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JP3353774B2 - ランプユニット - Google Patents

ランプユニット

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JP3353774B2
JP3353774B2 JP2000075435A JP2000075435A JP3353774B2 JP 3353774 B2 JP3353774 B2 JP 3353774B2 JP 2000075435 A JP2000075435 A JP 2000075435A JP 2000075435 A JP2000075435 A JP 2000075435A JP 3353774 B2 JP3353774 B2 JP 3353774B2
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JP
Japan
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reflecting mirror
lamp
light
arc
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佳生 岡崎
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Ushio Denki KK
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Ushio Denki KK
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Publication date
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
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    • H01J61/12Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/18Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/20Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
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    • H01J61/16Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having helium, argon, neon, krypton, or xenon as the principle constituent
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    • H01J61/86Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、デジタルマイク
ロミラーデバイスを使ったプロジェクタ装置の光源とし
て使用するランプユニットに関する。
【0002】
【従来技術】投射型のプロジェクタ装置は、矩形状のス
クリーンに対して均一に、しかも十分な演色性をもって
画像を照明させることが要求され、このため、光源とし
て、従来は水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタル
ハライドランプが使われていた。また、このようなメタ
ルハライドランプも、最近では、より一層の小型化、点
光源化が進められ、電極間距離の極めて小さいものが実
用化されている。
【0003】このような背景のもと、最近では、メタル
ハライドランプに代わって、今までにない高い水銀蒸気
圧、例えば200バール(約197気圧)以上、を持つラ
ンプが提案されている。これは、水銀蒸気圧をより高く
することで、アークの広がりを抑える(絞り込む)とと
もに、より一層の光出力の向上を図るというものであ
り、例えば、特開平2−148561号、特開平6−5
2830号に開示されている。
【0004】液晶プロジェクタ装置は、これは光源から
の放射光を3色(R、G、B)に分離した後、液晶によ
って各々の光を調整し、その後、3色を合成させてスク
リーン上に投射させるものである。このような液晶プロ
ジェクタ装置は、光源として、上記超高圧水銀ランプと
それを取り囲む反射ミラーが使用され、反射ミラーは液
晶パネルを照射するためパラボラミラーや、楕円ミラー
であっても焦点距離の遠い長楕円のものが一般に採用さ
れている。
【0005】ところが、最近は、液晶に変わってDMD
(デジタルマイクロミラーデバイス)を使ったプロジェ
クタ装置が提案されている。特に、小型プロジェクタの
カテゴリではDMD単板式のものが実用化されている。
これは光源からの放射光を3色(R、G、B)の回転フ
ィルタを介してDMDに照射し、DMDで反射させた光
をスクリーンに向けて映し出すものである。DMDと
は、1画素ごとに小さな鏡を数百万個敷き詰めたもので
あって、一つ一つの鏡の向きを制御することで光の反射
方向を変えるものである。このDMD単板式プロジェク
タ装置(DLP)は、液晶を使ったプロジェクタ装置に
比べてRGBの3色の液晶パネルが不要になるため、プ
ロジェクタ装置の小型化(B5サイズ程度)が可能にな
り、その意味で注目度はきわめて大きい。
【0006】このようなDMDを使ったプロジェクタ装
置は、上記のように装置全体がきわめて小型になるとい
う点が大きな利点であるため、ランプと回転フィルター
との距離も可能な限り小さくすることが求められる。ま
た、DMDに向けてランプからの放射光を絞る関係上、
反射ミラーとしてはパラボラミラーではなく楕円集光ミ
ラーが使用される。つまり、ランプからの放射光を短い
距離において集光させなければならないという制約上、
反射ミラーとして短焦点型の楕円集光鏡が採用されてい
る。また、光源に交流点灯型放電ランプを使った場合
は、ランプ極性の切り換えを回転フィルタやDMDの動
きと同期させなければならず、また、極性の切り替わり
時に発生する放射光の変動を避けるための工夫が装置と
して必要になる。このような理由で、DMDを使ったプ
ロジェクタ装置の光源には、交流点灯型に比べて直流点
灯型の放電ランプを使うことが有利とされている。
【0007】以上のように、DMDを使ったプロジェク
タ装置の光源には、反射ミラーとして短焦点の楕円集光
鏡が用いられること、放電ランプとして直流点灯型の超
高圧ショートアーク水銀ランプが用いられるという条件
が必要となる。
【0008】ところが、このような構成によってランプ
ユニットを形成して場合に新たな問題が発生した。第一
に、回転フィルタに取り込むことができなかったランプ
からの放射光が、当該回転フィルタに反射されてランプ
封止部を照射し、当該封止部を昇温させてしまうという
問題である。前述のように楕円反射鏡が採用されるの
で、楕円の第一焦点に放電ランプのアーク輝点を配置し
て、第二焦点を回転フィルタ上の集光点としている。と
ころが、放電ランプのアークは、現実には数ミリ程度の
幅を有するので、結果として、第二焦点に集光できない
光が生じるからである。特に、DMDを使ったプロジェ
クタ装置は、前記のように短焦点型の楕円集光鏡を使う
ので回転フィルタとランプ封止部との距離が小さくな
り、十分な冷却機構も設けられないという関係上、この
昇温の問題は深刻なものとなる。そして、ランプ封止部
が昇温すると、その内部の金属箔が切れ、酸化溶断する
などの大きな問題を引き起こす。
【0009】第二に、直流点灯型の放電ランプは、陽極
と陰極で発生する熱量が異なり、一般的には熱容量の関
係で陽極の体積を陰極より大きくしている。また、ラン
プの小型化が要請される一方で陽極の体積が大きくなる
と、体積の大きい陽極の根元付近には最冷点領域が発生
しやすくなる。プロジェクタ装置に使用される放電ラン
プは、封入水銀量が0.15mg/mm3以上と極めて
多いため、この最冷点領域に水銀が未蒸発で蓄積してい
まうという特有の問題が発生する。この水銀未蒸発はプ
ロジェクタ用として好ましい発光スペクトルの発生を阻
害するので大きな問題となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、DMDを使ったプロジェクタ装置に適し
たランプユニットを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】0.15mg/mm
上の水銀が封入された直流点灯ショートアーク型放電ラ
ンプと、この放電ランプを覆うとともに当該放電ランプ
の長手軸が概略一致するように光軸を配置した楕円反射
鏡よりなるデジタルマイクロミラーデバイス用のランプ
ユニットにおいて、前記凹面反射鏡は反射鏡頂部からア
ーク輝点までの距離が4〜12mmであり、反射鏡頂部
から放電ランプの集光点までの距離が40〜120mm
であり、前記ショートアーク型放電ランプは、陰極を前
記反射鏡の前面開口側に配置したことを特徴とするラン
プユニット。
【0012】
【発明の実施の形態】図1はDMDを使ったプロジェク
タ装置の概略構成を示す。放電ランプ1と反射鏡2より
ランプユニット3を構成して、放電ランプ1は安定器1
0で点灯制御される。放電ランプ1からの直射光、ある
いは反射鏡2からの反射光が集光されて回転カラーフィ
ルタ4に入射する。このフィルタ4を通過した光はコン
デンサレンズ5を介してDMD6(デジタルマイクロミ
ラーデバイス)に到達する。DMD6は制御回路7によ
る信号を受けて、数百万個のミラーが個々に制御されて
プロジェクタレンズ8に向けて反射する光とそれ以外の
光9に識別される。
【0013】図2は放電ランプ1と反射鏡2よりなるラ
ンプユニット3を示す。放電ランプ1は石英ガラスより
なり、中央に発光部11とその両端に封止部12を有す
る。発光部11の内部には発光空間が形成され、タング
ステンからなる陽極13と陰極14が1.0〜2.0m
m程度の間隙を持って対向配置される。陽極13と陰極
14は封止部12の中でモリブデンからなる金属箔15
に接続され、さらに金属箔15から外部リード16が伸
びる。この外部リード16が図示略ではあるが安定器1
0と電気的に接続される。なお、数値例をあげると、発
光空間の内容積0.1cc、陽極13の発光空間への突
出長6.0mm、陽極13の外径2.0mm、陰極14
の発光空間への突出長4.7mm、外径0.8mmであ
る。そして、定格電圧75V、定格電力150Wで点灯
する。
【0014】発光空間には、発光物質として水銀が封入
され、また、始動用ガスとしてアルゴン、キセノン等の
希ガスが封入される。一例をあげれば、希ガスとして
は、アルゴンが1.3×104Pa封入される。また、
水銀は、0.16mg/mm3封入される。なお、水銀
量は0.15mg/mm3以上が必要とされる。これ
は、水銀の圧力を高くすることで可視光領域(波長30
0〜550nm付近)に連続した発光スペクトルを放射
することができ、演色性に優れたプロジェクタ用の光源
を提供できるからである。また、封入物をして必要に応
じて沃素、臭素等のハロゲンを化合物の形で封入するこ
ともできる。
【0015】反射鏡2は短焦点型の楕円集光鏡であり、
反射鏡頂部からアーク輝点(陽極13と陰極14の中
間)までの距離f1は4〜12mmであり、反射鏡頂部
から放電ランプの集光点、すなわち回転カラーフィルタ
までの距離f2は40〜120mmである。反射鏡2は
ホウケイサンガラスなどを基板にチタニア、シリカ等の
多層蒸着膜を内面にコーティングしたものである。反射
鏡2の前面開口径は、例えば40mmである。
【0016】ここで、本発明は放電ランプの陰極が凹面
反射鏡の前面開口側に位置し、陽極が凹面反射鏡の頂部
側に位置することを特徴とする。この理由は以下のとお
りである。放電ランプのアーク輝点A1は反射鏡の第一
焦点に配置されるので、このアーク輝点A1から放射さ
れる光は良好に第二焦点である回転フィルタ4の集光点
に到達する。しかしながら、アーク輝点A2から放射さ
れる光は第二焦点には到達しないので、この光は回転フ
ィルタ4で反射する。すなわち、放電ランプからの放射
光は、その一部が回転カラーフィルタ4で反射されて当
該放電ランプを再び照射することになる。これは、アー
ク輝点が完全なる点ではなく、現実には電極間で形成さ
れるアーク幅を有することによるからである。そして、
反射された光は封止部12を昇温させることになる。
【0017】ところで、発光管内部の電極はアークやガ
ス対流で高温化するが、この熱は電極から封止部内の金
属箔、外部リードへと伝達させて放熱を行う。前述のよ
うに、陽極は、陰極に比べて発熱量が大きいので、この
発熱が良好に放熱されると当然のことながら陰極側封止
部より陽極側封止部の方が温度が高くなってしまう。そ
こで、この発明では、放熱量の少ない陰極側封止部を上
記カラーフィルタからの反射光を受ける状態とすること
で、封止部の異常な昇温を良好に防止することを特徴と
している。
【0018】さらに、本発明のプロジュクタ光源用の放
電ランプは、発光空間が小さいわりに陽極体積が大きく
なり、発光管の電極軸方向において陽極が占めている長
さが長くなる。このため、陽極の根元近傍において、最
冷点領域が生じてします。そして、この最冷点領域に水
銀が蓄積することで水銀未蒸発を生じ、結果として、プ
ロジェクタ用光源に適した発光スペクトルを放射できな
いという問題を生じる。しかしながら電極の根元近傍の
発光管外表面は、反射ミラーからの輻射熱を受ける。特
に、本発明のランプユニットは小型化されており、ま
た、発光管外表面と反射ミラーとの距離は近接してい
る。本発明では、陽極を反射鏡の根元方向に配置させる
ことで、反射鏡からの輻射熱で陽極根元近傍を温めるこ
とができるので、上記水銀未蒸発の問題を良好に解消す
ることができる。
【0019】以上、説明したようにこの発明のプロジェ
クタ用ランプユニットは、放電ランプの陰極を反射ミラ
ーの前面開口側に位置させたので、ランプユニットの直
前に位置する回転カラーフィルタからの反射光の問題を
最小限に抑えることができ、また、放電ランプの陽極を
反射ミラーの頂部側に位置させるので反射ミラーからの
輻射熱を利用して最冷点領域の発生を防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のDMDを使ったプロジェクタ装置の概
略構成図を示す。
【図2】本発明のランプユニットを示す。
【符号の説明】
1 放電ランプ 2 反射鏡 3 ランプユニット 4 回転カラーフィルタ 6 DMD 11 発光部 12 封止部 13 陽極 14 陰極

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】0.15mg/mm以上の水銀が封入さ
    れた直流点灯ショートアーク型放電ランプと、この放電
    ランプを覆うとともに当該放電ランプの長手軸が概略一
    致するように光軸を配置した楕円反射鏡よりなるデジタ
    ルマイクロミラーデバイス用のランプユニットにおい
    て、 前記凹面反射鏡は反射鏡頂部からアーク輝点までの距離
    が4〜12mmであり、反射鏡頂部から放電ランプの集
    光点までの距離が40〜120mmであり、 前記ショートアーク型放電ランプは、陰極を前記反射鏡
    の前面開口側に配置したことを特徴とするランプユニッ
    ト。
JP2000075435A 2000-03-17 2000-03-17 ランプユニット Expired - Lifetime JP3353774B2 (ja)

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