JP4479686B2 - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、ランプを用いた照明装置と、かかる照明装置によって照明される液晶パネル
等の光変調装置を備えたプロジェクタとに関する。

プロジェクタ用の光学系として、投写光源からの白色光を赤、青、緑に分岐する一対の
ダイクロイックミラーを備え、分岐された赤側の光路上に赤外線除去フィルタとして機能
する光路折曲用のミラーを設け、分岐された青側の光路上に紫外線除去フィルタとして機
能する光路折曲用のミラーを設けたものが存在する。

また、プロジェクタ用の光学系において、光源ランプの正面に光均一化用のフライレン
ズを一対配置し、前段のフライアイレンズの入射側を凸レンズ面として、この凸レンズ面
上に赤外線を反射するフィルタを設けたものも存在する。
特開平２−２５３２９１号公報 特開平１０−１６１２４１号公報

しかし、前者のような光学系では、色分岐された光路に配置された傾斜ミラー上にフィ
ルタを形成する。このとき、傾斜ミラーの傾斜角度は光軸に対して４５度とするのが一般
的である。すると、フィルタを光軸に対して垂直に配置する場合と比べて、フィルタの面
積を２^1/2倍にする必要がある。つまり、ミラーが傾斜した分だけフィルタの面積を大き
くする必要があり、製造コストが増加する。

また、後者のような光学系では、フライアイレンズの凸レンズ面上にフィルタを形成す
る。この場合、フィルタには様々な角度で光が入射することになるので、一部の光線につ
いて、フィルタが本来の機能を発揮できない場合がある。つまり、フィルタの効率が低下
してこれを透過する赤外線や紫外線の量が増加する。

そこで、本発明は、小面積のフィルタで赤外線や紫外線を効率よくカットすることがで
きる照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような照明装置を備えた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、本発明に係る照明装置は、（ａ）発光源であるランプ本体と
、ランプ本体から射出された光を反射する凹面鏡とを有するランプ装置と、（ｂ）一方に
平面の光学面を有するとともに他方に平面の光学面に対向する非平面の光学面を有してお
り、ランプ装置の光射出側に配置されるレンズ部材と、を備える。さらに、このレンズ部
材は、（ｃ）平面の光学面の法線がランプ装置の光軸に対して所定の微小角だけ傾斜する
ように配置されており、かつ、（ｄ）平面の光学面に、ランプ装置の光軸に略平行な光束
が入射するように配置されている。そして、（ｅ）当該平面の光学面には、紫外線及び赤
外線のうち少なくとも一方を反射するフィルタが設けられている。

上記照明装置では、紫外線及び赤外線のうち少なくとも一方を反射するフィルタが、レ
ンズ部材の平面の光学面（以下、「平坦面」ということもある）上に設けられているので
、ランプ装置からの光束のうち紫外線及び赤外線のうち少なくとも一方を除去することが
できる。しかも、フィルタが設けられた平坦面には、ランプ装置の光軸に略平行な光束が
入射するため、フィルタの効率が低下することがない。よって、照明装置による被照明対
象や照明光路上の光学要素等が紫外線や赤外線によって化学的変化等のダメージを受ける
ことを防止でき、被照明対象や照明光路上の光学要素等の不良発生を抑えることができる
。

この際、フィルタが設けられた平坦面の法線が、ランプ装置の光軸（以下、「ランプ軸
」ということもある）に対して微小角だけ傾斜していることにより、フィルタで反射され
た紫外線や赤外線がランプ装置に逆行することによって（いわゆる「戻り光」によって）
、ランプ本体の発光部に再入射することを防止できる。これにより、戻り光によるランプ
本体の加熱を低減でき、ランプ本体の劣化が早まってランプ装置の寿命が短くなることを
防止できる。特に、このフィルタによって熱線である赤外線を反射する場合は、ランプ加
熱低減の効果が大きい。また、レンズ部材の平坦面をフィルタの支持体として兼用できる
ので、フィルタを設けることによって照明装置が大型化することもない。そして、フィル
タが設けられた平坦面の法線の、ランプ軸に対する傾斜は微小であるため、フィルタの面
積を大きくすることなく光束をカバーすることができる。よって、本発明の照明装置によ
れば、照明装置の大型化を招くことなく、小面積のフィルタで赤外線や紫外線を効率よく
カットすることができる。
なお、ランプ装置の光軸（ランプ軸）に略平行とは、ランプ軸に「完全に平行な場合」
と、「若干非平行な場合」とを含む。「完全に平行な場合」とは、その光が、理論上、ラ
ンプ軸に完全に平行である場合を意味する。また、「若干非平行な場合」とは、レンズ部
材の平坦面の法線をランプ軸と一致させれば、理論上、ランプ軸に対して完全に平行とな
るはずの光が、レンズ部材の平坦面の法線をランプ軸に対して所定の微小角だけ傾斜させ
ることによって、ランプ軸に対して完全に平行とはならない場合を意味するものとする。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記照明装置において、凹面鏡が、ラ
ンプ本体から射出された光を反射して収束光として射出する楕円面鏡であり、レンズ部材
が、この楕円面鏡によって反射された光を平行化するためのレンズであり、レンズ部材の
非平面の光学面は凹面であり、この凹面は、平面の光学面よりも楕円面鏡側に配置される
。つまり、レンズ部材が凹平レンズであり、凹面の方が楕円面鏡を備えたランプ装置の側
に配置される。ランプ本体から射出された光は、楕円面鏡によって収束光とされ、レンズ
部材の凹面によってランプ軸に略平行な光束（凹面が球面であり、その軸がランプ装置の
光軸に対して傾いている場合は、理論上、完全にランプ軸に平行な光束とはならない）と
された後、フィルタが設けられた平坦面に入射する。従って、この場合、楕円面鏡によっ
てランプ本体からの光束を集めることができ、平行化用の凹平レンズによって照明に必要
な平行光束を得ることができるだけでなく、この凹平レンズの凹面を楕円面鏡側に配置す
ることによって、小面積のフィルタで赤外線や紫外線を効率よくカットすることができる
。

また、本発明の別の態様では、凹面鏡が、ランプ本体から射出された光を反射して平行
光として射出する放物面鏡であり、レンズ部材が、この放物面鏡から射出された平行光を
収束光に変化させるためのレンズであり、レンズ部材の非平面の光学面は凸面であり、平
面の光学面は、凸面の光学面よりも放物面鏡側に配置される。つまり、レンズ部材が平凸
レンズであり、平坦面の方が放物面鏡を備えたランプ装置の側に配置される。ランプ装置
から射出された平行光が、そのまま、フィルタが設けられた平坦面に入射する。この場合
、放物面によってランプ本体からの光束を直接平行化することができ、平凸レンズによっ
て所望の照明光束を得ることができるだけでなく、この平凸レンズの平坦面を放物面鏡側
に配置することによって、小面積のフィルタで赤外線や紫外線を効率よくカットすること
ができる。

また、本発明の別の態様では、凹面鏡が、ランプ本体から射出された光を反射して平行
光として射出する放物面鏡であり、凹面鏡の光射出側には、放物面鏡から射出された平行
光を収束光に変化させるための平凸レンズが設けられており、レンズ部材は、この平凸レ
ンズから射出された収束光を平行光に変化させるためのレンズであり、その非平面の光学
面は凹面であり、この凹面は、平面の光学面よりも平凸レンズ側に配置される。つまり、
レンズ部材が凹平レンズであり、凹面の方がランプ装置からの平行光を収束光に変化させ
る平凸レンズの側に配置される。ランプ装置から射出された平行光は、平凸レンズによっ
て収束光とされ、レンズ部材の凹面によってランプ装置の光軸に略平行な光束（凹面が球
面であり、その軸がランプ軸に対して傾いている場合は、理論上、完全にランプ軸に平行
な光束とはならない）とされた後、フィルタが設けられた平坦面に入射する。この場合、
放物面鏡を備えたランプ装置から射出された平行光束の面積を、平凸レンズと凹平レンズ
とによって縮小させることができるだけでなく、凹平レンズの凹面を平凸レンズ側に配置
することによって、小面積のフィルタで赤外線や紫外線を効率よくカットすることができ
る。

また、本発明では、所定の微小角が、１°以上１３°以下であることが好ましい。戻り
光によるランプ本体の加熱低減を確実なものとするには、少なくとも１°以上の角度が必
要である。また、角度を１３°より大きくしても、フィルタの面積が大きくなるだけで、
戻り光によるランプ本体の過熱低減の効果は１３°の場合とそれほど変わらない。さらに
、所定の微小角を１３°以下とすれば、レンズ部材の傾斜量を、光学性能に影響を与えな
い程度に抑えることができる。

また、本発明のさらに別の態様では、ランプ装置とレンズ部材とを保持するとともに、
ランプ装置とレンズ部材とに挟まれた空間を外部から遮蔽するハウジングをさらに備える
。この場合、ハウジングによってランプ装置やレンズ部材を保護することができるととも
に、ランプ装置からの発熱を管理しやすくなる。

本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述の照明装置と、（ｂ）照明装置から射出され
た照明光を変調し像光を形成する光変調装置と、（ｃ）光変調装置で形成された像光を投
射する投射光学系とを備える。

上述の照明装置では、照明装置による被照明対象や照明光路上の光学要素等が紫外線や
赤外線によって化学的変化等のダメージを受けることを防止でき、被照明対象や照明光路
上の光学要素等の不良発生を抑えることができる。つまり、照明光から有害な紫外線や赤
外線を効率良く除くことができるので、プロジェクタの耐久性や寿命を長くすることがで
きる。さらに、上述の照明装置では、ランプ装置の寿命が短くなることを防止できる。従
って、ランプ装置の交換頻度を下げることができる。さらに、上述の照明装置では、フィ
ルタを設けることによって照明装置が大型化することもないし、フィルタの面積をそれほ
ど大きくする必要も無い。従って、フィルタを設けることによって、プロジェクタが大型
化したり、プロジェクタの製造コストが著しく増加したりすることも防止できる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図で
ある。

このプロジェクタ１０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、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源ランプ
ユニット２０、照明光学系３０、色分離装置４０、光変調部５０、クロスダイクロイック
プリズム６０、及び投射光学系７０を備えて構成される。このうち、光源ランプユニット
２０と照明光学系３０とは、光変調部５０を照明するための照明光を射出する照明装置を
構成する。

光源ランプユニット２０は、ランプ本体２１から周囲に放射された光束を集めて射出し
、照明光学系３０及び色分離装置４０を介して光変調部５０を照明する。光源ランプユニ
ット２０は、放電発光型の発光管であるランプ本体２１と、ランプ本体２１から射出され
た光源光を反射する楕円の凹面鏡である主反射鏡２２とを有するランプ装置２０Ａと、こ
のランプ装置２０Ａの光射出側に配置される凹レンズ２３とを備える。この光源ランプユ
ニット２０において、ランプ本体２１から射出された光源光は、主反射鏡２２及び凹レン
ズ２３を経て平行化され、前方側すなわち照明光学系３０側に射出される。なお、後に詳
述するが、凹レンズ２３は、その法線Ｈが光源ランプの光軸（ランプ軸）ＯＡに対して微
小角だけ傾斜した状態となっている（図２（Ｂ）参照）。

照明光学系３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分
割し、これら複数の部分光束を被照明領域上で互いに重畳させることによって、この被照
明領域の面内照度を均一化するための均一化光学系でる。本実施形態の場合、被照明領域
となるのは、後述する液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの画像形成領域である。照明光
学系３０は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、偏光変換部材３４、及びコ
ンデンサレンズ３５を備えている。

第１レンズアレイ３１は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光
束に分割するための光学素子であり、システム光軸ＳＡと直交する面内にマトリックス状
に配列される複数の小レンズ３１ａを備えて構成される。各小レンズ３１ａの輪郭形状は
、液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒ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３２は、前述した第１レンズアレイ３１により分割され
た複数の部分光束を集光するための光学素子であり、第１レンズアレイ３１と同様にシス
テム光軸ＳＡに直交する面内にマトリックス状に配列される複数の小レンズ３２ａを備え
ているが、集光を目的としているため、各小レンズ３２ａの輪郭形状が液晶パネル５１ｂ
，５１ｇ，５１ｒの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

偏光変換部材３４は、ＰＢＳアレイと位相差板とで形成されており、第１レンズアレイ
３１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。
この偏光変換部材３４のＰＢＳアレイは、詳細な図示を省略しているが、システム光軸Ｓ
Ａに対して４５°で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。前者の偏光分離膜は、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、後
者の反射ミラーによって折り曲げられ、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光
軸ＳＡに沿った方向に射出される。これら偏光分離膜及び反射ミラーから射出された偏光
光束のいずれかは、偏光変換部材３４の光束射出面にストライプ状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。このような偏光変換
部材３４を用いることにより、ランプ本体２１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、光変調部５０で利用する光源光の利用率を向上させることが
できる。

コンデンサレンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変
換部材３４を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの画像形
成領域上に重畳させて入射させる重畳光学素子である。このコンデンサレンズ３５から射
出された光束は、均一化されつつ次段の色分離装置４０に射出される。つまり、両レンズ
アレイ３１，３２とコンデンサレンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離装置
４０を経て、光変調部５０すなわち各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの画像形成
領域を均一に重畳照明する。

色分離装置４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、反射ミラー４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ、フィールドレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ、及びリレー光学系４
５，４６を備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを
含んで構成される色分離光学系は、照明光を青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ）
色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上に
、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘
電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＳＡに対してとも
に４５°傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（
Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる
。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち
緑色光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。

この色分離装置４０において、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て入射
した照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミ
ラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経
て最終段のフィールドレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａ
を透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２
に導かれ最終段のフィールドレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラ
ー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃ
やリレー光学系４５，４６を経て最終段のフィールドレンズ４３ｒに入射する。なお、リ
レー光学系４５，４６は、入射側の第１のレンズ４５の直前に形成された像を、次段の第
２のレンズ４６を介して、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ４３ｒに伝達すること
により、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部５０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネル
５１ｂ，５１ｇ，５１ｒと、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒを挟むように配置され
る３組の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用
の液晶パネル５１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂとは、照明光を２
次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶
パネル５１ｇと、対応する偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、
赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ｒと、偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒも、液晶ライトバルブ
を構成する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒは、一対の透明なガラス基板間に電気
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。

この光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレン
ズ４３ｂを介して液晶パネル５１ｂの画像形成領域に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれ
た緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇを介して液晶パネル５１ｇの画像形成領域に入
射する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、リレー光学系４５，４６及びフィール
ドレンズ４３ｒを介して液晶パネル５１ｒの画像形成領域に入射する。各液晶パネル５１
ｂ，５１ｇ，５１ｒは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発
光で透過型の光変調装置である。各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒにそれぞれ入射し
た各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒに画像情報に応じて
電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調
整される。その際、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒによって、各液晶パネル５１ｂ
，５１ｇ，５１ｒに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル５１
ｂ，５１ｇ，５１ｒから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム６０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合成光学系である。このクロスダイクロイ
ックプリズム６０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６１，６２
が形成されている。一方の第１誘電体多層膜６１は青色光を反射し、他方の第２誘電体多
層膜６２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５
１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶
パネル５１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜６２で反射して進行方向左側に射出さ
せ、液晶パネル５１ｇからの緑色光ＬＧを両誘電体多層膜６１，６２を介して直進・射出
させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、拡大投影レンズと
しての投射光学系７０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として
投射される。

図２（Ａ）は、図１のプロジェクタ１０に組み込まれている光源ランプユニット２０の
側方断面図であり、図３は、光源ランプユニット２０の斜視図である。

光源ランプユニット２０は、前述したランプ本体２１、及び主反射鏡２２を有するラン
プ装置２０Ａ、並びに凹レンズ２３のほかに、ランプ本体２１に支持された副反射鏡２６
と、主反射鏡２２を保持するランプホルダ１７と、凹レンズ２３を保持する保持部材１８
とを備えて構成されている。このうち、保持部材１８及びランプホルダ１７は、主反射鏡
２２と凹レンズ２３とに挟まれた空間を外部から遮蔽するためのハウジングとなっている
。

ランプ本体２１は、中央部が球状に膨出した石英ガラス管で形成され、中央部分が発光
部８１となっており、この発光部８１の両側に延びる部分が第１及び第２封止部８３，８
４となっている。このランプ本体２１には、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超
高圧水銀ランプ等の放電発光型ランプが採用されている。

発光部８１の内部には、所定距離で離間配置される一対の電極８５，８６と、放電用の
ガスとが封入されている。一方、各封止部８３，８４の内部には、発光部８１に設けた電
極８５，８６と、これに電気的に接続される金属箔８７ａ，８７ｂとが挿入され、両封止
部８３、８４の先端部において封止されている。そして、この金属箔８７ａ，８７ｂに接
続されたリード線８８ａ，８８ｂに電圧を印加すると、一対の電極８５，８６間でアーク
放電が生じ、発光部８１が高輝度で発光する。

ランプ本体２１の発光部８１のうち光束射出前方側の略半分は、副反射鏡２６によって
覆われている。この副反射鏡２６は、ランプ本体２１の発光部８１から前方に放射された
光束を発光部８１に戻す副反射部２６ａと、この副反射部２６ａの根元部を支持した状態
で第２封止部８４の周囲に固定される支持部２６ｂとを備える。ここで、副反射部２６ａ
の内側ガラス面は、発光部８１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
誘電体多層膜等によって反射面２６ｃが形成されている。また、支持部２６ｂには、ラン
プ本体２１の第２封止部８４が挿通している。副反射鏡２６は、支持部２６ｂとランプ本
体２１の第２封止部８４との隙間に無機系接着剤を充填することによって、ランプ本体２
１に固定されている。このとき、副反射部２６ａは、発光部８１に対してアライメントさ
れた状態で固定されている。

主反射鏡２２は、ランプ本体２１の第１封止部８３が挿通される首状部２２ａと、この
首状部２２ａから拡がる楕円曲面状の主反射部２２ｂとを備えた石英ガラス製の一体成形
品である。首状部２２ａには、ランプ本体２１の第１封止部８３が挿通している。ランプ
本体２１は、第１封止部８３と主反射鏡２２の首状部２２ａとの隙間に無機系接着剤を充
填することによって、主反射鏡２２に固定されている。このとき、主反射部２２ｂは、発
光部８１に対してアライメントされた状態で固定されている。また、主反射部２２ｂの内
側ガラス面は、楕円曲面状に加工され、その表面上には、赤外線を透過させる誘電体多層
膜によって、反射面２２ｃが形成されている。これにより、ランプ本体２１から主反射鏡
２２に射出された赤外線は、主反射鏡２２の基材を突き抜け、光源ランプユニット２０の
外部に射出する。結果的に、主反射鏡２２の裏側に熱が逃げ、ランプ本体２１を赤外線か
ら保護できる。なお、主反射鏡２２を突き抜けた赤外線は、光源ランプユニット２０を覆
っている光学部品用筐体（不図示）によって遮蔽され、その外部へは漏出しない。

ランプ本体２１は、主反射部２２ｂのランプ軸ＯＡに沿って配置されるとともに、発光
部８１内の電極８５，８６間の発光中心Ｏが、主反射部２２ｂの楕円曲面の第１焦点Ｆ１
の位置と概ね一致するように配置される。ランプ本体２１を点灯した場合、発光部８１か
ら放射された光束は主反射部２２ｂで反射され、或いは副反射部２６ａを経て主反射部２
２ｂで反射され、楕円曲面の第２焦点Ｆ２位置に向けて収束する光束となる。ただし、主
反射鏡２２と第２焦点Ｆ２との間には、凹レンズ２３が配置されており、主反射鏡２２に
よって反射されて収束光として射出された光は、凹レンズ２３によって平行化される。す
なわち光源ランプユニット２０から射出される光束は、平行光束となっている。

凹レンズ２３は、主反射鏡２２の光射出側、つまりランプ装置２０Ａの光射出側に配置
される。凹レンズ２３は、主反射鏡２２によって反射された光を平行化するための凹平レ
ンズであり、平面の光学面としての平坦面２３ｂと、これに対向する非平面の光学面とし
ての凹面２３ａとを有している。凹面２３ａは、平坦面２３ｂよりも主反射鏡２２側に配
置されている。そして、平坦面２３ｂ上には、紫外線を除去するフィルタ２８が形成され
ている。このフィルタ２８は、誘電体多層膜で形成されており、紫外線を反射するととも
にそれ以外の光線を光源光として透過させる。本実施形態は、この凹レンズ２３の配置に
特徴を有するものであるが、その詳細については、後述する。

図３において、ランプホルダ１７は、断面Ｌ字状の部材であり、水平部１７１及び垂直
部１７２を備えている。水平部１７１は、プロジェクタ１０の光学部品用筐体（不図示）
の壁部の固定可能になっており、光源ランプユニット２０を当該光学部品用筐体内の適所
に配置することができる。また、垂直部１７２は、主反射鏡２２を位置決めして取り付け
る部分である。つまり、この垂直部１７２の開口部１７３には、主反射鏡２２の射出開口
の縁部分が機械的な押圧や接着剤等によって固定される。

保持部材１８は、主反射鏡２２の光束射出開口に応じた円筒形状であって、主反射鏡２
２とは反対側から垂直部１７２に接着固定され、凹レンズ２３の外周端部を保持するもの
である。この保持部材１８は、外側に設けられた保持部材本体１８３と、その内側に設け
られた吸収部材１８４との二重構造となっている。このうち外側の保持部材本体１８３は
、一体成形された筒部１８１及び保持部１８２で構成されている。前者の筒部１８１は、
ランプ本体２１を内部に収納するように覆っている。また、保持部材本体１８３には、筒
部１８１の一方の側面に吸気口１９１を、他方の側面に排気口１９５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１８及び主反射鏡２２内の空間を通過
する冷却流路を確保することができる。一方、後者の保持部１８２は、この筒部１８１の
射出側端面を塞ぐように設けられ、凹レンズ２３が傾いた状態で嵌め込まれる開口１８９
を有している。

内側の吸収部材１８４は、保持部材本体１８３に対するランプ本体２１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。

さて、本実施形態では、まず、凹レンズ２３の光軸（平坦面２３ｂの法線Ｈと一致する）が、ランプ軸ＯＡに対してわずかに傾斜して配置されている点に特徴がある。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、凹レンズ２３は、平坦面２３ｂの法線Ｈが、ランプ軸ＯＡに対して微小角αだけ傾斜するように配置されている。このように、平坦面２３ｂがランプ軸ＯＡに対して微小角αだけ傾斜していることによってフィルタ２８で反射された紫外線がランプ装置２１に逆行して、ランプ本体２１の発光部８１に再入射することを防止できる。なぜならば、平坦面２３ｂに設けられたフィルタ２８によって反射された紫外線は、フィルタ２８に入射した時とは異なる方向へ反射され、入射光と異なる経路でランプ本体２１の方へ戻されるためである。このように、入射光と異なる経路でランプ本体２１の方へ戻された光（戻り光）が、発光部８１へ再入射する確率は、平坦面２３ｂの法線をランプ軸ＯＡと一致させた場合よりも、確実に低くなる。そして、戻り光がランプ本体２１の発光部８１へ再入射するのを防止することにより、ランプ本体２１の加熱を低減でき、ランプ本体２１の劣化が早まってランプ装置２０Ａの寿命が短くなることを防止できる。従って、光源ランプユニット２０の交換頻度を下げることができる。
次に、図２（Ａ）に示すように、レンズ部材２３の凹面２３ａは、平坦面２３ｂよりも主反射鏡２２側に配置されている。その結果、平坦面２３ｂには、ランプ軸ＯＡに略平行（若干非平行）な光束が入射する。よって、フィルタの効率が低下することがない。本実施形態では、凹面２３ａが球面であり、その軸（凹レンズ２３の光軸と一致する、すなわち、平坦面２３ｂの法線Ｈと一致する）が、ランプ軸ＯＡに対して傾いているので、理論上、平坦面２３ｂに入射する光束は、完全にランプ軸ＯＡに平行な光束とはならない。しかしながら、この光束は、本来、平坦面２３ｂの法線Ｈをランプ軸ＯＡと一致させれば、理論上、ランプ軸ＯＡに対して完全に平行となるはずが、平坦面２３ｂの法線Ｈをランプ軸ＯＡに対して所定の微小角だけ傾斜させたことによって、ランプ軸に対して若干非平行となってしまったものに過ぎない。そして、その非平行さは、フィルタ２８の性能に影響を及ぼさない程度に微小なものである。よって、被照明対象である液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒや、照明光路上の光学要素（例えば偏光フィルタ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒ）等が、紫外線によって化学的変化等のダメージを受けることを防止でき、これら被照明対象や光学要素等の不良発生を抑えることができる。従って、プロジェクタの耐久性や寿命を長くすることができる。
さらに、レンズ部材２３の平坦面２３ｂをフィルタ２８の支持体として兼用しているので、フィルタ２８を設けることによってランプ装置２０Ａ自体や、これと照明光学系３０との組み合わせによって構成される照明装置が大型化することもない。そして、フィルタ２８が設けられた平坦面２３ｂの法線Ｈの、ランプ軸ＯＡに対する傾斜は微小であるため、フィルタ２８の面積を過度に大きくすることなく光束をカバーすることができる。従って、フィルタ２８を設けることによって、プロジェクタが大型化したり、プロジェクタの製造コストが著しく増加したりすることも防止できる。

ここで、微小角αは、１°以上１３°以下とすることが好ましい。図４は、微小角αと
ランプ本体２１の本体２１の発光部８１の温度低下との関係を説明するグラフである。グ
ラフの横軸は、平坦面２３ｂすなわちフィルタ２８のランプ軸ＯＡに対する傾斜角αを示
し、縦軸は、ランプ本体２１の発光部８１の最大温度（◆の実線）と最低温度（■の点線
）とを示す。グラフからも明らかなように、ランプ本体２１の温度は、角度αの増加に伴
って徐々に減少することが分かる。しかしながら、ランプ本体２１の加熱低減を確実なも
のとするには、少なくとも１°以上の角度が必要である。また、角度αを１３°より大き
くしても、戻り光によるランプ本体２１の加熱低減の効果は、１３°の場合とそれほど変
わらない。角度αを１３°より大きくしても、フィルタ２８の面積が大きくなるだけであ
るので、角度αは１３°以下とすることが好ましいと言える。また、角度αを１３°以下
とすれば、レンズ部材２３の傾斜量を、光学性能に影響を与えない程度に抑えることがで
きるという効果もある。

なお、凹レンズ２３の法線Ｈをランプ軸ＯＡに対して傾斜させると、凹レンズ２３の平
坦面２３ｂから略平行光が射出されるものの、光軸が凹レンズ２３の通過の前後でシフト
してしまう。つまり、主反射鏡２２によって形成されるランプ軸ＯＡと、主反射鏡２２と
凹レンズ２３との組み合わせによって形成される光軸ＯＡ２は、互いに略平行であるもの
の、微小角αの影響で位置がずれてしまう。しかしながら、このような光軸のシフトは、
無視できる程度のわずかなものである。また、たとえこのわずかな光軸のシフトが無視で
きない場合であっても、光源ランプユニット２０の後に配置される光学要素、たとえば、
レンズアレイ３１、３２、コンデンサレンズ３５等の位置を調節すること等によって容易
に補償することができる。

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る照明装置の光源ランプユニット１２０を説明する側面図で
ある。この光源ランプユニット１２０は、図１に示す第１実施形態に係るプロジェクタ１
０において光源ランプユニット２０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２０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１２０では、主反射鏡１２２が楕円面ではなく放物面である。主反射鏡１２２は、ランプ本体（図示省略）から射出された光を反射して、平行光として射出する。そして、主反射鏡１２２の光射出側、つまり主反射鏡１２２とランプ本体とを有するランプ装置１２０Ａの光射出側に、平凸レンズ１２３Ａと凹平レンズ１２３Ｂとが、この順に配置されている。平凸レンズ１２３Ａは、主反射鏡１２２から射出された平行光を収束光に変化させるためのレンズである。平凸レンズ１２３Ａは、ランプ軸ＯＡに対して傾かない状態で配置されている。つまり、平凸レンズ１２３Ａの光軸は、ランプ軸ＯＡと一致している。一方、凹平レンズ１２３Ｂは、平凸レンズ１２３Ａから射出された収束光を平行光に変化させるためのレンズである。凹平レンズ１２３Ｂは、非平面の光学面としての凹面１２３ａと、平面の光学面としての平坦面１２３ｂとを有している。凹平レンズ１２３Ｂは、平坦面１２３ｂの法線Ｈが、ランプ軸ＯＡに対して微小角α（１°以上１３°以下であることが好ましい）だけ傾いた状態で配置されている。凹平レンズ１２３Ｂの凹面１２３ａは、平坦面１２３ｂよりも平凸レンズ１２３Ａ側に設けられている。そして、この平坦面１２３ｂ上には、紫外線を反射するとともにそれ以外の光線を光源光として透過させるフィルタ２８が形成されている。

本実施形態の光源ランプユニット１２０を照明装置やプロジェクタに採用すれば、第１
実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

〔第３実施形態〕
第２実施形態では、平凸レンズ１２３Ａを傾けず凹平レンズ１２３Ｂを傾けていたが、
逆に、平凸レンズ１２３Ａの平坦面にフィルタ２８を形成して、平凸レンズ１２３Ａの平
坦面の法線をランプ軸ＯＡに対して傾けることもできる。本実施形態では、このような例
について説明する。図６は、第３実施形態に係る照明装置の光源ランプユニット２２０を
説明する側面図である。この光源ランプユニット２２０において、特に説明しない部分に
ついては第２実施形態の光源ランプユニット１２０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２２０では、主反射鏡１２２の光射出側、つまり主反
射鏡１２２とランプ本体（図示省略）とを有するランプ装置１２０Ａの光射出側に、平凸
レンズ２２３Ａと凹平レンズ２２３Ｂとが、この順に配置されている。平凸レンズ２２３
Ａ及び凹平レンズ２２３Ｂの機能は、第２実施形態の平凸レンズ１２３Ａ及び凹平レンズ
１２３Ｂと同じである。平凸レンズ２２３Ａは、平面の光学面としての平坦面２２３ａと
、非平面の光学面としての凸面２２３ｂとを有している。平凸レンズ２２３Ａは、平坦面
２２３ａの法線Ｈが、ランプ軸ＯＡに対して微小角（１°以上１３°以下であることが好
ましい）だけ傾いた状態で配置されている。平凸レンズ２２３Ａの平坦面２２３ａは、凸
面２２３ｂよりも主反射鏡１１２側に配置されている。そして、この平坦面２２３ａ上に
は、紫外線を反射するとともにそれ以外の光線を光源光として透過させるフィルタ２８が
形成されている。一方、凹平レンズ２２３Ｂは、主反射鏡１２２と平凸レンズ２２３Ａと
の組み合わせによって形成される光軸ＯＡ２に対して傾かない状態で配置されている。つ
まり、平凸レンズ２２３Ｂの光軸は、光軸ＯＡ２と一致している。

本実施形態の光源ランプユニット２２０を照明装置やプロジェクタに採用すれば、第１
実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

なお、この発明は、上記の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、主反射鏡２２、１２２に形成した反射面によって赤外線を除去（透
過）し、フィルタ２８によって、紫外線を除去（反射）するようにしていたが、これに限
らない。主反射鏡２２、１１２に形成した反射面によって紫外線を除去（透過）するよう
にしても良いし、紫外線と赤外線の両方を除去（透過）するようにしても良い。また、フ
ィルタ２８によって赤外線を除去（反射）するようにしても良いし、紫外線と赤外線の両
方を除去（反射）するようにしても良い。特に、フィルタ２８によって熱線である赤外線
を反射する場合は、ランプ加熱低減の効果が大きい。また、主反射鏡２２、１２２に形成
した反射面によって除去（透過）する光線と、フィルタ２８によって除去（反射）する光
線の種類は、同一であっても良い。たとえ主反射鏡２２、１２２に形成した反射面によっ
て、赤外線や紫外線を除去（透過）するようにしたとしても、そのすべてを除去すること
ができない可能性があるからである。

また、上記実施形態では、ランプ装置２０Ａ、１２０Ａとレンズ部材２３、１２３Ａ、
１２３Ｂ、２２３Ａ、２２３Ｂとを一体化して、ランプユニット２０、１２０、２２０と
していたが、これらがユニット化されている必要はない。これらをユニット化しない場合
は、、ランプ装置２０Ａ、１２０Ａが劣化した時にランプ装置２０Ａ、１２０Ａのみを交
換すれば良い。

さらに、上記実施形態では、平坦面２３ｂの法線Ｈを傾斜させる方向について、特に言
及していないが、ランプ軸ＯＡに対して法線Ｈが傾いていれば良いので、法線Ｈの傾斜方
向は、図１に示したような例に限らず、上下左右等様々な方向とすることができる。

また、上記実施形態では、保持部材１８やランプホルダ１７からなる密閉型のハウジン
グ中にランプ本体２１を収納しているが、このハウジングを省略することもできる。

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。さらに、液晶パネルに代えてＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等を用
いることもできる。さらに、液晶パネル等のライトバルブの数は３つに限らず、例えば単
一の液晶パネル等のライトバルブでカラー画像を投射する場合にも、上記光源ランプユニ
ット２０、照明光学系３０等による照明が可能である。

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に示すプロジェクタ１０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２（Ａ）は、図１のプロジェクタに組み込まれた光源ランプユニットの断面図である。図２（Ｂ）は、凹レンズ２３の平坦面２３ｂの法線Ｈが、ランプ軸ＯＡに対して微小角αだけ傾斜している様子を示す図である。 図１のプロジェクタに組み込まれる光源ランプユニットの斜視図である。 微小角αとランプ本体２１の発光部８１の温度低下との関係を説明するグラフである。 第２実施形態に係るプロジェクタの要部光学系を説明する図である。 第３実施形態に係るプロジェクタの要部光学系を説明する図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 １７…ランプホルダ、 １８…保持部材、 ２０…光源ランプ
ユニット、 ２０Ａ…ランプ装置 ２１…ランプ本体、 ２２…主反射鏡、 ２３…凹レ
ンズ、 ２３ａ…凹面、 ２３ｂ…平坦面、 ２６…副反射鏡、 ２８…フィルタ、 ３
０…照明光学系、 ３１…第１レンズアレイ、 ３２…第２レンズアレイ、 ３４…偏光
変換部材、 ３５…コンデンサレンズ、 ４０…色分離装置、 ４１ａ…第１ダイクロイ
ックミラー、 ４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…反射ミ
ラー、 ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ、…フィールドレンズ、 ５０…光変調部、 ５１ｂ，
５１ｇ，５１ｒ…液晶パネル、 ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒ…偏光フィルタ、 ６０…クロ
スダイクロイックプリズム、 ７０…投射光学系、 ８１…発光部、 ８５，８６…電極
、 １８１…筒部、 １８２…保持部、 ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…各色光、 ＯＡ…光軸、
ＳＡ…システム光軸

Claims (4)

1. 発光源であるランプ本体と、前記ランプ本体から射出された光を反射する凹面鏡とを有するランプ装置と、
   一方に平面の光学面を有するとともに他方に前記平面の光学面に対向する非平面の光学面を有しており、前記ランプ装置の光射出側に配置されるレンズ部材と、
   を備える照明装置であって、
   前記レンズ部材は、前記平面の光学面の法線が前記ランプ装置の光軸に対して所定の微小角だけ傾斜するように配置されており、
   かつ、前記レンズ部材は、前記平面の光学面に、前記光軸に略平行な光束が入射するように配置されており、
   前記平面の光学面には、紫外線及び赤外線のうち少なくとも一方を反射するフィルタが設けられており、
   前記凹面鏡は、前記ランプ本体から射出された光を反射して平行光として射出する放物面鏡であり、
   前記凹面鏡の光射出側には、前記放物面鏡から射出された平行光を収束光に変化させるための平凸レンズが設けられており、
   前記レンズ部材は、前記平凸レンズから射出された収束光を平行光に変化させるためのレンズであり、前記平凸レンズの光射出側に配置されており、
   前記レンズ部材の前記非平面の光学面は凹面であり、
   前記凹面は、前記平面の光学面よりも前記平凸レンズ側に配置されている
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記所定の微小角は、１°以上１３°以下である請求項１記載の照明装置。
3. 前記ランプ装置と前記レンズ部材とを保持するとともに、前記ランプ装置と前記レンズ部材とに挟まれた空間を外部から遮蔽するハウジングをさらに備える請求項１から請求項２のいずれか一項記載の照明装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された照明光を変調し像光を形成する光変調装置と、
   前記光変調装置で形成され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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