(57)【要約】【課題】  発光ランプを目標温度に管理することを可能とする発光ランプのサイズの決定方法を提供すること。【解決手段】  バルブ部２と封止部３ａ，３ｂとを備えた発光ランプのサイズ決定方法であって、消費電力に依存するバルブ部２の対流・伝導による熱損失量、バルブ部２の内径、封止部３ａ，３ｂの径及び長さを予め決定し、それらの熱損失量、バルブ部の内径、封止部の径、及び封止部の長さを基に、発光時のバルブ部２の内面温度の平均値が９００〜１０００℃の範囲内に収まるように、バルブ部２の外径を決定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極が内蔵されたバルブ部と、そのバルブ部の両側に該バルブ部と一体に配置され前記電極につながる導体が配設された封止部とを備える発光ランプのサイズ決定方法であって、
前記バルブ部の内径、前記バルブ部の外径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さの４つのサイズの値のうちの３つの値と、消費電力に依存する前記バルブ部の対流・伝導による熱損失量値とを予め決定し、それらの決定された値を基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が予め定めた目標値となるように、前記バルブ部の各サイズのうちの残りの１つのサイズの値を決定する、ことを特徴とする発光ランプのサイズ決定方法。
【請求項２】
前記バルブ部の対流・伝導による熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さを予め決定し、
前記熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さを基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が目標範囲内に収まるように、前記バルブ部の外径を決定する、ことを特徴とする請求項１記載の発光ランプのサイズ決定方法。
【請求項３】
前記内面温度の平均値をITTとしたとき、
ITT＝TT＋（H・TH）／（ρ・MS）
ここで、TTは前記バルブ部の表面温度、Hは前記バルブ部の対流・伝導による熱損失量、THは前記バルブ部の肉厚、ρは前記バルブ及び前記封止部を構成する材料の熱伝導率、MSは前記バルブ部の厚さ方向中央位置におけるバルブ面積である、ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記バルブ部の表面温度TTが、
TT=H・R3、
R3=(R1・R2)／(2R1+R2)、
R1＝T/H、
R2＝l/（ρ・π・(d/2)2）、
であって、Tは前記バルブ部の前記封止部からの放熱がないとした場合の前記バルブ部の表面温度、R3は前記バルブ部から自然対流への熱抵抗R1と前記バルブ部から前記封止部への伝導による熱抵抗R2との合成抵抗であり、ｌは前記封止部の長さ、ｄは前記封止部の直径である、ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記内面温度の平均値を９００℃以上１０００℃以下とする、ことを特徴とする前記請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記バルブ部の電極間中心から前記バルブ部と前記封止部との境界の一端までを結ぶ仮想線と、前記電極間を結ぶ基準線とのなす角度を４０度以内とする、ことを特徴とする前記請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の方法により各サイズが決定されていることを特徴とする発光ランプ。
【請求項８】
前記バルブ部から射出された光を再度該バルブ部へ戻す反射手段を備えている、ことを特徴とする請求項７記載の発光ランプ。
【請求項９】
凹面反射鏡の底部にランプが固定されてなる照明装置において、該ランプとして、請求項７又は８記載の発光ランプを備えた、ことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
照明装置からの照明光を光変調装置に入射し画像を生成してその画像を投写するプロジェクタにおいて、該照明装置の光源として、請求項７又は８記載の発光ランプを備えた、ことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ランプ、発光ランプを備えた照明装置、並びに発光ランプを備えたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ランプ、とりわけプロジェクタなど使用され高輝度が要求される発光ランプの場合、その温度管理が重要となっている。さらに、光の効率的な利用のために、発光ランプのバルブ部（又は発光部）に反射膜を成膜すること（例えば、特許文献１参照）、あるいは発光ランプに第二反射鏡（又は副鏡）を備えること（例えば、特許文献２参照）なども行われており、それらの場合には、バルブ部での発熱が反射膜などが無い場合より増大するため、その温度管理が一層重要になってくる。
【特許文献１】実開平５−８７８０６号公報（第７ページ、図１）
【特許文献２】特開平８−３１３８２号公報（第２ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発光ランプのバルブ部に生じた発熱は、そのバルブ部から空気中へ及び該バルブ両側の封止部へ放熱されるため、発光ランプの温度管理には、バルブ部及び封止部の大きさが重要な要因となっている。本発明は、これに鑑みてなされたもので、発光ランプの発光に伴う温度を目標温度に管理することを可能とする、発光ランプのサイズの決定方法を提供することを目的とする。さらに、その方法による発光ランプ、並びにその発光ランプを備えた照明装置やプロジェクタを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の発光ランプは、一対の電極が内蔵されたバルブ部と、そのバルブ部の両側に該バルブ部と一体に配置され前記電極につながる導体が配設された封止部とを備える発光ランプのサイズ決定方法であって、前記バルブ部の内径、前記バルブ部の外径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さの４つのサイズの値のうちの３つの値と、消費電力に依存する前記バルブ部の対流・伝導による熱損失量値とを予め決定し、それらの決定された値を基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が予め定めた目標値となるように、前記バルブ部の各サイズのうちの残り１つのサイズの値を決定する、ことを特徴とする。これにより、発光ランプの内部温度の過度の上昇や過度の低下を防止して、安定した光照射が可能となる。
【０００５】
また、上記において、前記バルブ部の対流・伝導による熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さを予め決定し、前記熱損失量、前記バルブ部の内径、前記封止部の径、及び前記封止部の長さを基に、前記バルブ部の内面温度の平均値が目標範囲内に収まるように、前記バルブ部の外径を決定する、ことを特徴とする。これにより、バルブ部の対流・伝導による熱損失量に応じたバルブ部の外径決定が可能となる。
【０００６】
また、上記において、前記内面温度の平均値をITTとしたとき、
ITT＝TT＋（H・TH）／（ρ・MS）
ここで、TTは前記バルブ部の表面温度、Hは前記バルブ部の対流・伝導による熱損失量、THは前記バルブ部の肉厚、ρは前記バルブ及び前記封止部を構成する材料の熱伝導率、MSは前記バルブ部の厚さ方向中央位置におけるバルブ面積である、ことを特徴とする。
【０００７】
前記バルブ部の表面温度TTが、
TT=H・R3、
R3=(R1・R2)／(2R1+R2)、
R1＝T/H、
R2＝l/（ρ・π・(d/2)2）、
であって、Tは前記バルブ部の前記封止部からの放熱がないとした場合の前記バルブ部の表面温度、R3は前記バルブ部から自然対流への熱抵抗R1と前記バルブ部から前記封止部への伝導による熱抵抗R2との合成抵抗であり、ｌは前記封止部の長さ、ｄは前記封止部の直径である、ことを特徴とする。
【０００８】
また、上記において、前記内面温度の平均値の目標値を９００℃以上１０００℃以下とする、ことを特徴とする。こうすることで、発光ランプを構成するガラス面の白濁化や黒色化を防止できる。
【０００９】
さらに、前記バルブ部の電極間中心から前記バルブ部と前記封止部との境界の一端までを結ぶ仮想線と、前記電極間を結ぶ基準線とのなす角度を４０度以内とする、ことを特徴とする。これによれば、電極に生じた発光光がバルブ部から射出される際に、封止部で遮光される割合を２０％以下にすることができる。
【００１０】
本発明の発光ランプは、上記の何れかの方法により各サイズが決定されていることを特徴とする。これによれば、ランプの発光時、バルブ部の内面温度の平均値が自動的に目標温度に管理されて、発光ランプの安定照明に寄与する。
また、本発明の発光ランプは、前記バルブ部から射出された光を再度該バルブ部へ戻す反射手段を備えている、ことを特徴とする。この発光ランプの場合、光の有効利用を図りつつ、バルブ部の内部温度も目標温度に管理できる。
【００１１】
本発明の照明装置は、凹面反射鏡の底部にランプが固定されてなる照明装置において、該ランプとして、上記いずれかに記載の発光ランプを備えたことを特徴とする。
本発明のプロジェクタは、照明装置からの照明光を光変調装置に入射し画像を生成してその画像を投写するプロジェクタにおいて、該照明装置の光源として、上記いずれかに記載の発光ランプを備えたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施形態１
以下においては、本発明の発光ランプを、水銀ランプを例に上げて説明する。図１は本発明の実施形態１を説明するための水銀ランプの外観図である。図１による水銀ランプは、一対の放電用電極１ａ，１ｂが内蔵された略球状（ほぼ球体の形状を含む）のバルブ部２を有する。そして、そのバルブ部２の両側にバルブ部２と一体になっていて、そのバルブ部２から連続して左右側に延設された等しい径及び長さの封止部３ａ，３ｂを備える。バルブ部２と封止部３ａ，３ｂとは石英ガラスなどの透明材料により一体的に成形されている。封止部３ａ，３ｂの内部には、電極１ａ，１ｂにつながる導体４ａ，４ｂが配設されており、封止部３ａ，３ｂの端部からそれら導体が外部に伸びている。なお、図１ではバルブ部２の内部に封入されている水銀や希ガスなどは記載を省略している。
【００１３】
図１のような水銀ランプにおいて、そのエネルギー分布は表１のようになることが実測により分かっている。このうち、本発明では、対流と伝導による熱損失を考慮する。それは、これらの熱損失がバルブ部２の発熱に主として寄与しているからである。表１によれば、対流と伝導による熱損失エネルギーは全体の６．６％である。これを、所定の消費ランプ電力（定格電力ともいう、以下ランプ電力という）に応じてそれぞれ表した熱損失が表２に示されている。表２によれば、ランプ電力１００Ｗのとき対流と伝導による熱損失は６．６Ｗ、ランプ電力１３０Ｗのとき対流と伝導による熱損失は８．６Ｗ、ランプ電力１５０Ｗのとき対流と伝導による熱損失は９．９Ｗなどとなっている。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
発光ランプにおいては、バルブ部２の各サイズ（バルブ部の内径ID、バルブ部の外径OD、封止部の径ｄ、及び封止部の長さｌ）と、上記対流と伝導による熱損失量が分かると、発光時におけるバルブ部２の表面温度及び内面温度理論値を算出することができる。したがって、バルブ部の内径ID、バルブ部の外径OD、封止部の径ｄ、及び封止部の長さｌの４つのサイズの値のうちの３つの値と、ランプ電力に依存するバルブ部２の対流・伝導による熱損失（又は熱損失量）Hとを予め決定し、それらの決定された値を基に、バルブ部２の内面温度理論値が予め定めた目標値となるように、バルブ部２の各サイズのうちの未定としていたサイズの値を決定することができる。例えば、上記バルブ部２の内径ID、封止部３ａ、３ｂの径ｄ、封止部３ａ、３ｂの長さｌ、及びバルブ部２の内面温度理論値の目標値を予め設定しておけば、それらの値を基に、バルブ部２の外径ODを決定することができる。
【００１７】
以下において、バルブ部２の外径ODを最終的に求める手順の一例を、図２、図３を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で用いる符号は、それぞれ次のとおりである。
OS：バルブ部の外側表面積
C：球体の自然対流による熱伝達の形状係数＝０．６３
OD：バルブ部の外径
d：封止部径（直径）
s：封止部断面積
l：封止部長さ
ID：バルブ部の内径
TH：バルブ部の肉厚
MS：バルブ部の厚さ方向中央位置におけるバルブ面積
R1：バルブ部からの自然対流抵抗
R2：封止部への伝導抵抗
【００１８】
図２のバルブ部２の外側表面積OS（封止部３ａ，３ｂとの接触部を除いた面積）は、
OS＝４π（OD／２）2−２ｓ
＝４π（OD／２）2−２π（ｄ／２）2  …（１）
【００１９】
式（１）で定まる外側表面積を有するバルブ部が、熱損失Hによって発熱したときのバルブ部２の表面温度Tは、封止部３ａ，３ｂでの放熱が無いものとした場合、
T＝（H／（OS×２．５１×C））0.8×(OD／２)0.2  …（２）
ただし、「C」は球体の自然対流熱伝導係数であって、C=０．６３である。
したがって、バルブ部２での自然対流への熱抵抗R1は、
R1＝T/H  …（３）
となる。
【００２０】
一方、バルブ部２から封止部３ａ，３ｂへ伝導によって放熱される際の熱抵抗R2は、
R2＝ｌ／（ρ・ｓ）
＝ｌ／（ρ・π（ｄ／２）2）  …（４）
なお、バルブ部２における上記熱抵抗R1,R2は、図３のように模式化できる。
【００２１】
バルブ部２での自然対流への熱抵抗R1と、バルブ部２から封止部３ａ，３ｂへ伝導によって放熱される際の熱抵抗R2とから、それらの合成抵抗R3は、
１／R3＝（１／R1）＋（１／R2）＋（１／R2）  
したがって、
R3＝（R1・R2）／（２R1＋R2）  …（５）
となる。
【００２２】
バルブ部２に合成抵抗R3が作用した場合のバルブ部２の表面温度TTは、
TT＝H・R3  …（６）
また、上記表面温度TTを基に、バルブ部２の肉厚THを考慮して得られるバルブ部２の内面温度理論値ITT（これは発光しているバルブ部の部位によって相違する内面温度の平均値と見なすことができ、本発明では内面温度理論値ITTを内面温度の平均値とも称す）は、
ITT＝TT＋（H・TH）／（ρ・MS）  …（７）
ただし、MSはバルブ部２の厚さ方向の中央位置におけるバルブ面積であって、
TH＝（OD−ID）／２                  …（８）
MS＝４π（（ID／２)＋（TH／２））2  …（９）
である。
【００２３】
従って、バルブ部２の内面温度理論値ITT、バルブ部の内径ID、封止部の径ｄ、及び封止部の長さｌの値を予め決定しておけば、式（７）、（８）、（９）から、バルブ部の外径ODが最終的に求まる。なおその場合に、バルブ部２の内面温度理論値ITTを所定の目標範囲として設定し、それの範囲に対応したバルブ部２の外径ODを決定するようにしてもよい。例えば、プロジェクタなどに使用される高輝度の水銀ランプの場合には、バルブ部２の内面温度理論値ITTが９００℃以上で１０００℃以下となるように管理するのが好ましく、内面温度理論値ITTがその範囲にとなるように、コンピュータ解析などを利用してバルブ部２の外径ODを決定する。
また、図１１に示すような、外形が略球状で、内面が両電極方向を光軸とした場合にこの光軸が長軸となる回転楕円面の形状を有するバルブ部２に対しても、本発明のODを決定する式が成り立つ。ただし、このときのIDは、楕円の短軸の径となる。
【００２４】
バルブ部２の内面温度理論値ITTを９００℃〜１０００℃にする理由は次のとおりである。発光ランプは通常石英からなっており、その耐熱温度（軟化点１５００℃）以上の温度で使用することはできない。また、石英は軟化しなくても、１１００℃近くになると、表面が再結晶化をおこして白濁し、透明性を失って明るさの損失になる。一方、８００℃近い温度では、ハロゲンサイクルがうまく回らなくなって、発光ランプ表面に電極のタングステンが付着して黒くなり、明るさを低下させることもある。さらに、バルブ部２の内部温度は、内部の対流などによって上下で２００℃程度の温度差が生じることがあり、実際には、バルブ部２の内面上側では１０５０℃程度までの温度となること、そしてバルブ部２の内面下側では８５０℃程度までの温度となることが想定されている。これらを考慮して、バルブ部２の内面上部と内面下部の温度を平均した温度は、概ね９００℃〜１０００℃の範囲に設定する。
【００２５】
また、発光ランプには、そのバルブ部２から射出された光を再度バルブ部２へ戻すように、バルブ部２の表面又は表面近くに反射手段を設けたものがある。これには、例えば、バルブ部２の表面のほぼ半分に反射膜を被膜したものや、バルブ部２の表面のほぼ半分を隙間を有して配置した反射鏡（以下第二反射鏡という）で覆うようにしたものなどがある。このような構造の発光ランプは、バルブ部２での熱損失が反射手段の存在によって増大する。この場合のバルブ部２の各サイズも、前述した方法（式）を用いて同様に算出決定することができる。ただし、この場合の熱損失は、例えば以下のようにして求める。
【００２６】
表３は、バルブ部２の近傍に第二反射鏡を配した発光ランプにおけるエネルギー分布である。これらのランプの場合、可視光の損失が実測により測定でき、測定したその可視光損失分を熱損失（輻射、対流、伝導を含む）とみなしてよい。そして、その熱損失を、表１の輻射と、対流・伝導とによる損失比に応じて分配して得たのが、表３のエネルギー分布である。さらに、この表３を基にランプ電力に対応させて対流・伝導による熱損失を算出したのが表４である。この表４は表２に対応するものである。
【００２７】
【表３】
2005070589.tif 000005
【００２８】
【表４】
2005070589.tif 000006
【００２９】
ところで、実際の発光ランプでは、バルブ部２の外径ODが小さくなると封止部３ａ，３ｂの断面積ｓがバルブ部２の表面積に対して大きな割合となり、それによってバルブ部２からの出射光が封止部３ａ，３ｂによって遮られる割合が増大する。そこで、図４に示すように、バルブ部２の電極１ａ，１ｂ間中心からバルブ部２と封止部３ａ，３ｂとの境界の端部５までを結ぶ仮想線と、電極１ａ，１ｂ間を結ぶ基準線とのなす角度Φを４０度以内とするのがよい。なお、バルブ部２と封止部３ａ，３ｂとは同一材料により連続しているが、便宜的に仮想的な境界（破線表示）を想定している。また、この４０度という値は次の理由に基づく。ある基準長さの均等な明るさの光源による配光特性を、０〜１８０度まで累積してその比を算出し、縦軸に明るさの比を、横軸に角度を取って図示すると、図５のようになる。この図５から、角度０〜４０度および角度１４０〜１８０度の範囲の明るさ比は、合計でも０．２以内に収まることがわかる。そこで、この角度に対応する部分、すなわち電極間中心を結ぶ線を基準線としてその±４０度の範囲に、封止部３ａ，３ｂが来るようにすれば、電極１ａ,１ｂで発生した発光光の８０％以上が利用可能となるからである。
【００３０】
次に、上記の式（７）、（８）、（９）を利用して、バルブ部２の外径を求めた具体例を示す。まず、予め定めたサイズは、バルブ部の内径ID：４．９ｍｍ、封止部の径ｄ：５．５ｍｍ、封止部長さｌ：２０ｍｍである。また、発光ランプは、第二反射鏡無しの場合と第二反射鏡ありの場合とに対して、それぞれ表２、表４のランプ電力を設定し、それらの表中にある対流・伝導による熱損失値を用いた。そして、第二反射鏡無しの場合と第二反射鏡有りの場合とにおいて、バルブ部の内面温度理論値ITTを９００℃以上１０００℃以下の範囲内に管理する場合における、バルブ部の外径ODをそれぞれ算出した。その結果は、図６、図７にドット表示されており、それらのドットがラインで結ばれている。従って、この条件において、バルブ部の外径ODは、第二反射鏡無しの場合にはランプ電力に対応する図６の２本のラインの間（ライン上を含む）に、第二反射鏡有りの場合にはランプ電力に対応する図７の２本のラインの間（ライン上を含む）に決定されればよい。
【００３１】
なお、実施形態１では、発光ランプのバルブ部の外形が略球状の場合を例に説明したが、本発明はバルブ部の形状が他の形状の場合にも適用できる。例えば、図１２に示すような、バルブ部の外形及び内形が回転楕円面形状であるものにも適用できる。ただし、この場合におけるバルブ部の外径OD決定のための算出に際しては、先に説明した球状に特有の計算式を、楕円形状の特性に合わせて調整、変更して行う必要がある。
【００３２】
実施形態２
次に、上記の方法を用いてサイズが決定された発光ランプを備えた照明装置について説明する。図８は本発明の実施形態２の第１の照明装置１００に係る構成図である。照明装置１００は、発光ランプ１０と、発光ランプ１０のバルブ部２から後方に射出された光を前方に向けて反射する第一反射鏡２０とを備えてなる。第一反射鏡２０の形状は例えば楕円状とすることができる。発光ランプ１０は、第一反射鏡２０の底部の貫通穴２１にその封止部２の一端３ａが挿入され、そこでセメントなどの無機系接着剤２２により第一反射鏡２０と一体に固定されている。なお、各封止部３ａ，３ｂには、電極１ａ，１ｂと接続されたモリブデンからなる金属箔１４ａ，１４ｂが密封され、その金属箔１４ａ，１４ｂには外部につなげられるリード線１５ａ，１５ｂがそれぞれ設けられている。
【００３３】
また、図９は本発明の実施形態２の第２の照明装置１００Ａに係る構成図である。ここで、図８と同じ符号のものは図８に示したものと同一物又は相当物を示している。この照明装置１００Ａは、発光ランプ１０Ａがそのバルブ部２から前方に射出された光を再度バルブ部２へ戻す第二反射鏡６を備えている。第二反射鏡６は、その反射面がバルブ部２の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、電極１ａ,１ｂ中心から射出されてこの第二反射鏡６に入る入射光と該第二反射鏡６の反射面における法線とが一致するように配置されている。第二反射鏡６はセメント３１などにより封止部の一方３ｂに固定されている。また、第一反射鏡２０が楕円形状の場合、電極１ａ，１ｂ間中心を第一反射鏡２０の第１焦点Ｆ１の位置とほぼ同位置に位置決めされる。なお、第二反射鏡６の反射面がバルブ部２の前側ほぼ半分を包囲していることから、第一反射鏡２０の反射面はバルブ部２の後側ほぼ半分をカバーする大きさでよい。これにより、第一反射鏡２０は図８の場合に比べてかなり小さくなっている。また、これによって発光ランプ１０Ａの多くの部分が、第一反射鏡２０の反射面開口端より外側に突出している。
【００３４】
バルブ部２と第二反射鏡６との間には、０．２ｍｍ以上の隙間を設けて、第二反射鏡６で覆われている側のバルブ部２の放熱を促進させるようにしておくのがよい。なお、第二反射鏡６の背面は、その反射面側から入射した光（赤外線、紫外線、反射面側から漏れてきた可視光など）を透過させるように、あるいは、その反射面側から入射した光を拡散反射させるような反射膜や形状を備えるように成形して、第二反射鏡６ができるだけ光を吸収しないようにしておく。
【００３５】
以上の構成による照明装置１００Ａは次のように作用する。すなわち、バルブ部２後側からの出射光は、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００Ａの前方に向かう。また、バルブ部２前側から出射した光は、第二反射鏡６により反射されて再度バルブ部２に戻り、そこから第一反射鏡２０に入射する。そして、その光もまた第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００Ａの前方に向かう。これにより、バルブ部２から射出した光のほとんどが利用可能となる。
実施形態２の照明装置１００，１００Ａによれば、そこに用いられている発光ランプ１０、１０Ａの温度が適切な値に維持されるため、ランプの白濁や黒色化が回避され、照明光の品質低下防止が図れる。
【００３６】
実施形態３
図１０は本発明の発光ランプ、ここでは発光ランプ１０Ａを備えたプロジェクタの構成図である。この光学系は、発光ランプ１０Ａ、第一反射鏡２０及び第二反射鏡６からなる照明装置１００Ａと、照明装置１００Ａからの出射光を所定の光に調整する手段とを備えた照明光学系３００と、ダイクロイックミラー３８２，３８６、反射ミラー３８４等を有する色光分離光学系３８０と、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、反射ミラー３９４，３９８を有するリレー光学系３９０と、各色光に対応するフィールドレンズ４００，４０２，４０４及び光変調装置としての液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂと、色光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム４２０と、投写レンズ６００とを備えている。
【００３７】
次に、上記構成のプロジェクタの作用を説明する。まず、発光ランプ１０Ａのバルブ部２の中心より後側からの出射光は、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００Ａの前方に向かう。また、バルブ部２の中心より前側からの出射光は、第二反射鏡６により反射されて第一反射鏡２０に戻った後、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００Ａの前方に向かう。
【００３８】
照明装置１００Ａを出た光は凹レンズ２００に入り、そこで光の進行方向が照明光学系３００の光軸１とほぼ平行に調整された後、インテグレータレンズを構成する第１レンズアレイ３２０の各小レンズ３２１に入射する。第１レンズアレイ３２０は、入射光を小レンズ３２１の数に応じた複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ３２０を出た各部分光束は、その各小レンズ３２１にそれぞれ対応した小レンズ３４１を有してなるインテグレータレンズを構成する第２レンズアレイ３４０に入射する。そして、第２レンズアレイ３４０からの出射光は、偏光変換素子アレイ３６０の対応する偏光分離膜（図示省略）の近傍に集光される。その際、遮光板（図示省略）により、偏光変換素子アレイ３６０への入射光のうち、偏光分離膜に対応する部分にのみ光が入射するように調整される。
【００３９】
偏光変換素子アレイ３６０では、そこに入射した光束が同じ種類の直線偏光に変換される。そして、偏光変換素子アレイ３６０で偏光方向が揃えられた複数の部分光束は重畳レンズ３７０に入り、そこで液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂを照射する各部分光束が、対応するパネル面上で重さなり合うように調整される。
【００４０】
色光分離光学系３８０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３８２，３８６を備え、照明光学系から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１ダイクロイックミラー３８２は、重畳レンズ３７０から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１ダイクロイックミラー３８２を透過した赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールドレンズ４００を通って赤色光用の液晶パネル４１０Ｒに達する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７０から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４１０Ｇ，４１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２，４０４も同様に作用する。
【００４１】
さらに、第１ダイクロイックミラー３８２で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は第２ダイクロイックミラー３８６によって反射され、フィールドレンズ４０２を通って緑色光用の液晶パネル４１０Ｇに達する。一方、青色光は、第２ダイクロイックミラー３８６を透過し、リレー光学系３９０、すなわち、入射側レンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、及び反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレンズ４０４を通って青色光用の液晶パネル４１０Ｂに達する。なお、青色光にリレー光学系３９０が用いられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３９２に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に伝えるためである。なお、リレー光学系３９０は、３つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。
【００４２】
３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂは、入射した各色光を、与えられた映像情報に従って変調し、各色光の画像を形成する。なお、３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂの光入射面側、光出射面側には、通常、偏光板が設けられている。
【００４３】
上記の各液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂから射出された３色の変調光は、これらの変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有するクロスダイクロイックプリズム４２０に入る。クロスダイクロイックプリズム４２０には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって赤、緑、青の３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。そして、クロスダイクロイックプリズム４２０で合成された合成光は、最後に投写レンズ６００に入り、そこからスクリーン上にカラー画像として投写表示される。
【００４４】
上記プロジェクタによれば、そこに用いられている発光ランプ１０Ａの温度が適切な値に維持されるため、発光ランプの白濁や黒色化が回避されて、プロジェクタの表示画像の質の劣化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の発光ランプは、各種照明装置、光学装置の光源として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態１に係る水銀ランプの外観図。
【図２】図１の水銀ランプの寸法記号を示す外観図。
【図３】図１の水銀ランプの熱抵抗を示す模式図。
【図４】図１の水銀ランプのバルブ部と封止部との境界を説明する外観図。
【図５】ある基準長さの均等な明るさの光源による配光特性に関する説明図。
【図６】第二反射鏡無しの発光ランプのバルブ部外径の解析例を示すグラフ。
【図７】第二反射鏡有りの発光ランプのバルブ部外径の解析例を示すグラフ。
【図８】本発明の実施形態２に係る照明装置を示す第１の構成図。
【図９】本発明の実施形態２に係る照明装置を示す第２の構成図。
【図１０】本発明の実施形態３に係るプロジェクタの光学系を示す構成図。
【図１１】バルブ部の外形が球状で内形が回転楕円面を有する水銀ランプの外観図。
【図１２】バルブ部の外形及び内形が回転楕円面を有する水銀ランプの外観図。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ，１ｂ…電極、２…バルブ部、３ａ，３ｂ…封止部、４ａ，４ｂ…導体、５…バルブ部と封止部との境界の端部、６…第二反射鏡、１０，１０Ａ…発光ランプ。
【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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