JP2000138005A - ランプとこれを使用した光源装置、照明光学装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は発光管の管壁における屈折作用の影
響をできるだけ小さくできるランプを提供することを目
的とする。 【解決手段】 透光性の発光管内部に発光体を形成する
ランプ１００と、発光体から放射される光に作用して略
単一の光束を形成する凹面鏡１１１とを備え、発光体１
０５の重心から放射される光線群に対して、発光管内壁
における屈折作用によって変化する光線の進行方向を発
光管の外壁における屈折作用によって補正し、出射後の
進行ベクトルの起点が発光体の重心近傍にて略一点をな
すようにランプ１００の発光管の外壁形状を、その有効
域において適切に変化させた弓形曲線を回転させて得ら
れる樽型形状を近似した形状になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として集光用光
学系と組み合わせて使用するためのランプに関するもの
である。

【０００２】また、このランプの放射光を集光して単一
光束を形成する光源装置、このランプと光源装置を用い
て所定の領域を照明する照明光学装置、映像信号に応じ
て光学像を形成するライトバルブと投写レンズと当該照
明光学装置とを用いて大画面映像をスクリーン上に投影
する投写型表示装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】高輝度で発光効率が高く、演色性に優れ
た光が必要な場合には、キセノンランプ、高圧水銀ラン
プ、メタルハライドランプに代表される放電ランプが、
光源として一般に広く用いられる。

【０００４】図１２はこのような放電ランプ９００の構
成の一例を示す。透明性の高い石英ガラスを用いて中空
で球形または楕円体形に近い発光管９０１を形成し、そ
の内部に電極９０２Ａ，９０２Ｂを突出させて対向させ
る。電極９０２Ａ，９０２Ｂには、外部から電力を供給
するためにリード線部９０３Ａ，９０３Ｂが接続され、
これらのリード線部９０３Ａ，９０３Ｂは発光管に連な
る石英ガラス材料により両端の封止部９０４Ａ，９０４
Ｂで圧着、封止されている。

【０００５】封止部９０４Ａ，９０４Ｂの先端には、リ
ード線部９０３Ａ，９０３Ｂに接続され外部電源と接続
するための電極端子９０５Ａ，９０５Ｂが設けられてい
る。電極９０２Ａ，９０２Ｂの間には、外部電源より電
力が供給されてアーク放電が形成され、発光体９０６が
形成される。

【０００６】キセノンランプは、発光管９０１の内部に
高圧のキセノンガスが充填される。高圧水銀ランプは、
作動時に高圧蒸気となる水銀が希ガスと共に発光管内部
に充填される。

【０００７】メタルハライドランプは、水銀ランプに微
量のハロゲン化金属を添加したもので、添加金属に所定
の発光スペクトルにより演色性が改善される。発光体９
０６を形成するには、電極９０２Ａ，９０２Ｂの間に直
流電流が供給されてアーク放電を形成する場合（ＤＣ点
灯）と、電極９０２Ａ，９０２Ｂの間に交流電流が供給
される場合（ＡＣ点灯）があり、放電ランプの種類や点
灯方式、ランプ電力の違いにより、電極の大きさ、形状
が異なる。概ね、この図１２に示す両封止構造の発光管
を用いた放電ランプが、広く一般に実用化されている。

【０００８】このような放電ランプを用いた光源装置の
従来の構成の一例を、図１３に示す。これは放電ランプ
９００と、内面が放物面形状の凹面鏡９１１とを組み合
わせたもので、放電ランプ９００には電源９１２が接続
されて発光体９０６が形成される。

【０００９】放電ランプ９００は、発光体９０６の重心
と、凹面鏡９１１の焦点９１３とがおよそ一致するよう
に配置され、放電ランプ９００の封止部９０４Ｂは、凹
面鏡９１１の頂部側に位置するが、凹面鏡９１１に形成
された貫通孔９１４に固着されて支持される。

【００１０】なお、便宜上、図１３において凹面鏡９１
１は、紙面に沿った平面での断面で示す。発光体９０６
から放射される光の大部分は、凹面鏡９１１の反射面で
反射され、光軸９１５に沿って進行するおよそ単一の光
束が形成される。厳密に、放物面の焦点９１３から出射
した光は、反射されて光軸９１５と平行に進行する光９
１６となる。

【００１１】凹面鏡９１１には、この他に多様な面形状
の反射鏡が用いられる。例えば、楕円面鏡の場合、楕円
面の第１焦点（反射面頂部に近い側の焦点）の近傍に発
光体を配置し、反射された光は第２焦点（反射面頂部か
ら遠い側の焦点）の近傍に収斂するように集光される。

【００１２】この図１３に示す光源装置は、放電ランプ
の放射する光を高い効率で集光し、所定の領域をスポッ
ト的に照明する照明光を形成する用途に適している。従
って、ライトバルブを用いた投写型表示装置に広く用い
られている。

【００１３】ライトバルブとは、外部から供給される映
像信号に応じて空間的に光を変調し光学像を形成するも
ので、液晶パネルを用いた投写型表示装置が知られてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電ランプに
は、発光体の放射する光に対して発光管の一部がレンズ
作用を与えるという問題がある。一般に、発光管９０１
の管壁は、その場所によってガラスの肉厚が一定でな
く、また、発光体の重心からの距離、放射される光線に
対する管壁面の方向も一定ではない。

【００１５】従って、発光管の内面と外面の管壁は、通
過する放射光を屈折させて、その進行方向を変える作用
がある。発光管壁の屈折作用が大きい場合、図１３に示
すような光源装置を構成した場合には、集光された光が
所定の方向に進行しないという問題を生じる。反射面が
放物面鏡である場合、光軸９１５に沿っておよそ平行に
進行しない光が生じる。反射面が楕円面鏡である場合、
第２焦点に収斂しない光が生じる。このような光は、光
源装置の主目的である照明光成分に対して、有効に利用
されずに損失となるので問題がある。

【００１６】図１４を用いてこのような問題の実例を説
明する。従来のランプは、発光管の外壁と内壁の肉厚に
着目すると、発光管の中央部に対して封止両端部の肉厚
が薄くなる。一般に、発光管９０１は中空のガラス管の
一部を加熱溶解し、この部分をガラス管内に供給する希
ガスの余圧で膨らませ、発光管９０１の外壁を所定の形
状の型材に当てつけて成形されるので、形状の制御がし
やすく、再現性が高い。

【００１７】これに対して発光管９０１の内壁は、ガラ
ス管に供給される希ガスの余圧と外壁の静止圧との相対
関係で成形され、形状の制御は難しく、再現性は外壁と
比較して低い。

【００１８】この場合、より大きく膨らませる発光管９
０１の中央部について、割れないように高い耐圧と信頼
性を得るには、やや過剰にガラス材を供給することが必
要であり、その結果、中央部の肉厚は厚く、封止部端部
の肉厚は相対的に薄くなる。

【００１９】図１４に示す曲線９２１，９２２は、この
ような発光管９の内壁９２１と外壁９２２の一例を模式
的に示す。曲線９２３は集光用の楕円面鏡の一部であ
り、第１焦点９２４から放射される光を、第２焦点９２
５に収斂するように構成される光源装置について、光線
の経路を説明するために光軸９２６を含む平面において
必要な要素のみを示す。

【００２０】まず、第１焦点９２４から光軸９２６と直
交する方向に進行する光線９３１を考える。光線９３１
は、発光管の内壁９２１と外壁９２２の中央部に対し、
これらの管壁形状の法線方向から入射する。従って、管
壁においてあまり屈折作用をうけることなく進行し、楕
円面鏡９２３で反射されて、第２焦点９２５に良好に収
斂される光線の一部となる。

【００２１】これに対し、第１焦点９２４から楕円面鏡
９２３の頂部９２３Ａの近傍に出射する光線９３２を考
える。第１焦点９２４から出射した光線９３２Ａは、内
壁９２１に入射時に屈折を受け、発光管の内部を光線９
３２Ｂとして進行する。光線９３２Ｂは、次第に肉厚が
薄くなるように形成された外壁９２２に対して、非常に
小さな入射角で入射し、あまり屈折を受けずに光線９３
２Ｃとなって、楕円面鏡９２３の反射面に進行する。一
点鎖線９３３，９３４は、それぞれ光線と管壁の交点に
おける管壁の法線方向を示す。

【００２２】これにより、光線９３２Ｃはその進行ベク
トルの起点（光軸９２６との交点）が、第１焦点９２４
からずれてしまう。光線９３２Ｃは、楕円面鏡９２３の
第１焦点９２４から出射した光とは扱われないので、楕
円面鏡９２３で反射後の光線９３２Ｄは、第２焦点９２
５に向かって進行することができない。従って、このよ
うに発光管の管壁で屈折を受けた光線は、第２焦点９２
５に収斂しない光線となるので、点９２５に収斂した光
を利用する光源装置では、光損失となるので問題があ
る。

【００２３】このような問題は、凹面鏡が放物面鏡であ
っても同様である。本発明は発光管の管壁における屈折
作用の影響をできるだけ小さくできるランプを提供する
ことを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のランプは、発光
管の外壁形状を適切にして発光管の内壁における屈折作
用を補正することを特徴とする。

【００２５】この構成によると、発光管の管壁における
屈折作用の影響をできるだけ小さくできる。

【００２６】

【発明の実施の形態】請求項１記載のランプは、透光性
の発光管の内部に発光体を形成するランプであって、前
記発光管の外壁形状を、発光体の略重心から放射される
光線群に対して、前記発光管の内壁における屈折作用に
よって変化する光線の進行方向を前記発光管の外壁にお
ける屈折作用によって補正し、前記光線群について前記
発光管壁を出射後の進行ベクトルの起点が前記発光体の
重心近傍にて略一点をなすように成形したことを特徴と
する。

【００２７】請求項２記載のランプは、請求項１におい
て、対向する２つの電極間にアーク放電により発光体を
形成し、発光管の両端部に前記電極に繋がるリード線部
を封止してなる両封止構造型の放電ランプであり、前記
発光管の内壁は、その有効域において正円弧を回転させ
て得られる樽型形状を近似してなり、前記発光管の外壁
は、その有効域において適切に変化させた弓形曲線を回
転させて得られる樽型形状を近似してなることを特徴と
する。

【００２８】請求項３記載のランプは、請求項２におい
て、発光管の中央部の外壁と内壁間の肉厚に対して、発
光管の両端封止部における肉厚が、およそ同じであるか
緩やかに厚くなるように外壁形状を定めたことを特徴と
する。

【００２９】請求項４記載の光源装置は、透光性の発光
管の内部に発光体を形成するランプと、前記発光体から
放射される光に作用して略単一の光軸に沿って進行する
光束を形成する凹面鏡とを備えた光源装置であって、ラ
ンプの前記発光管の外壁形状を、前記発光体の略重心か
ら放射される光線群に対して、前記発光管の内壁におけ
る屈折作用によって変化する光線の進行方向を前記発光
管の外壁における屈折作用によって補正し、前記光線群
について前記発光管壁を出射後の進行ベクトルの起点が
前記発光体の重心近傍において略一点をなすように成形
したことを特徴とする。

【００３０】請求項５記載の光源装置は、請求項４にお
いて、凹面鏡は楕円面を近似してなる反射面形状を備
え、ランプの発光体を前記楕円面の第１焦点の近傍に配
置し、発光管の内壁による屈折作用により進行方向のず
れる光線について外壁がその進行方向を補正し、前記第
１焦点から出射する光線群を第２焦点の近傍に進行させ
るように構成したことを特徴とする。

【００３１】請求項６記載の光源装置は、請求項４にお
いて、凹面鏡は放物面を近似してなる反射面形状を備
え、発光体は前記放物面の焦点近傍に配置し、前記発光
管の内壁による屈折作用により進行方向のずれる光線に
ついて外壁がその進行方向を補正し、前記焦点から出射
する光線群を前記光軸に沿って略平行に進行させるよう
に構成したことを特徴とする。

【００３２】請求項７記載の照明光学装置は、受光面を
照明する光を形成する照明光学装置であって、透光性の
発光管の内部に発光体を形成するランプと、前記発光体
から放射される光に作用して略単一の光軸に沿って進行
する光束を形成する凹面鏡と、前記凹面鏡から出射する
光が入射する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレ
イから出射する光が入射する第２レンズアレイとを備
え、前記第１レンズアレイは複数の第１レンズを二次元
状に配列してなり、前記第２レンズアレイは前記第１レ
ンズの各々と対をなす複数の第２レンズを二次元状に配
列してなり、前記第１レンズの各々はこのレンズに入射
する光束を対応する前記第２レンズの開口上に収斂せし
め、前記第２レンズの各々はこのレンズと対をなす前記
第１レンズの開口近傍における光束断面の各々を重畳形
態で前記受光面上に導き、前記ランプは、前記発光体の
略重心から放射される光線群に対して、前記発光管の内
壁における屈折作用によって変化する光線の進行方向を
前記発光管の外壁における屈折作用によって補正し、前
記光線群について前記発光管の壁を出射後の進行ベクト
ルの起点が前記発光体の重心近傍にて略一点をなすよう
に前記発光管の外壁形状を定めて、受光面に有効に到達
する光線本数を増加せしめるように構成したことを特徴
とする。

【００３３】請求項８記載の照明光学装置は、請求項７
において、凹面鏡は放物面を近似してなる反射面形状を
備え、ランプの発光体は前記放物面の焦点近傍に配置
し、前記凹面鏡から出射する略単一光束は前記放物面の
光軸に沿って略平行に進行するように構成されて第１レ
ンズアレイに入射し、発光管の外壁は、主に内壁におけ
る屈折作用により進行方向のずれる光に対してこの進行
方向を補正し、これらの光を前記光軸に沿って略平行に
進行せしめて第１レンズアレイに入射させことを特徴と
する。

【００３４】請求項９記載の照明光学装置は、請求項７
において、凹面鏡は、楕円面を近似してなる反射面形状
を備えると共に、前記楕円面の第２焦点近傍に焦点を有
する集光レンズを備え、ランプの発光体は前記楕円面の
第１焦点近傍に配置し、前記凹面鏡から出射する光は前
記楕円面の第２焦点近傍に収斂せしめられた後に前記集
光レンズにより光軸に沿って略平行に進行する光となっ
て第１レンズアレイに入射し、発光管の外壁は、内壁に
おける屈折作用により進行方向のずれる光に対してこの
進行方向を補正し、これらの光を前記第２焦点の近傍に
良好に収斂させるように構成したことを特徴とする。

【００３５】請求項１０記載の投写型表示装置は、透光
性の発光管内部に発光体を形成するランプと、前記発光
体から放射される光に作用して略単一の光軸に沿って進
行する光束を形成する凹面鏡と、前記凹面鏡から出射す
る光が入射する第１レンズアレイと、前記第１レンズア
レイから出射する光が入射する第２レンズアレイと、前
記第２レンズアレイから出射する光により照明されるラ
イトバルブと、前記ライトバルブにより変調された光が
入射し前記ライトバルブ上に形成される光学像をスクリ
ーン上に投影する投写レンズとを備え、前記第１レンズ
アレイは複数の第１レンズを二次元状に配列してなり、
前記第２レンズアレイは前記第１レンズの各々と対をな
す複数の第２レンズを二次元状に配列してなり、前記第
１レンズの各々はこのレンズに入射する光束を対応する
前記第２レンズの開口上に収斂せしめ、前記第２レンズ
の各々はこのレンズと対をなす前記第１レンズの開口近
傍における光束断面の各々を重畳形態で前記ライトバル
ブの表示領域上に導き、前記ランプは、前記発光体の略
重心から放射される光線群に対して、前記発光管の内壁
における屈折作用によって変化する光線の進行方向を前
記発光管の外壁における屈折作用によって補正し、前記
光線群について前記発光管壁を出射後の進行ベクトルの
起点が前記発光体の重心近傍にて略一点をなすように前
記発光管の外壁形状を定めて、前記スクリーンに有効に
到達する光線本数を増加せしめるように構成したことを
特徴とする。

【００３６】以下、本発明の各実施の形態を図１〜図１
１に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１と図２と図４は（実施の形態１）
を示す。

【００３７】図１はランプを示している。このランプと
しての放電ランプ１００は、従来例を示す図１２に示し
たものと同様の放電ランプであるが、発光管の外壁の形
状が従来のものとは異なっている。

【００３８】図１においては発光管の外壁１０１、内壁
１０２、金属製電極キャップ１０３、電極端子１０４、
発光体１０５のみを図示している。金属製電極キャップ
１０３と電極端子１０４は、内部でリード線部（図示せ
ず）を介して対向する放電電極（図示せず）に接続さ
れ、放電電極間のアーク放電により発光体１０５が形成
される。

【００３９】放電ランプ１００の外壁１０１は、内壁１
０２における光線への屈折作用を打ち消す屈折作用を与
えるように、その形状が定められている。具体的には、
発光体１０５から一定の方向範囲に放射される必要な光
線群について、外壁１０１から出射後の光線の進行ベク
トルを考え、これらの進行ベクトルの起点が、発光体１
０５の重心近傍で一点をなすように外壁の形状を最適化
して構成されている。

【００４０】このためには、例えば、一般に、発光体の
重心を通過する光線を回転対称軸として、円弧の一部を
回転させて得られる樽型形状に近い内壁に対して、同様
に弓形の曲線を回転させて得られる樽型形状の外壁にお
いて、この外壁における弓形曲線の形状を、上記作用が
得られるように最適化するとよい。

【００４１】この場合、発光管の中央部の管壁の肉厚に
対して両端封止部の肉厚を、およそ同じとするか、緩や
かに厚くなるように構成すると、内壁の与える屈折作用
を良好に補正できる。

【００４２】図２は図１の放電ランプ１００と凹面鏡と
を組み合わせた光源装置を示す。これは、ここで凹面鏡
は楕円面鏡１１１で構成されており、楕円面鏡１１１の
第１焦点１１２と発光体１０５の重心とがおよそ一致す
るように、放電ランプ１００は位置決めされて楕円面鏡
１１１の頂部貫通孔１１３に固着されている。

【００４３】なお、便宜上、楕円面鏡１１１は、紙面に
沿った平面での断面図として図示している。このように
構成される光源装置では、発光体１０５の放射する光の
大部分は、楕円面鏡１１１の第２焦点１１４に収斂する
ことが期待される。

【００４４】従来の放電ランプ９００を用いてこのよう
な光源装置を構成すると、特に楕円面鏡１１１も頂部近
傍に進行する光について、発光管の管壁における屈折作
用を大きく受け、これらの光線は第２焦点１１４に収斂
しない。

【００４５】これに対し、図１に示した本発明の放電ラ
ンプ１００は、発光管内壁における屈折作用を、外壁が
良好に補正するように構成している。必要な光線群につ
いて、発光管から出射する光線の進行ベクトルの起点が
一点をなしていれば、この点を楕円面鏡１１１の第１焦
点１１２と一致させればよい。これにより、第２焦点１
１４に良好に収斂する光が増加し、明るく効率の高い照
明光学装置を構成できる利点がある。

【００４６】図３は従来の放電ランプ９００を使用した
従来の光源装置を示し、図４は本発明の放電ランプ１０
０を使用した本発明の光源装置の具体的な設計例を示
す。両者を比較して本発明の光源装置の作用と効果を補
足する。

【００４７】図３は、従来の光源装置における放電ラン
プの発光管壁における屈折の影響を示し、具体的には、
従来の光源装置の楕円面鏡１３１の第１焦点１３２から
出射した光線の光線追跡図であり、便宜上、光軸（楕円
面鏡１３１の回転対称軸）１３３を含む平面上につい
て、その片側に追跡光線を図示している。

【００４８】楕円面鏡１３１の第２焦点を１３４とし、
円弧１３５は放電ランプの発光管の内壁、円弧１３６は
放電ランプの発光管の外壁を示している。この図３に示
す従来の光源装置では、楕円面鏡１３１の頂部近傍で反
射される光線群１３７について、発光管壁１３５，１３
６における屈折の影響が大きく、第２焦点１３４と大き
く異なる位置に反射された光線が到達することを示す。
従って、第２焦点１３４に収斂する光のみを利用する光
学系を構成すると、光線群１３７は有効に利用されず、
損失となるので問題がある。

【００４９】これに対し、図４は本発明の放電ランプと
光源装置の備えるべき発光管の外壁形状の一例と、この
場合の光線追跡図の一例を図３と同様に示したものであ
る。発光管の内壁形状１３５と楕円面鏡１３１の形状と
相対関係は、図３に示したものと同様である。本発明の
光源装置は、発光管の外壁１３９の形状を、内壁１３５
が通過する光線に与える屈折作用を補正するように構成
されていて、この実施例の場合、外壁１３９は内壁１３
５との間の肉厚が中央部から両端の封止部にかけておよ
そ均一となるように構成されている。

【００５０】この形状に基づいて、光線の進行経路を追
跡すれば、例えば、光線群１４０について、発光管壁の
屈折による進行方位のずれが良好に補正されて、楕円面
鏡１３１の第２焦点１３４に収斂する。楕円面鏡１３１
で反射された光は、その大部分が第２焦点１３４近傍に
収斂し、これにより光損失が少なく極めて光利用効率の
高い光源装置を実現できるので、大きな効果を得る。

【００５１】（実施の形態２）図６は本発明の放電ラン
プ１００を使用して凹面鏡として放物面鏡と組み合わせ
た光源装置を示す。

【００５２】比較のために、図５には従来の放電ランプ
９００を使用して凹面鏡として放物面鏡と組み合わせた
光源装置を示す。この図５は放物面鏡を用いた従来の光
源装置において、放物面鏡１５１の焦点１５２から出射
した光線の光線追跡図であり、便宜上、光軸１５３を含
む平面上について、その片側に追跡光線を示す。円弧１
５５，１５６は、ランプ発光管の内壁、外壁を示してい
る。

【００５３】放物面鏡１５１の頂部近傍で反射される光
線群１５７は、発光管の内壁１５５における屈折の影響
が大きく、放物面鏡１５１で反射された後、光軸１５３
と平行ではなく、大きくずれた方向に進行する。その他
の放物面鏡１５１の開口端部側で反射された光は、良好
に光軸１５３と平行に進行する。これは、光軸に平行に
進行する光を利用する光学系を構成する場合に、光線群
１５７は有効に利用されず、損失となるので問題があ
る。

【００５４】これに対し、図６に示す（実施の形態２）
の光源装置は、発光管の内壁形状１５５と放物面鏡１５
１の形状と相対関係について、図５に示したものと同様
である。

【００５５】発光管の外壁１５９の形状は、内壁１５５
が通過する光線に与える屈折作用を補正するように構成
される。最適に構成されたランプ発光管の外壁１５９
は、内壁１５５で屈折されて光軸１５３と平行に進行し
ない光線群１６０について、その進行方位を修正する。
これにより、放物面鏡１５１で反射された光は、その大
部分が光軸１５３と平行に進行する光となって光束を形
成する。これにより光損失が少なく、極めて光利用効率
の高い光源装置を実現できる。

【００５６】上記の実施の形態において、楕円面鏡を用
いた設計例（図４）における発光管の内壁１３５，外壁
１３９と、放物面鏡を用いた設計例（図６）における発
光管の内壁１５５，外壁１５９は、それぞれほぼ同じ形
状である。発光管の外壁形状は、以下に述べる考え方に
基づいて構成されれば、より大きな本発明の効果を得る
ことができる。

【００５７】すなわち、発光管の外壁から出射する光線
群について、発光管の管壁における屈折作用を考慮しな
い場合、すなわち理想状態の光線群は、発光体の重心か
ら放射される光線群に代表され、これらの進行ベクトル
の起点は、発光体の重心で一点をなす。従って、この発
光体の重心と、放物面鏡や楕円面鏡の焦点とを一致させ
れば、反射鏡で集光された光線群は、所定の経路に従っ
て期待される方向に進行する。

【００５８】これに対し、従来の発光管の管壁で屈折さ
れた光線群は、そのままでは各々の進行ベクトルの起点
が一点をなさない。発光管の外壁形状を内壁における屈
折作用を打ち消すように最適化し、外壁から出射する集
光すべき光線群について、その進行方向ベクトルの起点
が、発光体の重心ないしはその近傍でおよそ一点をなす
ようにするとよい。

【００５９】従来の一般的なランプ発光管の管壁は、中
央部の肉厚が厚く、両端封止部の肉厚が薄くなるように
構成される。この場合の正円弧に近似される発光管の内
壁に対して、外壁は、その肉厚が中央部と両端部でおよ
そ同じであるか、中央部より両端部が緩やかに厚くなる
よう構成されるとよい。

【００６０】こうすれば、両端封止部に近くなるほど大
きくなる内壁の屈折作用を、外壁が打ち消して、上記作
用と効果を良好に得ることができる。 （実施の形態３）図７は本発明の光源装置を用いた照明
光学装置を示す。

【００６１】光源２０４は、放電ランプ２０１と放物面
鏡２０２とを組み合わせてなり、上記（実施の形態２）
の光源装置と同様に、図６を用いて述べた構成、作用と
なるように構成される。

【００６２】２１１は複数の第１レンズ２１２を二次元
状に配列して構成された第１レンズアレイ、２１３は複
数の第２レンズ２１４を二次元状に配列して構成された
第２レンズアレイ、２１５は補助レンズ、２１６は選択
的に照明すべき受光面をそれぞれ示す。

【００６３】第１レンズアレイ２１１を図８に示す。第
１レンズアレイ２１１は、矩形の開口を有する４９個の
第１レンズ２１２を二次元状に配列し、その開口の総和
が正円２２１に内接するように構成している。

【００６４】これは、一般に、集光されて凹面鏡から出
射する光束は正円の光束断面を有するので、このように
配列すれば、より多くの光が有効に第１レンズアレイ２
１１の開口部に入射する。

【００６５】第２レンズアレイ２１３を図９に示す。第
２レンズアレイ２１３は、第１レンズ２１２と互いに対
を成す４９個の第２レンズ２１４を、第１レンズアレイ
２１１と同様の手順に従い、正円２２２に内接するよう
に配列する。

【００６６】以上の構成をふまえ、図７において、発光
体２０５の放射する光を効率よく利用し、受光面２１６
を照明する手順を説明する。発光体２０５は、その重心
が放物面鏡２０２の焦点２０６と一致するように配置さ
れ、発光体２０５から放射される光の大部分は、放物面
鏡で反射されて光軸２０７と平行に進行する光束とな
る。

【００６７】従来のランプを用いた従来の照明光学装置
の場合、特に、放物面鏡２０２の頂部の近傍で反射さ
れ、光軸２０７の近傍を進行する光線群は、発光管２０
８の管壁における屈折の影響を受け、光軸２０７と平行
とならずに進行する。

【００６８】本発明の放電ランプとこれを用いた照明光
学装置は、これらの光線群に対して、発光管の外壁が良
好にその進行方向を補正して、光軸２０７に平行に進行
する光線群２０９を形成する。

【００６９】従って、放物面鏡２０２からは、有効断面
のあらゆる箇所において、光軸２０７と平行に進行する
光束が出射する。光軸２０７と平行に進行する円形断面
の光束は、第１レンズアレイ２１１に入射して、第１レ
ンズ２１２の個数に則した４９個の部分光束に分割され
る。各部分光束は、第１レンズ２１２により収束光とな
り、対応する第２レンズ２１４の開口上に収斂する。第
１レンズ２１２の焦点距離は、第１レンズ２１２と対応
する第２レンズ２１４の面間隔とおよそ等しく選ばれ
る。これにより、第２レンズアレイ２１３の開口上に
は、４９個の発光体２０５の実像が二次元状に配列して
形成される。

【００７０】第１レンズアレイ２１１と第２レンズアレ
イ２１３は、同一の矩形開口を有するレンズを同一の手
順に従って配列している。対応する第１レンズ２１２と
第２レンズ２１４は、互いの光軸を共有し、これらの光
軸は光軸２０７に平行であり各レンズ開口の重心部を通
過する。

【００７１】従って、光軸２０７と平行に進行して第１
レンズ２１２に入射する光束は、対応する第２レンズの
開口の重心の近傍に良好に収斂する。光軸２０７と平行
ではなくずれた方向に進行して第１レンズ２１２に入射
する光束は、その収斂位置が対応する第２レンズの開口
からずれるので、以降の光学系で利用されずに損失とな
る。

【００７２】第２レンズ２１４の各開口に収斂された各
部分光束は、第２レンズ２１４により適切な倍率に拡大
され、受光面２１６の上に照射される。補助レンズ２１
５は、第２レンズアレイ２１３から出射する各部分光束
の光軸を、受光面２１６の重心近傍に収斂させる。これ
により、４９個の第２レンズ２１４から出射する各部分
光束は、受光面２１６の上に重畳される。

【００７３】このように、発光体２０５から放射される
光の大部分は、放物面鏡２０２により反射され、その大
部分が第１レンズアレイ２１１に入射する。第１レンズ
アレイ２１１に入射した光は、部分光束に分割されて第
２レンズアレイ２１３の開口部に収斂され、これらの部
分光束は受光面２１６の上に重畳形態で伝達される。従
って、極めて光利用効率の高い照明光学装置を構成でき
る。

【００７４】更に、上記の照明光学装置は、明るさむら
と色むらの少ない、極めて均一性の高い照明光を形成で
きる利点がある。一般に、凹面鏡で集光された単一光束
の断面は、場所によって明るさの強度むら、色むらが大
きい。第１レンズアレイ２１１は照明むらの大きい単一
光束を照明むらの小さい部分光束に分割し、第２レンズ
アレイ２１３がこれらの部分光束を拡大して重畳形態で
受光面上に導く。従って、照明むらの大幅に改善された
照明光を形成できる。

【００７５】従来の構成では、発光管壁の屈折作用によ
り、光軸２０７の近傍を通過して第１レンズアレイ２１
１の開口中心部に入射する光が光軸と平行に進行せず、
このような光は対応する第１レンズ２１２に有効に入射
しない。従って、第２レンズアレイ２１３の開口中心近
傍における部分光束の収斂スポットが、暗く、ぼやけて
しまう。

【００７６】これに対し、本発明の照明光学装置は、発
光管の内壁で比較的大きく屈折される光線群について、
最適に構成された外壁がその進行方位を修正し、光軸２
０７と平行に進行する光として有効に第１レンズアレイ
２１１に入射させる。従って、第２レンズアレイ２１３
の開口中心の近傍における部分光束の収斂スポットが、
明るく鮮明に得られるようになる。これに伴い、受光面
２１６を照射する照明光の光強度が増加し、より明るい
照明光を形成することができる。

【００７７】（実施の形態４）図１０は（実施の形態
４）の照明光学装置を示し、これは図７に示した（実施
の形態３）の放物面鏡の代わりに、楕円面鏡と集光レン
ズを用いて放電ランプの放射光を集光し、平行光束を形
成するように構成したものである。

【００７８】光源２５４は、放電ランプ２５１と楕円面
鏡２５２を組み合わせてなり、上記（実施の形態１）の
図４に示した光源装置と同様の構成、作用となるように
構成される。

【００７９】第１レンズアレイ２１１と第２レンズアレ
イ２１３と補助レンズ２１５は、図７と同様に構成し、
受光面２５６を選択的に照明する照明光を形成する。放
電ランプ２５１は、発光体２５５の重心がおよそ楕円面
鏡２５２の第１焦点２５６と一致するように配置されて
支持される。楕円面鏡２５２により反射された光は、楕
円面鏡２５２の第２焦点２５９に収斂する光として集光
される。集光レンズ２６０は、第２焦点２５９を後側焦
点とし、非球面形状を有して第２焦点２５９を通過して
この集光レンズに入射する光を光軸２５７と平行に進行
する光として出射させる。

【００８０】これにより、第１レンズアレイ２１１に
は、図８と同様に光軸２５７と平行に進行する光束が入
射し、以下、図８と同様にして受光面２５６を照明する
光が形成される。

【００８１】上記構成において、従来の照明光学装置で
は、発光管の管壁により比較的大きい屈折を受ける光線
は、第２焦点２５９に収斂する光とはならずに損失とな
る。例えば、楕円面鏡２５２の頂部の近傍で反射される
光線２６１群は、従来の構成では第２焦点２５９に収斂
せず有効に利用できなかった。

【００８２】これに対し、この（実施の形態４）の照明
光学装置では、最適に構成された発光管の外壁の作用に
より、内壁で屈折された光線の進行方向が修正されて、
この光線群２６１は、良好に第２焦点２５９に収斂し、
集光レンズ２６０から光軸２５７と平行に進行する光と
なって出射するので、以降の光学系において有効に利用
される。従って、高い効率で明るい照明光を形成できる
利点がある。

【００８３】（実施の形態５）図１１は本発明の投写型
表示装置を示す。この投写型表示装置は、図７と同じ照
明光学装置を用いて、放電ランプ２０１、放物面鏡２０
２、第１レンズアレイ２１１、第２レンズアレイ２１
３、補助レンズ２１５、フィールドレンズ３０１、液晶
パネル３０２、投写レンズ３０３とで構成される。

【００８４】放電ランプ２０１から補助レンズ２１５に
至る照明光学系は、発光体２０５の放射する光を高い効
率で集光し、液晶パネル３０２の表示領域を照明する光
を形成する。図７を用いて述べた作用と効果により、照
明光は、明るく、明るさと色の均一性に優れている。

【００８５】液晶パネル３０２には、外部から供給され
る映像信号に応じて光学像が形成され、照明光を変調
し、投写レンズ３０３によりスクリーン上に大画面の迫
力ある画像が投影される。

【００８６】フィールドレンズ３０１は、液晶パネル３
０２を照明する光を、投写レンズ３０３の入射瞳に有効
に到達させる。本発明の投写型表示装置は、本発明の光
源装置と照明光学装置との作用と効果により、明るく、
均一性の高い照明光により液晶パネル３０２を照明す
る。従って、明るく表示均一性の高い投写画像を提示で
きるので、極めて大きな効果を得る。

【００８７】本発明の投写型表示装置は、特に図１１に
示す構成に限定されない。液晶パネルと組み合わせる照
明光学装置は、例えば図１０に示したように楕円面鏡を
用いて、一度集光した光を一点に収斂させる構成であっ
ても構わない。この場合、照明光の収斂した箇所に、カ
ラーフィルタ、絞りなどの素子を挿入し、照明光の波長
帯、拡がり角などを制御しやすいといった利点がある。

【００８８】図１１に示すように、液晶パネルを１枚用
いる構成の場合、モザイク状のカラーフィルタを備える
画素構造の液晶パネルを用いることで、カラー画像を提
供できる。あるいは、液晶パネルに時系列的に、赤の原
画像，緑の原画像，青の原画像の原画像と周期的に表示
し、これに同期して対応する原色光を周期的に照射すれ
ばカラー画像を提供できる。この場合、照明光学装置と
して図１０に示したものと同様の構成を用いて、照明光
の収斂した箇所に回転するカラーフィルタ素子を用いれ
ば、周期的に照明光の色を制御できる。

【００８９】三原色に対応させて、モノクロの液晶パネ
ルを３枚用いる構成であっても構わない。この場合、３
枚の液晶パネルの前後の光路に、複数のダイクロイック
ミラーを配置し、照明光を３原色の色光に分離した後
に、各液晶パネルに照射するとよい。各液晶パネルにお
いて変調された３原色の色光は、再びダイクロ一ミラー
により光路を合成し、投写レンズによりスクリーン上に
投影すれば、合成されたフルカラーの投写画像を得るこ
とができる。

【００９０】また、ライトバルブは、特に透過型の液晶
パネルに限定されない。空間的に光を変調できる素子で
あれば、透過型、反射型に依らず、他のライトバルブ素
子であってもよい。

【００９１】いずれの場合も、本発明の投写型表示装置
は、光損失の少ない照明光を形成できるので、高い効率
で明るい投写画像を提示できる利点がある。上記の各実
施の形態では、ランプとして放電ランプを例に挙げて説
明したが、発光管内に発光体を形成するランプであれば
よい。

【００９２】

【発明の効果】以上のように本発明のランプは、透光性
の発光管の内部に発光体を形成するランプであって、前
記発光管の外壁形状を、発光体の略重心から放射される
光線群に対して、前記発光管の内壁における屈折作用に
よって変化する光線の進行方向を前記発光管の外壁にお
ける屈折作用によって補正し、前記光線群について前記
発光管壁を出射後の進行ベクトルの起点が前記発光体の
重心近傍にて略一点をなすように成形したため、発光管
の管壁における屈折作用の影響をできるだけ小さくする
ことができ、ランプ発光体の放射する光を、少ない損失
で有効に利用できる。

【００９３】また、このランプを用いて高い効率で明る
い光を得ることのできる光源装置を実現できる。また、
この光源装置を用いて所定の領域を明るい光で照明する
ことのできる照明光学装置を実現できる。また、この照
明光学装置を用いて、高い効率で明るい投写画像を提示
することのできる投写型表示装置を実現できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のランプの一実施の形態を示す略構成図

【図２】図１のランプを使用した光源装置を示す略構成
図

【図３】従来の光源装置における光線の経路の一例を示
す略線図

【図４】本発明の光源装置における光線の経路の一例を
示す略線図

【図５】従来の光源装置における光線の経路の他の一例
を示す略線図

【図６】本発明の光源装置における光線の経路の他の一
例を示す略線図

【図７】本発明の照明光学装置の一実施の形態を示す略
構成図

【図８】第１レンズアレイの構成の一例を示す略構成図

【図９】第２レンズアレイの構成の一例を示す略構成図

【図１０】本発明の照明光学装置の他の実施の形態を示
す略構成図

【図１１】本発明の投写型表示装置の一実施の形態を示
す略構成図

【図１２】従来のランプの略構成図

【図１３】従来の光源装置の略構成図

【図１４】従来の光源装置における光線の経路の一例を
示す略線図

【符号の説明】 １００，２０１，２５１ 放電ランプ １０１，２０８，２５８ 発光管 １０５，２０５，２５５ 発光体 １１１，２０２，２５２ 凹面鏡 ２０４，２５４ 光源装置 ２１１ 第１レンズアレイ ２１２ 第１レンズ ２１３ 第２レンズアレイ ２１４ 第２レンズ ２１５ 補助レンズ ２１６ 受光面 ２６０ 集光レンズ ３０１ フィールドレンズ ３０２ 液晶パネル ３０３ 投写レンズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性の発光管の内部に発光体を形成する
   ランプであって、 前記発光管の外壁形状を、 発光体の略重心から放射される光線群に対して、前記発
   光管の内壁における屈折作用によって変化する光線の進
   行方向を前記発光管の外壁における屈折作用によって補
   正し、前記光線群について前記発光管壁を出射後の進行
   ベクトルの起点が前記発光体の重心近傍にて略一点をな
   すように成形したランプ。
2. 【請求項２】対向する２つの電極間にアーク放電により
   発光体を形成し、発光管の両端部に前記電極に繋がるリ
   ード線部を封止してなる両封止構造型の放電ランプであ
   り、 前記発光管の内壁は、その有効域において正円弧を回転
   させて得られる樽型形状を近似してなり、前記発光管の
   外壁は、その有効域において適切に変化させた弓形曲線
   を回転させて得られる樽型形状を近似してなる請求項１
   記載のランプ。
3. 【請求項３】発光管の中央部の外壁と内壁間の肉厚に対
   して、発光管の両端封止部における肉厚が、およそ同じ
   であるか緩やかに厚くなるように外壁形状を定めた請求
   項２記載のランプ。
4. 【請求項４】透光性の発光管の内部に発光体を形成する
   ランプと、前記発光体から放射される光に作用して略単
   一の光軸に沿って進行する光束を形成する凹面鏡とを備
   えた光源装置であって、 ランプの前記発光管の外壁形状を、 前記発光体の略重心から放射される光線群に対して、前
   記発光管の内壁における屈折作用によって変化する光線
   の進行方向を前記発光管の外壁における屈折作用によっ
   て補正し、前記光線群について前記発光管壁を出射後の
   進行ベクトルの起点が前記発光体の重心近傍において略
   一点をなすように成形した光源装置。
5. 【請求項５】凹面鏡は楕円面を近似してなる反射面形状
   を備え、 ランプの発光体を前記楕円面の第１焦点の近傍に配置
   し、発光管の内壁による屈折作用により進行方向のずれ
   る光線について外壁がその進行方向を補正し、前記第１
   焦点から出射する光線群を第２焦点の近傍に進行させる
   ように構成した請求項４記載の光源装置。
6. 【請求項６】凹面鏡は放物面を近似してなる反射面形状
   を備え、 発光体は前記放物面の焦点近傍に配置し、前記発光管の
   内壁による屈折作用により進行方向のずれる光線につい
   て外壁がその進行方向を補正し、前記焦点から出射する
   光線群を前記光軸に沿って略平行に進行させるように構
   成した請求項４記載の光源装置。
7. 【請求項７】受光面を照明する光を形成する照明光学装
   置であって、 透光性の発光管の内部に発光体を形成するランプと、 前記発光体から放射される光に作用して略単一の光軸に
   沿って進行する光束を形成する凹面鏡と、 前記凹面鏡から出射する光が入射する第１レンズアレイ
   と、 前記第１レンズアレイから出射する光が入射する第２レ
   ンズアレイとを備え、前記第１レンズアレイは複数の第
   １レンズを二次元状に配列してなり、前記第２レンズア
   レイは前記第１レンズの各々と対をなす複数の第２レン
   ズを二次元状に配列してなり、前記第１レンズの各々は
   このレンズに入射する光束を対応する前記第２レンズの
   開口上に収斂せしめ、前記第２レンズの各々はこのレン
   ズと対をなす前記第１レンズの開口近傍における光束断
   面の各々を重畳形態で前記受光面上に導き、 前記ランプは、前記発光体の略重心から放射される光線
   群に対して、前記発光管の内壁における屈折作用によっ
   て変化する光線の進行方向を前記発光管の外壁における
   屈折作用によって補正し、前記光線群について前記発光
   管の壁を出射後の進行ベクトルの起点が前記発光体の重
   心近傍にて略一点をなすように前記発光管の外壁形状を
   定めて、受光面に有効に到達する光線本数を増加せしめ
   るように構成した照明光学装置。
8. 【請求項８】凹面鏡は放物面を近似してなる反射面形状
   を備え、 ランプの発光体は前記放物面の焦点近傍に配置し、前記
   凹面鏡から出射する略単一光束は前記放物面の光軸に沿
   って略平行に進行するように構成されて第１レンズアレ
   イに入射し、発光管の外壁は、主に内壁における屈折作
   用により進行方向のずれる光に対してこの進行方向を補
   正し、これらの光を前記光軸に沿って略平行に進行せし
   めて第１レンズアレイに入射させる請求項７記載の照明
   光学装置。
9. 【請求項９】凹面鏡は、楕円面を近似してなる反射面形
   状を備えると共に、前記楕円面の第２焦点近傍に焦点を
   有する集光レンズを備え、 ランプの発光体は前記楕円面の第１焦点近傍に配置し、
   前記凹面鏡から出射する光は前記楕円面の第２焦点近傍
   に収斂せしめられた後に前記集光レンズにより光軸に沿
   って略平行に進行する光となって第１レンズアレイに入
   射し、 発光管の外壁は、内壁における屈折作用により進行方向
   のずれる光に対してこの進行方向を補正し、これらの光
   を前記第２焦点の近傍に良好に収斂させるように構成し
   た請求項７記載の照明光学装置。
10. 【請求項１０】透光性の発光管内部に発光体を形成する
    ランプと、 前記発光体から放射される光に作用して略単一の光軸に
    沿って進行する光束を形成する凹面鏡と、 前記凹面鏡から出射する光が入射する第１レンズアレイ
    と、 前記第１レンズアレイから出射する光が入射する第２レ
    ンズアレイと、 前記第２レンズアレイから出射する光により照明される
    ライトバルブと、 前記ライトバルブにより変調された光が入射し前記ライ
    トバルブ上に形成される光学像をスクリーン上に投影す
    る投写レンズとを備え、前記第１レンズアレイは複数の
    第１レンズを二次元状に配列してなり、前記第２レンズ
    アレイは前記第１レンズの各々と対をなす複数の第２レ
    ンズを二次元状に配列してなり、前記第１レンズの各々
    はこのレンズに入射する光束を対応する前記第２レンズ
    の開口上に収斂せしめ、前記第２レンズの各々はこのレ
    ンズと対をなす前記第１レンズの開口近傍における光束
    断面の各々を重畳形態で前記ライトバルブの表示領域上
    に導き、 前記ランプは、前記発光体の略重心から放射される光線
    群に対して、前記発光管の内壁における屈折作用によっ
    て変化する光線の進行方向を前記発光管の外壁における
    屈折作用によって補正し、前記光線群について前記発光
    管壁を出射後の進行ベクトルの起点が前記発光体の重心
    近傍にて略一点をなすように前記発光管の外壁形状を定
    めて、前記スクリーンに有効に到達する光線本数を増加
    せしめるように構成した投写型表示装置。