(57)【要約】【課題】高い輝度の光を実現することができる光源装置およびこれを備えた投写型表示装置を提供する。【解決手段】光源装置１は、光源２と、反射鏡３と、レンズ４と、反射部５とを有している。光源２は、発光部６と、発光部６を取り囲み、発光部６で発生した光を透過させる光透過部７とを備えている。反射鏡３は、回転対称形に形成され、光出射方向に向けて徐々に開口面積が増加する内側空間を有し、光透過部７が内側空間に収納されるとともに、発光部６から発せられた光を回転対称形の回転対称軸と平行な方向に反射させる。レンズ４は、光透過部７よりも光出射方向側に設けられ、発光部６から発せられた光を反射鏡３の回転対称軸と平行な方向に屈折させる。反射部５は、光透過部７よりも光出射方向の反対側であって、発光部６を略中心とする球面の一部として形成されて、発光部６から発せられた光を反射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、該発光部を取り囲み、該発光部で発生した光を透過させる光透過部と、光出射方向と反対側の方向に該光透過部から直線状に延び、該発光部に位置した一方の電極の先端部以外の部分を封止している第１の延出部と、該発光部から見て該第１の延出部の反対側に該光透過部から直線状に延び、該一方の電極に対向したもう一方の電極の先端部以外の部分を封止している第２の延出部と、を備えた光源と、
回転対称形に形成され、光出射方向に向けて徐々に開口面積が増加する内側空間を有し、前記光透過部が該内側空間に収納されるとともに、前記発光部から発せられた光を該回転対称形の回転対称軸と平行な方向または該回転対称軸へ向かい収束する方向に反射させ、前記第１の延出部が延びている方向と前記第２の延出部が延びている方向と該回転対称軸とが同一線上に在る反射鏡と、
前記光透過部よりも光出射方向側に設けられ、前記発光部から発せられた光を前記回転対称軸と平行な方向または該回転対称軸へ向かい収束する方向に屈折させる光屈折手段と、
前記光透過部よりも光出射方向の反対側であって、前記発光部を略中心とする球面の一部として形成されて、該発光部から発せられた光を反射する光反射手段と、
を有する光源装置。
【請求項２】
前記光透過部は略球形であり、前記発光部は該光透過部の中心およびその近傍に位置している、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光反射手段は、前記光透過部の外表面に設けられた反射部である、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光反射手段は、前記反射鏡の一部として設けられた球状部である、請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光屈折手段は、前記発光部から発せられた光が入射する入射面および該入射面に入射した光が出射する出射面を有し、
前記入射面および前記出射面の少なくとも一方は、非球面で構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記光屈折手段は、前記光源と一体的に成型されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記反射鏡は放物面鏡であり、
前記光透過部の前記中心は、前記反射鏡の焦点の位置に配置されている、
請求項３に記載の光源装置。
【請求項８】
前記反射鏡は楕円面鏡であり、
前記反射鏡は光出射方向に沿って順番に第１の焦点と第２の焦点とを有し、前記光屈折手段は光出射方向に沿って順番に第１の焦点と第２の焦点とを有し、
前記光屈折手段は、該光屈折手段の前記第１の焦点と前記反射鏡の前記第１の焦点とが一致するとともに、該光屈折手段の前記第２の焦点と該反射鏡の前記第２の焦点とが一致するように、設けられており、
前記光透過部の前記中心は、前記反射鏡の前記第１の焦点であって、前記光屈折手段の前記第１の焦点である位置に配置されている、
請求項３に記載の光源装置。
【請求項９】
前記反射鏡は放物面鏡であり、
前記光反射手段は、該光反射手段の中心と前記反射鏡の焦点とが一致するように、前記反射鏡に設けられており、
前記光透過部の前記中心は、前記光反射手段の前記中心であって、前記反射鏡の前記焦点である位置に配置されている、
請求項４に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記反射鏡は楕円面鏡であり、
前記反射鏡は光出射方向に沿って順番に第１の焦点と第２の焦点とを有し、前記光屈折手段は光出射方向に沿って順番に第１の焦点と第２の焦点とを有し、かつ前記光反射手段は中心を有し、
前記光屈折手段は、該光屈折手段の前記第１の焦点と前記反射鏡の前記第１の焦点と前記光反射手段の前記中心とが一致するとともに、該光屈折手段の前記第２の焦点と該反射鏡の前記第２の焦点とが一致するように、設けられており、
前記光透過部の前記中心は、前記反射鏡の前記第１の焦点であり、前記光屈折手段の前記第１の焦点であり、かつ前記光反射手段の前記中心である位置に配置されている、
請求項４に記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項の光源装置を備えた投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびこれを備えた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の投写型表示装置は会議室など明るい環境で使用されるケースが多く、投写画像の明るさの向上が重要な課題になっている。投写画像の明るさを向上させる最も確実な方法は、光源への供給電力を増加させ発光量を高めることである。しかし、この方法を用いると発光管の温度上昇を伴うため、発光管の寿命が低下する。発光管の光透過部の温度上昇を抑制するため冷却能力を高めれば、冷却構造が拡大することで騒音が増大する。また、供給電力を増加させるためには、光源を安定的に発光させるための電力を供給するバラストや電源部のサイズが大きくなるという問題もある。
【０００３】
これらの問題を伴うことなく投写画像の明るさを向上させるためには、光の利用効率を高めることが必要である。光の利用効率を高める構成の関連技術が特許文献１から３において開示されている。
【０００４】
図７に示すように、特許文献１（特開２００１−９２０１１号公報）に開示される光学装置１０１は、発光管１０２と、反射鏡１０３と、コンデンサレンズ１０４とで構成されている。発光管１０２は、反射鏡１０３の光軸と発光管１０２のアーク輝点Ａからの放電方向とが直交するように配置されている。反射鏡１０３は、球面反射部１０５と放物面反射部１０６とを有している。球面反射部１０５および放物面反射部１０６の構成により、光学装置１０１の小型化が図られているとともに、発光管１０２から放射される光の利用効率が向上している。
【０００５】
図８に示すように、特許文献２（特開平１１−６４７９５号公報）に開示される照明装置２０１は、光源２０２と、第１の反射鏡である回転楕円面鏡２０３と、第２の反射鏡である球面鏡２０４とを有している。さらに、球面鏡２０４と照射対象との間に、光放射方向に沿って光路変換手段である平凹レンズ２０５と、コレステリック液晶層２０６と、位相板２０７とが順に配置されている。第１の反射鏡２０３とコレステリック液晶層２０６と位相板２０７との配置関係により、照明装置２０１の偏光変換効率が向上している。さらに、光源２０２を第１の反射鏡２０３および第２の反射鏡２０４が広範囲に覆っているため、光源２０２から放射される光の集光効率も向上している。
【０００６】
図９に示すように、特許文献３（特開平１１−１４３３７８号公報）に開示される照明装置３０１は、発光管３０２と、放物面反射鏡３０３と、補助ミラー３０４とを有している。補助ミラー３０４は、発光管３０２の発光部３０５の一部を覆っている半楕円反射面３０６を備えている。半楕円反射面３０６と発光部３０５との配置関係により、照明装置１から放射される光の平行度の向上が図られることで、光の利用効率が向上している。
【特許文献１】特開２００１−９２０１１号公報
【特許文献２】特開平１１−６４７９５号公報
【特許文献３】特開平１１−１４３３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば、特許文献２で開示するような楕円面反射鏡を用いる光源装置の構造の場合、楕円面反射鏡の基部（発光管が楕円面反射鏡と接続している部分の近傍領域）で反射された光が、発光管の先端部の近傍に照射される場合がある（図１０のＤ2参照）。この場合、発光管へ供給される電力が高くなるにつれ、発光管の先端部の近傍領域は高温となってしまう。これにより発光管の断線や破損などが生じるので、発光管に供給される電力を高くするには限界がある。発光管に供給される電力の限界により、高い輝度を有する光が得られないという問題があった。
【０００８】
さらに、例えば、特許文献１および３で開示するような放物面反射鏡を用いる光源装置の構造の場合、放物面反射鏡の基部で反射された光が、発光管の球状を有する光透過部を透過する場合がある（図１１のＤ4参照）。この場合、発光管は透明なガラスでできているので、発光管の光透過部がレンズと同様に光を屈折してしまう。そのため、光透過部を透過した光は屈折され、所望の方向Ｄ5以外の方向Ｄ4へ放射される。これにより、光源装置の光出力の損失が生じ、光の利用効率が低下することで、高い輝度を有する光が得られないという問題があった。
【０００９】
また、反射鏡の形状の種類に関わらず、発光管から発せられた光の一部は、反射鏡で反射されることなく、光軸から離れる方向に散逸してしまっていた（図１０のＤ3および図１１のＤ6参照）。これにより、光源装置の光出力の損失が生じ、光の利用効率が低下することで、高い輝度を有する光が得られないという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い輝度の光を実現することができる光源装置およびこれを備えた投写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】
本発明の一態様の光源装置は、発光部、発光部を取り囲み、発光部で発生した光を透過させる光透過部、光出射方向と反対側の方向に光透過部から直線状に延び、発光部に位置した一方の電極の先端部以外の部分を封止している第１の延出部、および発光部から見て第１の延出部の反対側に光透過部から直線状に延び、一方の電極に対向したもう一方の電極の先端部以外の部分を封止している第２の延出部を備えた光源と、回転対称形に形成され、光出射方向に向けて徐々に開口面積が増加する内側空間を有し、光透過部が内側空間に収納されるとともに、発光部から発せられた光を回転対称形の回転対称軸と平行な方向または回転対称軸へ向かい収束する方向に反射させ、第１の延出部が延びている方向と第２の延出部が延びている方向と回転対称軸とが同一線上に在る反射鏡と、光透過部よりも光出射方向側に設けられ、発光部から発せられた光を回転対称軸と平行な方向または回転対称軸へ向かい収束する方向に屈折させる光屈折手段と、光透過部よりも光出射方向の反対側であって、発光部を略中心とする球面の一部として形成されて、発光部から発せられた光を反射する光反射手段と、  を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発光部から発せられた光は、反射鏡、光屈折手段および光反射手段により、反射鏡の回転対称軸と平行な方向または回転対称軸へ向かい収束する方向に出射される。そのため、高い輝度の光を実現することのできる光源装置およびこれを備えた投写型表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。なお、全ての実施例を示す図１から図４において、光源から図中上側の領域に発せられる光の軌跡が、光源の光透過部の中心から１５°間隔の光束として例示されている。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例における光源装置の構成を示す断面図である。
【００１４】
光源装置１は、光源２と、反射鏡３と、レンズ４と、反射部５とで構成されている。なお、本実施例の反射鏡３の断面の形状は、放物面である。
【００１５】
光源２は、発光部６と、光透過部７と、第１の延出部８と、第２の延出部９とで構成されている。発光部６では、２つの電極１０、１１の先端部が、球形である光透過部７の中心に近接しており、対向している。さらに、発光部６では、電力が供給される両電極１０、１１間のアーク放電によって光が発生する。光透過部７は、発光部６を取り囲んでおり、発光部６で発生した光を光源２の外部に透過する。発光部６は、光透過部７の中心に位置している。第１の延出部８は、光出射方向（図１における右方向）と反対側の方向に光透過部７から直線状に延び、電極１０の先端部以外の部分を封止している。第１の延出部８の外周面の一部は反射鏡３の基部１２の端面と接着剤１３を介して接続されることで、光源２は反射鏡３に固定されている。
【００１６】
さらに、第２の延出部９は、光透過部７の中心から見て第１の延出部８の反対側に直線状に光透過部７から延びている。第２の延出部９は、電極１１の先端部以外の部分を封止している。光透過部７と第１の延出部８と第２の延出部９とは同軸（同一線上）であるように構成されている。上記の構成により、光源２は、光源２が延びている方向（光源の光軸）が放物面の断面形状を有している反射鏡３の光軸（すなわち、放物面の回転対称軸）と同一線上に在るように、反射鏡３に組み付けられている。
【００１７】
さらに、光透過部７の中心は、反射鏡３の焦点の位置におおよそ配置されている。これにより、この中心で発生した光は反射鏡３で反射されると、反射鏡３の光軸と平行な光となる。したがって、光源装置１が発する光の輝度を高めることができる。なお、光源２は、超高圧水銀ランプと呼ばれる発光効率に優れた光源である。この光源は、投写型表示装置に多用されるものである。
【００１８】
反射鏡３は、基部１２から光出射方向に向けて徐々に開口面積が増加する内側空間を有し、回転対称形である放物面の断面形状を有している。光源２の光透過部７は、この内側空間に収納されている。光源２の発光部６から発せられた光は、回転対称形を有する反射鏡３の反射面で反射鏡３の光軸と平行な方向に反射される（図１における光束Ｄ、Ｅ、Ｆ）。さらに、この反射面は誘電体でできた複数の層で構成されていてもよい。この複数の層により、反射面の光反射性能を高めることができる。
【００１９】
レンズ４は、光源２の発光部６から発せられた光を屈折させる光屈折手段として機能している。レンズ４は、光が入射する入射面４ａと入射面４ａに入射した光が屈折され出射する出射面４ｂとを有している。レンズ４は、入射面４ａおよび出射面４ｂの形状により凸形を有しており、入射光をレンズ４の光軸と平行な方向に屈折させる。入射面および出射面の少なくとも一方は、非球面であってもよく、または平面で構成されていてもよい。入射面４ａおよび出射面４ｂの少なくとも一方を非球面で構成することにより、結像性能、集光性能の低下（すなわち、球面収差）を改善することができる。
【００２０】
さらに、レンズ４は回転対称形であるため、回転対称軸である光軸を有する。レンズ４の光軸は、反射鏡３の回転対称軸である光軸と一致している。これにより、上述の光源２の第１の延出部８が延びている方向と、光源２の第２の延出部９が延びている方向と、反射鏡３の回転対称軸である光軸と、レンズ４の光軸とが、同一線上に在る。レンズ４は、その中央部にレンズ光軸を貫く貫通孔を有している。この貫通孔の形状は、光源２の第２の延出部９の外周面の形状と同じである。
【００２１】
レンズ４は、光源２の光透過部７よりも光出射方向に配置された第２の延出部９に設けられている。レンズ４の貫通孔を形成している内周面と光源２の第２の延出部９の外周面とは同一形状であるとともに、光源２の第１の延出部８および第２の延出部９が延びている方向（光源の光軸）が反射鏡３の光軸と一致している。そのため、光源２の光軸と、反射鏡３の光軸と、レンズ４の光軸との３者が一致している。これにより、光源２から発せられ、レンズ４で屈折された光は、所望の方向であるところの反射鏡３の光軸と平行な方向へ出射されることになる。
【００２２】
また、レンズ４は、光源２と一体的に成型されているのが好ましい。成型の時点でレンズ４の光軸と光源２の延在方向とを一致させておけば、一体成型された光源２とレンズ４とを反射鏡３に組み付ける時に、光源２の延在方向と反射鏡３の光軸とを合わせるだけでよい。つまり、組み付け時に反射鏡３の光軸とレンズ４の光軸とを一致させる必要がなくなる。一方、別個に光源２とレンズ４とを反射鏡３に組み付けようとすると、反射鏡３の光軸とレンズ４の光軸とが一致しないという不具合が生じる恐れがある。光源２とレンズ４とを一体成型すれば、このような組み付け時の不具合を回避することができることで、光源装置１の本来有すべき発光性能が十分に発揮できる。
【００２３】
反射部５は、光源２の発光部６から発せられた光を反射させる光反射手段として機能している。また、反射部５は、光源２の光透過部７の中心から見て光出射方向の反対側に、発光部６を略中心とする球面の一部として形成されている。具体的に、光出射方向の反対側の領域とは、発光部６である光透過部７の中心を通り反射鏡３の光軸と直交する面より内側の光源装置１内の領域を表している。本実施例における反射部５は、光透過部７の外周面に設けられた鏡である。反射部５は、反射鏡３の内側空間を形成している基部１２の内面と対向する位置に配置されている。
【００２４】
上記のレンズ４を有している光源装置１の構成においては、レンズ４の入射面には、光源２から直接入射する光（光束Ａ、Ｂ、Ｃ）と、光源２から発せられ、反射部５で反射された後、入射する光（光束Ｉ）とが進入する。どちらの光もレンズ４により、反射鏡３の光軸と平行な方向である所望の方向に出射される。これにより、従来は光出力の散逸成分となっていた光（図１１における前方斜め方向Ｄ6の光）が、本実施例においてはレンズ４に入射し光軸方向に屈折することで、所望の方向に出射することができる。つまり、光源から発せられる光の利用効率が向上する。
【００２５】
上記の反射部５を有している光源装置１の構成においては、光出射方向と反対側に光源２の発光部６から発せられた光（光束Ｇ、Ｈ、Ｉ）が、反射部５に入射する。すると、反射部５は光透過部７と同心であり、反射部５の光反射面が球面の一部の形状を有しているので、球面の接線に対する反射角と入射角とがいずれも９０°となる。したがって、光反射面で反射された光は入射光の経路と同じ経路を辿る。反射光は、光透過部７の中心を通り、光透過部７を透過する。その後、この透過光の一部は反射鏡３に入射する。反射鏡３に入射した光は、所望の方向であるところの反射鏡３の光軸と平行な方向に反射され、光源装置１の外部に出射する（図１における光束Ｇ、Ｈ）。このようにして、透過光のさらに一部はレンズ４に入射する。レンズ４に入射した光は、反射鏡３の光軸およびレンズ４の光軸に平行な方向に屈折され、光源装置１の外部に出射する（光束Ｉ）。これにより、反射鏡３の基部１２に進み、従来は光出力の散逸成分となっていた光（図１１における前方斜め方向Ｄ4の光）が、本実施例（光束Ｉ）においては反射部５で反射される。反射光は、レンズ４に入射し光軸方向に屈折されることで、所望の方向に出射することができる。ここで、従来のように反射部５を有しない光源装置では、光出射方向と反対側に光源２の発光部６から発せられた光（光束Ｇ、Ｈ、Ｉ）は、光透過部７がガラスで出来ており、光透過部７の球状部分はレンズと同様な作用を生じるので、その部分を通過した光は屈折してあらぬ方向へ進み損失となっていた。よって、反射部５により、従来は損失となっていた光束を利用することが出来るようになったので、光の利用効率が向上した。
【００２６】
また、光束Ｇ、Ｈ、Ｉは、従来は反射鏡の基部およびその近傍の領域に集中していた。しかし、本実施例の反射部５によって、反射鏡３の基部１２へ入射する光が、反射部５によって反射鏡３の開口面積が広い領域に向かって反射される。これにより、反射鏡３の反射面を構成する層へ照射される光の熱による反射面の亀裂や剥がれなどの損傷が軽減できる。さらに、反射鏡の基部に集中していた光による反射鏡の発熱を抑えることができることで、反射鏡の発熱に伴う光源の急激な温度上昇を抑制することができる。したがって、光源の破裂を回避することができるとともに、光源の寿命を延ばすことができる。なお、光源２から発せられる光の中で、接着剤１３へ入射する光（光束Ｊ、Ｋ）は、光出力の損失となる光である。しかし、接着性能を向上させた接着剤を適宜使用することで、接着剤の体積を小さくできる。これにより、反射鏡３と光源２との間隔を小さく抑えることができる。したがって、従来は接着剤に入射していた光を反射鏡３の基部１２の内面で確実に捕らえ、反射できるように反射鏡３と光源２とを構成できる。
【００２７】
図１と図１１から明らかなように本実施例の光源装置１の外形は、従来の光源装置のそれと全く同様である。そのため、本実施例の光源装置は、既存の投写型表示装置の光源装置と交換できる。このことは、既に市場で使用されている投写型表示装置に対する輝度を向上させる技術として極めて有効である。設計的観点からは、新規の投写型表示装置に対しても共通の光源装置として利用できる。なお、本実施例の光源装置の交換可能性は、本発明の他の実施例の光源装置においても適用されることを注記する。
（第２の実施例）
図２は、本発明の第２の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。
【００２８】
本実施例の光源装置２１は、第１の実施例の光源装置１と光反射手段の構成のみが異なり、他の構成要素に関しては第１の実施例の構成要素と同じである。したがって、本実施例では、光反射手段の特徴、作用、効果を主に述べることにする。
【００２９】
本実施例の光反射手段は、反射鏡の一部として設けられた球状部２５である。球状部２５は、第１の実施例の光透過部７に設けられた反射部５と同様に、光透過部２７と同心の球面の一部として設けられている。球状部２５は、基部３２とも接続している。球状部２５は、球面の一部を有する球状部２５の中心と反射鏡２３の焦点とが略一致するように、反射鏡２３に設けられている。さらに、光透過部２７の中心は、球状部２５の中心であって、反射鏡２３の焦点である位置に配置されている。これにより、光透過部２７の中心（すなわち、反射鏡２３の焦点）で発生した光が反射鏡２３で反射されると、反射鏡２３の光軸と平行な光となる。
【００３０】
上記の球状部２５を有している光源装置２１の構成において、光出射方向と反対側に光源２２の発光部２６から発せられた光（光束Ｇ、Ｈ、Ｉ）が、球状部２５に入射する。すると、球状部２５は光透過部２７と同心であり、球状部２５の光反射面が球面の一部の形状を有しているので、球面の接線に対する反射角と入射角とがいずれも９０°となる。したがって、光反射面で反射された光は入射光の経路と同じ経路を辿る。反射光は、光透過部２７の中心を通り、光透過部２７を透過する。その後、この透過光の一部は反射鏡２３に入射する。反射鏡２３に入射した光は、所望の方向であるところの反射鏡２３の光軸と平行な方向に反射され、光源装置２１の外部に出射する（光束Ｇ、Ｈ）。このようにして、透過光のさらに一部はレンズ２４に入射する。レンズ２４に入射した光は、反射鏡２３の光軸およびレンズ２４の光軸に平行な方向に屈折され、光源装置２１の外部に出射する（光束Ｉ）。これにより、反射鏡２３の基部３２に進み、従来は光出力の散逸成分となっていた光（図１１における前方斜め方向Ｄ4の光）が、本実施例においては球状部２５で反射され、その後、レンズ２４に入射し光軸方向に屈折されることで、所望の方向に出射することができる（光束Ｉ）。したがって、光の利用効率が向上する。
【００３１】
第１の実施例で規定する光源装置１では、光源２の光透過部７に接触して反射部５が設けられている。これにより、光源２が発熱すると、直接、反射部５に熱が伝わり、反射部５が発熱する。
【００３２】
一方、本実施例で規定する光源装置２１では、球状部２５は光透過部２７と離間して設けられている。したがって、光透過部２７の中心から球状部２５の反射面までの距離が確保されている。さらに、図２の破線で示した放物面の反射鏡の基部１２（第１の実施例）の形状から二点鎖線で示した球面の反射鏡の基部３２（本実施例）の形状へと変わっている。そのため、本実施例の球状部２５の反射面の面積が第１の実施例の反射部５のそれよりも拡大している。さらに、発光源である光透過部２７の中心と反射面との間隔が、第１の実施例でのそれよりも大きくなっている。したがって、反射面に入射する光束の密度が小さくなるため、反射面で発生した熱が光源２２に伝達されにくくなり、光源２２の温度上昇を抑えることができる。さらに、この光束密度の減少のため、球状部２５の反射面を構成する複数の層への集中的な光照射による反射面の損傷を回避できる。つまり、耐熱性が高くなるので、より高出力の光源を利用することができ、その結果として光源装置の輝度を高めることができる。
【００３３】
加えて、第１の実施例では接着剤１３へ入射していた光（図１の光束Ｊ）が本実施例では球状部２５で捕らえることができるため、光利用効率をさらに高めることができる。
（第３の実施例）
図３は、本発明の第３の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。本実施例は第１の実施例と反射鏡の断面の形状が楕円面（楕円面は、第１の実施例の放物面と同様に回転対称形であるため、回転対称軸を有する）であることのみが異なる。したがって、反射鏡と他構成要素との配置関係およびその配置関係により生じる作用、効果を主に述べることにする。
【００３４】
反射鏡４３は第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２とを有する。ここで、反射鏡４３の光軸に沿って、光源４２に近い側の焦点を第１の焦点Ｆ１、遠い側の焦点を第２の焦点Ｆ２と呼ぶことにする。一方、レンズ４４はその両側に第１の焦点Ｆ３と第２の焦点Ｆ４とを有する。ここでは、レンズ４４の光入射側の焦点を第１の焦点Ｆ３、光出射側の焦点を第２の焦点Ｆ４と呼ぶことにする。レンズ４４の第１の焦点Ｆ３と反射鏡４３の第１の焦点Ｆ１とが一致し、かつレンズ４４の第２の焦点Ｆ４と反射鏡４３の第２の焦点Ｆ２とが一致するように、レンズ４４は光源４２の第２の延出部４９に設けられている。さらに、光透過部４７の中心は、反射鏡４３の第１の焦点Ｆ１であって、レンズ４４の第１の焦点Ｆ３である位置に配置されている。
【００３５】
上記の反射鏡４３を有している光源装置４１において、反射鏡４３で反射した光（光束ＣからＩ）とレンズ４４で屈折した光（光束Ａ、Ｂ）とが、反射鏡４３の回転対称軸である光軸およびレンズ４４の光軸に向かって一点に収束するように、光源装置４１から外部に出射する。この収束点は、反射鏡４３の第２の焦点Ｆ２であり、レンズ４４の第２の焦点Ｆ４でもある。つまり、従来は光出力の散逸成分となっていた光（図１１における前方斜め方向Ｄ6の光）が、本実施例においてはレンズ４４に入射し反射鏡４３およびレンズ４４の光軸方向に屈折することで、所望の方向に出射することができる。したがって、光源から発せられる光の利用効率が向上される。
【００３６】
また、光源４２の光透過部４７の中心から反射鏡４３の基部５２へ進む光（光束Ｈ、Ｉ）が、反射部４５で反射される。反射光は、反射経路が入射経路と一致して進み、光透過部４７の中心を通り、光透過部４７を透過する。その後、透過光は、反射鏡４３で反射され、反射鏡４３の第２の焦点Ｆ２（レンズ４４の第２の焦点Ｆ４）に向かって収束するように光源装置４１の外部に出射される。これにより、基部５２へ進む光の全てが反射部４５により反射されるので、基部５２に入射する光はなくなる。従来技術の課題となっていた、反射鏡の基部で反射され光源の第２の延出部の先端部に集中的に入射するような光（図１０のＤ2参照）がなくなることで、光源４２の断線、破損を回避することができる。したがって、２つの電極５０、５１に供給される電力を高めることができることにより、その結果として光源装置の輝度を高めることができる。
【００３７】
反射鏡の反射面の断面形状が楕円面であると、放物面の場合より集光性が高い。そのため、反射面の断面形状が楕円である場合に所望の方向以外の方向に散逸する光は、放物面である場合のそれと比べて少ない。したがって、放物面の反射鏡を有している光源装置と同一輝度の光を楕円面の反射鏡を有している光源装置で実現しようとすると、本実施例（楕円面）のレンズ４４の直径は第１の実施例（放物面）のレンズ４の直径よりも小さくて済む。レンズ４４の直径が小さければ、反射鏡４３で反射された光がレンズ４４で屈折され、所望の方向以外の方向に出射してしまう可能性を抑制できる。そのため、反射部４５で反射された光が、小型化されたレンズ４４に確実に入射するためには、反射部４５の反射面の面積を小さくする必要がある。結果的に、反射部４５を小型化することができる。
【００３８】
（第４の実施例）
図４は、本発明の第４の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。
【００３９】
本実施例は第２の実施例と反射鏡の断面の形状が楕円面（第２の実施例の放物面と同様に回転対称軸を有する）であることのみが異なる。したがって、反射鏡と他構成要素との配置関係およびその配置関係により生じる作用、効果を主に述べることにする。
【００４０】
反射鏡６３は第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２とを有する。ここで、反射鏡６３の光軸に沿って、光源６２に近い側の焦点を第１の焦点Ｆ１、遠い側の焦点を第２の焦点Ｆ２と呼ぶことにする。一方、レンズ６４はその両側に第１の焦点Ｆ３と第２の焦点Ｆ４とを有する。ここでは、レンズ６４の光入射側の焦点を第１の焦点Ｆ３、光出射側の焦点を第２の焦点Ｆ４と呼ぶことにする。球状部６５は中心Ｃを有する。レンズ６４の第１の焦点Ｆ３と反射鏡６３の第１の焦点Ｆ１と球状部６５の中心Ｃとが一致し、かつレンズ６４の第２の焦点Ｆ４と反射鏡６３の第２の焦点Ｆ２とが一致するように、レンズ６４は光源６２の第２の延出部６９に設けられている。さらに、光透過部６７の中心は、反射鏡６３の第１の焦点Ｆ１であり、レンズ６４の第１の焦点Ｆ３であり、かつ球状部６５の中心Ｃである位置に配置されている。
【００４１】
上記の反射鏡６３を有している光源装置６１において、反射鏡６３で反射した光（光束ＣからＩ）とレンズ６４で屈折した光（光束Ａ、Ｂ）とが、反射鏡６３の回転対称軸である光軸およびレンズ６４の光軸に向かって一点に収束するように、一点に収束するように、光源装置６１から外部に出射する。この収束点は、反射鏡６３の第２の焦点Ｆ２であり、レンズ６４の第２の焦点Ｆ４でもある。つまり、従来は光出力の散逸成分となっていた光（図１１における前方斜め方向Ｄ6の光）が、本実施例においてはレンズ６４に入射し光軸方向に屈折することで、所望の方向に出射することができる。したがって、光源から発せられる光の利用効率が向上する。
【００４２】
また、光源６２の光透過部６７の中心（反射鏡６３の第１の焦点Ｆ１、レンズ６４の第１の焦点Ｆ３および球状部６５の中心Ｃ）から反射鏡６３の基部７２へ進む光（光束Ｈ、Ｉ、Ｊ）が、球状部６５で反射される（第１の反射）。反射光は、反射経路が入射経路と一致して進み、光透過部６７の中心を通り、光透過部６７を透過する。その後、透過光の一部（光束Ｈ、Ｉ）は、反射鏡６３で反射し（第２の反射）、焦点に向かって収束するように光源装置６１の外部に出射する。本実施例での第１の反射が球面の反射面で行われているため、第２の反射が従来の第２の反射よりも反射鏡６３の開口部に近い地点（光透過部６７の中心から遠い地点）で行われる。そのため、第２の反射での反射光のうち、光源６２の第２の延出部６９の先端部に入射する光量が従来に比べ低下する。したがって、第２の延出部６９の先端部に集中的に入射するような光（図１０のＤ2参照）が少なくなることで、光源６２の断線、破損を回避することができる。したがって、２つの電極７０、７１に供給される電力を高めることができることにより、その結果として光源装置の輝度を高めることができる。
【００４３】
一方、透過光のさらに一部（光束Ｊ）は、レンズ６４に入射する。入射光は、レンズ６４により焦点に向かって収束する所望の方向に屈折され、光源装置６１の外部に出射する。したがって、従来は光出力の散逸成分となっていた光が低減され、光の利用効率を向上できる。
【００４４】
第３の実施例で規定する光源装置４１では、光源４２の光透過部４７に接触して反射部４５が設けられている。これにより、光源４２が発熱すると、直接、反射部４５に熱が伝わり、反射部４５が発熱する。
【００４５】
一方、本実施例で規定する光源装置６１では、球状部６５が光透過部６７と離間して設けられている。したがって、光透過部６７の中心から球状部６５の反射面までの距離が確保されている。さらに、図４の破線で示した放物面の反射鏡の基部５２（第３の実施例）の形状から二点鎖線で示した球面の反射鏡の基部７２（本実施例）の形状へと変わっている。そのため、本実施例の球状部６５の反射面の面積が第３の実施例の反射部４５のそれよりも拡大している。さらに、発光源である光透過部６７の中心と反射面との間隔が、第３の実施例での間隔よりも大きくなっている。したがって、反射面に入射する光束の密度が小さくなるため、反射面で発生した熱が光源６２に伝達されにくくなり、光源６２の温度上昇を抑えることができる。さらに、この光束密度の減少のため、球状部６５の反射面を構成する複数の層への集中的な光照射による反射面の損傷を回避できる。また、第３の実施例では接着剤５３へ入射していた光（図３の光束Ｊ）が本実施例では球状部６５で捕らえることができるため、光利用効率をさらに高めることができる。
【００４６】
次に、第３の実施例の光源装置を備えた投写型表示装置について図５を参照して説明する。
【００４７】
一般に、投写型表示装置とは、光源からの光を映像情報に応じて変調し、作成した映像をスクリーンに拡大投写する装置のことを意味する。ここで述べる投写型表示装置は、光源で白色光を発光した後、赤、緑、青の３色に色分解し、各色ごとに透過型液晶変調素子を用いて映像を作成、合成して拡大表示する３板式液晶パネル方式のものである。
【００４８】
図５に示すように、本発明の投写型表示装置８１は、光学ユニット８２と、電源部８３と、電気回路部８４と、発熱部品を冷却するランプファン８５と、排気ファン８６と、液晶部を冷却する液晶部ファン８７とで構成されている。
【００４９】
電源部８３において、電源８８に外部交流電源９０から交流電力が供給される。その後、バラスト８９と電気回路部８４とに電力が供給される。バラスト８９は、光学ユニット８２に備えられた光源を安定的に発光動作させ、光源に電力を供給する。
【００５０】
電気回路部８４は、外部から入力する映像信号９１に応じて光学ユニット８２内の透過型液晶変調素子を駆動して映像を作成する。また、液晶部ファン８７は、光学ユニット８２に実装されており、液晶部ファン８７、ランプファン８５および排気ファン８６を駆動している光学部品と、電源部８３に実装されている各種電子部品とを冷却する。これにより、光学性能の維持が図られ、動作の安定性および信頼性が維持されている。
【００５１】
図６は、本発明の投写型表示装置の光学ユニット８２の光学的構成を示す詳細図である。
【００５２】
光学ユニット８２は、光源系８２１と、照明光学系８２２と、色合成光学系８２３と、投写光学系８２４とで構成されている。照明光学系８２２は、色分離光学系８２５と、リレー光学系８２６とを含んでいる。
【００５３】
光源系８２１では、バラスト８９の発光制御により光源装置８２７（例えば、超高圧水銀ランプ）が点灯する。その後、光源装置８２７から発せられた光が前方に位置する凹形レンズ８２８に損失なく入射する。凹形レンズ８２８は、平行な光線を第１のフライアイレンズ８２９に出射する。
【００５４】
照明光学系８２２では、第１のフライアイレンズ８２９に入射した光を複数のレンズ素子ごとに分割する。第１のフライアイレンズ８２９は、透過型液晶変調素子の透過部と相似な形の複数のレンズ素子で構成されている。レンズ素子毎に分割された光が、各レンズ素子に対応したレンズ素子を有している第２のフライアイレンズ８３０へ出射される（出射された光は、各光学部品を透過し、最終的に液晶表示素子に重畳される）。
【００５５】
第２のフライアイレンズ８３０から出射した光は、偏光変換素子８３１で全光束がＳ偏光に揃えられる。その後、このＳ偏光された光は、フィールドレンズ８３２により色分離光学系８２５へ進行する。
【００５６】
色分離光学系８２５では、最初に第１のダイクロイックミラー８３３が赤色光のみを反射して分離し（赤光路Ｒ）、他の波長の光を透過する。次に第２のダイクロイックミラー８３４が緑色光を反射して分離し（緑光路Ｇ）、青色光を透過する（青光路Ｂ）。この色分離機能により、Ｓ偏光された白色光は、赤色、緑色、青色に分離される。青光路Ｂに関しては、透過型液晶表示素子８３５までの光路が他の光路より長いため、リレー光学系８２６が設けられている。
【００５７】
リレー光学系８２６は、第１のリレーレンズ８３６と、第２のリレーレンズ８３７と、光の進行方向を変更するミラー８３８、８３９とで構成されている。さらに、リレー光学系８２６は、赤光路Ｒや緑光路Ｇより長い光学距離を調整している。
【００５８】
色分離された光は、各色ごとにコンデンサレンズ８４０、入射側偏光板８４１、透過型液晶表示素子８３５、出射側偏光板８４２を透過し、色合成光学系８２３へと出射される。各色が透過する光学部品の構成はほぼ同一であり、ここでは赤光路Ｒについて説明する。第１のダイクロイックミラー８３３により分離された赤光路Ｒは、その後、ミラー８４３により進行方向が変えられ、コンデンサレンズ８４０に入射する。コンデンサレンズ８４０に入射した光は平行または焦点に収束する光となって入射側偏光板８４１に入射する。入射側偏光板８４１は、理想的なＳ偏光以外の光を除去し、コントラストを向上させる役割を果たす。不要な光が除去された赤色光は、透過型液晶表示素子８３５に入射し、映像信号に応じてＳ偏光を変調させ色合成光学系８２３へ出射する。
【００５９】
色合成光学系８２３は、透過型液晶表示素子８３５によって変調された光を選択的に透過し、クロスダイクロイックプリズム８４４へ出射する。クロスダイクロイックプリズム８４４は、赤光路Ｒと、緑光路Ｇと、青光路Ｂとを合成し、投写光学系８２４へ出射する。
【００６０】
投写光学系８２４は、複数の光学レンズで構成された投写レンズ８４５によって入射光をスクリーンへ投写して拡大表示する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例の光源装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の光源装置を備えた投写型表示装置の基本構成を示す図である。
【図６】図５の投写型表示装置の光学ユニットの詳細な光学的構成を示す図である。
【図７】放物面鏡を有する従来の光源装置の一形態を示す断面図である。
【図８】楕円面鏡を有する従来の光源装置の一形態を示す断面図である。
【図９】放物面鏡を有する従来の光源装置の別の形態を示す断面図である。
【図１０】楕円面鏡を有する従来の光源装置の別の形態を示す断面図である。
【図１１】放物面鏡を有する従来の光源装置のさらに別の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、２１、４１、６１  光源装置
２、２２、４２、６２  光源
３、２３、４３、６３  反射鏡
４、２４、４４、６４  レンズ
５、４５  反射部
２５、６５  球状部
６、２６、４６、６６  発光部
７、２７、４７、６７  光透過部
【図１】
2008305758.tif 000003
【図２】
2008305758.tif 000004
【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】
2008305758.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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