JP2011022374A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】より明るい光を射出可能であるとともに、冷却構造の簡素化、装置のコンパクト化、および騒音の抑制に寄与することのできる照明装置を提供すること。
【解決手段】本発明の照明装置２は、照明光軸Ｌを挟んで配置されて光を射出する第１発光管１１ａおよび第２発光管１１ｂと、第１発光管と第２発光管との間に配置されて、第１発光管の周囲のうちの一部を覆い、第１発光管から射出した光を反射させる第１副反射部１４ａと、第１発光管から射出した光と、第１副反射部で反射した光とを反射させる第１主反射部１２ａと、第１発光管と第２発光管との間に配置されて、第２発光管の周囲のうちの一部を覆い、第２発光管から射出した光を反射させる第２副反射部１４ｂと、第２発光管から射出した光と、第２副反射部で反射した光とを反射させる第２主反射部１２ｂと、を有し、第１副反射部と第２副反射部との間に隙間が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクター、特にリフレクターを有する照明装置の技術に関する。

プロジェクターの光源として使用されるランプ、例えば超高圧水銀ランプ等の放電ランプには、発光管から射出した光を反射させるリフレクター（反射鏡）が用いられている。また、より明るい画像を得るために、このようなランプを複数備えて構成した照明装置が提案されている。例えば、複数のランプから射出された光をミラーで反射させて、１つのロッドインテグレータに入射させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２０５３７号公報

プロジェクターに用いられるランプは、供給された電気エネルギーの多くが熱となり高温となることから、冷却風などによってランプを冷却する冷却装置が必要となる。上記従来の技術によれば、複数のランプそれぞれに対して冷却装置を設ける必要があり、照明装置の大型化や、製造コストの増大を招くという問題が生じる。また、それぞれの冷却装置から駆動音が発生すれば、騒音が大きくなってしまうという問題も生じる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、より明るい光を射出可能であるとともに、冷却構造の簡素化、装置のコンパクト化、および騒音の抑制に寄与することのできる照明装置、およびその照明装置を有するプロジェクターを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の照明装置は、照明光軸を挟んで配置されて光を射出する第１発光管および第２発光管と、第１発光管と第２発光管との間に配置されて、第１発光管の周囲のうちの一部を覆い、第１発光管から射出した光を反射させる第１副反射部と、第１発光管から射出した光と、第１副反射部で反射した光とを反射させる第１主反射部と、第１発光管と第２発光管との間に配置されて、第２発光管の周囲のうちの一部を覆い、第２発光管から射出した光を反射させる第２副反射部と、第２発光管から射出した光と、第２副反射部で反射した光とを反射させる第２主反射部と、を有し、第１副反射部と第２副反射部との間に流体の通過可能な隙間が設けられている。

第１発光管と第２発光管の２つの発光管を備えることで、照明装置の高輝度化を図ることができる。また、２つの発光管が照明光軸を挟んで配置され、その間に流体の通過可能な隙間が設けられているので、流体として例えば空気を隙間に通過させることで、２つの副反射部を同時に冷却することができる。副反射部を冷却することで、対流や輻射によって、２つの発光管を同時に冷却することができる。また、副反射部の間に隙間を設けるという簡単な構成とすることができるので、冷却構造の簡素化および装置のコンパクト化を図ることができる。また、副反射部の間の隙間に流体を通過させればよいので、流体を通過させるのに必要となる装置、例えば送風ファンの数を減らすことができ、騒音の抑制を図ることもできる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１発光管と第２発光管とは、照明光軸に対して略対称となるように配置されていることが望ましい。第１発光管と第２発光管とが照明光軸に対して略対称に配置されているので、強度分布の対称性に優れた照明光を得ることができる。

また、本発明のプロジェクターは、上記照明装置と、第１副反射部と第２副反射部との隙間に流体を通過させる流体駆動部と、照明装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有する。上記照明装置を用いることで、冷却構造の簡素化、プロジェクターのコンパクト化、騒音の抑制を図ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１発光管および第２発光管はそれぞれ、光を射出する発光部と、照明光軸に平行に発光部から一方に延びる第１封止部と、発光部から他方に延びる第２封止部とを備え、流体駆動部は、照明光軸に垂直な方向に流体を通過させることが望ましい。照明光軸に垂直に流体を通過させるので、照明光軸と平行に延びる第１封止部と第２封止部に邪魔されずに、発光部にも空気を吹き付けやすくなる。したがって、発光管をより一層効果的に冷却することができる。

本発明の実施例１に係る照明装置を備えるプロジェクターの概略構成を示す図。 図１に示す照明装置の外観斜視図。 図１に示す照明装置の平面断面図。 送風ファンが下方に配置された状態の照明装置の正面断面図。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る照明装置を備えるプロジェクターの概略構成を示す図である。プロジェクター１は、不図示のスクリーンへ光を投写し、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクターである。プロジェクター１は、照明装置２、送風ファン（流体駆動部）６、光学エンジン８を有して大略構成される。なお、本願の実施例の説明において、照明装置２から光学エンジン８に向かう軸をＺ軸とする。Ｚ軸と直交し互いに垂直に交わる軸をＸ軸及びＹ軸とする。また、Ｚ軸の矢印方向側を前側とし、その逆方向側を後側という。また、Ｙ軸の矢印方向側を上側または上方といい、その逆方向側を下側または下方という。

図２は、照明装置２の概略構成を示す外観斜視図である。図３は、照明装置２の平面断面図である。照明装置２は、第１光源部９、第２光源部１０を有して構成される。照明装置２は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む光を射出する。

第１光源部９および第２光源部１０は、それぞれが発光管１１、主反射鏡１２、副反射鏡１４を備える。発光管１１は、例えば、超高圧水銀ランプである。発光管１１の内部は、例えば石英部材を用いて封止されている。発光部１５は、発光管１１のうち第１封止部１６及び第２封止部１７に挟まれた球状部分であって、光を射出する。発光部１５の内部には、一対の電極が配置される放電空間が形成されている。第１封止部１６は、発光管１１のうち、発光部１５に対して前側に設けられた円筒形状の部分である。第２封止部１７は、発光管１１のうち、発光部１５に対して後側に設けられた円筒形状の部分である。第１封止部１６および第２封止部１７は、照明光軸Ｌと平行に延びている。なお、第１光源部９が備える発光管１１を第１発光管１１ａといい、第２光源部１０が備える発光管１１を第２発光管１１ｂという。

第１光源部と第２光源部は、照明装置２の照明光軸Ｌを挟んで対称となるように左右に並べて配置される。第１発光管１１ａと第２発光管１１ｂも、照明光軸Ｌを挟んで対称となるように配置されている。なお、照明光軸Ｌとは、照明装置２全体としての光軸のことである。これにより、強度分布の対称性に優れた照明光を得ることができる。なお、光源部９，１０、発光管１１ａ，１１ｂを非対称に配置してもよい。

主反射鏡１２は、発光部１５から射出した光を反射させ、前側へ進行させる。主反射鏡１２は、中心軸ＡＸを中心として楕円を回転させることにより得られる回転楕円面を、中心軸ＡＸを含む平面で切断することにより得られる曲面と略同じ形状をなしている。なお、第１光源部９が備える主反射鏡１２を第１主反射鏡（第１主反射部）１２ａといい、第２光源部１０が備える主反射鏡１２を第２主反射鏡（第２主反射部）１２ｂという。

第１主反射鏡１２ａは、第１発光管１１ａの光軸Ｌ１と中心軸ＡＸが一致するように配置される。また、第２主反射鏡１２ｂは、第２発光管１１ｂの光軸Ｌ２と中心軸ＡＸが一致するように配置される。なお、発光管の光軸とは、発光管が備える電極間の略中心を通る軸であり、発光管の強度分布における略対象軸である。このように、向かい合わせて配置される第１主反射鏡１２ａと第２主反射鏡１２ｂとが、所定の平面で切断された形状をなすので、切断されていない反射鏡を用いる場合に比べて、照明装置２のコンパクト化を図ることができ、プロジェクター１のコンパクト化にも寄与することができる。

主反射鏡１２は、所望の形状に成形された基材の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより構成されている。高反射性部材は、可視領域の波長の光について高い反射率である部材を用いる。

なお、主反射鏡１２は、回転楕円面を切断することにより得られる曲面と略同じ形状に限られない。例えば、放物線などの所定の曲線を回転させることにより得られる回転曲面を切断することにより得られる曲面と略同じ形状や、自由曲面形状などとしても良い。また、回転楕円面等の回転面を切断する平面の位置は、中心軸ＡＸを含む位置でもよいし、中心軸ＡＸよりも下側となる位置であってもよい。

副反射鏡１４は、発光部１５から射出した光を発光部１５へ向けて反射させる。副反射鏡１４は、第１発光管１１ａと第２発光管１１ｂとの間に配置される。副反射鏡１４は、発光部１５の周囲のうち、発光部１５に対して主反射鏡１２が設けられた側とは反対側の部分を覆う。副反射鏡１４と発光部１５との間には、隙間が設けられている。副反射鏡１４の基材には、例えば石英部材が用いられる。副反射鏡１４は、所望の形状に成形された基材の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより構成されている。高反射性部材は、可視領域の波長の光について高い反射率である部材を用いる。主反射鏡１２と副反射鏡１４とを設けることにより、発光部１５からの光を利用する光学系へ、発光部１５から射出した光を効率良く進行させることが可能となる。

なお、第１発光管１１ａの一部を覆う副反射鏡１４を第１副反射鏡（第１副反射部）１４ａといい、第２発光管１１ｂの一部を覆う副反射鏡１４を第２副反射鏡（第２副反射部）１４ｂという。第１副反射鏡１４ａと第２副反射鏡１４ｂは、両者の間に流体の通過可能な隙間を設けて配置される。

第１副反射鏡１４ａは、第１発光管１１ａの発光部１５から射出した光を、その発光部１５へ向けて反射させる。第１副反射鏡１４ａで反射された光は、発光部１５を通過して第１主反射鏡１２ａに入射し、前側に向けて反射される。これにより、発光部１５から射出した光を光学エンジン８に向けて効率良く進行させることが可能となる。

第２副反射鏡１４ｂは、第２発光管１１ｂの発光部１５から射出した光を、その発光部１５へ向けて反射させる。第２副反射鏡１４ｂで反射された光は、発光部１５を通過して第２主反射鏡１２ｂに入射し、前側に向けて反射される。これにより、発光部１５から射出した光を光学エンジン８に向けて効率良く進行させることが可能となる。

各副反射鏡１４ａ，１４ｂは、所望の形状に形成された基材の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより構成されている。高反射性部材は、可視領域の波長の光について高い反射率である部材を用いる。ここで、照明装置２は、第１発光管１１ａと第２発光管１１ｂの２つの発光管を備えることで、高輝度化を図ることができる。

送風ファン６は、照明装置２の後側に配置されて、第１副反射鏡１４ａと第２副反射鏡１４ｂとの間に設けられた隙間に、流体としての空気を送り込む。送風ファン６から送り込まれた空気は、隙間を通過する際に両副反射鏡１４ａ，１４ｂを冷却する。副反射鏡１４ａ，１４ｂが冷却されることで、対流、輻射により発光管１１を間接的に冷却することができる。これにより、発光管１１の適切な温度管理を行うことができる。

第１副反射鏡１４ａと第２副反射鏡１４ｂとの間に設けられた隙間に空気を通過させるだけで、２つの発光管１１ａ，１１ｂを同時に冷却することができるので、必要となる送風ファンの数を減らすことができ（本実施例では１つ）、騒音の抑制を図ることができる。また、冷却構造の簡素化を図ることができるので、照明装置２のコンパクト化を図ることができる。また、部品点数の削減によるコスト抑制も図ることができる。

次に光学エンジン８について説明する。凹レンズ７８は、照明装置２から射出した光を平行化させる。第１インテグレーターレンズ６１及び第２インテグレーターレンズ６２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ６１は、凹レンズ７８からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ６１の各レンズ素子は、凹レンズ７８からの光束を第２インテグレーターレンズ６２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ６２のレンズ素子は、第１インテグレーターレンズ６１のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。

２つのインテグレーターレンズ６１、６２を経た光は、偏光変換素子６３にて特定の振動方向の直線偏光に変換される。重畳レンズ６４は、第１インテグレーターレンズ６１の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第１インテグレーターレンズ６１、第２インテグレーターレンズ６２及び重畳レンズ６４は、照明装置２からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。重畳レンズ６４からの光は、第１ダイクロイックミラー６５に入射する。第１ダイクロイックミラー６５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー６５へ入射したＲ光は、第１ダイクロイックミラー６５、反射ミラー６６でそれぞれ光路が折り曲げられ、Ｒ光用フィールドレンズ６７Ｒへ入射する。Ｒ光用フィールドレンズ６７Ｒは、反射ミラー６６からのＲ光を平行化し、Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒへ入射させる。

Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、２つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒ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６９へ入射する。

第１ダイクロイックミラー６５を透過したＧ光及びＢ光は、第２ダイクロイックミラー７０へ入射する。第２ダイクロイックミラー７０は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー７０へ入射したＧ光は、第２ダイクロイックミラー７０で光路が折り曲げられ、Ｇ光用フィールドレンズ６７Ｇへ入射する。Ｇ光用フィールドレンズ６７Ｇは、第２ダイクロイックミラー７０からのＧ光を平行化し、Ｇ光用空間光変調装置６８Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置６８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置６８Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム６９のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

第２ダイクロイックミラー７０を透過したＢ光は、リレーレンズ７１を透過した後、反射ミラー７２での反射により光路が折り曲げられる。反射ミラー７２からのＢ光は、さらにリレーレンズ７３を透過した後、反射ミラー７４での反射により光路が折り曲げられ、Ｂ光用フィールドレンズ６７Ｂへ入射する。Ｒ光の光路及びＧ光の光路よりもＢ光の光路が長いことから、空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、Ｂ光の光路には、リレーレンズ７１、７３を用いるリレー光学系が採用されている。

Ｂ光用フィールドレンズ６７Ｂは、反射ミラー７４からのＢ光を平行化し、Ｂ光用空間光変調装置６８Ｂへ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置６８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置６８Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム６９のうちＲ光が入射する面、Ｇ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム６９は、互いに略直交する２つのダイクロイック膜７５、７６を有する。第１ダイクロイック膜７５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜７６は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム６９は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ７７の方向へ射出する。投写レンズ７７は、クロスダイクロイックプリズム６９で合成された光をスクリーンの方向へ投写する。

プロジェクター１は、上記の照明装置２を用いることで、発光管１１の十分な冷却を可能とし、発光管１１の劣化を低減できる。これにより、高い信頼性のプロジェクター１を得られるという効果を奏する。

プロジェクター１は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。プロジェクター１は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクター１は、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクター１は、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクター１は、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクターであっても良い。プロジェクター１は、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクターであっても良い。

また、本実施例１では、送風ファン６を照明装置２の後側に配置したが、これに限られない。例えば、送風ファン６を照明装置の上方または下方に配置して、両副反射鏡１４ａ，１４ｂの間に空気を送り込むようにして、照明光軸Ｌに垂直な方向に空気を通過させてもよい。図４に、照明装置２の下方に送風ファン６を配置した状態の正面断面図を示す。この場合、発光管１１の第１封止部１６や第２封止部１７に邪魔されずに、隙間の手前で両主反射鏡１２ａ，１２ｂの内側に空気が取り込まれやすくなり、主反射鏡１２ａ，１２ｂの内側を通過する空気が多く発生する。主反射鏡１２ａ，１２ｂの内側を通過する空気により、発光管１１を直接的に冷却することができる。また、上述したように、送風ファン６から送り込まれた空気により、副反射鏡１４ａ，１４ｂを冷却することで発光管１１ａ，１１ｂを間接的に冷却することもできる。したがって、送風ファン６から送り込まれた空気により直接的な冷却と間接的な冷却を行って、発光管１１ａ，１１ｂをより一層効果的に冷却することができる。

また、本実施例１では、光源部９と光源部１０とを左右に並べて配置したが、これに限られず、上下に並べて配置してももちろん構わない。

以上のように、本発明に係る照明装置は、プロジェクターに用いる場合に適している。

Ｌ 照明光軸、Ｌ１，Ｌ２ 発光管の光軸、１ プロジェクター、２ 照明装置、６ 送風ファン（流体駆動部）、８ 光学エンジン、９ 第１光源部、１０ 第２光源部、１１ 発光管、１１ａ 第１発光管、１１ｂ 第２発光管、１２ 主反射鏡、１２ａ 第１主反射鏡（第１主反射部）、１２ｂ 第２主反射鏡（第２主反射部）、１４ 副反射鏡、１４ａ 第１副反射鏡（第１副反射部）、１４ｂ 第２副反射鏡（第２副反射部）、１５ 発光部、１６ 第１封止部、１７ 第２封止部、６１ 第１インテグレーターレンズ、６２ 第２インテグレーターレンズ、６３ 偏光変換素子、６４ 重畳レンズ、６５ 第１ダイクロイックミラー、６６ 反射ミラー、６７Ｒ Ｒ光用フィールドレンズ、６７Ｇ Ｇ光用フィールドレンズ、６７Ｂ Ｂ光用フィールドレンズ、６８Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、６８Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、６８Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、６９ クロスダイクロイックプリズム、７０ 第２ダイクロイックミラー、７１ リレーレンズ、７２ 反射ミラー、７３ リレーレンズ、７４ 反射ミラー、７５ 第１ダイクロイック膜、７６ 第２ダイクロイック膜、７７ 投写レンズ、７８ 凹レンズ

Claims (4)

1. 照明光軸を挟んで配置されて光を射出する第１発光管および第２発光管と、
   前記第１発光管と前記第２発光管との間に配置されて、前記第１発光管の周囲のうちの一部を覆い、前記第１発光管から射出した光を反射させる第１副反射部と、
   前記第１発光管から射出した光と、前記第１副反射部で反射した光とを反射させる第１主反射部と、
   前記第１発光管と前記第２発光管との間に配置されて、前記第２発光管の周囲のうちの一部を覆い、前記第２発光管から射出した光を反射させる第２副反射部と、
   前記第２発光管から射出した光と、前記第２副反射部で反射した光とを反射させる第２主反射部と、を有し、
   前記第１副反射部と前記第２副反射部との間に流体の通過可能な隙間が設けられていることを特徴とする照明装置。
2. 前記第１発光管と前記第２発光管とは、前記照明光軸に対して略対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 請求項１または２に記載の照明装置と、
   前記第１副反射部と前記第２副反射部との隙間に流体を通過させる流体駆動部と、
   前記照明装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクター。
4. 前記第１発光管および前記第２発光管はそれぞれ、光を射出する発光部と、前記照明光軸に平行に前記発光部から一方に延びる第１封止部と、前記発光部から他方に延びる第２封止部とを備え、
   前記流体駆動部は、前記照明光軸に垂直な方向に流体を通過させることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。

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