(57)【要約】【課題】より明るく、光源のアーク長をより短くできる光源を供することの可能な光源装置を提供する。【解決手段】光線を発する複数の光源（メタルハロライドランプや水銀ランプなど）と、前記各光源で発光された光線を多重化（合成）する積層ガラス板と、多重化した光線を投射するレンズとを備えた構成とし、前記積層ガラス板は、一方のガラス板の屈折率が光線を全反射させ、他方のガラス板の屈折率が光線を透過させる構成とした。【選択図】  図１
2004240004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、前記複数の光源がそれぞれ発する光線を合成する積層ガラス板と、前記合成した光線を前方に投射するレンズとを備え、
前記積層ガラス板の一方のガラス板が前記光線を全反射させる屈折率を備え、他方のガラス板が前記光線を透過させる屈折率を備えてなることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
積層ガラス板は、光線を全反射させるガラス板の屈折率ｎｄ１を１．５０〜１．９０の範囲とし、光線を透過させるガラス板の屈折率ｎｄ２を１．４１〜１．５２の範囲としたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
積層ガラス板において、光線を全反射させるガラス板の屈折率をｎｄ１、光線を透過させるガラス板の屈折率をｎｄ２としたとき、屈折率の差ｎｄ１−ｎｄ２が０．２以上となるガラス板の組み合わせたことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光源ランプが発する光線を多重化（合成）し、パワーアップする光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶式映像投射システム（液晶プロジェクター）や、ＤＭＤ（ディジタルミラーデバイス）素子を使った映像投射システムなどのような大型映像装置において、光源の輝点は１点でなければならない。
すなわち、光源となるランプは１灯だけでなければならない。光源の輝点の大きさは、陽極と陰極の間に電圧を加えて放電するときのアークの長さに依存する。したがって、ビデオプロジェクターの映像はランプの輝点すなわちアークの長さが短いほど精緻な映像になる。すなわちランプ輝点は可能な限り小さいことが望ましい。しかしながら、ランプのアーク長さを短くすると光として変換されるエネルギーが小さくなり、ランプの明るさが減少することになる。そこでランプのアーク長さを短くしてビデオプロジェクターの映像の明るさを確保するためには入力電力を大きくしなければならない。そして、入力電力を大きくすることに起因してアークの輝点が大きくなってしまい求める映像の精緻さが得られない。
また、一方では入力電力を大きくすることで必然的にランプ寿命が短くなってしまう。
光源の輝度アップを目的とし複数の光源を合成する構成として、ダイクロイックフィルター（半透明膜）を用いるものが特許文献１に、複数の微小ミラーを用いるものが特許文献２に、透過部と反射部を備えたミラーを用いるものが特許文献３に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−２３０３７３号公報
【特許文献２】
特開平０９−１３３９７４号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２５１９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１、特許文献２、特許文献３は、屈折率の異なるガラス板を積層した構成でない。また、ダイクロイックフィルター（半透明膜）により光線を合成する手法を用いた装置は、構成部品が高価になりかつ構成が複雑となる。
本発明の光源装置は、より明るく、光源のアーク長をより短くできる光源を供することを目的とする。即ち、複数の光源から発せられた光線を簡単な構成で多重化（合成）し、入力電力はできるだけ小さく、高品質で明るい映像を可能にすること、光源寿命を長くすること、コストを安価にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、光線を発する複数の光源（メタルハロライドランプや水銀ランプなど）と、前記各光源で発光された光線を多重化（合成）する積層ガラス板と、多重化した光線を投射するレンズとを備えた構成とした。前記積層ガラス板は、一方のガラス板の屈折率が光線を全反射させ、他方のガラス板の屈折率が光線を透過させる構成とした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明における第１の発明は、複数の光源と、前記複数の光源がそれぞれ発する光線を合成する積層ガラス板と、前記合成した光線を前方に投射するレンズとを備え、前記積層ガラス板の一方が前記光線を全反射させる屈折率を備え、他方が前記光線を透過させる屈折率を備えてなることを特徴とする光源装置としたもので、高品質、高輝度の光源が得られ、寿命を長く、構成が簡単でコストを安価にする。
【０００７】
本発明における第２の発明は、積層ガラス板において、光線を全反射させるガラス板の屈折率ｎｄ１を１．５０〜１．９０の範囲とし、光線を透過させるガラス板の屈折率ｎｄ２を１．４１〜１．５２の範囲としたことを特徴とする第１〜第２の発明のいずれかに記載の光源装置としたもので、高品質、高輝度の光源が得られ、寿命を長く、構成が簡単でコストを安価にする。
本発明における第３の発明は、積層ガラス板において、光線を全反射させるガラス板の屈折率をｎｄ１、光線を透過させるガラス板の屈折率をｎｄ２としたとき、屈折率の差ｎｄ１−ｎｄ２が０．２以上となるガラス板の組み合わせとしたことを特徴とする第１〜第２の発明のいずれかに記載の光源装置としたもので、高品質、高輝度の光源が得られ、寿命を長く、構成が簡単でコストを安価にする。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例におけるビデオプロジェクター用光源について、図１〜図７を用いて説明する。
【０００９】
（実施例１）
図１は本発明のビデオプロジェクター用光源の概念構成図、図２は、図１における光源、積層ガラス板、投射レンズの配置関係を示す図、図３は図１を構成する積層ガラス板において全反射ガラス板と透過ガラス板の配置角度を示す図である。
【００１０】
図１〜図３において、符号１ａ，１ｂはランプ（光源）、２ａ，２ｂはリフレクター（反射鏡）、３は低屈折率ガラス板（透過）、４は高屈折率ガラス板（全反射）、５はコリメートレンズをそれぞれ示す。
【００１１】
図１は光源ランプ２個から発せられる光線を１本に多重化（合成）する場合の概念の構成図を示す。図１、図３において、積層ガラス板は、光源１ａ，１ｂの光線出射方向側に配置され、低屈折率ガラス板（光線を透過）３と高屈折率ガラス板（光線を全反射）４とを積層してなる。
レンズ５は光源１ａ，１ｂから出射される光線を平行行光線に変え、液晶などのデバイスに投射するレンズであって、モデル化したものである。
２個のリフレクター２ａ、２ｂの出射光軸方向が積層した高屈折率ガラス板４の反射面の位置で交差するよう配置した。
【００１２】
図２は光源と反射鏡とガラス板とレンズの配置と寸法関係を示し、それぞれのデバイスはｌａ１＝ｌｂ１の関係を維持している。
図１、図３において低屈折率ガラス板３（光線を透過）の臨界角は４５．１９°〜４１．１６°である。高屈折率ガラス板４（光線を全反射）の臨界角（空気〜ガラスの全反射角）は４１．８３°〜３１．７７°である。
低屈折率ガラス板３と高屈折率ガラス板４とは密着して積層保持、または接着保持されている。前記積層ガラス板の配置角度は、光源ランプ１ｂから投射される光軸に対して１ｂの臨界角以上の角度で斜めに配置されている。
本発明装置において、高屈折率ガラス板４（ｎｄ１）と低屈折率ガラス板３（ｎｄ２）との屈折率の差は約０．２以上あることが望ましい。
本発明のビデオプロジェクター用光源は上記構成により、光源１ａから発射された光軸方向からの光線は低屈折ガラス板３の臨界角以下の角度で入射すると全反射せずに透過する。
また、光源１ｂから発射された光線は高屈折ガラス板４の臨界角より大きい角度で入射すると高屈折ガラス板４の表面で所定の光軸方向に全反射する。
その結果、光源１ａ，１ｂから発せられた各光線は多重化（合成）され１本の光線としてパワーアップされる。
【００１３】
このように本発明は、二個の光源から発せられた光線を簡単な構成で多重化（合成）し、入力電力はできるだけ小さく、高精細で明るい映像、光源寿命を長く、コストを安価にする液晶プロジェクター光源を実現する。
【００１４】
（実施例２）
図４は本発明のもう一つの実施例であって、３個の光源を用いた場合のビデオプロジェクター用光源の概念構成図である。
この場合のビデオプロジェクター用光源は二つの積層ガラス板を略Ｘ字形に配置したことを特徴とする。
図４は本発明のビデオプロジェクター用光源の概念構成図、図５は  図４における光源、積層ガラス板、投射レンズの配置関係を示す。図４、図５において符号４１ａ，４１ｂ，４１ｃはランプ（光源）、４２ａ，４２ｂ，４２ｃはリフレクター（反射鏡）、４３１、４３２は低屈折率ガラス板（透過）、４４１、４４２は高屈折率ガラス板（全反射）、４５はコリメートレンズをそれぞれ示す。
図４は三個の光源（ランプ）４１ａ，４１ｂ，４１ｃから発せられる光線を１本に多重化（合成）する場合の概念の構成図を示す。図４、図５において、積層ガラス板は光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃの光線出射側に配置され、それぞれ低屈折率ガラス板（光線を透過）４３１と高屈折率ガラス板（光線を全反射）４４１を積層したものと、低屈折率ガラス板（光線を透過）４３２と高屈折率ガラス板（光線を全反射）４４２を積層したものである。
コリメートレンズ４５は光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃから出射される光線を平行行光線に変え、液晶などのデバイスに投射するレンズであってモデル化したものである。
３個のリフレクター４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、その出射光軸方向が積層した高屈折率ガラス板４４１，４４２の反射面の位置で交差するよう配置した。
図５は光源と反射鏡と積層ガラス板とコリメートレンズの配置と寸法関係を示す。それぞれのデバイスはＬａ＝Ｌｂ＝Ｌｃの関係を維持している。
図４、図５において低屈折率ガラス板（光線を透過）４３１，４３２の臨界角は４５．１９°〜４１．１６°である。高屈折率ガラス板（光線を全反射）４４１，４４２の臨界角（空気〜ガラスの全反射角）は４１．８３°〜３１．７７°である。
低屈折率ガラス板４３１と高屈折率ガラス板４４１とは密着して積層保持、または接着保持されている。前記積層ガラス板の配置角度は、光源ランプ４１ｂから投射される光軸に対して高屈折率ガラス板４４１の臨界角以上の角度で斜めに配置されている。
同じく  低屈折率ガラス板４３２と高屈折率ガラス板４４２とは密着して積層保持、または接着保持されている。前記積層ガラス板の配置角度は、光源ランプ１ｃから投射される光軸に対して高屈折率ガラス板４４２の臨界角以上の角度で斜めに配置されている。
本発明装置において、高屈折率ガラス板４４１と低屈折率ガラス板４３１との屈折率の差は約０．２以上あることが望ましい。同じく高屈折率ガラス板４４２と低屈折率ガラス板４３２との屈折率の差は約０．２以上あることが望ましい。
本発明のビデオプロジェクター用光源は上記構成により、光源４１ａから発射された光軸方向からの光線は低屈折ガラス板３の臨界角以下の角度で入射すると全反射せずに透過する。
また、光源４１ｂから発射された光線は高屈折ガラス板４４１の臨界角より大きい角度で入射すると高屈折ガラス板４４１の表面で所定の光軸方向に全反射する。
また、光源４１ｃから発射された光線は高屈折ガラス板４４２の臨界角より大きい角度で入射すると高屈折ガラス板４４２の表面で所定の光軸方向に全反射する。
その結果、光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃから発せられた各光線は多重化（合成）され１本の光線としてパワーアップされる。
このように本発明は、三個の光源から発せられた光線を簡単な構成で多重化（合成）し、入力電力はできるだけ小さく、高精細で明るい映像、光源寿命を長く、コストを安価にする液晶プロジェクター光源を実現する。
【００１５】
（実施例３）
図６は本発明のもう一つの実施例であって、３個の光源を用いた場合のビデオプロジェクター用光源の概念構成図である。
この場合のビデオプロジェクター用光源は二つの積層ガラス板を並行に傾斜して配置したことを特徴とする。  図６〜図７において、符号５１ａ，５１ｂ，５１ｃはランプ（光源）、５２ａ，５２ｂ，５２ｃはリフレクター（反射鏡）、５３１、５３２は低屈折率ガラス板（透過）、５４１、５４２は高屈折率ガラス板（全反射）、５５はコリメートレンズをそれぞれ示す。
【００１６】
図６は光源ランプ３個から発せられる光線を１本に多重化（合成）する場合の概念の構成図を示す。図６、図７において、積層ガラス板は光源５１ａ，５１ｂ，５１ｃの光線出射側に配置され、それぞれ低屈折率ガラス板（光線を透過）５３１と高屈折率ガラス板（光線を全反射）５４１を積層したものと、低屈折率ガラス板（光線を透過）５３２と高屈折率ガラス板（光線を全反射）５４２を積層したものである。
コリメートレンズ５５は光源５１ａ，５１ｂ，５１ｃから出射される光線を平行行光線に変え、液晶などのデバイスに投射するレンズであって、モデル化したものである。
３個のリフレクター５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、その出射光軸方向が積層した高屈折率ガラス板５４１，５４２の反射面の位置で交差するよう配置した。
図７は、光源と反射鏡とガラス板とレンズの配置と寸法関係を示し、それぞれのデバイスはＬａ＝Ｌｂ−１＋Ｌｂ−２＝Ｌｃ−１＋Ｌｃ−２の関係を維持している。
図６、図７において屈折率ガラス板（光線を透過）５３１、５３２の臨界角は４５．１９°〜４１．１６°である。高屈折率ガラス板（光線を全反射）５４１、５４２の臨界角（空気〜ガラスの全反射角）は４１．８３°〜３１．７７°である。
低屈折率ガラス板５３１と高屈折率ガラス板５４１とは密着して積層保持、または接着保持されている。前記積層ガラス板の配置角度は、光源ランプ５１ｂから投射される光軸に対して５４１の臨界角以上の角度で斜めに配置されている。  同じく、低屈折率ガラス板５３２と高屈折率ガラス板５４２とは密着して積層保持、または接着保持されている。前記積層ガラス板の配置角度は、光源ランプ５１ｃから投射される光軸に対して高屈折率ガラス板５４２の臨界角以上の角度で斜めに配置されている。
【００１７】
本発明装置において、高屈折率ガラス板５４１と低屈折率ガラス板５３１との屈折率の差は約０．２以上あることが望ましい。同じく高屈折率ガラス板５４２と低屈折率ガラス板５３２との屈折率の差は約０．２以上あることが望ましい。
本発明のビデオプロジェクター用光源は上記構成により、光源５１ａから発射された光軸方向からの光線は低屈折ガラス板５３の臨界角以下の角度で入射すると全反射せずに透過する。
また、光源５１ｂから発射された光線は高屈折ガラス板５４１の臨界角より大きい角度で入射すると高屈折ガラス板５４１の表面で所定の光軸方向に全反射する。
さらに、光源５１ｃから発射された光線は高屈折ガラス板５４２の臨界角より大きい角度で入射すると高屈折ガラス板５４２の表面で所定の光軸方向に全反射する。
その結果、光源１ａ，１ｂ，１ｃから発せられた各光線は多重化（合成）され１本の光線としてパワーアップされる。
このように本発明は、三個の光源から発せられた光線を簡単な構成で多重化（合成）し、入力電力はできるだけ小さく、高精細で明るい映像、光源寿命を長く、コストを安価にする液晶プロジェクター光源を実現する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により、出力エネルギーが不足することなく高精細、高輝度、高寿命、簡単な構成で低コストのビデオプロジェクター用光源を実現できる。
【００１９】
なお、上述した説明ではビデオプロジェクター用光源装置および方式として  説明したが、投光器、オーバーヘツドプロジェクター装置をはじめとする数多くの光学機器の光源装置および光源方式として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源装置の概念構成図
【図２】図１における光源、積層ガラス板、投射レンズの配置関係を示す図
【図３】図１を構成する積層ガラス板において全反射ガラス板と透過ガラス板の配置角度を示す図
【図４】本発明の他の実施例におけるビデオプロジェクター用光源の概念構成図
【図５】図４における光源、積層ガラス板、投射レンズの配置関係を示す図
【図６】本発明の他の実施例におけるビデオプロジェクター用光源の概念構成図
【図７】図６における光源、積層ガラス板、投射レンズの配置関係を示す図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ    ランプ（光源）
２ａ，２ｂ，２ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ    リフレクター（反射鏡）
３，４３１，４３２  低屈折率ガラス板（透過）
４，４４１，５４２  高屈折率ガラス板（全反射）
５，４５，５５  コリメートレンズ
【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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