(57)【要約】【課題】  封入水銀量の多いランプとした場合でも、ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し、ランプが不点灯になるという不具合が生じることのない、放電ランプを具えた電磁波励起光源装置を提供すること。【解決手段】  石英ガラスからなり、膨出部とそれに連設された細管部を有する放電容器と、放電容器外部に突出することなく、細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間に臨む、放電空間の中で電界を集中させ強める作用をする、金属材料からなるアンテナ部材を備え、放電容器に水銀または金属ハロゲン化物を封入した放電ランプと、アンテナ部材に電磁波を供給する電磁波供給手段とからなる電磁波励起光源装置において、アンテナ部材が放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部と、先端部に続くアンテナ主部とからなり、アンテナ主部が少なくとも金属箔部を具え、その金属箔部が細管部内で石英ガラスと密着してなる電磁波励起光源装置とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなり、膨出部とそれに連設された細管部を有する放電容器と、
該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が該膨出部の放電空間に臨む、該放電空間の中で電界を集中させ強める作用をする、金属材料からなるアンテナ部材を備え、該放電容器に水銀または金属ハロゲン化物を封入した放電ランプと、
該アンテナ部材に電磁波を供給する電磁波供給手段と
からなる電磁波励起光源装置において、
前記アンテナ部材が、放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部と該先端部に続くアンテナ主部とからなり、
該アンテナ主部が少なくとも金属箔部を具え、その金属箔部が前記細管部内で石英ガラスと密着してなることを特徴とする電磁波励起光源装置。
【請求項２】
前記金属箔部の放電ランプ外端側の輪郭が曲線状になっていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波励起光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁波励起で点灯する光源装置に関し、特に指向性のある放射をする電磁波放射部を備えた電磁波供給手段からの電磁波励起で点灯する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、会議や展示会等でのプレゼンテーションツールとして液晶プロジェクターが使用されている。その液晶プロジェクター用の高輝度光源としては、超高圧水銀ランプが主流として使用されている。しかし、箔シールによって封止された超高圧水銀ランプは封止部の耐圧に限界があることから、高輝度化には近い将来限界が来ることが想定される。
【０００３】
特許文献１には、箔シールがない放電コンセントレータ型の光源装置が提案されている。この方式の放電ランプによると放電コンセントレータが放電空間の中で電界を集中させ、かつ放電空間と異なる異質な部材を外部に導出する封止部を持たないので、放電ランプの破裂耐圧を高くすることができるとされる。
【０００４】
図６に放電コンセントレータ型の光源装置の一例を示す。反射ミラー7を具備した放電ランプ１がマイクロ波共鳴室9内に配置され、マイクロ波源６からのマイクロ波により放電ランプ1内の放電コンセントレータ３、３´に電波共振作用によって電力が供給され、放電空間１Ａ中で放電コンセントレータ３、３´によって電界が集中され、電界が強められて放電コンセントレータ３、３´の２つの先端部３ａ、３´ａ間に高輝度の点光源が現出する。マイクロ波共鳴室9に設けられた開口部８から光が放射される。
【０００５】
この放電コンセントレータ型の光源装置２００において、放電コンセントレータと称される部材３、３´は放電空間内部においてマイクロ波電界を集中させる機能を有するもので、本願発明においては、その放電コンセントレータを、その機能からアンテナ部材と呼称する。
【０００６】
さらに、非特許文献１には、マイクロ波による新しいランプ発光励起方法として、指向性のあるマイクロ波放射をするマイクロ波放射部である「マイクロ波ランチャー」と称する、マイクロ波を放射する同軸状の導波路の先端部分、に無電極ランプや有電極の箔シール型ランプを配置してマイクロ波点灯する光源装置が提案されている。
【０００７】
従来のマイクロ波励起の手法は、マイクロ波を空洞共振器内に閉じ込め、その内部で放電ランプを点灯させる技術が広く知られている。これに対し、マイクロ波ランチャーは、伝搬してきたマイクロ波を放電ランプに対してある方向から指向性もって与え、放電ランプを点灯させる技術である。特に放電ランプ内部にアンテナ部材を設けることで、マイクロ波を直接、放電ランプ内の放電空間に投入できる。マイクロ波ランチャーの構成としては、例えば同軸状に内部導体と外部導体を配置して、その間でマイクロ波を伝播させ、その端面からマイクロ波を放射させる。
【０００８】
この方法によると特許文献１にあるような放電コンセントレータ型の光源装置と比べ、マイクロ波の空洞共振器が不要で、低ワットのマイクロ波で放電ランプを点灯させることができるというメリットがあるとされる。
【特許文献１】特開2001-102005号公報
【非特許文献１】M.Shido et al., Luminous efficacy of compact high-pressure metal-halide microwave discharge lamps，Proc.XXVIIth ICPIG，Eindhoven,the Netherland, 18-22 July(2005) TopicNo.16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、特許文献１のコンセントレータ型ランプをマイクロ波の空洞共振器の不要なコンパクトな装置となる非特許文献１のマイクロ波ランチャー型装置に組み合わせた光源装置を製作し、そして点灯実験によって詳細な検討を行った。図２にコンセントレータ型の放電ランプ１をマイクロ波ランチャー１０に配置した光源装置３００を示す。１３はスタブ同調器、１４は可動プランジャでいずれも整合作用を担う。マイクロ波ランチャー１０は軸状に内部導体１０ａと外部導体１０ｂが配置されその内部導体１０ａと外部導体１０ｂ間にはガラス１０ｃが充填されている。前述したが、本発明においては、放電コンセントレータをアンテナ部材と呼称する。
【００１０】
アンテナ部材３０は金属製であり、そのアンテナ部材３０が石英ガラスからなる細管部５０ｂに支持される構造を持っている。しかし、液晶プロジェクター用に代表される高輝度光源とする場合、水銀量は１５０ｍｇ／ｃｍ３以上の封入量が必要となる。そのときの点灯時の圧力は２０MＰａ以上となる。図中５０ａは膨出部である。
図４は細管部５０ｂを拡大した図であるが、この放電ランプを点灯した場合、アンテナ部材３０の周囲全体に水銀が入り込み、アンテナ部材３０を支持するために焼き込んだガラスとアンテナ部材との界面に存在する微小クラックを起点として、クラックが細管部外方に向かって成長し、ついには放電ランプが不点灯になるという不具合が起きてしまうことが見出された。微小クラックの入る部位は図４において、×印が連続的に付けられた部分となる。
【００１１】
この不具合は、金属ハロゲン化物、例えば臭化インジウムＩｎＢｒを用いた場合でも同様に生じ、可視域の発光を得るために動作圧が２ＭＰａ程度になる条件のランプにおいても同様な不具合が生じることが見出された。
【００１２】
そこで本発明の目的は、封入する水銀量または金属ハロゲン化物の多い放電ランプとした場合でも、放電ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し放電ランプがリークして、放電ランプが不点灯になるという不具合が生じることのない、放電ランプを具えた電磁波励起光源装置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】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は次の構成をとる。
請求項１に記載の発明は、石英ガラスからなり、膨出部とそれに連設された細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が該膨出部の放電空間に臨む、該放電空間の中で電界を集中させ強める作用をする、金属材料からなるアンテナ部材を備え、該放電容器に水銀または金属ハロゲン化物を封入した放電ランプと、該アンテナ部材に電磁波を供給する電磁波供給手段とからなる電磁波励起光源装置において、前記アンテナ部材が、放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部と該先端部に続くアンテナ主部とからなり、該アンテナ主部が少なくとも金属箔部を具え、その金属箔部が前記細管部内で石英ガラスと密着してなることを特徴とする電磁波励起光源装置とする。
【００１４】
請求項２の発明は、前記金属箔部の放電ランプ外端側の輪郭が曲線状になっていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波励起光源装置とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アンテナ主部が少なくとも金属箔部を有し、その金属箔部が前記細管部内でガラスと密着しているため、放電ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し、放電ランプが不点灯になるという不具合が生じることのない、放電ランプを具えた電磁波励起光源装置を提供することができる。
【００１６】
また、その金属箔の外端側の輪郭が曲線状になっていることにより、マイクロ波電界が局所的に強くなることが抑えられ、マイクロ波のエネルギーが金属箔の外端から大気中へ放射されエネルギーが消費されることが抑えられる。換言すれば、ランプの外へマイクロ波エネルギーが漏れることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図３に本発明の一実施形態である光源装置４００のアンテナ部材３０を含む放電ランプの部位の拡大図を示す。光源装置４００の全体は図２で示した光源装置３００と同様であり、放電ランプのみが異なる。すなわち、ここでは、図２の放電ランプ１とは、アンテナ部材３０が異なる放電ランプ６０である。この光源装置３００は非特許文献１にあるような、指向性のある放射をする電磁波放射部である、マイクロ波ランチャー１０を使用したタイプの装置である。
【００１８】
マイクロ波ランチャー１０は内部導体１０ａと外部導体１０ｂが同軸状に配置されている。不図示だが、外部導体１０ｂの外周には放熱のため凹凸がつけられている場合もある。アンテナ部材３０は、放電ランプ６０の放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部３０ａ、３０´ａと、該先端部に続くアンテナ主部３０ｂ、３０´ｂとからなっている。アンテナ主部３０ｂ、３０´ｂは金属箔部を具えており、その金属箔部が細管部内でガラスと気密に密着している。
【００１９】
アンテナ先端部に続くアンテナ主部が金属箔部を具えることで、細管部内に位置するアンテナと石英ガラスとの密着部に生じている微小クラックの存在する領域が小さくなり、微小クラックに入り込む水銀または金属ハロゲン化物の量を抑制できるため、クラックの伝播拡大を抑制できる。
【００２０】
図５には、金属箔部３０ｂ１の外端側の輪郭ｅ１が曲線状になっている状態を示す。このように曲線状になっていることにより、マイクロ波電界が局所的に強くなることが抑えられ、マイクロ波のエネルギーが金属箔の外端から大気中へ放射されエネルギーが消費されることが抑えられる。
【００２１】
また、金属箔部３０ｂ１の幅を細くして、アンテナ先端３０aとほぼ同じ程度にすることが本発明の効果を奏すために一層好ましい。その理由はアンテナ先端部と金属箔部とからなるアンテナ部材を、細管部を構成するガラス管材に挿入する際、金属箔部をアンテナ先端部同等の幅にまで小さくしておくと、ガラス管材の内径を予め細いものとすることができ、アンテナ部材をその周囲からガラス溶融密着するときに、アンテナ部材が上下左右に動く量を最小限度に抑えることができ、またガラス管材を熱収縮させる量が少なくてすむので、短時間でガラス溶融密着を完了することができる。結果としてアンテナ部材の棒状部分をガラスで収縮する部分に発生するクラックが抑えられるのでさらによい。
なお、金属箔８０は放電容器材料が石英ガラスの場合は良好な密着性を得るためにモリブデン製であることが望ましい。
そして、金属箔部の長さは、アンテナ先端部の棒状部分と比べて長くなっている。また、金属箔部は細管部内の放電空間近傍まで存在する形態が好ましい。放電空間近傍とは、直接、金属箔部が放電空間に露出するのではなく、アンテナ部材先端部を構成する棒状部材を支持できる細管部内の石英ガラスの幅を隔てた内側をいう。
【実施例】
【００２２】
図１は本発明に適用される放電ランプ６０であり、図１において、放電ランプ６０の放電容器５０は透明石英ガラス製で、放電容器の内径はφ３．５ｍｍ、放電容器内部の長軸方向の長さが７ｍｍ、肉厚１．５ｍｍである。細管部も透明石英ガラス製でその長さは２０ｍｍである。放電空間内で対向するアンテナ部材間の距離は４ｍｍである。アンテナ部材３０のアンテナ先端部３０ａの棒状部分は直径φ０．３mm、長さ８mmのタングステンを使用し、アンテナ主部である金属箔部３０ｂ１は厚さ２５μｍ、幅２ｍｍ、長さ１０ｍｍのモリブデン箔を使用した。アンテナ先端部３０ａの棒状部分とアンテナ主部である金属箔部３０ｂ１とはスポット溶接で固定される。
発光物質として水銀を２２０ｍｇ／ｃｍ３、バッファーガスとしてアルゴンを１３．３ｋＰａ封入した。
【００２３】
この放電ランプを１０本製作し、図２に示したマイクロ波ランチャーを備えた装置に組み込み、周波数２．４５GHzのマイクロ波電力を固体発振器から出力し、１００Ｗの電力で放電ランプを点灯させた。１０本中、１本も細管部におけるアンテナ部材近傍のガラスの微小クラックからのクラック伝播による放電ランプ破損は生じなかった。すなわち、図１のＮで示した領域には微小クラックが生じているが、アンテナ主部が金属箔部を有し、その金属箔部が細管部内でガラスと密着しているため、放電ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し、放電ランプが不点灯になるという不具合が生じることがない。
【００２４】
比較のために、特許文献１にある金属箔部を有しないアンテナ部材（特許文献１ではコンセントレータ）を備え、アンテナ部材のアンテナ先端部の棒状部分は直径φ０．３mm、長さ８mmのタングステンを使用し、発光物質として水銀を２２０ｍｇ／ｃｍ３、バッファーガスとしてアルゴンを１３．３ｋＰａ封入した放電ランプを１０本製作し、同じく図２の装置に組み込み、周波数２．４５GHzのマイクロ波電力を固体発振器から出力し、１００Ｗの電力で放電ランプを点灯した。その結果、１０本中６本に細管部におけるクラックの伝播による放電ランプ破損が生じた。
【００２５】
なお、本実施例においては、周波数に関してはマイクロ波に限らず例えば１３．５６ＭＨｚの高周波点灯においても、本発明の内容を適用することができる。そして、入力電力に関しては、上記では１００Wの場合を例にあげたが、放電ランプのサイズを適宜選択することで数ｋＷオーダーの電力での点灯も可能となる。
【００２６】
本実施例においては、発光種として水銀の例を示したが、本発明においては金属ハロゲン化物を発光種とする場合も適用可能であり、臭化インジウムＩｎＢｒ、ＩｎＢｒ３、沃化亜鉛ＺｎＩ２、臭化亜鉛ＺｎＢｒ２などがある。
【００２７】
アンテナ部材のアンテナ主部である金属箔部の細管部内の放電空間側の端の位置は、理想的には、放電空間に臨む位置まで金属箔部があることが微小クラックの伝播を抑えるためには望ましいが、放電空間に金属箔部が露出していると、放電空間のプラズマからの熱で金属箔が蒸発してしまうなどの問題が生じるため、放電空間に金属箔部が露出せず、アンテナ部材先端部を細管部のガラスで支持する幅を適宜確保するように金属箔部の放電空間側の端の位置は決められる。その一例を挙げれば、放電容器内径φ３．５ｍｍ、放電容器内部の長軸方向の長さ７ｍｍの放電ランプにおいて、２ｍｍ程度である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に適用される放電ランプの全体図を示す。
【図２】マイクロ波ランチャーを備えた光源装置を示す。
【図３】本発明の一実施形態を示す。
【図４】従来の電磁波励起光源装置に適用された放電ランプにおける微小クラックの位置を示す。
【図５】本発明に係る放電ランプのアンテナ部材の細部を示す。
【図６】従来の放電コンセントレータ型の電磁波励起光源装置の一例を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１  放電ランプ
１Ａ  放電空間
１Ｂ  細管部
３、３´  放電コンセントレータ
３ａ、３´ａ  先端部
６  マイクロ波源
９  マイクロ波共鳴室
１０  マイクロ波ランチャー
１０ａ  内部導体
１０ｂ  外部導体
１０ｃ  ガラス
１１  導波路
１３  スタブ同調器
１４  可動プランジャ
３０、３０´  アンテナ部材
３０ａ、３０´ａ  アンテナ先端部
３０ｂ、３０´ｂ  アンテナ主部
３０ｂ１  金属箔部
３０ｂ２  棒状体部
５０  放電容器
５０ａ  膨出部
５０ｂ、５０´ｂ  細管部
６０  放電ランプ
２００  光源装置
３００  光源装置
４００  光源装置
【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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