專利名稱：短弧放電燈和光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及短弧放電燈和使用該燈的光源裝置，尤其涉及短弧放電燈的起動性改進(jìn)。
現(xiàn)有技術(shù)在短弧放電燈中，一般如

圖1的概要圖所示，在發(fā)光管10的外面把觸發(fā)絲(トリガ一ワイヤ一)5跨接在2個(gè)密封部上，且纏繞到密封部6上，該觸發(fā)絲5具有降低燈起動時(shí)絕緣擊穿電壓的作用。圖中，H.V是高壓脈沖發(fā)生器。供DLPTM(德州儀器公司(Texas InstrumentsIncorporated)的商標(biāo))投影儀用的短弧放電燈采用高壓稀有氣體放電燈。高壓稀有氣體放電燈，稀有氣體的封入壓力高，細(xì)小因素造成破裂的可能性大，所以不希望有異物接觸發(fā)光管10的外面。然而，隨著封入氣體壓力的提高，絕緣擊穿電壓也提高，為了提高易起動性，必須有觸發(fā)機(jī)構(gòu)，按上述方法安裝觸發(fā)絲5。
但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下問題。也就是說，在發(fā)光管10的外面按上述方法安裝觸發(fā)絲5，會損傷發(fā)光管，或者隨著起動，在發(fā)光管10的外面的觸發(fā)絲5的接觸部分產(chǎn)生結(jié)晶化，失去透明性。并且，沿發(fā)光管10的外面而布置的觸發(fā)絲5所處的部分上，從發(fā)光管10放射的放射光被遮擋。
并且，由于起動時(shí)發(fā)光管10變?yōu)楦邷兀斐捎|發(fā)絲5氧化、變質(zhì)，所以，隨著起動次數(shù)的增加，起動性惡化。
再者，在發(fā)光管外面若有觸發(fā)絲，則在使短弧放電燈和凹面反射鏡相組合作為光源裝置的情況下，當(dāng)反射鏡面接近發(fā)光管時(shí)高電壓泄漏，從而出現(xiàn)危險(xiǎn)，所以很難提高聚光范圍。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供這樣一種短弧放電燈以及利用該放電燈來提高聚光范圍的光源裝置，其起動性良好，發(fā)光管不易受損傷，來自發(fā)光管的放射光無損失。
為了解決上述的問題，如技術(shù)方案1所述的發(fā)明，即短弧放電燈，其特征在于在放電空間內(nèi)具有一對對置電極的短弧放電燈中，在該放電空間內(nèi)除該電極外，至少有一個(gè)導(dǎo)電零件，該導(dǎo)電零件的電位與加高壓側(cè)的電極的電位相同，該導(dǎo)電零件的前端離開該對置電極的距離大于加高壓側(cè)電極和對置電極之間的距離。
技術(shù)方案2所述的發(fā)明，是指技術(shù)方案1所述的短弧放電燈，其特征在于該導(dǎo)電零件的前端與發(fā)光管內(nèi)壁相接觸或者相接近。
技術(shù)方案3所述的發(fā)明，是技術(shù)方案1～2所述的短弧放電燈，其特征在于該導(dǎo)電零件被布置在電弧中心起電極軸周圍的光有效利用角的范圍的外側(cè)。
技術(shù)方案4所述的發(fā)明是一種光源裝置，其特征在于具有凹面反射鏡，在該凹面反射鏡的頸部穿通插入了技術(shù)方案1～3中的任一項(xiàng)所述的短弧放電燈的一邊的密封部。
在本發(fā)明中所述的短弧放電燈是指這樣的放電燈，即作為封入氣體選擇了Xe、Kr、Ar或這些的混合氣體的任一的放電燈；或者，把這些氣體作為緩沖氣體，另外封入水銀、鹵化金屬中的某一種或其多種的放電燈。電極間距離例如為數(shù)mm～10數(shù)mm。
并且，所謂光有效利用角的范圍是指配光角，在圖13中用通過電極軸的截面表示，所謂從電弧中心來看的角度α的范圍、即光有效利用角的范圍，準(zhǔn)確地說是指以該α角度橫貫電極軸的全周的范圍。
布置在放電空間內(nèi)的電極以外的導(dǎo)電零件與加高壓側(cè)的電極同電位，在上述導(dǎo)電零件上施加高壓，該導(dǎo)電零件的前端的電場局部增強(qiáng)，其局部的氣體達(dá)到放電擊穿電壓，產(chǎn)生電離，生成電暈放電(局部放電)。在本發(fā)明的燈中，根據(jù)推測，利用由上述電暈放電而產(chǎn)生的電磁波借助光電效應(yīng)從陰極或陽極上感應(yīng)產(chǎn)生電子放射，使主電極間的絕緣擊穿電壓降低，發(fā)生主放電。當(dāng)開始主放電時(shí)，由于導(dǎo)電零件的前端離開對置電極的距離大于加高壓側(cè)的電極和對置電極之間的距離的本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)，在起動時(shí)被外加上數(shù)10KV的電極間的電位差下降到數(shù)10V，所以，達(dá)不到電離開始的電場強(qiáng)度，電暈放電停止。
而且，以氙短弧放電燈為代表的高壓稀有氣體放電燈，由于封入氣體壓力高，在導(dǎo)電零件的前端上電暈放電容易被限定，尤其成為本發(fā)明的良好示例。
附圖的簡要說明圖1表示過去的高壓放電燈的概要圖。
圖2表示本發(fā)明的高壓放電燈的概要圖。
圖3表示涉及本發(fā)明的導(dǎo)電零件的安裝例子。
圖4表示涉及本發(fā)明的導(dǎo)電零件的安裝例子。
圖5表示涉及本發(fā)明的導(dǎo)電零件的安裝例子。
圖6表示涉及本發(fā)明的導(dǎo)電零件的安裝例子。
圖7表示涉及本發(fā)明的導(dǎo)電零件的前端形狀的例子。
圖8表示涉及本發(fā)明的導(dǎo)電零件的前端形狀的例子。
圖9表示本發(fā)明的高壓放電燈的實(shí)施例。
圖10表示確認(rèn)本發(fā)明的效果的實(shí)驗(yàn)例的情況。
圖11表示過去的光源裝置。
圖12表示本發(fā)明的光源裝置。
圖13表示光有效利用角的說明圖。
發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
以下利用附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖2表示本發(fā)明的燈的概要圖。在放電空間20內(nèi)有一對對置電極2、3的高壓放電燈中，在放電空間20內(nèi)除陽極2、陰極3外，還有前端銳利的導(dǎo)電零件15，該導(dǎo)電零件15的電位與來自高壓脈沖發(fā)生器H·V的加高壓側(cè)的電極(在此情況下為3)的電位相同。并且，導(dǎo)電零件15的前端離對置電極的距離L2大于加高壓側(cè)電極(這時(shí)為3)和對置電極(這時(shí)為2)之間的距離L1(L1＜L2)。并且，導(dǎo)電零件15的根部固定在電極芯棒11上。
而且，導(dǎo)電零件15的連接方法例如有以下幾種(1)如圖3(a)、(b)所示纏繞連接在加高壓側(cè)(H·V側(cè))的電極2(或3)上；(2)如圖4(a)、(b)所示，連接在與加高壓側(cè)的電極2(或3)相連的電極芯棒11(或12)上；(3)如圖5(a)、(b)所示與密封箔13(或14)相連接；(4)如圖6所示在燈的外部與加高壓側(cè)電極的供電線16相連接。
導(dǎo)電零件的材料，如果以Mo、W、Ta、Zr等高熔點(diǎn)金屬為基體金屬，并至少在該零件的前端部上包含Th、La、Ce、Hf、Ba等的功函數(shù)較低的物質(zhì)，那么，與僅用Mo、W、Ta、Zr等的高熔點(diǎn)金屬時(shí)相比，能在較低的電壓下開始放電。
導(dǎo)電零件的形狀，希望如圖7所示，直徑比發(fā)光管內(nèi)的2個(gè)電極細(xì)，其前端是尖端角θ1、該θ1小于接近導(dǎo)電零件的位置上的電極前端錐部(圓錐狀部)的角度θ(θ＞θ1)。這是因?yàn)榻嵌刃r(shí)電場容易集中，電場被增強(qiáng)。或者，希望如圖8所示，前端直徑(Φ1.Φ2)小于接近導(dǎo)電零件的位置上的電極前端直徑(Φ)，即Φ＞Φ1、Φ2，這也是因?yàn)榍岸酥睆捷^小時(shí)電場集中。導(dǎo)電零件在此是棒狀，為前端尖的針狀，但前端不一定要是尖銳的。如圖8所示，如果導(dǎo)電零件本身是細(xì)的，那么前端既可以是圓弧狀的，也可以是方形的。并且，導(dǎo)電零件的前端以外的部分也可以是板狀的。另外，若設(shè)置多個(gè)導(dǎo)電零件，則從各個(gè)導(dǎo)電零件前端開始電暈放電。
圖9表示陶瓷制反射鏡一體型的氙短弧放電燈的概要剖視圖。該燈的導(dǎo)電零件是把金屬絲23纏繞在陰極3的支柱22上，該金屬絲23的前端布置成與陰極3相平行面向陽極2，或者，如圖9所示，導(dǎo)電零件也可以是把陰極3的支柱22變形，制成銳角的凸起部23′。或者，也可以把導(dǎo)電零件直接安裝在陰極3上(無圖示)。符號25是藍(lán)寶石制成的前面透光板，符號29是反射鏡面。
圖11表示過去的短弧放電燈光源裝置，圖12表示本發(fā)明的短弧放電燈，圖11的過去的光源裝置90中，如果纏繞在密封部6′上的外部觸發(fā)絲5和位于凹面反射鏡30頸部的孔31的距離較近，那么，觸發(fā)絲和反射鏡之間的絕緣擊穿電壓低于電極間的絕緣擊穿電壓，先進(jìn)行放電，所以，有可能高壓漏電。因此，過去使頸部的孔31的開口直徑增大，但另一方面，本發(fā)明的光源裝置100不擔(dān)心漏電，與過去的光源裝置相比，能減小頸部的孔41的開口直徑，使凹面反射鏡40小型化，能減小凹面反射鏡40的前面開口直徑，其結(jié)果，聚光效率提高。
同13表示對導(dǎo)電零件布置的一個(gè)良好例子。若導(dǎo)電零件布置在離開電弧中心、位于電極軸周圍的光有效利用角的范圍，即配置在圖中不妨礙主電極上放射的、角度α的范圍外側(cè)，則燈發(fā)出的光利用效率較高。
以下作為具體的事例，在輸出功率2kw，氙封入壓力2MPa，電極間距離5mm的DLP投影儀用高壓氙燈中布置了涉及本發(fā)明的發(fā)光管內(nèi)導(dǎo)電零件。把燈結(jié)構(gòu)零部件的Φ0.2的玻璃管固定Mo(鉬)絲27延伸到發(fā)光管內(nèi)作為導(dǎo)電零件。對纏繞在電極芯棒28上的玻璃管固定Mo絲27進(jìn)行拉伸，布置成其前端離對置電極的距離大于加高壓側(cè)電極和該對置電極之間的距離。并且，傾斜地進(jìn)行切斷，使Mo絲27的前端尖銳。在此情況下，Mo絲27纏繞在電極芯棒28上，所以與電極芯棒28導(dǎo)通。按以下3種方式進(jìn)行了起動性確認(rèn)試驗(yàn)。
<起動性確認(rèn)試驗(yàn)〉如圖10(a)所示，布置成Mo絲27與陰極3相平行，其前端來到陰極的錐部開始傾斜的位置附近。
如圖10(b)所示，布置成Mo絲27的前端與發(fā)光管10內(nèi)壁相接觸。
接近圖10(b)的方式是布置成Mo絲27的前端與發(fā)光管10不接觸，位于1mm以內(nèi)的接近距離處。
按照在過去的發(fā)光管外部設(shè)置觸發(fā)絲的情況以及上述3種方式，分別各制作2個(gè)燈，檢驗(yàn)了絕緣擊穿電壓。
對點(diǎn)燈起動時(shí)的絕緣擊穿電壓進(jìn)行了測量，其結(jié)果如下。
像過去那樣，在發(fā)光管外部纏繞觸發(fā)絲的情況下，該燈的絕緣擊穿電壓為30～33KV。與此相比，本發(fā)明的方式絕緣擊穿電壓大大降低，在①的情況下為25～27KV，在②或③的情況下為22～24KV。
在①、②、③本發(fā)明的方式的情況下，導(dǎo)電零件設(shè)置在燈內(nèi)部，所以，導(dǎo)電零件不會氧化變質(zhì)，在燈的壽命結(jié)束前起動性不降低。發(fā)光管內(nèi)產(chǎn)生的現(xiàn)象是在①的情況下，當(dāng)施加高壓時(shí)在導(dǎo)電零件的Mo絲27前端像火花那樣產(chǎn)生放電。并且，在②、③的情況下，放電在真空管(バルブ)內(nèi)壁上從導(dǎo)電零件前端擴(kuò)展成蜘蛛網(wǎng)狀。估計(jì)，這是電暈放電使放電的方式轉(zhuǎn)移成為沿玻璃內(nèi)面的沿面放電。
根據(jù)以上結(jié)果，可推測如下。利用比主電極間的絕緣擊穿電壓低的電壓(約10KV)，從Mo絲前端產(chǎn)生電暈放電。利用該放電所產(chǎn)生的電磁波通過光電效應(yīng)，從陽極或陰極上感生電子放電，能降低電極間的絕緣擊穿電壓。主放電一開始，起動時(shí)外加上數(shù)10KV的電極間的電位差下降到數(shù)十V，所以，達(dá)不到電離開始的電場強(qiáng)度，電暈放電停止，僅主放電繼續(xù)進(jìn)行。
而且，在以上的說明中舉例表示了直流型燈。但是，在交流型燈中也是如此，只要是在燈上外加高壓進(jìn)行起動的方法，不管是直流還是交流，內(nèi)部的導(dǎo)電零件都能有效地發(fā)揮作用，當(dāng)然能達(dá)到本發(fā)明的效果。
發(fā)明的效果如以上詳細(xì)說明的那樣，若采用技術(shù)方案1所述的發(fā)明，則在放電空間內(nèi)具有一對對置電極的短弧放電燈中，在該放電空間內(nèi)，除該電極外，至少有一個(gè)導(dǎo)電零件，該導(dǎo)電零件與加高壓側(cè)的電極同電位，使該導(dǎo)電零件的前端離開該對置電極的距離大于加高壓側(cè)電極和對置電極之間的距離，這樣，能制成起動性良好，發(fā)光管外部的觸發(fā)絲不會造成發(fā)光管損傷的短弧放電燈。
若采用技術(shù)方案2所述的發(fā)明，則使導(dǎo)電零件的前端接觸或接近發(fā)光管內(nèi)壁，能制成起動性更好的短弧放電燈。
若采用技術(shù)方案3所述的發(fā)明，則通過把導(dǎo)電零件設(shè)置在離開電弧中心的電極軸周圍的光有效利用角的范圍的外側(cè)，能制成來自發(fā)光管的放射光不受損失的光利用效率高的短弧放電燈。
若采用技術(shù)方案4所述的發(fā)明，則能制成一種光源裝置，其中具有凹面反射鏡，把技術(shù)方案1～3中的任一項(xiàng)所述的短弧放電燈的一邊的密封部插入到該凹面反射鏡的頸部，這樣，能減小反射鏡的開口直徑，能提供一種具有來自發(fā)光管的放射光不受損失、擴(kuò)大聚光范圍的短弧放電燈的光源裝置。
權(quán)利要求
1.一種短弧放電燈，其特征在于在放電空間內(nèi)具有一對對置電極的短弧放電燈中，在該放電空間內(nèi)除該電極外，至少有一個(gè)導(dǎo)電零件，該導(dǎo)電零件的電位與加高壓側(cè)的電極的電位相同，該導(dǎo)電零件的前端離開該對置電極的距離大于加高壓側(cè)電極和對置電極之間的距離。
2.權(quán)利要求1所述的短弧放電燈，其特征在于該導(dǎo)電零件的前端與發(fā)光管內(nèi)壁相接觸或者相接近。
3.權(quán)利要求1～2的任一項(xiàng)所述的短弧放電燈，其特征在于該導(dǎo)電零件被布置在電弧中心起電極軸周圍的光有效利用角的范圍的外側(cè)。
4.一種光源裝置，其特征在于具有凹面反射鏡，在該凹面反射鏡的頸部穿通插入了權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的短弧放電燈的一邊的密封部。
全文摘要
本發(fā)明提供這樣一種短弧放電燈，其起動性良好、發(fā)光管不易受損傷、來自發(fā)光管的放射光無損失。該短弧放電燈，其特征在于在放電空間內(nèi)具有一對對置電極的短弧放電燈中，在放電空間內(nèi)除該電極外，至少有一個(gè)導(dǎo)電零件，該導(dǎo)電零件的電位與加高壓側(cè)的電極的電位相同，該導(dǎo)電零件的前端離開該對置電極的距離大于加高壓側(cè)電極和對置電極之間的距離。
文檔編號H01J61/00GK1480979SQ03178699
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者菊池康郎, 東本陽一郎, 松島竹夫, 一郎, 夫 申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會社