JP2005274729A - 光源装置、およびプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主反射鏡12は、光源ランプ11を構成する封止部1121の一端に沿って延出する筒状体から構成され該筒状内周面に封止部1121の一端が挿通された状態で内周面および封止部1121の外周面の間に接着剤が注入されることで封止部1121の一端側を固定する首状部121と、首状部121の延出方向基端側から断面略凹状に拡がり光源ランプ11から放射された光束を一定方向に揃えて反射する反射部122とで構成される。このうち、首状部121は、透光性部材から構成され、接着剤を注入する際に接着剤の終端位置の目安となる終端位置目安部121Aを有している。
【選択図】 図4
Description
このようなプロジェクタの光源装置としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の放電型の光源装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
この光源装置は、電極間で放電発光が行われる発光部、および発光部の両端に設けられる封止部を有する放電型発光管と、この放電型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反射面を有する主反射鏡とで構成される。
主反射鏡は、放電発光管の一方の封止部を挿通可能とし、該一方の封止部に沿って延出する首状部を有している。
そして、主反射鏡に対する放電型発光管の固定は、主反射鏡の首状部に放電型発光管の一方の封止部を挿通した状態で、首状部の内周面と一方の封止部の外周面との間にセメント等の接着剤を充填させることで固着している。
したがって、適量なセメント等の接着剤にて主反射鏡に対して放電型発光管を良好に固定できる構造が要望されている。
ここで、リフレクタとしては、例えば、パラボラリフレクタ、楕円リフレクタ等を採用できる。
また、終端位置目安部としては、接着剤を注入する際に接着剤の終端位置の目安となればよく、その形状および形成位置は特に限定されない。すなわち、首状部の外周面に形成してもよく、内周面に形成してもよい。
さらにまた、首状部および反射部は、別部材で構成し一体化する構成を採用してもよく、一部材で一体的に形成する構成を採用してもよい。
例えば、接着剤を光源装置の後方側から注入した場合には、上述したように接着剤の終端位置を管理することで、首状部の延出方向基端部分から反射部側に接着剤が漏れることを回避でき、接着剤の付着により反射部の反射性能を低下させることを回避できる。
また、例えば、接着剤を光源装置の前方側、すなわち、リフレクタの反射部側から注入した場合にも、上述したように接着剤の終端位置を管理することで、首状部の延出方向先端側から光源装置の外部へと接着剤が漏れることを回避でき、不要な部分に接着剤が付着することがない。
さらに、上述したように接着剤の終端位置を管理することで、接着剤の注入量が不足し、リフレクタに対する発光管の接着強度が不足することを回避できる。
したがって、接着剤によりリフレクタに対して発光管を良好に固定でき、本発明の目的を達成できる。
本発明によれば、例えば、首状部および反射部を一体成形により形成する場合には、終端位置目安部を反射部から離間するにしたがって外径寸法が小さくなる段付形状とすればよいので、終端位置目安部を容易に形成できる。このため、リフレクタの製造の容易化を図れ、リフレクタの製造コストの低減を図れる。
本発明によれば、終端位置目安部が首状部の筒状の軸を中心として周方向に連続して形成されているので、首状部を介していずれの方向からでも接着剤の終端位置を管理でき、リフレクタに対して発光管をさらに良好に固定できる。
ところで、首状部の内周面を例えば切削加工、研磨加工により形成した場合には、首状部の視認性が劣化するおそれがある。したがって、首状部を介して接着剤の終端位置を良好に管理できないおそれがある。
本発明によれば、首状の内周面が成形加工により形成されているので、首状部の視認性を良好に維持でき、首状部を介して接着剤の終端位置を良好に管理できる。
本発明によれば、プロジェクタは、上述した光源装置、光変調装置、および投射光学装置を備えているので、上述した光源装置と同様の作用・効果を享受できる。
また、プロジェクタは、リフレクタに対して発光管を良好に固定できる光源装置を備えているので、リフレクタの反射性能が劣化したり、リフレクタに対して発光管が位置ずれ等を起こしたりすることがなく、光変調装置および投射光学装置を介して良好な光学像を投射することができる。
〔プロジェクタの構成〕
図1には、本発明に係る光源装置を搭載したプロジェクタ1の光学系を示す模式図である。
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射する光学機器である。
このプロジェクタ1は、図1に示すように、光源装置10、均一照明光学系20、色分離光学系30、リレー光学系35、光学装置40、および投射光学装置としての投射光学系50を備えて構成され、これらの光学系20〜35を構成する光学素子および光学装置40は、所定の照明光軸Aが設定された光学部品用筐体2内に位置決め調整されて収納されている。
そして、光源ランプ11から放射された光束は、主反射鏡12により光源装置10の前方側に射出方向を揃えて収束光として射出され、平行化凹レンズ14によって平行化され、均一照明光学系20に射出される。
第1レンズアレイ21は、光源装置10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A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22は、上述した第1レンズアレイ21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21と同様に照明光軸A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。
この偏光変換素子23は、図示を略したが、照明光軸A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A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23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23を用いることにより、光源ランプ11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40で利用する光源光の利用率を向上することができる。
この重畳レンズ24から射出された光束は、反射ミラー25で曲折されて色分離光学系30に射出される。
ダイクロイックミラー31,32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31は、赤色光を透過し、その他の色光を反射するミラーである。また、光路後段に配置されるダイクロイックミラー32は、緑色光を反射し、青色光を透過するミラーである。
クロスダイクロイックプリズム43は、前記射出側偏光板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43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は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、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43から射出されたカラー画像は、投射光学系50によって拡大投射され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。
図2は、光源装置10の概略構成を示す断面図である。
光源装置10は、図2に示すように、発光管としての光源ランプ11に副反射鏡13が取り付けられ、これら光源ランプ11および副反射鏡13がリフレクタとしての主反射鏡12の内部に配置される構成を具備している。
光源ランプ11は、図2に示すように、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111と、この発光部111の両側に延びる一方の封止部1121と他方の封止部1122とを備える。
ここで、光源ランプ11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。
発光部111の両側に延出する封止部1121および封止部1122の内部には、発光部111の電極111Aと電気的に接続されるモリブデン製の金属箔112Aがそれぞれ送入され、ガラス材料等で封止されている。各金属箔112Aには、さらに電極引出線としてのリード線113が接続され、このリード線113は、光源ランプ11の外部まで延出している。
そして、リード線113に電圧を印加すると、図2に示すように、金属箔112Aを介して電極111A間に電位差が生じて放電が生じ、アーク像Dが生成して発光部111が発光する。
なお、発光部111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出を低減することができる。
副反射鏡13は、図2または図3に示すように、光源ランプ11の光源装置10の光射出方向の先端側の封止部1122が挿通される略筒状の首状部131、およびこの首状部131から拡がる略球面状の反射部132を備え、これら首状部131および反射部132が一体的に形成されたものである。
首状部131は、光源ランプ11に対して副反射鏡13を固着する部分であり、筒状の挿通孔131Aに光源ランプ11の先端側の封止部1122を挿通することで、図2に示すように、光源ランプ11に対して副反射鏡13が設置される。そして、この挿通孔131Aの内周面は、封止部1122との固定用接着剤が充填される接着面131Bとされる。このように、副反射鏡13に首状部131を設けることで、首状部131を設けない構成と比較して、光源ランプ11に対する副反射鏡13の固着領域を大きくとることができ、光源ランプ11に対する副反射鏡13の固着状態を良好に維持できる。
この反射部132において、図3に示すように、その内面が光源ランプ11の発光部111の球面に倣う球面状に形成された反射面132Aとされ、その外周面132Bが反射面132Aの曲率に倣うように曲面状に構成されている。なお、図3では図示を略したが、この反射面132Aには、金属を蒸着することにより反射膜が形成され、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。
また、この反射部132において、首状部131から拡がる先端側の端面は、図3(A)に示すように、反射面132Aの端縁(図3(A)中、左端)から外周面132Bの端縁に向かって次第に椀形の高さが小さくなる傾斜面132Cとされている。傾斜面132Cは、図3(A)に示すように、主反射鏡12の照明光軸Aと、発光部111から主反射鏡12の反射面122Aへと放射される光束とがなす角度θに沿って形成されている。
なお、角度θは、主反射鏡12の光軸A方向の長さを短くするために、105°以下とするのが好ましい。また、本実施形態では、傾斜面132Cは角度θに沿った傾斜面としているが、傾斜面132Cを光軸Aと直交する面として構成してもよい。
上述した副反射鏡13は、低熱膨張材および/または高熱伝導材である、例えば石英、アルミナセラミックス等の無機系材料から構成される。
首状部121には、図2に示すように、略円筒状となるように中央に挿入孔123が成形加工により形成されており、この挿入孔123の中心に封止部1121が配置される。
また、この首状部121の外周面には、図2または図4に示すように、後述する接着剤を注入する際に該接着剤の注入方向終端位置の目安となる終端位置目安部121Aが形成されている。
反射部122は、回転曲線形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122Aを備え、この反射部122の反射面122Aは、副反射鏡13の反射面132A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。
図2に示すように、F1,F2は主反射鏡12の反射面122Aの回転曲線の第1焦点と第2焦点を示し、f1,f2は主反射鏡12の反射面122Aの回転曲線の頂点から第1焦点F1と第2焦点F2までの距離を表している。なお、主反射鏡12の反射面122Aは回転楕円面形状または回転放物面形状などを採用できる。
そして、光源ランプ11を点灯すると、図2に示されるように、発光部111から放射された光束のうち主反射鏡12に向かった光束L1は、主反射鏡12の反射部122の反射面122Aで反射して、回転曲線形状の第2焦点位置F2に収束する収束光となる。
また、副反射鏡13を発光部111に装着することにより、図2に示すように発光部111から放射された光束のうち主反射鏡12とは反対側(前方側)に放射される光束L2は、この副反射鏡13の反射面132Aによって主反射鏡12側に反射され、さらに主反射鏡12の反射面122Aで反射されて主反射鏡12の反射部122から射出されて第2焦点F2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副反射鏡13を用いることにより、発光部111から主反射鏡12とは反対側(前方側)に放射される光束が、光源ランプ11から主反射鏡12の反射面122Aに直接入射した光束と同様に、主反射鏡12の第2焦点F2位置に収束させることができる。
従来の副反射鏡13が設けない光源装置は、光源ランプ11から射出された光束を主反射鏡のみで第2焦点F2位置に収束しなければならず、主反射鏡の開口部を広げなければならなかった。
また、副反射鏡13を設けることにより、第2焦点F2での集光スポット径を小さくするために主反射鏡12の第1焦点F1と第二焦点F2を近づけたとしても、発光部111から放射された光のほとんど全てが主反射鏡12および副反射鏡13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、比較的低出力の光源ランプ11が採用可能となり、光源ランプ11および光源装置10の低温化を図ることも可能である。
なお、副反射鏡13の外周面132Bが利用可能限界光L3およびL4によって形成された円錐からはみ出ると、主反射鏡12により反射された後に、前方に進行する光を遮断するため光の利用率が低下する。従って、光の利用率低下を回避するために、副反射鏡13の外周面132Bはできるだけ小さくするべきである。
上述した副反射鏡13を光源ランプ11に取り付ける場合は、以下のように実施する。
先ず、図2に示すように、副反射鏡13を、発光部111の一対の電極111A間から射出されて副反射鏡13に入射する入射光と副反射鏡13の反射面132Aの法線とが一致するように光源ランプ11に対して配置する。
そしてまた、副反射鏡13は、図3(A)に示すように、主反射鏡12の照明光軸Aの光束射出方向基端部分と、発光部111から放射される光束がなす角度θに沿って傾斜面132Cが配置されかつ、光束利用可能領域および光束利用不可能領域の境界線となる前述した利用可能限界光L3,L4で形成される円錐から副反射鏡13の外周面132Bがはみ出さないように配置される。
光源ランプ11に対する所定位置に副反射鏡13を位置付けた後、図3に示すように、首状部131の接着面131B、および光源ランプ11の封止部1122の外周面の間において封止部1122の周囲全体に接着剤133を充填させ、副反射鏡13を光源ランプ11に対して接着固定する。
なお、接着剤133の材質としては、シリカ/アルミナ系の無機系接着剤等を採用できる。またはガラス融着にて副反射鏡13と光源ランプ11との接着を行なうことも可能である。
また、接着剤133の充填位置は、封止部1122の周囲全体に充填させる構成に限らず、封止部1122の周囲に間欠的に充填させる構成を採用してもよい。
上述した主反射鏡12に光源ランプ11を固定する際には、以下のように実施する。
先ず、光源ランプ11の封止部1121を主反射鏡12の挿入孔123に挿入し、発光部111内の電極111A間の発光中心が主反射鏡12の反射面122Aの第1焦点位置F1となるように配置する。
主反射鏡12に対する所定位置に光源ランプ11を配置した後、図5(A)に示すように、光源装置10の後方側から、挿入孔123の内周面と封止部1121の外周面との間に接着剤124を注入する。
なお、ここで用いる接着剤124としては、光源ランプ11に対して副反射鏡13を固定する際に用いた接着剤133と同様に、シリカ・アルミナを主成分とする無機系接着剤等を採用できる。
また、接着剤124の注入位置は、光源ランプ11に対する副反射鏡13の固定と同様に封止部1121の周囲全体にかけて注入してもよいし、封止部1121の周囲に間欠的に注入してもよい。
以上のように、主反射鏡12に対して光源ランプ11を固定すると、光源ランプ11の前方側の封止部1122が主反射鏡12の光束射出開口から突出する。すなわち、反射部122の光軸方向寸法は、光源ランプ11の長さ寸法よりも短くなっている。
そして、このように接着剤124の終端位置124Aを管理することで、首状部121から反射部122側に接着剤124が漏れることを回避でき、反射面122Aに接着剤124が付着することにより主反射鏡12の反射性能を低下させることを回避できる。また、接着剤124の注入量が不足し、主反射鏡12に対する光源ランプ11の接着強度が不足することも回避できる。
したがって、接着剤124により主反射鏡12に対して光源ランプ11を良好に固定できる。
また、終端位置目安部121Aが挿入孔123の中心位置を通る軸を中心として周方向に連続して形成されているので、首状部121を介していずれの方向からでも接着剤124の終端位置124Aを管理でき、主反射鏡12に対して光源ランプ11をさらに良好に固定できる。
本実施形態では、首状部121の挿入孔123は、成形加工により形成されているので、首状部121の視認性を良好に維持でき、首状部121を介して接着剤124の終端位置124Aを良好に管理できる。
前記実施形態において、主反射鏡12は、首状部121および反射部122を備え、首状部121に終端位置目安部121Aが形成されていればよく、その形状は前記実施形態で説明した形状に限らない。
図6は、主反射鏡12における形状の変形例を示す図である。
前記実施形態では、挿入孔123は、略円筒形状を有し、封止部1121と平行するように形成されていたが、例えば、挿入孔123の形状として、光束射出方向基端から先端に向かうにしたがって、次第に径が大きくなるような形状を採用してもよい。
具体的には、図6(A)に示すように、主反射鏡12Aにおける挿入孔123Aを、反射部122の反射面122Aに向かうにしたがって、次第に径寸法が大きくなるテーパ状に形成する。なお、図6(A)に示す破線は、前記実施形態で説明した挿入孔123の形状を示している。
具体的には、図6(B)に示すように、主反射鏡12Bにおける挿入孔123Bを、反射部122の反射面122Aから離間するにしたがって、次第に径寸法が大きくなるテーパ状に形成する。なお、図6(B)に示す破線は、図6(A)に示す破線と同様に、前記実施形態で説明した挿入孔123の形状を示している。
具体的には、図6(C)に示すように、主反射鏡12Cにおいて、挿入孔123と反射面122Aとの接続部分に、反射面122Aよりも光束射出方向基端側に窪み、挿入孔123の円柱軸を中心として周方向に連続する段差部123Cを形成する。
具体的には、図6(D)に示すように、主反射鏡12Dにおいて、挿入孔123の光束射出方向先端側に、内周面からリング状に突出する最狭部123Dが形成されている。なお、この最狭部123Dは、挿入孔123の内周面であれば、いずれの位置に形成されていてもよい。
例えば、終端位置目安部121Aを、首状部121における挿入孔123の内周面に形成する構成を採用してもよい。
また、例えば、終端位置目安部121Aを、挿入孔123の中心位置を通る軸を中心として周方向に間欠的に形成してもよく、周方向の一部にのみ形成してもよい。
さらに、例えば、終端位置目安部121Aを、首状部121の外周面から突出する形状、または凹む形状としてもよい。
前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。この場合は、光束入射側および光束射出側の偏光板は省略できる。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、プロジェクタに本発明の光源装置を採用していたが、本発明はこれに限らず、他の光学機器に本発明の光源装置を適用してもよい。
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。
Claims (5)
- 電極間で放電発光が行われる発光部、および前記発光部の両端に設けられる封止部を有する発光管と、前記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リフレクタとを備えた光源装置であって、
前記リフレクタは、前記発光管の前記封止部のうち一方の封止部に沿って延出する筒状体から構成される首状部と、前記首状部の延出方向基端側から断面略凹状に拡がり前記発光管から放射された光束を一定方向に揃えて反射する反射部とで構成され、
前記首状部と前記首状部に挿通された前記一方の封止部とは、前記首状部の内周面と前記一方の封止部の外周面との間に注入された接着剤で固定されており、
前記首状部は、透光性部材から構成され、前記接着剤の終端位置の目安となる終端位置目安部を有していることを特徴とする光源装置。 - 請求項1に記載の光源装置において、
前記終端位置目安部は、前記首状部の外周面に形成された段差部を有していることを特徴とする光源装置。 - 請求項1または請求項2に記載の光源装置において、
前記終端位置目安部は、前記首状部の筒状の軸を中心として周方向に連続して形成されていることを特徴とする光源装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の光源装置において、
前記首状部の内周面は、成形加工により形成されていることを特徴とする光源装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置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、前記光変調装置にて変調された光束を拡大投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
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