CN100561331C - 光源装置和使用该光源装置的图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源装置和使用该光源装置的图像显示装置，即使形成简单且紧凑的结构，也能够提高向规定的小直径区域的聚光效率，本发明包括：具有一对主电极(21，22)的发光管(20)、和反射从该发光管(20)射出的射出光的反射镜(30)，这些主电极(21，22)的电极轴01与上述射出光的光轴LA交叉，在所述反射镜(30)上形成：由以发光管(20)的发光点(L 0)为中心的球面构成的第一反射镜部(31)；由与该第一反射镜部(31)不同的曲面构成的第二反射镜部(32)，同时设置了聚光体(40)，聚光从所述发光管(20)向所述第二反射镜部(32)以外射出的射出光，且将聚光后的射出光向规定方向或区域照射。

Description

光源装置和使用该光源装置的图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种具有用于反射从发光管射出的射出光的反射镜的光源装置以及使用该光源装置的图像显示装置。

背景技术

参照图17～图23来说明本发明的背景技术。图17(a)、(b)是发光管的配置方向的比较说明图，图18是表示光轴并列配置型光源装置的概要结构的水平截面图，图19是表示从图18所示的光轴并列配置型光源装置的发光点射出的射出光的状态之水平截面图。

一直以来，在使用于需要高亮度光源的投影型显示装置等的光源装置中，使用了诸如金属卤化物灯、氙短弧灯、高压型水银灯等通过发生弧光放电而进行照明的发光管。

象图18所示那样，光源装置包括：发光管1；反射镜2，反射从该发光管1射出的射出光的、由耐热玻璃基底材料或者陶瓷基底材料构成。

象图17(a)，(b)、图18所示那样，将通过发光点(发光中心)L0且将在两侧配置于一个直线上的阳极电极3和阴极电极4封入到玻璃管5内，根据配置该发光管1的方向，能够大致划分为现有技术的光轴并列配置型、光轴垂直配置型。而且，将通过阳极电极和阴极电极的共同中心轴称为“电极轴O1”。

阳极侧导线棒3A与阳极电极3连接，同时，在该阳极侧导线棒3A上焊接钼片6。

另外，阴极侧导线棒4A与阴极电极4连接，同时，在该阴极侧导线棒4A上焊接了钼片7。而且，5A，5B是封入了阳极侧导线棒3A或阴极侧导线棒4A的密封部。

作为光轴并列配置型，在图17(a)所示的X、Y、Z轴中，当使光轴LA与X轴一致时，发光管1的电极轴O1处于X方向。另外，作为光轴垂直配置型，如该图(b)所示那样，发光管1的电极轴O1处于Z方向。

在上述结构中，从发光管1射出的射出光，利用反射镜2向规定方向或区域照射。

但是，在上述光轴并列配置型的情况下，如图18、19所示那样，从发光点L0看，在射出光线的照射方向上存在阴极电极4，所以，发光管1一侧的密封部5B成为妨碍射出光线的前进路径的障碍物，导致从光源射出的射出光的利用效率下降。

为了改善该问题，在特开平2-55325号公报中，公开了光轴垂直配置型光源装置。将其作为“第一已有技术”。

但是，在光轴垂直配置型光源装置中，光的输出分布容易产生不均衡，所以，象特开平4-242064号公报、特开平6-214115号公报等那样，提出了如下方案：通过在全部射出光线的射出范围配置聚光透镜或菲涅耳透镜，由此改善光的输出分布。将其作为“第二已有技术”。

图20、21表示了第一已有技术的光源装置的一个例子。图20是将反射镜的反射面形成为椭圆面的、第一已有技术的一个例子的光轴垂直配置型光源装置的顶视图，图21是将反射镜的光反射面形成为椭圆面，并且将发光管的电极轴相对光轴基本上垂直配置的第一已有技术的其它例子的光源装置的侧面图。

而且，图20、图21所示的光源装置，除了发光管的方向不同这一点之外(光轴垂直配置型)，形成为与图18、图19所示的光源装置相同的结构，所以，这里，对于与它们相同的结构赋予相同的符号，省略了详细说明。

另外，在图20、图21中，将X轴设为光轴方向，Y轴设为以最终产品观察时的高度方向、Z轴设为以最终产品观察时的深度方向，将观察X-Z截面时的图设为顶视图，将观察X-Y截面时的图设为侧面图。

图20所示的一个例子的光轴垂直配置型的光源装置中，从发光点L0射出的射出光线中由反射镜2的形成为椭圆面的光反射面进行反射的射出光线，包括：到达规定的聚光点Sp的成分；像由该反射面上的反射点2a反射的射出光线那样，照射到阳极电极3侧的钼片6上而被吸收的成分。

即，从光轴方向LA观察，照射到发光管1后方的光反射面上的射出光线具有照射到阳极电极3、阴极电极4或钼片6、7上而被吸收的成分，故从光源射出的射出光的利用效率降低，同时引起发光管1的密封部5A、5B的温度上升。

另外，来自光轴LA的θLoss光线没有向所述光反射面照射，所以基本上不到达聚光点Sp，成为损失光。

图21表示了其它例子的光轴垂直配置型光源装置的侧面图，将发光管1的电极轴O1配置为相对光轴LA基本上垂直，而且，将反射镜2的光反射面形成为椭圆面。

发光管1的光度分布处于由LA-L0-2a(2b)所形成的角度范围内，相当于所述图18所示的光度分布θ1amp。从图21所示的侧面观察时，形成以发光管1的发光点L0为中心的X-Y面的全部方向，即360度的光线分布。

这种情况下，来自发光点L0的在反射镜2的反射点2c反射的射出光线，即从光轴LA观察，由位于发光管1的后方的光反射面反射的射出光线，在发光管1的玻璃管5的外表面改变前进方向，不能到达所希望的聚光点Sp，成为损失光。

下面，参照图22、23来说明第二已有技术的光源装置。图22是将反射镜的反射面形成为同心圆面，并配置了聚光透镜的第二已有技术的一个例子的光轴垂直配置型光源装置的顶视图，图23是该光源装置的侧面图。

而且，图22、23所示的光源装置除了反射镜10的反射面10a为球面以及配置了聚光透镜11之外，其他均形成为与图20、21所示的光源装置相同的结构，所以，这里，对于与它们相同的结构赋予相同的符号，省略了详细说明。

图22所示的光源装置的结构为：在第一已有技术的光轴垂直配置型光源装置(图20所示)中，将从光轴LA观察位于发光管1后方的反射镜10的反射面10a形成为以发光点L0为中心的球面，并且，从光轴LA观察，在发光管1的前方配置了聚光透镜11。

在该结构中，从发光管1射出的射出光线，以角度θ2(与图18的θ1amp相同)的光度分布从发光点L0向聚光透镜11方向射出。

同样以θ2的射出角度从发光点L0向反射镜10侧照射，较理想的是，再次通过发光点L0，以角度θ2的光度分布向聚光透镜11侧射出。此时，聚光透镜11以发光管1的光度分布为基础进行设计，对角度θ2的扩展角度的光线进行聚光，向聚光透镜11的入射点11a入射的射出光线到达聚光点Sp。

在图22中，看到几乎所有的射出光线都到达规定的聚光点Sp，但如果观察图23所示的侧面图，则来自发光管的射出光形成为以发光点L0为中心的X-Y面的全部方向，即360度的光线分布。

此时，作为从发光管1射出的光线，存在以180°的射出角度从发光点L0向透镜11侧直接照射的成分；以180°的射出角度从发光点向反射镜10的同心圆面的反射面10a侧直接照射，较理想的是，再次通过发光点L0向聚光透镜11侧照射的成分。

这些射出光线中，向聚光透镜11入射的射出光线，仅角度θ2的扩展角度的光线，即仅入射到聚光透镜11的有效直径的光线到达聚光点Sp。

专利文献1：特开平2-55325号公报

专利文献2：特开平4-242064号公报

专利文献3：特开平6-214115号公报

但是，在作为第一已有技术表示的光轴垂直配置型光源装置中，在将反射镜的反射面形成为椭圆面或者双曲面等非球面的方式下，从发光管射出的射出光线中没有照射到反射镜的形成为非球面的反射面的成分，不能到达希望的聚光点、区域，光的收集效率降低。

另外，在作为第二已有技术表示的光轴垂直配置型光源装置中，在从该光轴观察将发光管后方的反射镜的反射面形成为同心圆面，而且从该光轴观察在该发光管的前方配置了透镜等聚光元件的方式下，在利用聚光元件收集来自发光管和来自形成为该同心圆面的反射面的射出光时，射出光的收集角度具有限度，因此，该情况下，也将产生光的收集效率降低的问题。

发明内容

这里，本发明形成简单且紧凑的结构，而且能够提高向规定的小直径范围的聚光效率，因此，本发明的目的在于，提供一种不会导致光收集效率降低的光源装置和使用该光源装置的图像显示装置。

用于实现上述目的的本发明的光源装置和图像显示装置的结构如下所述：本发明第一方面的光源装置，包括：具有一对主电极的发光管、反射来自该发光管的射出光的反射镜，将这些主电极的电极轴构成为与上述射出光的光轴相交叉，其特征在于，在所述反射镜上形成：由以发光管的发光点为中心的球面构成的第一反射镜部；由与该第一反射镜部不同的曲面构成的第二反射镜部，同时设置了聚光体，聚光从所述发光管向所述第二反射镜部以外射出的射出光，且将聚光的射出光向规定方向或区域照射。

本发明的第二、第三、第四方面，是在第一方面中，将第二反射镜部形成为椭圆面、双曲面、或与球面曲率不同的球面。

本发明的第五方面，是在第一～第四方面的任何一者中采用这样的结构，即：设置了照度均匀化部件，将从发光管射出的射出光成形为目标形状，而且通过多路反射进行混合，由此使光线的面照度均匀(平坦)。

本发明的第六方面，是在第一～第四方面的任何一者中，采用这样的结构，即：设置了照度均匀化部件，将从光源射出的射出光成形为目标形状，而且通过多路反射进行混合，由此使光线的面照度均匀(平坦)。

这种情况下，能够一体地形成反射镜和照度均匀化部件。

本发明的第七方面，是在第五或者第六方面中，形成这样的结构，即：在发光管的发光点的两侧形成密封了主电极的密封部，在这些密封部和反射镜之间配置了放热材料。

本发明的第八或者第九方面，是在第一～第七方面的任何一者中，形成能够由与光轴正交的面来分割反射镜的分割构造、或者由与光轴平行的面来分割反射镜的分割构造。

本发明第十方面的图像显示装置，特征在于，使用了上述第一～第九方面中的任何一者的光源装置。

根据本发明的第一～第十一方面，在反射镜上形成：由以发光管的发光点为中心的球面构成的第一反射镜部；由与该第一反射镜部不同的曲面构成的第二反射镜部，并设置了聚光体，聚光从所述发光管向所述第二反射镜部以外射出的光，故利用简单的结构，能够提高向希望的小直径区域的聚光效率。换言之，能够更高效地利用来自发光管的发光点的射出光。

除了由本发明的第一～第十一方面得到的上述共同效果之外，根据各个方面的发明，能够得到下面的效果：

根据本发明的第二方面，将第二反射镜部形成为椭圆面，所以能够实现短焦点，同时能够较小地设计成像放大率，因而能够实现聚光效率较好的小光点，并有助于光源装置的小型化。

根据本发明的第三方面，将第二反射镜部形成为双曲面，故能够将从发光管射出的射出光中由第二反射镜部42反射的成分形成为与光轴基本平行的射出光线。

根据本发明的第五方面，设置了照度均匀化部件，将从发光管射出的射出光成形为目标形状，而且通过多路反射进行混合，由此使光线的面照度(平坦)均匀，故可得到没有照度不均的显示图像。

根据本发明的第六方面，设置了照度均匀化部件，将从光源射出的射出光成形为目标形状，而且通过多路反射进行混合，由此使光线的面照度均匀，故可得到没有照度不均的显示图像。

根据本发明的第七方面，一体地形成反射镜和照度均匀化部件，所以能够形成简单的构造。

根据本发明的第八方面，在发光管的发光点的两侧形成密封了主电极的密封部，在这些密封部和反射镜之间配置了放热材料，故在最终组装成产品时即使没有光源装置和照度均匀化部件的光轴位置匹配等操作，也能够使从发光管射出的光线高效地照射到屏幕上，能够提高光利用效率，另外，在防止最终组装产品单位的照度偏差方面较有效。

另外，能够最佳地控制连续点亮中的发光管本身的温度，同时，能够在该放电管的光度分布外的区域设置辅助电极，所以不会损害从光源射出的射出光的利用效率。

根据本发明的第九方面，反射镜形成为能够由与光轴正交的面进行分割的分割构造，所以，在蒸镀时蒸镀源和反射镜的反射膜形成面的法线所成的角度，即蒸镀分子的入射角度变小，同时蒸镀分子的飞行距离变得均匀。为此，既使是复杂的形状，也可提高电介质反射多层膜或者全反射膜等蒸镀或者溅射时的成膜精度，提高反射镜的反射率，故能够提高从光源射出的射出光的利用效率。

根据本发明的第十方面，反射镜形成为能够由与光轴平行的面分割的分割构造，故在蒸镀时蒸镀源和反射镜的反射膜形成面的法线所成的角度，即蒸镀分子的入射角度变小，同时，蒸镀分子的飞行距离变得均匀。为此，既使是复杂的形状，也可提高电介质反射多层膜或者全反射膜等蒸镀或者溅射时的成膜精度，提高了反射镜的反射率，故能够提高从光源射出的射出光的利用效率。再者，这对于小型且长深度形状的反射镜特别有效。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的光源装置的基本结构的水平截面图。

图2是上述光源装置的侧截面图。

图3是本发明第二实施方式的光源装置的水平截面图。

图4(a)是表示支撑设置于本发明第一实施方式的光源装置中的透镜的具体透镜机构之一例的截面图，(b)为仅透镜机构的正视图。

图5(a)是表示具体的透镜机构的其它例子的水平截面图，(b)是关于其它例子的仅透镜机构的正视图。

图6是用于说明从本发明第一实施方式的光源装置的发光管射出的射出光的状态、和聚光体的配置位置的水平截面图。

图7是透镜的焦距和成像放大倍数的说明图。

图8是表示改变规定区域的对角尺寸时从光源射出的射出光的利用效率的结果之比较图。

图9是表示本发明第三实施方式的光源装置的基本结构的水平截面图。

图10是本发明第四实施方式的光源装置的水平截面图。

图11是本发明第五实施方式的光源装置的水平截面图。

图12是本发明第六实施方式的光源装置的水平截面图。

图13是第一变形例的反射镜的概要图。

图14(a)是第二变形例的反射镜的概要水平截面图，(b)是沿着(a)所示的I-I线的截面图。

图15(a)是第三变形例的反射镜的概要水平截面图，(b)是沿着(a)所示的II-II线的截面图。

图16是表示本发明一个实施方式的图像显示装置的概要结构的示意图。

图17(a)、(b)是发光管的配置方向的比较说明图。

图18是表示光轴并列配置型光源装置的概要结构的水平截面图。

图19是表示从图18所示的光轴并列配置型光源装置的发光点射出的射出光的状态的水平截面图。

图20是将反射镜的反射面形成为椭圆面的、第一已有技术的一个例子的光轴垂直配置型光源装置的顶视图。

图21是将反射镜的光反射面形成为椭圆面，并且将发光管的电极轴相对光轴基本垂直地配置的第一已有技术的其它例子的光源装置的侧面图。

图22是将反射镜的反射面形成为同心圆面，并且配置了聚光透镜的、第二已有技术的一个例子的光轴垂直配置型光源装置的顶视图。

图23是上述光源装置的侧面图。

具体实施方式

下面，参照图1～图16来说明本发明的实施方式。首先，参照图1、图2，来说明本发明第一实施方式的光源装置。图1是表示本发明第一实施方式的光源装置的基本结构的水平截面图，图2是该光源装置的侧截面图。

如图1所示那样，本发明第一实施方式的光源装置B包括：作为光源的发光管20；反射镜30，反射从该发光管20射出的射出光；聚光体40。

发光管20形成与前述发光管1相同的结构，下面更详细地说明该结构。

发光管20是直径大约为10(mm)的直流点亮型高压型水银灯，在玻璃管23内封入作为一对主电极的阳极电极21、阴极电极22。而且，发光管的接通功率为从150(W)到200(W)。而且，23a是密封了阳极电极侧导线棒24的密封部，23b是密封了阴极电极侧导线棒27的密封部。

阴极电极22上形成：突出形状部分22a，以放出活化电子为目的，并提高功函数；线圈状部分22b，控制该功函数，并控制电子放出。

玻璃管23由具有1000(℃)或者1000(℃)以上的耐热性的石英构成，在发光点L0的密封空间中密封了用于调节蒸气压力的水银；和氩气、氙气等启动气体。

阳极电极21和阴极电极22与通过发光点L0的一个电极轴O1一致，而且配置在该发光点L0的两侧。此外，该阳极电极21和阴极电极22的电极间距离(弧光间隙)是从1.0(mm)到1.3(mm)左右。

发光管20和未图示的发光管点亮控制装置(一般称为“镇流器(ballast)”)与从玻璃管23向外部露出的阳极电极侧导线棒24和阴极电极侧导线棒27电连接。

即，在点亮开始时，在阳极电极21和阴极电极22之间发生几kv到几十kv的电位差，引起这些阳极电极21和阴极电极22之间的绝缘破坏，开始辉光放电，进行弧光放电，转移到稳定点亮的持续状态。而且，25、26是与阳极电极侧导线棒24和阴极侧导线棒27的一部分焊接的钼片。

反射镜30用于将从发光管20射出的射出光向规定方向反射，并形成了：第一反射镜部31，由以发光管20的发光点L0为中心的球面构成；第二反射镜部32，由与该第一反射镜部31不同的曲面所构成。

在本实施方式中，使用具有玻璃的200倍的热传导的铝基底材料来形成。而且，在现有技术中，除了上述耐热玻璃基底材料之外，也可以由陶瓷基底材料来形成反射镜。

“与第一反射镜部31不同的曲面”在本实施方式中是椭圆面，但不限于此，例如，也可以形成为与所述第一反射镜部31的球面曲率不同的球面，另外，也可以由双曲面等球面以外的曲面构成。

在第一反射镜部31和第二反射镜部32之间，形成了具有所需要的间隔W的光源配置槽33，并在此配置了发光管20。“所需要的间隔W”是在发光管20的密封部23a、23b之间形成间隙的程度，并可以考虑该发光管20的放热程度来设定。

在反射从所述发光管20射出的光线的光反射面上，具体地说，在第一反射镜部31和第二反射镜部32上形成由TiO₂和SiO₂的层叠膜构成的电介质反射膜(未图示)。

即，考虑反射镜30的放热对策，利用氧化铝(酸化アルマイト)或者电镀铬、黑色涂料等设置热变换红外线成分的层，由此，在反射镜30上形成更有效地吸收、放射热量的结构，在所述热变换红外线的层上进行缓冲、平滑用途的基底涂覆(base coating)之后，形成由TiO₂和SiO₂构成的电介质反射多层膜，从而使可视光线到达规定的聚光点。

在本实施方式中，由反射镜30吸收、放射连续点亮中的发光管20的热量，但并不限于此，也可以形成仅研磨金属基底材料的反射面的结构。另外，也可以在金属基底材料上形成银、铝全反射膜和图像反射膜，从而通过形成上述结构，可以另外吸收或者放出紫外线或红外线。

下面，说明所述反射镜30和发光管20的位置关系。

发光管20的阳极电极21、阴极电极22的电极轴O1相对于光轴LA基本正交地配置。这种情况下，将发光管20的发光点L0设为第一焦点F1，将规定的聚光点Sp设为第二焦点F2，利用下面的公式来设计形成为所述椭圆面的反射面(第二反射镜部32)。

关于下述的公式(1)～(4)所示的各个符号，在X-Y坐标系中，x，y是位于椭圆圆周上的点的坐标，a是从X-Y坐标原点开始的椭圆长轴(X＝0)的长度，b是椭圆短轴(Y＝0)的长度，e是椭圆的离心率。

x²/a²+y²/b²＝1     …(1)

e＝(a²-b²)^1/2/a    …(2)

F1＝a×e＝L0       …(3)

F2＝(-a)×e＝Sp    …(4)

设计作为聚光体的透镜40的有效直径，从而使从发光管20的发光点L0射出的射出光中未照射到第二反射镜部32的成分，即处于角度θ1的扩展角度的区域中的射出光线到达希望的聚光点Sp。

下面，参照图3来说明第二实施方式的光源装置，图3是第二实施方式的光源装置的水平截面图。

第二实施方式的光源装置C除了反射镜的结构之外，其他均具有与上述第一实施方式的光源装置B相同的结构，故对于与它们相同的部件赋予相同的符号，省略了详细说明，这里，仅说明结构不同的反射镜。

其它例子的反射镜50在形成了下述2种部件这一点与上述反射镜30结构相同，即：第一反射镜部41，由以发光管20的发光点L0为中心的球面所构成；第二反射镜部42，由与该第一反射镜部41不同的曲面所构成。

对于该其它例子的反射镜50，“与第一反射镜部41不同的曲面”是双曲面(抛物面)。

即，来自发光管20的发光点L0的射出光中由第二反射镜部42反射的成分，变为基本上与光轴LA平行的光线，并向规定的区域Sp照射。此时，如果没有安装透镜40，就以图3所示的角度θ1从发光管20射出，未照射到第二反射镜部42上的射出光线的大部分不能到达所述规定区域Sp，因此，成为损失光。换言之，在本实施方式中，由于配置了透镜40而不产生损失光。

而且，象本实施方式所示那样，在将第二反射镜部42形成为双曲面的情况下，为了改善所述规定区域Sp的照度不均匀，也可以在光源装置与规定区域的光路上配置飞阵列(fly-array)等。

图4(a)是表示支撑设置于在本发明第一实施方式的光源装置中的透镜的具体透镜机构之一个例子的水平截面图，(b)为仅透镜机构的正视图，图5(a)是表示上述具体的透镜机构的其它例子的水平截面图，(b)是关于其它例子的仅透镜机构的正视图，另外，图6是用于说明从本发明第一实施方式的光源装置的发光管射出的射出光的状态和聚光体的配置位置的水平截面图。

而且，在图4～图6中，对于与在第一实施方式的光源装置B中已说明的部分相同的部分，赋予与它们相同的符号，并省略详细说明。

图4所示的作为聚光体的透镜机构41，包括：两面凸透镜41a，聚光未照射到所述第二反射镜部32上的光线(在图6中，由虚线区域所表示的除了照射到第二反射镜部32上的光线组之外的成分)；环形透镜41b，在平坦的基板的中央部形成相当于透镜41a的直径的孔。

所述两面凸透镜41a和环形透镜41b在环形透镜41b的孔41a′的部分嵌入所述两面凸透镜41a，同时利用耐热性粘接剂进行贴合。

在第二反射镜部32的规定位置遍及整个圆周所形成的嵌合槽32a中，嵌入所述环形透镜42b的外周缘部，由此固定该透镜机构41。

图5所示其它例子的透镜机构(聚光体)43包括：透镜保持部件43a、43a；透镜40，支撑在这些透镜保持部件43a、43a的开放端之间。

透镜保持部件43a、43a由第二反射镜部32固定基端部，并且使两个开放端部以所需要的间隔相互对置而形成。

根据该结构，如果发光管20的光度分布为θ1(参考图18所示的θ1amp)，则将透镜40的有效直径形成为比θ1大，从而射出光线不会照射到透镜保持部件43a、43a，不会降低从光源射出的射出光的利用效率。而且，透镜保持部件43a、43a也可以不与第二反射镜部32一体地形成。

下面，参照图6来说明透镜的设置方法，射出光线的状态是以光轴LA为中心上方(+Y方向)和下方(-Y方向)对称，故为方便起见，仅说明上方。

从发光管20的发光点L0射出的射出光中，从光轴LA观察由发光管20后方的第一反射镜部31反射的光，再次通过发光点L0，从光轴LA观察向发光管20的前方射出。

此时，从所述光轴LA观察向发光管20的前方射出的射出光线中，通过照射到第二反射镜部32的最内部的光线(L0-a)和照射到该第二反射镜部32的最外部(开口部附近)的光线(L0-b)所形成的角度(a-L0-b)内的光线，照射到第二反射镜部32。

照射到所述第二反射镜部32的最内部的光线(L0-a)和照射到第二反射镜部的最外部(开口部附近)的光线(L0-b)，照射到作为第二反射镜部32的第二焦点的聚光点Sp。

在没有透镜40的情况下，b-L0-Sp所形成的角度范围的光线的大部分未照射到所述第二反射镜部32的最外部。这里，将从发光管20的发光点L0射出并照射到第二反射镜部32的最外部(开口部附近)的射出光线(L0-b)、与由第二反射镜部32的a点反射的光线(a-Sp)的交点设为c，如果在光轴LA上取透镜40的主点H(假定薄透镜)，则c-H的长度即为所配置的透镜的有效半径。

图7是透镜的焦距和成像放大倍数的说明图。

在将发光管20的发光点L0设为像高y的物体面，另外将聚光点Sp设为像高yd的像面的情况下，将所配置的透镜40的前焦点设为F，将后焦点设为Fd，另外，将透镜的前侧曲率半径设为R1，将后侧曲率半径设为R2，将从主点H到前焦点F的距离以及从该主点H到后焦点Fd的距离设为f，另外，将从前焦点F到物体面的距离设为Z，将从后焦点Fd到像面Sp的距离设为Zd，此时，设计透镜使其满足下面的关系：

1/f＝(N-1)[(1/R1)+(1/R2)]

其中，N是透镜的玻璃材料的折射率

y/yd＝Z/f     …(5)

y/yd＝f/Zd    …(6)

这里，如果成像放大倍数M＝yd/y，则

Z＝f/M      …(7)

Zd＝f×M    …(8)

另外，如果C-L0-Sp＝U(收集角)，C-Sp-L0＝Ud(聚光角)，C-H＝h，则

U＝h/[(1+1/M)×f]    …(9)

Ud＝h/[(1+M)×f]     …(10)

根据公式(9)，(10)可得出：

U/Ud＝(1+M)/(1+1/M)＝M(1+M)/(1+M)

    ＝M

＝yd/y    …(11)

这里，各个实施方式中所使用的高压型水银灯的弧光间隙是1.05(mm)，根据圆柱型积分器(Rod Integrator)的入射面的尺寸3.0×4.0(mm)，在M＝2.5～4之间设计所述透镜40的成像放大倍数。另外，所使用的透镜玻璃材料是石英，其折射率是1.46，据此设定透镜40的曲率。

如图3所示那样，可进行如下设计：在将第二反射镜部42形成为双曲面的情况下，与上述同样，将透镜40设为主点H，当来自发光管20的射出光入射到透镜40之后，基本垂直地(相对光轴LA基本平行)照射到规定区域Sp。

图8表示了改变本发明的规定区域的对角尺寸时从光源射出的射出光的利用效率结果。图8是表示改变规定区域的对角尺寸时从光源射出的射出光的利用效率的结果的比较图。

图中“黑圆圈”为本发明，“黑三角”是现有的光源装置，在该光源装置中，将发光管的电极轴相对于已经实用化的光轴平行地配置，而且反射镜上具有形成为椭圆面的反射面，“黑四边形”表示光源装置(第一已有技术)，在该光源装置中，将发光管的电极轴相对于以往已提出的光轴基本正交地配置，且具有形成为椭圆面的反射镜，另外，“十字叉”表示这样的光源装置(第二已有技术)，其相对于光轴基本正交地配置发光管的电极轴，反射镜上具有形成为球面的反射面且设置有透镜。

作为设计条件，将发光管的弧光间隙设为1.05(mm)，将来自光源装置的开口部的光的最大射出角设为30°，将从光源到聚光点的距离设为50(mm)以内。另外，将反射镜的开口直径、透镜的有效直径设为40(mm)或者40(mm)以下。

在所述现有技术(由黑三角所示)中，光线照射到部分位于光轴方向的发光管的密封部，并变成损失光，但从光源射出的射出光的利用效率比第一、第二已有技术的光源装置高。

在所述第一已有技术中，主要仅收集由反射镜的椭圆面反射的光线，在所希望的聚光点Sp的对角尺寸为5～10(mm)之间时，与本发明的光源装置相比具有10(％)的损失光。

对于第二已有技术，不适合向微小的聚光点照射，在所希望的聚光点Sp的对角尺寸为10(mm)时，从光源射出的射出光的利用效率是20(％)左右。

作为所述第二已有技术的透镜，使用折射率从1.46到1.98的玻璃材料进行估算。在图8中，是所述折射率为1.98时的数据，但作为在发光管附近的高温气氛中不产生恶化的玻璃材料，具有石英、合成石英，其折射率为1.46左右，另外，从光源射出的射出光的利用效率进一步降低。作为其它的玻璃材料，具有蓝宝石(折射率为1.77)、金刚石(折射率为2.4)，但由于高价而不能实用。

第一实施方式的光源装置B可得到从与已实用的已有技术的光源装置相等的光源射出的射出光的利用效率，当所希望的区域的尺寸为小直径时，与现有技术相比，能够将从光源射出的射出光的利用效率提高10(％)。

下面，参照图9来说明本发明第三实施方式的光源装置D。

图9是表示本发明第三实施方式的光源装置D的基本结构的水平截面图。

第三实施方式的光源装置D除了反射镜的结构之外，具有与上述第一实施方式的光源装置相同的结构，所以，对于与它们相同的部件赋予相同的符号，并省略了详细说明，这里，仅说明结构不同的反射镜。

反射镜44由如下部件一体地形成：第一反射镜部45，由以发光管20的发光点L0为中心的球面所构成；第二反射镜部46，由与该第一反射镜部45不同的曲面所构成；照度均匀化部件44a。

“与第一反射镜部45不同的曲面”在本实施方式中是椭圆面，但不限于此，例如，也可以是与所述第一反射镜部45的球面不同曲率的球面，另外，也可以象前述那样由双曲面等球面以外的曲面所构成。

在第一反射镜部45和第二反射镜部46之间形成具有所需要的间隔W的光源配置槽47，并在这里配置了发光管20。“所需要的间隔W”为在发光管20的密封部23a、23b之间形成间隙的程度，可考虑该发光管20的放热程度来设定，关于这一点如前面所述。

即，反射镜44形成这样的结构，即：从反射镜44的第二反射镜部46的开口部延长圆锥体，延续到聚光点Sp附近的照度均匀化部件44a，以便不妨碍沿路径L0-d-Sp前进的射出光线照射到该反射镜44的射出光线中，当为最大的射出角(L0-Sp-d所形成的角度)时路径d-Sp的射出光线的前进路径。

照度均匀化部件44a具有如下功能：将从发光管20射出的射出光形成目标形状，而且，利用多路反射进行混合，从而使光线的面照度均匀(平坦)，在反射镜44的前端部形成所需要的长度的圆筒形。

换言之，具有如下功能：将从光源射出的射出光形成目标形状，通过多路反射进行混合，由此使光线的面照度均匀。

“目标形状”意味着光阀的相似形状(这里，DMD形状＝四边形)。

上述照度均匀化部件44a的开口形状在后述的图16所示的投影型图像显示装置中，通过光源装置的射出角、以及由光阀106的区域和入射角所确定的成像放大倍数来决定。

照度均匀化部件44a的内表面可如下形成：

第二反射镜部46与第一反射镜部45同样，形成红外成分的热变换层、平坦化层和由TiO₂和SiO₂构成的电介质反射多层膜。

除了所述电介质反射多层膜以外，也可以形成仅研磨铝基底材料(金属基底材料)的结构，或者对铝基底材料实施银等全反射膜蒸镀和增强反射膜。

另外，在所述照度均匀化部件44a的内表面，布置透镜圆柱型积分器(Lens Rod Integrator)，从而不需要对照度均匀化部件44a的内表面进行成膜处理，即可较容易地实现防爆机构。

进一步，作为所述透镜圆柱型积分器，使用荧石那样的可将紫外线或红外线变换为可视光线的玻璃材料，由此能够提高从光源射出的射出光的利用效率。

参照图10来说明第四实施方式的光源装置E。图10是第四实施方式的光源装置E的水平截面图。

第四实施方式的光源装置E，除了设置有放热材料之外，具有与上述第三实施方式的光源装置相同的结构，所以，对于与它们相同的部件赋予相同的符号，省略了详细说明，这里，仅说明放热材料。

放热材料60、60形成与密封部23a、23b的外径基本一致的内径，而且，形成与反射镜44的间隙W基本一致的外径，同时，将一个端部倾斜以便具有与密封部23a(23b)相对的反射镜44的壁面长度相匹配的长度L1，L2，或者形成简单的长度为L1的圆筒形，由热传导较好的金属或者含有陶瓷(氧化铝)的材质或者水泥(cement)等形成。另外，当反射镜44和放热材料60，60、以及密封部23a，23b和放热材料60，60之间产生间隙时，也可以根据需要在所述间隙中充填耐热性的水泥或者润滑油(grease)、油混合物(oil compound)。

由此，能够将连续点亮中的发光管20本身的温度高效地传导给反射镜44，故能够将该发光管20控制到最适合点亮的温度。此外，当然能够将这样的放热材料适用于图1～图6中所说明的各个实施方式的光源装置。

参照图11来说明第五实施方式的光源装置F，图11是第五实施方式的光源装置F的水平截面图。

第五实施方式的光源装置F，除了设置有辅助电极以及将反射镜接地之外，具有与上述第四实施方式的光源装置相同的结构，所以，对于与它们相同的部件赋予相同的符号，省略了详细说明，这里，仅说明不同点。

辅助电极61，61形成围绕发光管20的密封部23a，23b的基端部的环形，与反射镜44的第一反射镜部45的两端缘附近导通连接。由此，能够改善发光管20的启动性，同时，可以在发光管20的光度分布以外的空间形成该辅助电极，故不会损害从光源射出的射出光的利用效率。

参照图12来说明第六实施方式的光源装置G。图12是第六实施方式的光源装置G的水平截面图。

第六实施方式的光源装置G，除了与反射镜一体地形成辅助电极之外，具有与上述第五实施方式的光源装置相同的结构，所以，对于与它们相同的部件赋予相同的符号，省略了详细说明，这里，仅说明不同点。

在反射镜44的第一反射镜部45的两端附近一体地突出形成所需长度的长方体形状的辅助电极部件48，48。

在辅助电极部件48，48上形成与发光管20的密封部23a，23b的外径相一致的圆形嵌合孔48a，48a。从而，能够改善发光管20的启动性，同时，能够在发光管20的光度分布以外的空间形成该辅助电极，故不会损害从光源射出的射出光的利用效率，这点与所述第五实施方式相同。

参照图13～15来说明反射镜的变形例，图13是第一实施例的反射镜的概要图，图14(a)是第二变形例的反射镜的概要水平截面图，图14(b)是沿着(a)所示的I-I线的截面图，图15是第三变形例的反射镜的概要水平截面图，(b)是沿着(a)所示的II-II线的截面图。

图13所示的第一变形例的反射镜70包括：反射镜分割体71，形成了由以发光管20的发光点L0为中心的球面构成的第一反射镜部71a；反射镜分割体72，形成了由与该第一反射镜部71a不同的曲面所构成的第二反射镜部72a。

反射镜分割体71，72能够以包含电极轴O1的平面为边界进行分割。即，在相对光轴LA正交的方向，分割为反射镜分割体71和反射镜分割体72。

在反射镜分割体71的分割面上，突出形成了具有无螺纹螺栓孔71c的凸缘71b，另外，在反射镜分割体72的分割面上，突出形成了带螺栓螺纹孔72c的凸缘72b，通过这些凸缘71b，72b利用螺栓等进行连接，能够较容易地进行分离。

在本实施方式中，利用与反射镜70的基底材料相同材质的螺栓(螺钉)进行螺钉锁紧。这是因为，如果使用不同材质的螺栓(螺钉)，则由于热膨胀率不同，所以产生变形或螺钉折断。即，利用与反射镜70的基底材料相同材质的螺栓(螺钉)进行螺接，可防止发生歪斜或螺钉折断。

作为其它结构，设置匹配的(coupling)凹凸，由此简单地互相嵌入反射镜分割体，同时，可另外设置保持机构，固定两者。

“与第一反射镜部71a不同的曲面”是椭圆面，但也可以是与所述第一反射镜部71a的球面不同曲率的球面，另外，也可以由双曲面等由球面以外的曲面构成。

向复合形状的反射镜附着蒸镀膜时，由于曲率不同、蒸镀分子的飞行距离、蒸镀分子向膜形成面的入射角将导致膜的层叠厚度或者膜密度变得不均匀。为此，对于图13所示的反射镜70，以相同曲率的反射面为单位进行分割，确定同心圆面部分和椭圆面部分的各自的蒸镀条件进行成膜，由此，能够实现可视光线区域反射率较高的反射镜，并能够提高从光源射出的射出光的利用效率。

图14(a)，(b)所示的第二变形例的反射镜80包括：上侧反射镜分割体81，形成由发光管20的发光点L0为中心的球面构成的第一反射镜部82的上侧半部82a、以及由与该第一反射镜部82不同的曲面构成的第二反射镜部83的上侧半部83a；下侧反射镜分割体84，形成由上述发光管20的发光点L0为中心的球面构成的第一反射镜部82的下侧半部82b、以及由与该第一反射镜部82不同的曲面构成的第二反射镜部83的下侧半部83b。

换言之，形成相对光轴LA并列地分割反射镜80的结构。这样的分割构造，对于小型且深度较深形状的反射镜特别有效。

但是，连接蒸镀源So和反射膜形成面的位置e的直线S0-e与反射膜形成面的法线所形成的角度θsa比较大。这意味着蒸镀分子向反射膜形成面的位置e的入射角较大，膜向该部分的附着与反射膜形成面的位置f相比不好。

第三变形例的反射镜90由以光轴LA为中心以90度间隔进行分割的4个反射镜分割体91～94构成。

各个反射镜分割体91(92～94)上形成：由以发光管20的发光点L0为中心的球面构成的第一反射镜部95的四分之一部95a；由与第一反射镜部95不同的曲面构成的第二反射镜部96的四分之一部96a。

这样，通过增加反射镜分割体的个数(分割数)，由此，从蒸镀源S0到反射膜形成面的位置g、h、I的蒸镀分子的飞行距离变得平均，并且，蒸镀分子的入射角也能够得到平均。

反射膜形成面的位置i的成膜结果与图14所示的反射膜形成面j相比，可得到2倍的精度。另外，由于将分割的反射镜分割体之间形成为彼此相同的形状，故能够利用一次蒸镀处理来成膜多个反射镜分割体，故尽管采用了分割构造，但从成本的观点考虑与现有技术相比没有改变。

下面，参照图16来说明上述各个实施方式所使用的光源装置的图像显示装置。图16是表示本发明一个实施方式的图像显示装置的概要结构的示意图。而且，在图16中，表示使用了图1所示的光源装置B的例子，但也能够采用光源装置C、D、E、F、G来代替该光源装置B。

本发明的一个实施方式的图像显示装置H包括：光源装置B；色轮(color wheel)100；圆柱型积分器101；透镜102～104；反射镜105；光阀106和投影透镜107。而且，108是屏幕。

从光源装置B的发光管20射出的射出光由反射镜30反射，并会聚到圆柱型积分器101的入射面上。

色轮100在圆柱型积分器P4的入射面的前方，沿着圆周方向排列了R(red：红色)滤光器、G(Green：绿色)滤光器、B(Blue：蓝色)滤光器，形成圆板形状。

圆柱型积分器101将入射到其上的入射光变为与光阀106的平面形状(该情况下为矩形或者正方形)相对应的所希望的截面形状的光束，射出各个部分的照度均匀的光束。

通过旋转色轮100，所述反射镜30的反射光透过各个滤光器R、G、B，与这些滤光器R、G、B的颜色相对应的透过光顺序入射到所述圆柱型积分器101上。

光阀106是形成投影图像的投影介质，使用DMD(DigitalMicro-mirror Device：数字微镜器件)来构成。在DMD的情况下，根据所希望的投影图像，每个微小部分的反射镜进行反射方向的控制，形成利用各个滤光器R、G、B而形成的各种色光的投影光学像。

利用圆柱型积分器101，光线束使所希望面的照度均匀，使透镜102～104、反射镜105的光学系统前进，并入射到光阀106，形成投影光学像。

并且，由光阀106所形成的投影光学像通过投影透镜107，照射到屏幕108上，并投影图像。

再有，本发明不限于所述各种实施方式，可形成下面的变形实施方式。

所述各个实施方式的光源装置，作为使用于投影型图像显示装置的光源装置进行了说明，但并不限于此，也能够用于其它装置的光源。

另外，投影型图像显示装置除了图16所示的装置之外，即使形成光路不同的结构、或者形成将液晶用于光阀106的结构，亦能够适用本发明各个实施方式的光源装置。

而且，在上述实施方式中，将发光管作为光源进行了描述，但并不限于此，当然亦可采用其它公知的光源。

本发明涉及一种诸如金属卤化物灯、氙短弧灯、高压型水银灯等、使用了通过发生弧光放电而进行照明的发光管的高亮度光源装置，尽管形成简单且紧凑的结构，但是也能够提高向规定小直径区域的聚光效率，因此，可使用于不会导致光的收集效率降低的光源装置、和需要上述高亮度的光源装置的投影型显示装置。

Claims (10)

1.一种封闭光源装置，包括：发光管，该发光管具有一对主电极，该一对主电极配置在具有由密封部密封的主电极的引导线的一个电极轴上；和反射镜，该反射镜反射从该发光管射出的射出光并将该反射光向前侧射出，这些主电极的电极轴与连接所述发光管的发光点和预定聚光点的、上述射出光的光轴交叉，其中

所述反射镜由金属基底形成并构成为形成光源配合空间，用于支撑该发光管的所述密封部以便使热从发光管传导至反射镜；

所述反射镜具有所述光源配合空间、第一反射镜部和第二反射镜部；

所述第二反射镜部相对于所述光轴方向设置在从所述光源配合空间起的所述预定聚光点侧；

所述第一反射镜部以所述光源配合空间为边界设置在所述第二反射镜部的相反侧；

所述第一反射镜部由以所述发光管的发光点为中心的球面构成；

所述第二反射镜部由椭圆面构成；

从所述发光管射出的射出光被所述第一和第二反射镜部反射，从而反射光到达所述预定聚光点；以及

在第二反射镜部内设置了透镜，该透镜使从所述发光管射出至除所述第二反射镜部之外的射出光聚光，使所述聚光后的射出光到达预定聚光点，并由在所述发光管附近的高温环境下不会劣化的玻璃材料制成。

2.根据权利要求1所述的封闭光源装置，其中

所述透镜被定位以便所述透镜焦距的基准点，即原点位于所述光轴上；

其中所述透镜的边缘位于：照射所述第二反射镜部的最外部的第一光束与从所述第二反射镜部的最内部射入到所述聚光点的第二光束的交叉处。

3.根据权利要求1或2所述的封闭光源装置，其中在所述反射镜的前端一体化地设置了照度均匀化部件，在所述照度均匀化部中，通过将从所述发光管射出并在第一反射镜部和第二反射镜部发生反射之后或者透镜的聚光之后到达聚光点的光成形为目标形状，并通过多路反射进行混合，使光束的面照度均匀，形成所述反射镜的封闭结构。

4.根据权利要求1或2所述的封闭光源装置，其中所述反射镜由铝基底构成，将红外成分变换成热的层形成在第一反射镜部和第二反射镜部的反射表面上，电介质反射多层膜形成在利用平坦化层进行热变换的层的上方，从而使可见光线到达预定的聚光点，其中所述平坦化层设置在所述电介质反射多层膜和进行热变换的层之间。

5.根据权利要求3所述的封闭光源装置，其中所述照度均匀化部件具有圆柱形结构并由材料与反射镜相同的金属基底形成，所述照度均匀化部件的金属基底的内侧由将红外成分变换成热的层、该层上用于热变换的平坦化层、以及平坦化层上方的电介质反射多层膜构成。

6.根据权利要求1或2所述的封闭光源装置，其中在所述发光管的发光点的两侧上形成密封了主电极的引导线的密封部，并在这些密封部和反射镜之间配置了热辐射元件。

7.根据权利要求1或2所述的封闭光源装置，其中所述反射镜具有可分割结构，使得它能够在包含所述发光管的电极轴的边界处被分成形成第一反射镜部的第一反射镜部分和形成第二反射镜部的第二反射镜部分，其中设置了发光管的密封部的光源配置槽形成在可分割结构的分割面内。

8.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中所述反射镜具有可分割结构，使得它能够沿平行于光轴的平面被分割。

9.根据权利要求6所述的封闭光源装置，其中所述反射镜是接地的，并且设置了封闭所述发光管的密封部的近端侧的环形辅助电极，以及该辅助电极电连接到所述反射镜。

10.一种图像显示装置，其中使用了权利要求1或2所述的封闭光源装置。

Images