JP2005070216A - 照明装置及びこれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 失透現象に起因した発光管の寿命低下の防止と、スクリーン照度変動の防止が可能な照明装置及びこれを備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 発光管１０と、内面が回転楕円面鏡からなり発光管１０から放射された光を反射する第一反射鏡２０と、発光部１１からの光を第一反射鏡２０側へ反射する第二反射鏡３０とを有するランプ装置４０を内部に収納するランプハウス６０が、内部が第一反射鏡２０の内面側の第一空間６０Ａと外面側の第二空間６０Ｂとに区分され、第一空間６０Ａ及び第二空間６０Ｂ内にはそれぞれ別々に冷却風が通過する。第一反射鏡２０によって反射された光を平行化するための平行化レンズ１１０の凹面１１１Ａが第一空間６０Ａ内を通過する冷却風を第一反射鏡２０の内面に送る整流部材として機能する。ランプ装置４０の光束射出方向が垂直となるようにして使用される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プロジェクタ等に用いられる照明装置 、およびこれを備えたプロジェクタに関する。

従来より、一対の電極を内側に有する発光部と発光部の両端に形成された封止部とを有する発光管と、発光管から放射された光を所定の方向に向ける反射鏡とからなる照明装置が広く用いられている。そのような照明装置において、発光管から放出されても迷光となって使用に供されていなかった光を有効に利用するために、発光管を挟んで上記反射鏡と対向する位置に補助的な第２の反射鏡を備えることが行われている（例えば、特許文献１参照。）

特開平８−３１３８２号公報（第２頁、図１）

このように補助的な第２の反射鏡を用いた照明装置においては、第２の反射鏡が発光管の放熱量を減少させるように作用する。そのため、発光管の温度が不均一な温度分布となって部分的に温度が大きく上昇し、発光管を構成する石英の許容温度を超えた部分については、白濁して失透を起こすという問題があった。そこで、温度が大きく上昇した部分の失透現象を解消させるために、当該部分を耐熱温度にまで下げるべく強制冷却した場合、発光管のその他の管壁温度が必要以上に冷やされてしまい、今度は発光管が黒化するという現象が生じてしまうという問題があった。この黒化は、発光管内において一定距離だけ離れて配置された一対の電極の電極材が、高温で蒸気化し、ハロゲンサイクルで管内部を循環する際に、所定温度以下に冷えた管内部面によって黒い膜状に蒸着化されて発光管の管壁に付着する現象である。このような白化及び黒化といった失透現象は、失透部分が発光の透過を妨げることから、発光管が発熱し、耐熱温度以上に温度上昇して発光管の寿命を縮めてしまう要因となっていた。

ところで、上記従来のプロジェクタは、各構成部の配置面が水平面と平行になるように構成された平置きタイプである。この種の平置きタイプのプロジェクタにおいては、照明装置が、その光軸が水平となるようにプロジェクタ内部に配置されている。すなわち、発光管の発光部の管壁のうち、非光透過部分である発光部と封止部との接続部分が水平方向に位置し、その他の光透過部分が垂直方向に位置することになる。このため、上述の発光管における部分的な温度上昇は、発光管内の自然対流によるものであることから管頂点部周辺となり、一方、低温による黒化は管底部周辺となる。したがって、白化及び黒化による失透現象が、発光管の管壁のうち、特に光透過部分に発生することになるため、発光管の寿命に大きく影響していた。

また、発光部内部の発光分子がハロゲンサイクルで自然対流で循環することが影響して、一対の電極間のアークが上下方向に移動を繰り返すという現象が生じている。この現象は、まず、電極先端の上部側が除々に温度上昇することに伴って一対の電極間のアークが上方向に移動する。そして、電極先端の上部側が発熱で溶けて電極間距離が広がると、今度は、電極先端において電極間距離が短い下部側に移動するものである。このようなアークの移動は、スクリーンの照度変動を起こし、性能低下の要因となっている。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、補助的な第二反射鏡を用いた照明装置において、失透現象に起因した発光管の寿命低下を防止でき、また、アーク移動を抑えてスクリーン照度の変動を防止できる照明装置及びこれを備えたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、一対の電極間で発光が行われる発光部及び発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、内面が回転楕円面鏡からなり発光管から放射された光を反射する第一反射鏡と、発光部からの光を第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡とを有するランプ装置と、ランプ装置を内部に収納するランプ収納筐体と、第一反射鏡によって反射された光を平行化するための平行化レンズとを備え、ランプ収納筐体は、内部が、ランプ装置の第一反射鏡の内面側の第一空間と外面側の第二空間とに区分され、ランプ装置の光束射出方向を挟んで向かい合う壁面には、第一空間用の吸気孔及び排気孔と第二空間用の吸気孔及び排気孔とが形成されて第一空間及び第二空間内にそれぞれ別々に冷却風が通過するよう構成され、また、平行化レンズの凹面が第一反射鏡の内面と対向するように平行化レンズがランプ収納筐体に固着され、凹面が、第一空間内を通過する冷却風を第一反射鏡の内面に送る整流部材として機能するようになっており、ランプ装置の光束射出方向が垂直となるようにして使用されるものである。このように、平行化レンズの凹面によって、第一空間に流入した冷却風の一部が、第一反射鏡内部に流入する巻き込み流となって第一反射鏡内部を通過する空気の流れを作ることができるため、発光管周囲を効果的に冷却することが可能となる。また、この照明装置は、ランプ装置の光束射出方向が垂直となるようにして使用されるものであるため、失透現象の発生箇所を、光透過部分以外の箇所とすることができるため、失透現象に起因した発光管の寿命低下を防止でき、また、アーク移動を抑えてスクリーン照度の変動を防止することができる。

また、本発明に係る照明装置は、第一反射鏡の光束射出方向の開口が上側を向くようにして使用されるものである。これによれば、発光部の両側に位置する封止部のうち、発光部内部の自然対流が起因して高温になる上側の封止部を、強制空冷によって集中して冷却できるため、発光部の局所的な温度偏差を防止できる。よって、発光部の周囲を均等な温度分布とすることができ、発光部内部を適切な温度に安定的に保つこと可能となる。このように局所的温度偏差を防止できることで、発光部内部のハロゲンサイクルが正常に進行し、発光部の管壁の白化及び黒化といった失透現象を抑制できる。従って、失透による光透過率低下に伴う発光管の高温化を防止でき、発光管の寿命を大幅に延ばすことが可能となる。

また、本発明に係る照明装置は、第一空間用の吸気孔から流入された冷却風を第一反射鏡の内面側に導く整流板がランプ収納筐体に設けられているものである。これによれば、整流板によって、第一反射鏡内部への冷却風の導入をより確実なものとすることができ、更に冷却効果を高めることが可能となる。

また、本発明に係る照明装置は、発光部の管壁と第二反射鏡の内面との間に隙間を有するように第二反射鏡が配置されてなるものである。これによれば、その隙間にも冷却風が回り込み、高温となる発光部の管壁周囲を冷却することが可能となる。よって、発光管の寿命延長に効果がある。

また、本発明に係る照明装置は、第一反射鏡の回転楕円面鏡の中央部に、第一空間と第二空間とを連通させて冷却風を通過させる通気口を設けたものである。これによれば、第一空間内で温められた空気が通気口を介して第一空間より低温の第二空間側に引き込むことができるため、冷却効果を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る照明装置は、吸気孔及び排気孔が、ランプ装置の光束射出方向を挟んで向かい合う壁面において、中心が一致するように配置されているものである。

また、本発明に係る照明装置は、吸気孔及び排気孔が、ランプ装置の光束射出方向を挟んで向かい合う壁面において、排気孔が吸気孔よりも平行化レンズ側に位置するように配置されているものである。このように配置することで、第一反射鏡の内面に向かう巻き込み流を強く発生させることが可能となり、冷却効果の向上が期待できる。

また、本発明に係る照明装置は、第一空間用の吸気孔及び排気孔と第二空間用の吸気孔及び排気孔のうち、少なくとも第一空間用の吸気孔及び排気孔は、吸気孔の開孔率が排気孔の開孔率と同じか、又は排気孔の開孔率よりも小さく形成されてなるものである。

また、本発明に係る照明装置は、吸気孔及び排気孔の開孔率が、それぞれ５０％以上１００％以下であるものである。

また、本発明に係る照明装置は、第二反射鏡を、アルミナ、サファイア、石英の何れかで構成したものである。

また、本発明に係るプロジェクタは、上記の何れかに記載の照明装置と、冷却風を第一空間及び第二空間に通過させるためのファンとを備えたものである。これによれば、発光管の寿命延長によってプロジェクタの長寿命化が図れると共に、スクリーン照度変動に伴う画質低下防止を図れるプロジェクタを得ることができる。

また、本発明に係るプロジェクタは、上記照明装置が第一反射鏡の光束射出方向の開口が上側を向くように配置されてなるものである。これによれば、第一反射鏡の光束射出方向の開口が下側を向くように配置した場合に比べて発光管が効果的に冷却され、更なるプロジェクタの長寿命化及び画質低下防止を図ることが可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の照明装置を示す斜視図、図２は、本発明の実施の形態１の照明装置の概略側面断面図である。
本発明の照明装置は、図２に示すように後述のランプ装置４０の光束射出方向（ランプ光軸１００ａｘ方向）が垂直となるようにして例えばプロジェクタ等の機器内に配置されて使用されるものであり、本例においては、プロジェクタに適用する場合を例に説明する。

照明装置１００は、発光管１０と第一反射鏡２０と第二反射鏡３０とが互いに接続されて一体化されたランプ装置４０と、ランプ装置４０を内部に収納するランプ収納筐体６０と、ランプ収納筐体６０に固着された平行化レンズ１１０とを備えている。

ランプ装置４０は、第一反射鏡２０に取付枠体５０が取り付けられた状態でランプ収納筐体６０内に収納保持されている。ランプ収納筐体６０は、その内部空間が、ランプ装置４０を収納することによって第一反射鏡２０の内面側の第一空間６０Ａと、第一反射鏡２０の外面側の第二空間６０Ｂとに区分されている。また、ランプ装置４０の光束射出方向（ランプ光軸１００ａｘ（ランプ装置４０から出射される光束の中心軸）方向）を挟んで向かい合う壁面６１，６２には、第一空間６０Ａ用の吸気孔７０Ａ及び排気孔８０Ａと、第二空間６０Ｂ用の吸気孔７０Ｂ及び排気孔８０Ｂとが形成されており、ファン１２０により送風又は吸引された冷却風が、第一空間６０Ａと第二空間６０Ｂ内にそれぞれ別々に通過するようになっている。本例においては、ファン１２０は吸引ファンで構成され、図示矢印の方向に空気が流れるものとする。また、ランプ収納筐体６０において吸気孔７０Ａの平行化レンズ１１０側の内壁には、ランプ収納筐体６０内に取り込まれた冷却風の流れる方向を制御する整流板９０が設けられている。

以下、照明装置１００を構成する各構成部について詳細に説明する。
発光管１０は、石英ガラス等からなり、内部にタングステンの一対の電極１２と、水銀、希ガス及び少量のハロゲンが封入された中央の発光部１１と、発光部１１の両側の封止部１３（以下では、第一空間６０Ａ側の封止部を１３Ａ、第二空間６０Ｂ側の封止部を１３Ｂと符号を付して区別する場合がある）を備えている。各封止部１３には、電極１２と接続されたモリブデンからなる金属箔１４が密封され、各金属箔１４には外部につなげられるリード線１５がそれぞれ設けられている。

第一反射鏡２０は、内面が回転楕円面鏡からなり、その内面の深さが浅い、いわゆる浅型の反射鏡である。第一反射鏡２０の中心部には、発光管１０を固定するための貫通穴２１が形成されている。貫通穴２１には、発光管１０が、発光管１０の軸が第一反射鏡２０の軸と一致するように挿入され、セメント等の無機系接着剤２２によって固定されて保持されている。なお、発光管１０は、その中心（一対の電極１２間の中心）が、回転楕円面の２つの焦点のうち、第一反射鏡２０に近い方の焦点（第一焦点）近傍に位置するように配置されている。かかる構成の第一反射鏡２０は、発光部１１からの光を反射して、第二焦点に向けて集光する機能を有するものである。

第二反射鏡３０は、その反射面が発光部１１の前側ほぼ半分を包囲するように構成されており、発光管１０の封止部１３Ａへ接着剤３１により固着されて固定されている。なお、第二反射鏡３０は、発光部１１の管壁と第二反射鏡３０の内面との間に隙間を有するように発光管１０の封止部１３Ａに固着されている。第二反射鏡３０は、熱伝導率の高い材料で構成されており、本例ではアルミナで構成されている。他に例えサファイア、石英から構成するようにしても良い。このように熱伝導率の高い材料で構成することによって、発光管１０の熱を第二反射鏡を介して放熱することが可能となり、発光管１０の温度上昇の防止に効果がある。かかる構成の第二反射鏡３０は、発光管１０からの光を第一反射鏡２０側へ反射する機能を有するものである。

平行化レンズ１１０は、凹面１１１Ａを有するほぼ円筒状のレンズ部１１１とこのレンズ部１１１に周囲に設けられた鍔部１１２とから構成されている。平行化レンズ１１０は、ランプ収納筐体６０において第一反射鏡２０の内面と対向する壁面に形成された貫通孔６３に外側から挿入され、鍔部１１２によってランプ収納筐体６０に支持固定されるようになっている。ここで、ランプ収納筐体６０の貫通孔６３の径は、平行化レンズ１１０のレンズ部１１１の径よりも大きく形成されており、平行化レンズ１１０は、光軸調整が行われた上で、レンズ部１１１と貫通孔６３との間の隙間がセメントなどで固着されることによってランプ収納筐体６０に支持固定されるようになっている。

また、平行化レンズ１１０の凹面１１１Ａは、第一反射鏡２０の内面に対向するようになっており、以下に詳述するが、ファン１２０により第一空間６０Ａ内に取り込まれた冷却風を第一反射鏡２０の内面に送る整流部材としての機能を果たすようになっている。かかる構成の平行化レンズ１１０は、入射光、すなわち、第一反射鏡２０にて反射され、回転楕円面の第２焦点に向かう光をランプ光軸１００ａｘに対して略平行な光に変換する機能を有するものであり、第一反射鏡２０の回転楕円面の第一焦点と第二焦点との間に位置するようになっている。

以下、照明装置１００における冷却動作について図２を参照しながら説明する。
電源がＯＮされて発光管１０が点灯すると、同時にファン１２０も駆動開始し、第一空間６０Ａにおいては、ランプ収納筐体６０外の冷却風が吸気孔７０Ａを介して第一空間６０Ａ内に取り込まれる。第一空間６０Ａ内に取り込まれた冷却風ａは、発光管１０の封止部１３Ａに接触して封止部１３Ａを強制空冷し、封止部１３Ａの熱を奪って排気孔８０Ａからランプ収納筐体６０外へ排出される。

ここで、本発明の照明装置１００は、ランプ装置４０の光束射出方向が垂直となるようにプロジェクタ内に配置されることから、発光管１０内部では、下方から上方への自然対流によって、発光部１１と封止部１３Ａとの接続部近傍が高温となり、その熱は、封止部１３Ａに伝達された状態となっている。よって、封止部１３Ａが冷却風によって強制空冷されることにより、発光管１０を効率良く冷却することが可能となっている。なお、本発明の第一反射鏡２０は、上述したように浅型のものであり、発光管１０の封止部１３Ａが第一反射鏡２０の開口面よりも突出した構成となっているため、冷却風が封止部１３Ａに吹き付けられやすい構成となっており、この面からも効率の良い冷却が行われるようになっている。

また、平行化レンズ１１０は、凹面１１１Ａによって巻き込み流ｂを発生させ、第一空間６０Ａ内の冷却効果を向上させている。すなわち、第一空間６０Ａ内に取り込まれた冷却風ａの一部は、平行化レンズ１１０の凹面１１１Ａによって、第一反射鏡２０の内面に沿って流れる巻き込み流ｂを発生させ、第一反射鏡２０内部に向かう空気の流れを形成して第一反射鏡２０内部を冷却する。ここで、吸気孔７０Ａの平行化レンズ１１０側には整流板９０が設けられているため、平行化レンズ１１０の凹面１１１Ａとの組み合わせによって、冷却風ａの方向を制御して、主に巻き込み流ｂと巻き込み流ｃを効率良く発生させることができるようになっており、冷却効率の向上に寄与している。そして、巻き込み流ｂと巻き込み流ｃは、第一反射鏡２０内部に進行して内部を冷却しながら第一反射鏡２０の底部近傍又は進行途中で失速する。

第一反射鏡２０の中央部においては、発光管１０に沿って上方に向けて流れる冷却風ｅが自然対流により発生して発光管１０を冷却する。ここで、発光管１０周囲においては、冷却風ｅの一部が、発光管１０と第二反射鏡３０との間の隙間に流れ込む冷却風ｆとなって第二反射鏡３０と発光管１０の封止部１３との接続部に接触した後、風向きの強い方向に押し流されて第二反射鏡３０の内部からオーバーフローし、冷却風ｅに合流する。このように、発光管１０近傍を流れて温められ、第二反射鏡３０の内部から流れ出た冷却風ｅと、冷却風ａの一部によって発生した、第一反射鏡２０の内面に沿って流れる吐き出し流ｄとは、冷却風ａに引き込まれてランプ収納筐体６０から排出される。

一方、第二空間６０Ｂにおいては、吸気孔７０Ｂを介して第二空間６０Ｂ内に冷却風が取り込まれる。第二空間６０Ｂ内に取り込まれた冷却風ｇは、第二空間６０Ｂ内のランプ装置４０の各部に吹き付けられる。吹き付けられた空気は、ランプ装置４０の各部を冷却し、排気孔８０Ｂからランプ収納筐体６０外に排出される。このように第一空間６０Ａ及び第二空間６０Ｂそれぞれにおいて効果的に冷却されることによって、照明装置１００内の熱を全体的に低下させることが可能となっている。

ここで、吸気孔７０Ａ及び排気孔８０Ａ、吸気孔７０Ｂ及び排気孔８０Ｂの形成位置は、ランプ装置４０の光束射出方向を挟んで対向する壁面６１，６２であれば良い。よって、吸気孔７０Ａ（７０Ｂ）及び排気孔８０Ａ（８０Ｂ）のそれぞれの中心が一致するように配置するようにしても良いし、第一空間６０Ａにおいては、排気孔８０Ａを吸気孔７０Ａに比べて平行化レンズ１１０側にずらして配置するようにしても良い。後者の場合、前者の場合に比べて巻き込み流ｂ及び巻き込み流ｃを強く発生させることが可能となり、冷却効果の向上が期待できる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、平行化レンズ１１０の凹面１１１Ａが整流部材として機能し、第一空間６０Ａに流入した冷却風の一部を、第一反射鏡２０内部に流入する巻き込み流とすることができるため、換言すれば、第一反射鏡２０内部を通過する空気の流れを作ることができるため、発光管１０周囲を効果的に冷却することが可能となる。また、整流板９０を用いた場合には、第一反射鏡２０内部への冷却風の導入をより確実なものとすることができ、更に冷却効果を高めることが可能となる。

また、高温になる封止部１３Ａを、強制空冷によって集中して冷却できるため、発光部１１の局所的な温度偏差を防止できる。よって、発光部１１の周囲を均等な温度分布とすることができ、発光部１１内部を適切な温度に安定的に保つこと可能となる。このように局所的温度偏差を防止できることで、発光部１１内部のハロゲンサイクルが正常に進行し、発光部１１の管壁の白化及び黒化といった失透現象を抑制できる。従って、失透による光透過率低下に伴う発光管１０の高温化を防止でき、発光管１０の寿命を大幅に延ばすことが可能となる。

また、発光管１０の発光部１１の管壁と第二反射鏡３０の内面との間に隙間を有するように第二反射鏡３０が配置されているため、その隙間にも冷却風が回り込み、高温となる発光部１１の管壁周囲を冷却することが可能となる。よって、発光管１０の寿命延長に効果がある。また、第二反射鏡３０を熱伝導率の高い材料で構成したため、発光管１０の熱を第二反射鏡３０を介して放熱することが可能となり、高い放熱効果を得ることが可能となっている。

また、本発明の照明装置１００は、ランプ装置４０の光束射出方向が垂直となるようにして使用されるものであるため、すなわち、発光管１０が垂直配置となることにより、以下の（１）〜（３）の利点を有する。

（１）仮に温度偏差が残っていたとしても、その温度偏差は発光部１１と封止部１３との間に生じることになるため、換言すれば発光部１１の管壁の肉薄部分ではないため、熱応力による割れを防止することができる。

（２）白化及び黒化現象が発生してしまったとしても、発光管１０内部の自然対流による高熱部分は、発光部１１と封止部１３Ａとの接続部近傍となり、低温部分は発光部１１と封止部１３Ｂとの接続部近傍となる。この部分は光透過部分ではないため、失透化してしまったとしても、発光管１０の高温化に与える影響を少ないものとすることができる。

（３）自然対流による発光部１１内部の循環流の影響を受けにくくなるため、頻繁なアーク移動が抑制されてアーク位置が安定し、スクリーン照度の変動を防止することが可能となる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２の照明装置の概略側面断面図である。
本実施の形態２の照明装置２００は、第一反射鏡２０の貫通穴２１と、発光管１０の封止部１３Ｂとを固着する無機系接着剤２２の一部を削除して第一空間６０Ａと第二空間６０Ｂとを連通させて冷却風を通過させる通気口２０１を設けたもので、その他の構成は図２と同様である。
このように構成したことにより、第二空間６０Ｂに流入された冷却風ｇにより生じる負圧によって、第一空間６０Ａ内で温められた空気が第二空間６０Ｂに引き込まれて引き出し流ｈが発生する。そして、この引き出し流ｈが冷却風ｇに引き出されてランプ収納筐体６０から排出される。これによれば、第一空間６０Ａ内で高温となった空気を、第一空間６０Ａより低温の第二空間６０Ｂ側に引き込むことができるため、実施の形態１に比べて第二空間６０Ｂ内の冷却効果を高めることが可能となる。従って、照明装置２００内全体の温度低下に寄与できる。

ここで、ランプ収納筐体６０に設けた吸気孔の開孔率と排気孔の開口率との組み合わせを変えた場合の照明装置２００内部における気流の風速状況をシミュレーションした結果を次の図４〜図７に示す。なお、第一空間用及び第二空間用のそれぞれの吸気孔及び排気孔において、図４は、吸気孔及び排気孔共に開孔率１００％の場合、図５は、吸気孔及び排気孔共に開孔率８０％の場合、図６は、吸気孔及び排気孔共に開孔率５０％の場合、図７は、吸気孔が開孔率５０％、排気孔が開孔率１００％の場合である。なお、このシミュレーションにおいては、発光管１０から出射される紫外線及び赤外線を遮光するための遮光板２０２を設けた例でシミュレーションを行っている。また、回転数が８５００ｒｐｍで静圧が２８Ｐａのファン１２０に基づいてシミュレーションしたものである。

図４〜図７を比較して明らかなように、吸気孔が開孔率５０％、排気孔が開孔率１００％の場合が最も第一反射鏡２０内に冷却風が導入され、内部全体が効率良く冷却されていることが分かる。これにより、吸気孔が開孔率５０％、排気孔が開孔率１００％に構成することが最も好ましい。このことは、通気口２０１が設けられていない図２に示した実施の形態１の照明装置１００においても同様である。なお、図４〜図７によって、通気孔２０１に冷却風が通過していることも見て取れる。

上記実施の形態１及び実施の形態２では、第一反射鏡２０の光束射出方向の開口が上側を向くように配置した例を示したが、図８に示すように下側を向くように配置しても良い。この場合の冷却動作は、図２で説明した動作と基本的に同様であるので、以下では相違する部分について説明する。

第一反射鏡２０の中央部においては、発光管１０に沿って流れる冷却風がｅ’が自然対流により発生し、発光管１０を冷却しながら第一反射鏡２０の頂上部に至る。ここで、発光管１０と第二反射鏡３０との間の隙間には、自然対流により冷却風ｆ’が発生して上方に流れた後に、冷却風ｅ’に合流する。そして、第一反射鏡２０の頂上部に接触した後、巻き込み流ｃと合流して第一反射鏡２０の内面に沿って流れる吐き出し流ｄとなって冷却風ａに引き込まれてランプ収納筐体６０から排出される。

このように、第一反射鏡２０の光束射出方向の開口が下側を向くように配置した場合は、封止部１３Ａ、１３Ｂのうち、封止部１３Ｂ側が冷却風により積極的に冷却されることになる。すなわち、発光部１１内部の自然対流が起因して高温となる封止部１３Ａとは逆側が強制空冷されることから、図２に示した配置の場合と比較して多少冷却効果は劣ると思われるものの、本発明は、図３に示した配置も含むものとする。

次に、以上のように構成された照明装置１００（２００）が組み込まれたプロジェクタの光学系について説明する。

図９は、プロジェクタの光学系を示す図で、プロジェクタの側面断面図である。
プロジェクタ１０００は、照明装置１００（２００）を備えた照明光学系３００と、ダイクロイックミラー３８２，３８６、反射ミラー３８４等を有する色光分離光学系３８０と、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、反射ミラー３９４，３９８を有するリレー光学系３９０と、各色光に対応するフィールドレンズ４００，４０２，４０４及び光変調装置としての液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂと、色光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム４２０と、投写レンズ６００とを備えている。

次に、上記構成のプロジェクタ１０００の作用を説明する。まず、発光管１０の発光部１１の中心より図示下側からの出射光は、第一反射鏡２０により反射されて図示上方に向かう。また、発光部１１の中心より図示上側からの出射光は、第二反射鏡３０により反射されて第一反射鏡２０に戻った後、第一反射鏡２０により反射されて第二焦点に向けて進行する。第二焦点に向けて進行する光は、平行化レンズ１１０によってランプ光軸１００ａｘとほぼ平行な光に変換される。以上により、照明装置１００からはランプ光軸１００ａｘとほぼ平行とされた光が射出される。

照明装置１００（２００）から射出された平行光は、インテグレータレンズを構成する第１レンズアレイ３２０の各小レンズ３２１に入射する。第１レンズアレイ３２０は、入射光を小レンズ３２１の数に応じた複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ３２０を出た各部分光束は、その各小レンズ３２１にそれぞれ対応した小レンズ３４１を有してなるインテグレータレンズを構成する第２レンズアレイ３４０に入射する。そして、第２レンズアレイ３４０からの出射光は、偏光変換素子アレイ３６０の対応する偏光分離膜（図示省略）の近傍に集光される。その際、遮光板（図示省略）により、偏光変換素子アレイ３６０への入射光のうち、偏光分離膜に対応する部分にのみ光が入射するように調整される。

偏光変換素子アレイ３６０では、そこに入射した光束が同じ種類の直線偏光に変換される。そして、偏光変換素子アレイ３６０で偏光方向が揃えられた複数の部分光束は、重畳レンズ３７０に入り、そこで液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂを照射する各部分光束が、対応するパネル面上で重さなり合うように調整される。

色光分離光学系３８０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３８２，３８６を備え、照明光学系から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１ダイクロイックミラー３８２は、重畳レンズ３７０から射出される光のうち青色光成分と緑色光成分とを透過させるとともに、赤色光成分を反射する。第１ダイクロイックミラー３８２を透過した赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールドレンズ４００を通って赤色光用の液晶パネル４１０Ｒに達する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７０から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４１０Ｇ，４１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２，４０４も同様に作用する。

さらに、第１ダイクロイックミラー３８２で透過された青色光と緑色光のうち、緑色光は第２ダイクロイックミラー３８６によって反射され、フィールドレンズ４０２を通って緑色光用の液晶パネル４１０Ｇに達する。一方、青色光は、第２ダイクロイックミラー３８６を透過し、リレー光学系３９０、すなわち、入射側レンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、及び反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレンズ４０４を通って青色光用の液晶パネル４１０Ｂに達する。なお、青色光にリレー光学系３９０が用いられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３９２に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に伝えるためである。なお、リレー光学系３９０は、３つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。

３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂは、入射した各色光を、与えられた画像情報に従って変調し、各色光の画像を形成する。なお、３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂの光入射面側、光出射面側には、通常、偏光板が設けられている。

上記の各液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂから射出された３色の変調光は、これらの変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有するクロスダイクロイックプリズム４２０に入る。クロスダイクロイックプリズム４２０には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって赤、緑、青の３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。そして、クロスダイクロイックプリズム４２０で合成された合成光は、最後に投写レンズ６００に入り、そこからスクリーン上にカラー画像として投写表示される。

このように構成されたプロジェクタ１０００においては、本発明による照明装置１００（２００）が用いられているため、発光管１０の寿命延長によってプロジェクタの長寿命化が図れると共に、スクリーン照度変動に伴う画質低下防止が図れる。

なお、図９には、照明装置１００（２００）を、第一反射鏡２０の光束射出方向の開口が上側を向くように組み込んだプロジェクタ１０００を示したが、図１０のプロジェクタ２０００のように、第一反射鏡２０の光束射出方向の開口が下側を向くようして組み込んでも良い。第一反射鏡２０の光束射出方向の開口が上側を向くように組み込んだ場合は、上述したように、下側に向くように組み込んだ場合に比べて高い冷却効果が期待できる。よって、プロジェクタ１０００は、プロジェクタ２０００に比べて更なる長寿命化及び画質低下防止を図ることが可能となる。なお、図１０において、３７２，３７２’は反射ミラーで、偏光変換素子アレイ３６０から射出された光束を反射して重畳レンズ３７０へと導くものである。

なお、上記実施形態では、透過型の液晶パネルを用いたプロジェクタを例に説明したが、本発明は、反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等の光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、それが光を反射するタイプであることを意味している。また、光変調装置は液晶パネルに限られるものではなく、例えば、マイクロミラーを用いた装置であってもよい。さらに、本発明の照明光学系は、観察する方向から投写を行う前面投写型プロジェクタにも、また、観察する方向とは反対側から投写を行う背面投写型プロジェクタにも適用可能である。

本発明の実施の形態１の照明装置を示す斜視図。 本発明の実施の形態１の照明装置の概略側面断面図。 本発明の実施の形態２の照明装置の概略側面断面図。 照明装置内部の風速シミュレーション結果を示す図（その１）。 照明装置内部の風速シミュレーション結果を示す図（その２）。 照明装置内部の風速シミュレーション結果を示す図（その３）。 照明装置内部の風速シミュレーション結果を示す図（その４）。 照明装置の他の配置例を示す図。 プロジェクタの光学系を示す側面断面図（その１）。 プロジェクタの光学系を示す側面断面図（その２）。

符号の説明

１０ 発光管、１１ 発光部、１２ 電極、１３ 封止部、２０ 第一反射鏡、３０ 第二反射鏡、４０ ランプ装置、６０ ランプ収納筐体、６０Ａ 第一空間、６０Ｂ 第二空間、７０Ａ，７０Ｂ 吸気孔、８０Ａ，８０Ｂ 排気孔、９０ 整流板、１００，２００ 照明装置、１００ａｘ ランプ光軸、１１０ 平行化レンズ、１１１Ａ 凹面、１２０ ファン、２０１ 通気口、１０００，２０００ プロジェクタ

Claims (12)

1. 一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、内面が回転楕円面鏡からなり前記発光管から放射された光を反射する第一反射鏡と、前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡とを有するランプ装置と、該ランプ装置を内部に収納するランプ収納筐体と、前記第一反射鏡によって反射された光を平行化するための平行化レンズとを備え、
   前記ランプ収納筐体は、内部が、前記ランプ装置の前記第一反射鏡の内面側の第一空間と外面側の第二空間とに区分され、前記ランプ装置の光束射出方向を挟んで向かい合う壁面には、前記第一空間用の吸気孔及び排気孔と前記第二空間用の吸気孔及び排気孔とが形成されて前記第一空間及び前記第二空間内にそれぞれ別々に冷却風が通過するよう構成され、また、前記平行化レンズの凹面が前記第一反射鏡の内面と対向するように前記平行化レンズが前記ランプ収納筐体に固着され、前記凹面が、前記第一空間内を通過する冷却風を前記第一反射鏡の内面に送る整流部材として機能するようになっており、
   前記ランプ装置の光束射出方向が垂直となるようにして使用されるものであることを特徴とする照明装置。
2. 前記第一反射鏡の光束射出方向の開口が上側を向くようにして使用されるものであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記第一空間用の吸気孔から流入された冷却風を前記第一反射鏡の内面側に導く整流板が前記ランプ収納筐体に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明装置。
4. 前記発光部の管壁と前記第二反射鏡の内面との間に隙間を有するように前記第二反射鏡が配置されてなることを特徴とする請求項請求項１乃至請求項３の何れかに記載の照明装置。
5. 前記第一反射鏡の回転楕円面鏡の中央部に、前記第一空間と前記第二空間とを連通させて冷却風を通過させる通気口を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の照明装置。
6. 前記吸気孔及び前記排気孔は、前記ランプ装置の光束射出方向を挟んで向かい合う壁面において、中心が一致するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の照明装置。
7. 前記吸気孔及び前記排気孔は、前記ランプ装置の光束射出方向を挟んで向かい合う壁面において、前記排気孔が前記吸気孔よりも前記平行化レンズ側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の照明装置。
8. 前記第一空間用の吸気孔及び排気孔と前記第二空間用の吸気孔及び排気孔のうち、少なくとも前記第一空間用の吸気孔及び排気孔は、吸気孔の開孔率が排気孔の開孔率と同じか、又は排気孔の開孔率よりも小さく形成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の照明装置。
9. 前記吸気孔及び前記排気孔の開孔率が、それぞれ５０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項８記載の照明装置。
10. 前記第二反射鏡を、アルミナ、サファイア、石英の何れかで構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の照明装置。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の照明装置と、冷却風を前記第一空間及び前記第二空間に通過させるためのファンとを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
12. 前記照明装置が前記第一反射鏡の光束射出方向の開口が上側を向くように配置されてなることを特徴とする請求項１１記載のプロジェクタ。
    

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