(57)【要約】【課題】  水銀及びハロゲンが封入された高圧放電ランプの始動性を向上させ、低電圧でランプを不具合なく点灯始動させることができるようにし、ひいては、この種のランプを用いた光学装置の小型化・低価格化を図ることを課題としている。【解決手段】  高圧放電ランプ（２）の放電容器（７）内に封入したハロゲン総量をＨＴ（ｍｏｌ）、消灯常温状態における放電容器内のガス化ハロゲン量をＨＦ（ｍｏｌ）としたときに、        ＨＦ／ＨＴ≦０.１５となる程度に、ハロゲンガス化誘発因子となる放電容器内残留不純ガスを除去すると共に、放電ランプ（２）の一対の電極（９Ａ、９Ｂ）のうち、ランプ消灯後に電極温度が先に水銀の液化温度以下に下がる電極側の封止部外表面に、これと対向する電極に接続されたトリガー線（１３）を巻回した。【選択図】図１
2005285544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に封止部が形成された放電容器内に一対の電極が対向して配置されると共に、少なくともハロゲン、水銀及び希ガスが封入された高圧放電ランプと、該ランプを光軸上に配した反射鏡を備えた光学装置において、
前記高圧放電ランプは、放電容器内に封入したハロゲン総量をＨＴ（ｍｏｌ）とし、消灯常温状態における放電容器内のガス化ハロゲン量をＨＦ（ｍｏｌ）としたときに、
ＨＦ／ＨＴ≦０.１５
となる程度に、ハロゲンガス化誘発因子となる放電容器内残留不純ガスが除去されると共に、
前記一対の電極のうち、ランプ消灯後に電極温度が先に水銀の液化温度以下に下がる電極側の封止部外表面に、これと対向する電極に接続されたトリガー線が巻回されたことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
両端に封止部が形成された放電容器内に、一対の電極が対向して配置されると共に、少なくともハロゲン、水銀及び希ガスが封入された高圧放電ランプを反射鏡の光軸上に配した光学装置において、
前記高圧放電ランプは、放電容器内に封入したハロゲン総量をＨＴ（ｍｏｌ）とし、消灯常温状態における放電容器内のガス化ハロゲン量をＨＦ（ｍｏｌ）としたときに、
ＨＦ／ＨＴ≦０.１５
となる程度に、ハロゲンガス化誘発因子となる放電容器内残留不純ガスが除去されていることを特徴とする光学装置。
【請求項３】
両端に封止部が形成された放電容器内に、一対の電極が対向して配置されると共に、少なくともハロゲン、水銀及び希ガスが封入された高圧放電ランプを反射鏡の光軸上に配した光学装置において、
前記一対の電極のうち、ランプ消灯後に電極温度が先に水銀の液化温度以下に下がる電極側の封止部外表面に、これと対向する電極に接続されたトリガー線が巻回されたことを特徴とする光学装置。
【請求項４】
前記高圧放電ランプを消灯後所定温度に低下するまで又は所定時間冷却する冷却機構を備えた請求項１乃至３記載の光学装置。
【請求項５】
前記トリガー線が接続されている電極側に始動電圧を印加する点灯装置を備えた請求項１又は３記載の光学装置。
【請求項６】
両端に封止部が形成された放電容器内に、一対の電極が対向して配置されると共に、少なくともハロゲン、水銀及び希ガスが封入された高圧放電ランプにおいて、
放電容器内に封入したハロゲン総量をＨＴ（ｍｏｌ）とし、消灯常温状態における放電容器内のガス化ハロゲン量をＨＦ（ｍｏｌ）としたときに、
ＨＦ／ＨＴ≦０.１５
となる程度に、ハロゲンガス化誘発因子となる放電容器内残留不純ガスが除去されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記残留不純ガスが、Ｏ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ及びＣＯである請求項６記載の高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀蒸気中の放電によって発光する高圧放電ランプを備えた光学装置及びその高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置等に用いるバックライト用光源としては、スクリーンに対して充分な輝度、効率及び演色性を以って均一に画像を投射することが要求されるため、一対の電極を対向配置した放電容器内に水銀や金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプと呼ばれる高圧放電ランプが用いられている。
【０００３】
そして、近年では、光源を更に小型化・点光源化することが求められているため、金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプに代わり、放電容器内に０.２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と共にＣＨ２Ｂｒ２などのハロゲン化ガスが封入され、ランプの安定点灯状態における水銀蒸気圧が２００気圧を超える超高圧水銀ランプと称する高圧放電ランプが提案されている。
この種のランプは、安定点灯状態における放電容器内の水銀蒸気圧を超高圧とすることにより、電極間に生ずる放電アークの径方向の拡がりを抑えて光出力を向上させ、スクリーンにおける高輝度・高効率・高演色性を実現している。
【特許文献１】特開平２−１４８５６１号公報
【特許文献２】特開平６−５２８３０号公報
【特許文献３】特表２０００−５１５３１１号公報
【０００４】
そして、上述したような高圧放電ランプを液晶プロジェクタの光源装置として用いる場合は、高圧放電ランプを反射鏡の光軸上に配して高圧放電ランプユニットを組み立て、これをランプ点灯装置に接続する。
この場合に、ランプ点灯装置にはイグナイタと呼ばれる始動回路が設けられ、ランプ点灯始動時にパルス電圧として１５ｋＶ以上の始動電圧を印加させることにより両電極間に絶縁破壊を生じさせ、その後、放電を維持させる電流を供給し、安定点灯状態へと導いている。
【０００５】
ところで、液晶プロジェクタの小型化・低価格化に伴い、光源装置の小型化・低価格化が強く望まれており、小型化を目的として高圧放電ランプの電極間距離を短縮したり、小型化・低価格化を目的として点灯回路の回路部品を耐電圧の低い材料へ変更したり、従来印加していた１５ｋＶ以上始動電圧を１０ｋＶさらには５ｋＶ以下に低化させるなどの設計変更が要請された。
【０００６】
このため、まず、１０ｋＶの始動電圧を電極間に印加して、ランプの始動試験を行ったところ頻繁に始動不良が発生した。そこで、従来の液晶プロジェクタに使用されていたメタルハライドランプに採用されている始動改善手段であるトリガー線を設けた高圧放電ランプについて、同様の実験を行った。
【０００７】
図５に示した高圧放電ランプ装置（光学装置）２１は、高圧放電ランプ２２、反射鏡２３、電子安定器で成る点灯装置２４を備えている。
高圧放電ランプ２２は、図６に示すように、一対の電極２５Ａ、２５Ｂを有しており、前記電極は放電容器２６の両端を気密に封止する封止部２７Ａ、２７Ｂに埋設されたモリブデン箔２８Ａ、２８Ｂを介して電力供給用リード線２９Ａ、２９Ｂにそれぞれ接続され、該リード線２９Ａ、２９Ｂを通じて点灯装置２４からランプ電力が供給されるようになっている。
また、放電容器２６には反射鏡２３底部側の電極２５Ａ近傍の封止部２７Ａ外表面に、反射鏡２３開口部側の電極２５Ｂのリード線２９Ｂに接続されたトリガー線３０が巻回され、トリガー線３０が電極２５Ｂと同電位に維持されている。
【０００８】
このように構成された高圧放電ランプ装置２１においては、始動電圧が印加されると、トリガー線３０の効果により電極２５Ａは非常に電子を放出しやすい状態となり、その結果、電極２５Ａ、２５Ｂ間の絶縁破壊が起こりやすくなると考えられる。
【０００９】
しかしながら、このようにトリガー線３０を設けた高圧放電ランプ装置２１を用いても、始動電圧を１０ｋＶに低下すると始動不良が発生した。
そして、更に実験を重ねたところ、始動不良の原因は、始動電圧を低くしたことによるだけでなく、発光管内に封入したＣＨ２Ｂｒ２などのハロゲン化物やその他のＯ２、Ｈ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏなどの不純ガスがランプ始動時に電極間の絶縁破壊を阻害することと、多量に封入している放電容器内の水銀が電極に付着することにより前記トリガー線の効果が十分に得られていないという結論に達した。
そこで、点灯試験に使用した高圧放電ランプのハロゲン量を測定した。
【００１０】
ハロゲン（臭素）量の測定は一般的なイオンクロマトグラフを用いて行ったが、上記の通りランプ消灯時生成されるガス化ハロゲンと固体ハロゲンを夫々測定した。
まず、固体ハロゲン量を測定するため、消灯常温状態の発光管を粉砕してガス化ハロゲンを逃がした後で、その発光管をハロゲンを溶解する溶離液（炭酸水素ナトリウム水溶液と炭酸ナトリウム水溶液を混合したもの）内に浸漬することにより、固体状態で残るハロゲンを溶離液に溶かして、そのハロゲン（臭素）量の測定を行う方法を採った。
【００１１】
この方法により、発光管を粉砕したときに発光管内に存在するガス化ハロゲンは除かれ、固体ハロゲンのみを測定することが可能になり、封入したハロゲン総量との比から消灯常温状態で発光管内に存在するガス化ハロゲン量が算出可能になる。
次いで、発光管に封入されたハロゲン総量は、前記溶離液内で同一仕様の発光管を粉砕することにより、全てのハロゲンを溶離液に溶かしてハロゲン量を測定し、その平均値より算出した。
そして、これらの差よりガス化ハロゲン量を求めることができる。
【００１２】
そして、始動試験に用いたランプを上記の方法にて測定を行ったところ、始動性の良かったランプのガス化ハロゲン量は封入したハロゲン総量の１５％以下であったが、始動不良を起こしたランプのガス化ハロゲン量は封入したハロゲン総量の１５％を超えていることが判明した。
【００１３】
以上のことから、発光管内に封入したハロゲン化物はランプ点灯中に分解されるが、ランプを消灯し常温状態になると、その多くはＨｇＢｒ２などの固体状態のハロゲン（以下「固体ハロゲン」という。）が生成される。
しかし、ランプによってはＣＨ２Ｂｒ２やＨＢｒなどのガス状態のハロゲン（以下「ガス化ハロゲン」という。）も生成される。
ガス化ハロゲンは電子親和性が強いため、消灯常温状態で存在するガス化ハロゲンの割合が多いと、ランプ始動時に印加される始動電圧により電極から放出された電子がガス化ハロゲンに吸着されてしまい、絶縁破壊に寄与する電子が不足して始動不良が起こると考えられる。
【００１４】
そして、発光管内の封入物組成が全く同じ同一仕様の高圧放電ランプであってもランプごとに消灯常温状態におけるガス化ハロゲン量の割合が異なるため、さらに研究を重ねた結果、ランプ材料の処理不足などにより、ハロゲンと結合して常温状態でハロゲンをガス化させる誘発因子となるＨ２ＯやＣＯなどの不純ガスが発光管内に残留しているとガス化ハロゲンが生成され易くなることが判明した。
【００１５】
また、水銀の付着状態を観察したところ、反射鏡底部側の電極２５Ａよりも反射鏡正面開口部側の電極２５Ｂに大量の水銀が付着しており、始動電圧を印加しても水銀の付着している電極２５Ｂからの電子放出が水銀により阻害されるために、ランプ始動に必要な絶縁破壊に至らず、これが、始動不良の原因となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上述のような発明者の知見に基づきなされたもので、水銀及びハロゲンが封入された高圧放電ランプの始動性を向上させ、低電圧でランプを不具合なく点灯始動させることができるようにし、ひいては、この種のランプを用いた光学装置の小型化・低価格化を図ることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この課題を解決するために、請求項１の発明は、両端に封止部が形成された放電容器内に一対の電極が対向して配置されると共に、少なくともハロゲン、水銀及び希ガスが封入された高圧放電ランプと、該ランプを光軸上に配した反射鏡を備えた光学装置において、前記高圧放電ランプは、放電容器内に封入したハロゲン総量をＨＴ（ｍｏｌ）とし、消灯常温状態における放電容器内のガス化ハロゲン量をＨＦ（ｍｏｌ）としたときに、
ＨＦ／ＨＴ≦０.１５
となる程度に、ハロゲンガス化誘発因子となる放電容器内残留不純ガスが除去されると共に、前記一対の電極のうち、ランプ消灯後に電極温度が先に水銀の液化温度以下に下がる電極側の封止部外表面に、これと対向する電極に接続されたトリガー線が巻回されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光管内のハロゲンガス化誘発因子となるＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ及びＣＯ等の残留不純ガスが除去されているので、高圧放電ランプの消灯常温状態におけるガス化ハロゲン量をハロゲン総量の１５％以下に抑えることができる。
すなわち、ランプ始動時にパルス電圧として印加される始動電圧により電極から放出された電子は、ガス化ハロゲンに吸着されることなく絶縁破壊に寄与することとなり、ランプの始動性が向上するので、始動電圧を低下させても、始動不良を起こすことが少なくなる。
【００１９】
また、反射鏡開口部側の電極に水銀が多く付着する高圧放電ランプの場合は、その電極が反射鏡底部側の電極よりも先に水銀の液化温度以下に下がっていることになる。
したがって、反射鏡開口部側の電極の封止部外表面に、これと対向する電極に接続したトリガー線を巻回すれば、水銀が付着した電極からも十分な電子放出を得ることができ、絶縁破壊が容易に起こるため、始動電圧を低下させても、始動不良を起こすことが少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本例では、高圧放電ランプの始動性を向上させ、低電圧でランプを不具合なく点灯始動させることができるようにし、ひいては、この種のランプを用いた光学装置の小型化・低価格化を図るという課題を、ランプ発光管内のガス化ハロゲン量をコントロールすることにより、また、トリガー線の設置位置及び接続電極の変更を行うことにより実現した。
【００２１】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係る光学装置を示す説明図、図２は高圧放電ランプを示す拡大図、
図３はその製造工程を示す説明図、図４は高圧放電ランプの他の実施形態を示す説明図である。
【００２２】
図１は液晶プロジェクタの光源装置として使用される光学装置１であって、超高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプ２を反射鏡３の光軸に配したランプユニット４が、交流矩形波電流を供給する電子安定器を備えた点灯装置５に接続されると共に、反射鏡３の正面開口部側から放電ランプ２を空冷する冷却ファン（冷却機構）６が設けられている。
【００２３】
高圧放電ランプ２は、図２に示すように、石英ガラス製の発光管７の中央部に形成された最大外径約１０ｍｍ、最大内径約４.５ｍｍ、内容積約６０ｍｍ３の放電容器８内に、一対の電極９Ａ、９Ｂが１.０ｍｍの電極間距離で対向して配置されると共に、水銀が約０.１８ｍｇ／ｍｍ３、始動用補助ガスの希ガス（アルゴン）が約２０ｋＰａ（常温時）と、黒化防止のための１.０×１０−２μmolのハロゲンが封入されて、定格１５０Ｗに設計されている。
なお、始動用補助ガスとしての希ガスは、常温時において２０ｋＰａより高くなると始動性が悪くなり、５ｋＰａより低いと電極材料であるタングステンがランプ始動時に飛散する不具合が起こることから、５〜２０ｋＰａの範囲に設定している。
【００２４】
また、高圧放電ランプ２は、放電容器８内に封入したハロゲン総量をＨＴ（ｍｏｌ）とし、消灯常温状態における放電容器７内のガス化ハロゲン量をＨＦ（ｍｏｌ）としたときに、
ＨＦ／ＨＴ≦０.１５
となる程度に、ハロゲンガス化誘発因子となる放電容器内残留不純ガスが除去され、これにより、ランプ２が消灯されて常温となってもガス化ハロゲン量を１５％以下に抑えることができる。
【００２５】
そして、各電極９Ａ、９Ｂは、放電容器７の両端を気密に封止する封止部１０Ａ、１０Ｂに埋設されたモリブデン箔１１Ａ、１１Ｂを介して電力供給用リード線１２Ａ、１２Ｂに接続され、該リード線１２Ａ、１２Ｂを通じて点灯装置５からランプ電力が供給されるようになっている。
また、一対の電極９Ａ，９Ｂのうち、ランプ消灯後に電極温度が先に水銀の液化温度以下に下がる反射鏡３開口部側電極９Ｂを支持する封止部１０Ｂの外表面にトリガー線１３が巻回されると共に、このトリガー線１３が前記リード線１２Ｂを介して反射鏡３底部側の電極９Ａに電気的に接続され、該電極９Ａと同電位に維持されるようになっている。
【００２６】
図３は高圧放電ランプ２の製造手順を示す。
まず、発光管材料や電極となる金属材料を夫々真空加熱処理して、予め不純物を除去しておき、両端に一対の挿入口７Ａ、７Ｂが形成された石英ガラス製発光管７を用い、一方の挿入口７Ａから電極マウントを挿入して該挿入口７Ａを気密封止することによりその封止部１０Ａに一方の電極９Ａを固定する（図３（ａ））。
【００２７】
次いで、開口している他方の挿入口７Ｂから水銀等を導入する前に、再度、１０００℃にて５時間の真空加熱処理を行い、残留不純ガスとなる物質を除去した（図３（ｂ））。
そして、さらに他方の挿入口７Ｂから水銀、希ガス、ハロゲンを導入（図３（ｃ））した後、電極マウントを挿入して該開口部７Ｂを気密封止することによりその封止部１０Ｂに他方の電極９Ｂを固定する工程を経てランプが製造される（図３（ｄ））。
なお、高圧放電ランプ２の製造手順は上述に限らず、結果として、残留不純ガスが除去されていれば良い。
【００２８】
このように製造された高圧放電ランプ２を反射鏡３の底部中央に形成された取付孔１４に固定したときに、反射鏡３開口部側となる電極９Ｂを支持する封止部１０Ｂの外表面にトリガー線１３が巻回され、このトリガー線１３が反射鏡３底部側の電極９Ａに電気的に接続されているので、トリガー線１３と電極９Ａが同電位に維持される。
この場合、トリガー線１３は、一対の電極９Ａ、９Ｂのうちランプ消灯後に電極温度が先に水銀の液化温度以下に下がる側の電極を支持する封止部の外表面に設けられる。
「先に水銀の液化温度以下に下がる電極」は、高圧放電ランプ２の点灯時における動作温度，高圧放電ランプ２やこれを装着した反射鏡３の熱容量・熱伝導度等の熱力学特性、冷却ファン６による冷却特性により定まるが、トリガー線１３を設けていない同一仕様の高圧放電ランプについて同一条件で点灯実験を行うことにより、水銀の多く付着する電極を「先に水銀の液化温度以下に下がる電極」としても良い。
【００２９】
このように製造した本例の高圧放電ランプ２と、比較例として残留不純ガスとなる物質を除去するための真空加熱処理をせずに製造した高圧放電ランプを用い、点灯装置５からリード線１２Ａ、１２Ｂに始動電圧を印加して点灯させる点灯試験と、安定点灯状態となるよう２０分間点灯した後、ランプ２を消灯し、約２分間ランプ冷却ファン６によりランプを冷却した後、再度、始動電圧を印加して点灯を試みる再点灯試験を行い、点灯したランプ数の割合を点灯率、不点灯であったランプ数の割合を不点灯率として表１に示す。
【００３０】
【表１】
2005285544.tif 000003
【００３１】
始動電圧の電位差１０ｋＶ（±５ｋＶ）及び６ｋＶ（±３ｋＶ）とした場合、残留不純ガスとなる物質を真空加熱処理により除去した本例のランプは、点灯試験においても再点灯試験においても不点灯率０％（点灯率１００％）であった。
これに対し、残留不純ガスとなる物質を除去していない比較例のランプは、始動電圧の電位差１０ｋＶ（±５ｋＶ）の点灯試験において不点灯率０％だったものの、再点灯試験において不点灯率５％となり、始動電圧の電位差６ｋＶ（±３ｋＶ）に低下させた場合は、点灯試験において不点灯率１０％、再点灯試験においては不点灯率６５％にも達した。
【００３２】
次に、始動電圧の電極間電位差を６ｋＶと４ｋＶに設定した上で、本例の高圧放電ランプ２の電極９Ａ、９Ｂに印加する始動電圧を変化させて点灯させた場合の不点灯の有無について実験を行い、その結果を表２に示す。
【００３３】
表２に示すように、各電極９Ａ及び９Ｂ間に印加される始動電圧の電位差が６ｋＶである場合は不点灯となるものはなかったが、電位差を４ｋＶまで低下させた場合は、トリガー線１３が接続された電極９Ａが０電位だった場合（No.９、No.10）に不点灯を生じるものがあった。
これより、始動電圧を低くした場合でも点灯不良を少なくするには、電極９Ａ及び９Ｂの極性及び始動電圧の極性に関係なく、トリガー線１３の接続された電極９Ａを０電位にしない方が望ましい。
【００３４】
【表２】
2005285544.tif 000004
【００３５】
なお、本発明は、液晶プロジェクタの光源装置として使用される光学装置及びこれに使用される高圧放電ランプに限らず、一般用照明装置、半導体製造工程に使用される産業用照明装置やその他の光学装置及びこれに使用される高圧放電ランプにも適用可能である。
また、トリガー線１３の取り付け方は、図２に示すように封止部の外表面に一周巻いたのち結び合わせる場合に限らず、図４に示すように封止部の外表面に複数回螺旋状に巻着付けただけでも良く、始動性の改善は、その巻き方等には影響されない。
【００３６】
以上のように、本発明によれば、ランプを点灯始動させる際に電極間に印加する始動電圧を低下させても不具合なく確実に点灯始動させることができるので、高圧放電ランプ２及び点灯装置５の小型化・低価格化を図ることができるという大変優れた効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、小型化・低価格化が要請される液晶プロジェクタなどのバックライト用光源装置の用途に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る光学装置を示す説明図。
【図２】本発明に係る高圧放電ランプを示す説明図。
【図３】高圧放電ランプの製造手順例を示す説明図。
【図４】高圧放電ランプ他の実施形態を示す説明図。
【図５】従来の光学装置を示す説明図。
【図６】従来の高圧放電ランプを示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１  光学装置
２  高圧放電ランプ
３  反射鏡
５  点灯装置
６  冷却ファン（冷却機構）
８  放電容器
９Ａ、９Ｂ  電極
１０Ａ、１０Ｂ  封止部
１３  トリガー線  
【図１】
2005285544.tif 000005
【図２】
2005285544.tif 000006
【図３】
2005285544.tif 000007
【図４】
2005285544.tif 000008
【図５】
2005285544.tif 000009
【図６】
2005285544.tif 000010