(57)【要約】【課題】超高圧水銀ランプにおいて、アーク長を長くすることなくかつ過大なランプ電流を流すことなく水銀密度を増加して演色性を改善する。  【解決手段】発光管及び発光管の放電空間に突出した一対の電極を備えた超高圧水銀ランプにおいて、放電空間の水銀密度ρ［ｍｇ／ｃｃ］、電力Ｐ［Ｗ］、内容積Ｖ［ｃｃ］について、Ｐ／Ｖ≧−４．３３ρ＋５２４５、及び、１５００≦Ｐ／Ｖ≦３１００を満たし、平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、マイクロ波電力によって点灯される構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管及び該発光管の放電空間に突出した一対の電極を備えた超高圧水銀ランプであって、
前記放電空間の水銀密度ρ［ｍｇ／ｃｃ］、電力Ｐ［Ｗ］、内容積Ｖ［ｃｃ］について、
Ｐ／Ｖ≧−４．３３ρ＋５２４５、及び
１５００≦Ｐ／Ｖ≦３１００
を満たし、平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、マイクロ波電力によって点灯される超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
請求項１に記載の超高圧水銀ランプにおいて、前記一対の電極の電極間距離が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である、超高圧水銀ランプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超高圧水銀ランプ、
前記超高圧水銀ランプにマイクロ波電力を伝搬するアンテナ、及び
前記アンテナ及び前記超高圧水銀ランプを内部に配置する共振器
を備えた光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超高圧水銀ランプ及びそれを用いた光源装置に関し、特に、平均演色評価数Ｒａが８０以上のマイクロ波点灯用の超高圧水銀ランプ及びそれを用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超高圧水銀ランプは２００〜３００ｍｇ／ｃｃ程度の水銀密度を有し、２７００Ｗ／ｃｃ（又は１．５Ｗ／ｍｍ２）程度の管壁負荷で点灯され、平均演色評価数Ｒａは６０程度であった。
超高圧水銀ランプとして、例えば特許文献１には、水銀密度が２４３〜３５７ｍｇ／ｃｃ、管壁負荷１．３０〜１．３６Ｗ／ｍｍ２（２１７０〜４２９０Ｗ／ｃｃ）、アーク長１．０〜１．２ｍｍのものが開示されている。また、特許文献２には、水銀密度が１６０〜２２０ｍｇ／ｃｃ、管壁負荷０．８〜１．５Ｗ／ｍｍ２、アーク長１．２ｍｍ程度のものが開示されている。
このような超高圧水銀ランプの一対の電極には専用の電源が接続され、両電極間に所定の電流が通電されて放電アークが形成される。
【０００３】
プロジェクタ用照明として、色再現性の観点から演色性の高い光源が望ましい。演色性向上のためにキセノンランプを用いることもできるが、キセノンランプは発光効率が３０ｌｍ／Ｗ程度と低く、従って、キセノンランプよりも効率の高い水銀ランプでの演色性の向上が望まれる。
【０００４】
また、超高圧水銀ランプでは、光学効率を高めるためにアーク長は１ｍｍ程度の非常に短い値に設定されている。このため、従来の超高圧水銀ランプの場合、即ち、両電極に専用の点灯装置を接続して両電極間に電流を流す点灯方式の場合、アーク長が短いとランプ電圧が低くなる。この低いランプ電圧において、所望の水銀蒸気圧を得るために必要な管壁負荷を得るためには、ランプ電流をランプ電圧に反比例させて大きくする必要がある。このように電極に大電流を通電する場合、封止部材である金属箔の断面積を、通電する電流値に合わせて大きくしなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８２９３３９号公報
【特許文献２】特許第２９４８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、水銀ランプにおいては、点灯中の水銀蒸気圧を高めることにより演色性を改善することができることが分かっている。そして、水銀蒸気圧を高めるためには、発光管内に封入する水銀密度を増加し、管壁負荷を高くする必要がある。高い管壁負荷を得るためには、ランプ電力を増加させる必要があるが、ランプ電流を増加させると電極の消耗を早めてしまい、好ましくない。また別法として、ランプ電力を増加させつつランプ電流を増加させないためにランプ電圧を高く（即ち、アーク長を長く）すればよいが、高ランプ電圧化のための長アーク化は光学効率の低下を招き、好ましくない。
【０００７】
また、電極に大電流を流すために金属箔の断面積を大きくするには、金属箔の厚さを厚くするか、または幅を大きくしなければならない。しかし、金属箔は点灯中に高温になり膨張するため、その断面積を大きくすると、熱による膨張が大きくなり、発光管が破損する可能性がある。特に、超高圧水銀ランプにおいては、点灯中の発光管内圧力が非常に高いため、金属箔の膨張による故障の可能性がより高くなる。
【０００８】
そこで本発明は、アーク長を長くすることなくかつ過大なランプ電流を流すことなく水銀密度を増加して演色性を改善した超高圧水銀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】
【０００９】
本発明の第１の側面は、発光管及び発光管の放電空間に突出した一対の電極を備えた超高圧水銀ランプであって、放電空間の水銀密度ρ［ｍｇ／ｃｃ］、電力Ｐ［Ｗ］、内容積Ｖ［ｃｃ］について、Ｐ／Ｖ≧−４．３３ρ＋５２４５、及び、１５００≦Ｐ／Ｖ≦３１００を満たし、平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、マイクロ波電力によって点灯される超高圧水銀ランプである。ここで、一対の電極の電極間距離を０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、より好ましくは０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の側面は、上記第１の側面の超高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプにマイクロ波電力を伝搬するアンテナ、並びにアンテナ及び超高圧水銀ランプを内部に配置する共振器を備えた光源装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の超高圧水銀ランプの図である。
【図２】本発明の光源装置の図である。
【図３】超高圧水銀ランプにおける水銀密度、電力及びＲａの関係を示す図である。
【図４】超高圧水銀ランプにおける水銀密度と管壁負荷の関係を示す図である。
【図５Ａ】従来の超高圧水銀ランプにおける発光スペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施例による超高圧水銀ランプにおける発光スペクトルを示す図である。
【図５Ｃ】本発明の他の実施例による超高圧水銀ランプにおける発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の超高圧水銀ランプは、アーク長を長くすることなく水銀密度及びランプ電力（管壁負荷）を増加するために、電極間に直接大電流を流す点灯方式ではなく、電極周辺に電界を発生させるマイクロ波点灯方式を用いる。即ち、本発明のランプでは、放電空間内の電極にマイクロ波電力を結合して発光物質を蒸発・励起させて電極間でアーク放電を行う。従って、大電流が電極を通して流れることはない。なお、以下の実施例において、「管壁負荷」とはランプ電力［Ｗ］を放電空間の内容積［ｃｃ］で割った値をいうものとする。
【００１３】
図１に本発明の超高圧水銀ランプ１（以下、「ランプ１」という）を示す。ランプ１は、石英ガラスからなる発光管２、発光管２の放電空間２１に先端部が突出する電極３ａ及び３ｂ、並びに電極３ａ及び３ｂにそれぞれ接合された金属箔（モリブデン箔）４ａ及び４ｂを備える。電極３ａ及び３ｂ並びにモリブデン箔４ａ及び４ｂは発光管２に封止されている。なお、一対の電極３ａ及び３ｂは、マイクロ波電力による放電が可能であれば、異なる長さで放電空間２０に突出していてもよいし、同一形状でなくてもよい。また、生産性を考慮してランプ１を発光部２１に対して対称形状としているが、非対称形状であっても本発明の作用効果を得られる。なお、図面は寸法通りではない。
【００１４】
本発明の超高圧水銀ランプはマイクロ波によって点灯されるため、封止部材である金属箔（モリブデン箔）に電流を流して点灯するランプと異なり、点灯電力を大きくする際にモリブデン箔に流す電流を大きくする必要がなく、即ち、モリブデン箔の断面積を大きくする必要がない。従って封止部材の膨張が少なく、従来の点灯方式より故障の可能性が減少する。言い換えると、従来の点灯方式の場合と比較して金属箔の断面積を小さくできるため、より一層故障の確率を低減することができる。
【００１５】
図２に本発明の光源装置を示す。光源装置は、上記のランプ１、ランプ１を支持するとともにマイクロ波電力を伝搬するためのアンテナ５、ランプ１とアンテナ５を内部に配置する金属製の円筒状筐体からなる共振器６、ランプ１からの光を反射させ所望の領域に導くための反射鏡９、及び共振器６外部のマイクロ波電源（不図示）からアンテナ５にマイクロ波電力を伝搬するためのコネクタ７（例えば、同軸コネクタ）を備える。ランプ１からの光は反射鏡９の内面により反射されて光取出し口８より外部に取り出される。光取出し口８は金属メッシュ等からなり、共振器６から外部へのマイクロ波の漏洩を防止する。なお、上記部材からなる光源装置のインピーダンス整合は本発明の課題ではないため説明を省略するが、インピーダンス整合は適宜なされているものとする。また、図面は寸法通りではない。
【００１６】
ランプ１の一実施例の寸法として、発光部２０の外径（光軸に垂直な断面の最大径）は９．４ｍｍ、放電空間２１の内径（光軸に垂直な断面の最大径）は４．２ｍｍであり、内容積は０．０５５ｃｃである。ランプ全長は３２ｍｍであり、アーク長（電極間距離）は０．９ｍｍである。なお、各寸法は上記に限られず、例えば、電極間距離は０．５〜３．０ｍｍ程度、より好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度であればよい。
【００１７】
図３に、上記寸法のランプ１における、放電空間２１に封入される水銀密度ρ毎のランプ電力Ｐに対する平均演色評価数Ｒａの関係を示す。図３から分かるように、水銀密度が高いほど、低いランプ電力（管壁負荷）でも高いＲａを実現することができる。水銀密度２８０ｍｇ／ｃｃではランプ電力を非常に高くしなければ８０以上のＲａを実現することはできない。水銀密度４００ｍｇ／ｃｃではランプ電力約２００Ｗ以上、５５０ｍｇ／ｃｃでは約１４７Ｗ以上、８００ｍｇ／ｃｃでは約１０２Ｗ以上でＲａ８０以上を実現できる。
【００１８】
図４は、図３の結果に基づいて水銀密度ρに対する管壁負荷Ｐ／Ｖを示すものである。近似直線は、上記図３の結果を元に、（ｘ、ｙ）＝（ρ［ｍｇ／ｃｃ］、Ｐ／Ｖ［Ｗ／ｃｃ］）＝（４００、２００／０．０５５）、（５５０、１４７／０．０５５）、及び（８００、１０２／０．０５５）の３点から算出され、Ｐ／Ｖ＝−４．３３ρ＋５２４５となる。そして、近似直線の右上の領域がＲａ８０以上を満たす範囲である。
【００１９】
なお、本実施例では線形近似を用いて近似を行ったが、多次関数、指数関数等の曲線近似を行ってもよい。実際に、Ｒａ８０以上となる関数Ｐ／Ｖ（ρ）は図３の破線のような下弦の曲線になると考えられるが、以下に示すように、現実の使用における管壁負荷Ｐ／Ｖの範囲は限られているため、その限られた範囲においては直線近似としても問題ない。
【００２０】
但し、管壁負荷Ｐ／Ｖが１５００未満の場合（即ち、ランプ電力が低すぎる場合）、発光管温度が設計温度まで上昇しないことから内圧が上がらず（封入物質が充分に蒸発せず）、現実にはＲａ８０を実現することは難しい。また、管壁負荷Ｐ／Ｖが３１００を超える場合には、その内容積に対して過大な電力のために失透が発生するなど、ランプ寿命に悪影響が生じてしまうことが分かっている。従って、管壁負荷について、１５００≦Ｐ／Ｖ≦３１００とすることが望ましい（図４の太線参照）。なお、水銀密度の上限は、封入密度が高すぎる場合、未蒸発の水銀がアークからの光を遮り明るさが低下することを考慮すると、１０００ｍｇ／ｃｃ程度である。
【００２１】
以上より、マイクロ波電力による点灯方式の超高圧水銀ランプにおいて、Ｐ／Ｖ≧−４．３３ρ＋５２４５、かつ、１５００≦Ｐ／Ｖ≦３１００とすることにより、従来通りのアーク長（例えば、０．９ｍｍ程度）及びランプ電力（即ち、ランプ電流）において、水銀密度を増加して演色性を改善し、Ｒａ８０を達成することができる。
【００２２】
図５Ａ〜５Ｃに、従来例、実施例１及び実施例２のランプにおける発光スペクトルをそれぞれ示す。各ランプとも上述した寸法を有し、水銀密度、管壁負荷（ランプ電力）、及び平均演色評価数Ｒａは表１の通りである。
【表１】
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【００２３】
図５Ａに示すように、従来例の発光スペクトルは水銀の輝線が主となっているが、図５Ｂ及び５Ｃに示すように、実施例１及び２の発光スペクトルは水銀輝線以外のベース部分の発光が増加し、可視域全域（３８０〜７８０ｎｍ）で発光していることが分かる。この発光スペクトルの改善によりＲａが向上する。
【００２４】
以上より、超高圧水銀ランプにおいて、アーク長を長くすることなくかつ過大なランプ電流を流すことなく水銀密度を増加して演色性を改善し、Ｒａ８０を達成することができた。また、実施例１及び２とも発光効率は７０ｌｍ／Ｗ程度であり、キセノンランプを用いた場合（３０ｌｍ／Ｗ程度）よりも格段に高い。実施例のランプを図２に示すような光源装置に適用することにより、好適なプロジェクタ用光源を得ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１．ランプ
２．発光管
３ａ、３ｂ．電極
４ａ、４ｂ．モリブデン箔
５．アンテナ
６．共振器
７．コネクタ
８．光取出し口
９．反射鏡
２０．発光部
２１．放電空間
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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