CN1612991A - 照明装置、投影机、以及照明装置的组装方法 - Google Patents

照明装置、投影机、以及照明装置的组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明的照明装置包括配置在比含有发光管(10)的照明装置(100)的发光部(11)靠后的位置上的第一反射镜(20a)、和配置在比光学系统的发光部(11)靠前的位置上的第二反射镜(30a)；与从发光部(11)出射到照明装置后侧的可利用临界光对应的第一反射镜(20a)的反射面(50)的直径(D1)设定得比第二反射镜(30a)的外侧面的直径(d1)大，而且第二反射镜(30a)的外侧面的直径(d1)被设定成能进入到可利用临界光被第一反射镜(20a)反射的光(L1)、(L2)的内侧的大小；以第二反射镜(30a)的反射面(60)将发光部(11)的前侧的大致一半包围，而且从发光部(11)的中心出射并进入第二反射镜(30a)的入射光与第二反射镜(30a)的法线一致的方式配置。

Description

照明装置、投影机、以及照明装置的组装方法
技术领域
本发明涉及具有发光管和反射来自该发光管的出射光的反射镜的照明装置以及配置有该照明装置的投影机。
背景技术
关于照明装置，目前广泛应用的是由发光管和反射镜所构成的照明装置。在这样的装置中，为了有效地利用虽然从发光管出射却由于变成杂散光而不能被利用的光，过去如实开平5-87806号公报(第7页，第1图)中所记述的那样，在发光管上形成反射膜。另外也有如特开平8-31382号公报(第2页，第1图)中所记述的那样，把发光管夹在中间，和反射镜对置地配置第2反射镜。
然而，对于在发光管前面形成反射膜的方法来说，有时由于电极间的位置相对于安装在发光管外面的反射膜具有偏差，而不能获得所需的反射特性，有时由于反射特性取决于发光管的形状，而不能获得所需的反射特性。因此，采取在发光管的前面形成反射膜的方法时，有的发光管并不能有效地利用光。另外，如果不用反射膜，而是与原来所配置的第一反射镜对置地另外配置第二反射镜，那么若要进一步提高光的利用效率，需要与发光管和第一反射镜相关连地更加具体地特定第二反射镜的配置和形态。
发明目的
本发明就是为了解决上述课题而实施的，其目的在于提供通过更加具体地特定第二反射镜相对于发光管和第一反射镜的配置及形态，可以把在通常情况下会成为杂散光的发光管的大部分出射光加以利用的照明装置和采用这种照明装置的投影机。同时还提供这种照明装置的组装方法。
本发明的照明装置包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的第二反射镜，其特征是：出射到前述发光部的后侧的可利用临界光的前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D1比前述第二反射镜的外侧面的直径d1大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径d1被设定成能进入前述可利用临界光被前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；以使前述第二反射镜的反射面包围前述发光部的前侧的大致一半，而且从前述发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置。这样就能把在通常情况下会成为杂散光的从发光管发出的光的绝大部分返回到第一反射镜而加以利用。另外，对于从发光部出射到照明装置的后侧的光中的处于可利用范围内的光来说，可以避免在第一反射镜反射后被第二反射镜遮挡。除此之外还能得到下述的效果。即，在获取同等光量的情况下可以缩小第一反射镜。另外，由于可以减小第一反射镜的聚光点直径，所以，光可以很容易地入射到后续的光学系统中，从这一点也可提高光的利用效率。再有，如果采用这种结构，由于可以使发光管呈从第一反射镜突出的状态，所以可以使通过照明装置的冷空气直接接触发光管，从而还可以提高其冷却性。
前述可利用临界光可以是由前述发光管的结构来确定的临界光。在这种场合，从发光部出射到照明装置后侧的光几乎全都可以被利用。
本发明的其它照明装置包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的第二反射镜，其特征是：出射到前述发光部的后侧的可利用临界光的上述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D1比前述第二反射镜的外侧面的直径d1大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径d1被设定成能进入到前述可利用临界光被前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；以使从前述发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置前述第二反射镜；设前述电极的顶端间距离为Le，从前述电极顶端间的中心F1到前述第二反射镜的反射面的开口端面的前述照明装置的光轴上的距离为Lr，前述第二反射镜的外侧面的开口端部的直径为d2，前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径为D2，从前述电极顶端中的前述第一反射镜一侧的电极顶端出射而未被前述第二反射镜遮挡的光、与把前述照明装置的光轴向前述照明装置的后侧延长的直线之间的夹角为θd，前述第一反射镜的反射面的开口端部与前述第一反射镜一侧的电极顶端的连线、与把前述照明装置的光轴向前述照明装置的后侧延长的直线之间的夹角为θe，并用公式：
θd＝90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d2/2)}
近似地表示θd时，前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D2处于使θe＞θd的范围内。
如果这样设定第一反射镜的反射面的开口端部的直径，那么未在第二反射镜反射而向前出射的光也可获得利用。
此外还有，本发明的其它照明装置包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的第二反射镜，其特征是：出射到前述发光部后侧的可利用临界光的上述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D1比前述第二反射镜的外侧面的直径d1大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径d1被设定成能进入到前述可利用临界光被前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；以使从前述发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置前述第二反射镜；前述第二反射镜的反射面的开口端部的直径D2被设定为，使其能够反射从在前述电极间产生的电弧的前述第一反射镜一侧的电弧端射出而不被前述第二反射镜遮挡的光的临界光的大小。
如果这样设定第一反射镜的反射面的开口端部的直径，那么未在第二反射镜反射而出射到前方的光也可以获得利用，而且还可以将第一反射镜的反射面的开口端部的直径设定在最小限度。
另外，在前述照明装置中，优选以与前述发光部的外周之间隔有间隙的方式配置前述第二反射镜。这样，将从发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与第二反射镜的法线对齐时，就可以把前述间隙作为调整宽度来调整发光部与第二反射镜的相对位置。另外，由于有这个间隙，在第二反射镜和发光部之间就不会发生热的停滞，因而能够抑制发光部温度的过度升高。
另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜的反射面用可以通过紫外线和红外线的电介质多层膜形成。这样，由于只将可见光向第一反射镜反射，故可以防止因紫外线和红外线等使发光部和第一反射镜的反射面以及入射从该照明装置发出的光的光学部件等受到损害。同时由于第二反射镜可以高效率地反射实际用于照明的可见光，所以还可以提高照明装置的照度。
另外，在前述照明装置中，优选通过对内径比前述密封部的外径大的管子的端面进行研磨或压力成型来形成前述第二反射镜的反射面。这样，可以减少加工反射面的复杂工序。
另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜的外侧面以使从其反射面侧入射的光透过或扩散反射的方式形成，使第二反射镜不吸收光。这样可以防止因从第二反射镜的反射面入射过来的红外线等光所引起的第二反射镜的温度升高。
另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜由石英、透光性氧化铝、水晶、蓝宝石、YAG或萤石中的任何一种制成。这些材料具有良好的热传导性或较低的热膨胀率，所以用这些材料制作的第二反射镜，其温度分布均匀且耐热性好，而且透过红外线、紫外线的性能也很出色。
另外，在前述照明装置中，优选在前述发光部的外周面设置防反射层。这样可减少经过第二反射镜的光由于在发光部反射而造成的光损失。
另外，在前述照明装置中，优选用粘接剂将前述第二反射镜粘固在前述发光部附近的前述密封部的表面。如此将第二反射镜固定在发光管上，就能尽可能地减少对从发光部出射并从第一反射镜反射而来的光、和从发光部出射并透过第二反射镜而来的光等的遮挡。
另外，如果采用硅酸铝混合物或含有氮化铝的无机类粘接剂作为前述粘接剂，则因这类粘接剂具有良好的热传导性，所以可以抑制第二反射镜和发光管的温度分布不均匀。
另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜在前述密封部的外周与该外周面之间留有间隙，并通过卷线弹簧将其挤压固定在前述发光管的发光部附近。这样，发光管即使受热而膨胀，其热变形也会被上述间隙吸收。
另外，若用导电性卷线制成前述弹簧，且将其连接在从配置了该弹簧的一侧的相反侧的密封部引出的导线上，则前述弹簧就可作为用于提高点燃性的绝缘破坏的触发线来使用。
本发明的投影机具有入射来自照明装置的光并根据被提供的图像信息来调制该入射光的光调制装置，其特征是：上述照明装置是前述任意一项所记载的照明装置。这样，就能获得小型的高亮度的投影机。
利用本发明的照明装置的组装方法组装的照明装置包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的起主反射镜作用的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的起辅助反射镜作用的第二反射镜，其特征在于，具有：
调整前述第二反射镜与前述发光管的相对位置，使前述发光管的电极或电极间电弧的实像与由前述第二反射镜反射的前述电极或前述电极间电弧的反射像重叠，然后将前述发光管及前述第二反射镜固定的步骤；
以使固定有前述第二反射镜的前述发光管的电极间中心与前述第一反射镜的第一焦点大致一致的方式配置前述第一反射镜和前述发光管，调整前述发光管与前述第一反射镜的相对位置，使前述第一反射镜的规定位置的亮度最大，然后将前述发光管及前述第一反光镜固定的步骤。
另外，在上述照明装置的组装方法中，优选固定前述发光管和前述第二反射镜的步骤包括：通过至少从2个方向用照相机拍摄图像来检测前述实像和前述反射像，调整前述第二反射镜的位置以使前述实像和前述反射像在各个方向重叠，然后将前述发光管和前述第二反射镜固定的工序。
另外，在上述照明装置的组装方法中，优选前述所规定位置就是前述第一反射镜的设计上的第二焦点，固定前述发光管和前述第一反射镜的步骤包括：调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置，使前述第一反射镜的设计上的第二焦点附近的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一反射镜的工序。
另外，在上述照明装置的组装方法中，优选前述所规定位置就是配置装配前述照明装置的光学系统的照明对象物的位置，固定前述发光管和前述第一反射镜的步骤包括：将前述照明装置组装到前述光学系统中，调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置以使配置前述照明对象物的位置的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一反射镜的工序。
由此，就能够组装出配置有更加提高了光的利用率的第二反射镜的照明装置。
附图说明
图1是本发明的实施例1的照明装置的结构图。
图2是图1的照明装置的功能说明图。
图3是有与没有第二反射镜时的第一反射镜的反射面直径的比较说明图。
图4是有与没有第二反射镜时的照明装置的聚光点直径的比较说明图。
图5是本发明的实施例2的照明装置的光制图和功能图。
图6是本发明的实施例3的照明装置的结构图。
图7是发光管和第二反射镜的定位方法说明图。
图8是发光管和第一反射镜的定位方法说明图。
图9是本发明的实施例4的照明装置的结构图。
图10是本发明的实施例5的照明装置的结构图。
图11是具有上述实施例的照明装置的投影机的结构图。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。在各图中，相同的符号表示的是同一物体或与之相当的物体。
(实施例1)
图1是本发明的实施例1的照明装置100的结构图，图2是图1所示的装置100的功能说明图。该照明装置100具有发光管10、作为照明装置100的主反射镜的第一反射镜20a、和作为照明装置100的辅助反射镜的第二反射镜30a。发光管10是用石英玻璃等制作的，包括：内部封入有钨电极12、12，水银，稀有气体及少量卤素的中央发光部11；以及位于发光部11两侧的密封部13、13。每个密封部13中都密封有与电极12连接的由钼制成的金属箔14，在各个金属箔14、14上分别设置有与外部连接的引线15、15。这些引线15、15的连接端的结构与原来的相同就可以，例如，与设置在图中未示出的照明装置的固定器等的与外部连接的连接端子连接。
另外，如果在发光部11的外周面上形成包含钽氧化膜、铪氧化膜、钛氧化膜等的多层膜防反射层，则可以减少通过那里的光因反射所造成的损失。
第一反射镜20a的反射面50为旋转曲线形状，F1、F2表示第一反射镜20a的反射面50的旋转曲线的第1焦点和第2焦点，f1和f2表示从第1反射镜20a的反射面50的旋转曲线的顶点到第1焦点F1和第2焦点F2的距离。另外，第一反射镜20a的反射面50可以采用旋转椭圆面形状或旋转抛物面形状等。第一反射镜20a是在含有发光管10的该照明装置100中配置在发光管10的后侧的反射元件，在其后侧的端部中心设置了用于固定发光管10的贯通孔21。发光管10是在把发光管10的轴与该第一反射镜20a的轴对齐后，用胶合剂等无机类粘接剂22固定在第一反射镜20a的贯通孔21上的。所谓发光管10的轴，就是发光管10在其长边方向上的中心轴，与电极12、12的方向大致一致。所谓第一反射镜20a的轴，就是构成第一反射镜20a的反射面50的旋转曲线的旋转轴，与从照明装置100出射的光束的中心轴大致一致。另外，发光管10的发光部11的中心(电极12、12之间的中心)在第一反射镜20a的反射面50为旋转椭圆面形状时，与其第1焦点(F1)一致或位于其附近，而在第一反射镜20a的反射面50为旋转抛物面形状时，则与其焦点F一致或位于其附近。也就是说，发光部11的中心设置在第一反射镜20a的焦点F1或F附近，或者与焦点F1或F的位置大致一致。
第二反射镜30a是在含有发光管10的该照明装置100中，配置在发光管10的前侧的反射元件，其反射面60包围发光部11的前侧大致一半的区域，而且被设置成使从发光部11的中心出射并进入到该第二反射镜30a的反射面60的入射光与该第二反射镜30a的反射面60的法线一致。这里，第二反射镜30a是用粘接剂31固定在密封部13上的。由于制造偏差等原因，每个发光管10的发光部11的结构(电极12间的位置，发光部11的各部的形状等)都有差别，所以，优选根据与发光部11的关系分别确定每个发光管10的第二反射镜30a的反射面60的形状。
另外，第二反射镜30a要经受900～1000℃的高温，所以需要由低热膨胀性的或热传导性良好的材料来制成。因此，第二反射镜30a例如用低膨胀材料的石英或新陶瓷(ネオセラム)，高热传导性材料的透光性氧化铝、蓝宝石、水晶、萤石、YAG等制作。透光性的氧化铝例如可以用商品<斯密科兰达姆>(斯密科兰达姆是住友化学工业的注册商标)。
如果第二反射镜30a的反射面60能够只反射用于照明的可见光而使不能用于照明的紫外线和红外线通过，则在第二反射镜30a上产生的热量就会减少。因此，在此把只反射可见光而使紫外线和红外线通过的电介质多层膜叠层在第二反射镜30a的反射面60上。这种电介质多层膜需要有耐热性，例如可由钽化合物与SiO2的交替叠层、或铪化合物与SiO2的交替叠层等构成。综合上述各项，作为具有低膨胀性或有良好的热传导性，而且容易使紫外线和红外线透过的材料，可以例举石英、透光性氧化铝、水晶、蓝宝石、YAG(Y3Al5O12)、萤石等，优选用其中的任意一种来制作第二反射镜30a。
另外，第二反射镜30a的外侧面80以具有使未被其反射面60反射而入射的光(红外线、紫外线、从反射面60一侧漏过来的可见光等)透过或扩散反射的反射膜或形状的方式成形，使第二反射镜30a尽量不吸收光。
另外，如图1所示，以由从发光部11出射到该第一反射镜20a一侧即照明装置100的后侧的可利用临界光L1、L2所表示的圆锥的第一反射镜20a的反射面50的直径D1比第二反射镜30a的外侧面80的直径d1大，而且第二反射镜30a的外侧面80的直径d1的大小能够进入到由可利用临界光L1、L2的被第一反射镜20a反射的光所形成的圆锥的内侧的方式设定第二反射镜30a的外侧面80的直径d1。这样，在从发光部11出射到照明装置100的后侧的光中的处于可利用范围内的光，在第一反射镜20a反射后不会被第二反射镜30a遮挡。
所谓可利用临界光L1、L2，是指在从发光部11出射到照明装置100的后侧的光中，与可作为照明光实际利用的范围的内侧边界相对应的光，有时由发光管10的结构决定，有时由第一反射镜20a的结构决定。所谓由发光管10的结构决定的可利用临界光，是指在从发光部11出射到第一反射镜20a一侧即后侧而没有因密封部13等的影响而被遮挡的作为有效光而出射的光中的与因密封部13等的影响而被遮挡的光的边界的有效光。所谓由第一反射镜20a的结构决定的可利用临界光，则指在从发光部11出射到第一反射镜20a一侧即照明装置100的后侧而没有因密封部13等的影响而被遮挡的作为有效光而出射的光中的与由于存在贯通孔21等的第一反射镜20a的缘故而不能被反射面反射的不能被作为照明光而利用的光的边界的有效光。当上述可利用临界光是由发光管10的结构所决定的临界光时，如果采用本实施例，则由发光部11出射到照明装置100的后侧的绝大部分光都可得到利用。
如果增大第二反射镜30a的外侧面80的直径d1，那么就会有更多的被第一反射镜20a反射后向前行进的光被遮挡，所以光的利用率会降低。因此，为了避免光利用率的降低，就要使第二反射镜30a的外侧面80的直径d1尽量小。
另外，为了调整光源像和反射像的位置关系，发光部11的外周面与第二反射镜30a的反射面60之间要留有能进行第二反光镜30a相对于发光部11的位置调整的间隔即0.2mm以上的间隙A。这样就能调整发光部11与第二反射镜30a的相对位置，使光源像与反射像一致，而且还可以确保被第二反射镜30a所覆盖的那一侧的发光部11及发光管10的散热，从而可以抑制发光管10的温度的过度上升。因此，可以抑制因温度升高而造成的电极12的损耗和包括发光部11的发光管10的白浊和膨胀。
如上所述，如果采用本实施例的照明装置100，则如图2所示，从发光管10的发光部11向后侧出射的光L1、L2、L5、L6被第一反射镜20a反射后射向照明装置100的前方。而从发光部11向前侧出射的光L3、L4被第二反射镜30a的反射面60反射而返回到第一反射镜20a后，被第一反射镜20a反射而射向照明装置100的前方。由此，从发光部11出射的光的绝大部分都能得到利用。
另外，本实施例的照明装置100通过采用第二反射镜30a，可以使第一反射镜20a的反射面50的直径D4比未采用第二反射镜的照明装置的小。
对此可以参照图3来说明。图3(a)表示没有采用第二反射镜的照明装置100e，图3(b)则表示采用了第二反射镜30a的照明装置100。第一反射镜20b、20a的反射面51、50的旋转椭圆面的第1焦点距离f1及第2焦点距离f2都相等。如图3(b)所示，当采用了第二反射镜30a时，由于可以使从发光部11向前侧出射的光被第二反射镜30a反射后入射到第一反射镜20a的反射面50上，所以，第一反射镜20a的反射面50的开口端部的直径D4可以比没采用第二反射镜30a的第一反射镜20b的反射面51的开口端部的直径D3小(D4＜D3)。但由于f2/f1的倍率关系并未改变，所以在这些情况下的聚光点直径相同，光学系统的效率没有变化。
另外，本实施例的照明装置100通过采用第二反射镜30a，可以使照明装置的聚光点直径比未采用第二反射镜的照明装置的小。
首先对聚光点直径进行说明。如果发光部11的电弧是一个点，则聚光点也会成为一个点，即使在反射面的开口端部的直径都一样的第一反射镜上改变焦点距离，聚光点直径的大小也不会发生变化。但实际上电弧是有限的。如图4(b)所示，如果把有限的电弧的直径设为LL、此时的聚光点的直径为Φ、从第一反射镜20c的反射面52的旋转曲线的顶点到第1焦点的距离设为f1′、从第一反射镜20c的反射面52的旋转曲线的顶点到第2焦点的距离设为f2′，则聚光点的直径Φ就取决于电弧的直径LL与f2′/f1′的乘积。因此，对于反射面的开口端部的直径D3相同的图4(a)的第一反射镜20b和图4(b)的第一反射镜20c来说，第一反射镜20b的反射面51的焦点f1、f2与第一反射镜20c的反射面52的焦点f1′、f2′之间的倍率关系为(f2/f1)＞(f2′/f1′)，所以图4(b)的第一反射镜20c的聚光点直径就会比图5(a)的聚光点直径小。此时，随着图4(a)的第一反射镜20b的焦点距离f1、f2向图4(b)的第一反射镜20c的焦点距离f1′、f2′的靠近，不能入射到第一反射镜20b的反射面51的光将会增多，照明效率就会降低。但具有第二反射镜30a的图4(b)所示的照明装置100f可以利用第二反射镜30a防止光的损失，且由于减小了聚光点直径，所以能够很容易地射入到照明装置100f的后续光学系统中，而且提高了从发光部11出射的光的利用效率。
(实施例2)
图5(a)是本发明实施例2的照明装置100A的结构图和功能图。该照明装置100A的结构基本上与图1的照明装置100相同。与图1的照明装置100的不同之处有：照明装置100A的第一反射镜20d的反射面53的焦点距离f1A比照明装置100的第一反射镜20a的反射面50的焦点距离f1大；(f1＜f1A)，照明装置100A的第一反射镜20d的反射面53的焦点距离f2A比照明装置100的第一反射镜20a的反射面50的焦点距离f2小(f2＞f2A)。图中，f1A表示从第一反射镜20d的反射面53的旋转曲线的顶点到第1焦点F1A的距离，f2A表示从第一反射镜20d的反射面53的顶点到第二焦点F2A的距离。这样，第一反射镜20d的反射面53的开口端部的直径D5就会比图1的第一反射镜20a的反射面50的开口端部的直径D4大，但照明装置100A的第二焦点F2A的聚光点直径则要比照明装置100的第二焦点F2的聚光点直径小。所以，来自照明装置100A的射出光就能很容易地入射到后续的光学系统中，从而有利于提高光的利用效率。
另外，当使用亮度更高的发光管等形状较大的发光管10A时，随着发光管10A增大，第二反射镜的形状也必须跟着增大。这样，在图5(b)的照明装置100中，第二反射镜30c就把从由发光管10A的结构所决定的可利用临界光L1、L2的从第一反射镜20a反射的光遮挡住了。但由于照明装置100A的焦点距离f1A比焦点距离f1大，所以，用由发光管10A的结构所决定的可利用临界光L1、L2所表示的圆锥的第二反射镜20d的反射面53的直径D6就会比照明装置100的第二反射镜20a的反射面50的直径D7大，所以可利用临界光L1、L2的从第一反射镜20b反射的光不会被第二反射镜30b遮挡，可以作为有效光利用，从而可以提高来自高亮度的大功率发光管的光的利用效率。
另外，在由发光部11A产生的热量相同的情况下，第一反射镜20d接受辐射热的面积是由第一反射镜20a接受辐射热的面积与焦点距离的比率f1A/f1的平方的乘积决定的，所以第一反射镜20d的单位面积接受的辐射热与f1A/f1的平方成反比。因此，对于本实施例的照明装置100A来说，第一反射镜20d的单位面积从发光管10A接受的辐射热要比第一反射镜20a少，所以可防止第一反射镜20d的温度升高。
(实施例3)
图6是本发明的实施例3的照明装置100D的结构图。对于该照明装置100D与图1相同的部分，使用的符号相同并略了说明，以下对不同之处进行说明。在这里，与上述实施例1或实施例2不同，在第二反射镜30c的反射面62的开口端部的前端没有到达电极12、12之间的中心位置时决定第一反射镜20e应承担的光反射区域的范围。在图6中，设电极12、12的顶端间距离Le、从电极12、12的顶端间的中心F1(第一反射镜20e的第1焦点)到第二反射镜30b的开口端面的光轴上的距离为Lr，第二反射镜30b的外侧面的开口端部的直径为d2，第一反射镜20e的反射面54的开口端部的直径为D2，从照明装置100D出射的光的中心轴即照明装置100D的光轴为A，从一对电极12、12中的位于第一反射镜20e一侧的电极12的顶端出射而未被第二反射镜30b遮挡的光的临界光L7与把照明装置100D的光轴A向照明装置100D的后侧延长的直线之间的夹角为θd。图6中的θd就是从位于第一反射镜20e一侧的电极12后侧的光轴延长线A向右旋转至临界光L7的角度。据此，角度θd可以用下式1近似地表示：
θd＝90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d1/2)}    式1
在这里，由于发光管10是用玻璃形成的，所以从实际的电弧像出射的光将会由于发光管10的玻璃的形状而发生折射，结果，有时从发光管10的外部所看到的电弧像比实际的电弧像要大，有时好像从实际的电弧像的位置移动。换言之，即使是从第一反射镜20e一侧的电极12出射的光，有时也在透过发光管10的玻璃部分时发生折射而出射到不是第一反射镜20e的反射区域的部分，变成不能作为照明光来利用的光。因此，当把第一反射镜20e的反射面54的开口端B与第一反射镜一侧的电极的顶端的连线C与向光轴A的向后侧延长的直线之间的夹角为θe时，通过设定θe大于θd，就能把从发光部11出射的更多的光作为有效的照明光来加以利用。图6中的θe是把从第一反射镜20e一侧的电极12后侧的光轴的延长线A向右旋转到线C的角度。
另外，从发光部11出射出的光不只是来自电极12、12之间的光，实际的电弧像由于和电极12的顶端重叠，所以还存在从比电极12的顶端间更靠外侧的部位出射的光。因此，如果仅用θd来决定第一反射镜20e的反射面54的开口端部的直径D2，则从重叠在第一反射镜20e一侧的电极12上的那部分电弧像出射的光L8，就会出射到第一反射镜20e的非反射区的部分而成为不能作为照明光而利用的光了。因此，通过使从第一反射镜20e一侧的电弧端Lo出射而未被第二反射镜30b挡住的光的临界光L8与第一反射镜20e的反射面54的延长线的交点成为第一反射镜20e的开口端B，就可以把从电弧端Lo出射的光L8也作为有效光来利用。还有，如果把第一反射镜20e的开口端设定成也能反射L8，则从电极12的顶端出射而在发光管10的玻璃部分发生折射的光也能够在第一反射镜20e反射，这样，更多的从发光部11出射的光就会成为有效的照明光而得到利用，而且，还可以选择必需的最小限度的第一反射镜20e的反射面54的开口端部的直径。
例如，如果把第一反射镜20e的反射面54的开口端部的直径D2设定在可反射从θd到θd+10度的光线的范围，则从发光部11出射的光的绝大部分都可以利用。
(关于照明装置的制作)
接下来将对照明装置100、100A、100D的制作顺序进行说明。下面对具有第一反射镜20a的照明装置100进行说明，照明装置100A、100D也可以用同样的顺序制作。首先，在开始时，要针对每只发光管10收集其有关发光管10和第一反射镜20a的结构的数据。该数据包括发光部11内的电极间距离、发光管10的各部分形状和尺寸、第一反射镜20a的形状及尺寸、第一反射镜20a的焦点(当第一反射镜为椭圆形时，是第1焦点和第2焦点)等。接下来，根据这些数据用计算机等对从各发光管10的发光部11出射的光的出射状态进行模拟。其次，根据这些模拟出的从发光部11出射的光的出射状态，设计与各发光管10相对应的第二反射镜30a。该设计也可以利用计算机模拟来进行，通过这样的模拟，决定能够起前述第二反射镜30a的作用的形状(外径、内径及反射面形状等)。其次，根据该设计制作与各发光管10相对应的第二反射镜30a。然后一边调整如此制作出的第二反射镜30a的反射面60使之将发光部11的前侧的约一半包围，且使从发光部11的中心出射而进入第二反射镜30a的入射光与第二反射镜30的反射面60的法线一致，一边把第二反射镜30a安装到发光管10的密封部13的一端。据此就可以制作出具有把发光部11的电极间的实际电弧像和光透过发光管10的玻璃部分时发生折射的情况都考虑在内的形状的第二反射镜30a，进而可以进行与实际从发光部11出射的光相符的第二反射镜30a的位置调整。
另外，第二反射镜30a从其结构来说可以用内径比发光管10的密封部13的外径大的中空管材料来制作。在这种场合，由电介质多层膜形成成膜的第二反射镜30a的反射面60可以通过研磨壁的厚度来形成。通过研磨来制作第二反射镜30a的优点是：由于其反射面60呈中空形状，所以不需像通常的球面研磨那么复杂的研磨控制。另外，第二反射镜30a也可以通过对上述管材的压力成型来制作。压力成型方法非常简单，可极大地降低制作成本。
把第二反射镜30a安装在发光管10上时可采用下述的方法：(1)一边用CCD相机等观察电极12、12之间的情况，一边以使发光部11前侧的一半与第二反射镜30a的反射面60相对的方式将第二反射镜30暂时固定在发光管10的密封部13上。其次，(2)一边用CCD相机等从多个不同方向观察第二反射镜30a的反射面60，一边调整第二反射镜30a的位置，使映射在其反射面60上的电极12、12之间的像进入本来的电极间(物点)。(3)调整结束后，把第二反射镜30a固定在发光管10的密封部13上。另外，对应于上述(2)的第二反射镜30a的暂时固定后的调整也可以按如下方法进行。即，用极细的激光束从多个不同方向穿过电极12、12之间后照射在第二反射镜30a的反射面60上，然后调整第二反射镜30a的位置，使来自第二反射镜30a的反射光束的位置与其传播的情况相一致，这样也可以得到与使用CCD相机时一样的结果。据此就可以将由第二反射镜30a反射的光准确地返回到电极12、12之间，然后再返回到第一反射镜20a。
下面将对发光管10、第一反射镜20a及第二反射镜30a的对准方法进行更为详细的说明。
首先，调整第二反射镜30a的位置，使发光管10的电极12、12或电极间电弧(点燃时的电弧)的实像与通过第二反射镜30a反射的那些反射像重叠，然后固定发光管10和第二反射镜30a。此时，可以如图7所示，至少从2个方向利用相机(CCD相机等)拍摄图像进行检测，调整第二反射镜30a的位置，使这些实像和反射像在各个方向相重叠，然后固定发光管10和第二反射镜30a。在图7中，(a)是表示使用CCD相机从2个方向进行拍摄的示意图，(b)是表示电极的实像与反射像重叠的概念图，(c)是表示点燃时的电极间电弧的实像和反射像重叠的概念图。另外，调整方向越多，越能够高精度地定位。
然后，把第一反射镜20a的第1焦点与按上述方法固定了第二反射镜30a的发光管10的电极间中心大致对齐，配置第一反射镜20a和发光管10，调整发光管10相对于第一反射镜20a的位置，使规定位置的亮度最大，并在适当的位置将发光管10和第一反射镜20a固定。此时，可以如图8所示，在设计上的聚光点附近配置受光器，一边通过受光器测定从第一反射镜20a出射的光，一边分别调整发光管10和第一反射镜20a在x、y、z三个轴的方向上的相对位置，使设计上的聚光点的亮度最大，然后固定发光管10和第一反射镜20a。另外，在图8中是使用受光器来测定亮度的，但只要能测定照度，用别的方法也可以。这样就可制作出具有规定位置的照度最大的发光管10与第一反射镜20a的相对位置关系的照明光学系统300。
另外，也可以装入配置有照明系统100的光学系统、如图11所示的照明光学系统300中，分别调整发光管10和第一反射镜20a在x、y、z三个轴的方向的相对位置，使作为照明光学系统300的照明对象物的液晶面板410R、410G、410B的配置位置的亮度最大，然后将发光管10和第一反射镜20a固定。这样，就可以制作出具有包括与位于照明装置100和照明对象物之间的光学系统的关系的发光管10和第一反射镜20a的最佳相对位置关系的配置有照明装置100的光学系统300。
另外，上述Z轴是与照明装置100的光轴平行的方向，X轴和Y轴是在Z轴的垂直面上呈直角相交的2个轴。
通过以上两个步骤，就能对发光管10、第一反射镜20a及第二反射镜30a进行调整，从而能够提高配置了第二反射镜30a的照明装置100的光利用率。
另外，将第二反射镜30a固定在发光管10上时，把第二反射镜30a粘固在发光管10的密封部13。粘固时，除了使用以前就知道的胶合剂粘固外，如果使用前述的耐高温的硅酸铝混合物或含氮化铝的无机类粘合剂，则由于具有良好的热传导率，可以抑制第二反射镜30a和发光管10的温度分布不均。作为粘接剂的具体实例，可以例举商品<斯密塞拉姆>(朝日化学工业(株)制造，斯密塞拉姆为住友化学工业的注册商标)。另外，用于固定发光管10和第二反射镜30a的粘接剂的涂敷采用点滴粘接法(点涂敷)。当涂敷量较多时，可增加点滴粘接点数量。因为这样能够很容易对粘接剂的量进行控制。
另外，如果把第二反射镜30a配置在尽可能靠近发光部11的密封部13的表面，则能够尽可能地减少对从发光部11出射后被第一反射镜20a反射过来的光、和从发光部11出射后透过第二反射镜30a而来的光等的遮挡。另外，粘接剂的涂敷区域也限制在尽量能够减少对从发光部11出射后被第一反射镜20a反射过来的光、和从发光部11出射后透过第二反射镜30a而来的光等的遮挡的范围内。
(实施例4)
图9是本发明的实施例4的照明装置100B的结构图。与照明装置100相比，只是发光管10和第二反射镜30d的固定方法不同，在本实施例中，利用在密封部13的外周与该外周面隔有间隙地卷线而成的弹簧40，将第二反射镜30d挤压固定在设在密封部13的突出部16上。突出部16和发光管10是分别形成的，设置在能够确保发光部11的外周与第二反射镜30d的反射面63之间具有0.2mm以上间隙A的位置。而且弹簧40被连接在第一反射镜20f的开口端部周围的2根或2根以上的牵引线41挤压在第二反射镜30d和突出部16一侧。即使采用这种方式也能把第二反射镜30d固定在发光管10上。由于弹簧40与密封部13的外周隔有间隙地卷线而成，所以即使密封部13受热而膨胀，也会因为有间隙而不成问题。另外，在固定第二反射镜30d时，根据需要还可以与粘接剂并用。
(实施例5)
图10是对图9的结构进行了部分变更的本发明的实施例5的照明装置100C。在此，弹簧40由导电性卷线构成，该导电性卷线的一端通过布线42与从配置了弹簧40的一侧的相反侧的密封部13引出的导线15电连接，使弹簧40具有发光管10启动时的绝缘破坏的触发线的作用。这样，不但可以将第二反射镜30f固定在发光管10上，同时还可提高发光管10的点燃性。
除了上面说明的粘接剂和弹簧外，还可以在密封部13、第二反射镜30f中的某一方或两方设立熔接部，通过用激光或气体喷燃器使其熔接，把第二反射镜30f固定在密封部13上。当使用激光时，有时在激光照射的部位会发生黑化现象，但因固定的部位是在密封部13，所以不会有问题。另外，前面讲过的发光管10、第一反射镜20f、第二反射镜30f的调整方法与第二反射镜30f的固定方式是否相同无关，仍可使用照明装置100的制作方法。
如果采用上述的照明装置100、100A、100B、100C、100D，则从发光管10出射的光的大部分都能够不被浪费地加以利用。而且这些照明装置对实现设备的小型化、提高冷却性能也能发挥作用。
图11是具备上述任何一种照明装置的投影机的结构图。下面将对配置了照明装置100的投影机进行说明。该光学系统具备：照明光学系统300，包括由发光管10、第一反射镜20a和第二反射镜30a构成的照明装置100，和将从照明装置100出射的光调整成规定的光的单元；色光分离光学系统380，包括分色镜382、386、反射镜384等；中继光学系统390，包括入射侧透镜392、中继透镜396、反射镜394、398；对应于各个色光的场透镜400、402、404及作为光调制装置的液晶面板410R、410G、410B；作为色光合成光学系统的十字分色棱镜420；以及投影透镜600。
下面对上述结构的投影机的功能进行说明。首先，从发光管10的发光部11的中心的后侧出射的光，被第一反射镜20a反射后射向照明装置100的前方。而从发光部11的中心的前侧出射的光被第二反射镜30a反射后回到第一反射镜20a，然后被第一反射镜20a反射后射向照明装置100的前方。
从照明装置100射出的光入射到凹透镜200，光的行进方向在那里被调整成与照明光学系统300的光轴1大致平行后入射到构成积分器透镜的第1透镜阵列320的各小透镜321中。第1透镜阵列320把入射光分割成与小透镜321的个数对应的多个部分光束。从第1透镜阵列320出射的各部分光束入射到具有分别与各小透镜321相对应的小透镜341而构成积分器透镜的第2透镜阵列340。从第2透镜阵列340出射的光被聚光到偏振变换元件阵列360的对应的偏振分离膜(图中被省略)的附近。此时，用遮光板(图中被省略)进行调整，使向偏振变换元件阵列360入射的光仅入射到与偏振分离膜对应的部分。
在偏振变换元件阵列360中，入射到那里的光束被变换为同种类的线偏振光。接着，在偏振变换元件阵列360中偏振方向被调成一致的多个部分光束进入到重叠透镜370，并在那里进行调整，使照射液晶面板410R、410G、410B的各部分光束在对应的面板面上重合。
色光分离光学系统380包括第1和第2分色镜382、386，具有把从照明光学系统出射的光分离成红、绿、蓝3色色光的功能。第1分色镜382使从重叠透镜370出射的光中的红色光分量透过，并且反射蓝色光分量和绿色光分量。透过第1分色镜382的红色光在反射镜384反射，并通过场透镜400到达红色光用的液晶面板410R。该场透镜400把从重叠透镜370出射的各部分光束变换成与其中心轴(主光轴)平行的光束。设置在其它液晶面板410G、410B之前的场透镜402、404也同样地作用。
接下来，在第1分色镜382反射的蓝色光和绿色光中，绿色光被第2分色镜386反射，通过场透镜402后到达绿色光用的液晶面板410G。而蓝色光则透过第2分色镜386，通过中继光学系统390即入射侧透镜392、反射镜394、中继透镜396以及反射镜398，进而通过场透镜404到达蓝色光用的液晶面板410B。因为蓝色光的光路的长度比其它颜色的光的光路都长，所以将中继光学系统390用于蓝色光以防止因光的发散等原因造成的光利用效率的降低。也就是为了把入射到入射侧透镜392的部分光束原样不变地传送到场透镜404。另外，虽然是中继光学系统390使3种色光中的蓝色光通过的结构，但也可以是使红色光等其它色光通过的结构。
3个液晶面板410R、410G、410B根据所得到的图像信息调制入射的各色光并形成各色光的图像。另外，通常在3个液晶面板410R、410G、410B的光入射面侧和光出射面侧设置偏振板。
从上述各液晶面板410R、410G、410B出射的3色的调制光进入到具有将这些调制光合成并形成彩色图像的色光合成光学系统功能的十字分色棱镜420中。在十字分色棱镜420中，反射红色光的电介质多层膜和反射蓝色光的电介质多层膜在4个直角棱镜的界面大致形成X字形状。通过这些电介质多层膜将红、绿、蓝3色的调制光合成，形成用于投射彩色图像的合成光。最后，在十字分色棱镜420中合成的合成光进入投影透镜600，并从那里作为彩色图像投射显示在屏幕上。
如果采用上述的投影机，则由于其使用的由发光管10、第一反射镜20a和第二反射镜30a所构成的照明装置100(或100A、100B、100C、100D)的已经介绍过的作用，可以同时实现投影机的小型化和高亮度化。
在上述实施例中，举例说明了采用透过型液晶面板的投影机，但本发明也适用于采用反射型液晶面板的投影机。这里所说的“透过型”是指液晶面板等光调制装置是使光透过的类型，所谓“反射型”则指液晶面板等光调制装置是反射光的类型。另外，光调制装置并不仅限于液晶面板，例如也可以是采用微镜的装置。此外，本发明的照明光学系统适用于从观察方向进行投影的前面投影型投影机，也适用于从观察方向的相反侧进行投射的背投式投影机。

Claims (20)

1.一种照明装置，包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的第二反射镜，其特征在于：
出射到前述发光部的后侧的可利用临界光的前述第一反射镜的反射面的直径D1比前述第二反射镜的外侧面的直径d1大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径d1被设定成能进入被前述可利用临界光的前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；
以使前述第二反射镜的反射面包围前述发光部的前侧的大致一半，而且从前述发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置。
2.一种照明装置，包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的第二反射镜，其特征在于：
出射到前述发光部的后侧的可利用临界光的前述第一反射镜的反射面的直径D1比前述第二反射镜的外侧面的直径d1大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径d1被设定成能进入被前述可利用临界光的前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；
以使从前述发光部中心出射并进入前述第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置前述第二反射镜；
设前述电极的顶端间距离为Le，从前述电极顶端间的中心F1到前述第二反射镜的反射面的开口端面的前述照明装置的光轴上的距离为Lr，前述第二反射镜的外侧面的开口端部的直径为d2，前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径为D2，从前述电极顶端中的前述第一反射镜一侧的电极顶端射出而未被前述第二反射镜遮挡的光、与将前述照明装置的光轴向前述照明装置的后侧延长的直线之间的夹角为θd，前述第一反射镜的反射面的开口端部与前述第一反射镜一侧的电极顶端的连线、与将前述照明装置的光轴向前述照明装置的后侧延长的直线之间的夹角为θe，并用式1近似θd时，前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D2处于使θe＞θd的范围内，其中，式1为
θd＝90°+tan-1{(Le/2+Lr)/(d2/2)}。
3.一种照明装置，包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的第二反射镜，其特征在于：
出射到前述发光部的后侧的可利用临界光的前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D1比前述第二反射镜的外侧面的直径d1大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径d1被设定成能进入被前述可利用临界光的前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；
以使从前述发光部中心出射并进入前述第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置前述第二反射镜；
前述第二反射镜的反射面的开口端部的直径D2的大小为，使其能够反射在前述电极间产生的电弧的从前述第一反射镜一侧的电弧端射出而不被前述第二反射镜遮挡的光的临界光的大小。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述可利用临界光为根据前述发光管的结构所确定的临界光。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述第二反射镜与前述发光部的外周之间设有间隙。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述第二反射镜的反射面由可通过紫外线及红外线的电介质多层膜形成。
7.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述第二反射镜的反射面，通过对内径比前述密封部的外径大的管子进行端面研磨或压力成型来形成。
8.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述第二反射镜的外侧面被形成为使从其反射面一侧入射的光透过的形态。
9.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述第二反射镜的外侧面被形成为使从其反射面一侧入射的光扩散反射的形态。
10.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述第二反射镜是由石英、透光性氧化铝、水晶、蓝宝石、YAG或萤石中的任何一种制成的。
11.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，前述发光部的外周面设有防反射层。
12.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，用粘接剂将前述第二反射镜粘固在前述发光部附近的前述密封部的表面上。
13.如权利要求12中所述的照明装置，其特征在于，前述粘接剂是含有二氧化硅·氧化铝混合物或氮化铝的无机类粘接剂。
14.如权利要求1至3中任意一项所述的照明装置，其特征在于，在前述密封部的外周，前述第二反射镜与该外周面之间留有间隙，并通过卷线弹簧按压固定在前述发光管的发光部附近。
15.如权利要求14所述的照明装置，其特征在于，前述弹簧由导电性卷线构成，该导电性卷线的一端连接在从配置了前述弹簧的一侧的相反侧的密封部引出的导线上。
16.一种投影机，具有照明装置、和从该照明装置入射光并根据所得到图像信息来调制该入射光的光调制装置，其特征在于，前述照明装置是如权利要求1至15中任意一项所述的照明装置。
17.一种照明装置的组装方法，该照明装置包括：具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的起主反射镜作用的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的起辅助反射镜作用的第二反射镜，其特征在于，具有：
调整前述第二反射镜与前述发光管的相对位置，使前述发光管的电极或电极间弧光的实像与由前述第二反射镜反射的前述电极或前述电极间弧光的反射像重叠，然后将前述发光管及前述第二反射镜固定的步骤；
以使固定有前述第二反射镜的前述发光管的电极间中心与前述第一反射镜的第一焦点大致一致的方式配置前述第一反射镜和前述发光管，调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置，使前述第一反射镜的规定位置的亮度最大，然后将前述发光管和前述第一反射镜固定的步骤。
18.如权利要求17所述的照明装置的组装方法，其特征在于，固定前述发光管和前述第二反射镜的步骤包括：通过至少从两个方向用照相机拍摄图像来检测前述实像和前述反射像，调整前述第二反射镜的位置以使前述实像和前述反射像在各个方向重叠，然后将前述发光管和前述第二反射镜固定的工序。
19.如权利要求17或18所述的照明装置的组装方法，其特征在于，前述规定位置是前述第一反射镜的设计上的第二焦点，固定前述发光管和前述第一反射镜的步骤包括：调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置以使前述第一反射镜的设计上的第二焦点附近的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一反射镜的工序。
20.如权利要求17或18所述的照明装置的组装方法，其特征在于，前述规定位置是配置装载前述照明装置的光学系统的照明对象物的位置，固定前述发光管和前述第一反射镜的步骤包括：把前述照明装置组装到前述光学系统中，调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置以使配置前述照明对象物的位置的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一反射镜的工序。
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