JPH0545586A - 放光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光利用率が高く，放熱特性が良好で，平行光
を放射する放光装置を提供する。 【構成】 本発明の放光装置は，焦点距離の大きい第１
の回転放物面鏡２１と，第１の回転放物面鏡２１の焦点
距離よりも焦点距離の小さい第２の回転放物面鏡２５を
組み合わせた反射鏡装置２と，放物面鏡２１の焦点距離
に配設した光源１ｃを有するメタルハライドランプ１と
からなる。放物面鏡２１には開口２１ｃが設けられ，ラ
ンプ１の長手部分を突出させ，ランプ１からの熱を放出
させる。光源１ｃからの光は放物面鏡２５で反射されて
平行光として放射される他，放物面鏡２１および２５で
も反射されて平行光として放射される。焦点距離の大き
い放物面鏡２１側に光源１ｃを配設して，開口２１ｃの
直径を小さく維持し，かつ，開口２１ｃから背面に漏れ
る光を減少させる。放物面鏡２１と２５とを組み合わせ
ることにより，光源１ｃからの光を広い角度で受入れ，
光の利用率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，たとえば，液晶プロジ
ェクタ，オーバーヘッドプロジェクタなどの光源として
し使用される特定方向に均一な光分布を有する平行光を
放射する放光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば，液晶プロジェクタの裏面から
液晶部に均一な分布を有する平行光を放射する従来の放
光装置として，一体の回転放物面鏡を用い，回転放物面
鏡の焦点距離にメタルハライドランプ，キセノンランプ
などの高温光放射体を配設し，高温光放射体から放物面
鏡に向かう光を平行光として液晶部に放射するものが知
られている。

【０００３】図２に上記液晶プロジェクタに適用される
従来の放光装置の第１例の断面図を示す。この放光装置
は，高温光放射体としてメタルハライドランプ１と回転
放物面鏡３１とを用いている。回転放物面鏡３１は，開
口３１ｃを底として他端が開口しており，断面が放物面
をなす回転対称の円筒形をしている。メタルハライドラ
ンプ１は中心部に本体である光源１ｃが配設され，光源
１ｃの両側に長手部分を有し，左側の長手部分は光源１
ｃの支持部としても機能している。回転放物面鏡３１の
焦点位置にはメタルハライドランプ１の光源１ｃが位置
している。メタルハライドランプ１は高温となるが，光
源１ｃで発生した熱は開口３１ｃから放出される。開口
３１ｃはまた光源１ｃを支持する長手部を受け入れてい
る。メタルハライドランプ１の光源１ｃからの光は回転
放物面鏡３１で反射されて平行光として，回転放物面鏡
３１の開口３１ｃに対向する側の図示右側の先端から放
射される。回転放物面鏡３１から放射される平行光の前
方に液晶プロジェクタの液晶が配設され，上記平行光が
液晶に照射される。

【０００４】図３に液晶プロジェクタに適用される従来
の第２例の放光装置のの断面図を示す。この放光装置も
図２に示した放光装置と同様，メタルハライドランプ１
と回転放物面鏡４１から構成されており，回転放物面鏡
４１の一端には図２の開口３１ｃに相当する開口４１ｃ
が形成されている。メタルハライドランプ１の光源１ｃ
からの光が回転放物面鏡４１に反射して回転放物面鏡４
１の図示右側の先端から平行光として放射され，その前
面に配設される液晶プロジェクタの液晶に入射する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２に示した具体的な
放光装置として３インチ液晶用の放光装置について例示
すると，開口３１ｃの直径は１２ｍｍであり，回転放物
面鏡３１の平行光放射側先端の直径は９０ｍｍである。
領域３３は光源１ｃからの光が放物面鏡３１で有効に反
射されて平行光として放射される光有効利用領域を示
し，領域３５は平行光として前方の液晶には入射されな
い無効領域となる。メタルハライドランプ１からの放射
熱を回転放物面鏡３１の開口３１ｃから放出させる一方
で，開口３１ｃの背面３７に漏れ無駄になる光の放出を
少なくするには，ある程度の大きさの焦点距離とする必
要がある。すなわち，回転放物面鏡３１の焦点距離をあ
る程度大きくして回転放物面鏡３１の底部からメタルハ
ライドランプ１の光源１ｃを離す必要がある。開口３１
ｃの直径が１２ｍｍで，この開口３１ｃを見込む角度の
半分の角度θ３を３０度以下にするには，焦点距離は１
２ｍｍとなる。焦点距離の大きさと回転放物面鏡３１の
最大直径が決まると焦点距離から最大直径部を見込む角
度θ３は決まる。図２に示した例では，最大直径を９０
ｍｍとすると，見込み角度の半分の角度θ３は２８度と
なる。この場合，角度θ１は６２度，角度θ２は３４度
である。メタルハライドランプ１の光源１ｃからの光が
光軸Ｃ−Ｃ（長軸）に直交する方向に１３０度の角度で
均一に放射されるとすると，回転放物面鏡３１の開口３
１ｃから先端部に至る角度（θ１＋θ２）で規定される
角度は９６度であり，図２に示した放光装置において
は，光源１ｃから放射される１３０度の光の約７４％の
光しか利用できないという問題がある。

【０００６】図３に示した放光装置は回転放物面鏡４１
の最大直径側に向かう光の利用率を高めるため放物面鏡
４３の焦点距離を短くしている。焦点距離を短くする
と，メタルハライドランプ１の光源１ｃが回転放物面鏡
４１の開口４１ｃに接近し，光源１ｃの直径の大きさか
ら開口４１ｃの直径が大きくなり，開口４１ｃを見込む
角度（の半角θ７）が大きくなる。この場合，メタルハ
ライドランプ１の光源１ｃからの光が光軸Ｃ−Ｃ（長
軸）に直交する方向に６０度の角度方向で利用できると
すると，回転放物面鏡４１の焦点距離を６ｍｍ，開口４
１ｃの直径を１２ｍｍとしたとき見込み角度の半角θ７
は５３度となる。したがって，角度θ５は３７度，そし
て，角度θ６は６０度である。焦点距離が６ｍｍ程度の
大きさになると，実際は直径の大きな光源１ｃが回転放
物面鏡４１の開口４１ｃに近づきすぎ，開口４１ｃの直
径は１２ｍｍ以上になり，開口４１ｃの裏側に領域４５
として示すように開口４１ｃから背面に逃げる無駄な光
が多くなり，回転放物面鏡４１の前方に平行光として放
射する光が少なくなり，光の利用率がさらに低下する。
領域４３は有効光領域を示す。また焦点距離を小さくす
ることで，図２に示した回転放物面鏡３１と同じ光放射
開口直径である９０ｍｍを維持すると，光軸Ｃ−Ｃに沿
った回転放物面鏡４１の長手方向の長さは回転放物面鏡
３１の長さよりも長くなり，液晶プロジェクタの小型化
に反するという問題がある。

【０００７】以上に述べたように，反射鏡として回転放
物面鏡を用い，光源としてメタルハライドランプ，キセ
ノンランプなど高温で光を放射し，本体となる光源の直
径が比較的大きい光放射体を用いて平行光を放射させる
放光装置においては，高温光放射体の放熱対策，高温光
放射体の構造などに起因して，光の利用率の向上と焦点
距離の短縮との間に二律背反する問題が存在する。した
がって，本発明はかかる二律背反する問題を解決し，高
温光放射体を用いても有効に放熱が可能であり，光放射
体からの光利用率を向上させ，さらに小型化が実現でき
る放光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め，本発明は，基本的には焦点距離の異なる２つの平行
光を放射する回転反射鏡を組み合わせる。すなわち，本
発明の放光装置は，高温で発光する光源を有する高温光
放射体と，光軸に沿った一方の端部に該光源を支持する
部分を受け入れるともに光源からの熱を放出する開口が
形成され，光軸に沿った開口に対向する端部に切り欠き
部を有する第１の回転反射鏡と，第１の回転反射鏡と連
続して配設され，第１の回転反射鏡の焦点距離よりも焦
点距離が小さく，光軸に沿った一方の端部に第１の回転
反射鏡の切り欠き部の直径より小さな直径で形成された
切り欠き部を有し，他方の端部に光放出開口を規定する
切り欠き部を有する，入射光を平行光として射出する第
２の回転反射鏡とを有し，上記高温光放射体の光源が第
１の回転反射鏡のほぼ焦点距離に位置決めされ， 上記
光源から放射された光が第１の回転反射鏡および第２の
回転反射鏡で反射されて最終的に第２の反射鏡面鏡の光
放出開口から放出されるように構成される。好適には，
上記第１の回転反射鏡の切り欠き部と上記第２の回転反
射鏡の切り欠き部とを光軸に直交する向きで接続する平
面鏡が配設され，上記第１の回転反射鏡に入射して反射
した光が平面鏡で反射されて，再び，第２の回転反射鏡
でも反射させるように構成される。特定的には，記第１
の回転反射鏡が回転放物面鏡であり，前記第２の回転反
射鏡が回転放物面鏡である。また特定的には，前記第１
の回転反射鏡が回転楕円鏡であり，前記第２の回転反射
鏡が回転楕円鏡である。

【０００９】

【作用】本発明の放光装置は，大きな焦点距離を持つ第
１の回転反射鏡と，小さい焦点距離を持つ第２の回転反
射鏡とを用いる。大きい焦点距離を持つ第１の回転反射
鏡の焦点距離の近傍に高温光放射体の光源を配設し，焦
点距離の小さい第２の回転反射鏡側から平行光を放射さ
せる構造とする。高温光放射体の本体部の光源を第１の
回転反射鏡の焦点距離に位置させると，第１の回転反射
鏡の焦点距離は大きいので，高温光放射体の本体と第１
の回転反射鏡の開口とと間の距離は保たれるから，第１
の回転反射鏡の放熱および高温光放射体を受け入れる開
口の直径が大きくなることはない。その結果，その開口
から背面に無駄な光が放射されない。光源からの光は第
２の回転反射鏡で反射されて平行光として射出される
他，第１の回転反射鏡でも反射され，さらに第２の回転
反射鏡で反射されて平行光として放射されるので光源か
ら放射された光が有効に平行光として放射される。好適
には，これらの回転反射鏡を接続する平面鏡が配設され
る。第１の回転反射鏡で反射された光は平面鏡で反射さ
れ，さらに第２の回転反射鏡で反射されるから，平面鏡
で反射される光の分だけ光の利用率は向上する。

【００１０】

【実施例】本発明の放光装置の第１実施例を図１を参照
して述べる。この第１実施例の放光装置も３インチ液晶
プロジェクタ用平行光を放射する放光装置として用いら
れ，この放光装置の前方，図１の右側，には液晶（図示
せず）が配設される。放光装置は，光軸Ｃ−Ｃに沿って
配設された石英とモリブデンで形成されたメタルハライ
ドランプ１と反射鏡装置２からなる。反射鏡装置２は，
メタルハライドランプ１の本体である光源１ｃが位置す
る位置に焦点距離ｆ₂₁がある第１の回転放物面鏡２１
と，この第１の回転放物面鏡２１に連続して配設された
平面鏡２３と，第２の回転放物面鏡２５とを有してい
る。第１の回転放物面鏡２１，平面鏡２３，および，第
２の回転放物面鏡２５はコールドミラーと呼ばれるガラ
スが反射面を構成している。

【００１１】第１の回転放物面鏡２１は図２に示した回
転放物面鏡３１の一部，第２の回転放物面鏡２５は図３
に示した回転放物面鏡４１の一部に相当し，これらを平
面鏡２３で接続している。第１の回転放物面鏡２１は図
示左側に第１の開口２１ｃが形成され，第１の開口２１
ｃに対向する側が切り欠きされている。この切り欠き部
に平面鏡２３が光軸Ｃ−Ｃに直交して配設され，第１の
回転放物面鏡２１の右側切り欠き部と第２の回転放物面
鏡２５の左側切り欠き部とを接続している。第１の回転
放物面鏡２１の右側端部切り欠き部は第１の回転放物面
鏡２１の焦点距離ｆ₂₁に相当する位置で切り欠きされて
いる。また第２の回転放物面鏡２５の左側切り欠き部は
第２の回転放物面鏡の焦点距離ｆ₂₅に相当する位置で切
り欠きされている。第２の回転放物面鏡２５の右側開口
は平行光が射出する大きさで形成されている。

【００１２】第１の回転放物面鏡２１の焦点距離ｆ₂₁は
第２の回転放物面鏡の焦点距離ｆ₂₅よりも大きい。第１
の回転放物面鏡２１の開口２１ｃからはメタルハライド
ランプ１の光源１ｃの支持部としても機能する左長手部
分が突出している。第１の開口２１ｃは光源１ｃからの
放熱も行う。メタルハライドランプ１の光源１ｃが焦点
距離の大きい第１の回転放物面鏡２１の開口２１ｃ側に
位置しており，開口２１ｃの直径が更に大きくなること
はない。

【００１３】第２の回転放物面鏡２５は，図３に示した
開口４１ｃとその近傍に該当する部分が切り欠きされ，
その切り欠き部が平面鏡２３で第１の回転放物面鏡２１
の切り欠き部に接続されており，第１の回転放物面鏡２
１と第２の回転放物面鏡２５とを平面鏡２３を介して長
手方向に接続したとしても，長手方向の全体の長さは，
図３に示した長さと余り変化がない。すなわち，第１の
回転放物面鏡２１と第２の回転放物面鏡２５を平面鏡２
３を介して接続しても長手方向の長さは余り長くなら
ず，液晶プロジェクタの小型化に反しない。

【００１４】メタルハライドランプ１の光源１ｃから放
射される光の軌跡を述べる。光源１ｃから放射された光
は，図示上側の第２の回転放物面鏡２５の先端を指向す
る図示上側の光路Ｌ３をたどり，平行光として射出され
る。また光源１ｃから放射された光は，第１の回転放物
面鏡２１で反射され，平面鏡２３で反射され，再び図示
下側の第２の回転放物面鏡２５で反射され，下側の光路
Ｌ３をとり，平行光として射出される。さらに光源１ｃ
から放射された光は第１の回転放物面鏡２１の先端２１
ａで反射され，光路Ｌ１として光軸Ｃ−Ｃに沿った光路
Ｌ１をとり，平行光として射出される。すなわち，光源
１ｃから第１の回転放物面鏡２１と第２の回転放物面鏡
２５とに入射された光が全て平行光となって有効に活用
される。

【００１５】以下，具体的な数値を適用してのべる。こ
の実施例は３インチ液晶プロジェクタ用の放光装置であ
るから，上述した従来の放光装置における回転放物面鏡
４１と同様，平行光が放射される第２の回転放物面鏡２
５の口径（直径）は９０ｍｍとなる。図１に示した第１
の回転放物面鏡２１の焦点距離ｆ₂₁は図２に示した回転
放物面鏡３１の焦点距離と同じ１２ｍｍであり，第２の
回転放物面鏡の焦点距離ｆ₂₅は図３に示した回転放物面
鏡４１の焦点距離と同じ６ｍｍである。メタルハライド
ランプ１の光源１ｃの光放射角度を図２に示した放光装
置における光放射角度と同様，１３０度とすると，図１
に示した放光装置においては第２の回転放物面鏡２５か
らは，斜線で示した領域２７で規定される角度である約
１２０度の光が有効に利用できた。すなわち，光源１ｃ
から放射される光の約９２％が有効に活用できた。

【００１６】本発明の好適実施例して，第１の回転放物
面鏡２１と第２の回転放物面鏡２５とを接続する平面鏡
２３をも用いた回転反射鏡の構造について述べたが，平
面鏡２３は必ずしも必須ではない。ただし，平面鏡２３
を用いない場合，第１の回転放物面鏡２１から平面鏡２
３に反射される光が無くなる分だけ光の利用率は低下す
る。

【００１７】以上の実施例は３インチ液晶プロジェクタ
を例示して述べたが，本発明の放光装置は液晶プロジェ
クタ用平行光放射用に限定されず，他の寸法の液晶プロ
ジェクタ，あるいは，オーバーヘッドプロジェクタなど
への他の放光装置として適用できる。

【００１８】以上の実施例はまた，反射鏡として回転放
物面鏡を組み合わせた例について述べが，本発明の放光
装置の実施に際しては，反射鏡として平行光を放射可能
な他の反射鏡，たとえば，回転回転楕円鏡を用いること
もできる。本発明の第２実施例の放光装置として回転楕
円鏡を用いた場合について，第１実施例の放光装置と比
較して述べると，第１実施例の第１の回転放物面鏡２１
に代えて，第１の回転放物面鏡２１に該当する焦点距離
の大きい第１の回転楕円鏡と，焦点距離の小さい第１実
施例の第２の回転放物面鏡２５に代えて焦点距離の小さ
い第２の回転楕円鏡とを組み合わせても，第１実施例の
放光装置と同様，高い光利用率で平行光を放射する放光
装置を構成することができる。この場合，焦点距離の大
きい第１の回転楕円鏡の焦点位置に光源１ｃを配設し，
光源１ｃの近傍に開口２１ｃに相当する開口を第１の回
転楕円鏡に設けることは上記第１実施例と同様である。
また，この第２実施例において，第の１回転楕円鏡と第
２の回転楕円鏡を接続する上記平面鏡２３に相当する平
面鏡を用いることができる。

【００１９】以上，高温光放射体の例としてメタルハラ
イドランプを用いた実施例について述べたが，本発明
は，メタルハライドランプに限らず，高温で発光するた
め反射鏡に開口を必要とするキセノンランプ，その他の
高温光放射体を用いる場合に好適に活用できる。なお，
上記実施例においては，光源１ｃの両側に長手部分を有
する構造のメタルハライドランプ１を例示したが，開口
２１ｃを貫通する光源１ｃを支持する支持部として機能
する長手部を光源１ｃの一方にのみ配設されていてもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように，本発明の放光装置に
よれば，高い光利用率の平行光を提供できる。また本発
明の放光装置は有効に高温光放射体の放熱を可能とし，
また，小型に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の放光装置の断面図である。

【図２】従来の放光装置の断面図である。

【図３】従来の他の放光装置の断面図である。

【符号の説明】

１・・メタルハライドランプ， １ｃ・・光源， ２・・反射鏡装置， ２１・・第１の回転放物面鏡， ２１ｃ・・開口， ２３・・平面鏡， ２５・・第２の回転放物面鏡， ２７・・有効光領域， Ｌ１〜Ｌ３・・光路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温で発光する光源を有する高温光放射
   体と，光軸に沿った一方の端部に該光源を支持する部分
   を受け入れるとともに光源からの熱を放出する開口が形
   成され，光軸に沿った開口に対向する端部に切り欠き部
   を有する第１の回転反射鏡と，第１の回転反射鏡と連続
   して配設され，第１の回転反射鏡の焦点距離よりも焦点
   距離が小さく，光軸に沿った一方の端部に第１の回転反
   射鏡の切り欠き部の直径より小さな直径で形成された切
   り欠き部を有し，他方の端部が光放出開口を規定する切
   り欠き部を有する，入射光を平行光として射出する第２
   の回転反射鏡とを有し，上記高温光放射体の光源が第１
   の回転反射鏡のほぼ焦点距離に位置決めされ，上記光源
   から放射された光が第１の回転反射鏡および第２の回転
   反射鏡で反射されて最終的に第２の反射鏡面鏡の光放出
   開口から放出されるように構成された放光装置。
2. 【請求項２】 上記第１の回転反射鏡の切り欠き部と上
   記第２の回転反射鏡の切り欠き部とを光軸に直交する向
   きで接続する平面鏡が配設され，上記第１の回転反射鏡
   に入射して反射した光が平面鏡で反射されて，再び，第
   ２の回転反射鏡でも反射させるように構成した請求項１
   記載の放光装置。