JP4193855B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、照明光を発生する光源装置、及び、これを組み込んだ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射するプロジェクタが存在し、このようなプロジェクタは、プレゼンテーションやホームシアター用途に使用される。プロジェクタ用の光源装置として、高圧水銀ランプの発光管と、この発光管からの光束を一定方向にそろえるリフレクタと、発光管からの光束を発光管内に戻す副反射鏡とを備えるものが公知となっている（特開２００５−５１８３号公報参照）。なお、以上のような光源装置では、副反射鏡の存在により、光束の効率的利用を図ることができる。

しかしながら、上記のような光源装置において、発光部から射出される光束のうち発光部と封止部との境界部分を透過する光束はその境界部分の管材の形状により屈折するため、副反射鏡の特に根元側で反射された光束を正確に制御して電極間の発光部に戻すことが容易でない。このため、副反射鏡で反射された光束の一部が電極又はその周辺に入射して、発光管の温度を必要以上に上昇させたり、電極にダメージを与えたりして、発光管の寿命低下を招く場合がある。

そこで、本発明は、副反射鏡からの戻り光によって発光管の寿命低下が生じることを防止した光源装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記光源装置を組み込んだ高性能のプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の光源装置は、一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、発光管の第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、発光管の第２封止部側に設けられ、発光管から主反射鏡の反対側に放射された光束を発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の第２封止部側に設けられ、当該副反射部に対して段差状に形成された根元部とを有する副反射鏡とを備える。

上記光源装置では、発光部からの光束を元に戻すための副反射鏡が根元部を有し、この根元部を副反射部に対して段差状に形成することによって、発光管から根元部に入射した光束が発光部及び当該発光部近傍に逆行することを防止する。根元部は、副反射部の第２封止部側に設けられることに起因して、光束を電極間の発光部に戻すことが容易でないという事情があるが、根元部が光束の発光部への逆行を積極的に防止し、光束が電極又はその周辺に入射することを防止できるので、発光管の温度上昇や電極のダメージを抑制して、発光管の長寿命化を図ることができる。

また、本発明に係る第２の光源装置は、一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、発光管の第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、発光管の第２封止部側に設けられ、発光管から主反射鏡の反対側に放射された光束を発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の第２封止部側に設けられ、副反射部と異なる曲率の曲面が形成された根元部とを有する副反射鏡とを備える。この場合、根元部が発光管からの光束を発光部及び当該発光部近傍からそれるように反射することになるので、根元部に入射した光束を副反射鏡の前方等に効率的に排出することができる。

また、本発明に係る第３の光源装置は、一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、発光管の第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、発光管の第２封止部側に設けられ、発光管から主反射鏡の反対側に放射された光束を発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の第２封止部側に設けられ、副反射部と中心が異なる曲面が形成された根元部とを有する副反射鏡とを備える。この場合、根元部が発光管からの光束を発光部及び当該発光部近傍からそれるように反射することになるので、根元部に入射した光束を副反射鏡の前方等に効率的に排出することができる。

また、本発明に係る第４の光源装置は、一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、発光管の第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、発光管の第２封止部側に設けられ、発光管から主反射鏡の反対側に放射された光束を発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の第２封止部側に設けられ、光が透過される根元部とを有する副反射鏡とを備える。この場合、根元部に入射した光束を副反射鏡の後方に効率的に排出することができる。

また、本発明に係る第５の光源装置は、一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、発光管の第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、発光管の第２封止部側に設けられ、発光管から主反射鏡の反対側に放射された光束を発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の第２封止部側に設けられ、光が散乱される根元部とを有する副反射鏡とを備える。この場合、根元部に入射した光束をランダムに発散させることができ、光源装置から射出される光束にムラや偏りが生じにくい。

また、本発明に係る第６の光源装置は、一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、発光管の第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、発光管の第２封止部側に設けられ、発光管から主反射鏡の反対側に放射された光束を発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の第２封止部側に設けられ、発光管からの光束が発光部及び当該発光部近傍に逆行することを防止する根元部とを有する副反射鏡とを備える。この場合、根元部に入射した光束が発光部及び当該発光部近傍に逆行することが防止されるので、発光管の温度上昇や電極のダメージを抑制して、発光管の長寿命化を図ることができる。

また、本発明の別の具体的態様によれば、副反射鏡が、第２封止部の周囲に固定される支持部をさらに備え、根元部が、副反射部と支持部との間に形成された環状の部分である。この場合、第２封止部を軸として第２封止部に副反射鏡全体を簡易に支持することができる。

また、本発明に係るプロジェクタは、上述の光源装置のうちいずれかの光源装置と、光源装置から射出された光束を入力された画像情報に応じて変調して変調光を形成する光変調装置と、光変調装置からの変調光を像光として投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクタでは、光変調装置によって形成された変調光を像光としてスクリーン等に投射することができる。この際、光源装置として、明るく劣化の進行が少ない長寿命の光源装置を用いるので、明るく鮮明な画像を長期間にわたって投射することができる。

また、本発明の別の具体的態様又は観点によれば、上記プロジェクタにおいて、光変調装置が、各色光をそれぞれ変調する各色用の光変調部を有し、光源装置から射出された光束を各色光に分離して各色用の光変調部に導く色分離光学系と、各色用の光変調部によって変調された各色の変調光を合成する色合成光学系とをさらに備え、投射光学系が、当該色合成光学系によって合成された像光を投射する。この場合、複数の光変調部によって形成された各色の変調光を合成することによって得たカラー画像を投射することができる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを図面に基づいて説明する。

図１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である。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射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、及び投射光学系５０を備えて構成され、光学系２０、３０、３５を構成する各光学素子は、所定の照明光軸ＩＸが設定された光学部品用筐体２内に位置決め調整されて収納されている。
なお、プロジェクタ１は複数のファン（不図示）を備え、これらのファンによって光源ランプユニット１０及び光学系２０〜３５を対象とする冷却機構が構成されている。

光源ランプユニット１０は、光源ランプ１１から周囲に放射された光束を集めて射出し、光学系２０〜３５を介して光学装置４０を照明するためのものであり、詳しくは後述するが、発光管である光源ランプ１１と、楕円リフレクタである主反射鏡１２と、球面状リフレクタである副反射鏡１３と、平行化凹レンズ１４とを備えている。
そして、光源ランプ１１から放射された光束は、主反射鏡１２によって装置前方側すなわち光束射出前方側に収束される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、対象とする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、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ＩＸ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ＩＸ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ＩＸ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ＩＸ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。

各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る。両各ダイクロイックミラー３１、３２のうち、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。また、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。なお、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、青色光の光路が他の色光の光路よりも長いことを考慮したももので、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が長いのでこのような構成とされているが赤色光や緑色光の光路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により適宜集光、発散、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。なお、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ＩＸ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。なお、図示を略したが、フィールドレンズ４１及び各液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの間には、入射側偏光板が介在配置され、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ており、入射側偏光板、液晶パネル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、及び射出側偏光板で構成される液晶ライトバルブ（光変調部）によって、これらに入射する各色光の光変調が行われる。

各液晶パネル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、それぞれに入射し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、略Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜が形成されている。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。

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、投射光学系５０によって拡大投射され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。

図２は、図１のプロジェクタ１に組み込まれている光源ランプユニット１０の斜視図である。
光源ランプユニット１０は、前述した光源ランプ１１、主反射鏡１２、副反射鏡１３、及び平行化凹レンズ１４のほかに、平行化凹レンズ１４を保持する保持部材１６と、主反射鏡１２を保持するランプハウジング１５とを備えて構成されている。

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７１、この発光部７１の両側に延びる部分が第１及び第２封止部７３、７４となっている。
この光源ランプ１１には、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプのいずれかが採用されており、当該ランプは、高輝度であるとともに、強い紫外線を含んで発光する。

発光部７１の内部には、図３で示すように、内部に所定距離で離間配置される一対のタングステン製の電極７５、７６と、水銀、希ガス、及び少量のハロゲンが封入されている。

各封止部７３、７４の内部には、発光部７１に設けた電極７５、７６と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔７７ａ、７７ｂが挿入され、両封止部７３、７４の先端部は、ガラス材料等で封止されている。そして、この金属箔７７ａ、７７ｂに接続されたリード線７８ａ、７８ｂに電圧を印加すると、一対の電極７５、７６間でアーク放電が生じ、発光部７１が発光する。

主反射鏡１２は、光源ランプ１１の第１封止部７３が挿通される首状部１２１と、この首状部１２１から拡がる楕円曲面状の主反射部１２２とを備えた石英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に第１封止部７３が配置される。
主反射部１２２の楕円曲面状の内側ガラス面には、金属薄膜蒸着によって増反射膜である誘電体多層膜が成膜された反射面１２４が構成されている。なお、耐熱性の点で、この反射面１２４は、例えば、タンタル化合物とＳｉＯ₂の交互積層、又はハフニウム化合物とＳｉＯ₂の交互積層等から構成されるのが好ましい。
また、この反射面１２４は、可視光を反射して赤外線及び紫外線を透過するコールドミラーが形成された仕様となっている。

光源ランプ１１は、主反射部１２２の光軸ＳＸに沿って配置されるとともに、発光部７１内の電極７５、７６間の発光中心Ｏが反射面１２４の楕円曲面の第１焦点Ｆ１位置となるように配置される。光源ランプ１１を点灯した場合、発光部７１から放射された光束は反射面１２４で反射され、楕円曲面の第２焦点Ｆ２位置に収束する収束光となる。

この主反射鏡１２に光源ランプ１１を固定する際には、光源ランプ１１の第１封止部７３を主反射鏡１２の挿入孔１２３に挿入し、発光部７１内の電極７５、７６間の発光中心Ｏが反射面１２４の楕円曲面の第１焦点Ｆ１と一致するように配置し、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ＭＢを充填する。ここで、主反射部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、光源ランプ１１を主反射鏡１２に固定した場合、光源ランプ１１の光束射出前方側の第２封止部７４が主反射鏡１２の光束射出開口から突出する。

副反射鏡１３は、光源ランプ１１の発光部７１のうち光束射出前方側の略半分を覆う反射部材であり、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等を利用して製作される。この副反射鏡１３は、光源ランプ１１の発光部７１から前方に放射された光束を発光部７１に戻す副反射部８１と、発光部７１からの光束が発光部７１の内部及びその近傍に逆行することを阻止または防止する根元部８２と、根元部８２を支持した状態で第２封止部７４の周囲に固定される支持部８３とを備える。

副反射部８１の内側ガラス面は、発光部７１の表面に倣う略球面の凹曲面状に加工され、その表面上に反射面８５が形成されている。この反射面８５は、主反射鏡１２の反射面１２４と同様に、増反射膜である誘電体多層膜を成膜することによって得られる。この反射面８５も、可視光のみを反射させ、赤外線及び紫外線を透過させるコールドミラーとなっている。

副反射鏡１３の根元部８２は、副反射部８１の第２封止部７４側に形成された副反射部８１に対して段差状に形成された環状部分であり、副反射部８１とは反射特性が異なる。つまり、この根元部８２の内面にも、副反射部８１と一括して誘電体多層膜が成膜されているが、副反射部８１の反射面８５に対して段差となる形状の内面を有している。具体的に説明すると、この根元部８２の内面は、円錐面、球面等に加工された帯状の反射面であるが、副反射部８１の反射面８５の凹曲面状の延長面上からはずれた位置にあって反射面８５の曲率とは異なる曲率を有する。或いは、根元部８２の内面は、副反射部８１の反射面８５の凹曲面状の延長面と同一の曲率を有するが反射面８５又は延長面の曲率中心とは異なる位置に曲率中心を有する。これにより、根元部８２は、この根元部８２に入射した光束を発光部７１の内部及びその近傍からそらすように反射する。つまり、根元部８２に入射した発光部７１からの光束は、発光部７１の内部に戻されず、例えば支持部８３側に伝搬して外部に射出される。或いは、発光部７１からの光束が根元部８２によって発光部７１の内部に戻された場合であっても、このような光束のうち主なものは、発光部７１の内部を掠めるように通過するので、電極７５、７６に入射する戻り光はほとんど存在しない。この結果、発光部７１の温度が上昇することを防止し、電極７５、７６へのダメージを防止できるので、光源ランプ１１を長寿命化することができる。

なお、副反射鏡１３に上記のような根元部８２を設けず、副反射部８１を延長した球面反射鏡を形成した場合、この球面反射鏡で反射された発光部７１からの光束が発光部７１内の電極７５、７６を照明する可能性がある。発光部７１から光束射出前方側に射出された光束のうち光軸ＳＸに対して４０゜以下の角度方向に進行する光束は、発光部７１の一端すなわち第２封止部７４に隣接する端部分を経て外部に射出されるが、このような端部分では、発光部７１の表面が球面からかなり外れ、発光部７１の肉厚も徐々に厚くなるなど、反射光を発光部７１の中心に戻す光線の制御が容易でなくなる傾向がある。しかも、前述の発光部７１の端部分から発光部７１の中心を見込んだ場合、両電極７５、７６の間隔が極めて狭くなるので、発光部７１の中心に戻す光線制御の許容誤差が極めて厳しいものとなる。そこで、本実施形態では、発光部７１から射出された光束のうち光軸ＳＸに対して４０゜以下の角度方向に進行する光束を発光部７１側に積極的に戻すことをあきらめる。そして、このように光軸ＳＸに対して比較的小さな角度（２０゜〜４０゜の角度方向）で射出する光束については、副反射鏡１３に設けた根元部８２を利用して、発光部７１内にほとんど戻さないようにする。これにより、発光部７１の温度が上昇すること、および電極７５、７６へのダメージが防止され、光源ランプ１１の長寿命化を図ることができる。

副反射鏡１３の支持部８３は、第２封止部７４の外径よりも大きな内径を有する筒状の部材であり、副反射鏡１３を光源ランプ１１に固定する際には、光源ランプ１１の第２封止部７４を支持部８３内に挿入し、発光部７１内の電極７５、７６間の発光中心Ｏが反射面８５の球面の焦点となるように配置し、支持部８３内部にシリカ・アルミナを主成分とする無機系接着剤ＭＢを充填する。

ここで、光源ランプ１１から放射される光束について詳しく見てみると、発光部７１の発光中心Ｏから放射された光束のうち、主反射鏡１２に向かった光束Ｌ１は、主反射鏡１２の反射面１２４によって反射され、第２焦点Ｆ２位置に向かって射出される。

また、発光部７１の発光中心Ｏから主反射鏡１２とは反対側に放射される光束Ｌ２は、副反射鏡１３の反射面８５によって反射され、発光管７１の発光中心Ｏを通って主反射鏡１２側に向かい、さらに主反射鏡１２の反射面１２４で反射されて主反射鏡１２から第２焦点Ｆ２位置に向かって収束するように射出される。つまり、副反射鏡１３が設けられていることによって、発光部７１から主反射鏡１２とは反対側（光束射出前方側）に放射された光束を、光源ランプ１１から主反射鏡１２の反射面１２４に直接入射した光束と同様に、主反射鏡１２の第２焦点Ｆ２位置に収束させることができる。

この際、副反射鏡１３において、根元部８２に入射した光束が発光部７１の内部及びその近傍からそれるように反射され、電極７５、７６に入射するものはほとんどないので、発光部７１の温度が上昇することを防止し、電極７５、７６へのダメージを防止できるので、既に説明したように、光源ランプ１１の長寿命化を図ることができる。

なお、以上のような副反射鏡１３を設けることによって、主反射鏡１２に設けた主反射部１２２のサイズに拘わらず発光部７１から射出された光束の大半を第２焦点Ｆ２に収束するように射出できるので、主反射鏡１２の光軸方向寸法及び開口径を小さくすることができる。したがって、光源ランプユニット１０やプロジェクタ１を小型化でき、光源ランプユニット１０をプロジェクタ１内に組込むレイアウトも容易になる。

また、副反射鏡１３を設けることにより、第２焦点Ｆ２での集光スポット径を小さくするために主反射鏡１２の第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を近づけたとしても、発光部７１から放射された光のほとんど全てが主反射鏡１２及び副反射鏡１３により第２焦点Ｆ２に集光されて利用可能となり、光の利用効率を大幅に向上させることができる。
このことから、比較的低出力の光源ランプ１１が採用可能となり、光源ランプ１１及び光源ランプユニット１０の低温化を図ることも可能である。

平行化凹レンズ１４は、光源ランプ１１から放射されて主反射鏡１２によって収束される光束を平行化するためのものであり、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コート・Anti Reflection Coating）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、紫外線カット膜が形成されている。この紫外線カット膜は、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。

図４は、光源ランプユニット１０に用いる副反射鏡１３を製造するのに好適な方法を説明する図である。
副反射鏡１３は、気圧成形法によって製造され、図４（ａ）に示すように、副反射鏡１３の材料からなる管Ｔ８０の一部を加熱する第１工程と、図４（ｂ）に示すように、第１工程で加熱された管Ｔ８０を成形型Ｍ８０に入れ、不活性ガスにより内圧をかけながら管Ｔ８０の中央部を膨張させて、膨張した内面の一部が所望の形状（具体的には、副反射鏡１３の根元部８２、副反射部８１等の反射面８５に対応する形状）を有するように成形する第２工程と、図４（ｃ）に示すように、管Ｔ８０を中央部と両端部とで切断して２つの副反射鏡部材Ｐ８０を形成する第３工程と、各副反射鏡部材Ｐ８０の内面にＴｉＯ₂やＳｉＯ₂などの誘電体多層膜を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどにより成膜して反射層を形成することによって副反射鏡１３を完成する第４工程（不図示）とを含む。なお、本製法において、管Ｔ８０の材料としては、硬質ガラスや石英ガラスが適している。なかでも、石英ガラスが特に適している。熱膨張率が低いうえ内部歪が残らないため、アニールの必要がないことによる。

以上の工程によって作製された副反射鏡１３は、副反射部８１と支持部８３との間に環状の根元部８２を有しており、副反射部８１と根元部８２が異なる反射角特性を有する。この根元部８２は、既述のように光源ランプ１１の発光部７１からの光束を発光部７１及びその近傍からそれるように反射する。

図４（ａ）〜（ｃ）に例示した副反射鏡１３の製造方法によれば、副反射鏡１３に反射角特性が異なる特殊な内面形状の根元部８２を簡易に形成することができる。また、副反射鏡１３の内側の反射面を形成するための成形型が不要になるので、成形型Ｍ８０の表面状態が劣化しにくくなり、製造される副反射鏡１３の反射面の特性が劣化しにくくなる。また、上記製造方法によれば、副反射鏡部材Ｐ８０内面が不活性ガスのみに接することになるため、副反射鏡１３として表面粗さが極めて小さい滑らかな反射面を得ることができる。また、上記製造方法によれば、副反射鏡１３を極めて肉厚の薄いものにでき、主反射鏡１２からの反射光を副反射鏡１３の外側面が遮る割合を最小限とすることができる。

図２に戻って、光源ランプユニット１０において、ランプハウジング１５は、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、光学部品用筐体２（図１参照）の壁部と係合し、光源ランプユニット１０を光学部品用筐体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、図示を省略したが、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に接続されたリード線７８ａ、７８ｂが接続される。
垂直部１５２は、主反射鏡１２の光軸方向の位置決めを行う部分であり、この垂直部１５２に対して主反射鏡１２の光束射出開口側の先端部分が機械的な押圧や接着剤等によって固定される。この垂直部１５２には、主反射鏡１２の光束射出開口端縁に沿って開口部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の適所には、突起及び凹部が形成されており、これらの突起・凹部が光学部品用筐体２内に形成された凹部・突起とそれぞれ係合することにより、主反射部１２２の光軸ＳＸと光学部品用筐体２の照明光軸ＩＸとがアライメントされ、光源ランプ１１の発光中心Ｏが光学部品用筐体２の照明光軸ＩＸ上に配置される。

保持部材１６は、主反射鏡１２の光束射出開口に応じた円筒形状であって、主反射鏡１２とは反対側から垂直部１５２に接着固定され、平行化凹レンズ１４の外周端部を保持するものである。
この保持部材１６は、外側に設けられた保持部材本体１６３と、その内側に設けられた吸収部材１６４との二重構造となっている。
この外側の保持部材本体１６３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やベクトラ（ＬＣＰ）等の合成樹脂射出成形品であり、一体成形された筒部１６１及び保持部１６２で構成されている。筒部１６１は、内部に光源ランプ１１を覆っている。保持部１６２は、この筒部１６１の光束射出側端面を塞ぐように設けられ、平行化凹レンズ１４が嵌め込まれる開口１６９を有している。

内側の吸収部材１６４は、保持部材本体１６３に対する光源ランプ１１からの光を遮光し、かつ、反射率が低く光吸収可能な各種の部材から構成できる。遮光特性を有しながら反射率を低く抑えるには、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、これらの合金等の金属板を基板として、内側の表面に黒アルマイト処理を施したり、腐食加工、エッチングなどによって表面を荒らしたりすることができる。

なお、アルミニウムの無垢基板の反射率は約８０％であるが、この黒アルマイト処理によって反射率が約２０％以下に抑えられ、吸収部材１６４に入射した光束が確実に吸収・遮光される。
このような吸収部材１６４の黒アルマイト処理に基く耐食性及び光吸収作用により、保持部材本体１６３が保護され、熱劣化や、シロキサン等の有害なガスの発生を防止できる。
また、吸収部材１６４により保持部材１６全体としての耐熱性が確保できるので、保持部材本体１６３の材料の選択肢が広がり、軽量化や低コスト化、成形の容易化に応じることができる。

ところで、上述のように、主反射鏡１２及び副反射鏡１３に反射され、第２焦点Ｆ２位置に収束するのは、光源ランプ１１の光源光のうち、可視光線についてであって、光源光に含まれる赤外線及び紫外線については可視光線の場合と相違する。

つまり、光源ランプ１１から主反射鏡１２に射出された赤外線及び紫外線は、主反射鏡１２の基材を突き抜け、光源ランプユニット１０の外部に射出する。これにより、主反射鏡１２の裏側に熱が逃げ、光源ランプ１１を熱線である赤外線、及び紫外線から保護できる。なお、主反射鏡１２を突き抜けた赤外線及び紫外線は、光源ランプユニットを覆っている光学部品用筐体２によって遮光され外部へ漏出しない。
一方、光源ランプ１１から副反射鏡１３側に射出された赤外線は、副反射鏡１３を突き抜けるが、その射出方向は保持部材１６によって覆われており、光源ランプユニット１０の外部には漏出しない。このように、保持部材１６によって遮光された赤外線は、保持部材１６内側に設けられている吸収部材１６４によって大部分が吸収され、光源ランプ１１への照り返しを十分に低減できるので、光源ランプ１１の過熱を防ぎ、低温化の効果が高い。なお、光源ランプ１１から副反射鏡１３側に射出された紫外線も、上述した赤外線と同様に吸収部材１６４によって吸収される。

保持部材１６には、保持部材１６の筒部１６１の一方の側面に吸気口９１を、他方の側面に排気口９５を、それぞれ矩形状に切り欠いて形成してある。これにより、保持部材１６及び主反射鏡１２内の空間を通過する冷却流路を確保することができる。これら吸気口９１及び排気口９５には、光源ランプ１１の破裂時にランプの破片が飛散しないようにメッシュ（図示しない）が備えられている。

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る光源ランプユニット２１０を説明する図である。この光源ランプユニット２１０は、図１に示す第１実施形態に係るプロジェクタ１において光源ランプユニット１０に代えて組み込まれるものであり、特に説明しない部分については第１実施形態の光源ランプユニット１０と同一の構造を有し、また、共通する部分については同一の符号を付して重複説明を省略するものとする。

本実施形態の光源ランプユニット２１０では、副反射鏡２１３が光透過性の材料で形成された根元部２８２を備える。この根元部２８２の内面は、副反射部８１を延長した球面となっているが、反射面８５が形成されているのは、副反射部８１の内面のみである。つまり、発光部７１から射出されて副反射部８１に入射した光束は、戻り光として発光部７１の発光中心Ｏ及びその近傍に入射するが、発光部７１から射出されて根元部２８２に入射した光束は、根元部２８２を通過して保持部材１６内面の吸収部材１６４（第１実施形態の図２参照）に入射する。つまり、第２封止部７４に近い根元部２８２に入射した発光部７１からの光束は、この根元部２８２を通過して戻されることがないので、発光部７１内の電極７５、７６に戻り光が入射することを避けることができる。これにより、発光部７１の温度が上昇することを防止し、電極７５、７６へのダメージを防止できるので、光源ランプ１１を長寿命化することができる。
なお、根元部２８２は、誘電体多層膜を形成せず入射光束を透過させるので、根元部２８２の内面を球面に形成する必要はない。根元部２８２の内面は、例えば、円錐面その他の回転対象な曲面等とすることができ、第１実施形態の場合のように段差形状とすることもできる。また、根元部２８２の材料は、光透過性の材料であれば、第１実施形態と同様の材料（例えば石英ガラス等）を使用することができる。なお、本実施形態の根元部２８２は、副反射鏡２１３の基材が透光性の材料であり根元部２８２の内面に誘電体多層膜を形成しない構成でも、光透過性の材料で形成された根元部２８２の部分を副反射部８１と支持部８３との間に接続させる構成でも可能である。

以下、本例の副反射鏡２１３の製造方法の一例について説明する。本副反射鏡２１３の製造工程は、第１実施形態の説明において図４に示した副反射鏡１３の製造方法と類似するものとなる。つまり、本例の副反射鏡２１３も気圧成形法によって好適に製造されるが、図４（ｃ）の工程で使用する成形型Ｍ８０の型面が滑らかで、根元部２８２に対応する凹凸を有しない。また、副反射鏡部材Ｐ８０の内面に誘電体多層膜を成膜する際には、根元部２８２に対応する部分にマスクを設けて根元部２８２内面に反射面が形成されることを防止する。

〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る光源ランプユニット３１０を説明する図である。この光源ランプユニット２１０は、図１に示す第１実施形態に係るプロジェクタ１において光源ランプユニット１０に代えて組み込まれるものであり、特に説明しない部分については第１実施形態の光源ランプユニット１０と同一の構造を有する。

本実施形態の光源ランプユニット３１０では、副反射鏡３１３が光散乱性の材料で形成された根元部３８２を備える。この根元部３８２の内面は、副反射部８１を延長した球面となっているが、反射面ではなくフロスト処理された散乱面となっている。つまり、発光部７１から射出されて副反射部８１に入射した光束は、戻り光として発光部７１の発光中心Ｏ及びその近傍に入射するが、発光部７１から射出されて根元部３８２に入射した光束は、根元部３８２で散乱される。つまり、一部はランダムに発散しつつ根元部３８２を透過し、一部は根元部３８２でランダムに反射されて発散する。よって、第２封止部７４に近い根元部３８２に入射した発光部７１からの光束が戻り光となって、かかる戻り光が発光部７１内の電極７５、７６に直接的に入射することを避けることができる。これにより、発光部７１の温度が上昇することを防止し、電極７５、７６へのダメージを防止できるので、光源ランプ１１を長寿命化することができる。
なお、根元部３８２には誘電体多層膜を形成せず入射光束を散乱させるので、根元部３８２の内面を球面に形成する必要はない。根元部３８２の内面は、例えば、円錐面その他の回転対象な曲面等とすることができ、第１実施形態の場合のように段差形状とすることもできる。
また、根元部３８２の内面ではなく外面を散乱面とすることもできる。つまり、根元部３８２は、発光部７１からの入射光を散乱する表面又は内部領域を含む材料で形成することができる。なお、本実施形態の根元部３８２は、副反射鏡３１３の基材が光を散乱させる材料であり根元部３８２の内面に反射面（誘電体多層膜）を形成しない構成、光を散乱させる材料で形成された根元部３８２の部分を副反射部８１と支持部８３との間に接続させる構成、または、副反射鏡３１３の基材がいかなる基材であっても根元部３８２の内面及び外面の少なくとも一方に光を散乱させる加工が施されている構成でも可能である。

以下、本例の副反射鏡３１３の製造方法の一例について説明する。本副反射鏡３１３の製造工程は、第１実施形態の説明において図４に示した副反射鏡１３の製造方法と類似するものとなる。つまり、本例の副反射鏡３１３も気圧成形法によって好適に製造されるが、図４（ｃ）の工程で使用する成形型Ｍ８０が滑らかで、根元部３８２に対応する凹凸を有しない。また、副反射鏡部材Ｐ８０の内面に誘電体多層膜を成膜する前に、根元部３８２に対応する部分の表面にフッ酸処理、サンドブラスト処理等を施すことによって表面をすりガラス面とする。さらに、副反射鏡部材Ｐ８０の内面に誘電体多層膜を成膜する際には、根元部３８２に対応する部分にマスクを設けて根元部３８２内面に反射面が形成されることを防止する。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、主反射鏡１２の反射面１２４や副反射鏡１３の反射面８５は、それぞれ楕円曲面や球面に限らず、光源ランプユニット１０、２１０、３１０に要求される精度その他の仕様に応じて多様な曲面とすることができる。

また、上記実施形態では、光源ランプユニット１０等からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのレンズアレイ２２、２３を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイ２２、２３を用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、レンズアレイ２２、２３をロッドインテグレータに置き換えることもできる。

また、上記実施形態では、光源ランプユニット１０等からの光を特定方向の偏光とするＰＢＳアレイ２３を用いていたが、この発明は、このようなＰＢＳアレイ２３を用いないプロジェクタにも適用可能である。

上記実施例では、光変調装置を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。

また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは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。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１のプロジェクタ１の構成は、いずれにも適用可能である。

第１実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。 図１に示すプロジェクタ中の光源ランプユニットの斜視図である。 光源ランプユニットの光学的構造を説明する概念図である。 光源ランプユニットの副反射鏡の製造方法を説明する図である。 第２実施形態における光源ランプユニットを説明する図である。 第３実施形態における光源ランプユニットを説明する図である。

符号の説明

１…プロジェクタ、 １０，２１０，３１０…光源ランプユニット、 １１…光源ランプ、 １２…主反射鏡、 １３，２１３，３１３…副反射鏡、 １４…平行化凹レンズ、
１５…ランプハウジング、 １６…保持部材、 ２０…均一照明光学系、２１，２２…レンズアレイ、 ２３…ＰＢＳアレイ、 ３０…色分離光学系、 ３１，３２…ダイクロイックミラー、 ３５…リレー光学系、 ４０…光学装置、 ４２，４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ…液晶パネル、 ４３…クロスダイクロイックプリズム、 ５０…投射光学系、 ７１…発光部、 ７３…第１封止部、 ７４…第２封止部、 ７５，７６…電極、 ８１…副反射部、 ８２，２８２，３８２…根元部、 ８３…支持部、 ８５…反射面、 １２２…主反射部、 １２４…反射面。

Claims (9)

1. 一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、
   前記発光管の前記第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、
   前記発光管の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管から前記主反射鏡の反対側に放射された光束を前記発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の前記第２封止部側に設けられ、当該副反射部に対して段差状に形成された根元部とを有する副反射鏡と、
   を備える光源装置。
2. 一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、
   前記発光管の前記第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、
   前記発光管の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管から前記主反射鏡の反対側に放射された光束を前記発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の前記第２封止部側に設けられ、当該副反射部と異なる曲率の曲面が形成された根元部とを有する副反射鏡と、
   を備える光源装置。
3. 一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、
   前記発光管の前記第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、
   前記発光管の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管から前記主反射鏡の反対側に放射された光束を前記発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の前記第２封止部側に設けられ、当該副反射部と中心が異なる曲面が形成された根元部とを有する副反射鏡と、
   を備える光源装置。
4. 一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、
   前記発光管の前記第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、
   前記発光管の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管から前記主反射鏡の反対側に放射された光束を前記発光管の発光部に戻す副反射部と、当該副反射部の前記第２封止部側に設けられ、光が透過される根元部とを有する副反射鏡と、
   を備える光源装置。
5. 一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、
   前記発光管の前記第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、
   前記発光管の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管から前記主反射鏡の反対側に放射された光束を前記発光管の発光部に戻す副反射部を有する副反射鏡と、
   を備える光源装置であって、
   前記副反射鏡は、前記第２封止部側に接着剤を介して固定されており、
   前記副反射鏡は、さらに、前記副反射部の前記第２封止部側に設けられ、光が散乱される根元部を備える光源装置。
6. 一対の電極によって放電発光可能な発光部と、当該発光部の両側に設けられる第１及び第２封止部とを有する発光管と、
   前記発光管の前記第１封止部側に設けられ、当該発光管から放射された光束を所定方向に揃えて射出する主反射部を有する主反射鏡と、
   前記発光管の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管から前記主反射鏡の反対側に放射された光束を前記発光管の発光部に戻す副反射部を有する副反射鏡と、
   を備える光源装置であって、
   前記副反射鏡は、前記第２封止部側に接着剤を介して固定されており、
   前記副反射鏡は、さらに、前記副反射部の前記第２封止部側に設けられ、前記発光管からの光束が前記発光部及び当該発光部近傍に逆行することを防止する根元部を備える光源装置。
7. 前記副反射鏡は、前記第２封止部の周囲に固定される支持部をさらに備え、前記根元部は、前記副反射部と前記支持部との間に形成された環状の部分であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の光源装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光束を入力された画像情報に応じて変調して変調光を形成する光変調装置と、
   前記光変調装置からの変調光を像光として投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクタ。
9. 前記光変調装置は、前記各色光をそれぞれ変調する各色用の光変調部を有し、
   前記光源装置から射出された光束を各色光に分離して前記各色用の光変調部に導く色分離光学系と、前記各色用の光変調部によって変調された各色の変調光を合成する色合成光学系とをさらに備え、
   前記投射光学系は、当該色合成光学系によって合成された像光を投射する
   ことを特徴とする請求項８記載のプロジェクタ。

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