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JP3623137B2 - Discharge lamp and light source device - Google Patents

Discharge lamp and light source device Download PDF

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JP3623137B2
JP3623137B2 JP32642299A JP32642299A JP3623137B2 JP 3623137 B2 JP3623137 B2 JP 3623137B2 JP 32642299 A JP32642299 A JP 32642299A JP 32642299 A JP32642299 A JP 32642299A JP 3623137 B2 JP3623137 B2 JP 3623137B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプと、放電ランプを用いて照明光を形成する光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプや超高圧水銀ランプに代表される小型の放電ランプは、投写型表示装置等の光源として広く利用されている。このような場合、放電ランプと凹面鏡とを組み合わせて光源装置を構成し、これを投写型表示装置の光源として利用するのが一般的である。
【０００３】
図１７は、従来の放電ランプの構成例を示す。放電ランプ３２１は主として、発光管３０１、封止部３０２、３０３、金属箔３０４、３０５、電極３０６、３０７、外部導線３０８、３０９、放電媒体３１０、３１１、３１２、から構成される。発光管３０１及び封止部３０２、３０３には石英ガラス、電極３０６、３０７にはタングステン、金属箔３０４、３０５にはモリブデン箔、外部導線３０８、３０９にはモリブデンが用いられる。また、放電媒体には、水銀３１０、ハロゲン化金属などの発光金属３１１とアルゴンなどの希ガス３１２が主に用いられる。
【０００４】
外部導線３０８、３０９に所定の電圧を印加することにより、電極３０６、３０７間にアーク放電が発生し、水銀３１０やハロゲン化金属３１１に固有の発光が得られる。アルゴンガス３１２は、始動性を改善するために用いられている。
【０００５】
この種の放電ランプは、電極間距離が極めて短く始動時に大電流が流れるため、電極変形や、電極物質の蒸発による黒化が発生し易く、長寿命化が困難である。これに対して、電極構造の工夫によりランプ寿命を改善した種々の放電ランプが開示されている（例えば、特開平７−１９２６８８、特開平１０−９２３７７）。図１８〜図２０は電極の構成例を示す拡大図である。
【０００６】
図１８は、電極３３０の先端にコイル３３１を設けて放熱性を向上し、先端部の過剰昇温による劣化、変形を抑制した例である。
図１９は、電極３４０の先端に電極３４１軸よりも直径の太い放電部３４２を設けて熱伝導性を高め、先端部の過剰昇温による劣化、変形を抑制した例である。この種の電極は、直流型放電ランプの陽極として用いられる。
【０００７】
図２０は、電極３５０の先端にコイルを太く巻き付けて、この先端部分は電極軸３５１と一体の固まりになるよう放電によって溶融し、電極軸３５１よりも直径の太い放電部３５２を形成し、放電部３５２の後方にコイルを一体的に溶融した放熱部３５３を設けて電極の劣化、変形を抑制した例である。放熱部３５３は、コイルや円筒型の電極部材を用いて構成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８〜図２０に示す電極構造は以下のような問題があった。
図１８の場合、電極３３０とコイル３３１の接触面積が小さいため熱伝導が低く、十分な放熱効果が得られ難い。また、コイル３３１が細すぎる場合にはコイル３３１が溶融、変形してしまう、という問題があった。コイル３３１を太くすればよいが、電極３３０に使用されるタングステンは材質が硬く、コイル３３１を巻き付けるのが困難になる。また、放電のアークスポットが電極先端やコイル端部に移動してしまい、アークが安定し難い、という問題があった。
【０００９】
図１９の場合、太径の放電部３４２を大きくしすぎると、電極３４０が熱電子を放出するのに必要な温度まで上昇し難く、始動性の悪化や立ち消えなどの問題があった。これは、特にランプを交流点灯する場合に大きな問題になるため、このような電極を交流点灯で用いるのは困難であった。
【００１０】
図２０の場合、放電部３５２とコイル３５３が一体的に連続して構成されているため、放電部３５２とコイル３５３との熱伝導が高く、放電部３５２が熱電子放出に必要な温度まで上昇し難くなるため、図１９と同様に始動性の悪化や立ち消えを発生する。これは、特に放電ランプを交流点灯する場合に大きな問題になる。また、この図２０のような電極は、電極軸３５１にコイル３５３を巻回した構成の電極を、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で放電させ、その先端部分を溶融することにより製造される。放電ランプでは、始動性を改善するために電極材料のタングステンにトリウム等のドープ材を添加した電極が用いられることが多い。しかしながら、上述のような製造方法で作製した電極は、先端部分を溶融する際にドープ材が蒸発してしまう、という問題があった。更に、先端部分は溶融により再結晶化が進むため、強度的にも弱く、加工が困難である、という問題があった。
【００１１】
一方、この種の放電ランプを投写型表示装置に使用する場合には、凹面鏡と組み合わせて光源を構成するのが一般的である。図２１ａは、その構成例を示している。図２１ｂは、図２１ａにおけるＡ−Ａの断面図である。凹面鏡３７１はその内表面に反射コーティング３７２が施され、ランプ３６０からの放射光を所定の方向に効率良く反射する。凹面鏡３７１には、ランプ挿入部３７３と導線取り出し穴３７４が設けられている。ランプ３６０は、封止部３６２をランプ挿入部３７３に挿入し、耐熱性の接着剤３７５によって凹面鏡３７１に固定される。また、外部導線３６９には延長導線３７６が接続され、延長導線３７６の他端を導線取り出し穴３７４から凹面鏡３７１の外部に引き出している。外部導線３６８と延長導線３７６との間に所定の電圧を加えることにより、ランプ３６０の発光を得ることができる。
【００１２】
投写型表示装置に使用するランプは、できるだけ小型で、長寿命であることが要望される。しかしながら、図２１ａに示した従来の光源は、以下のような問題があった。
【００１３】
第１に、ランプ３６０の両端に設けられた金属箔３６４、３６５や外部導線３６８、３６９の酸化により断線を招き、ランプ寿命が低下するという問題である。図２１ａに示した光源の場合、図２１ｂのＡ−Ａの拡大断面図に示すように、外部導線３６９と封止部３６３との間には、封止の際、熱応力による歪みが発生し、隙間Ｂが形成される。それ故、外部導線３６９や金属箔３６５の外部導線３６９側の端部は空気と接触しており、ランプ点灯中の極めて高温な条件化では、これらの部分の酸化が促進される。酸化によって断線に至るまでの時間は温度によって変化するが、例えば、金属箔にモリブデンを用いた場合、空気中３５０℃の条件化でおよそ５０００時間程度である。外部導線３６８と封止部３６２についても同様である。
【００１４】
一般に、投写型表示装置に使用される放電ランプは、点灯中の温度が極めて高く、発光管３６１は最大１０００℃近い温度になる。それ故、発光管３６１からの熱伝導や、電極３６６、３６７からの熱伝導により、金属箔３６４、３６５と外部導線３６８、３６９の接続部付近の温度は、数１００度に達する。ファン等により強制的に空冷すれば温度を低下できるが、発光管３６１の温度まで低下させてしまうと、発光金属の蒸発が抑制され、発光効率が著しく低下する。それ故、極めて局部的な冷却が必要であり困難を要する。
【００１５】
この問題を解決するために、従来の放電ランプでは、十分長い金属箔を使用し、熱伝導による温度上昇を小さくして酸化による断線を抑制している。しかしながら、金属箔を長くするあまりランプ全長が長くなり、光源の小型化が困難になる、という問題があった。
【００１６】
第２に、ランプ点灯中は発光金属が蒸発するため、発光管内の圧力は、例えば、メタルハライドランプの場合で数１０気圧、超高圧水銀ランプの場合で数１０ＭＰａ（メガパスカル）と極めて高く、点灯中に発光管が破損し易いという問題があった。
【００１７】
本発明の放電ランプは、主に短アークであっても始動性、アークの安定性、及びランプ寿命を改善することを目的とする。また、本発明の光源装置は、主に投写型表示装置に用いる場合に適した、コンパクトで、信頼性が高く、放電ランプの放射光を効率良く集光することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備え、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足するものである。
【００１９】
本発明の第２の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備え、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端部に嵌め込まれ、前記電極軸の先端側の外径部がテーパ状に形成された円筒状導体を有し、前記円筒状導体の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記円筒状導体における前記電極軸の先端に近い端面の外径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足するものである。
【００２０】
本発明の第３の放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された水銀および希ガスと、を備え、前記水銀の封入量は１５０ｍｇ／ｃｃ以上であり、前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、
φ／Ｌ≦０．６
２０゜≦θ≦６０゜
を満足し、前記電極に交流電圧を印加して点灯させるものである。
【００２１】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、放熱導体は、コイル状であるのが、好ましい。
上記第１又は第３の放電ランプにおいて、電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足すれば、好ましい。
【００２２】
上記第２の放電ランプにおいて、電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、前記円筒状導体の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０
Ｄ３／Ｄ１≦９．０
を満足すれば、好ましい。
【００２３】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、放電媒体は、水銀と希ガスであるのが、好ましい。
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、電極に交流電圧を印加して点灯させるものであるのが、好ましい。
【００２４】
上記第１〜第３のいずれかの放電ランプにおいて、電極に直流電圧を印加して点灯させるとともに、駆動時間や点灯回数に応じて電圧の極性を反転するものであるのが、好ましい。
【００２５】
本発明によれば、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
本発明の第１の光源装置は、上記第１〜第３のいずれかの放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡とを備えるものである。
【００２６】
本発明の第２の光源装置は、上記第１〜第３の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備え、前記凹面鏡は反射光が出射する開口部と、前記開口部の反対側に設けられたランプ挿入部を有し、前記放電ランプは一端を前記ランプ挿入部に挿入するとともに、一対の電極間に形成される発光領域の中心が前記凹面鏡の短い側の焦点とおよそ一致するように配置され、前記発光領域の中心から放射され凹面鏡の有効反射面内に入射する光線が前記放電ランプの電極によって遮光されないことを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照して述べる。
図１ａ、図１ｂは、本発明の放電ランプにおける第１の実施形態を示す構成例である。図１ｂは、図１ａに示す電極部分の拡大断面図である。
【００２８】
１０は発光管、１１、１２は封止部、１３、１４は金属箔、１５、１６は電極、１７、１８は放熱導体としてのコイル、１９、２０は外部導線、２１、２２は放電媒体としての水銀及びアルゴンガス、３１は本発明の放電ランプである。
【００２９】
発光管１０は、外形１５ｍｍ、最大肉厚３ｍｍの透明石英ガラスであり、内部に球形または楕円形の放電空間が形成される。透明石英ガラスは耐熱性に優れ、動作温度が極めて高温となる放電ランプには適した材料である。また、光の透過率が高いという利点もある。他に、サファイアガラス等の高熱伝導率材料を用いることができる。熱伝導率が高いと、発光管１０の温度分布が均一になり、発光特性が安定するとともに、発光管１０の冷却が容易になるという利点がある。
【００３０】
発光管１０の両端には、封止部１１、１２が設けられる。封止部１１、１２は、発光管１０と同様の透明石英ガラスである。封止部１１、１２には、それぞれ幅３．５ｍｍ×長さ１６ｍｍの金属箔１３、１４が封着されている。金属箔１３、１４は、高融点金属のモリブデンを用いている。
【００３１】
電極１５、１６は、一端がそれぞれ金属箔１３、１４に接続され、他端が発光管１０内に２．０ｍｍの距離を隔てて対向配置されている。図１ｂに示すように、電極１５は電極軸１５ａと、それよりも太径で一体的に形成された放電部１５ｂで構成される。電極１５の材料には、純タングステンが用いられている。電極１５は、円柱状の電極材料を削り出すことによって容易に得ることができる。また、モリブデン、カーボン、セラミック等からなる成形型を用いて、所定の形状の電極１５を成形しても良い。電極軸１５ａと放電部１５ｂの外径は、それぞれ１．０ｍｍと３．０ｍｍである。放電部１５ｂの軸芯方向の長さは、１．８ｍｍとしている。放電部１５ｂの後方には、電極軸１５ａを取り巻くようにコイル１７が巻回している。コイル１７は、線径が０．５ｍｍの純タングステンである。コイル１７は、例えば、スポット溶接等により電極軸１５ａに固定すればよい。電極１６についても同様に、電極軸１６ａと、それよりも太径の放電部１６ｂで構成され、放電部１６ｂの後方に電極軸１６ａを取り巻くようにコイル１８が巻回している。
【００３２】
外部導線１９、２０は、一端がそれぞれ金属箔１３、１４に接続され、他端が封止部１１、１２の外部に突出している。外部導線１９、２０には、金属箔１３、１４と同様、モリブデンが用いられる。外部導線１９、２０に所定の電圧を加えることにより、電極１５、１６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀２１の蒸発とともに水銀２１固有の発光を得ることができる。また、希ガスとしてアルゴンガス２２を所定の圧力で封入し、ランプの始動性を改善している。
【００３３】
希ガスには、アルゴンガスの他にキセノンガス等の不活性ガスを用いてもよく、始動性を改善できる。また、上記希ガスとともに、所定量のハロゲンガス、例えば、沃素、臭素、塩素などを封入しておけばよい。これらのハロゲンガスは、電極材料のタングステンと結合してハロゲンサイクルを生じ、点灯中のタングステンの飛散による発光管内壁の黒化を防止するため、ランプの寿命が向上する。
【００３４】
電極１５、１６を用いて放電ランプ３１を構成すれば、アーク放電による発光部が、太径の放電部１５ｂ、１６ｂ間に形成される。放電部１５ｂ、１６ｂは、熱容量が大きく、熱伝導性が良いので、比較的大きな電流が流れた場合であっても電極１５、１６の過剰昇温を抑制する効果がある。これにより、電極１５、１６の変形や電極物質の蒸発が大幅に抑制され、ランプ寿命が改善される。コイル１７、１８は、電極軸１５ａ、１６ａの放熱性を高めて過剰昇温を抑制し、この部分の細りや折れを防止している。また、図１７の電極のようにアークスポットが不安定になることが無く、安定した発光を得ることができる。更に、電極１５、１６とコイル１７、１８とを一体的溶融せず、別体であるので、放電部１５ｂ、１６ｂとコイル１７、１８との熱伝導性は低い。また、放電部１５ｂ、１６ｂの熱容量が大きくなりすぎないように、その形状を適切に設定してあるので、放電部１５ｂ、１６ｂが過剰冷却されることもなく、熱電子の放出が可能な温度まで容易に上昇することができ、図１９、図２０の電極を用いた場合と比べて、始動性が大幅に改善される。
【００３５】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端に一体的に形成された電極軸よりも外径の太い放電部とで構成された電極を用い、放電部の後方に電極軸を取り囲む放熱導体を備えることにより、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００３６】
図２ａ、図２ｂは、本発明の放電ランプにおける第２の実施形態を示す構成例である。尚、図２ｂは、図２ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ５１において、電極４１、４２以外の構成は、図１ａに示したものと同様である。図１ａと異なるのは、電極４１を構成する太径の放電部４１ｂにおいて、先端がテーパ４１ｃ状となっている点である。テーパ４１ｃは、電極軸４１ａに対して４５゜の角度で形成され、放電部４１ｂの先端は直径１．０ｍｍの円形断面になっている。電極４２についても、電極４１と同様に、電極４２ａに対して４５゜の角度でテーパ４２ｃが形成されている。
【００３７】
本実施の形態は、図１ａ，図１ｂの実施例で得られる効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。放電部４１ｂ、４２ｂの先端にテーパ４１ｃ、４２ｃを設けて先端径φを小さくすることにより、電子放射性が高まり、図１ａ，図１ｂに示したものに比べて、更に、始動性が改善される。同時に、ランプが安定状態に達するまでの立ち上がり時間も大幅に改善される。また、熱電子放出は主に放電部４１ｂ、４２ｂの先端から生じるので、テーパ４１ｃ、４２ｃが無い場合と比べてアークの径方向の幅が小さくなり、発光部の輝度が高くなる、という利点がある。また、放電部４１ｂ、４２ｂの先端径φが小さいので、放電部４１ｂ、４２ｂの先端でアークスポットが移動する、いわゆる輝点移動が発生し難くなり、点灯時のアーク安定性が向上する。更に、発光部からの放射光が太径の放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される範囲を小さくできるので、放射光を効率良く利用することが可能になる。さらに、図２０に示した従来電極に比べて先端部の加工がし易く、歩留まりが向上する。
【００３８】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式１）
２０゜≦θ≦６０゜（数式２）
ただし、Ｌは発光管１０内における電極４１、４２の間隔、φは放電部４１ｂ、４２ｂの先端の直径、θはテーパ４１ｃ、４２ｃが電極軸４１ａ、４２ａとなす角、である。
【００３９】
数式１において、φ／Ｌが上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００４０】
数式２において、θが下限値より小さくなると、放電部４１ｂ、４２ｂの先端が細くなりすぎるため、電極４１、４２が劣化し易くなるので好ましくない。また、上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、放電部４１ｂ、４２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００４１】
電極は、図３に示すように放電部の先端が球状となっている電極４５であっても良い。この場合、数式１における放電部４５ｂの先端の直径φは、球の外周４６とテーパ４５ｃとの接点間距離で定義すればよい。
【００４２】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端に一体的に形成され電極軸よりも外径が太くテーパが設けられた放電部と、で構成された電極を用い、放電部の後方に電極軸を取り囲む放熱導体を備えることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性と点灯時の立ち上がり性能に優れ、放射光を効率良く利用でき、短アークであっても寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００４３】
図４ａ、図４ｂは、本発明の放電ランプにおける第３の実施形態を示す構成例である。尚、図４ｂは、図４ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ７１において、電極６１、６２以外の構成は、図１ａに示したものと同様である。図１ａと異なるのは、電極６１が、電極軸６１ａとその先端部に設けられた円筒状導体６１ｂと、で構成されている点である。電極軸６１ａは外径１．０ｍｍの純タングステンである。円筒状導体６１ｂは、外径３．０ｍｍである。円筒状導体６１ｂの軸芯方向の長さは１．８ｍｍで純タングステンであり、電極軸６１ａの先端部に嵌め込まれている。円筒状導体６１ｂは、例えば、スポット溶接等により電極軸６１ａに固定することができる。電極６２についても、電極６１と同様に、その先端部に円筒状導体６２ｂが設けられる。
【００４４】
電極軸６１ａ、６２ａで発生する熱は、円筒状導体６１ｂ、６２ｂを通じて放熱される。円筒状導体６１ｂ、６２ｂは、電極軸６１ａ、６２ａとの接触性がよく、熱伝導性も高いので、最も高温になる電極軸６１ａ、６２ａの先端部が効率よく放熱される。図１ｂに示した電極に比べて先端の太径部を別体で構成しているので、この部分を削り出しで形成する必要が無く、より容易に作製できる、という利点がある。
【００４５】
円筒状導体６１ｂの後方にコイル６５等の放熱導体を配置することによって、電極軸６１ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸６１ａの細りや折れを防止することができる。電極６２についても同様である。
【００４６】
また、図４ａ，図４ｂでは、電極軸６１ａ、６２ａの端面と円筒状導体６１ｂ、６２ｂの端面とが面一になるように配置しているが、電極軸６１ａ、６２ａの先端が円筒状導体６１ｂ、６２の端面から僅かに突き出るように嵌め込んでも良い。
【００４７】
図５に示す電極６６のように、電極軸６６ａの先端から遠い側の内周部に、内側に切り欠かかれたテーパ６７を設けた円筒状導体６６ｂを用いても良い。テーパ６７は、円筒状導体６６ｂの表面積を大きくして放熱性をより高める効果がある。同時に、テーパ６７の角度ηを調整し、電極軸６６ａと円筒状導体６６ｂとの接触面積を適切に設定すれば、始動性をより改善することができる。円筒状導体６６ｂの後方にコイル６５等の放熱導体を設けることもできる。電極６２についても同様である。
【００４８】
更に、図６に示すように、内周部が貫通していない円筒状導体６８ｂを電極軸６８ａの先端部に嵌め込んだ電極６８を用いても同様の効果が得られる。コイル６５等の放熱導体や、図５と同様な内周部のテーパを設けることもできる。
【００４９】
但し、本発明は、図４、図５、図６では、コイル６５等の放熱導体を配置しているが、このコイル６５を設けないものであってもよい。
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端部に嵌め込まれた円筒状導体と、で構成される電極を用いることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性に優れ、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００５０】
図７ａ、図７ｂは、本発明の放電ランプにおける第４の実施形態を示す構成例である。尚、図７ｂは、図７ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ９１において、電極８１、８２以外の構成は、図４ａに示したものと同様である。図４ａと異なるのは、電極８１を構成する円筒状導体８１ｂの先端がテーパ８１ｃ状である点である。テーパ８１ｃは、電極８１の軸線に対して４５゜の角度で形成され、円筒状導体８１ｂの先端の外径は１．０ｍｍで電極軸８１ａの外径と等しくなっている。電極８２についても、電極８１と同様に円柱状導体８２ｂにテーパ８２ｃが形成される。円筒状導体８１ｂの後方にコイル８５等の放熱導体を配置することによって、電極軸８１ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸８１ａの細りや折れを防止することができる。電極８２についても同様である。
【００５１】
但し、本実施の形態は、コイル８５等の放熱導体を配置しているが、このコイル８５を設けないものであってもよい。
本実施の形態は、図４で得られる効果に加えて、始動性や立ち上がり時間がより改善される。同時に、発光部の輝度が高くなる、という利点がある。また、輝点移動が発生し難くなり、点灯時のアーク安定性が向上する。更に、発光部からの放射光が円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される領域が小さいので、放射光を効率良く利用することが可能になる。
【００５２】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式３）
２０゜≦θ≦６０゜（数式４）
ただし、Ｌは発光管１０内における電極８１、８２の間隔、φは円筒状導体８１ｂ、８２ｂにおける電極軸８１ａ、８２ａの先端に近い端面の外径、θはテーパ８１ｃ、８２ｃが電極８１、８２となす角、である。
【００５３】
数式３において、φ／Ｌが上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００５４】
数式４において、θが下限値より小さくなると、円筒状導体８１ｂ、８２ｂの先端が細くなりすぎるため、電極８１、８２が劣化し易くなるので好ましくない。また、上限値より大きくなると、始動性、立ち上がり時間、アーク安定性、に関する上記効果が低減するので好ましくない。また、円筒状導体８１ｂ、８２ｂで遮光される光量が増加するので好ましくない。
【００５５】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸と、電極軸の先端部近傍を取り囲み、電極軸の先端側の外径部がテーパ状である円筒状導体と、で構成される電極を用いることにより、作製が容易で、不安定な放電を誘発することなく、始動性と点灯時の立ち上がり性能に優れ、放射光を効率良く利用でき、短アークであっても、寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００５６】
図８ａ、図８ｂは、本発明の放電ランプにおける第５の実施形態を示す構成例である。尚、図８ｂは、図８ａに示す電極部分の拡大断面図である。
放電ランプ１２１は、交流点灯の超高圧水銀ランプである。超高圧水銀ランプは、小型で、発光部の輝度が高く、投写型表示装置に広く用いられている。一般に、この種のランプは、主に水平点灯で使用される。
【００５７】
発光管１０１は、外径１２ｍｍ、最大肉厚２．５ｍｍの石英ガラスであり、封止部１０２、１０３には幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍのモリブデン箔１０４、１０５が封設されている。モリブデン箔１０４、１０５に接続された純タングステン製の電極１０６、１０７は、発光管１０１内で１．５ｍｍの距離を隔てて対向配置される。発光管１０１内には、１７０ｍｇ／ｃｃの水銀と、２００ｍｂのアルゴンガスと、ごく微量の臭素が封入されている。臭素は、ハロゲンサイクルによって電極１０６、１０７から蒸発したタングステンによる発光管１０１内壁の黒化を抑制し、ランプ１２１の寿命を改善する働きがある。
【００５８】
モリブデン箔１０４、１０５に接続された外部導線１０８、１０９に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、水銀１１０の発光を得ることができる。ランプ１２１の安定時の電力は、２００Ｗに設定している。
【００５９】
電極１０６は、電極軸１０６ａとそれよりも太径の放電部１０６ｂで構成される。電極軸１０６ａの直径は０.５ｍｍである。放電部１０６ｂは、外径１．８ｍｍ、先端の直径０．３ｍｍ、電芯方向の長さ２．５ｍｍ、テーパ角３０゜である。放電部１０６ｂの後方にコイル１１２等の放熱導体を配置することによって、電極軸１０６ａの後方に伝わる熱を効率良く放熱できるので、電極軸１０６ａの細りや折れを防止することができる。電極１０７についても同様の構成である。
【００６０】
但し、本実施の形態は、コイル１１２等の放熱導体を配置しているが、このコイル１１２を設けないものであってもよい。
電極１０６、１０７間の距離は１．５ｍｍと短く、この間には非常に高輝度の発光部が形成される。電極１０６、１０７を用いて放電ランプ１２１を構成すれば、発光部が高輝度で、電極１０６、１０７の発熱が非常に大きい場合であっても、電極劣化が抑制され、ランプを長寿命化できる。また、放電部１０６ｂ、１０６ｂの形状が適切に設定されているので、始動性が良く、立ち上がり時間が早く、点灯時のアーク安定性も良い。更に、発光部からの放射光に対する電極１０６、１０７の遮光領域を小さくできるので、放射光を効率良く利用できる。
【００６１】
図９は、図８に示した放電ランプについて、テーパ１０６ｃ、１０７ｃの角度と、ランプの立ち上がり時間との関係を示したもので、横軸は点灯後の経過時間、縦軸は光出力である。縦軸の光出力は、各ランプの電力安定時の光出力を１．０とした場合の相対値で示している。図１４の従来の電極を用いた場合と比べて、本発明の放電ランプは、立ち上がり時間が大幅に短縮される。テーパ１０６ｃ，１０７ｃの角度が大きいほど、立ち上がり時間は長くなり、テーパ１０６ｃ、１０７ｃの角が２０°〜６０°の範囲において、良好な立ち上がり性能が得られる。
【００６２】
本発明の十分な効果を得るためには、以下の条件式を満足すればよい。
φ／Ｌ≦０．６ （数式５）
２０゜≦θ≦６０゜（数式６）
ただし、Ｌは発光管内における電極の間隔、φは放電部の先端の直径、θはテーパが電極軸となす角、である。
【００６３】
以上のように、本発明の構成によれば、電極軸よりも太径の放電部を有する電極を用いて、その形状を適切に設定することにより、超高圧水銀ランプ等の電極負荷の大きい放電ランプを交流点灯する場合であっても、不安定な放電を誘発することなく、始動性や立ち上がり性能に優れ、光利用効率が高く、短アークであっても寿命の長い放電ランプを実現できる。
【００６４】
なお、上記放電ランプの実施形態１又は２又は５において、電極の間隔を２ｍｍ以下とし、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０ （数式７）
Ｄ３／Ｄ１≦９．０ （数式８）
を満足すれば好ましい。
【００６５】
また、実施形態３又は４において、電極の間隔を２ｍｍ以下とし、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、円筒状導体の電極軸方向の長さをＤ３、とすると、
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０ （数式９）
Ｄ３／Ｄ１≦９．０ （数式１０）
を満足すれば好ましい。
【００６６】
いずれの場合についても、Ｄ１は、電極に流れる電流値に応じておよそ決められるので、放電部の形状を電流値に応じて最適に設定することができ、始動性がより改善される。
【００６７】
また、実施形態１〜４において、放電媒体は水銀と希ガス以外に、例えば、ハロゲン化金属を封入したものであっても良い。
放電ランプは、直流点灯、交流点灯のいずれであっても良い。従来性能と比較する場合は、交流点灯の方が始動性やアーク安定性に関してより大きな効果を得ることができる。また、直流点灯する場合には、点灯時間や点灯回数に応じて入力電圧の極性を反転すればよい。例えば、１００時間点灯毎に極性を反転させれば、電極の劣化が片側の電極に偏ることがないので、発光部の対象性が良くなるとともに、ランプ寿命が向上する。
【００６８】
また、実施形態１〜５において、電極材料のタングステンは、カリウム、シリコン、アルミニウム、等の不純物の含有量がより少ない方が良い。これらの不純物は、臭素等のハロゲンと反応してハロゲンサイクルを阻害するので、ランプ寿命が低下する。また、不純物が多いとタングステンの融点が低下するので電極が劣化しやすくなる。それ故、これらの含有量はそれぞれ１０ｐｐｍ以下であれば好ましい。
【００６９】
電極材料は、純タングステン以外のものを用いても良い。例えば、ランプの始動性を改善するために、タングステンにトリウム等のドープ材を添加したものを用いても良い。
【００７０】
放熱導体は、コイル状であることに限定しない。例えば、電極軸を取り囲む円筒形状の金属導体であっても良く、同様に、電極軸の放熱性を向上することができる。
【００７１】
放熱導体と放電部は、接触又は非接触のいずれであっても良い。電極と放熱導体とが完全に別体のものであれば、良好な始動性能が得られる。
主電極と放熱導体は、異なる材質のものを用いてもよい。例えば、主電極は融点の極めて高い純タングステンとし、放電導体はコイルの形成のし易さを考慮してカリウムなどのドープ材が比較的多く含まれたタングステンとする等、始動性、放熱性、加工性等を考慮して、用途に応じて最適なものを選択すればよい。
【００７２】
放電ランプは対象形状として説明したが、封止部や金属箔の長さが異なるものや、一対の電極がいずれかの方向に偏って配置されたものであっても良い。
図１０は、本発明の光源装置における第１の実施形態を示す構成例である。図１０において１３１はランプ、１３２は凹面鏡、１３３は本発明の光源装置である。
【００７３】
ランプ１３１は、図１ａに示した放電ランプと同一であり、一方の封止部１３４に保持手段である口金１３５が設けられている。この口金１３５は、封止部１３４との隙間に耐熱性接着剤１３６を充填して固定される。口金１３５が設けられた側の封止部１３４は、凹面鏡１３２のランプ挿入部１３７に挿入され、耐熱性接着剤１３６を充填して固定される。口金１３５は熱伝導率の良好な真鍮などが好ましい。また、口金の代わりにセラミックやガラス性の放電ランプ保持部材を用いてもよい。口金１３５を設けることにより、先端の熱容量、表面積が増大し、発光管からの熱伝導による温度上昇が緩和される。それゆえ、金属箔を短くすることが可能で、ランプ全体を短くすることができる。
【００７４】
凹面鏡１３２は、放物面鏡や楕円面鏡が用いられる。凹面鏡１３２の内面には、誘電体多層膜による反射コーティング１３８が形成されており、ランプ１３１の放射する光を高い反射率で所定の方向に反射する。この凹面鏡１３２は、ランプ１３１の発光部に対する立体角が大きいので、集光率を高くできる利点がある。
【００７５】
延長用導線１３９は、一端が外部導線１４０に接続され、他端が凹面鏡１３２の導線取り出し穴１４１から凹面鏡１３２の外部に取り出される。延長用導線１３９と外部導線１４２との間に所定の電圧を加えることによりランプ１３１を始動することができる。
【００７６】
上述のように、ランプ１３１はアークの安定性が良いので、ちらつきが少なく、明るさの安定した照明光束を得ることができる。
ランプとして、図２ａ、図４ａ、図７ａ、図８ａに示した本発明の放電ランプを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７７】
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプと凹面鏡を一体化した光源装置において、本発明の放電ランプを用いることにより、始動性が良く、明るさの安定した照明光束が得られる光源装置を実現できる。
【００７８】
図１１は、本発明の光源装置における第２の実施形態を示す構成例である。図１１において１５１はランプ、１５２は凹面鏡、１５３は前面ガラス、１５４は本発明の光源装置、である。
【００７９】
ランプ１５１は、図２ａに示した放電ランプと同様の構成である。凹面鏡１５２は、楕円面鏡や放物面鏡が用いられる。ランプ１５１は、口金１６２が取り付けられた側をランプ挿入部１６３に挿入し、電極１５５、１５６間に形成される発光部の中心が凹面鏡の第１焦点１５７とおよそ一致するように配置され、耐熱性接着剤１５８で固定される。
【００８０】
前面ガラス１５３は、耐熱性、透光性に優れたパイレックスガラスが用いられ、シリコン系の接着剤１５９で凹面鏡１５２の出射側開口部に固定されている。前面ガラス１５３の入射面には、紫外光を反射し、可視光を透過するコーティング１６０が設けられ、ランプ１５１の放射光で有害な紫外光が、外部に漏れないようにしている。凹面鏡１５２の出射側開口部に前面ガラス１５３を設けることにより、凹面鏡１５２の内部に実質上の密閉空間が形成されるので、ランプ１５１が破損した場合であっても、その破片が外部に飛散することがなく、光源装置１５４の安全性が向上する。
【００８１】
凹面鏡１５２の内面には、誘電体多層膜により形成された反射コーティング１６１が施されている。ここで、ランプ１５１の発光部の中心、具体的には電極１５５、１５６間の中心から放射され、凹面鏡１５２の有効反射面に入射する光の集光範囲をαとする。ランプ１５１は、電極１５５、１５６の先端をテーパ状にしているので、集光範囲α内の放射光が電極１５５、１５６によって遮光されることがない。従って、ランプ１５１の放射光を有効に利用することができ、光利用効率が向上する、という利点がある。
【００８２】
集光範囲αは凹面鏡１５２の形状によって異なるので、電極１５５、１５６のテーパ角θと先端部の直径φが数式１、数式２を満たすように、適切に設定すればよい。
【００８３】
ランプ１５１は、図７ａ、図８ａに示す放電ランプを用いても同様の効果が得られる。その場合、数式３と数式４、又は数式５と数式６を満たすように、電極形状を決めれば良い。
【００８４】
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプと凹面鏡を一体化した光源装置において、本発明の放電ランプを用いることにより、始動性が良く、明るさの安定した照明光束が得られ、光利用効率の高い光源装置を実現できる。
【００８５】
図１２は、本発明の光源装置における第３の実施形態を示す構成例である。図１２において１７０は放電ランプ、１８１は凹面鏡、である。
放電ランプ１７０は、短い金属箔１７３を封設した封止部１７１を凹面鏡１８１の挿入穴１８２に挿入し、凹面鏡１８１の焦点位置１８７とランプ１７０の電極１７５、１７６間の中心がおよそ一致するように位置調整し、接着剤１８５で固定される。接着剤１８５には、スミセラム等の無機質耐熱性接着剤を用いる。
【００８６】
延長導線１８６は、一端を放電ランプ１７０の外部導線１７８に接続し、他端を凹面鏡１８１の導線取り出し穴１８３から外部へ引き出す。導線取り出し穴１８３と延長導線１８６との隙間は、接着剤１８５を充填しておく。
【００８７】
延長導線１８６と外部導線１７７に所定の電圧を加えることにより、電極１７５、１７６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀１７０ａの蒸発とともに水銀１７０ａ固有の発光を得ることができる。
【００８８】
凹面鏡１８１は楕円面であり、第1焦点Ｆ１は１５ｍｍ、第２焦点Ｆ２（図示せず）は１４０ｍｍである。一般に、楕円面は２つの楕円軸（長軸と短軸）を有する。長軸と短軸の長さは、それぞれ以下の式で表すことができる。
長軸の長さ ＝ ｆ１＋ｆ２ （数式１１）
短軸の長さ ＝ ２×（ｆ１×ｆ２）1/2 （数式１２）
第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を含む楕円軸が長軸であり、これに垂直な楕円軸が短軸である。図１２の楕円面鏡の長軸と短軸の長さは、それぞれ１５５ｍｍ、９１．７ｍｍである。楕円面鏡の場合、金属箔１７４を長くしすぎると第２焦点、すなわち集光位置により近くなるため、金属箔１７４の温度は逆に上昇してしまう。それ故、金属箔１７４の長さは、楕円面のランプ挿入部１８２側頂点から、長い金属箔１７４の凹面鏡開口部側の端部までの距離が、楕円面の長軸長さの１／２以下となるように設定している。
【００８９】
凹面鏡１８１の内面は、誘電体多層膜による反射コーティング１８４が施され、放電ランプ１７０の電極１７５、１７６間から放射される光を所定の方向に効率よく反射する。
【００９０】
凹面鏡は楕円面鏡に限らず、放物面鏡などを用いても良いが、楕円面鏡の方がランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。
図１２によれば、放電ランプ１７０の短い金属箔１７３を封設した封止部１７１を凹面鏡１８１の挿入穴１８２に固定するので、挿入穴１８２から後方へのランプ突出量が小さくなり、光源装置を小型化することができる。封止部１７１は、凹面鏡１８１と接触することで十分な熱容量と表面積が得られる。従って、発光管１７０からの熱伝導による温度上昇が抑制でき、短い金属箔１７３を封設しても酸化によって断線することはない。一方、凹面鏡の開口部側の封止部１７２には、金属箔１７３よりも長く、充分な長さの金属箔１７４が封設されているので、酸化によって断線することはない。
【００９１】
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプの短い金属箔を封設した封止部を凹面鏡と固定することにより、信頼性が高く、コンパクトな光源装置が構成できる。
【００９２】
図１３は、本発明の光源装置における第４の実施形態を示す構成例である。図１３において、１９１は透光性の密閉手段としての前面ガラス、１９２は窒素ガスであり、その他の構成は図１２と同一である。
【００９３】
前面ガラス１９１は、耐熱性に優れ、比較的安価なパイレックスガラスであり、シリコン樹脂等の接着剤１９３により凹面鏡１８１の反射光出射側の開口部に固定する。前面ガラス１９１を設けることにより、凹面鏡１８１の内側に密閉空間が形成され、放電ランプ１７０が点灯中に破損した場合であっても、破片が外部に飛散するのを防止できる。
【００９４】
前面ガラス１９１の光線入射側または光線出射側の少なくともいずれか一方の平面に、紫外線と赤外線を取り除くための反射コーティングを施せば良い。これにより、紫外線と赤外線が外部に出射するのを防止できる。また、少なくともいずれか一方の平面に反射防止コーティングを施せば、放電ランプ１７０の放射光を効率よく出射させることができる。
【００９５】
凹面鏡１８１の内側に形成した密閉空間には、窒素ガス１９２を封入する。窒素ガス１９２の封入は、例えば、放電ランプ１７０を固定した後の凹面鏡１８１と前面ガラス１９１の接着作業を、窒素ガス１９２で満たされたグローブボックス内で行えばよい。窒素ガス１９２の代わりに、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。
【００９６】
図１３によれば、凹面鏡１８１の内部に形成される密閉空間内に窒素ガス１９２を充填するので、凹面鏡１８１の開口部側の金属箔１７４の酸化を防止することができる。
【００９７】
凹面鏡１８１は、楕円面鏡や方物面鏡等を用いれば良いが、楕円面鏡はランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡１８１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラス１９１を配置して密閉構造を形成する場合に適している。
【００９８】
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
本実施の形態では、放電ランプとして金属箔の長さが異なるランプを用いた例を示したが、金属箔の長さに関係なく、上記効果を得ることができる。
【００９９】
以上のように、本発明によれば、前面ガラス１９１を用いて凹面鏡１８１の内部に密閉空間を形成し、密閉空間内に窒素ガス１９２などの不活性ガスを封入することにより、金属箔の酸化が防止され、信頼性の高い光源装置が構成できる。
【０１００】
図１４は、本発明の光源装置における第５の実施形態を示す構成例である。図１４において、２０１はアルゴンガスであり、その他の構成は、図１３の実施の形態と同一である。
【０１０１】
図１３の実施の形態と異なる点は、凹面鏡１８１内部の密閉空間に３０気圧のアルゴンガス２０１を封入している点である。一般に、放電ランプは点灯動作時の発光管内圧力が極めて高く、発光管外部との圧力差が極めて大きくなるため、発光管が破損する危険性がある。
【０１０２】
図１４によれば、放電ランプ１７０の点灯動作時の発光管内圧力は１０ＭＰａ（メガパスカル）程度となるが、密閉空間内に３０気圧のアルゴンガス２０１を封入しているので、発光管内部と外部との圧力差が小さくなり、発光管の破損に対する危険性が大幅に緩和される。また、図１３による効果と同様、アルゴンガスは金属箔１７４の酸化を防止するので、金属箔の断線がなくなり、光源装置の信頼性が向上する。
【０１０３】
凹面鏡１８１は、楕円面鏡や方物面鏡等を用いれば良いが、楕円面鏡はランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡１８１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラス１９１を配置して密閉構造を形成する場合に適している。
【０１０４】
アルゴンガスの代わりに、窒素などの不活性ガスを所定の圧力で封入しても良く、同様の効果が得られる。また、空気を所定の圧力で封入した場合であっても、酸化防止効果は無くなるが、発光管の破損に対する危険性は大幅に緩和できる。
【０１０５】
封入する気体の圧力は、１気圧以上で、かつ放電ランプの点灯時における発光管内圧力以下であればよい。
放電ランプ１７０は、封止部１７１に口金等を設けたものであってもよい。
【０１０６】
本実施の形態では、放電ランプとして金属箔の長さが異なるランプを用いた例を示したが、金属箔の長さに関係なく、上記効果を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、前面ガラスを用いて凹面鏡の内部に密閉空間を形成し、密閉空間内に１気圧以上かつ点灯時の発光管内圧力以下の気体を封入することにより、発光管の破裂を抑制し、信頼性の高い光源装置が構成できる。
【０１０７】
図１５は、本発明の光源装置における第６の実施形態を示す構成例である。図１５において２１０は放電ランプ、２２１は凹面鏡、である。
放電ランプ２１０は、交流点灯の超高圧水銀ランプであり、点灯中の動作圧は１０ＭＰａ（メガパスカル）以上である。それ故、破損時のガラス片の飛散防止のために、凹面鏡の開口部に前面ガラスが設けられている。放電ランプ２１０は、短い金属箔２１３を封設した封止部２１１を凹面鏡２２１の挿入穴２２２に挿入し、凹面鏡２２１の第１焦点２２７とランプ２１０の電極２１５、２１６間の中心がおよそ一致するように位置調整し、接着剤２２５で固定される。接着剤２２５には、スミセラム等の無機質耐熱性接着剤を用いる。
【０１０８】
延長導線２２６は、一端を放電ランプ２１０の外部導線２１８に接続し、他端を凹面鏡２２１の導線取り出し穴２２３から外部へ引き出す。導線取り出し穴２２３と延長導線２２６との隙間は、接着剤２２５を充填しておく。
【０１０９】
延長導線２２６と外部導線２１７に所定の電圧を加えることにより、電極２１５、２１６間にアーク放電が発生し、放電媒体である水銀２１０ａの蒸発とともに水銀２１０ａ固有の発光を得ることができる。
凹面鏡は楕円面鏡であり、上述の実施の形態３（図１２）と同様、金属箔２１４の長さは、楕円面のランプ挿入部２２２側頂点から、長い金属箔２１４の凹面鏡開口部側の端部までの距離が、楕円面の長軸長さの１／２以下となるように設定している。
【０１１０】
凹面鏡２２１の内面は、誘電体多層膜による反射コーティング２２４が施され、放電ランプ２１０の電極２１５、２１６間から放射される光を所定の方向に効率よく反射する。
【０１１１】
図１５によれば、放電ランプ２１０の短い金属箔２１３を封設した封止部２１１を凹面鏡２２１の挿入穴２２２に固定するので、挿入穴２２２から後方へのランプ突出量が小さくなり、光源装置を小型化することができる。封止部２１１は、凹面鏡２２１と接続することで十分な熱容量と表面積が得られる。従って、発光管からの熱伝導による温度上昇が抑制でき、短い金属箔２１３を封設しても酸化によって断線することはない。一方、凹面鏡２２１の開口部に前面ガラス２３１を配置すると、前面ガラス２３１を配置しない場合に比べて凹面鏡２２１内部の温度がより高くなるので、金属箔２１４の温度上昇が大きくなるが、凹面鏡の開口部側の封止部２１２には、金属箔２１３よりも充分な長さの金属箔２１４が封設されているので、酸化によって断線することはない。
【０１１２】
凹面鏡２２１は楕円面鏡に限らず、放物面鏡などを用いても良いが、楕円面鏡の方がランプの発光部に対する立体角を大きく取れるので、集光率を高くできる。また、凹面鏡２２１の光軸方向深さを深くできるので、前面ガラスを配置して密閉構造を形成する場合に適している。
本実施の形態のように凹面鏡２２１のランプ挿入部２２２側の金属箔２１３を開口部側の金属箔２１４より短くすることは、光源の小型化を図る上で極めて有効な手段である。
【０１１３】
凹面鏡の内部は、完全密閉である必要はなく、凹面鏡あるいは前面ガラスの一部に放電ランプや凹面鏡を冷却するための通風口を設けてあってもよい。
放電ランプ２１０は、封止部２１１に口金等を設けたものであってもよい。以上のように、本発明の構成によれば、放電ランプの短い金属箔を封設した封止部を凹面鏡と固定することにより、信頼性が高く、コンパクトな光源装置が構成できる。
【０１１４】
図１６は、本発明の投写型表示装置における実施形態を示す構成例である。図１６において、２４０は光源、２４１はＵＶ−ＩＲカットフィルタ、２４２はフィールドレンズ、２４３は液晶パネル、２４４は投写レンズである。
【０１１５】
光源２４０は、図１５に示した光源装置と同一であり、具体的な構成についての説明は省略する。
光源２４０から出射する光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２４１により紫外線と赤外線成分が取り除かれ、フィールドレンズ２４２を透過した後、液晶パネル２４３に入射する。フィールドレンズ２４２は、液晶パネル２４３を照明する光を投写レンズ２４４に集光する。液晶パネル２４３は、映像信号に応じて入射光の透過率を変調し、液晶パネル２４３上に光学像を形成する。液晶パネル２４３を透過した光は、投写レンズ２４４に入射し、投写レンズ２４４は液晶パネル２４３上の光学像をスクリーン（図示せず）上に拡大投影する。
【０１１６】
図１６によれば、光源２４０に図１５に示す光源装置を用いているので、投写型表示装置の信頼性が向上するとともに、装置全体を小型化できる。
本実施の形態では、光源２４０に図１５に示す光源装置を用いた例を示したが、図１０〜図１４のいずれかに示す光源装置を用いても信頼性の向上、装置の小型化といった効果が得られる。特に、図１１の光源装置を用いれば、ランプの放射光をより効率良く集光することができるので、投写型表示装置の高輝度化を図ることができる。
【０１１７】
光源２４０とフィールドレンズ２４２との間に、光源２４０の出射する光を液晶パネル２４３に効率良く、あるいは均一に導くための光学素子、例えば、レンズアレイや偏光変換素子等を配置しても良い。
【０１１８】
また、空間光変調素子として、偏光を利用した透過型の液晶パネルを一枚だけ用いた例を示したが、例えば、透過型の液晶パネルを３枚用いたもの、散乱を利用した液晶パネルや、回折、反射などの変化として映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子を用いてもよい。光源によって照明される光を変調して光学像を形成するものであれば、同様の効果が得られる。
【０１１９】
また、透過型のスクリーンを用いて背面投写の投写型表示装置を構成してもよい。
以上のように、本発明によれば、光源によって液晶パネル等の空間光変調素子を照明し、空間光変調素子上の光学像を投影する投写型表示装置において、光源に本発明の光源装置を用いることにより、コンパクトで明るい投写型表示装置が構成できる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明の放電ランプは、主に短アークであっても始動性、アークの安定性、及びランプ寿命を改善することができる。
【０１２１】
また、本発明の光源装置は、主に投写型表示装置に用いる場合に適した、コンパクトで、信頼性が高く、放電ランプの放射光を効率良く集光することができる。
【０１２２】
また、本発明の光源装置を用いれば、明るく、コンパクトで、信頼性の高い投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第１の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の放電ランプの第２の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第２の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図３】第２の実施形態の他の電極構造の拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の放電ランプの第３の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第３の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図５】第３の実施形態の他の電極構造の拡大図である。
【図６】第３の実施形態の更に他の電極構造の拡大図である。
【図７】（ａ）は、本発明の放電ランプの第４の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第４の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図８】（ａ）は、本発明の放電ランプの第５の実施形態を示す略構成図、（ｂ）は、第５の実施形態の電極構造の拡大図である。
【図９】テーパ角と立ち上がり時間の関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の光源装置の第１の実施形態を示す略構成図である。
【図１１】本発明の光源装置の第２の実施形態を示す略構成図である。
【図１２】本発明の光源装置の第３の実施形態を示す略構成図である。
【図１３】本発明の光源装置の第４の実施形態を示す略構成図である。
【図１４】本発明の光源装置の第５の実施形態を示す略構成図である。
【図１５】本発明の光源装置の第６の実施形態を示す略構成図である。
【図１６】本発明の投写型表示装置の実施形態を示す略構成図である。
【図１７】従来の放電ランプの構成を示す略構成図である。
【図１８】従来の放電ランプの電極構造を示す略構成図である。
【図１９】従来の放電ランプの他の電極構造を示す略構成図である。
【図２０】従来の放電ランプの更に他の電極構造を示す略構成図である。
【図２１】（ａ）は、従来の光源装置の構成を示す略構成図、（ｂ）は、図２１（ａ）の断面Ａの拡大断面図である。
【符号の説明】
１０、１０１、１７０ 発光管
１１、１２、１０２、１０３、１３４、１７１、１７２、２１１、２１２ 封止部
１３、１４、１７３、１７４、２１３、２１４ 金属箔
１５、１６、４１、４２、４５、６１、６２、６６、８１、８２、１０６、１０７、１５５、１５６、１７５、１７６、２１５、２１６ 電極
１５ａ、１６ａ、４１ａ、４２ａ、６１ａ、６２ａ、６６ａ、６８ａ、８１ａ、８２ａ、１０６ａ 電極軸
１５ｂ、１６ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４５ｂ、１０６ｂ 放電部
１７、１８、６５、８５、１１２ 放熱導体
１９、２０、１０８、１４０、１４２、１７７、１７８、２１７、２１８ 外部導体
２１、２２ 放電媒体
３１、５１、７１、９１、１２１、１７０、２１０ 放電ランプ
４１ｃ、４２ｃ、４５ｃ、８１ｃ、８２ｃ、１０６ｃ、１０７ｃ テーパ
６１ｂ、６２ｂ、６６ｂ、６８ｂ、８１ｂ、８２ｂ 円筒状導体
６７ テーパ
１３２、１５２、１８１、２２１ 凹面鏡
１３５、１６２ 保持手段
１３７、１６３、１８２、２２２ ランプ挿入部
１５３、１９１、２３１ 透光性密閉手段
２４３ 空間光変調素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp and a light source device that forms illumination light using the discharge lamp.
[0002]
[Prior art]
Small discharge lamps typified by metal halide lamps and ultra-high pressure mercury lamps are widely used as light sources for projection display devices and the like. In such a case, a light source device is generally configured by combining a discharge lamp and a concave mirror, and this is used as a light source for a projection display device.
[0003]
FIG. 17 shows a configuration example of a conventional discharge lamp. The discharge lamp 321 mainly includes an arc tube 301, sealing portions 302 and 303, metal foils 304 and 305, electrodes 306 and 307, external conductors 308 and 309, and discharge media 310, 311, and 312. Quartz glass is used for the arc tube 301 and the sealing portions 302 and 303, tungsten is used for the electrodes 306 and 307, molybdenum foil is used for the metal foils 304 and 305, and molybdenum is used for the external conductors 308 and 309. As the discharge medium, mercury 310, a light emitting metal 311 such as a metal halide, and a rare gas 312 such as argon are mainly used.
[0004]
Apply a predetermined voltage to the external conductors 308 and 309AdditionAs a result, arc discharge occurs between the electrodes 306 and 307, and light emission specific to the mercury 310 or the metal halide 311 is obtained. Argon gas 312 is used to improve startability.
[0005]
Since this type of discharge lamp has a very short distance between electrodes and a large current flows at the start, blackening due to electrode deformation or evaporation of the electrode material is likely to occur, and it is difficult to extend the life. On the other hand, various discharge lamps whose lamp life is improved by devising the electrode structure have been disclosed (for example, JP-A-7-192688 and JP-A-10-92377). 18 to 20 are enlarged views showing configuration examples of the electrodes.
[0006]
FIG. 18 is an example in which a coil 331 is provided at the tip of the electrode 330 to improve heat dissipation, and deterioration and deformation due to excessive temperature rise at the tip are suppressed.
FIG. 19 shows an example in which a discharge part 342 having a diameter larger than the axis of the electrode 341 is provided at the tip of the electrode 340 to increase thermal conductivity and suppress deterioration and deformation due to excessive temperature rise at the tip. This type of electrode is used as the anode of a direct current discharge lamp.
[0007]
In FIG. 20, a coil is wound thickly around the tip of the electrode 350, and this tip portion is melted by discharge so as to be a solid body with the electrode shaft 351, thereby forming a discharge portion 352 having a diameter larger than that of the electrode shaft 351. This is an example in which deterioration and deformation of the electrode are suppressed by providing a heat dissipating part 353 in which the coil is integrally melted behind the part 352. The heat radiation part 353 is configured using a coil or a cylindrical electrode member.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the electrode structures shown in FIGS. 18 to 20 have the following problems.
In the case of FIG. 18, since the contact area between the electrode 330 and the coil 331 is small, the heat conduction is low, and it is difficult to obtain a sufficient heat dissipation effect. Further, when the coil 331 is too thin, the coil 331 is melted and deformed. The coil 331 may be thickened, but tungsten used for the electrode 330 is hard and difficult to wind the coil 331. In addition, there is a problem that the arc spot of discharge moves to the tip of the electrode or the end of the coil, making it difficult to stabilize the arc.
[0009]
In the case of FIG. 19, if the large-diameter discharge part 342 is made too large, the electrode 340 hardly rises to a temperature necessary for emitting thermoelectrons, and there are problems such as deterioration of startability and disappearance. This is a big problem particularly when the lamp is turned on by alternating current, and it has been difficult to use such an electrode for alternating current lighting.
[0010]
In the case of FIG. 20, since the discharge part 352 and the coil 353 are integrally formed continuously, the heat conduction between the discharge part 352 and the coil 353 is high, and the discharge part 352 rises to a temperature required for thermionic emission. Therefore, the startability deteriorates and disappears as in FIG. This is a big problem especially when the discharge lamp is turned on by alternating current. The electrode as shown in FIG. 20 is obtained by discharging an electrode having a coil 353 wound around an electrode shaft 351 in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, and melting the tip portion thereof. Manufactured. In a discharge lamp, an electrode obtained by adding a doping material such as thorium to tungsten as an electrode material is often used in order to improve startability. However, the electrode produced by the manufacturing method as described above has a problem that the dope material evaporates when the tip portion is melted. Further, since the recrystallization of the tip portion proceeds by melting, there is a problem that the strength is weak and the processing is difficult.
[0011]
On the other hand, when this type of discharge lamp is used in a projection display device, a light source is generally configured in combination with a concave mirror. FIG. 21a shows an example of the configuration. 21b is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 21a. The concave mirror 371 has a reflective coating 372 on its inner surface, and efficiently reflects the emitted light from the lamp 360 in a predetermined direction. The concave mirror 371 is provided with a lamp insertion portion 373 and a lead extraction hole 374. In the lamp 360, the sealing portion 362 is inserted into the lamp insertion portion 373 and is fixed to the concave mirror 371 with a heat-resistant adhesive 375. In addition, an extended conductor 376 is connected to the external conductor 369, and the other end of the extension conductor 376 is drawn out of the concave mirror 371 from the conductor extraction hole 374. By applying a predetermined voltage between the external conductor 368 and the extension conductor 376, the light emission of the lamp 360 can be obtained.
[0012]
A lamp used in a projection display device is required to be as small as possible and have a long life. However, the conventional light source shown in FIG. 21a has the following problems.
[0013]
The first problem is that the metal foils 364 and 365 and the external conductors 368 and 369 provided at both ends of the lamp 360 are disconnected due to oxidation, and the lamp life is shortened. In the case of the light source shown in FIG. 21a, as shown in the enlarged sectional view of AA in FIG. 21b, distortion due to thermal stress occurs between the external conductor 369 and the sealing portion 363 during sealing. A gap B is formed. Therefore, the end portions of the external conductor 369 and the metal foil 365 on the side of the external conductor 369 are in contact with air, and oxidation of these portions is promoted under extremely high temperature conditions during lamp operation. Although the time until disconnection due to oxidation varies depending on the temperature, for example, when molybdenum is used for the metal foil, it is approximately 5000 hours under conditions of 350 ° C. in air. The same applies to the external conductor 368 and the sealing portion 362.
[0014]
Generally, a discharge lamp used in a projection display device has a very high temperature during lighting, and the arc tube 361 has a maximum temperature close to 1000 ° C. Therefore, due to heat conduction from the arc tube 361 and heat conduction from the electrodes 366 and 367, the temperature in the vicinity of the connection between the metal foils 364 and 365 and the external conductors 368 and 369 reaches several hundred degrees. The temperature can be lowered by forcibly cooling with a fan or the like. However, if the temperature is lowered to the temperature of the arc tube 361, evaporation of the luminescent metal is suppressed, and the luminous efficiency is remarkably lowered. Therefore, extremely local cooling is necessary and difficult.
[0015]
In order to solve this problem, the conventional discharge lamp uses a sufficiently long metal foil to reduce the temperature rise due to heat conduction and suppress disconnection due to oxidation. However, there is a problem that the total length of the lamp becomes too long by lengthening the metal foil, making it difficult to reduce the size of the light source.
[0016]
Second, since the luminescent metal evaporates during lamp operation, the pressure in the arc tube is extremely high, for example, several tens of atmospheres for metal halide lamps and several tens of MPa (megapascal) for ultrahigh pressure mercury lamps. There was a problem that the arc tube was easily damaged.
[0017]
The discharge lamp of the present invention aims to improve startability, arc stability, and lamp life even when the arc is short. In addition, the light source device of the present invention is compact, highly reliable, and suitable for use mainly in a projection display device, and efficiently collects the emitted light of a discharge lamp.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
A first discharge lamp of the present invention includes a light emitting tube, a sealing portion formed at both ends of the light emitting tube, and a pair of sealing members that are sealed to the sealing portion and arranged to face each other at a predetermined interval in the light emitting tube. And an electric discharge medium sealed in the arc tube, the electrode comprising an electrode shaft and a discharge portion having an outer diameter larger than that of the electrode shaft integrally formed at the tip of the electrode shaft The discharge part has a tapered tip, and has a heat radiation conductor surrounding the electrode axis behind the discharge part. The distance between the electrodes in the arc tube is L, and the tip of the discharge part is If the diameter is φ and the angle between the taper and the electrode axis is θ,
φ / L ≦ 0.6
20 ° ≦ θ ≦ 60 °
Is satisfied.
[0019]
A second discharge lamp of the present invention includes a light emitting tube, a sealing portion formed at both ends of the light emitting tube, and a pair of sealing members that are sealed to the sealing portion and arranged to face each other at a predetermined interval in the light emitting tube. And an electric discharge medium sealed in the arc tube, the electrode is fitted into an electrode shaft and a tip portion of the electrode shaft, and an outer diameter portion on the tip side of the electrode shaft is tapered. A cylindrical conductor formed, and a heat-dissipating conductor surrounding the electrode shaft behind the cylindrical conductor, the distance between the electrodes in the arc tube being L, and the tip of the electrode shaft in the cylindrical conductor If the outer diameter of the near end face is φ and the angle between the taper and the electrode axis is θ,
φ / L ≦ 0.6
20 ° ≦ θ ≦ 60 °
Is satisfied.
[0020]
A third discharge lamp of the present invention includes a light emitting tube, a sealing portion formed at both ends of the light emitting tube, and a pair of sealing members that are sealed to the sealing portion and arranged to face each other at a predetermined interval in the light emitting tube. And mercury and a rare gas sealed in the arc tube, the amount of mercury enclosed is 150 mg / cc or more, and the electrode is integrated with the electrode shaft and the tip of the electrode shaft. A discharge portion having a larger outer diameter than the formed electrode shaft, the discharge portion having a tapered tip, and a heat-dissipating conductor surrounding the electrode shaft behind the discharge portion, and the light emission When the interval between the electrodes in the tube is L, the diameter of the tip of the discharge part is φ, and the angle between the taper and the electrode axis is θ,
φ / L ≦ 0.6
20 ° ≦ θ ≦ 60 °
Is satisfied, and an alternating voltage is applied to the electrode to light it.
[0021]
In any one of the first to third discharge lamps, the heat dissipating conductor is preferably coiled.
In the first or third discharge lamp, the distance between the electrodes is 2 mm or less, the outer diameter of the electrode shaft is D1, the outer diameter of the discharge portion is D2, and the length of the discharge portion in the electrode axis direction is D3. Then
2.0 ≦ D2 / D1 ≦ 5.0
D3 / D1 ≦ 9.0
Is preferable.
[0022]
In the second discharge lamp, when the distance between the electrodes is 2 mm or less, the outer diameter of the electrode shaft is D1, the outer diameter of the cylindrical conductor is D2, and the length of the cylindrical conductor in the electrode axis direction is D3. ,
2.0 ≦ D2 / D1 ≦ 5.0
D3 / D1 ≦ 9.0
Is preferable.
[0023]
In any one of the first to third discharge lamps, the discharge medium is preferably mercury and a rare gas.
In any one of the first to third discharge lamps, it is preferable that an AC voltage is applied to the electrode to light it.
[0024]
In any one of the first to third discharge lamps, it is preferable that the electrode is lit by applying a DC voltage to the electrode, and the polarity of the voltage is reversed in accordance with the driving time and the number of times of lighting.
[0025]
According to the present invention, it is possible to realize a discharge lamp having excellent startability and a long life even with a short arc.
A first light source device of the present invention includes any one of the first to third discharge lamps and a concave mirror that reflects light emitted from the discharge lamp in a predetermined direction.
[0026]
A second light source device of the present invention includes the first to third discharge lamps and a concave mirror that reflects light emitted from the discharge lamp in a predetermined direction, and the concave mirror emits reflected light. The discharge lamp has an opening and a lamp insertion portion provided on the opposite side of the opening. The discharge lamp has one end inserted into the lamp insertion portion, and the center of a light emitting region formed between a pair of electrodes is It is arranged so as to be approximately coincident with the focal point on the short side of the concave mirror, and the light beam emitted from the center of the light emitting region and entering the effective reflecting surface of the concave mirror is not shielded by the electrode of the discharge lamp. .
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1a and 1b are configuration examples showing a first embodiment of the discharge lamp of the present invention. FIG. 1b is an enlarged cross-sectional view of the electrode portion shown in FIG. 1a.
[0028]
10 is an arc tube, 11 and 12 are sealing parts, 13 and 14 are metal foils, 15 and 16 are electrodes, 17 and 18 are coils as heat dissipation conductors, 19 and 20 are external conductors, and 21 and 22 are discharge media. The mercury and argon gases 31 are the discharge lamp of the present invention.
[0029]
The arc tube 10 is transparent quartz glass having an outer diameter of 15 mm and a maximum thickness of 3 mm, and a spherical or elliptical discharge space is formed therein. Transparent quartz glass has excellent heat resistance and is a suitable material for a discharge lamp having an extremely high operating temperature. There is also an advantage that the light transmittance is high. In addition, a high thermal conductivity material such as sapphire glass can be used. When the thermal conductivity is high, there is an advantage that the temperature distribution of the arc tube 10 becomes uniform, the luminous characteristics are stabilized, and the arc tube 10 can be easily cooled.
[0030]
Sealing portions 11 and 12 are provided at both ends of the arc tube 10. The sealing parts 11 and 12 are transparent quartz glass similar to the arc tube 10. Metal foils 13 and 14 each having a width of 3.5 mm and a length of 16 mm are sealed to the sealing portions 11 and 12, respectively. The metal foils 13 and 14 use refractory metal molybdenum.
[0031]
One end of each of the electrodes 15 and 16 is connected to the metal foils 13 and 14, and the other end is disposed opposite to the arc tube 10 with a distance of 2.0 mm. As shown in FIG. 1b, the electrode 15 includes an electrode shaft 15a and a discharge portion 15b that is integrally formed with a larger diameter than that of the electrode shaft 15a. Pure tungsten is used as the material of the electrode 15. The electrode 15 can be easily obtained by cutting out a cylindrical electrode material. Alternatively, the electrode 15 having a predetermined shape may be formed using a mold made of molybdenum, carbon, ceramic, or the like. The outer diameters of the electrode shaft 15a and the discharge part 15b are 1.0 mm and 3.0 mm, respectively. The length of the discharge part 15b in the axial direction is 1.8 mm. A coil 17 is wound behind the discharge portion 15b so as to surround the electrode shaft 15a. The coil 17 is pure tungsten having a wire diameter of 0.5 mm. For example, the coil 17 may be fixed to the electrode shaft 15a by spot welding or the like. Similarly, the electrode 16 includes an electrode shaft 16a and a discharge portion 16b having a diameter larger than that of the electrode 16, and a coil 18 is wound around the electrode shaft 16a behind the discharge portion 16b.
[0032]
One end of each of the external conductors 19 and 20 is connected to the metal foils 13 and 14, and the other end protrudes outside the sealing portions 11 and 12. As with the metal foils 13 and 14, molybdenum is used for the external conductors 19 and 20. By applying a predetermined voltage to the external conductors 19 and 20, arc discharge is generated between the electrodes 15 and 16, and light emission specific to the mercury 21 can be obtained along with the evaporation of the mercury 21 as a discharge medium. Further, argon gas 22 is sealed as a rare gas at a predetermined pressure to improve the startability of the lamp.
[0033]
As the rare gas, an inert gas such as xenon gas may be used in addition to the argon gas, and the startability can be improved. In addition to the rare gas, a predetermined amount of a halogen gas, such as iodine, bromine, or chlorine, may be enclosed. These halogen gases combine with tungsten as an electrode material to generate a halogen cycle and prevent blackening of the inner wall of the arc tube due to scattering of tungsten during lighting, thereby improving the lamp life.
[0034]
If the discharge lamp 31 is configured using the electrodes 15 and 16, a light emitting portion by arc discharge is formed between the large-diameter discharge portions 15b and 16b. Since the discharge parts 15b and 16b have a large heat capacity and good thermal conductivity, there is an effect of suppressing excessive temperature rise of the electrodes 15 and 16 even when a relatively large current flows. Thereby, the deformation | transformation of the electrodes 15 and 16 and evaporation of an electrode substance are suppressed significantly, and a lamp lifetime is improved. The coils 17 and 18 increase the heat dissipation of the electrode shafts 15a and 16a to suppress excessive temperature rise and prevent the portions from being thinned or broken. In addition, the arc spot does not become unstable unlike the electrode of FIG. 17, and stable light emission can be obtained. Furthermore, since the electrodes 15 and 16 and the coils 17 and 18 are not integrally melted and separated, the thermal conductivity between the discharge portions 15b and 16b and the coils 17 and 18 is low. Moreover, since the shape is appropriately set so that the heat capacity of the discharge parts 15b and 16b does not become too large, the discharge parts 15b and 16b are not cooled excessively and the temperature at which thermionic electrons can be emitted. As compared with the case of using the electrodes shown in FIGS. 19 and 20, the startability is greatly improved.
[0035]
As described above, according to the configuration of the present invention, an electrode composed of an electrode shaft and a discharge portion having a larger outer diameter than the electrode shaft integrally formed at the tip of the electrode shaft is used. By providing a heat dissipating conductor surrounding the electrode shaft on the rear side, a discharge lamp having excellent startability and a long life even with a short arc can be realized.
[0036]
2a and 2b are configuration examples showing a second embodiment of the discharge lamp of the present invention. 2b is an enlarged sectional view of the electrode portion shown in FIG. 2a.
In the discharge lamp 51, the configuration other than the electrodes 41 and 42 is the same as that shown in FIG. The difference from FIG. 1 a is that the tip of the large-diameter discharge part 41 b constituting the electrode 41 has a taper 41 c shape. The taper 41c is formed at an angle of 45 ° with respect to the electrode shaft 41a, and the tip of the discharge part 41b has a circular cross section with a diameter of 1.0 mm. Similarly to the electrode 41, the electrode 42 is also formed with a taper 42c at an angle of 45 ° with respect to the electrode 42a.
[0037]
In addition to the effects obtained in the embodiment of FIGS. 1a and 1b, the present embodiment further provides the following effects. By providing the tips 41c and 42c at the tips of the discharge portions 41b and 42b to reduce the tip diameter φ, the electron emission is enhanced, and the startability is further improved compared to that shown in FIGS. 1a and 1b. . At the same time, the rise time until the lamp reaches a stable state is also greatly improved. Further, since thermionic emission mainly occurs from the tips of the discharge portions 41b and 42b, the arc radial width is reduced and the luminance of the light emitting portion is increased compared to the case without the tapers 41c and 42c. is there. Further, since the tip diameter φ of the discharge portions 41b and 42b is small, the so-called bright spot movement in which the arc spot moves at the tips of the discharge portions 41b and 42b is less likely to occur, and the arc stability during lighting is improved. Furthermore, since the range in which the emitted light from the light emitting part is shielded by the large-diameter discharge parts 41b and 42b can be reduced, the emitted light can be used efficiently. Furthermore, the tip portion is easier to process than the conventional electrode shown in FIG. 20, and the yield is improved.
[0038]
In order to obtain a sufficient effect of the present invention, the following conditional expression may be satisfied.
φ / L ≦ 0.6 (Formula 1)
20 ° ≦ θ ≦ 60 ° (Formula 2)
However, L is the space | interval of the electrodes 41 and 42 in the arc_tube | light_emitting_tube 10, (phi) is the diameter of the front-end | tip of discharge part 41b, 42b, (theta) is the angle | corner which the taper 41c, 42c makes with electrode axis 41a, 42a.
[0039]
In Formula 1, it is not preferable that φ / L is larger than the upper limit value because the above-described effects regarding startability, rise time, and arc stability are reduced. Further, the amount of light shielded by the discharge portions 41b and 42b increases, which is not preferable.
[0040]
In Equation 2, it is not preferable that θ is smaller than the lower limit value because the tips of the discharge portions 41b and 42b become too thin, and the electrodes 41 and 42 are likely to deteriorate. On the other hand, if the value is larger than the upper limit value, the above-described effects relating to startability, rise time, and arc stability are reduced, which is not preferable. Further, the amount of light shielded by the discharge portions 41b and 42b increases, which is not preferable.
[0041]
The electrode may be an electrode 45 whose tip of the discharge part is spherical as shown in FIG. In this case, the diameter φ of the tip of the discharge part 45b in Equation 1 may be defined by the distance between the contact points between the outer periphery 46 of the sphere and the taper 45c.
[0042]
As described above, according to the configuration of the present invention, an electrode composed of an electrode shaft and a discharge portion integrally formed at the tip of the electrode shaft and having a larger outer diameter than the electrode shaft and a taper is provided. Used and equipped with a heat-dissipating conductor that surrounds the electrode axis behind the discharge part, making it easy, without inducing unstable discharge, excellent startability and start-up performance during lighting, and efficient use of synchrotron radiation It is possible to realize a discharge lamp having a long life even with a short arc.
[0043]
4a and 4b are configuration examples showing a third embodiment of the discharge lamp of the present invention. 4b is an enlarged cross-sectional view of the electrode portion shown in FIG. 4a.
The configuration of the discharge lamp 71 other than the electrodes 61 and 62 is the same as that shown in FIG. The difference from FIG. 1a is that the electrode 61 is composed of an electrode shaft 61a and a cylindrical conductor 61b provided at the tip thereof. The electrode shaft 61a is pure tungsten having an outer diameter of 1.0 mm. The cylindrical conductor 61b has an outer diameter of 3.0 mm. The cylindrical conductor 61b has a length in the axial direction of 1.8 mm and is pure tungsten, and is fitted into the tip of the electrode shaft 61a. The cylindrical conductor 61b can be fixed to the electrode shaft 61a by spot welding or the like, for example. As with the electrode 61, the electrode 62 is also provided with a cylindrical conductor 62b at the tip.
[0044]
Heat generated in the electrode shafts 61a and 62a is radiated through the cylindrical conductors 61b and 62b. Since the cylindrical conductors 61b and 62b have good contact properties with the electrode shafts 61a and 62a and high thermal conductivity, the tips of the electrode shafts 61a and 62a having the highest temperature are efficiently radiated. Compared to the electrode shown in FIG. 1b, the large-diameter portion at the tip is formed as a separate body, so there is an advantage that this portion does not need to be cut out and can be manufactured more easily.
[0045]
By disposing a heat dissipating conductor such as the coil 65 behind the cylindrical conductor 61b, heat transmitted to the back of the electrode shaft 61a can be efficiently dissipated, so that the electrode shaft 61a can be prevented from being thinned or broken. The same applies to the electrode 62.
[0046]
4a and 4b, the end surfaces of the electrode shafts 61a and 62a and the end surfaces of the cylindrical conductors 61b and 62b are arranged to be flush with each other. However, the ends of the electrode shafts 61a and 62a are cylindrical conductors. You may fit so that it may protrude slightly from the end surface of 61b, 62.
[0047]
As in the electrode 66 shown in FIG. 5, a cylindrical conductor 66b provided with a taper 67 notched inward may be used on the inner peripheral portion on the side far from the tip of the electrode shaft 66a. The taper 67 has an effect of increasing the heat dissipation by increasing the surface area of the cylindrical conductor 66b. At the same time, if the angle η of the taper 67 is adjusted and the contact area between the electrode shaft 66a and the cylindrical conductor 66b is set appropriately, the startability can be further improved. A heat radiating conductor such as a coil 65 may be provided behind the cylindrical conductor 66b. The same applies to the electrode 62.
[0048]
Furthermore, as shown in FIG. 6, a cylindrical conductor 68b whose inner periphery does not penetrate is fitted into the tip of the electrode shaft 68a.WhatEven if the electrode 68 is used, the same effect can be obtained. A heat-radiating conductor such as the coil 65 or an inner peripheral taper similar to that shown in FIG. 5 can be provided.
[0049]
However, in the present invention, in FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6, the heat radiating conductor such as the coil 65 is arranged, but the coil 65 may not be provided.
As described above, according to the configuration of the present invention, by using an electrode including the electrode shaft and the cylindrical conductor fitted to the tip portion of the electrode shaft, it is easy to manufacture and unstable discharge. Therefore, a long-life discharge lamp can be realized even with a short arc.
[0050]
7a and 7b are configuration examples showing a fourth embodiment of the discharge lamp of the present invention. FIG. 7b is an enlarged cross-sectional view of the electrode portion shown in FIG. 7a.
In the discharge lamp 91, the configuration other than the electrodes 81 and 82 is the same as that shown in FIG. The difference from FIG. 4a is that the tip of the cylindrical conductor 81b constituting the electrode 81 is tapered 81c. The taper 81c is formed at an angle of 45 ° with respect to the axis of the electrode 81, and the outer diameter of the tip of the cylindrical conductor 81b is 1.0 mm, which is equal to the outer diameter of the electrode shaft 81a. Regarding the electrode 82, similarly to the electrode 81, a taper 82 c is formed on the cylindrical conductor 82 b. By disposing a heat dissipating conductor such as the coil 85 behind the cylindrical conductor 81b, heat transmitted to the back of the electrode shaft 81a can be efficiently dissipated, so that the electrode shaft 81a can be prevented from being thinned or broken. The same applies to the electrode 82.
[0051]
However, in the present embodiment, a heat radiating conductor such as the coil 85 is arranged, but the coil 85 may not be provided.
In this embodiment, in addition to the effects obtained in FIG. 4, startability and rise time are further improved. At the same time, there is an advantage that the luminance of the light emitting part is increased. Also, bright spot movement is less likely to occur, and arc stability during lighting is improved. Furthermore, since the area where the radiated light from the light emitting portion is shielded by the cylindrical conductors 81b and 82b is small, the radiated light can be used efficiently.
[0052]
In order to obtain a sufficient effect of the present invention, the following conditional expression may be satisfied.
φ / L ≦ 0.6 (Formula 3)
20 ° ≦ θ ≦ 60 ° (Formula 4)
However, L is the space | interval of the electrodes 81 and 82 in the arc_tube | light_emitting_tube 10, (phi) is the outer diameter of the end surface near the front-end | tip of the electrode shafts 81a and 82a in the cylindrical conductors 81b and 82b, (theta) is taper 81c and 82c. It is a corner.
[0053]
In Expression 3, it is not preferable that φ / L is larger than the upper limit value because the above-described effects on startability, rise time, and arc stability are reduced. Further, the amount of light shielded by the cylindrical conductors 81b and 82b increases, which is not preferable.
[0054]
In Equation 4, it is not preferable that θ is smaller than the lower limit value because the tips of the cylindrical conductors 81b and 82b become too thin, and the electrodes 81 and 82 are likely to deteriorate. On the other hand, if the value is larger than the upper limit value, the above-described effects relating to startability, rise time, and arc stability are reduced, which is not preferable. Further, the amount of light shielded by the cylindrical conductors 81b and 82b increases, which is not preferable.
[0055]
As described above, according to the configuration of the present invention, the electrode configured by the electrode shaft and the cylindrical conductor that surrounds the vicinity of the tip end portion of the electrode shaft and whose outer diameter portion on the tip end side of the electrode shaft is tapered. Is easy to manufacture, does not induce unstable discharge, has excellent startability and start-up performance during lighting, can efficiently use synchrotron radiation, and has a long life even in short arcs A lamp can be realized.
[0056]
8a and 8b are configuration examples showing a fifth embodiment of the discharge lamp of the present invention. FIG. 8b is an enlarged sectional view of the electrode portion shown in FIG. 8a.
The discharge lamp 121 is an AC-lighted ultra-high pressure mercury lamp. The ultra-high pressure mercury lamp is small in size, has a high luminance of the light emitting portion, and is widely used in projection display devices. In general, this type of lamp is mainly used in horizontal lighting.
[0057]
The arc tube 101 is quartz glass having an outer diameter of 12 mm and a maximum wall thickness of 2.5 mm, and molybdenum foils 104 and 105 having a width of 2.5 mm and a length of 20 mm are sealed in the sealing portions 102 and 103. The pure tungsten electrodes 106 and 107 connected to the molybdenum foils 104 and 105 are opposed to each other with a distance of 1.5 mm in the arc tube 101. In the arc tube 101, 170 mg / cc mercury, 200 mb argon gas, and a very small amount of bromine are sealed. Bromine has the function of suppressing the blackening of the inner wall of the arc tube 101 due to tungsten evaporated from the electrodes 106 and 107 by the halogen cycle and improving the life of the lamp 121.
[0058]
An AC voltage of a predetermined frequency is applied to the external conductors 108 and 109 connected to the molybdenum foils 104 and 105.AdditionBy doing so, light emission of mercury 110 can be obtained. The power when the lamp 121 is stable is set to 200 W.
[0059]
The electrode 106 includes an electrode shaft 106a and a discharge portion 106b having a diameter larger than that of the electrode shaft 106a. The diameter of the electrode shaft 106a is 0.5 mm. The discharge part 106b has an outer diameter of 1.8 mm, a tip diameter of 0.3 mm, a length in the electric core direction of 2.5 mm, and a taper angle of 30 °. By disposing a heat dissipating conductor such as the coil 112 behind the discharge portion 106b, the heat transmitted to the back of the electrode shaft 106a can be efficiently dissipated, so that the electrode shaft 106a can be prevented from being thinned or broken. The electrode 107 has the same configuration.
[0060]
However, in this embodiment, a heat radiating conductor such as the coil 112 is disposed, but the coil 112 may not be provided.
The distance between the electrodes 106 and 107 is as short as 1.5 mm, and a very bright light emitting portion is formed between them. If the discharge lamp 121 is configured using the electrodes 106 and 107, even when the light emitting portion has high luminance and the electrodes 106 and 107 generate a great amount of heat, electrode deterioration can be suppressed and the life of the lamp can be extended. . Further, since the shapes of the discharge portions 106b and 106b are appropriately set, the startability is good, the rise time is fast, and the arc stability at the time of lighting is good. Furthermore, since the light shielding region of the electrodes 106 and 107 with respect to the radiated light from the light emitting unit can be reduced, the radiated light can be used efficiently.
[0061]
FIG. 9 shows the relationship between the angles of the tapers 106c and 107c and the lamp rising time for the discharge lamp shown in FIG. 8, the horizontal axis is the elapsed time after lighting, and the vertical axis is the light output. . The light output on the vertical axis is shown as a relative value when the light output when the power of each lamp is stable is 1.0. Compared with the case where the conventional electrode of FIG. 14 is used, the discharge lamp of the present invention has a significantly shortened rise time. The larger the angles of the tapers 106c and 107c, the longer the rising time, and good rising performance is obtained when the angles of the tapers 106c and 107c are in the range of 20 ° to 60 °.
[0062]
In order to obtain a sufficient effect of the present invention, the following conditional expression may be satisfied.
φ / L ≦ 0.6 (Formula 5)
20 ° ≦ θ ≦ 60 ° (Formula 6)
However, L is the space | interval of the electrode in an arc_tube | light_emitting_tube, (phi) is the diameter of the front-end | tip of a discharge part, (theta) is an angle which a taper makes with an electrode axis.
[0063]
As described above, according to the configuration of the present invention, by using an electrode having a discharge portion having a diameter larger than that of the electrode axis and appropriately setting the shape thereof, discharge with a large electrode load such as an ultrahigh pressure mercury lamp is performed. Even when the lamp is turned on with an alternating current, a discharge lamp with excellent startability and start-up performance, high light utilization efficiency, and long life even with a short arc can be realized without inducing unstable discharge.
[0064]
In the first, second, or fifth embodiment of the discharge lamp, the distance between the electrodes is 2 mm or less, the outer diameter of the electrode shaft is D1, the outer diameter of the discharge portion is D2, and the length of the discharge portion in the electrode axis direction. Is D3,
2.0 ≦ D2 / D1 ≦ 5.0 (Formula 7)
D3 / D1 ≦ 9.0 (Formula 8)
Is preferable.
[0065]
In Embodiment 3 or 4, when the electrode spacing is 2 mm or less, the outer diameter of the electrode shaft is D1, the outer diameter of the cylindrical conductor is D2, and the length of the cylindrical conductor in the electrode axis direction is D3,
2.0 ≦ D2 / D1 ≦ 5.0 (Formula 9)
D3 / D1 ≦ 9.0 (Formula 10)
Is preferable.
[0066]
In any case, D1 is approximately determined according to the current value flowing through the electrode, so that the shape of the discharge portion can be optimally set according to the current value, and the startability is further improved.
[0067]
In the first to fourth embodiments, the discharge medium may be, for example, a metal halide sealed in addition to mercury and a rare gas.
The discharge lamp may be either DC lighting or AC lighting. When compared with the conventional performance, AC lighting can obtain a greater effect with respect to startability and arc stability. In the case of direct current lighting, the polarity of the input voltage may be reversed depending on the lighting time and the number of lighting times. For example, if the polarity is reversed every 100 hours of lighting, the deterioration of the electrode is not biased to the electrode on one side, so that the objectivity of the light emitting part is improved and the lamp life is improved.
[0068]
In the first to fifth embodiments, the electrode material tungsten should have a smaller content of impurities such as potassium, silicon, and aluminum. Since these impurities react with halogens such as bromine to inhibit the halogen cycle, the lamp life is reduced. Further, when there are many impurities, the melting point of tungsten is lowered, so that the electrode is likely to be deteriorated. Therefore, these contents are each preferably 10 ppm or less.
[0069]
An electrode material other than pure tungsten may be used. For example, in order to improve the startability of the lamp, a material obtained by adding a doping material such as thorium to tungsten may be used.
[0070]
The heat dissipating conductor is not limited to a coil shape. For example, it may be a cylindrical metal conductor surrounding the electrode shaft, and similarly, the heat dissipation of the electrode shaft can be improved.
[0071]
The heat dissipating conductor and the discharge part may be either in contact or non-contact. If the electrode and the heat dissipating conductor are completely separate, good starting performance can be obtained.
The main electrode and the heat radiating conductor may be made of different materials. For example, the main electrode is made of pure tungsten having a very high melting point, and the discharge conductor is made of tungsten containing a relatively large amount of a doping material such as potassium in consideration of the ease of forming the coil. What is necessary is just to select an optimal thing according to a use in consideration of workability etc.
[0072]
Although the discharge lamp has been described as a target shape, the length of the sealing portion and the metal foil may be different, or a pair of electrodes may be arranged so as to be biased in any direction.
FIG. 10 is a configuration example showing the first embodiment of the light source device of the present invention. In FIG. 10, 131 is a lamp, 132 is a concave mirror, and 133 is a light source device of the present invention.
[0073]
The lamp 131 is the same as the discharge lamp shown in FIG. 1 a, and a base 135 serving as a holding means is provided on one sealing portion 134. The base 135 is fixed by filling a heat-resistant adhesive 136 in a gap with the sealing portion 134. The sealing part 134 on the side where the base 135 is provided is inserted into the lamp insertion part 137 of the concave mirror 132 and is filled and fixed with a heat-resistant adhesive 136. The base 135 is preferably made of brass having good thermal conductivity. Further, a ceramic or glass discharge lamp holding member may be used instead of the base. By providing the base 135, the heat capacity and surface area of the tip increase, and the temperature rise due to heat conduction from the arc tube is mitigated. Therefore, the metal foil can be shortened, and the entire lamp can be shortened.
[0074]
The concave mirror 132 is a parabolic mirror or an elliptical mirror. A reflective coating 138 made of a dielectric multilayer film is formed on the inner surface of the concave mirror 132, and reflects light emitted from the lamp 131 in a predetermined direction with high reflectivity. Since this concave mirror 132 has a large solid angle with respect to the light emitting part of the lamp 131, there is an advantage that the condensing rate can be increased.
[0075]
One end of the extension conducting wire 139 is connected to the external conducting wire 140, and the other end is taken out of the concave mirror 132 from the conducting wire extraction hole 141 of the concave mirror 132. The lamp 131 can be started by applying a predetermined voltage between the extension lead 139 and the external lead 142.
[0076]
As described above, since the lamp 131 has good arc stability, it is possible to obtain an illumination light beam with little flicker and stable brightness.
Similar effects can be obtained by using the discharge lamp of the present invention shown in FIGS. 2a, 4a, 7a, and 8a as the lamp.
[0077]
As described above, according to the configuration of the present invention, in the light source device in which the discharge lamp and the concave mirror are integrated, by using the discharge lamp of the present invention, an illumination light beam with good startability and stable brightness can be obtained. A light source device can be realized.
[0078]
FIG. 11 is a configuration example showing a second embodiment of the light source device of the present invention. In FIG. 11, 151 is a lamp, 152 is a concave mirror, 153 is a front glass, and 154 is a light source device of the present invention.
[0079]
The lamp 151 has the same configuration as the discharge lamp shown in FIG. The concave mirror 152 is an ellipsoidal mirror or a parabolic mirror. The lamp 151 is inserted into the lamp insertion portion 163 on the side where the base 162 is attached, and the center of the light emitting portion formed between the electrodes 155 and 156 is disposed so as to substantially coincide with the first focal point 157 of the concave mirror. The adhesive 158 is fixed.
[0080]
The front glass 153 is made of pyrex glass having excellent heat resistance and translucency, and is fixed to the exit side opening of the concave mirror 152 with a silicon-based adhesive 159. A coating 160 that reflects ultraviolet light and transmits visible light is provided on the incident surface of the front glass 153 so that harmful ultraviolet light emitted from the lamp 151 does not leak to the outside. By providing the front glass 153 at the exit side opening of the concave mirror 152, a substantially sealed space is formed inside the concave mirror 152, so that even if the lamp 151 is damaged, the fragments are scattered outside. This improves the safety of the light source device 154.
[0081]
A reflective coating 161 formed of a dielectric multilayer film is applied to the inner surface of the concave mirror 152. Here, a collection range of light emitted from the center of the light emitting portion of the lamp 151, specifically, the center between the electrodes 155 and 156 and incident on the effective reflecting surface of the concave mirror 152 is α. In the lamp 151, since the tips of the electrodes 155 and 156 are tapered, the radiated light within the condensing range α is not blocked by the electrodes 155 and 156. Therefore, there is an advantage that the light emitted from the lamp 151 can be used effectively and the light use efficiency is improved.
[0082]
Since the condensing range α varies depending on the shape of the concave mirror 152, the condensing range α may be appropriately set so that the taper angle θ of the electrodes 155 and 156 and the diameter φ of the tip end portion satisfy Expressions 1 and 2.
[0083]
The same effect can be obtained by using the discharge lamp shown in FIGS. 7 a and 8 a as the lamp 151. In that case, the electrode shape may be determined so as to satisfy Equation 3 and Equation 4 or Equation 5 and Equation 6.
[0084]
As described above, according to the configuration of the present invention, in the light source device in which the discharge lamp and the concave mirror are integrated, by using the discharge lamp of the present invention, an illumination light beam with good startability and stable brightness can be obtained. A light source device with high light utilization efficiency can be realized.
[0085]
FIG. 12 is a configuration example showing a third embodiment of the light source device of the present invention. In FIG. 12, 170 is a discharge lamp, and 181 is a concave mirror.
In the discharge lamp 170, the sealing portion 171 in which the short metal foil 173 is sealed is inserted into the insertion hole 182 of the concave mirror 181, so that the center between the focal position 187 of the concave mirror 181 and the electrodes 175 and 176 of the lamp 170 approximately coincide. And fixed with an adhesive 185. As the adhesive 185, an inorganic heat resistant adhesive such as Sumiceram is used.
[0086]
The extended conducting wire 186 has one end connected to the external conducting wire 178 of the discharge lamp 170 and the other end drawn out from the conducting wire extraction hole 183 of the concave mirror 181. The gap between the lead extraction hole 183 and the extension lead 186 is filled with an adhesive 185.
[0087]
By applying a predetermined voltage to the extended conducting wire 186 and the external conducting wire 177, an arc discharge is generated between the electrodes 175 and 176, and emission specific to the mercury 170a can be obtained along with the evaporation of the mercury 170a as a discharge medium.
[0088]
The concave mirror 181 is an ellipsoid, and the first focal point F1 is 15 mm, and the second focal point F2 (not shown) is 140 mm. In general, an elliptical surface has two elliptical axes (long axis and short axis). The lengths of the major axis and the minor axis can be expressed by the following equations, respectively.
Length of major axis = f1 + f2 (Formula 11)
Short axis length = 2 × (f1 × f2)1/2      (Formula 12)
The ellipse axis including the first focus F1 and the second focus F2 is the major axis, and the ellipse axis perpendicular to this is the minor axis. The major axis and minor axis length of the ellipsoidal mirror in FIG. 12 are 155 mm and 91.7 mm, respectively. In the case of an ellipsoidal mirror, if the metal foil 174 is too long, it becomes closer to the second focal point, that is, the condensing position, so that the temperature of the metal foil 174 increases. Therefore, the length of the metal foil 174 is such that the distance from the vertex on the lamp insertion portion 182 side of the elliptical surface to the end of the long metal foil 174 on the concave mirror opening side is ½ of the major axis length of the elliptical surface. The settings are as follows.
[0089]
The inner surface of the concave mirror 181 is provided with a reflective coating 184 made of a dielectric multilayer film, and efficiently reflects light emitted from between the electrodes 175 and 176 of the discharge lamp 170 in a predetermined direction.
[0090]
The concave mirror is not limited to the ellipsoidal mirror, but a parabolic mirror or the like may be used. However, since the ellipsoidal mirror has a larger solid angle with respect to the light emitting part of the lamp, the light collection rate can be increased.
According to FIG. 12, since the sealing portion 171 in which the short metal foil 173 of the discharge lamp 170 is sealed is fixed to the insertion hole 182 of the concave mirror 181, the amount of projection of the lamp from the insertion hole 182 to the rear is reduced, and the light source device Can be miniaturized. The sealing part 171 can obtain a sufficient heat capacity and surface area by contacting the concave mirror 181. Therefore, the temperature rise due to heat conduction from the arc tube 170 can be suppressed, and even if the short metal foil 173 is sealed, it is not disconnected by oxidation. On the other hand, since the metal foil 174 that is longer than the metal foil 173 and has a sufficient length is sealed in the sealing portion 172 on the opening side of the concave mirror, it is not disconnected by oxidation.
[0091]
The discharge lamp 170 may have a sealing part 171 provided with a base or the like.
As described above, according to the configuration of the present invention, a highly reliable and compact light source device can be configured by fixing the sealing portion in which the short metal foil of the discharge lamp is sealed to the concave mirror.
[0092]
FIG. 13 is a configuration example showing a fourth embodiment of the light source device of the present invention. In FIG. 13, 191 is a front glass as a translucent sealing means, 192 is nitrogen gas, and the other configuration is the same as FIG.
[0093]
The front glass 191 is a Pyrex glass that has excellent heat resistance and is relatively inexpensive, and is fixed to the opening on the reflected light emitting side of the concave mirror 181 with an adhesive 193 such as silicon resin. By providing the front glass 191, a sealed space is formed inside the concave mirror 181, and even when the discharge lamp 170 is broken during lighting, it is possible to prevent the fragments from scattering to the outside.
[0094]
A reflective coating for removing ultraviolet rays and infrared rays may be provided on at least one of the light incident side and the light emitting side of the front glass 191. Thereby, it can prevent that an ultraviolet-ray and infrared rays radiate | emit outside. Further, if antireflection coating is applied to at least one of the planes, the emitted light from the discharge lamp 170 can be emitted efficiently.
[0095]
Nitrogen gas 192 is sealed in the sealed space formed inside the concave mirror 181. The nitrogen gas 192 may be sealed by, for example, performing the bonding operation of the concave mirror 181 and the front glass 191 after fixing the discharge lamp 170 in a glove box filled with the nitrogen gas 192. Instead of the nitrogen gas 192, an inert gas such as argon gas may be used.
[0096]
According to FIG. 13, since the sealed space formed inside the concave mirror 181 is filled with the nitrogen gas 192, oxidation of the metal foil 174 on the opening side of the concave mirror 181 can be prevented.
[0097]
The concave mirror 181 may be an ellipsoidal mirror, a rectangular mirror, or the like. However, since the ellipsoidal mirror has a large solid angle with respect to the light emitting part of the lamp, the light collection rate can be increased. Further, since the depth of the concave mirror 181 in the optical axis direction can be increased, it is suitable for forming a sealed structure by disposing the front glass 191.
[0098]
The discharge lamp 170 may have a sealing part 171 provided with a base or the like.
In the present embodiment, an example in which a lamp having a different metal foil length is used as the discharge lamp has been described. However, the above effect can be obtained regardless of the length of the metal foil.
[0099]
As described above, according to the present invention, the front glass 191 is used to form a sealed space inside the concave mirror 181, and the inert gas such as nitrogen gas 192 is sealed in the sealed space, thereby oxidizing the metal foil. Therefore, a highly reliable light source device can be configured.
[0100]
FIG. 14 is a configuration example showing a fifth embodiment of the light source device of the present invention. In FIG. 14, 201 is an argon gas, and other configurations are the same as those of the embodiment of FIG.
[0101]
A difference from the embodiment of FIG. 13 is that an argon gas 201 of 30 atm is enclosed in a sealed space inside the concave mirror 181. In general, the discharge lamp has a very high pressure inside the arc tube during the lighting operation, and the pressure difference from the outside of the arc tube becomes very large.
[0102]
According to FIG. 14, the pressure inside the arc tube during the lighting operation of the discharge lamp 170 is about 10 MPa (megapascal), but since 30 atmospheres of argon gas 201 is sealed in the sealed space, the inside and outside of the arc tube And the risk of the arc tube breakage is greatly reduced. Further, similarly to the effect of FIG. 13, the argon gas prevents the metal foil 174 from being oxidized, so that the metal foil is not disconnected and the reliability of the light source device is improved.
[0103]
The concave mirror 181 may be an ellipsoidal mirror, a rectangular mirror, or the like. However, since the ellipsoidal mirror has a large solid angle with respect to the light emitting part of the lamp, the light collection rate can be increased. Further, since the depth of the concave mirror 181 in the optical axis direction can be increased, it is suitable for forming a sealed structure by disposing the front glass 191.
[0104]
Instead of argon gas, an inert gas such as nitrogen may be sealed at a predetermined pressure, and the same effect can be obtained. Further, even when air is sealed at a predetermined pressure, the effect of preventing oxidation is lost, but the risk of breakage of the arc tube can be greatly reduced.
[0105]
The pressure of the gas to be sealed may be not less than 1 atm and not more than the pressure in the arc tube when the discharge lamp is turned on.
The discharge lamp 170 may have a sealing part 171 provided with a base or the like.
[0106]
In the present embodiment, an example in which a lamp having a different metal foil length is used as the discharge lamp has been described. However, the above effect can be obtained regardless of the length of the metal foil.
As described above, according to the present invention, a sealed space is formed inside the concave mirror using the front glass, and light is emitted by enclosing a gas having a pressure of 1 atm or more and a pressure within the arc tube at the time of lighting in the sealed space. The tube can be prevented from bursting and a highly reliable light source device can be configured.
[0107]
FIG. 15 is a configuration example showing a sixth embodiment of the light source device of the present invention. In FIG. 15, reference numeral 210 denotes a discharge lamp, and 221 denotes a concave mirror.
The discharge lamp 210 is an AC-lighted ultra-high pressure mercury lamp, and the operating pressure during lighting is 10 MPa (megapascal) or more. Therefore, a front glass is provided at the opening of the concave mirror in order to prevent scattering of the glass pieces at the time of breakage. In the discharge lamp 210, the sealing portion 211 in which the short metal foil 213 is sealed is inserted into the insertion hole 222 of the concave mirror 221, and the center between the first focal point 227 of the concave mirror 221 and the electrodes 215 and 216 of the lamp 210 approximately coincides. The position is adjusted in this way, and it is fixed with an adhesive 225. As the adhesive 225, an inorganic heat resistant adhesive such as Sumiceram is used.
[0108]
One end of the extended conductor 226 is connected to the external conductor 218 of the discharge lamp 210, and the other end is drawn out from the conductor extraction hole 223 of the concave mirror 221. The gap between the lead extraction hole 223 and the extension lead 226 is filled with the adhesive 225.
[0109]
By applying a predetermined voltage to the extended conducting wire 226 and the external conducting wire 217, an arc discharge is generated between the electrodes 215 and 216, and light emission specific to the mercury 210a can be obtained along with the evaporation of the mercury 210a as a discharge medium.
The concave mirror is an ellipsoidal mirror, and the length of the metal foil 214 is from the top of the ellipsoidal lamp insertion part 222 side to the concave mirror opening side of the long metal foil 214 as in the third embodiment (FIG. 12). The distance to the end is set to be ½ or less of the major axis length of the ellipsoid.
[0110]
The inner surface of the concave mirror 221 is provided with a reflective coating 224 made of a dielectric multilayer film, and efficiently reflects light emitted from between the electrodes 215 and 216 of the discharge lamp 210 in a predetermined direction.
[0111]
According to FIG. 15, since the sealing portion 211 in which the short metal foil 213 of the discharge lamp 210 is sealed is fixed to the insertion hole 222 of the concave mirror 221, the amount of protrusion of the lamp from the insertion hole 222 to the rear is reduced, and the light source device Can be miniaturized. A sufficient heat capacity and surface area can be obtained by connecting the sealing portion 211 to the concave mirror 221. Therefore, the temperature rise due to heat conduction from the arc tube can be suppressed, and even if the short metal foil 213 is sealed, it is not broken by oxidation. On the other hand, when the front glass 231 is disposed at the opening of the concave mirror 221, the temperature inside the concave mirror 221 is higher than when the front glass 231 is not disposed, and thus the temperature rise of the metal foil 214 is increased. Since the metal foil 214 having a length sufficiently longer than the metal foil 213 is sealed in the sealing portion 212 on the part side, it is not disconnected by oxidation.
[0112]
The concave mirror 221 is not limited to an ellipsoidal mirror, and a parabolic mirror or the like may be used. However, since the ellipsoidal mirror has a larger solid angle with respect to the light emitting part of the lamp, the light collection rate can be increased. Further, since the depth of the concave mirror 221 in the optical axis direction can be increased, it is suitable when a front glass is arranged to form a sealed structure.
Making the metal foil 213 on the lamp insertion part 222 side of the concave mirror 221 shorter than the metal foil 214 on the opening side as in the present embodiment is an extremely effective means for reducing the size of the light source.
[0113]
The inside of the concave mirror does not need to be completely sealed, and a vent for cooling the discharge lamp and the concave mirror may be provided in the concave mirror or a part of the front glass.
The discharge lamp 210 may have a sealing part 211 provided with a base or the like. As described above, according to the configuration of the present invention, a highly reliable and compact light source device can be configured by fixing the sealing portion in which the short metal foil of the discharge lamp is sealed to the concave mirror.
[0114]
FIG. 16 is a configuration example showing an embodiment of the projection display device of the present invention. In FIG. 16, 240 is a light source, 241 is a UV-IR cut filter, 242 is a field lens, 243 is a liquid crystal panel, and 244 is a projection lens.
[0115]
The light source 240 is shown in FIG.InThis is the same as the light source device shown, and a description of a specific configuration is omitted.
The light emitted from the light source 240 is removed of ultraviolet and infrared components by the UV-IR cut filter 241, passes through the field lens 242, and then enters the liquid crystal panel 243. The field lens 242 collects the light that illuminates the liquid crystal panel 243 on the projection lens 244. The liquid crystal panel 243 modulates the transmittance of incident light according to the video signal, and forms an optical image on the liquid crystal panel 243. The light transmitted through the liquid crystal panel 243 enters the projection lens 244, and the projection lens 244 enlarges and projects an optical image on the liquid crystal panel 243 on a screen (not shown).
[0116]
According to FIG. 16, since the light source device shown in FIG. 15 is used as the light source 240, the reliability of the projection display device is improved and the entire device can be miniaturized.
In the present embodiment, an example in which the light source device shown in FIG. 15 is used as the light source 240 is shown. However, even if the light source device shown in any of FIGS. 10 to 14 is used, reliability is improved and the device is downsized. An effect is obtained. In particular, if the light source device of FIG. 11 is used, the emitted light of the lamp can be collected more efficiently, so that the brightness of the projection display device can be increased.
[0117]
Between the light source 240 and the field lens 242, an optical element for efficiently or uniformly guiding the light emitted from the light source 240 to the liquid crystal panel 243, for example, a lens array or a polarization conversion element may be disposed.
[0118]
In addition, an example in which only one transmissive liquid crystal panel using polarized light is used as a spatial light modulation element has been shown. For example, a liquid crystal panel using three transmissive liquid crystal panels, a liquid crystal panel using scattering, Alternatively, a spatial light modulator that forms an optical image corresponding to a video signal as a change in diffraction, reflection, or the like may be used. Similar effects can be obtained as long as the light illuminated by the light source is modulated to form an optical image.
[0119]
Further, a rear projection type display apparatus may be configured using a transmission type screen.
As described above, according to the present invention, a light source device of the present invention is used as a light source in a projection display device that illuminates a spatial light modulator such as a liquid crystal panel with a light source and projects an optical image on the spatial light modulator. By using it, a compact and bright projection display device can be constructed.
[0120]
【The invention's effect】
The discharge lamp of the present invention can improve startability, arc stability, and lamp life even when the arc is mainly short.
[0121]
Moreover, the light source device of the present invention is compact and highly reliable, which is suitable mainly for use in a projection display device, and can efficiently collect the emitted light of the discharge lamp.
[0122]
In addition, if the light source device of the present invention is used, a projection display device that is bright, compact, and highly reliable can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a discharge lamp of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of an electrode structure of the first embodiment.
FIG. 2A is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the discharge lamp of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of an electrode structure of the second embodiment.
FIG. 3 is an enlarged view of another electrode structure of the second embodiment.
4A is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the discharge lamp of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged view of the electrode structure of the third embodiment.
FIG. 5 is an enlarged view of another electrode structure of the third embodiment.
FIG. 6 is an enlarged view of still another electrode structure of the third embodiment.
7A is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of a discharge lamp of the present invention, and FIG. 7B is an enlarged view of an electrode structure of the fourth embodiment.
8A is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the discharge lamp of the present invention, and FIG. 8B is an enlarged view of an electrode structure of the fifth embodiment.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the taper angle and the rise time.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a light source device of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the light source device of the present invention.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the light source device of the present invention.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the light source device of the present invention.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of a light source device of the present invention.
FIG. 15 is a schematic block diagram showing a sixth embodiment of the light source device of the present invention.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a projection display apparatus of the present invention.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional discharge lamp.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing an electrode structure of a conventional discharge lamp.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing another electrode structure of a conventional discharge lamp.
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing still another electrode structure of a conventional discharge lamp.
FIG. 21A is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional light source device, and FIG. 21B is an enlarged cross-sectional view of a cross section A of FIG.
[Explanation of symbols]
10, 101, 170 arc tube
11, 12, 102, 103, 134, 171, 172, 211, 212 Sealing part
13, 14, 173, 174, 213, 214 Metal foil
15, 16, 41, 42, 45, 61, 62, 66, 81, 82, 106, 107, 155, 156, 175, 176, 215, 216
15a, 16a, 41a, 42a, 61a, 62a, 66a, 68a, 81a, 82a, 106a Electrode shaft
15b, 16b, 41b, 42b, 45b, 106b Discharge part
17, 18, 65, 85, 112 Heat dissipation conductor
19, 20, 108, 140, 142, 177, 178, 217, 218 Outer conductor
21, 22 Discharge medium
31, 51, 71, 91, 121, 170, 210 Discharge lamp
41c, 42c, 45c, 81c, 82c, 106c, 107c Taper
61b, 62b, 66b, 68b, 81b, 82b Cylindrical conductor
67 Taper
132, 152, 181, 221 Concave mirror
135, 162 holding means
137, 163, 182, 222 Lamp insertion part
153, 191, 231 Translucent sealing means
243 Spatial light modulator

Claims (11)

発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備えた放電ランプであって、An arc tube, a sealing portion formed at both ends of the arc tube, a pair of electrodes sealed in the sealing portion and arranged to face each other at a predetermined interval in the arc tube, and enclosed in the arc tube A discharge lamp comprising:
前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、  The electrode includes an electrode shaft and a discharge portion having an outer diameter larger than the electrode shaft formed integrally with the tip of the electrode shaft, and the discharge portion has a tapered tip, and the discharge Having a heat dissipating conductor surrounding the electrode shaft behind the part,
前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、  When the interval between the electrodes in the arc tube is L, the diameter of the tip of the discharge part is φ, and the angle between the taper and the electrode axis is θ,
φ／Ｌ≦０．６    φ / L ≦ 0.6
２０゜≦θ≦６０゜    20 ° ≦ θ ≦ 60 °
を満足することを特徴とする放電ランプ。A discharge lamp characterized by satisfying 発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された放電媒体と、を備えた放電ランプであって、An arc tube, a sealing portion formed at both ends of the arc tube, a pair of electrodes sealed in the sealing portion and arranged to face each other at a predetermined interval in the arc tube, and enclosed in the arc tube A discharge lamp comprising:
前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端部に嵌め込まれ、前記電極軸の先端側の外周部がテーパ状に形成された円筒状導体を有し、前記円筒状導体の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、  The electrode includes an electrode shaft and a cylindrical conductor that is fitted into a tip portion of the electrode shaft, and an outer peripheral portion on a tip end side of the electrode shaft is formed in a tapered shape, and the electrode is disposed behind the cylindrical conductor. A heat-dissipating conductor surrounding the shaft,
前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記円筒状導体における前記電極軸の先端に近い端面の外径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、  When the interval between the electrodes in the arc tube is L, the outer diameter of the end face of the cylindrical conductor near the tip of the electrode axis is φ, and the angle between the taper and the electrode axis is θ,
φ／Ｌ≦０．６    φ / L ≦ 0.6
２０゜≦θ≦６０゜    20 ° ≦ θ ≦ 60 °
を満足することを特徴とする放電ランプ。A discharge lamp characterized by satisfying 発光管と、前記発光管の両端に形成された封止部と、前記封止部に封着され、前記発光管内に所定の間隔で対向配置された一対の電極と、前記発光管内に封入された水銀および希ガスと、を備えた放電ランプであって、An arc tube, a sealing portion formed at both ends of the arc tube, a pair of electrodes sealed in the sealing portion and arranged to face each other at a predetermined interval in the arc tube, and enclosed in the arc tube A discharge lamp comprising mercury and a noble gas,
前記水銀の封入量は１５０ｍｇ／ｃｃ以上であり、  The amount of mercury enclosed is 150 mg / cc or more,
前記電極は、電極軸と、前記電極軸の先端に一体的に形成された前記電極軸よりも外径の太い放電部と、で構成され、前記放電部は先端がテーパ状であり、前記放電部の後方に前記電極軸を取り囲む放熱導体を有し、  The electrode includes an electrode shaft and a discharge portion having an outer diameter larger than the electrode shaft formed integrally with the tip of the electrode shaft, and the discharge portion has a tapered tip, and the discharge Having a heat dissipating conductor surrounding the electrode shaft behind the part,
前記発光管内における前記電極の間隔をＬ、前記放電部の先端の直径をφ、前記テーパが前記電極軸となす角をθとすると、  When the interval between the electrodes in the arc tube is L, the diameter of the tip of the discharge part is φ, and the angle between the taper and the electrode axis is θ,
φ／Ｌ≦０．６    φ / L ≦ 0.6
２０゜≦θ≦６０゜    20 ° ≦ θ ≦ 60 °
を満足し、前記電極に交流電圧を印加して点灯させることを特徴とする放電ランプ。A discharge lamp characterized by satisfying the above and applying an alternating voltage to the electrode to light it. 放熱導体は、コイル状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。The discharge lamp according to claim 1, wherein the heat dissipating conductor has a coil shape. 電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、放電部の外径をＤ２、前記放電部の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、When the distance between the electrodes is 2 mm or less, the outer diameter of the electrode shaft is D1, the outer diameter of the discharge portion is D2, and the length of the discharge portion in the electrode axis direction is D3.
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０    2.0 ≦ D2 / D1 ≦ 5.0
Ｄ３／Ｄ１≦９．０    D3 / D1 ≦ 9.0
を満足することを特徴とする請求項１又は３記載の放電ランプ。The discharge lamp according to claim 1 or 3, wherein: 電極の間隔が２ｍｍ以下であり、電極軸の外径をＤ１、円筒状導体の外径をＤ２、前記円筒状導体の前記電極軸方向の長さをＤ３とすると、When the distance between the electrodes is 2 mm or less, the outer diameter of the electrode shaft is D1, the outer diameter of the cylindrical conductor is D2, and the length of the cylindrical conductor in the electrode axis direction is D3,
２．０≦Ｄ２／Ｄ１≦５．０    2.0 ≦ D2 / D1 ≦ 5.0
Ｄ３／Ｄ１≦９．０    D3 / D1 ≦ 9.0
を満足することを特徴とする請求項２記載の放電ランプ。The discharge lamp according to claim 2, wherein: 放電媒体は、水銀と希ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずThe discharge medium according to any one of claims 1 to 3, wherein the discharge medium is mercury and a rare gas. れかに記載の放電ランプ。A discharge lamp as described above. 電極に交流電圧を印加して点灯させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。The discharge lamp according to claim 1, wherein an AC voltage is applied to the electrode to light it. 電極に直流電圧を印加して点灯させるとともに、駆動時間や点灯回数に応じて電圧の極性を反転することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ。The discharge lamp according to any one of claims 1 to 3, wherein a DC voltage is applied to the electrode to light it, and the polarity of the voltage is inverted according to the driving time and the number of lighting times. 請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備えることを特徴とする光源装置。A light source device comprising: the discharge lamp according to claim 1; and a concave mirror that reflects light emitted from the discharge lamp in a predetermined direction. 請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプと、前記放電ランプから放射される光を所定の方向に反射する凹面鏡と、を備え、A discharge lamp according to any one of claims 1 to 3, and a concave mirror that reflects light emitted from the discharge lamp in a predetermined direction,
前記凹面鏡は反射光が出射する開口部と、前記開口部の反対側に設けられたランプ挿入部を有し、  The concave mirror has an opening from which reflected light is emitted, and a lamp insertion part provided on the opposite side of the opening,
前記放電ランプは一端を前記ランプ挿入部に挿入するとともに、一対の電極間に形成される発光領域の中心が前記凹面鏡の短い側の焦点とおおよそ一致するように配置され、前記発光領域の中心から放射され凹面鏡の有効反射面内に入射する光線が前記放電ランプの電極によって遮光されないことを特徴とする光源装置。  One end of the discharge lamp is inserted into the lamp insertion portion, and the center of the light emitting region formed between the pair of electrodes is arranged so as to substantially coincide with the focal point on the short side of the concave mirror, and from the center of the light emitting region. A light source device characterized in that a light beam emitted and incident on an effective reflection surface of a concave mirror is not shielded by an electrode of the discharge lamp.
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