JP3439435B2 - 光源装置、照明装置および投写型表示装置 - Google Patents
光源装置、照明装置および投写型表示装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J61/02—Details
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- H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V7/00—Reflectors for light sources
- F21V7/04—Optical design
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V7/00—Reflectors for light sources
- F21V7/04—Optical design
- F21V7/06—Optical design with parabolic curvature
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクター等の投写型表示装置に用いられる光源装置に関
する。さらには、その光源装置を用いた照明装置および
投写型表示装置に関する。
ェクター等の投写型表示装置に用いられる光源装置に関
する。さらには、その光源装置を用いた照明装置および
投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の光源装置は、高輝度で発光効率
の高いキセノンランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライ
ドランプなどに代表される放電ランプを光源に備え、該
光源から放射される光を反射鏡にて反射して平行光束を
得るように構成されている。図１１は、従来の光源装置
の構成を示す部分断面図である。
の高いキセノンランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライ
ドランプなどに代表される放電ランプを光源に備え、該
光源から放射される光を反射鏡にて反射して平行光束を
得るように構成されている。図１１は、従来の光源装置
の構成を示す部分断面図である。
【０００３】図１１に示す光源装置は、石英等により形
成された肉厚がほぼ一様の管状の透明バルブ１０３内に
放電発光を維持することが可能な充填物および一対の電
極１０２ａ、１０２ｂが封入されてなる放電ランプ１０
０と、該放電ランプ１００の発光部中心１００ａを焦点
とする回転放物面１０１ａを反射面として備えた反射鏡
１０１とからなる。この光源装置では、放電ランプ１０
０の発光部中心１００ａから放射状に発せられた光線は
反射鏡１０１の回転放物面１０１ａで反射される。反射
された光線は、回転放物面１０１ａの軸（光軸ｆ）に対
してほぼ平行に進む。
成された肉厚がほぼ一様の管状の透明バルブ１０３内に
放電発光を維持することが可能な充填物および一対の電
極１０２ａ、１０２ｂが封入されてなる放電ランプ１０
０と、該放電ランプ１００の発光部中心１００ａを焦点
とする回転放物面１０１ａを反射面として備えた反射鏡
１０１とからなる。この光源装置では、放電ランプ１０
０の発光部中心１００ａから放射状に発せられた光線は
反射鏡１０１の回転放物面１０１ａで反射される。反射
された光線は、回転放物面１０１ａの軸（光軸ｆ）に対
してほぼ平行に進む。
【０００４】この光源装置の場合、放電ランプ１００の
発光部中心１００ａから発せられる光線の有効利用範囲
は、反射鏡１０１の回転放物面１０１ａに入射する光線
ａ（光軸ｆとのなす角度がθ１）〜光線ｂ（光軸ｆとの
なす角度がθ２）までである。この有効利用範囲をさら
に大きくとり、光源の有効利用率（発光した全光線に対
する反射鏡より出射する利用可能な光線の割合）の向上
を図ったものが図１２に示す放電ランプである。この放
電ランプは、透明バルブ１０３をレンズ構造にした以外
は、上述の図１１に示したものと同様の構成のものであ
る。透明バルブ１０３は、バルブ中心部における肉厚Ｄ
１が封止端部側の肉厚Ｄ２に比べて厚くなっており、こ
れによりレンズ作用が生じる。図１２には、比較のため
に図１１に示した光線ａ、ｂを実線で示してある。この
構造によれば、透明バルブの放電空間内において光線ａ
〜ｂの範囲外の光線ｄ、ｃについても、透明バルブのレ
ンズ作用により、反射鏡１０１の回転放物面１０１ａに
入射することとなる。よって、図１１に示したものより
光源の有効利用率が向上する。
発光部中心１００ａから発せられる光線の有効利用範囲
は、反射鏡１０１の回転放物面１０１ａに入射する光線
ａ（光軸ｆとのなす角度がθ１）〜光線ｂ（光軸ｆとの
なす角度がθ２）までである。この有効利用範囲をさら
に大きくとり、光源の有効利用率（発光した全光線に対
する反射鏡より出射する利用可能な光線の割合）の向上
を図ったものが図１２に示す放電ランプである。この放
電ランプは、透明バルブ１０３をレンズ構造にした以外
は、上述の図１１に示したものと同様の構成のものであ
る。透明バルブ１０３は、バルブ中心部における肉厚Ｄ
１が封止端部側の肉厚Ｄ２に比べて厚くなっており、こ
れによりレンズ作用が生じる。図１２には、比較のため
に図１１に示した光線ａ、ｂを実線で示してある。この
構造によれば、透明バルブの放電空間内において光線ａ
〜ｂの範囲外の光線ｄ、ｃについても、透明バルブのレ
ンズ作用により、反射鏡１０１の回転放物面１０１ａに
入射することとなる。よって、図１１に示したものより
光源の有効利用率が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図１２に示したように透明バルブにレンズ作用を持たせ
た場合、発光光線が透明バルブにて屈折するため、反射
鏡１０１の回転放物面１０１ａの焦点が発光部中心１０
０ａからずれてしまい、平行光束を得られなくなる。図
１３に、その様子を模式的に示す。領域Ｉ、ＩＩは、発
光部中心１００ａから発せられ、透明バルブ１０３を屈
折することなく透過した光線ｉが回転方物面１０１ａに
入射する部分を境界として分割された領域であって、境
界から反射鏡の開放端側が領域ＩＩ、その反対の頂部側
が領域Ｉとされている。光線ｉは回転放物面１０１ａに
て反射されて光軸ｆに対して平行に出射されるが、領域
Ｉで反射された光線ｈ、ｇおよび領域ＩＩで反射された
光線ｋ、ｊは、光軸ｆと平行にはならない。領域Ｉで反
射された光線（ｈ、ｇ）は光軸ｆに対してある角度で広
がり、領域ＩＩで反射された光線（ｋ、ｊ）は光軸ｆに
対してある角度で交わるように進む。
図１２に示したように透明バルブにレンズ作用を持たせ
た場合、発光光線が透明バルブにて屈折するため、反射
鏡１０１の回転放物面１０１ａの焦点が発光部中心１０
０ａからずれてしまい、平行光束を得られなくなる。図
１３に、その様子を模式的に示す。領域Ｉ、ＩＩは、発
光部中心１００ａから発せられ、透明バルブ１０３を屈
折することなく透過した光線ｉが回転方物面１０１ａに
入射する部分を境界として分割された領域であって、境
界から反射鏡の開放端側が領域ＩＩ、その反対の頂部側
が領域Ｉとされている。光線ｉは回転放物面１０１ａに
て反射されて光軸ｆに対して平行に出射されるが、領域
Ｉで反射された光線ｈ、ｇおよび領域ＩＩで反射された
光線ｋ、ｊは、光軸ｆと平行にはならない。領域Ｉで反
射された光線（ｈ、ｇ）は光軸ｆに対してある角度で広
がり、領域ＩＩで反射された光線（ｋ、ｊ）は光軸ｆに
対してある角度で交わるように進む。
【０００６】このように、従来は、透明バルブをレンズ
構造として光源の有効利用率を向上させる場合に、反射
鏡で反射された光線の光軸ｆに対する平行度が悪くなる
という問題があった。
構造として光源の有効利用率を向上させる場合に、反射
鏡で反射された光線の光軸ｆに対する平行度が悪くなる
という問題があった。
【０００７】なお、特開2000-138005号公報には、作製
時の形状制御が容易な透明バルブの外壁を平行光束が得
られるような形状に形成するものが提案されているが、
この場合は、集光作用をもたらすレンズの外側の面の形
状を変化させることとなるため、そのような形状変化に
よる平行度の補正には限界がある。
時の形状制御が容易な透明バルブの外壁を平行光束が得
られるような形状に形成するものが提案されているが、
この場合は、集光作用をもたらすレンズの外側の面の形
状を変化させることとなるため、そのような形状変化に
よる平行度の補正には限界がある。
【０００８】本発明は、上記問題を解決し、出射光線の
平行度の高い光源装置を提供することにある。
平行度の高い光源装置を提供することにある。
【０００９】本発明のさらなる目的は、その光源装置を
用いた、高輝度で、平行度の高い照明装置および高輝度
で、画質の良い投写型表示装を提供することにある。
用いた、高輝度で、平行度の高い照明装置および高輝度
で、画質の良い投写型表示装を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光源装置は、両端が封止された管状の透明
バルブの中心部近傍で放電発光が生じる放電ランプと、
前記透明バルブの発光部中心を焦点とする回転放物面に
近似した曲面を反射面として有する反射鏡とを有し、前
記透明バルブは、バルブ中心部の肉厚が両封止端部側の
肉厚に比べて厚くなったレンズ構造を持ち、前記反射鏡
の反射面は、前記透明バルブを屈折することなく透過し
た光線が該反射面に入射する部分を境界にして、該反射
鏡の開放端側が第１の曲面、反対の頂部側が第２の曲面
とされ、少なくとも前記第２の曲面が、前記境界から離
れるにしたがって発光光線の入射角が小さくなるように
形成されているとともに、該入射角の変化が前記回転放
物面のそれより大きくなるように形成されていることを
特徴とする。
め、本発明の光源装置は、両端が封止された管状の透明
バルブの中心部近傍で放電発光が生じる放電ランプと、
前記透明バルブの発光部中心を焦点とする回転放物面に
近似した曲面を反射面として有する反射鏡とを有し、前
記透明バルブは、バルブ中心部の肉厚が両封止端部側の
肉厚に比べて厚くなったレンズ構造を持ち、前記反射鏡
の反射面は、前記透明バルブを屈折することなく透過し
た光線が該反射面に入射する部分を境界にして、該反射
鏡の開放端側が第１の曲面、反対の頂部側が第２の曲面
とされ、少なくとも前記第２の曲面が、前記境界から離
れるにしたがって発光光線の入射角が小さくなるように
形成されているとともに、該入射角の変化が前記回転放
物面のそれより大きくなるように形成されていることを
特徴とする。
【００１１】上記の場合、前記反射鏡の反射面の第１の
曲面が、前記境界から離れるにしたがって発光光線の入
射角が大きくなるように形成されているとともに、該入
射角の変化が前記回転放物面のそれより大きくなるよう
に形成されてもよい。
曲面が、前記境界から離れるにしたがって発光光線の入
射角が大きくなるように形成されているとともに、該入
射角の変化が前記回転放物面のそれより大きくなるよう
に形成されてもよい。
【００１２】本発明の照明装置は、上述の光源装置と、
前記光源装置から出射された光線を集光して一様な照明
光を得る集光光学系とを有することを特徴とする。
前記光源装置から出射された光線を集光して一様な照明
光を得る集光光学系とを有することを特徴とする。
【００１３】本発明の投写型表示装置は、上述の光源装
置と、前記光源装置から出射された光を部分的に透過し
て投写画像を形成する投写画像形成手段とを有すること
を特徴とする。
置と、前記光源装置から出射された光を部分的に透過し
て投写画像を形成する投写画像形成手段とを有すること
を特徴とする。
【００１４】上記のとおりの本発明においては、以下の
ような作用を奏する。
ような作用を奏する。
【００１５】透明バルブを屈折して透過した発光光線
の、透明バルブの発光部中心を焦点とする回転放物面へ
の入射角度は、透明バルブを屈折せずに透過した場合の
発光光線の入射角度と比較して、反射鏡の頂部側では大
きくなり、開放端側では小さくなる。このように、従来
は、屈折による入射角度のずれが生じて、平行度が悪く
なっていた。
の、透明バルブの発光部中心を焦点とする回転放物面へ
の入射角度は、透明バルブを屈折せずに透過した場合の
発光光線の入射角度と比較して、反射鏡の頂部側では大
きくなり、開放端側では小さくなる。このように、従来
は、屈折による入射角度のずれが生じて、平行度が悪く
なっていた。
【００１６】上述の本発明においては、反射面の頂部側
の第２の曲面は、境界から離れるにしたがって発光光線
の入射角が小さくなるように形成されているとともに、
該入射角の変化が回転放物面のそれより大きくなるよう
に形成されているので、上記屈折による入射角度のずれ
が補正され、透明バルブを屈折して透過した発光光線に
ついても、その反射光線が光軸（回転放物面の軸）に対
して平行なものとなる。
の第２の曲面は、境界から離れるにしたがって発光光線
の入射角が小さくなるように形成されているとともに、
該入射角の変化が回転放物面のそれより大きくなるよう
に形成されているので、上記屈折による入射角度のずれ
が補正され、透明バルブを屈折して透過した発光光線に
ついても、その反射光線が光軸（回転放物面の軸）に対
して平行なものとなる。
【００１７】また、反射面の開放端側の第１の曲面は、
境界から離れるにしたがって発光光線の入射角が大きく
なるように形成されているとともに、該入射角の変化が
回転放物面のそれより大きくなるように形成されている
ので、第２の曲面の場合と同様、上記屈折による入射角
度のずれが補正され、透明バルブを屈折して透過した発
光光線についても、その反射光線が光軸（回転放物面の
軸）に対して平行なものとなる。
境界から離れるにしたがって発光光線の入射角が大きく
なるように形成されているとともに、該入射角の変化が
回転放物面のそれより大きくなるように形成されている
ので、第２の曲面の場合と同様、上記屈折による入射角
度のずれが補正され、透明バルブを屈折して透過した発
光光線についても、その反射光線が光軸（回転放物面の
軸）に対して平行なものとなる。
【００１８】このように、本発明においては、透明バル
ブをレンズ構造として光源の有効利用率を向上させる場
合に、従来のように反射鏡で反射された光線の光軸に対
する平行度が悪くなるといった問題は生じない。
ブをレンズ構造として光源の有効利用率を向上させる場
合に、従来のように反射鏡で反射された光線の光軸に対
する平行度が悪くなるといった問題は生じない。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００２０】図１は、本発明の一実施形態である光源装
置の構成を示す部分断面図である。本形態の光源装置
は、石英等により形成された管状の透明バルブ２内に所
定の気体および一対の電極３ａ、３ｂが封入されてなる
放電ランプ１と、該放電ランプ１の発光部中心１ａから
発せられた光線を反射する反射鏡４とからなる。
置の構成を示す部分断面図である。本形態の光源装置
は、石英等により形成された管状の透明バルブ２内に所
定の気体および一対の電極３ａ、３ｂが封入されてなる
放電ランプ１と、該放電ランプ１の発光部中心１ａから
発せられた光線を反射する反射鏡４とからなる。
【００２１】透明バルブ２は、その外壁および内壁が球
状または楕円球状の曲面になっており、バルブ中心部に
おける肉厚Ｄ１が封止端部側の肉厚Ｄ２に比べて厚くな
ったレンズ構造になっている。これにより、発光部中心
１ａから発せられた光線が透明バルブ２のレンズ部で屈
折して反射鏡４の反射面に効率良く入射するようになっ
ている。発光光線は、透明バルブ２を透過した後の光線
の放射角度がθ１〜θ２の範囲であれば、反射鏡４で反
射されて、利用可能な平行光束として出射される。
状または楕円球状の曲面になっており、バルブ中心部に
おける肉厚Ｄ１が封止端部側の肉厚Ｄ２に比べて厚くな
ったレンズ構造になっている。これにより、発光部中心
１ａから発せられた光線が透明バルブ２のレンズ部で屈
折して反射鏡４の反射面に効率良く入射するようになっ
ている。発光光線は、透明バルブ２を透過した後の光線
の放射角度がθ１〜θ２の範囲であれば、反射鏡４で反
射されて、利用可能な平行光束として出射される。
【００２２】反射鏡４は、領域Ｉ、ＩＩにおいてそれぞ
れ異なる曲面４ａ、４ｂを反射面としている。領域Ｉ、
ＩＩは、発光部中心１ａから発せられ、透明バルブ２を
屈折することなく透過した光線ｉが反射鏡４の反射面に
入射する点を境界にして分割された領域であって、反射
鏡の開放端側が領域ＩＩ、その反対側の頂部側が領域Ｉ
である。領域Ｉ側の曲面４ａは、境界（領域Ｉ、ＩＩの
境界）から離れるにしたがって、すなわち頂部側ほど発
光光線の入射角が小さくなるように形成されているとと
もに、該入射角の変化が放電ランプ１の発光部中心１ａ
を焦点とする回転放物面１０１ａのそれより大きくなる
ように形成されている。他方、領域ＩＩ側の曲面４ｂ
は、境界（領域Ｉ、ＩＩの境界）から離れるにしたがっ
て、すなわち開放端側ほど発光光線の入射角が大きくな
るように形成されているとともに、該入射角の変化が回
転放物面１０１ａのそれより大きくなるように形成され
ている。ここで、発光光線の入射角とは、反射面に入射
する発光光線（入射光線）が入射点に立てた法線に対し
てなす角度である。
れ異なる曲面４ａ、４ｂを反射面としている。領域Ｉ、
ＩＩは、発光部中心１ａから発せられ、透明バルブ２を
屈折することなく透過した光線ｉが反射鏡４の反射面に
入射する点を境界にして分割された領域であって、反射
鏡の開放端側が領域ＩＩ、その反対側の頂部側が領域Ｉ
である。領域Ｉ側の曲面４ａは、境界（領域Ｉ、ＩＩの
境界）から離れるにしたがって、すなわち頂部側ほど発
光光線の入射角が小さくなるように形成されているとと
もに、該入射角の変化が放電ランプ１の発光部中心１ａ
を焦点とする回転放物面１０１ａのそれより大きくなる
ように形成されている。他方、領域ＩＩ側の曲面４ｂ
は、境界（領域Ｉ、ＩＩの境界）から離れるにしたがっ
て、すなわち開放端側ほど発光光線の入射角が大きくな
るように形成されているとともに、該入射角の変化が回
転放物面１０１ａのそれより大きくなるように形成され
ている。ここで、発光光線の入射角とは、反射面に入射
する発光光線（入射光線）が入射点に立てた法線に対し
てなす角度である。
【００２３】以下、本光源装置の反射鏡４における発光
光線の入射角と回転放物面１０１ａにおける発光光線の
入射角との関係について具体的に説明する。
光線の入射角と回転放物面１０１ａにおける発光光線の
入射角との関係について具体的に説明する。
【００２４】図２に、反射鏡４の曲面４ａ、４ｂにおけ
る発光光線の入射角の変化を示し、図３に、回転放物面
１０１ａにおける発光光線の入射角の変化を示す。図２
および３において、各図に示された光線ｇ〜ｋはそれぞ
れ対応する。
る発光光線の入射角の変化を示し、図３に、回転放物面
１０１ａにおける発光光線の入射角の変化を示す。図２
および３において、各図に示された光線ｇ〜ｋはそれぞ
れ対応する。
【００２５】図２に示すように、本光源装置の反射鏡４
の領域Ｉ側の曲面４ａにおける発光光線の入射角は、頂
部５側ほど小さく（θ１＜θ２＜θ３）、領域ＩＩ側の
曲面４ｂにおける発光光線の入射角は、開放端６側ほど
大きい（θ３＜θ４＜θ５）。同様に、図３に示す回転
放物面１０１ａにおいても、領域Ｉ側の曲面では、発光
光線の入射角は頂部１０５側ほど小さく（θ１’＜θ
２’＜θ３’）、領域ＩＩ側の曲面では、発光光線の入
射角は開放端１０６側ほど大きい（θ３’＜θ４’＜θ
５’）。ここで、本光源装置の反射鏡４と回転放物面１
０１ａとにおける各光線ｇ〜ｋの発光光線の入射角の関
係は、θ１＜θ１’、θ２＜θ２’、θ３＝θ３’、θ
４＞θ４’、θ５＞θ５’となっている。この関係か
ら、本光源装置の反射鏡４の領域Ｉ側の曲面４ａにおけ
る発光光線の入射角の変化の大きさ（θ３−θ１）は、
回転放物面１０１ａの領域Ｉ側の曲面における発光光線
の入射角の変化の大きさ（θ３’−θ１’）より大き
く、領域ＩＩ側の曲面４ｂにおける発光光線の入射角の
変化の大きさ（θ５−θ３）は、回転放物面１０１ａの
領域Ｉ側の曲面における発光光線の入射角の変化の大き
さ（θ５’−θ３’）より大きいことが分かる。
の領域Ｉ側の曲面４ａにおける発光光線の入射角は、頂
部５側ほど小さく（θ１＜θ２＜θ３）、領域ＩＩ側の
曲面４ｂにおける発光光線の入射角は、開放端６側ほど
大きい（θ３＜θ４＜θ５）。同様に、図３に示す回転
放物面１０１ａにおいても、領域Ｉ側の曲面では、発光
光線の入射角は頂部１０５側ほど小さく（θ１’＜θ
２’＜θ３’）、領域ＩＩ側の曲面では、発光光線の入
射角は開放端１０６側ほど大きい（θ３’＜θ４’＜θ
５’）。ここで、本光源装置の反射鏡４と回転放物面１
０１ａとにおける各光線ｇ〜ｋの発光光線の入射角の関
係は、θ１＜θ１’、θ２＜θ２’、θ３＝θ３’、θ
４＞θ４’、θ５＞θ５’となっている。この関係か
ら、本光源装置の反射鏡４の領域Ｉ側の曲面４ａにおけ
る発光光線の入射角の変化の大きさ（θ３−θ１）は、
回転放物面１０１ａの領域Ｉ側の曲面における発光光線
の入射角の変化の大きさ（θ３’−θ１’）より大き
く、領域ＩＩ側の曲面４ｂにおける発光光線の入射角の
変化の大きさ（θ５−θ３）は、回転放物面１０１ａの
領域Ｉ側の曲面における発光光線の入射角の変化の大き
さ（θ５’−θ３’）より大きいことが分かる。
【００２６】上記のように構成された本形態の光源装置
では、放電ランプ１の発光部中心１ａから放射状に発せ
られた光線ｇ〜ｋは反射鏡４の曲面４ａ、４ｂにて反射
され、それぞれ反射鏡４の光軸ｆに対してほぼ平行に出
射される。よって、本形態の光源装置によれば、前述の
図１１に示したものより有効利用効率が高く、前述の図
１２に示したものより出射光線の光軸ｆに対する平行度
が高い光源装置を実現することができる。
では、放電ランプ１の発光部中心１ａから放射状に発せ
られた光線ｇ〜ｋは反射鏡４の曲面４ａ、４ｂにて反射
され、それぞれ反射鏡４の光軸ｆに対してほぼ平行に出
射される。よって、本形態の光源装置によれば、前述の
図１１に示したものより有効利用効率が高く、前述の図
１２に示したものより出射光線の光軸ｆに対する平行度
が高い光源装置を実現することができる。
【００２７】なお、発光部中心１ａから放射状に発せら
れ、反射鏡４にて反射された発光光線の光軸ｆに対する
角度は３度以内とすることが望ましい。この角度範囲で
あれば、後述する液晶プロジェクターなどに用いた場合
に、光源装置から出射した平行光束が液晶パネルから外
れることはない。
れ、反射鏡４にて反射された発光光線の光軸ｆに対する
角度は３度以内とすることが望ましい。この角度範囲で
あれば、後述する液晶プロジェクターなどに用いた場合
に、光源装置から出射した平行光束が液晶パネルから外
れることはない。
【００２８】また、図１に示した光源装置では、領域
Ｉ、ＩＩにおいてそれぞれ異なる曲面４ａ、４ｂを有し
ているが、例えば投写型表示装置に用いる場合は、光学
系により領域Ｉおける反射光線が主に投写に寄与する構
成とされるため、領域Ｉのみを曲面４ａにより反射面を
構成し、領域ＩＩについては発光部中心１ａを焦点とす
る回転放物面により反射面を構成してもよい。
Ｉ、ＩＩにおいてそれぞれ異なる曲面４ａ、４ｂを有し
ているが、例えば投写型表示装置に用いる場合は、光学
系により領域Ｉおける反射光線が主に投写に寄与する構
成とされるため、領域Ｉのみを曲面４ａにより反射面を
構成し、領域ＩＩについては発光部中心１ａを焦点とす
る回転放物面により反射面を構成してもよい。
【００２９】次に、反射鏡４の曲面４ａの具体的な条件
について説明する。以下の説明は、透明バルブ２の材質
を石英とし、外壁を球状、内壁を楕円球状とした場合の
条件である。
について説明する。以下の説明は、透明バルブ２の材質
を石英とし、外壁を球状、内壁を楕円球状とした場合の
条件である。
【００３０】図４に示すように、発光部中心１ａを原点
として、反射鏡４の光軸（発光部中心１ａを焦点とする
回転放物面の回転軸）を横軸ｙ、これに垂直な軸を縦軸
ｘとした２次元平面を考えた場合、発光部中心１ａを焦
点とする回転放物面の放物線は、 ｙ＝（１／４Ｆ）ｘ2−Ｆ （１） で表わされ、領域Ｉの曲面４ａに対応する補正曲線ｆ
（ｘ）は、 ｆ（ｘ）＝（１／４Ｆ）ｘ2−Ｆ＋α（ｘ−２Ｆ）2 （２） で表わされる。ここで、Ｆは放物線のＦ値（すなわち、
発光部中心１ａを焦点とする回転放物面を反射面とした
場合の口径比の逆数で、ここでは６〜９である。）で、
αは補正曲線の補正値である。式（２）において、「α
（ｘ−２Ｆ）2」の項が補正項である。
として、反射鏡４の光軸（発光部中心１ａを焦点とする
回転放物面の回転軸）を横軸ｙ、これに垂直な軸を縦軸
ｘとした２次元平面を考えた場合、発光部中心１ａを焦
点とする回転放物面の放物線は、 ｙ＝（１／４Ｆ）ｘ2−Ｆ （１） で表わされ、領域Ｉの曲面４ａに対応する補正曲線ｆ
（ｘ）は、 ｆ（ｘ）＝（１／４Ｆ）ｘ2−Ｆ＋α（ｘ−２Ｆ）2 （２） で表わされる。ここで、Ｆは放物線のＦ値（すなわち、
発光部中心１ａを焦点とする回転放物面を反射面とした
場合の口径比の逆数で、ここでは６〜９である。）で、
αは補正曲線の補正値である。式（２）において、「α
（ｘ−２Ｆ）2」の項が補正項である。
【００３１】次に、出射光線が光軸に平行になるための
補正値αの最適値を求める。透明バルブ２の外径（球
状）ｒo、内径（楕円球状）の短径ｒi1、長径ｒi2の各
パラメータを変化させることにより補正値αの最適化を
行う。まず、外径ｒoを固定とし、バルブ内壁の長短径
比（ｒi2／ｒi1）をパラメータとして平行度の高くなる
補正値αを求める。図５は、バルブ内壁の長短径比（ｒ
i2／ｒi1）と補正値αの関係を示す図で、バルブ肉厚比
（ｒi1／ｒo）を０．３５〜０．７０の範囲で変化させ
たときの各値が示されている。この図５から分かるよう
に、補正値αは、２以内であればバルブ内壁の長短径比
（ｒi2／ｒi1）に対して線形であるが、バルブ肉厚比
（ｒi1／ｒo）によっても変化することから、以下の式
で与えられる。
補正値αの最適値を求める。透明バルブ２の外径（球
状）ｒo、内径（楕円球状）の短径ｒi1、長径ｒi2の各
パラメータを変化させることにより補正値αの最適化を
行う。まず、外径ｒoを固定とし、バルブ内壁の長短径
比（ｒi2／ｒi1）をパラメータとして平行度の高くなる
補正値αを求める。図５は、バルブ内壁の長短径比（ｒ
i2／ｒi1）と補正値αの関係を示す図で、バルブ肉厚比
（ｒi1／ｒo）を０．３５〜０．７０の範囲で変化させ
たときの各値が示されている。この図５から分かるよう
に、補正値αは、２以内であればバルブ内壁の長短径比
（ｒi2／ｒi1）に対して線形であるが、バルブ肉厚比
（ｒi1／ｒo）によっても変化することから、以下の式
で与えられる。
【００３２】
α＝β×（ｒi2／ｒi1−１） （３）
ここで、βは補正値αを決定するための線形係数であ
る。
る。
【００３３】図６は、バルブ肉厚比（ｒi1／ｒo）と補
正値αを決定するための線形係数βの関係を示す図で、
放物線のＦ値を６〜９の範囲で変化させたときの各値が
示されている。この図６から分かるように、補正値αを
決定するための線形係数βは、バルブ肉厚比（ｒi1／ｒ
o）に対して線形であるが、Ｆ値によっても変化するこ
とから、以下の式で与えられる。
正値αを決定するための線形係数βの関係を示す図で、
放物線のＦ値を６〜９の範囲で変化させたときの各値が
示されている。この図６から分かるように、補正値αを
決定するための線形係数βは、バルブ肉厚比（ｒi1／ｒ
o）に対して線形であるが、Ｆ値によっても変化するこ
とから、以下の式で与えられる。
【００３４】
β＝γ×（ｒi1／ｒo） （４）
ここで、γは線形係数βを決定するための線形係数であ
る。
る。
【００３５】図７は、放物線のＦ値と補正値βを決定す
るための線形係数γとの関係を示す図である。この図７
から分かるように、線形係数γは放物線のＦ値に対して
２次曲線で近似できることから、以下の式で与えられ
る。
るための線形係数γとの関係を示す図である。この図７
から分かるように、線形係数γは放物線のＦ値に対して
２次曲線で近似できることから、以下の式で与えられ
る。
【００３６】
γ＝−０．０００４Ｆ2＋０．００８２Ｆ−０．０４６６ （５）
上述した式（３）〜（５）より、
α＝γ×（ｒi1／ｒo）×（（ｒi2／ｒi1−１）） （６）
を得る。ただし、
γ＝−０．０００４Ｆ2＋０．００８２Ｆ−０．０４６
６ である。
６ である。
【００３７】以上、バルブの形状、放物線のＦ値から平
行光線を得るための反射鏡４の曲面４ａの反射面に関す
る補正曲線の補正値αは上記式（６）により求まる。な
お、この式（６）は、以下の式（７）〜（１０）の条件
を満たす場合に成立するものである。
行光線を得るための反射鏡４の曲面４ａの反射面に関す
る補正曲線の補正値αは上記式（６）により求まる。な
お、この式（６）は、以下の式（７）〜（１０）の条件
を満たす場合に成立するものである。
【００３８】
０．３５＜（ｒi1／ｒo）＜０．７ （７）
１＜（ｒi2／ｒi1）＜２ （８）
６＜Ｆ＜９ （９）
ｎ（透明バルブの屈折率）＝１．４６ （１０）
以上説明した実施形態は、透明バルブに石英を用いたも
のであったが、本発明はこれに限定されるものではな
い。適用可能な透明バルブの材料の一覧を図８に示す。
図８に示すように、透明バルブの材料には透過性アルミ
ナなどを用いることができる。
のであったが、本発明はこれに限定されるものではな
い。適用可能な透明バルブの材料の一覧を図８に示す。
図８に示すように、透明バルブの材料には透過性アルミ
ナなどを用いることができる。
【００３９】（照明装置）上述した本発明の光源装置を
用いることで、高輝度で、一様な照明光が得られる照明
装置を実現することができる。ここでは、その照明装置
の構成について説明する。
用いることで、高輝度で、一様な照明光が得られる照明
装置を実現することができる。ここでは、その照明装置
の構成について説明する。
【００４０】本照明装置の主な構成は、図１に示した光
源装置と、該光源装置から出射された光線を集光して一
様な照明光を得る集光光学系とからなる。集光光学系と
しては、集光レンズの他、レンズアレイの組み合わせな
ど、種々のレンズを用いることができる。図９に、照明
装置の一構成例を示す。
源装置と、該光源装置から出射された光線を集光して一
様な照明光を得る集光光学系とからなる。集光光学系と
しては、集光レンズの他、レンズアレイの組み合わせな
ど、種々のレンズを用いることができる。図９に、照明
装置の一構成例を示す。
【００４１】この照明装置は、上述の図１に示した光源
装置と、一対のレンズアレイ１１、１２、補正レンズ１
３からなる集光光学系とから構成されている。レンズア
レイ１１、１２は、それぞれ平板に複数のレンズが二次
元配列されたものであって、平坦面が互いに向き合うよ
うに対向配置されている。二次元配列されたレンズは、
各レンズアレイ１１、１２間で一対一で対応する。
装置と、一対のレンズアレイ１１、１２、補正レンズ１
３からなる集光光学系とから構成されている。レンズア
レイ１１、１２は、それぞれ平板に複数のレンズが二次
元配列されたものであって、平坦面が互いに向き合うよ
うに対向配置されている。二次元配列されたレンズは、
各レンズアレイ１１、１２間で一対一で対応する。
【００４２】光源装置１０では、放電ランプ１から発せ
された光線は反射鏡４にて反射されて光軸に平行に出射
される。この光源装置１０から出射された光束はレンズ
アレイ１１、１２にて複数の部分光束に分割され、それ
ぞれ部分光束が補助レンズ１３にて所定の平面上に重な
るように集光される。部分光束の重ね合せにより、より
高輝度で、一様な照明光を得られる。
された光線は反射鏡４にて反射されて光軸に平行に出射
される。この光源装置１０から出射された光束はレンズ
アレイ１１、１２にて複数の部分光束に分割され、それ
ぞれ部分光束が補助レンズ１３にて所定の平面上に重な
るように集光される。部分光束の重ね合せにより、より
高輝度で、一様な照明光を得られる。
【００４３】（投写型表示装置）上述した本発明の光源
装置を用いることで、高輝度の投写型表示装置を実現す
ることができる。ここでは、その投写型表示装置の構成
について説明する。
装置を用いることで、高輝度の投写型表示装置を実現す
ることができる。ここでは、その投写型表示装置の構成
について説明する。
【００４４】本照明装置の主な構成は、図１に示した光
源装置と、該光源装置から出射された光を部分的に透過
して投写画像を生成する投写画像形成部とからなる。光
源装置の部分には上述の照明装置の構成を適用すること
ができる。投写画像生成部は、光源装置から出射された
光を部分的に透過する周知の液晶パネルやライトバルブ
と、該透過画像を拡大投写する投写光学系などで構成さ
れる。本投写型表示装置の一例として、図１０に、３板
式液晶プロジェクターの構成例を示す。
源装置と、該光源装置から出射された光を部分的に透過
して投写画像を生成する投写画像形成部とからなる。光
源装置の部分には上述の照明装置の構成を適用すること
ができる。投写画像生成部は、光源装置から出射された
光を部分的に透過する周知の液晶パネルやライトバルブ
と、該透過画像を拡大投写する投写光学系などで構成さ
れる。本投写型表示装置の一例として、図１０に、３板
式液晶プロジェクターの構成例を示す。
【００４５】この３板式液晶プロジェクターは、光源装
置２０、ミラー（全反射）２１ａ〜２１ｃ、ダイクロイ
ックミラー２２ａ〜２２ｄ、液晶パネル２３ａ〜２３
ｃ、投写レンズ２４から構成されている。光源装置２０
は、前述の図１に示した光源装置と同様の構成のもので
ある。ダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ
は、それぞれ赤、青、緑の光を反射するものである。液
晶パネル２３ａ〜２３ｃは不図示の制御回路によって駆
動制御される。
置２０、ミラー（全反射）２１ａ〜２１ｃ、ダイクロイ
ックミラー２２ａ〜２２ｄ、液晶パネル２３ａ〜２３
ｃ、投写レンズ２４から構成されている。光源装置２０
は、前述の図１に示した光源装置と同様の構成のもので
ある。ダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ
は、それぞれ赤、青、緑の光を反射するものである。液
晶パネル２３ａ〜２３ｃは不図示の制御回路によって駆
動制御される。
【００４６】この３板式液晶プロジェクターでは、ダイ
クロイックミラー２２ａにて反射されたＲ光が液晶パネ
ル２３ａを透過することにより生成される画像光（Ｒ）
と、ダイクロイックミラー２２ｂにて反射されたＢ光が
液晶パネル２３ｂを透過することにより生成される画像
光（Ｂ）と、ダイクロイックミラー２２ｂを透過したＧ
光が液晶パネル２３ａを透過することにより生成される
画像光（Ｇ）とがダイクロイックミラー２２ｃ、２２ｄ
にて光合成され、この光合成画像が投写レンズ２４によ
り所定のスクリーン上へ拡大投写されることで、投写画
像が形成される。
クロイックミラー２２ａにて反射されたＲ光が液晶パネ
ル２３ａを透過することにより生成される画像光（Ｒ）
と、ダイクロイックミラー２２ｂにて反射されたＢ光が
液晶パネル２３ｂを透過することにより生成される画像
光（Ｂ）と、ダイクロイックミラー２２ｂを透過したＧ
光が液晶パネル２３ａを透過することにより生成される
画像光（Ｇ）とがダイクロイックミラー２２ｃ、２２ｄ
にて光合成され、この光合成画像が投写レンズ２４によ
り所定のスクリーン上へ拡大投写されることで、投写画
像が形成される。
【００４７】上記３板式液晶プロジェクターの他、図１
に示した光源装置は周知の単板式液晶プロジェクターの
光源に用いることもできる。
に示した光源装置は周知の単板式液晶プロジェクターの
光源に用いることもできる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透明バルブをレンズ構造としたことにより、光源の有効
利用率が向上するとともに、反射鏡で反射された光線は
光軸に対してほとんど平行になる。よって、高輝度で、
従来のものより平行度に優れた光源装置を提供すること
ができる。
透明バルブをレンズ構造としたことにより、光源の有効
利用率が向上するとともに、反射鏡で反射された光線は
光軸に対してほとんど平行になる。よって、高輝度で、
従来のものより平行度に優れた光源装置を提供すること
ができる。
【００４９】また、本発明の照明装置によれば、上記効
果を有する光源装置を用いてるので、高輝度で、平行度
の良い照明装置を提供することができる。
果を有する光源装置を用いてるので、高輝度で、平行度
の良い照明装置を提供することができる。
【００５０】さらに、本発明の投写形画像形成装置によ
れば、上記効果を有する光源装置を用いたことにより、
従来、平行度が悪いために生じていた画質の低下がなく
なるので、高輝度で、高画質の投写形画像形成装置を提
供することができる。
れば、上記効果を有する光源装置を用いたことにより、
従来、平行度が悪いために生じていた画質の低下がなく
なるので、高輝度で、高画質の投写形画像形成装置を提
供することができる。
【図１】本発明の一実施形態である光源装置の構成を示
す部分断面図である。
す部分断面図である。
【図２】図１に示す光源装置の反射鏡における発光光線
の入射角の変化を示す模式図である。
の入射角の変化を示す模式図である。
【図３】回転放物面における発光光線の入射角の変化を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図４】図１に示す光源装置の反射鏡の曲面の具体的な
条件を説明するための模式図である。
条件を説明するための模式図である。
【図５】図１に示す光源装置のバルブ内壁の長短径比
（ｒi2／ｒi1）と補正値αの関係を示す図である。
（ｒi2／ｒi1）と補正値αの関係を示す図である。
【図６】図１に示す光源装置のバルブ肉厚比（ｒi1／ｒ
o）と補正値αを決定するための線形係数βの関係を示
す図である。
o）と補正値αを決定するための線形係数βの関係を示
す図である。
【図７】図１に示す光源装置における、放物線のＦ値と
補正値βを決定するための線形係数γとの関係を示す図
である。
補正値βを決定するための線形係数γとの関係を示す図
である。
【図８】本発明に光源装置に適用可能な透明バルブの材
料の一覧を示す図である。
料の一覧を示す図である。
【図９】図１に示す光源装置が用いられた照明装置の一
例を示す構成図である。
例を示す構成図である。
【図１０】図１に示す光源装置が用いられた３板式液晶
プロジェクターの一例を示す構成図である。
プロジェクターの一例を示す構成図である。
【図１１】従来の光源装置の構成を示す部分断面図であ
る。
る。
【図１２】光源の有効利用率の向上を図った放電ランプ
の一例を示す部分断面図である。
の一例を示す部分断面図である。
【図１３】図１２に示す透明バルブを用いた光源装置の
発光光線の光線追跡例を示す模式図である。
発光光線の光線追跡例を示す模式図である。
１ 放電ランプ
１ａ 発光部中心
２ 透明バルブ
３ａ、３ｂ 電極
４ 反射鏡
４ａ、４ｂ 曲面
５ 頂部
６ 開放端
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ
５２０ Ｆ２１Ｙ 101:00
1/13357 Ｆ２１Ｍ 1/00 Ｔ
Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０
// Ｆ２１Ｙ 101:00
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G03B 21/00 - 21/30
F21M 1/00
G02F 1/1335
Claims (8)
- 【請求項１】 両端が封止された管状の透明バルブの中
心部近傍で放電発光が生じる放電ランプと、 前記透明バルブの発光部中心を焦点とする回転放物面に
近似した曲面を反射面として有する反射鏡とを有し、 前記透明バルブは、バルブ中心部の肉厚が両封止端部側
の肉厚に比べて厚くなったレンズ構造を持ち、 前記反射鏡の反射面は、前記透明バルブを屈折すること
なく透過した光線が該反射面に入射する部分を境界にし
て、該反射鏡の開放端側が第１の曲面、反対の頂部側が
第２の曲面とされ、少なくとも前記第２の曲面は、該曲
面に入射する前記透明バルブの発光部中心から発せられ
た発光光線の入射角が前記頂部側ほど小さくなるように
形成されているとともに、該入射角の変化が前記回転放
物面のそれより大きくなるように形成されていることを
特徴とする光源装置。 - 【請求項２】 前記反射鏡の反射面の第２の曲面は、該
曲面で反射された前記発光光線が前記回転放物面の軸に
対して平行となるように構成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の光源装置。 - 【請求項３】 前記反射鏡の反射面の第１の曲面は、該
曲面に入射する前記透明バルブの発光部中心から発せら
れた発光光線の入射角が前記開放端側ほど大きくなるよ
うに形成されているとともに、該入射角の変化が前記回
転放物面のそれより大きくなるように形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 【請求項４】 前記反射鏡の反射面の第１および第２の
曲面は、それぞれの曲面で反射された前記発光光線が前
記回転放物面の軸に対して平行となるように構成されて
いることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。 - 【請求項５】 前記透明バルブの外壁および内壁の形状
が、球状または楕円球状である請求項１から４のいずれ
か１項に記載の光源装置。 - 【請求項６】 前記透明バルブは石英よりなり、球状の
外壁と楕円球状の内壁とからレンズ構造が形成されてお
り、 前記透明バルブの発光部中心を原点として、前記回転放
物面の軸を横軸ｙ、これに垂直な軸を縦軸ｘとした２次
元平面を仮定した場合に、前記回転放物面の放物線が、 ｙ＝（１／４Ｆ）ｘ2−Ｆ で与えられ、前記回転放物面を反射面とした場合の口径
比の逆数をＦとしたきに、前記第２の曲面に対応する補
正曲線ｆ（ｘ）が、 ｆ（ｘ）＝（１／４Ｆ）ｘ2−Ｆ＋α（ｘ−２Ｆ）2 で与えられ、前記透明バルブの外径をｒo、内径の短径
をｒi1、長径をｒi2としたとき、 ０．３５＜（ｒi1／ｒo）＜０．７ １＜（ｒi2／ｒi1）＜２ ６＜Ｆ＜９ の条件を満たす範囲で、前記補正曲線の補正値であるα
の最適値が、 α＝γ×（ｒi1／ｒo）×（（ｒi2／ｒi1−１）） で与えられることを特徴とする請求項５に記載の光源装
置。 - 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項に記載の
光源装置と、 前記光源装置から出射された光線を集光して一様な照明
光を得る集光光学系とを有することを特徴とする照明装
置。 - 【請求項８】 請求項１から６のいずれか１項に記載の
光源装置と、 前記光源装置から出射された光を部分的に透過して投写
画像を形成する投写画像形成手段とを有することを特徴
とする投写型表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000242999A JP3439435B2 (ja) | 2000-08-10 | 2000-08-10 | 光源装置、照明装置および投写型表示装置 |
| EP01119137A EP1180719B1 (en) | 2000-08-10 | 2001-08-08 | Light source device |
| DE60127621T DE60127621T8 (de) | 2000-08-10 | 2001-08-08 | Beleuchtungseinrichtung |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000242999A JP3439435B2 (ja) | 2000-08-10 | 2000-08-10 | 光源装置、照明装置および投写型表示装置 |
Publications (2)
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|---|---|---|---|
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