JP2009259564A - Light source unit and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源ユニット及びプロジェクタに係り、特に、放電ランプと反射鏡を備えた光源ユニット及びそのような光源ユニットを備えるプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source unit and a projector, and more particularly to a light source unit including a discharge lamp and a reflecting mirror and a projector including such a light source unit.
プロジェクタが備える光源ユニットには、光源として高圧水銀ランプ等のような放電ランプが採用されており、また光源で発光した光を所定の方向に反射して出射させるための反射鏡を有している。 The light source unit provided in the projector employs a discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp as a light source, and has a reflecting mirror for reflecting and emitting light emitted from the light source in a predetermined direction. .
プロジェクタの重要な性能指標の一つが明るさであり、プロジェクタから投射される光量をいかにして増加させるかが大きな課題となっており、その明るさの向上のために様々な技術が提案されている。例えば、放電ランプの光量増加があり、ランプ製造会社により様々な技術が投入されている。また、別の観点では、放電ランプから出射された光を効率良く利用することで、最終的に得られる光量を増加させることができる。つまり、放電ランプから出射された光の向きを適切に設定することで、無駄な方向への出射を防止する。そしてこのとき、反射鏡の形状が非常に重要になる。 Brightness is one of the important performance indicators of projectors, and how to increase the amount of light projected from the projector is a major issue. Various technologies have been proposed to improve the brightness. Yes. For example, there is an increase in the amount of light of the discharge lamp, and various technologies have been introduced by lamp manufacturers. In another aspect, the amount of light finally obtained can be increased by efficiently using the light emitted from the discharge lamp. In other words, by appropriately setting the direction of the light emitted from the discharge lamp, emission in a useless direction is prevented. At this time, the shape of the reflecting mirror becomes very important.
反射鏡の形状としては、大きく分けて楕円形状と放物線形状とがある。それぞれ、反射鏡の反射面が楕円曲線または放物線の一部を光軸回りに回転させてできたものである。近年、プロジェクタの光学変調素子として、DMD(デジタルミラーデバイス)が採用されるようになっており、このDMDが採用されているプロジェクタの光源ユニットでは、主に楕円形状の反射鏡が利用される。以下、楕円の曲線を光軸回りに回転させて反射面が形成されている反射鏡を回転楕円鏡ともいう。 The shape of the reflector is roughly divided into an elliptical shape and a parabolic shape. Each of the reflecting surfaces of the reflecting mirror is formed by rotating an elliptic curve or a part of a parabola around the optical axis. In recent years, a DMD (digital mirror device) has been adopted as an optical modulation element of a projector, and an elliptical reflecting mirror is mainly used in a light source unit of a projector employing the DMD. Hereinafter, a reflecting mirror having a reflecting surface formed by rotating an elliptic curve around the optical axis is also referred to as a rotating ellipsoidal mirror.
楕円形状として様々な形状が提案されているが、例えば、ある程度広い照射エリアにおける品位向上を実現するために、楕円曲線の一方の焦点が光源と一致するように設定し、他方の焦点を光軸から離すようにして、前記の楕円曲線を光軸回りに回転させることで、反射面を形成する技術がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示の技術では、光源の光を効率よく照射することで照度比を向上させ高輝度高品位を図っている。しかし、例えば、DMD等の光変調素子に光を集光するという観点では、上記技術を適用できず、別の技術が求められていた。また、放電ランプは、ランプ内部を高圧に保つためにガラス封体が形成され、その内部で放電がなされている。そして、このガラス封体の形状及び厚さ等を起因としてレンズ効果(屈折)が生じ、見かけ上の発光位置(虚像位置)は実際の発光位置に対してずれた位置となってしまう。その結果、反射鏡から出射された光の集光先であるDMD等が設置される位置において、集光エリアが拡大してしまい、集光効率が低下してしまうという課題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the illuminance ratio is improved by efficiently irradiating light from a light source to achieve high brightness and high quality. However, for example, from the viewpoint of condensing light on a light modulation element such as DMD, the above technique cannot be applied, and another technique has been demanded. Further, the discharge lamp is formed with a glass sealing body in order to keep the inside of the lamp at a high pressure, and discharge is performed inside the glass envelope. Then, the lens effect (refraction) occurs due to the shape and thickness of the glass envelope, and the apparent light emission position (virtual image position) is shifted from the actual light emission position. As a result, there is a problem that the condensing area is enlarged at the position where the DMD or the like that collects the light emitted from the reflecting mirror is installed, and the condensing efficiency is lowered.
本発明の目的は、上記課題に鑑み、プロジェクタなどの投影装置において利用される光源ユニットの光を効率よく集光させることのできる技術を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a technique capable of efficiently condensing light from a light source unit used in a projection apparatus such as a projector.
本発明に係る装置は、光源ユニットに関する。この光源ユニットは、放電ランプと、当該放電ランプから出射した光を光軸上の所定の位置に集光する反射鏡とを備える光源ユニットであって、前記反射鏡の反射面は、前記放電ランプが配置される側の第1の焦点を前記光軸からずらして設定し、集光側の第2の焦点を前記光軸上に設定した楕円の曲線を前記光軸回りに回転させた回転傾斜楕円により形成されている。
また、前記楕円の前記第1の焦点は、前記放電ランプの虚像位置に設定されてもよい。
本発明に係る別の装置は、プロジェクタであって、上記の光源ユニットを備えている。
The apparatus according to the present invention relates to a light source unit. This light source unit is a light source unit including a discharge lamp and a reflecting mirror that condenses light emitted from the discharge lamp at a predetermined position on an optical axis, and the reflecting surface of the reflecting mirror is the discharge lamp. The first inclination on the side where the lens is disposed is set to be shifted from the optical axis, and the elliptical curve in which the second focal point on the light collecting side is set on the optical axis is rotated around the optical axis. It is formed by an ellipse.
The first focus of the ellipse may be set at a virtual image position of the discharge lamp.
Another apparatus according to the present invention is a projector and includes the light source unit described above.
本発明によれば、プロジェクタなどの投影装置において利用される光源ユニットの光を効率よく集光させることのできる技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which can condense efficiently the light of the light source unit utilized in projection apparatuses, such as a projector, can be provided.
次に、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “embodiment”) will be specifically described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るプロジェクタ100の構造について、主に光学系に着目して示す図である。プロジェクタ100は、光源ユニット50と、カラーホイール60と、DMD70と、投光光学系80とを備える。光源ユニット50から出射した光は、カラーホイール60を通り光軸L上に配置されたDMD70に集光される。そして、DMD70で光変調されて投光光学系80から外部のスクリーンなどに投影される。なお、光源ユニット50からDMD70の経路上に、光路の長さを調整するレンズ等が配されてもよい。ここで、光軸Lは、放電ランプ10の発光位置とDMD70における集光エリアの中心を結ぶ軸線とする。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of the
光源ユニット50は、放電ランプ10と、反射鏡40とを備えて構成されている。反射鏡40は回転楕円鏡であって、反射面を構成する楕円曲線の第1の焦点F1が発光位置A1近傍になるように放電ランプ10が配置されている。また、DMD70の位置が、前記の楕円曲線の第2の焦点F2となるように配置されている。なお、本実施形態では、詳細は後述するが、反射鏡40を構成する回転楕円鏡は、楕円曲線の一部を光軸の回りに回転させるときに、集光位置(DMD70)が第2の焦点F2となり、一方光源側の第1の焦点F1を光軸Lから虚像位置A2(例えば、図7参照)側にずらすように楕円曲線を傾けている。また、図1では、発光位置A1と第1の焦点F1(虚像位置A2)の距離が非常に短いため一致して表記しているが、実際には図7で後述するように、第1の焦点F1は発光位置A1からずれた虚像位置A2と一致している。そこでまず前提技術として放電ランプ10の特性(配光特性及びレンズ効果)及び一般的な回転楕円鏡の反射鏡について簡単に説明し、つづいて本実施形態において特徴的な反射鏡の形状について説明する。
The
図2は、一般的な放電ランプの配光分布を模式的に示した図である。ここでは、図右側が交流タイプの放電ランプ、図左側が直流タイプの放電ランプの配光分布を示している。交流タイプの放電ランプでは、放電位置が上下対称に変化するため、出射される光も上下対称の形状の配光分布を示す。一方、直流タイプの放電ランプでは、放電位置が上下いずれかの電極であるため、例えば図示のように上側領域の配光分布が広くなる。そして、反射鏡はこの配光分布に示される光を効率よく所望の方向に、より具体的には、DMDなどの光変調素子に集光する必要がある。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a light distribution of a general discharge lamp. Here, the right side of the figure shows the light distribution of the AC type discharge lamp, and the left side of the figure shows the light distribution of the DC type discharge lamp. In the AC type discharge lamp, since the discharge position changes vertically, the emitted light also shows a light distribution with a vertically symmetrical shape. On the other hand, in a direct current type discharge lamp, the discharge position is one of the upper and lower electrodes, so that the light distribution in the upper region becomes wider as shown in the figure, for example. The reflecting mirror needs to efficiently collect the light indicated by this light distribution in a desired direction, more specifically, on a light modulation element such as a DMD.
図3は、一般的な交流タイプの放電ランプ10の構造を模式的に示す断面図である。また、図4は、放電ランプ10の主に発光部20を拡大して示した図である。図3に示すように、放電ランプ10は、中央の発光部20と、発光部20から図示左右両側に延びる側管部12から構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general AC
発光部20及び側管部12は、例えば石英ガラスにより高圧ガスを封入したガラス封体として形成されている。発光部20には、高圧に保たれた内部に水銀及び高圧ガスの希ガスを封入した高圧封入空間26が形成されており、さらに、側管部12から延びてアーク電極21、22が配置されている。そして、側管部12には、リード電極23、24と、リード電極23、24とアーク電極21、22とを電気的に繋ぐモリブデンシート27、28が設けられている。
The
そして、アーク電極21、22の間の発光位置A1から出射する光は、発光部20のガラス封止材の厚さや屈折率等を考慮しない場合は、図3の破線で示すように反射鏡40へ直進する。一方、発光部20のガラス封止材の厚さや屈折率を考慮した現実の光路は、発光部20の凸レンズ構造によって実線で示すように配光方向が狭まるように屈折する。この作用はレンズ効果とも呼ばれ、このレンズ効果により集光効率を向上させることがある。
Then, the light emitted from the light emission position A1 between the
ところで、図4に示すように、発光位置A1から出射した光は、上述のレンズ効果によりバルブ内面32及びバルブ外面31で屈折するため、見かけ上の発光位置(虚像位置A2)は、図示のように発光位置A1より下側にずれる。
By the way, as shown in FIG. 4, the light emitted from the light emission position A1 is refracted by the bulb
図5は、虚像位置A2が生じない(レンズ効果が無い)状態の光の経路を示した図であり、図6はレンズ効果により虚像位置A2が発光位置A1よりずれた状態の光の経路を示した図であり、いずれも従来より用いられている回転楕円鏡の反射鏡140が用いられている。また、便宜的に、二つの光路(W1、W2)で示している。反射鏡140の反射面を形成するための楕円E1では、楕円E1の曲線を回転させるときの回転軸である光軸Lと楕円E1の長軸L1とが一致している。また、発光位置A1と楕円E1の第1の焦点F1とが一致している。また、図5に示すように、レンズ効果が無い場合、二つの光路W1、W2の集光点Cは、第2の焦点F2に一致する。しかし、図6に示すように、レンズ効果によりズレ量Dが発生すると、二つの光路W1、W2の集光点Cは、第2の焦点F2に一致しなくなる。つまり、集光効率が低下したり照度比が悪化したりする。
FIG. 5 is a diagram illustrating a light path in a state where the virtual image position A2 does not occur (no lens effect), and FIG. 6 illustrates a light path in a state where the virtual image position A2 is shifted from the light emission position A1 due to the lens effect. Each of them is a
発光位置A1と虚像位置A2の距離(ズレ量D)は、発光部20(バルブ外面31やバルブ内面32)の形状や厚さ、材料によって変わってくるが、一般に入手可能な放電ランプ10では、二つのアーク電極21、22の間隔が1mm程度であり、発光位置A1と虚像位置A2の距離(ズレ量D)は0.5mm程度となることがある。
The distance (deviation amount D) between the light emission position A1 and the virtual image position A2 varies depending on the shape, thickness, and material of the light emitting section 20 (bulb
近年、放電ランプ10の輝度を上げるために高圧封入空間26の圧力を高めることがあり、その場合封止材厚25(バルブ外面31とバルブ内面32の距離)を大きくする必要がある。その場合屈折量が大きくなるため、ズレ量Dを考慮しないと、集光効率の低下が顕著になり所望の光量が得られないおそれもある。
In recent years, in order to increase the luminance of the
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、反射鏡40の形状に改善を施した。図7は、本実施形態に係る反射鏡40の形状を説明する図である。図示のように、反射鏡40の反射面を形成する楕円E2の曲線を僅かに傾けている。
Therefore, in this embodiment, the shape of the reflecting
より具体的には、反射鏡40として回転楕円鏡を形成するときの楕円E2を、その長軸L1が、発光位置A1とDMD70の中心を結ぶ光軸Lに対して若干傾けて、図示において左下がりに設定する。このとき、楕円E2の第2の焦点F2は光軸L上のDMD70の位置に設定されている。また、楕円E2の第1の焦点F1は放電ランプ10の虚像位置A2に設定されている。このような幾何学的配置をなした状態で、光軸Lを回転軸として、図示の太線で示す楕円E2の一部の曲線(点X〜Y)を回転させて反射鏡40の反射面が形成されている(太い実線及び破線で図示する)。なお、点Xは楕円E2と光軸Lの交点であり、点Yは、反射鏡40の開口端に相当する位置である。このようにして形成された反射鏡40を用いることで、虚像位置A2として第1の焦点F1を示す発光位置A1から出射された光(W1、W2)は、反射鏡40の反射面において楕円E2の第2の焦点F2に収束する。
More specifically, the ellipse E2 when the spheroid mirror is formed as the reflecting
このように、反射鏡40が、楕円曲線を傾けて回転させて形成された反射面を備えた回転斜形楕円鏡とすることで、放電ランプ10の発光位置A1がレンズ効果により虚像位置A2を有してしまう場合でも、集光点CをDMD70(第2の焦点F2)に一致させることができるので、DMD70における集光効率を向上させることができる。詳細は記載していないが、シミュレーションの結果、3〜5%程度の集光効率の改善が確認された。なお、上記の実施形態では、楕円E2の第1の焦点F1を放電ランプ10の虚像位置A2に一致させたがこれに限る趣旨ではない。例えば、第2の焦点F2が、発光位置A1と虚像位置A2の間にあれば、それらを完全に一致させた場合と比較すると若干は劣るものの集光効率の向上は実現できる。
In this way, the reflecting
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each of those components and combinations thereof, and such modifications are also within the scope of the present invention.
10 放電ランプ
12 側管部
20 発光部
25 封止材厚
26 高圧封入空間
31 バルブ外面
32 バルブ内面
40 反射鏡
50 光源ユニット
100 プロジェクタ
F1 第1の焦点
F2 第2の焦点
L 光軸
L1 長軸
A1 発光位置
A2 虚像位置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記反射鏡の反射面は、前記放電ランプが配置される側の第1の焦点を前記光軸からずらして設定し、集光側の第2の焦点を前記光軸上に設定した楕円の曲線を前記光軸回りに回転させた回転傾斜楕円により形成されていることを特徴とする光源ユニット。 A light source unit comprising a discharge lamp and a reflecting mirror for condensing light emitted from the discharge lamp at a predetermined position on the optical axis,
The reflecting surface of the reflecting mirror is an elliptic curve in which the first focal point on the side where the discharge lamp is disposed is set to be shifted from the optical axis, and the second focal point on the light collecting side is set on the optical axis. A light source unit, characterized in that it is formed by a rotationally inclined ellipse that is rotated around the optical axis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008106569A JP2009259564A (en) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Light source unit and projector |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10012938B2 (en) | 2015-11-11 | 2018-07-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Illumination optical system, and spectrophotometric apparatus and image forming apparatus including the same |
CN108302456A (en) * | 2016-09-02 | 2018-07-20 | 株式会社小糸制作所 | Vehicular lamp |
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2008
- 2008-04-16 JP JP2008106569A patent/JP2009259564A/en active Pending
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