WO2004020898A1

WO2004020898A1 - 照明装置、プロジェクタ、並びに照明装置の組み立て方法

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Publication number: WO2004020898A1
Application number: PCT/JP2003/011178
Authority: WO
Inventors: Takeshi Takezawa
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2004-03-11
Also published as: US20050024879A1; EP1450100A4; EP1450100A1; JPWO2004020898A1; KR20040071771A; CN100532925C; JP4235829B2; US20070115439A1; CN101334140A; TW200422649A; US20090080199A1; US7232241B2; KR100691084B1; CN101334140B; US7461954B2; TWI230269B; CN1612991A

Abstract

この発明に係る照明装置は、発光管１０を含む照明装置１００の発光部１１より後側に配置された第一反射鏡２０ａと、光学系の発光部１１より前側に配置された第二反射鏡３０ａとを備えた照明装置１００であって、発光部１１から照明装置の後側に出射される利用可能限界光に対応する第一反射鏡２０ａの反射面５０の直径Ｄ１が、第二反射鏡３０ａの外側面の直径ｄ１よりも大きく、かつ、第二反射鏡３０ａの外側面の直径ｄ１は、利用可能限界光の第一反射鏡２０ａにより反射された光Ｌ１，Ｌ２の内側に入る大きさに設定され、第二反射鏡３０ａの反射面６０が発光部１１の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、発光部１１中心から出射されて第二反射鏡３０ａに入る入射光と第二反射鏡３０ａの法線とが一致するように配置されている。

Description

明細書

照明装置、プロジェクタ、並びに照明装置の組み立て方法技術分野

本発明は、発光管及び該発光管からの出射光を反射する反射鏡を有する照明装置、並びにその照明装置を備えたプロジェクタに関する。背景技術

照明装置として、発光管と反射鏡とからなる照明装置が広く用いられている。そのような照明装置において、発光管から放出されでも迷光となって使用に供されていなかった光を有効に利用するために、従来は、実開平 5— 8 7 8 0 6号公報（第 7ページ、第 1図）に記載されているように、発光管に反射膜を成膜することが行われている。また、特開平 8— 3 1 3 8 2号公報（第 2ページ、第 1図 ) に記載されているように、発光管を挟んで反射鏡と対向するように第 2の反射鏡を備えることも行われている。発明の開示

しかしながら、発光管の前面に反射膜を成膜する方法は、電極間の位置が発光管外面に取り付けた反射膜に対してばらつきを持っため、所望の反射特性が得られない場合や、反射特性が発光管の形状に依存するため所望の反射特性が得られない場合がある。従って、発光管の前面に反射膜を成膜する方法の場合、発光管によっては効果的な光の有効利用が図れないこともある。また、反射膜の代わりに、元々配置されている第 1反射鏡に対向させて第 2反射鏡を別途備える構成としても、光利用率をより向上させるためには、発光管と第 1反射鏡とに関連させて、第 2反射鏡の配置や態様をより具体的に特定する必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、発光管と第 1反射鏡に対して第 2反射鏡の配置及ぴ態様をより具体的に特定して、通常は迷光となってしまうような発光管からの出射光の大部分を利用できるようにする照明装置、並びにその 11178

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照明装置を利用したプロジエタを提供することを目的とする。さらに、そのような照明装置の組み立て方法を提供することも目的とする。 . 本発明の照明装置は、電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 1が、前記第こ反射鏡の外側面の直径 d 1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により.反射された光の内側に入る大きさに設定され、前記第二反射鏡の反射面が前記発光部の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致するように配置されていることを特徴とする。これにより、通常は迷光となってしまうような発光管からの光のほとんどを第一反射鏡に戻して利用に供きせることが可能となる。また、発光部から照明装置の後側に出射される光のうち、利用可能範囲内にある光については、第一反射鏡で反射された後、第二反射鏡によって遮断されるのを回避できる。これに加えて次のような効果も得られる。同じ光量を得るに際して第一反射鏡を小さくできる。また、第一反射鏡による集光点径を小さくすることも可能となるため、引き続く光学系に光が入射し易くなり、この点からも光利用効率を向上させることができる。さらに、この構成によると、発光管を第一反射鏡から突出した状態にできるた、照明装置を通過する冷却空気を直接発光管に当てて、そのクーリング性を向上させることもできる。

なお、前記利用可能限界光は、前記発光管の構造によって定まる限界光とすることができる。この場合には、発光部から照明装置の後側に出射される光のほぼ全てが利用できることになる。

本発明の他の照明装置は、電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置 +る封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 1 ,が、前記第二反射鏡の外側面の直径 d lよりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致するように配置されており、前記電極の先端間距離を L e、前記電極先端間の中心 F 1から前記第二反射鏡の反射面の開口端面までの前記照明装置の光軸上の距離を L r、前記第二反射鏡の外側面の開口端部の直径を d 2、前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径を D 2、前記電極先端のうち前記第一反射鏡側の電極先端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後ろ側へと延長させた直線とに挟まれた角度を 6 d、前記第一反射鏡の反射面の開口端と前記第一反射鏡側の電極先端とを結ぶ線と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後側へと延長させた直線とに挟まれた角度を Θ eとして、 6 dを、

d = 9 0度 + tarT¹ { ( L e / 2 + L r ) / ( d 2 / 2 ) }

として近似するとき、前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 2が、 Θ e > Θ dとなるような範囲にあるこを特徴とする。

第一反射鏡の反射面の開口端部の直径をこのようにすることで、第二反射鏡で反射されずに前方に出射した光も利用可能となる。

またさらに、本発明の他の照明装置は、電極間で発光が行われる発光部及び該発.光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 1が、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入大きさに設定され、前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致するように配置されており、前記第二反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 2が、前記電極間で発生するアークの前記第 —反射鏡側のアーク端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光の境界光を反射できる大きさであることを特徴とする。

第一反射鏡の反射面の開口端部の直径をこのようにすることで、第二反射鏡で反射されずに前方に出射した光も利用可能となり、且つ、第一反射鏡の反射面の開口端部の直径を最小限に設定することができる。

また、前記照明装置において、前記第二反射鏡は前記発光部の外周に対して隙間を有して配置されていることが好ましい。これによれば、発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致させる際に、前記隙間を調整幅として発光部と第二反射鏡との相対位置を調整することができる。また、この隙間により第二反射鏡と発光部の間に熱がこもらないので発光部の過度な温度上昇を抑制することが可能となる。

また、前記照明装置において、前記第二反射鏡の反射面は、紫外線及び赤外線を通す誘電体多層膜により成形されていることが好ましい。これにより、可視光だけを第一反射膜へと反射させるため紫外線及び赤外線等による発光部および第一反射鏡の反射面さらにこの照明装置から出射される光を入射する光学部品等の劣化を防止できる。また、第二反射鏡は実際の照明に利用される可視光を効率よく反射できるので、照明装置の照度を向上させることができる。

また、前記照明装置において、前記第二反射鏡の反射面を、前記封止部の外径より大きな内径を有する管の端面研磨又はプレス成形により形成することが好ましい。これによれば、反射面の加工の複雑な手間を低減できる。 ' なお、前記照明装置において、前記第二反射鏡の外側面は、その反射面側から入射した光を透過させる態様、あるいは、その反射面側から入射した光を拡散反射させる態様に成形して、第二反射鏡に光が吸収されないようにするのが好ましい。これにより、第二反射鏡の反射面から入射してきた赤外線等の光による第二反射鏡の温度上昇を防止できる。 2003/011178

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さらに、前記照明装置において、.前記第二反射鏡を、石英、透光性アルミナ、水晶、サファイア、 Y A G、蛍石のいずれかから製作することが好ましい。これらの材料は、熱伝導性が良好なため温度分布を均一化でき、あるいは低熱膨張ゆえに耐熱性に優れ、しかも赤外線及び紫外線の透過性に優れた第二反射鏡を得ることができる。

また、 .前記照明装置において、前記発光部の外周面に反射防止コートを施すことが好ましい。これにより、第二反射鏡を経由する光の発光部での反射による光損出を低減できる、。

また、前記照明装置において、前記第二反射鏡が、前記発光部の近傍において前記封止部の表面に接着剤により固着されていることが好ましい。これにより、発光部からの射出され第一反射鏡から反射されて来る光や発光部から射出され第二反射鏡を透過して来る光などの遮断を出来るだけ少なくして、第二反射鏡を発光管に固定することが可能となる。

また、前記接着剤をシリカ ■アルミナ混合物又は窒化アルミを含む無機系接着剤とすると、それらの熱伝導率が良好なため、第二反射鏡や発光管の温度の不均 —分布を抑制することが可能となる。

また、前記照明装置において、前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して卷線されたパネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることが好ましい。これによれば、発光管がにより膨張しても上記隙間によりその熱的変形を吸収できる。

なお、前記バネを導電性卷線から構成し、該パネが配置されている側と反対側の封止部から出るリ一ド線に接続すると、前記パネを点灯性を向上させる絶縁破壌のためのトリガ線として利用することができる。

' 本発明のプロジェクタは、照明装置からの光が入射され与えられた画像情報に応じて該入射光を変調する光変調装置を備えたプロジュクタにおいて、前記照明装置として上記のいずれかに記載された照明装置を備えたことを特徴とする。これにより、小型で高輝度のプロジェクタが得られることになる。 2003/011178

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本発明の照明装置の組み立て方法は、電極間で光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された主反射鏡として作用する第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された補助反射鏡として作用する第二反射鏡とを備えた照明装置の組み立て方法であって、前記発光管の電極又は電極間アークの実像と前記第二反射鏡によって反射された前記電極又は前記電極間アークの反射像とを重ねるように前記第二反射鏡と前記発光管の相対位置を調整して、前記発光管と前記第二反射鏡とを固定するステップと、前記第二反射鏡が固定された前記発光管の電極間中心と前記第一反射鏡の第一焦点とをほぼ一致させて前記第一反射鏡と前記発光管とを配置し、前記第一反射鏡の所定位置における明るさが最大となるように前記発光管と前記第一反射鏡との相対位置を調整して、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定するステップと、を備えたことを特徴とする。

また、上記照明装置の組み立て方法において、前記発光管と前記第二反射鏡とを固定するステップは、前記実像と前記反射像とを、少なくとも 2方向からカメ' ラによる撮像画像を利用して検出し、それぞれの方向で前記実像と前記反射像とを重ねるように前記第二反射鏡の位置を調整して、前記発光管と前記第二反射鏡とを固定する工程を含むことが好ましい。，また、上記照明装置の組み立て方法において、前記所定位置は前記第一反射鏡の設計上の第二焦点であり、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定するステップは、前記第一反射鏡の設計上の第 2焦点付近における明るさが最大となるように、前記発光管と前記第一反射鏡との相対位置を調整して、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定する工程を含むことが好ましい。 ' さらに、上記照明装置の組み立て方法において、前記所定位置は前記照明装置を搭載する光学系の照明対象物が配置される位置であり、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定するステップは、前記照明装置を前記光学系に組み込み、前記照明対象物が配置される位置における明るさが最大となるように、前記発光管と前記第一反射鏡との相対位置を調整して、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定す 7

る工程を含むことが好ましい。

これらにより、光利用率をより向上させた第二反射鏡を配する照明装置を組み立てることができる。図面の簡単な説明

【図 1】本発明の実 ¾S形態 1に係る照明装置の構成図。

【図 2】図 1の照明装置の作用説明図。

【図 3】第二反射鏡の有無による第一反射鏡の反射面の直径の比較説明図。【図 4】 · 第二反射鏡の有無による照明装置の集光スポット径の比較説明図。【図 5】本発明の実施形態 2に係る照明装置の光製図及び作用図。

【図 6】本発明の実施形態 3に係る照明装置の構成図。

【図 7】発光管と第二反射鏡との位置決め方法説明図。

【図 8】発光管と第一反射鏡との位置決め方法説明図。 .

【図 9】本発明の実施形態 4に係る照明装置の構成図。

【図 1 0】本発明の実施形態 5に係る照明装置の構成図。

【図 1 1】上記実施形態に係る照明装置を備えたプロジェクタの構成図。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態を図を参照しながら説明する。なお、各図中、同じ符号は同一物または相当物を示しているのとする。

, (実施形態 1 )

図 1は本発明の実施形態 1に係る照明装置 1 0 0の構成図、図 2は図 1の装蘆 1 0 0の作用説明図である。この照明装置 1 0 0は、発光管 1 0と、照明装置 1 0 0の主反射鏡である第一反射鏡 2 0 aと、照明装置 1 0 0の補助反射鏡である第二反射鏡 3 0 · aとを備える。発光管 1 0は、石英ガラス等からなり、内部にタングステンの電極 1 2，. 1 2と、水銀、希ガス及び少量のハロゲンが封入された中央の発光部 1 1と、.発光部 1 1の両側の封止部 1 3， 1 3からなる。各封止部 JP2003/011178

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1 3には、電極 1 2と接続されたモリブデンからなる金属箔 1 4が密封され、各金属箔 1 4 , 1 4には外部につなげられるリード線 1 5， 1 5がそれぞれ設けられている。これらのリード線 1 5 , 1 5の接続先は従来からの構成と同じでよく、例えば、図示していない照明装置固定具等に設けられた外部との接続端子に接続される。

なお、発光部 1 1の外周面には、タンタル酸化膜、ハフニウム酸化膜、チタン酸化膜等を含む多層膜の反射防止コートを施しておくと、そこを通過する光の反射による光損出を低減することができる。

第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0は回転曲線形状であり、 F l , F 2は第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0の回転曲線の第 1焦点と第 2焦点を示し、 f l， ί 2は第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0の回転曲線の頂点から第 1焦点 F 1と第²焦点 F 2 までの距離を表している。なお、第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0は回転楕円面形状または回転放物面形状などを採用できる。第一反射鏡 2 0 aは、発光管 1 0を含むこの照明装置 1 0 0において、発光管 1 0の後側に配置されている反射素子で、その後側の端部中心部に、発光管 1 0を固定するための貫通穴 2 1を備えている。発光管 1 0は、この第一反射鏡 2 0 aの貫通穴 2 1に、発光管 1. 0の軸と第一反射鏡 2 0 aの軸とを一致させて、セメントなどの無機系接着剤² 2により固着されている。発光管 1 0の軸とは発光管 1◦の長手方向の中心軸であり、ほぼ電極 1 2， 1 2方向と一致している。また、第一反射鏡 2 0 aの軸とは第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0を構成する回転曲線の回転軸であり、ほぼ照明装置 1 0 0から射出される光束の中心軸と一致している。なお、発光管 1 0の発光部 1 1 中心（電極 1 2 , 1 2間の中心〉は、第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0が回転楕円面形状の場合、その第一焦点（F 1 ) に一致又はその近傍に位置させ、第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0が回転放物面の場合には、その焦点 Fに一致又はその近傍に位置させている。すなわち、発光部 1 1の中心が、第一反射鏡 2 0 aの焦点 F 1又は F付近に、或いは焦点 F 1又は Fの位置にほぼ一致して、配置されている第二反射鏡 3 0 aは、発光管 1 0を含むこの照明装置 1 0 0において、発光管 ' 1 0の前側に配置されている反射素子で、その反射面 6 0が発光部 1 1の前惻ほぼ半分を包囲し、かつ、発光部 1 1の中心から射出されてこの第二反射鏡 3 0 a の反射面 6 0に入る入射光と該第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0における法線とが一致するように配置されているものである。ここで、第二反射鏡 3 0 aは、接着剤 3 1により封止部 1 3に固定されている。発光部 1 1の構造（電極 1 2間の位置、発光部 1 1の各部の形状など）は、 .製造バラツキなどにより発光管 1 0毎に , それぞれ異なるため、第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0の形状は、発光部 1 1 との関係に応じて、発光管 1 Ό毎にそれぞれ定めるのが好ましい。

さらに、第二反射鏡 3 0 aは、約 9 0 0〜1 0 0 0 °C度の高温に晒されることになるため、低熱膨張性、あるいは熱伝導性に優れた材料で製造されることが必要となる。このため、第二反射鏡 3 0 aは、例えば、低熱膨張材である石英又はネオセラムゃ、高熱伝導材である透光性アルミナ、サファイア、水晶、蛍石、 Y A G等を利用して製作される。透光性アルミナとしては、例え ίま、、商品「スミコランダム」（スミコランダムは住友化学工業の登録商標）が利用できる。

第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0は、照明に利用される可視光のみを反射させ、照明に不要な紫外線及び赤外線を通過させることができれば、第二反射鏡 3 0 a に生じる発熱を少なくできる。そのため、ここでは可視光のみを反射させ、紫外線及び赤外線を通過させる誘電体多層膜を、第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0に積層している。この誘電体多層膜も耐熱性が必要とされ、例えば、タンタル化合物と S i 0₂の交互積層、又はハフニウム化合物と S i 0₂の交互積層等から構成できる。以上の各要素を加味すると、低熱膨張性を有し、あるいは熱伝導性に優れ、しかも紫外線及び赤外線を透過しやすい材料として、石英、.透光性アルミナ、水晶、サファイア、 Y A G ( Y ₃A 1 ₅0 ₁₂) 、蛍石等が挙げられ、それらのいずれかから第二反 t鏡 3 0 aを製作するのが好ましい。

なお、第二反射鏡 3 0 aの外側面 8 0は、その反射面 6 0で反射されずに入射した光（赤外線、紫外線、反射面 6 0側から漏れてきた可視光など）を透過させ 10

' るように、あるいは、その反射面 6 0で反射されずに入射した光を拡散反射させるような反射膜や形状を備えるように成形して、第二反射鏡 3 0 aができるだけ光を吸収しないようにしておく。

さらに、図 1に示すように、発光部 1 1からこの第一反射鏡 2 0 a側すなわち照明装置 1 0 0の後側に出射する利用可能限界光 L 1 , L 2によって示される円錐の第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0の直径 D 1が、第二反射鏡 3 0 aの外側面 8 0の直径 d 1よりも大きくなるように、かつ、第二反射鏡 3 0 aの外側面 8 0の直径 d 1が、利用可能限界光 L 1， L 2の第一反射鏡 2 0 aにより反射された光によって形成される円錐の内側に入る大きさとなるように、第二反射鏡 3 0 aの · 外側面 8 0の直径 d 1が設定される。こうすることで、発光部 1 1から照明装置 1 0 0の後側に出射される光のうち、利用可能範囲内にある光については、第一反射鏡 2 0 aで反射された後、第二反射鏡 3 0 aによって遮断されることなく進むことができる。

ところで、利用可能限界光 L 1 , L 2とは、発光部 1 1からこの照明装置 1 0 0の後側に出射される光のうち、照明光として実際に利用できる範囲の内側境界に対応する光をいい、発光管 1 0の構造によって定まる場合と、第一反射鏡 2 0 aの構造によって定まる場合とがある。発光管 1 0の構造によって定まる利用可能限界光とは、発光部 1 1から第一反射鏡 2 0 a側すなわち後側に出射し封止部 1 3等の影響により遮断されず有効光として出射される光のうち、封止部 1 3等の影響により光が遮断される光との境界の有効光である。また、第一反射鏡 2 0 aの構造によって定まる利用可能限界光とは、発光部 1 1から第一反射鏡² 0 a 側すなわち照明装置 1 0 0の後側に出射し封止部 1 3等の影響により遮断されす有効光とし出射され光のうち、第一反射鏡 2 0 aの貫通孔 2 1の存在等による第一反射鏡 2 0 aに起因して反射面 5 0で反射することができず照明光として利用し得なくなる光との境界の有効光である。なお、上記利用可能限界光を、発光管 1 0の構造によって定まる限界光とした場合、本実施形態によれば、発光部 1 1 から照明装置 1 0 0の後側に出射される光のほぼ全てが利用できることになる。なお、第二反射鏡 3 0 aの外側面 8 0の直径 d 1が大きくなると、第一反射鏡 2 0 aにより反射された後に、前方に進行する光の遮断が多くなるため光め利用率が低下する。従って、光の利用率低下を回避するために、第二反射鏡 3 0 aの外側面 8 0の直径 d 1はできるだけ小さくするべきである。

また、発光部 1 1の外周面と第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0との間には、光源像と反射像の位置関係を調整するために発光部 1 1に対して第二反射鏡 3 0 aの位置調整ができる程度の間隔、すなわち 0 . 2 mm以上の隙間 Aを設けるのがよい。これにより、光源像と反射像を一致させるように発光部 1 1と第二反射鏡 3 0 aとの相対位置を調整することが可能であり、且つ、第二反射鏡 3 0 aで覆われている側の発光部 1 1及び発光管 1 0の放熱が確保され、発光管 1 0の過度な温度上昇を抑制することができる。従って、温度上昇に起因する電極 1 2の消耗

、発光部 1 1を含む発光管 1 0の白濁や膨張を抑制できる。

以上述べたように、本実施形態の照明装置 1 0 0によれば、図 2に示すように

、発光管 1 0の発光部 1 1から後側へと出射する光 L 1、 L 2、 L 5 , L 6は、第一反射鏡 2 0 aにより反射されて照明装置 1 0 0の前方に向かう。また、発光部 1 1から前側へと出射する光 L 3、 L 4は、第二反射鏡 3 0 aの反射面⁶ 0により反射されて第一反射鏡 2 0 aに戻った後、第一反射鏡 2 0 aにより反射されて照明装置 1 0 0の前方に向かう。これにより、発光部 1 1から出射する光のほとんどを利用することができる。

. さらに、本実施形態の照明装置 1 0 0は、第二反射鏡 3 0 aを用いることにより第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0の直径 D 4を第二反射鏡を用いない照明装置と比較して小さくできる。

これについて図 3を参照して説明する。図 3 ( a ) は第二反射鏡を用いない照明装置 1 0 0 eを示し、図 3 ( b ) は第二反射鏡 3 0 aを用いた照明装置 1 0 0 を示す。第一反射鏡 2 0 b , 2 0 aの反射面 5 1， 5 0の回転楕円面の第 1焦点距離 f 1及び第 2焦点距離 f 2は共に等しい。図 3 ( b ) に示すように、第二反射鏡 3 0 aを用いた場合は、発光部 1 .1から前側へ出射される光を第二反射鏡 3 0 aにて反射し第一反射鏡 2 0 aの反射面 5 0へと入射させることができるので、第一反射鏡 2 0 _aの反射面 5 0の開口端部の直径 D 4は、第二反射鏡 3 0 aを用いない場合の第一反射鏡 2 0 bの反射面 5 1の開口端部の直径 D 3よりも小さくすることができる .（D 4 <D 3) 。しかし、 ί 2/ ί 1の倍率関係は変わらないので、これらの場合の集光スポット径は同一となって、光学系の効率の変化はない。

またさらに、本実施形態の照明装置 1 0 0は、第二反射鏡 3 0 aを用いることにより照明装置の集光スポット径を第二反射鏡を用いない照明装置と比較して小さくできる。 ·

まず、集光スポット径について説明する。発光部 1 1のアークが点であるなら集光スポットは点となり、反射面の開口端部の直径が同一である第一反射鏡において焦点距離を変化させても集光スポット径の大きさは変化しない。しカゝし、現実的にはアークは有限である。図 4 (b) に示すように、有限であるアークの直径を L Lとし、そのときの集光スポットの直径を ψとし、第一反射鏡 2 0 cの反射面 5 2の回転曲線の頂点から第一焦点までの距離を f 1，とし、第一反射鏡 2 0 cの反射面 5 2.の回転曲線の頂点から第二焦点までの距離を f 2 ' とすると、集光スポットの直径 Ψはアークの直径 L Lと f 2， / £ 1 ' の積によって決まる。従って、反射面の開口端部の直径 D 3が同一である図 4 ( a ) の第一反射鏡 2 ◦ bと図 4 ( b ) の第一反射鏡 2 0 cにおいて、第一反射鏡 2 0 bの反射面 5 1 の焦点 f l， f 2と、第一反射鏡 2 0 cの反射面 5 2の焦点 f 1 ' ， ί 2 ' との倍率関係は ( f 2/ f 1 ) > ( f 2 ' / f 1 ' ) となるので、図 4 (b) の第一反射鏡 2 0 cの集光スポット径の方が図 5 ( a ) の集光スポット径より小さくなる。ここで、図 4 ( a ) の第一反射鏡 2 0 bの焦点距離 f 1、 f 2を図 4 (b) の第一反射鏡 2 0 cの焦点距離 f 1 ' , f 2 ' に近づけるにつれて、第一反射鏡 2 0 bの反射面 5 1に入射しない光が多くなつていき照明効率が劣化する。しかし、第二反射鏡 3 0 aを備える図 4 (b) の照明装置 1 0 0 f は、第二反射鏡 3 0 aにより光の損失を防ぎ、集光スポット径が小さくすることで照明装置 1 0 0 11178

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f に引き続く光学系に入射しやすくなり、且つ、発光部 1 1から出射する光の利効率を向上させることができる。 .

(実施形態 2)

図 5 (a) は、本発明の実施形態 2に係る照明装置 1 0 OAの構成図及び作用図である。この照明装置 1 0 OAの構成は基本的に図 1の照明装置 1 00と同じであり、図 1の照明装置 1 00との相違点は、照明装置 1 0 0の第一反射鏡 20 aの反射面 5 0の焦点距離 f 1より照明装置 1 0 0 Aの第一反射鏡 20 dの反射面 5 3の焦点距離 ί 1 Αの方が大きく（ί 1く f 1 A) 、照明装置 1 00の第一反射鏡 20 aの反射面 5 0の焦点距離 f 2より照明装置 1 00 Aの第一反射鏡 2 0 dの反射面 5 3の焦点距離 f 2 Aの方が小さい ( f 2 > f 2 A) 点である。図中、 f 1 Aは第一反射鏡 20 dの反射面 5 3の回転曲線の頂点から第 1焦点 F 1 Aまでの距離を表し、 f 2 Aは第反射鏡 20 dの反射面 5 3の頂点から第 2焦点 F 2 Aまでの距離を表している。これにより、第一反射鏡 20 dの反射面 5 3 の開口端部の直径 D 5は図 1の第一反射鏡 20 aの反射面 50の開口端部の直径 D 4より大きくなるが、照明装置 1 0 OAの第 2焦点 F 2 Aにおける集光スポット径は、照明装置 1 00の第 2焦点 F 2における集光スポット径より小さくなる。従って、照明装置 1 0 O Aからの出射光が引き続く光学系に入射し易くなり、光利用率の向上により貢献できる。

また、より輝度の大きい発光管などの形状の大きな発光管 1 0 Aを使用する場合、発光管 1 0 Aが大きくなつたことに伴い第二反射鏡の形状も大きくしなければならない。その結果、図 5 (b) の照明装置 1 00は、発光管 1 0 Aの構造によって定まる利用可能限界光 L 1 , L 2の第一反射鏡 20 aからの反射光を第二反射鏡 3 0 cによって遮ってしまう。しかし照明装置 1 00 Aは焦点距離 f 1よりも焦点距離 ί 1 Αが大きいので、発光管 1 OAの構造によって定まる利用可能限界光 L I , L- 2で示される円錐の第二反射鏡 20 dの反射面 5 3の直径 D 6が、照明装置 1 00の第二反射鏡 20 a'の反射面 5 0の直径 D 7より大きくなるから、利用可能限界光 L l L 2の第一反射鏡 20 dからの反射光を第二反射鏡 3 賺 11178

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0 bが遮ることなく有効光として利用でき、高輝度である大電力の発光管からの光の利用効率を向上できる。'

さらに、発光部 1 1 Aから発生する熱量が同じである場合、第一反射鏡 20 d が輻射熱を受ける面積は、第一反射鏡 20 aが輻射熱を受ける面積と焦点距離の比率である ί 1 Α/ ί 1の 2乗の積によってきまるから、第一反射鏡 2 0 dの受ける単位面積あたりの輻射熱は、 f Ι Α/f 1の 2乗に反比例する。従って、本実施形態の照明装置 1 0 O Aは、第一反射鏡 20 dの単位面積あたりで受ける発光管 1 0 Aからの輻射熱が第一反射鏡 20 aよりも少ないので、第一反射鏡 20 dの温度上昇を防止できる。

(実施形態 3)

図 6は、本発明の実施形態 3に係る照明装置 1 00 Dの構成図である。この照明装置 1 000の図 1と同じ部分については同じ符号を用いて説明は省略し、相違する点を以下で説明する。ここでは、上記実施形態 1又は実施形態 2とは異なり、第二反射鏡 3 0 cの反射面 6 2の開口端部の先端が電極 1 2， 1 2の間の中心位置まで届いていない状態の場合に、第一反射鏡 20 eが担うべき光の反射領域の範囲を定めたものャある。図 6において、電極 1 2， 1 2の先端間距離を L e、電極 1 2, 1 2の先端間の中心 F 1 (第一反射鏡 20 eの第一焦点）から第二反射鏡 30 bの開口端面までの光軸上の距離を L r、第二反射鏡 30 bの外側面の開口端部の直径を d 2、第一反射鏡 20 eの反射面 54の開口端部の直径を D 2、照明装置 1 00 Dから射出される光の中心軸すなわち照明装置 1 0◦ Dの光軸を A、一対の電極 1 2， 1 2のうち第一反射鏡²0 e側の電極 1 2先端から第二反射鏡 3 0 bで遮られずに射出される光の境界光である L 7と照明装置 10 0Dの光軸 Αを照明装置 1 00 Dの後側へと延長させた直線とに挟まれた角度 Θ dとする。図 6において 0 dは、第一反射鏡 20 e側の電極 1 2より後側の光軸延長線 Aから右回りで境界光 L 7までの角度である。これによれば、角度 θ (1を下記式 1で近似できる。

Θ d = 9 0度 + tan— ¹ { (L e/2 + L r) / ( d 1/2) } …式 1 T/JP2003/011178

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ここで、発光管 1 0はガラスにより形成されているため、実際のアーク像から射出した光は発光管 1 0のガラス形状により屈折し、その結果発光管 1 0外部からみたアーク像は実際のアーク像よりも大きく見えたり、実際のアーク像の位置から移動しているように見える場合がある。言い換えると、たとえ第一反射鏡 2 ' 0 e側の電極 1 2から射出した光であっても、発光管 1 0のガラス部分を透過する際に屈折して、第一反射鏡 2 0 eの反射領域でない部分に射出され照明光として利用されない光となってしまうことがある。そこで、第一反射鏡 2 0 eの反射面 5 4の開口端 Bと第一反射鏡側の電極の先端とを結ぶ線 Cと光軸 Aの後側へと延長された直線とに挟まれた角度を Θ eとしたとき、 0 eを Θ dより大きく設定することにより、発光部 1 1から射出されるより多くの光を有効照明光として利用できる。図 6において Θ eは、第一反射鏡 2 0 e側の電極 1 2より後側の光軸の延長線 Aから右回りで線 Cまでの角度である。

さらに、発光部 1 1から射出される光は、電極 1 2， 1 2間からの光だけでなく.、実際のアーク像は、電極 1 2の先端に重なっているため、電極 1 2の先端間よりも外側から射出する光も存在する。従って Θ dだけで第一反射鏡 2 0 eの反射面 5 4の開口端部の直径 D 2を決定すると、第一反射鏡 2 0 e側の電極 1 2に重なった部分のアーク像からの射出した光である L 8は、第一反射鏡 2 0 eの反射領域でない部分に射出され照明光として利用されない光となってしまう。そこで、第一反射鏡 2 0 e側のアーク端 L oから第二反射鏡 3 0 bで遮られずに射出される光の境界光である L 8と第一反射鏡 2 0 eの反射面 5 4の延長線との交点を第一反射鏡 2 O eの開口端 Bとすることによって、アーク端 L oから射出される光 L 8をも有効光として利用できる。またさらに、第一反射鏡 2 0 eの開口端. を L 8をも反射できるように設定すると、電極 1 2の先端から射出され発光管 1 0のガラス部分で屈折した光も第一反射鏡 2 0 eで反射することもでき、発光部 1 1からの射出されるより多くの光を有効照明光として利用でき、且つ、必要最小限の第一反射鏡 2 0 eの反射面 5 4の開口端部の直径を選択できる。

例えば、第一反射鏡 2 0 eの反射面 5 4の開口端部の直径 D 2を、 0 dから 0 d + 1 0度までの光線を反射する範囲にすると、' 発光部 1 1から射出される光のほぼ全てが利用可能となる。

(照明装置の製造について）

次に、照明装置 1 0 0， 1 0 0 A , · 1 0 0 Dの製造手順について説明する。 .以下は第一反射鏡 2 0 aを有する照明装置 1 0 0について説明しているが、照明装置 1 0 O A , 1 0 0 Dも同様の手順で製造できる。まず始めに、各発光管 1 0毎に、発光管 1 0及び第一反射鏡 2 0 aの構造に関するデータを収集する。このデータには、発光部 1 1内の電極間距離、発光管 1 0の各部形状及び寸法、第一反射鏡 2 0 aの形状及び寸法、第一反射鏡 2 0 aの焦点（第一反射鏡が楕円形状の場合には、第 1焦点及び第 2焦点）を含める。続いて、ごれらのデータを基に、各発光管 1 0の発光部 1 1からの光の出射状態を、コンピュータなどを利用してシミュレーションする。次に、発光部 1 1からの光の出射状態シミュ 'レーシヨンを基に、各発光管 1 0に対応した第二反射鏡 3 0の設計を行う。この設計もまた、コンピュータシミュレーションなどを利用して行うことができ、そのようなシミュレーシヨンを通して、既に説明した第二反射鏡 3 0 aとしての作用を果たすことが可能な形状（外径、内径、及び反射面形状など）が決定される。そして、その設計に基づいて、.各発光管 1 0に対応した第二反射鏡 3 0 aを製作する。このようにして製作された第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0が発光部 1 1の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、発光部 1 1の中心から出射されて第二反射鏡 3 0 aに入る入射光と第二反射鏡 3 0の反射面 6 0の法線とがー致するように調整しながら、 . 第二反射鏡 3 0 aを発光管 1 0の封止部 1 3の一方に取り付ける。これにより、発光部 1 1における電極間での実際のアーク像及び光が発光管 1 0のガラス部も透過する際の屈折を考慮した形状を有する第二反射鏡 3 0 aを製作でき、さらに、実際に発光部 1 1から射出される光にあわせた第二反射鏡 3 0 aの位置調整を行なうことができる。

なお、第二反射鏡 3 0 aは、その構造上、発光管 1 0の封止部 1 3外径より大きな内径を有する中空の管材から製作することができる。この場合において、誘電体多層膜が成膜される第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0は、肉厚部の研磨により形成することができる。第二反射鏡 3 0 aを製作する際の研磨は、その反射面 6、 0が中空となっているので、通常の球面研磨のような複雑な研磨制御が不要となるという利点を有している。また、第二反射鏡 3 0 aは、上記管材のプレス成形によっても製作可能である。プレス成形は極めて単純であり、製造コストを大きく低減できる。

また、第二反射鏡 3 0 aの宪光管 1 0への取り付けは、以下.のような方法で実行できる。（1 ) C C Dカメラ等で電極 1 2 , 1 2間を観察しつつ、発光部 1 1 の前側半分と第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0が対向するようにして、第二反射鏡 3 0 aを発光管 1 0の封止部 1 3に仮固定する。次に、（2 ) 複数の異なる方向から C C Dカメラ等で第二反射鏡 3 0 aの反射面 6 0を観察しながら、その反射面 6 0に写る電極 1 2 , 1 2間の像が、本来の電極間（物点）に入り込むように、第二反射鏡 3 0 aの位置を調整する。（3 ) 調整終了後、第二反射鏡 3 0 aを発光管 1 0の封止部 1 3に固定する。なお、上記（2 ) に対応する第二反射鏡 3 0 aの仮固定後の調整は、次のようにしても可能である。すなわち、極細のレーザ一ビームを複数の異なる方向から電極 1 2， 1 2間を通して第二反射鏡 3 0 a の反射面 6 0に照射し、第二反射鏡 3 0 aからの反射ビーム光の位置とその広がり具合が一致するように、第二反射鏡 3 0 aの位置を調整しても、 C C Dカメラを用いたのと同じ結果が得られる。これらにより、第二反射鏡 3 0 aによる反射光を正確に電極 1 2， 1 2間に戻し、さらに第一反射鏡 2 0 aに戻すことが可能となる。

ここでは、発光管 1 0、第一反射鏡 2 0 a、及び第二反射鏡 3 0 aのァライタント方法を更に詳細に説明する。

まず、発光管 1 0の電極 1 2， 1 2又は電極間アーク（点灯時のアーク）の実像と第二反射鏡面 3 0 aによるそれらの反射像とを重ねるように第二反射鏡 3 0 aの位置を調整して、発光管 1 0と第二反射鏡 3 0 aとを固定する。この場合、図 7に示すように、上記実像と上記反射像とを、少なくとも 2方向からカメラ（ C C Dカメラ等）による撮像画像を利用して検出し、それぞれの方向でそれらの実像と反射像とを重ねるように第二反射鏡 3 0 aの位置を調整して、発光管: t' O と第二反射鏡 3 0 aとを固定することができる。図 7では、（a ) が C C Dカメラを使って 2方向から撮影するイメージ図、（b ) が電極の実像と反射像とを重ねる概念図、（c ) が点灯時の電極間アークの実像と反射像とを重ねる概念図を示している。なお、調整方向を多くすれば、それだけ精度よく位置決めできる。次に、上記のようにして第二反射鏡 3 0 aが固定された発光管 1 0の電極間中心に第一反射鏡 2 0 aの第一焦点をほぼ一致させて第一反射鏡 2 0 a と発光管 1 0とを配置し、所定位置における明るさが最大となるように第一反射鏡 2 0 aに対する発光管 1 0の位置を調整して、適正な位置で発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 aとを固定する。この場合、図 8に示すように、設計上の集光スポット付近に受光器を配置し、第一反射鏡 2 0 aからの出射光を受光器によって測定しながら設計上の集光スポットでの明るさが最大となるように、 x、 y、 zの 3軸方向にそれぞれ発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 a との相対位置を調整して、発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 a とを固定することができる。なお、図 8では受光器を用いて明るさを測定しているが照度が測定できればほかの方法を用いてもよい。これにより、所定の位置における照度が最も大きくなるような発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 との相対位置関係を有する照明光学系 3 0 0を製造することができる。 ' この他、照明装置 1 ◦ 0が搭載される光学系たとえば、図 1 1に示されるような照明光学系 3 0 0に組み込み、照明光学系 3 0 0の照明対象物である液晶パネル 4 1 O R , 4 1 0 G , 4 1 0 Bが配置される位置における明るさが最大となるように、 x、 y、 zの 3軸方向にそれぞれ発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 aとの相対位置を調整して、発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 a とを固定してもよい。これにより、照明装置 1 0 0と照明対象物との間に存在する光学系との関係も含んだ発光管 1 0と第一反射鏡 2 0 aとの最適な相対位置関係を有する照明装置 1 0 0を搭載する光学系 3 0 0を製造することができる。

なお、上記 z軸とは照明装置 1 0 0の光軸と平行な方向であり， X軸と y軸とは z軸の垂直な面において直角に交わりあう 2軸である。

以上の 2つのステップによって、発光管 1 0、第一反射鏡 2 0 a、及び第二反射鏡 3 0 aのァライメントを行うことで、第二反射鏡 3 0 aを配した照明装置 1 0 0の光利用率をより向上させることができる。

なお、第二反射鏡 3 0 aの発光管 1 0への固定は、第二反射鏡 3 0 aを発光管 1 0の封止部 1 3 へ固着することで行う。その固着は、例えば、従来から知られているセメントを用いた接着に加え、前述したような高温度に耐えうるシリカ - アルミナ混合物又は窒化アルミを含む無機系接着剤とすると、熱伝導率の良好さ , ゆえ、第二反射鏡 3 0 aや発光管 1 0の温度の不均一分布を抑制することができる。なお、接着剤の具体的な例としては、商品「スミセラム」（朝日化学工業（株）製造、スミセラムは住友化学工業の登録商標）が挙げられる。また、発光管 1 0と第二反射鏡 3 0 aの固定のための接着剤の塗布は、滴接着（点塗布）により行う。塗布量を多くする場合には、滴接着ポイント数を増やす。こうすることで、 '接着剤の.量を管理しやすくなるからである。

また、第二反射鏡 3 0 aは、発光部 1 1になるべく近い場所の封止部 1 3表面に配置すると、発光部 1 1からの射出された後第一反射鏡 2 0 aにより反射されて来る光や、発光部 1 1から射出された後第二反射鏡 3 0 aを透過して来る光などの遮断をできるだけ少なくできる。また、接着剤の塗布領域も、発光部 1 1からの射出された後第一反射鏡 2 0 aにより反射されて来る光や、発光部 1 1から射出された後第二反射鏡 3 0 aを透過して来る光などの遮断をできるだけ少なくできる範囲内に留めるものとする。

(実施形態 4 ) ' 図 9は本発明の実施形態 4に係る照明装置 1 0 0 Bの構成図である。照明装置 1 0 0とは発光管 1 0と第二反射鏡 3 0 dとの固定方法のみが異なる。これは、封止部 Γ 3の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネ 4 0を利用して、第二反射鏡 3 0 dを封止部 1 3に設けた突出部 1 6に押圧固定したものである。突出部 1 6は発光管 1 0とは別に形成されたもので、発光部 1 1の外周と第二反射鏡 3 0 dの反射面 6 3との間に 0 . 2 mm以上の隙間 Aを確保できる位置に設けられている。そしてバネ 4 0は、第一反射鏡 2 0 f の開口端部の周囲に渡された 2本またはそれ以上の引張線 4 1により第二反射鏡 3 0 d及び突出部 1 6 側に押圧されている。このようにしても、発光管 1 0に第二反射鏡 3 0 dを固定することができる。なお、パネ 4 0が封止部 1 3の外周に対して隙間を有して卷線されているため、封止部 1 3が熱により膨張してもクリアランスがあるため問題にはならない。また、必要に応じて、第二反射鏡 3 0 dの固定に接着剤を併用

(実施形態 5 )

図 1 0は図 9の構成を一部変更した本発明の実施形態 5に係る照明装置 1 0 0 Cである。ここでは、パネ 4 0を導電性卷線により構成し、該導電性卷線の一端をパネ 4 0が配置されている側と反対側の封止部 1 3から出るリード線 1 5に配線 4 2を介して電気的に接続し、パネ 4 0を発光管 1 0の始動時の絶縁破壌のトリガ線として作用させるようにしたものである。こうすることで、配線 4 2を利用して第二反射鏡 3 0 f を発光管 1 0に固定できると共に、発光管 1 0の点灯性を向上させることができる。

以上説明した接着剤やパネに加えて、封止部 1 3、第二反射鏡 3 0 ίのいずれか又は両方に融着部を設けておき、それらをレーザーあるいはガスバーナーを用いて融着させることにより、封止部 1 3に第二反射鏡 3 0 f を固着することもできる。レーザー使用の場合にはレーザー照射部分が黒化する場合もあるが、固着場所が封止部 1 3なのでそれはここでは問題とならない。なお、先述した、発光管 1 0、第一反射鏡 2 0 f 、第二反射鏡 3 0 ίのァライメント方法は、第-反射鏡 3 0 f の固定手段の相違にかかわらず照明装置 1 0 0での製造方法を適用できる。

上記照明装置 1 0 0， 1 0 0 A、 1 0 0 B、 1 0 0 C、 1 0 0 Dによれば、発光管 1 0から出射された光の大部分を無駄にすることなく利用に供させることが可能となる。また、これらの照明装置は、装置の小型化、冷却性能の向上にも貢献する。

図 1 1は上記いずれかの照明装置を備えたプロジェクタの構成図である。以下には照明装置 1 0 0を搭載させたプロジェクタについて説明する。この光学系は、発光管 1 0、第一反射鏡 2 0 a及び第二反射鏡 3 0 aからなる照明装置 1 0 0 と、照明装置 1 0 0からの出射光を所定の光に調整する手段とを備えた照明光学系 3 0 0と、ダイクロイツクミラー 3 8 2 , 3 8 6、反射ミラー 3 8 4等を有する色光分離光学系 3 8 0 'と、入射側レンズ 3 9 2、リ 'レーレンズ 3 9 6、反射ミラー 3 9 4， 3 9 8を有するリレー光学系 3 9 0と、各色光に対応するフィールドレンズ 4 0 0 , 4 0 2， 4 0 4及び光変調装置としての液晶パネル 4 1 0 R， 4 1 0 G , 4 1 0 Bと、色光合成光学系であるクロスダイクロイツクプリズム 4 2 0と、投写レンズ 6 0 0とを備えている。

, 次に、上記構成のプロジェクタの作用を説明する。まず、発光管 1 0の発光部 1 1の中心より後側からの出射光は、第一反射鏡 2 0 . aにより反射されて照明装置 1 0 0の前方に向かう。また、発光部 1 1の中心より前側からの出射光は、第, 二反射鏡 3 0 aにより反射されて第一反射鏡 2 0 aに戻った後、第一反射鏡 2 0 aにより反射されて照明装置 1 0 0の前方に向かう。

照明装置 1 0 0を出た光は凹レンズ 2 0 0に入り、そこで光の進行方向が照明光学系 3 0 0の光軸 1とほぼ平行に調整された後、ィンテグレータレンズを構成する第 1 レンズァレイ 3 2 0の各小レンズ 3 2 1に入射する。第 1 レンズァレイ 3 2 0は、入射光を小レンズ 3 2 1の数に応じた複数の部分光束に分割する。第 1レンズアレイ 3 2 0を出た各部分光束は、その各小レンズ 3 2 1にそれぞれ対応した小レンズ 3 4 1を有してなるインテグレータレンズを構成する第 2レンズアレイ 3 4 0に入射する。そして、第 2レンズアレイ 3 4 0からの出射光は、偏光変換素子アレイ 3 6 0の対応する偏光分離膜（図示省略）の近傍に集光される。その際、遮光板（図示省略）により、偏光変換素子アレイ 3 6 0への入射光のうち、偏光分離膜に対応する部分にのみ光が入射するよう調整される。

偏光変換素子アレイ 3 6 0では、そこに入射した光束が同じ種類の直線偏光に変換される。そして、偏光変換素子アレイ 3 6 0で偏光方向が揃えられた複数の部分光束は重畳レンズ 3 7 0に入り、そこで液晶パネル 4 1 0 R , 4 1 0 G , . 4

1 0 Bを照射する各部分光束が、対応するパネル面上で重さなり合うように調整される。

色光分離光学系 3 8 0は、第 1及び第 2ダイクロイツクミラー 3 8 2， 3 8 6 を備え、照明光学系から射出される光を、赤、緑、青の 3色の色光に分離する機能を有している。第 1ダイクロイツクミラー 3 8 2は、重畳レンズ 3 7 0から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第 1ダイクロイツクミラー 3 8 2を透過した赤色光は、反射ミラー 3 8 4で反射され、フィールドレンズ 4 0 0を通って赤色光用の液晶パネル 4 1 O Rに達する。このフィールドレンズ 4 0 0は、重畳レンズ 3 7 0から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル 4 1 0 G , 4 1 0 Bの前に設けられたフィーノレドレンズ 4 0 2， 4 0 4 も同様に作用する。

さらに、第 1ダイクロイツクミラー 3 8 2で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は第 2ダイクロイツクミラー 3 8 6によって反射され、フィールドレンズ 4 0 2を通って緑色光用の液晶パネル 4 1 0 Gに達する。一方、青色光は、第 2ダイクロイツクミラー 3 8 6を透過し、リレー光学系 3 9 0、すなわち、入射側レンズ 3 9 2、反射ミラー 3 9 4、リレーレンズ 3 9 6、及び反射ミラー 3 9 8を通り、さらにフィールドレンズ 4 0 4を通って青色光用の液晶パネル 4 1 0 Bに達する。なお、青色光にリレー光学系 3 9◦が用いられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率め低下を防止するため'である。すなわち、入射側レンズ 3 9 2に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ 4 0 4に伝えるためである。なお、リレー光学系 3 9 0は、 3つ ·の色光のうちの青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。

3つの液晶パネル 4 1 0 R , 4 1 0 G , 4 1 0 Bは、入射した各色光を、与え 3 011178

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られた映像情報に従って変調し、各色光の画像を形成する。なお、 3つの液晶パネル 4 1 0 R , 4 1 0 G , 4 1 0 Bの光入射面側、光出射面側には、通常、偏光板が設けられている。

上記の各液晶パネル 4 1 0 R , 4 1 0 G , 4 1 0 Bから射出された 3色の変調光は、これらの変調光を合成してカラー画像を形成する色光,合成光学系としての機能を有するクロスダイクロイツクプリズム 4 2 0に入る。クロスダイクロイツクプリズム 4 2 0には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、 4つの直角プリズムの界面に略 X字状に形成されている。. これらの誘電体多層膜によって赤、緑、青の 3色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するた.めの合成光が形成される。そして、クロスダイクロイツクプリズム 4 2 0で合成された合成光は、最後に投写レンズ 6 0 0に入り、そこからスクリーン上にカラ.一画像として投写表示される。

上記プロジェクタによれば、そこに用いられている発光管 1 0、第一反射鏡 2 0 a及び第二反射鏡 3 0 aからなる照明装置.1 0 0 (又は 1 0 O A , 1 0 0 B , 1 0 0 C , 1 0 0 D ) のすでに説明した作用により、プロジェクタの小型化と高輝度化を共に達成することができる。

なお、上記実施形態では、透過型の液晶パネルを用いたプロジェクタを例に説明したが、本発明は、反射型の液晶パネルを用いた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、液晶パネル等の光変調装置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、それが光を反射するタイプであることを意味している。また、光変調装置は液晶パネルに限られるものではなく、例えば、マイクロミラーを用いた装置であってもよい。さらに、本発明の照明光学系は、観察する方向から投写を行う前面投写型プロジェクタにも、また、観察する方向とは反対側から投写を行う背面投写型プロジェクタにも適用可能である。 - · '

Claims

請求の範囲

1 . 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、

前記発光部の後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の直径 D 1が、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡により反射された光の内側に入る大きさに設定され、

前記第二反射鏡の反射面が前記発光部の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致するように配置されていることを特徴とする照明装置。

2 . 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、

前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致するように配置されており、

前記電極の先端間距離を L e、前記電極先端間の中心 F 1から前記第二反射鏡の反射面の開口端面までの前記照明装置の光軸上の距離を L r、前記第二反射鏡の外側面の開口端部における直径を d 2、前記第一反射鏡の反射面の開口端部における直径を D 2、前記電極先端のうち前記第一反射鏡側の電極先端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後側へと延長させた直線.とに挟まれた角度を 0 d、前記第一反射鏡の反射面の開口端部と前記第一反射鏡側の電極先端とを結ぶ線と前記照明装置の光軸を前記照明装置の後側へと延長させた直線と挟まれた角度を Θ eとして、 Θ dを式 1で近似するとき、

5 前記第一反射鏡の反射面の開口端部における直径 D 2が、 S e > e dとなるような範囲にあることを特徴とする照明装置。

Θ d = 9 0度 + tan-¹ { ( L e / 2 + L r ) / ( d 2 / 2 ) } …式 1 3 . 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された 10 第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された第二反射鏡とを備えた照明装置であって、 - ' 前記発光部の.後側に出射される利用可能限界光の前記第一反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 1が、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1よりも大きく、かつ、前記第二反射鏡の外側面の直径 d 1は、前記利用可能限界光の前記第一反射鏡に 15 より反射された光の内側に入る大きさに設定され、

前記第二反射鏡は、前記発光部中心から出射されて該第二反射鏡に入る入射光と該第二反射鏡の法線とがー致するように配置されており、 '

前記第二反射鏡の反射面の開口端部の直径 D 2が、前記電極間で発生するァークの前記第一反射鏡側のアーク端から前記第二反射鏡で遮られずに射出される光 20 の境界光を反射できる大きさであることを特徴とする照明装置。

4 . 前記利用可能限界光は、前記発光管の構造によって定まる限界光であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の照明装置。 '

5 . 前記第二反射鏡は前記発光部の外周に対して隙間を有して配置されていることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の照明装置。

25 6 . 前記第二反射鏡の反射面は、紫外線及び赤外線を通す誘電体多層膜により成形されていることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の照明装置

7 . 前記第二反射鏡の反射面が、前記封止部の外径より大きな内径を有する管の端面研磨又はプレス成形により形成されてなることを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれかに記載の照明装置。

8 . 前記第二反射鏡の外側面は、その反射面側から入射した光を透過させる態様に成形されていることを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載の照明

9 . 前記第二反射鏡の外側面は、その反射面側から入射した光を拡散反射させる態様に成形されていることを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載の照明装置。

1 0 . '前記第二反射鏡が、石英、透光性アルミナ、水晶、サファイア、 Y A G、蛍石のいずれかからなることを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれかに記載の照明装置。

1 1 . 前記発光部の外周面に反射防止コートを施してなることを特徴とする請求項 1乃至 1 0のいずれかに記載の照明装置。

1 2 . 前記第二反射鏡が、前記発光部の近傍において前記封止部の表面に接着剤により固着されていることを特徴とする請求項 1乃至 1 1のいずれかに記載の照明装置。

' 1 3 . 前記接着剤がシリカ · アルミナ混合物又は窒化アルミを含む無機系接着剤であることを特徴とする請求項 1 2記載の照明装置。

1 4 . 前記第二反射鏡が、前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して卷線されたパネにより前記発光管の発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする請求項 1乃至 1 2のいずれかに記載の照明装置。 '

1 5 . 前記パネを導電性卷線により構成し、該導電性卷線の一端を前記パネが配置されている側と反対側の封止部から出るリ一ド線に接続したことを特徴とする請求項 1 4記載の照明装置。

1 6 . 照明装置と、該照明装置からの光が入射され与えられた画像情報に応じて該入射光を変調する光変調装置を備えたプロジュクタにおいて、前記照明装置として請求項 1乃至 1 5のいずれかに記載された照明装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

1 7 . 電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、該発光管の長手方向において前記発光部より後側に配置された主反射鏡として作用する第一反射鏡と、前記発光部より前側に配置された補助反射鏡として作用する第二反射鏡とを備えた照明装置の組み立て方法であって、前記発光管の電極又は電極間アークの実像と前記第二反射鏡によって反射された前記電極又は前記電極間アークの反射像とを重ねるように前記第二反射鏡と前記発光管の相対位置を調整して、前記発光管と前記第二反射鏡とを固定するステップと、

前記第二反射鏡が固定された前記発光管の電極間中心と前記第一反射鏡の第一焦点とをほぼ一致させて前記第一反射鏡と前記発光管とを配置し、前記第一反射鏡の所定位置における明るさが最大となるように前記発光管と前記第一反射鏡との相対位置を調整して、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定するステップと、を備えたことを特徴とする照明装置の組み立て方法。

1 8 . 前記発光管と前記第二反射鏡とを固定するステップは、前記実像と前記反射像とを、少なくとも 2方向からカメラによる撮像画像を利用して検出し、それぞれの方向で前記実像と前記反射像とを重ねるように前記第二反射鏡の位置を調整して、前記発光管と前記第二反射鏡とを固定する工程を含むことを特徴とする請求項 1 7記載の照明装置の組み立て方法。

1 9 . 前記所定位置は前記第一反射鏡の設計上の第二焦点であり、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定するステツプは、前記第一反射鏡の設計上の第 2焦点付近における明るさが最大となるように、前記発光管と前記第一反射鏡との相対位置を調整して、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定する工程を含むことを特徴とする請求項 1 7又は 1 8記載の照明装置の組み立て方法。

2 0 . 前記所定位置は前記照明装置を搭載する光学系の照明対象物が配置される位置であり、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定するステップは、前記照明装置を前記光学系に組み込み、前記照明対象物が配置される位置における明るさが最大となるように、前記発光管と前記第一反射鏡との相対位置を調整して、前記発光管と前記第一反射鏡とを固定する工程を含むことを特徴とする請求項 1 7又は 1 8記載の照明装置の組み立て方法。

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