(57)【要約】【課題】一対の反射鏡を備え、一対の電極間で軸ズレが生じた発光管を用いたとしても、発光管からの放射光を効率良く略一方向に射出できる光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置１は、一対の電極を有する発光管２と、発光管２の光軸を中心とする全周の一部を囲むように配置されて発光管２から射出された光を照明対象に向けて反射させる主反射鏡３と、発光管２の光軸を挟んで主反射鏡３と対向するように配置されて発光管２から射出された光を主反射鏡３に向けて反射させる副反射鏡４と、を備え、一対の電極７の各々の先端部間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸と略直交する平面内に位置するように、副反射鏡４と発光管２とが配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を有する発光管と、前記発光管の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置されて前記発光管から射出された光を照明対象に向けて反射させる第１反射鏡と、前記発光管の光軸を挟んで前記第１反射鏡と対向するように配置されて前記発光管から射出された光を前記第１反射鏡に向けて反射させる第２反射鏡と、を備え、
前記一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分が前記第２反射鏡の光軸と略直交する平面内に位置するように、前記第２反射鏡と前記発光管とが配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第２反射鏡の光軸が、前記一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分の略中心を通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】
前記第１反射鏡の光軸が、前記一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分が含まれる平面内に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置と、前記光源装置からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびプロジェクターに関し、例えば、アーク放電型発光管を備えた光源装置と、その光源装置からの光で照明することにより光変調素子に形成された光学像を投写レンズでスクリーン上に投写表示するプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面映像を表示可能な装置の一つとして、映像情報に応じて光学像を形成する小型の光変調素子を光源装置からの光で照明し、その光学像を投写レンズによりスクリーン等へ拡大表示するプロジェクターが実用化されている。このようなプロジェクターでは、投写画像の大画面化や高輝度化、輝度ムラや色ムラの低減が強く望まれており、それらを実現するための高性能な光源装置が開発されてきている。
【０００３】
近年では、プロジェクターの小型化に対する要望が高まっており、光源装置においても、射出光量の大幅な低下を招くことなく小型化を図る検討がなされている。一般的なプロジェクターの光源装置では、大きな射出光束量を得るためにアーク放電型発光管が使用されている。その場合、発光管における発光部の略中心を凹面反射鏡の焦点位置に一致するように配置し、発光管から放射された光を凹面反射鏡で反射させて、照明光軸に沿った略一方向に射出する構成が採用される。
【０００４】
このような構成の光源装置を小型化する場合、凹面反射鏡の開口を小径化する、凹面反射鏡の焦点距離を短くする等の構成が考えられる。しかしながら、前者の場合には、凹面反射鏡の受光立体角が小さくなり、反射光量の大幅な減少が避けられない。また、後者の場合には、凹面反射鏡の耐熱性の制約があることから短焦点化には限界がある。いずれの構成にもこのような課題があり、光源装置の小型化は容易ではない。
【０００５】
このような状況において、半割状の一対の主反射鏡と副反射鏡とを備えた光源装置が提案されている（例えば下記の特許文献１参照）。この光源装置は、上述の一般的な光源装置と比較して、射出光束量の大幅な低下を招くことなく装置を大幅に小型化できる可能性があると考えられる。この光源装置では、発光管の発光部から放射された光の約半分は主反射鏡で反射して射出され、残りは副反射鏡で反射した後に主反射鏡で反射されて、発光部から主反射鏡に直接入射した光とともに主反射鏡から射出される。このとき、発光部から副反射鏡に向けて放射された光が高い効率で主反射鏡に戻れば、射出光束量の大幅な低下を生じることがない。また、これら主反射鏡と副反射鏡は従来の凹面反射鏡を半分に割った形状であるため、従来に比べて装置を大幅に小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８７６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来の光源装置において、発光部から副反射鏡に向けて放射された光を副反射鏡で反射させ、発光部を経て主反射鏡に高い効率で戻すために、光が一対の電極間を確実に通過するように副反射鏡によって細く集光させる必要がある。ところが、この種の光源装置を含め、プロジェクターで多く使用される発光管は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等のように、一対の電極間に高電圧を印加して放電を生じさせることで光を放射するアーク放電型の発光管である。アーク放電型発光管では、放電現象を利用するために発光効率が高い反面、発光管の製造時に一対の電極の軸ズレの発生を避けられない。また、一対の電極間に発生する光度が非常に高い領域は、点状ではなく、３次元的な広がりを持つ有限サイズの空間領域である。
【０００８】
したがって、この種の構成の光源装置では、一対の電極間に軸ズレを生じていない発光管を使用することが理想である。軸ズレが大きい場合には、発光部から主反射鏡および副反射鏡に入射する光量が低下するとともに、副反射鏡で反射して主反射鏡に向かう光が電極によって遮られてしまい、射出光量の大幅な低下を招くことになるからである。しかしながら、軸ズレを生じていない発光管を製造することは極めて難しい。そのため、そのような製造が難しい発光管を使用することは製造コストの高騰につながる、という問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、一対の反射鏡を備えた構成において、一対の電極間で軸ズレが発生した発光管を用いる場合であっても、発光管からの放射光を効率良く略一方向に射出できる光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクターの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、一対の電極を有する発光管と、前記発光管の光軸を中心とする全周のうちの一部を囲むように配置されて前記発光管から射出された光を照明対象に向けて反射させる第１反射鏡と、前記発光管の光軸を挟んで前記第１反射鏡と対向するように配置されて前記発光管から射出された光を前記第１反射鏡に向けて反射させる第２反射鏡と、を備え、前記一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分が前記第２反射鏡の光軸と略直交する平面内に位置するように、前記第２反射鏡と前記発光管とが配置されていることを特徴とする。なお、「一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分が第２反射鏡の光軸と略直交する平面内に位置する」ということは、「一対の電極の各々の先端部が第２反射鏡の光軸と略直交する平面内に位置する」ということと同義である。
【００１１】
発光管、例えばプロジェクターでよく用いられるアーク放電型発光管において、放電時に最も光度が高い点、いわゆる発光点は一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分上に略位置する。本発明の光源装置においては、一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分が第２反射鏡の光軸と略直交する平面内に位置しているため、発光点も第２反射鏡の光軸と略直交する平面内に略位置することになる。したがって、発光点から放射され、第２反射鏡で反射した光が第２反射鏡の光軸と略直交する平面内の発光点の近傍に戻りやすくなる。そのため、第２反射鏡で反射した光が一対の電極によって遮られにくくなり、第２反射鏡、第１反射鏡を経て照明対象に向かう光を増大できる。このように、本発明の光源装置によれば、一対の電極間で軸ズレが発生した発光管を用いたとしても、発光管からの放射光を効率良く略一方向に射出できる。なお、上述したように、放電時に最も光度が高い箇所は、点状ではなく、３次元的な広がりを持つ有限サイズの空間領域であるが、本明細書においては説明を判りやすくするため、最も光度が高い箇所を１つの点と考え、「発光点」と呼ぶことにする。
【００１２】
本発明の光源装置において、前記第２反射鏡の光軸が、前記一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分の略中心を通る構成であることが望ましい。
例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の発光管を用いた場合、一対の電極の各々の先端部間を結ぶ線分上に２つの発光点が発生する。この場合、第２反射鏡の光軸が、一対の電極の各々の先端部を結ぶ線分の略中心を通る構成とすれば、２つの発光点が第２反射鏡の光軸を中心として略対称な位置に配置されるため、第２反射鏡で反射した光をより一層発光点の近傍に戻りやすくできる。
【００１３】
本発明の光源装置において、前記第１反射鏡の光軸が、前記一対の電極の各々の先端部を結ぶ線分が含まれる平面内に位置する構成であることが望ましい。
この構成によれば、第２反射鏡で反射した光の集光点が第１反射鏡の光軸上もしくは光軸の近傍に位置することになるため、第２反射鏡、第１反射鏡を経て照明対象に向かう光をさらに増大できる。
【００１４】
本発明のプロジェクターは、上記本発明の光源装置と、前記光源装置からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明のプロジェクターは、上記本発明の光源装置を備えているので、光の利用効率が高く、明るい画像が得られるプロジェクターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の光源装置を示す図であり、図１（Ａ）は側断面図、図１（Ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の一実施形態の光源装置を示す斜視図である。
【図３】発光管の一対の電極が軸ズレを生じた状態の一例を示す側断面図である。
【図４】発光管の一対の電極が軸ズレを生じた状態の他の例を示す側断面図である。
【図５】副反射鏡で反射した光の振る舞いを説明するための図である。
【図６】一対の電極の軸ズレのパターンを示す図である。
【図７】発光管内の発光点を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
本実施形態は、半割状の２つの反射鏡と発光管とを備えた本発明の光源装置の一例である。
図１（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態の光源装置の構成を示す図であり、図１（Ａ）は後述する照明光軸を含む平面で切断したときの側断面図、図１（Ｂ）は照明光軸が延在する方向（図１（Ａ）の矢印Ａの方向）から光源装置を見たときの正面図である。図２は本実施形態の光源装置を示す斜視図である。なお、図２では主反射鏡の一部を破断して示している。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１７】
以下の説明では、光源装置全体の光軸を「照明光軸Ｌ」と称する。この「照明光軸Ｌ」は、後述する主反射鏡の光軸と一致している。また後述するように、発光管内の発光部が主反射鏡の焦点位置に略一致して配置されており、「照明光軸Ｌ」は「発光管の光軸」とも一致している。「発光管の光軸」とは、後述する発光部を通る軸であって、当該発光管の発光分布における略対称軸のことである。本発明では、一対の電極を有する発光管を使用しており、「発光管の光軸」は一対の電極が延在する方向と一致している。
【００１８】
本実施形態の光源装置１は、図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、アーク放電型発光管２（以下、単に「発光管」と称する）と、主反射鏡３（第１反射鏡）と、副反射鏡４（第２反射鏡）と、を備えている。主反射鏡３は、発光管２から射出された光を照明対象に向けて反射させる機能を主に担っている。副反射鏡４は、発光管２から射出された光を主反射鏡３に向けて反射させる機能を主に担っている。
【００１９】
発光管２は、図１（Ａ）に示すように、バルブ部５と、封止部６と、一対の電極７および給電端子８と、リード線９と、を備えている。バルブ部５は、内部に中空の空間を有する略球状の管体であり、バルブ部５を構成する球体の直径の両端には、棒状の封止部６がバルブ部５と一体に形成されている。バルブ部５および封止部６は、例えば石英ガラス、サファイア等の耐熱性が高い透明材料で構成されている。バルブ部５の内部空間には、先端が尖った一対の電極７が対向するように配置されるとともに、発光物質と気体とが封入されている。発光物質としては例えば水銀、金属ハロゲン化物等が用いられ、気体としては例えば希ガス、ハロゲンガス等が用いられる。
【００２０】
また、一対の電極７の各々から延在する給電端子８が各封止部６を貫通するように設けられ、各給電端子８の端部にはリード線９が接続されている。発光管２の一方の封止部６は口金１０によって主反射鏡３に固定されている。この構成により、各電極７にはリード線９、給電端子８を介して外部から電力が供給される。以上の構成を有する発光管２において、一対の電極７間に高電圧を印加すると、電極７間に放電が生じて略点状の発光部（発光点）１１が発生し、発光点１１から略全周方向に光が放射される。なお、アーク放電型の発光管２としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が該当する。
【００２１】
キセノンランプの場合、図７（Ａ）に示すように、光度が非常に大きな発光点１１が一対の電極７間に１箇所存在する。その発光点１１は、一対の電極７間の中央には形成されず、一方の電極７（陰極）に寄った位置に形成される。一方、高圧水銀ランプやメタルハライドランプの場合、図７（Ｂ）に示すように、光度が非常に大きな発光点１１が一対の電極７間に２箇所存在する。それらの発光点１１は、一対の電極間の中央には形成されず、各々の電極に近い位置に形成される。なお、説明を容易にするために、光度が非常に大きな発光部分を発光点１１と呼称しているが、実際の発光部分は点ではなく、３次元的な広がりを有する有限サイズの空間領域である。また、図７（Ａ）、（Ｂ）において、発光点１１の周囲に描いた曲線は、光度が等しい点を結んだ曲線、いわゆる等光度曲線である。
【００２２】
主反射鏡３は、例えばガラスや結晶化ガラス等の耐熱性が高く、機械的強度が大きい基材と、例えば誘電体多層膜や金属膜からなる反射ミラーと、から構成されている。反射ミラーは、基材の内面（発光管が配置された側の面）のうち、縁部を除く領域に形成されている。また、主反射鏡３は、発光管２の封止部６を挿入して固定するための後方貫通孔１３を備えたネック部１４と、照明対象に向けて光を射出する前方開口部１５と、を有している。図１（Ａ）に示すように、主反射鏡３の反射ミラーが形成された反射面３ａは放物面となっている。ただし、反射面３ａは、放物面に限らず、楕円面を含む非球面や球面であっても良い。
【００２３】
また、照明光軸Ｌに対して垂直な平面で見ると、図１（Ｂ）に示すように、一般の反射鏡では、照明光軸Ｌを中心として全周（３６０度）にわたって反射ミラーが存在するのに対し、本実施形態の主反射鏡３では、略半周（１８０度）の部分に反射ミラーが存在する反射面３ａとなっている。なお、主反射鏡３の内面のうち、反射ミラーが存在し、発光管２および副反射鏡４からの光を受光可能な角度範囲のことを「主反射鏡３の受光可能角度範囲θＭ」と称する。言い換えると、照明光軸Ｌに対して垂直な平面で見たときに、反射ミラーの各端部と照明光軸Ｌとを結ぶ２本の線分がなす角度が受光可能角度範囲θＭである。この例ではθＭ＝約１８０度である。すなわち、本実施形態の主反射鏡３は、照明光軸Ｌを中心として全周（３６０度）を覆う一般の反射鏡を、反射ミラーの各端部と照明光軸Ｌとを含む平面Ｐ１によって半分に割った形状（いわゆる半割状）となっている。なお、主反射鏡３の全体形状は完全な半割状でなくても良く、本実施形態では、図１（Ｂ）に示したように、ネック部１４における発光管２の固定を容易にするために、反射ミラーが形成された反射面３ａより下方（−ｙ方向）にも基材が存在する構成となっている。
【００２４】
主反射鏡３は、主反射鏡３（反射ミラー）の光軸が発光管２の光軸（一対の電極７の延在方向）と一致するように配置されている。すなわち、主反射鏡３は、主反射鏡３の焦点位置が発光点１１の位置に略一致するように、発光管２に対して位置合わせされている。本実施形態においては、上述したように、互いに一致する主反射鏡３（反射ミラー）の光軸および発光管２の光軸が照明光軸Ｌである。すなわち、本実施形態では、主反射鏡３の曲面形状として放物面を想定しており、放物面の回転対称軸が主反射鏡３の光軸であり、光源装置１の照明光軸Ｌでもある。
【００２５】
副反射鏡４は、発光管２のバルブ部５の外表面であって、照明光軸Ｌを中心として主反射鏡３が存在しない側の略半分の領域に形成された反射膜で構成されている。すなわち、副反射鏡４は、図１（Ｂ）に示すように、バルブ部５の外表面において、照明光軸Ｌを含む平面Ｐ１によってバルブ部５を半分に割った領域（図１（Ｂ）の斜線を施した部分）に設けられている。副反射鏡４においても、主反射鏡３と同様、反射膜が存在し、発光管２からの光を受光可能な角度範囲のことを「受光可能角度範囲θＳ」と定義すると、θＳ＝約１８０度である。
【００２６】
ここで、副反射鏡４の光軸ＬＳが光源装置１の照明光軸Ｌ（主反射鏡３の光軸）と略垂直に交わり、かつ副反射鏡４の焦点が照明光軸Ｌの極近傍、あるいは照明光軸Ｌの僅かに副反射鏡４寄りに位置するように、副反射鏡４と発光管２との位置が設定されている。
【００２７】
バルブ部５は、少なくとも反射膜が形成される領域においては略球形状、あるいは楕円面状を含む非球面状のような照明光軸Ｌを対称軸とする回転体形状に形成されている。よって、バルブ部５の外表面に形成される副反射鏡４の反射面も略球面状、あるいは楕円面状を含む非球面状に形成されている。ここで、「楕円面状を含む非球面状」とは、少なくとも一軸の対称性を有する非球面形状のことである。
【００２８】
副反射鏡４を構成する反射膜には高い耐熱性が要求されるため、例えば五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と酸化珪素（ＳｉＯ２）を含む多層膜、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）と酸化珪素（ＳｉＯ２）を含む多層膜、酸化チタン（ＴｉＯ２）と酸化珪素（ＳｉＯ２）を含む多層膜等が好適に用いられる。なお、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を含む多層膜を用いれば、発光点１１から放射された紫外線を吸収してバルブ部５を保温できるため、発光効率の向上に効果がある。
【００２９】
また、副反射鏡４としては、バルブ部５の外表面に反射膜を形成した構成に代えて、発光管２とは別体の反射鏡を発光管２と密接あるいは近接させて配置した構成を採用しても良い。この構成によれば、バルブ部５を構成する球状の透明体が厚みを有するため、その透明体を透過する際に光が受ける屈折作用、いわゆるバルブ部５のレンズ作用を考慮して、副反射鏡４の反射面形状や曲率等の光学特性を設定できる。また、発光管２に対する副反射鏡４の取り付け位置を容易に調整できる。これらにより、副反射鏡４からの反射光を所望の位置に戻しやすく、光源装置としての光利用効率を高めやすい。
【００３０】
また、副反射鏡４の取り付け位置を調整することによって発光管２内の電極７に副反射鏡４からの反射光が当たりにくくなるため、発光管２の長寿命化に有効である。さらに、高温になるバルブ部５から副反射鏡４を僅かに離し、空隙を設けて設置すれば、副反射鏡４やバルブ部５を冷却しやすくなるため、副反射鏡４への熱的影響を低減して熱的劣化を防止でき、光学特性や取り付け位置精度を維持しやすいという利点がある。
【００３１】
ところで、実際の発光管２においては、一対の電極７の軸ズレの発生が避けられない。軸ズレには様々なパターンがあり、例えば図６（Ａ）に示すように、各電極７の延在方向を電極軸ＬＤと呼ぶとすると、各電極軸ＬＤが照明光軸Ｌに対して平行であり、電極軸ＬＤ同士が平行にずれているもの、図６（Ｂ）に示すように、各電極軸ＬＤが照明光軸Ｌに対して非平行であり、電極軸ＬＤ同士が平行にずれているもの、図６（Ｃ）に示すように、各電極軸ＬＤが照明光軸Ｌに対して非平行であり、電極軸ＬＤ同士が非平行にずれているもの、等が考えられる。また、図６（Ａ）〜（Ｃ）で示したように、図面上は２次元的にしか表現できないが、互いの電極軸ＬＤが３次元的にずれている場合もある。
【００３２】
このように、一対の電極７間で軸ズレを生じている発光管２を光源装置１に使用する場合、光源装置１からの射出光量を最大にするためには、主反射鏡３および副反射鏡４に対して一対の電極７が適切な方向を向くように発光管２を配置することが重要である。
具体的には、例えば図６（Ｂ）に示したように２次元的に軸ズレを生じている場合、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸ＬＳと直交する平面Ｐ２内に位置するとともに、副反射鏡４の光軸ＬＳが一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分の略中心を通り、かつ、主反射鏡３の光軸ＬＭが一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が含まれる平面Ｐ２内に位置するように、一対の電極７は配置されている。
【００３３】
あるいは、３次元的に軸ズレを生じている場合であっても、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸ＬＳと直交する平面Ｐ２内に位置するとともに、副反射鏡４の光軸ＬＳが一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分の略中心を通り、かつ、主反射鏡３の光軸ＬＭが一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分あるいは同線分の略中心が含まれる平面Ｐ２内に位置するように、一対の電極７は配置されている。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）と図４（Ａ）、（Ｂ）との違いは僅かであって識別し難いが、図３（Ｂ）においては各電極軸ＬＤが照明光軸Ｌと一致しているのに対し、図４（Ｂ）においては各電極軸ＬＤが照明光軸Ｌに対して僅かに非平行になっている。
【００３４】
一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸ＬＳと直交する平面Ｐ２内に位置するように、一対の電極７と副反射鏡４との位置関係を設定するためには、一対の電極７の軸ズレの方向を考慮して発光管２のバルブ部５の表面に副反射鏡４を形成すれば良い。具体的には、副反射鏡４を構成する反射膜を形成する際に、成膜装置内で一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が所定の平面内に位置するように発光管２をセットし、所定の平面に対して垂直な方向から反射膜を成膜すれば良い。
勿論、副反射鏡として別体の反射鏡を発光管２と密接あるいは近接させて配置した構成の場合にも、一対の電極７の軸ズレの方向を考慮して、上述のような配置関係となるように別体の反射鏡の位置や向きを調整して配置すれば良い。
【００３５】
上記構成の光源装置１においては、図１に示すように、発光管２内の発光点１１から略全周方向に光が放射されるが、主反射鏡３の方向に放射された光Ｂ１は主反射鏡３で反射され、照明光軸Ｌと略平行な光となって射出される。一方、副反射鏡４の方向に放射された光Ｂ２は副反射鏡４で反射され、集光された状態で発光点１１を通過して、あたかも発光点１１から放射された光の如く、主反射鏡３に向かい、主反射鏡３で反射されて照明光軸Ｌと略平行な光となって射出される。すなわち、主反射鏡３は、発光点１１からの放射光を直接受光して反射するとともに、副反射鏡４で反射させた光を受光して反射する。
【００３６】
ここで、例えば発光管２に２箇所の発光点を有する高圧水銀ランプを用いた場合を例に挙げ、副反射鏡４での反射前後における光の振る舞いを詳しく見ることにする。
一方の発光点から副反射鏡４に入射した光は副反射鏡４で反射し、集光スポット径が元の発光点と同程度の大きさに絞り込まれた集光状態で他方の発光点に戻る。
このとき、例えば図５（Ｃ）に示すように、一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸Ｌｓと直交する平面Ｐ２内に位置していなかったと仮定する。この場合、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したように、発光点は一対の電極間の中央には存在しない。したがって、図５（Ｃ）に示すように、一方の発光点１１Ａは、先端部７Ａ間を結ぶ線分の中心に位置しないため、副反射鏡４の光軸と直交する平面Ｐ２内に位置しないことになる。すると、図５（Ｃ）に示すように、一方の発光点１１Ａが平面Ｐ２よりも副反射鏡４に近い位置にあった場合、副反射鏡４で反射した光は、平面Ｐ２よりも副反射鏡４から遠い点１１Ｃに戻るため、他方の発光点１１Ｂに近い側の電極７で遮られやすくなる。
【００３７】
なお、図５（Ｃ）では、点状の発光点１１Ａから光が放射状に射出しているように描いているが、上述したように、実際の発光部は点状ではなく、３次元的な広がりを有する有限サイズの空間領域である。そのため、他方の発光点１１Ｂに戻る光も点状に集まるのではなく、有限サイズの空間領域に集まる。したがって、実際には図５（Ｃ）で表現する以上に、発光点１１Ｂに戻る光の一部が電極７で遮られ、主反射鏡３の方向に向かう光が減少するのである。
【００３８】
これに対して、例えば図５（Ａ）に示すように、副反射鏡４の反射面が楕円面状を含む非球面状である場合、２箇所の発光点の位置を２箇所の焦点位置に設定した楕円面とすれば、一方の発光点１１Ａから放射され、副反射鏡４で反射した反射光を他方の発光点１１Ｂに確実に導くことができる。このとき、一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸ＬＳと直交する平面Ｐ２内に位置するとともに、副反射鏡４の光軸ＬＳが線分の略中心を通るように、一対の電極７に対する副反射鏡４の位置が設定されているため、発光点１１Ａ，１１Ｂも副反射鏡４の光軸ＬＳと直交する平面Ｐ２内に位置する。したがって、一対の電極７が副反射鏡４の光軸ＬＳと略直交する方向に軸ズレを生じていても、副反射鏡４から戻る光は副反射鏡４の光軸ＬＳと略直交する平面Ｐ２内の他方の発光点１１Ｂの近傍に集光する。そのため、副反射鏡４から発光点１１Ｂに戻る光が電極７によって遮られる危険性が大幅に低減する。
【００３９】
また、図５（Ｂ）に示すように、副反射鏡４の反射面が球面状である場合、球面の曲率中心を照明光軸Ｌ上に設定すると、発光点１１Ａは曲率中心から離れているため、発光点１１Ａから射出された光は、副反射鏡４で反射し、他方の発光点１１Ｂからやや離れた点１１Ｃに戻ることになる。したがって、この場合には、バルブ部の形状を僅かに変えて、外表面の曲率半径を内表面の曲率半径よりも大きくすることが望ましい。そして、副反射鏡４の反射面の曲率中心位置を照明光軸Ｌの僅かに副反射鏡４寄りに設定すれば、一方の発光点１１Ａから放射され、副反射鏡４で反射した反射光を他方の発光点１１Ｂにより近い点に確実に導くことができる。
なお、副反射鏡として別体の反射鏡を発光管２と密接あるいは近接させて配置した構成の場合には、別体の反射鏡の曲率半径をバルブ部５の外表面の曲率半径よりも大きくし、副反射鏡４で反射された一方の発光点１１Ａからの光が、他方の発光点１１Ｂの極近傍に至るように、別体の反射鏡の位置や向きを設定することが望ましい。
【００４０】
図５（Ｂ）の場合も図５（Ａ）と同様、一対の電極７の各々の先端部７Ａ間を結ぶ線分が副反射鏡４の光軸ＬＳと略直交する平面Ｐ２内に位置するとともに、副反射鏡４の光軸ＬＳが線分の略中心を通るように、一対の電極７に対する副反射鏡４の位置が設定されているため、副反射鏡４から発光点に戻る光が電極７によって遮られる危険性が大幅に低減する。
【００４１】
副反射鏡４から発光点１１Ｂに戻った光は、あたかも発光点１１Ｂから放射された光の如く、主反射鏡３に入射する。このとき、主反射鏡３の光軸ＬＭは、発光管２の一対の電極７の双方の先端部７Ａが含まれる平面Ｐ２内に配置されている。したがって、副反射鏡４から一対の電極７の先端部７Ａが含まれる平面Ｐ２近傍に集光状態で戻った光は、主反射鏡３の焦点から放射された光と同様に振る舞い、発散しつつ主反射鏡３に入射して主反射鏡３で反射され、照明光軸Ｌと略平行な光となって射出される。
【００４２】
本実施形態においては、上述したように、副反射鏡４で反射された光が電極７で遮られることなく発光点の近傍に戻りやすくなる。そのため、副反射鏡４と主反射鏡３を経て所定の方向に光を効率良く射出でき、射出光量が大きく照明効率が高い光源装置１を実現できる。さらに、副反射鏡４の光軸ＬＳが一対の電極７の先端部７Ａ間の略中心を通るように、一対の電極７と副反射鏡４との位置関係を設定しているため、光度が高い発光点が電極７間で２箇所に存在している場合であっても、それらの発光点を副反射鏡４の光軸ＬＳを中心に略対称な位置に配置できる。そのため、副反射鏡４で反射された光を電極７で遮られることなく発光点に一層戻りやすくできる。
【００４３】
以上のように、アーク放電型発光管の多くでは製造に起因して発生する電極７間での軸ズレが避けられないが、そのような軸ズレを生じている発光管であっても、主反射鏡３および副反射鏡４に対して一対の電極７を適切に配置することにより、副反射鏡４からの光が一対の電極７で遮られることで生じる射出光量の低減を抑制できる。よって、副反射鏡４の採用により装置を小型化できるとともに、発光管２の導入コストを低減でき、コストパフォーマンスの高い小型の光源装置１を実現できる。
【００４４】
［プロジェクター］
以下、図８を参照しつつ本発明に係るプロジェクターの一実施形態を説明する。図８に示すように、プロジェクター５５は、照明光学系５０、液晶ライトバルブ（光変調素子）５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ、ダイクロイックプリズム５２、および投写レンズ（投射光学系）５３を備えている。照明光学系５０は、上記実施形態の光源装置１を適用したものであり、発光管５０１、主反射鏡５０２、副反射鏡５１０、フィルター５０３、照度均一化光学系５０４、偏光変換素子５０５、および重畳レンズ５０６を備えている。照明光学系５０から射出された光は、ダイクロイックミラー５０７、５０８等を経て、液晶ライトバルブ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂに入射する。
【００４５】
ダイクロイックミラー５０７、５０８は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、所定の波長帯域の色光が選択的に反射し、それ以外の波長帯域の色光が透過するようになっている。例えば、照明装置５０から射出された光源光のうち、赤色光Ｌｒがダイクロイックミラー５０７を透過するとともに、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂがダイクロイックミラー５０７で反射する。また、ダイクロイックミラー５０７で反射した緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂのうち、青色光Ｌｂがダイクロイックミラー５０８を透過し、緑色光Ｌｇがダイクロイックミラー５０８で反射する。
【００４６】
ダイクロイックミラー５０７を透過した赤色光Ｌｒは、反射ミラー５１１で反射し、平行化レンズ５１６を経て赤色光用の液晶ライトバルブ５１ｒに入射する。ダイクロイックミラー５０８で反射した緑色光Ｌｇは、平行化レンズ５１６を経て緑色光用の液晶ライトバルブ５１ｇに入射する。ダイクロイックミラー５０８を透過した青色光Ｌｃは、入射側レンズ５１４、反射ミラー５１２、リレーレンズ５１５、反射ミラー５１３を含むリレー光学系５０９、および平行化レンズ５１６を経て青色光用の液晶ライトバルブ５１ｂに入射する。
【００４７】
液晶ライトバルブ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの各々は、例えばアクティブマトリクス型の透過型の液晶パネルであり、一対の電極間に挟持された液晶層を有している。また、液晶ライトバルブ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂは、画像信号を供給する信号源に電気的に接続されている。信号源から画像信号が供給されると、電極間に電圧が印加され、この印加電圧に応じて液晶分子の方位角が制御される。これにより、入射光の偏光状態を変化させることができ、偏光状態に応じた階調の光が得られるようになっている。液晶ライトバルブ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂにより変調された赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂは、ダイクロイックプリズム５２に入射する。
【００４８】
ダイクロイックプリズム５２は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光Ｌｒが反射し緑色光Ｌｇが透過するミラー面と、青色光Ｌｂが反射し緑色光Ｌｇが透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂは、これらのミラー面で選択的に反射あるいは透過して同じ側に射出される。
これにより、３つの色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂが重ね合わされて合成光となる。この合成光は、投射レンズ５３によってスクリーン６０に拡大投射される。これにより、カラー表示の画像が得られるようになっている。
【００４９】
上記構成のプロジェクター５５においては、上記実施形態の光源装置１を含む照明光学系５０を備えているので、光利用効率が高く、照明装置５０を小型にでき、プロジェクター５５を小型にできる。また、照明光学系５０により均一な照度で液晶ライトバルブ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂを照明することができ、高品質な画像が得られるプロジェクター５５になっている。また、偏光変換素子５０５により偏光状態が揃えられた照明光により液晶ライトバルブ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂを照明するので、照明光のほとんどを用いて画像を示す光を形成することができる。したがって、光の利用効率が高められ、低消費電力のプロジェクター５５になる。
【００５０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、主反射鏡の反射面の形状を放物面状としたが、放物面に代えて、楕円面を含むその他の非球面、もしくは球面としても良い。特に楕円面とした場合には、光源装置から射出される光が平行光でなく集束光となるため、照明光をさらに小径化でき、後段の光学系における照明効率の向上や光学系の小型化に有効である。
また、主反射鏡と副反射鏡との配置方向は、図８に示すように、水平方向に限定されるものではなく、それ以外の方向に配置される形態であっても良い。例えば主反射鏡と副反射鏡とが水平方向に対峙する配置を採用した場合、バルブ部で発生した熱を円滑に空気中に放散でき、冷却が比較的容易に行えるため、熱的劣化を防止しやすい。
【００５１】
さらに、本発明の光源装置では主反射鏡が半割状であるため、主反射鏡から射出される光束の断面形状も略半円形状となる。すなわち、照明光軸Lに対して光束密度は非対称な分布を有することになる。一方、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムは、その色光分離合成特性が入射角依存性を有するため、照明光軸Lに対して非対称な密度分布を有する照明光束をこのような光学素子に入射した場合には、その非対称性に起因して分離光や合成光に明るさムラや色ムラを生じ易い。そこで、上記実施形態のプロジェクター５５において、ダイクロイックプリズム５２における色光の合成方向を含む面（換言すれば、ダイクロイックミラー５０７等における色光の分離方向を含む面、すなわち紙面が含まれる平面）と直交する方向（紙面と直交する方向）に主反射鏡と副反射鏡とが対峙する配置とすれば、分離光や合成光における明るさムラや色ムラの発生を抑制できる。その理由は、２つのダイクロイックミラー５０７，５０８やダイクロイックプリズム５２における色光分離合成特性の入射角依存性は、紙面が含まれる方向と比べて、紙面と直交する方向において小さいためである。
【００５２】
また、発光管の点灯姿勢は特に限定されず、水平方向、垂直方向のいずれであっても良い。特に垂直方向の場合には、主反射鏡の前面開口部が鉛直方向の上方を向く配置にできるため、発光管で発生した熱を円滑に空気中に放散でき、冷却が比較的容易に行えるため、熱的劣化を防止しやすい。
発光管の点灯方式は特に限定されるものではなく、直流点灯型、交流点灯型の双方に本発明を適用できる。
【００５３】
また、プロジェクターの照度均一化光学系としては、２枚のレンズアレイを用いたレンズアレイ方式や、棒状あるいは管状の導光体を用いたロッド方式を用いることができる。照明対象となる光変調素子は上記実施形態に限定されるものではなく、透過型液晶素子、反射型液晶素子、多数の微小ミラーを用いたミラーアレイ素子（例えばＤＭＤ素子）などを採用でき、これら光変調素子を照明する光源装置として、本発明の光源装置を適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…光源装置、２，５０１…発光管、３，５０２…主反射鏡（第１反射鏡）、４，５１０…副反射鏡（第２反射鏡）、７…電極、５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、５３…投写レンズ（投写光学系）、５５…プロジェクター。
【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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