(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間内に一対の電極を有する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを取り囲む凹面反射鏡と、赤色波長域のレーザ光を出射するレーザ光源とを有する放電ランプ装置において、
前記高圧放電ランプは、放電空間における水銀の封入量が０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上であり、
前記レーザ光源は、当該レーザ光源から出射されるレーザ光が、当該レーザ光を発散させる発散用レンズと、この発散用レンズにより発散されたレーザ光を前記高圧放電ランプにおける一対の電極間に集光させる集光レンズとよりなる集光光学系を介して、前記高圧放電ランプにおける放電空間を通過するよう配置されていることを特徴とする放電ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ装置に関し、特に、プロジェクタや映写機などの投射型表示装置の光源として用いられる放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタや映写機などの光源として用いられる放電ランプ装置は、発光源となる高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを取り囲む凹面反射鏡とにより構成される。凹面反射鏡の光放射方向前方側には、インテグレータレンズや反射ミラーなどの光学系、およびＤＬＰ（登録商標）や液晶パネルなどの空間変調素子が設けられており、これにより、高圧放電ランプよりの光がスクリーンなどに対して投射され、スクリーン上に映像が投影される。
【０００３】
一般に、スクリーン上において色再現性の優れた映像を投影させるためには、ＲＧＢの色バランスに優れた発光スペクトルを有する光源が必要とされる。
しかしながら、超高圧水銀ランプよりなる高圧放電ランプは、相対的に緑色成分の光強度が高い一方で、赤色成分の光強度が低いため、全体としてＲＧＢの色バランスに優れた発光スペクトルを有するものではなく、当該高圧放電ランプを光源として用いる場合においては、スクリーン上に投影される映像の色再現性が低いという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１では、赤色波長域のレーザ光を出射するレーザ光源を高圧放電ランプとは別個に設け、当該レーザ光源から出射されるレーザ光を高圧放電ランプの放射光に合成する放電ランプ装置が提案されている。
この放電ランプ装置は、凹面反射鏡の光放射方向前方側にレーザ光源を配置し、当該凹面反射鏡の中心軸（光軸）に沿った光路上において当該レーザ光源から出射されるレーザ光を高圧放電ランプの放射光に合成させるものであり、これにより、高圧放電ランプの放射光に対して赤色光を発光するレーザ光が加わるため、赤色成分の光強度を補うことができる。従って、ＲＧＢの色バランスに優れた発光スペクトルを有する光源を得ることができ、このような光源を投射型表示装置の光源として用いた場合においては、スクリーン上において色再現性の優れた映像が投影されることとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ光源から出射されるレーザ光は、高圧放電ランプの放射光に比べてコヒーレンスの程度が高いため、当該レーザ光の干渉に起因して、スクリーン上において、「スペックルノイズ」と称される、ギラギラとしたチラツキが生ずる現象が生じ、投影される映像の画質が低下するという問題が新たに生じた。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、光源として高圧放電ランプとレーザ光源とを有する放電ランプ装置において、スクリーン上において色再現性の優れた映像が投影されるものでありながら、スペックルノイズを低減することのできる放電ランプ装置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】
【０００８】
本発明の放電ランプ装置は、放電空間内に一対の電極を有する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを取り囲む凹面反射鏡と、赤色波長域のレーザ光を出射するレーザ光源とを有する放電ランプ装置において、
前記高圧放電ランプは、放電空間における水銀の封入量が０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上であり、
前記レーザ光源は、当該レーザ光源から出射されるレーザ光が、当該レーザ光を発散させる発散用レンズと、この発散用レンズにより発散されたレーザ光を前記高圧放電ランプにおける一対の電極間に集光させる集光レンズとよりなる集光光学系を介して、前記高圧放電ランプにおける放電空間を通過するよう配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の放電ランプ装置によれば、高圧放電ランプと赤色波長域のレーザ光を出射するレーザ光源とを併用することにより、赤色成分の光強度を補うことができ、従って、ＲＧＢの色バランスに優れた発光スペクトルを有するものとなり、しかも、レーザ光源が、レーザ光が放電空間を通過するよう配置されることにより、当該レーザ光が高圧放電ランプの容器壁などを透過することとなるので、レーザ光のコヒーレンスの程度が低減されたものとなり、従って、当該放電ランプ装置を例えばプロジェクタや映写機などの投射型表示装置の光源として用いた場合においては、スクリーン上において色再現性の優れた映像が投影されるものでありながら、スペックルノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の放電ランプ装置を備えた投射型表示装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】本発明の放電ランプ装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図３】本発明の放電ランプ装置を備えた投射型表示装置の他の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の放電ランプ装置を備えた投射型表示装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図２は、本発明の放電ランプ装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この投射型表示装置は、空間変調素子として液晶パネルを用いるものであって、放電ランプ装置１と、この放電ランプ装置１から放射された光を均一な輝度の光として出射する、レンズが互いに向き合うように配置された第１インテクレータレンズ２および第２インテクレータレンズ３と、この第２インテグレータレンズ３からの光を偏光成分によって分離させる偏光ビームスプリッター４と、この偏光ビームスプリッター４から出射される光が第１コンデンサレンズ５および第２コンデンサレンズ６を介して入射されて映像を形成する液晶パネルよりなる空間変調素子７と、この空間変調素子７において変調されて形成された映像光をスクリーン（図示せず）上に拡大投射する投射レンズ８とを備えている。
【００１７】
この実施の形態に係る放電ランプ装置１は、放電空間Ｓ内に一対の電極１３Ａ，１３Ｂを有する高圧放電ランプ１０と、この高圧放電ランプ１０を取り囲む凹面反射鏡２０と、この凹面反射鏡２０の光放射方向に対して一対の電極１３Ａ，１３Ｂ間より後方側に、レーザ光が凹面反射鏡２０を通過して放電空間Ｓに入射されるよう配置されたレーザ光源３０とを備えている。
【００１８】
この放電ランプ装置１には、レーザ光源３０から出射されたレーザ光を発散させる発散用レンズ３２と、この発散用レンズ３２により発散されたレーザ光を高圧放電ランプ１０における一対の電極１３Ａ，１３Ｂ間に集光させる集光レンズ３１とよりなる集光光学系が、レーザ光源３０と凹面反射鏡２０との間に設けられている。
【００１９】
高圧放電ランプ１０は、例えばショートアーク型の超高圧水銀ランプよりなり、放電空間Ｓを形成する例えば楕円球状の発光管部１１と、この発光管部１１の両端に連続するロッド状の封止管部１２とを有する、例えば石英ガラスよりなる放電容器１５を備えている。
【００２０】
発光管部１１の内部には、放電容器１５の管軸に沿って互いに対向配置された、例えばタングステンよりなる一対の電極１３Ａ，１３Ｂが設けられていると共に、発光物質としての水銀のほか、希ガスおよびハロゲンガスが封入されている。
発光管部１１の内部に封入される水銀は、必要な可視光波長、例えば波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのものであり、その封入量は、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上とされる。
発光管部１１の内部に封入される希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであり、その封入圧は、例えば５〜５０ｋＰａとされる。また、希ガスとしては、アルゴンガスなどを好適に用いることができる。
発光管部１１の内部に封入されるハロゲンガスは、発光管部１１内においてハロゲンサイクルを形成すると共に、これにより、電極１３の構成材料であるタングステンが放電容器１５の内壁に付着することを防止するためのものであり、その封入量は、例えば２．０×１０-4〜７．０×１０-3μｍｏｌ／ｍｍ3 とされる。ハロゲンガスとしては、臭素などを好適に用いることができる。
【００２１】
各々の電極１３Ａ，１３Ｂは、封止管部１２内において気密に埋設された金属箔１６を介して外部リード１４に電気的に接続されている。
【００２２】
この高圧放電ランプ１０の一構成例を示すと、放電容器１５の最大外径（発光管部１１の最大外径）が１２．０ｍｍ、電極１３Ａ，１３Ｂ間距離が１．２ｍｍ、発光管部１１の内容積が１２４ｍｍ3 、管壁負荷が３．５Ｗ／ｍｍ2 、定格電圧が８５Ｖ、定格電力が３３０Ｗである。
【００２３】
凹面反射鏡２０は、例えば硼珪酸ガラスよりなり、内表面に放物面状の反射面２１Ａを有する反射部２１と、この反射部２１の光放射方向後方側に連続して凹面反射鏡２０の光軸Ｌ方向外方に伸びる筒状頸部２２と、反射部２１の光放射方向前方側の開口部に形成された、凹面反射鏡２０の光軸Ｌ方向に垂直な面方向に突出するフランジ部２３とを有する凹状の基材により構成される。
凹面反射鏡２０は、高圧放電ランプ１０の一方の封止管部１２が筒状頸部２２内に挿通されて放電容器１５の管軸が凹面反射鏡２０の光軸Ｌと一致すると共に、当該凹面反射鏡２０の焦点位置が高圧放電ランプ１０のアーク輝点、具体的には一対の電極１３Ａ，１３Ｂ間に一致するよう配置され、この状態において、一方の封止管部１２の外周面と筒状頸部２２の内周面との間に形成される間隙に充填された接着剤２５によって保持固定されている。
【００２４】
反射部２１における反射面２１Ａは、波長選択特性を有する誘電体多層膜２０ａが形成されて構成されている。この例の誘電体多層膜２０ａは、例えば可視光を反射すると共に赤外光を透過するものであって、シリカ（ＳｉＯ2 ）層とチタニア（ＴｉＯ2 ）層が交互に積層されてなるものである。
誘電体多層膜２０ａの膜厚は、例えば５００ｎｍ以上５０μｍ以下である。
【００２５】
誘電体多層膜２０ａには、レーザ光源３０から出射されるレーザ光が透過されるよう膜透過部Ａが形成されている。この膜透過部Ａにおいては、レーザ光源３０から出射されるレーザ光を透過し、その他の光が反射されるよう構成されている。
【００２６】
レーザ光源３０は、当該レーザ光源３０から出射されるレーザ光が、高圧放電ランプ１０における放電空間Ｓを通過するよう配置されており、具体的には、レーザ光源３０は、当該レーザ光源３０から出射されるレーザ光が、集光レンズ３１により高圧放電ランプ１０のアーク輝点、すなわち一対の電極１３Ａ，１３Ｂ間に集光されるよう配置されている。
また、レーザ光源３０は、当該レーザ光源３０から出射されるレーザ光が、凹面反射鏡２０の光放射方向に対して一対の電極１３Ａ，１３Ｂ間より後方側から、凹面反射鏡２０を通過して高圧放電ランプ１０における放電空間Ｓに入射されるよう配置されることが好ましい。このように配置されることにより、凹面反射鏡２０における反射面２１Ａの犠牲領域、すなわち膜透過部Ａの領域を小さいものとすることができ、高圧放電ランプ１０の放射光を十分に反射することができる。
【００２７】
レーザ光源３０は、赤色波長域のレーザ光を出射するものであり、例えば波長６３０〜６６０ｎｍのレーザ光を出射するものであることが好ましい。この例におけるレーザ光源３０は、例えばレーザ光のピーク波長が６３９ｎｍ、半値幅が３ｎｍである半導体レーザである。
【００２８】
発散用レンズ３２は、レーザ光源３０から出射されたレーザ光が発散されるものであれば特に限定されず、凸レンズおよび凹レンズなどを用いることができる。
【００２９】
この放電ランプ装置１においては、高圧放電ランプ１０から放射された光は、直接または反射部２１の反射面２１Ａに反射されて略平行光として光放射面２４から放射され、レーザ光源３０から出射されたレーザ光は、発散用レンズ３２および集光レンズ３１により発散光が集光されて、凹面反射鏡２０における基材の基材壁および膜透過部Ａを透過し、そして、高圧放電ランプ１０の放電容器１５の容器壁を透過して一対の電極１３Ａ，１３Ｂ間を通過し、凹面反射鏡２０における反射部２１の反射面２１Ａに反射されて、高圧放電ランプ１０の放射光と合成されて、略平行光として光放射面２４から放射される。
【００３０】
従って、この放電ランプ装置１によれば、高圧放電ランプ１０と赤色波長域のレーザ光を出射するレーザ光源３０とを併用することにより、赤色成分の光強度を補うことができ、従って、ＲＧＢの色バランスに優れた発光スペクトルを有するものとなり、しかも、レーザ光源３０が、レーザ光が放電空間Ｓを通過するよう配置されることにより、当該レーザ光が高圧放電ランプ１０の容器壁などを透過することとなり、レーザ光に位相差が生じてレーザ光の干渉の程度が低減されたものとなり、従って、当該放電ランプ装置を例えばプロジェクタや映写機などの投射型表示装置の光源として用いた場合においては、スクリーン上において色再現性の優れた映像が投影されるものでありながら、スペックルノイズを低減することができる。
【００３１】
また、本発明の放電ランプ装置は、図３に示すように、空間変調素子としてＤＬＰ（登録商標）を用いる投射型表示装置に備える構成とすることもできる。
この投射型表示装置は、放電ランプ装置１と、この放電ランプ装置１から放射された光が入射されるカラーホイール４０と、このカラーホイール４０を透過した光が入射するロッドレンズ４１と、このロッドレンズ４１の出力光を受けるインテグレータレンズ４２と、その出力光を受光する空間変調素子（ＤＬＰ（登録商標））４３と、この空間変調素子４３から出射された光をスクリーン（図示せず）上に投射する投射レンズ４４とより構成される。
【００３２】
放電ランプ装置１は、凹面反射鏡２０の光放射方向前方側の開口部がガラス部材４５により塞がれている。このガラス部材４５は、例えば紫外光や赤外光など投射させたくない光を遮光する機能を有する。
【００３３】
放電ランプ装置１のガラス部材４５とカラーホイール４０との間には、特定の波長光を透過するフィルター４６が設けられており、このフィルター４６はカラーホイール４０とともに回転駆動される。
カラーホイール４０には、ＲＧＢＷのセグメントが形成されており、時間分割的に着色された光がロッドレンズ４１に入射される。
【００３４】
このような投射型表示装置によれば、赤色成分の光強度が補強された放電ランプ装置１を光源として用いることにより、スクリーン上において色再現性の優れた映像が投影されるものでありながら、スペックルノイズを低減することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、放電ランプ装置は、レーザ光源を複数個設ける構成とすることができる。
また例えば、レーザ光源は、当該レーザ光源から出射されるレーザ光が高圧放電ランプの放電空間を通過するように配置されていればよく、凹面反射鏡の光放射方向に対して一対の電極間より前方側から入射されるよう配置されていてもよい。
さらに例えば、凹面反射鏡においては、反射面が楕円面状であってもよい。また、凹面反射鏡は、当該凹面反射鏡を構成する基材が、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅またはこれらの合金などの金属よりなるものであってもよく、この場合においては、レーザ光源から出射されるレーザ光が通過できるよう凹面反射鏡の一部に切欠きまたは穴を設ける構成とすることができる。
【００３６】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００３７】
〔実験例１〕
図２に示す放電ランプ装置を用いて、スクリーン上に高圧放電ランプ（１０）の放射光およびレーザ光源（３０）のレーザ光を投射させてその投影状態を確認した。なお、この実験例では、便宜上、液晶パネルやＤＬＰ（登録商標）、その他各種の光学部品を用いず、放電ランプ装置（１）の前面開口部（光放射面２４）に遮光性の板を配置して、この板におけるレーザ光の集光位置に小穴を開けて、当該小穴を通過した光のみをスクリーン上に投射させた。なお、レーザ光源（３０）から出射されるレーザ光が、凹面反射鏡（２０）の光放射方向に対して一対の電極（１３Ａ，１３Ｂ）間より後方側から入射するように、凹面反射鏡（２０）に穴を形成した。
実験手順としては、まず、高圧放電ランプ（１０）を点灯させずレーザ光源（３０）のみを点灯させてスクリーンにおける投射状態を観察し、次に、レーザ光源（３０）を点灯させた状態で高圧放電ランプ（１０）も点灯させ、高圧放電ランプ（１）が安定した状態（約５分経過後）にて再びスクリーン上の投射状態を観察した。
なお、実験は、高圧放電ランプ（１０）としては、電極間距離０．９ｍｍ、定格点灯電力２７５Ｗの交流点灯型放電ランプを用い、また、レーザ光源（３０）としては、発振波６３２．８ｎｍ、出力１５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザを用いた。
【００３８】
〔実験例２〕
実験例１において、レーザ光が一対の電極（１３Ａ，１３Ｂ）間に垂直に入射するように凹面反射鏡（２０）に穴を形成したことの他は同様にして実験を行った。
【００３９】
〔実験例３〕
実験例１において、レーザ光が、凹面反射鏡（２０）の光放射方向に対して一対の電極（１３Ａ，１３Ｂ）間より前方側から入射するように、凹面反射鏡（２０）に穴を形成したことの他は同様にして実験を行った。
【００４０】
実験例１〜３の結果、レーザ光源（３０）のみを点灯させてスクリーンにレーザ光を投射させた場合においては、目視で確認できるレベルでスペックルノイズが発生したのに対し、高圧放電ランプ（１０）を併せて点灯させた場合においては、目視では確認できないレベルにまでスペックルノイズが減少した。
これは凹面反射鏡（２０）におけるレーザ光の入射方向に関わらず、全てのケースにおいて同様の結果が確認された。
【符号の説明】
【００４１】
１      放電ランプ装置
２      第１インテグレータレンズ
３      第２インテグレータレンズ
４      偏光ビームスプリッター
５      第１コンデンサレンズ
６      第２コンデンサレンズ
７      空間変調素子
８      投射レンズ
１０    高圧放電ランプ
１１    発光管部
１２    封止管部
１３Ａ  電極
１３Ｂ  電極
１４    外部リード
１５    放電容器
１６    金属箔
２０    凹面反射鏡
２０ａ  誘電体多層膜
２１    反射部
２１Ａ  反射面
２２    筒状頸部
２３    フランジ部
２４    光放射面
２５    接着剤
３０    レーザ光源
３１    集光レンズ
３２    発散用レンズ
４０    カラーホイール
４１    ロッドレンズ
４２    インテグレータレンズ
４３    空間変調素子
４４    投射レンズ
４５    ガラス部材
４６    フィルター
Ａ      膜透過部
Ｌ      凹面反射鏡の光軸
Ｓ      放電空間
【図１】
0005553042.tif 000002
【図２】
0005553042.tif 000003
【図３】
0005553042.tif 000004