CN100507346C - 光源装置和投影机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源装置，该光源装置具有：具有在电极间进行放电发光的发光部和设置在该发光部的两侧的封装部的发光管，和具有形成有插入该发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的、具有使从发光部发射的光束朝一定方向一致地向前方射出的椭圆曲面状的反射面的反射部的反射器，其中，在发光管上设置将前方侧基本上一半覆盖的副反射镜，插入孔沿从光束射出方向根端向前端直径逐渐增大，插入孔的反射面侧的口径比副反射镜的外径大，并且是在由反射器的前方侧焦点位置和副反射镜的外周面决定的上述反射器的有效反射区域的内径的内侧。

Description

光源装置和投影机

技术领域

本发明涉及具有发光管和反射器的光源装置和投影机，发光管具有可在电极间放电发光的发光部和设置在该发光部的两侧的封装部；反射器具有形成可插入该发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的反射部，该反射部使从上述发光部发射的光束一致地朝一定方向射出的椭圆曲面状的反射面。

背景技术

以往，已利用了根据图像信息调制从光源射出的光束而放大投影光学像的投影机，这样的投影机与个人计算机一起应用于会议等的演示。另外，近年来根据想在家庭用大画面看电影等的需要，将这样的投影机用于家庭影院用途。

作为用于投影机的光源装置，已知的有金属卤化物灯或高压水银灯等放电型的发光管和反射镜一体化地收纳到灯罩等内的光源装置。

如果是例如高压水银灯，则发光管由封入间隔指定距离配置的一对钨制的电极、水银、稀有气体和少量的卤素的发光部和设置在该发光部的两侧的插入与电极电气连接的钼制的金属箔的用玻璃材料等封装的封装部(密封部)构成。

反射器由形成用于插入发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的具有使从发光部发射的光束一致地朝一定方向射出的椭圆曲面状的反射面的反射部构成。

使这样的发光管和反射器为一体化结构时，将发光管的封装部插入反射器的插入孔内，调整位置使发光部位于反射器内部的指定位置后，通过从插入孔的根端部将二氧化硅和氧化铝系的无机粘接剂填充到插入孔和封装部内，可以将发光管固定到反射器内。

这里，如果插入孔和封装部的间隙太小，就难于填充无机粘接剂，另一方面，如果间隙太大，无机粘接剂将从间隙流出而溢出到反射器的反射面上。

因此，以前提案了在反射器的插入孔与反射面相邻的部分形成窄部而无机粘接剂不会溢出到反射面上的结构(特开2002—62586号公报、特开平6—203806号公报)。

但是，在上述先有技术的发明中，反射器的反射面侧的插入孔的口径小时，存在难于从反射面侧填充无机粘接剂的问题。

另外，在上述先有技术的发明中，在窄部难于使与发光管间的间隙完全消失，粘接剂附着到反射器的反射面上时，反射膜将会被粘接剂所腐蚀。

本发明的目的旨在提供将粘接剂填充到反射器的颈状部的插入孔内的作业简单并且粘接剂不会附着到反射器的反射面上的发源装置和投影机。

发明内容

本发明的光源装置具有：具有在电极间进行放电发光的发光部和设置在该发光部的两侧的封装部的发光管，和具有形成有可插入该发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的、具有使从上述发光部发射的光束朝一定方向一致地向前方射出的椭圆曲面状的反射面的反射部的反射器，其特征在于：在上述发光管上设置将前方侧基本上一半覆盖的副反射镜，上述插入孔沿从光束射出方向根端向前端直径逐渐增大，上述插入孔的反射面侧的口径比上述副反射镜的外径大，并且是在由上述反射器的前方侧焦点位置和副反射镜的外周面决定的上述反射器的有效反射区域的内径的内侧。

这里，反射器的有效反射区域的内径由椭圆反射器的第2焦点位置和副反射镜的外径尺寸决定，规定为从第2焦点位置开始作为连接副反射镜的外周的线与椭圆反射器的反射面的交线的圆的直径。

按照本发明，插入孔的反射面侧的口径比副反射镜的外径大，并且设定在反射器的有效反射区域的内径的内侧，因此可以通过充分大的口径填充粘接剂，所以，可以很容易地从反射器的反射部侧进行粘接剂的填充，也可以插入夹具等进行粘接剂的填充。

另外，通过大的口径提高了视觉识别性，所以，从反射面侧或反射器的背面侧填充粘接剂时，可以边确认填充量边进行粘接剂的填充，从而可以防止粘接剂流出而附着到反射器的反射部的反射面上。

此外，由于插入孔的口径比副反射镜的外径大并设定在反射器的有效反射区域的内径的内侧，所以，减少了反射器的反射面，而作为光源装置没有减少射出的光束的光量。

本发明的投影机是具有光源装置、根据图像信息调制从该光源装置射出的光束而形成光学像的光调制装置和放大投影由该光调制装置形成的光学像的投影光学装置的投影机，其特征在于：上述光源装置具有：具有在电极间进行放电发光的发光部和设置在该发光部的两侧的封装部的发光管，和具有形成有可插入该发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的、具有使从上述发光部发射的光束朝一定方向一致地向前方射出的椭圆曲面状的反射面的反射部的反射器，在上述发光管上设置将前方侧基本上一半覆盖的副反射镜，上述插入孔沿从光束射出方向根端向前端直径逐渐增大，上述插入孔的反射面侧的口径比上述副反射镜的外径大，并且是在上述反射器的有效反射区域的内径的内侧。

按照本发明，如上所述，可以防止反射器的反射部的反射面损伤，而并影响射出光束的光量，所以，可以提供可提供明亮的高画质的投影图像的投影机。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的投影机的光学系统的结构的示意图；

图2是表示上述实施例的光源装置的结构的概要立体图；

图3是表示上述实施例的光源装置的结构的剖面图；

图4是用于说明上述实施例的光源装置的光束射出的作用的示意图；

图5是表示构成上述实施例的光源装置的椭圆反射器的结构的剖面图；

图6是表示构成上述实施例的光源装置的椭圆反射器的结构的剖面图。

具体实施形式

下面，根据附图说明本发明的一实施例。

图1是表示本发明的实施例的投影机1的光学系统的示意图，投影机1是根据图像信息调制从光源射出的光束而形成光学像并放大投影到屏幕上的光学设备，具有作为光源装置的光源灯单元10、均匀照明光学系统20、色分离光学系统30、中继光学系统35、光学装置40和投影光学系统50，构成光学系统20、30、35的光学元件，被定位调整并收纳在设定有指定的照明光轴A的光导装置(光导向体)2内。

光源灯单元10使从光源灯11发射的光束一致地朝一定方向向前方射出，将光学装置40照明，具有光源灯11、椭圆反射器12、副反射镜13和平行化凹透镜14，后面详细说明。

并且，从光源灯11发射的光束由椭圆反射器12使之在装置前方侧射出方向一致向前方作为会聚光而射出，由平行化凹透镜14形成平行光，向均匀照明光学系统20射出。

均匀照明光学系统20是将从光源灯单元10射出的光束分割为多个部分光束从而使照明区域的面内照度均匀的光学系统，具有第1透镜阵列21、第2透镜阵列22、PBS阵列23和重叠透镜24以及反射镜25。

第1透镜阵列21具有作为将从光源灯11射出的光束分割为多个部分光束的光束分割光学元件的功能，在与照明光轴A垂直相交的面内具有排列成矩阵状的多个小透镜，各小透镜的轮廓形状设定为形成与构成后面所述的光学装置40的液晶面板42R、42G、42B的图像形成区域的形状大致相似的形状。

第2透镜阵列22是将由上述第1透镜阵列21分割的多个部分光束聚光的光学元件，和第1透镜阵列一样，在与照明光轴A垂直相交的面内，具有排列成矩阵状的多个小透镜，但是，由于以聚光为目的，所以，各小透镜的轮廓形状不必与液晶面板42R、42G、42B的图像形成区域的形状对应。

PBS阵列23是使由第1透镜阵列21分割的各部分光束的偏振方向成为1个方向的直线偏振光的偏振变换元件。

该PBS阵列23具有交替地排列相对于照明光轴A倾斜配置的偏振分离膜和反射镜的结构，图中未示出。偏振分离膜使包含在各部分光束中的P偏振光光束和S偏振光光束中的一方的偏振光光束透过，而反射其中另一方的偏振光光束。被反射的其中另一方的偏振光光束通过反射镜而弯折，向上述1方的偏振光光束的射出方向即沿照明光轴A的方向射出。射出的偏振光光束中的任一光束都由设置在PBS阵列23的光束射出面上的相位差片进行偏振变换，使所有的偏振光光束的偏振方向一致。通过使用这样的PBS阵列23，可以使从光源灯11射出的光束成为1个方向的偏振光光束，所以，可以提高在光学装置40中利用的光源光的利用率。

重叠透镜24是使经过第1透镜阵列21、第2透镜阵列22和PBS阵列23的多个部分光束聚光而在液晶面板42R、42G、42B的图像形成区域上重叠的光学元件。在本例中，该重叠透镜(聚光器)24是光束透过区域的入射侧端面是平面而射出侧端面是双曲面状的非球面透镜，但是，也可以使用球面透镜。

从重叠透镜24射出的光束通过反射镜25而弯折，向色分离光学系统30射出。

色分离光学系统30包括2个分色镜31及32和反射镜33，具有通过分色镜31及32将从均匀照明光学系统20射出的多个部分光束分离为红(R)、绿(G)、蓝(B)的3色的色光的功能。

分色镜31及32是在基板上形成反射指定的波长区域的光束而透过其他波长的光束的波长选择膜的光学元件，配置在光路前级的分色镜31是透过红色光而反射其他的色光的反射镜。配置在光路后级的分色镜32是反射绿色光而透过蓝色光的反射镜。

中继光学系统35包括入射侧透镜36、中继透镜38和反射镜37及39，具有将透过构成色分离光学系统30的分色镜32的蓝色光引导到光学装置40的功能。之所以将这样的中继光学系统35设置在蓝色光的光路上，是由于蓝色光的光路比其他的色光的光路长，是为了防止由于光的发散等引起光的利用率降低。在本例中，由于蓝色光的光路长，所以，采用这样的结构，但是，也可以考虑使红色光的光路长的结构。

由上述分色镜31分离的红色光通过反射镜33弯折之后，通过场透镜41供给光学装置40。另外，由分色镜32分离的绿色光直接通过场透镜41供给光学装置40。此外，蓝色光由构成中继光学系统35的透镜36及38和反射镜37及39聚光并弯折，然后通过场透镜41供给光学装置40。设置在光学装置40的各色光的光路前级的场透镜41是为了将从第2透镜阵列22射出的各部分光束变换为相对照明光轴平行的光束而设置的。

光学装置40根据图像信息调制入射的光束，形成彩色图像，具有作为成为照明对象的光调制装置的液晶面板42R、42G、42B和作为色合成光学系统的十字分色棱镜43。入射侧偏振片44配置在场透镜41与各液晶面板42R、42G、42B之间，图中未示出，射出侧偏振片配置在各液晶面板42R、42G、42B与十字分色棱镜43之间，由入射侧偏振片44、液晶面板42R、42G、42B和射出侧偏振片对入射的各色光进行光调制。

液晶面板42R、42G、42B是将作为电光物质的液晶密闭封入一对透明的玻璃基板而构成的，将例如多晶硅TFT作为开关元件，按照供给的图像信号调制从入射侧偏振片44射出的偏振光光束的偏振方向。该液晶面板42R、42G、42B进行调制的图像形成区域是矩形，其对角线尺寸是例如0.7英寸。

十字分色棱镜43是将对从射出侧偏振片射出的各色光的每一色光进行调制而形成的光学像合成而形成彩色图像的光学元件。十字分色棱镜43是将4个直角棱镜相互粘贴而形成的平面呈大致正方形的棱镜，在将直角棱镜相互粘贴的界面上形成电介质多层膜。略呈X状的一方的电介质多层膜反射红色光，另一方的电介质多层膜反射蓝色光，红色光和蓝色光通过这些电介质多层膜发生弯折，与绿色光的前进方向一致，从而将3个色光合成。

并且，从十字分色棱镜43射出的彩色图像由投影光学系统50放大投影，在图中未示出的屏幕上形成大画面图像。

作为上述光源装置的光源灯单元10相对于光导向体2可以装卸，在光源灯11破裂或因寿命而亮度降低时可以进行更换。

更详细而言，该光源灯单元10除了上述光源灯11、椭圆反射器12、副反射镜13和平行化凹透镜14以外，如图2和图3所示，还具有灯罩15和灯盖部件16。

作为发光管的光源灯11由中央部突出成球状的石英玻璃管构成，中央部分为发光部111，在该发光部111的两侧延伸的部分是封装部112。

在发光部111的内部，封入了在内部间隔指定距离配置的一对钨制的电极、水银、稀有气体和少量的卤素，在图3中省略了。

在封装部112的内部，插入与发光部111的电极电气连接的钼制的金属箔，利用玻璃材料等进行封装。此外，作为电极引线的导线113与金属箔连接，该导线113延伸到光源灯11的外部。

并且，将电压加到导线113上时，在电极间发生放电，发光部111发光。在图3中未示出，镍铬(耐热)合金线等卷绕在光源灯11的前方侧的封装部112上，在投影机1起动时，电流流过该镍铬合金线，可以进行发光部111的预热，如果设置了这样的预热装置，由于先期发生发光部111内的卤素循环(ハロゲンサイクル)，所以，可以很快点亮光源灯11。

椭圆反射器12是具有插入有光源灯11的封装部112的颈状部121和从该颈状部121开始扩大的椭圆曲面状的反射部122的玻璃制的一体成形品，后面详细说明。

在颈状部121上，在中央形成插入孔123，封装部112配置在该插入孔123的中心。

反射部122是在椭圆曲面状的玻璃面上通过蒸镀金属薄膜而形成的，该反射部122的反射面采用反射可见光而透过红外线的冷光镜(冷反射镜)。

上述光源灯11配置在反射部122的内部，如图4所示，配置成使发光部111内的电极间的发光中心成为反射部122的椭圆曲面的第1焦点位置L1。

并且，点亮光源灯11时，从发光部111射出的光束由反射部122的反射面反射，而成为会聚到椭圆曲面的第2焦点位置L2的会聚光。

另外，椭圆反射器12的光轴方向的长度尺寸比光源灯11的长度尺寸小，将光源灯11安装到椭圆反射器12上时，光源灯11的前侧的封装部112从椭圆反射器12的光束射出开口突出。

副反射镜13是以反射器12的光束射出方向为前方时将光源灯11的发光部111的前侧约一半覆盖的反射部件，图中未示出，该反射面形成与发光部111的球面相仿的凹曲面状，反射面与椭圆反射器12一样，采用冷光镜。

通过将副反射镜13安装到发光部111上，如图4所示，向发光部111的前方侧发射的光束由该副反射镜13向椭圆反射器12侧反射，从椭圆反射器12的反射部122射出。

这样，通过使用副反射镜13，向发光部111的前方侧发射的光束向后方侧反射，所以，即使反射部122的椭圆曲面较少，也可以使从发光部111射出的光束都向一定方向射出，从而可以减小椭圆反射器12的光轴方向尺寸。

如图3所示，灯罩(灯箱)15是剖面呈L字状的合成树脂制的一体成形品，包括水平部151和垂直部152。

水平部151与光导向体2的壁部接合，是使光源灯单元10隐蔽在光导向体2内而不发生光泄漏的部分。另外，图中未示出，在该水平部151上，设置了将光源灯11与外部电源电气连接的端子台，光源灯11的导线113与该端子台连接。

垂直部152是进行椭圆反射器12的光轴方向的定位的部分，在本例中，用粘接剂等将椭圆反射器12的光束射出开口侧前端部相对该垂直部152固定。在该垂直部152上，形成使椭圆反射器12的射出光束透过的开口部153。

另外，在这样的水平部151和垂直部152上形成突起154。该突起154与在光导向体2内形成的凹部接合，并在接合时，将光源灯11的发光中心配置在光导向体2的照明光轴A上。

灯盖部件16具有由安装在灯罩15的垂直部152的开口部153的略呈圆锤状的筒体构成的热吸收部161、突出地设置在该热吸收部161的外侧的多个散热片162和在热吸收部161的前端形成的透镜安装部163，作为金属制的一体成形品而构成。

热吸收部161是吸收从光源灯11发射的辐射热和在椭圆反射器12和灯盖部件16内的密封空间中对流的空气的热的部分，其内面进行了着黑防腐蚀处理。该热吸收部161的略呈圆锥状的倾斜面与椭圆反射器12的会聚光的倾斜方向相平行，从而尽可能使从椭圆反射器12射出的光束与热吸收部161的内面不接触。

多个散热片162是在与光源灯单元10的光轴垂直相交的方向延伸的板状体，在各散热片162之间形成可以使冷却空气充分通过的间隙。

透镜安装部163由在热吸收部161的前端突出地设置的圆筒状体构成，使椭圆反射器12的会聚光平行化的平行化凹透镜14安装在该圆筒状部分。平行化凹透镜14向透镜安装部163上的固定，可利用粘接剂等进行，图中未示出。并且，将平行化凹透镜14安装到透镜安装部163上时，光源灯单元10内部的空间被完全密封，即使光源灯11破裂，碎片也不会飞散到外部。

更详细地说明上述椭圆反射器12的形状时，如图5所示，该椭圆反射器12具有在颈状部121内形成的插入孔123，该插入孔123从颈状部121的光束射出方向根端侧向前端侧形成直径逐渐增大的圆锥台状的筒状，插入孔123的前端侧端面与反射部122的反射面124相邻。

设插入孔123与反射面124相邻的开口的直径尺寸为D1、副反射镜13的外径尺寸为D2、反射面124中作为射出未被副反射镜13遮挡的光束的部分的反射面有效区域的内径尺寸为D3时，则D3>D1≥D2或D3＝D1>D2成立。

有效反射区域的内径尺寸D3由在椭圆反射器12的反射面124上反射的向第2焦点位置L2会聚的光束中由和被副反射镜13遮挡的光的边界的光束L3形成的圆锥、和作为与椭圆反射器12的反射面124的交线的圆的直径规定。由光束L3形成的圆锥的内侧的区域成为从发光部111发射的光束被副反射镜13遮挡的部分，是即使到达反射面124的该内侧的区域的光束由反射面124反射也不会到达第2焦点位置L2的部分。因此，椭圆反射器12的反射面124不必形成到有效反射区域的内径尺寸D3的圆的内侧的区域，相反，插入孔123的反射面124侧的开口口径(直径)可扩展到有效反射区域的内径尺寸D3。

另一方面，在插入孔123的根端部分，从插入孔123的内面，最窄部125突出地形成环状。

该最窄部125与颈状部121一体形成，是具有容易插入光源灯11的封装部112的所需最小限度的间隙的部分。

如图6(A)所示，这样的最窄部125是在形成椭圆反射器12时在用底部125A堵塞插入孔123的根端侧端面的状态下进行成形之后通过对底部125A进行切削和研磨加工，进行开孔而形成的。

将光源灯11固定到这样的椭圆反射器12上时，按以下的顺序进行。

首先，使反射面124向上，将椭圆反射器12设置到作业台等上，将光源灯11的封装部112插入到插入孔123内。这时，预先在将副反射镜13安装到发光部111上的状态下将导线113弯曲约180°，将导线113也插入到插入孔123内，并从插入孔123的根端部伸出到外侧。

其次，调整位置使光源灯11的发光部111的发光中心位于反射面124的第1焦点位置L1(参见图5)。在进行光源灯11的位置调整时，由CCD摄像机等对发光部111的电极进行摄像，求出电极的中心，通过位置调整使该中心与设计上的椭圆反射器12的第1焦点重合。

在发光部111的位置调整结束后，如图6(B)所示，从反射面124侧将无机粘接剂AD注入到插入孔123内。这时，利用上户(喷壶)等的尖细状的夹具注入无机粘接剂AD，从而无机粘接剂不会附着到反射面124上。

在无机粘接剂AD的填充结束后，利用夹具等保持椭圆反射器12和光源灯11，维持该状态使无机粘接剂AD硬化。

按照上述本实施例，具有以下效果。

(1)向插入孔123内填充无机粘接剂AD时，由于椭圆反射器12的光束伸出侧的插入孔123的开口大，所以，容易从椭圆反射器12的反射面124侧注入无机粘接剂AD，从而可以将无机粘接剂AD填充到插入孔123和封装部112之间。因此，可以边确认注入到插入孔123和封装部112之间的无机粘接剂AD的填充状况边进行作业，所以，不会溢出到反射面124上，在作业结束后，可以减少无机粘接剂对反射面124污染的可能性。

(2)从反射面124侧注入无机粘接剂AD时，可以利用根端部的最窄部125抑制无机粘接剂A的流出，所以，可以更容易进行注入作业。

(3)在光源灯11上设置了副反射镜13，由于在由椭圆反射器12的反射面124反射的光束被该副反射镜13遮挡的直径尺寸C的范围内形成了插入孔123的开口部，所以，比不使用副反射镜13时的反射面124的可能反射的直径尺寸D1的范围大。因此，由于插入孔123的前端侧端面开口部的尺寸比通常的尺寸大，所以，可以更容易地从反射面124侧进行注入无机粘接剂A的作业。

(4)由于确保反射面124侧的插入孔123的开口直径充分大，所以，进行粘接剂AD的填充时可以边确认填充量边进行粘接剂AD的填充作业，从而可以防止粘接剂AD流出/漏出而附着到反射器12的反射部122的反射面124上。

(5)由于插入孔123的开口直径比副反射镜13的外径尺寸D2大，并设定在反射器12的有效反射区域的直径D3的内侧，所以，减少了反射器12的反射面，但作为光源灯单元10没有减少射出的光束的光量。

(6)反射器12的反射部122的反射面124不会伴随粘接剂AD的附着而损伤，不影响射出光束的光量，所以，可以获得可提供明亮的高画质的投影图像的投影机。

本发明不限于上述各实施例，也包含以下所示的变形。

在上述实施例中，将光源灯单元10应用于具有液晶面板42R、42G、42B的投影机1，但是，本发明不限于此，具有使用例如微镜的器件的投影机也可以采用本发明，此外，投影机以外的光学设备例如聚光灯等照明设备也可以采用本发明。

此外，实施本发明时的具体的结构和形状等在可以达到本发明的目的的范围内也可以采用其他结构等。

本发明的光源装置除了上述投影机等图像显示装置外也可以应用于射出指向性高的光束的光学设备，例如，聚光灯等其他照明设备。

Claims (2)

1.一种光源装置，该光源装置具备：具有在电极间进行放电发光的发光部和设置在该发光部的两侧的封装部的发光管，和具有形成有可插入该发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的、具有使从上述发光部发射的光束朝一定方向一致地向前方射出的椭圆曲面状的反射面的反射部的反射器，其特征在于：

在上述发光部的前方侧上设置有将上述发光部的大致一半覆盖的副反射镜；

上述插入孔沿从光束射出方向根端向前端直径逐渐增大；

上述插入孔的上述反射面侧的口径比上述副反射镜的外径大，并且是在上述反射面中作为射出未被上述副反射镜遮挡的光束的部分的上述反射面的有效反射区域的内径的内侧。

2.一种投影机，具有光源装置、根据图像信息调制从该光源装置射出的光束而形成光学像的光调制装置和放大投影由该光调制装置形成的光学像的投影光学装置，其特征在于：

上述光源装置具备：具有在电极间进行放电发光的发光部和设置在该发光部的两侧的封装部的发光管，和具有形成有可插入该发光管的插入孔的颈状部和与该颈状部一体形成的、具有使从上述发光部发射的光束朝一定方向一致地向前方射出的椭圆曲面状的反射面的反射部的反射器；

在上述发光部的前方侧上设置有将上述发光部的大致一半覆盖的副反射镜；

上述插入孔沿从光束射出方向根端向前端直径逐渐增大；

上述插入孔的上述反射面侧的口径比上述副反射镜的外径大，并且是在上述反射面中作为射出未被上述副反射镜遮挡的光束的部分的上述反射面的有效反射区域的内径的内侧。

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