JP4193063B2 - ランプ装置およびそれを備えたプロジェクタ - Google Patents

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Description

本発明は、いわゆる副鏡を備えたランプ装置並びにそのランプ装置を備えたプロジェクタに関する。
一対の電極が封入されたバルブ部と、その電極を先端に有した電極軸及び該電極軸に導通する導体箔を封止しバルブ部から連続して形成された一対の封止部とを備えた発光管を、主反射鏡に取り付けたランプ装置が広く知られている。また最近では、そのようなランプ装置に、バルブ部を挟んで主反射鏡と反射面を対向させて封止部の他方に副鏡を接着剤で固着したランプ装置が開示されている(例えば、特許文献1)。
特開平8−31382号公報
しかしながら従来は、副鏡の固着部が電極軸を封止している部分に対応した封止部の表面となっていた。そのような従来の構造にあっては、電極軸と封止部との熱膨張率の差に起因して発生する応力に、封止部と接着剤との熱膨張率の差に起因して発生する応力が加わり、発光管の副鏡固着部に応力が集中するという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、発光管の副鏡固着部に応力が集中するのを回避したランプ装置を提案すること、並びにそのランプ装置を備えたプロジェクタを提案することを目的とする。
本発明のランプ装置は、一対の電極が封入されたバルブ部と、前記電極を先端に有した電極軸及び前記電極軸に導通する導体箔を封止し前記バルブ部から連続して形成された一対の封止部とを備えた発光管と、前記一対の封止部の一方を固着して前記発光管から射出された光を被照明領域側に反射する主反射鏡と、前記バルブ部を挟んで前記一対の封止部の他方に配置され前記バルブ部から射出された光を前記主反射鏡に戻す副鏡とを備え、前記副鏡を、前記電極軸の終端に対応する位置より前記バルブ部から遠ざかる方向の前記導体箔に対応する位置の前記封止部の表面領域に全周にわたって接着剤で接着して、前記電極軸と前記封止部との熱膨張率の差に起因して発生する応力域と、前記封止部と前記接着剤との熱膨張率の差に起因して発生する応力域との重なりを回避して、副鏡の固着部における応力集中を回避させたことを特徴とする。
これによれば、熱膨張率の差に起因して電極軸と封止部との部分に発生する大きな応力域と、封止部と接着剤との部分に発生する大きな応力域とが相違するだけでなく、封止部と導体箔との熱膨張率の差に起因する応力の影響もほとんど問題とならないので、発光管の副鏡固着部での応力集中が回避される。従って、強度的に安定したランプ装置が得られる。

また、前記副鏡は、前記反射面が形成されたカップ状の反射基部と、前記反射基部から前記反射面の反射方向と反対方向に延長されて前記封止部を挿入可能に形成された筒部とを備え、前記筒部の終端部を利用して前記封止部に固着されていることを特徴とする。
これによれば、副鏡の反射面をバルブ部に近接して配置しつつ、副鏡を電極軸に対応する部分から離れた封止部の表面に接着でき、副鏡の外形も小さく保つことができる。
なお、前記筒部が、前記反射基部の最外形部と前記筒部が固着される前記封止部の先端外形部とを結ぶ仮想線の内側に位置していることが好ましい。こうすることで、筒部による主反射鏡からの反射光の遮光を回避することが可能となる。
本発明のプロジェクタは、光源と、前記光源から射出された光束を画像情報に応じて変調し画像を形成する光変調装置と、前記画像を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタにおいて、前記光源として上記の各ランプ装置を備えたことを特徴とする。このプロジェクタは、先に説明したようなランプ装置を光源としていることで、プロジェクタの品質及び寿命が向上する。
〔ランプ装置〕
図1は本発明の実施形態に係るランプ装置1の構成を示す断面図である。このランプ装置1は、発光管10と、主反射鏡20と、副鏡30とを備えてなる。
発光管10は例えば高圧水銀ランプであり、石英ガラス等によって形成され、中央のバルブ部11と、バルブ部11の両側にバルブ部11から連続して形成された一対の封止部13a、13bとを有する。バルブ部11の内部には、水銀、希ガス及び少量のハロゲン等が封入され、放電用電極12a、12bが封入されている。封止部13a、13bには、電極12a、12bが先端に形成されたタングステン等からなる電極軸12A,12Bと、電極軸12A,12Bに導通する導体であるモリブデン等からなる金属箔14a、14bが密封され、金属箔14a、14bからは電力供給用リード(線又は端子)15a,15bが封止部13a、13bの各終端面から引き出されている。また、ここでは、封止部13aの端部に口金16を設けて、漏光の防止などを図っているが、これを無くしてもよい。なお、発光管10は高圧水銀ランプに限られるものではなく、他のランプ、例えばメタルハライドランプやキセノンランプ等でもよい。また、電極12a,12bが形成されている電極軸12A,12Bの先端は、後述する電極軸12A,12Bの終端に対して、電極軸12A,12Bの始端となるものである。
主反射鏡20は、回転放物面状や回転楕円面状に形成された凹面状反射面21を有した反射基部22と、発光管10の一方の封止部13aを挿入して固定するための筒部23を備える。筒部23は反射面21及び反射基部22の中心から反射面21の反対側に延長された筒状体であり、その内側に反射面21の回転中心と同軸の貫通孔24を有している。反射基部22と筒部23は、通常、耐熱ガラスによって一体的に漏斗状に形成されている。発光管10は、そのバルブ部11が主反射鏡20の反射面21側に来るように、封止部13aが主反射鏡20の筒部23に反射面21側から挿入されて、接着剤40により固着されている。
副鏡30は、バルブ部11から射出した光を反射しバルブ部11を介して主反射鏡20に戻す作用をなすものであり、反射面31が形成されたカップ状の反射基部32と、反射基部32から反射面31の反射方向と反対方向に延長されて封止部13bを挿入可能に形成された筒部33とを備える。この副鏡30は、発光管10のバルブ部11を挟んで主反射鏡20と互いの反射面21,31を対向させた状態で、発光管10の封止部13bに接着剤40により固着されている。なお、副鏡30の反射基部32をバルブ部11の外周面の近傍に位置させて、副鏡30が主反射鏡20からの反射光をできるだけ遮らないようにしている。また、封止部13bの副鏡30との固着部を、電極軸12Bの終端に対応する位置よりバルブ部11から遠ざかる方向にある封止部13bの表面領域として、封止部13b内部の電極軸12Bと封止部13b表面の副鏡30固着領域とが、重ならないようにしている。つまり、封止部13bに対する副鏡30の固着部と、封止部13b内部の電極軸12Bとが、封止部13bのバルブ部11からの延出方向に垂直な面内に共存しないように、ずれている。このため、副鏡30の筒部33は、バルブ部11と封止部13bとの境界付近から金属箔14bの一部に重なるまでの筒長を有し、その筒部33の終端部を固着面に利用している。以上の態様により、熱膨張率の差に起因する電極軸12Bと封止部13bとの部分に発生する大きな応力域と、封止部13bと接着剤40との部分に発生する大きな応力域とを相違させることができる。ただし、副鏡30の筒部33は、反射基部32の最外形部と筒部33が固着される封止部13bの先端外形部とを結ぶ仮想線(図3(b)参照)の内側に位置させるの好ましい。このようにすることで、筒部33による主反射鏡20からの反射光の遮光を回避することができるからである。
なお、バルブ部11の外周面と副鏡30の反射面との間には、光源像と反射像の位置調整ができる程度の間隔、すなわち0.2mm以上の隙間を設けるのがよい。これにより、副鏡30で覆われている側のバルブ部11の放熱が確保され、発光管10の局所的な温度上昇を抑制することができる。また、副鏡30は高温に晒されるため、例えば、低熱膨張材である石英又はネオセラムや、高熱伝導材である透光性アルミナ、サファイア、水晶、蛍石、YAG等を利用して製作するのが好ましい。透光性アルミナとしては、例えば、「スミコランダム」が利用できる(「スミコランダム」は住友化学工業の登録商標)。
図2には副鏡30が付いた発光管10の外観図を示した。このような予め副鏡30を取り付けた発光管10を、主反射鏡20に位置決め固定することにより、ランプ装置1が組み立てられる。なお、副鏡30を発光管10の封止部13bに固着する接着剤40や、封止部13aを主反射鏡20の筒部23に固着する接着剤40として、シリカ系やアルミナ系の無機接着剤が利用できる。このような接着剤の具体的なものとしては、例えば「スミセラム」が上げられる(「スミセラム」は住友化学工業(株)の登録商標)。
次に、副鏡30の固着部を、電極軸12Bの終端に対応する位置よりバルブ部11から遠ざかる方向にある封止部13bの表面領域として、封止部13b内部の電極軸12Bと封止部13b表面の副鏡30固着領域とが、重ならないようにしたことに伴う効果を説明する。図3はそれに関する従来のランプ装置と本発明のランプ装置1とにおける効果の比較説明図である。
発光管10において金属(タングステン)である電極軸12Bを石英ガラスで封止する部分にはそれらの熱膨張率の差による応力が発生する。例えば、従来例の図3(a)に示すように、発光管10の近傍に副鏡30を設けようとすると、副鏡30の端部が電極軸12Bを封止している部分に対応する封止部13bの表面に位置する。この場合、電極軸12Bと封止部13bとの熱膨張率の差に起因して発生する大きな応力域Aと、封止部13bと接着剤40との熱膨張率の差に起因して発生する大きな応力域Bとが重なり、その部分で応力が集中する。
これに対して、ランプ装置1に対応する図3(b)では、筒部33の終端部を利用して、電極軸12Bの終端よりバルブ部11から遠ざかる方向にある封止部13bの表面領域を副鏡30の固着部としている。この場合、図示するように、電極軸12Bと封止部13bとの熱膨張率の差に起因して発生する大きな応力域Aと、封止部13bと接着剤40との熱膨張率の差に起因して発生する大きな応力域Bとの重なりがないため、副鏡30の固着部での応力集中が回避される。従って、発光管10が強度的安定したものとなる。なお、この場合、副鏡30の固着部は金属箔14bが封止されている部分と重なっているが、金属泊14bはその厚さが極めて薄いため、封止部13bと金属泊14bとの熱膨張率の差に起因する応力の影響はほとんど問題とならない。
以上説明したランプ装置1の光学作用は次のとおりである。すなわち、発光管10は電極12a,12bの放電作用により発光し、バルブ部11から光を射出する。バルブ部11から射出した光のうち、主反射鏡20側の射出光は、主反射鏡20で反射されて被照射領域に向かう。また、発光管10のバルブ部11から射出した光のうち、副鏡30側の射出光は、まず副鏡30で反射されて主反射鏡20に向かい、主反射鏡20で反射されて被照射領域に向かう。従って、ランプ装置1においては、発光管10のバルブ部11から射出された光の大部分が利用可能となり、光の利用効率が向上する。
〔プロジェクタ〕
図4は本発明の実施形態に係るプロジェクタ100の構成図である。このプロジェクタ100は、照明光学系300と、色光分離光学系380と、リレー光学系390と、液晶パネル410R,410G,410Bと、クロスダイクロイックプリズム420と、投写レンズ600等を備えている。
次に、上記プロジェクタ100の作用を説明する。
照明光学系300は、液晶パネル410R,410G,410Bの画像形成領域をほぼ均一に照明するためのインテグレータ照明光学系であり、上述した実施形態のランプ装置1と、第1レンズアレイ320と、第2レンズアレイ340と、偏光変換素子アレイ360と、重畳レンズ370とを備える。
まず、発光管10からの出射光は反射鏡20、又は副鏡30及び反射鏡20によって被照明領域側に反射されて、凹レンズ200に入り光の進行方向が照明光学系300の光軸とほぼ平行に調整される。
平行化された光は、第1レンズアレイ320の各小レンズ321に入射し、小レンズ321の数に応じた複数の部分光束に分割される。さらに、第1レンズアレイ320を出た各部分光束は、その各小レンズ321にそれぞれ対応した小レンズ341を有してなる第2レンズアレイ340に入射する。
そして、第2レンズアレイ340からの出射光は、光の偏向方向を同じ種類の直線偏光光にそろえる偏光変換素子アレイ360に入射する。そして、偏光変換素子アレイ360で偏光方向が揃えられた複数の部分光束は重畳レンズ370に入り、そこで液晶パネル410R、410G、410Bに入射する各部分光束が、対応するパネル面上で重さなり合うように調整される。
重畳レンズ370を出た光は、反射ミラー372で反射された後、色光分離光学系380に入射する。色光分離光学系380は、照明光学系300から射出された光を、赤、緑、青の3色の色光に分離する光学系であり、ダイクロイックミラー382,386と、反射ミラー384とを備える。
第1ダイクロイックミラー382は、重畳レンズ370から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。そして、赤色光成分は第1ダイクロイックミラー382を透過して反射ミラー384で反射され、フィールドレンズ400Rを通って赤色光用の液晶パネル410Rに達する。また、第1ダイクロイックミラー382で反射された青色光成分および緑色光成分のうち緑色光成分は第2ダイクロイックミラー386で反射され、フィールドレンズ400Gを通って緑色光用の液晶パネル410Gに達する。
一方、青色光成分は、第2ダイクロイックミラー386を透過し、リレー光学系390に入射する。リレー光学系390は、色光分離光学系380のダイクロイックミラー386を透過した青色光を液晶パネル410Bまで導く機能を有する光学系であり、入射側レンズ392と、リレーレンズ396と、反射ミラー394,398とを備える。すなわち、青色光成分は、入射側レンズ392、反射ミラー394、リレーレンズ396、及び反射ミラー398を通り、さらにフィールドレンズ400Bを通って青色光用の液晶パネル410Bに達する。なお、青色光にリレー光学系390が用いられているのは、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。すなわち、入射側レンズ392に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ400Bに伝えるためである。また、リレー光学系390は、3つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。
続いて、3つの液晶パネル410R、410G、410Bが、そこに入射した各色光を与えられた画像情報に従って変調し、各色光の画像を形成する。なお、各液晶パネル410R、410G、410Bの光入射面側、光出射面側には、通常、偏光板が設けられている。
続いて、各液晶パネル410R、410G、410Bから射出された各色光の変調光は、これらの変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム420に入射する。クロスダイクロイックプリズム420には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、4つの直角プリズムの界面に略X字状に形成され、これらの誘電体多層膜によって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420から射出されたカラー画像が、投写レンズ600によってスクリーン上に拡大投写される。
このプロジェクタ100は、前述したランプ装置1を備えているので、そのランプ装置1の品質向上に伴って、プロジェクタの総合的な品質及び寿命が向上する。
なお、本発明のプロジェクタ100は、上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、ランプ装置1の光を複数の部分光束に分割する2つのレンズアレイ320,340を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。
上記実施形態では、透過型の液晶パネルを用いたプロジェクタを例に説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用することが可能である。反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタの場合、液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。また、反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、照明光を赤、緑、青の3色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された3色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される場合がある。また、クロスダイクロイックプリズムではなく、三角柱や四角柱状のダイクロイックプリズムを複数組み合わせたダイクロイックプリズムを用いる場合もある。反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型の液晶パネルを用いたプロジェクタとほぼ同様な効果を得ることができる。
また、変調装置として液晶パネルを3枚利用したプロジェクタを例に説明したが、液晶パネルを1枚、2枚、あるいは4枚以上使用する構成のプロジェクタにも、本発明は適用できる。
また、入射光を変調して画像を生成する光変調装置は液晶パネルに限られるものではなく、例えば、マイクロミラーを用いた装置であってもよい。さらに、本発明のランプ装置は、投写面を観察する方向から画像投写を行なう前面投写型プロジェクタ、または投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行なう背面投写型プロジェクタのいずれのプロジェクタにも適用可能である。
本発明の実施形態に係るランプ装置の構成を示す断面図。 図1のランプ装置に用いる副鏡付き発光管の外観図。 本発明のランプ装置と従来のランプ装置における効果の比較説明図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの構成図。
符号の説明
1…ランプ装置、10…発光管、11…バルブ部、12a,12b…電極、12A,12B…電極軸、13a,13b…封止部、14a,14b…金属箔、15a,15b…リード(線又は端子)、16…口金、20…主反射鏡、21…反射面、22…反射基部、23…筒部、24…貫通孔、30…副鏡、31…副鏡の反射面、32…副鏡の反射基部、33…副鏡の筒部、40…接着剤、100…プロジェクタ、300…照明光学系、380…色光分離光学系、390…リレー光学系、420…クロスダイクロイックプリズム、600…投写レンズ。

Claims (4)

  1. 一対の電極が封入されたバルブ部と、前記電極を先端に有した電極軸及び前記電極軸に導通する導体箔を封止し前記バルブ部から連続して形成された一対の封止部とを備えた発光管と、
    前記一対の封止部の一方を固着して前記発光管から射出された光を被照明領域側に反射する主反射鏡と、
    前記バルブ部を挟んで前記一対の封止部の他方に配置され前記バルブ部から射出された光を前記主反射鏡に戻す副鏡とを備え、
    前記副鏡を、前記電極軸の終端に対応する位置より前記バルブ部から遠ざかる方向の前記導体箔に対応する位置の前記封止部の表面領域に全周にわたって接着剤で接着して、前記電極軸と前記封止部との熱膨張率の差に起因して発生する応力域と、前記封止部と前記接着剤との熱膨張率の差に起因して発生する応力域との重なりを回避して、副鏡の固着部における応力集中を回避させたことを特徴とするランプ装置。
  2. 前記副鏡は、反射面が形成されたカップ状の反射基部と、前記反射基部から前記反射面
    の反射方向と反対方向に延長されて前記封止部を挿入可能に形成された筒部とを備え、前
    記筒部の終端部を利用して前記封止部に固着されていることを特徴とする請求項1記載の
    ランプ装置。
  3. 前記筒部が、前記反射基部の最外形部と前記筒部が固着される前記封止部の先端外形部
    とを結ぶ仮想線の内側に位置していることを特徴とする請求項2記載のランプ装置。
  4. 光源と、前記光源から射出された光束を画像情報に応じて変調し画像を形成する光変調
    装置と、前記画像を投写する投写レンズとを備えたプロジェクタにおいて、前記光源とし
    て請求項1または3のいずれかに記載のランプ装置を備えたことを特徴とするプロジェク
    タ。
JP2004335375A 2004-03-22 2004-11-19 ランプ装置およびそれを備えたプロジェクタ Active JP4193063B2 (ja)

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