JP4093192B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、電極間で放電発光が行われる発光部、及びこの発光部の両側に設けられる封止部を有する発光管と、この発光管から放射された光束を一定方向に揃えて射出するリフレクタとを備えた光源装置、及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。

従来、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調し光学像を拡大投写するプロジェクタが利用されており、このようなプロジェクタは、パーソナルコンピュータとともに、会議等でのプレゼンテーションに利用される。また、近年、家庭において大画面で映画等を見たいというニーズに応えて、ホームシアター用途にこのようなプロジェクタが利用される。
プロジェクタに用いられる光源装置としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ等の放電型発光管、及びリフレクタをランプハウジング等に収納し、ランプハウジングとともにプロジェクタから着脱可能としたものが知られている。発光管が点灯しない場合、又は破裂した場合、交換する必要があるからである。

ここで、光源装置の交換は、プロジェクタの利用者によって行われるため、プロジェクタから光源装置を取り外した際、破裂した発光管の破片が飛散しないように、光源装置には、内部に発光管が配されるリフレクタの光束射出開口をガラス等の透明板で覆う防爆構造が採用されていた。
一方、発光管は、発光とともに発熱するため、発光管寿命の延長を図るには、発光管に冷却空気を吹き付け、積極的に冷却するのが好ましい。

このような防爆構造及び冷却構造を同時に具備する光源装置としては、リフレクタの光束射出開口部分に発光管を中心として対称となる位置に冷却空気導入用の一対の開口部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この光源装置には、ランプハウジングにリフレクタの開口を開閉する蓋部材が設けられており、プロジェクタに光源装置を装着すると蓋部材が開かれ、冷却空気を導入することができるようになっている。一方、発光管が破裂し光源装置の交換をするためプロジェクタから光源装置を取り外した場合には、蓋部材によってリフレクタの開口が塞がれ、破片が外部に飛散しないような構成となっている。

特開２００２−１０７８２３号公報（〔００４７〕、〔００４８〕段落、図７）

しかしながら、前記特許文献１に記載の光源装置は、ランプハウジングに蓋部材を設ける必要があるうえ、プロジェクタへの着脱時に蓋部材を開閉させるために、コイルバネ等の付勢部材を設けなければならず、光源装置を構成する部品点数が増加し、組立が煩雑となったり、部品点数増加に伴い製品コストが高騰するという問題がある。
また、プロジェクタ内に光源装置を装着した場合は蓋部材が開かれているため、発光管が破裂した場合、多少の破片がプロジェクタ内に飛散する恐れがある。

本発明の目的は、部品点数が増加することがなく、発光管が破裂しても破片が外部に飛散せず、かつ発光管を効率的に冷却することのできる光源装置、及びプロジェクタを提供することにある。

本発明の光源装置は、電極間で放電発光が行われる発光部、及びこの発光部の両側に設けられる封止部を有する発光管と、この発光管から放射された光束を一定方向に揃えて前方へ射出する楕円面状の反射面を有するリフレクタとを備えた光源装置であって、前記リフレクタの光束射出開口を覆うように設けられ、該リフレクタから射出された光束を射出する開口部を有し、外側に放熱フィンが形成され、前記発光管からの熱を吸収し、吸収した熱を前記放熱フィンに伝導させる熱伝導性材料からなるカバー部材と、このカバー部材の開口部を覆う透明部材とを備え、前記発光管には、前記発光部の前方側略半分を覆い、入射光束のうち可視光を反射し、赤外光を透過する副反射鏡が設けられ、前記カバー部材は、前記光束射出開口と前記開口部とを接続し、前記光束射出開口から光束射出方向に向かうに従って次第に縮径する略円錐状の筒体からなる熱吸収部を備えていることを特徴とする。

ここで、発光管としては、高輝度発光する種々の発光管を採用することができ、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等を採用することができる。
また、リフレクタとしては、パラボラリフレクタ、楕円リフレクタを採用することができ、リフレクタの反射面は、可視光線を反射し、赤外線を透過するいわゆるコールドミラーであることが好ましい。
さらに、カバー部材としては、合成樹脂、金属、セラミックス等種々の材料を採用することができるが、より好ましくは、金属又はセラミックとするのがよい。
そして、リフレクタと対向するカバー部材の熱吸収部は、発光管からの光が反射してリフレクタ側に戻らないような構造とするのが好ましく、例えば、熱吸収部にＶ字溝を形成したり、熱吸収部の面を黒アルマイト処理等で仕上げるのが好ましい。

この発明によれば、カバー部材の熱伝導性を利用して発光管からの熱を外部に排出することとなるので、冷却空気を導入するための開口部をリフレクタに形成する必要がなく、完全な防爆構造を実現することができ、光源装置を構成する部品の点数が増加することもない。
また、カバー部材を合成樹脂等で形成した場合、発光管の熱によりカバー部材が劣化する可能性があるうえ、シロキサン等の有害なガスが発生して好ましくない。これに対して、カバー部材を金属又はセラミックスで形成すれば、このようなことはなく、光源装置の耐久性が向上する。さらに、カバー部材を金属で形成すれば、発光管が破裂した光源装置のカバー部材の廃材を、溶融等により別の部材に供することができる。

本発明では、前述のリフレクタが楕円面状の反射面を有する楕円リフレクタであり、発光部の前方側略半分を覆う副反射鏡が発光管に設けられており、このような場合、この発光管は、楕円リフレクタの光束射出開口から突出して設けられているのが好ましい。
この発明によれば、発光管の発光部から前方に射出された光束は、副反射鏡で反射してリフレクタで再度反射して射出される。従って、リフレクタの光軸方向の長さを小さくしても、副反射鏡によって発光部から前方に射出される光束もリフレクタに入射させることができるため、リフレクタで反射して射出されない光束が殆どなくなり、光源装置の小型化に寄与できる。

本発明では、前述のカバー部材は、リフレクタの光束射出開口から光束射出方向に向かうに従って次第に縮径する略錐状筒体からなる熱吸収部を備えている。
ここで、熱吸収部は、断面が楕円リフレクタの収束光に倣う先細りの形状とするのが好ましい。
この発明によれば、熱吸収部がこのような形状となっているため、リフレクタから射出された光束が熱吸収部に当たっても、反射した光束が迷光となってリフレクタ側に再度戻ることがなく、適切な光束を射出できる光源装置とすることができる。

本発明では、前述の放熱フィンは、熱吸収部の外側に、リフレクタの光軸に直交する方向に延びた板状体から構成されているのが好ましい。
この発明によれば、放熱フィンがリフレクタの光軸方向に直交する方向に延びた板状体から構成されているので、プロジェクタの光源装置収納部分において、光源装置の側方に冷却ファンを配置し、この冷却ファンにより光源装置を効率的に冷却することができる。

本発明では、前述の透明部材は、楕円リフレクタから射出された収束光を平行化する平行化レンズであるのが好ましく、平行化レンズとしては、例えば、平行化凹レンズ等を採用することができる。
この発明によれば、楕円リフレクタの収束光を平行化でき、かつ発光管をカバー部材及び平行化レンズで密封することができるため、光源装置を構成する部品の点数を一層少なくすることができる。

本発明では、前記平行化レンズは、平行化凹レンズであり、光束透過方向に沿った厚さ寸法が２ｍｍ以上であることが好ましい。
ここで、平行化凹レンズの光束透過方向に沿った厚さ寸法が均一でない場合、例えば、光束入射面が凹面で、光束射出面が平面であるような場合には、最も薄い部分が２ｍｍ以上であればよい。
平行化凹レンズの光束透過方向に沿った厚さ寸法を２ｍｍ未満とすると、発光管の破裂にともなって平行化凹レンズが破損してしまう可能性がある。これに対し、本発明では、平行化凹レンズの厚さ寸法を２ｍｍ以上としているので、発光管が破裂しても、平行化凹レンズが破損することがなく、破裂した発光管の破片の飛散を確実に防止することができる。

本発明では、前記平行化凹レンズは、光束入射面が非球面の凹面であり、光束射出面が平面であることが好ましい。なかでも、前記非球面は双曲面であることが好ましい。
このような本発明によれば、平行化凹レンズの光束入射面を非球面の凹面とし、光束射出面を平面とすることで、光束射出面において光が屈折を受けないようにすることができ、射出される光束の平行度を高めることができる。
また、平行化凹レンズの光束入射面を凹面とすることで、発光管の封止部と平行化凹レンズとの干渉を防止できる。さらに、発光管が破裂した際にも、発光管の破片が平行化凹レンズにぶつかりにくくなり、より効果的に平行化凹レンズの破損を防止することができる。

さらに、本発明では、前記平行化凹レンズの光束射出面に紫外線の透過を防止する紫外線カット膜が形成されていることが好ましい。
このような本発明によれば、平行化凹レンズの光束射出面に紫外線の透過を防止する紫外線カット膜が形成されているので、紫外線が光源装置から射出されてしまうことを防止することができる。
また、紫外線カット膜を凹面側に施した場合には、紫外線カット膜の特性を充分に発揮できない可能性がある。これに対し、本発明では、紫外線カット膜を平面側に形成しているので、紫外線カット膜の特性を充分に発揮させることができる。
さらに、本発明の平行化凹レンズは、光束入射面が非球面の凹面となっているので、光束入射面側で光束を平行化し、この平行化された光束を光束射出面から射出している。しかし、紫外線カット膜を光束入射面に形成する場合には、光束の入射角に応じた特殊な紫外線カット膜を使用しなければならない。これに対し、本発明では、光束射出面に紫外線カット膜を形成しており、紫外線カット膜には平行化された光束が入射されるため、光束の入射角が0°の一般的な紫外線カット膜を使用することができる。これにより光源装置の製造コストを低減させることができる。

本発明では、前述のカバー部材はセラミックスから構成され、このカバー部材には、発光管の電極引出線を挿通する孔が形成されているのが好ましい。
ここで、電極引出線用の孔は、電極引出線が表示影とならない位置に形成するのが好ましく、また、プロジェクタ内に光源装置を収納した際、下側となる位置に形成するのが好ましい。
この発明によれば、カバー部材に電極引出線用の孔が形成されているため、リフレクタに電極引出線用の孔を形成する必要がなくなり、リフレクタ成型時にリフレクタに歪みが生じることを防止して、光学的により高精度のリフレクタを光源装置に採用することができ、これにより光の利用率を高めることができる。

本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するプロジェクタであって、前述した光源装置を備えていることを特徴とし、この発明によれば、前述と同様の作用・効果を享受できる。
また、このような光源装置は、小型化し易いため、プロジェクタ自体の小型化を促進することができる。

本発明では、前述の光源装置のカバー部材に形成される放熱フィンを冷却する冷却装置を備えているのが好ましい。
ここで、冷却装置としては、放熱フィンに冷却空気を吹き付けるファンや、放熱フィンに取り付けられ、ペルチェ効果を利用した熱電変換素子を採用することができる。
この発明によれば、プロジェクタが冷却装置を備えていることにより、放熱フィンを積極的に冷却することができるため、光源装置内部の冷却効率を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１の光学系を表す模式図が示され、このプロジェクタ１は、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーン上に拡大投写する光学機器であり、光源装置としての光源ランプユニット１０、均一照明光学系２０、色分離光学系３０、リレー光学系３５、光学装置４０、及び投写光学系５０を備えて構成され、光学系２０〜３５を構成する光学素子は、所定の照明光軸Ａが設定されたライトガイド２内に位置決め調整されて収納されている。

光源ランプユニット１０は、光源ランプ１１から放射された光束を一定方向に揃えて前方へ射出し、光学装置４０を照明するものであり、詳しくは後述するが、光源ランプ１１、楕円リフレクタ１２、副反射鏡１３、及び平行化凹レンズ１４を備えている。
そして、光源ランプ１１から放射された光束は、楕円リフレクタ１２により装置前方側に射出方向を揃えて収束光として射出され、平行化凹レンズ１４によって平行化され、均一照明光学系２０に射出される。

均一照明光学系２０は、光源ランプユニット１０から射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系であり、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、ＰＢＳアレイ２３、及びコンデンサレンズ２４、及び反射ミラー２５を備えている。
第１レンズアレイ２１は、光源ランプ１１から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸Ａと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成され、各小レンズの輪郭形状は、後述する光学装置４０を構成する液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
第２レンズアレイ２２は、前述した第１レンズアレイ２１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ２１と同様に照明光軸Ａに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成であるが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

ＰＢＳアレイ２３は、第１レンズアレイ２１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える偏光変換素子である。
このＰＢＳアレイ２３は、図示を略したが、照明光軸Ａに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Ａに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、ＰＢＳアレイ２３の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このようなＰＢＳアレイ２３を用いることにより、光源ランプ１１から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光学装置４０で利用する光源光の利用率を向上することができる。

コンデンサレンズ２４は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、及びＰＢＳアレイ２３を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの画像形成領域上に重畳させる光学素子である。このコンデンサレンズ２４は、本例では光束透過領域の入射側端面が平面で射出側端面が球面の球面レンズであるが、射出側端面が双曲面状の非球面レンズを用いることも可能である。
このコンデンサレンズ２４から射出された光束は、反射ミラー２５で曲折されて色分離光学系３０に射出される。

色分離光学系３０は、２枚のダイクロイックミラー３１、３２と、反射ミラー３３とを備え、ダイクロイックミラー３１、３２より均一照明光学系２０から射出された複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を具備する。
ダイクロイックミラー３１、３２は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子であり、光路前段に配置されるダイクロイックミラー３１は、赤色光を透過し、その他の色光を反射するミラーである。光路後段に配置されるダイクロイックミラー３２は、緑色光を反射し、青色光を透過するミラーである。

リレー光学系３５は、入射側レンズ３６と、リレーレンズ３８と、反射ミラー３７、３９とを備え、色分離光学系３０を構成するダイクロイックミラー３２を透過した青色光を光学装置４０まで導く機能を有している。尚、青色光の光路にこのようなリレー光学系３５が設けられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。本例においては青色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが赤色光の光路長を長くする構成も考えられる。

前述したダイクロイックミラー３１により分離された赤色光は、反射ミラー３３により曲折された後、フィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。また、ダイクロイックミラー３２により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。さらに、青色光は、リレー光学系３５を構成するレンズ３６、３８及び反射ミラー３７、３９により集光、曲折されてフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。尚、光学装置４０の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ４１は、第２レンズアレイ２２から射出された各部分光束を、照明光軸Ａに対して平行な光束に変換するために設けられている。

光学装置４０は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明対象となる光変調装置としての液晶パネル４２（４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ）と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム４３とを備えて構成される。尚、フィールドレンズ４１及び各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの間には、入射側偏光板４４が介在配置され、図示を略したが、各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム４３の間には、射出側偏光板が介在配置され、入射側偏光板４４、液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、及び射出側偏光板によって入射する各色光の光変調が行われる。

液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板４４から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの変調を行う画像形成領域は、矩形状であり、その対角寸法は、例えば０．７インチである。

クロスダイクロイックプリズム４３は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム４３は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。
そして、クロスダイクロイックプリズム４３から射出されたカラー画像は、投写光学系５０によって拡大投写され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。

前述した光源装置としての光源ランプユニット１０は、ライトガイド２に対して着脱可能となっていて、光源ランプ１１が破裂したり、寿命により輝度が低下した場合に交換できるようになっている。
より詳細に説明すれば、この光源ランプユニット１０は、前述した光源ランプ１１、楕円リフレクタ１２、副反射鏡１３、及び平行化凹レンズ１４の他、図２及び図３に示すように、ランプハウジング１５及びカバー部材１６を備えて構成される。
発光管としての光源ランプ１１は、中央部が球状に膨出した石英ガラス管から構成され、中央部分が発光部１１１、この発光部１１１の両側に延びる部分が封止部１１２とされる。

発光部１１１の内部には、図３では図示を略したが、内部に所定距離離間配置される一対のタングステン製の電極と、水銀、希ガス、及び少量のハロゲンが封入されている。
封止部１１２の内部には、発光部１１１の電極と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔には、さらに電極引出線としてのリード線１１３が接続され、このリード線１１３は、光源ランプ１１の外部まで延出している。
そして、リード線１１３に電圧を印加すると、電極間で放電が生じ、発光部１１１が発光する。

楕円リフレクタ１２は、光源ランプ１１の封止部１１２が挿通される首状部１２１及びこの首状部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。
首状部１２１には、中央に挿入孔１２３が形成されており、この挿入孔１２３の中心に封止部１１２が配置される。
反射部１２２は、楕円曲面状のガラス面に金属薄膜を蒸着形成して構成され、この反射部１２２の反射面は、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る。
前記光源ランプ１１は、この反射部１２２の内部に配置され、発光部１１１の内の電極間の発光中心が反射部１２２の楕円曲面の第１焦点位置Ｌ１となるように配置される。
そして、光源ランプ１１を点灯すると、図４に示されるように、発光部１１１から放射された光束は、反射部１２２の反射面で反射して、楕円曲面の第２焦点位置Ｌ２に収束する収束光となる。

このような楕円リフレクタ１２に光源ランプ１１を固定する際には、光源ランプ１１の封止部１１２を楕円リフレクタ１２の挿入孔１２３に挿入し、発光部１１１内の電極間の発光中心が反射部１２２の楕円曲面の焦点となるように配置し、挿入孔１２３内部にシリカ・アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。尚、本例では前側の封止部１１２から出たリード線１１３も挿入孔１２３を通して外部に露出している。
また、反射部１２２の光軸方向寸法は、光源ランプ１１の長さ寸法よりも短くなっていて、このように楕円リフレクタ１２に光源ランプ１１を固定すると、光源ランプ１１の前方側の封止部１１２が楕円リフレクタ１２の光束射出開口から突出する。

副反射鏡１３は、楕円リフレクタ１２の光束射出方向を前方としたときに、光源ランプ１１の発光部１１１の前側略半分を覆う反射部材であり、図示を略したが、その反射面は、発光部１１１の球面に倣う凹曲面状に形成され、反射面は楕円リフレクタ１２と同様にコールドミラーとされている。
この副反射鏡１３を発光部１１１に装着することにより、図４に示すように発光部１１１の前方側に放射される光束は、この副反射鏡１３によって楕円リフレクタ１２側に反射し、楕円リフレクタ１２の反射部１２２から射出される。
このように副反射鏡１３を用いることにより、発光部１１１の前方側に放射される光束が後方側に反射されるため、反射部１２２の楕円曲面が少なくても、発光部１１１から射出された光束をすべて一定方向に揃えて射出でき、楕円リフレクタ１２の光軸方向寸法を小さくすることができる。

平行化凹レンズ１４は、光源ランプ１１から放射された光束を平行化するためのものであり、図３に示すように、光束入射面１４１が非球面、例えば双曲面の凹面となっており、光束射出面１４２が平面となっている。この平行化凹レンズ１４の光束透過方向に沿った厚さ寸法のうち、最も薄い部分、すなわち、凹面の最も光束射出面１４２側に窪んだ部分と、光束射出面１４２との間の寸法Ｔ１は、２ｍｍ以上、例えば３ｍｍとなっている。
このような平行化凹レンズ１４の光束入射面１４１には、反射防止膜（ＡＲ膜）１４１Ａが施されている。このようにすることで、光の利用効率を向上させることができる。さらに、平行化凹レンズ１４の光束射出面１４２には、紫外線カット膜１４２Ａが形成されている。この紫外線カット膜１４２Ａは、紫外線を反射させることにより、紫外線の透過を防止するものであり、これにより、光源ランプユニット１０から紫外線が射出されることを防止することができる。なお、この紫外線カット膜１４２Ａは入射される光束が平行光であることを前提とした一般的な紫外線カット膜である。

ランプハウジング１５は、図３に示すように、断面Ｌ字状の合成樹脂製の一体成形品であり、水平部１５１及び垂直部１５２を備えている。
水平部１５１は、ライトガイド２の壁部と係合し、光源ランプユニット１０をライトガイド２内に隠蔽して光漏れが出ないようにする部分である。また、図示を略したが、この水平部１５１には、光源ランプ１１を外部電源と電気的に接続するための端子台が設けられており、この端子台には、光源ランプ１１のリード線１１３が接続される。

垂直部１５２は、楕円リフレクタ１２の光軸方向の位置決めを行う部分であり、本例では、この垂直部１５２に対して楕円リフレクタ１２の光束射出開口側先端部分が接着剤等で固定される。この垂直部１５２には、楕円リフレクタ１２の射出光束を透過させる開口部１５３が形成されている。
また、このような水平部１５１及び垂直部１５２には、突起１５４が形成されている。
この突起１５４は、ライトガイド２内に形成された凹部と係合し、係合すると光源ランプ１１の発光中心がライトガイド２の照明光軸Ａ上に配置される。

カバー部材１６は、楕円リフレクタ１２の光束射出開口を覆うように取り付けられており、ランプハウジング１５の垂直部１５２の開口部１５３に装着される略円錘状の筒体からなる熱吸収部１６１と、この熱吸収部１６１の外側に突設される複数の放熱フィン１６２と、熱吸収部１６１の先端に形成されるレンズ装着部１６３とを備え、金属製の一体成形品として構成される。
熱吸収部１６１は、光源ランプ１１から放射された輻射熱や、楕円リフレクタ１２及びカバー部材１６内の密封空間で対流する空気の熱を吸収する部分であり、その内面は、黒アルマイト処理が施されている。この熱吸収部１６１の略円錐状の傾斜面は、楕円リフレクタ１２による収束光の傾きと平行となるようになっていて、楕円リフレクタ１２から射出された光束が熱吸収部１６１の内面になるべく当たらないようになっている。

複数の放熱フィン１６２は、光源ランプユニット１０の光軸に直交する方向に延びる板状体として構成され、各放熱フィン１６２の間は、冷却空気を充分に通すことのできる隙間が形成されている。
レンズ装着部１６３は、熱吸収部１６１の先端に突設される円筒状体から構成され、この円筒状部分には、楕円リフレクタ１２の収束光を平行化する平行化凹レンズ１４が装着される。尚、レンズ装着部１６３への平行化凹レンズ１４の固定は、図示を略したが、接着剤等で行われる。そして、レンズ装着部１６３に平行化凹レンズ１４を装着すると、光源ランプユニット１０内部の空間は完全に密封され、光源ランプ１１が破裂しても、破片が外部に飛散することがない。
このような光源ランプユニット１０は、前記のプロジェクタ１のライトガイド２に収納される。尚、図１では図示を略したが、プロジェクタ１は、光源ランプユニット１０に隣接配置される冷却ファンを備え、この冷却ファンは、カバー部材１６の放熱フィン１６２の延出方向に沿って冷却風を吹き付けるようになっている。また、逆に冷却風の方向に従って放熱フィンを光軸と斜めに配置してもよい。

次に、このようなプロジェクタ１による光源ランプ１１の冷却作用を説明する。
まず、プロジェクタ１の電源を入れ、光源ランプ１１を発光させると、白色光が射出されるとともに、光源ランプ１１から輻射熱が放射される。この際、プロジェクタ１内部の冷却ファンも起動して放熱フィン１６２の冷却を開始する。
光源ランプ１１の前方側に放射された赤外線は、副反射鏡１３を透過してカバー部材１６の熱吸収部１６１で吸収される。また、輻射熱によって加熱された空気は、内部で対流を生じ、加熱空気がカバー部材１６の熱吸収部１６１の内面側で熱交換を行い、熱が吸収されて冷却される。熱吸収部１６１で吸収された熱は、放熱フィン１６２まで伝導し、冷却ファンからの冷却風との間で熱交換を行って放熱フィンが冷却される。

前述のような第１実施形態によれば、次のような効果がある。
(1-1)カバー部材１６が熱伝導の良好な金属から構成されているため、光源ランプ１１で生じた輻射熱を熱吸収部１６１で吸収し、放熱フィン１６２から排出することが可能となり、従来のような冷却空気を導入する開口部を楕円リフレクタ１２に形成する必要がなく、完全な密封型の防爆構造を実現することができ、光源ランプユニット１０の部品点数が増加することもない。
(1-2)カバー部材１６が金属製の一体成形品から構成されているため、光源ランプ１１の熱によりカバー部材１６が劣化することもなく、シロキサン等の有害なガスが発生することもなく、光源ランプ１１が破裂した光源ランプユニット１０のカバー部材１６の廃材を、再度溶融して他の用途に供することができる。

(1-3)光源ランプ１１に副反射鏡１３が設けられていることにより、発光部１１１の中央から前方に放射される光束は、副反射鏡１３によって再び発光部１１１へと戻され、発光部１１１の中央から後方に放射される光束と同様に楕円リフレクタ１２へと入射させることができるから、発光部１１１の前方部分に反射部１２２を形成する必要がなくなるため、楕円リフレクタ１２の反射部１２２の光軸方向の長さ寸法を小さくすることができ、光源ランプユニット１０を小型化できる。
(1-4)熱吸収部１６１が略円錐状の筒状体から構成されているため、楕円リフレクタ１２から射出された光束が熱吸収部１６１に当たっても、反射した光束が迷光となって楕円リフレクタ１２側に戻ることがなく、適切な光束を射出できる光源ランプユニット１０とすることができる。

(1-5)放熱フィン１６２が楕円リフレクタ１２の光軸方向に直交する板状体から構成されているため、プロジェクタ１の使用時、光源ランプユニット１０の側方に冷却ファンを配置して、放熱フィン１６２を効率的に冷却することができ、光源ランプ１１の冷却効率を促進できる。
(1-6)平行化凹レンズ１４をカバー部材１６のレンズ装着部１６３に装着して、光源ランプ１１の密閉を行っているので、光源ランプユニット１０を構成する部品を一層少なくすることができる。

(1-7)平行化凹レンズの光束透過方向に沿った厚さ寸法を２ｍｍ未満とすると、光源ランプ１１の破裂にともなって平行化凹レンズが破損してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、平行化凹レンズ１４の厚さ寸法を２ｍｍ以上としているので、平行化凹レンズ１４の強度を確保することができ、光源ランプ１１が破裂しても、平行化凹レンズ１４が破損することがなく、確実に破裂した光源ランプ１１の破片の飛散を防止することができる。
(1-8)さらに、本実施形態では、平行化凹レンズ１４の光束入射面１４１を非球面の凹面とし、光束射出面１４２を平面としているため、光束射出面１４２において光が屈折を受けないようにすることができ、射出される光束の平行度を高めることができる。
また、平行化凹レンズ1４の光束入射面１４１を凹面とすることで、光源ランプ１１の封止部１１２や、封止部１１２に接続されたリード線１１３と平行化凹レンズ１４との干渉を防止できる。
さらに、平行化凹レンズ１４の光束入射面１４１を凹面とすることで、光源ランプ１１が破裂した際にも、光源ランプ１１の破片が平行化凹レンズ１４にぶつかりにくくなり、平行化凹レンズ１４の破損をより確実に防止することができる。

(1-9)さらに、平行化凹レンズ１４の光束入射面１４１を凹面としており、カバー部材１６内部側に突出する構造ではないので、カバー部材１６内部で発生する空気の対流を阻害することがなく、カバー部材１６の熱吸収部１６１の内面側での熱交換を妨げることがない。従って、効率よく熱交換を行うことができ、冷却効率を高めることができる。
(1-10)平行化凹レンズ１４の光束射出面１４２に紫外線カット膜１４２Ａが形成されているので、紫外線が光源ランプユニット１０から射出されてしまうことを防止することができる。これにより、液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂが紫外線により劣化してしまうことを防止できる。
また、紫外線カット膜を平行化凹レンズの凹面側に施した場合には、紫外線カット膜の特性を充分に発揮できない可能性がある。これに対し、本実施形態では、紫外線カット膜１４２Ａを平行化凹レンズ１４の平面側に形成しているので、紫外線カット膜１４２Ａの特性を充分に発揮させることができる。

(1-11)さらに、平行化凹レンズ１４は、光束入射面１４１が非球面の凹面となっているので、光束入射面１４１側で光束を平行化し、この平行化された光束を光束射出面１４２から射出している。従って、紫外線カット膜を光束入射面１４１に形成する場合には、光束の入射角に応じた特殊な紫外線カット膜を使用しなければならない。これに対し、本実施形態では、光束射出面１４２に紫外線カット膜１４２Ａを形成しており、紫外線カット膜１４２Ａには平行化された光束が入射されるため、光束の入射角が0°の一般的な紫外線カット膜１４２Ａを使用することができる。これにより光源ランプユニット１０の製造コストを低減させることができる。
(1-12)平行化凹レンズ１４の光束射出面１４２に形成された紫外線カット膜１４２Ａは紫外線を反射させることで、紫外線の透過を防止するものである。紫外線カット膜１４２Ａで反射された紫外線は光源ランプ１１に入射するが、光源ランプ１１は入射した紫外線よりも長波長の光を射出するため、光源ランプ１１から射出される可視光の強度を向上させることができる。
(1-13)プロジェクタ１に光源ランプユニット１０を採用することにより、光源部分の小型化を図ることができるため、各光学部品の小型化をも図ることができ、プロジェクタ１全体の小型化を図ることができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分又は部材と同様の部分等については、同一符号を付して、その説明を省略する。
前述の第１実施形態に係る光源ランプユニット１０は、光源ランプ１１の前側のリード線１１３を、楕円リフレクタ１２の挿入孔１２３から外部に引き出していた。
これに対して、第２実施形態に係る光源ランプユニット６０は、図５に示されるように、カバー部材６６に孔６６１を開け、そこから前方側のリード線１１３を引き出している点が相違する。

カバー部材６６は、セラミックス材料の成形品として構成され、光源ランプ１１の下方に孔６６１が形成されている。尚、図５では図示を略したが、この孔６６１は、ゴム等によって封止され、内部の密閉は確保されている。
孔６６１の形成位置は、リード線１１３が光源ランプ１１からの射出光の表示影とならない位置に形成されており、本例においては、光源ランプユニット１０の後段に配置される第１レンズアレイ２１を構成する小レンズと小レンズの間にリード線１１３が延びるような位置とされる。

このような第２実施形態に係る光源ランプユニット６０によれば、前述の(1-1)〜(1-13)で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
(2-1)カバー部材６６にリード線１１３引出用の孔６６１が形成されているため、楕円リフレクタ１２にリード線引出用の孔を形成する必要がなくなり、楕円リフレクタ１２の成型時に歪みが生じることを防止することができ、光学的により高精度のリフレクタを光源ランプユニット６０に採用することができる。

尚、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、光源ランプ１１として発光部１１１の内部に水銀を封入した高圧水銀ランプを採用していたが、これに限らず、メタルハライドランプに本発明を採用してもよい。
前記実施形態では、カバー部材１６の熱吸収部１６１の形状は、略円錐状筒体形状とされていたが、これに限られず、椀状のカバー部材であってもよく、箱状のカバー部材であってもよい。

前記実施形態では、光束入射面１４１が非球面の凹面であり、光束射出面１４２が平面である平行化凹レンズ１４を使用したが、光束入射面が平面であり、光束射出面が非球面の凹面である平行化凹レンズを使用してもよい。
さらに、前記実施形態では、平行化凹レンズ１４の光束入射面１４１に反射防止膜１４１Ａが形成されていたが、反射防止膜はなくてもよい。また、光束射出面１４２に紫外線カット膜１４２Ａが形成されていたが、この紫外線カット膜１４２Ａはなくてもよい。このようにすることで、反射防止膜や紫外線カット膜を形成する手間を省くことができるので、光源ランプユニット１０の製造を簡易化することができる。

前記実施形態では、カバー部材１６のレンズ装着部１６３に平行化凹レンズ１４を装着することにより、カバー部材１６の内部を密閉封入していたが、本発明はこれに限られない。すなわち、平坦なガラス製の透明板をカバー部材に形成された開口部に装着し、その後段に凸レンズ等を配置して平行化するようにしてもよい。
前記実施形態では、液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを備えたプロジェクタ１に本発明の光源装置となる光源ランプユニット１０を採用していたが、これに限らず、マイクロミラーを用いた光変調装置を備えたプロジェクタについて本発明の光源装置を採用してもよい。

前記実施形態では、光源ランプユニット１０の冷却装置として冷却ファンを採用していたが、これに限らず、冷却装置としてペルチェ効果を利用した熱電変換素子を備えた冷却装置により光源ランプユニット１０を冷却してもよい。
前記実施形態では、光源ランプ１１に副反射鏡１３が設けられた光源ランプユニット１０に本発明を採用していたが、これに限られず、副反射鏡のない光源ランプを備えた光源装置に本発明を採用してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

本発明は、プロジェクタ等の光学機器に搭載される光源装置に利用できる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構造を表す模式図。 前記実施形態における光源装置の構造を表す概要斜視図。 前記実施形態における光源装置の構造を表す断面図。 前記実施形態における光源装置の光束射出の作用を説明するための模式図。 本発明の第２実施形態に係る光源装置の構造を表す断面図。

符号の説明

１…プロジェクタ、１０、６０…光源ランプユニット（光源装置）１１…光源ランプ（発光管）、１２…楕円リフレクタ、１３…副反射鏡、１４…平行化凹レンズ（透明部材、平行化レンズ）、１６、６６…カバー部材、１１１…発光部、１１２…封止部、１１３…リード線（電極引出線）、１６１…熱吸収部、１６２…放熱フィン、６６１…孔、１４２Ａ…紫外線カット膜

Claims (11)

1. 電極間で放電発光が行われる発光部、及びこの発光部の両側に設けられる封止部を有する発光管と、この発光管から放射された光束を一定方向に揃えて前方へ射出する楕円面状の反射面を有するリフレクタとを備えた光源装置であって、
   前記リフレクタの光束射出開口を覆うように設けられ、該リフレクタから射出された光束を射出する開口部を有し、外側に放熱フィンが形成され、前記発光管からの熱を吸収し、吸収した熱を前記放熱フィンに伝導させる熱伝導性材料からなるカバー部材と、
   このカバー部材の開口部を覆う透明部材とを備え、
   前記発光管には、前記発光部の前方側略半分を覆い、入射光束のうち可視光を反射し、赤外光を透過する副反射鏡が設けられ、
   前記カバー部材は、前記光束射出開口と前記開口部とを接続し、前記光束射出開口から光束射出方向に向かうに従って次第に縮径する略円錐状の筒体からなる熱吸収部を備えていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記発光管は、前記リフレクタの光束射出開口から突出して設けられていることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光源装置において、
   前記放熱フィンは、前記熱吸収部の外側に、前記リフレクタの光軸に直交する方向に延びる板状体から構成されていることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光源装置において、
   前記透明部材は、前記リフレクタから射出された収束光を平行化する平行化レンズであることを特徴とする光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記平行化レンズは、平行化凹レンズであり、光束透過方向に沿った厚さ寸法が２ｍｍ以上であることを特徴とする光源装置。
6. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記平行化レンズは、平行化凹レンズであり、光束入射面が非球面の凹面であり、光束射出面が平面であることを特徴とする光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置において、
   前記非球面は双曲面であることを特徴とする光源装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の光源装置において、
   前記平行化凹レンズの光束射出面に紫外線の透過を防止する紫外線カット膜が形成され
   ていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光源装置において、
   前記カバー部材はセラミックスから構成され、
   前記カバー部材には、前記発光管の電極引出線を挿通する孔が形成されていることを特徴とする光源装置。
10. 光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するプロジェクタであって、
    請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光源装置を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
11. 請求項１０に記載のプロジェクタにおいて、
    前記光源装置のカバー部材に形成される放熱フィンを冷却する冷却装置を備えていることを特徴とするプロジェクタ。

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