JP2007214078A - 光源装置、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化が図れかつ、容易に製造できる光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】光源装置７０は、光源ランプ７１と、光源ランプ７１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７２と、楕円リフレクタ７２で反射された光束を平行化する平行化レンズ７４とを備える。平行化レンズ７４は、サファイアで構成されている。また、プロジェクタは、上述した光源装置７０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置、およびプロジェクタに関する。

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射する投射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と、楕円リフレクタと、平行化凹レンズとを有しており、発光管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。そして、この熱歪みによる平行化凹レンズの破損を防止するために、平行化凹レンズを、熱膨張係数が４０×１０^−７／℃以下、耐熱温度が３００℃以上の材料で構成した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１に記載の平行化凹レンズとしては、パイレックス（登録商標）、テンパックス（商品名）等の硼珪酸ガラス、バイコール（商品名）等の高珪酸ガラス、石英ガラス、ネオセラム（商品名）等の結晶化ガラスで構成されている。

特開２００５−７０５１８号公報

しかしながら、平行化凹レンズを硼珪酸ガラス、高珪酸ガラス、石英ガラス、あるいは結晶化ガラスで構成した場合には、これら各部材の熱伝導率が比較的に小さいため、光束が照射されることにより平行化凹レンズに熱が篭りやすい。すなわち、平行化凹レンズの熱を外部に放熱することが難しい。このため、熱により平行化凹レンズが破損する恐れがある。また、平行化凹レンズの熱により光源装置内部の温度が上昇し、光源装置の冷却が困難なものとなる。したがって、光源装置の長寿命化が図れない。
また、平行化凹レンズを上述した各部材で構成した場合には、これら各部材の屈折率が比較的に小さいため、楕円リフレクタから射出された収束光を平行化するためには、平行化凹レンズにおける凹面（光束入射側端面）の曲率半径を小さくする必要がある。このため、平行化凹レンズの凹面の形成が困難なものとなり、ひいては、光源装置の製造が困難なものとなる。また、平行化凹レンズにおいて入射光束の反射を防止して光源装置から射出される光の利用効率を向上させるために、平行化凹レンズの光束入射側端面（凹面）に反射防止膜を形成する場合には、凹面の曲率に応じて、すなわち、入射光束の入射角に応じて、形成する必要がある。このため、反射防止膜の形成が困難なものとなり、ひいては、光源装置の製造が困難なものとなる。

本発明の目的は、長寿命化が図れかつ、容易に製造できる光源装置、およびプロジェクタを提供することにある。

本発明の光源装置は、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レンズとを備えた光源装置であって、前記平行化レンズは、サファイアで構成されていることを特徴とする。
ここで、平行化レンズとしては、楕円リフレクタで反射された光束の全てを平行化するものに限らず、楕円リフレクタで反射された光束を略平行化するものであればよく、一部の光束を拡散するように構成したものも含むものである。
また、平行化レンズとしては、上述したように、楕円リフレクタで反射された光束を平行化するものであれば、凹レンズでも凸レンズでも構わない。

本発明によれば、平行化レンズがサファイアで構成されているので、従来に用いられた硼珪酸ガラス、高珪酸ガラス、石英ガラス、あるいは結晶化ガラスの各部材に対して熱伝導率を大きいものとすることができ、平行化レンズの放熱特性を良好にすることができる。このため、光束が照射されることにより平行化レンズに生じた熱を外部に放熱することができる。また、サファイアは、耐熱温度が１０００℃以上の特性を有している。このため、熱により平行化レンズが破損することを回避できる。また、平行化レンズの熱により光源装置内部の温度が上昇することもなく光源装置内部の温度を低く維持できる。したがって、光源装置の長寿命化が図れる。
また、平行化レンズをサファイアで構成することで、従来に用いられた各部材と比較して、屈折率を大きいものとすることができ、平行化レンズにおける球面あるいは非球面の曲率半径を大きくすることができる。このため、平行化レンズの球面あるいは非球面の形成を容易に実施でき、ひいては、光源装置の製造を容易に実施できる。また、平行化レンズの光束入射側端面を球面あるいは非球面とし、平行化レンズにおいて入射光束の反射を防止して光源装置から射出される光の利用効率を向上させるために、平行化レンズの光束入射側端面に反射防止膜を形成する場合であっても、光束入射側端面の球面あるいは非球面の曲率がゆるいため、反射防止膜を容易に形成でき、ひいては、光源装置を容易に製造できる。
したがって、光源装置の長寿命化が図れかつ、容易に製造できるので、本発明の目的を達成できる。

本発明の光源装置では、前記平行化レンズは、凹レンズであることが好ましい。
ところで、平行化レンズを凸レンズで構成し、凸レンズを用いて楕円リフレクタから射出された収束光を平行化するためには、収束した後の光束を凸レンズに入射させる必要がある。このため、凸レンズを楕円リフレクタの第２焦点位置よりも楕円リフレクタから離間する側に配置する必要がある。したがって、光源装置の光軸方向寸法が大きくなり、光源装置の小型化を阻害する恐れがある。
本発明によれば、平行化レンズが凹レンズで構成されているので、楕円リフレクタの第１焦点位置と第２焦点位置との間に凹レンズを配置すれば、凹レンズを用いて楕円リフレクタから射出された収束光を平行化することが可能となる。このため、平行化レンズを凸レンズで構成する場合と比較して、光源装置の小型化が阻害されることがない。

本発明の光源装置では、前記平行化レンズは、光束入射側端面が凹面であることが好ましい。
ところで、楕円リフレクタおよび平行化レンズの間の空間を密閉空間とした場合には、発光管により温められた空気が前記密閉空間内で対流することとなる。この際、平行化レンズの光束入射側端面が平面である場合には、発光管により温められた空気の対流が平行化レンズの光束入射側端面の平面にて制限され、前記密閉空間内の温度分布に偏りが生じ、ひいては、発光管の温度分布に偏りが生じてしまう。このように発光管の温度分布に偏りが生じた場合には、黒化等により、発光管が破損してしまう恐れがある。
本発明によれば、平行化レンズは、光束入射側端面が凹面であるので、例えば、楕円リフレクタおよび平行化レンズの間の空間を密閉空間とした場合に、発光管により温められた空気の対流が平行化レンズの光束入射側端面にて制限されることがない。このため、発光管により温められた空気が前記密閉空間内において円滑に対流し、前記密閉空間内の温度分布に偏りが生じることなく、発光管の破損を回避し、ひいては、光源装置の長寿命化が図れる。

本発明の光源装置では、前記楕円リフレクタの光射出前方側端部、および前記平行化レンズの外周端部に接続し、前記楕円リフレクタおよび前記平行化レンズを一体化する接続部材を備え、前記接続部材は、前記楕円リフレクタおよび前記平行化レンズの間の空間を囲い、前記空間を密閉空間とすることが好ましい。
本発明によれば、楕円リフレクタおよび平行化レンズの間の空間が接続部材により密閉空間とされているので、発光管が破裂した場合であっても、楕円リフレクタ、平行化レンズ、および接続部材により、破片が光源装置外部に飛散することを防止できる。また、平行化レンズがサファイアで構成されているので、従来に用いられた各部材と比較して、平行化レンズの強度を充分に確保でき、発光管の破裂に伴って、平行化レンズが破損してしまうことを回避できる。このため、良好な防爆構造を実現できる。

本発明のプロジェクタは、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系とを備えたプロジェクタであって、前記光源装置は、上述した光源装置であることを特徴とする。
このような本発明のプロジェクタは、上述した光源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。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるプロジェクタ１の光学系の構造を表す模式図である。
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、照明光学装置としてのインテグレータ照明光学系１０、色分離光学系２０、リレー光学系３０、光学装置４０、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム５０、および投射光学系としての投射レンズ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。

インテグレータ照明光学系１０は、図１に示すように、光源装置７０および均一照明光学系８０を備える。
光源装置７０は、図１に示すように、発光管としての光源ランプ７１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る。この均一照明光学系８０は、図１に示すように、光束分割光学素子としての第１レンズアレイ８１、集光レンズとしての第２レンズアレイ８２、偏光変換素子８３、および集光レンズとしてのコンデンサレンズ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。

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によりインテグレータ照明光学系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。

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。

この際、色分離光学系２０のダイクロイックミラー２１では、インテグレータ照明光学系１０から射出された光束のうち、赤色光と緑色光とを透過し、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、青色光用の液晶パネル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。

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、緑色光用の液晶パネル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の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。

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）とを備える。

液晶パネル４１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(Thin Film Transistor)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４１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、インテグレータ照明光学系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。

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、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、投射レンズ６０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および図３は、光源装置７０の概略構成を示す図である。具体的に、図２は、光源装置７０を光射出前方側から見た斜視図である。図３は、光源装置７０の断面図である。
図４は、光源装置７０の光束の射出状態を示す模式図である。
光源装置７０は、上述した光源ランプ７１、楕円リフレクタ７２、副反射鏡７３、および平行化レンズ７４の他に、図２または図３に示すように、ランプハウジング７５およびカバー部材７６を備えて構成される。
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、図３に示すように、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。

発光部７１１の内部には、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、およ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、図３に示すように、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。

楕円リフレクタ７２は、図３または図４に示すように、光源ランプ７１の封止部７１２が挿通される首状部７２１およびこの首状部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、図３または図４に示すように、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。
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。

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。なお、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。

副反射鏡７３は、図３または図４に示すように、光源ランプ７１の発光部７１１の光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、図４に示すように、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。

平行化レンズ７４は、楕円リフレクタ７２で反射された光束を平行化するためのものであり、図３に示すように、光束入射側端面７４１が凹面となり、光束射出側端面７４２が平面となる平凹レンズで構成されている。なお、平行化レンズ７４としては、楕円リフレクタ７２で反射された光束の全てを平行化するものに限らず、楕円リフレクタ７２で反射された光束を略平行化するものであればよく、一部の光束を拡散するように構成しても構わない。また、平行化レンズ７４において、光束入射側端面７４１は、凹面であれば、球面で形成してもよく、非球面（例えば、双曲面）で形成しても構わない。
ここで、平行化レンズ７４としては、楕円リフレクタ７２の第１焦点位置と第２焦点位置との間、特に、第２焦点位置付近に配置されることが好ましい。楕円リフレクタ７２の第２焦点位置付近とは、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１焦点距離ｆ１が１２ｍｍ、第２焦点距離ｆ２が８４ｍｍ（輝点から７２ｍｍ）の場合、５５ｍｍの位置、すなわち、第２焦点位置から１７ｍｍ手前（楕円リフレクタ７２側）の位置に平行化レンズ７４を設置する。また、楕円リフレクタ７２の第１焦点距離ｆ１が１２ｍｍ、第２焦点距離ｆ２が６０ｍｍ（輝点から４８ｍｍ）の場合、第２焦点位置から１３ｍｍ手前（楕円リフレクタ７２側）の位置に平行化レンズ７４を設置する。

以上のような平行化レンズ７４は、サファイアで構成されている。なお、平行化レンズ７４（サファイア）としては、例えば、熱膨張係数が７７×１０^−７／℃、耐熱温度が１０００℃以上、屈折率が1.7708の特性を有している。
そして、平行化レンズ７４の光束入射側端面７４１には、図３に示すように、反射防止膜（ＡＲ膜）７４１Ａが形成されている。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、平行化レンズ７４の光束射出側端面７４２には、図３に示すように、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。

ランプハウジング７５は、図２または図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および垂直部７５２を備えている。
水平部７５１は、光学部品用筐体の壁部と係合し、光源装置７０を光学部品用筐体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。

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、本実施形態では、この垂直部７５２に対して楕円リフレクタ７２の光射出前方側端部（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、図３に示すように、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および垂直部７５２には、図２または図３に示すように、突起７５４が形成されている。この突起７５４は、上述した光学部品用筐体内に形成された凹部と係合し、係合すると光源ランプ７１の発光中心が光学部品用筐体の照明光軸上に配置される。

カバー部材７６は、図２または図３に示すように、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に装着される略円錐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およびカバー部材７６内の密閉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。

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、図２または図３に示すように、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、平行化レンズ７４の外周端部が装着される。なお、レンズ装着部７６３への平行化レンズ７４の固定は、図示を略したが、接着剤等で行なわれる。そして，レンズ装着部７６３に平行化レンズ７４が装着すると、光源装置７０内部の空間は完全に密閉される。
以上説明したように、ランプハウジング７５およびカバー部材７６は、楕円リフレクタ７２の光射出前方側端部、および平行化レンズ７４の外周端部に接続し、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４を一体化するとともに、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４の間の空間を囲い、前記空間を密閉空間とする本発明に係る接続部材に相当する。

このような光源装置７０は、プロジェクタ１の光学部品用筐体に収納される。なお、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したが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。

上述した本実施形態においては、以下の効果がある。
本実施形態では、平行化レンズ７４がサファイアで構成されているので、従来に用いられた硼珪酸ガラス、高珪酸ガラス、石英ガラス、あるいは結晶化ガラスの各部材に対して熱伝導率を大きいものとすることができ、平行化レンズ７４の放熱特性を良好にすることができる。このため、光束が照射されることにより平行化レンズ７４に生じた熱を光源装置７０外部に放熱することができる。また、サファイアは、耐熱温度が１０００℃以上の特性を有しているため、熱により平行化レンズ７４が破損することを回避できる。また、平行化レンズ７４の熱により光源装置７０内部の温度が上昇することもなく光源装置７０内部の温度を低く維持できる。したがって、光源装置７０の長寿命化が図れる。

また、平行化レンズ７４をサファイアで構成することで、従来に用いられた各部材と比較して、屈折率を大きいものとすることができ、平行化レンズ７４における光束入射側端面７４１（凹面）の曲率半径を大きくすることができる。このため、平行化レンズ７４の凹面の形成を容易に実施でき、ひいては、光源装置７０の製造を容易に実施できる。

さらに、平行化レンズ７４における光束入射側端面７４１の曲率をゆるく設定できるため、反射防止膜７４１Ａを容易に形成できる。
例えば、平行化レンズを従来に用いられた各部材で構成した場合には、平行化レンズにおける光束入射側端面の凹面の曲率がきついものとなるため、蒸着等により反射防止膜を形成する際には、該凹面の中央部分と周縁部分とで膜厚を均一にすることが難しい。これに対して、本実施形態では、平行化レンズ７４における光束入射側端面７４１の曲率をゆるく設定できるため、蒸着等により反射防止膜７４１Ａを形成する場合であっても、光束入射側端面７４１に膜厚を略等しく一様に反射防止膜７４１Ａを形成できる。
また、例えば、平行化レンズを従来に用いられた各部材で構成した場合には、平行化レンズにおける光束入射側端面の凹面の曲率がきついものとなるため、楕円リフレクタから反射される光束の平行化レンズへの入射角が中央部分と周縁部分とで大きく異なることとなる。このため、入射角に応じて反射防止膜を形成するためには、反射防止膜を複数層で積層形成する必要がある。これに対して、本実施形態では、平行化レンズ７４における光束入射側端面７４１の曲率をゆるく設定できるため、楕円リフレクタ７２から反射される光束の平行化レンズ７４への入射角が中央部分と周縁部分とで大きく異なることがなく、例えば、反射防止膜７４１Ａを単層で形成することも可能となる。

ところで、平行化レンズを凸レンズで構成し、凸レンズを用いて楕円リフレクタ７２から射出された収束光を平行化するためには、収束した後の光束を凸レンズに入射させる必要がある。このため、凸レンズを楕円リフレクタ７２の第２焦点位置よりも楕円リフレクタ７２から離間する側に配置する必要がある。したがって、光源装置の光軸方向寸法が大きくなり、光源装置の小型化が阻害される恐れがある。
本実施形態では、平行化レンズ７４が凹レンズで構成されているので、楕円リフレクタ７２の第１焦点位置と第２焦点位置との間に平行化レンズ７４を配置することで、凹レンズを用いて楕円リフレクタ７２から射出された収束光を平行化できる。このため、平行化レンズを凸レンズで構成する場合と比較して、光源装置７０の小型化が阻害されることがない。

ところで、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４の間の空間を密閉空間とした場合には、光源ランプ７１により温められた空気が前記密閉空間内で対流することとなる。この際、平行化レンズの光束入射側端面が平面である場合には、光源ランプ７１により温められた空気の対流が平行化レンズの光束入射側端面の平面にて制限され、前記密閉空間内の温度分布に偏りが生じ、ひいては、光源ランプ７１の温度分布に偏りが生じてしまう。このように光源ランプ７１の温度分布に偏りが生じた場合には、黒化等により、光源ランプ７１が破損してしまう恐れがある。
本実施形態では、平行化レンズ７４は、光束入射側端面７４１が凹面であるので、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４の間の空間を密閉空間とした場合に、光源ランプ７１により温められた空気の対流が平行化レンズ７４の光束入射側端面７４１にて制限されることがない。このため、光源ランプ７１により温められた空気が前記密閉空間内において円滑に対流し、前記密閉空間内の温度分布に偏りが生じることなく、光源ランプ７１の破損を回避し、ひいては、光源装置７０の長寿命化が図れる。

また、平行化レンズ７４における光束入射側端面７４１が凹面であるので、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と平行化レンズ７４との干渉を防止できる。
さらに、平行化レンズ７４における光束入射側端面７４１が凹面であるので、光源ランプ７１が破裂した際にも、光源ランプ７１の破片が平行化レンズ７４にぶつかりにくくなり、平行化レンズ７４の破損を防止できる。
さらにまた、平行化レンズ７４における光束射出側端面７４２が平面であるので、光束射出側端面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、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４の間の空間がランプハウジング７５およびカバー部材７６により密閉空間とされているので、光源ランプ７１が破裂した場合であっても、楕円リフレクタ７２、平行化レンズ７４、ランプハウジング７５、およびカバー部材７６により、破片が光源装置７０外部に飛散することを防止できる。また、平行化レンズ７４がサファイアで構成されているので、従来に用いられた各部材と比較して、平行化レンズ７４の強度を充分に確保でき、光源ランプ７１の破裂に伴って、平行化レンズ７４が破損してしまうことを回避できる。このため、良好な防爆構造を実現できる。

さらに、平行化レンズ７４の耐熱温度が１０００℃以上であるため、熱による変質等を防止できる。
さらにまた、平行化レンズ７４は、楕円リフレクタ７２の第２焦点付近に配置されているので、平行化レンズ７４には充分に収束された光束が入射されることとなる。したがって、平行化レンズ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、インテグレータ照明光学系１０の大型化を防止できる。

また、平行化レンズ７４の光束射出側端面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。
さらに、紫外線カット膜を平行化レンズの凹面側に形成した場合には、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。これに対して、本実施形態では、紫外線カット膜７４２Ａを平行化レンズ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。
さらにまた、平行化レンズ７４は、光束入射側端面７４１が凹面となっているので、光束入射側端面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側端面７４２から射出している。したがって、紫外線カット膜を光束入射側端面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。これに対して、本実施形態では、光束射出側端面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の製造を容易とし製造コストを低減させることができる。
また、平行化レンズ７４の光束射出側端面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。

また、光源装置７０の内部を密閉し、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レンズ７４の他に透明板を必要とするので、部材点数が増加してしまう。これに対して、本実施形態では、平行化レンズ７４をカバー部材７６のレンズ装着部７６３に取付けているため、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。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
前記実施形態では、平行化レンズ７４として、平凹レンズを採用したが、楕円リフレクタ７２で反射された光束を平行化可能であれば、いずれのレンズでも構わない。例えば、平行化レンズ７４の光束射出側端面７４２を平面でなく、球面で構成しても構わない。また、平行化レンズを凸レンズで構成しても構わない。この場合には、楕円リフレクタ７２にて収束した後の光束を凸レンズに入射させればよく、楕円リフレクタ７２の第２焦点位置よりも楕円リフレクタ７２から離間する側に平行化レンズを配置すればよい。

前記実施形態では、平行化レンズ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内部を密閉していたが、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、その後段に平行化レンズを配置して平行化するようにしてもよい。

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。
前記実施形態では、接続部材としてランプハウジング７５およびカバー部材７６を採用したが、これに限らず、楕円リフレクタ７２の光射出前方側端部、および平行化レンズ７４の外周端部に接続し、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４を一体化するとともに、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４の間の空間を囲い、前記空間を密閉空間とするものであれば、いずれの構成および形状でも構わない。例えば、カバー部材７６に放熱フィン７６２が形成されていたが、放熱フィン７６２を省略したものでも構わない。
前記実施形態では、楕円リフレクタ７２および平行化レンズ７４の間の空間が密閉空間とされていたが、これに限らず、例えば、カバー部材７６に開口部を形成し、冷却ファン等により前記開口部を介して前記空間内に空気を流通させる構成としても構わない。

前記実施形態では、３つの液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを用いたプロジェクタ１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。
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な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な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採用してもよい。

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。

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。

本実施形態におけるプロジェクタの光学系の構造を表す模式図。 前記実施形態における光源装置の概略構成を示す図。 前記実施形態における光源装置の概略構成を示す図。 前記実施形態における光源装置の光束の射出状態を示す模式図。

符号の説明

１・・・プロジェクタ、１０・・・インテグレータ照明光学系（照明光学装置）、４１，４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ・・・液晶パネル（光変調装置）、６０・・・投射レンズ（投射光学系）、７０・・・光源装置、７１・・・光源ランプ（発光管）、７２・・・楕円リフレクタ、７４・・・平行化レンズ、８１・・・第１レンズアレイ（光束分割光学素子）、８２・・・第２レンズアレイ（集光レンズ）、８４・・・コンデンサレンズ（集光レンズ）、７５・・・ランプハウジング（接続部材）、７６・・・カバー部材（接続部材）、７４１・・・光束入射側端面。

Claims (5)

1. 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レンズとを備えた光源装置であって、
   前記平行化レンズは、サファイアで構成されていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記平行化レンズは、凹レンズであることを特徴とする光源装置。
3. 請求項２に記載の光源装置において、
   前記平行化レンズは、光束入射側端面が凹面であることを特徴とする光源装置。
4. 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、
   前記楕円リフレクタの光射出前方側端部、および前記平行化レンズの外周端部に接続し、前記楕円リフレクタおよび前記平行化レンズを一体化する接続部材を備え、
   前記接続部材は、前記楕円リフレクタおよび前記平行化レンズの間の空間を囲い、前記空間を密閉空間とすることを特徴とする光源装置。
5. 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系とを備えたプロジェクタであって、
   前記光源装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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