(57)【要約】【課題】ランプから出射する光線をリフレクタで所定の点に集光して利用する際に、光線がランプバルブを通過する際の屈折によって損なわれる集光性を改善することのできる光源ユニット、及びこれを用いた表示装置を提供する。【解決手段】ランプ２と、このランプ２の発光部２ｓから出射する光線を反射して集光させるリフレクタ１とを備える光源ユニット１１で、ランプバルブ２１表面から出射する光線の発光部２ｓ側への延長線が発光部２ｓを通過する光線を基準光線ａとして、発光部２ｓと所望の集光点Ｑとを二つの焦点とする楕円Ｅと基準光線ａとの交点を境界部Ｂとし、楕円Ｅの境界部Ｂより光軸から遠い部分を光軸ｘの正方向又は負方向に、境界部Ｂより光軸ｘに近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、光軸ｘの周りに回転させて得られる形状にリフレクタ１を形成する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプと、このランプの発光部から出射する光線を反射して集光させるリフレクタとを備える光源ユニットであって、
前記ランプは、前記リフレクタの大きさに対して非常に小さく形成された前記発光部と、この発光部を封入するランプバルブを備え、
前記発光部から前記ランプバルブを通過して出射する各光線のうち、前記ランプバルブ表面から出射する光線の前記発光部側への延長線が前記発光部を通過する光線を基準光線として、
前記リフレクタは、前記発光部と所望の集光点とを二つの焦点とする楕円と前記基準光線との交点を境界部とし、前記発光部と前記集光点とを結ぶ光軸の正方向を前記発光部から前記集光点に向かう方向として、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の正方向又は負方向に、前記境界部より光軸に近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、前記光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されていること
を特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光源ユニットにおいて、
前記発光部を封入するランプバルブの断面形状が略凸レンズ状であり、
前記リフレクタは、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の正方向に、前記境界部より光軸に近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、前記光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されていること
を特徴とする光源ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の光源ユニットにおいて、
前記発光部を封入するランプバルブの断面形状が略凹レンズ状であり、
前記リフレクタは、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の負方向に、前記境界部より光軸に近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、前記光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されていること
を特徴とする光源ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源ユニットから放射された光線を前記集光点で照度調整部に取り込み通過させ、この通過光をリレーレンズ系でチャートに誘導し、このチャートからの反射光又は透過光を投射レンズ系によってスクリーン上に投影すること
を特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタなどの表示装置に用いられる光源ユニット、及びこれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタなどの表示装置に用いられる光源ユニット１１１の従来の例を、図４に示す。ランプバルブ２の発光部Ｐから出た光線は、表面（又は裏面）に光線反射作用を持つリフレクタ１０１により、ガラスやプラスチックなどからなるロッド１２（又はライトトンネル：内面に反射鏡面を備える筒体）の入光面１２ｉに集められる。
【０００３】
リフレクタ１０１の反射面１０１ｓの形状の一つとして、光軸ｘを軸とする回転楕円体Ｅが多用されている。これは、回転楕円体の第１焦点Ｐ、第２焦点Ｑが光軸上にくるようにリフレクタ１０１を配置し、上記第１焦点と第２焦点とに、ランプ２の発光部２ｓとロッド１２の入光面１２ｉの中央とをそれぞれ配置することで、発光部から出射する光線をロッド１２の端面に確実に集光し、入光させることをねらったものである。
ロッド１２の入光面１２ｉに入射した光線は、ロッド１２の側面で反射しながら種々の角度の光線が混合され、反対側の出射面から射出され、プロジェクタなどの表示装置の照明光として用いられる。光線をロッド１２中を通過させることで、表示装置の照度ムラ、色ムラやちらつきを低減することができ、また断面が円形の光束を矩形断面の光束に変換することも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ランプ２のランプバルブ２１は、これを光軸ｘを含む平面で切断したときの断面形状がランプ２の発光部２ｓを中心とする同心円にはなっていない。このため、発光部２ｓから出射する光線はランプバルブ２１を通過する際に屈折する。（例えば、図４に示すランプ２では、発光部を封入するランプバルブ２１が凸レンズの作用をし、光線が屈折する。）
したがって、図４に示すように、上記第１焦点Ｐに配置したランプ２の発光部２ｓから出射し、ランプバルブ２１を通過してリフレクタ１０１で反射された各光線は、上記第２焦点Ｑに完全に集光しない。すなわち、ランプ２の光線の一部はロッド１２に入光せず、ランプ２の光線の利用率が小さくなるという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、ランプから出射する光線をリフレクタで所定の点に集光して利用する際に、光線がランプバルブを通過する際の屈折により集光性が損なわれることなく光線の利用率を高めることのできる光源ユニット、及びこれを用いた表示装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ランプ（例えば図２中、２）と、このランプの発光部（例えば図２中、２ｓ）から出射する光線を反射して集光させるリフレクタ（例えば図２中、１）とを備える光源ユニット（例えば図２中、１１）であって、
前記ランプは、前記リフレクタの大きさに対して非常に小さく形成された前記発光部と、この発光部を封入するランプバルブ（例えば図２中、２１）を備え、前記発光部から前記ランプバルブを通過して出射する各光線のうち、前記ランプバルブ表面から出射する光線の前記発光部側への延長線が前記発光部を通過する光線を基準光線（例えば図２中、ａ）として、
前記リフレクタは、前記発光部と所望の集光点（例えば図２中、Ｑ）とを二つの焦点とする楕円（例えば図２中、Ｅ）と前記基準光線との交点（例えば図２中、境界点Ｂ付近）を境界部とし、前記発光部と前記集光点とを結ぶ光軸（例えば図２中、ｘ）の正方向を前記発光部から前記集光点に向かう方向として、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の正方向又は負方向に、前記境界部より光軸に近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、前記光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されていること
を特徴とする。
【０００７】
具体的には、前記ランプバルブの発光部を封入する部分の断面が凸レンズ状である場合には、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の正方向に、前記境界部より光軸に近い側を光軸の負方向にそれぞれシフトする。また、前記ランプバルブの発光部を封入する部分の断面が凹レンズ状である場合には、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の負方向に、前記境界部より光軸に近い側を光軸の正方向にそれぞれシフトして、前記リフレクタの形状を得る。
ここで、境界部とは、前記楕円（例えば図２中、Ｅ）と前記基準光線との交点（例えば図２中、Ｂ）を含む一定の領域のことをいう。リフレクタによる集光点は、実際には一点（例えば図２中、Ｑ）ではなく面積を持つ集光面（例えば図２中、１２ｉ）であるので、発光部からランプバルブを通過して出射する各光線のうち、境界部で反射する光線がこの集光面内に収まる大きさに、境界部の長さを設定することができる。
【０００８】
また、上記ランプとしては、高圧水銀ランプ、ショートアーク・メタルハライドランプ、クセノンショートアークランプなど、発光部の寸法が数ｍｍ程度より小さいランプを好適に用いることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニット（例えば図２中、１１）において、
前記発光部（例えば図２中、２ｓ）を封入するランプバルブ（例えば図２中、２１）の断面形状が略凸レンズ状であり、
前記リフレクタ（例えば図２中、１）は、前記楕円（例えば図２中、Ｅ）の前記境界部（例えば図２中、境界点Ｂ付近）より光軸（例えば図２中、ｘ）から遠い部分を前記光軸の正方向に、前記境界部より光軸に近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、前記光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されていること
を特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、
前記発光部を封入するランプバルブの断面形状が略凹レンズ状であり、
前記リフレクタは、前記楕円の前記境界部より光軸から遠い部分を前記光軸の負方向に、前記境界部より光軸に近い部分をこれと反対方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、前記光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されていること
を特徴とする。
【００１１】
請求項１〜３のそれぞれに記載の発明によれば、発光部からランプバルブを通過して出射する各光線のうち、ランプバルブ表面から出射する光線の発光部側への延長線が発光部を通過する光線を基準光線として、リフレクタは、発光部と所望の集光点とを二つの焦点とする楕円と基準光線との交点を境界部とし、楕円の境界部より光軸から遠い部分を光軸の正方向又は負方向に、境界部より光軸に近い側を光軸の負方向又は正方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、発光部と集光点とを結ぶ光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されているので、光線がランプバルブを通過する際に屈折しても集光性が改善され、光線の利用率を高めることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明である表示装置（例えば図１中、データプロジェクタ１０）は、例えば図１、図２に示すように、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源ユニット（例えば図１中、１１）から放射された光線を前記集光点（例えば図２中、Ｑ）で照度調整部（例えば図１中、ロッド１２）に取り込み通過させ、この通過光をリレーレンズ系（例えば図１中、１４〜１６）でチャート（例えば図１中、ＤＭＤ１８）に誘導し、このチャートからの反射光又は透過光を投射レンズ系（例えば図１中、１９）によってスクリーン上に投影すること
を特徴とする。
ここで、上記チャートとは、ＤＭＤ（鏡面反射型光変調器）や、反射型液晶パネル又は透過型画像パネルなどのことを指す。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源ユニットから放射された光線を照度調整部に取り込む際の光線の利用率が高いので、ランプの出力を効率良く利用して、スクリーン上に投影される画像の照度を大きくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光源ユニット、及び表示装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本実施の形態の光源ユニット、及び表示装置は、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いたデータプロジェクタに適用されたものである。図１に、データプロジェクタ１０の概略図を、図２に、データプロジェクタ１０において用いられている光源ユニット１１の断面図を、それぞれ示す。
【００１５】
本実施の形態の光源ユニット１１は、図２に示すように、ランプ２と、このランプ２の発光部２ｓから出射する光線を反射してガラスロッド１２の入光面１２ｉ上の点（集光点）Ｑに集光させるリフレクタ１とを備えている。
ランプ２は、高圧水銀ランプからなり、そのアーク長は数ｍｍ程度の大きさであって、発光部がリフレクタ１の大きさに対して非常に小さくなっている。ランプ２の発光部を封入するランプバルブ２１はガラスからなり、その内面と外面とは、図３に示すような形状に形成されているため、ランプ１の発光部から出射した光線に対して、ランプバルブ２１は凸レンズの働きをする。
アークを発生する電極の位置により、ランプ２の発光部は、その封入部の中心よりもランプの軸方向に偏在している。
【００１６】
図３に示すように、ランプ１の発光部２ｓからランプバルブ２１を通過する際に屈折してランプバルブ２１表面から出射する各光線を発光部２ｓ側へ延長すると、その延長線と光軸（発光部２ｓと集光点Ｑとを結ぶ線）ｘとの交点Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，…は、光軸ｘ上に分散する。
このうち、ランプバルブ２１表面から出射する光線の発光部２ｓ側への延長線が、発光部２ｓを通過する光線を基準光線ａとする。
【００１７】
図２に示すように、発光部２ｓと集光点Ｑとを二つの焦点とする楕円Ｅと、基準光線ａとの交点Ｂを境界点とし、光軸ｘの正方向を発光部２ｓから集光点Ｂに向かう方向とする。
リフレクタ１は、楕円Ｅの境界点Ｂより光軸ｘから遠い部分を光軸ｘの正方向に、また境界点Ｂより光軸ｘに近い部分を光軸ｘの負方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、光軸ｘの周りに回転させて得られる形状に形成されている。
上記シフト長さは、リフレクタ１の反射面１ｓ上の各位置における光線の反射光が前記集光点Ｑに集光するように設定されている。
【００１８】
この照明ユニット１１から出射された光線は、上記のとおり光軸上の一点で集光し、この点でガラスロッド１２に取り込まれる。その後、図１に示すように、ＲＧＰフィルタ１３通過したのち、リレ−レンズ系（リレーレンズ１４、反射ミラ−１５、反射プリズム１６）によってコンデンサレンズ１７に導かれ、ＤＭＤ１８に照射される。
ＤＭＤ１８からの反射光は、投射レンズ系１９によって拡大されて、スクリ−ンＳに投影される。
【００１９】
本実施の形態の光源ユニット１１、及びデータプロジェクタ１０によれば、ランプバルブ２１による光線の屈折を考慮してリフレクタ１の反射面１ｓの形状を決定し、リフレクタ１の反射光が光軸ｘ上の一点において確実に集光するようにしたので、ランプ２から出射する光線をより多く、ガラスロッド１２の入光面１２ｉ集光点Ｑ上のに照射できる。
これにより、照射対象となるガラスロッド１２の入光面１２ｉの大きさを小さくすることもできる。ガラスロッド１２の断面が小さくなれば、投影角倍率が小さくなり、ＤＭＤ１８に当たる光線の平行度が増す。それにより、データプロジェクタ１０の投影レンズ系１９の口径を小さくできる。
【００２０】
なお、上記の実施の形態では、表示装置として、ＤＭＤを利用したデータプロジェクタ１０を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはなく、ＯＨＰ（オーバー・ヘッド・プロジェクタ）やフィルム映写機など、各種表示装置の光源として利用可能である。
また、上記の実施の形態では、ランプバルブ２１の断面が凸レンズ形状になっているが、ランプバルブの断面が凹レンズ形状である場合には、上記楕円Ｅの境界点Ｂより光軸ｘから遠い部分を光軸ｘの負方向に、上記境界点Ｂより光軸に近い部分を光軸ｘの正方向にそれぞれシフトして、集光性の高いリフレクタの形状を得ることができる。
また、上記の実施の形態では、楕円Ｅ上の境界点Ｂ一点を境として、リフレクタの形状を正方向または負方向にシフトさせているが、リフレクタによって集光させるべき目標は、実際には一点Ｑである必要はなく、面積を持つ集光面１２ｉ内に集光させれば良い。したがって、集光面１２ｉの広さに応じて、楕円Ｅ上の境界点Ｂを含む所定長の境界部を定め、この境界部を境として、楕円Ｅを光軸の正方向または負方向にシフトすることで、リフレクタの形状設定に一定の自由度を持たせても良い。このとき、境界部の長さは、発光部からランプバルブを通過して出射する各光線のうち、境界部で反射する光線が集光面内に到達するように設定する。
また、本発明の光源ユニットは、表示装置以外の、ランプの光を所望の点に集光させて利用する場合一般に適用可能である。
その他、具体的な詳細などについても適宜に変更可能であることはもちろんである。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１〜３のそれぞれに記載の発明によれば、発光部からランプバルブを通過して出射する各光線のうち、ランプバルブ表面から出射する光線の発光部側への延長線が発光部を通過する光線を基準光線として、リフレクタは、発光部と所望の集光点とを二つの焦点とする楕円と基準光線との交点を境界部とし、楕円の境界部より光軸から遠い部分を光軸の正方向又は負方向に、境界部より光軸に近い側を光軸の負方向又は正方向にそれぞれシフトして得られる曲線を、発光部と集光点とを結ぶ光軸の周りに回転させて得られる形状に形成されているので、光線がランプバルブを通過する際に屈折しても集光性が改善され、光線の利用率を高めることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源ユニットから放射された光線を照度調整部に取り込む際の光線の利用率が高いので、ランプの出力を効率良く利用して、スクリーン上に投影される画像の照度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光源ユニットを用いた表示装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る光源ユニットの一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る光源ユニットにおけるランプの一例を示す断面図である。
【図４】従来の光源ユニットの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　リフレクタ
２　　　ランプ
２ｓ　　発光部
２１　　ランプバルブ
１０　　表示装置（データプロジェクタ）
１１　　光源ユニット
１４〜１６　　リレーレンズ系
１８　　チャート（ＤＭＤ）
１９　　投射レンズ系
ａ　　　基準光線
Ｂ　　　境界部内の点
Ｅ　　　楕円
Ｓ　　　スクリーン
Ｑ　　　集光点
ｘ　　　光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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