JP4235829B2 - 照明装置並びにその照明装置を備えたプロジェクタ - Google Patents
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Description
前記発光管の構造及び前記第一反射鏡の貫通孔の構造によって定まる
前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径D1が、前記第二反射鏡の外側面の直径d1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径d1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、前記第二反射鏡の反射面が前記発光部の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とが一致するように配置されていると共に、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする。
これにより、通常は迷光となってしまうような発光管からの光のほとんどを第一反射鏡に戻して利用に供させることが可能となる。また、発光部から照明装置の後側に出射される光のうち、利用可能範囲内にある光については、第一反射鏡で反射された後、第二反射鏡によって遮断されるのを回避できる。これに加えて次のような効果も得られる。同じ光量を得るに際して第一反射鏡を小さくできる。また、第一反射鏡による集光点径を小さくすることも可能となるため、引き続く光学系に光が入射し易くなり、この点からも光利用効率を向上させることができる。さらに、この構成によると、発光管を第一反射鏡から突出した状態にできるため、照明装置を通過する冷却空気を直接発光管に当てて、そのクーリング性を向上させることもできる。
また、前記照明装置において、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されているので、発光管が熱により膨張しても上記隙間によりその熱的変形を吸収できる。これは、本発明の他の証明装置についても同様である。
なお、前記バネを導電性巻線から構成し、該バネが配置されている側と反対側の封止部から出るリード線に接続すると、前記バネを点灯性を向上させる絶縁破壊のためのトリガ線として利用することができる。
前記発光管の構造及び前記第一反射鏡の貫通孔の構造によって定まる
前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径D1が、前記第二反射鏡の外側面の直径d1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径d1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とが一致するように配置されており、前記電極の先端間距離をLe、前記電極先端間の中心F1から前記第二反射鏡の反射面の開口端面までの前記照明装置の光軸上の距離をLr、前記第二反射鏡の外側面の開口端部の直径をd2、前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径をD2、前記電極先端のうち前記第一反射鏡側の電極先端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後ろ側へと延長させた直線とに挟まれた角度をθd、前記第一反射鏡の反射面の開口端と前記第一反射鏡側の電極先端とを結ぶ線と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後側へと延長させた直線とに挟まれた角度をθeとして、θdを、θd=90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d2/2)}として近似するとき、前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径D2が、θe>θdとなるような範囲にあると共に、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする。
第一反射鏡の反射面の開口端部の直径をこのようにすることで、第二反射鏡で反射されずに前方に出射した光も利用可能となる。
前記発光管の構造及び前記第一反射鏡の貫通孔の構造によって定まる
前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径D1が、前記第二反射鏡の外側面の直径d1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径d1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とが一致するように配置されており、前記第二反射鏡の反射面の開口端部の直径d2が、前記電極間で発生するアークの前記第一反射鏡側のアーク端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光の境界光を反射できる大きさであると共に、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする。
第一反射鏡の反射面の開口端部の直径をこのようにすることで、第二反射鏡で反射されずに前方に出射した光も利用可能となり、且つ、第一反射鏡の反射面の開口端部の直径を最小限に設定することができる。
図1は本発明の実施形態1に係る照明装置100の構成図、図2は図1の装置100の作用説明図である。この照明装置100は、発光管10と、照明装置100の主反射鏡である第一反射鏡20aと、照明装置100の補助反射鏡である第二反射鏡30aとを備える。発光管10は、石英ガラス等からなり、内部にタングステンの電極12,12と、水銀、希ガス及び少量のハロゲンが封入された中央の発光部11と、発光部11の両側の封止部13,13からなる。各封止部13には、電極12と接続されたモリブデンからなる金属箔14が密封され、各金属箔14,14には外部につなげられるリード線15,15がそれぞれ設けられている。これらのリード線15,15の接続先は従来からの構成と同じでよく、例えば、図示していない照明装置固定具等に設けられた外部との接続端子に接続される。
図5(a)は、本発明の実施形態2に係る照明装置100Aの構成図及び作用図である。この照明装置100Aの構成は基本的に図1の照明装置100と同じであり、図1の照明装置100との相違点は、照明装置100の第一反射鏡20aの反射面50の焦点距離f1より照明装置100Aの第一反射鏡20dの反射面53の焦点距離f1Aの方が大きく(f1<f1A)、照明装置100の第一反射鏡20aの反射面50の焦点距離f2より照明装置100Aの第一反射鏡20dの反射面53の焦点距離f2Aの方が小さい(f2>f2A)点である。図中、f1Aは第一反射鏡20dの反射面53の回転曲線の頂点から第1焦点F1Aまでの距離を表し、f2Aは第一反射鏡20dの反射面53の頂点から第2焦点F2Aまでの距離を表している。これにより、第一反射鏡20dの反射面53の開口端部の直径D5は図1の第一反射鏡20aの反射面50の開口端部の直径D4より大きくなるが、照明装置100Aの第2焦点F2Aにおける集光スポット径は、照明装置100の第2焦点F2における集光スポット径より小さくなる。従って、照明装置100Aからの出射光が引き続く光学系に入射し易くなり、光利用率の向上により貢献できる。
図6は、本発明の実施形態3に係る照明装置100Dの構成図である。この照明装置100Dの図1と同じ部分については同じ符号を用いて説明は省略し、相違する点を以下で説明する。ここでは、上記実施形態1又は実施形態2とは異なり、第二反射鏡30cの反射面62の開口端部の先端が電極12,12の間の中心位置まで届いていない状態の場合に、第一反射鏡20eが担うべき光の反射領域の範囲を定めたものである。図6において、電極12,12の先端間距離をLe、電極12,12の先端間の中心F1(第一反射鏡20eの第一焦点)から第二反射鏡30bの開口端面までの光軸上の距離をLr、第二反射鏡30bの外側面の開口端部の直径をd2、第一反射鏡20eの反射面54の開口端部の直径をD2、照明装置100Dから射出される光の中心軸すなわち照明装置100Dの光軸をA、一対の電極12,12のうち第一反射鏡20e側の電極12先端から第二反射鏡30bで遮られずに射出される光の境界光であるL7と照明装置100Dの光軸Aを照明装置100Dの後側へと延長させた直線とに挟まれた角度θdとする。図6においてθdは、第一反射鏡20e側の電極12より後側の光軸延長線Aから右回りで境界光L7までの角度である。これによれば、角度θdを下記式1で近似できる。
θd=90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d1/2)}…式1
次に、照明装置100,100A,100Dの製造手順について説明する。以下は第一反射鏡20aを有する照明装置100について説明しているが、照明装置100A,100Dも同様の手順で製造できる。まず始めに、各発光管10毎に、発光管10及び第一反射鏡20aの構造に関するデータを収集する。このデータには、発光部11内の電極間距離、発光管10の各部形状及び寸法、第一反射鏡20aの形状及び寸法、第一反射鏡20aの焦点(第一反射鏡が楕円形状の場合には、第1焦点及び第2焦点)を含める。続いて、これらのデータを基に、各発光管10の発光部11からの光の出射状態を、コンピュータなどを利用してシミュレーションする。次に、発光部11からの光の出射状態シミュレーションを基に、各発光管10に対応した第二反射鏡30の設計を行う。この設計もまた、コンピュータシミュレーションなどを利用して行うことができ、そのようなシミュレーションを通して、既に説明した第二反射鏡30aとしての作用を果たすことが可能な形状(外径、内径、及び反射面形状など)が決定される。そして、その設計に基づいて、各発光管10に対応した第二反射鏡30aを製作する。このようにして製作された第二反射鏡30aの反射面60が発光部11の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、発光部11の中心から出射されて第二反射鏡30aに入る入射光と第二反射鏡30の反射面60の法線とが一致するように調整しながら、第二反射鏡30aを発光管10の封止部13の一方に取り付ける。これにより、発光部11における電極間での実際のアーク像及び光が発光管10のガラス部を透過する際の屈折を考慮した形状を有する第二反射鏡30aを製作でき、さらに、実際に発光部11から射出される光にあわせた第二反射鏡30aの位置調整を行なうことができる。
まず、発光管10の電極12,12又は電極間アーク(点灯時のアーク)の実像と第二反射鏡面30aによるそれらの反射像とを重ねるように第二反射鏡30aの位置を調整して、発光管10と第二反射鏡30aとを固定する。この場合、図7に示すように、上記実像と上記反射像とを、少なくとも2方向からカメラ(CCDカメラ等)による撮像画像を利用して検出し、それぞれの方向でそれらの実像と反射像とを重ねるように第二反射鏡30aの位置を調整して、発光管10と第二反射鏡30aとを固定することができる。図7では、(a)がCCDカメラを使って2方向から撮影するイメージ図、(b)が電極の実像と反射像とを重ねる概念図、(c)が点灯時の電極間アークの実像と反射像とを重ねる概念図を示している。なお、調整方向を多くすれば、それだけ精度よく位置決めできる。
なお、上記z軸とは照明装置100の光軸と平行な方向であり,X軸とy軸とはz軸の垂直な面において直角に交わりあう2軸である。
図9は本発明の実施形態4に係る照明装置100Bの構成図である。照明装置100とは発光管10と第二反射鏡30dとの固定方法のみが異なる。これは、封止部13の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネ40を利用して、第二反射鏡30dを封止部13に設けた突出部16に押圧固定したものである。突出部16は発光管10とは別に形成されたもので、発光部11の外周と第二反射鏡30dの反射面63との間に0.2mm以上の隙間Aを確保できる位置に設けられている。そしてバネ40は、第一反射鏡20fの開口端部の周囲に渡された2本またはそれ以上の引張線41により第二反射鏡30d及び突出部16側に押圧されている。このようにしても、発光管10に第二反射鏡30dを固定することができる。なお、バネ40が封止部13の外周に対して隙間を有して巻線されているため、封止部13が熱により膨張してもクリアランスがあるため問題にはならない。また、必要に応じて、第二反射鏡30dの固定に接着剤を併用してもよい。
図10は図9の構成を一部変更した本発明の実施形態5に係る照明装置100Cである。ここでは、バネ40を導電性巻線により構成し、該導電性巻線の一端をバネ40が配置されている側と反対側の封止部13から出るリード線15に配線42を介して電気的に接続し、バネ40を発光管10の始動時の絶縁破壊のトリガ線として作用させるようにしたものである。こうすることで、配線42を利用して第二反射鏡30fを発光管10に固定できると共に、発光管10の点灯性を向上させることができる。
Claims (14)
- 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、
前記発光管の構造及び前記第一反射鏡の貫通孔の構造によって定まる
前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の直径D1が、前記第二反射鏡の外側面の直径d1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径d1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、
前記第二反射鏡の反射面が前記発光部の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とが一致するように配置されていると共に、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする照明装置。 - 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、
前記発光管の構造及び前記第一反射鏡の貫通孔の構造によって定まる
前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の直径D1が、前記第二反射鏡の外側面の直径d1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径d1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、
前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とが一致するように配置されており、
前記電極の先端間距離をLe、前記電極先端間の中心F1から前記第二反射鏡の反射面の開口端面までの前記照明装置の光軸上の距離をLr、前記第二反射鏡の外側面の開口端部における直径をd2、前記第一反射鏡の反射面の開口端部における直径をD2、前記電極先端のうち前記第一反射鏡側の電極先端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後側へと延長させた直線とに挟まれた角度をθd、前記第一反射鏡の反射面の開口端部と前記第一反射鏡側の電極先端とを結ぶ線と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後側へと延長させた直線とに挟まれた角度をθeとして、θdを式1で近似するとき、前記第一反射鏡の反射面の開口端部における直径D2が、θe>θdとなるような範囲にあると共に、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする照明装置。
θd=90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d2/2)}…式1 - 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、
前記発光管の構造及び前記第一反射鏡の貫通孔の構造によって定まる前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径D1が、前記第二反射鏡の外側面の直径d1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径d1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、
前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とが一致するように配置されており、
前記第二反射鏡の反射面の開口端部の直径d2が、前記電極間で発生するアークの前記第一反射鏡側のアーク端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光の境界光を反射できる大きさであると共に、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする照明装置。 - 前記バネを導電性巻線により構成し、該導電性巻線の一端を前記バネが配置されている側と反対側の封止部から出るリード線に接続したことを特徴とする請求項1乃至3記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡は前記発光部の外周に対して隙間を有して配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡の反射面は、紫外線及び赤外線を通す誘電体多層膜により成形されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡の反射面が、前記封止部の外径より大きな内径を有する管の端面研磨又はプレス成形により形成されてなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡の外側面は、その反射面側から入射した光を透過させる態様に成形されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡の外側面は、その反射面側から入射した光を拡散反射させる態様に成形されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡が、石英、透光性アルミナ、水晶、サファイア、YAG、蛍石のいずれかからなることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の照明装置。
- 前記発光部の外周面に反射防止コートを施してなることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第二反射鏡が、前記発光部の近傍において前記封止部の表面に接着剤により固着されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の照明装置。
- 前記接着剤がシリカ・アルミナ混合物又は窒化アルミを含む無機系接着剤であることを特徴とする請求項12記載の照明装置。
- 照明装置と、該照明装置からの光が入射され与えられた画像情報に応じて該入射光を変調する光変調装置を備えたプロジェクタにおいて、
前記照明装置として請求項1乃至13のいずれかに記載された照明装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
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