JP2010097702A - 光源装置、及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】補助ミラーを無くすことで小型化を実現しつつ失透の発生を防止した、光源装置、及びプロジェクタを提供する。
【解決手段】内部に一対の電極１１２，１１２が対向配置されてなる発光管１１１を有する放電ランプ１０１と、放電ランプ１０１の光を所定方向に反射させる反射鏡１０２と、を備える光源装置１００である。発光管１１１は、反射鏡１０２と反対の外面に反射膜５０が設けられるとともに、反射膜５０が設けられた側の内面が放電ランプ１００の光を反射鏡１０２側に反射可能な曲率を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、及びプロジェクタに関するものである。

プロジェクタに用いられる光源装置として、発光管から被照明領域側に放射される光をリフレクタ（反射鏡）に反射する補助ミラーを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような光源装置では、発光管から被照明領域側に放射されてしまう光を有効利用することでプロジェクタの輝度を向上させている。

一方、近年プロジェクタは、より一層の小型軽量化が進展しており、内部に収容される光源装置もさらなる小型軽量化が求められている。そこで、発光管全体を反射膜で覆い、反射膜に設けた開口部から光を取り出すことでリフレクタをなくした技術もある（例えば、特許文献２参照）。
特開平０４−５３９２６号公報 特開２００７−２５８０５５号公報

上記特許文献１に記載の技術における補助ミラーの形成材料としては、例えば石英ガラス、透過性アルミナ、サファイア、ルビー等の材料が考えられるが、これらの材料は脆いため、貫通孔を形成するための孔開け工程においてチッピングが発生し、製造歩留まりが低下してしまう。また、上記特許文献２に記載の技術では、発光管の略全体が反射膜で覆われるため、発光管の内部が蓄熱し易くなって、失透を生じることで発光特性が低下し、信頼性が低下してしまう問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、補助ミラーを無くすことで小型化を実現しつつ失透の発生を防止した、光源装置、及びプロジェクタを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、内部に一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する放電ランプと、該放電ランプの光を所定方向に反射させる反射鏡と、を備え、前記発光管は、前記反射鏡と反対の外面に反射膜が設けられるとともに、該反射膜が設けられた側の内面が前記放電ランプの光を前記反射鏡側に反射可能な曲率を有することを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、反射膜が設けられた側の内面が前記放電ランプの光を前記反射鏡側に反射可能な曲率を有しているので、反射鏡に向けて照明光を集光することで高い投射効率を得ることができる。さらに、高い投射効率を得るために、従来のように補助ミラーを用いる必要が無いので、装置構成が単純なものとなり、装置の小型化を図ることができる。また、発光管に反射膜が選択的に設けられるため、発光管の内壁面の温度が上昇することで失透を生じるといった不具合を防止できる。

また、上記光源装置においては、前記発光管の内面に透明保護膜が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、内面に設けられた透明保護膜により発光管の膨張を抑制することができ、発光管の耐久性を向上させることができる。さらに、上記透明保護膜は発光管の内壁面に失透が生じるのを良好に防止することができる。

また、上記光源装置においては、前記発光管の前記反射鏡側における内面の断面形状が楕円状とされるのが好ましい。
従来の発光管の内面は断面が楕円状から構成されている。そこで、このように発光管の内面の一方の断面を楕円状とすることで発光管の製造プロセスを簡略化することができる。

また、上記光源装置においては、前記発光管は異なる内面形状を有する二つの椀状部が連続することで構成され、前記椀状部の連続面を含む面上に前記一対の電極の中心が位置しているのが好ましい。
この構成によれば、一対の電極が発光管内の最適な位置に配置されることとなり、発光管を良好に発光させることができる。よって、優れた発光効率を得ることができる。

本発明のプロジェクタは、上記光源装置を備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクタによれば、上述のように小型且つ優れた投射効率を得る光源装置を備えるので、小型であり高画質が得られるプロジェクタを提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（光源装置）
図１は、本発明の光源装置に係る一実施形態の概略構成を示す断面図である。図２は光源装置の要部構造を示す拡大断面図である。
図１に示されるように、光源装置１００は、放電ランプ１０１と、リフレクタ１０２（反射鏡）とを備えており、不図示のランプハウジング内に収納されている。そして、放電ランプ１０１から放射した光束を、リフレクタ１０２により装置前方（−Ｘ方向）側に射出方向を揃えて収束光として射出するようになっている。

放電ランプ１０１は、石英ガラス（主な組成はＳｉＯ_２である）から構成される発光管１１１と、この発光管１１１内に配置される一対のタングステン電極１１２，１１２とを備えている。発光管１１１は、中央部分が球状に膨出した発光部１１１Ａと、発光部１１１Ａの両側に延在する封止部１１１Ｂとからなり、発光部１１１Ａの内部に略球状の放電空間Ｋが形成されている。そして、この放電空間Ｋ内に、一対のタングステン電極１１２，１１２と封入物が封入されている。また、放電ランプ１０１の外側には不図示のトリガー線が設けられている。

封入物としては、水銀、希ガス、ハロゲン化合物などが挙げられる。希ガスは、発光を促すために用いられるものであり、特に限定されないが、常用されるアルゴン、キセノンなどを用いることができる。さらに、ハロゲン化合物は、塩素、臭素、およびヨウ素のうちのいずれかのハロゲンを用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。

タングステン電極１１２は、電極軸１１２ａ、放熱用コイル１１２ｂ、及び放電端部Ｃ１（Ｃ２）からなる。放熱用コイル１１２ｂは、導通線である芯線を電極軸１１２ａに巻回することによって作製され、放電端部Ｃ１，Ｃ２は、電極軸１１２ａの一端部をレーザーによって熱溶融することによって熱容量の大きい球状もしくはドーム形状としたものである。電極軸１１２ａと該電極軸１１２ａに巻装された放熱用コイル１１２ｂは、溶融一体化されていてもよいし、放熱用コイル１１２ｂの巻き占め力によって固定されていてもよい。このようなタングステン電極１１２，１１２は、放電空間Ｋ内において、放電端部Ｃ１、Ｃ２同士を対向させ且つ互いに所定間隔をおいて配置されている。

発光管１１１の各封止部１１１Ｂの内部には、タングステン電極１１２と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１３が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１３には、さらに電極引出線としてのニッケル製のリード線１１４が接続され、このリード線１１４は、発光管１１１の外部まで延出している。上述した放電ランプ１０１において、封止部１１１Ｂから外側に延出するリード線１１４に電圧を印加すると、図２に示すようにタングステン電極１１２間で放電が生じ、発光部１１１Ａが発光する。

リフレクタ１０２は、放電ランプ１０１の封止部１１１Ｂが挿通される挿入部１２１およびこの挿入部１２１から拡がる楕円曲面状の反射部１２２を備えたガラス製の一体成形品である。挿入部１２１には、中央に挿入孔１２３が形成されており、この挿入孔１２３の中心に発光管の封止部１１１Ｂが配置される。反射部１２２は、楕円曲面状の反射面１２２Ａに金属薄膜を蒸着形成して構成され、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ている。そして、この反射面１２２Ａの焦点位置と一対のタングステン電極１１２の中心位置とが略一致するように構成されていることが好ましい。なお、リフレクタ１０２の形状は、これに限られず、変更が可能である。なお、リフレクタ１０２の反射面１２２Ａは、楕円曲面だけでなく球面で構成することもできる。

上記リフレクタ１０２に放電ランプ１０１を固定する際には、挿入孔１２３内に無機系接着剤を充填し、リフレクタ１０２に放電ランプ１０１の一対の封止部１１１Ｂが水平となるように固定する。

本実施形態の光源装置１００は、発光管１１１の構造に特徴を有している。以下、発光管１１１の構造について説明する。

図２に示されるように、発光管１１１はリフレクタ１０２と反対の外面に反射膜５０が設けられている。この反射膜５０は、例えばアルミニウム等の金属薄膜により構成されている。なお、光反射性を有するものであれば、アルミニウム以外の金属材料１層、或いはこれらを複数積層したものから反射膜５０を形成するようにしてもよい。

また、発光管１１１の内面には透明保護膜５１が形成されている。この透明保護膜５１としては、例えば酸化イットリウムの透明絶縁材料で被覆されている。このような透明保護膜５１が内面に形成されることで発光管１１１の内壁面における失透を生じ難くすることが可能にしている。さらに、透明保護膜５１は発光管１１１の膨張を抑制することができ、発光管１１１の耐久性を向上させている。

また、発光管１１１は、後述するような製造方法によって製造されることで、異なる内面形状を有する二つの椀状部１１１ａ、１１１ｂが連続することで構成されている。具体的に本実施形態に係る発光管１１１は、反射膜５０が設けられた側（椀状部１１１ａ）の内面が放電ランプ１０１の光をリフレクタ１０２側に反射可能な曲率とされている。この場合、椀状部１１１ａの外面に形成される反射膜５０も発光管１１１の光をリフレクタ１０２に反射可能となる。したがって、本実施形態においては、従来、発光管１１１における投射効率を向上させるために用いられた補助ミラー（補助反射鏡）を不要することができる。これにより発光管１１１に対する補助ミラーの位置合わせ工程が無くなり、製造工程を簡略化することができる。

ところで、本実施形態のように、異なる内面形状を組み合わせることで構成される発光管１１１においては、発光管１１１内でのタングステン電極１１２，１１２が配置される位置によって発光効率が変化してしまう。
そこで、本実施形態では、図２に示されるように、発光管１１１における椀状部１１１ａ、１１１ｂの連続面を含む面（図２中、符号Ａで示される面）上に上記一対のタングステン電極１１２，１１２の中心が位置するようにしている。これにより、タングステン電極１１２，１１２が発光管１１１内の最適な位置に配置されることとなり、発光管１１１を良好に発光させることを可能とし、発光管において優れた発光効率が得られるようになっている。

また、発光管１１１の上記リフレクタ１０２側における内面（椀状部１１１ｂ）の断面形状が従来の発光管と同様、楕円状とされている。このように発光管１１１の一方の断面形状を従来と同様の楕円形状とすることで、後述の発光管の製造プロセスを簡略化可能としている。

ここで、このような発光管１１１を製造する方法について説明する。図３は発光管１１１を製造する工程を説明するための図である。
発光管１１１を製造するには、石英ガラスからなるガラス管６０を用意する。そして、このガラス管６０内にＡｒ、Ｎ_２ガスを供給しながら、図３（ａ）に示すようにガラス管６０を長さ方向に圧縮する。このとき、例えばガラス管６０の圧縮時の送り量を両端で異ならせる、或いは一端側を固定した状態でガラス管６０を圧縮する。すると、図３（ｂ）に示されるようにガラス管６０は内部に供給されるＡｒ、Ｎ_２ガスによって膨張する。

具体的には本実施形態では、後の工程で反射膜５０が形成される側の椀状部１１１ａ側の圧縮量を、後の工程でリフレクタ１０２が設けられる側の椀状部１１１ｂ側の圧縮量に対して相対的に大きくするようにした。これにより、図２に示したような異なる内面形状（椀状部１１１ａ，１１１ｂ）を有する発光管１１１のベース部材６１を製造できる。

そして、このベース部材６１に上記反射膜５０及び透明保護膜５１を形成する。さらに、上記タングステン電極１１２、金属箔１１３、リード線１１４を形成した後、ガラス材料等で封止することで上記放電ランプ１０１が製造される。

次に、光源装置１００の動作について説明する。
光源装置１００を駆動させると、放電ランプ１０１のタングステン電極１１２間の放電により発生した光が、放電空間Ｋ内の様々な方向へ放射される。

発光部１１１Ａから射出された光束の一部は、発光管１１１を透過して反射膜５０へ入射し、反射膜５０にて反射されて発光部１１１Ａに再度戻される。この戻り光の一部は、リフレクタ１０２側に向かって進み、リフレクタ１０２へ入射した光は、反射部１２２の反射面１２２Ａで反射して所定の方向に平行光として射出される。なお、発光部１１１Ａから射出された光束の一部は、発光管１１１における椀状部１１１ａの内面で反射され、発光部１１１Ａに再度戻され、リフレクタ１０２に入射し、反射面１２２Ａで反射して所定方向に平行光として射出される。
また、発光部１１１Ａから射出された光束の一部は、発光管１１１を透過してリフレクタ１０２に入射し、反射面１２２Ａで反射して所定方向に平行光として射出される。

このように放電ランプ１０１を点灯すると、発光部１１１Ａから放射された光束は、リフレクタ１０２及び副反射鏡１０３により、略コリメート光として所定の方向へ射出される。

以上のように、本実施形態に係る光源装置１０は、反射膜５０が設けられた側の内面が放電ランプ１０１の光をリフレクタ１０２側に反射可能な曲率を有しているので、リフレクタ１０２に向けて照明光を集光することで高い投射効率を得ることができる。さらに、従来のような補助ミラーが不用とされるので、構成が単純となり、装置の小型化を実現できる。また、発光管１１１に反射膜５０が選択的に設けられるため、発光管１１１の内壁面の温度が上昇することで失透を生じるといった不具合を防止できる。
また、内面に設けられた透明保護膜５１により発光管１１１の膨張を抑制することができ、発光管１１１の耐久性を向上できる。さらに、上記透明保護膜５１によって発光管１１１の内壁面に失透が生じるのを良好に防止できる。

（プロジェクタ）
図４は、本発明に係るプロジェクタ５００の概略構成を示すものである。光源装置１００は、上記実施形態で説明したものと同一であるため重複する説明は省略する。
光源装置１００は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。
インテグレータ５０４は、光源装置１００からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子５０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばＳ偏光光に変換される。Ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒに入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー５０７に入射する。
反射ミラー５０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、Ｒ光を画像信号に応じて変調する光変調装置５１０Ｒに入射する。光変調装置５１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブである。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、光変調装置５１０Ｒに入射するＲ光は、Ｓ偏光光のままの状態である。

光変調装置５１０Ｒは、λ/２位相差板５２３Ｒ、ガラス板５２４Ｒ、第１偏光板５２１Ｒ、液晶パネル５２０Ｒ、及び第２偏光板５２２Ｒを有する。λ/２位相差板５２３Ｒ及び第１偏光板５２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板５２４Ｒに接する状態で配置される。ガラス板５２４Ｒに接することにより、第１偏光板５２１Ｒ及びλ/２位相差板５２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。
なお、図４において、第２偏光板５２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル５２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム５１２の入射面に接する状態で配置しても良い。

光変調装置５１０Ｒに入射したＳ偏光光は、λ/２位相差板５２３ＲによりＰ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換されたＲ光は、ガラス板５２４Ｒ及び第１偏光板５２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル５２０Ｒに入射する。液晶パネル５２０Ｒに入射したＰ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がＳ偏光光に変換される。液晶パネル５２０Ｒの変調により、Ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板５２２Ｒから射出される。このようにして、光変調装置５１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒで反射されたＧ光とＢ光とは、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇで反射されたＧ光は、Ｇ光を画像信号に応じて変調する光変調装置５１０Ｇに入射する。光変調装置５１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブである。光変調装置５１０Ｇは、液晶パネル５２０Ｇ、第１偏光板５２１Ｇ及び第２偏光板５２２Ｇを有する。

光変調装置５１０Ｇに入射するＧ光は、Ｓ偏光光に変換されている。光変調装置５１０Ｇに入射したＳ偏光光は、第１偏光板５２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル５２０Ｇに入射する。液晶パネル５２０Ｇに入射したＳ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がＰ偏光光に変換される。液晶パネル５２０Ｇの変調により、Ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板５２２Ｇから射出される。このようにして、光変調装置５１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ５０８と、２枚の反射ミラー５０７とを経由して、Ｂ光を画像信号に応じて変調する光変調装置５１０Ｂに入射する。光変調装置５１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブである。

なお、Ｂ光にリレーレンズ５０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ５０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま光変調装置５１０Ｂに導くことができる。光変調装置５１０Ｂは、λ/２位相差板５２３Ｂ、ガラス板５２４Ｂ、第１偏光板５２１Ｂ、液晶パネル５２０Ｂ、及び第２偏光板５２２Ｂを有する。なお、光変調装置５１０Ｂの構成は、上述した光変調装置５１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。

光変調装置５１０Ｂに入射するＢ光は、Ｓ偏光光に変換されている。光変調装置５１０Ｂに入射したＳ偏光光は、λ/２位相差板５２３ＢによりＰ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板５２４Ｂ及び第１偏光板５２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル５２０Ｂに入射する。液晶パネル５２０Ｂに入射したＰ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がＳ偏光光に変換される。液晶パネル５２０Ｂの変調により、Ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板５２２Ｂから射出される。光変調装置５１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２に入射する。
このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー５０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇとは、光源装置１００から供給される光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２は、２つのダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜５１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜５１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム５１２は、光変調装置５１０Ｒ、光変調装置５１０Ｇ、及び光変調装置５１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ５１４は、クロスダイクロイックプリズム５１２で合成された光をスクリーン５１６に投写する。これにより、スクリーン５１６上でフルカラー画像を得ることができる。

なお、上述のように、光変調装置５１０Ｒ及び光変調装置５１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム５１２に入射される光は、Ｓ偏光光となるように設定される。また、光変調装置５１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム５１２に入射される光は、Ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム５１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム５１２において各色光用光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂは、通常、Ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をＳ偏光光とし、ダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂを透過するＧ光をＰ偏光光としている。

プロジェクタ５００は、上述した実施形態の光源装置１００を備えている。光源装置１００は小型且つ優れた投射効率を得ることが可能である。そのため、プロジェクタ５００は、小型且つ軽量でありながら、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。なお、光変調装置として、反射型の液晶パネルやＤＭＤを用いることもできる。
また、プロジェクタの構成は３板式の構成に限られず、単板式の構成、又は本発明の主旨を逸脱しない範囲の構成であれば適宜変更が可能である。

光源装置の概略構成を示す断面図である。 光源装置の要部構造を示す拡大断面図である。 発光管を製造する工程を説明するための図である。 プロジェクタの概略構成を示すものである。

符号の説明

５０…反射膜、５１…透明保護膜（保護膜）、１００…光源装置、１０１…放電ランプ、１０２…リフレクタ（反射鏡）、１１１…発光管、１１１ａ、１１１ｂ…椀状部、１１２…タングステン電極（電極）、５００…プロジェクタ

Claims (5)

1. 内部に一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する放電ランプと、該放電ランプの光を所定方向に反射させる反射鏡と、を備え、
   前記発光管は、前記反射鏡と反対の外面に反射膜が設けられるとともに、該反射膜が設けられた側の内面が前記放電ランプの光を前記反射鏡側に反射可能な曲率を有することを特徴とする光源装置。
2. 前記発光管の内面に透明保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発光管の前記反射鏡側における内面の断面形状が楕円状とされることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記発光管は異なる内面形状を有する二つの椀状部が連続することで構成され、前記椀状部の連続面を含む面上に前記一対の電極の中心が位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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