(57)【要約】反射鏡（２）及び冷却装置を備えた高圧放電ランプが記載されている。高圧放電ランプにおいて、冷却装置は少なくとも一組のノズル（７）からなり、ノズルは冷却ガス流（８）を放電管（３）の電極貫通部に案内する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡と、冷却装置と、を備える高圧放電ランプであって、
前記冷却装置は、少なくとも一組のノズルを有し、該ノズルは冷却ガス流を放電管の電極貫通部に案内する、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記一組のノズルは、２ｃｍより短い相互距離で前記反射鏡を通過する２つのノズルを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
１つ又は幾つかのノズルが前記反射鏡の前に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
１つ又は幾つかのノズルが前記反射鏡のネック部に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記放電管は２つのスリーブ部によって取り囲まれ、前記冷却ガス流は相互に対向する方向から前記スリーブ部に導入され得る、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記スリーブ部は、前記電極貫通部の領域において、前記放電管の直径よりも０．５〜４ｍｍ大きい直径を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
所与の動作パラメータを守るよう、冷却力は制御ユニットによって制御される、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記ノズルは約０．５〜２ｍｍの直径を有する、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
当該高圧放電ランプは、前記ノズル内に数百ｍｂａｒのガス圧を発生し得るガス圧力源に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか８項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の高圧放電ランプを備える投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射装置における使用に適した、反射鏡及び冷却装置を備えたコンパクトな高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
優れた光学特性の故に、高圧放電ランプ（ＨＩＤ［高密度放電］ランプ）、特に、ＵＨＰ（超高性能）ランプが投射目的のためにとりわけ好んで用いられていることが知られている。
【０００３】
可能な限り点形状の光源がこれらの用途のために必要とされる。何故ならば、電極の先端の間に発生する発光放電アークは約０．５〜２．５ｍｍの長さを越えてはならないからである。さらに、可能な限り自然な光の分光組成と共に、可能な限り高い発光密度が望ましい。
【０００４】
これらの特性はＵＨＰランプを用いて最適に得られる。しかしながら、２つの本質的な要件がこれらのランプの開発において同時に満足されなければならない。
【０００５】
一方において、放電管の最高温度は失透が発生するほど高温であってはならない。これは具体的にはランプの上側に関して当て嵌まる。何故ならば、ランプの放電管の内側の強力な対流が常に放電アーク上部領域を特に強く加熱するからである。
【０００６】
他方において、放電管内面の最も冷たい地点（バーナ空間）は、水銀がそこに蒸着せず十分な総量で気体状態に留まるような高温を依然として有さなければならない。
【０００７】
これらの２つの相互に相反する要件の結果、（一般的に、放電管内面の上側と下側での）最大温度と最低温度との間の最大許容差は比較的小さい。しかしながら、内部対流は放電管の上方領域を主として加熱し、その温度はランプバルブの適切な形状を通じて狭い範囲内で低減され得るだけである。その結果、最大差内に維持することは比較的困難であり、狭い範囲がランプの出力増大に課されることになる。
【０００８】
最後に、ランプの光出力が暗くされるべき場合、前記要件は問題も提起する。何故ならば、殆どの場合、これはガスの冷却及び結露、よって、発生する光の分光及び光度特性の減退を招くからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、その分光及び光度特性が投射器での使用に特に適するようにされた、投射目的のための高圧放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
投射器に適したＵＨＰランプは、１００Ｗ及びそれ以上の出力で動作するのが普通であり、米国特許第５，１０９，１８１号から既知である。ランプ内では、放電管及びタングステン電極の双方が極めて強力に加熱される。石英の再結晶というランプ内に包含されるリスクを避けるために、ドイツ国特許出願第ＤＥ−ＯＳ−１０１００７２５．８号は、冷却装置を備えた高圧ガス放電ランプを提案しており、それはランプバルブの失透及び充填ガスの結露もランプ出力の増大で実質的に回避する。この場合には、放電管の最も熱い部分（通常、石英バーナの上側に見られる）はより強力に冷却されるのに対し、放電管のより下側のより低温の部分は本質的に冷却されない。何故ならば、さもなければ、ランプ内の水銀蒸気圧力がより低くされるからである。しかしながら、高い水銀蒸気圧力は高出力ＵＨＰランプのための本質的な前提条件の１つである。
【００１１】
図１はＵＨＰランプの構造原理を示している。水銀充填物、添加剤、及び、２つのタングステン電極５（ランプの動作中これらの間に放電アークが形成される）が、放電管３の内部空間４に存在する。もし効率的なランプ動作のために必要な内部空間４内の高いガス圧が達成されるべきであるならば、ランプの内部空間４は周囲に対して気密に閉塞されなければならない。この目的のために、導電性のモリブデン箔１０が、放電管４の石英に融合或いは挟着されている。電極５はモリブデン箔１０に接続されている。ランプの電源供給は外部導線１１を通じて行われる。タングステン電極は、電極貫通部の領域において、放電容器３の石英と直接接触している。
【００１２】
ドイツ国特許出願第１０２３１２５８．３号は、さらに、高圧ガス放電ランプに特に適した冷却装置を備える放電ランプを提案している。冷却空気の導入のために設けられたノズルの特別な配置によって、放電管の温度は石英ガラスへの損傷を起こさない程度に低減され得るのに加え、同時に、十分に長いランプ寿命が守られる。ノズルの寸法及び位置は、光路の遮断によって引き起こされる光損失が可能な限り排除されるよう選択される。この冷却システムは、放電ランプを３００Ｗよりも大きい出力で且つ２００ｂａｒよりも大きい水銀蒸気圧力で動作可能にする。そのようなランプは、電子光映像ディスプレイ又はデジタル制御投光器のような、光束に課された高い要件を備えた現代の投射用途のために十分な量の光を供給する。
【００１３】
放電管の石英の再結晶の問題は、記載されたランプ内の提案された冷却装置で解決し得るが、他の問題、即ち、８０００Ｋより高く上昇し得る熱いプラズマアークの高温に起因する問題は依然として未解決のままである。高温はタングステン電極を強力に加熱するため、それらは増大速度で燃え尽き、それによって、放電アークの全体的な達成可能な発光効率は低減される。放電ランプの寿命減少は望ましくない結果である。
【００１４】
上記の欠点に対処するため、本発明に従って、新規な冷却装置が高圧放電ランプのために開発された。ここで、冷却装置は少なくとも一組のノズル７を含み、それは冷却ガス流８を放電管３の電極貫通部６の方向に案内する。放電管３のこれらの領域を介した電極の外部冷却は特に効果的である。何故ならば、電極と外部空間との間の極めて良好な冷却がそこに存在するからである。
【００１５】
ランプ本体内部の高い水銀蒸気圧力を可能にするため、ランプ本体は電極貫通部６で気密に閉塞される。従って、熱いタングステン電極とその周囲の石英本体との間に緊密な接触がある。従って、電極の効果的な冷却が達成可能であり、本発明に従った冷却装置を用いて、電極貫通部及び電極の温度を大幅に低減可能であるので、電極及び石英本体双方の耐用年数が延長される。
【００１６】
図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２は、ドイツ国特許出願第１０２３１２５８．３号において提案されているような放電ランプのための冷却装置を示している。この冷却システムは、出力、効率、及び、発光効率が著しく向上され得る放電ランプ１を既に提供しているのに加え、同時に、放電ランプの寿命の大幅な長期化も既に達成されている。ここで、ガス流８は放電管３に向けられており、少なくとも１つのノズル７がランプ又は反射鏡によって発生する放射線路に及ばないように配置されている。そのようなランプの発光効率も放射線特性も、そのようにして設けられた冷却装置によって不利に影響されない。
【００１８】
それに反して、本発明によれば、図３は、１つのノズルだけでなく、少なくとも一組のノズル７が用いられ、冷却ガス流８を放電管３の最も熱い部分に対してではなく、電極の電極貫通部６に対して案内していることを示している。この目的のために、ノズル組の２つのノズル７は、１ｃｍより短い相互距離で反射鏡２を通過している。放射線路の遮断を通じた光損失は、ドイツ国特許出願第１０２３１２５８．３号に開示されている冷却システムによると同程度に、本発明に従った冷却装置によって回避される。加えて、２つのノズル７からの２つのガス流８の重ね合わせは乱ガス流を発生可能であり、それは放電管３の電極貫通部６の上側部分を特に効果的に冷却する。
【００１９】
そのような冷却装置を用いて、タングステン電極５の予想寿命を大幅に延ばし、電極温度を大幅に低減することが可能であった。
【００２０】
放電管３の電極貫通部の特に熱い上側が常により強く冷却されるよう、幾つかのノズル組７が反射鏡２内に含まれるとき、本発明の特別な実施態様が得られる。例えば、幾つかの動作向き（例えば、スタンド及び天井取付）のために設計されている投射システムで放電ランプが用いられるとき、これは有用である。
【００２１】
放電ランプの高温負荷を均一に制御し、且つ、高ピーク負荷を回避するために、ドイツ国特許出願第０２１０２７２７．１号は、電流強度、ランプ出力、圧力、及び／又は、冷却ガスの流れのような特定の動作パラメータが自動的に制御される放電ランプを提案している。この目的のために、ランプドライバ及び／又は冷却装置を少なくとも放電ランプのスイッチオン及びスイッチオフ段階中に制御するために、制御ユニットが用いられ、１つ又は幾つかの動作パラメータの所与の範囲が逸脱されないことを保証する。動作パラメータのそのような制御は、本発明に従った高圧放電ランプのためにも有利に用いられる。
【００２２】
しかしながら、本発明、即ち、冷却ガス流を放電管の電極貫通部に案内することの目的は、ランプ１に対するノズルの代替的な配置を通じても明らかに達成し得る。よって、ノズルの配置を図４に示されるように選択することが有利であり得る。ここでは、１つのノズル７は反射鏡２の前に配置され、よって、光路と干渉しない。他のノズル７は反射鏡のネック部の近傍に配置され、それによって、再び、反射鏡２の光出力は損なわれない。放電管３の電極貫通部の効果的な冷却をこの特別な配置によっても達成し得る。
【００２３】
ノズルの他の有利な配置は、図５に示されるように、ノズル７の１つが反射鏡のネック部に直接的に導入されるときに見られる。この場合には、ガス流８が放電管３の電極貫通部６に当たるよう、ノズル７の形状は幾分変更されなければならない。
【００２４】
記載された各実施態様において、ノズル７は、約０．５〜２ｍｍの直径を有するべきであり、ノズル内に数百ｍｂａｒのガス圧を発生可能なガス圧力源に接続されなければならない。
【００２５】
本発明に従った放電ランプの他の実施態様が図６に示されている。ここでは、放電管３の電極貫通部を冷却する２つのノズルは、放電管３を取り囲むスリーブ部９として構成されている。冷却ガス８は両側からこれらのスリーブ部９に吹き込まれ、よって、全ての側の放電管３を取り囲む。しかしながら、もし、スリーブ部９内の放電管３の軸が、より強力な空気流が特に熱くなる電極貫通部の部分に沿って通過され得るよう位置付けられるならば、電極貫通部の下側部分に沿って通過される空気に比べ、特に有利である。これは、放電管３がスリーブ部９内の中心に配置されず下方に移動されているという点で達成され得る。そのようにして、電極貫通部の上側部分は特別に強い冷却空気流によって覆われる。スリーブ９は、電極貫通部の領域において、放電管の直径よりも０．５〜４ｍｍほど大きい直径を有するべきである。再び、スリーブ型ノズルは、ノズル内で数百ｍｂａｒのガス圧を発生し得るガス圧力源に接続されるべきである。
【００２６】
図７は、スリーブ型ノズル形状の場合における反射鏡の開口に面する電極を冷却する働きをするノズルのためにガス供給を実現する方法を示している。ここで、ガス供給はランプによって放射される光に余り強くシャドウ効果を引き起こすべきではないことに留意すべきである。これは、例えば、ガス供給の断面領域を小さく保つ点で実現し得る。ガス供給のために透明材料を用いることも考え得るが、この場合、起こり得る光学（レンズ）効果が考慮されるべきである。
【００２７】
直上に記載された実施態様の本発明に従った高圧放電ランプは、国際特許出願第ＷＯ００／６０６４３号におけるＤＣ放電ランプとの関係で記載された既知の冷却システムを備える高圧放電ランプと明らかに異なる。この特許出願はスリーブ型ノズルを記載し、それは垂直に位置するＤＣ放電ランプの放電管を冷却する。ここでは、唯一のノズルが放電ランプの一端に設けられている。しかしながら、この配置のただ１つの目的は、放電管の冷却を達成することである。そこでは、電極への熱負荷を低減するために、陽極及び陰極の特別な構造が提供されている。そのような電極構造はＤＣ放電ランプでは普通である。何故ならば、電極のための特別な冷却構造をそれによって回避し得るからである。
【００２８】
しかしながら、本発明に従った放電ランプは交流で動作するので、陽極及び陰極の特別な構造は可能でない。その代わり、本発明によれば、両方の電極は放電ランプ内で直接的に冷却されるべきである。上記に記載の実施態様におけるような、２つの相互に類似するスリーブ型ノズルがこのために適している。ここでは、陽極及び陰極は同一の構造を有し得る。従って、国際特許出願第ＷＯ００／６０６４３号の構成と本発明に従った放電ランプとの決定的な相違は、本発明によれば、高圧放電ランプの交流動作を使用することが可能なことである。
【００２９】
従って、特別に有効な冷却システムが本発明に従った高圧放電ランプの電極のために利用可能にされており、それによって、そのようなランプの電力及び耐用年数が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＵＨＰランプの構造原理を示す概略図である。
【図２】ドイツ国特許出願第１０２３１２５８．３からの先行技術に従った放電ランプのための冷却装置を示す概略図である。
【図３】高圧放電ランプのための本発明に従った冷却装置を示す概略図である。
【図４】本発明に従った冷却装置を示す概略図であり、１つ又は幾つかのノズルが反射鏡の前に配置されている。
【図５】本発明に従った冷却装置を示す概略図であり、１つ又は幾つかのノズルが反射鏡のネック部に配置されている。
【図６】本発明に従った冷却装置を示す概略図であり、冷却装置において、電極は２つのスリーブ部分によって取り囲まれており、冷却ガス流は相互に対向する方向から２つのスリーブ部分に吹き込まれ得る。
【図７】反射鏡開口に面するスリーブ型冷却ノズルへのガス供給を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    放電ランプ
２    反射鏡
３    放電管
４    放電管の内部空間
５    電極
６    電極貫通部
７    ノズル
８    空気流
９    スリーブ部
１０  モリブデン箔
１１  外部電流導線
【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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【国際調査報告】
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