(57)【要約】      （修正有）【課題】投影装置用光学系の放電ランプの積算点灯時間が比較的短くても発生するフリッカー現象を防止することにより、高画質の映像を提供することが可能な投影装置用光学系を提供する。【解決手段】放電ランプ１１の一対の電極１１２から放射される光を反射する反射鏡１２からの光を色分離するカラーホイール３を備える投影装置用光学系であって、電極間の中心位置Ａ、中心位置Ａから光軸に直交する方向に引いた直線と反射鏡１２が交わる交点をＢ、反射鏡１２の第１焦点をＣ、反射鏡１２の第２焦点をＤ、光軸とカラーホイール３の蒸着面が交わる交点をＥとすると共に、角ＡＢＣをθ１、角ＤＢＥをθ３としたとき、前記光源１及びカラーホイール３は、０．３０≦θ３／θ１≦１．３１の関係を満たすような位置関係に配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008145580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に配置された一対の電極の各々が、電極本体部と電極本体部の先端側に設けられた突起部とを備える放電ランプと、放電ランプから放射された光を反射する反射鏡とよりなる光源と、入射された光の色を少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長を有する光にそれぞれ分離するカラーホイールと、を備えた投影装置用光学系であって、
その光軸を含む平面で切断した断面において、電極間の中心位置を（Ａ）とし、電極間の中心位置（Ａ）から光軸に直交する方向に引いた直線と反射鏡とが交わる交点を（Ｂ）とし、反射鏡の第１焦点を（Ｃ）とし、反射鏡の第２焦点を（Ｄ）とし、光軸とカラーホイールのカラーフィルタとが交わる交点を（Ｅ）とすると共に、前記（Ａ）および前記（Ｂ）を結ぶ直線（ＡＢ）と前記（Ｂ）および前記（Ｃ）を結ぶ直線（ＢＣ）との２直線でなす角ＡＢＣをθ１とし、前記（Ｂ）および前記（Ｄ）を結ぶ直線（ＢＤ）と前記（Ｂ）および前記（Ｅ）を結ぶ直線（ＢＥ）との２直線でなす角ＤＢＥをθ３としたとき、
前記光源およびカラーホイールは、０．３０≦θ３／θ１≦１．３１の関係を満たすような位置関係を有して配置されていることを特徴とする投影装置用光学系。
【請求項２】
前記投影装置用光学系は、前記θ１と前記θ３とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の投影装置用光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源より入射された光の色を少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長を有する光に分離するカラーホイールを備えた投影装置用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば投射型プロジェクタに代表される投影装置は、映画館における上映用、会議等におけるプレゼンテーション用として広く普及されている。近年では、各家庭内において大画面でのシネマ鑑賞を楽しみたいという要望や、少人数で行われる小ミーティングにおいてプロジェクタを活用したい等の要請があることから、投射型プロジェクタの小型化が消費者から強く要求されている。
【０００３】
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いたデジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ：ＤＬＰはテキサスインスツルメンツ社の登録商標）方式を採用すれば、照明光学系をシンプルに構成することができるので、プロジェクタを小型化することができる。そのため、近年ではＤＬＰ方式を採用したプロジェクタが増加してきている。ＤＭＤ素子を使用するＤＬＰ方式を採用したプロジェクタは、カラーホイールによって順次にカラーフィルターを高速回転することにより、デジタル的な画像表現が可能となる。
【０００４】
図７は、カラーホイールを備えた従来の投影装置を概略的に示す図である。図８は、図７に示されるカラーホイールの正面図である。
【０００５】
図７に示されるように、従来の投影装置１００には、放電ランプ１１と、放電ランプ１１からの放射光Ｌ１を集光光Ｌ２として出射する楕円面反射鏡１２とよりなる光源１と、光源１より入射された光をＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する透過光Ｌ３に分離するカラーホイール３と、カラーホイールを透過した各色の透過光Ｌ３が入射される光入射面４１を備えたライトガイド４と、よりなる投影装置用光学系６０が搭載されている。
【０００６】
従来の投影装置１００においては、光源１の放電ランプ１１から放射された光Ｌ１が、楕円面反射鏡１２で反射して集光光Ｌ２となり、防爆ガラス２を透過した集光光Ｌ２が回転するカラーホイール３におけるカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを透過して、赤、緑、青の各色の透過光Ｌ３が所定の時間間隔を置いて順番に出射され、ライトガイド４の光入射面４１上に集光する。ライトガイド４の内部に入射した光は、ライトガイド４内部の側壁４３で反射を繰り返して断面照度分布を均一化させ、光出射面４２から出射される。ライトガイド４を透過した光Ｌ４は、リレーレンズ５（５１，５２，５３）で屈折し、リレーミラー６で反射することによって反射型映像素子７を照明する。反射型映像素子７は、投射型画像表示装置の入力映像信号に応じて光を変調又はスイッチングして映像光Ｌ５を反射する。映像光Ｌ５は、投写レンズ８を通じて不図示のスクリーンに投影され、拡大された像をスクリーン上に映し出す。
【０００７】
従来の投影装置１００においては、カラーホイール３の回転により、反射型映像素子７にはＲ、Ｇ、Ｂの各色に分離された光が順次に照明される。カラーホイールの色に同期して、反射型映像素子７にはその色に対応する映像信号が入力される。このようにして、スクリーン上にはＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次に映し出される。色の変調周期が十分に早ければ、観測者にはフルカラーの映像として認識される。
【特許文献１】特開２００３−２２２８２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記したような従来の投影装置１００によれば、スクリーン上に映し出される映像にチラツキを生じる、所謂フリッカー現象が発生することが判明した。このようなフリッカー現象は、光源１である放電ランプ１１が寿命末期を迎えたときに通常は生じるものであって、電極間に形成される放電アークが不安定になることに起因して発生するものである。而して、従来の投影装置１００においては、光源１である放電ランプ１１の積算点灯時間が比較的短いにも係らず、上記したフリッカー現象が発生するという問題があった。
【０００９】
上記したように、光源１の放電ランプ１１の積算点灯時間が比較的短いにも係らずフリッカー現象が生じる原因については、定かではないが、以下のように考えられる。
【００１０】
図９は、従来の投影装置に搭載された投影装置用光学系について、構成を概略的に示すと共に、カラーホイールによって反射された光が進む光路を概念的に示す。図９（ｂ）は図９（ａ）の要部を拡大して示す。図９において、実線は楕円面反射鏡により出射された集光光Ｌ２を示し、破線はカラーホイールからの反射光Ｌ６を示す。図１０は、従来の投影装置用光学系の光源に使用されている放電ランプからの放射光Ｌ１の分光強度と波長との関係を示すと共に、カラーフィルターにおける透過率と波長との関係について示す。図１０において、縦軸左側は透過率（単位：パーセント（％））、縦軸右側は分光強度の相対値、横軸は波長（単位：ナノメートル（ｎｍ））、破線は放電ランプからの放射光Ｌ１の分光強度と波長との関係、実線はカラーフィルターにおける光透過率と波長との関係を示す。
【００１１】
図９（ａ）に示されるように、従来の投影装置用光学系６０の光源１は、放電ランプ１１と、放電ランプ１１の周囲を取囲んで配置され、放電ランプ１１から放射された光を集光する楕円面反射鏡１２とよりなる。図９（ｂ）に示されるように、放電ランプ１１は、発光管１１１の内部に一対の電極１１２が対向して配置されると共に、発光物質としての水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入され、図１０に示されるように、３７０ｎｍ〜６００ｎｍの可視波長域における放射強度が大きいものである。図９（ｂ）に示されるように、一対の電極１１２は、軸部１１２Ａと、軸部１１２Ａの先端に連続して軸部１１２Ａよりも大径となるよう形成された電極本体部１１２Ｂとを各々備えている。各々の電極本体部１１２Ｂの先端には、対向する他の電極本体部１１２Ｂに向けて伸びる突起部１１２Ｃが形成されている。各々の電極本体部１１２Ｂに形成された突起部１１２Ｃは、各々の電極本体部１１２Ｂ間で良好に放電アークを形成するために必須の構成である。
【００１２】
図９（ａ）に示されるように、従来の投影装置に搭載された投影装置用光学系６０においては、楕円面反射鏡１２により集光された集光光Ｌ２がカラーホイール３に入射され、カラーフィルタによってＲ、Ｇ、Ｂの各色が透過光としてライトガイド４の光入射面４１に入射される。そして、図１０に示されるように、青色光を分離するカラーフィルタＢは、波長４００〜５００ｎｍの光は透過するが他の波長域の光は透過させず、緑色光を分離するカラーフィルタＧは、波長５００〜６００ｎｍの光は透過するが他の波長域の光は透過させず、赤色光を分離するカラーフィルタＲは、波長６００ｎｍ以上の光は透過するが他の波長域の光は透過させないものである。
【００１３】
従って、例えば放電ランプから放射された５００ｎｍ以上の波長域の光は、青色光を分離するカラーフィルタＢによって一部が反射されることにより、反射光Ｌ６が図９に示されるような光路を経由して光源１（放電ランプ１１）に照射されることになる。そして、図９（ｂ）に示されるように、放電ランプ１１の電極１１２において、電極本体部１１２Ｂの先端側に形成された突起部１１２Ｃに上記の反射光Ｌ６が照射されることにより、突起部１１２Ｃが高温状態になって溶融変形することになる。上記したように、対向する各々の電極本体部１１２Ｂ間で良好に放電アークを形成するためには、電極本体部１１２Ｂの突起部１１２Ｃが必須の構成である。従って、突起部１１２Ｃが溶融変形した場合には、各々の電極本体部１１２Ｂ間で形成される放電アークが不安定となって、上記したフリッカー現象が引き起こされるものと考えられる。
【００１４】
以上から、本発明は、投影装置用光学系に搭載された放電ランプの積算点灯時間が比較的短いにも係らず、アークが不安定になることに起因して投影装置においてフリッカー現象が発生することを防止することにより、高画質の映像を提供することが可能な投影装置用光学系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】
【００１５】
上記したような課題を解決するため、本発明の投影装置用光学系は、発光管内に配置された一対の電極の各々が、電極本体部と電極本体部の先端側に設けられた突起部とを備える放電ランプと、放電ランプから放射された光を反射する反射鏡とよりなる光源と、入射された光の色を少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長を有する光にそれぞれ分離するカラーホイールと、を備えた投影装置用光学系であって、
その光軸を含む平面で切断した断面において、電極間の中心位置を（Ａ）とし、電極間の中心位置（Ａ）から光軸に直交する方向に引いた直線と反射鏡とが交わる交点を（Ｂ）とし、反射鏡の第１焦点を（Ｃ）とし、反射鏡の第２焦点を（Ｄ）とし、光軸とカラーホイールのカラーフィルタとが交わる交点を（Ｅ）とすると共に、前記（Ａ）および前記（Ｂ）を結ぶ直線（ＡＢ）と前記（Ｂ）および前記（Ｃ）を結ぶ直線（ＢＣ）との２直線でなす角ＡＢＣをθ１とし、前記（Ｂ）および前記（Ｄ）を結ぶ直線（ＢＤ）と前記（Ｂ）および前記（Ｅ）を結ぶ直線（ＢＥ）との２直線でなす角ＤＢＥをθ３としたとき、
前記光源およびカラーホイールは、０．３０≦θ３／θ１≦１．３１の関係を満たすような位置関係を有して配置されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記投影装置用光学系は、前記θ１と前記θ３とが等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の投影装置用光学系によれば、上記のような構成を備えていることから、一対の電極の各々に照射される前記反射光線の光束量が概ね均等になるため、放電ランプにおいて、積算点灯時間が比較的短いにも係らず各々の突起部が溶融変形することが抑制され、放電ランプの積算点灯時間が比較的長くなっても、突起部が所期の形状を維持し続けることにより放電アークが安定する。従って、本発明の投影装置用光学系を搭載した投影装置においては、フリッカー現象が生じる問題を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の投影装置用光学系の構成を概略的に示す図である。図７に示される構成と同一の構成については図示を省略している。図２は、図１に示される投影装置に搭載された光源のうち、放電ランプの電極の構成を概略的に示す図である。
【００１９】
図１に示されるように、本発明に係る投影装置用光学系１０は、集光光Ｌ２を出射する光源１と、光源１からの集光光Ｌ２が進む方向に配置された防爆部材２と、防爆部材２を透過した光が入射されて、赤、緑、青の３色の何れかを順次に透過させるカラーホイール３と、カラーホイール３を透過した各色の透過光Ｌ３が入射される光入射面４１を備えたライトガイド４と、を備えている。
【００２０】
光源１は、放射光Ｌ１を出射する放電ランプ１１と、放電ランプ１１から放射された放射光Ｌ１を集光光Ｌ２として出射する楕円面反射鏡１２とを備えている。放電ランプ１１は、石英ガラスなどよりなる発光管１１１を備え、発光管１１１の内部空間において、タングステンよりなる一対の電極１１２が対向して配置されている。図２に示されるように、各々の電極１１２は、円柱状の軸部１１２Ａと、軸部１１２Ａの先端側に連続して軸部１１２Ａの外径よりも大きい外径を有するよう形成された円柱状の電極本体部１１２Ｂとを備えている。各々の電極本体部１１２Ｂの先端部には、電極本体部１１２Ｂの外径よりも小さい外径を有し、他の電極本体部１１２Ｂに向けて伸びる突起部１１２Ｃが各々形成されている。さらに、各々の電極本体部１１２Ｂの後端寄りの外周には、タングステン素線を巻き回すことにより、コイル部１１２Ｄが形成されている。
【００２１】
楕円面反射鏡１２は、石英ガラスよりなり、前方側開口１２１および後方側開口１２２が形成されて全体として椀形状を有しており、光軸Ｘを中心とした回転楕円面形状の光反射面を備えている。光反射面１２３には、放電ランプから放射される可視光を反射するよう、例えばチタニア（ＴｉＯ２）とシリカ（ＳｉＯ２）の層を多層に積層されてなる誘電体多層膜が形成されている。楕円面反射鏡１２の後方側開口１２２を有する首部１２４には、耐熱衝撃に優れると共に電気的絶縁性を有するセラミックよりなるベース部材１３が取付けられており、放電ランプ１１の一方の封止部１１３に取付けられた金属製の口金１４が、ベース部材１３より楕円面反射鏡１２の外部に突出している。楕円面反射鏡１２の材質は、石英ガラスに限らず、他のガラス材料を用いることもできるし、アルミニウム等の金属を用いることもできる。
【００２２】
防爆部材２は、放電ランプ１１が点灯時に万が一破裂した場合において、発光管１１１又は楕円面反射鏡１２の破片が光源の光出射方向に位置する他の光学部材に向けて飛散することを防止するためのものであり、例えば石英ガラスよりなる板状構造である。防爆部材２は、光源から出射された集光光Ｌ２を放電ランプに向けて反射することを回避するため、光軸Ｘに直交する直線に対して傾斜するように配置されている。
【００２３】
カラーホイール３は、上記の図８に示したように、赤色光を透過するカラーフィルタＲ、緑色光を透過するカラーフィルタＧ、青色光を透過するカラーフィルタＢが周方向に順次に並ぶよう配置されている。カラーホイール３は、後述するように、楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄよりも光源１寄りに配置されている。カラーホイール３を所定の回転駆動手段により高速で回転させると、カラーフィルタの回転に同期して透過光Ｌ３の色が赤色、緑色、青色に順次に切り替り、ライトガイド４の光入射面４１に対して赤色、緑色、青色の各色の光が送り込まれる。
【００２４】
ライトガイド４は、カラーホイール３を透過した各色の透過光Ｌ３が入射する光入射面４１となる開口と、断面照度分布が均一化された光を出射する光出射面４２となる開口を備えた四角筒状構造であり、光入射面４１となる開口が楕円面反射鏡の第２焦点位置に配置されている。カラーホイールを透過した各色の透過光Ｌ３は、ライトガイド４の光入射面４１から入射され、ライトガイド４の側壁４３の内面で反射を繰り返し、断面照度分布が均一された光束Ｌ４として光出射面４２から出射される。
【００２５】
図３は、本発明の投影装置用光学系における光源とカラーホイールとの位置関係を概念的に示し、投影装置用光学系１０を大地に対して直交すると共に光軸Ｘを含む平面によって切断した断面を示す。なお、図３においては、放電ランプおよびライトガイドについては図示を省略している。
【００２６】
本発明の投影装置用光学系１０は、放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａが楕円面反射鏡１２の第１焦点位置Ｃよりもカラーホイール３寄りに配置され、カラーホイール３が楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄよりも光源１寄りに配置されている。カラーホイール３が楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄよりも光源１寄りに配置されるのは、ライトガイド４の光入射面４１を小さくするため楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄにライトガイド４の光入射面４１を配置することが好ましいからである。尚、カラーホイール３を楕円面反射鏡１２の第２焦点位置よりもライトガイド４側に配置しても良い。
【００２７】
図３の断面に示されるように、本発明の投影装置用光学系１０は、放電ランプ１１の電極間の中心位置をＡとし、電極間の中心位置Ａから光軸Ｘに直交する方向に引いた直線と楕円面反射鏡１２とが交わる交点をＢとし、楕円面反射鏡１２の第１焦点位置をＣとし、さらに、楕円面反射鏡の第２焦点位置をＤとし、光軸Ｘとカラーホイール３のカラーフィルタとが交わる交点をＥとしたとき、ＡおよびＢを結ぶ直線とＢおよびＣを結ぶ直線との２直線でなす角ＡＢＣ（θ１）が、ＢおよびＤを結ぶ直線とＢおよびＥを結ぶ直線との２直線でなす角ＤＢＥ（θ３）に概ね等しくなるよう、放電ランプ１１、楕円面反射鏡１２、カラーホイール３が配置されている。
【００２８】
ここで、上記放電ランプの電極間の中心位置Ａは、以下のように決定される。図２に示されるように、対向する一対の電極１１２の各々が備える突起部１１２Ｃの各々を結ぶ最短直線Ｋを引き、その最短直線Ｋの中点を電極間の中心位置Ａとする。
【００２９】
また、図１に示されるように、光源１により出射される光線Ｌ２の光路上（楕円面反射鏡１２とカラーホイール３との間）に、石英ガラスよりなる防爆部材２が配置されている場合、また、図示されてないが、カラーホイール３においてライトガイド４と対向する側の面に蒸着面が形成されている場合には、そうでない場合に比べて光路長が長くなることが一般的に知られている。詳細には、光源１より出射される光線Ｌ２の光路上に防爆部材２が配置されていない場合（または、カラーホイール３における光源１に対向する側の面に蒸着面が形成されている場合）の光路長をＲ１とし、これとは逆に、光源１より出射される光線Ｌ２の光路上に防爆部材２が配置されている場合（または、カラーホイール３におけるライトガイド４に対向する側の面に蒸着面が形成されている場合）の光路長をＲ２とし、光路長の差をΔＲ（＝Ｒ２−Ｒ１）とすると、ΔＲは下記の数式１の関係が成り立つことが一般に知られている。ｔは防爆部材２またはカラーホイール３の厚みであり、ｎは防爆部材２またはカラーホイール３の屈折率である。
（数式１）
ΔＲ＝（１−１／ｎ)×ｔ  ［単位：ミリメートル（ｍｍ）］
【００３０】
すなわち、光源１により出射される光線Ｌ２の光路上に防爆部材２が配置されている場合において、楕円面反射鏡１２の第２焦点位置をＤ´とし、光軸Ｘとカラーホイール３とが交わる交点をＥ´とし、それとは逆に、光源１により出射される光線Ｌ２の光路上に防爆部材２が配置されていない場合において、楕円面反射鏡１２の第２焦点位置をＤとし、光軸Ｘとカラーホイール３とが交わる交点をＥとすると、ＤおよびＥの位置は下記の数式２および３に示される関係に基いて決定されることになる。
（数式２）
Ｄ＝Ｄ´−ΔＲ
（数式３）
Ｅ＝Ｅ´−ΔＲ
更に、カラーホイールの蒸着面がライトガイドと対向する側に形成されている場合には、数式２および３のΔＲにカラーホイールの厚みによる光路長の伸びも含ませる。
【００３１】
本発明の投影装置用光学系１０における光源１とカラーホイール３との位置関係について、具体的な数値例を以下に示す。放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａと楕円面反射鏡１２の第１焦点位置Ｃとの離間距離ＡＣは０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍ範囲である。光軸Ｘとカラーホイール３とが交わる交点Ｅと楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄとの離間距離ＤＥは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。
【００３２】
なお、本発明の投影装置用光学系１０の楕円面反射鏡１２は、石英ガラスまたは金属を所定の形状になるよう例えば金型などで成型することにより製造されている。しかしながら、実際に製造された楕円面反射鏡は、例えば第１焦点位置Ｃなどが、設計された楕円面反射鏡１２とは微妙に異なっていることがあり得る。従って、上記のθ１とθ３とは、楕円面反射鏡１２において製造上の誤差が生じることを考慮して、両角の値が完全一致する場合のみでなく、以下の数式４の条件を満たす場合を含む。本発明者らは、後述する実験を行うことにより、数式４の数値範囲を満たすことによって電極本体部に設けられた突起部１１２Ｃが溶融変形することを回避できることを確認している。
（数式４）
０．３０≦θ３／θ１≦１．３１
【００３３】
図４は、本発明の投影装置用光学系において、カラーフィルタを透過することなくカラーフィルタによって反射された光が光源に向けて進む光路を概念的に示す。図４において、実線は楕円面反射鏡１２から出射される集光光Ｌ２を、破線はカラーホイールからの反射光Ｌ６を示す。
【００３４】
本発明の投影装置用光学系１０によれば、光源１とカラーホイール３とが、上記のθ１とθ３とが概ね等しくなる位置関係を満たすよう配置されているので、図４に示されるように、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂによって反射された反射光Ｌ６が、放電ランプ１１の発光管１１１内で対向する一対の電極１１２間に形成された放電アークに戻り、各々の電極本体部１１２Ｂに設けられた各々の突起部１１２Ｃに照射されることがない。そのため、放電ランプ１１の積算点灯時間が比較的短いにも係らず各々の電極本体部１１２Ｂに設けられた突起部１１２Ｃが溶融変形する、という不具合が生じることが抑制される。その結果、放電ランプ１１の積算点灯時間が比較的長くなっても、各々の突起部１１２Ｃが所期の形状を維持し続けることにより放電アークが安定するため、投影装置においてフリッカー現象が生じる問題を解消することができる。この理由は、以下のように考えられる。
【００３５】
図５は、本発明の投影装置用光学系に係る効果が得られる理由を概念的に示す。実線は、放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａが楕円面反射鏡１２の第１焦点Ｃに一致している場合においてＡから放射された光線の経路を示し、破線は、放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａが楕円面反射鏡１２の第１焦点Ｃから離間している場合においてＡから放射された光線の経路を示す。Ｍは楕円面反射鏡１２上のＢ点において楕円面反射鏡１２に接するよう引いた接線であり、Ｎは接線Ｍに直交する法線である。
【００３６】
図５の実線で示されるように、放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａが第１焦点位置Ｃに一致している場合には、第１焦点位置Ｃから放射された光線Ｌ１が楕円面反射鏡１２に対して入射角がＣＢＮとなるよう入射され、入射角ＣＢＮに等しい反射角ＮＢＤを有するよう楕円面反射鏡１２によって反射された集光光Ｌ２が第２焦点位置Ｄに集光される。
【００３７】
一方、図５の破線で示されるように、放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａを第１焦点位置Ｃよりもカラーホイール３寄りに配置した場合には、電極間の中心位置Ａから放射された光線Ｌ１´が楕円面反射鏡１２に対して入射角がＡＢＮとなるよう入射され、入射角ＡＢＮに等しい反射角ＮＢＥを有するよう楕円面反射鏡１２によって反射された集光光Ｌ２´が出射される。ここで、破線で示される集光光Ｌ２´は、入射角ＡＢＮの大きさが前記入射角ＣＢＮに比して角ＡＢＣに相当する分だけ小さく、従って、反射角ＮＢＥの大きさも前記反射角ＮＢＤに比して角ＡＢＣに相当する分だけ小さくなり、楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄよりも光源１寄りの位置Ｅに集光される。
【００３８】
従って、本発明に係る投影装置用光学系においては、集光光Ｌ２´が集光する位置Ｅ（すなわち、楕円面反射鏡１２の第２焦点位置Ｄに比して、角ＡＢＣの大きさに相当する分だけ光源１寄りの位置）にカラーホイール３の蒸着面を配置させることにより、楕円面反射鏡１２から出射される集光光Ｌ２´がカラーホイール３に対して入射角ＢＥＸで入射されると共に、入射角ＢＥＸに等しい反射角ＦＥＸを有するようカラーホイール３によって反射された光線Ｌ６が電極間の中心位置Ａに集光されることになる。これにより、本発明に係る投影装置用光学系においては、一対の電極１１２に設けられた各々の突起部１１２Ｃの何れか一方に光線Ｌ６が偏って照射されることがなく、各々の突起部１１２Ｃが溶融変形するおそれを解消できるものと考えられる。
以上から、本発明に係る投影装置用光学系においては、各々の突起部１１２Ｃが所期の形状を維持し続けて放電アークが安定するため、投影装置においてフリッカー現象が生じる問題を解消することができるものと考えられる。
【００３９】
＜実験例１＞
以下に、本発明の効果を確認するために行った第１の実験例について説明する。
図１に示す構成に従って、本発明の実施例に係る投影装置用光学系を作製した。この投影装置用光学系においては、放電ランプの電極間の中心位置をＡとし、電極間の中心位置Ａから光軸Ｘに直交する方向に引いた直線と楕円面反射鏡とが交わる交点をＢとし、楕円面反射鏡の第１焦点をＣとし、楕円面反射鏡の第２焦点をＤとし、光軸Ｘとカラーホイールとが交わる交点をＥとしたとき、ＡおよびＢを結ぶ直線とＢおよびＣを結ぶ直線との２直線でなす角ＡＢＣ（θ１）の値と、ＢおよびＤを結ぶ直線とＢおよびＥを結ぶ直線との２直線でなす角ＤＢＥ（θ３）の値とが概ね一致するよう、放電ランプ１１、楕円面反射鏡１２、カラーホイール３が配置されている。
【００４０】
実施例の投影装置用光学系は、以下の仕様を有している。
楕円面反射鏡１２は、第１焦点距離が８．１ｍｍ、第２焦点距離が６４．１ｍｍである。放電ランプ１１は、発光管１１１内に０．１６ｍｇ／ｍｍ３の水銀が封入され、電極間距離が１．０ｍｍである。防爆ガラス２は厚み２．８ｍｍで楕円面反射鏡１２の前方側開口１２１から１５．９ｍｍ離れた位置において、光軸Ｘに直交する直線に対して１０°傾斜した状態で光軸Ｘと交差するよう配置されている。カラーホイール３は、楕円面反射鏡１２の前方側開口１２１から２６．６ｍｍ離れた位置において蒸着面は光源側で、光軸Ｘと直交するよう配置されている。放電ランプ１１の電極間の中心位置Ａと楕円面反射鏡１２の第１焦点位置Ｃとの離間距離ＡＣは０．１ｍｍである。光軸Ｘとカラーホイール３とが交わる交点Ｅと楕円面反射鏡の第２焦点位置Ｄとの離間距離ＤＥは１．３ｍｍである。実施例の投影装置用光学系は、角ＡＢＣ（θ１）は０．３９６°、角ＤＢＥ（θ３）は０．３０４°であり、θ１の値とθ３の値とが概ね一致している。
【００４１】
上記角ＤＢＥ（θ３）の値が異なる他は上記した実施例に係る投影装置用光学系と同じ構成・仕様を有する比較例に係る投影装置用光学系を３種類作製した。比較例１の投影装置用光学系は、θ３が０．０５°である。比較例２の投影装置用光学系は、θ３が０．５７°である。比較例３の投影装置用光学系は、θ３が０．８４である。すなわち、比較例１ないし３の投影装置用光学系は、θ１の値とθ３の値とが概ね一致する実施例の投影装置用光学系と異なり、θ１の値とθ３の値とが大きく相違している。
【００４２】
上記した実施例の投影装置用光学系および比較例１ないし３の投影装置用光学系について、放電ランプの外に電極に入射する光線を受光する様に光ファイバーを利用した受光装置を配置して、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂによって放電ランプ１１方向に反射された反射光Ｌ６のうち、楕円面反射鏡１２の前方側開口１２１側に位置する電極（前方側の電極）および楕円面反射鏡１２の後方側開口１２２側に位置する電極（後方側の電極）に照射される光束量を測定した。その結果を図６に示す。
【００４３】
図６は、放電ランプ１１からの放射光Ｌ１の全光束量を１としたときの電極１１２に照射される光束量の相対値と、角ＤＢＥ（θ３）との関係を示す図である。図６において、縦軸は電極１１２に照射される光束量の相対値を示し、横軸は角ＤＢＥ（θ３）（単位：°（度））の値を示す。図６において、実線は前方側の電極に照射される光束量の相対値を示し、破線は後方側の電極に照射される光束量の相対値を示す。
【００４４】
図６に示されるように、比較例１の投影装置用光学系は、前方側の電極に照射される光束量の相対値が０．０２４であったのに対し、後方側の電極に照射される光束量の相対値が０．１０７であった。また、比較例２の投影装置用光学系は、前方側の電極に照射される光束量の相対値が０．１０８であったのに対し、後方側の電極に照射される光束量の相対値が０．０３１であった。さらに、比較例３の投影装置用光学系は、前方側の電極に照射される光束量の相対値が０．１６０であったのに対し、後方側の電極に照射される光束量の相対値が０．０１３であった。
【００４５】
この実験結果に示されるように、θ１の値とθ３の値とが大きく相違する比較例１ないし３の投影装置用光学系によれば、前方側の電極或いは後方側の電極の何れかに照射される反射光Ｌ６の光束量が大きいため、対向する電極本体部のうちの何れかに設けられた突起部が溶融変形するおそれがあり、放電ランプの電極間に形成される放電アークが不安定になるおそれを解消できないと考えられる。従って、比較例１ないし３の投影装置用光学系を搭載した投影装置においては、フリッカー現象が生ずる問題を解消できないものと考えられる。
【００４６】
これに対し、実施例の投影装置用光学系においては、前方側の電極に照射される光束量および後方側の電極に照射される光束量の相対値は共に０．０５程度であった。この実験結果に示されるように、θ１の値とθ３の値とが概ね一致する実施例の投影装置用光学系によれば、前方側の電極或いは後方側の電極の何れかに対して反射光Ｌ６が偏って照射されることがなく、各々の電極に対して照射される光束量が均等になるため、対向する電極本体部のうちの何れかに設けられた突起部が溶融変形するおそれがなく、放電ランプの電極間に形成される放電アークが不安定になるおそれを解消できるものと考えられる。従って、実施例の投影装置用光学系を搭載した投影装置においては、フリッカー現象が生ずる問題を解消できるものと考えられる。
【００４７】
＜実験例２＞
以下に、本発明の効果を確認するために行った第２の実験例について説明する。角ＤＢＥ（θ３）の数値を除けば実験例１と同様の構成・仕様を有する６種類の投影装置用光学系（実施例１〜６とする）を各々について１０個ずつ計６０個作製した。実施例１〜６の投影装置用光学系の各々は、以下の表１に示されるように、θ１の値が０．３９６で共通するが、θ３の値が０．０５、０．１２、０．３０、０．５２、０．５７、０．８４と各々相違している。
【００４８】
実施例１〜６の投影装置用光学系の各々について、放電ランプ１１を所定時間点灯させた後、電極１１２に設けられた突起部１１２Ｃが溶融変形するかを目視して確認した。その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2008145580.tif 000003
【００５０】
表１において、「○」は突起部１１２Ｃが溶融変形しなかったことを示し、「×」は突起部１１２Ｃが溶融変形したことを示す。表１に示されるように、θ３／θ１の値が上記した数式４の範囲内である実施例２〜４の投影装置用光学系は、電極１１２に設けられた突起部１１２Ｃが溶融変形することがなかった。その一方で、θ３／θ１の値が数式４の範囲外である実施例１、５、６の投影装置用光学系は、電極１１２に設けられた突起部１１２Ｃが溶融変形していた。この実験結果から、θ３／θ１の値が数式４の範囲内にある投影装置用光学系においては、一対の電極１１２の各々に照射される前記反射光線Ｌ６の光束量が概ね均等になるため、突起部１１２Ｃが溶融変形しなかったものと考えられる。その一方で、θ３／θ１の値が数式４の範囲外にある投影装置用光学系においては、何れか一方の電極に照射される前記反射光線Ｌ６の光束量が偏っていたので突起部１１２Ｃが溶融変形したものと考えられる。
【００５１】
なお、本発明の投影装置用光学系における本質的構成でない構成については、上記したような構成に限らず、適宜変更することが可能である。例えば、光源に備える反射鏡は、楕円面反射鏡に限らず、放電ランプからの放射光を反射鏡の光軸に平行な光として反射する放物面反射鏡を使用することもできる。光源に放物面反射鏡を使用する場合は、放物面反射鏡から出射された反射光の進む光路上に、レンズなどの光学部材を配置することにより、放物面反射鏡から出射された平行光をライトガイドの光入射面に集光させることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の投影装置用光学系の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示される投影装置用光学系の光源のうち、放電ランプの電極の構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の投影装置用光学系における光源とカラーホイールとの位置関係を概念的に示す図である。
【図４】本発明の投影装置用光学系において、カラーフィルタによって反射された光が光源に向けて進む光路を概念的に示す図である。
【図５】本発明の投影装置用光学系に係る効果が得られる理由を概念的に示す図である。
【図６】本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示す図である。
【図７】従来の投影装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】図７に示される投影装置用光学系が備えるカラーホイールの正面図である。
【図９】従来の投影装置に搭載された投影装置用光学系について、構成を概略的に示すと共に、カラーホイールによって反射された光が進む光路を概念的に示す図である。
【図１０】従来の投影装置用光学系が備える放電ランプとカラーフィルタについて、放電ランプからの放射光のスペクトル、および、カラーフィルターにおける光透過率と波長との関係について示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１          光源
１１        放電ランプ
１１１      発光管
１１２      電極
１１２Ａ    軸部
１１２Ｂ    電極本体部
１１２Ｃ    突起部
１１２Ｄ    コイル部
１２        楕円面反射鏡
１２１      前方側開口
１２２      後方側開口
２          防爆ガラス
３          カラーホイール
Ｒ          カラーフィルタ
Ｇ          カラーフィルタ
Ｂ          カラーフィルタ
４          ライトガイド
４１        光入射面
４２        光出射面
４３        側壁
５          リレーレンズ
６          リレーミラー
７          反射型映像素子
８          投射型画像表示装置
Ａ          放電ランプの電極間の中心位置
Ｂ          電極間の中心位置から光軸に直交する方向に引いた直線と楕円面反射鏡とが交わる交点
Ｃ          楕円面反射鏡の第１焦点位置
Ｄ          楕円面反射鏡の第２焦点位置
Ｅ          光軸とカラーホイールとが交わる交点
Ｘ          光軸
【図１】
2008145580.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008145580.tif 000006
【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】
2008145580.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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