JP2821691B2 - プロジェクター用光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、スライドプロジェクターや液晶を用いた投
影プロジェクター等に用いるプロジェクター用光源に係
わり、特に、光源からの光束を効率よくターゲットのス
ライド等に照射することのできるプロジェクター用光源
に関するものである。

「従来の技術」 従来の投影プロジェクターには、例えば第５図に示す
様に、ハロゲンランプ等からなる光源ランプ100と、回
転楕円面や放物面から構成された曲面ミラー200と、ス
ライドフィルムや液晶素子等が該当するターゲット300
と、投影レンズ群400とから構成されているものが存在
していた。この投影プロジェクターは、光源ランプ100
からの光束を曲面ミラー200で集光し、ターゲット300面
に向かって照射させるものである。このターゲット300
を透過した光束は、投影レンズ群400によりスクリーン
等に結像される様になっていた。（第１の方式） 更に集光効率を高めたり、放射光束の発散角に厳密な
特性を要求される場合には、第６図に示す様な照明光源
装置が採用されていた。この照明光源装置は、光源ラン
プ100と、曲面ミラー200と、グラスファイバー束からな
るフライアイレンズ500と、コンデンサーレンズ600とか
ら構成されていた。この照明光源装置は、光源ランプ10
0からの光束を曲面ミラー200で集光し、グラフファイバ
ー束からなるフライアイレンズ500に照射させるもので
ある。そして、ファイバー光路を通過した光束コンデン
サーレンズ600に照射させ、このコンデンサーレンズ600
により平行光束を得ることができる。（第２の方式） 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記従来の第１の方式は、光束の利用率
を30〜50％程度にすることができるが、投影プロジェク
ターの光源としては満足できるものではなかった。なぜ
ならば、光源ランプ100からの放射光量の内、曲面ミラ
ー200に囲まれている部分の光束は有効利用することが
できるが、囲まれていない部分の光束は空間に放射され
てしまい有効に使用することができないからである。こ
の点を詳述すると、第２図に示す様な光源分布（各放射
角毎に放射強度を線の長さで表現したもの）の光源を採
用すると、第３図に示す有効光束の部分は曲面ミラー20
0で反射され、ターゲット300に有効に放射されるが、無
効光束の部分はターゲット300に放射されない。即ち小
型のハロゲンランプを使用すると、投影画像が照度不足
となり、特に、スクリーンに投影する画像の拡大率を大
きくした場合には極めて像が暗くなるという深刻な問題
があった。そして投影画像の照度を上げるためには、大
口径レンズを採用したり、光源ランプの出力を大きくす
る方法が考えられるが、重量が増加するだけでなく極め
てコスト高となる問題点があった。更に大光量の光源ラ
ンプを使用すると、放熱が困難となり、特に、ターゲッ
トが液晶素子の場合には、動作不良を起こす心配があっ
た。

次に光ファイバーを使用した第２の方式は、集光効率
を高めることは可能となるが、安価なミラー部材の他に
ファイバー部材を必要とし、コスト高となる問題点があ
った。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、光源から
の有効光束を反射させてターゲットへ導くための第１曲
面反射部材と、この光源から第１曲面反射部材で反射さ
れた有効光束以外の光束を反射し、前記光源の前方に集
光させるための第２曲面反射部材と、この第２曲面反射
部材による集光位置近傍に配置され、該第２曲面反射部
材からの反射光束ターゲット方向に向かわせるための第
３反射部材とから構成されている。

また本発明の第２曲面反射部材を、回転楕円面を有す
る凹面から構成し、第３反射部材を、球面を有する凸面
から構成することもできる。

そして光源を、前方よりその側方への配光量が多い配
光特性を有している構成にすることもできる。

「発明の実施の形態」 以上の様に構成された本発明は、第１曲面反射部材
が、光源からの有効光束を反射させてターゲットへ導
き、第２曲面反射部材が、光源から第１曲面反射部材で
反射された有効光束以外の光束を反射し、光源の前方に
集光させ、第２曲面反射部材による集光位置近傍に配置
された第３反射部材が、第２曲面反射部材からの反射光
束をターゲット方向に向かわせる様になっている。

また本発明の第２曲面反射部材を、回転楕円面を有す
る凹面とし、第３反射部材を、球面を有する凸面とする
こともできる。

そして光源を、前方よりその側方への配光量が多い配
光特性とすることもできる。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図は
本実施例のプロジェクター用光源装置１の構成を説明す
る図である。本実施例のプロジェクター用光源装置１
は、光源ランプ２と、一対の第１のミラー３と、一対の
第２のミラー４と、第３のミラー５と、ターゲット６
と、投影レンズ群７とから構成されている。光源ランプ
２は光源に該当するもので、ハロゲンランプ等の適宜の
発光手段を採用することができる。第１のミラー３は第
１曲面反射部材に該当するもので、光源ランプ２からの
光束を一回反射させてターゲット６に導くものである。
本実施例における第１のミラー３は、回転楕円板から構
成されている。第２のミラー４は第２曲面反射部材に該
当するもので、光源ランプ２からの光束を、光源ランプ
２の前方に集光させるものである。本実施例における第
２のミラー４は、回転楕円面から構成されている。第３
のミラー５は第３反射部材に該当するもので、第２のミ
ラー４による集光位置近傍に配置され、第２のミラー４
からの反射光束をターゲット６方向に導くものである。
本実施例における第３のミラー５は、球面から構成され
ている。ターゲット６はスライドフィルムや液晶素子等
から構成されており、例えばこのターゲット６に所望の
画像が記録されたポジフィルムを載置すれば、スクリー
ン等に画像を投影することができる。投影レンズ群７
は、ターゲット６を透過した拘束により、スクリーン等
に像を結像させるためのレンズである。

次に本実施例の作用を説明する。まず第１のミラー３
が、光源ランプ２からの光束を反射させ、ターゲット６
に光束を照射させる。なお、光源ランプ２から第１のミ
ラー３に入射される光束は、第３図に示す有効光束であ
る。そして光源ランプ２からの光束のうち、第３図に示
す無効光束に相当する光束は第２のミラー４に入射さ
れ、第２のミラー４で反射された光束は、光源ランプ２
の前方の中心軸上の特定位置に集光される。そして第３
のミラー５が、第２のミラー４で反射された光束を再び
反射してターゲット６に照射する様になっている。

ここで、第２のミラー４及び第３のミラー５の載置位
置は重要なので、詳述することとする。第２のミラー４
は回転楕円面の一部で形成され、光源中心から発せられ
た光を、これと異なる点に集光させている。即ち第２の
ミラー４は、この第１焦点を光源中心に一致させ、この
光源中心から発せられた光を光軸上にある第２焦点に集
光させる様に配置されている。第２のミラー４で反射さ
れた光束の集光位置（第２のミラー４の第２焦点）が、
第３のミラー５の焦点距離（R/2、ここでＲは第３のミ
ラー５である球面の曲率半径）に一致する様に、第３の
ミラー５を配置した場合には、第３のミラー５での反射
光束は平行光線となる。そして、第２のミラー４で反射
された光束の集光位置が、第３のミラー５の焦点位置Ｆ
より光源に近い場合には、発散光となる。従って本実施
例では、第３のミラー５による反射光がターゲット全面
を照射する発散光とするために、第２のミラー４、４に
よる反射光を、第３のミラー５の焦点位置Ｆより若干光
源ランプ２よりの位置に集光させる様に構成している。

なお第２のミラー４及び第３のミラー５は、第１のミ
ラー３による光束光路を妨げない位置に載置する必要が
ある。このために第２のミラー４は、第１のミラー３の
外側に配置し、第３のミラー５は、光源ランプ２の光量
分布が最低となる頂点上に配置している。

以上の様に構成された本実施例は、簡便な構成要素で
あるミラー部材を使用するのみで、光源光量の光束利用
率を60％以上に高めることができる。

また、第１のミラー３、第２のミラー４、第３のミラ
ー５の形状は軸対象回転面とすることが普通であるが、
スライドプロジェクターや液晶投影プロジェクターの様
に3:4或は4:5等の矩形ターゲットを使用する場合には、
反射ミラー系を、そのターゲット形状に合わせて回転非
対称形状にすることもできる。

なお、光源ランプ２の発光分布を第２図の様な軸対称
放射分布とし、前方よりその側方への配光量が多い配光
特性のものにすれば、第１のミラー３及び第２のミラー
４に入射する光束が増加し、光源からの光束の利用率を
高めることができるという効果がある。更に第１のミラ
ー３及び第２のミラー４を球面・非球面形状に、また、
第３のミラー５を双曲面、楕円面等の形状に構成して組
み合わせることにより、むらのない照明条件を実現する
ことができるという効果がある。即ち本実施例では、光
源ランプ２からターゲット６に至る光路には、第１のミ
ラー３を一回反射してターゲット６に至る光路と、第２
のミラー４から第３のミラー５を介してターゲット６に
至る２つの光路が存在し、照明条件の自由度が増加する
という効果ある。従って、それぞれの光路が有する配光
特性を互いに補償する様に組み合わせれば、ターゲット
６上で極めて均一な照明を行うことができるという効果
がある。

また、本実施例の第１のミラー３、第２のミラー４、
第３のミラー５は、球面、回転楕円面、双曲面面、放射
面の一部で形成されたものであってもよく、第３のミラ
ー５は、平面であってもよい。

そして本実施例を、第４図に示す様に角型プロジェク
ションランプ光源光学システム700に適用すれば、従
来、円形に放射されていた光束のうち、無効光速として
利用不可能であった部分光束も利用することができ、極
めて光源の利用効率の高い光源光束システムを提供する
ことができるという卓越した効果がある。

以上の様に構成された本発明は、光源からの有効光束
を反射させてターゲットへ導くための第１曲面反射部材
と、この光源から第１曲面反射部材で反射された有効光
束以外の光束を反射し、前記光源の前方に集光させるた
めの第２曲面反射部材と、この第２曲面反射部材による
集光位置近傍に配位され、該第２曲面反射部材からの反
射光束をターゲット方向に向かわせるための第３反射部
材とから構成されているので、第１曲面反射部材で反射
された有効光束以外の光束を、第２の曲面反射部材で反
射させ、第３反射部材を介してターゲットに向けて照射
させることができる。従って、光源からの光束の利用効
率を大幅に改善することができるという効果がある。

更に本発明の構成要素は、簡便な曲面反射部材のみで
あり、構成を複雑化させずに光束の利用率を高めること
ができるという効果がある。

そして本発明の第２曲面反射部材を、回転楕円面を有
する凹面から構成し、第３反射部材を、双曲線面を有す
る凸面から構成すれば、第２曲面反射部材で反射された
光束の集光位置を、第３反射部材の焦点位置に合致させ
ることができ、この場合には第３反射部材の反射光束を
平行光線にすることができる。更に第２曲面反射部材で
反射された光束の集光位置が、第３反射部材の焦点位置
より光源側の場合には、第３反射部材の反射光束を発散
光にすることができるという卓越した効果がある。

更に本発明の光源を、前方よりその側方への配光量が
多い配光特性のものにすれば、第１曲面反射部材及び第
２曲面反射部材に入射する光束が増加し、光源からの光
束の利用率を高めることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本実施例
のプロジェクター用光源装置の構成を示す図であり、第
２図は光源ランプの放射光分布を示す図、第３図は光源
からの有効・無効光束を示す図、第４図は角型プロジェ
クション光源光学システムを示す図、第５図は従来の技
術（第１の方式）を示す図であり、第６図は従来の技術
（第２の方式）を示す図である。 １……プロジェクター用光源装置 ２……光源ランプ ３……第１のミラー ４……第２のミラー ５……第３のミラー ６……ターゲット ７……投影レンズ群

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの有効光束を反射させてターゲッ
   トへ導くための第１曲面反射部材と、この光源から第１
   曲面反射部材で反射された有効光束以外の光束を反射
   し、前記光源の前方に集光させるための第２の曲面反射
   部材と、この第２曲面反射部材による集光位置近傍に配
   置され、該第２曲面反射部材からの反射光束をターゲッ
   ト方向に向かわせるための第３反射部材とからなること
   を特徴とするプロジェクター用光源装置。
2. 【請求項２】第２曲面反射部材が、回転楕円面を有する
   凹面から構成されており、第３反射部材が、球面を有す
   る凸面から構成されている請求項１記載のプロジェクタ
   ー用光源装置。
3. 【請求項３】光源が、前方よりその側方への配光量が多
   い配光特性を有している請求項１記載のプロジェクター
   用光源装置。