(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生するための所定の大きさと所定の透過率とを持った発光部を有するランプと、
前記発光部が配置された第一の焦点と、前記発光部からの光が集光される第二の焦点と、前記第一の焦点と前記第二の焦点との間に設けられた第一の開口部と、前記第一の焦点と前記第一の焦点側の頂点との間に設けられた第二の開口部とを有した第一の鏡と、
前記発光部から出射されて前記第二の開口部から出てくるまたは出てくるはずの光を前記発光部側に反射するための第二の鏡とを備え、
前記発光部から出射された光のうち、一部は前記第一の鏡で反射されると共に、他の一部は前記第二の鏡で反射され前記発光部を通過したのち前記第一の鏡で反射され、これらの前記第一の鏡で反射された光は、前記第一の開口部を通過して前記第二の焦点の位置に光スポットを形成し、この光スポット位置に設けられたアパーチャを通過して利用され、
前記第二の開口部の大きさは、前記発光部が前記所定の大きさを持つことにより前記光スポットの径が前記アパーチャの大きさより大きくなって前記アパーチャを通過できなくなることによる損失と、前記発光部が前記所定の透過率を持つことにより前記第二の鏡で反射された光が前記発光部で吸収されることによる損失とが最小になることにより、前記利用される光の量が実質的に最大となるように決定されており、
前記第二の鏡は、集光角度θが実質的に５０°＜θ＜９０°を満たす、その中心が前記第一の焦点と一致するように配置された球面鏡である、光源装置。
【請求項２】
前記第二の鏡は、集光角度θが実質的に５０°＜θ＜８５゜を満たす前記球面鏡であり、
前記ランプは、メタルハライドランプおよび水銀灯の内の何れかである請求項１記載の、光源装置。
【請求項３】
前記第一の鏡は、楕円面鏡または放物面鏡であり、
前記第二の開口部の位置は、前記第一の焦点側の頂点の近傍に決定されている請求項２記載の、光源装置。
【請求項４】
前記第二の鏡は、前記第一の鏡の外側に配置され、前記第二の開口部から出てくる光を逃がさず前記発光部側に反射するための所定値以上の大きさを有する請求項３記載の、光源装置。
【請求項５】
前記第二の鏡は、その周縁部が前記第二の開口部と接するように配置されている請求項３記載の、光源装置。
【請求項６】
前記第一の鏡および第二の鏡は、ガラス、金属、樹脂の内の何れかを利用して形成された反射ミラーである請求項３記載の、光源装置。
【請求項７】
前記ランプは、前記発光部が実質的に中心に配置された管球を有し、
前記第二の鏡は、前記管球の表面を利用して形成された反射膜である請求項３記載の、光源装置。
【請求項８】
前記第二の鏡は、集光角度θが実質的に６５°＜θ＜９０゜を満たす前記球面鏡であり、
前記ランプは、キセノンランプおよびハロゲンランプの内の何れかである請求項１記載の、光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像をスクリーンなどに投影するための光源装置に関する。
【０００２】
近年、各種光変調素子を用いた投写型表示装置が、大画面表示を行うための投写型映像機器として注目されている。
【０００３】
投写型表示装置を利用して行われる大画面表示においては、ランプの輝度、凹面鏡の集光効率、照明レンズ系の照明効率、光変調素子の光利用効率などで決定される映像の明るさの十分な確保が要求される。
【０００４】
ここで、従来の光源装置について、具体的に説明する。
【０００５】
（１）はじめに、従来の光源装置（その１）の模式的な断面図である図１４を主として参照しながら、従来の光源装置（その１）の構成および動作について説明する（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
従来の光源装置（その１）は、楕円面鏡（または放物面鏡）を利用して形成された第一の凹面鏡Ｍ１１と、球面鏡を利用して形成された第二の凹面鏡Ｍ１２とを備えている。
【０００８】
第一の凹面鏡Ｍ１１と第二の凹面鏡Ｍ１２とは、アパーチャが向き合わせられ、これらの焦点がほぼ一致するように配置されている。
【０００９】
もちろん、ランプＬ１０の発光部は、これらの焦点の位置に配置されている。
【００１０】
従来の光源装置（その１）においては、第二の凹面鏡Ｍ１２が、ランプＬ１０の発光部に関して第一の凹面鏡Ｍ１１の頂点Ｖ１０と異なる側に配置されている。
【００１１】
また、従来の光源装置（その１）においては、第二の凹面鏡Ｍ１２のアパーチャが光軸（一点鎖線によって図示されている、以下同様）と垂直であって、第二の凹面鏡Ｍ１２の光軸と垂直な方向の最外径が第一の凹面鏡Ｍ１１の同最外径よりも大きい。
【００１２】
ランプＬ１０の発光部から出射された光束（二点鎖線によって図示されている、以下同様）は、第一の凹面鏡Ｍ１１によって集光される。
【００１３】
ただし、第一の凹面鏡Ｍ１１のみで直接的に集光できなかった光束は、反射面が第一の凹面鏡Ｍ１１の反射面側に向けられた第二の凹面鏡Ｍ１２で一旦反射され、再びランプＬ１０の発光部付近に戻された後に、第一の凹面鏡Ｍ１１によって集光される。
【００１４】
このため、従来の光源装置（その１）は、第一の凹面鏡Ｍ１１だけでは集光することができなかった光束を第二の凹面鏡Ｍ１２を利用して集光することができ、ランプＬ１０の輝度を最大限に生かすために重要な集光効率を向上することが可能である。
【００１５】
（２）つぎに、従来の光源装置（その２）の模式的な断面図である図１５を主として参照しながら、従来の光源装置（その２）の構成および動作について説明する（たとえば、特許文献２、および特許文献３参照）。
【００１７】
従来の光源装置（その２）においても、第一の凹面鏡Ｍ２１のみで直接的に集光できなかった光束が、第二の凹面鏡Ｍ２２で一旦反射され再びランプＬ２０の発光部付近に戻された後に、第一の凹面鏡Ｍ２１によって集光される。
【００１８】
ただし、従来の光源装置（その２）においては、第二の凹面鏡Ｍ２２のアパーチャが光軸と平行であって、第二の凹面鏡Ｍ２２の光軸と垂直な方向の最外径が第一の凹面鏡Ｍ２１の同最外径よりも小さい。
【００１９】
このため、従来の光源装置（その２）は、上述した従来の光源装置（その１）に比べてより小型の装置構成をとることが可能である。
【００２０】
（３）つぎに、従来の光源装置（その３）の模式的な断面図である図１６を主として参照しながら、従来の光源装置（その３）の構成および動作について説明する（たとえば、特許文献４、特許文献５、および特許文献６参照）。
【００２２】
従来の光源装置（その３）においても、第一の凹面鏡Ｍ３１のみで直接的に集光できなかった光束が、第二の凹面鏡Ｍ３２で一旦反射され再びランプＬ３０の発光部付近に戻された後に、第一の凹面鏡Ｍ３１によって集光される。
【００２３】
ただし、従来の光源装置（その３）においては、第二の凹面鏡Ｍ３２が、ランプＬ３０の発光部に関して第一の凹面鏡Ｍ３１の（仮想的な）頂点Ｖ３０と同じ側で、ランプＬ３０の発光部から見てより遠方に配置されている。
【００２４】
なお、従来の光源装置（その３）においては、ランプＬ３０の電極の長手方向が光軸の方向と直交するようにランプＬ３０が配置されている。このため、従来の光源装置（その３）は、光軸の方向の光束をより有効に利用するための正レンズ（凸レンズ）ＰＬと負レンズ（凹レンズ）ＮＬとを有する平行光変換部分を備えている。
【特許文献１】
特許第３１５１７３４号明細書
【特許文献２】
特許第２７３０７８２号明細書
【特許文献３】
特開平１１−１６２２１９号公報
【特許文献４】
米国特許第４３０５０９９号明細書
【特許文献５】
特公平７−１０７５９６号公報
【特許文献６】
特開２００２−３６７４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
（１）ところで、上述した従来の光源装置（その１）においては、ランプＬ１０の発光部から出射され第一の凹面鏡Ｍ１１の頂点Ｖ１０付近の反射点で反射された光束に関しては、集光点に形成される光スポットのスポット径が大きくなってしまうという弊害が発生することがあった。
【００２６】
これは、ランプＬ１０の発光部が点光源ではなく実際には大きさを有する光源であり、第一の凹面鏡Ｍ１１の頂点Ｖ１０付近の反射点で反射された光束に関してはランプＬ１０の発光部から同反射点までの光路距離が同反射点から集光点までの光路距離に対してかなり短くなってしまうからであると、本発明者は分析している。
【００２７】
（２）なお、上述した従来の光源装置（その２）においても、同様の理由により、上述のような光束に関しては、集光点に形成される光スポットのスポット径が大きくなってしまうという弊害が発生することがあった。
【００２８】
（３）一方、上述した従来の光源装置（その３）においては、このような弊害はあまり発生しない。
【００２９】
これは、第一の凹面鏡Ｍ３１の反射点で反射される光束に関して、ランプＬ３０の発光部から同反射点までの光路距離が同反射点から集光点までの光路距離に対して短くなりすぎることはないからであると、本発明者は分析している（第二の凹面鏡Ｍ３２が、ランプＬ３０の発光部に関して第一の凹面鏡Ｍ３１の頂点Ｖ３０と同じ側で、ランプＬ３０の発光部から見てより遠方に配置されているために、第一の凹面鏡の頂点Ｖ３０付近の反射点で元来は反射されるはずの光束に関しても、第二の凹面鏡Ｍ３２の反射点を経る光路が生じ、ランプＬ３０の発光部から第一の凹面鏡Ｍ３１の反射点までの光路距離がより長くなる）。
【００３０】
しかしながら、上述した従来の光源装置（その３）においては、第一の凹面鏡Ｍ３１のアパーチャを通過する光の利用可能光量が十分に得られない場合があることに、本発明者は気付いた。
【００３１】
本発明者は、その理由をつぎのように分析している。
【００３２】
すなわち、上述した従来の光源装置（その３）においては、ランプＬ３０の発光部に近い第一の凹面鏡Ｍ３１の頂点Ｖ３０からある程度遠い反射点で本来は反射されるべき光束も、第二の凹面鏡Ｍ３２で一旦反射され再びランプＬ３０の発光部付近に戻された後に、第一の凹面鏡Ｍ３１によって集光される。
【００３３】
光束の効率は、光束が第二の凹面鏡Ｍ３２で一旦反射される際に、その反射面の反射率が原因となって低下する。
【００３４】
また、光束の効率は、光束がランプＬ３０の発光部付近に戻された際に、ランプＬ３０の発光物質およびランプＬ３０を構成している材料による光吸収や光散乱などが原因となって低下する。このようなランプＬ３０の発光部付近に戻された際における光束の効率の低下は、ランプＬ３０がメタルハライドランプや水銀灯等である場合には、６０％程度にまで達し、特に顕著である。
【００３５】
要するに、第一の凹面鏡Ｍ３１によって直接的に集光され得る光束が第二の凹面鏡Ｍ３２による反射を経て集光されるために、ランプＬ３０の発光部から出射された光束の効率が低下してしまう場合があることに、本発明者は気付いた。
【００３６】
本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、投写型表示などを行う際に、形成される光スポットのスポット径の大きさを考慮しつつ、光束の効率の低下をより抑制することができる光源装置を提供することを目的とするものである。
【００３７】
第１の本発明は、光を発生するための所定の大きさと所定の透過率とを持った発光部を有するランプと、
前記発光部が配置された第一の焦点と、前記発光部からの光が集光される第二の焦点と、前記第一の焦点と前記第二の焦点との間に設けられた第一の開口部と、前記第一の焦点と前記第一の焦点側の頂点との間に設けられた第二の開口部とを有した第一の鏡と、  前記発光部から出射されて前記第二の開口部から出てくるまたは出てくるはずの光を前記発光部側に反射するための第二の鏡とを備え、
前記発光部から出射された光のうち、一部は前記第一の鏡で反射されると共に、他の一部は前記第二の鏡で反射され前記発光部を通過したのち前記第一の鏡で反射され、これらの前記第一の鏡で反射された光は、前記第一の開口部を通過して前記第二の焦点の位置に光スポットを形成し、この光スポット位置に設けられたアパーチャを通過して利用され、
前記第二の開口部の大きさは、前記発光部が前記所定の大きさを持つことにより前記光スポットの径が前記アパーチャの大きさより大きくなって前記アパーチャを通過できなくなることによる損失と、前記発光部が前記所定の透過率を持つことにより前記第二の鏡で反射された光が前記発光部で吸収されることによる損失とが最小になることにより、前記利用される光の量が実質的に最大となるように決定されており、
前記第二の鏡は、集光角度θが実質的に５０°＜θ＜９０°を満たす、その中心が前記第一の焦点と一致するように配置された球面鏡である、光源装置である。
【００３８】
第２の本発明は、前記第二の鏡は、集光角度θが実質的に５０°＜θ＜８５゜を満たす前記球面鏡であり、
前記ランプは、メタルハライドランプおよび水銀灯の内の何れかである第１の本発明の、光源装置である。
【００３９】
第３の本発明は、前記第一の鏡は、楕円面鏡または放物面鏡であり、
前記第二の開口部の位置は、前記第一の焦点側の頂点の近傍に決定されている第２の本発明の、光源装置である。
【００４０】
第４の本発明は、前記第二の鏡は、前記第一の鏡の外側に配置され、前記第二の開口部から出てくる光を逃がさず前記発光部側に反射するための所定値以上の大きさを有する第３の本発明の、光源装置である。
【００４１】
第５の本発明は、前記第二の鏡は、その周縁部が前記第二の開口部と接するように配置されている第３の本発明の、光源装置である。
【００４２】
第６の本発明は、前記第一の鏡および第二の鏡は、ガラス、金属、樹脂の内の何れかを利用して形成された反射ミラーである第３の本発明の、光源装置である。
【００４３】
第７の本発明は、前記ランプは、前記発光部が実質的に中心に配置された管球を有し、
前記第二の鏡は、前記管球の表面を利用して形成された反射膜である第３の本発明の、光源装置である。
【００４４】
第８の本発明は、前記第二の鏡は、集光角度θが実質的に６５°＜θ＜９０゜を満たす前記球面鏡であり、
前記ランプは、キセノンランプおよびハロゲンランプの内の何れかである第１の本発明の、光源装置である。
【００５１】
本発明は、投写型表示などを行う際に、形成される光スポットのスポット径の大きさを考慮しつつ、光束の効率の低下をより抑制することができるという長所を有する。
【００５２】
以下に、本発明にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
【００５３】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１の光源装置の模式的な断面図である図１を参照しながら、本実施の形態の光源装置の構成について説明する。
【００５４】
本実施の形態の光源装置は、光を発生するための発光部を有するランプＬ４０と、ランプＬ４０の発光部が内側に配置された第一の凹面鏡Ｍ４１と、第二の開口部Ａ４２が設けられた位置を基準にしてあらかじめ定められた位置に配置された第二の凹面鏡Ｍ４２とを備えている。
【００５５】
第一の凹面鏡Ｍ４１は、発生された光が利用される光利用側に設けられた第一の開口部Ａ４１、および光利用側とは反対側に設けられた第二の開口部Ａ４２を有している。
【００５６】
第二の凹面鏡Ｍ４２は、第二の開口部Ａ４２から出てくる光をランプＬ４０の発光部側に反射するために十分な大きさを有している。
【００５７】
なお、ランプＬ４０は本発明のランプに対応し、第一の凹面鏡Ｍ４１は本発明の第一の鏡に対応し、第二の凹面鏡Ｍ４２は本発明の第二の鏡に対応する。
【００５８】
後に詳述されるように、第二の開口部Ａ４２の大きさは、所定の光学系を介して最終的に利用される光の量が実質的に最大となるように決定されている。
【００５９】
つぎに、本実施の形態の光源装置の構成について、より詳細に説明する。
【００６０】
第一の凹面鏡Ｍ４１は、ガラスに反射層を設けた光軸に関して回転対称な楕円面鏡であり、反射ミラーを形成している。
【００６１】
第二の凹面鏡Ｍ４２は、その中心が第一の凹面鏡Ｍ４１の第一の焦点Ｆ４１と一致するように配置された、ガラスに反射層を設けた光軸に関して回転対称な球面鏡であり、反射ミラーを形成している。
【００６２】
なお、第二の開口部Ａ４２の位置は、第一の焦点Ｆ４１側の頂点Ｖ４０の近傍に決定されている。
【００６３】
また、第二の凹面鏡Ｍ４２は、第一の凹面鏡Ｍ４１の外側に配置され、第二の開口部Ａ４２から出てくる光を逃がさずランプＬ４０の発光部側に反射するための所定値以上の大きさを有している。
【００６４】
なお、第二の凹面鏡Ｍ４２は、その周縁部である境界端面が第二の開口部Ａ４２の周縁部と分離している（光の入出射方向から見ると、第二の凹面鏡Ｍ４２の周縁部が第二の開口部Ａ４２の周縁部とほぼ重なっている）。
【００６５】
ランプＬ４０は、点灯時の発光管内を超高圧にした水銀灯であり、その発光部が第一の焦点Ｆ４１と一致するように配置されている。
【００６６】
つぎに、本実施の形態の光源装置の動作について説明する。
ランプＬ４０の発光部から出射される光束のうち、第一の凹面鏡Ｍ４１で反射された光は、第一の凹面鏡Ｍ４１の第二の焦点Ｆ４２に光スポットを形成する。
【００６７】
また、ランプＬ４０の発光部から出射された光束のうち、第二の凹面鏡Ｍ４２で反射された光は、ランプＬ４０の発光部付近へ再び戻され、ランプＬ４０の発光部付近を通過後、第一の凹面鏡Ｍ４１で反射され、第二の焦点Ｆ４２に集光される。
【００６８】
前述した従来の光源装置（その１）においては、大きさをもつランプＬ１０の発光部から出射され、頂点Ｖ１０付近で反射されたる光束によって集光面に形成される光スポットのスポット径が、比較的大きくなってしまっていた（図１４参照）。
【００６９】
これは、前述したように、発光部から反射点までの距離が反射点から集光点までの距離に対してかなり近いためである。
【００７０】
しかし、本実施の形態の光源装置においては、第一の凹面鏡Ｍ４１の反射点で反射される光束に関して、ランプＬ１０の発光部から同反射点までの光路距離が同反射点から集光点までの光路距離に対して短くなってしまうことはない（第一の凹面鏡Ｍ４１の反射面に至るまでの距離は、第一の凹面鏡Ｍ４１の頂点Ｖ４０付近が第二の凹面鏡Ｍ４２となったことで、第二の凹面鏡Ｍ４２で反射され再び発光部付近へ戻る量だけより長くなる）。
【００７１】
このため、同スポット径が大きくなってしまうことはない。
ところが、単純に第一の凹面鏡Ｍ４１と第二の凹面鏡Ｍ４２とを上述のように配置しただけであれば、形成される光スポットのスポット径は小さくなるものの、光利用効率が低下することがある。
【００７２】
以下では、本発明の実施の形態１の第二の凹面鏡Ｍ４２の集光角度θと利用可能光量との関係の説明図である図２を主として参照しながら、本実施の形態の光源装置の特徴である、第二の開口部Ａ４２の大きさが利用される光の量が実質的に最大となるように決定されている点について、より詳細に説明を行う。
【００７３】
図２には、光軸に対する第二の凹面鏡Ｍ４２の集光角度θと、第一の凹面鏡Ｍ４１から出射される光束のうち、第二の焦点Ｆ４２に集光されて所定の大きさのアパーチャを通過する光量との関係が示されている。
【００７４】
もちろん、このような所定の大きさのアパーチャとは、光学系を介して最終的に利用される光の量を測定するためのアパーチャである。
【００７５】
集光角度θが大きすぎる（すなわち、第二の開口部Ａ４２が大きすぎる）場合には、第一の凹面鏡Ｍ４１を利用しても前述のアパーチャを通過することができる程度に小さなスポット径の光スポットを形成可能な、頂点Ｖ４０からある程度遠い部分に対応するθの領域においても、第一の凹面鏡Ｍ４１を第二の凹面鏡Ｍ４２の代わりに用いてしまっていることになる。
【００７６】
このため、ランプＬ４０の発光物質および構成材料による光吸収、光散乱等の損失や第二の凹面鏡Ｍ４２の反射率に起因する光量の低下などが発生するため、利用可能光量は低下してしまう。
【００７７】
なお、第二の凹面鏡Ｍ４２の集光角度θが小さすぎると望ましくないことは、明らかである。
【００７８】
実際、集光角度θが小さすぎる（すなわち、第二の開口部Ａ４２が小さすぎる）場合には、第一の凹面鏡Ｍ４１を利用してしまうと前述のアパーチャを通過することができる程度に小さなスポット径の光スポットを形成不可能な、頂点Ｖ４０にある程度近い部分に対応するθの領域において、第二の凹面鏡Ｍ４２を第一の凹面鏡Ｍ４１の代わりに用いていないことになる。
【００７９】
もちろん、最適な集光角度θの大きさ（すなわち、最適な第二の凹面鏡Ｍ４２の大きさ）は、ランプＬ４０内の発光物質の種類、ランプＬ４０の発光部の大きさ、ランプＬ４０の電極形状、第二の凹面鏡Ｍ４２の反射率、後段で利用されるロッドインテグレータの端面に相応する前述のアパーチャの大きさや形状、第一の凹面鏡Ｍ４１の集光角や焦点距離などに関する諸条件によっても多少変化する。
【００８０】
したがって、このような諸条件を特定した上で集光角度θをいろいろに変化させるシミュレーション実験などを行うことにより、最適な集光角度θの大きさを決定する必要性が生じる。
【００８１】
ここで、そのような必要性についてより具体的に説明する。
【００８２】
はじめに、本発明の実施の形態の第二の凹面鏡の集光角度θと利用可能光量との関係（ランプとして超高圧水銀ランプを利用した場合）の説明図である図３を参照しながら、ランプとして超高圧水銀ランプを利用した場合について説明する。
【００８３】
超高圧水銀ランプは、発光部における光の透過率が比較的低い。このため、第一の凹面鏡を利用しても前述のアパーチャを通過することができる程度に小さなスポット径の光スポットを形成可能なθの領域において第二の凹面鏡を用いてしまうと、ランプによる光吸収や光散乱等に起因する戻り光の損失が避けられず、利用可能光量は低下してしまう。
【００８４】
したがって、ランプとして超高圧水銀ランプを利用した場合において利用可能光量が最大となるθは、比較的小さくなる傾向を有し、図３に示されているように約６０〜７５°である。
このような傾向は、後段で利用されるロッドインテグレータの端面に相応するアパーチャの大きさにかかわらないものである。ただし、前述のような諸条件に起因する変動が１０°程度はあるため、利用可能光量が最大となるθは５０〜８５°の範囲にあることが多い。なお、図３においては、同アパーチャの大きさが小さい場合を黒丸を利用したプロットで示し、同アパーチャの大きさが大きい場合を白丸を利用したプロットで示した。
つぎに、本発明の実施の形態の第二の凹面鏡の集光角度θと利用可能光量との関係（ランプとしてキセノンランプを利用した場合）の説明図である図４を参照しながら、ランプとしてキセノンランプを利用した場合について説明する。
【００８５】
キセノンランプは、発光部における光の透過率が比較的高い。このため、ランプとして超高圧水銀ランプを利用した場合とは異なり、ランプとしてキセノンランプを利用した場合において利用可能光量が最大となるθは、比較的大きくなる傾向を有し、図４に示されているように約７５〜９０°である。
【００８６】
このような傾向は、ランプとして超高圧水銀ランプを利用した場合と同様に、後段で利用されるロッドインテグレータの端面に相応するアパーチャの大きさにかかわらないものである。ただし、前述のような諸条件に起因する変動が１０°程度はあるため、利用可能光量が最大となるθは６５〜９０°の範囲にあることが多い。なお、図４においても、同アパーチャの大きさが小さい場合を黒丸を利用したプロットで示し、同アパーチャの大きさが大きい場合を白丸を利用したプロットで示した。
【００８７】
結局のところ、本実施の形態において実際に使用される、最大利用可能光量が得られる角度θ＝７０°近傍（図２参照）から第二の凹面鏡Ｍ４２で反射された光が必ず第一の凹面鏡Ｍ４１に到達できるθ＝９０°までの差分である２０°を角度の誤差として考えると、最適な集光角度θの大きさは、およそ
（数１）
５０°＝７０°−２０°＜θ＜７０°＋２０°＝９０゜
の範囲にあることが普通であることがわかる。
【００８８】
このように、本実施の形態によれば、装置の大型化や部品点数の増大をともなわずに、高効率で小さな光スポットを形成できる。そのため、より低出力なランプを用いて同じ明るさを実現でき、消費電力がより低く押さえられた照明装置や投写型表示装置を提供することができる。
【００８９】
以上においては、実施の形態１について詳細に説明を行った。
【００９０】
（Ａ）なお、本発明のランプは、上述した本実施の形態においては、水銀灯であった。
【００９１】
しかし、これに限らず、本発明のランプは、たとえば、（１）発光部形状が非常に点光源に近く大光出力が可能なキセノンランプや、（２）発光効率が優れているメタルハライドランプや、（３）廉価なハロゲンランプであってもよい。
【００９２】
なお、ハロゲンランプは、廉価であるが、キセノンランプやメタルハライドランプと比較すると発光部形状がある程度の大きさを有し、発光効率なども低い。このため、上述したように、利用される光の量が実質的に最大となるように第二の開口部の大きさが決定されていることによって、特に顕著な効果が期待される。
【００９３】
（Ｂ）また、本発明の第一の鏡は、上述した本実施の形態においては、楕円面鏡であった。
【００９４】
しかし、これに限らず、本発明の第一の鏡は、たとえば、（１）放物面鏡などの二次曲面を持つ反射面鏡や、（２）複数個の楕円面鏡を組み合わせた形状の反射面鏡であってもよい。
【００９５】
（Ｃ）また、本発明の第二の鏡は、上述した本実施の形態においては、球面鏡であった。
【００９６】
しかし、これに限らず、本発明に関連する発明の第二の鏡は、たとえば、（１）球面鏡ではない楕円面鏡などのランプ出射光をランプ発光部近傍へ効率よく反射可能な二次曲面を持つ反射面鏡や、（２）複数個の球面鏡を組み合わせた形状の反射面鏡であってもよい。
【００９７】
（Ｄ）また、本発明の第二の鏡は、上述した本実施の形態においては、その周縁部である境界端面が第二の開口部の周縁部と分離していた。このため、楕円面鏡部と球面鏡部の境界部の形状が安定しているので、境界部で反射される光の効率が良くなるという利点があった。
【００９８】
しかし、これに限らず、本発明の第二の鏡は、本発明の実施の形態の第一の凹面鏡Ｍ４１、第二の凹面鏡Ｍ５２を備えた光源装置の模式的な断面図である図５に図示された第二の凹面鏡Ｍ５２のように、その周縁部である境界端面が第二の開口部の周縁部と一致していてもよい。このようにいわゆる一体型の構成が採用された場合には、二つの鏡を一つの成型品として扱うことができるので、部品点数が減り調整が不要になるという利点がある。
【００９９】
（Ｅ）また、本発明の第一の鏡および第二の鏡は、上述した本実施の形態においては、ガラスを利用して形成された反射ミラーであった
しかし、これに限らず、本発明の第一の鏡および第二の鏡は、金属や樹脂を利用して形成された反射ミラーであってもよい。
【０１００】
なお、本発明の第一の鏡および第二の鏡がガラスや樹脂を利用して形成されている場合には、光吸収が小さいため、装置を冷却するための冷却装置（図示省略）の冷却能力が小さくて済むという利点がある。
【０１０１】
（Ｆ）また、本発明の第一の鏡および第二の鏡は、上述した本実施の形態においては、光軸に関して回転対称であった。
【０１０２】
しかし、これに限らず、本発明の第一の鏡および第二の鏡は、本発明の実施の形態の第一の凹面鏡Ｍ６１、第二の凹面鏡Ｍ６２を備えた光源装置の模式的な断面図である図６に図示された第一の凹面鏡Ｍ６１および第二の凹面鏡Ｍ６２のように、光軸に関して非回転対称であってもよい。
【０１０３】
（Ｇ）また、本発明の第二の鏡は、上述した本実施の形態においては、第一の鏡の外側に配置されていた。
【０１０４】
しかし、これに限らず、本発明の第二の鏡は、本発明の実施の形態の第一の凹面鏡Ｍ４１、第二の凹面鏡Ｍ７２を備えた光源装置の模式的な断面図である図７に図示された第二の凹面鏡Ｍ７２のように、第一の凹面鏡Ｍ４１の内側に配置されていてもよい。
【０１０５】
このような光源装置（図７参照）は、光を発生するための発光部を有するランプＬ４０と、ランプＬ４０の発光部が内側に配置された第一の凹面鏡Ｍ４１と、第二の開口部Ａ４２が設けられた位置を基準にしてあらかじめ定められた位置に配置された第二の凹面鏡Ｍ７２とを備え、第二の開口部Ａ４２の大きさは、利用される光の量が実質的に最大となるように決定されている光源装置である。
【０１０６】
第一の凹面鏡Ｍ４１は、発生された光が第一の凹面鏡Ｍ４１で反射後、出射される側に（つまり、発生された光が利用される光利用側に）設けられた第一の開口部Ａ４１、および光利用側とは反対側に設けられた第二の開口部Ａ４２を有している。
【０１０７】
第二の凹面鏡Ｍ７２は、第二の開口部Ａ４２側へ放射され、第一の凹面鏡Ｍ４１で集光できない（つまり、第二の開口部Ａ４２から出てくるはずの）光を発光部側に反射するために十分な大きさを有している。
【０１０８】
なお、ランプＬ４０の発光部をほぼ中心に含む管球は球面の形状を有していることが多いため、第二の凹面鏡Ｍ７２を管球の表面上に形成された反射膜によって構成してもよい。このような構成を利用することにより、第二の凹面鏡Ｍ７２を別体の構成物としてわざわざ設ける必要がなくなり、部品点数が削減できる。
【０１０９】
（実施の形態２）
はじめに、本発明に関連する発明の実施の形態２の照明装置の模式的な断面図である図８を参照しながら、本実施の形態の照明装置の構成について説明する。
【０１１０】
本実施の形態の照明装置は、上述した実施の形態１と同様な構成を有する光源装置１００と、第一の開口部Ａ４１（図１参照）から出てくる光を略平行光に変換するレンズアレイ２０１、２０２とを備えている。
【０１１１】
なお、レンズアレイ２０１、２０２を含む手段は、レンズ系に対応する。
【０１１２】
レンズアレイ２０１、２０２は、後に詳述されるように、光軸付近に穴があいたドーナツ状の光束を光軸付近に密集された光束に変換するように開口および偏芯が調節された、二次元的に配置された複数のレンズを有している。
【０１１３】
つぎに、本実施の形態の照明装置の動作について説明する。
【０１１４】
本実施の形態の照明装置は、上述した実施の形態１と同様な構成を有する光源装置１００が用いられているために、小さいスポット径の光スポットを高効率に生成する。
【０１１５】
ただし、本実施の形態においては、第二の開口部Ａ４２（図１参照）から出てくる光をランプＬ４０の発光部側に反射するための第二の凹面鏡Ｍ４２が利用されているために、光軸に対して小さい角度で集光する光が少なく、大きい角度で集光する光が多くなる。
【０１１６】
より具体的に述べると、レンズアレイ２０１上には、本発明に関連する発明の実施の形態２の光源装置１００に近い側のレンズアレイ２０１上に形成される光源像の模式的な説明図である図９（Ａ）に示されているような光源像（ドーナツ状の形状を有する光源像）が形成される。
【０１１７】
本実施の形態においては、光源装置１００から遠い側に配置されたレンズアレイ２０２において、全体として従来とほぼ同じ大きさのレンズアレイが得られるように、光軸付近のレンズを削除し周辺部のレンズの開口をより大きくするような各レンズの調節が行われている（もちろん、レンズをより小さい径に納めるように再配置し、全体として従来より小さいレンズアレイが得られるようにすれば、光学系のサイズをより小さくできる）。
【０１１８】
そして、光源装置１００から近い側に配置されたレンズアレイ２０１において、周辺部の光源像がレンズアレイ２０２の対応する中央部のレンズを通過するように、レンズを偏芯させるような各レンズの調節が行われている。
【０１１９】
このため、レンズアレイ２０２上には、本発明に関連する発明の実施の形態２の光源装置１００から遠い側のレンズアレイ２０２上に形成される光源像の模式的な説明図である図９（Ｂ）に示されているような光源像が形成される。
【０１２０】
なお、楕円面鏡の第二焦点などに光源装置から出射された光を集光すると、入射する角度が大きな光束の光量が増加し、小さい角度で入射する光束が極端に少なくなることが多い。そこで、上述の如く、レンズアレイが、光軸付近に穴があいたドーナツ状の光束を光軸付近に密集された光束に変換するように開口および／または偏芯が調節された、二次元状に配置された複数のレンズを有するようにする。すると、光軸付近にミラーなどの光学手段や障害物が存在する光学系において、特に顕著な効果が期待される。
【０１２１】
かくして、本実施の形態の照明装置の光利用効率を大きく向上させることができる。
【０１２２】
なお、もし仮に、第一の凹面鏡Ｍ４１、第二の凹面鏡Ｍ４２の代わりに単一の凹面鏡Ｍ１１（図１４参照）が利用された場合には、光源装置から近い側に配置されたレンズアレイに入射した光軸に対してほぼ平行な光は、光源装置から遠い側に配置されたレンズアレイ上に、従来の光源装置から遠い側のレンズアレイ上に形成される光源像の模式的な説明図である図９（Ｃ）に示されているような光源像を形成する。
【０１２３】
単一の楕円面鏡を備えた光源装置を利用した場合、光源装置から遠い側に配置されたレ ンズアレイ上においては、光軸付近の光源像が大きく、周辺側の光源像が小さくなる。
【０１２４】
その主な要因は、楕円面鏡の頂点付近で反射された光束が主として光軸付近のレンズに入射することである。
【０１２５】
もちろん、各レンズからはみ出した光源像は、照明したい領域に集光されない。
【０１２６】
そこで、本実施の形態においては、できるだけ各レンズの開口に近い大きさの光源像を形成することで、照明装置としての光利用効率を向上させたものである。
【０１２７】
このように、本実施の形態によれば、装置の大型化や部品点数の増大をともなわずに、高効率で小さな光スポットを形成できる。そのため、より低出力なランプを用いて同じ明るさを実現でき、消費電力がより低く押さえられた投写型表示装置を提供することができる。
【０１２８】
以上においては、実施の形態２について詳細に説明を行った。
【０１２９】
（Ａ）なお、レンズ系は、上述した本実施の形態においては、レンズアレイを有していた。
【０１３０】
しかし、これに限らず、レンズ系は、（１）ガラス柱やミラーを張り合わせた、本発明に関連する発明の実施の形態のロッドインテグレータ３００を備えた照明装置の模式的な断面図である図１０に図示されたロッドインテグレータ３００や、（２）出射されたドーナツ状の光束を所定の略平行光に変換するための、本発明に関連する発明の実施の形態のレンズ４００を備えた照明装置の模式的な断面図である図１１に図示されたレンズ４００のような光学手段を有していてもよい。
【０１３１】
なお、レンズ系が図１１に図示されたレンズ４００のようなレンズを有している場合には、光学系のサイズをより小さくできるという利点がある。
（Ｂ）なお、本発明に関連する発明の投写型表示装置は、上述した本実施の形態の照明装置と、略平行光に変換された光を空間的に変調して所定の光学像を形成する光変調素子と、形成された所定の光学像を投影する投写レンズとを備えている。
【０１３２】
より具体的には、本発明に関連する発明の投写型表示装置は、たとえば、本発明に関連する発明の実施の形態のフィールドレンズ５００、光変調素子６００、投写レンズ７００を備えた投写型表示装置の模式的な断面図である図１２に示されているように、光源装置１００、レンズアレイ２０１、２０２、フィールドレンズ５００、光変調素子６００、投写レンズ７００を備えた装置として実現される。
【０１３３】
また、本発明に関連する発明の投写型表示装置は、たとえば、本発明に関連する発明の実施の形態のフィールドレンズ５００′、光変調素子６００′、投写レンズ７００′を備えた投写型表示装置の模式的な断面図である図１３に示されているように、光源装置１００、ロッドインテグレータ３００、フィールドレンズ５００′、光変調素子６００′、投写レンズ７００′を備えた装置として実現される。
【０１３４】
なお、光変調素子は、より具体的には、単数または複数の、（１）反射型ライトバルブや、（２）透過型ライトバルブ、（３）アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるミラーパネルや、（４）光書き込み方式等の光変調手段などである。
【０１３５】
もちろん、このような光学系には、照明光への変換を行うための光学手段として、ミラー、プリズム、複数個のレンズを組み合わせた光学要素など、レンズ以外の光学要素が含まれていてもよい。
【０１３６】
また、このような光学系には、色分解および色合成を行うことができるプリズム、フィルタ、ミラーなどが含まれていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明にかかる光源装置は、投写型表示などを行う際に、形成される光スポットのスポット径の大きさを考慮しつつ、光束の効率の低下をより抑制することができるという長所を有し、映像をスクリーンなどに投影するための光源装置、照明装置、投写型表示装置、および光源利用方法等に有用である。
【０１３８】
【図１】本発明の実施の形態１の光源装置の模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の第二の凹面鏡Ｍ４２の集光角度θと利用可能光量との関係の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の第二の凹面鏡の集光角度θと利用可能光量との関係（ランプとして超高圧水銀ランプを利用した場合）の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の第二の凹面鏡の集光角度θと利用可能光量との関係（ランプとしてキセノンランプを利用した場合）の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の第一の凹面鏡Ｍ４１、第二の凹面鏡Ｍ５２を備えた光源装置の模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の第一の凹面鏡Ｍ６１、第二の凹面鏡Ｍ６２を備えた光源装置の模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の第一の凹面鏡Ｍ４１、第二の凹面鏡Ｍ７２を備えた光源装置の模式的な断面図である。
【図８】本発明に関連する発明の実施の形態２の照明装置の模式的な断面図である。
【図９】（Ａ）本発明に関連する発明の実施の形態２の光源装置１００に近い側のレンズアレイ２０１上に形成される光源像の模式的な説明図である。  （Ｂ）本発明に関連する発明の実施の形態２の光源装置１００から遠い側のレンズアレイ２０２上に形成される光源像の模式的な説明図である。  （Ｃ）従来の光源装置から遠い側のレンズアレイ上に形成される光源像の模式的な説明図である。
【図１０】本発明に関連する発明の実施の形態のロッドインテグレータ３００を備えた照明装置の模式的な断面図である。
【図１１】本発明に関連する発明の実施の形態のレンズ４００を備えた照明装置の模式的な断面図である。
【図１２】本発明に関連する発明の実施の形態のフィールドレンズ５００、光変調素子６００、投写レンズ７００を備えた投写型表示装置の模式的な断面図である。
【図１３】本発明に関連する発明の実施の形態のフィールドレンズ５００′、光変調素子６００′、投写レンズ７００′を備えた投写型表示装置の模式的な断面図である。
【図１４】従来の光源装置（その１）の模式的な断面図である。
【図１５】従来の光源装置（その２）の模式的な断面図である。
【図１６】従来の光源装置（その３）の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【０１４１】
Ｌ４０  ランプ
Ａ４１  第一の開口部
Ａ４２  第二の開口部
Ｍ４１  第一の凹面鏡
Ｍ４２  第二の凹面鏡
Ｆ４１  第一の焦点
Ｆ４２  第二の焦点
Ｖ４０  頂点
【図１】
0004705852.tif 000002
【図２】
0004705852.tif 000003
【図３】
0004705852.tif 000004
【図４】
0004705852.tif 000005
【図５】
0004705852.tif 000006
【図６】
0004705852.tif 000007
【図７】
0004705852.tif 000008
【図８】
0004705852.tif 000009
【図９】
0004705852.tif 000010
【図１０】
0004705852.tif 000011
【図１１】
0004705852.tif 000012
【図１２】
0004705852.tif 000013
【図１３】
0004705852.tif 000014
【図１４】
0004705852.tif 000015
【図１５】
0004705852.tif 000016
【図１６】
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