説明

光源装置及びプロジェクタ

【課題】薄型で、かつ効率良く光を射出可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光を射出する発光部14を備える発光管11と、発光部14から射出した光を反射させるリフレクタ12と、発光部14から射出した光を集光させる集光レンズ13と、を有し、集光レンズ13は、発光管11のうち、発光部14よりもリフレクタ12から光を射出する射出側に取り付けられ、かつ発光部14のうち光を発生させる発光点の像を、リフレクタ12の焦点位置において結像させる。

【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、特に、リフレクタを用いる光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、プロジェクタの光源として使用されるランプ、例えば超高圧水銀ランプ等の放電ランプには、発光管から射出した光を反射させるリフレクタが用いられている。被照射面へ効率良く光を進行させるために、リフレクタの多くは、回転曲面、例えば、楕円を回転させることで得られる回転楕円面や、放物線を回転させることで得られる回転放物面をなす形状が採用されている。例えば、特許文献1には、楕円面形状をなすリフレクタを用いる照明装置の技術が提案されている。
【0003】
【特許文献1】特開2001−110217号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
プロジェクタは、携帯性や収納性を向上させるために、構成全体の薄型化が求められている。リフレクタを備える光源装置は、被照射面へ効率良く光を射出可能であって、かつ薄型にできることが求められる。楕円面形状をなすリフレクタは、できるだけ広い配光角度の光を取り込み可能とするには、開口径を大きくすることとなるため、薄型化が困難となる。また、開口径を小さくすると取り込み可能な光の配光角度の範囲が狭くなるため、被照射面へ効率良く光を進行させることが困難となる。本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、薄型で、かつ効率良く光を射出可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、光を射出する発光部を備える発光管と、発光部から射出した光を反射させるリフレクタと、発光部から射出した光を集光させる集光レンズと、を有し、集光レンズは、発光管のうち、発光部よりもリフレクタから光を射出する射出側に取り付けられることを特徴とする。
【0006】
集光レンズは、リフレクタで取り込まれない配光角度の光を被照射面の方向へ進行させる。集光レンズにより被照射面の方向へ光を進行可能とすることで、効率良く光を射出可能にできる。また、発光部から集光レンズへ入射する光についてリフレクタでの取り込みが不要となる分、リフレクタの開口径を小さくできる。これにより、薄型で、かつ効率良く光を射出可能な光源装置を得られる。
【0007】
また、本発明の好ましい態様としては、集光レンズは、発光部のうち光を発生させる発光点の像を、リフレクタの焦点位置において結像させることが望ましい。これにより、照明光学系において有効利用できる光を効率良く供給できる。
【0008】
また、本発明の好ましい態様としては、曲面形状の反射面を備え、集光レンズを透過した光を反射させる曲面反射部を有し、曲面反射部は、発光管のうち、集光レンズよりも射出側に取り付けられることが望ましい。発光部から射出した光のうち射出側とは反対側へ進行した光は、リフレクタで反射した後、集光レンズへ入射する。集光レンズへ入射した光は、曲面反射部で反射し、被照射面の方向へ進行する。発光部から直接集光レンズへ入射した光のみならず、リフレクタで反射してから集光レンズへ入射した光についても被照射面の方向へ効率良く進行させることにより、さらに効率良く光を射出できる。
【0009】
また、本発明の好ましい態様としては、曲面形状は、円錐の側面と略同じ形状をなすことが望ましい。これにより、集光レンズから曲面反射部へ入射した光を被照射面の方向へ進行させることができる。
【0010】
また、本発明の好ましい態様としては、曲面反射部は、集光レンズからの光をリフレクタの焦点位置において収束させることが望ましい。これにより、照明光学系において有効利用できる光を供給できる。
【0011】
また、本発明の好ましい態様としては、リフレクタは、楕円の一部を回転させることにより得られる回転楕円面と略同じ形状の反射面を備えることが望ましい。これにより、楕円の第1焦点上に設けられた発光部からの光を、効率良く第2焦点へ進行させる構成にできる。
【0012】
また、本発明の好ましい態様としては、リフレクタは、発光部から射出した光を焦点位置へ向けて反射させる第1反射面と、発光部から射出した光を集光レンズへ向けて反射させる第2反射面と、を有し、第1反射面の焦点位置と、第2反射面の焦点位置とは、互いに異なる位置であることが望ましい。これにより、第2反射面、集光レンズ、及び曲面反射部を経た光を、第1反射面の焦点位置近傍へ進行させる構成にできる。
【0013】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の光源装置と、光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、薄型で、かつ効率良く明るい画像を表示可能なプロジェクタを得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例1】
【0015】
図1は、本発明の実施例1に係る光源装置10の概略構成を説明するものである。光源装置10は、発光管11、リフレクタ12、及び集光レンズ13を組み合わせて構成されている。発光管11は、例えば、超高圧水銀ランプである。発光管11は、発光部14を有する。発光部14は、発光管11の中心軸AX上の発光点で発生させた光を射出する。発光部14の内部には、不図示の電極間にアークが形成される。発光管11の内部は、ガラス部材を用いて封止されている。X軸は、中心軸AXに直交する軸である。Y軸は、中心軸AX及びX軸に直交する軸である。Z軸は、中心軸AXに平行な軸である。Z軸の矢印の方向は、光源装置10から不図示の被照射面へ向かう方向を表す。なお、図中、リフレクタ12は、中心軸AXを含むYZ断面として表している。
【0016】
リフレクタ12は、中心軸AXの周囲に設けられている。リフレクタ12は、発光部14から射出した光を反射させる反射面15を有する。反射面15は、図示するYZ断面において、中心軸AXを長軸とする楕円の一部と略同じ形状をなす。反射面15は、中心軸AXを中心として楕円の一部を回転させることにより得られる回転楕円面と略同じ形状を有する。発光部14の発光点は、かかる楕円を定義する焦点の一つである第1焦点f1と略一致している。リフレクタ12は、所望の形状に成形された基材のうち反射面15を形成する側の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより得られる。リフレクタ12を構成する基材としては、例えば、耐熱性ガラスを用いる。
【0017】
図2は、互いに組み合わされた状態の発光管11及び集光レンズ13の斜視構成を示す。集光レンズ13は、発光部14から射出した光を集光させる。集光レンズ13は、発光管11のうち、発光部14よりも射出側に取り付けられている。射出側とは、リフレクタ12から光を射出する方向である、Z軸の矢印方向の側をいうものとする。集光レンズ13は、中心部分に形成された貫通孔へ発光管11を貫かせることにより、発光管11に取り付けられている。
【0018】
図3は、発光部14から射出した光の振舞いを説明するものである。発光部14から射出した光は、リフレクタ12の内面の全体へ向けて放射状に拡散する。第1焦点f1上の発光点から反射面15へ向けて進行した光は、反射面15で反射し、楕円の第2焦点f2へ向けて進行する。反射面15を回転楕円面と略同じ形状とすることにより、第1焦点f1上の発光点から反射面15へ入射した光を、第2焦点f2へ向かう方向へ効率良く進行させることができる。
【0019】
集光レンズ13は、発光点の像を、リフレクタ12の第2焦点f2の位置において結像させる。発光部14から集光レンズ13へ向けて進行した光は、集光レンズ13での屈折作用により、リフレクタ12の第2焦点f2にて集光する。反射面15で反射した光、集光レンズ13を透過した光のいずれも第2焦点f2にて集光させることにより、光源装置10から射出した光は、照明光学系における適切な制御、例えばコリメータ光学系による平行化や照明領域の整形等が可能となる。従って、光源装置10は、照明光学系において有効利用できる光を効率良く供給できる。
【0020】
仮に、集光レンズ13を設けない構成とする場合、破線矢印で光線を示した配光角度の光は、リフレクタ12で取り込まれず、有効利用されないこととなる。光源装置10は、リフレクタ12で取り込まれない配光角度の光を集光レンズ13により被照射面の方向へ進行させることで、効率良く光を射出可能にできる。また、発光部14から集光レンズ13へ入射する光についてリフレクタ12での取り込みが不要となる分、リフレクタ12の開口径を小さくできる。これにより、薄型で、かつ効率良く光を射出できるという効果を奏する。
【0021】
なお、集光レンズ13から第2焦点f2へ進行する光が発光管11の先端部へ入射することを防ぐために、発光管11は、可能な限り先端部を短く成形することとしても良い。これにより、発光管11での散乱による光の損失を低減させることが可能となる。
【実施例2】
【0022】
図4は、本発明の実施例2に係る光源装置20の概略構成を説明するものである。本実施例に係る光源装置20は、曲面反射部21を有することを特徴とする。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。光源装置20は、発光管11、リフレクタ12、集光レンズ13、及び曲面反射部21を組み合わせて構成されている。
【0023】
曲面反射部21は、円錐の側面と略同じ形状である曲面形状の反射面を備える。曲面反射部21は、集光レンズ13を透過した光を反射させる。曲面反射部21は、発光管11の中心軸AXを中心として、発光管11のうち射出側の先端部を覆うように配置されている。なお、図中、リフレクタ12及び曲面反射部21は、中心軸AXを含むYZ断面として表している。
【0024】
図5は、互いに組み合わされた発光管11、集光レンズ13、及び曲面反射部21の斜視構成を示す。曲面反射部21は、発光管11のうち、集光レンズ13よりも射出側に取り付けられている。曲面反射部21は、所望の形状に成形された基材のうち反射面を形成する側の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより得られる。この他、曲面反射部21は、金属部材の成形により得ることとしても良い。さらに、曲面反射部21は、発光管11の先端部を適宜成形し、高反射性部材を蒸着させることにより形成することとしても良い。
【0025】
図6は、発光部14から射出した光の振舞いを説明するものである。発光部14から反射面15を経て直接第2焦点f2へ向かう光、発光部14から直接集光レンズ13へ入射し第2焦点f2へ向かう光は、上記実施例1の場合と同様に進行する。発光部14から反射面15で反射した後、集光レンズ13へ入射した光は、集光レンズ13での屈折作用により、中心軸AXのうち第2焦点f2より集光レンズ13に近い位置へ向けて進行し、曲面反射部21へ入射する。
【0026】
曲面反射部21は、集光レンズ13からの光を第2焦点f2の位置において収束させる。集光レンズ13から曲面反射部21へ入射した光は、曲面反射部21で反射した後、第2焦点f2へ進行する。反射面15で反射した光、集光レンズ13を透過した光、曲面反射部21で反射した光のいずれも第2焦点f2にて集光させることにより、光源装置20は、照明光学系において有効利用できる光を効率良く供給できる。
【0027】
集光レンズ13を大型にすることにより、集光レンズ13を用いて発光部14からの光を効率良く被照射面の方向へ進行させ、かつリフレクタ12の開口径を小さくできる一方、反射面15で反射して集光レンズ13へ入射する光が増加することとなる。仮に、曲面反射部21を設けない構成とする場合、反射面15から集光レンズ13へ入射した光は、破線矢印で示すように、中心軸AXに対して大きな角度をなして直進し、有効利用されないこととなる。
【0028】
光源装置20は、発光部14から直接集光レンズ13へ入射した光のみならず、リフレクタ12で反射してから集光レンズ13へ入射した光についても被照射面の方向へ効率良く進行させることにより、さらに効率良く光を射出できる。
【実施例3】
【0029】
図7は、本発明の実施例3に係る光源装置30の概略構成を説明するものである。本実施例に係る光源装置30は、第1反射面32及び第2反射面33を備えるリフレクタ31を有することを特徴とする。上記実施例1、2と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。第1反射面32は、リフレクタ31のうち開口が形成された側に設けられている。第2反射面33は、第1反射面32のうち開口が形成された側とは反対側に連続させて設けられている。第1反射面32、第2反射面33は、いずれも、回転楕円面と略同じ形状を有する。第1反射面32を構成する楕円と、第2反射面33を構成する楕円とは、第1焦点f1が一致しているのに対して、第2焦点が互いに異なる位置である。
【0030】
図8は、発光部14から射出した光の振舞いを説明するものである。第1反射面32は、発光部14から射出した光を、第1反射面32の第2焦点f2へ向けて反射させる。発光部14から第1反射面32へ入射した光は、第1反射面32で反射し、第2焦点f2の方向へ進行する。発光部14から直接集光レンズ13へ入射した光は、集光レンズ13での屈折作用により、第1反射面32の第2焦点f2にて集光する。
【0031】
第2反射面33の第2焦点f3の位置は、第1反射面32の第2焦点f2よりも集光レンズ13から離れた位置とされる。発光部14から第2反射面33へ入射した光は、第2反射面33で反射した後、集光レンズ13へ入射する。第2反射面33から集光レンズ13へ入射した光は、集光レンズ13で屈折し、曲面反射部21へ入射する。集光レンズ13から曲面反射部21へ入射した光は、曲面反射部21で反射した後、第1反射面32の第2焦点f2へ進行する。本実施例の場合も、光源装置30は、効率良く光を射出できる。また、第1反射面32で反射した光、集光レンズ13を透過した光、曲面反射部21で反射した光のいずれも、第1反射面32の第2焦点f2にて集光させることにより、光源装置30は、照明光学系において有効利用できる光を効率良く供給できる。
【実施例4】
【0032】
図9は、本発明の実施例4に係るプロジェクタ40の概略構成を示す。プロジェクタ40は、不図示のスクリーンへ光を投写し、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ40は、上記実施例1に係る光源装置10を有する。光源装置10は、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光を含む光を射出する。凹レンズ41は、光源装置10から射出した光を平行化させる。
【0033】
第1インテグレータレンズ42及び第2インテグレータレンズ43は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第1インテグレータレンズ42は、凹レンズ41からの光束を複数に分割する。第1インテグレータレンズ42の各レンズ素子は、凹レンズ41からの光束を第2インテグレータレンズ43のレンズ素子近傍にて集光させる。第2インテグレータレンズ43のレンズ素子は、第1インテグレータレンズ42のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。
【0034】
2つのインテグレータレンズ42、43を経た光は、偏光変換素子44にて特定の振動方向の直線偏光に変換される。重畳レンズ45は、第1インテグレータレンズ42の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第1インテグレータレンズ42、第2インテグレータレンズ43及び重畳レンズ45は、光源装置10からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。重畳レンズ45からの光は、第1ダイクロイックミラー46に入射する。第1ダイクロイックミラー46は、R光を反射し、G光及びB光を透過させる。第1ダイクロイックミラー46へ入射したR光は、第1ダイクロイックミラー46及び反射ミラー47における反射により光路が折り曲げられ、R光用フィールドレンズ48Rへ入射する。R光用フィールドレンズ48Rは、反射ミラー47からのR光を平行化し、R光用空間光変調装置49Rへ入射させる。
【0035】
R光用空間光変調装置49Rは、R光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。R光用空間光変調装置49Rに設けられた不図示の液晶パネルは、2つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。R光用空間光変調装置49R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50へ入射する。
【0036】
第1ダイクロイックミラー46を透過したG光及びB光は、第2ダイクロイックミラー51へ入射する。第2ダイクロイックミラー51は、G光を反射し、B光を透過させる。第2ダイクロイックミラー51へ入射したG光は、第2ダイクロイックミラー51での反射により光路が折り曲げられ、G光用フィールドレンズ48Gへ入射する。G光用フィールドレンズ48Gは、第2ダイクロイックミラー51からのG光を平行化し、G光用空間光変調装置49Gへ入射させる。G光用空間光変調装置49Gは、G光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。G光用空間光変調装置49Gで変調されたG光は、クロスダイクロイックプリズム50のうちR光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【0037】
第2ダイクロイックミラー51を透過したB光は、リレーレンズ52を透過した後、反射ミラー53での反射により光路が折り曲げられる。反射ミラー53からのB光は、さらにリレーレンズ54を透過した後、反射ミラー55での反射により光路が折り曲げられ、B光用フィールドレンズ48Bへ入射する。R光の光路及びG光の光路よりもB光の光路が長いことから、空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、B光の光路には、リレーレンズ52、54を用いるリレー光学系が採用されている。
【0038】
B光用フィールドレンズ48Bは、反射ミラー55からのB光を平行化し、B光用空間光変調装置49Bへ入射させる。B光用空間光変調装置49Bは、B光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。B光用空間光変調装置49Bで変調されたB光は、クロスダイクロイックプリズム50のうちR光が入射する面、G光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【0039】
クロスダイクロイックプリズム50は、互いに略直交する2つのダイクロイック膜56、57を有する。第1ダイクロイック膜56は、R光を反射し、G光及びB光を透過させる。第2ダイクロイック膜57は、B光を反射し、R光及びG光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム50は、それぞれ異なる方向から入射したR光、G光及びB光を合成し、投写レンズ58の方向へ射出する。投写レンズ58は、クロスダイクロイックプリズム50で合成された光をスクリーンの方向へ投写する。
【0040】
薄型にでき、かつ効率良く光を射出可能な光源装置10を用いることにより、プロジェクタ40は、薄型で、効率良く明るい画像を表示することが可能となる。プロジェクタ40は、上記実施例1に係る光源装置10に代えて、上記実施例2に係る光源装置20、上記実施例3に係る光源装置30のいずれかを用いることとしても良い。
【0041】
プロジェクタ40は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置(Liquid Crystal On Silicon;LCOS)、DMD(Digital Micromirror Device)、GLV(Grating Light Valve)等を用いても良い。プロジェクタ40は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ40は、一つの空間光変調装置により二つ又は三つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタ40は、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタ40は、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。本発明に係る光源装置は、プロジェクタ40に用いるものに限られない。光源装置は、例えば、懐中電灯等の照明機器や、自動車のヘッドライト等に適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【0042】
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の実施例1に係る光源装置の概略構成を説明する図。
【図2】発光管及び集光レンズの斜視構成を示す図。
【図3】発光部から射出した光の振舞いを説明する図。
【図4】本発明の実施例2に係る光源装置の概略構成を説明する図。
【図5】発光管、集光レンズ、及び曲面反射部の斜視構成を示す図。
【図6】発光部から射出した光の振舞いを説明する図。
【図7】本発明の実施例3に係る光源装置の概略構成を説明する図。
【図8】発光部から射出した光の振舞いを説明する図。
【図9】本発明の実施例4に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【0044】
10 光源装置、11 発光管、12 リフレクタ、13 集光レンズ、14 発光部、15 反射面、AX 中心軸、f1 第1焦点、f2 第2焦点、20 光源装置、21 曲面反射部、30 光源装置、31 リフレクタ、32 第1反射面、33 第2反射面、f3 第2焦点、40 プロジェクタ、41 凹レンズ、42 第1インテグレータレンズ、43 第2インテグレータレンズ、44 偏光変換素子、45 重畳レンズ、46 第1ダイクロイックミラー、47 反射ミラー、48R R光用フィールドレンズ、48G G光用フィールドレンズ、48B B光用フィールドレンズ、49R R光用空間光変調装置、49G G光用空間光変調装置、49B B光用空間光変調装置、50 クロスダイクロイックプリズム、51 第2ダイクロイックミラー、52、54 リレーレンズ、53、55 反射ミラー、56 第1ダイクロイック膜、57 第2ダイクロイック膜、58 投写レンズ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を射出する発光部を備える発光管と、
前記発光部から射出した光を反射させるリフレクタと、
前記発光部から射出した光を集光させる集光レンズと、を有し、
前記集光レンズは、前記発光管のうち、前記発光部よりも前記リフレクタから光を射出する射出側に取り付けられることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記集光レンズは、前記発光部のうち光を発生させる発光点の像を、前記リフレクタの焦点位置において結像させ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】
曲面形状の反射面を備え、前記集光レンズを透過した光を反射させる曲面反射部を有し、
前記曲面反射部は、前記発光管のうち、前記集光レンズよりも前記射出側に取り付けら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】
前記曲面形状は、円錐の側面と略同じ形状をなすことを特徴とする請求項3に記載の光源装置。
【請求項5】
前記曲面反射部は、前記集光レンズからの光を前記リフレクタの焦点位置において収束させることを特徴とする請求項3又は4に記載の光源装置。
【請求項6】
前記リフレクタは、楕円の一部を回転させることにより得られる回転楕円面と略同じ形状の反射面を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項7】
前記リフレクタは、前記発光部から射出した光を焦点位置へ向けて反射させる第1反射面と、前記発光部から射出した光を前記集光レンズへ向けて反射させる第2反射面と、を有し、
前記第1反射面の焦点位置と、前記第2反射面の焦点位置とは、互いに異なる位置であることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有する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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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2010−3489(P2010−3489A)
【公開日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−160068(P2008−160068)
【出願日】平成20年6月19日(2008.6.19)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】