(57)【要約】【課題】長期間にわたって失透が発生せず、発光管の輝度低下や破損、破裂の発生を抑制できる長寿命の高圧放電ランプを提供する。【解決手段】発光管１をその管軸１ｂを中心として回転させる回転機構を備え、点灯中に温度が最も高くなる発光管１の部分（上部１ａ）を移動させるようにした。回転機構は、モータ９、ウォームギヤ１０、歯車１１および平歯車１２から構成され、回転制御回路１４により制御される。回転制御回路１４は、発光管１の電源入り切り情報、点灯時間情報および駆動電力情報などを入力情報として発光管１に対する駆動タイミングと回転角度を決定し、回転機構を制御するもので、発光管１のオンおよびオフを行うスイッチ１５と、駆動タイミングと回転角度を演算するＣＰＵ１６、点灯時間情報等を保持するメモリ１７、ＣＰＵ１６から出力された信号を受信しモータ９を駆動する駆動回路１８から構成される。【選択図】図１
2007329075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された発光空間を形成し、この発光空間に、管軸の方向に対向する一対の電極を設けた発光管を備え、前記管軸が水平の投影成分を持つように前記発光管を配置した高圧放電ランプであって、前記管軸を中心として前記発光管を回転させる回転機構、前記回転機構を制御する回転制御手段を備え、前記回転制御手段は、前記発光管に対する駆動タイミングと回転角度を決定し、この駆動タイミングと回転角度に基づいて前記発光管を回転させることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
請求項１記載の高圧放電ランプであって、前記回転制御手段は、前記発光管の電源入り切り情報に基づいて、前記駆動タイミングを決定することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項３】
請求項１記載の高圧放電ランプであって、前記回転制御手段は、前記発光管の点灯時間情報に基づいて、前記駆動タイミングを決定することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項４】
請求項3記載の高圧放電ランプであって、前記回転制御手段は、前記発光管の点灯時間情報と、前記発光管の駆動電力情報に基づいて、前記駆動タイミングを決定することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項５】
請求項1記載の高圧放電ランプであって、前記回転制御手段は、前記発光管のそれまでの回転経緯情報に基づいて、前記回転角度を決定することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項６】
請求項１記載の高圧放電ランプであって、前記発光管からの光を反射するリフレクタをさらに備え、前記回転機構が前記発光管とともに、前記リフレクタを回転させることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項７】
請求項1記載の高圧放電ランプであって、前記発光管からの光を反射するリフレクタをさらに備え、前記回転機構が前記リフレクタを回転させずに、前記発光管のみを回転させることを特徴とする高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に反射鏡などに組み込まれ、プロジェクタ装置等に使用される光学装置の光源として用いる高圧放電ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高圧放電ランプは、主に、密閉された発光空間に一対の電極が対向配置された発光管と集光のためのリフレクタから構成されるランプユニット、および点灯装置で構成される。発光管の内部には、アルゴン等の希ガスと、発光効率を上げるための水銀およびハロゲン化物が封入されている。近年、プロジェクタ装置等の小型化、高出力化の要求が高まるとともに、高圧放電ランプの長寿命化が要求されている。
【０００３】
高圧放電ランプの寿命は、電極消耗によるアークギャップの広がりと、点灯中に発光管の管壁が高温になるために発光管の透明度（透光性）が失われる失透が主な決定要因となっている。特に、失透は、電極消耗がない状態においても発生し、失透部分の熱吸収によってさらに失透が進行して発光管の輝度低下を引き起こし、最終的には破損、破裂に至るという問題がある。
【０００４】
失透の発生を防ぐ方法として、例えば特許文献１では、発光管を構成するシリカガラスを外表面からの深さが１μｍまでの表面部領域においてアルカリ金属の平均濃度が、外表面からの深さが１μｍより深い深部領域より高いものとすることで、発光管の外表面部領域は耐変形性を有し傷がつき難く、内表面領域は高温条件下においても失透し難いようにした超高圧水銀ランプが提示されている。
【特許文献１】特開２００４−３５５８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、高圧放電ランプにおいては、失透の発生を防止し、長期間にわたって十分な透光性を維持することが求められている。特許文献１では、発光管材料として、特別な処理が施されたシリカガラスを用いて、失透するまでの時間を延ばすことはできるものの、長期間の使用による失透は避けられない。また、発光管材料として特別な処理が施されたものを用いずに、一般的な発光管材料を用いて失透を防止する方法が求められている。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、長期間にわたって失透が発生せず、発光管の輝度低下や破損、破裂の発生を抑制できる長寿命の高圧放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る高圧放電ランプは、密閉された発光空間を形成し、この発光空間に、管軸の方向に対向する一対の電極を設けた発光管を備え、管軸が水平の投影成分を持つように発光管を配置した高圧放電ランプであって、管軸を中心として発光管を回転させる回転機構、回転機構を制御する回転制御手段を備え、回転制御手段は、発光管に対する駆動タイミングと回転角度を決定し、この駆動タイミングと回転角度に基づいて発光管を回転させるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光管をその管軸を中心として回転させ、発光管の点灯中に温度が最も高くなる部分を移動させるようにしたので、発光管の同一部分のみが高温になることがなくなり、長期間にわたって失透が発生せず、発光管の輝度低下や破損、破裂の発生を抑制することが可能な長寿命の高圧放電ランプが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下に説明する本発明の実施の形態１における高圧放電ランプは、液晶およびＤＭＤ素子を用いたフロントまたは背面投射型のプロジェクタ、および自動車用ヘッドランプ等の光源として用いられる。図１は、本発明の実施の形態１における高圧放電ランプの構成を示す概略図であり、発光管を含むランプユニット部分については、管軸に沿った断面図で示している。密閉された発光空間を形成する発光管１は、例えば石英ガラスからなり、楕円球型の発光管部と、この発光管部の両端部からそれぞれ外側に伸びるように設けられた封止部とを備えている。発光管１の内部には、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスと、発光効率を上げるための水銀およびハロゲン化物が封入されている。
【００１０】
発光管１の発光空間には、管軸１ｂの方向に対向する一対の電極１９が設けられている。一対の電極１９は、タングステンからなる２本の円柱状の電極棒の先端部に、同じくタングステンからなるコイルが巻かれ、陰極および陽極が形成されている。また、封止部の内部には、電極棒とワイヤ２とを電気的に接続する薄い短冊状のモリブデンからなる金属箔が埋設されている。
【００１１】
また、リフレクタ６は、発光管１から放射される光を所望の方向へ反射し照射対象部分に導くもので、結晶化ガラスや硼硅酸ガラスから構成され、主に楕円タイプと放物面タイプの２種類が使用される。楕円タイプの場合、発光管１を第１集点に配置し、発光管１からの光は第２焦点に集光される。放物面タイプの場合は平行光となる。これらは光学系の構成により適宜選択される。
【００１２】
発光管１およびその内部に配置された電極１９は、セメント等によりリフレクタ６に固定され、その管軸１ｂがほぼ水平となるように支持されている。このように支持された発光管１においては、ランプ点灯中に生じる発光管１内部のガスの対流により、発光管１の上部１ａが最も温度が高くなる。リフレクタ６の側壁部と底部にはワイヤ２を取り出すための穴６ａ、６ｂがそれぞれ設けられており、発光管１はワイヤ２、ケーブル３およびコネクタ４を介してランプ電源５に接続されている。
【００１３】
発光管１とリフレクタ６から構成されるランプユニットは、交換用ランプハウス７に固定され、ランプ交換が容易に行えるようになっている。交換用ランプハウス７は、ランプハウス８に装着される。
【００１４】
さらに、本実施の形態では、管軸１ｂを中心として発光管１を回転させる回転機構を備えている。本実施の形態では、回転機構は、モータ９、ウォームギヤ１０、歯車１１および平歯車１２から構成され、発光管１のみを回転させるのではなく、発光管１とリフレクタ６からなるランプユニットと、これを固定する交換用ランプハウス７を共に回転させるものである。
【００１５】
モータ９はステッピングモータなどで構成され、モータ９の回転は、モータ９に取り付けられたウォームギヤ１０、ハス歯ギヤと平歯車を組み合わせた歯車１１を介して、交換用ランプハウス７に取り付けられた平歯車１２に伝達される。また、ランプハウス８には、交換用ランプハウス７の回転をよりスムーズにするためのガイドローラ１３が設けられている。
【００１６】
また、これらの回転機構は、回転制御手段である回転制御回路１４により制御される。回転制御回路１４は、発光管１の電源入り切り情報、それまでの回転経緯情報、点灯時間情報および駆動電力情報等を入力情報として発光管１に対する駆動タイミングと回転角度を決定し、この駆動タイミングと回転角度に基づいて発光管１を回転させるもので、発光管１のオンおよびオフを行うスイッチ１５と、発光管１の点灯時間等の入力情報から駆動タイミングと回転角度を演算するＣＰＵ１６、点灯時間情報、回転経緯情報、駆動電力情報等を保持するメモリ１７、ＣＰＵ１６から出力された信号を受信しモータ９を駆動する駆動回路１８から構成される。
【００１７】
次に、本実施の形態における高圧放電ランプの動作について説明する。図２は、発光管とリフレクタから構成されるランプユニットが回転した状態を示す図であり、図２において、（ａ）は回転角０度の場合、（ｂ）は（ａ）と比較して時計方向に９０度回転した場合、（ｃ)は（ａ）と比較して時計方向に１８０度回転した場合、（ｄ)は（ａ）と比較して反時計方向に９０度（時計方向に２７０度）回転した場合を示している。なお、本実施の形態では、ランプユニットと、これを固定する交換用ランプハウス７を共に回転させるが、図２では交換用ランプハウス７の図示は省略している。図２（ｄ）において、反時計方向に回転させている理由は、ランプ電源５とランプユニットを接続するケーブル３のねじれを解消するためである。
【００１８】
高圧放電ランプに失透が発生するまでの時間は、空冷条件を一定にした場合、発光管１の駆動電力により異なることが実験より明らかになっている。例えば１００Ｗで駆動した場合、通常約１０００時間、１２０Ｗで駆動した場合、数１００時間を経過すると失透が発生する。また、失透が発生する位置は通常、点灯中に温度が最も高くなる発光管１の上部１ａであった。
【００１９】
そこで、本実施の形態では、発光管１をその管軸１ｂを中心として回転させることにより、点灯中に温度が最も高くなる発光管１の部分（上部１ａ）を移動させるようにした。ただし、発光管１を回転させることによって発光点が微妙にずれるため、プロジェクタ等の画面上には輝度変動となって現れる。したがって、発光管１は、頻繁に回転させるのではなく、できるだけ少ない頻度で回転させるように設定する方が望ましい。
【００２０】
図３〜図５は、本実施の形態における高圧放電ランプの回転制御パターンを示す図であり、図中の角度にマイナスを付したものは反時計方向、それ以外のものは時計方向に回転させるものである。図３は、発光管１の電源入り切り情報に基づいて発光管１に対する駆動タイミングを決定し、発光管１のそれまでの回転経緯情報、具体的には前回および前々回の電源投入時の回転角度に基づいて今回の回転角度を決定する例を示している。図４および図５は、発光管１の点灯時間情報に基づいて発光管１に対する駆動タイミングを決定し、発光管１のそれまでの回転経緯情報に基づいて回転角度を決定する例を示している。なお、図３と図４は、回転角度を図２に示したような０度、９０度、１８０度、−９０度の４パターンとしており、図５は回転角度を３０度刻みにしたものである。
【００２１】
図３に示す例では、回転制御回路１４のＣＰＵ１６は、メモリ１７に記憶されている発光管１の電源入り切り情報とそれまでの回転経緯情報を入力情報とし、前回および前々回の電源投入時の回転角度から今回の回転角度を決定し、０度、９０度、１８０度、−９０度の４パターンに制御している。通常のテレビあるいはデータプロジェクタの場合、２４時間通電することはまれであるためこの方式が有効である。また、この方法では、点灯中に発光管１の発光点がずれないため、輝度変動が発生しない。
【００２２】
図４に示す例では、回転制御回路１４のＣＰＵ１６は、メモリ１７に記憶されている発光管１の点灯時間情報とそれまでの回転経緯情報を入力情報とし、これに基づいて発光管１に対する駆動タイミングと回転角度を決定し、０度、９０度、１８０度、−９０度の４パターンに制御している。具体的には、点灯時間が１００時間を越える毎に回転角度を９０度変化させている。同様に、図５に示す例では、点灯時間が１００時間を越える毎に回転角度を３０度変化させている。監視用モニタ等、２４時間通電が求められるものに対しては、この方式が有効である。点灯中に発光管１を回転させるため輝度変動が発生するが、回転角度を３０度刻みにしたり、回転の頻度を少なくしたりすることにより輝度変動の影響を抑えることができる。
【００２３】
なお、図３〜図５に示す例では、発光管１に対する駆動タイミングを、電源入り切り情報または点灯時間情報によって制御しているが、失透までの時間は発光管１の駆動電力によって異なることから、駆動電力を入力情報として発光管１に対する駆動タイミングを制御してもよい。駆動電力が大きい場合、発光管１を回転させる頻度を多くし、駆動電力が小さい場合は回転させる頻度を少なくすることができる。
【００２４】
さらに、発光管１の駆動電力情報と、電源入り切り情報または点灯時間情報とを組み合わせて発光管１に対する駆動タイミングと回転角度を制御するようにしてもよい。このように、駆動電力情報、電源入り切り情報、および点灯時間情報を組み合わせて発光管１に対する駆動タイミングと回転角度を制御することにより、輝度変動の影響を最小に抑えることができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、発光管１をその管軸１ｂを中心として回転させることにより、発光管１の点灯中に温度が最も高くなる部分（上部１ａ）を移動させ、発光管１の同一部分のみが高温にならないようにしたので、長期間にわたって失透が発生せず、発光管１の輝度低下や破損、破裂の発生を抑制することが可能な長寿命の高圧放電ランプが得られる。さらに、発光管１の材料に特別の処理を施すことなく失透を防止することができるため、一般的な発光管材料を用いることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、発光管１の回転角度を０度、９０度、１８０度、−９０度または３０度刻みに設定したが、回転角度は３６０度の範囲で自由に設定することができる。たとえば０度〜１８０度の範囲で制御してもよい。この場合、失透の発生を防止する効果は若干小さくなるが、回転角度が小さいため回転機構が簡単になるという利点がある。また、本実施の形態では、管軸１ｂがほぼ水平となるように発光管１を配置した高圧放電ランプについて説明したが、管軸１ｂは必ずしも水平である必要はなく、管軸１ｂが水平の投影成分を持つように配置されていればよい。例えば管軸１ｂが水平から４５度傾くように発光管１を配置した高圧放電ランプにおいても、本発明の効果は得られる。
【００２７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、管軸１ｂを中心として発光管１を回転させるために、発光管１とリフレクタ６より構成されるランプユニットと、これを固定する交換用ランプハウス７をともに回転機構により回転させる構成したが、交換用ランプハウス７およびリフレクタ６を固定し、発光管１のみを回転させてもよい。本実施の形態では、回転機構がリフレクタ６を回転させずに発光管１を回転させる構成とした。
【００２８】
本実施の形態における回転機構の構成および配置は、上記実施の形態１と異なるが、モータの回転をギヤや歯車を組み合わせて発光管１に伝える点は同様である。ただし、リフレクタ６を固定し、発光管１のみを回転させる場合には、発光管１に接続された２本のワイヤ２の回転によるねじれを防止するために、ワイヤ２を同一方向より取り出すことが望ましい。具体的には、リフレクタ６の側壁部の穴６ａを設けずに、底部の穴６ｂから２本のワイヤ２を取り出せばよい。
【００２９】
発光管１のみを回転させる場合の回転制御パターンについても、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する（図３〜図５参照）。本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、実施の形態１よりも回転させる対象物が軽量であるため、回転機構の簡素化が図られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、液晶およびDMD素子を用いたフロントまたは背面投射型のプロジェクタ、自動車用ヘッドランプ等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における高圧放電ランプの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１における高圧放電ランプのランプユニットの回転を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における高圧放電ランプの回転制御パターンを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における高圧放電ランプの回転制御パターンを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における高圧放電ランプの回転制御パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  発光管、１ａ  上部、１ｂ  管軸、２  ワイヤ、３  ケーブル、４  コネクタ、
５  ランプ電源、６  リフレクタ、６ａ、６ｂ  穴、７  交換用ランプハウス、
８  ランプハウス、９  モータ、１０  ウォームギヤ、１１  歯車、１２  平歯車、
１３  ガイドローラ、１４  回転制御回路、１５  スイッチ、１６  ＣＰＵ、
１７  メモリ、１８  駆動回路、１９  電極。
【図１】
2007329075.tif 000003
【図２】
2007329075.tif 000004
【図３】
2007329075.tif 000005
【図４】
2007329075.tif 000006
【図５】
2007329075.tif 000007