説明

光源装置、及びプロジェクタ

【課題】補助ミラーを無くすことで小型化を実現しつつ失透の発生を防止した、光源装置、及びプロジェクタを提供する。
【解決手段】内部に一対の電極112,112が対向配置されてなる発光管111を有する放電ランプ101と、放電ランプ101の光を所定方向に反射させる反射鏡102と、を備える光源装置100である。発光管111は、反射鏡102と反対の外面に反射膜50が設けられるとともに、反射膜50が設けられた側の内面が放電ランプ100の光を反射鏡102側に反射可能な曲率を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置、及びプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【0002】
プロジェクタに用いられる光源装置として、発光管から被照明領域側に放射される光をリフレクタ(反射鏡)に反射する補助ミラーを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。このような光源装置では、発光管から被照明領域側に放射されてしまう光を有効利用することでプロジェクタの輝度を向上させている。
【0003】
一方、近年プロジェクタは、より一層の小型軽量化が進展しており、内部に収容される光源装置もさらなる小型軽量化が求められている。そこで、発光管全体を反射膜で覆い、反射膜に設けた開口部から光を取り出すことでリフレクタをなくした技術もある(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開平04−53926号公報
【特許文献2】特開2007−258055号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1に記載の技術における補助ミラーの形成材料としては、例えば石英ガラス、透過性アルミナ、サファイア、ルビー等の材料が考えられるが、これらの材料は脆いため、貫通孔を形成するための孔開け工程においてチッピングが発生し、製造歩留まりが低下してしまう。また、上記特許文献2に記載の技術では、発光管の略全体が反射膜で覆われるため、発光管の内部が蓄熱し易くなって、失透を生じることで発光特性が低下し、信頼性が低下してしまう問題があった。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、補助ミラーを無くすことで小型化を実現しつつ失透の発生を防止した、光源装置、及びプロジェクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、内部に一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する放電ランプと、該放電ランプの光を所定方向に反射させる反射鏡と、を備え、前記発光管は、前記反射鏡と反対の外面に反射膜が設けられるとともに、該反射膜が設けられた側の内面が前記放電ランプの光を前記反射鏡側に反射可能な曲率を有することを特徴とする。
【0007】
本発明の光源装置によれば、反射膜が設けられた側の内面が前記放電ランプの光を前記反射鏡側に反射可能な曲率を有しているので、反射鏡に向けて照明光を集光することで高い投射効率を得ることができる。さらに、高い投射効率を得るために、従来のように補助ミラーを用いる必要が無いので、装置構成が単純なものとなり、装置の小型化を図ることができる。また、発光管に反射膜が選択的に設けられるため、発光管の内壁面の温度が上昇することで失透を生じるといった不具合を防止できる。
【0008】
また、上記光源装置においては、前記発光管の内面に透明保護膜が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、内面に設けられた透明保護膜により発光管の膨張を抑制することができ、発光管の耐久性を向上させることができる。さらに、上記透明保護膜は発光管の内壁面に失透が生じるのを良好に防止することができる。
【0009】
また、上記光源装置においては、前記発光管の前記反射鏡側における内面の断面形状が楕円状とされるのが好ましい。
従来の発光管の内面は断面が楕円状から構成されている。そこで、このように発光管の内面の一方の断面を楕円状とすることで発光管の製造プロセスを簡略化することができる。
【0010】
また、上記光源装置においては、前記発光管は異なる内面形状を有する二つの椀状部が連続することで構成され、前記椀状部の連続面を含む面上に前記一対の電極の中心が位置しているのが好ましい。
この構成によれば、一対の電極が発光管内の最適な位置に配置されることとなり、発光管を良好に発光させることができる。よって、優れた発光効率を得ることができる。
【0011】
本発明のプロジェクタは、上記光源装置を備えることを特徴とする。
【0012】
本発明のプロジェクタによれば、上述のように小型且つ優れた投射効率を得る光源装置を備えるので、小型であり高画質が得られるプロジェクタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【0014】
(光源装置)
図1は、本発明の光源装置に係る一実施形態の概略構成を示す断面図である。図2は光源装置の要部構造を示す拡大断面図である。
図1に示されるように、光源装置100は、放電ランプ101と、リフレクタ102(反射鏡)とを備えており、不図示のランプハウジング内に収納されている。そして、放電ランプ101から放射した光束を、リフレクタ102により装置前方(−X方向)側に射出方向を揃えて収束光として射出するようになっている。
【0015】
放電ランプ101は、石英ガラス(主な組成はSiOである)から構成される発光管111と、この発光管111内に配置される一対のタングステン電極112,112とを備えている。発光管111は、中央部分が球状に膨出した発光部111Aと、発光部111Aの両側に延在する封止部111Bとからなり、発光部111Aの内部に略球状の放電空間Kが形成されている。そして、この放電空間K内に、一対のタングステン電極112,112と封入物が封入されている。また、放電ランプ101の外側には不図示のトリガー線が設けられている。
【0016】
封入物としては、水銀、希ガス、ハロゲン化合物などが挙げられる。希ガスは、発光を促すために用いられるものであり、特に限定されないが、常用されるアルゴン、キセノンなどを用いることができる。さらに、ハロゲン化合物は、塩素、臭素、およびヨウ素のうちのいずれかのハロゲンを用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。
【0017】
タングステン電極112は、電極軸112a、放熱用コイル112b、及び放電端部C1(C2)からなる。放熱用コイル112bは、導通線である芯線を電極軸112aに巻回することによって作製され、放電端部C1,C2は、電極軸112aの一端部をレーザーによって熱溶融することによって熱容量の大きい球状もしくはドーム形状としたものである。電極軸112aと該電極軸112aに巻装された放熱用コイル112bは、溶融一体化されていてもよいし、放熱用コイル112bの巻き占め力によって固定されていてもよい。このようなタングステン電極112,112は、放電空間K内において、放電端部C1、C2同士を対向させ且つ互いに所定間隔をおいて配置されている。
【0018】
発光管111の各封止部111Bの内部には、タングステン電極112と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔113が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔113には、さらに電極引出線としてのニッケル製のリード線114が接続され、このリード線114は、発光管111の外部まで延出している。上述した放電ランプ101において、封止部111Bから外側に延出するリード線114に電圧を印加すると、図2に示すようにタングステン電極112間で放電が生じ、発光部111Aが発光する。
【0019】
リフレクタ102は、放電ランプ101の封止部111Bが挿通される挿入部121およびこの挿入部121から拡がる楕円曲面状の反射部122を備えたガラス製の一体成形品である。挿入部121には、中央に挿入孔123が形成されており、この挿入孔123の中心に発光管の封止部111Bが配置される。反射部122は、楕円曲面状の反射面122Aに金属薄膜を蒸着形成して構成され、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとされている。そして、この反射面122Aの焦点位置と一対のタングステン電極112の中心位置とが略一致するように構成されていることが好ましい。なお、リフレクタ102の形状は、これに限られず、変更が可能である。なお、リフレクタ102の反射面122Aは、楕円曲面だけでなく球面で構成することもできる。
【0020】
上記リフレクタ102に放電ランプ101を固定する際には、挿入孔123内に無機系接着剤を充填し、リフレクタ102に放電ランプ101の一対の封止部111Bが水平となるように固定する。
【0021】
本実施形態の光源装置100は、発光管111の構造に特徴を有している。以下、発光管111の構造について説明する。
【0022】
図2に示されるように、発光管111はリフレクタ102と反対の外面に反射膜50が設けられている。この反射膜50は、例えばアルミニウム等の金属薄膜により構成されている。なお、光反射性を有するものであれば、アルミニウム以外の金属材料1層、或いはこれらを複数積層したものから反射膜50を形成するようにしてもよい。
【0023】
また、発光管111の内面には透明保護膜51が形成されている。この透明保護膜51としては、例えば酸化イットリウムの透明絶縁材料で被覆されている。このような透明保護膜51が内面に形成されることで発光管111の内壁面における失透を生じ難くすることが可能にしている。さらに、透明保護膜51は発光管111の膨張を抑制することができ、発光管111の耐久性を向上させている。
【0024】
また、発光管111は、後述するような製造方法によって製造されることで、異なる内面形状を有する二つの椀状部111a、111bが連続することで構成されている。具体的に本実施形態に係る発光管111は、反射膜50が設けられた側(椀状部111a)の内面が放電ランプ101の光をリフレクタ102側に反射可能な曲率とされている。この場合、椀状部111aの外面に形成される反射膜50も発光管111の光をリフレクタ102に反射可能となる。したがって、本実施形態においては、従来、発光管111における投射効率を向上させるために用いられた補助ミラー(補助反射鏡)を不要することができる。これにより発光管111に対する補助ミラーの位置合わせ工程が無くなり、製造工程を簡略化することができる。
【0025】
ところで、本実施形態のように、異なる内面形状を組み合わせることで構成される発光管111においては、発光管111内でのタングステン電極112,112が配置される位置によって発光効率が変化してしまう。
そこで、本実施形態では、図2に示されるように、発光管111における椀状部111a、111bの連続面を含む面(図2中、符号Aで示される面)上に上記一対のタングステン電極112,112の中心が位置するようにしている。これにより、タングステン電極112,112が発光管111内の最適な位置に配置されることとなり、発光管111を良好に発光させることを可能とし、発光管において優れた発光効率が得られるようになっている。
【0026】
また、発光管111の上記リフレクタ102側における内面(椀状部111b)の断面形状が従来の発光管と同様、楕円状とされている。このように発光管111の一方の断面形状を従来と同様の楕円形状とすることで、後述の発光管の製造プロセスを簡略化可能としている。
【0027】
ここで、このような発光管111を製造する方法について説明する。図3は発光管111を製造する工程を説明するための図である。
発光管111を製造するには、石英ガラスからなるガラス管60を用意する。そして、このガラス管60内にAr、Nガスを供給しながら、図3(a)に示すようにガラス管60を長さ方向に圧縮する。このとき、例えばガラス管60の圧縮時の送り量を両端で異ならせる、或いは一端側を固定した状態でガラス管60を圧縮する。すると、図3(b)に示されるようにガラス管60は内部に供給されるAr、Nガスによって膨張する。
【0028】
具体的には本実施形態では、後の工程で反射膜50が形成される側の椀状部111a側の圧縮量を、後の工程でリフレクタ102が設けられる側の椀状部111b側の圧縮量に対して相対的に大きくするようにした。これにより、図2に示したような異なる内面形状(椀状部111a,111b)を有する発光管111のベース部材61を製造できる。
【0029】
そして、このベース部材61に上記反射膜50及び透明保護膜51を形成する。さらに、上記タングステン電極112、金属箔113、リード線114を形成した後、ガラス材料等で封止することで上記放電ランプ101が製造される。
【0030】
次に、光源装置100の動作について説明する。
光源装置100を駆動させると、放電ランプ101のタングステン電極112間の放電により発生した光が、放電空間K内の様々な方向へ放射される。
【0031】
発光部111Aから射出された光束の一部は、発光管111を透過して反射膜50へ入射し、反射膜50にて反射されて発光部111Aに再度戻される。この戻り光の一部は、リフレクタ102側に向かって進み、リフレクタ102へ入射した光は、反射部122の反射面122Aで反射して所定の方向に平行光として射出される。なお、発光部111Aから射出された光束の一部は、発光管111における椀状部111aの内面で反射され、発光部111Aに再度戻され、リフレクタ102に入射し、反射面122Aで反射して所定方向に平行光として射出される。
また、発光部111Aから射出された光束の一部は、発光管111を透過してリフレクタ102に入射し、反射面122Aで反射して所定方向に平行光として射出される。
【0032】
このように放電ランプ101を点灯すると、発光部111Aから放射された光束は、リフレクタ102及び副反射鏡103により、略コリメート光として所定の方向へ射出される。
【0033】
以上のように、本実施形態に係る光源装置10は、反射膜50が設けられた側の内面が放電ランプ101の光をリフレクタ102側に反射可能な曲率を有しているので、リフレクタ102に向けて照明光を集光することで高い投射効率を得ることができる。さらに、従来のような補助ミラーが不用とされるので、構成が単純となり、装置の小型化を実現できる。また、発光管111に反射膜50が選択的に設けられるため、発光管111の内壁面の温度が上昇することで失透を生じるといった不具合を防止できる。
また、内面に設けられた透明保護膜51により発光管111の膨張を抑制することができ、発光管111の耐久性を向上できる。さらに、上記透明保護膜51によって発光管111の内壁面に失透が生じるのを良好に防止できる。
【0034】
(プロジェクタ)
図4は、本発明に係るプロジェクタ500の概略構成を示すものである。光源装置100は、上記実施形態で説明したものと同一であるため重複する説明は省略する。
光源装置100は、赤色光(以下、「R光」という。)、緑色光(以下、「G光」という。)、及び青色光(以下、「B光」という。)を含む光を供給する。
インテグレータ504は、光源装置100からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子505にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばS偏光光に変換される。S偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー506Rに入射する。
【0035】
R光透過ダイクロイックミラー506Rは、R光を透過し、G光、B光を反射する。R光透過ダイクロイックミラー506Rを透過したR光は、反射ミラー507に入射する。
反射ミラー507は、R光の光路を90度折り曲げる。光路を折り曲げられたR光は、R光を画像信号に応じて変調する光変調装置510Rに入射する。光変調装置510Rは、R光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブである。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、光変調装置510Rに入射するR光は、S偏光光のままの状態である。
【0036】
光変調装置510Rは、λ/2位相差板523R、ガラス板524R、第1偏光板521R、液晶パネル520R、及び第2偏光板522Rを有する。λ/2位相差板523R及び第1偏光板521Rは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板524Rに接する状態で配置される。ガラス板524Rに接することにより、第1偏光板521R及びλ/2位相差板523Rが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。
なお、図4において、第2偏光板522Rは独立して設けられているが、液晶パネル520Rの射出面や、クロスダイクロイックプリズム512の入射面に接する状態で配置しても良い。
【0037】
光変調装置510Rに入射したS偏光光は、λ/2位相差板523RによりP偏光光に変換される。P偏光光に変換されたR光は、ガラス板524R及び第1偏光板521Rをそのまま透過し、液晶パネル520Rに入射する。液晶パネル520Rに入射したP偏光光は、画像信号に応じた変調により、R光がS偏光光に変換される。液晶パネル520Rの変調により、S偏光光に変換されたR光が、第2偏光板522Rから射出される。このようにして、光変調装置510Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512に入射する。
【0038】
R光透過ダイクロイックミラー506Rで反射されたG光とB光とは、光路を90度折り曲げられる。光路を折り曲げられたG光とB光とは、B光透過ダイクロイックミラー506Gに入射する。B光透過ダイクロイックミラー506Gは、G光を反射し、B光を透過する。B光透過ダイクロイックミラー506Gで反射されたG光は、G光を画像信号に応じて変調する光変調装置510Gに入射する。光変調装置510GはG光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブである。光変調装置510Gは、液晶パネル520G、第1偏光板521G及び第2偏光板522Gを有する。
【0039】
光変調装置510Gに入射するG光は、S偏光光に変換されている。光変調装置510Gに入射したS偏光光は、第1偏光板521Gをそのまま透過し、液晶パネル520Gに入射する。液晶パネル520Gに入射したS偏光光は、画像信号に応じた変調により、G光がP偏光光に変換される。液晶パネル520Gの変調により、P偏光光に変換されたG光が、第2偏光板522Gから射出される。このようにして、光変調装置510Gで変調されたG光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512に入射する。
【0040】
B光透過ダイクロイックミラー506Gを透過したB光は、2枚のリレーレンズ508と、2枚の反射ミラー507とを経由して、B光を画像信号に応じて変調する光変調装置510Bに入射する。光変調装置510Bは、B光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブである。
【0041】
なお、B光にリレーレンズ508を経由させるのは、B光の光路の長さがR光及びG光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ508を用いることにより、B光透過ダイクロイックミラー506Gを透過したB光を、そのまま光変調装置510Bに導くことができる。光変調装置510Bは、λ/2位相差板523B、ガラス板524B、第1偏光板521B、液晶パネル520B、及び第2偏光板522Bを有する。なお、光変調装置510Bの構成は、上述した光変調装置510Rの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
【0042】
光変調装置510Bに入射するB光は、S偏光光に変換されている。光変調装置510Bに入射したS偏光光は、λ/2位相差板523BによりP偏光光に変換される。P偏光光に変換されたB光は、ガラス板524B及び第1偏光板521Bをそのまま透過し、液晶パネル520Bに入射する。液晶パネル520Bに入射したP偏光光は、画像信号に応じた変調により、B光がS偏光光に変換される。液晶パネル520Bの変調により、S偏光光に変換されたB光が、第2偏光板522Bから射出される。光変調装置510Bで変調されたB光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512に入射する。
このように、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー506RとB光透過ダイクロイックミラー506Gとは、光源装置100から供給される光を、R光、G光、B光に分離する。
【0043】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512は、2つのダイクロイック膜512a、512bをX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜512aは、B光を反射し、R光、G光を透過する。ダイクロイック膜512bは、R光を反射し、B光、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム512は、光変調装置510R、光変調装置510G、及び光変調装置510Bでそれぞれ変調されたR光、G光及びB光を合成する。投写レンズ514は、クロスダイクロイックプリズム512で合成された光をスクリーン516に投写する。これにより、スクリーン516上でフルカラー画像を得ることができる。
【0044】
なお、上述のように、光変調装置510R及び光変調装置510Bからクロスダイクロイックプリズム512に入射される光は、S偏光光となるように設定される。また、光変調装置510Gからクロスダイクロイックプリズム512に入射される光は、P偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム512に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム512において各色光用光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜512a、512bは、通常、S偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜512a、512bで反射されるR光及びB光をS偏光光とし、ダイクロイック膜512a、512bを透過するG光をP偏光光としている。
【0045】
プロジェクタ500は、上述した実施形態の光源装置100を備えている。光源装置100は小型且つ優れた投射効率を得ることが可能である。そのため、プロジェクタ500は、小型且つ軽量でありながら、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。なお、光変調装置として、反射型の液晶パネルやDMDを用いることもできる。
また、プロジェクタの構成は3板式の構成に限られず、単板式の構成、又は本発明の主旨を逸脱しない範囲の構成であれば適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】光源装置の概略構成を示す断面図である。
【図2】光源装置の要部構造を示す拡大断面図である。
【図3】発光管を製造する工程を説明するための図である。
【図4】プロジェクタの概略構成を示すものである。
【符号の説明】
【0047】
50…反射膜、51…透明保護膜(保護膜)、100…光源装置、101…放電ランプ、102…リフレクタ(反射鏡)、111…発光管、111a、111b…椀状部、112…タングステン電極(電極)、500…プロジェクタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に一対の電極が対向配置されてなる発光管を有する放電ランプと、該放電ランプの光を所定方向に反射させる反射鏡と、を備え、
前記発光管は、前記反射鏡と反対の外面に反射膜が設けられるとともに、該反射膜が設けられた側の内面が前記放電ランプの光を前記反射鏡側に反射可能な曲率を有することを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記発光管の内面に透明保護膜が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
【請求項3】
前記発光管の前記反射鏡側における内面の断面形状が楕円状とされることを特徴とする請求項1又は2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記発光管は異なる内面形状を有する二つの椀状部が連続することで構成され、前記椀状部の連続面を含む面上に前記一対の電極の中心が位置していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか一項に記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−97702(P2010−97702A)
【公開日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−265076(P2008−265076)
【出願日】平成20年10月14日(2008.10.14)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】