(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀、塩素を除くハロゲン及び希ガスを含有するアークランプの外容器であり、該外容器は、絶縁物からなる偶次関数の内面を有する反射鏡と、その反射鏡の開口部に第１の光透過性面板があり、前記反射鏡の光軸に合わせて一対の電極を配置し、かつランプ点灯中該反射鏡の光軸にほぼ沿うように焦点を含む位置にアークが形成され、これらを気密に封止して放電空間を形成し、かつ前記第１の光透過性面板の前面に保温筒と第２の光透過性面板よりなる保温空間を形成してなるショートアーク水銀ランプ。
【請求項２】
前記ランプの定格電力をＰｌ（ｋＷ）、前記外容器の放電空間内容積をＶ（ｍｌ）とした場合、Ｖ（ｍｌ）／Ｐｌ（ｋＷ）≦２０であることを特徴とする請求項１項記載のショートアーク水銀ランプ。
【請求項３】
前記外容器内に配置された一対の電極は、前記反射鏡の底部に設けた孔から放電空間内に突出した一方の電極と、前記第１の光透過性面板の中央から放電空間内に突出した他方の電極とよりなり、該反射鏡の光軸にほぼ沿うように焦点を含む位置にアークを形成することを特徴とする請求項１または２項記載のショートアーク水銀ランプ。
【請求項４】
前記一対の電極は、フリットとして、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）あるいはイリジウム（Ｉｒ）から選ばれた金属を用いて、外容器に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３項記載のショートアーク水銀ランプ。
【請求項５】
前記反射鏡は放物面反射鏡であり、焦点距離ｆは５ｍｍ以下であり、一対の電極のアーク長は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４項記載のショートアーク水銀ランプ。
【請求項６】
前記反射鏡は、その外面に外部からの電力供給によって加熱できる熱源が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５項記載のショートアーク水銀ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射鏡と組み合わせて用いられる光学的に効率が良く、主に映像用機器、光学用機器の光源であるショートアーク水銀ランプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶プロジェクタとして、内面にコールドミラーを蒸着したガラス製の反射鏡と、溶融石英製放電容器内に一対の電極を封着し、該電極を反射鏡の光軸に一致させるように配置してなるアーク長が短いショートアークメタルハライドや超高圧水銀ランプを用いた光源装置が用いられている。
一方、液晶プロジェクタ装置における技術革新は目覚しく、液晶パネルの寸法は、当初対角３，４インチ程度であったが、１．４インチから０．７インチへと小形化され、高密度であり、しかも開口率も向上している。
そして、パーソナルコンピュータと連動し、持ち運びに簡便なように、小形で、軽量化が求められている。
【０００３】
このような小形化、軽量化の要求に伴ない、液晶プロジェクタ用の光源装置もより小形化が求められ、液晶パネルサイズの対角０．７インチとインテグレータレンズ等を用いた光学系からは、偶次関数としての放物面反射鏡の焦点距離は約３ｍｍが最適とされている。ここで、放物面反射鏡の焦点距離とは、凹面状の放物面反射鏡の底部（主点）から放物面の光軸上の焦点までの距離ｆをいう。しかし、従来の液晶プロジェクタ用光源装置の反射鏡は、焦点距離は１１〜１３ｍｍと大きくとってあり、ガラス製反射鏡の耐熱温度は約５００℃以下で設計されている。
【０００４】
そこで、焦点距離を小さくするために、反射鏡として結晶化ガラスを用いて、耐熱温度を確保しても、焦点距離を６ｍｍ以下とする場合、ランプと反射鏡との距離が２ｍｍ以下の部分ができ、ランプの発熱を十分冷却することが難しくなり、ランプが早期に膨らんでしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は前記に鑑みてなされたもので、液晶プロジェクタ用光源装置を小形化するために、従来のようにショートアーク放電ランプが、点灯中早期に膨らむことがなく寿命特性が良好で、焦点距離をより短くすることが可能な小形でかつ高輝度のショートアーク水銀ランプを提供することを目的とする。これは、液晶プロジェクタ用光源装置として、特定領域内に光を集中させて、大きな照度を得るために、凹面状反射鏡の内側に、該反射鏡の光軸に沿って一対の電極を配置し、かつランプ点灯中該反射鏡の光軸にほぼ沿うように焦点を含む位置にアークが形成され、また、該反射鏡の開口部に光透過性面板を配置して気密に密閉した外容器よりなる放電空間を形成し、該外容器内に少なくともバッファガスとしての水銀と、始動補助ガスとしての希ガスを封入すると共に、前記光透過性面板の前面に密閉した保温空間を形成して構成する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明に係るショートアーク水銀ランプは、水銀、塩素を除くハロゲン及び希ガスを含有するアークランプの外容器であり、該外容器は、絶縁物からなる偶次関数の内面を有する反射鏡と、その反射鏡の開口部に第１の光透過性面板があり、前記反射鏡の光軸に合わせて一対の電極を配置し、かつランプ点灯中該反射鏡の光軸にほぼ沿うように焦点を含む位置にアークが形成され、これらを気密に封止して放電空間を形成し、かつ前記第１の光透過性面板の前面に保温筒と第２の光透過性面板よりなる保温空間を形成することを特徴とする。又、前記ランプの定格電力をＰｌ（ｋＷ）、前記外容器の放電空間内容積をＶ（ｍｌ）とした場合、Ｖ（ｍｌ）／Ｐｌ（ｋＷ）≦２０であることを特徴とし、前記外容器内に配置された一対の電極は、前記反射鏡の底部に設けた孔から放電空間内に突出した一方の電極と、前記第１の光透過性面板の中央から放電空間内に突出した他方の電極とよりなり、該反射鏡の光軸にほぼ沿うように焦点を含む位置にアークを形成することを特徴とする。  更に、前記一対の電極は、フリットとして、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）あるいはイリジウム（Ｉｒ）から選ばれた金属を用いて、外容器に取り付けられていることを特徴とし、前記反射鏡は放物面反射鏡であり、焦点距離ｆは５ｍｍ以下であり、一対の電極のアーク長は２ｍｍ以下であることを特徴とする。更にまた、前記反射鏡は、その外面に外部からの電力供給によって加熱できる熱源が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に実施例について説明する。図１は本発明に係るショートアーク水銀ランプの一実施例を一部省略して示す側面図である。図において、１は外容器であり、２は酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とした絶縁物からなる耐熱セラミック製の反射鏡であり、プレス成形後に焼成し、内面を焦点距離３ｍｍの放物面となし、開口部の最大径はφ２２ｍｍとしている。ここで、焦点距離ｆは前記反射鏡２の底部（主点）から放物面の光軸上の焦点までの距離である。該反射鏡の開口部にはサファィアよりなる光透過性面板３がフリット４を介して気密に封止されている。
【０００８】
前記反射鏡２の底部にはφ１．４ｍｍの挿通孔２ａが形成されており、該挿通孔に一方の電極５ａがフリット６を介して気密に封止されている。該電極５ａは長さ８ｍｍで、φ０．３５ｍｍのタングステン心棒の先端部にφ０．２２ｍｍのタングステンの密巻コイルをコイル長１．３ｍｍとして製作されている。
また、反射鏡２の挿通孔２ａの端部にはニッケルワイヤを介してリング状の外部接続端子７がフリット４を介して電気的に接続されている。
さらに、他方の電極５ｂは前記サファィア板３の中央に形成した貫通孔３ａにはフリット６を介して気密に封止されており、電極５ｂの寸法は電極心棒の長さが２５ｍｍである以外は、電極５ａと同一である。そして、一対の電極５ａ，５ｂの先端部間が対向し、かつランプ点灯中放物面反射鏡２の光軸にほぼ沿うように、その放物面の焦点を含む位置にアークが形成されるように配置されている。この場合のアーク長は２ｍｍとしている。
【０００９】
そして、前記のように外容器１としての放電空間が形成されている。
外容器１内には、約５０Ｖのランプ電圧となるように、ランプ点灯中約８０気圧となる量のバッファガスとしての水銀を約１８ｍｇと、ランプ製造中に混入する水素等の不純物とタングステン電極との反応を抑制する微量の臭化水素と、始動用補助ガスとしてのアルゴンを３×１０4 Ｐａ封入している。
なお、外容器の内容積は１．６ｍｌである。
【００１０】
さらに、前記反射鏡２の開口部に封止したサファィアよりなる第１の光透過性面板３の前面には、酸化アルミニウムを主成分とした円筒状の保温体１１がフリット４を介して気密に封止し、かつその開口部に前記第１の光透過性面板３と同じ材質のサファィアよりなる第２の光透過性面板１２がフリット３を介して気密に封止され、保温空間１０が形成されている。
また、前記第２のサファイア板１２の中央部には電極貫通孔１２ａが形成され、前記電極５ｂの芯棒が挿通されフリット６を介して気密に封止されている。
さらに、前記保温空間１０内に延長された電極５ｂの端部にはニッケルワイヤを接続し、前記アルミニウム円筒体１１の一部に形成した導出孔１１ａから前記ワイヤを挿通してフリット４を介して気密に封止している。そして、その先端部にはリング状の外部接続端子１３が電気的に接続されている。
そして、保温空間１０内は保温効果を上げるために、真空にして外容器である放電空間との熱絶縁性を上げるか、キセノンのような熱伝導性の小さい希ガスを封入する。このようにして、放電容器内に封入した水銀の全量が蒸発するようにしている。
【００１１】
このように構成したショートアーク水銀ランプを液晶プロジェクタ用光源装置として使用する場合、外容器の一対の電極に電子安定器を介して電力を供給し、安定点灯時は約１５０Ｗの電力で点灯するようにする。
前記した光源装置を用いて実験したところ、外容器の水銀が十分に蒸発し所定のランプ電力が得られる。
そして、反射鏡を介して前面に放射される光は、前記第１及び第２のサファイア板に何ら光透過を阻害する物質が未蒸発の状態で付着していないため、投射するスクリーンに影となって現れることがなく、光学特性は良好であり、寿命特性は４０００時間経過後も良好であった。
なお、前記実施例の効果を確認するために、前記加熱空間を形成することなく外容器のみで構成したランプを用いて、点灯実験したところ、反射鏡の最冷部に未蒸発の水銀が液体となって滞留してしまい、所定のランプ電圧に達しないばかりか、定格ランプ電力に達せず、不適であった。
【００１２】
本発明に係るランプ電力と外容器の放電空間内容積との関係について説明する。定格ランプ電力をＰｌ（ｋＷ）、外容器の放電空間内容積をＶ（ｍｌ）とした場合、液晶プロジェクタ用光源装置として要求される小形のランプ、具体的には放物面反射鏡の焦点距離が５ｍｍ以下、アーク長が１．５ｍｍで、ランプ電圧が４０Ｖ以上の特性を得るためには、Ｖ／Ｐｌを２０以下とする必要がある。
これにより、放電空間内の水銀を十分蒸発させることができ、液状の水銀が最冷部に滞留することがない。
【００１３】
このように、従来の技術では、発光管が膨らんだり、発光管内部が早期に失透して実用化できなかったが、本発明に係るランプのように反射鏡内に放電空間を形成し、封入物としてキセノンを用いることなく水銀を用いるようにしている。
そして、水銀の蒸気圧を高めるために反射鏡の焦点距離を小さくし、かつ放電空間の占める容積をランプ電圧を決定するための定格ランプ電力に対する比率で規定することにより、未蒸発の水銀が生じないようにしている。
【００１４】
外容器内に配置された一対の電極の内、一方の電極は反射鏡の底部に設けた挿通孔にフリットを介して放電空間内に突出させて封止し、他方の電極は第１の光透過性面板の中央の貫通孔にフリットを介して放電空間内に突出させて封止することにより、ランプ点灯中、反射鏡の光軸にほぼ沿うようにして焦点を含む位置にアークを形成することができる。前記フリットは、製造の際、白金（Ｐｔ）粉を主成分とした圧粉成形法により、丸棒状に成形して使用している。又、反射鏡の開口部にサファィア板を気密に封止するためのフリットおよび該サファィア板に円筒状の保温体を気密に封止するためのフリット並びに該円筒体に第２のサファィア板を気密に封止するためのフリット等は、接着用フリットとして前記と同じ白金を用いている。そして、製造の際、白金粉を主成分とした混合物を塗布して誘導加熱により常温に近い状態に保持しながら、該フリットを溶解し徐冷することにより、封止している。
【００１５】
前記実施例では、フリットとして白金を主成分とした棒状の成形体及び白金を主成分とした混合物について説明したが、他の金属として、ロジウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）あるいはイリジウム（Ｉｒ）を主成分とするフリットを用いても、ほぼ同様な気密封止の効果が確認できた。
【００１６】
又、反射鏡の外面、特に背面側のフランジ部に近いほどヒータ部分を多く配置するようにして、加熱源を位置させて外部から加熱することにより、放電空間内の未蒸発水銀を皆無とすることができる。また、ランプの立上り時間も加熱電流を制御することにより、数十秒以内というように短縮することができる。
なお、加熱源としてセラミックヒータ、シリコンカーバイト等を用いてもよい。
【００１７】
前記実施例では、外容器の容積が１．６ｍｌ、放物面反射鏡の焦点距離ｆが３ｍｍ、最大有効径がφ２２ｍｍ、アーク長が２ｍｍの１５０Ｗのランプについて説明したが、外容器の容積が１．４ｍｌ、放物面反射鏡の焦点距離ｆが２．８ｍｍ、最大有効径がφ２０ｍｍ、アーク長が１ｍｍの１５０Ｗのランプについても本発明に係る効果が認められた。
さらに、外容器の容積が１．２ｍｌ、放物面反射鏡の焦点距離ｆが３．０ｍｍ、最大有効径がφ２０ｍｍ、アーク長が１ｍｍの１５０Ｗのランプについても同様な効果が認められた。
このように、焦点距離ｆが５ｍｍ以下、アーク長が２ｍｍ以下の短アーク化されたランプの場合に有効である。
【００１８】
前記実施例では、偶次関数の内面を有する反射鏡として放物面反射鏡について説明したが、回転楕円面反射鏡、球面、その他の反射面形状との組み合わせ形状よりなる反射鏡でもよい。
また、反射鏡の内面には金属反射膜が被着されているが、タングステン、モリブデン、レニウム、ルテチウム等の高融点金属を使用する方がよい。
これは、外容器としての反射鏡内には水銀が封入されるが、点灯中該水銀と反応してアマルガムを形成することがない、タングステン等の高融点金属が望ましい。そして、一般の金属蒸着法により成膜することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上実施例に基づいて説明したように、本発明は液晶プロジェクタ用光源装置として大きな照度を得るため、凹面状反射鏡の内部に光軸に沿って一対の電極を配置し、該反射鏡の開口部に光透過性面板を配置して気密に密閉した外容器よりなる放電空間を形成し、該外容器内に少なくともバッファガスとしての水銀と、始動補助ガスとしての希ガスを封入すると共に、前記光透過性面板の前面に密閉した保温空間を構成することにより、寿命特性が優れており、焦点距離をより短くすることが可能な小形でかつ高輝度のショートアーク水銀ランプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るショートアーク水銀ランプの一実施例を示す要部側面図である。
【符号の説明】
１      外容器
２      反射鏡
２ａ    挿通孔
３      第１の光透過性面板（サファィア板）
４      フリット
５ａ，５ｂ      電極
６      フリット
７      外部接続端子
１０      保温空間
１１      円筒状保温体
１１ａ    導出孔
１２      第２の光透過性面板（サファィア板）
１２ａ    貫通孔
１３      外部接続端子
【図１】
0004032332.tif 000002