JP2006120646A - 補助ミラー付きアークランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の良いアークランプを使用した照明装置において、明るく平行度の高い出射光を取得し、これと同時に装置の小型化を図ること。
【解決手段】照明装置１は、補助ミラー４が取り付けられたアークランプ２と、放物面反射鏡３とを有している。アークランプ２は、放物面反射鏡３の焦点位置が一致している第１の発光点ＬＡと、これに対向している第２の発光点ＬＢを備えている。補助ミラー４は、アークランプ２の発光部１２の一部を覆う半楕円反射面２３を備えている。第２の発光点ＬＢからの光は、半楕円反射面２３によって、第１の発光点ＬＡと第２の発光点ＬＢの間の中心位置に対して当該第１の発光点ＬＡの側に片寄った位置に集光される。このため、アークランプ２を実質的に点光源ランプとして取り扱うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の投写形表示装置に組み込むのに適した補助ミラー付きアークランプおよび照明装置に関するものである。

最近、液晶表示装置を用いた大型表示装置が注目されている。この種の装置に用いられる照明装置は、一般的に、ランプと、このランプからの光を平行光として出射可能な放物面反射鏡とを有する構成となっており、より明るい光を出射でき、また、装置自体を小さくすることが求められている。

より明るい出射光を得るために、ランプから出射された光を漏れなく放物面反射鏡に導けるように、補助ミラーが装着された構成の照明装置が特許文献１（特開平４−１４０３２号公報）および特許文献２（特開平４−５３９２６号公報）に開示されている。

これらの特許文献に開示されている照明装置では、放物面反射鏡における射出開口の縁部分の近傍に補助ミラーが配置されており、ランプから放射された光のうち、放物面反射鏡に至らずに直接外部に漏れ出た光を補助ミラーによって放物面反射鏡に戻すことができるようになっている。また、ランプの発光部全体を一つの発光点として取り扱い、この発光部に放物面反射鏡の焦点位置を一致させ、出射光の平行度を高めている。
特開平４−１４０３２号公報 特開平４−５３９２６号公報

しかしながら、上記の照明装置では、ランプから放射された光を確実に利用するには、放物面反射鏡および補助ミラーの双方を大きくする必要がある。このため、照明装置自体が大型化するという問題点がある。

補助ミラーを使わずに、より明るい出射光を得るための対策としては、液晶プロジェクタに組み込まれている照明装置に見られるように、発光効率の高い高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等のアークランプを採用することが挙げられる。

しかしながら、アークランプは、アーク長を長くして、大きなワット数値の電力を供給することにより発光効率のアップが図られる。これは出射光の明るさ（総発光量）を増加するには有効であるが、液晶プロジェクタのように、小さなデバイス（液晶ライトバルブ）を照明するには不利である。

すなわち、発光効率が高められたアークランプを用いる場合には、光路の倍率計算などから長い焦点距離を有する大型の放物面反射鏡が必要となる。この結果、放物面反射鏡の射出開口が大きくなるので、得られる出射光の径も大きくなる。このような径の大きな出射光を効率良くデバイス（液晶ライトバルブ）に導くためには、デバイスに対する出射光の入射角を大きくする必要がある。入射角を大きくすると、デバイスからの光束をスクリーン等に効率良く投写するためには、Ｆナンバーの大きな明るい投写レンズを採用しなければならない。このような投写レンズは大型で、しかも、高価であるので、装置（液晶プロジェクタ）の大型化と共にコストアップの要因となる。また、大型の放物面反射鏡を用いると照明装置自体が大型化するので、この点からも照明装置が組み込まれた装置の大型化を招いてしまう。

本発明の課題は、上記の点に鑑みて、発光効率の良いアークランプを用いて、明るい出射光を得ることのできる小型の照明装置および当該照明装置に用いられる補助ミラー付きアークランプを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の補助ミラー付きアークランプは、発光部の内部に一定の間隔を開けて対向する第１および第２の発光点を有するアークランプと、前記発光部の一部を覆う反射面を備えた補助ミラーを有し、前記反射面は、前記第２の発光点から放射された光を前記第１の発光点の近傍に集光させることを特徴としている。

例えば、前記反射面は、前記第２の発光点から放射された光を前記第１および第２の発光点の中心位置に対して前記第１の発光点の側に片寄った位置に集光させることを特徴としている。

また、本発明では、前記発光部の両側から外側に延びている封止部の一方に、前記発光部に前記反射面が対峙する状態で前記補助ミラーが取り付けられていることを特徴としている。

さらに、前記反射面は半楕円反射面であることを特徴としている。

次に、本発明の照明装置は、上記構成の補助ミラー付きアークランプと、反射鏡とを有し、前記補助ミラー付きアークランプは、前記第１の発光点が前記反射鏡の焦点位置に一致する状態で当該反射鏡に取り付けられていることを特徴としている。

本発明では、アークランプの２つの発光点のうち、一方の発光点から放射された光を、補助ミラーによって他方の発光点の近傍に集光させることにより、アークランプを実質的に点光源ランプとして取り扱えるようにしている。従って、大型の反射鏡を用いなくても、明るく、平行度の高い出射光を得ることができる。また、大型の反射鏡を用いる必要がないので、照明装置の小型化を図ることができる。

以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を説明する。図１には本発明を適用した照明装置の概略断面構成図を示してある。また、図２にはアークランプの発光部を拡大して示してある。これらの図に示すように、照明装置１は、アークランプ２と、このアークランプ２が取り付けられている放物面反射鏡３と、アークランプ２から放射された光の一部を放物面反射鏡３に導く補助ミラー４とを有している。

アークランプ２は、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等である。アークランプ２の発光管１１は、その中央に球状の発光部１２が形成されている。発光部１２の両側からは外側に細長い封止部１３、１４が延びている。それぞれの封止部１３、１４には電極芯棒１５、１６が封入されている。それぞれの電極芯棒１５、１６の一方の端は発光部１２の内部に突出し、他方の端は封止部１３、１４から外部に突出している。発光部１２の内部に突出している電極芯棒１５、１６の端部分には、タングステン線等を巻き付けることにより電極１７、１８が構成されている。これらの電極１７、１８は、発光管１１の長手方向（ランプ光軸の方向）Ｌにおいて一定の間隔を開けて対向した状態となっている。外側に突出している電極芯棒１５、１６の端部分はそれぞれ不図示の口金に電気的に接続される。このようなアークランプ２では、発光部１２の内部においてそれぞれの電極１７、１８の近傍で発光が生じる。すなわち、電極１７、１８の近傍に第１および第２の発光点ＬＡ、ＬＢを有している。

放物面反射鏡３は、円形の射出開口２２を有している。また、底部中央にはアークランプ２の一方の端を挿入可能な取付け孔２１が形成されている。この取付け孔２１にアークランプ２の一方の端が挿入され、発光管１１の長手方向Ｌと放物面反射鏡３から出射される平行光の光軸が一致するように、アークランプ２が固定されている。この放物面反射鏡３の焦点位置は第１の発光点ＬＡに一致している。

補助ミラー４は、アークランプ２の発光部１２の一部を覆う半楕円反射面２３を備えている。半楕円反射面２３は、アークランプ２の球状発光部１２における光出射側の半分を覆う状態にある。半楕円反射面２３の縁部分は、第１の発光点ＬＡと放物面反射鏡３の射出開口２２の縁部分とを結ぶ線上にある。このため、第１の発光点ＬＡから放射された光は直接放物面反射鏡３に導かれ、第２の発光点ＬＢから放射された光は半楕円反射面２３に導かれる。また、半楕円反射面２３は、第２の発光点ＬＢと第１の発光点ＬＡの近傍Ｐとの間に共役関係が成立している。このため、第２の発光点ＬＢから放射された光は半楕円反射面２３で反射されて共役点（第１の発光点ＬＡの近傍）Ｐに集光される。

ここで、照明装置１においては、第１の発光点ＬＡと第２の発光点ＬＢとの距離をＳとしたときに、第２の発光点ＬＢから共役点Ｐまでの距離ＸがＳ／２＜Ｘ＜Ｓが範囲内となるように設定されている。すなわち、第２の発光点ＬＢからの光を、第１の発光点ＬＡと第２の発光点ＬＢの間の中心位置に対して当該第１の発光点ＬＡの側に片寄った位置に集光させるようにしている。

この構成の照明装置１では、アークランプ２の第１の発光点ＬＡから放射された光は、放物面反射鏡２により光路変更を受けほぼ平行な光束として射出開口２２から出射される。図１および図２において斜線で表すように、第２の発光点ＬＢから放射された光は、半楕円反射面２３により反射されて共役点Ｐに集光する。この結果、第２の発光点ＬＢが共役点Ｐに移動したことになる。このため、第１の発光点ＬＡと第２の発光点ＬＢの反射像点は極めて近接した２個の発光点に置き換えることができるので、実質的に発光効率の高いアークランプでありながら点発光ランプとして取り扱うことが可能となる。従って、第１の発光点ＬＡに焦点位置を一致してある放物面反射鏡３によって高い精度の平行光を形成できる。

このように照明装置１においては、大型の放物面反射鏡を用いなくても平行度の高い出射光束を得ることができるので、照明装置の小型化を図ることができる。また、照明装置１においては、第１の発光点ＬＡから放射された光は直接放物面反射鏡３に導かれ、第２の発光点ＬＢから放射された光は、補助ミラー４によって一旦共役点Ｐに導かれた後に放物面反射鏡３に導かれる。従って、アークランプ２の発光部１２から放射された光の全てを有効に利用できるので、明るい出射光を得ることができる。

また、照明装置１は、大型の放物面反射鏡を用いる必要がないので、径の小さな出射光を得ることができる。従って、照明装置１を液晶プロジェクタに組み込めば、デバイス（液晶ライトバルブ）に対する出射光の入射角を小さくできるので、Ｆナンバーが小さく、小型で安価な投写レンズを使用できる。よって、液晶プロジェクタの小型化と共にコストダウンを図ることができる。

ここで、液晶プロジェクタでは、照明装置から出射された平行光を２種類の偏光光束に分離し、しかる後に一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて１種類の偏光光束とする偏光変換装置を使用するのが一般的になりつつある。偏光変換装置は入射角依存性を持つので、偏光変換装置に平行度の高い光束を入射させなければ、偏光変換効率が低下してしまう。このような偏光変換装置を用いた液晶プロジェクタに本発明を適用した照明装置１を組み込めば、偏光変換効率が低下することを防ぐことができる。

本発明を適用した照明装置１は、例えば、フロント用液晶プロジェクタやリア用液晶プロジェクタの光源として用いることができる。また、特定の偏光成分を必要とする光学系の光源として利用することができる。

本発明を適用した照明装置の概略断面構成図である。 図１に示す照明装置の発光部を拡大して示す図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ アークランプ
３ 放物面反射鏡
４ 補助ミラー
１１ 発光管
１２ 発光部
１３、１４ 封止部
２２ 射出開口
２３ 楕円反射面
ＬＡ 第１の発光点
ＬＢ 第２の発光点

Claims (5)

1. 発光部の内部に一定の間隔を開けて対向する第１および第２の発光点を有するアークランプと、
   前記発光部の一部を覆う反射面を備えた補助ミラーとを有し、
   前記反射面は、前記第２の発光点から放射された光を前記第１の発光点の近傍に集光させることを特徴とする補助ミラー付きアークランプ。
2. 請求項１において、
   前記反射面は、前記第２の発光点から放射された光を前記第１および第２の発光点の中心位置に対して前記第１の発光点の側に片寄った位置に集光させることを特徴とする補助ミラー付きアークランプ。
3. 請求項１または２において、
   前記発光部の両側から外側に延びている封止部の一方に、前記発光部に前記反射面が対峙する状態で前記補助ミラーが取り付けられていることを特徴とする補助ミラー付きアークランプ。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記反射面は半楕円反射面であることを特徴とする補助ミラー付きアークランプ。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載の補助ミラー付きアークランプと、
   反射鏡とを有し、
   前記補助ミラー付きアークランプは、前記第１の発光点が前記反射鏡の焦点位置に一致する状態で当該反射鏡に取り付けられていることを特徴とする照明装置。

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