JPH10311962A

JPH10311962A - 光源装置

Info

Publication number: JPH10311962A
Application number: JP9124154A
Authority: JP
Inventors: Tomonari Imayasu; 知成今安; Hiroshi Horiuchi; 洋堀内; Hiroshi Shimada; 宏島田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】発光源からの光束を効率よく収束できる光利
用効率の高い光源装置を提供する。【解決手段】発光源１は、その中心が放物面ミラー２
の焦点Ｆと一致するように配置され、球面ミラー３は、
その球心が発光源１の中心と一致するように配置され
る。発光源１より発した光束のうち、放物面ミラー２に
到達した光束は、そこで反射して光軸５とほぼ平行な光
線Ｌ11〜Ｌ14, Ｌ16となり、前方の光学系へ進む。一
方、放物面ミラー２の開口２ａに向かって進む光束は、
球面ミラー３で反射し、同じ光路をたどって再び発光源
１に戻り、発光源１内部にあるプラズマ中に入射する。
この光線束はプラズマの影響で長波長側に遷移したスペ
クトラムを持つ光線束となって、主に放物面ミラー２の
方向に進み、放物面ミラー２によって反射されて光軸５
とほぼ平行な光線Ｌ31, Ｌ32となって、前方の光学系に
進む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクタ等の画像投影装置やその他の電子光学機器等に使
用される光源装置に係わり、特に、発光源から発散する
光を所定方向に集光するための集光ミラーを備えた光源
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば液晶パネル等のライトバル
ブを用いたプロジェクタ装置等の分野においては、高温
ポリシリコン形成技術等のプロセスの実用化により、液
晶パネル技術が進歩し、ビデオ映像を再現するのに充分
な画素数まで高精細化が進んでいる。そして、液晶パネ
ルを含めて光学ユニットの小型化も進展し、前方投射型
プロジェクタの小型化・軽量化や、背面投射型プロジェ
クタの商品化も可能になった。

【０００３】このような中で、光学ユニットや光源装置
の一層の小型化・高能率化を図るべく、様々な試みがな
されているが、まだ充分とはいえない状況にある。例え
ば、光源装置から出る全光束のうち表示画面に到達する
割合はわずか５％程度であり、まだまだ光利用効率は低
い。したがって、省資源、省エネルギの観点からも、さ
らなる光利用効率の改善によりプロジェクタ装置の低消
費電力化が期待されている。この光利用効率の改善のた
めには、発光源である放電ランプのアーク長（電極間距
離にほぼ等しい。）の短小化や発光スペクトラム分布の
最適化が必要となる。

【０００４】放電ランプのアーク長に視点を置くと、従
来のプロジェクタ用光源装置の発光源としては３ｍｍ程
度の短アークのメタルハライドランプが使用されてお
り、そのランプ寿命は３０００時間程度にとどまってい
た。しかし、最近では、１．５ｍｍ以下のアーク長の高
圧水銀ランプが実用に供され、そのランプ寿命は数千時
間に達している。

【０００５】このように、現在までのところ、アーク長
の短小化に関する努力は積極的になされ、かつ実用化の
域にも到達しているが、その一方、発光源の発光スペク
トルの観点では、最適化の努力の割には進歩が遅々とし
ている。例えば、メタルハライドランプの場合、水銀の
励起スペクトルのピークレベルがかなり大きく、映像の
三原色であるＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）と、
それらの合成色である白色とを忠実に再現しようとした
場合には、緑色から橙色にかけてのスペクトルエネルギ
が過剰となる。このため、この帯域のエネルギを低減す
るためのトリミング（帯域カットフィルタリング）が必
要となる。例えば、液晶パネルを３枚使用するいわゆる
３板方式のプロジェクタにおいては、発光源からの白色
光をダイクロイックミラーによってＲ、Ｇ、Ｂ色の３つ
の光束に分離して各液晶パネルに導くようになっている
が、このうち分離したＧ色光束の光路中にトリミングフ
ィルタを配置して、緑色から橙色にかけてのスペクトル
エネルギをカットすることが行われる。ところが、緑色
から橙色にかけてのスペクトルには輝線スペクトルに近
いものが含まれ、そのピークレベルは上記したように相
当大きな値となっているので、帯域カットフィルタによ
ってその輝線スペクトルのみをカットすることはでき
ず、その輝線スペクトルを含む一定帯域幅のスペクトル
エネルギもカットされ、結果として光利用効率が低下す
る要因となっている。なお、トリミングフィルタの代わ
りにＮＤ(Neutral Density) フィルタを用いる方法もあ
るが、この場合には、可視光域全体にわたってスペクト
ラムが減衰するので、さらに多くの光エネルギが無駄に
なり、光利用効率は一層低いものとなる。

【０００６】ところで、従来より、この種の光源装置に
おいては、発光源からの光エネルギを液晶パネルの有効
画角内に効率よく導くために、放物面ミラーまたは楕円
面ミラー（以下、放物面ミラー等という。）の焦点位置
近傍に発光源の中心を配置し、放物面ミラー等の開口方
向でかつ放物面ミラー等の光軸に沿った方向（以下、前
方という。）に光束を導き、さらに、この光束を多数の
矩型開口の凸レンズ群からなる照明光学系によって液晶
パネルの有効画角内に導くという方法が採られている。

【０００７】図１１は、このような集光用ミラーを備え
た従来の光源装置の要部断面構造を表すものである。こ
の光源装置は、メタルハライドランプ等の発光源１を、
これと一体に形成された支持部材４によって放物面ミラ
ー２の焦点位置近傍に固定配置して構成したものであ
る。放物面ミラー２は放物線を軸回転して形成される非
球面ミラーである。

【０００８】この図に示したように、発光源１から放物
面ミラー２に進む各光線は、それぞれ放物面ミラー２に
より反射されて、光軸５にほぼ平行、あるいは光軸５上
の遠方の点に集まるように進む光線Ｌ11，Ｌ12，Ｌ13，
Ｌ14，Ｌ15となる。一方、発光源１から放物面ミラー２
の開口２ａに向かって進んだ光は、そのまま直進し、光
軸に対して大きな角度をもって進む光線Ｌ21，Ｌ22，Ｌ
23等となる。このため、これらの光線Ｌ21，Ｌ22，Ｌ23
はこの光源装置の前方にある液晶パネル等のライトバル
ブ（図示せず）の有効画面内に到達することができず、
損失となってしまう。

【０００９】この問題に対処するため、例えば図１２に
示したような光源装置が提案されている。この光源装置
では、図１１に示した構成に加えて、放物面ミラー２の
開口２ａの外側に、これを囲むようにして球面ミラー７
を配置している。この球面ミラー７の球心は発光源１の
中心に一致している。また、球面ミラー７は、その中央
部分が、放物面ミラー２の開口径に相当する大きさとな
るように光軸５と同心に円形に切り欠かれたドーナツ形
状をなし、その切り欠かれた開口の内径端は、発光源１
から出て放物面ミラー２の端部で反射した光線Ｌ11を遮
らないような位置に設定されている。なお、本図では、
発光源１から出射した光線のうち、光軸５よりも図の上
側に出射した光線に関する光路のみを図示し、光軸５よ
りも下側に出射した光線は省略している。

【００１０】この光源装置では、発光源１から放物面ミ
ラー２の開口２ａに向かって進んだ光線のうちの一部の
光線（光線Ｌ25から光線Ｌ26までの間の光線）が球面ミ
ラー７で正反射されて、再び発光源１の中心部に戻り、
さらに、これを通過して光軸５の下側領域の放物面ミラ
ー２で反射されて、光軸５とほぼ平行な光線Ｌ25′，Ｌ
26′となる。このため、球面ミラー７によって反射され
た光は前方に配置された図示しない液晶パネル等のライ
トバルブの有効画面内に到達することができ、有効に利
用されることとなる。

【００１１】しかしながら、この光源装置では、球面ミ
ラー７は、発光源１から放物面ミラー２の開口２ａに向
かって進んだ光線のうちの一部の光線のみを反射するの
みであり、殆どの光線は光線Ｌ22，Ｌ23と同様に光軸５
と大きな角度をなして発散してしまう。また、球面ミラ
ー７は発光源１からかなり離れた位置に配置されていた
ため、発光源１から出た光線が球面ミラー７で反射され
て再び発光源１に戻るまでの間に強度が減衰してしま
う。したがって、図１２に示した光源装置における光利
用効率は図１１に示したものよりは改善されるものの、
必ずしも十分ではなかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光源装置では、発光源のスペクトラム分布が最適でない
ことから、発光源の白色光束から分離されたＲＧＢの３
色光をそれぞれ液晶パネルで変調した後、これらを合成
して得られる光が自然な白色となるようにするため、緑
色から橙色にかけての帯域に存在する高いピークレベル
のスペクトラムを除去または低減することが必要であ
り、結果として光利用効率が低下する。したがって、発
光源のスペクトラム分布を最適化することが必要であっ
た。

【００１３】また、従来の発光源と放物面ミラーとを組
み合わせて構成した光源装置（図１１）、あるいはさら
に球面ミラーを備えた光源装置（図１２）においては、
発光源１から直接放物面ミラー２の開口に向かう光線、
あるいは、発光源１から直接球面ミラー７の中央切欠開
口に向かう光線は、光軸と大きな角度をなすものが大部
分を占めていることから、前方の照明光学系を介したと
しても液晶パネル等のライトバルブの有効画角の域外に
到達してしまい、表示画像の明るさに寄与せず、無駄に
なってしまうという問題があった。

【００１４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、発光源からの光束を効率よく所定方
向に集光することができる光利用効率の高い光源装置を
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光源装置
は、周囲に光を放射する発光源と、発光源を囲むように
しつつ一部に開口を残して配設され、発光源から放射さ
れた光を反射して開口の方向に集光する集光ミラーと、
集光ミラーの開口内に設けられ、発光源から集光ミラー
の開口に直接向かう光を反射して再び発光源に戻す帰還
ミラーとを備えている。その場合、帰還ミラーの大きさ
は、発光源の中心から帰還ミラーの外縁を見込む角が発
光源の中心から放物面ミラーの開口縁を見込む角と等し
くなるように設定するのが好適である。また、集光ミラ
ーは、例えば回転軸対称の放物面または楕円面で構成
し、帰還ミラーは球面で構成するのが好適である。その
場合、帰還ミラーとしての球面ミラーは、その球心が発
光源の中心に一致するように配置し、かつ、球面ミラー
の曲率半径が集光ミラーの焦点距離よりも小さくなるよ
うにするのが好適である。さらに、発光源と集光ミラー
との間に、帰還ミラーで反射されて発光源を通過した光
を再び反射して発光源に戻す第２の帰還ミラーを配置す
るようにしてもよい。

【００１６】本発明の光源装置では、発光源から集光ミ
ラーの開口に直接向かう光は、帰還ミラーによって反射
されて再び発光源に戻り、ここを通過して集光ミラーで
反射される。したがって、従来、無駄になっており、あ
るいは必ずしも十分に利用されていなかった発光源から
集光ミラーの開口に直接向かう光の大部分が有効に利用
されることになる。しかも、帰還ミラーで反射され再び
発光源に入射する光によって赤方偏移した新たな励起光
が発生するので、光源装置全体としての光スペクトラム
が改善される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】［第１の実施の形態］図２は本発明の一実
施の形態に係る光源装置が適用される液晶プロジェクタ
の概略構成を表すものである。この液晶プロジェクタ
は、液晶ライトバルブ（液晶パネル）を３枚使用する３
板方式のカラープロジェクタであり、ほぼ平行な白色光
を放射する光源装置１０と、この光源装置１０からの白
色光のうち紫外域および赤外域の光をカットするＵＶ−
ＩＲカットフィルタ１１と、このＵＶ−ＩＲカットフィ
ルタ１１を通過した光のうちＲ光のみを反射し、他の光
を透過させるＲダイクロイックミラー１２と、Ｒダイク
ロイックミラー１２を透過した光（Ｇ光およびＢ光）の
うち、Ｇ光のみを反射し、他の光（Ｂ光）を透過させる
Ｇダイクロイックミラー１３と、Ｇダイクロイックミラ
ー１３を透過したＢ光をすべて反射する全反射ミラー１
４と、全反射ミラー１４で反射したＢ光をすべて反射す
る全反射ミラー１５と、Ｒダイクロイックミラー１２で
反射したＲ光をすべて反射する全反射ミラー１６とを備
えている。

【００１９】この液晶プロジェクタはまた、全反射ミラ
ー１６で反射したＲ光の光路中に挿設されると共に、与
えられたＲ画像信号に応じて入射光を空間変調して出射
するＲ液晶ライトバルブ１７と、Ｇダイクロイックミラ
ー１３で反射したＧ光の光路中に挿設されると共に、与
えられたＧ画像信号に応じて入射光を空間変調して出射
するＧ液晶ライトバルブ１８と、全反射ミラー１５で反
射したＢ光の光路中に挿設されると共に、与えられたＢ
画像信号に応じて入射光を空間変調して出射するＢ液晶
ライトバルブ１９とを備えている。

【００２０】この液晶プロジェクタはさらに、Ｒ液晶ラ
イトバルブ１７、Ｇ液晶ライトバルブ１８およびＢ液晶
ライトバルブ１９をそれぞれ通過した光が合流する位置
に配置されると共に、これらの３色光を一の方向に合成
して出射するダイクロイックプリズム２０と、このダイ
クロイックプリズム２０で合成された光をスクリーン２
１上に投射する投射レンズ２２とを備えている。なお、
ダイクロイックプリズム２０は、４つの直角プリズムを
貼り合わせたもので、合わせ面には誘電多層膜が形成さ
れている。

【００２１】この液晶プロジェクタでは、光源装置１０
から放射された白色光が、Ｒダイクロイックミラー１
２、およびＧダイクロイックミラー１３によってＲＧＢ
の３色光に分離され、これらの各色光がそれぞれＲ液晶
ライトバルブ１７、Ｇ液晶ライトバルブ１８およびＢ液
晶ライトバルブ１９を透過する際に各色用の画像信号に
応じた空間強度変調を受け、これらの変調を受けた各色
画像がダイクロイックプリズム２０によって１つに合成
され、投射レンズ２２によってスクリーン２１にカラー
画像として投影されるようになっている。

【００２２】図１は図２に示した光源装置１０の要部断
面構造を表すものである。この図で、従来例として説明
した図１１における構成要素と同一の構成要素には同一
の符号を付すものとする。この図に示したように、光源
装置１０は、発光源１と、支持部材４によって発光源１
を所定位置に支持固定する放物面ミラー２と、支持部材
４によって発光源１と所定の位置関係をなすように固定
支持された球面ミラー３とを備えている。ここで、発光
源１は本発明における発光源に対応し、放物面ミラー２
は本発明における集光ミラーに対応し、球面ミラー３は
本発明における帰還ミラーに対応する。

【００２３】発光源１としては、例えばメタルハライド
ランプ等のほぼ球形に近い放電管が用いられる。このメ
タルハライドランプは、高圧水銀ランプを改良したもの
で、石英ガラス等からなるハウジング中に水銀蒸気およ
び他の金属ハロゲン化物蒸気を封入して構成したランプ
である。通常、ハウジングは支持部材４と一体成形さ
れ、この中を２つの電極が通ってハウジング内で所定距
離を隔てて対峙している。金属ハロゲン化物は、水銀放
電中でその熱により金属とハロゲンとに分離し、金属原
子が励起されて光を放出するため、封入する金属原子の
種類により様々な発光スペクトルを有するランプを構成
することができるのが特徴である。

【００２４】放物面ミラー２は、放物線を軸回転して形
成される非球面ミラーであり、その内面には、紫外域お
よび赤外域の光を背後に逃がし可視光のみを反射する誘
電体多層膜が形成され、前方の光学系への熱の持ち込み
を防止している。なお、放物面ミラー２に代えて、楕円
面ミラーを用いるようにしてもよい。また、球面ミラー
３の内面には、発光源１から入射した光を殆どすべて反
射し得るような高反射率特性をもつ反射膜が形成されて
いる。

【００２５】図３に示したように、発光源１は、その中
心が放物面ミラー２の焦点Ｆと一致するように配置され
ている。また、球面ミラー３は、その球心が発光源１の
中心と一致するように配置されている。

【００２６】次に、このような構成の光源装置１０の作
用を説明する。

【００２７】図１に示したように、発光源１より発した
光束のうち、放物面ミラー２に到達した光束は、そのミ
ラー面で反射して光軸５とほぼ平行な光線Ｌ11, Ｌ12,
Ｌ13, Ｌ14, Ｌ16となり、前方の光学系へ進む。一方、
放物面ミラー２の開口２ａに向かって進む光束は、球面
ミラー３で反射し、同じ光路をたどって再び発光源１に
戻り、発光源１内部にあるプラズマ中に入射する。この
光線束はプラズマの影響で長波長側に遷移したスペクト
ラムを持つ光線束となって、主に放物面ミラー２の方向
に進み、放物面ミラー２によって反射されて光軸５とほ
ぼ平行な光線Ｌ31, Ｌ32となって、前方の光学系に進
む。

【００２８】図３に示したように、球面ミラー３の有効
径は、発光源１の中心Ｆ（＝放物面ミラー２の焦点）か
ら球面ミラー３の外縁Ｓを見込む角αが、発光源１の中
心Ｆから放物面ミラー２の開口縁Ｔを見込む角と等しく
なるように設定するのが好適である。この場合には、反
射ミラー３の外縁Ｓが、発光源１の中心Ｆと放物面ミラ
ー２の開口縁Ｔとを結ぶ面６の上に位置することにな
る。このため、従来（図１１）において発光源１から放
物面ミラー２の開口２ａを介して直接発散していた光は
すべて球面ミラー３によって発光源１に戻されて有効利
用され、しかも、発光源１から放物面ミラー２に向かう
光は球面ミラー３によってまったく遮られることなく放
物面ミラー２で反射して前方の光学系に向かって光軸５
とほぼ平行に進み、有効利用されることとなる。

【００２９】さらに、球面ミラー３の曲率半径ｒは、放
物面ミラー２の焦点距離ｆより短くするのが好適であ
る。これは次のような理由による。今、図３に示したよ
うに、発光源１の中心Ｆから出て球面ミラー３の外縁
Ｓ′で反射したのち、再び発光源１の中心Ｆを通過して
放物面ミラー２上の点Ｐで反射され、球面ミラー３の反
対側の外縁Ｓに到る光線Ｌ33を考える。ここで、光軸５
と放物面ミラー２との交点をＱ、ＦＰ＝ｄとすると、Ｑ
Ｆ＝ｆ，ＦＳ＝ｒであるから、近軸光線領域において
は、ｆ＝ｄ＝ｒが成り立つ。したがって、図１の光源装
置の変形例を示す図４のように、球面ミラー３の曲率半
径ｒが放物面ミラー２の焦点距離ｆよりもできるだけ小
さくなるようにすれば、球面ミラー３で反射されたのち
発光源１を通過して放物面ミラー２で反射される光線の
大部分が光軸５とほぼ平行となって球面ミラー３ａによ
って妨げられることなく進むことができる。例えば、図
４では、図１の場合と比べると、かなり近軸の光線Ｌ34
までもが球面ミラー３によって遮られずに前方に進むこ
とが判る。したがって、光利用効率がさらに向上する。

【００３０】本実施の形態に係る光源装置は、さらに、
従来の光源装置で有効利用していない放物面ミラー２の
開口２ａに向かう光が球面ミラー３によって反射されて
発光源１の中心近傍に再入射することで赤色成分の光エ
ネルギが増加し、発光スペクトラムの最適化が図られる
という特徴をも備えている。以下、この特徴点を、図５
〜図８を参照して詳細に説明する。

【００３１】図５は、放物面ミラー２の開口２ａに向か
って進んだのち球面ミラー３により反射された光が発光
源１に再度入射したときの状態を表すものである。この
図で、発光源１として使用されている放電管では、図示
しない電極間に加えられる電圧により放電電流が流れる
と同時に、発生するプラズマから放電に寄与している原
子固有の複数の波長の光を発生する。たとえば、上記し
たメタルハライドランプでは、水銀を主体にして添加物
として少量のハライド類の金属化合物が封入されてお
り、それぞれが放電によりプラズマ化して各原子に固有
の複数の波長の光を発生して光束となる。この放電中の
プラズマ中に外部から光が入射すると、この入射した光
によりプラズマが励起され、入射光よりも長い波長の
光、すなわち赤方偏移した光を発生する。

【００３２】このようにして入射光４１（球面ミラー３
からの帰還光）によって励起された励起光４２は、図５
に示したように、発光源１から四方八方に発散するが、
その強度分布は、入射光４１の進む方向において最も大
きく、それから離れるに従って小さくなるという分布と
なる。なお、図５で、破線矢印はすべて励起光を示し、
その長さは強度を表すものとする。したがって、入射光
４１の方向では、元の波長の光と赤方偏移した励起光４
２とが重畳された形となって最大強度を示し、他の方向
では、赤方偏移した励起光４２のみとなる。これらの光
の大部分は、放物面ミラー２によって反射されてそれぞ
れ光軸５とほぼ平行に前方に進み、Ｒ液晶ライトバルブ
１７（図２）等に到達して画像表示に供されることとな
る。

【００３３】次に、図６を参照して、プラズマ励起光が
長波長側へ遷移する様子を説明する。この図で、横軸は
波長（単位＝ナノメートル）を示し、縦軸は相対強度を
示す。図６の破線４３で示したスペクトラムは、図７に
示したようにメタルハライドランプ５１を発光源とする
光束を白色スクリーン５２に照射してスペクトラム測定
器５３によって実測し、その実測スペクトラムを、ピー
ク値を１．００として正規化したものである。一方、実
線４４で示したスペクトラムは、図８に示したように、
メタルハライドランプ５１の後方に、球面ミラー５４を
その球心がランプ中央と一致するように配置して同様の
実測を行い、その実測スペクトラムを、そのピーク値を
１．００として正規化したものである。この両者を比較
すると、球面ミラーからの反射光が加わった場合には、
スペクトラムのピーク値に対する相対エネルギが４３０
ｎｍ以上の長い波長領域において向上していることが判
る。これは、上記したように、メタルハライドランプ５
１から直接出た光束のスペクトラムと、球面ミ５４で反
射した光がメタルハライドランプ５１に帰還入射して発
生した励起光の赤方偏移スペクトラムとが重畳し、両ス
ペクトラムの谷と山の部分が相互に打ち消しあう方向に
作用する結果、ピーク値に対する相対的エネルギレベル
が上昇したものと考えられる。

【００３４】このように、発光源１が発光する光の一部
を球面ミラー３を利用して発光源１自身に帰還入射させ
ることにより、一次発光のみのスペクトラムに比べて長
波長側に遷移したスペクトラム分布をもつ光束を得るこ
とができる。このため、従来の発光源で不足している赤
色成分の光エネルギを相対的に増加させた良好なスペク
トラム分布を得ることができ、表示画像における白色再
現性を改善することができる。

【００３５】このように、本実施の形態では、従来の光
源装置で有効利用されなかった放物面ミラー２の開口２
ａに向かう光を球面ミラー３により発光源１の中心近傍
に帰還照射するようにしたので、光利用効率が向上する
と同時に、赤色成分の光エネルギを増加させるというス
ペクトラムの改善をも達成することができる。

【００３６】［第２の実施の形態］次に、本発明の他の
実施の形態を説明する。

【００３７】図９は、本発明の他の実施の形態に係る光
源装置の断面構造を表すものである。なお、この図で
は、図１と同一構成要素に同一の符号を付し、適宜説明
を省略するものとする。この光源装置は、図１に示した
構成の光源装置に加えて、発光源１の中心Ｆに球心をも
つ球面ミラー３ｂを発光源１と放物面ミラー２との間に
配置し、球面ミラー３，３ｂによって発光源１を両側か
ら挟み込むようにしたものである。この図では、追加し
た球面ミラー３ｂの曲率半径を球面ミラー３の曲率半径
とほぼ等しく描いているが、適宜変更可能である。その
他の構成は図１と同様である。なお、球面ミラー３ｂは
本発明における第２の帰還ミラーに対応する。

【００３８】このような構成の光源装置では、発光源１
から発し球面ミラー３で反射した光は、発光源１の中心
Ｆを通って反対側の球面ミラー３ｂに達し、ここで再び
反射して、再度発光源１の中心Ｆを通って球面ミラー３
に向かう。すなわち、球面ミラー３と球面ミラー３ｂと
の間を往復することとなり、帰還光線自体が直接放物面
ミラー２の方向に向かうことはない。ところが、図５に
示したように、帰還光線が発光源１のプラズマ中に入射
するごとに、長波長側に遷移した励起光が新たに発生
し、その一部は放物面ミラー２の方向に向かう。こうし
て放物面ミラー２に向かう励起光の強度は、帰還光線の
方向に向かう励起光に比べて相当小さいものではある
が、帰還光線が球面ミラー３，３ｂ間を多数回往復する
ことにより、最終的に、そのエネルギのかなりの部分が
励起光に移る。この結果、発光源１からの光束のうち相
当の部分が赤方偏移した励起光に変換され、放物面ミラ
ー２で反射されて光軸５とほぼ平行に前方へ進むことと
なる。したがって、上記の実施の形態（図１）に係る光
源装置に比べて、光スペクトラム特性がより一層改善さ
れることとなる。また、球面ミラー３，３ｂの反射率を
高くすると共に、発光源１における反射・吸収等を少な
くするように考慮すれば、発光源１から発した光エネル
ギの大部分を長波長側に遷移した励起光として利用でき
ることとなり、上記の実施の形態（図１）に係る光源装
置と比べても、全体としての光利用効率を遜色ないもの
とすることができる。

【００３９】［第３の実施の形態］次に、本発明のさら
に他の実施の形態を説明する。

【００４０】図１０は本発明のさらに他の実施の形態に
係る光源装置の斜視外観を表すものである。上記の２つ
の実施の形態では、いずれも、発光源１はほぼ球形をな
し、集光用のミラーおよび帰還光線作成用のミラーは、
それぞれ、軸回転対称の放物面ミラーおよび球面ミラー
であった。これに対して、本実施の形態に係る光源装置
では、発光源６１は球形でなく棒状の放電管であり、集
光用のミラー６２は放物面ミラーでなく、光源６１の長
手方向に沿って延びる放物線断面をもつミラーである。
また、帰還光線作成用のミラー６３は球面ミラーではな
く、発光源６１の長手方向に沿って延びる円弧断面をも
つミラーである。ここで、放物線断面または円弧断面と
は、それぞれ、長手方向と直交する法面に沿って切った
断面がみな同じ形の放物線または円弧である場合の断面
をいう。発光源６１の中心線は、放物線断面をもつ集光
用のミラー６２の焦点の集合した線の位置に一致し、帰
還光線作成用の円弧断面をもつミラー６３の曲率中心線
は発光源６１の中心線と一致している。

【００４１】この光源装置の作用は、図１の場合と同様
である。すなわち、発光源６１から出てミラー６２の開
口６２ａへ向かう光はミラー６３で反射されて発光源６
１に戻され、発光源６１の中心付近を通過したのちミラ
ー６２で反射されて光軸６５とほぼ平行に前方に進む。
その際、ミラー６３からの帰還光線が発光源６１へ入射
することで、赤方偏移した励起光が発生し、光スペクト
ラムが改善される。

【００４２】このような線状ランプをもつ光源装置は、
例えばカラー複写機やカラースキャナ等に適用可能であ
る。カラー複写機に適用した場合には、色再現性のよい
カラーコピーが得られ、またカラースキャナに適用した
場合には、原画の色を忠実に読み取ることができる。も
ちろん、いずれの場合にも、発光源６１が発する光エネ
ルギを効率よく利用することができるので、消費電力の
低減も可能となる。

【００４３】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れず、その均等の範囲で種々変更可能である。例えば、
上記の第１および第２の実施の形態で示した光源装置が
適用されるカラー液晶プロジェクタは、ダイクロイック
ミラーと全反射ミラーとダイクロイックプリズムとを組
み合わせて構成した３板方式のカラー液晶プロジェクタ
として説明したが、本発明はこれに限定されることはな
く、ダイクロイックプリズムを用いずダイクロイックミ
ラーと全反射ミラーとを組み合わせて構成した３板方式
のカラー液晶プロジェクタにも適用可能である。また、
単板方式のカラー液晶プロジェクタにも適用できる。さ
らに、カラータイプのみならず、モノクロタイプの機器
にも適用可能である。また、第３の実施の形態に示した
光源装置についても同様であり、モノクロタイプの複写
器やスキャナにも適用可能である。さらに、本発明の光
源装置は、ここに挙げた機器以外の用途にも適宜適用可
能である。

【００４４】また、上記の実施の形態では、発光源から
の光を前方に集光するためのミラーとして放物面ミラー
もしくは楕円面ミラー、または放物線断面もしくは楕円
断面をもつミラーを用いることとしたが、これらに代え
て、球面ミラーまたは円弧断をもつミラーを用いるよう
にしてもよい。ただし、球面ミラー等よりも放物面ミラ
ー等を用いた場合の方が、光軸に平行な光線を多く得る
ことができるので光利用効率はよい。

【００４５】また、発光源１，６１としてはメタルハラ
イドランプのほか、通常の高圧水銀ランプやハロゲンラ
ンプ等を用いるようにしてもよく、それらの場合にも光
利用効率の向上を図ることが可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項６のいずれか１に記載の光源装置によれば、発光源か
ら集光ミラーの開口に直接向かう光を帰還ミラーによっ
て反射して再び発光源に戻すようにしたので、この帰還
光は発光源を通過して集光ミラーで反射される。したが
って、従来、無駄になっており、あるいは必ずしも十分
に利用されていなかった発光源から集光ミラーの開口に
直接向かう光の大部分が利用されることとなり、光利用
効率が向上する。しかも、帰還ミラーで反射された帰還
光が発光源を通過する際には、赤方偏移した新たな励起
光が発生するので、光源装置全体としての光スペクトラ
ムが改善される。このため、光スペクトラムを改善する
ために帯域カットフィルタやＮＤフィルタ等を用いて特
性上有害な波長成分を除去するという必要がなくなり、
この点でも光利用効率の向上に効果がある。

【００４７】特に、請求項２記載の光源装置によれば、
発光源の中心から帰還ミラーの外縁を見込む角が発光源
の中心から放物面ミラーの開口縁を見込む角と等しくな
るようにしたので、本来発光源から出て集光ミラーに到
達して反射され利用されるはずの光が帰還ミラーによっ
て遮られてしまうことがなく、かつ、発光源から出て集
光ミラーの開口から発散して無駄になってしまう光もな
くなるので、光利用効率が最良に近くなるという効果が
ある。

【００４８】また、請求項３記載の光源装置によれば、
帰還ミラーを、球心が発光源の中心に一致するように配
置された球面ミラーとし、かつ、この球面ミラーの曲率
半径を集光ミラーの焦点距離よりも小さくするようにし
たので、発光源から出て帰還ミラーで反射され再び発光
源を通過して集光ミラーで反射される光が帰還ミラー自
体によって進行を妨げられるという割合が少なくなり、
光利用効率の向上に一層効果がある。

【００４９】また、請求項５記載の光源装置によれば、
帰還ミラーのほかに第２の帰還ミラーを発光源と集光ミ
ラーとの間に設けるようにしたので、帰還ミラーで反射
されて発光源を通過した光が第２の帰還ミラーで再び反
射されて発光源に戻り、以下、帰還ミラーと第２の帰還
ミラーとの間で光が繰り返し往復することとなる。そし
て、光が発光源を通過するごとに、赤方偏移した励起光
が生じて発散するので、最終的に、当初の発光エネルギ
のかなりの部分が励起光に移る。この励起光はその後集
光ミラーにより集光されて利用に供されるので、全体と
して、不足がちな赤色成分が補われることとなる。した
がって、光源装置として要求される光スペクトラム特性
をより一層改善することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の要
部構造を表す断面図である。

【図２】図１の光源装置が適用される液晶プロジェクタ
の概略構成を表す図である。

【図３】図１の光源装置の断面を模式的に表す図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の変
形例の要部構造を表す断面図である。

【図５】球面ミラーにより反射された光が発光源に帰還
入射したときの状態を表す図である。

【図６】発光源への帰還入射により生ずる励起光のスペ
クトラムが元の発光スペクトラムよりも長波長側へ遷移
する様子を説明するための特性図である。

【図７】図６のスペクトラムが得られたときの条件を説
明するための説明図である。

【図８】図６のスペクトラムが得られたときの他の条件
を説明するための説明図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の要
部構造を表す断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の
要部構造を表す外観斜視図である。

【図１１】従来の光源装置の要部構造を表す断面図であ
る。

【図１２】従来の他の光源装置の要部構造を表す断面図
である。

【符号の説明】

１…発光源、２…放物面ミラー、２ａ…開口、３，３
ａ，３ｂ…球面ミラー、４…支持部材、５…光軸、１０
…光源装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周囲に光を放射する発光源と、前記発光源を囲むようにしつつ一部に開口を残して配設
され、前記発光源から放射された光を反射して前記開口
の方向に集光する集光ミラーと、前記集光ミラーの開口内に設けられ、前記発光源から前
記集光ミラーの開口に直接向かう光を反射して再び前記
発光源に戻す帰還ミラーとを備えたことを特徴とする光
源装置。
【請求項２】前記発光源の中心から前記帰還ミラーの
外縁を見込む角は、前記発光源の中心から前記放物面ミ
ラーの開口縁を見込む角と等しいことを特徴とする請求
項１記載の光源装置。
【請求項３】前記帰還ミラーは、球心が前記発光源の
中心に一致するように配置された球面ミラーであり、か
つ、この球面ミラーの曲率半径は、前記集光ミラーの焦点距
離よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の光源装
置。
【請求項４】前記集光ミラーは回転軸対称の放物面ま
たは楕円面からなることを特徴とする請求項１記載の光
源装置。
【請求項５】さらに、前記発光源と前記集光ミラーとの間に設けられ、前記帰
還ミラーで反射されて前記発光源を通過した光を再び反
射して前記発光源に戻す第２の帰還ミラーを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項６】前記第２の帰還ミラーは球面からなるこ
とを特徴とする請求項５記載の光源装置。