JP4098860B2

JP4098860B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4098860B2
Application number: JP32551797A
Authority: JP
Inventors: 洋治久保田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: JPH11162219A

Description

【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投写型表示装置に用いる小型で光利用効率の良い照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置に用いられる照明装置は、一般的には、ハロゲンランプ等の光源ランプと、この光源ランプから放射された光を平行光として出射するリフレクタとを有する構成となっている。このような照明装置では、リフレクタとして、単一焦点を持ち、円形の射出開口を備えた放物面反射鏡を使用するときは、光源ランプの発光点と放物面反射鏡の焦点を合致させて、平行度の高い光が得られるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、より明るい光が得られる光源ランプとして、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ等に代表されるアークランプが知られている。このようなアークランプでは、発光部内において対向している２つの電極の近傍で発光が生じる。このような２カ所に発光点を有するアークランプを使用して、平行度が高く、しかも明るい出射光を得るためには、大きな円形射出開口を備えた大型の放物面反射鏡を用いて、反射面（放物面）の焦点距離を長くする必要がある。特に、長アーク化し、また、高ワット値の電力供給を行うことにより、発光効率が高められたアークランプを使用する場合には、より大きな放物面反射鏡が必要となる。
【０００４】
従って、２カ所に発光点を有するアークランプを用いて平行度が高く、明るい光を得るときは装置のサイズが大型化してしまう。
【０００５】
出射光の明るさを高めるために、照明装置を複数個組み合わせた複合ランプシステムが検討されている。このようなシステムは、複数の照明装置を組み合わせるのでシステム全体が大型化する。このため、システム全体をコンパクトに纏めるためには、個々のランプユニットを出来る限り小さくすることが必須になる。小型の放物面反射鏡を用いて照明装置自体の寸法を小さくすることが考えられるが、小型の放物面反射鏡を用いたのでは、照明装置から得られる光は暗くなり、また、その平行度も低くなってしまう。
【０００６】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、メタルハライドランプや高圧水銀ランプのように２カ所に発光点を持つアークランプを用いて、明るく、平行度の高い出射光を得ることができ、しかも、装置の小型化を達成できる照明装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、第１および第２の発光点を備えるアークランプと、このアークランプから放射された光を反射するリフレクタとを有する照明装置において、前記リフレクタを、当該リフレクタの前方に形成された半円形状の射出開口と、この射出開口の縁部分を規定している円周部分から後方に延びている断面放物線状の主反射面と、当該射出開口の縁部分を規定していると共に前記円周部分の両端を繋いでいる直径部分から後方に延びている平面状の補助面とを備えるものとする。また、前記補助面に、前記第１および第２の発光点から放射された光を反射して、当該第１および第２の発光点を結んだ線分の中間点に集光させる補助反射面を形成し、前記主反射面の焦点位置を前記中間点に合致させている。
【０００８】
本発明の照明装置では、半円形状の射出開口を備えたリフレクタを使用しているので、リフレクタ自体の大きさを従来の放物面反射鏡の１／２にできる。従って、装置の小型化および軽量化を図ることができる。また、アークランプから放射された光が補助反射面によって中間点に集光され、この中間点に最も光が集中した新たな発光点が形成される。従って、放物線状反射面の焦点位置をこの中間点に合致させることにより、平行度が高く、明るい出射光を得ることができる。このように本発明の照明装置によれば、装置の小型化を図りながらも、明るく、平行度の高い出射光を得るという相反する要求を同時に満足できる。
【０００９】
前記補助反射面は、前記第１および第２の発光点と前記中間点との間に共役関係が成り立つように形成された第１および第２の楕円状反射面から構成することができる。
【００１２】
ここで、補助反射面を除く補助面を反射面とすれば、アークランプから放射された光の当該補助面における損失を最小限に抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を説明する。図１は本発明を適用した照明装置１の斜視図である。図２はその照明装置１の断面図である。これらの図に示すように、照明装置１は、２カ所に発光点を備えるアークランプ２と、このアークランプ２が取り付けられ、当該アークランプ２から放射された光を反射して平行光として出射可能なリフレクタ３とを有している。
【００１４】
アークランプ２は、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等である。アークランプ２の発光管１１は、その中央に球状の発光部１２が形成されている。発光部１２の両側からは外側に細長い封止部１３、１４が延びている。それぞれの封止部１３、１４には電極芯棒１５、１６が封入されている。それぞれの電極芯棒１５、１６の一方の端は発光部１２の内部に突出し、他方の端は封止部１３、１４の先端から外部に突出している。発光部１２の内部に突出している電極芯棒１５、１６の端部分には、タングステン線等を巻き付けることにより電極１７、１８が構成されている。これらの電極１７、１８は発光管１１の長手方向２ａにおいて一定の間隔を開けて対向配置されている。外側に突出している電極芯棒１５、１６の端部分はそれぞれ口金１９、２０に電気的に接続されている。このようなアークランプ２では、発光部１２の内部においてそれぞれの電極１７、１８の近傍で発光が生じる。すなわち、電極１７、１８の近傍に第１および第２の発光点ＬＡ、ＬＢを有している。
【００１５】
リフレクタ３は、半円形状の射出開口を有するように従来の放物面反射鏡を切断し、その切断開口部を塞いだ形状となっており、全体のサイズが従来の放物面反射鏡の１／２となっている。このリフレクタ３は、その後端部分にアークランプ２の口金１９を挿入可能な取付け孔２１が形成されている。この取付け孔２１にアークランプ２の口金１９が挿入され、発光管１１の長手方向とリフレクタ３から出射される平行光の光軸が一致するように、アークランプ２が接着剤等によって固定されている。
【００１６】
また、リフレクタ３は、前方に設けられた半円形状の射出開口２２と、この射出開口２２の縁部分２２ａを規定している円周部分２３から後方に延びている断面放物線状の主反射面２４と、射出開口２２の縁部分２２ａを規定していると共に円周部分２３の両端を繋いでいる直径部分２５から後方に延びている平面状の補助面２６を備えている。
【００１７】
ここで、主反射面２４は、単一の焦点を持ち、その焦点位置がアークランプ２の第１および第２の発光点ＬＡおよびＬＢを結んだ線分の中間点Ｐに一致するように設定されている。リフレクタ３の補助面２６は平らな面であり、この補助面２６には、アークランプ２の第１および第２の発光点ＬＡおよびＬＢから放射された光を反射して、第１および第２の発光点ＬＡおよびＬＢを結んだ線分の中間点Ｐに集光させる補助反射面３０が形成されている。
【００１８】
補助反射面３０は、補助面２６においてアークランプ２の発光部２２の下部に相当する領域に形成されている。この補助反射面３０は、第１および第２の楕円状反射面３１および３２を有している。第１の楕円状反射面３１および第２の楕円状反射面３２は、各発光点ＬＡ、ＬＢと中間点Ｐとの間に共役関係が成り立つように配置されている。これらの楕円状反射面３１および３２は中間点Ｐの真下付近で連続となっている。
【００１９】
この構成の照明装置１において、アークランプ２の各発光部ＬＡ、ＬＢから放射されて補助反射面３０の各楕円状反射面３１、３２に入射した光は、そこで反射されて中間点Ｐに集光される。これにより、アークランプ２には、最も輝度の高い発光点（中間点）Ｐが新たに形成されたことになる。中間点Ｐに集光された光は、焦点位置がこの中間点Ｐに合わせられている主反射面２４によって反射され、高精度の平行光として半円形状の射出開口２２から出射される。
【００２０】
このように照明装置１においては、従来の放物面反射鏡の１／２のサイズのリフレクタ３を用いて、平行度の高い光を出射できる。このため、装置の小型化および軽量化を図ることができる。また、アークランプ２に最も輝度の高い発光点（中間点）Ｐを形成し、主反射面２４の焦点位置を中間点Ｐに合致させてあるので、アークランプ２の２カ所の発光点ＬＡおよびＬＢから放射された光を効率良く平行光に変換できる。従って、平行度が高く、明るい光を得ることができる。よって、照明装置１によれば、装置の小型化を図りながらも、明るく、平行度の高い出射光を得るという相反する要求を同時に満足できる。
【００２１】
最近注目を集めている液晶プロジェクタでは、照明装置から出射された平行光を２種類の偏光光束に分離し、しかる後に一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向に揃えて１種類の偏光光束とする偏光変換装置を使用するのが一般的になりつつある。このような液晶プロジェクタに本発明を適用した照明装置１を組み込めば、照明装置１の占めるスペースが少なくて済むので、液晶プロジェクタを小型化できる。また、照明装置１は半円形状の射出開口２２を備えたリフレクタ３を使用しているので、偏光変換装置としては、その射出開口２２から出射された平行光を呑み込める程度の大きさで済む。すなわち、液晶プロジェクタの光学要素の小型化を図ることができ、液晶プロジェクタのトータルのシステムをコンパクトに纏めることができる。
【００２２】
また、光源ランプとリフレクタからなる照明装置を複数個組み合わせた複合ランプシステムにおいて、個々の照明装置に本発明を適用した照明装置１を用いれば、光の明るさや平行度を犠牲にすることなく、そのシステムの小型化を図ることができる。また、複合ランプシステムにおいて、円形の射出開口を形成する場合でも、照明装置１を２個組み合わせるだけで円形射出開口を容易に構成できる。
【００２３】
なお、補助反射面３０としては、第１および第２の楕円状反射面３１、３２を備えたものに限定されないことは勿論である。例えば、第１および第２の楕円状反射面３１、３２を形成する代わりに、第１の発光点ＬＡを中心とする第１の球状反射面と、第２の発光点ＬＢを中心とする第２の球状反射面を形成するようにしても良い。このような第１および第２の球状反射面を形成した場合でも、第１および第２の楕円状反射面３１、３２を備えた照明装置１と同様の効果を奏する。
【００２４】
また、補助反射面３０として１つの球状反射面を形成するようにしても良い。図３には補助反射面３０として１つの球状反射面３３が形成された照明装置１Ａの概略断面構成を示してある。なお、図３に示す照明装置１Ａにおいて、前述した照明装置１と共通する部分については、同符号を付してある。
【００２５】
補助反射面３０としての球状反射面３３は、アークランプ２の第１の発光点ＬＡと第２の発光点ＬＢを結ぶ線分の中間点Ｐを中心に持ち、所定の半径を有する半球形状となっている。
【００２６】
このような補助反射面３０を備えた照明装置１Ａにおいて、アークランプ２の各発光点ＬＡおよびＬＢから放射されて球状反射面３３に入射した光は、そこで反射された中間点Ｐに集光される。このため、前述した照明装置１と同様に、アークランプ２に最も輝度の高い発光点（中間点）Ｐが新たに形成される。また、この発光点Ｐから放射された光が主反射面２４において反射され、高精度の平行光としては半円形状の射出開口２２から出射される。従って、照明装置１Ａにおいても、前述した照明装置１と同様に、装置の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな明るさの平行光を得ることができる。
【００２７】
［その他の実施の形態］
なお、補助反射面３０が形成された部分を除く平面状の補助面２６は必ずしも完全な平面でなくても良い。例えば、曲率半径の大きな面であっても良い。また、補助面２６を反射面とすれば、アークランプ２から放射された光の補助面２６における損失を最小限に抑えることができる。このため、照明装置１における光の利用効率をいっそう高めることができる。また、補助面２６を熱吸収性を有する部材から形成すれば、アークランプ２の発熱を吸収できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置においては、従来の放物面反射鏡の１／２程度のサイズのリフレクタを用いている。また、アークランプの第１および第２の発光点から放射された光をそれらの発光点の中間点に集め、この中間点から放射された光を主反射面で平行光に変換している。従って、照明装置の小型化および軽量化を図ることができる。また、平行度が高く、明るい出射光を得ることができる。換言すれば、出射光の平行度および明るさを犠牲にすることなく、照明装置の小型化を図れる。
【００２９】
このような本発明の照明装置を用いれば、明るさを確保するために照明装置からの光束を一定の偏光成分のみに変換する偏光変換装置が組み込まれている液晶プロジェクタにおいて、偏光変換装置およびその他の光学要素を小型化できる。これにより、液晶プロジェクタのトータルのシステムをコンパクトにできる。
【００３０】
また、本発明の照明装置を、複合ランプシステムにおける個々の照明装置として使用すれば、光の明るさや平行度を犠牲にすることなく、そのシステムの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した照明装置の外観形状を示す斜視図である。
【図２】図１に示す照明装置の概略断面構成図である。
【図３】図２とは異なる照明装置の概略断面構成図である。
【符号の説明】
１、１Ａ照明装置
２アークランプ
３リフレクタ
１１発光管
１２発光部
１３、１４封止部
２２射出開口
２２ａ縁部分
２３円周部分
２４主反射面
２５直径部分
２６補助面
３０補助反射面
３１第１の楕円状反射面
３２第２の楕円状反射面
３３球状反射面
ＬＡ第１の発光点
ＬＢ第２の発光点
Ｐ中間点

Claims

第１および第２の発光点を備えるアークランプと、このアークランプから放射された光を反射するリフレクタとを有する照明装置において、
前記リフレクタは、前方に設けられた半円形状の射出開口と、
この射出開口の縁部分を規定している円周部分から後方に延びている断面放物線状の主反射面と、
当該射出開口の縁部分を規定していると共に前記円周部分の両端を繋いでいる直径部分から後方に延びている平面状の補助面とを備えており、
前記補助面には、前記第１および第２の発光点から放射された光を反射して、当該第１および第２の発光点を結んだ線分の中間点に集光させる補助反射面が形成されており、
前記主反射面の焦点位置を前記中間点に合致させていることを特徴とする照明装置。
請求項１において、前記補助反射面は、前記第１および第２の発光点と前記中間点との間に共役関係が成り立つように配置された第１および第２の楕円状反射面であることを特徴とする照明装置。
請求項１または２において、前記補助面は反射面であることを特徴とする照明装置。