JPH11142778A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率の向上、システムの小型化、出
射光の小径化、および出射光の平行度の向上を同時に達
成できる光源装置を提案すること。 【解決手段】 光源装置１では、ランプ発光部３からの
光は、それを囲むように配置されたコンデンサーレンズ
１１に効率良く取り込まれ、そこから出射される。コン
デンサーレンズ１１から出射された光束は、反射ミラー
１２によって光路がランプ光軸Ｌの方向に向き、ランプ
光軸Ｌに直交する断面が円環状をした光束に変換され
る。この円環状断面の反射光束は、導光手段１３によっ
て当該反射光束の外径より小さな直径の円形断面の光束
として出射される。このようにすることで、光の利用効
率の向上、システムの小型化、出射光の小径化、および
出射光の平行度の向上を同時に達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スライド投写器や
液晶プロジェクタ等に用いる小型で効率の良い光源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ等に用いられる光源装
置として、図５に示すような装置が知られている。図５
に示す光源装置１Ａは、発光部３を備えたメタルハライ
ドランプ等のランプ２と、円形開口３０ａを有する放物
面反射鏡３０とを有する構成となっている。放物面反射
鏡３０の底部中央にはランプ取付け孔３０ｂが形成され
ており、ここにランプ２の一方の端部が口金３１を介し
て固定された状態となっている。

【０００３】この構成の光源装置１Ａでは、ランプ発光
部３から放射された光は放物面反射鏡３０によって反射
されて、ランプ光軸Ｌに平行な光束として前方の円形開
口３０ａから射出される。円形開口３０ａから射出され
る光束径は、放物面反射鏡３０の焦点距離とランプ発光
部３から発光される光の角度（発光角度）によって決定
される。

【０００４】また、スライド投写器等に用いられる光源
装置として、図６に示すような装置が知られている。図
６に示す光源装置１Ｂは、発光部３を備えたランプ２
と、ランプ光軸Ｌを挟んでランプ発光部３の一方の側に
配置された球面反射鏡３５と、他方の側に配置されたコ
ンデンサーレンズ３６とを有する構成となっている。

【０００５】この構成の光源装置１Ｂでは、ランプ発光
部３から放射された光は球面反射鏡３５に向かう光成分
と、直接コンデンサーレンズ３６に向かう光成分とに分
かれる。球面反射鏡３５に向かった光成分は、球面反射
鏡３５で反射されて再度ランプ発光部３に入射し、しか
る後に、その発光部３からコンデンサーレンズ３６に向
かう。従って、ランプ発光部３から放射された光は最終
的にコンデンサーレンズ３６に導かれ、このレンズ３６
によって所定の角度が付いた光束の状態として射出され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、光源装置におい
ては、ランプから放射される光の利用効率を上げるこ
と、およびシステムの小型化が求められている。また、
射出光束径を小さくすること、および射出光束の平行度
を上げることなどが求められている。

【０００７】しかしながら、図５に示す構成の光源装置
１Ａにおいて、平行度の高い射出光束が得られるように
するには、放物面反射鏡３０の焦点距離を長くする必要
がある。すなわち、大型の放物面反射鏡を採用する必要
がある。このような放物面反射鏡の大型化は、システム
の大型化を招いてしまう。このことは、液晶プロジェク
タ等における光源装置の専有スペースの増加をもたら
し、光源装置を組み込む装置の大型化につながる。ま
た、放物面反射鏡を大きくすると、当然に放物面反射鏡
の円形開口も大きくなり、射出光束の径も大きくなる。
このような射出光束を効率良く利用するためには、その
光を充分に取り込めるサイズの光学素子が必要となるの
で、液晶プロジェクタ等に構成される各種光学系のサイ
ズがアップする。この点からも光源装置を組み込む装置
の大型化につながる。

【０００８】一方、放物面反射鏡を大きくしないと、ラ
ンプ発光部３からの光を全て放物面反射鏡で受けること
が困難になり、光の利用効率が悪くなる。従って、放物
面反射鏡を使用している限り、システムの小型化および
光の利用効率の向上を同時に達成することは困難であ
る。

【０００９】また、図６に示す構成の光源装置１Ｂは、
放物面反射鏡を用いないので、システムの小型化を図
れ、また、射出光束径を小さくすることができる。しか
しながら、球面反射鏡３５によってランプ発光部３に戻
された光成分は、発光部表面での反射によって最低でも
８５％の減衰を受ける。また、ランプ発光部３での発光
はランプ光軸Ｌを中心としたドーナツ状（円環状）の発
光分布となる。このため、コンデンサーレンズ３６と球
面反射鏡３５の開口数（ＮＡ）により利用できる光束が
制限されてしまう。従って、図６に示す構成の光源装置
１Ｂでは、ランプ発光部３からの光を有効に利用するこ
とが困難である。

【００１０】本発明の課題は、上記の点に鑑みて、光の
利用効率の向上、システムの小型化、出射光の小径化、
および出射光の平行度の向上を同時に達成できる光源装
置を提案することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の光源装置は、ランプと、コンデンサーレン
ズと、反射ミラーと、導光手段とを有している。前記コ
ンデンサーレンズは円筒形状をしており、前記反射ミラ
ーは前記ランプのランプ光軸に沿って光出射側に向かう
に連れて広がった円錐台状の内周反射面を備えている。
前記コンデンサーレンズは、前記ランプの発光部を取り
囲むように、前記ランプ光軸を中心として同心状に配置
され、前記反射ミラーは、当該コンデンサーレンズを取
り囲むように同心状に配置されている。前記導光手段
は、前記反射ミラーからの円環状断面の反射光束を、当
該反射光束の外径よりも小さな直径の円形断面の光束と
して出射するように構成されている。

【００１２】本発明の光源装置では、ランプ発光部から
の光は、その発光部を取り囲むコンデンサーレンズに効
率良く取り込まれ、ランプ光軸に直交する方向に放射状
に広がる光束に変換される。この光束は、反射ミラーに
よってランプ光軸に直交する断面が円環状の光束に変換
される。この円環状断面の反射光束は、導光手段によっ
てその反射光束の外径より小さな直径の円形断面の光束
に変換される。

【００１３】このように本発明の光源装置では、ランプ
発光部から出射された光を再びランプ発光部に戻すこと
がない。また、ランプ発光部から出射された光のほぼ全
てをコンデンサーレンズで取り込むことができる。従っ
て、光の利用効率を高めることができる。また、大型の
放物面反射鏡を用いる必要がないので、システムの小型
化を図ることができ、また、出射光径が大きくなること
もない。さらにまた、光源装置からの出射光の平行度を
高めることができる。

【００１４】前記導光手段としては、第１の反射ミラー
と第２の反射ミラーとを有しており、第１の反射ミラー
が光出射側に向けて窄まった円錐台状の内周反射面を備
え、第２の反射ミラーが光出射側に向けて窄まった円錐
状の外周反射面を備えたものを採用できる。このような
反射ミラーを用いる場合には、前記第１の反射ミラー
を、前記反射ミラーに対して光出射側の位置において、
前記ランプ光軸を中心として同軸状態に対向配置し、前
記第２の反射ミラーを、前記第１の反射ミラーの内側位
置において、前記ランプ光軸を中心として同心状態に配
置すれば良い。

【００１５】また、第１および第２の反射ミラーを備え
た導光手段を用いる場合には、前記反射ミラーの内周反
射面、前記第１の反射ミラーの内周反射面および前記第
２の反射ミラーの外周反射面を、ランプ光軸に対して４
５度傾斜させるようにすれば、光源装置からの出射光の
光径を容易に小さくできる。また、その平行度も容易に
高めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
適用した光源装置を説明する。図１は光源装置の外観形
状を示す斜視図である。図２はその光源装置の概略断面
構成図である。図３は図１に示す光源装置を、第２およ
び第２の反射ミラーを省いた状態でランプ光軸の方向か
ら見たときの平面図である。

【００１７】これらの図に示すように、光源装置１は、
ランプ２と、発光部３から発光された光を平行光束に変
換して出射するリフレクタユニット１０を有している。

【００１８】ランプ２は、例えば、メタルハライドラン
プ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等である。ランプ
２の発光管４は、その中央に楕円形状の発光部３が形成
されている。この発光部３の両側からは外側に細長い封
止部５、６が延びている。

【００１９】リフレクタユニット１０は、コンデンサー
レンズ１１と、反射ミラー１２と、導光部材１３とを有
している。

【００２０】コンデンサーレンズ１１は、図４から分か
るように、一定の径の貫通孔１１ａが設けられ、外周面
１１ｂが円弧状になった筒形状をしている。このコンデ
ンサーレンズ１１は、ランプ発光部３を取り囲むよう
に、ランプ光軸Ｌを中心として同心状に配置されてい
る。従って、コンデンサーレンズ１１の貫通孔１１ａに
ランプ発光部３が位置しており、ランプ発光部３から出
射された光は、その全てがコンデンサーレンズ１１の内
周面に取り込まれる。その光は円弧状外周面１１ｂから
ランプ光軸Ｌを直交する方向に放射状に広がる光束とし
て出射される。

【００２１】反射ミラー１２は、ランプ光軸Ｌに沿って
光出射側に向かうに連れて広がった円錐台状の内周反射
面１２ａを備えている。この反射ミラー１２は、コンデ
ンサーレンズ１１を取り囲むように同心状に配置されて
いる。反射ミラー１２の内周反射面１２ａはランプ光軸
Ｌに対して４５度傾斜している。

【００２２】導光部材１３は、反射ミラー１２からの円
環状断面の反射光束を、当該反射光束の外径よりも小さ
な直径の円形断面の光束として出射するように構成され
ている。詳しく説明すると、導光部材１３は、第１の反
射ミラー１４と第２の反射ミラー１５とを有している。

【００２３】第１の反射ミラー１４は、光出射側に向け
て窄まった円錐台状の内周反射面１４ａを備えている。
この第１の反射ミラー１４は、反射ミラー１２の光出射
側の位置において、ランプ光軸Ｌを中心として同軸状に
配置されている。第１の反射ミラーの内周反射面１４ａ
はランプ光軸Ｌに対して４５度傾斜している。

【００２４】第２の反射ミラー１５は、光出射側に向け
て窄まった円錐状の外周反射面１５ａを備えている。こ
の第２の反射ミラー１５は、第１の反射ミラー１４の内
側位置において、ランプ光軸Ｌを中心として同心状態に
配置されている。第２の反射ミラー１５の外周反射面１
５ａはランプ光軸Ｌに対して４５度傾斜している。

【００２５】この構成の光源装置１において、ランプ発
光部３からの発光は、その全てがランプ発光部３を囲ん
でいるコンデンサーレンズ１１の内周面に取り込まれ、
図３に矢印で示すように、その円弧状外周面１１ｂから
ランプ光軸Ｌに直交する方向に放射状に広がる光束とし
て出射される。

【００２６】コンデンサーレンズ１１から出射された光
束は、反射ミラー１２の内周反射面１２ａによってその
光路が直角に折り曲げられ、ランプ光軸Ｌに直交する断
面が円環形状をした光束に変換される。

【００２７】反射ミラー１２からの円環状断面の反射光
束は、導光部材１３の第１の反射ミラー１４の内周反射
面１４ａに入射する。この内周反射面１４ａに入射した
光束は、ここで直角に反射されて導光部材１３の第２の
反射ミラー１５の外周反射面１５ａに入射する。この外
周反射面１５ａに入射した光束は、ここで直角に反射さ
れて導光部材１３からランプ光軸Ｌに平行な円形断面の
光束が出射される。すなわち、反射ミラー１２からの円
環状断面の反射光束は、その中央部分が絞り込まれ、当
該反射光束の外径よりも小さな直径の円形断面の光束に
変換されることになる。従って、大型の放物面反射鏡を
用いる場合のように、光源装置からの出射光径が大きく
なることを防止できる。また、光源装置からの出射光の
平行度を高めることができる。

【００２８】さらに、光源装置１においては、ランプ発
光部３からの光は、その発光部３を囲むコンデンサーレ
ンズ１１に効率良く取り込まれ、その後、反射ミラー１
２、第１の反射ミラー１４、および第２の反射ミラー１
５によって反射されながら、光源装置１からの出射光に
変換される。このため、ランプ発光部３から出射された
光を再びランプ発光部３に戻すことがなく、また、ラン
プ発光部３から出射された光を効率良くコンデンサーレ
ンズ１１で取り込むことができる。従って、光の利用効
率を高めることができる。さらに、大型の放物面反射鏡
を用いる必要がないので、システムの小型化も達成でき
る。このように光源装置１によれば、光の利用効率の向
上、システムの小型化、出射光の小径化、および出射光
の平行度の向上を同時に達成できる。

【００２９】なお、反射ミラー１２の内周反射面１２
ａ、第１の反射ミラー１４の内周反射面１４ａ、および
第２の反射ミラー１５の外周側面１５ａの断面は、完全
な平面でなくても良い。例えば、光源装置１からの出射
光の平行度を高めることができるように、所定の曲率半
径を持つ曲面とすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光源装置
では、ランプ発光部を囲むように円筒状のコンデンサー
レンズを設けることによって、ランプ発光部からの光を
効率良くコンデンサーレンズに取り込まれるようにして
いる。また、コンデンサーレンズから出射された光束を
反射ミラーによってランプ光軸に直交する断面が円環状
をした反射光束とし、しかる後に、導光部材によってそ
の反射光束の外径よりも小さな直径の円形断面の光束と
して出射するようにしている。

【００３１】従って、ランプ発光部で発光された光を、
コンデンサーレンズに効率良く取り込み、その大部分を
光源装置から出射される光束として利用できるので、光
の利用効率を高めることができる。また、大型の放物面
反射鏡を用いる必要がないので、光の利用効率を高めな
がらも、システムの小型化を図れる。さらに、大型の放
物面反射鏡を用いる場合のように、出射光径が大きくな
ることもない。さらにまた、光源装置からの出射光の平
行度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光源装置の外観形状を示す斜
視図である。

【図２】図１に示す光源装置の概略断面構成図である。

【図３】図１に示す光源装置を、第２および第３の反射
ミラーを省いた状態でランプ光軸の方向から見たときの
平面図である。

【図４】図１に示す光源装置のコンデンサーレンズを示
す斜視図である。

【図５】従来の放物面反射鏡を用いた光源装置の概略断
面構成図である。

【図６】従来の球面反射鏡およびコンデンサーレンズを
用いた光源装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 光源装置 ２ ランプ ３ 発光部 １０ リフレクタユニット １１ コンデンサーレンズ １２ 反射ミラー １２ａ 反射ミラーの内周反射面 １３ 導光部材 １４ 第１の反射ミラー １４ａ 第１の反射ミラーの内周反射面 １５ 第２の反射ミラー １５ａ 第２の反射ミラーの外周反射面 Ｌ ランプ光軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプと、コンデンサーレンズと、反射
   ミラーと、導光手段とを有し、 前記コンデンサーレンズは円筒形状をしており、前記反
   射ミラーは前記ランプのランプ光軸に沿って光出射側に
   向かうに連れて広がった円錐台状の内周反射面を備えて
   おり、 前記コンデンサーレンズは、前記ランプの発光部を取り
   囲むように、前記ランプ光軸を中心として同心状に配置
   され、前記反射ミラーは、当該コンデンサーレンズを取
   り囲むように同心状に配置されており、 前記導光手段は、前記反射ミラーからの円環状断面の反
   射光束を、当該反射光束の外径よりも小さな直径の円形
   断面の光束として出射するように構成されていることを
   特徴とする光源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記前記導光手段
   は、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーとを有してお
   り、 前記第１の反射ミラーは光出射側に向けて窄まった円錐
   台状の内周反射面を備え、前記第２の反射ミラーは光出
   射側に向けて窄まった円錐状の外周反射面を備えてお
   り、 前記第１の反射ミラーは、前記反射ミラーに対して光出
   射側の位置において、前記ランプ光軸を中心として同軸
   状態に対向配置されており、 前記第２の反射ミラーは、前記第１の反射ミラーの内側
   位置において、前記ランプ光軸を中心として同心状態に
   配置されていることを特徴とする光源装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記反射ミラーの内
   周反射面、前記第１の反射ミラーの内周反射面および前
   記第２の反射ミラーの外周反射面は、前記ランプ光軸に
   対して４５度傾斜していることを特徴とする光源装置。