JP2005070518A - Light source device, illumination optical device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置、照明光学装置及びプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device, an illumination optical device, and a projector.
従来から、光源ランプから射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、この光変調装置で変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたプロジェクタが利用されている。
このようなプロジェクタでは、光変調装置の画像形成領域をムラ無く均一に照明するために、複数の光学素子から構成される照明光学装置が設けられている。
この照明光学装置は、光源装置と、光源装置からの光束を複数の部分光束に分割し、光変調装置の画像形成領域上に重畳させる機能を有する均一照明光学系とを有する。
光源装置は、放射光源としての発光管(光源ランプ)と、楕円リフレクタと、平行化凹レンズとを有しており、光源ランプから射出された放射状の光線をリフレクタで反射して射出し、平行化凹レンズで平行化させている。
平行化凹レンズには、楕円リフレクタから射出された収束光が入射されるため、熱歪が発生しやすい。特に楕円リフレクタの第二焦点付近は光源ランプからの光の輝度が最も高くなっているので、第二焦点付近に平行化凹レンズを配置すると平行化凹レンズに熱歪が発生し、破損する虞がある。
そこで、平行化凹レンズを楕円リフレクタの第一焦点と第二焦点との中間位置に設置し、平行化凹レンズを輝度の低い部分に配置して熱歪の発生を防止することが提案されている(例えば、特許文献1参照)
2. Description of the Related Art Conventionally, a projector including a light modulation device that modulates a light beam emitted from a light source lamp according to image information and a projection optical system that enlarges and projects the light beam modulated by the light modulation device has been used.
In such a projector, an illumination optical device including a plurality of optical elements is provided in order to uniformly illuminate an image forming area of the light modulation device without unevenness.
This illumination optical device includes a light source device and a uniform illumination optical system having a function of dividing a light beam from the light source device into a plurality of partial light beams and superimposing them on an image forming region of the light modulation device.
The light source device has a light emitting tube (light source lamp) as a radiation light source, an elliptical reflector, and a collimating concave lens, and the radial light beam emitted from the light source lamp is reflected by the reflector and emitted to be collimated. Parallelized with a concave lens.
Since the convergent light emitted from the elliptical reflector is incident on the collimating concave lens, thermal distortion is likely to occur. In particular, since the luminance of light from the light source lamp is highest near the second focal point of the elliptical reflector, if a collimating concave lens is arranged near the second focal point, thermal distortion may occur in the collimating concave lens, which may be damaged. .
Therefore, it has been proposed to prevent the occurrence of thermal distortion by installing the collimating concave lens at an intermediate position between the first focal point and the second focal point of the elliptical reflector, and disposing the collimating concave lens in a portion having low luminance ( For example, see Patent Document 1)
しかしながら、このような方法では、平行化凹レンズを楕円リフレクタの第二焦点よりも楕円リフレクタ側に配置しなければならず、楕円リフレクタからの光束が充分に収束する前に平行化凹レンズに光束が入射するため、平行化凹レンズの光束入射領域を大きく取る必要がある。そのため、光源装置、さらには照明光学装置が大型化するという問題がある。 However, in such a method, the collimating concave lens must be arranged closer to the ellipsoidal reflector than the second focal point of the ellipsoidal reflector, and the light beam enters the collimating concave lens before the luminous flux from the elliptical reflector is sufficiently converged. Therefore, it is necessary to increase the light beam incident area of the collimating concave lens. Therefore, there is a problem that the light source device and the illumination optical device are increased in size.
本発明の目的は、平行化凹レンズの熱歪による破損を防止でき、大型化を防止することができる光源装置、照明光学装置及びプロジェクタを提供することである。 An object of the present invention is to provide a light source device, an illumination optical device, and a projector that can prevent the collimated concave lens from being damaged due to thermal distortion and can prevent an increase in size.
本発明の光源装置は、発光管と、この発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出する楕円リフレクタと、前記楕円リフレクタで反射された光束を平行化する平行化凹レンズとを備えた光源装置であって、前記平行化凹レンズは、前記楕円リフレクタの第二焦点付近に配置され、前記平行化凹レンズは、熱膨張係数が40×10-7/℃以下、耐熱温度が300℃以上であることを特徴とする。
ここで、楕円リフレクタの第二焦点付近とは、発光管の影が消え始める位置のことを言う。例えば、楕円リフレクタの第一焦点距離が12mm、第二焦点距離が84mm(輝点から72mm)の場合、55mmの位置、すなわち、第二焦点位置から17mm手前(楕円リフレクタ側)の位置に平行化凹レンズを設置する。また、楕円リフレクタの第一焦点距離が12mm、第二焦点距離が60mm(輝点から48mm)の場合、第二焦点位置から13mm手前(楕円リフレクタ側)の位置に平行化凹レンズを設置する。
このような本発明によれば、平行化凹レンズは熱膨張係数が40×10-7/℃以下であり、熱膨張係数が低いため、発光管からの光の輝度が最も高い位置である楕円リフレクタの第二焦点付近に平行化凹レンズを配置した場合であっても、熱歪が発生しにくい。これにより、平行化凹レンズの熱歪による破損を防止できる。
また、平行化凹レンズの耐熱温度が300℃以上であるため、熱による変質等を防止することができる。
さらに、平行化凹レンズは、楕円リフレクタの第二焦点付近に配置されているので、平行化凹レンズには充分に収束された光束が入射されることとなる。従って、平行化凹レンズの光束入射領域を大きく確保する必要がなく、これにより光源装置の大型化を防止できる。
The light source device of the present invention includes an arc tube, an elliptical reflector that emits the luminous flux emitted from the luminous tube in a fixed direction, and a parallelizing concave lens that collimates the luminous flux reflected by the elliptical reflector. In the light source device, the collimating concave lens is disposed in the vicinity of a second focal point of the elliptical reflector, and the collimating concave lens has a thermal expansion coefficient of 40 × 10 −7 / ° C. or less and a heat resistant temperature of 300 ° C. or more. It is characterized by being.
Here, the vicinity of the second focal point of the elliptical reflector means a position where the shadow of the arc tube starts to disappear. For example, if the elliptical reflector has a first focal length of 12 mm and a second focal length of 84 mm (72 mm from the bright spot), it is parallelized to a position of 55 mm, that is, a position 17 mm before the second focal position (elliptical reflector side). Install a concave lens. Further, when the first focal length of the elliptical reflector is 12 mm and the second focal length is 60 mm (48 mm from the bright spot), a collimating concave lens is installed at a position 13 mm before (ellipse reflector side) from the second focal position.
According to the present invention, the collimating concave lens has a thermal expansion coefficient of 40 × 10 −7 / ° C. or lower and a low thermal expansion coefficient. Therefore, the elliptical reflector is the position where the luminance of light from the arc tube is highest. Even when a collimating concave lens is disposed near the second focal point, thermal distortion is unlikely to occur. Thereby, the damage by the thermal strain of the collimating concave lens can be prevented.
In addition, since the heat-resistant temperature of the collimating concave lens is 300 ° C. or higher, it is possible to prevent alteration due to heat.
Furthermore, since the collimating concave lens is disposed in the vicinity of the second focal point of the elliptical reflector, a sufficiently converged light beam is incident on the collimating concave lens. Therefore, it is not necessary to ensure a large light beam incident area of the collimating concave lens, thereby preventing an increase in the size of the light source device.
ここで、平行化凹レンズの材料としては、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラス、珪酸含有量が96%以上の高珪酸ガラス、石英ガラス、結晶化ガラスが例示できる。なかでも、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラスが安価であるため、好ましい。ここで、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラスとしては、例えば、コーニング・ガラス社製のパイレックス(登録商標)、ショット社製のテンパックス(商品名)等が使用できる。 Here, examples of the material for the collimating concave lens include borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less, high silicate glass having a silicic acid content of 96% or more, quartz glass, and crystallized glass. Of these, borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less is preferable because it is inexpensive. Here, as the borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less, for example, Pyrex (registered trademark) manufactured by Corning Glass, Tempax (trade name) manufactured by Schott, or the like can be used. .
さらに、本発明では、前記平行化凹レンズは、その光束透過方向に沿った厚さ寸法が2mm以上であることが好ましい。
このような本発明によれば、平行化凹レンズの光束透過方向に沿った厚さ寸法を2mm以上とすることで、平行化凹レンズを防爆ガラスとして使用することが可能となる。すなわち、楕円リフレクタの開口を覆うように平行化凹レンズを取り付けることで、発光管が破裂した際の破片の飛散を防止することができる。なお、平行化凹レンズの厚さ寸法が2mm未満の場合には、発光管の破裂に伴って平行化凹レンズも破損してしまうため、防爆ガラスとして使用することは困難である。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the collimating concave lens has a thickness dimension of 2 mm or more along the light beam transmission direction.
According to the present invention as described above, the collimated concave lens can be used as explosion-proof glass by setting the thickness dimension along the light beam transmission direction of the collimated concave lens to 2 mm or more. That is, by attaching the collimating concave lens so as to cover the opening of the elliptical reflector, it is possible to prevent the fragments from being scattered when the arc tube is ruptured. When the thickness dimension of the collimating concave lens is less than 2 mm, the collimating concave lens is also damaged along with the rupture of the arc tube, so that it is difficult to use as an explosion-proof glass.
本発明の照明光学装置は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置を照明するための照明光学装置であって、上述した何れかの光源装置と、照明光軸に直交する面内に複数の小レンズをマトリクス状に配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、この光束分割光学素子により分割された各部分光束を前記光変調装置の画像形成領域上に重畳させる集光レンズとを備えることを特徴とする。
また、本発明のプロジェクタは、このような照明光学装置を備えることを特徴とする。
このような本発明の照明光学装置、プロジェクタは、上述した光源装置を備えているので光源装置と同様の効果を奏することができる。
An illumination optical device according to the present invention is an illumination optical device for illuminating a light modulation device that modulates a light beam emitted from a light source according to image information to form an optical image. A beam splitting optical element configured to divide the light beam emitted from the light source device into a plurality of partial light beams, and to split the light beam. And a condensing lens that superimposes the partial light beams divided by the optical element on the image forming area of the light modulation device.
The projector according to the present invention includes such an illumination optical device.
Such an illumination optical device and projector according to the present invention include the above-described light source device, and therefore can achieve the same effects as the light source device.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明の実施形態に係るプロジェクタ1の光学系の構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ1は、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーン上に拡大投写する光学機器であり、インテグレータ照明光学系(照明光学装置)10、色分離光学系20、リレー光学系30、光学装置40、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム50、および投写光学系である投写レンズ60を備えている。光学系10〜50を構成する光学素子は、図示しないが、所定の照明光軸が設定されたライトガイドと呼ばれる光学部品用筐体内に位置決め調整されて収納されている。
前記照明光学装置10は、光源装置70および均一照明光学系80を備え、光源装置70は、光源ランプ71(発光管)と、光源ランプ71から射出された光束を反射する楕円リフレクタ72と、副反射鏡73と、平行化凹レンズ74とを備えている。
均一照明光学系80は、光源装置70から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束の偏光方向を、P偏光光束あるいはS偏光光束に揃えるものであり、光束分割素子である第1レンズアレイ81、集光レンズである第2レンズアレイ82、偏光変換素子83、および集光レンズであるコンデンサレンズ84を含んで構成されている。
なお、光源装置70についての詳細は、後述する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an optical system of a
The illumination
The uniform illumination
Details of the
色分離光学系20は、2枚のダイクロイックミラー21,22と、反射ミラー23とを備え、ダイクロイックミラー21、22により照明光学装置10から射出された複数の部分光束を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の色光に分離する機能を有している。
The color separation
リレー光学系30は、入射側レンズ31と、リレーレンズ33と、反射ミラー32、34とを備え、色分離光学系20で分離された色光である赤色光を液晶パネル41Rまで導く機能を有している。
The relay
この際、色分離光学系20のダイクロイックミラー21では、照明光学装置10から射出された光束のうち、赤色光と緑色光を透過し、青色光を反射する。ダイクロイックミラー21によって反射した青色光は、反射ミラー23で反射し、フィールドレンズ44を通って、青色用の液晶パネル41Bに到達する。このフィールドレンズ44は、第2レンズアレイ82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41G、41Rの光束入射側に設けられたフィールドレンズ44も同様である。
At this time, the
また、ダイクロイックミラー21を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー22によって反射し、フィールドレンズ44を通って、緑色用の液晶パネル41Gに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー22を透過してリレー光学系30を通り、さらにフィールドレンズ44を通って、赤色光用の液晶パネル41Rに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系30が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、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31に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ44に伝えるためである。なお、リレー光学系30には、3つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
Of the red light and green light transmitted through the
The relay
光学装置40は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、色分離光学系20で分離された各色光が入射される3つの入射側偏光板(図示略)と、入射側偏光板の入射側に配置されるフィールドレンズ44と、各入射側偏光板の後段に配置される光変調装置としての液晶パネル41(41R,41G,41B)と、各液晶パネル41R,41G,41Bの後段に配置される射出側偏光板(図示略)と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム50とを備える。
The
液晶パネル41R,41G,41Bは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル41R,41G,41Bの画像形成領域は長方形状である。
入射側偏光板は、色分離光学系20で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収する光学変換素子である。また、射出側偏光板も、液晶パネル41から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。
フィールドレンズ44は、照明光学装置10のコンデンサレンズ84で絞り込まれた射出光束を照明光軸に対して平行にするための光学素子である。
The liquid crystal panels 41R, 41G, and 41B are obtained by hermetically enclosing a liquid crystal that is an electro-optical material between a pair of transparent glass substrates. For example, a polysilicon TFT is used as a switching element and is incident on the incident side according to a given image signal. Modulates the polarization direction of the polarized light beam emitted from the polarizing plate. The image forming areas of the liquid crystal panels 41R, 41G, 41B are rectangular.
The incident-side polarizing plate is an optical conversion element that transmits only a polarized light beam in a certain direction and absorbs other light beams among the respective color lights separated by the color separation
The
クロスダイクロイックプリズム50は、射出側偏光板から射出され、各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム50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沿って略X字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により3つの色光が合成される。
そして、このクロスダイクロイックプリズム50から射出されたカラー画像は、投写レンズ60によって拡大投写され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。
The cross
The cross
The color image emitted from the cross
図2及び図3を参照して光源装置70について説明する。
光源装置70は、前述した光源ランプ71、楕円リフレクタ72、副反射鏡73及び平行化凹レンズ74の他に、ランプハウジング75及びカバー部材76を備えて構成される。
発光管としての光源ランプ71は、中央部が球状に膨出した石英ガラス管から構成され、中央部分が発光部711、この発光部711の両側に延びる部分が封止部712とされる。
The
The
The
発光部711の内部には、図3では図示を略したが、内部に所定距離離間配置される一対のタングステン製の電極と、水銀、希ガス、及び少量のハロゲンが封入されている。
封止部712の内部には、発光部711の電極と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔には、さらに電極引出線としてのリード線713が接続され、このリード線713は、光源ランプ71の外部まで延出している。
そして、リード線713に電圧を印加すると、電極間で放電が生じ、発光部711が発光する。
Although not shown in FIG. 3, a pair of tungsten electrodes, which are spaced apart from each other by a predetermined distance, and mercury, a rare gas, and a small amount of halogen are enclosed inside the
Inside the sealing
When a voltage is applied to the
楕円リフレクタ72は、光源ランプ71の封止部712が挿通される首状部721及びこの首状部721から拡がる楕円曲面状の反射部722を備えたガラス製の一体成形品である。
首状部721には、中央に挿入孔723が形成されており、この挿入孔723の中心に封止部712が配置される。
反射部722は、楕円曲面状のガラス面に金属薄膜を蒸着形成して構成され、この反射部722の反射面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとされる。
前記光源ランプ71は、この反射部722の内部に配置され、発光部711の内の電極間の発光中心が反射部722の楕円曲面の第1焦点位置となるように配置される。
そして、光源ランプ71を点灯すると、発光部711から放射された光束は、反射部722の反射面で反射して、楕円曲面の第2焦点位置に収束する収束光となる。
The
An
The
The
When the
このような楕円リフレクタ72に光源ランプ71を固定する際には、光源ランプ71の封止部712を楕円リフレクタ72の挿入孔723に挿入し、発光部711内の電極間の発光中心が反射部722の楕円曲面の第1焦点となるように配置し、挿入孔723内部にシリカ・アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。尚、本例では前側の封止部712から出たリード線713も挿入孔723を通して外部に露出している。
また、反射部722の光軸方向寸法は、光源ランプ71の長さ寸法よりも短くなっていて、このように楕円リフレクタ72に光源ランプ71を固定すると、光源ランプ71の前方側の封止部712が楕円リフレクタ72の光束射出開口から突出する。
When fixing the
Further, the dimension in the optical axis direction of the
副反射鏡73は、光源ランプ71の発光部711の光束射出方向前側略半分を覆う反射部材であり、図示を略したが、その反射面は、発光部711の球面に倣う凹曲面状に形成され、反射面は楕円リフレクタ72と同様にコールドミラーとされている。
この副反射鏡73を発光部711に装着することにより、発光部711の前方側に放射される光束は、この副反射鏡73によって楕円リフレクタ72側に反射し、楕円リフレクタ72の反射部722から射出される。
このように副反射鏡73を用いることにより、発光部711の前方側に放射される光束が後方側に反射されるため、反射部722の楕円曲面が少なくても、発光部711から射出された光束をすべて一定方向に揃えて射出でき、楕円リフレクタ72の光軸方向寸法を小さくすることができる。
The
By attaching the
By using the
平行化凹レンズ74は、光源ランプ71から放射された光束を平行化するためのものであり、楕円リフレクタ72の第二焦点付近に配置されている。ここで、楕円リフレクタ72の第二焦点付近とは、光源ランプ71の影が消え始める位置のことを言う。例えば、図4に示すように、楕円リフレクタ72の第一焦点距離f1が12mm、第二焦点距離f2が84mm(輝点から72mm)の場合、55mmの位置、すなわち、第二焦点位置から17mm手前(楕円リフレクタ側)の位置に平行化凹レンズ74を設置する。また、楕円リフレクタ72の第一焦点距離f1が12mm、第二焦点距離f2が60mm(輝点から48mm)の場合、第二焦点位置から13mm手前(楕円リフレクタ側)の位置に平行化凹レンズ74を設置する。
この平行化凹レンズ74は、図3に示すように、光束入射面741が非球面、例えば双曲面の凹面となっており、光束射出面742が平面となっている。この平行化凹レンズ74の光束透過方向に沿った厚さ寸法のうち、最も薄い部分、すなわち、凹面の最も光束射出面742側に窪んだ部分と、光束射出面742との間の寸法T1は、2mm以上、例えば3mmとなっている。また、この平行化凹レンズ74の径は例えば20mm程度である。
このような平行化凹レンズ74の光束入射面741には、反射防止膜(AR膜)741Aが施されている。このようにすることで、光の利用効率を向上させることができる。さらに、平行化凹レンズ74の光束射出面742には、紫外線カット膜742Aが形成されている。この紫外線カット膜742Aは、紫外線を反射させることにより、紫外線の透過を防止するものであり、これにより、光源装置70から紫外線が射出されるのを防止することができる。なお、この紫外線カット膜742Aは入射される光束が平行光であることを前提とした一般的な紫外線カット膜である。
The collimating
As shown in FIG. 3, the collimated
An antireflection film (AR film) 741A is applied to the
以上のような平行化凹レンズ74は、熱膨張係数が40×10-7/℃以下、耐熱温度が300℃以上となっており、平行化凹レンズ74の材料としては、例えば、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラス、珪酸含有量が96%以上の高珪酸ガラス、石英ガラス、結晶化ガラス等があげられる。
熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラスとしては、例えば、コーニング・ガラス社製のパイレックス(登録商標)(熱膨張係数33×10-7/℃、耐熱温度500℃)、ショット社製のテンパックス(商品名)(熱膨張係数33×10-7/℃、耐熱温度500℃)があげられる。
珪酸含有量が96%以上の高珪酸ガラスとしては、硼珪酸ガラス(Na2O-B2O3-SiO2)を600℃に加熱して分相をおこさせ、Na2O-B2O3とSiO2の2相が分離した上でからみあった状態をつくり出し、その中のNa2O-B2O3を濃塩酸で溶かし出して96%程度の純度のSiO2からなるガラスをつくり、これを加熱して得たガラスがあげられ、例えば、コーニング・ガラス社製のバイコール(商品名)(熱膨張係数7.5×10-7/℃、耐熱温度1200℃)があげられる。
結晶化ガラスとしては、日本電気硝子社製のネオセラム(商品名)(熱膨張係数−7×10-7/℃)が例示できる。
なかでも、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラスとして例示されるパイレックス(登録商標)、テンパックス(商品名)は安価であるため、これらを使用することが好ましい。
The collimating
Examples of the borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less include, for example, Pyrex (registered trademark) manufactured by Corning Glass Co., Ltd. (thermal expansion coefficient 33 × 10 −7 / ° C., heat resistant temperature 500 ° C.), Schott Tempax (trade name) (thermal expansion coefficient 33 × 10 −7 / ° C., heat resistant temperature 500 ° C.).
As a high silicate glass having a silicic acid content of 96% or more, borosilicate glass (Na 2 OB 2 O 3 —SiO 2 ) is heated to 600 ° C. to cause phase separation, and Na 2 OB 2 O 3 and SiO 2 After the two phases are separated, an entangled state is created, and Na 2 OB 2 O 3 is dissolved in concentrated hydrochloric acid to produce a glass composed of SiO 2 with a purity of about 96%, which is obtained by heating. Examples thereof include Vycor (trade name) manufactured by Corning Glass (thermal expansion coefficient 7.5 × 10 −7 / ° C., heat resistant temperature 1200 ° C.).
An example of crystallized glass is Neoceram (trade name) (thermal expansion coefficient -7 × 10 -7 / ° C.) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.
Among them, Pyrex (registered trademark) and Tempax (trade name) exemplified as borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less are inexpensive, and it is preferable to use these.
ランプハウジング75は、図3に示すように、断面L字状の合成樹脂製の一体成形品であり、水平部751及び垂直部752を備えている。
水平部751は、ライトガイドの壁部と係合し、光源装置70をライトガイド内に隠蔽して光漏れが出ないようにする部分である。また、図示を略したが、この水平部751には、光源ランプ71を外部電源と電気的に接続するための端子台が設けられており、この端子台には、光源ランプ71のリード線713が接続される。
As shown in FIG. 3, the
The
垂直部752は、楕円リフレクタ72の光軸方向の位置決めを行う部分であり、本例では、この垂直部752に対して楕円リフレクタ72の光束射出開口側先端部分が接着剤等で固定される。この垂直部752には、楕円リフレクタ72の射出光束を透過させる開口部753が形成されている。
また、このような水平部751及び垂直部752には、突起754が形成されている。この突起754は、前述したライトガイド内に形成された凹部と係合し、係合すると光源ランプ71の発光中心がライトガイドの照明光軸上に配置される。
The
Further,
カバー部材76は、楕円リフレクタ72の光束射出開口を覆うように取り付けられており、ランプハウジング75の垂直部752の開口部753に装着される略円錘状の筒体からなる熱吸収部761と、この熱吸収部761の外側に突設される複数の放熱フィン762と、熱吸収部761の先端に形成されるレンズ装着部763とを備え、金属製の一体成形品として構成される。
熱吸収部761は、光源ランプ71から放射された輻射熱や、楕円リフレクタ72及びカバー部材76内の密封空間で対流する空気の熱を吸収する部分であり、その内面は、黒アルマイト処理が施されている。この熱吸収部761の略円錐状の傾斜面は、楕円リフレクタ72による収束光の傾きと平行となるようになっていて、楕円リフレクタ72から射出された光束が熱吸収部761の内面になるべく当たらないようになっている。
The
The
複数の放熱フィン762は、光源装置70の光軸に直交する方向に延びる板状体として構成され、各放熱フィン762の間は、冷却空気を充分に通すことのできる隙間が形成されている。
レンズ装着部763は、熱吸収部761の先端に突設される円筒状体から構成され、この円筒状部分には、楕円リフレクタ72の収束光を平行化する平行化凹レンズ74が装着される。尚、レンズ装着部763への平行化凹レンズ74の固定は、図示を略したが、接着剤等で行われる。そして、レンズ装着部763に平行化凹レンズ74を装着すると、光源装置70内部の空間は完全に密封され、光源ランプ71が破裂しても、破片が外部に飛散することがない。
このような光源装置70は、前記のプロジェクタ1のライトガイドに収納される。尚、図1では図示を略したが、プロジェクタ1は、光源装置70に隣接配置される冷却ファンを備え、この冷却ファンは、カバー部材76の放熱フィン762の延出方向に沿って冷却風を吹き付けるようになっている。また、逆に冷却風の方向に従って放熱フィンを光軸と斜めに配置してもよい。
このようにカバー部材76に放熱フィン762を設けることで、熱吸収部761で吸収した熱を効率よく放熱させることができる。
The plurality of radiating
The
Such a
Thus, by providing the
従って、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1-1)平行化凹レンズ74は熱膨張係数が40×10-7/℃以下であり、熱膨張係数が低いため、光源ランプ71からの光の輝度が最も高い位置となる楕円リフレクタ72の第二焦点付近に平行化凹レンズ74を配置しても、平行化凹レンズ74に熱歪が発生しにくい。これにより、平行化凹レンズ74の熱歪による破損を防止できる。
これに加え、平行化凹レンズ74に熱歪が発生しにくいため、平行化凹レンズ74の厚みを確保することができ、これにより平行化凹レンズ74の強度を確保することもできる。
また、平行化凹レンズ74の耐熱温度が300℃以上であるため、熱による変質等を防止することができる。
Therefore, according to this embodiment, the following effects can be produced.
(1-1) Since the collimating
In addition, since heat distortion is unlikely to occur in the collimating
In addition, since the heat resistant temperature of the collimating
(1-2)平行化凹レンズ74は、楕円リフレクタ72の第二焦点付近に配置されているので、平行化凹レンズ74には充分に収束された光束が入射されることとなる。従って、平行化凹レンズ74の光束入射領域を大きく確保する必要がなく、これにより光源装置70、さらには、照明光学装置10の大型化を防止できる。
(1-3)さらに、光源装置70の内部を密封し、防爆構造とするために、カバー部材76のレンズ装着部763に平行化凹レンズ74ではなく、平坦なガラス製の透明板等を装着してもよいが、この場合には平行化凹レンズ74のほかに透明板を必要とするので、部材点数が増加してしまう。これに対し、本実施形態では、平行化凹レンズ74をカバー部材76のレンズ装着部763に取り付けているため、透明板が不要となり、これにより部材点数の削減を図ることができる。
(1-2) Since the collimating
(1-3) Further, in order to seal the inside of the
(1-4)平行化凹レンズの光束透過方向に沿った厚さ寸法が2mm未満の場合には、光源ランプ71の破裂に伴って、平行化凹レンズが破損してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、平行化凹レンズ74の光束透過方向に沿った厚さ寸法を2mm以上としているため、光源ランプ71の破裂に伴って、平行化凹レンズ74が破損しにくくなり、確実に光源ランプ71が破裂した際の破片の飛散を防止できる。
(1-4) When the thickness dimension of the collimated concave lens along the light beam transmission direction is less than 2 mm, the collimated concave lens may be damaged when the
(1-5)平行化凹レンズ74の材料として、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラスとして例示されるパイレックス(登録商標)、テンパックス(商品名)を使用した場合には、これらの材料は安価であるため、光源装置70の製造コストを低減できる。
また、平行化凹レンズ74の材料として石英を使用した場合には、石英は高い熱伝導率を有するため、熱が平行化凹レンズ74に溜まることがなく、これにより、確実に熱歪の発生を防止することができる。
(1-5) When Pyrex (registered trademark) or Tempax (trade name) exemplified as borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less is used as the material of the collimating
Further, when quartz is used as the material of the collimating
(1-6)本実施形態では、平行化凹レンズ74の光束入射面741を非球面の凹面とし、光束射出面742を平面としているので、光束射出面742において光が屈折を受けないようにすることができ、射出される光束の平行度を高めることができる。
また、平行化凹レンズ74の光束入射面741を凹面とすることで、光源ランプ71の封止部712や、封止部712に接続されたリード線713と平行化凹レンズ74との干渉を防止できる。
さらに、平行化凹レンズ74の光束入射面741を凹面とすることで、光源ランプ71が破裂した際にも、光源ランプ71の破片が平行化凹レンズ74にぶつかりにくくなり、平行化凹レンズ74の破損をより確実に防止することができる。
(1-6) In this embodiment, the
Further, by making the
Furthermore, by making the
(1-7)平行化凹レンズ74の光束射出面742に紫外線カット膜742Aが形成されているので、紫外線が光源装置70から射出されてしまうことを防止することができる。これにより、液晶パネル41が紫外線により劣化してしまうことを防止できる。
また、紫外線カット膜を平行化凹レンズの凹面側に施した場合には、紫外線カット膜の特性を充分に発揮できない可能性がある。これに対し、本実施形態では、紫外線カット膜742Aを平行化凹レンズ74の平面側に形成しているので、紫外線カット膜742Aの特性を充分に発揮させることができる。
(1-7) Since the ultraviolet
In addition, when the ultraviolet cut film is applied to the concave surface side of the collimating concave lens, there is a possibility that the characteristics of the ultraviolet cut film cannot be exhibited sufficiently. On the other hand, in this embodiment, since the
(1-8)さらに、平行化凹レンズ74は、光束入射面741が非球面の凹面となっているので、光束入射面741側で光束を平行化し、この平行化された光束を光束射出面742から射出している。従って、紫外線カット膜を光束入射面741に形成する場合には、光束の入射角に応じた特殊な紫外線カット膜を使用しなければならない。これに対し、本実施形態では、光束射出面742に紫外線カット膜742Aを形成しており、紫外線カット膜742Aには平行化された光束が入射されるため、光束の入射角が0°の一般的な紫外線カット膜742Aを使用することができる。これにより光源装置70の製造コストを低減させることができる。
(1-9)平行化凹レンズ74の光束射出面742に形成された紫外線カット膜742Aは紫外線を反射させることで、紫外線の透過を防止するものである。紫外線カット膜742Aで反射された紫外線は光源ランプ71に入射するが、光源ランプ71は入射した紫外線よりも長波長の光を射出するため、光源ランプ71から射出される可視光の強度を向上させることができる。
(1-8) Furthermore, since the collimating
(1-9) The ultraviolet
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態の光源装置70では、平行化凹レンズ74をカバー部材76のレンズ装着部763に装着することにより、光源装置70内部を密封していたが、これに限らず、平坦なガラス製の透明板をカバー部材76のレンズ装着部763に装着し、その後段に平行化凹レンズを配置して平行化するようにしてもよい。
さらに、前記実施形態では、平行化凹レンズ74の光束透過方向の厚さ寸法を2mm以上としたが、これに限らず、2mm未満であってもよい。特に、平行化凹レンズを防爆用に使用しない場合には、2mm未満であってもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the
Furthermore, in the said embodiment, although the thickness dimension of the light beam permeation | transmission direction of the collimating
また、前記実施形態では、平行化凹レンズ74の材料として、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラス、珪酸含有量が96%以上の高珪酸ガラス、石英ガラス、結晶化ガラスを例示したが、これに限らず、熱膨張係数が40×10-7/℃以下、耐熱温度が300℃以上であるものであれば任意である。
さらに、前記実施形態では、液晶パネル41を備えたプロジェクタ1に本発明の光源装置70を採用していたが、これに限らず、マイクロミラーを用いた光変調装置を備えたプロジェクタについて本発明の光源装置を採用してもよい。
また、前記実施形態では、光源ランプ71に副反射鏡73が設けられた光源装置70に本発明を採用していたが、これに限られず、副反射鏡のない光源ランプを備えた光源装置に本発明を採用してもよい。このようにすることで、部材点数の削減を図ることができ、より光源装置を安価なものとすることができる。
さらに、前記実施形態では、カバー部材に放熱フィンが形成されたものを使用したが、このような形状のものに限定されず、例えば、放熱フィンがないものを使用してもよい。
In the embodiment, the material of the collimating
Further, in the above embodiment, the
In the above embodiment, the present invention is applied to the
Furthermore, in the said embodiment, although the thing in which the radiation fin was formed in the cover member was used, it is not limited to the thing of such a shape, For example, you may use the thing without a radiation fin.
以下、本発明を実施例および比較例を挙げて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す内容に限定されるものではない。
前記実施形態と略同様の光源装置を使用し、平行化凹レンズの耐久性についての実験を行った。光源ランプは、165Wのものを使用した。平行化凹レンズは光束透過方向に沿った厚さ寸法のうち、最も薄い部分の厚さ寸法が3mm、径が20mmのものを使用した。なお、平行化凹レンズは光源ランプの第二焦点付近に配置した。
(実施例1)
平行化凹レンズの材料をショット社製のテンパックス(商品名)(熱膨張係数33×10-7/℃、耐熱温度500℃)とした。
(実施例2)
平行化凹レンズの材料をコーニング・ガラス社製のパイレックス(登録商標)(熱膨張係数33×10-7/℃、耐熱温度500℃)とした。
(実施例3)
平行化凹レンズの材料をコーニング・ガラス社製のバイコール(商品名)(熱膨張係数7.5×10-7/℃、耐熱温度1200℃)とした。
(比較例)
平行化凹レンズの材料をショット社製のBK7(商品名)(熱膨張係数72×10-7/℃)とした。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to the content shown below.
An experiment on the durability of the collimated concave lens was performed using a light source device substantially the same as in the above embodiment. The light source lamp used was 165W. As the collimating concave lens, a lens having a thickness of 3 mm and a diameter of 20 mm at the thinnest portion of the thickness along the light beam transmission direction was used. The collimating concave lens was disposed near the second focal point of the light source lamp.
(Example 1)
The material of the collimating concave lens was Tempax (trade name) (thermal expansion coefficient 33 × 10 −7 / ° C., heat resistant temperature 500 ° C.) manufactured by Schott.
(Example 2)
The material for the collimating concave lens was Pyrex (registered trademark) (thermal expansion coefficient 33 × 10 −7 / ° C., heat resistant temperature 500 ° C.) manufactured by Corning Glass.
(Example 3)
The material for the collimating concave lens was Vycor (trade name) (thermal expansion coefficient 7.5 × 10 −7 / ° C., heat resistant temperature 1200 ° C.) manufactured by Corning Glass.
(Comparative example)
The material of the collimating concave lens was BK7 (trade name) manufactured by Schott (thermal expansion coefficient 72 × 10 −7 / ° C.).
実施例1から実施例3、及び比較例の結果を表1に示す。表1において、○は平行化凹レンズが破損しなかったことを示し、×は平行化凹レンズが破損したことを示す。 Table 1 shows the results of Examples 1 to 3 and the comparative example. In Table 1, o indicates that the collimated concave lens was not damaged, and x indicates that the collimated concave lens was damaged.
実施例1から実施例3では、熱膨張係数が小さく、また、耐熱温度の高い材料で平行化凹レンズを構成したため、熱歪が発生せず、平行化凹レンズが破損しなかった。これに対し、比較例では、熱膨張係数が大きい材料で平行化凹レンズを構成したので、熱歪が発生し、平行化凹レンズが破損してしまった。
以上より、本発明の効果を確認することができた。
In Example 1 to Example 3, since the collimating concave lens was made of a material having a low thermal expansion coefficient and a high heat-resistant temperature, no thermal distortion occurred and the collimating concave lens was not damaged. On the other hand, in the comparative example, since the collimating concave lens was made of a material having a large thermal expansion coefficient, thermal distortion occurred and the collimating concave lens was damaged.
From the above, the effect of the present invention could be confirmed.
本発明は、プロジェクタ等の光学機器に搭載される光源装置に利用できる。 The present invention can be used for a light source device mounted on an optical apparatus such as a projector.
1…プロジェクタ、10…照明光学装置、41(41R,41G,41B)…液晶パネル(光変調装置)、60…投写レンズ、70…光源装置、71…光源ランプ、72…楕円リフレクタ、73…副反射鏡、74…平行化凹レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記平行化凹レンズは、前記楕円リフレクタの第二焦点付近に配置され、
前記平行化凹レンズは、熱膨張係数が40×10-7/℃以下、耐熱温度が300℃以上であることを特徴とする光源装置。 A light source device comprising an arc tube, an elliptical reflector that emits a luminous flux emitted from the luminous tube in a fixed direction, and a parallelizing concave lens that collimates the luminous flux reflected by the elliptical reflector,
The collimating concave lens is disposed near a second focal point of the elliptical reflector;
The parallelizing concave lens has a thermal expansion coefficient of 40 × 10 −7 / ° C. or lower and a heat resistant temperature of 300 ° C. or higher.
前記平行化凹レンズは、熱膨張係数が33×10-7/℃以下の硼珪酸ガラスからなることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1,
The collimating concave lens is made of borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 33 × 10 −7 / ° C. or less.
前記平行化凹レンズは、珪酸含有量が96%以上の高珪酸ガラスからなることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1,
The collimating concave lens is made of high silicate glass having a silicic acid content of 96% or more.
前記平行化凹レンズは、石英ガラスからなることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1,
The collimating concave lens is made of quartz glass.
前記平行化凹レンズは、結晶化ガラスから構成されることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1,
The light source device, wherein the collimating concave lens is made of crystallized glass.
前記平行化凹レンズは、その光束透過方向に沿った厚さ寸法が2mm以上であることを特徴とする光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 5,
The collimating concave lens has a thickness dimension of 2 mm or more along the light beam transmission direction.
請求項1から6の何れかに記載の光源装置と、
照明光軸に直交する面内に複数の小レンズをマトリクス状に配列して構成され、前記光源装置から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、
この光束分割光学素子により分割された各部分光束を前記光変調装置の画像形成領域上に重畳させる集光レンズとを備えることを特徴とする照明光学装置。 An illumination optical device for illuminating a light modulation device that modulates a light beam emitted from a light source according to image information to form an optical image,
A light source device according to any one of claims 1 to 6;
A beam splitting optical element configured by arranging a plurality of small lenses in a matrix in a plane perpendicular to the illumination optical axis, and splitting a beam emitted from the light source device into a plurality of partial beams;
An illumination optical apparatus comprising: a condensing lens that superimposes each partial light beam divided by the light beam splitting optical element on an image forming region of the light modulation device.
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JP2008016394A (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sony Corp | Light source device, lighting device, and projector device |
JP2009105014A (en) * | 2007-10-25 | 2009-05-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Luminaire |
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2003
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