JP3448223B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
等の照明光学系に用いられる光源装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ等の表示装置では、一
般に表示画面の隅々まで鮮明な映像を投影するため、照
明むらが非常に少ない光源装置が必要とされる。このよ
うな光源装置を実現する技術の一つとして、図５に示す
様なロッドインテグレータを用いた光源装置が従来から
知られている。

【０００３】図５に示す光源装置は、光源となるランプ
１０、楕円リフレクタ２０、柱状のガラス材料からなる
ロッドインテグレータ３０から構成されており、リフレ
クタ２０の第一焦点にランプ１０、第二焦点にロッド３
０の入射面４０を配置している。そして、以下に述べる
ような原理に基づいて、均一な照明光を得ることができ
る。

【０００４】ランプ１０が放射する光線は、リフレクタ
２０によってロッドインテグレータ３０の入射面４０に
集められる。入射面４０ではランプ１０の像が形成さ
れ、この時点では照度分布は不均一である。しかしなが
ら、ロッド３０に入射した光束は、ロッド側面５０で全
反射を繰り返しながら、その回数に応じて照度分布と角
度強度分布が重畳され、出射面６０に到達する。このた
め、入射面４０で存在した光源像は出射面６０に達する
までに姿を消し、均一な照明光を得ることができる。

【０００５】ところで、一般に光源装置において、照明
むらを少なくするほかにも、光出力の高輝度化を図るこ
とは重要な課題の一つである。これを解決する最も単純
な方法としては、光学系に図５と同じものを使いなが
ら、ランプのワット数を上げるという方法が考えられ
る。しかし、この種の方法では、ランプの寿命を縮めて
しまう可能性が高い。このため、ランプのワット数を変
えずに２個のランプを使用する方式として、図６に示す
様に、部分導入部を設けたロッドインテグレータが、特
開平５−７２６２８号公報に開示されている。

【０００６】図６の光学系では、２つのランプ１１ａと
１１ｂとリフレクタ２１ａ、２１ｂ、ロッドインテグレ
ータ３１、部分導入部４２から構成されており、部分導
入部４２は、ロッド３１の入射面４１の半分をプリズム
ないしミラー製の部分導入部４２で覆ったものである。

【０００７】このような構成によれば、片方のリフレク
タ２１ａからの光は、通常通り直接入射面４１に集光さ
れ、もう一方のリフレクタ２１ｂからの光は、部分導入
部４２を介して入射面４１に導かれる。このため、ロッ
ドインテグレータ３１にランプ２個分の光束が入射し、
出射面６１における光出力を倍増させることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ラ
ンプ２個に対応したロッドインテグレータでは、ロッド
入射部に部分導入部を設けたことによって、次のような
弊害が生じる。

【０００９】例えば、部分導入部が頂角４５度のガラス
製プリズムである場合、通常のガラスでは部分導入部へ
の光線の入射角が約６度を超えた時点で、プリズム斜面
において全反射がおきなくなる。

【００１０】通常、楕円リフレクタでは部分導入部への
光線の入射角が±２０〜±３０度の範囲となる場合が多
いので、ほとんどの応用例において、光束の一部はプリ
ズム斜面で全反射せずに光量のロスが発生する。

【００１１】これを避けるためには、部分導入部にアル
ミ蒸着などを施したミラーなどを設ければよいが、部分
導入部近傍にはランプの全エネルギーが集められるの
で、蒸着膜が自己吸収によって極めて高温になる。この
ため、蒸着膜が剥離したり、プリズムに割れが生じたり
する恐れがあり、信頼性に問題がある。

【００１２】また、部分導入部は、その突起した形状か
ら、ロッド本体と一体で作成すると、表面の研磨が困難
であり、２つの部品を個別に研磨した後、両者を接着し
なければならない。このとき、通常の接着剤では、前記
アルミ蒸着の場合と同様、耐熱性に問題があり、信頼性
を確保することが難しい。

【００１３】そこで本発明では、このような問題を鑑
み、複数個のランプを用いた場合に適用できる加工性並
びに信頼性に優れたロッドインテグレータであり、これ
により、高輝度で長寿命な光源装置を実現するものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光源装置は、複数個の光源と、前記光
源からの放射光を集光する集光手段と、前記集光手段に
より集光された光を入射面に入射させ、均一な光を出射
面から出射するロッドインテグレータを備える光源装置
であって、前記ロッドインテグレータが前記光源と同数
の複数個の入射面を備え、一つの入射面から入射した光
が、その他の入射面において全反射する入射面形状を具
備することを特徴とする。

【００１５】本発明による光源装置は、前記ロッドイン
テグレータの一つの入射面と、他の入射面とが互いに６
０度の角度となる形状を具備することを特徴とする。

【００１６】本発明では、前記ロッドインテグレータ
は、２つの入射面を備え、その入射面の分割方向をロッ
ドインテグレータの断面形状の長手方向となる形状とす
ることも好ましい構成である。

【００１７】更に、本発明による光源装置は、前記集光
手段による光束の焦点位置をロッドインテグレータに入
射後に全反射する面の中心付近になるよう配置すること
を特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を用いて本発明を詳
細に説明する。図１は本発明による光源装置の一実施形
態を示したものである。光源装置は図１に示す様に、２
対の光源１ａ、１ｂ、リフレクタ２ａ、２ｂと、ロッド
インテグレータ３を備えている。

【００１９】光源１ａ，１ｂには、例えばメタルハロイ
ドランプ、キセノンランプ、水銀ランプなどの放電ラン
プが使用できる。

【００２０】しかしながら、これらに光源が限定される
ことはなく、蛍光灯やハロゲンランプ、発光ダイオード
などを用いてもよい。

【００２１】リフレクタ２ａ、２ｂは、反射面の形状が
楕円面であり、第１焦点に置かれたランプからの放射光
を第２焦点に集光させている。このような集光手段とし
ては、楕円リフレクタ以外にも、例えば放物面鏡とレン
ズの組み合わせなどを用いてもよい。

【００２２】２つの光源１ａ、１ｂからの放射光は、リ
フレクタ２ａ、２ｂによって、ロッド３の入射面４ａ、
４ｂに入射する。その後、各光線は、もう一方の入射面
４ｂ、４ａで全反射され、出射面６の方向に導かれる。
このとき、大部分の光線はロッドの側面５で全反射を繰
り返した後、出射面６に到達する。このため。出射面６
では入射時に存在した照明むらが解消され、ランプ２個
分の明るさを有する高輝度で均一な照明光を得ることが
できる。

【００２３】なお、この実施形態では、リフレクタによ
るランプ光束の焦点位置を、従来技術に見られるような
ロッドの入射面とするのではなく、図１に示す様にロッ
ド入射後に全反射する面の中心近傍に設定している。こ
れは、単純にロッドに入射する光量を増やすのではな
く、全反射によって、ロッド出射面に有効に導かれる光
量を最大限に増やそうとしたものである。

【００２４】図２は、本発明のポイントとなるロッドイ
ンテグレータの形状を示した斜視図である。ロッドの断
面形状は、水平寸法Ｈ、垂直寸法Ｖの矩形であって、本
実施形態においては、そのアスペクト比を１６：９と
し、いわゆるワイド画面表示に対応させている。

【００２５】そして、ロッド入射部には、互いに６０度
の角度をなす２つの入射面４ａ、４ｂを設けている。こ
れら入射面４ａ、４ｂは、ロッド断面形状を長手方向で
ある水平方向に分割している。これによって、片方の入
射面（全反射として作用する側）をもう一方の入射面
（入射面として作用する側）から眺めたときの見かけの
アスペクト比を８：９と正方形に近づけ、リフレクタに
よって集光された光線がロッド内部に効率的に導かれる
ようにしている。

【００２６】図３はロッド入射部の設計例を示すため、
入射部の種々の形状と、光線がロッドに入射する際の角
度の関係を示したものである。図３ではロッド入射部の
頂角αを６０度を基準として（Ａ）〜（Ｃ）の３つに分
類している。

【００２７】図３（Ａ）は、頂角αが６０度の場合であ
って、図１及び図２に示したロッドインテグレータはこ
れに該当する。この場合、光線の入射方向は、ロッド材
料の屈折率にかかわらず、入射面に対して垂直とすれば
よく、２つあるリフレクタの開き角βは１２０度とな
る。

【００２８】図３（Ｂ）は頂角αを６０度より大きくし
た場合であり、図３（Ｃ）は頂角αを６０度より小さく
した場合である。これらの場合、光線は、入射面を垂直
に通過しないため、スネルの法則に従って、界面で屈折
する。それゆえ、ロッドの頂角と屈折率を適切に選択す
れば、リフレクタの開き角βを１２０度以外の任意の角
度とすることが可能である。

【００２９】なお、図３ではすべて軸対称な形状のロッ
ドインテグレータを示しているが、ロッド入射部を非対
称な形状とすれば、リフレクタの配置を非対称のものと
することができ、光学系のレイアウトを更に柔軟なもの
とすることができる。

【００３０】以上の説明では、光源が２個の例を示して
きた。しかしながら、ロッドインテグレータの入射部に
光源と同数の入射面を設け、かつ入射した光線が他の入
射面において全反射させる構成によれば、ランプ数は任
意の数とすることができる。

【００３１】例えば、光源を４個にする場合、図４に示
すようなロッドインテグレータを用い、光源の発する光
線を４方向から入射させればよい。この場合も、上記例
と同様、ロッドに入射した各光線は他の入射面によって
全反射され、ロッド出射面へ導かれる。そして、光源４
個分の光束によって、より高輝度な光源を実現すること
ができる。

【００３２】また、ロッドインテグレータの形状として
も、上記のように断面形状が矩形のもの以外に、６角形
などの多角形や、円形、楕円形などの形状のものを使用
してもよい。更には、断面形状を入射部と出射部で異な
る形状とし、ロッド斜面に傾斜をつけたものであっても
よい。さらに、ロッドの材料に関しても、透過性及び耐
熱性に問題ない素材であれば、ガラスに限らずプラスチ
ック材料などを用いることも可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明の請求項１によれば、複数個の光
源とロッドインテグレータからなる光源装置において、
ロッドを単一のガラス材料を研磨するだけで作成できる
ため、加工性や耐熱性に優れたロッドインテグレータを
構成することができ、信頼性が高く、高輝度な光源装置
を実現可能となる。

【００３４】本発明の請求項２によれば、複数個の光源
とロッドインテグレータからなる光源装置において、光
学系のレイアウトがロッドの材料の屈折率に依存しなく
なるため、ロッド材料の選択肢を広げることが可能とな
る。

【００３５】さらに、本発明によれば、複数個の光源と
ロッドインテグレータからなる光源装置において、入射
部における集光ロスが最小限に抑えられ、光源装置をよ
り高輝度なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光源装置の一実施形態を示す構成
図である。

【図２】本発明による光源装置に用いられるロッドイン
テグレータの斜視図である。

【図３】本発明におけるロッドインテグレータの断面形
状を示す図である。

【図４】本発明におけるロッドインテグレータの斜視図
である。

【図５】従来技術におけるロッドインテグレータを用い
た光源装置の例を示す図である。

【図６】従来技術において部分導入部を用いて２個の光
源に対応させた光源装置の例を示す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ ランプ ２ａ、２ｂ リフレクタ ３ ロッドインテグレータ ４ａ、４ｂ ロッド入射面 ５ ロッド側面 ６ ロッド出射面 １０、１１ａ、１１ｂ ランプ ２０、２１ａ、２１ｂ 反射鏡 ３０、３１ ロッドインテグレータ ４０、４１ ロッド入射面 ４２ 部分導入部 ５０ ロッド側面 ６０、６１ ロッド出射面

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の光源と、 前記光源からの放射光を集光する集光手段と、 前記集光手段により集光された光を入射面に入射させ、
   均一な光を出射面から出射するロッドインテグレータを
   備える光源装置であって、 前記ロッドインテグレータが前記光源と同数の複数個の
   入射面を備え、一つの入射面から入射した光が、その他
   の入射面において全反射する入射面形状を具備すること
   を特徴とする光源装置。
2. 【請求項２】 前記ロッドインテグレータの一つの入射
   面と、他の入射面とが互いに６０度の角度となる形状を
   具備することを特徴とする前記請求項１記載の光源装
   置。
3. 【請求項３】 前記集光手段による光束の焦点位置をロ
   ッドインテグレータに入射後に全反射する面の中心付近
   になるよう配置することを特徴とする前記請求項１乃至
   ２のいずれかに記載の光源装置。