垂直になる断面であって発光管１１を含む断面（４４）上に、２つの通気孔（３１，３２）は位置している。そして、発光管１１（または電極１５）を中心として、断面４４を第１、第２、第３、第４象限からなる領域（Ｉ〜IV）としたときに、２つの通気孔は、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、対角する象限に存在する組み合わせで形成されている。上述したように、通気孔３１の中央部と通気孔３２の中央部とを結ぶことによって生じる仮想線３５が、発光管１１の中央よりも上部１１ａに当たるように、通気孔３１と３２を反射鏡２０に形成することが好ましい。
【００３５】
このように通気孔（３１，３２）を反射鏡２０に設けた場合、下側に位置する通気孔（送風孔）３１から自然風が入り、次いで、発光管１１の上部１１ａに接触して、その後、上側に位置する通気孔（排風孔）３２へと抜けていく。すなわち、図１に示した構成によると、冷却ファンを用いて強制対流を起こさなくても、自然対流によって、空気が入口３１から入って、発光管１１の上部１１ａに当たり、そして、出口３２へと抜けていく。本願発明者の検討によると、通気孔が無い場合に９９２．５℃だった発光管１１の上部１１ａの温度は、通気孔３１、３２を設けた場合には、驚くべきことに９８５．３℃にまで低下し、冷却ファン無しでも、約７℃も低下できることがわかった。
【００３６】
図２を参照しながら、さらに本実施形態の構成を説明する。図２（ａ）は、本実施形態の反射鏡付きランプの断面構成を模式的に示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の矢印４５の方向からみた背面図である。図２（ｃ）は、反射鏡付きランプ内の空気の流れを示すシミュレーション図である。
【００３７】
図２（ｂ）に示すとおり、通気孔３１、３２は、ランプ１０を中心として、対角の象限（第１象限と第３象限、あるいは、第２象限と第４象限）に配置されており、空気が自然対流している場合に、通気孔（入口）３１から入った空気が発光管１１の上部１１ａに当って通気孔（出口）３２へと抜けていくような位置に形成されている。図１（ｂ）に示したように、通気孔３１の中央部と通気孔３２の中央部とを結ぶ線３５が発光管１１の上部１１ａに当たるように、通気孔３１と３２との両者は、反射鏡２０に形成されている。また、通気孔３１、３２は、発光管１１が存在する領域を含む断面内に位置している。
【００３８】
図２（ｃ）に示すように、通気孔３１、３２が形成された反射鏡２０を備えた反射鏡付きランプの場合、ランプ動作中の発熱によって生じる自然対流している空気を、発光管１１の上部１１ａに当てることができることは、シミュレーション結果からも確認された。
【００３９】
発光管１１の上部１１ａに自然風を当てるようにするには、発光管１１の真上に通気孔を開けたり、３以上の通気孔を開けた方がいいように一見思えるが、本願発明者は、十数パターン以上の通気孔の開け方を検討した結果、図２に示すような本実施形態の構成以外で成功した例は見いだせなかった。まず、前面ガラスを取り付けた密閉型の反射鏡において、通気孔を一つだけ開けた構成は、そもそも自然風が吹き抜けないので、自然対流のみで、発光管１１の上部１１ａを冷却することはできない。
【００４０】
図３に示した構成では、２つの通気孔３１、３２は、いずれも、発光管１１の真上に位置する領域には設けられていないが、図４では、発光管１１の真上に一つの通気孔１３２、そして、発光管１１の真下にもう一つ通気孔１３１を形成した例を示している。発光管１１の上部１１ａのすぐ上に、通気孔１３２を設けたことにより、発光管１１の上部１１ａを自然風で冷却できるようにも思えるが、本願発明者が検討した結果、自然風３０は発光管１１の側面の付近を通過するものの、発光管１１の上部１１ａには当たらない。したがって、図４に示した構成では、発光管１１の上部１１ａを冷却することはできない。
【００４１】
図５は、通気孔を４つ設けた例を示しており、通気孔１４１〜１４４は、発光管１１を中心として、それぞれ第１〜第４象限に位置している。通気孔を２つ設けただけの図３に示した構成と比較して、４つも通気孔を設けた構成の方が、一見、発光管１１の上部１１ａを自然風で冷却できるようにも思える。しかし、本願発明者が検討した結果、自然風３０は発光管１１の側面の付近を通過するものの、発光管１１の上部１１ａには当たらない。したがって、図５に示した構成でも、発光管１１の上部１１ａを冷却することはできない。
【００４２】
図６は、通気孔を３つ設けた例を示しているが、この３つの通気孔（１５１〜１５３）を設けた構成でも、自然風３０は発光管１１の上部１１ａには当たらず、それゆえ、発光管１１の上部１１ａを冷却することはできない。このように、図３に示した構成では、入口３１から入った空気が発光管１１の上部１１ａに当って出口３２へとぬけていくような流れを作ることができるが、それ以外の図４から図６に示した構成では、そのような流れを乱してしまう。つまり、図３に示した構成では、当該流れを乱すような通気孔は形成されていない。
【００４３】
また、本実施形態の反射鏡付きランプは、反射鏡２０の首部２６の周囲にも通気孔を設けていない。反射鏡２０の反射面に通気孔を設けるとともに、反射鏡２０の首部２６にも通気孔を設ける方が、発光管１１の上部１１ａを自然風で冷却できるようにも思えるが、本願発明者が検討した結果、反射鏡２０の首部２６の周囲にも通気孔を設けると、かえって、発光管１１の上部１１ａへと向かう空気の流れを乱したり、弱めたりすることがあることもわかった。
【００４４】
図７（ａ）は、前面ガラス付近に位置する反射鏡の上部と下部、ならびに、ランプの挿入された首部の水平両サイドに、通気孔を設けた構成を模式的に示す断面斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した構成の背面図（半分のみ）である。図７（ｃ）は、この構成における空気の流れを示すシミュレーション図である。
【００４５】
図７に示した構成は、前面側の上下および首部２６の水平左右に合計４つも通気孔を設けたものであるが、図７（ｃ）に示されたシミュレーション結果は、図２（ｃ）に示した本実施形態についての結果を下回るものであった。図２（ｃ）と比べて図７（ｃ）の場合、発光管１１の上部１１ａに自然風（冷却風）が効果的に当たらず（当たっても風が弱い）、したがって、図７に示した構成では、発光管１１の上部１１ａを効果的に冷却することはできないことがわかった。
【００４６】
図７に示した構成を用いれば、例えば通気孔１５６から入った空気が、通気孔１５５や１５７に抜けて発光管１１の上部１１ａを冷却できるようにも思えるが、検討した結果は、自然対流の力だけで冷却風を首部（ランプ挿入部）の方へ勢い良く通過させることは難しいことを示すものであった。本願発明者の検討によると、図７に示した構成では、通気孔が無いときに９９２．５℃だった発光管１１の上部１１ａの温度は、通気孔１５５等を設けたときに、９９０．６℃に低下し、４つも通気孔を設けたにもかかわらず、わずか約２℃しか低下しないことがわかった。
【００４７】
図８（ａ）〜（ｃ）に示した構成は、発光管の真上に斜め方向に貫通する通気孔と、首部２６の水平左右に斜め上がりの通気孔との合計３つも通気孔を設けたものである。図８（ｃ）に示されたシミュレーション結果は、図７（ｃ）と同様に、図２（ｃ）に示した本実施形態についての結果を下回るものであった。つまり、図８（ｃ）の場合も、発光管１１の上部１１ａに自然風（冷却風）が効果的に当たらず（当たっても風が弱い）、発光管１１の上部１１ａを効果的に冷却できないものであった。図８に示した構成では、通気孔が無いときに９９２．５℃だった発光管１１の上部１１ａの温度は、通気孔１６１等を設けたときに、９９１．７℃に低下するだけで、わずか約０．８℃しか低下しないものであった。
【００４８】
本願発明者は、この他にもいろいろなパターンの通気孔の組み合わせを検討したが、いずれも１℃程度又はそれ未満の温度低下（図７に示した構成でもせいぜい２℃の低下）しか示さず、本実施形態の構成の７℃の低下というのはまさに特異点的なものであった。
【００４９】
本実施形態に示した通気孔３１および３２は、図２（ｂ）では矩形として示したが、図９（ａ）に示すように、略円形（例えば、円形、楕円形、長円形）でもよい。また、２つの通気孔３１および３２のいずれか一方または両方が、図９（ｂ）に示すように、複数の貫通孔から構成されていてもよい。１つの貫通孔でなく、複数の貫通孔によって、通気孔３１や３２を構成すると、通過する空気の接触抵抗が増大するという欠点が生じるが、一つ一つの貫通孔の寸法が小さくなるので、万が一のランプ破裂の際に、飛散物が飛び出る可能性をより低減することができるという別の効果は得られる。なお、そのような別の効果を得たい場合には、図９（ｃ）のように、１つ（又は２以上）の貫通孔を覆うようなメッシュ３４を設けても構わない。
【００５０】
次に、本実施形態の構成の好適な条件を例示的に説明する。高圧放電ランプ１０の発光管１１は、略球形をしており、石英ガラスから構成されている。高圧放電ランプ１０としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ（無水銀メタルハライドランプを含む）等を用いることができる。本実施形態では、交流型の高圧水銀ランプを用いている。なお、長寿命等の優れた特性を発揮する高圧水銀ランプ（特に、超高圧水銀ランプ）を実現する上では、発光管１１を構成する石英ガラスとして、アルカリ金属不純物レベルの低い（例えば、アルカリ金属の各種についての質量が１ｐｐｍ以下）高純度の石英ガラスを用いることが好ましい。なお、勿論、通常のアルカリ金属不純物レベルの石英ガラスを用いることも可能である。発光管１１の外径は例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、発光管１１のガラス厚は例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。発光管１１内の放電空間の容積は、例えば０．０１〜１ｃｃ程度（０．０１〜１ｃｍ3）である。本実施形態では、外径９ｍｍ程度、内径４ｍｍ程度、放電空間の容量０．０６ｃｃ程度の発光管１１が用いられる。
【００５１】
発光管１１内には、一対の電極（電極棒）１５が互いに対向して配置されている。電極１５の先端は、０．２〜５ｍｍ程度（例えば、０．６〜１．０ｍｍ）の間隔（アーク長）Ｄで、発光管１１内に配置されており、一対の電極１５のそれぞれは、タングステン（Ｗ）から構成されている。電極１５の先端には、ランプ動作時における電極先端温度を低下させることを目的として、コイル（例えば、タングステン製のコイル）を巻いておくことが好ましい。
【００５２】
封止部１２は、電極１５に電気的に接続された金属箔１３と、発光管１１から延ばされたガラス部とを有しており、金属箔１３とガラス部との箔封止によって発光管１１内の放電空間の気密を保持している。封止部１２のガラス部は、例えば石英ガラスから構成されている。金属箔１３は、例えばモリブデン箔（Ｍｏ箔）であり、例えば矩形の形状を有している。封止部１２は、シュリンク手法で作製されている場合、略円形の断面形状を有しており、封止部１２の中心部分に金属箔１３が位置している。なお、図１（ａ）における口金１８は、省略するこも可能である。
【００５３】
発光管１１内には、発光物質として、水銀が封入されている。超高圧水銀ランプとしてランプ１０を動作させる場合、水銀は、例えば、１５０ｍｇ／ｃｃ程度またはそれ以上（１５０〜２００ｍｇ／ｃｃまたはそれ以上）の水銀と、５〜３０ｋＰａの希ガス（例えば、アルゴン）と、必要に応じて、少量のハロゲンとが発光管１１内に封入されている。
【００５４】
発光管１１内に封入されるハロゲンは、ランプ動作中に電極１５から蒸発したＷ（タングステン）を再び電極１５に戻すハロゲンサイクルの役割を担っており、例えば、臭素である。封入するハロゲンは、単体の形態だけでなく、ハロゲン前駆体の形態（化合物の形態）のものでもよく、本実施形態では、ハロゲンをＣＨ2Ｂｒ2の形態で発光管１１内に導入している。また、本実施形態におけるＣＨ2Ｂｒ2の封入量は、０．００１７〜０．１７ｍｇ／ｃｃ程度であり、これは、ランプ動作時のハロゲン原子密度に換算すると、０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度に相当する。なお、ランプ１０の耐圧強度（動作圧力）は、１５〜２０ＭＰａまたはそれ以上である。なお、定格電力は、例えば、８０Ｗ以上であり、高出力の特性を顕著にしたい場合、１５０Ｗ（その場合の管壁負荷は、約１３０Ｗ／ｃｍ2に相当）またはそれ以上にすることが好ましい。管壁負荷は、例えば、１３０Ｗ／ｃｍ2程度以上であり、特に上限は設定されない。例示的に示すと、管壁負荷は、例えば、１３０Ｗ／ｃｍ2程度以上から、３００Ｗ／ｃｍ2程度の範囲（好ましくは、１３０〜２００Ｗ／ｃｍ2程度）のランプを実現することができる。
【００５５】
本実施形態の反射鏡付きランプ１００では、反射鏡２０の一部に穴（通気孔）を開けるため、反射鏡２０の反射面の面積が少なくなる。それゆえ、通常、このような反射鏡２０の面積を低減するような構成は採用されないのであるが、本実施形態では、冷却ファンを用いなくても、自然対流の冷却風でランプ１０を冷却できるようにするために、あえて反射鏡２０の面積を削っている。したがって、その面積が少なくなった分、ある程度光量が低下するので、その低下分を補う上でも、より高出力の高圧放電ランプ１０を用いる方が好ましい。
【００５６】
反射鏡２０の反射面の最大径は、４５ｍｍ以下、小型の要請をさらに満たす上では、４０ｍｍまたはそれ未満であることが好ましい。また、反射鏡２０の広開口部２４には前面ガラス２２を取り付けられて、反射鏡２０内は実質的に密閉構造となっているが、通気孔３１、３２の他に、通気孔（入口）３１から入った空気が発光管１１の上部１１ａに当って通気孔（出口）３２へとぬけていくような流れを阻害しないのであれば、さらに貫通孔を設けてもよい。そのような貫通孔としては、例えば、出射方向側に位置する外部リード１７と電気的に接続される外部リード引き出し線を、反射鏡２０の中から外へと導くための貫通孔が挙げられる。前面ガラス２２と、反射鏡２０の反射面とによって規定される反射鏡２０の内容積は、例えば、２００ｃｍ3以下である。本実施形態の反射鏡２０およびその焦点の寸法を例示すると、広開口部２４の直径φは、約４５ｍｍであり、反射鏡２０の深さＤｐは約３３ｍｍである。正面から見た場合の反射鏡２０の反射面の形状が円形であっても、前面ガラス２２を取り付ける反射鏡２０の部分の形状を矩形または正方形にすることも可能である。反射鏡２０の容積は、約４００００ｍｍ3、つまり約４０ｃｃである。反射鏡２０が楕円面鏡タイプの場合、反射鏡２０の最深部から焦点Ｆ１、Ｆ２までの距離は、それぞれ、約８ｍｍおよび約６４ｍｍである。
【００５７】
通気孔３１および３２の寸法は、反射鏡付きランプ１００の反射鏡２０の寸法やランプ１０の能力によって適宜適切なもの決定すればよいが、例えば、通気孔３１および３２の各面積は、例えば、２６．５ｍｍ2である。なお、通気孔３１および３２の各面積は、１０ｍｍ2以上５０ｍｍ2以下であることが好ましい。１０ｍｍ2よりも小さいと自然対流する空気の量が不十分で冷却が充分には行われず、５０ｍｍ2よりも大きい場合には反射される光の量が少なくなり光源として不適当である。また、図１（ｂ）に示した構成において、通気孔３１の形成位置は、ランプ中心軸４０を中心として、水平軸４１から、例えば４５°〜７５°の範囲内にあり、一方、通気孔３２の形成位置は、ランプ中心軸４０を中心として、垂直軸４２から、例えば６０°〜９０°の範囲内にある。また、通気孔３１および３２は、例えば、反射鏡完成後、所定位置にドリルで穴を開け、次いで、やすりにより四角孔（言い換えると、略矩形の切欠き部）に仕上げることによって作製することができる。なお、丸穴（略円形の切欠き部）の場合は、ドリルで穴を開けるだけで作製することが可能である。なお、通気孔３２の部分は光を反射しないので、出射される光の一部が光量が減って暗くなるが、通気孔３２の形状を長方形にすれば円形の場合よりも暗くなる度合いが小さくなり好ましい。
【００５８】
発光管１１の上部１１ａに自然対流の冷却風を当てるようにするには、通気孔３１の中央部と通気孔３２の中央部とを結ぶことによって生じる仮想線３５が、発光管１１の中央を通る水平線３１よりも上方（１１ａ）に当たるように構成することが好ましいが、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限に位置するように、２つの通気孔３１、３２を対角する象限に存在するようにすれば、効果的に発光管１１の上部１１ａを冷却することは難しくても、当該対角に配置されていない構成（例えば、図４〜図８）と比較して、発光管１１の一部（側面等）を冷却する上では効果はある。この時、通気孔３１，３２の上端部同士を結ぶ仮想線が、発光管１１の中心部よりも上方を通ることが好ましい。
【００５９】
本実施形態の反射鏡付きランプ１００によれば、反射鏡２０の断面のうち封止部１２が延びる方向（４０）と略垂直になる断面であって発光管１１を含む断面（４４）上に２つの通気孔（３１，３２）が位置しており、当該２つの通気孔（３１，３２）は、対角する象限（すなわち、第１および第３象限、あるいは第２および第４象限）に存在する組み合わせで形成されているので、ランプ点灯中の熱によって生じる自然対流を用いて、一方の通気孔３１から空気を取り込んで発光管１１を冷却することができる。通気孔３１の中央部と通気孔３２の中央部とを結ぶことによって生じる仮想線３５が、発光管１１の中央を通る水平線３１よりも上方（１１ａ）に当たるようにすると、通気孔３１から入った自然対流の冷却風３０が通気孔３２に向かうまでの間に、発光管１１の上部１１ａを冷却することができるので、より効果的に高圧放電ランプ１０の冷却を行うことができる。したがって、画像投影装置に冷却ファンを用いなくても、高圧放電ランプ１０の冷却を行うことが可能となるので、画像投影装置の小型化を達成することができる。加えて、冷却ファンによる騒音を無くすことができ、そして、冷却ファンの部材について低コスト化を図ることができる。また、冷却ファンを用いるとしても、より冷却能力の低いものを使用すればよいので、非常に効果は大きい。すなわち、冷却能力の低い冷却ファンは、比較的大きさが小さいので、画像投影装置の小型化を達成することができる。また、冷却能力の低い冷却ファンは、騒音も小さく、コストも安いので、騒音の低減することができ、加えて、低コスト化も図ることができる。なお、冷却ファンを用いる場合、図１１に示した構成では、吸気ファンと排気ファンとの両方を用いているが、その何れか一方だけを用いる構成を採用することも可能となり、その点からも、画像投影装置の小型化等を図ることもできる。
【００６０】
今日の画像投影装置の小型化の要求のもと、設計自由度を確保できることの意義は非常に大きい。もし、小型化の要求達成のため、通気孔３１、３２を用いることなく、冷却ファン無し又は冷却能力の低いファンを用いた画像投影装置を構築した場合、その反射鏡付きランプの寿命は、今日使用されている高出力ランプから出る大量の熱によって短いものとなってしまうであろう。画像投影装置用の高圧放電ランプの寿命は、近年の研究・開発の進歩により、非常に向上しているのであるが、画像投影装置に組み込まれた状態での寿命が短いものであれば、その長寿命の高圧放電ランプの技術的価値は非常に低下してしまう。本発明の実施形態に係る反射鏡付きランプ１００には、そのような寿命低下を防止することができる技術的意義もある。
【００６１】
本実施形態の反射鏡付きランプ１００は、そのまま、又は反射鏡付きランプを支持するランプハウスと組み合わせてランプユニットの形で、例えば、液晶プロジェクタやＤＭＤを用いるプロジェクタなどのような画像投影装置に取り付けることができ、プロジェクタ用光源として使用することができる。また、このような反射鏡付きランプ（または、ランプユニット）と、画像素子（ＤＭＤ（Digital Micromirro Device）パネルや液晶パネルなど）を含む光学系とを組み合わせることにより、画像投影装置を構成することができる。例えば、ＤＭＤを用いたプロジェクタ（デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクタ）や、液晶プロジェクタ（ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）構造を採用した反射型のプロジェクタも含む。）を提供することができる。
【００６２】
例えば、本実施形態の反射鏡付きランプ１００は、図１２に示すように、ＤＬＰプロジェクタ用の光源として使用することができる。図１２は、単版式ＤＬＰプロジェクタの構成を模式的に示しており、図１２に示したＤＬＰプロジェクタは、反射鏡付きランプ１００と、光学系９０とを備えている。光学系９０は、反射鏡付きランプ１００の出射方向５０の前方に配置されたカラーホイル７０と、カラーホイル７０を透過した光５４を反射するＤＭＤパネル８０（複数のＤＭＤ８２から構成されている）と、ＤＭＤパネル８０から投射された光５６を投射光５８に変換してスクリーン８６に映写する投射レンズ８４とを備えている。
【００６３】
反射鏡付きランプ１００から出射した光５１は、例えば毎秒１２０回転しているカラーホイル７０の３原色（Ｒ・Ｇ・Ｂ）のうちの１色（例えばＲ）を通過した後、集光レンズ（不図示）を介してＤＭＤパネル８０に投射され、次いでスクリーン８６に映写される。単版式ＤＬＰプロジェクタの場合、ＤＭＤパネル８０のＤＭＤ８２が毎秒数千から数万回という速さでオンオフを繰り返すことによって、カラーホイル７０を通過したＲ・Ｇ・Ｂのそれぞれの色を瞬時に重ね合わせて、人の目の残像効果を利用してスクリーン８６上で一つの絵にしている。
【００６４】
さらに、本実施形態の反射鏡付きランプは、画像投影装置用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、または競技スタジアム用光源や自動車のヘッドライト用光源、道路標識を照らす投光器用光源などとしても使用することができる。投光器用光源等として使用する場合、ランプの中心軸４０および水平軸４１が略水平にならないことがあるが、そのときには、これらの軸が略水平にした状態で本実施形態の構造を規定すればよい。
【００６５】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明に係る反射鏡付きランプは、ランプ点灯中の熱によって生じる自然対流を用いて、発光管を効果的に冷却することができ、その結果、画像投影装置の小型化を達成することができるので、液晶プロジェクタ用光源やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）プロジェクタなどの画像投影装置用光源として使用される反射鏡付きランプ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態にかかる反射鏡付きランプの構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のIB−IB’線に沿った断面を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態の反射鏡付きランプの断面構成を示す側面図であり、（ｂ）は、その背面図であり、そして、（ｃ）は、反射鏡付きランプ内の空気の流れを示すシミュレーション図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる反射鏡付きランプの断面構成を模式的に示す図である。
【図４】比較例としての反射鏡付きランプの断面構成を模式的に示す図である。
【図５】比較例としての反射鏡付きランプの断面構成を模式的に示す図である。
【図６】比較例としての反射鏡付きランプの断面構成を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）は、比較例としての反射鏡付きランプの断面構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、その背面図を示す斜視図であり、そして、（ｃ）は、反射鏡付きランプ内の空気の流れを示すシミュレーション図である。
【図８】（ａ）は、比較例としての反射鏡付きランプの断面構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、その背面図を示す斜視図であり、そして、（ｃ）は、反射鏡付きランプ内の空気の流れを示すシミュレーション図である。
【図９】（ａ）は、略円形の通気孔を示す図であり、（ｂ）は、複数の貫通孔から構成された通気孔を示す図であり、そして、（ｃ）は、メッシュが配置された通気孔を示す図である。
【図１０】従来の反射鏡付きランプ１０００の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、外枠内に配置された従来の反射鏡付きランプ１０００の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態の反射鏡付きランプを光源とする画像投影装置の模式図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０    高圧放電ランプ
１１    発光管
１２    封止部
１３    金属箔（モリブデン箔）
１５    電極（電極棒）
１６    コイル
１７    外部リード
１８    口金
１９    セメント
２０    反射鏡
２２    前面ガラス
２４    広開口部
２５    狭開口部
２６    首部（ネック部）
３０    自然風（冷却風）
３１    通気孔（入口）
３２    通気孔（出口）
３３    貫通孔
３４    メッシュ
４０    ランプ中心線（光軸）
４１    水平線
４２    垂直線
９０    光学系
１００  反射鏡付きランプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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