(57)【要約】【課題】電極の経時変化に伴う光束の集光特性の劣化を抑制する。【解決手段】光源装置は、一対の電極（陽極１３，陰極１４）を有する放電管１０と、その放電管１０からの出射光を反射させる楕円反射鏡２１を備えている。楕円反射鏡２１が有する焦点の位置は、一対の電極間の中心位置から電極軸と平行な方向にオフセットして配置されている。放電管１０を電極の磨耗量の多い側へ電極軸と平行な方向にオフセットさせることにより、電極磨耗によって生じるアーク長変化に伴う光利用効率の減衰量は少なくなり、かつ長時間の使用後には従来の光源装置より明るくすることができる。また、放電管１０のオフセット値を最適値に設定することで、黒化や失透などによる他の放電管の明るさの劣化量を補えることが可能であり、長時間にわたって明るさを一定に保つことができ、光源装置の寿命を飛躍的に長くすることが可能となる。【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放電管と、該放電管からの出射光を反射させる反射鏡を備えた光源装置であって、前記反射鏡は焦点を有し、前記反射鏡の焦点位置は、前記一対の電極間の中心位置から、前記一対の電極を結ぶ直線となる電極軸と平行な方向にオフセットして配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、前記反射鏡の焦点位置は、前記一対の電極のうち時間当たりの磨耗量が大きい電極側へ前記オフセットして配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光源装置において、前記放電管のアーク長をＡＬ、期間ｔにおける前記一対の電極のうち一方の電極の磨耗した長さをＬａ、他方の電極の磨耗した長さをＬｃ（＜Ｌａ）、前記電極間の中心位置と前記反射鏡の焦点位置との距離をｄ、設定寿命期間をＴとし、前記放電管の中心位置と前記反射鏡の焦点位置が一致した状態から前記ｄが（Ｌａ−Ｌｃ）Ｔ／２ｔとなるようオフセットさせたことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１に記載の光源装置において、前記一対の電極は、陽極と陰極からなり、前記放電管は、直流点灯の放電管であることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の光源装置において、前記反射鏡の光軸と前記電極軸とが互いに一致していることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５記載の光源装置において、前記反射鏡は、前記放電管の一端を取り込んだ回転二次曲面によって構成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の光源装置において、前記反射鏡の光軸と前記電極軸とが互いに直交していることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源装置において、前記電極軸は、前記反射鏡の焦点を通ることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の光源装置において、前記反射鏡は、一つまたは二つ以上の非球面により構成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１に記載の光源装置において、前記放電管より前記反射鏡開口側に集光装置を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１に記載の光源装置と、該光源装置からの出射光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投影する投影装置とを備えることを特徴とする投影型表示装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の投影型表示装置において、前記変調装置は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）もしくは液晶デバイスを備えることを特徴とする投影型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管を用いた光源装置ならびに該光源装置を用いた投影型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影型表示装置は発光強度の高い光源装置を必要とし、光源装置として、メタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、あるいは高圧型の水銀ランプのように、アーク放電を発生させて照明を行う放電管が主に用いられている。特に高圧水銀ランプは発光効率が高く、アーク長を短く構成することができ、また発光輝度分布の波長依存性が小さいなどの理由により広く用いられている。放電管より出射した光は、楕円面や双極面から成る反射鏡により所望の方向へと出射され、光学系を通してスクリーン等の所望領域に投射される。
【０００３】
図７は、一般的な直流点灯方式の放電管の概略構成を示す図である。放電管８０は石英ガラス８１により構成され、中央部には楕円状または球状体の放電空間８２が設けられる。また一対の電極として陽極８３及び陰極８４が放電空間８２の中心に位置するように設けられている。電極のサイズは陽極８３と陰極８４とで異なり、一般的に熱量の高い陽極８３の方が大きく設計されている。また、一対の電極間距離はアーク長８５である。陽極８３及び陰極８４は、各々がモリブデン等からなる金属箔８６，８７に溶接され、これら金属箔８６，８７の逆端にはリード線８８，８９が溶接されている。
【０００４】
図８は、光軸に対して放電管８０を平行に配置した一般的な光源装置の概略構成を示す図である。光源装置は、石英ガラス管に一対の電極９２，９３を水平に配置した放電管８０と、放電管８０の一端を取り込んだ回転楕円面によって構成される楕円反射鏡９１等を有する。放電管８０内の一対の電極９２，９３は、楕円反射鏡９１の光軸９４上に配置される。そして電極９２，９３間の放電によって発せられた光は楕円反射鏡９１によって反射し、所望の領域へと出射される。放電管８０の発光点は、楕円反射鏡９１の焦点９５にほぼ一致するように配置されている。
【０００５】
図９は、光軸に対し放電管を垂直に配置した光源装置の概略構成を示す図である。垂直配置型光源装置では、反射鏡１０１の光軸１０２と、電極１０３，１０４を結ぶ直線である電極軸１０６とが直交し、電極１０３と電極１０４のほぼ中心が反射鏡１０１の焦点１０５に一致するように配置される。反射鏡１０１は、楕円面や双曲面、または２種以上の球面や楕円面、双曲面等の非球面が連続もしくは不連続に変化する複合面形状によって構成される。また放電管８０の電極１０３，１０４間の放電によって発せられた光は反射鏡１０１によって反射し、所望の領域へと出射される。また、所望の領域に照射するための図示しない集光装置を反射鏡１０１と共に備えたものもある。このような垂直配置型の光源装置に関する提案として、例えば特許文献１がある。
【０００６】
上記のような光源装置を用いた表示装置として、ここではＤｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ（以下、ＤＭＤとする）を用いた投影型表示装置を説明する。ＤＭＤ投影型表示装置は、基本的に放電管８０を用いた光源装置、カラーホイール、光インテグレータ、コンデンサーレンズ、反射鏡、ＤＭＤ、及び投射光学系等から構成される。上記のカラーホイールは、赤、緑、青の波長を選択的に透過反射するカラーフィルタ（ダイクロイックミラー）を備えて一定速度で回転する円盤であり、光源装置によって出射された光線がほぼ集光する位置に配置される。
【０００７】
光源装置から出射した白色光がカラーホールに入射し、カラーホイールからは一定時間間隔で赤、緑、青の光が順次出射する。カラーホイールを出射した光は、光インテグレータに入射し、均一な面強度の光線束となって出射する。そして光インテグレータを出射した光はコンデンサーレンズに入射し、平行な光線束となって出射する。この平行な光線束は、反射鏡によって反射した後ＤＭＤを用いた光学変調装置に入射し、ＤＭＤのマイクロミラー素子群によって光学変調され、その後、投射光学系により拡大投影されてスクリーン上に画像表示を行う。
【０００８】
このような投影型画像表示装置では、初期状態に比べてある一定量明るさが減衰すると光源装置を交換する必要があり、初期状態から光源装置の交換が必要になるまでの時間を光源装置の寿命としている。時間経過に伴う明るさの変化が大きい場合、光源装置の寿命はより短くなる。投影型表示装置では、明るさの持続性が高く、光源装置寿命の長いものが望まれている。
【特許文献１】特開２００３−３４７０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の光源装置及び投影型表示装置には次のような課題がある。使用する放電管は一対の電極の中心がほぼ反射鏡の焦点に位置するように配置され、光源装置より出射した光束の利用効率が最も高くなるようにするが、光源装置の使用が長期にわたると放電管の電極が磨耗し、これによりアーク長が長くなり、アークの輝度分布が変化する。アークの輝度分布が変化して輝点がずれると、光源装置の集光部におけるスポット径が大きくなるため、光インテグレータを含めた光学系での光の取り込みが悪くなり、光源装置から出射した光線の利用効率が低下するという問題があった。光利用効率の低下は、スクリーン輝度を減少させ、光源装置の寿命を短くする。特に、光源装置の小型化において、反射鏡が小型化するにつれて発光点の移動によるスポット径の変化、またはそれに伴う光の利用効率の低下は顕著になり、光源装置の寿命特性は悪くなる。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決し、電極の経時変化に伴う光束の集光特性の劣化の少ない光源装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、上記光源装置を用い、使用期間による輝点移動に伴う明るさの変化を抑制し、光源の寿命特性を改善することのできる投影型表示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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る光源装置は、一対の電極を備えた放電空間を有する放電管と、前記放電管からの出射光を希望する方向へ反射する反射鏡とを備えた光源装置であって、放電管の電極軸と反射鏡の光軸が水平または垂直のどちらに配置された場合においても、反射鏡に対し放電管を電極軸と平行な方向に電極の磨耗量の多い方へオフセットして配置させたものである。これにより、電極の磨耗によるアーク長の経時変化に伴う集光点のスポット径の変化量を軽減することができ、長期間の使用による光の急激な利用効率低下を改善できる。
【００１２】
また本発明の投影型表示装置は、上記の光源装置と、照明光学系と、照明光学系からの光を変調する光変調装置と、光変調装置によって変調された光をスクリーン等に投射する投射装置とを備えるものである。
【００１３】
以下に上記課題を解決する本発明の技術手段を個々に示す。
第１の技術手段は、一対の電極を有する放電管と、放電管からの出射光を反射させる反射鏡を備えた光源装置であって、反射鏡は焦点を有し、反射鏡の焦点位置は、一対の電極間の中心位置から、一対の電極を結ぶ直線となる電極軸と平行な方向にオフセットして配置されていることを特徴としたものである。
【００１４】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、反射鏡の焦点位置が、一対の電極のうち時間当たりの磨耗量が大きい電極側へオフセットして配置されていることを特徴としたものである。
【００１５】
第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、放電管のアーク長をＡＬ、期間ｔにおける一対の電極のうち一方の電極の磨耗した長さをＬａ、他方の電極の磨耗した長さをＬｃ（＜Ｌａ）、電極間の中心位置と反射鏡の焦点位置との距離をｄ、設定寿命期間をＴとし、放電管の中心位置と反射鏡の焦点位置が一致した状態からｄが（Ｌａ−Ｌｃ）Ｔ／２ｔとなるようオフセットさせたことを特徴としたものである。
【００１６】
第４の技術手段は、第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、上記一対の電極が、陽極と陰極からなり、放電管は、直流点灯の放電管であることを特徴としたものである。
【００１７】
第５の技術手段は、第１ないし第４のいずれか１の技術手段において、反射鏡の光軸と電極軸とが互いに一致していることを特徴としたものである。
【００１８】
第６の技術手段は、第５の技術手段において、反射鏡が、放電管の一端を取り込んだ回転二次曲面によって構成されていることを特徴としたものである。
【００１９】
第７の技術手段は、第１ないし第４のいずれか１の技術手段において、反射鏡の光軸と電極軸とが互いに直交していることを特徴としたものである。
【００２０】
第８の技術手段は、第７の技術手段において、電極軸が、反射鏡の焦点を通ることを特徴としたものである。
【００２１】
第９の技術手段は、第７または第８の技術手段において、反射鏡が、一つまたは二つ以上の非球面により構成されていることを特徴としたものである。
【００２２】
第１０の技術手段は、第７ないし第９のいずれか１の技術手段において、放電管より反射鏡開口側に集光装置を備えたことを特徴としたものである。
【００２３】
第１１の技術手段は、第１ないし第１０のいずれか１の技術手段における光源装置と、光源装置からの出射光を変調する光変調装置と、光変調装置により変調された光を投影する投影装置とを備えることを特徴とする投影型表示装置である。
【００２４】
第１２の技術手段は、第１１の技術手段において、変調装置が、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）もしくは液晶デバイスを備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光源装置によれば、放電管を電極の磨耗量の多い側へ電極軸と平行な方向にオフセットさせて配置させることにより、電極磨耗によって生じるアーク長変化に伴う光利用効率の減衰量は少なくなり、かつ長時間の使用後には従来の光源装置より明るくすることができる。また、放電管のオフセット値を最適値に設定することで、黒化や失透などによる他の放電管の明るさの劣化量を補えることが可能であり、長時間にわたって明るさを一定に保つことができ、光源装置の寿命を飛躍的に長くすることが可能である。
【００２６】
さらに、このような光源装置を投影型表示装置に適用することで長期使用による投影画像の明るさの減衰を抑制することができ、光源装置の交換期間を飛躍的に延ばすことが可能となるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態における放電管を用いた光源装置、及び投影型表示装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図で、反射鏡の光軸に対して放電管を平行に配した光源装置を示すものである。本実施の形態に用いられる放電管１０は直流点灯型の高圧水銀ランプを用いた。放電管１０は、１０００度以上の耐熱性を有する石英ガラス１１により構成され、その中央部には楕円状または球状の放電空間１２が設けられている。この放電空間１２には、蒸気圧を調節する水銀と、始動ガスとしてアルゴンガス、キセノンガス等とが封入されている。
【００２９】
また、放電空間１２の中心部に位置するように直流駆動電圧による放電を行うための一対の電極である陽極１３と陰極１４が設けられている。陽極１３及び陰極１４の電極軸１５と放電管１０の中心軸とは一致している。放電管１０の発光時には陽極１３と陰極１４とで熱量が異なるため、熱量の高い陽極１３の方が陰極１４より大きく設計されている。また陽極１３と陰極１４との電極間距離であるアーク長１６は、１.０ｍｍから１.４ｍｍ程度である。
【００３０】
陽極１３及び陰極１４は、各々放電空間１２内の気密を保つためのモリブデン等からなる金属箔１７，１８に溶接され、さらに各々金属箔１７，１８の逆端にはリード線１９，２０が溶接されて構成されている。また楕円反射鏡２１は放電管１０の一端を取り囲むように構成され、放電管１０から出射した光を所望の方向へ反射する。
【００３１】
楕円反射鏡２１は焦点を二つ有し、第一の焦点（反射鏡焦点２２）から楕円反射鏡２１に入射した光線を第二の焦点（反射鏡による集光点２３）へと反射する特性を持ち、これら二つの焦点（反射鏡焦点２２，集光点２３）を通る直線が楕円反射鏡２１の光軸２４となる。放電管１０は、その中心軸と光軸２４とが一致し、一対の電極（陽極１３，陰極１４）の中心点２５と反射鏡焦点２２との距離がｄとなるように、光軸２４と平行な方向へオフセットさせて配置されている。
【００３２】
放電管１０をオフセットさせる向きは放電管１０の２つの電極（陽極１３，陰極１４）の磨耗の速さによって異なり、時間当たりの磨耗の大きい電極側にオフセットさせる。入射光を均一化する光インテグレータ２６は、その軸方向の中心が楕円反射鏡２１の光軸２４に一致し、その入射面２６ｐが楕円反射鏡２１による集光点２３付近に一致するように配置されている。光インテグレータ２６に入射した光は、その内壁で全反射を含む多重反射し、その出射面２６ｑからほぼ均一な強度の光線束となって出射する。
【００３３】
以下に上記の光源装置の動作について説明する。陽極１３と陰極１４間の放電により発生した光は放電管１０を透過し、楕円反射鏡２１に入射する。放電管１０は反射鏡焦点２２付近に設置されているため、楕円反射鏡２１に入射した光は楕円反射鏡２１の第二の焦点である集光点２３に向かって出射する。光インテグレータ２６の入射面２６ｐは集光点２３付近に設置されており、楕円反射鏡２１より反射された光は光インテグレータ２６へと入射する。
【００３４】
アーク放電によって陽極１３と陰極１４間で発光した光は点光源ではなく、強度分布を有した幅を持つため、楕円反射鏡２１の集光点２３上で一点に集光するのではなく、ある集光スポット径をもつ。このスポット径はアーク長１６と結像倍率により定まる。放電管１０の電極（陽極１３，陰極１４）は点灯時間と共に磨耗し、アーク長１６が長くなる。そしてアーク長１６の変化に伴い輝点の位置がずれるため、スポット径が変化し、光インテグレータ２６への入射光束は変化する。放電管１０は、このアーク長１６の変化とスポット径の変化とを考慮してオフセットして配置されているため、アーク長１６の経時変化による光インテグレータ２６への入射光束の減衰量が少なくなる。また、光利用効率の減衰が少ないため、経時変化後の光利用効率はオフセットする前と比較して高くなる。
【００３５】
図１の構成を基にして、光インテグレータの入射面における入射光束の試算を行う。図２は、放電管１０からの出射光束に対する光インテグレータの光利用効率の変化の一例を示す図で、初期状態から１万時間後までの光利用効率の変化を、オフセットさせない光源装置の初期状態に対する相対値として示すものである。図２において、Iは放電管１０をオフセットさせない従来の光源装置を用いたときの光利用効率の変化を示し、IIは本発明に係る光源装置を用いたときの
の光利用効率の変化を示すものである。
【００３６】
放電管１０は略楕円形状で、放電管１０の径はφ９.６ｍｍ、最大肉厚は２.４ｍｍである。またアーク長１６は初期状態で１.０５ｍｍ、１万時間後で１.４５ｍｍとしている。電極磨耗は陽極１３側で発生し、放電管１０のオフセットは磨耗量の多い陽極１３側へ設けた。楕円反射鏡２１の反射面は楕円面であり、その焦点間距離は５０.５ｍｍ、開口部は３８×３８ｍｍである。また光インテグレータ２６の入射面２６ｐは４×３ｍｍの矩形形状を有している。図２に示すように、放電管１０をオフセットして配置して初期の光利用効率を落とすことにより、電極磨耗による光利用効率の減衰量は少なくなり、かつ長時間の点灯後には、オフセットした構成（II）の方が従来の構成（I）より明るさも大きくなることがわかる。
【００３７】
図３は、電極磨耗後の光インテグレータの光利用効率とオフセット量との関係を示す図で、オフセット距離ｄのときの光利用効率をオフセット量０（従来の構成）に対する相対値として示すものである。ここでは電極磨耗を０.４ｍｍとしている。
一対の電極（陽極１３，陰極１４）のうち一方の電極が期間ｔにおいて磨耗した長さをＬａ、他方の電極の磨耗した長さをＬｃ（＜Ｌａ）、設定寿命期間をＴとした場合、オフセットしない場合に比べて磨耗後の入射効率はｄ＝(Ｌａ−Ｌｃ)Ｔ／２ｔ＝０.２ｍｍ付近で最も向上し、約３％の改善が見られた。ただし、ここでは、Ｌａ＝０.４ｍｍ、Ｌｃ＝０ｍｍ、Ｔ＝ｔ＝１００００時間としている。
【００３８】
以上のように、陽極１３，陰極１４の中心点２５と楕円反射鏡２１の焦点２２とを電極の電極軸１５と平行な方向にオフセットして配置した光源装置により、電極の経時変化後の光利用効率を向上させることができた。
【００３９】
また上記実施の形態においては陽極１３が経時変化するものとしたが、陰極１４の磨耗の方が大きい場合もあり、そのときは放電管１０を陰極１４側へオフセットさせた配置となる。両電極の磨耗が起こる場合においても磨耗の大きい方へオフセットさせた配置となる。電極の磨耗はその電極にかかる熱量と電極の持つ熱容量によって変化し、そのため、電極の単位時間当たりの磨耗量は一対の電極それぞれの材質・大きさによって異なる。これらの要因によって電極の磨耗長の大きいほうで、放電管１０をオフセットさせる。これは下記の第２の実施の形態においても同様である。
【００４０】
図４は、光インテグレータの光利用効率の経時変化を示す図、経時変化後の光束を初期状態に対する相対値として示すものである。ここでは、オフセット量として、０〜０.５ｍｍまでの複数点について経時変化時の光利用効率を確認した。図４に示すように、オフセット値ｄが大きくなるほど、経時変化後の光利用効率がそれぞれの初期値より大きくなっていることがわかる。放電管１０では、アーク長１６の変化による劣化の他にも、磨耗した電極（陽極１３，陰極１４）の成分が放電管１０の内壁に付着することによって起こる黒化や、石英ガラス１１が高温に晒されることで生じる結晶化現象により白濁する失透などによって明るさの劣化が起こる。放電管１０の明るさが十分ある場合、アーク長１６以外の要因で起こる明るさの劣化量に合わせるようにオフセット距離ｄを最適値に設定することで、長時間にわたって明るさを一定にすることが可能である。これにより長寿命な光源装置を構成することができる。
【００４１】
なお上記実施の形態では放電管１０に高圧水銀ランプを用いているが、メタルハライドランプやキセノンショートアークランプでもよい。また楕円反射鏡２１においても、楕円面のかわりに双曲面を含めた非球面形状を適用してもよい。また、放電管１０の設置方向においても、陽極１３、陰極１４のどちら側を楕円開口面側に向けて設置してもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図で、反射鏡の光軸に対して放電管５０を垂直に配した光源装置を示すものである。本実施の形態に用いられる放電管５０としては図１と同様に直流点灯式の高圧水銀ランプを用いた。放電管５０は、１０００度以上の耐熱性のある石英ガラス５１により構成され、その中央部には楕円体または球状体の放電空間５２が設けられている。そしてその放電空間５２には蒸気圧を調節する水銀と、始動ガスとしてアルゴンガス、キセノンガス等とが封入されている。
【００４３】
また放電空間５２の中心部に位置するように直流駆動電圧による放電を行うための一対の電極である陽極５３と陰極５４とが設けられている。陽極５３及び陰極５４の電極軸５５と放電管５０の中心軸とは一致する。放電管５０の発光時には陽極５３と陰極５４とで熱量が異なるため、熱量の高い陽極５４の方が陰極５４より大きく設計されている。また陽極５３と陰極５４との電極間距離であるアーク長５６は、１.０ｍｍから１.４ｍｍ程度である。
【００４４】
陽極５３及び陰極５４は、各々放電空間５２内の気密を保つためのモリブデン等からなる金属箔５７，５８に溶接され、さらに各々金属箔５７，５８の逆端にはリード線５９，６０が溶接されて構成されている。楕円反射鏡６１は放電管５０の両端を突出させるように構成され、放電管５０から出射した光を所望の方向へ反射する。楕円反射鏡６１は焦点を二つ有し、一方の焦点（反射鏡焦点６２）から楕円反射鏡６１に入射した光線は他方の焦点（反射鏡による集光点６３）へと反射する特性を持つ。
【００４５】
なお、反射面が楕円形状の楕円反射鏡６１のかわりに、一つの非球面形状または二種以上の非球面が連続的もしくは非連続的である形状の反射鏡を用いてもよい。また発光部からの出射光のうち、楕円反射鏡６１を照射しない成分を所望の方向、領域へ照射するためのレンズ等の集光装置を楕円反射鏡６１と共に配置してもよい。放電管５０は、その中心軸が楕円反射鏡６１の反射鏡焦点６２を通るように配置され、かつ楕円反射鏡６１の二つの焦点を通る光軸６４と、放電管５０の中心軸とが垂直になるように配置されている。
【００４６】
陽極５３及び陰極５４の中心点６５は、楕円反射鏡６１の焦点６２に対して、電極軸５５と平行な方向へ距離ｄだけオフセットされて配置されている。オフセットさせる向きは放電管５０の２つの電極（陽極５３，陰極５４）の磨耗の速さによって異なり、時間当たりの磨耗の大きい電極側にオフセットさせる。入射した光を均一化する光インテグレータ６６の軸方向の中心は、反射鏡の光軸６４と一致し、その入射面６６ｐが楕円反射鏡６１による集光点６３付近に一致するように配置される。光インテグレータ６６に入射した光は、その内壁で全反射を含む多重反射することで、その出射面６６ｑからほぼ均一な強度の光線束となって出射する。なお上記実施の形態では放電管５０に高圧水銀ランプを用いているが、メタルハライドランプやキセノンショートアークランプでもよい。
【００４７】
以下に上記の光源装置の動作について説明する。陽極５３と陰極５４間の放電により発生した光は放電管５０を透過し、楕円反射鏡６１に入射する。放電管５０は反射鏡焦点６２付近に設置されているため、楕円反射鏡６１に入射した光は、楕円反射鏡６１の片方の焦点である集光点６３に向かって出射する。光インテグレータ６６の入射面６６ｐは集光点６３付近に設置されており、楕円反射鏡６１で反射した光は、光インテグレータ６６へと入射する。
【００４８】
アーク放電によって陽極５３と陰極５４間で発光した光は点光源ではなく、強度分布を有した幅を持つため、楕円反射鏡６１の集光点６３上で一点に集光するのではなく、ある集光スポット径をもつ。このスポット径はアーク長５６によって大きく変化する。放電管５０の電極（陽極５３，陰極５４）は使用期間と共に磨耗し、アーク長５６は長くなる。アーク長５６の変化に伴い輝点の位置がずれるため、スポット径が変化し、光インテグレータ６６への入射光束は変化する。放電管５０は、このアーク長５６の変化とスポット径の変化を考慮してオフセットして配置されているため、アーク長５６の経時変化による光インテグレータ６６への入射光束の減衰量が少なくなる。これにより上記第１の実施の形態と同様な結果が得られ、光利用効率の減衰が少なく、経時変化後の光利用効率はオフセットする前と比較して高くなる。そのため、長寿命な光源装置を構成できる。
【００４９】
上記説明した本発明の第１及び第２の実施の形態において、放電管を反射鏡の光軸に対して平行または垂直に配置した場合について説明したが、放電管の配置方向は光軸に対してどのような角度で配置してもよい。
【００５０】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の光源装置を適用した投影型表示装置の実施の形態を示す図である。光源装置７０は、放電管７１、及び楕円反射鏡７２より構成される。投影型表示装置は、光源装置７０、カラーホイール７３、光インテグレータ７４、コンデンサーレンズ７５、反射鏡７６、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）７７、及び投射レンズ７８を有して構成されている。
【００５１】
以下に上記投影型表示装置の動作について説明する。光源装置７０の放電管７１から出射した光線は楕円反射鏡７２に入射し、光インテグレータ７４の入射面７４ｐ付近に集光する。この光インテグレータ７４は、その入射面７４ｐと出射面７４ｑが矩形の柱状ガラスまたは中空状で、内壁がミラーで構成された柱状体であり、光インテグレータ７４に入射した光は全反射等の多重反射を繰り返し出射面７４ｑまで伝播され、入射面７４ｐでは不均一な光束が出射面７４ｑでは均一な光束となる。
【００５２】
また光インテグレータ７４の入射面７４ｐの前方には、円盤形状で、周方向に配列した赤、緑、青のフィルタを備えたカラーホイール７３が設けられている。そして光源装置から出射した光は各フィルタを透過し、カラーホイール７３が回転することで各フィルタの色に応じた光が時系列的に光インテグレータ７４に入射する。光インテグレータ７４によって均一化された光は、コンデンサーレンズ７５、及び反射鏡７６によって各画素に相当するマイクロミラー素子を備えた表示デバイスであるＤＭＤ７７へと入射する。ＤＭＤ７７へ入射した光は、ＤＭＤ７７のマイクロミラー素子によって光学変調され、変調された光は投射レンズ７８によって拡大されてスクリーン上へ投射される。ＤＭＤ７７のマイクロミラーは、投影レンズに対して入射光を反射または非反射させて、赤、緑、青の各フィルタにより形成された各色光の光像を形成する。
【００５３】
光源装置７０において、放電管７１は、電極軸方向に磨耗度の高い電極側へオフセットさせている。投影型表示装置の使用時間の経過に伴って電極は磨耗し、アーク長は長くなる。アーク長の変化によって光源装置より出射した光が光インテグレータに入射する効率は大きく変化するが、放電管７１を前記のようにオフセットさせて配置しているため、入射効率は大きく減衰しない。そのため、電極の経時変化に伴って生じる投射形成された光像の明るさの劣化を改善することができる。
【００５４】
以上のように、磨耗量の大きい電極側へ放電管を電極軸方向にオフセットして配置した光源装置を用いることにより、長寿命な投影型表示装置を構成することができる。
【００５５】
上記実施の形態では、本発明に関わる光源装置を適用する表示デバイスとして、ＤＭＤを用いた投影型表示装置について説明したが、液晶デバイス等を用いた表示デバイスであってもよい。また、カラーホイール７３と光インテグレータ７４の配置の順序は逆であってもよい。また、上記光学装置は、フロント投射型のみではなくリア投射型表示装置などに幅広く適用することができる。
【００５６】
以上、本発明の最良の実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。
【図２】放電管からの出射光束に対する光インテグレータの光利用効率の変化の一例を示す図である。
【図３】電極磨耗後の光インテグレータの光利用効率とオフセット量との関係を示す図である。
【図４】光インテグレータの光利用効率の経時変化を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の光源装置を適用した投影型表示装置の実施の形態を示す図である。
【図７】一般的な直流点灯方式の放電管の概略構成を示す図である。
【図８】光軸に対して放電管を平行に配置した一般的な光源装置の概略構成を示す図である。
【図９】光軸に対し放電管を垂直に配置した光源装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…放電管、１１…石英ガラス、１２…放電空間、１３…陽極、１４…陰極、１５…電極軸、１６…アーク長、１７，１８…金属箔、１９，２０…リード線、２１…楕円反射鏡、２２…反射鏡焦点、２３…集光点、２４…光軸、２５…中心点、２６…光インテグレータ、２６ｐ…入射面、２６ｑ…出射面、５０…放電管、５１…石英ガラス、５２…放電空間、５３…陽極、５４…陰極、５５…電極軸、５６…アーク長、５７，５８…金属箔、５９，６０…リード線、６１…楕円反射鏡、６２…反射鏡焦点、６３…集光点、６４…光軸、６５…中心点、６６…光インテグレータ、６６ｐ…入射面、６６ｑ…出射面、７０…光源装置、７１…放電管、７２…楕円反射鏡、７３…カラーホイール、７４…光インテグレータ、７４ｐ…入射面、７４ｑ…出射面、７５…コンデンサーレンズ、７６…反射鏡、７７…ＤＭＤ、７８…投射レンズ、８０…放電管、８１…石英ガラス、８２…放電空間、８３…陽極、８４…陰極、８５…アーク長、８６，８７…金属箔、８８，８９…リード線、９１…楕円反射鏡、９２，９３…電極、９４…光軸、９５…焦点、１０１…反射鏡、１０２…光軸、１０３…電極、１０４…電極、１０５…焦点、１０６…電極軸。
【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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