JP2005197208A - 光源ランプ及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 被照明領域側で利用可能な照明光量の減少を抑制することができ、もって光利用効率を高めることができる光源ランプを提供する。
【解決手段】 照明光軸１１０Ａａｘに沿って配置された一対の電極５，６を内蔵する発光部２を有する発光管１１２と、発光部２からの光を反射して被照明領域側に照明光として射出する楕円面リフレクタ１１４Ａと、発光部２の被照明領域側に配置され、略半球面状の反射凹面１１６_ｉｓを有するとともに発光部２からの光を楕円面リフレクタ１１４Ａに反射する補助ミラー１１６とを備えた光源ランプ１１０Ａにおいて、
補助ミラー１１６の曲率中心Ｑは、発光部２の中心Ｐから被照明領域側に照明光軸１１０Ａａｘに沿って離間する位置に配置されていることを特徴とする光源ランプ。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光源ランプ及びプロジェクタに関する。

一般に、プロジェクタの光源ランプは、発光管及びこの発光管からの光を反射して被照明領域側に照明光として射出するリフレクタを備えている。また、この種の光源ランプには、発光管の被照明領域側に配置され発光管からの光をリフレクタに反射する補助ミラーを備えたものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このような光源ランプによれば、発光管からの光のうち迷光となって使用に供されてなかった光を有効に利用することができる。また、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさにリフレクタの大きさを設定することを必要とせず、リフレクタの小型化を図ることができ、プロジェクタの小型化を図ることができる。

特開平８−３１３８２号公報（図１）

しかしながら、近年、プロジェクタの高輝度化に伴い、高圧水銀ランプなどからなる発光管の内部はかなりの高圧力（例えば、２００気圧以上）となってきている。このため、発光管においては、この気圧に耐えられるように、発光管の管球を構成する石英ガラスを肉厚にするとともに、シュリンクシールと呼ばれるシール方式を採用することが行われている。その結果、発光管の高出力化は図られることになったが、光利用効率が低下するという問題があった。

図６は、このような高輝度の光源ランプを説明するために示す図である。図６（ａ）は光源ランプの断面構造を示す部分拡大図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に光線を記載した図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）においては、リフレクタは省略されている。

この光源ランプに用いられる発光管９１２の管球は、図６（ａ）に示すように、電極９０５，９０６の取付部位から遠い部分の肉厚が近い部分の肉厚より大きくなっている。このため、図６（ｂ）に示すように、発光管９１２からの放射光のうち補助ミラー９１６の反射凹面９１６_ｉｓで反射された光は、いわゆる発光管の管球のレンズ効果によって、反射凹面９１６_ｉｓの曲率中心Ｑ（すなわち発光部の中心Ｐ（一対の電極９０５，９０６を結ぶ線分の中点））に向かわず、リフレクタ側（補助ミラー９１６の被照明領域側と反対側）にずれてしまうことになる。

このため、このような光は焦点近傍（楕円面リフレクタの場合には楕円面リフレクタの第１焦点近傍、放物面リフレクタの場合には放物面リフレクタの焦点近傍）を通らなくなるため、照明光の品質が低下して（楕円面リフレクタの場合には集光性が低下し、放物面リフレクタの場合には平行度が低下する。）、被照明領域側で利用可能な照明光量が減少し、光利用効率が低下してしまう。また、このような光は、リフレクタ側の電極９０５に衝突してしまうこともあった。もちろん、この場合にも、被照明領域側で利用可能な照明光量が減少し、光利用効率が低下してしまう。従来はこのような問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少を抑制することができ、もって光利用効率を高めることができる光源ランプ及びプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の光源ランプは、照明光軸に沿って配置された一対の電極を内蔵する発光部を有する発光管と、前記発光部からの光を反射して被照明領域側に照明光として射出するリフレクタと、前記発光部の被照明領域側に配置され、略半球面状の反射凹面を有するとともに前記発光部からの光を前記リフレクタに反射する補助ミラーとを備えた光源において、前記補助ミラーの曲率中心は、前記発光部の発光中心から被照明領域側に前記照明光軸に沿って離間する位置に配置されていることを特徴とする。

このため、本発明の光源ランプによれば、発光管の発光部の発光中心から放射され補助ミラーに向かう光束は、発光部の管球の内面および外面で屈折して発光部から射出され、補助ミラーにより反射され再び発光部の外面及び内面で屈折しても、発光部の発光中心近傍に戻すことができる。すなわち、発光管からの放射光のうち補助ミラーの反射凹面で反射された光は、リフレクタ側の電極に衝突することなく、リフレクタの焦点近傍（楕円面リフレクタの場合には楕円面リフレクタの第１焦点近傍、放物面リフレクタの場合には放物面リフレクタの焦点近傍）を通過しリフレクタにむかって射出されることになるため、補助ミラーで反射された光束も発光部の発光中心から直接リフレクタに入射される光と同様にリフレクタに入射させることができる。従って、発光管から放射される光の損失を防止でき照明光の品質低下が極力抑制されるようになるため、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少が抑制され、光利用効率を向上させることができる。

本発明の光源ランプは、前記発光部の中心と前記補助ミラーの曲率中心との間の寸法ｄは、前記反射凹面の曲率半径をＤとすると、０．００８１×Ｄ≦ｄ≦０．０４８×Ｄの不等式を満たす寸法に設定されていることが好ましい。

このように構成することにより、後述する実施の形態に示されるように、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少が効果的に抑制され、光利用効率を効果的に向上させることができる。

本発明の光源ランプは、前記リフレクタは、第１焦点位置から射出され光束を第２焦点位置に向かって集束させる光束として射出する楕円面リフレクタであり、前記楕円面リフレクタの第１焦点は前記発光部の発光中心と略一致することが好ましい。

又は、本発明の光源ランプは、焦点位置から射出された光束を前記照明光軸に平行な平行光として射出する放物面リフレクタであり、前記放物面リフレクタの焦点位置は前記発光部の発光中心と略一致することが好ましい。

本発明の光源ランプによれば、いずれのタイプのリフレクタにおいても、光利用効率を向上させることができる。

本発明のプロジェクタは、照明光を被照明領域側に射出する光源ランプを有する照明装置と、前記照明装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された変調光を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタにおいて、前記光源ランプは、上記のいずれかに記載の光源ランプであることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタは、上記のように光利用効率を効果的に向上させることができる優れた光源ランプを備えているため、従来より高輝度のプロジェクタとなる。

以下、本発明が適用された光源ランプ及びプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
［実施形態１］
まず、本発明の実施形態１に係るプロジェクタについて、図１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ方向（図１における照明光軸１１０Ａａｘ方向）、ｘ方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）及びｙ方向（図１における紙面に垂直かつｚ軸に直交する方向）とする。

本発明の実施形態に係るプロジェクタ１０００Ａは、図１に示すように、照明装置１００Ａと、電気光学変調装置としての液晶表示装置４００と、投写レンズ６００とを備えている。

照明装置１００Ａは、光源ランプ１１０Ａと、インテグレータロッド１２０と、リレー光学系１４０とを有している。光源ランプ１１０Ａとインテグレータロッド１２０との間には赤外線ミラー１１８が配置されている。

図２は、実施形態１に係る光源ランプを示す断面図である。

光源ランプ１１０Ａは、図１及び図２に示すように、発光管１１２と、楕円面リフレクタ１１４Ａと、補助ミラー１１６とを備えている。

発光管１１２は、照明光軸１１０Ａａｘに沿って配置された例えばタングステン製の一対の電極５，６を内蔵する発光部２と、発光部２の前後部（図２では両側部）に連接する封止部３，４を有し、全体が石英ガラス等からなる管部材によって形成されている。発光部２は、中空の略球面体からなり、内部に水銀，希ガス及びハロゲン等が封入されている。

発光管１１２としては、高輝度発光する種々の発光管を採用でき、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等を採用できる。

また、発光部２は、楕円面リフレクタ１１４Ａにおける２つの焦点（第１焦点及び第２焦点）のうち楕円面リフレクタ側の第１焦点の位置近傍に配置されている。楕円面リフレクタ１１４Ａは、第１焦点位置から射出された光束を第２焦点位置に集束させる。封止部３，４には、電極５，６にそれぞれ接続する金属箔が密封されている。金属箔には外部接続用のリード線がそれぞれ接続されている。

そして、リード線に電圧を印加すると、金属箔を介して電極５，６間に電位差が生じて放電が生じ、アーク像が生成して発光部２が発光する。

なお、発光部２の外周面には、タンタル酸化膜、ハフニウム酸化膜、チタン酸化膜等を含む多層膜の反射防止コートを施しておくと、そこを通過する光の反射による光損失を低減することができる。

楕円面リフレクタ１１４Ａは、図２に示すように、照明光軸１１０Ａａｘ上に位置する２つの焦点（第１焦点及び第２焦点）を有し、発光部２からの光を反射して被照明領域側に照明光として射出する、回転楕円面状の反射部と、発光管１１２の封止部３を挿通固定するための貫通孔が設けられた筒状の首状部とを備える。首状部の貫通孔は楕円面リフレクタ１１４Ａの反射部の回転楕円面の中心軸（照明光軸１１０Ａａｘ）に沿って配置されている。首状部の貫通孔内には、発光管１１２の封止部３がセメントなどの無機系接着剤７によって固着されている。

楕円面リフレクタ１１４Ａの反射部は、回転楕円面状のガラス面に金属薄膜を蒸着形成して構成された反射面を備え、この反射面は、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。

このような楕円面リフレクタ１１４Ａは、発光管１１２１を点灯すると、発光部２から放射された光束を、反射面で反射して、回転楕円面の第２焦点位置に収束する収束光を射出する。

補助ミラー１１６は、楕円面リフレクタ１１４Ａに対して発光部２を挟んで対向するように発光部２の被照明領域側に配置され、発光部２からの光を発光部２に向かって反射し楕円面リフレクタ１１４Ａに入射させる。補助ミラー１１６は、発光管１１２の封止部４を挿通固定する照明光軸１１０Ａａｘ方向に貫通する補助ミラー取付用の貫通孔と、発光部２の被照明領域側面を覆うような略半球面状の反射凹面１１６_ｉｓを有する凹面鏡とを備える。例えば、反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径ＤはＤ＝６．２ｍｍの寸法に設定されている。補助ミラー１１６は、封止部４上にセメントなどの無機系接着剤８によって固着されている。

補助ミラー１１６の素材としては、例えば石英ガラス，透光性アルミナ，サファイア又はルビーからなる無機材料によって形成されている。補助ミラー１１６の反射凹面１１６_ｉｓには、金属を蒸着することにより反射層が形成され、この反射層は楕円面リフレクタ１１４Ａの反射面と同様に可視光を反射して赤外線および紫外線を透過するコールドミラーとなっている。これにより、プロジェクタ使用時に赤外線が補助ミラー１１６を透過して補助ミラー１１６の温度上昇が抑制されるとともに、発光管１１２からの放射光が有効に利用される。

反射凹面１１６_ｉｓの反射層としては、例えばＴａ_２Ｏ_５膜とＳｉＯ_２膜を交互に積層してなる誘電体多層膜によって形成されている。これにより、プロジェクタ使用時に赤外線が補助ミラー１１６を透過して補助ミラー１１６の温度上昇が抑制されるとともに、補助ミラー１１６による反射光が有効に利用される。

なお、補助ミラー１１６を発光管１１２に装着することにより、発光部２から放射された光束のうち楕円面リフレクタ１１４Ａが配置されている側とは反対側（被照明領域側）に放射される光束は、この補助ミラー１１６の反射凹面１１６_ｉｓによって楕円面リフレクタ１１４Ａ側に反射され、さらに楕円面リフレクタ１１４Ａの反射面で反射されて楕円面リフレクタ１１４Ａの反射部から射出されて第２焦点位置に向かって収束するように射出される。

前述のようにこのような補助ミラー１１６を用いることにより、発光部２から楕円面リフレクタ１１４Ａとは反対側（前方側）に放射される光束が、発光部２から楕円面リフレクタ１１４Ａの反射面に直接入射した光束と同様に、楕円面リフレクタ１１４Ａの第２焦点位置に収束させることができる。

従来の補助ミラー１１６を設けない光源ランプは、発光管から射出された光束を楕円面リフレクタのみで第２焦点位置に収束しなければならず、楕円面リフレクタの反射部を広げなければならなかった。

しかし補助ミラー１１６を設けることにより、発光部２から楕円面リフレクタ１１４Ａとは反対側（被照明領域側）に放射される光束を補助ミラー１１６にて楕円面リフレクタ１１４Ａの反射面に入射するよう楕円面リフレクタ１１４Ａ側に反射させることができるため、楕円面リフレクタ１１４Ａの反射部が小さくても、発光部２から射出された光束のほとんどすべてを一定位置に収束させるように射出でき、楕円面リフレクタ１１４Ａの照明光軸１１０Ａａｘ方向寸法および開口径を小さくすることができる。すなわち、光源ランプ１１０Ａやプロジェクタ１０００Ａを小型化でき、光源ランプ１１０Ａをプロジェクタ１０００Ａ内に組込むレイアウトも容易になる。

また、補助ミラー１１６を設けることにより、第２焦点での集光スポット径を小さくするために楕円面リフレクタ１１４Ａの第１焦点と第２焦点とを近づけたとしても、発光部２から放射された光のほとんど全てが楕円面リフレクタ１１４Ａおよび補助ミラー１１６により第２焦点に集光されて利用可能となり、光の利用効率を大幅に向上させることができる。このことから、比較的低出力の発光管をも採用可能となり、発光管１１２および光源ランプ１１０Ａの低温化を図ることも可能である。

図３は、実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａを説明するために示す図である。図３（ａ）は光源ランプの要部を示す部分断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に光線を記載したものである。

補助ミラー１１６は、図３（ａ）に示すように、略半球面状の反射凹面１１６_ｉｓを有している。補助ミラー１１６の曲率中心Ｑは、発光部２の中心Ｐ（一対の電極５，６を結ぶ線分の中点）から被照明領域側に照明光軸１１０Ａａｘに沿って所定間隔だけ離間する位置に配置されている。

発光部２の発光中心Ｐから放射され補助ミラー１１６に向かう光束は、発光部２の内面および外面で屈折（レンズ効果）して発光部２から射出され、補助ミラー１１６の反射凹面１１６_ｉｓにより反射され再び発光部２の外面及び内面で屈折しても、発光部２の発光中心Ｐを通過し楕円面リフレクタ１１４Ａに向かって発光部２から射出される光束となる。

このため、実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａによれば、発光管１１２からの放射光のうち補助ミラー１１６の反射凹面１１６_ｉｓで反射された光は、従来のように楕円面リフレクタ１１４Ａ側の電極５に衝突することがなく、焦点近傍（楕円面リフレクタの場合には楕円面リフレクタの第１焦点近傍、放物面リフレクタの場合には放物面リフレクタの焦点近傍）を通過し発光部２から直接楕円面リフレクタ１１４Ａに向かう光と同様に楕円面リフレクタ１１４Ａに入射させることができるため、発光部２から射出される光を損失させることなく照明光の品質低下が極力抑制されるようになる。このため、本実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａは、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少が抑制され、光利用効率を向上させることができる。

実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａにおいては、例えば、補助ミラー１１６の曲率中心Ｑと発光部２の中心Ｐとの間の寸法ｄとしては、反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径をＤとすると、０．００８１×Ｄ≦ｄ≦０．０４８×Ｄの不等式を満たす寸法に設定されている。この場合、補助ミラー１１６の曲率半径Ｄは例えば６．２ｍｍであるため、その曲率中心Ｑが発光部２の中心Ｐから被照明領域側に照明光軸１１０Ａａｘに沿って０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ（０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．３ｍｍ）離間する位置に配置されることになる。これにより、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少が効果的に抑制され、光利用効率を効果的に向上させることができる。

以上の構成により、実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａによれば、従来の光源ランプと同様に、発光管１１２から楕円面リフレクタ１１４Ａ側に射出される光は楕円面リフレクタ１１４Ａで反射されて被照明領域側に向かう。また、発光管１１２の被照明領域側に射出された光は補助ミラー１１６によって発光部２に向かって反射され、この反射光は楕円面リフレクタ１１４Ａに入射する。このとき、発光部２から補助ミラー１１６にむかって射出され補助ミラーに１１６によって発光部２に向かって反射される光は、発光部２の内面および外面で屈折（レンズ効果）しても、発光部２の発光中心Ｐすなわち断面リフレクタ１１４Ａの焦点近傍（楕円面リフレクタの場合には楕円面リフレクタの第１焦点近傍、放物面リフレクタの場合には放物面リフレクタの焦点近傍）を通過することになるため、発光部２から射出される光を損失させることなく照明光の品質低下が極力抑制されるようになる。このため、本実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａは、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少が抑制され、光利用効率を向上させることができる。この効果は、次に示す実験によって確認された。
＜実験＞
［実験方法］
（１）発光部２の中心Ｐに曲率中心Ｑが位置するように補助ミラー１１６（反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径Ｄが６．２ｍｍである）を配置した後、発光管１１２を点灯し、測定器（図示せず）を用いて液晶表示装置４００の光入射面に到達する照明光束の伝達効率（％）と光量（％）を測定した。
（２）発光部２の中心Ｐから照明領域側に照明光軸１１０Ａａｘに沿って寸法ｄ（補助ミラー１１６の曲率中心Ｑと発光部２の中心Ｐとの間の寸法：ｄ＝０．０２，０．０４，０．０６，０．０８，０．１０，０．２０，０．２２，０．２４，０．２６，０．２８，０．３０，０．３５，０．４０ｍｍの１３通り）だけ離間する位置に曲率中心Ｑが位置するように補助ミラー１１６（反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径Ｄを６．２ｍｍであるもの）を配置した後、発光管１１２を点灯し、測定器（図示せず）を用いて液晶表示装置４００の光入射面に到達するそれぞれの照明光束の伝達効率（％）と光量（％）を測定した。

これら実験（１）及び（２）の結果を図４に示す。なお、図４においては、（２）の測定光量（％）は、（１）の測定光量を１（＝１００％）としたときの相対光量で表す。

図４から明らかなように、発光部２の中心Ｐから被照明領域側に照明光軸１１０Ａａｘに沿って寸法ｄ（ｄ＝０．０２，０．０４，０．０６，０．０８，０．１０，０．２０，０．２２，０．２４，０．２６，０．２８，０．３０，０．３５ｍｍ）だけ離間する位置に曲率中心Ｑが位置するように補助ミラー１１６を配置した場合には、発光管１１２から放射される光の被照明領域側への到達量が増加する（測定光量が１００％を超える）。

ここで、測定器による測定誤差（最大で測定光量の１％程度）を考慮し、所望の効果を確実に得ることができる相対光量１０２％を閾値とすれば、上記寸法ｄが、０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．３０ｍｍの不等式を満足する場合に、発光管１１２から放射される光の被照明領域側への到達量が増加するといえることがわかる。

次に、反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径Ｄを６．２ｍｍから６．０ｍｍ及び６．４ｍｍに変更し、上記した実験方法による測定を実施した。その結果、これらの測定結果からも、上記した測定の場合と同様に測定器による測定誤差を考慮すると、所望の効果（発光管１１２から放射される光の被照明領域側への到達量が確実に増加すること）が得られる寸法ｄは、０．０４９ｍｍ≦ｄ≦０．２９ｍｍ（Ｄ＝６．０ｍｍ）と０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．３１ｍｍ（Ｄ＝６．４ｍｍ）とする場合であることが確認された。

したがって、実施形態１に係る光源ランプ１１０Ａにおいては、発光管１１２から放射される光の被照明領域側への到達量を確実に増加させることができる寸法（補助ミラー１１６の曲率中心Ｑと発光部２の中心Ｐとの間の寸法）ｄは、補助ミラー１１６の反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径をＤとすると、０．００８１×Ｄ≦ｄ≦０．０４８×Ｄの不等式を満たす寸法に設定されている場合となる。すなわち、この条件を満たす場合、被照明領域側で利用可能な照明光量の大幅な減少を抑制することでき、光利用効率を高めることができるのである。
［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂの光学系を示す図である。

実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは、図５に示すように、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを用いた三板式のプロジェクタである。

このプロジェクタ１０００Ｂは、図５に示すように、照明装置１００Ｂ、色分離光学系２００、リレー光学系３００、光学装置、および投写光学系６００を備えて構成され、これらの光学系１００Ｂ〜３００を構成する光学素子および光学装置は、所定の照明光軸１１０Ｂａｘが設定された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。

照明装置１００は、発光管１１２の発光部２から放射された光束を一定方向に揃えて射出し、光学装置４０を照明するものである。照明装置１００Ｂは、光源ランプ１１０Ｂと、第１レンズアレイ１５０、第２レンズアレイ１６０、偏光変換素子１７０及び重畳レンズ１８０を有するレンズインテグレータ光学系を備えている。また、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは光源ランプ１１０Ｂとして、放物面リフレクタ１１４Ｂを用いている。

光源ランプ１１０Ｂは、発光管１１２、放物面リフレクタ１１４Ｂ、補助ミラー１１６、および図示を略したが、これらを保持するランプハウジングを備えて構成され、放物面リフレクタ１１４Ｂの光束射出方向後段には、インテグレータ光学系が設けられている。

放物面リフレクタ１１４Ｂは、その焦点位置が発光部２の発光中心Ｐと略一致するように発光管１１２に取り付けられる。そして、発光部２の発光中心Ｐから放射された光束は、放物面リフレクタ１１４Ｂにより光源ランプ１１０Ｂの被照明領域側に射出方向を揃えて照明光軸１１０Ｂａｘと平行な平行光として、インテグレータ光学系に射出される。

インテグレータ光学系は、光源ランプ１１０Ｂから射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系である。このインテグレータ光学系は、第１レンズアレイ１５０、第２レンズアレイ１６０、偏光変換素子１７０、および重畳レンズ１８０を備えている。

第１レンズアレイ１５０は、光源ランプ１１０Ｂ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しての機能を有し、照明光軸１１０Ｂａｘと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。

第２レンズアレイ１６０は、上述した第１レンズアレイ１５０により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１５０と同様に照明光軸１１０Ｂａｘに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成を有している。

偏光変換素子１７０は、第１レンズアレイ１５０により分割された各部分光束の偏光方向を略一方向の直線偏光に揃える偏光変換素子である。

この偏光変換素子１７０は、図示を略したが、照明光軸１００Ｂａｘに対して傾斜配置される偏光分離膜および反射膜を交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸１００Ｂａｘに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子１７０の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子１７０を用いることにより、発光管１１２から射出される光束を、略一方向の偏光光束に揃えることができるため、光学装置で利用する光源光の利用率を向上することができる。

重畳レンズ１８０は、第１レンズアレイ１５０、第２レンズアレイ１６０、および偏光変換素子１７０を経た複数の部分光束を集光して光学装置の後述する３つの液晶表示装置の画像形成領域上に重畳させる光学素子である。

この重畳レンズ１８０から射出された光束は、色分離光学系２００に射出される。

色分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２１０，２２０と、反射ミラー２３０とを備え、ダイクロイックミラー２１０，２２０により照明装置１００Ｂ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具備する。

ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。そして、光路前段に配置されるダイクロイックミラー２１０は、青色光を反射し、その他の色光を透過するミラーである。また、光路後段に配置されるダイクロイックミラー２２０は、緑色光を反射し、赤色光を透過するミラーである。

リレー光学系３００は、入射側レンズ３１０と、リレーレンズ３３０と、反射ミラー３２０，３４０とを備え、色分離光学系２００を構成するダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光を光学装置まで導く機能を有している。なお、赤色光の光路にこのようなリレー光学系３００が設けられているのは、赤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。本実施形態においては赤色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが、青色光の光路長を長くしてリレー光学系３００を青色光の光路に用いる構成も考えられる。

上述したダイクロイックミラー２１０により分離された青色光は、反射ミラー２３０により曲折された後、フィールドレンズ２４０Ｂを介して光学装置に供給される。また、ダイクロイックミラー２２０により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ２４０Ｇを介して光学装置に供給される。さらに、赤色光は、リレー光学系３００を構成するレンズ３１０，３３０および反射ミラー３２０，３４０により集光、曲折されてフィールドレンズ３５０を介して光学装置に供給される。なお、光学装置の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ２４０Ｂ，２４０Ｇ，３５０は、第２レンズアレイ１６０から射出された各部分光束を、照明光軸１００Ｂａｘに対してテレセントリックな光束に変換するために設けられている。

光学装置は、入射し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る。この光学装置は、照明対象となる光変調装置としての液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ（赤色光側の液晶表示装置を４００Ｒ、緑色光側の液晶表示装置を４００Ｇ、青色光側の液晶表示装置を４００Ｂとする）と、クロスダイクロイックプリズム５００とを備えて構成される。なお、フィールドレンズ３５０，２４０Ｇ，２４０Ｂおよび各液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの間には、入射側偏光板９１８Ｒ，９１８Ｇ，９１８Ｂが介在配置され、各液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂおよびクロスダイクロイックプリズム５００の間には、射出側偏光板９２０Ｒ，９２０Ｇ，９２０Ｂが介在配置されている。入射側偏光板９１８Ｒ，９１８Ｇ，９１８Ｂ、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、および射出側偏光板９２０Ｒ，９２０Ｇ，９２０Ｂによって入射する各色光の光変調が行われる。

液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板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したがって、入射側偏光板４４から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板９２０Ｒ，９２０Ｇ，９２０Ｂから射出された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光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の誘電体多層膜５１０Ｒは、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜５１０Ｂは、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光および青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

そして、クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で大画面画像を形成する。

光源ランプ１１０Ｂは、実施形態１と同様の発光管１１２を備える。

このように、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは、液晶表示装置の数、インテグレータ光学系の種類、リフレクタの種類が実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａとは異なっているが、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、補助ミラー１１６の曲率中心は、発光部の中心から被照明領域側に照明光軸１００Ｂａｘに沿って離間する位置に配置されている。

このため、実施形態２に係る光源ランプ１１０Ｂによっても、発光管１１２の発光部２の発光中心Ｐからの放射光のうち補助ミラー１１６の反射凹面で反射された光は、放物面リフレクタ１１４Ｂ側の電極に衝突することなく発光部の発光中心Ｐの近傍に向かい、放物面リフレクタ１１４Ｂの焦点近傍（楕円面リフレクタの場合には楕円面リフレクタの第１焦点近傍、放物面リフレクタの場合には放物面リフレクタの焦点近傍）を通過するため、発光部２から射出される光を損失させることなく照明光の品質低下が極力抑制されるようになる。このため、本実施形態２に係る光源ランプ１１０Ｂは、被照明領域側で利用可能な照明光量の減少が抑制され、光利用効率を向上させることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

本実施形態１のプロジェクタ１０００Ａの照明装置１００Ａでは、楕円面リフレクタ１１４Ａを有する光源ランプ１１０Ａを用いていたが、実施形態１の照明装置１００Ａに実施形態２の放物面リフレクタ１１４Ｂを有する光源ランプ１１０Ｂを用いてもよい。しかし、照明装置１００Ａに光源ランプ１１０Ｂを用いる場合には、光源ランプ１１０Ｂとインテグレータロッド１２０との間に光源ランプ１１０Ｂから射出される平行光をインテグレータロッド１２０の入射部に集光させる集光レンズを備える構成とする。

本実施形態２のプロジェクタ１０００Ｂの照明装置１００Ｂでは、放物面リフレクタ１１４Ｂを有する光源ランプ１１０Ｂを用いていたが、実施形態２の照明装置１００Ｂに実施形態１の楕円面リフレクタ１１４Ａを有する光源ランプ１１０Ａを用いてもよい。しかし。照明装置１００Ｂに光源ランプ１１０Ａを用いる場合には、光源ランプ１１０Ａと第１レンズアレイとの間に光源ランプ１１０Ａから射出される集束光を第１レンズアレイの入射面に平行に入射させるように平行化凹レンズを備える構成とする。なお、この平行化凹レンズは、光源ランプ１１０Ａと一体化してもよいし、別体としてもよい。

前記実施形態２では、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを用いたプロジェクタ１０００Ｂの例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

上記実施形態のプロジェクタにおいては、透過型のプロジェクタに本発明の照明装置を適用した場合を例示しているが、本発明は反射型の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、透過型液晶パネル等のように光変調手段としての電気光学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、反射型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタとほぼ同様の効果を得ることができる。

上記実施形態のプロジェクタにおいては、電気光学変調装置として液晶パネルを用いているが、これに限られない。電気光学変調装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（米国テキサスインスツルメンツ社の商標）を用いることができる。

この他、本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクタにも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクタにも適用できることはいうまでもない。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図。 実施形態１に係る光源ランプを示す断面図。 実施形態１に係る光源ランプの効果を説明するために示す図。 実施形態１に係る光源ランプの効果を説明するために示す図。 実施形態２に係るプロジェクタの光学系を示す図。 従来の光源ランプの問題点を説明するために示す図。

符号の説明

１０００Ａ，１０００Ｂ…プロジェクタ、２…発光部、２_ｉｓ…発光部の内面、２_ｏｓ…発光部の外面、３，４…封止部、５，６…電極、７，８…無機接着剤、１００Ａ，１００Ｂ…照明装置、１１０Ａ，１１０Ｂ…光源ランプ、１１０Ａａｘ，１１０Ｂａｘ…照明光軸、１１２…発光管、１１４Ａ…楕円面リフレクタ、１１４Ｂ…放物面リフレクタ、１１６…補助ミラー、１１６_ｉｓ…反射凹面、１１８…赤外線ミラー、１２０…インテグレータロッド、１４０…リレー光学系、１５０…第１レンズアレイ、１６０…第２レンズアレイ、１７０…偏光変換素子、１８０…重畳レンズ、２００…色分離光学系、３００…リレー光学系、４００…液晶表示装置、４００Ｒ…赤色光用の液晶表示装置、４００Ｇ…緑色光用の液晶表示装置、４００Ｂ…青色光用の液晶表示装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、Ｄ…反射凹面１１６_ｉｓの曲率半径、ｄ…発光部２の中心Ｐと反射凹面１１６_ｉｓの曲率中心Ｑとの間の寸法、Ｐ…発光部２の中心、Ｑ…補助ミラー１１６の曲率中心

Claims (5)

1. 照明光軸に沿って配置された一対の電極を内蔵する発光部を有する発光管と、
   前記発光部からの光を反射して被照明領域側に照明光として射出するリフレクタと、
   前記発光部の被照明領域側に配置され、略半球面状の反射凹面を有するとともに前記発光部からの光を前記リフレクタに反射する補助ミラーとを備えた光源ランプにおいて、
   前記補助ミラーの曲率中心は、前記発光部の発光中心から被照明領域側に前記照明光軸に沿って離間する位置に配置されていることを特徴とする光源ランプ。
2. 請求項１に記載の光源ランプにおいて、
   前記発光部の中心と前記補助ミラーの曲率中心との間の寸法ｄは、前記反射凹面の曲率半径をＤとすると、０．００８１×Ｄ≦ｄ≦０．０４８×Ｄの不等式を満たす寸法に設定されていることを特徴とする光源ランプ。
3. 請求項１又は２に記載の光源ランプにおいて、
   前記リフレクタは、第１焦点位置から射出され光束を第２焦点位置に向かって集束させる光束として射出する楕円面リフレクタであり、
   前記楕円面リフレクタの第１焦点は前記発光部の発光中心と略一致することを特徴とする光源ランプ。
4. 請求項１又は２に記載の光源ランプにおいて、
   前記リフレクタは、焦点位置から射出された光束を前記照明光軸に平行な平行光として射出する放物面リフレクタであり、
   前記放物面リフレクタの焦点位置は前記発光部の発光中心と略一致することを特徴とする光源ランプ。
5. 照明光を被照明領域側に射出する光源ランプを有する照明装置と、前記照明装置から射出された照明光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された変調光を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタにおいて、
   前記光源ランプは、請求項１〜４のいずれかに記載の光源ランプであることを特徴とするプロジェクタ。
   

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