JP4285556B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、発光源である発光管と発光管からの光を集める反射鏡とを有する光源装置及びこれを用いたプロジェクタに関する。

液晶プロジェクタ等の照明用光学系に用いられる集光リフレクタとして、例えば回転楕円面を用いた多面式リフレクタ等がある。このような多面式リフレクタを用いた場合、多数の光源像が被照射域に結像して現われ、照度及び色むらの原因となる。そのため、照射の中心方向を軸心とする略回転２次曲面体状をなす反射面部を有し、反射面部を構成する分割反射面が軸心に対して調整された傾きを有する集光リフレクタが考えられている（例えば、特許文献１、２、３）。
特開平９−２２２５８０号公報 特開平１０−５０１２０号公報 特開２００１−２４２５４５号公報

上記集光リフレクタによって、集光率が高く、被照射面へ照度及び色むらの少ない照射が可能である。しかし、反射面が正面から見て円形にされていたり、外に広がる光軸を有する多面で構成されたりしているため、薄型化や小型化に限界があった。また、上記集光リフレクタは、製造が困難であり、精度の確保も容易でなく、光のロスも多かった。

そこで、本発明は、リフレクタの性能を犠牲にすることなく薄型化又は小型化した光源装置及びこれを組み込んだ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に、本発明に係る光源装置は、（ａ）光源光を発生する発光管と、（ｂ）発光管から射出された光源光を反射する複数の凹曲面を有する反射鏡とを備え、（ｃ）複数の凹曲面は、それぞれ回転楕円面であり、（ｄ）複数の凹曲面を構成する各回転楕円面の第１焦点は、発光管の発光中心にそれぞれ配置され、（ｅ）複数の凹曲面を構成する各回転楕円面の第２焦点は、前記発光中心を通るシステム光軸に垂直な所定の第１方向から見た場合に、システム光軸を挟んで各回転楕円面の反対側にそれぞれ配置され、かつ、システム光軸と第１方向とに垂直な第２方向から見た場合に、システム光軸を基準として各回転楕円面が存在する側にそれぞれ配置される。

上記光源装置では、リフレクタとしての反射鏡を複数の凹曲面に分割し、各凹曲面すなわち各回転楕円面の第１焦点は、発光管の発光中心にそれぞれ配置され、各回転楕円面の第２焦点は、上述の第１方向（例えばシステム光軸に垂直な横方向）から見た場合に、システム光軸を挟んで各回転楕円面の反対側にそれぞれ配置され、かつ、上述の第２方向（例えばシステム光軸に垂直な上方向）から見た場合に、システム光軸を基準として各回転楕円面が存在する側にそれぞれ配置される。つまり、第１方向から観察した場合には、システム光軸を挟んで対向する凹曲面（例えはシステム光軸に対して上下に配置される凹曲面）は互いに前方に向かって閉じるように各回転楕円面を配置し、第２方向から観察した場合には、システム光軸を挟んで対向する凹曲面（例えはシステム光軸に対して左右に配置される凹曲面）は互いに前方に向かって開くように各回転楕円面を配置することになる。結果的に、各凹曲面で反射された光源光束群の光路をシステム光軸に対してねじれの関係となるように配置することになり、各凹曲面からの光源光が発光管にほとんど遮られずに射出されるにもかかわらず、第１方向から観察した場合のシステム光軸に垂直な幅に関して、すなわち第２方向の幅に関して、リフレクタのサイズを小さくすることができる。これにより、光の利用効率を高めつつリフレクタ、ひいては光源装置を薄型化することができる。

本発明の具体的な態様又は側面によれば、反射鏡は少なくとも４つの凹曲面で構成される。この場合、反射鏡を４つ以上に分割することにより、リフレクタをより薄型化することができる。

本発明の具体的な態様又は側面によれば、反射鏡において、各凹曲面の境界は、システム光軸を含む平面上に配置される。この場合、各凹曲面の境界とシステム光軸とが同一面上に配置されることになり、各凹曲面がシステム光軸から放射状に広がる扇状輪郭を有するものとなり、システム光軸に近接する光路を経て取り出される際の光のロスを抑えることができる。

本発明の別の態様では、発光管から射出された光源光を反射鏡側に反射する副鏡をさらに備える。この場合、発光管から射出された光のうち、反射鏡で回収できない光を副鏡によって反射鏡へ導くことができる。

本発明のさらに別の態様では、各凹曲面の境界とシステム光軸とを含む特定面上に発光管から延びるリード線及びトリガー線のうち少なくとも一方を有する。この場合、リード線やトリガー線を各凹曲面の境界とシステム光軸とを含む特定面に沿って設置することにより、配線による減光を低減することができる。

本発明のさらに別の態様では、光源装置は、反射鏡の各凹曲面で反射された光をそれぞれ平行化する複数のレンズ部を有する平行化レンズと、複数のレンズ部によって平行化された光をシステム光軸に対してそれぞれ平行に調整する複数のプリズム部を有するプリズムとをさらに備える。この場合、反射鏡から反射された光を全体としてシステム光軸に対して平行にすることができる。

本発明のさらに別の態様では、平行化レンズ及びプリズムは、複数の凹曲面からの光が互いに交差する範囲外の位置にそれぞれ配置される。この場合、各凹曲面からの光束を個別に平行化でき、各凹曲面からの反射光を重畳させることなく、システム光軸に対して平行にすることができ、光束を均一化することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述の光源装置と、（ｂ）光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、（ｃ）光変調装置を経た像光を投射する投射光学系とを備える。この場合、光源装置を小さくすることにより、プロジェクタを小型化及び軽量化することができる。

（１）光源装置
図１は、本発明の一実施形態に係る光源装置を示す側方断面図であり、図２は、図１の平面断面図である。また、図３は図１の正面図である。本実施形態の光源装置１００は、光源ユニット１０と、電源装置７０とを備える。光源ユニット１０は、放電発光型の発光管１と、楕円型の反射鏡であるリフレクタ２と、球面状の副鏡である副反射鏡８と、コリメート用の凹レンズ３と、凹レンズ３から射出した光束を同一方向にそろえるプリズム７とを備える。電源装置７０は、光源ユニット１０に交流電流を供給して所望の状態に発光させるための電気回路である。

光源ユニット１０において、発光管１は、中央部が球状に膨出した透光性の石英ガラス管から構成され、照明用の光を放射する本体部分１１と、この本体部分１１の両端側に延びる第１及び第２封止部１３、１４とを備える。発光管１には、例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプといった放電発光型のランプ等が用いられる。

発光管１において、本体部分１１内に形成される放電空間１２には、タングステン製の第１電極１５の先端部と、同様にタングステン製の第２電極１６の先端部とが所定距離で離間配置されており、希ガス、金属ハロゲン化合物等を含む放電媒体であるガスが封入されている。この本体部分１１の両端に延びる各封止部１３、１４の内部には、第１及び第２電極１５、１６の根元部分に電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１７ａ、１７ｂが挿入され、気密に封止されている。これらの金属箔１７ａ、１７ｂに接続されたリード線１８ａ、１８ｂに対して電源装置７０により交流電圧を印加すると、一対の電極１５、１６間でアーク放電が生じ、本体部分１１が高輝度で発光する。ここで、リード線１８ｂとこれに付随するトリガー線１８ｃは、図１及び図３に示すように、発光管１の第２封止部１４から延びる。トリガー線１８ｃは、発光管１の第２封止部１４から延び、後述する第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５の境界とシステム光軸ＯＡとを含むＹＺ平面上すなわち特定面上に配置される。リード線１８ｂも同様に、発光管１から延び、後述する第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７の境界とシステム光軸ＯＡとを含むＹＺ平面上すなわち特定面上に配置される。トリガー線１８ｃやリード線１８ｂを第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５の境界を含む特定面や、第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７の境界を含む特定面に沿って設置することにより、配線を簡易化することができるとともに、光束への影響を最小限にすることができる。

リフレクタ２は、上記のような第１、第２、第３及び第４リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７と、発光管１の第１封止部１３が挿通される首状部２ａとを備えた石英ガラス製の一体成形品である。首状部２ａは、第１封止部１３を挿通させるとともに、リフレクタ２を本体部分１１に対してアライメントした状態で固定可能にしている。また、リフレクタ２の内側ガラス面は、楕円曲面状に加工され、その表面上に反射面が形成されている。なお、図１において、システム光軸ＯＡよりも＋Ｘ方向側に配置される第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６のみ示しているが、システム光軸ＯＡよりも−Ｘ方向側に配置される第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７についても、システム光軸に垂直な第１方向であるＸ軸方向からみた場合には第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６と同様とする。また、図１に示す光束１０４ｂ、１０６ｂは、例えば図２に示す光束１０４ｂ、１０６ｂのうち直線ＡＢを含むＹ方向に平行な平面（略Ｚ方向に沿った面）で区切られた部分の光束を示す。

図４及び図５は、光源ユニット１０のうち、主にリフレクタ２によって形成される光束を示す側方断面図及び平面断面図である。ここで、図４に示す光束１０４ｂ、１０６ｂは、例えば図５に示す光束１０４ｂ、１０６ｂのうち直線ＡＢを含むＹ方向に平行な平面で区切られた部分の光束を示す。リフレクタ２は、回転楕円体１９の一部から構成されており、楕円面の反射面を有する。すなわち、図３に示すようにリフレクタ２は上下左右方向に４分割された部分からなる構成となっており、回転楕円体１９の右上、左上、右下、及び左下に配置された４つの扇状の分割領域をそれぞれ反射面とする第１リフレクタ部分１０４と、第２リフレクタ部分１０５と、第３リフレクタ部分１０６と、第４リフレクタ部分１０７とが組み合わされた形状となっている。

第１〜第４リフレクタ部分１０４〜１０７は、図１〜３に示すように、発光管１の発光点１ａに第１焦点を一致させた仮想的な回転楕円体１９を、発光点１ａを中心としてＸ軸回り及びＹ軸回りに回転させて、回転楕円体１９の回転軸を発光管１の軸線であるシステム光軸ＯＡに対して所定の角度傾け、システム光軸ＯＡを含むＸＺ平面及びＹＺ平面によって分割して得た楕円面をそれぞれ有している。
ここで、図４に示すようにシステム光軸に垂直な第１方向であるＸ方向からリフレクタ２を見た場合、システム光軸ＯＡよりも＋Ｙ方向側のリフレクタ２の上半分の第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５は、それらの第１焦点６が発光管１の発光点（発光中心）１ａに一致しており、それらの第２焦点９ａ，９ｂがシステム光軸ＯＡよりも−Ｙ方向側に配置されている楕円面を凹曲面の反射面として有する。第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５の回転軸１０４ａ、１０５ａは、発光管１の軸線たるシステム光軸ＯＡを含むＸＺ面から発光点１ａを中心としてＸ軸の周りに共に時計回り（−Ｘ方向から見た場合）に回転させるように傾斜して配置されている。言い換えると、第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５は、−Ｘ方向から見た場合、仮想的な回転楕円面１９を第１焦点６を中心としてＸ軸周りに時計回りに回転させた楕円面の一部に一致する。
また、図４に示すようにシステム光軸に垂直な第１方向であるＸ方向からリフレクタ２を見た場合、システム光軸ＯＡよりも−Ｙ方向側のリフレクタ２の下半分の第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７は、それらの第１焦点６が発光管１の発光点（発光中心）１ａに一致しており、それらの第２焦点９ｃ，９ｄがシステム光軸ＯＡよりも＋Ｙ方向側に配置されている楕円面を凹曲面の反射面として有する。第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７の回転軸１０６ａ、１０７ａは、ＸＺ面から発光点１ａを中心としてＸ軸の周りに共に反時計回り（−Ｘ方向から見た場合）に回転させるように傾斜して配置されている。言い換えると、第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７は、−Ｘ方向から見た場合、仮想的な回転楕円面１９を第１焦点６を中心としてＸ軸周りに反時計回りに回転させた楕円面の一部に一致する。
よって、第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５は、第１焦点６を中心に、第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５の第２焦点９ａ、９ｂ位置がシステム光軸ＯＡを含むＸＺ平面より第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７側に距離ａだけ−Ｙ方向にシフトするように配置されている。一方、第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７は、第１焦点６を中心に、第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７の第２焦点９ｃ、９ｄ位置がシステム光軸ＯＡを含むＸＺ平面より第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５側に距離ａだけ＋Ｙ方向にシフトするように配置されている。すなわち、Ｘ方向から見た場合、第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５と第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７とは、仮想的な回転楕円体１９よりもシステム光軸ＯＡに近づくように傾けられた楕円面をそれぞれ凹曲面の反射面として有する。

また、図５に示すようにシステム光軸ＯＡと第１方向（Ｘ軸方向）とに垂直な第２方向であるＹ方向からリフレクタ２を見た場合、システム光軸ＯＡよりも＋Ｘ方向側のリフレクタ２の左半分の第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６は、それらの第１焦点６が発光管１の発光点（発光中心）１ａに一致しており、それらの第２焦点９ａ，９ｃがシステム光軸ＯＡよりも＋Ｘ方向側に配置されている楕円面を凹曲面の反射面として有する。第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６の回転軸１０４ａ、１０６ａは、ＹＺ面から発光点（発光中心）１ａを中心としてＹ軸の周りに共に反時計回り（＋Ｙ方向から見た場合）に回転させるように傾斜して配置されている。言い換えると、第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６は、＋Ｙ方向から見た場合、仮想的な回転楕円面１９を第１焦点６を中心としてＹ軸周りに反時計回り（＋Ｙ方向から見た場合）に回転させた楕円面の一部に一致する。
また、図５に示すようにシステム光軸ＯＡと第１方向（Ｘ軸方向）とに垂直な第２方向であるＹ方向からリフレクタ２を見た場合、システム光軸ＯＡよりも−Ｘ方向の右半分の第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７は、それらの第１焦点６が発光管１の発光点（発光中心）１ａに一致しており、それらの第２焦点９ｂ，９ｄがシステム光軸ＯＡよりも−Ｘ方向側に配置されている楕円面を凹曲面の反射面として有する。第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７の回転軸１０５ａ、１０７ａは、ＹＺ面から発光点１ａを中心としてＹ軸の周りに共に時計回り（＋Ｙ方向側から見た場合）に回転させるように傾斜して配置されている。言い換えると、第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７は、＋Ｙ方向から見た場合、仮想的な回転楕円面１９を第１焦点６を中心としてＹ軸周りに時計回り（＋Ｙ方向から見た場合）に回転させた楕円面の一部に一致する。
よって、第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６は、第１焦点６を中心に保持して、第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６の第２焦点９ａ、９ｃ位置がシステム光軸ＯＡを含むＹＺ平面より第２及び第４リフレクタ部分１０４、１０６側に距離ｂだけ＋Ｘ方向にシフトするように配置されている。一方、第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７は、第１焦点６を中心に保持して、第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７の第２焦点９ｂ、９ｄ位置がシステム光軸ＯＡを含むＹＺ平面より第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７側に距離ｂだけ−Ｘ方向にシフトするように配置されている。すなわち、Ｙ方向から見た場合、第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６と第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７とは、仮想的な回転楕円体１９よりもシステム光軸ＯＡから遠ざかるように傾けられた楕円面をそれぞれ凹曲面の反射面として有する。

以上をまとめると、各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７の第２焦点９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、Ｘ軸に平行な第１方向から観察した場合（図４参照）に、システム光軸ＯＡを挟んで各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７の反対側にそれぞれ配置され、かつ、Ｙ軸に平行な第２方向から観察した場合（図５参照）に、システム光軸ＯＡを基準として各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７が存在する側にそれぞれ配置されている。
この結果、第１リフレクタ部分１０４と第３リフレクタ部分１０６とで反射された光束１０４ｂ、１０６ｂはＸＺ面内のシステム光軸ＯＡから離れた位置で互いに交差するが、第１リフレクタ部分１０４と第２リフレクタ部分１０５とで反射された光束１０４ｂ、１０５ｂは互いに交差しないようになっている。また、第２リフレクタ部分１０５と第４リフレクタ部分１０７とで反射された光束１０５ｂ、１０７ｂはＸＺ面内のシステム光軸ＯＡから離れた位置で互いに交差するが、第４リフレクタ部分１０７と第３リフレクタ部分１０６とで反射された光束１０７ｂ、１０６ｂは互いに交差しないようになっている。これにより、各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７で反射された各光束１０４ｂ、１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂの光路は、システム光軸ＯＡに対してねじれの関係で配置されており、発光管１によって遮られないようにすることができる。

以上の配置を図３を参照して再度説明すると、Ｚ方向から観察した場合、このリフレクタ２のうち第１リフレクタ部分１０４は、第１象限にあって、その第２焦点９ａが第４象限にあり、紙面に垂直な（Ｚ軸に平行な）システム光軸ＯＡと第１リフレクタ部分１０４から第２焦点９ａに向かう反射光束群とは、互いにねじれの関係に配置される。また、第２リフレクタ部分１０５は、第２象限にあって、その第２焦点９ｂが第３象限にあり、紙面に垂直なシステム光軸ＯＡと第２リフレクタ部分１０５から第２焦点９ｂに向かう反射光束群とは、互いにねじれの関係に配置される。同様に、第３リフレクタ部分１０６は、第４象限にあって、その第２焦点９ｃが第１象限にあり、紙面に垂直なシステム光軸ＯＡと第３リフレクタ部分１０６から第２焦点９ｃに向かう反射光束群とは、互いにねじれの関係に配置される。さらに、第４リフレクタ部分１０７は、第３象限にあって、その第２焦点９ｄが第２象限にあり、紙面に垂直なシステム光軸ＯＡと第４リフレクタ部分１０７から第２焦点９ｄに向かう反射光束群とは、互いにねじれの関係に配置される。

図１に戻って、副反射鏡８は、リフレクタ２に対向して発光管１の光束射出前方側に配置される。発光管１の光束射出前方側の略半分は、副反射鏡８によって覆われている。この副反射鏡８は、発光点１ａから射出された光源光を発光点１ａに戻すように設計されている。すなわち、発光点１ａ付近から射出された光源光は、副反射鏡８の反射面によって発光点１ａ付近に一旦集光された後、発光管１内から副反射鏡８によって遮られないように外部に射出される。副反射鏡８により、発光管１から射出された光のうち、リフレクタ２に届かない光をリフレクタ２へ導くことができ、光源光を効率よく集光し、有効に利用することができる。

発光管１を点灯した場合、発光管１から放射された光束は各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７の反射面で反射され、或いは副反射鏡８の反射面を経て各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７の反射面でさらに反射され、楕円曲面の第２焦点９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ位置に収束する光束となる。つまり、リフレクタ２及び副反射鏡８は、システム光軸ＯＡに対して略軸対称な反射曲面を有する。

凹レンズ３は、平行化レンズであり、リフレクタ２に対向して同軸に配置されている。つまり、凹レンズ３の中心光軸は、リフレクタ２全体としての回転軸と一致するシステム光軸ＯＡ上に配置されている。また、凹レンズ３は、第１、第２、第３及び第４リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７で反射された光が互いに交差する範囲外の位置、すなわち第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６で反射された光が互いに交差した後の位置に配置される。同様に、凹レンズ３は第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７で反射された光が互いに交差した後の位置に配置される。

凹レンズ３は、第１、第２、第３及び第４リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７の境界平面でありＸＺ面、ＹＺ面にそれぞれ平行な特定面を基準として第１、第２、第３及び第４リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７にそれぞれ対応する第１、第２、第３及び第４凹レンズ部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有し、一体に構成される。各凹レンズ部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの光軸が各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７の回転軸１０４ａ、１０５ａ、１０６ａ、１０７ａと一致するとき、各凹レンズ部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７で反射された光源光を平行化して射出させるコリメータレンズとして機能する。つまり、凹レンズ３により、各リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７から反射された光がいったん交差しても、凹レンズ３から射出された光束をシステム光軸ＯＡから近い位置で平行光束にすることができる。凹レンズ３から射出された平行光束は、次段のプリズム７に入射される。

プリズム７は、凹レンズ３の光射出側であって、第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６で反射された光が互いに交差する範囲外の位置、すなわち第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６で反射された光が凹レンズ３を経た後の位置に配置される。同様に、プリズム７は第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７で反射された光が互いに交差する範囲外の位置、すなわち第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７で反射された光が凹レンズ３を経た後の位置に配置される。プリズム７は、ＸＺ面、ＹＺ面に平行な特定面を基準として第１、第２、第３及び第４リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７にそれぞれ対応する第１、第２、第３及び第４プリズム部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを有し、一体に構成される。第１、第２、第３及び第４プリズム部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、Ｘ方向から見て光源光の入射側が凸面、射出側が凹面となっている。ここで、第１プリズム部７ａは、＋Ｙ方向に広がり、−Ｘ方向に広がるくさび角を有している。また、第２プリズム部７ｂは、＋Ｙ方向に広がり、＋Ｘ方向に広がるくさび角を有している。第３プリズム部７ｃは、−Ｙ方向に広がり、−Ｘ方向に広がるくさび角を有している。第４プリズム部７ｄは、−Ｙ方向に広がり、＋Ｘ方向に広がるくさび角を有している。これにより、凹レンズ３から射出された平行光束をシステム光軸ＯＡに接近させた状態で平行にすることができる。

以上説明した光源装置１００によれば、回転楕円体１９を第１、第２、第３及び第４リフレクタ部分１０４、１０５、１０６、１０７に４分割し、図３、５等に示すように、射出側からみて右側（システム光軸ＯＡより＋Ｘ側）の一組の第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６と、左側（システム光軸ＯＡより−Ｘ側）の一組の第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７とは、互いに先端側で開くように傾けられている。つまり、第１焦点６を中心に、一方側の第１及び第３リフレクタ部分１０４、１０６の回転軸１０４ａ、１０６ａと、他方側の第２及び第４リフレクタ部分１０５、１０７の回転軸１０５ａ、１０７ａとが発光管１を避けて反射光束を交差させないように傾けられているので、リフレクタ２から取り出せる光の利用効率を高めることができる。なお、リフレクタ２の短軸方向の長さＳＢ´は、回転楕円体１９の短軸方向の長さＳＡ´よりもわずかに長くなるが、リフレクタ２の大きさにほとんど影響ない。
一方、図３、４等に示すように、上側（システム光軸ＯＡより＋Ｙ側）の一組の第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５と、下側（システム光軸ＯＡより−Ｙ側）の一組の第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７とは、互いに先端側で閉じるように傾けられている。つまり、第１焦点６を中心に、一方側の第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５の回転軸１０４ａ、１０５ａと、他方側の第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７の回転軸１０６ａ、１０７ａとが反射光束を交差させるように傾けられているので、リフレクタ２の短軸方向の長さＳＢは、回転楕円体１９の短軸方向の長さＳＡよりも短くなる。これにより、光源装置を薄型化することができる。
さらに、第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５と第３及び第４リフレクタ部分１０６、１０７との境界をシステム光軸ＯＡを含むＸＺ面上やＹＺ面上すなわち特定面上に配置することにより、各リフレクタ１０４、１０５、１０６、１０７で反射された光源光の第２焦点９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを上記特定面に関して対称な位置に設置することができ、光束の不均衡を低減することができる。

（２）プロジェクタ
図６は、図１等に示す光源装置１００を組み込んだプロジェクタを説明するための概念図である。本実施形態におけるプロジェクタ２００は、光源装置１００と、照明光学系２０と、色分離光学系３０と、光変調装置である液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射光学系である投射レンズ６０とを備える。なお、光源装置１００は、図１に示すものと同一であるので説明を省略する。

照明光学系２０は、光を分割して重畳するためのインテグレータ光学系を構成する一対のフライアイレンズである第１及び第２フライアイレンズ２３ａ、２３ｂと、光の偏光方向を揃える偏光変換素子２４と、両フライアイレンズ２３ａ、２３ｂを経た光を重畳させる重畳レンズ２５と、光の光路を折り曲げるミラー２６とを備え、これらにより均一化された照明光を形成する。照明光学系２０において、第１及び第２フライアイレンズ２３ａ、２３ｂは、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ３等を経た光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換素子２４は、ＰＢＳアレイで形成されており、第１フライアイレンズ２３ａ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役割を有する。重畳レンズ２５は、偏光変換素子２４を経た照明光を全体として適宜収束させて、後段の各色の光変調装置である液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの被照明領域に対する重畳照明を可能にする。

色分離光学系３０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、３１ｂと、反射ミラー３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを備え、照明光学系２０により形成された照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ光を透過させＧ光及びＢ光を反射する。また、第２ダイクロイックミラー３１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ光を反射しＢ光を透過させる。次に、この色分離光学系３０において、第１ダイクロイックミラー３１ａを透過したＲ光は、反射ミラー３２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射され、さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂでも反射されたＧ光は、入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過したＢ光は、リレーレンズＬＬ１、ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ、３２ｃを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ｃに入射する。

液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置であり、色分離光学系３０から射出された各色光に対応してそれぞれ照明される３つの液晶パネル４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、各液晶パネル４１ａ、４１ｂ、４１ｃの入射側にそれぞれ配置される３つの第１偏光フィルタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、各液晶パネル４１ａ、４１ｂ、４１ｃの射出側にそれぞれ配置される３つの第２偏光フィルタ４３ａ、４３ｂ、４３ｃとを備える。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過したＲ光は、フィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、液晶ライトバルブ４０ａの液晶パネル４１ａを照明する。第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、３１ｂの双方で反射されたＧ光は、フィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射し、液晶ライトバルブ４０ｂの液晶パネル４１ｂを照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａで反射され、第２ダイクロイックミラー３１ｂを透過したＢ光は、フィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶ライトバルブ４０ｃの液晶パネル４１ｃを照明する。各液晶パネル４１ａ〜４１ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調し、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。この際、第１偏光フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上により、各液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、それぞれに対応する各色の像光を形成する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、各液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム５０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、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜５１ａ、５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｒ光を反射し、他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｂ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ、５１ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を誘電体多層膜５１ｂで反射して進行方向左側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。

投射レンズ６０は、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの画像を投射する。

本実施形態のプロジェクタ２００は、図１に示す光源装置１００を用いているので、光源装置１００小さくすることにより、プロジェクタ２００を小型化及び軽量化することができる。

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、上記実施形態の光源装置１００等では、光源ユニット１０と、電源装置７０とを備えているが、電源装置７０は別体としてプロジェクタ２００に備えるようにしてもよい。

上記実施形態では、光源ユニット１０にリフレクタ２と副反射鏡８とを備える多重反射式ランプを用いる例を挙げたが、副反射鏡８を除いた単反射式ランプを用いてもよい。

また、上記実施形態では、リフレクタ２を４分割にしたが、８分割にしてもよい。例えば８分割する場合、図３において、第１象限の第１リフレクタ部分１０４を２つの部分に分け、それらの第２焦点を第４象限に配置する（例えば焦点９ａ参照）。また、第２象限の第２リフレクタ部分１０５を２つの部分に分け、それらの第２焦点を第３象限に配置する（例えば焦点９ｂ参照）。さらに、第４象限の第３リフレクタ部分１０６を２つの部分に分け、それらの第２焦点を第１象限に配置する（例えば焦点９ｃ参照）。さらに、第３象限の第４リフレクタ部分１０７を２つの部分に分け、それらの第２焦点を第２象限に配置する（例えば焦点９ｄ参照）。

また、上記実施形態では、第１及び第２リフレクタ部分１０４、１０５で反射した光の経路が発光管１に完全に遮られないようになっている例を挙げたが、光の経路が発光管１に一部遮られてもよい。
また、上記実施形態において、プリズム７は光束をシステム光軸ＯＡ付近に平行に射出するよう調整できるものであればプリズム７の配置は図１等で示した位置に限らず、凹レンズ３にもっと近づけてもよい。
また、上記実施形態では、リフレクタ２の形状は楕円面に限らず、放物面でもよい。この場合、平行化レンズを用いなくてもよい。

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液晶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、液晶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、液晶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、一対の偏光フィルタは不要である。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６に示すプロジェクタ２００の構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃを用いたプロジェクタ２００の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、或いは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

実施形態の光源装置について説明する側方面断面図である。 図１の光源装置の平面断面図である。 図１の光源装置の正面図である。 図１の光源ユニットのうち、主にリフレクタによって形成される光束を示す側方断面図である。 図４の光源ユニットの平面断面図である。 図１の光源装置を備えるプロジェクタを説明する概念図である。

符号の説明

１…発光管、 ２…リフレクタ、 ２ａ…首状部、 ３…凹レンズ、 １０４…第１リフレクタ部分、 １０５…第２リフレクタ部分、 １０６…第３リフレクタ部分、 １０７…第４リフレクタ部分、 ６…第１焦点、 ７…プリズム、 ８…副反射鏡、 ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…第２焦点、 １０…光源ユニット、 １１…本体部分、 １２…放電空間、 １３、１４…封止部、 １５、１６…電極、 １８ａ、１８ｂ…リード線、 １８ｃ…トリガー線、 ２０…照明光学系、 ２３ａ、２３ｂ…フライアイレンズ、 ２４…偏光変換素子、 ２５…重畳レンズ、 ３０…色分離光学系、 ３１ａ、３１ｂ…ダイクロイックミラー、 ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…フィールドレンズ、 ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…液晶ライトバルブ、 ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…液晶パネル、 ５０…クロスダイクロイックプリズム、 ６０…投射レンズ、 ７０…電源装置、 １００…光源装置、 ２００…プロジェクタ、 ＯＡ…システム光軸

Claims (8)

1. 光源光を発生する発光管と、
   前記発光管から射出された光源光を反射する複数の凹曲面を有する反射鏡と、
   を備え、
   前記複数の凹曲面は、それぞれ回転楕円面であり、
   前記複数の凹曲面を構成する各回転楕円面の第１焦点は、前記発光管の発光中心にそれぞれ配置され、
   前記複数の凹曲面を構成する各回転楕円面の第２焦点は、前記発光中心を通るシステム光軸に垂直な所定の第１方向から見た場合に、前記システム光軸を挟んで前記各回転楕円面の反対側にそれぞれ配置され、かつ、前記システム光軸と前記第１方向とに垂直な第２方向から見た場合に、前記システム光軸を基準として前記各回転楕円面が存在する側にそれぞれ配置される、
   光源装置。
2. 前記反射鏡は少なくとも４つの凹曲面で構成される、請求項１記載の光源装置。
3. 前記反射鏡において、前記各凹曲面の境界は、前記システム光軸を含む平面上に配置される、請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光源装置。
4. 前記発光管から射出された光源光を前記反射鏡側に反射する副鏡をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光源装置。
5. 前記各凹曲面の境界と前記システム光軸とを含む特定面上に前記発光管から延びるリード線及びトリガー線のうち少なくとも一方を有する請求項１から請求項４のいずれか一項記載の光源装置。
6. 前記反射鏡の前記各凹曲面で反射された光をそれぞれ平行化する複数のレンズ部を有する平行化レンズと、
   前記複数のレンズ部によって平行化された光を前記システム光軸に対してそれぞれ平行に調整する複数のプリズム部を有するプリズムと、
   をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光源装置。
7. 前記平行化レンズ及び前記プリズムは、前記複数の凹曲面からの光が互いに交差する範囲外の位置にそれぞれ配置される、請求項６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、
   前記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
   前記光変調装置を経た像光を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクタ。

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