JP2005005183A - High-pressure mercury lamp, light source device, and projector - Google Patents

High-pressure mercury lamp, light source device, and projector Download PDF

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俊明 橋爪
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-pressure mercury lamp preventing deformation or explosion of a luminous tube due to use for a long time, and capable of radiating a light flux with excellent color rendering properties, a light source device, and a projector. <P>SOLUTION: The high-pressure mercury lamp 11 is provided with a luminous tube 111 having a discharge space 111A1, a pair of electrodes 112 arranged in the discharge space 111A1 of the luminous tube 111, and an enclosed substance of mercury as well as rare gas sealed in the discharge space 111A1 of the luminous tube 111. It is so constituted that discharge light emission is made between the electrodes 112, and a part of the light flux irradiated from the luminous tube 111 is sent back into the luminous tube 111 by an auxiliary reflecting mirror 13. Mercury as a sealed substance is sealed in the discharge space 111A1 by a sealing amount of 0.15 mg/mm<SP>3</SP>to 0.32 mg/mm<SP>3</SP>at a vapor pressure of 150 bar to 190 bar. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電空間を有する発光管と、この発光管の放電空間に対向配置される一対の電極と、前記発光管の放電空間に封入される水銀および希ガスの封入物とを備え、前記電極間で放電発光が行われ、前記発光管から射出される光束の一部が前記発光管内に戻る戻り光を有する高圧水銀ランプ、光源装置、およびプロジェクタに関する。
【0002】
【背景技術】
従来、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調し光学像を拡大投写するプロジェクタが利用されており、このようなプロジェクタは、パーソナルコンピュータとともに、会議等でのプレゼンテーションに利用される。また、近年、家庭において大画面で映画等を見たいというニーズに応えて、ホームシアター用途にこのようなプロジェクタが利用される。
プロジェクタに用いられる光源としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ等の放電型発光管が用いられている。
このような放電型発光管としては、以下に示すように、演色性の良い光束を射出するランプが提案されている。
例えば、上記ランプとして、タングステンからなる一対の電極を有する発光管に、希ガス、水銀、およびハロゲン化化合物の封入物を封入し、極めて高い水銀蒸気圧(例えば200bar以上)を有する高圧水銀ランプが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、水銀の封入量は、0.2mg/mm以上であり、水銀蒸気圧を高めて可視光領域、特に赤色領域の連続スペクトルを増加させ演色性を改善している。また、発光管の管壁負荷は、1W/mm以上であり、これは、水銀の圧力を高くするために最冷部の温度を高くする必要があるからである。さらに、ハロゲン化化合物を封入する理由については、発光管の管壁の黒化防止である。
【0003】
【特許文献1】
特開平2−148561号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載の高圧水銀ランプは、200bar以上の水銀蒸気圧を有しているので、発光管の内部気圧は高いものとなる。また、この高圧水銀ランプは、点灯時において、発光管の温度が1000℃を超える高温となる。このため、特許文献1に記載の高圧水銀ランプでは、長時間の点灯において発光管の変形または破裂が生じてしまう、という問題がある。
【0005】
本発明の目的は、長時間の使用による発光管の変形または破裂を防止し、かつ、演色性の良い光束を射出できる高圧水銀ランプ、光源装置、およびプロジェクタを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の高圧水銀ランプは、放電空間を有する発光管と、この発光管の放電空間に対向配置される一対の電極と、前記発光管の放電空間に封入される水銀および希ガスの封入物とを備え、前記電極間で放電発光が行われる高圧水銀ランプであって、前記発光管から射出される光束の一部が前記発光管内に戻るように構成され、前記水銀は、0.15mg/mm〜0.32mg/mmの封入量であり、150bar〜190barの蒸気圧で前記放電空間に封入されていることを特徴とする。
ここで、発光管から射出される光束の一部が発光管内に戻るような構成とは、例えば、高圧水銀ランプが用いられる光学装置に発光管から射出される光束の一部を発光管内に戻るように反射する副反射鏡を設ける構成を採用してもよい。また、光学装置に副反射鏡を設ける構成に限らず、高圧水銀ランプが用いられる光学装置を搭載する光学機器に設ける構成を採用してもよく、発光管自体に取り付ける構成を採用してもよい。
【0007】
本発明の高圧水銀ランプは、発光管から射出される光束の一部が発光管内に戻るように構成されたものである。このような構成では、発光管内の封入物(水銀および希ガス)が戻り光のエネルギを吸収し、発光効率が向上し、演色性が改善される。しかしながら、このような高圧水銀ランプでは、エネルギの吸収により、発光管内の温度が高くなりやすく、従来の高圧水銀ランプと同様に、長時間の点灯において発光管の変形または破裂が生じやすい。
本発明では、封入物である水銀の封入量が0.15mg/mm〜0.32mg/mmであり、150bar〜190barの蒸気圧で発光管の放電空間に封入されているので、発光管内の内部気圧を抑えることができ、発光管内の温度が高くなったとしても、長時間の使用による発光管の変形または破裂を回避でき、高圧水銀ランプの長寿命化を図れる。
したがって、演色性の改善を図りつつ、長寿命化を図れるので、本発明の目的を達成できる。
ここで、封入物である水銀の封入量が0.15mg/mmよりも少なく、水銀蒸気圧が150barよりも低い場合には、可視光領域の連続スペクトルが減少してしまうため、戻り光による演色性の改善を相殺し、演色性の改善を良好に実施できない。一方、封入物である水銀の封入量が0.32mg/mmよりも多く、水銀蒸気圧が190barよりも高い場合には、発光管内の内部気圧を抑えることができず、高圧水銀ランプの点灯および戻り光により発光管内の温度が高くなった場合に、発光管の変形または破裂を回避できない。
【0008】
本発明の高圧水銀ランプでは、前記発光管から射出される光束の一部を前記発光管内に戻す副反射鏡を備え、前記副反射鏡は、前記発光管の放電空間の光束射出方向前側略半分以下、1/3以上を覆うように取り付けられていることが好ましい。
本発明によれば、副反射鏡は、高圧水銀ランプ自体に取り付けられているので、高圧水銀ランプが用いられる光源装置またはこの光源装置を搭載する光学機器等に副反射鏡を設ける構成と比較して、光束を捕らえる面積を小さくでき、簡単な構成で効率的に戻り光を発光管内に戻すことができる。
また、副反射鏡は、発光管の放電空間の光束射出方向前側略半分以下、1/3以上を覆うように取り付けられているので、発光管から射出される光束のうち、副反射鏡による戻り光を必要以上に多くすることなく、かつ、副反射鏡による戻り光を必要最低限とし、有効な戻り光を生成できる。
ここで、副反射鏡が発光管の放電空間の光束射出方向前側略半分を超えて該発光管を覆うように取り付けられている場合には、副反射鏡による戻り光が必要以上に多くなり、高圧水銀ランプから適切な光束を射出させることが困難となる。
また、副反射鏡が発光管の放電空間の光束射出方向前側1/3未満で該発光管を覆うように取り付けられている場合には、副反射鏡による戻り光が少なく、発光管内の封入物による戻り光のエネルギ吸収も小さくなり、演色性の改善を適切に図れない。
【0009】
本発明の光源装置では、前記放電空間には、水銀および希ガスの他、塩素、臭素、および沃素のうちのいずれかのハロゲン化化合物が封入されていることが好ましい。
本発明によれば、放電空間には、水銀および希ガスの他、ハロゲン化化合物が封入されているので、ハロゲンサイクルを利用して電極の構成物質が、発光管の放電空間内面に付着することを防止できる。したがって、放電空間内面に付着した構成物質に光束のエネルギが吸収されることがなく、発光管の温度上昇を回避でき、高圧水銀ランプのさらなる長寿命化を図れる。
ここで、ハロゲン化化合物の封入量としては、特に限定されず、発光管の管壁の黒化を良好に防止できる範囲で封入すればよい。
【0010】
本発明の光源装置は、上述した高圧水銀ランプと、この高圧水銀ランプから射出される光束を一定方向に揃えて射出するリフレクタとを備えていることを特徴とする。
ここで、リフレクタとしては、パラボラリフレクタ、楕円リフレクタ等を採用することができ、リフレクタの反射面は、可視光線を反射し、赤外線を透過するいわゆるコールドミラーであるのが好ましい。
本発明によれば、光源装置は、上述した高圧水銀ランプおよびリフレクタを備えているので、上述した高圧水銀ランプと同様の作用・効果を享受できる。
また、光源装置は、長寿命化を図れる高圧水銀ランプを備えているので、高圧水銀ランプの破裂によるランプの飛散を回避するための防爆構造を工夫して設計しなくてもよい。
【0011】
本発明のプロジェクタは、上述した光源装置と、この光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された光束を拡大投写する投写光学装置とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、プロジェクタは、上述した光源装置を備えているので、上述した光源装置と同様の作用・効果を享受できる。
また、プロジェクタは、長寿命化かつ演色性の向上を図れる光源装置を備えているので、常に安定でありかつ、鮮明な画像を長期間投写できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。
プロジェクタ1は、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーン上に拡大投写する光学機器であり、光源装置10、均一照明光学系20、色分離光学系30、リレー光学系35、光学装置40、および投写光学装置50を備えて構成され、光学系20〜35を構成する光学素子は、所定の照明光軸Aが設定されたライトガイド2内に位置決め調整されて収納されている。
【0013】
光源装置10は、高圧水銀ランプ11から放射された光束を一定方向に揃えて射出し、光学装置40を照明するものであり、詳しくは後述するが、高圧水銀ランプ11、楕円リフレクタ12、副反射鏡13、および平行化凹レンズ14を備えている。
そして、高圧水銀ランプ11から放射された光束は、楕円リフレクタ12により装置前方側に射出方向を揃えて収束光として射出され、平行化凹レンズ14によって平行化され、均一照明光学系20に射出される。
【0014】
均一照明光学系20は、光源装置10から射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系であり、第1レンズアレイ21、第2レンズアレイ22、偏光変換素子23、重畳レンズ24、および反射ミラー25を備えている。
第1レンズアレイ21は、高圧水銀ランプ11から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸Aと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。
第2レンズアレイ22は、前述した第1レンズアレイ21により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第1レンズアレイ21と同様に照明光軸Aに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成である。
【0015】
偏光変換素子23は、第1レンズアレイ21により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える偏光変換素子である。
この偏光変換素子23は、図示を略したが、照明光軸Aに対して傾斜配置される偏光分離膜および反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるP偏光光束およびS偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Aに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子23の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子23を用いることにより、高圧水銀ランプ11から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光学装置40で利用する光源光の利用率を向上することができる。
【0016】
重畳レンズ24は、第1レンズアレイ21、第2レンズアレイ22、および偏光変換素子23を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル42R、42G、42Bの画像形成領域上に重畳させる光学素子である。この重畳レンズ24は、本例では光束透過領域の入射側端面が平面で射出側端面が球面の球面レンズであるが、非球面レンズを用いることも可能である。
この重畳レンズ24から射出された光束は、反射ミラー25で曲折されて色分離光学系30に射出される。
【0017】
色分離光学系30は、2枚のダイクロイックミラー31、32と、反射ミラー33とを備え、ダイクロイックミラー31、32より均一照明光学系20から射出された複数の部分光束を、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の色光に分離する機能を具備する。
ダイクロイックミラー31、32は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子であり、光路前段に配置されるダイクロイックミラー31は、赤色光を透過し、その他の色光を反射するミラーである。光路後段に配置されるダイクロイックミラー32は、緑色光を反射し、青色光を透過するミラーである。
【0018】
リレー光学系35は、入射側レンズ36と、リレーレンズ38と、反射ミラー37、39とを備え、色分離光学系30を構成するダイクロイックミラー32を透過した青色光を光学装置40まで導く機能を有している。尚、青色光の光路にこのようなリレー光学系35が設けられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。本例においては青色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが赤色光の光路長を長くする構成も考えられる。
【0019】
前述したダイクロイックミラー31により分離された赤色光は、反射ミラー33により曲折された後、フィールドレンズ41を介して光学装置40に供給される。また、ダイクロイックミラー32により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ41を介して光学装置40に供給される。さらに、青色光は、リレー光学系35を構成するレンズ36、38および反射ミラー37、39により集光、曲折されてフィールドレンズ41を介して光学装置40に供給される。尚、光学装置40の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ41は、第2レンズアレイ22から射出された各部分光束を、照明光軸に対して並行な光束に変換するために設けられている。
【0020】
光学装置40は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明対象となる光変調装置としての液晶パネル42R,42G,42Bと、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム43とを備えて構成される。尚、フィールドレンズ41および各液晶パネル42R、42G、42Bの間には、入射側偏光板44が介在配置され、図示を略したが、各液晶パネル42R、42G、42Bおよびクロスダイクロイックプリズム43の間には、射出側偏光板が介在配置され、入射側偏光板44、液晶パネル42R、42G、42B、および射出側偏光板によって入射する各色光の光変調が行われる。
【0021】
液晶パネル42R、42G、42Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板44から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル42R、42G、42Bの変調を行う画像形成領域は、矩形状であり、その対角寸法は、例えば0.7インチである。
【0022】
クロスダイクロイックプリズム43は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム43は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜が形成されている。略X字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光および青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、3つの色光が合成される。
そして、クロスダイクロイックプリズム43から射出されたカラー画像は、投写光学装置50によって拡大投写され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。
【0023】
図2は、光源装置10の構造を示す断面図である。
前述した光源装置10は、図示しないランプハウジング内に収納され、ライトガイド2に対して着脱可能となっていて、高圧水銀ランプ11が破裂したり、寿命により輝度が低下した場合に交換できるようになっている。
高圧水銀ランプ11は、図2に示すように、石英ガラス管から構成される発光管111と、この発光管111内に配置される一対の電極112および図示しない封入物とを備える。
【0024】
発光管111は、球状に膨出する中央部分が発光部111A、この発光部111Aの両側に延びる部分が封止部111Bとされる。
発光部111Aには、略球状の放電空間111A1が形成され、この放電空間111A1内に、一対の電極112と、図示しない封入物が封入される。
封止部111Bの内部には、一対の電極112と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔111B1が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔111B1には、さらに電極引出線としてのリード線113が接続され、このリード線113は、高圧水銀ランプ11の外部まで延出している。
【0025】
一対の電極112は、タングステン製の電極であり、放電空間111A1内において、所定距離離間して配置されている。
封入物は、水銀、希ガス、およびハロゲン化化合物で構成される。
ここで、水銀は、0.15mg/mm〜0.32mg/mmの封入量であり、150bar〜190barの蒸気圧で封入されることが好ましい。
また、希ガスは、発光部111Aにおける発光を補助するために用いられるものであり、特に限定されないが、常用されるアルゴン、キセノン等を用いることができる。
さらに、ハロゲン化化合物は、塩素、臭素、および沃素のうちのいずれかのハロゲンを用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。このハロゲン化化合物の封入量は、特に限定されないが、10−6〜10−4μmol/mmで封入されることが好ましい。
上述した高圧水銀ランプ11において、封止部111Bから外側に延出するリード線113に電圧を印加すると、電極112間で放電が生じ、発光部111Aが発光する。
【0026】
楕円リフレクタ12は、高圧水銀ランプ11の封止部111Bが挿通される首状部121およびこの首状部121から拡がる楕円曲面状の反射部122を備えたガラス製の一体成形品である。
首状部121には、中央に挿入孔123が形成されており、この挿入孔123の中心に封止部111Bが配置される。
反射部122は、楕円曲面状のガラス内面に金属薄膜を蒸着形成して構成され、この反射部122の反射面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとされる。
前記の高圧水銀ランプ11は、この反射部122の内部に配置され、発光部111Aの内の電極間の発光中心が反射部122の楕円曲面の第1焦点位置L1となるように配置される。
そして、高圧水銀ランプ11を点灯すると、図2に示されるように、発光部111Aから放射された光束は、反射部122の反射面で反射して、楕円曲面の第2焦点位置L2に収束する収束光となる。
【0027】
このような楕円リフレクタ12に高圧水銀ランプ11を固定する際には、高圧水銀ランプ11の封止部111Bを楕円リフレクタ12の挿入孔123に挿入し、発光部111A内の電極112間の発光中心が反射部122の楕円曲面の第1焦点位置L1となるように配置し、挿入孔123内部にシリカ・アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。なお、本例では前側の封止部111Bから出たリード線113も挿入孔123を通して外部に露出している。
また、反射部122の光軸方向寸法は、高圧水銀ランプ11の長さ寸法よりも短くなっていて、このように楕円リフレクタ12に高圧水銀ランプ11を固定すると、高圧水銀ランプ11の前方側の封止部111Bが楕円リフレクタ12の光束射出側開口から突出する。
【0028】
副反射鏡13は、発光部111Aの放電空間111A1の光束射出方向前側を覆う反射部材であり、その反射面は、放電空間111A1の球面に倣う凹曲面状に形成され、反射面は楕円リフレクタ12と同様にコールドミラーとされている。
ここで、副反射鏡13は、発光部111Aの放電空間111A1の光束射出方向前側略半分以上、1/3以下の範囲を覆うことが好ましい。
高圧水銀ランプ11の発光部111Aから前方側に射出された光束の一部は、この副反射鏡13の反射面にて反射され、発光部111Aに再度戻る。この戻り光の一部は、発光部111Aの放電空間111A1に封入された封入物にエネルギを吸収されるとともに、その他の戻り光は、楕円リフレクタ12側に向けて進み、楕円リフレクタ12の反射部122から射出される。
【0029】
図3は、高圧水銀ランプ11の分光スペクトルを示す図である。具体的に、図3は、副反射鏡13が取り付けられている高圧水銀ランプ、および副反射鏡13が取り付けられていない高圧水銀ランプの分光スペクトルを比較する図である。
図3において、破線で示す分光スペクトルS1は、副反射鏡13が取り付けられている本実施形態の高圧水銀ランプ11の分光スペクトルであり、実線で示す分光スペクトルS2は、副反射鏡13が取り付けられていない高圧水銀ランプの分光スペクトルである。
分光スペクトルS1は、図3に示すように、分光スペクトルS2に対して、特に、波長600nm〜780nmの赤色領域の連続放射が多くなり、発光管111から射出される光束の演色性が向上することが分かる。
【0030】
前述のような実施形態によれば、次のような効果がある。
(1)高圧水銀ランプ11は、副反射鏡13を備え、発光管111から射出された光束の一部を発光管111に再度戻す構成としているので、戻り光のエネルギが封入物に吸収され、副反射鏡13を設けない構成と比較して、発光管111から射出される光束の演色性を改善できる。また、封入物である水銀の封入量を0.15mg/mm〜0.32mg/mmの範囲内、150bar〜190barの蒸気圧の範囲内で発光管111の放電空間111A1に封入することで、発光管111内の内部気圧を抑えることができる。したがって、副反射鏡13による戻り光のエネルギ吸収により発光管111内の温度が高くなったとしても、長時間の使用による発光管111の変形または破裂を回避でき、高圧水銀ランプ11の長寿命化を図れる。
【0031】
(2)副反射鏡13は、発光管111に放電空間111A1の光束射出方向前側略半分以上、1/3以下を覆うように取り付けられているので、発光管111以外の部分、例えば楕円リフレクタ12等に副反射鏡を設ける構成と比較して、光束を捕らえる面積を小さくでき、簡単な構成で効率的に戻り光を発光管に戻すことができる。また、副反射鏡13は、発光管111の放電空間111A1の光束射出方向前側略半分以下、1/3以上を覆うように取り付けられているので、発光管111から射出される光束のうち、副反射鏡13による戻り光を必要以上に多くすることなく、かつ、副反射鏡13による戻り光を必要最低限とし、有効な戻り光を生成できる。
(3)発光管111の放電空間111A1には、封入物として、ハロゲン化化合物が封入されているので、ハロゲンサイクルを利用して電極112の構成物質であるタングステンが、放電空間111A1の内面に付着することを防止できる。したがって、放電空間111A1内面に付着したタングステンに光束のエネルギが吸収されることがなく、発光管111の温度上昇を回避でき、高圧水銀ランプ11のさらなる長寿命化を図れる。
【0032】
(4)光源装置10は、上述した高圧水銀ランプ11を備えているので、高圧水銀ランプ11の長期間の使用での破裂による発光管111の飛散を回避するための防爆構造を工夫して設計しなくてもよい。
(5)副反射鏡13は、発光管111に放電空間111A1の光束射出方向前側略半分を覆うように取り付けられているので、発光部111Aの前方側に放射される光束が後方側に反射されるため、反射部122の楕円曲面が少なくても、発光部111Aから射出された光束をすべて一定方向に揃えて射出でき、楕円リフレクタ12の光軸方向寸法を小さくすることができる。したがって、光源装置10の小型化を図れる。
(6)プロジェクタ1は、長寿命化かつ演色性の向上を図れる光源装置10を備えているので、常に安定でありかつ、鮮明な画像を長期間投写できる。
【0033】
尚、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、高圧水銀ランプ11内の封入物として、水銀、希ガス、およびハロゲン化化合物を用いたが、これに限らず、これらのうち、ハロゲン化化合物を省略したものでも、長寿命の高圧水銀ランプ11として利用できる。また、水銀、希ガス、およびハロゲン化化合物の他、その他の物質を封入物として高圧水銀ランプ11内に封入しても構わない。
前記実施形態において、光源装置10を冷却する冷却装置を設けてもよい。例えば、光源装置10に放熱部材を設ける構成、また、この放熱部材に冷却ファン等により冷却空気を送風し、放熱特性を向上させる構成を採用してもよい。さらに、ペルチェ効果を利用した熱電変換素子を備えた冷却装置を設け、光源装置10を冷却するように構成してもよい。このような構成では、光源装置10の冷却効率を向上させ、高圧水銀ランプ11の温度を低減させ、高圧水銀ランプ11の変形または破裂をさらに回避できる。
【0034】
前記実施形態では、戻り光を発光管111に戻す構成として、副反射鏡13を発光管111に取り付けた構成を説明したが、これに限らない。例えば、戻り光を発光管111に戻す副反射鏡を光源装置10の楕円リフレクタ12に取り付ける構成としてもよく、光源装置10の後段に、すなわち、プロジェクタ1のライトガイド2に取り付ける構成を採用してもよい。
前記実施形態では、光源装置10は、リフレクタとして楕円リフレクタ12を用いた構成としたが、これに限らず、パラボラリフレクタを採用してもよい。
前記実施形態では、液晶パネル42R、42G、42Bを備えたプロジェクタ1に本発明の光源装置となる光源装置10を採用していたが、これに限らず、マイクロミラーを用いた光変調装置を備えたプロジェクタについて本発明の光源装置を採用してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【0035】
【実施例】
本発明の効果を確認するために以下の実験を実施した。
前記実施形態における光源装置10を使用し、発光管111の長さ寸法が11mm、発光管111の発光部111A内の容積が68mm、発光管111の管壁負荷(ランプ電力/発光部内側表面積)が2.3W/mmであり、ランプ電力を200Wと固定し、封入物である水銀の封入量および蒸気圧を変化させ、5つの実施例1〜5における光源装置10から射出される光束の演色性、および発光部111Aの変形の有無を評価した。なお、封入物である希ガスおよびハロゲン化化合物は、実施例1〜5において同一の物および同一量封入している。
結果を表1および図4に示す。図4では、説明を簡略化するため、実施例1および実施例3における発光部111Aの変形の有無の評価結果を示す。
【0036】
【表1】

Figure 2005005183
【0037】
ここで、光束の演色性の評価としては、実施例1〜5の光源装置10から射出される光束の演色評価数Raを測定し、この演色評価数Raが所望の値よりも大きいものを良(○)、小さいものを悪(×)とする。
また、発光部111Aの変形の有無の評価としては、実施例1〜5の光源装置10を長時間点灯させ、所定時間毎に発光部111Aの直径を測定し、この直径寸法の変化から発光部111Aの変形の有無を測定する。
【0038】
演色性の評価結果としては、表1に示すように、実施例1〜4は演色評価数Raが所望の値よりも大きくなり演色性を改善できたが、実施例5は演色性を改善できなかった。これは、実施例5において、水銀封入量および水銀蒸気圧が低い値で放電空間111A1内に封入したため、可視光領域の連続スペクトルが減少し、副反射鏡13における戻り光による演色性の改善を相殺してしまったと考えられる。
また、発光部111Aの変形の有無の評価結果としては、図4に示すように、実施例3は光源装置10を長時間点灯させても発光部111Aの直径に変化はなく、発光部111Aの変形は見られなかった。一方、実施例1は光源装置10を所定時間点灯させた後、徐々に発光部111Aの直径が大きくなり、2000時間後には発光部111Aが破裂してしまった。なお、実施例2,4,5に関しても、表1に示すように、実施例3と同様に、発光部111Aの変形は見られなかった。これは、実施例1において、水銀封入量および水銀蒸気圧が高い値で放電空間111A1内に封入したため、発光管111内の内部気圧を抑えることができず、高圧水銀ランプ11の点灯および副反射鏡13による戻り光により発光管111内の温度が高くなるにしたがって、発光管111が変形し、最後には破裂したと考えられる。
したがって、本発明の水銀封入量が0.15mg/mm〜0.32mg/mmの範囲内、および水銀蒸気圧が150bar〜190barの範囲内に適合する条件において、発光管111から射出される光束の演色性の改善、および発光管111の変形の回避が実施できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図2】前記実施形態における光源装置の構造を示す断面図。
【図3】前記実施形態における高圧水銀ランプの分光スペクトルを示す図。
【図4】発光部の変形の有無の評価結果を示す図。
【符号の説明】
1・・・プロジェクタ、10・・・光源装置、11・・・高圧水銀ランプ、12・・・楕円リフレクタ、13・・・副反射鏡、42R,42G,42B・・・液晶パネル(光変調装置)、50・・・投写光学装置、111・・・発光管、111A1・・・放電空間、1112・・・電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes an arc tube having a discharge space, a pair of electrodes disposed opposite to the discharge space of the arc tube, and an enclosure of mercury and a rare gas sealed in the discharge space of the arc tube, The present invention relates to a high-pressure mercury lamp, a light source device, and a projector having discharge light emitted between electrodes and returning light in which part of a light beam emitted from the arc tube returns into the arc tube.
[0002]
[Background]
Conventionally, a projector that modulates a light beam emitted from a light source according to image information and enlarges and projects an optical image is used. Such a projector is used for a presentation at a conference or the like together with a personal computer. In recent years, such projectors are used for home theater applications in response to the need to watch movies on a large screen at home.
As light sources used in projectors, discharge arc tubes such as metal halide lamps and high-pressure mercury lamps are used.
As such a discharge-type arc tube, there has been proposed a lamp that emits a light beam having a good color rendering property as described below.
For example, a high-pressure mercury lamp having an extremely high mercury vapor pressure (for example, 200 bar or higher) in which an arc tube having a pair of electrodes made of tungsten is filled with an enclosure of rare gas, mercury, and a halogenated compound. It is known (see, for example, Patent Document 1).
Here, the enclosed amount of mercury is 0.2 mg / mm 3 As described above, the mercury vapor pressure is increased to increase the continuous spectrum in the visible light region, particularly the red region, thereby improving the color rendering. Moreover, the tube wall load of the arc tube is 1 W / mm 2 This is because it is necessary to increase the temperature of the coldest part in order to increase the pressure of mercury. Further, the reason for encapsulating the halogenated compound is to prevent blackening of the tube wall of the arc tube.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2-148561
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the high-pressure mercury lamp described in Patent Document 1 has a mercury vapor pressure of 200 bar or more, the internal pressure of the arc tube is high. In addition, when the high pressure mercury lamp is turned on, the temperature of the arc tube becomes a high temperature exceeding 1000 ° C. For this reason, the high-pressure mercury lamp described in Patent Document 1 has a problem that the arc tube is deformed or ruptured during long-time lighting.
[0005]
An object of the present invention is to provide a high-pressure mercury lamp, a light source device, and a projector that can prevent deformation or rupture of an arc tube due to long-term use and can emit a luminous flux with good color rendering properties.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The high-pressure mercury lamp of the present invention includes an arc tube having a discharge space, a pair of electrodes disposed opposite to the discharge space of the arc tube, and an inclusion of mercury and a rare gas sealed in the discharge space of the arc tube. A high-pressure mercury lamp that discharges and emits light between the electrodes, and is configured so that a part of a light beam emitted from the arc tube returns into the arc tube, and the mercury is 0.15 mg / mm. 3 ~ 0.32mg / mm 3 And is sealed in the discharge space with a vapor pressure of 150 bar to 190 bar.
Here, the configuration in which a part of the light beam emitted from the arc tube returns to the inside of the arc tube is, for example, a part of the light beam emitted from the arc tube to an optical device in which a high-pressure mercury lamp is used. A configuration may be adopted in which a sub-reflecting mirror that reflects the light is provided. In addition to the configuration in which the sub-reflector is provided in the optical device, a configuration in which the optical device using the high-pressure mercury lamp is mounted may be employed, or a configuration in which the optical device is attached to the arc tube itself may be employed. .
[0007]
The high-pressure mercury lamp of the present invention is configured such that a part of the light beam emitted from the arc tube returns into the arc tube. In such a configuration, the inclusions (mercury and rare gas) in the arc tube absorb the energy of the return light, the luminous efficiency is improved, and the color rendering is improved. However, in such a high-pressure mercury lamp, the temperature in the arc tube tends to increase due to energy absorption, and the arc tube is likely to be deformed or ruptured during long-time lighting as in the case of a conventional high-pressure mercury lamp.
In the present invention, the amount of enclosed mercury is 0.15 mg / mm. 3 ~ 0.32mg / mm 3 Since it is sealed in the discharge space of the arc tube with a vapor pressure of 150 bar to 190 bar, the internal pressure in the arc tube can be suppressed, and even if the temperature in the arc tube becomes high, light emission due to long-term use The tube can be prevented from being deformed or ruptured, and the life of the high-pressure mercury lamp can be extended.
Therefore, it is possible to extend the life while improving the color rendering properties, so that the object of the present invention can be achieved.
Here, the enclosed amount of mercury as the inclusion is 0.15 mg / mm 3 If the mercury vapor pressure is lower than 150 bar, the continuous spectrum in the visible light region decreases, so that the improvement in color rendering due to the return light is offset and the color rendering can not be improved satisfactorily. On the other hand, the enclosed amount of mercury as the inclusion is 0.32 mg / mm 3 If the mercury vapor pressure is higher than 190 bar, the internal pressure in the arc tube cannot be suppressed, and if the temperature in the arc tube becomes high due to lighting and return light of the high-pressure mercury lamp, the arc tube Cannot avoid deformation or rupture.
[0008]
The high-pressure mercury lamp of the present invention includes a sub-reflecting mirror that returns a part of the light beam emitted from the arc tube to the arc tube, and the sub-reflecting mirror is substantially half the front side in the light beam emission direction of the discharge space of the arc tube. Hereinafter, it is preferable to be attached so as to cover 1/3 or more.
According to the present invention, since the sub-reflecting mirror is attached to the high-pressure mercury lamp itself, the sub-reflecting mirror is compared with a configuration in which the sub-reflecting mirror is provided in a light source device in which the high-pressure mercury lamp is used or an optical device in which the light source device is mounted. Thus, the area for capturing the luminous flux can be reduced, and the return light can be efficiently returned into the arc tube with a simple configuration.
In addition, since the sub-reflector is mounted so as to cover approximately one-third or less of the light emission direction front side of the discharge space of the arc tube, it is returned by the sub-reflector out of the light beam emitted from the arc tube. Effective return light can be generated without increasing the amount of light more than necessary and minimizing the return light from the sub-reflector.
Here, when the sub-reflecting mirror is attached so as to cover the arc tube beyond approximately half of the light emission direction front side of the discharge space of the arc tube, the return light by the sub-reflecting mirror is more than necessary, It becomes difficult to emit an appropriate luminous flux from the high-pressure mercury lamp.
In addition, when the sub-reflecting mirror is mounted so as to cover the arc tube less than 1/3 of the discharge space of the arc tube in the light emission direction, there is little return light from the sub-reflecting mirror, and the inclusion in the arc tube As a result, the energy absorption of the return light due to the light becomes small, and the color rendering property cannot be improved appropriately.
[0009]
In the light source device of the present invention, it is preferable that a halogenated compound of any one of chlorine, bromine and iodine is sealed in the discharge space in addition to mercury and a rare gas.
According to the present invention, since a halogenated compound is enclosed in the discharge space in addition to mercury and a rare gas, the constituent material of the electrode adheres to the inner surface of the discharge space of the arc tube using the halogen cycle. Can be prevented. Therefore, the energy of the luminous flux is not absorbed by the constituent material adhering to the inner surface of the discharge space, the temperature rise of the arc tube can be avoided, and the life of the high-pressure mercury lamp can be further extended.
Here, the amount of the halogenated compound to be enclosed is not particularly limited, and the halogenated compound may be enclosed within a range in which blackening of the tube wall of the arc tube can be satisfactorily prevented.
[0010]
The light source device of the present invention includes the high-pressure mercury lamp described above and a reflector that emits the light beam emitted from the high-pressure mercury lamp in a certain direction.
Here, as the reflector, a parabolic reflector, an elliptical reflector, or the like can be adopted, and the reflecting surface of the reflector is preferably a so-called cold mirror that reflects visible light and transmits infrared light.
According to the present invention, since the light source device includes the high-pressure mercury lamp and the reflector described above, it can enjoy the same operations and effects as the high-pressure mercury lamp described above.
In addition, since the light source device includes a high-pressure mercury lamp that can extend the life, it is not necessary to devise and design an explosion-proof structure for avoiding the scattering of the lamp due to the explosion of the high-pressure mercury lamp.
[0011]
The projector of the present invention includes the light source device described above, a light modulation device that modulates the light beam emitted from the light source device according to image information, and a projection optical device that magnifies and projects the modulated light beam. It is characterized by.
According to the present invention, since the projector includes the light source device described above, the projector can enjoy the same operations and effects as the light source device described above.
In addition, since the projector is provided with a light source device that can extend the life and improve the color rendering, it is always stable and can project a clear image for a long period of time.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a projector according to the present embodiment.
The projector 1 is an optical device that modulates a light beam emitted from a light source according to image information, forms an optical image, and magnifies and projects the image on a screen. The light source device 10, the uniform illumination optical system 20, and color separation optics. The optical element which comprises the system 30, the relay optical system 35, the optical device 40, and the projection optical device 50, and constitutes the optical systems 20 to 35, is in the light guide 2 in which a predetermined illumination optical axis A is set. The positioning is adjusted and stored.
[0013]
The light source device 10 emits a light beam emitted from the high-pressure mercury lamp 11 in a fixed direction and illuminates the optical device 40. As will be described in detail later, the high-pressure mercury lamp 11, the elliptical reflector 12, and the sub-reflection are described later. A mirror 13 and a collimating concave lens 14 are provided.
The luminous flux emitted from the high-pressure mercury lamp 11 is emitted as convergent light by aligning the emission direction to the front side of the apparatus by the elliptic reflector 12, collimated by the collimating concave lens 14, and emitted to the uniform illumination optical system 20. .
[0014]
The uniform illumination optical system 20 is an optical system that divides the light beam emitted from the light source device 10 into a plurality of partial light beams and uniformizes the in-plane illuminance of the illumination area. The first lens array 21 and the second lens array 22 are used. , A polarization conversion element 23, a superimposing lens 24, and a reflection mirror 25.
The first lens array 21 functions as a light beam splitting optical element that splits the light beam emitted from the high-pressure mercury lamp 11 into a plurality of partial light beams, and is arranged in a matrix in a plane orthogonal to the illumination optical axis A. A plurality of small lenses.
The second lens array 22 is an optical element that collects a plurality of partial light beams divided by the first lens array 21 described above, and in the same manner as the first lens array 21, a matrix is formed in a plane orthogonal to the illumination optical axis A. It is the structure provided with the several small lens arranged in a shape.
[0015]
The polarization conversion element 23 is a polarization conversion element that aligns the polarization direction of each partial light beam divided by the first lens array 21 with linear polarization in one direction.
Although not shown, the polarization conversion element 23 has a configuration in which polarization separation films and reflection mirrors that are inclined with respect to the illumination optical axis A are alternately arranged. The polarization separation film transmits one polarized light beam among the P-polarized light beam and S-polarized light beam included in each partial light beam, and reflects the other polarized light beam. The other polarized light beam reflected is bent by the reflecting mirror and emitted in the emission direction of the one polarized light beam, that is, the direction along the illumination optical axis A. One of the emitted polarized light beams is polarized and converted by a phase difference plate provided on the light beam exit surface of the polarization conversion element 23, and the polarization directions of all the polarized light beams are aligned. By using such a polarization conversion element 23, the light beam emitted from the high-pressure mercury lamp 11 can be aligned with the polarized light beam in one direction, so that the utilization factor of the light source light used in the optical device 40 is improved. Can do.
[0016]
The superimposing lens 24 condenses a plurality of partial light beams that have passed through the first lens array 21, the second lens array 22, and the polarization conversion element 23 and superimposes them on the image forming regions of the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B. It is. In this example, the superimposing lens 24 is a spherical lens having a flat end surface on the incident side and a spherical end surface on the exit side of the light beam transmission region, but an aspherical lens can also be used.
The light beam emitted from the superimposing lens 24 is bent by the reflection mirror 25 and emitted to the color separation optical system 30.
[0017]
The color separation optical system 30 includes two dichroic mirrors 31 and 32, and a reflection mirror 33. A plurality of partial light beams emitted from the uniform illumination optical system 20 from the dichroic mirrors 31 and 32 are converted into red (R), It has a function of separating light of three colors, green (G) and blue (B).
The dichroic mirrors 31 and 32 are optical elements in which a wavelength selection film that reflects a light beam in a predetermined wavelength region and transmits a light beam of another wavelength is formed on the substrate. The dichroic mirror 31 disposed in the front stage of the optical path is A mirror that transmits red light and reflects other color light. The dichroic mirror 32 disposed in the latter stage of the optical path is a mirror that reflects green light and transmits blue light.
[0018]
The relay optical system 35 includes an incident side lens 36, a relay lens 38, and reflection mirrors 37 and 39, and has a function of guiding the blue light transmitted through the dichroic mirror 32 constituting the color separation optical system 30 to the optical device 40. Have. The reason why such a relay optical system 35 is provided in the optical path of the blue light is that the optical path length of the blue light is longer than the optical path lengths of the other color lights, so that the light use efficiency is reduced due to light divergence or the like. It is for preventing. In this example, since the optical path length of blue light is long, such a configuration is used. However, a configuration in which the optical path length of red light is increased is also conceivable.
[0019]
The red light separated by the dichroic mirror 31 described above is bent by the reflection mirror 33 and then supplied to the optical device 40 via the field lens 41. Further, the green light separated by the dichroic mirror 32 is supplied to the optical device 40 through the field lens 41 as it is. Further, the blue light is condensed and bent by the lenses 36 and 38 and the reflection mirrors 37 and 39 constituting the relay optical system 35 and supplied to the optical device 40 via the field lens 41. The field lens 41 provided in the front stage of the optical path of each color light of the optical device 40 is provided to convert each partial light beam emitted from the second lens array 22 into a light beam parallel to the illumination optical axis. Yes.
[0020]
The optical device 40 modulates an incident light beam according to image information to form a color image, and includes liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B as light modulation devices to be illuminated, and a color combining optical system. And a cross dichroic prism 43. Incidentally, an incident side polarizing plate 44 is interposed between the field lens 41 and each of the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B. Although not shown, between the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B and the cross dichroic prism 43 is omitted. In this case, an exit side polarizing plate is interposed, and light modulation of incident color light is performed by the entrance side polarizing plate 44, the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B, and the exit side polarizing plate.
[0021]
The liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B are a pair of transparent glass substrates in which liquid crystal, which is an electro-optical material, is hermetically sealed. For example, incident side polarization is performed according to a given image signal using a polysilicon TFT as a switching element. The polarization direction of the polarized light beam emitted from the plate 44 is modulated. The image forming area for modulating the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B is rectangular, and the diagonal dimension is 0.7 inches, for example.
[0022]
The cross dichroic prism 43 is an optical element that synthesizes an optical image modulated for each color light emitted from the exit side polarizing plate to form a color image. The cross dichroic prism 43 has a substantially square shape in plan view in which four right angle prisms are bonded together, and a dielectric multilayer film is formed on the interface where the right angle prisms are bonded together. One of the substantially X-shaped dielectric multilayer films reflects red light, and the other dielectric multilayer film reflects blue light. These dielectric multilayer films cause red light and blue light to be reflected. The light is bent and aligned with the traveling direction of the green light, so that the three color lights are synthesized.
The color image emitted from the cross dichroic prism 43 is enlarged and projected by the projection optical device 50 to form a large screen image on a screen (not shown).
[0023]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the light source device 10.
The light source device 10 described above is housed in a lamp housing (not shown) and is detachable from the light guide 2 so that the light source device 10 can be replaced when the high-pressure mercury lamp 11 is ruptured or the luminance is lowered due to the life. It has become.
As shown in FIG. 2, the high-pressure mercury lamp 11 includes an arc tube 111 made of a quartz glass tube, a pair of electrodes 112 disposed in the arc tube 111, and an enclosure (not shown).
[0024]
The arc tube 111 has a light emitting portion 111A at a central portion that bulges in a spherical shape, and a sealing portion 111B at portions extending on both sides of the light emitting portion 111A.
A substantially spherical discharge space 111A1 is formed in the light emitting portion 111A, and a pair of electrodes 112 and an enclosure (not shown) are enclosed in the discharge space 111A1.
Inside the sealing portion 111B, a metal foil 111B1 made of molybdenum that is electrically connected to the pair of electrodes 112 is inserted and sealed with a glass material or the like. Further, a lead wire 113 as an electrode lead wire is connected to the metal foil 111B1, and the lead wire 113 extends to the outside of the high-pressure mercury lamp 11.
[0025]
The pair of electrodes 112 are tungsten electrodes, and are disposed at a predetermined distance in the discharge space 111A1.
The enclosure is composed of mercury, a noble gas, and a halogenated compound.
Here, mercury is 0.15 mg / mm 3 ~ 0.32mg / mm 3 It is preferable to be sealed at a vapor pressure of 150 bar to 190 bar.
Further, the rare gas is used for assisting light emission in the light emitting portion 111A and is not particularly limited, but commonly used argon, xenon, or the like can be used.
Further, the halogenated compound can use any halogen of chlorine, bromine and iodine, and it is particularly preferable to use bromine. The amount of the halogenated compound enclosed is not particularly limited. -6 -10 -4 μmol / mm 3 It is preferable to be enclosed with.
In the high pressure mercury lamp 11 described above, when a voltage is applied to the lead wire 113 extending outward from the sealing portion 111B, a discharge occurs between the electrodes 112, and the light emitting portion 111A emits light.
[0026]
The elliptical reflector 12 is an integrally molded product made of glass provided with a neck part 121 through which the sealing part 111B of the high-pressure mercury lamp 11 is inserted and an elliptical curved reflection part 122 extending from the neck part 121.
An insertion hole 123 is formed at the center of the neck portion 121, and the sealing portion 111 </ b> B is disposed at the center of the insertion hole 123.
The reflection part 122 is formed by vapor-depositing a metal thin film on the inner surface of an elliptical curved glass. The reflection surface of the reflection part 122 is a cold mirror that reflects visible light and transmits infrared rays.
The high-pressure mercury lamp 11 is disposed inside the reflecting portion 122 and is disposed such that the light emission center between the electrodes in the light emitting portion 111A is the first focal position L1 of the elliptical curved surface of the reflecting portion 122.
When the high-pressure mercury lamp 11 is turned on, as shown in FIG. 2, the light beam emitted from the light emitting unit 111A is reflected by the reflecting surface of the reflecting unit 122 and converges to the second focal position L2 of the elliptical curved surface. It becomes convergent light.
[0027]
When fixing the high-pressure mercury lamp 11 to such an elliptical reflector 12, the sealing portion 111B of the high-pressure mercury lamp 11 is inserted into the insertion hole 123 of the elliptical reflector 12, and the emission center between the electrodes 112 in the light-emitting portion 111A. Is arranged so as to be the first focal position L1 of the elliptical curved surface of the reflecting portion 122, and the inside of the insertion hole 123 is filled with an inorganic adhesive mainly composed of silica / alumina. In this example, the lead wire 113 coming out of the front sealing portion 111B is also exposed to the outside through the insertion hole 123.
The dimension of the reflecting portion 122 in the optical axis direction is shorter than the length of the high-pressure mercury lamp 11. When the high-pressure mercury lamp 11 is fixed to the elliptical reflector 12 in this manner, the front-side dimension of the high-pressure mercury lamp 11 is reduced. The sealing portion 111 </ b> B protrudes from the light beam exit side opening of the elliptical reflector 12.
[0028]
The sub-reflecting mirror 13 is a reflecting member that covers the front side of the light emission direction of the discharge space 111A1 of the light emitting unit 111A. Like the cold mirror.
Here, it is preferable that the sub-reflecting mirror 13 covers a range of approximately half or more and 1/3 or less of the front side of the light emission direction of the discharge space 111A1 of the light emitting unit 111A.
A part of the light beam emitted forward from the light emitting part 111A of the high-pressure mercury lamp 11 is reflected by the reflecting surface of the sub-reflecting mirror 13 and returns to the light emitting part 111A again. Part of the return light is absorbed in the encapsulated material enclosed in the discharge space 111A1 of the light emitting unit 111A, and the other return light travels toward the elliptical reflector 12 side, and the reflective part of the elliptical reflector 12 Injected from 122.
[0029]
FIG. 3 is a diagram showing a spectral spectrum of the high-pressure mercury lamp 11. Specifically, FIG. 3 is a diagram comparing spectral spectra of a high-pressure mercury lamp to which the sub-reflecting mirror 13 is attached and a high-pressure mercury lamp to which the sub-reflecting mirror 13 is not attached.
In FIG. 3, a spectral spectrum S1 indicated by a broken line is a spectral spectrum of the high-pressure mercury lamp 11 of the present embodiment to which the sub-reflecting mirror 13 is attached, and a spectral spectrum S2 indicated by a solid line is the spectroscopic spectrum S2 to which the sub-reflecting mirror 13 is attached. It is the spectrum of the high-pressure mercury lamp that is not.
As shown in FIG. 3, the spectral spectrum S <b> 1 has a greater continuous emission in the red region with a wavelength of 600 nm to 780 nm, especially with respect to the spectral spectrum S <b> 2, thereby improving the color rendering of the light beam emitted from the arc tube 111. I understand.
[0030]
According to the above-described embodiment, there are the following effects.
(1) Since the high-pressure mercury lamp 11 includes the sub-reflecting mirror 13 and is configured to return a part of the light beam emitted from the arc tube 111 to the arc tube 111 again, the energy of the return light is absorbed by the enclosure, Compared with a configuration in which the sub-reflecting mirror 13 is not provided, the color rendering properties of the light beam emitted from the arc tube 111 can be improved. In addition, the enclosed amount of mercury as the inclusion is 0.15 mg / mm 3 ~ 0.32mg / mm 3 The internal pressure in the arc tube 111 can be suppressed by enclosing it in the discharge space 111A1 of the arc tube 111 within the range of 150 bar to 190 bar of the vapor pressure. Therefore, even if the temperature in the arc tube 111 increases due to the energy absorption of the return light by the sub-reflecting mirror 13, the arc tube 111 can be prevented from being deformed or ruptured due to prolonged use, and the life of the high-pressure mercury lamp 11 can be extended. Can be planned.
[0031]
(2) Since the sub-reflecting mirror 13 is attached to the arc tube 111 so as to cover approximately half or more and 1/3 or less of the front side of the discharge space 111A1 in the luminous flux emission direction, a portion other than the arc tube 111, for example, the elliptical reflector 12 is provided. Compared with the configuration in which the sub-reflecting mirror is provided, the area for capturing the light beam can be reduced, and the return light can be efficiently returned to the arc tube with a simple configuration. Further, since the sub-reflecting mirror 13 is attached so as to cover approximately half or less of the discharge space 111A1 of the discharge space 111A on the front side in the light beam emission direction and 1/3 or more, It is possible to generate effective return light without increasing the return light by the reflecting mirror 13 more than necessary and minimizing the return light by the sub-reflecting mirror 13.
(3) Since a halogenated compound is enclosed as an enclosure in the discharge space 111A1 of the arc tube 111, tungsten, which is a constituent material of the electrode 112, adheres to the inner surface of the discharge space 111A1 using the halogen cycle. Can be prevented. Therefore, the energy of the luminous flux is not absorbed by tungsten attached to the inner surface of the discharge space 111A1, the temperature rise of the arc tube 111 can be avoided, and the life of the high-pressure mercury lamp 11 can be further extended.
[0032]
(4) Since the light source device 10 includes the high-pressure mercury lamp 11 described above, the explosion-proof structure for avoiding scattering of the arc tube 111 due to rupture of the high-pressure mercury lamp 11 when used for a long period of time is designed. You don't have to.
(5) Since the sub-reflecting mirror 13 is attached to the arc tube 111 so as to cover approximately half of the front side of the discharge space 111A1 in the luminous flux emission direction, the luminous flux emitted to the front side of the light emitting portion 111A is reflected to the rear side. Therefore, even if the elliptical curved surface of the reflecting portion 122 is small, all the light beams emitted from the light emitting portion 111A can be emitted in a constant direction, and the size of the elliptical reflector 12 in the optical axis direction can be reduced. Therefore, the light source device 10 can be reduced in size.
(6) Since the projector 1 includes the light source device 10 capable of extending the life and improving the color rendering, it is always stable and can project a clear image for a long period of time.
[0033]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications as described below.
In the above embodiment, mercury, a rare gas, and a halogenated compound are used as the enclosed material in the high-pressure mercury lamp 11, but the present invention is not limited to this. It can be used as a high-pressure mercury lamp 11. In addition to mercury, rare gas, and halogenated compounds, other substances may be enclosed in the high-pressure mercury lamp 11 as inclusions.
In the embodiment, a cooling device for cooling the light source device 10 may be provided. For example, a configuration in which a heat radiating member is provided in the light source device 10 or a configuration in which cooling air is blown to the heat radiating member by a cooling fan or the like to improve heat radiating characteristics may be employed. Further, a cooling device including a thermoelectric conversion element using the Peltier effect may be provided to cool the light source device 10. In such a configuration, the cooling efficiency of the light source device 10 can be improved, the temperature of the high-pressure mercury lamp 11 can be reduced, and deformation or rupture of the high-pressure mercury lamp 11 can be further avoided.
[0034]
In the above-described embodiment, the configuration in which the sub-reflecting mirror 13 is attached to the arc tube 111 is described as a configuration for returning the return light to the arc tube 111, but the configuration is not limited thereto. For example, a sub-reflector that returns the return light to the arc tube 111 may be attached to the elliptical reflector 12 of the light source device 10, and a configuration that is attached to the rear stage of the light source device 10, that is, the light guide 2 of the projector 1 is adopted. Also good.
In the embodiment, the light source device 10 is configured to use the elliptical reflector 12 as a reflector. However, the present invention is not limited to this, and a parabolic reflector may be employed.
In the above-described embodiment, the light source device 10 serving as the light source device of the present invention is employed in the projector 1 including the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B. However, the present invention is not limited thereto, and a light modulation device using a micromirror is provided. The light source device of the present invention may be adopted for the projector.
In addition, the specific structure, shape, and the like when implementing the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.
[0035]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
Using the light source device 10 in the above embodiment, the length of the arc tube 111 is 11 mm, and the volume in the light emitting portion 111A of the arc tube 111 is 68 mm. 3 The tube wall load (lamp power / light emitting portion inner surface area) of the arc tube 111 is 2.3 W / mm. 2 The lamp power is fixed at 200 W, the amount of enclosed mercury and the vapor pressure are changed, the color rendering properties of the light beam emitted from the light source device 10 in the five embodiments 1 to 5, and the light emitting unit 111A The presence or absence of deformation was evaluated. In addition, the rare gas and halogenated compound which are enclosure are enclosed with the same thing and the same quantity in Examples 1-5.
The results are shown in Table 1 and FIG. FIG. 4 shows the evaluation results of the presence or absence of deformation of the light emitting unit 111A in Example 1 and Example 3 to simplify the description.
[0036]
[Table 1]
Figure 2005005183
[0037]
Here, as the evaluation of the color rendering properties of the light beam, the color rendering index Ra of the light beam emitted from the light source device 10 of Examples 1 to 5 is measured, and the color rendering index Ra is larger than a desired value. (○), a small thing is regarded as evil (×).
In addition, as an evaluation of the presence or absence of deformation of the light emitting unit 111A, the light source device 10 of Examples 1 to 5 is turned on for a long time, the diameter of the light emitting unit 111A is measured every predetermined time, and the light emitting unit The presence or absence of deformation of 111A is measured.
[0038]
As the evaluation results of color rendering properties, as shown in Table 1, in Examples 1 to 4, the color rendering index Ra was larger than a desired value and the color rendering properties were improved, but Example 5 was able to improve the color rendering properties. There wasn't. This is because in Example 5, the mercury encapsulated amount and the mercury vapor pressure were enclosed in the discharge space 111A1, so that the continuous spectrum in the visible light region was reduced, and the color rendering property by the return light in the sub-reflector 13 was improved. It is thought that it has offset.
As shown in FIG. 4, the evaluation result of the presence or absence of deformation of the light emitting unit 111A is that, in Example 3, the diameter of the light emitting unit 111A does not change even when the light source device 10 is turned on for a long time. No deformation was seen. On the other hand, in Example 1, after the light source device 10 was turned on for a predetermined time, the diameter of the light emitting unit 111A gradually increased, and after 2000 hours, the light emitting unit 111A burst. Regarding Examples 2, 4, and 5, as shown in Table 1, as in Example 3, no deformation of the light emitting unit 111A was observed. This is because in Example 1, since the mercury enclosed amount and the mercury vapor pressure were enclosed in the discharge space 111A1, the internal pressure in the arc tube 111 could not be suppressed, and the high-pressure mercury lamp 11 was turned on and sub-reflected. It is considered that the arc tube 111 is deformed and finally ruptured as the temperature in the arc tube 111 increases due to the return light from the mirror 13.
Therefore, the mercury encapsulation amount of the present invention is 0.15 mg / mm. 3 ~ 0.32mg / mm 3 It was found that the color rendering properties of the light beam emitted from the arc tube 111 can be improved and the deformation of the arc tube 111 can be avoided under the conditions in which the mercury vapor pressure is within the range of 150 bar to 190 bar.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a projector according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a light source device in the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a spectral spectrum of a high-pressure mercury lamp in the embodiment.
FIG. 4 is a view showing an evaluation result of presence / absence of deformation of a light emitting unit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 10 ... Light source device, 11 ... High pressure mercury lamp, 12 ... Ellipse reflector, 13 ... Subreflective mirror, 42R, 42G, 42B ... Liquid crystal panel (light modulation device) ), 50... Projection optical device, 111... Arc tube, 111 A 1.

Claims (5)

放電空間を有する発光管と、この発光管の放電空間に配置される一対の電極と、前記発光管の放電空間に封入される水銀および希ガスの封入物とを備え、前記電極間で放電発光が行われ、前記発光管から射出される光束の一部が前記発光管内に戻る戻り光を有する高圧水銀ランプであって、
前記水銀は、0.15mg/mm〜0.32mg/mmの封入量であり、150bar〜190barの蒸気圧で前記放電空間に封入されていることを特徴とする高圧水銀ランプ。
An arc tube having a discharge space, a pair of electrodes disposed in the discharge space of the arc tube, and an inclusion of mercury and a rare gas sealed in the discharge space of the arc tube, and discharge light emission between the electrodes A high-pressure mercury lamp having return light in which a part of the light beam emitted from the arc tube returns to the arc tube,
The mercury is enclosed amount of 0.15mg / mm 3 ~0.32mg / mm 3 , a high-pressure mercury lamp, characterized by being sealed in the discharge space in the vapor pressure of 150Bar~190bar.
請求項1に記載の高圧水銀ランプにおいて、
前記発光管から射出される光束の一部を前記発光管内に戻す副反射鏡を備え、
前記副反射鏡は、前記発光管の放電空間の光束射出方向前側略半分以下、1/3以上を覆うように取り付けられていることを特徴とする高圧水銀ランプ。
The high-pressure mercury lamp according to claim 1,
A sub-reflecting mirror that returns a part of the luminous flux emitted from the arc tube into the arc tube;
The high-pressure mercury lamp is characterized in that the sub-reflecting mirror is attached so as to cover approximately half or less and one-third or more of the discharge space of the arc tube in the light emission direction front side.
請求項1または請求項2に記載の高圧水銀ランプにおいて、
前記放電空間には、水銀および希ガスの他、塩素、臭素、および沃素のうちのいずれかのハロゲン化化合物が封入されていることを特徴とする高圧水銀ランプ。
The high-pressure mercury lamp according to claim 1 or 2,
A high-pressure mercury lamp, wherein a halogenated compound of chlorine, bromine, or iodine is sealed in the discharge space in addition to mercury and a rare gas.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の高圧水銀ランプと、この高圧水銀放電ランプから射出される光束を一定方向に揃えて射出するリフレクタとを備えていることを特徴とする光源装置。A light source device comprising: the high-pressure mercury lamp according to any one of claims 1 to 3; and a reflector that emits a light beam emitted from the high-pressure mercury discharge lamp in a predetermined direction. 請求項4に記載の光源装置と、この光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された光束を拡大投写する投写光学装置とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。5. A light source device according to claim 4, a light modulation device for modulating a light beam emitted from the light source device according to image information, and a projection optical device for enlarging and projecting the modulated light beam. Projector.
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