(57)【要約】【課題】出射光の損失を抑えつつ小型化が可能で、かつ、冷却効率に優れた光源を提供する。【解決手段】発光管１３として透光性を有する円筒状の部材を用い、該部材の曲面形状に鏡面仕上げした端面１３ｂから近接する位置に、一対の電極部１１ａを挿入し、発光促進用のガスを封入するガス封入部１１ｂを形成する円筒空洞を穿設し、発光管１３の側面１３ｃに、電極部１１ａからの光及び端面１３ｂで内面反射された光を繰り返し反射させる繰り返し反射手段１２を備えることにより、繰り返し反射手段１２により内部集光しインテグレートして均一化された照明光２を、平面形状の端面である透過面部１３ａから射出させる。曲面形状の端面１３ｂの形状を球面状又は放物面状又は双曲面状のいずれかとし、繰り返し反射手段１２を繰り返し反射可能な形状の蒸着面又はミラーとする。冷却用ファンを電極部１１ａに近接可能な発光管１３の外周部の任意の位置に配設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面形状からなる一方の端面と、平面形状からなる他方の端面とを備えた円筒状の透光性を有する部材から形成されてなる発光管を備え、かつ、該発光管を形成する部材内であって、前記曲面形状の端面に近接する位置に穿設されて、発光促進用のガスが封入された空洞内に、光源として対向配設された一対の電極部を備えると共に、該発光管の前記曲面形状の端面が、前記光源からの光を内面反射させるように鏡面仕上げが施された反射面を備え、更に、前記発光管の円筒状の側面外壁に、前記光源からの光及び前記反射面で内面反射された光を、該発光管の内部に繰り返して反射させ、インテグレートされて均一化された照明光として、前記平面形状の端面から射出することができる繰り返し反射手段を備えていることを特徴とする内部集光型光源ランプ。
【請求項２】
請求項１に記載の内部集光型光源ランプにおいて、鏡面仕上げが施された前記発光管の曲面形状の端面の形状が、球面状もしくは放物面状もしくは双曲面状のいずれかの形状からなっていることを特徴とする内部集光型光源ランプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内部集光型光源ランプにおいて、前記発光管の円筒状の側面外壁に備えられた前記繰り返し反射手段が、繰り返して反射することが可能な形状とされた蒸着面、もしくは、繰り返して反射することが可能なミラーにより形成されていることを特徴とする内部集光型光源ランプ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の内部集光型光源ランプにおいて、前記発光管の前記電極部からの熱を冷却するための冷却用ファンを、該電極部に近接可能な前記発光管の外周部の任意の位置に配設することを可能としていることを特徴とする内部集光型光源ランプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の内部集光型光源ランプにおいて、前記発光管の外周部に沿って、前記光源からの熱を冷媒により放熱させる放熱手段を備えていることを特徴とする内部集光型光源ランプ。
【請求項６】
画像を投射する投射装置において、照明光学系に用いる光源として、請求項１乃至５のいずれかに記載の内部集光型光源ランプを備えていることを特徴とする投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部集光型光源ランプ及び該内部集光型光源ランプを用いた投射装置に関し、特に、光源からの光束を照射面を均一に照射可能な光にインテグレートする機能が包含された光源ランプからなる内部集光型光源ランプに関し、投射装置（プロジェクタ）などの照明光学系に用いられる光源として最適に適用することを可能とする。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の投射装置（プロジェクタ）の基本構成を示す光学系構成図である。図４に示す投射装置２０′において、２１は光源ランプ、２２は反射鏡、２３は電極部２１ａを収納する発光ガラス管、２４はロッドインテグレータ、２５はリレーレンズ、２６は表示素子（例えば液晶素子）、２７は投射レンズ、２８はスクリーンである。光源ランプ２１から発せられた出射光１は、反射鏡２２に反射されて、ロッドインテグレータ２４へ集光される。ロッドインテグレータ２４へと導かれた出射光１は、ロッドインテグレータ２４内部で反射を繰り返すことにより、ロッドインテグレータ２４の出口２４a付近で、照射面を均一に照射可能な均一化された照明光２としてインテグレートされて出射され、リレーレンズ２５を介して表示素子２６に照射されて、表示素子２６により光変調された画像情報が投射レンズ２７を介して投射光３としてスクリーン２８上へ投射される。
【０００３】
ここで、２９は光源ランプ２１を冷却するためのファンであり、反射鏡２２が光源ランプ２１の外側を覆っているため、ファン２９は、光源ランプ２１から射出される出射光１の光路に影響を及ぼすことが少ない位置、即ち、反射鏡２２よりも外側の位置に配設されて、光源ランプ２１に対して冷却用の風を送り込み、光源ランプ２１の表面を強制空冷している。
【０００４】
また、光源装置及び投射装置の小型化を図る従来技術として、例えば、特許文献１に示す特開平１１−１４２７８０号公報「光源装置及び投写型表示装置」の技術が知られている。即ち、該特許文献１には、表示素子の照明領域を均一に照明可能とするために照明光をインテグレートして射出するロッドインテグレータについて、投射装置の小型化を可能とするために、該ロッドインテグレータの側面部に部分的にテーパを設けた部分テーパロッドを採用することにより、該ロッドインテグレータの長さ方向を短縮できるようにするという技術が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１４２７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述したような技術においては、例えば、図４の光学的構成図に示すように、光源ランプ２１と反射鏡２２と発光ガラス管２３とロッドインテグレータ２４とがそれぞれ別個の光学部品として構成され、光源ランプ２１から発せられた出射光１を反射鏡２２によって反射させてロッドインテグレータ２４に集光させるようにしているために、次のような課題がある。
（１）光源ランプ２１から発せられる出射光１の損失を防ぐために、反射鏡２２を光源ランプ２１の外側を覆うように配置することが必要であり、光源ランプ２１に対して大きな空間を必要とし、光源の小型化を図ることが困難である。例えば、図４のような投射装置２０′に従来のメタルハライドランプ等の光源を適用している場合、光源ランプ２１と反射鏡２２と発光ガラス管２３とから光源が形成されるが、該光源を冷却するための冷却構造まで含めると、光源部分は投射装置２０′の約（１／５）にも及び、投射装置の小型化を困難にしている。
（２）光源ランプ２１の外側を覆うように反射鏡２２を配置したとしても、光源ランプ２１から発せられる出射光１の中には、図４に示す直接出射光１ａのように、反射鏡２２を介さずに、ロッドインテグレータ２４に向かう方向とは異なる方向に直接射出されて、ロッドインテグレータ２４へと集光されないような光成分が生じ、光源ランプ２１から発せられる出射光１に損失が生じる。
（３）高温となる光源ランプ２１を冷却する場合、光路に影響を及ぼさないように、反射鏡２２よりも外側の場所に配設されたファン２９から冷却用の風を送り込む方式を用いざるを得なくなる一方、反射鏡２２が光源ランプ２１の外側を覆ってしまうために、ファン２９から光源ランプ２１までの距離が遠いこと、及び、反射鏡２２が風の流れを阻害してしまうことなどの要因から、光源ランプ２１まで到達可能な冷却用の風量が低下し、光源ランプ２１の冷却効率を悪化させてしまう。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、光源ランプと反射鏡と発光管とを一体的に構成することを可能とすると共に、均一な光にインテグレートして射出するためのロッドインテグレータをも含めて更に一体的に構成することを可能とすることにより、光源からの光の損失を抑え、かつ、光源の小型化を可能とし、更に、冷却効率にも優れて、静音化が可能な光源の提供を可能とする、内部集光型光源ランプ及び該内部集光型光源ランプを適用した投射装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述のごとき課題を解決するために、以下の各技術手段からなっている。
第１の技術手段は、曲面形状からなる一方の端面と、平面形状からなる他方の端面とを備えた円筒状の透光性を有する部材から形成されてなる発光管を備え、かつ、該発光管を形成する部材内であって、前記曲面形状の端面に近接する位置に穿設されて、発光促進用のガスが封入された空洞内に、光源として対向配設された一対の電極部を備えると共に、該発光管の前記曲面形状の端面が、前記光源からの光を内面反射させるように鏡面仕上げが施された反射面を備え、更に、前記発光管の円筒状の側面外壁に、前記光源からの光及び前記反射面で内面反射された光を、該発光管の内部に繰り返して反射させ、インテグレートされて均一化された照明光として、前記平面形状の端面から射出することができる繰り返し反射手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】
第２の技術手段は、前記第１の技術手段に記載の内部集光型光源ランプにおいて、鏡面仕上げが施された前記発光管の曲面形状の端面の形状が、球面状もしくは放物面状もしくは双曲面状のいずれかの形状からなっていることを特徴とする。
【０００９】
第３の技術手段は、前記第１又は第２の技術手段に記載の内部集光型光源ランプにおいて、前記発光管の円筒状の側面外壁に備えられた前記繰り返し反射手段が、繰り返して反射することが可能な形状とされた蒸着面、もしくは、繰り返して反射することが可能なミラーにより形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第４の技術手段は、前記第１乃至第３の技術手段のいずれかに記載の内部集光型光源ランプにおいて、前記発光管の前記電極部からの熱を冷却するための冷却用ファンを、該電極部に近接可能な前記発光管の外周部の任意の位置に配設することを可能としていることを特徴とする。
【００１１】
第５の技術手段は、前記第１乃至第４の技術手段のいずれかに記載の内部集光型光源ランプにおいて、前記発光管の外周部に沿って、前記光源からの熱を冷媒により放熱させる放熱手段を備えていることを特徴とする。
【００１２】
第６の技術手段は、画像を投射する投射装置において、照明光学系に用いる光源として、前記第１乃至第５の技術手段のいずれかに記載の内部集光型光源ランプを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
前述したような技術手段から構成される本発明に係る内部集光型光源ランプ及び該内部集光型光源ランプを適用した投射装置によれば、光源ランプから発せられた出射光を、鏡面仕上げが施されて反射面を形成する発光管の曲面形状の端面と、発光管の側面に備えられた繰り返し反射手段とにより、発光管内に閉じ込める構造としているので、発光管の外部に光成分が発散されることがなく、効率良く、最適な状態で、インテグレートされて均一化された照射光を供給することが可能である。
【００１４】
更に、鏡面仕上げが施された発光管の曲面形状の端面により反射面が形成されることにより、従来のように光源ランプの外側を覆うように配置されていた反射鏡を不要とすることができ、反射鏡で占められていた大きな空間部の削除が可能となり、光源の小型軽量化を可能とすると共に、光源ランプそのものに、従来のロッドインテグレータと同様の出射光の均一化効果を一体的に取り入れることにより、従来、光源と別個に配置されていたロッドインテグレータの配置スペースを縮小して、照明光学系の小型化も可能とし、かかる内部集光型光源ランプを投射装置の照明光学系の光源として用いることにより、投射装置の省スペース化が可能となり、小型軽量化に寄与することができる。
【００１５】
更に、従来、光源ランプの外側を覆うように配置されていた反射鏡を不要とすることにより、光源を冷却するための冷却用ファンの配設位置も、出射光の光路となる出射面側方向ではなく、冷却対象の光源に最も適切な近接した任意の位置に配設することが可能となり、冷却効果を向上させることが可能であり、冷却用ファンの回転速度を低減させることができるので、騒音を減らし、静音化が可能な光源装置及び投射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】
【００１６】
本発明に係る内部集光型光源ランプは、発光管として、曲面形状からなる一方の端面と、平面形状からなる他方の端面とを備えた円筒状の透光性を有するガラス部材からなり、かつ、該発光管を形成するガラス部材内の前記曲面形状の端面に近接する位置に、発光促進用のガスが封入可能に穿設された空洞内に、光源として対向配設された一対の電極部を備え、更に、前記発光管の円筒状の側面外壁に、前記光源の方向からの光を、該発光管の内部に繰り返して反射させることができる繰り返し反射手段を備えると共に、該発光管の前記曲面形状の端面が、前記光源からの光を内面反射させるように鏡面仕上げが施された反射面を備えて、前記光源からの光及び前記反射面で内面反射された光が、前記繰り返し反射手段により繰り返し反射されることにより、インテグレートされて均一化された照明光とされて、前記平面形状の端面から射出されるように構成されているものであり、本発明に係る投射装置は、該投射装置の光源部に、前述のごとき内部集光型光源ランプを適用しているものである。
【００１７】
本発明に係る内部集光型光源ランプ及び該内部集光型光源ランプを用いた投射装置の実施形態の一例について、以下に図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本発明に係る内部集光型光源ランプの構成の一例を示すランプ構成図であり、図２は、図１に示す本発明に係る内部集光型光源ランプにおける光源の一部を拡大したランプ拡大図であり、図１に示す内部集光型光源ランプにおいて、光源部を形成する発光管の曲面形状の端面外壁に反射面を備えていることを示している。また、図３は、図１に示すような本発明に係る内部集光型光源ランプを用いた投射装置（プロジェクタ）の基本構成の一例を示す光学的構成図である。
【００１８】
まず、図１に示す内部集光型光源ランプの構成について詳細を説明する。図１の内部集光型光源ランプ１０において、１１は光源、１１ａは光源１１を形成する一対の電極部、１１ｂは発光を促す発光促進用のガスを封入したガス封入部、１３は内部集光型光源ランプ１０を形成する発光管、１２は発光管１３の側面外壁にて光源からの光束を繰り返して反射させる蒸着面もしくはミラーからなる繰り返し反射手段、１３ａは発光管１３内で反射を繰り返してインテグレートされて均一化された照射光を射出させるための透過面部である。
【００１９】
ここで、発光管１３は、透光性を有する円筒状の部材（ガラス）によって形成されており、該部材の一方の端面１３ｂは、球面状もしくは放物面状もしくは双曲面状のいずれかの形状からなる曲面形状の端面とされており、該曲面形状の端面１３ｂに近接する位置には、光源となる一対の電極部１１ａ，１１ａが対向配設されると共に、電極部１１ａ，１１ａの放電を促進し、発光を促すための発光促進ガスが封入されるガス封入部１１ｂが、該電極部１１ａ，１１ａの先端に設けられた発光部即ち電極コイルを収納するように形成されている。また、発光管１３の曲面形状の端面１３ｂには、電極部１１ａ，１１ａからの光を内面反射するように鏡面仕上げが施された反射面が形成されており、而して、電極部１１ａ，１１ａから発光された光は、曲面形状の端面１３ｂで発光管１３の内部に反射されて、発光管１３の円筒状の側面１３ｃ方向に導光されるように構成されている。
【００２０】
また、発光管１３の曲面形状の端面１３ｂと対向するもう一方の端面は、光を射出するための透過面部１３ａを形成しており、出射光の主軸方向に対して垂直な平面形状とされていて、発光管１３の側面１３ｃ外壁で反射が繰り返されてインテグレートされた光が照明光２として透過面部１３ａから射出される。
即ち、発光管１３の円筒状の側面１３ｃ外壁には、繰り返し反射手段１２として、光源１１から射出されてきた光を発光管１３の内側に繰り返して反射させることが可能な形状とされた蒸着面が形成されているか、もしくは、繰り返して反射することが可能なミラーが配設されていて、該繰り返し反射手段１２により、反射を繰り返しながら、透過面部１３ａへ導光されていき、均一化された光にインテグレートされて、透過面部１３ａから射出される。
【００２１】
かくのごとく、発光管１３は、図４に示した従来技術の光源ランプ２１と反射鏡２２と発光ガラス管２３とロッドインテグレータ２４とを一体化させた光学部品として動作するように構成され、該発光管１３の射出口を形成している透過面部１３ａから射出される光は、図４に示す従来技術のロッドインテグレータ２４から射出されてリレーレンズ２５へと入射される照明光２と同様に、照射面を均一に照射可能なインテグレートされた照明光２として射出される。
【００２２】
更に説明すれば、発光管１３には、繰り返し反射手段１２により、発光管１３の円筒状の側面１３ｃ外壁にて繰り返して反射させる効果を施しており、電極部１１ａで発光された光及び曲面形状の端面１３ｂで内面反射された反射光を、繰り返し反射手段１２により反射を繰り返させることにより、内部集光され、インテグレートされて、発光管１３の透過面部１３ａから射出するように構成されている。かくのごとく、光源１１、繰り返し反射手段１２、及び、発光管１３からなって一体化されている光源は、内部集光されて、インテグレートされた均一な照明光２を透過面部１３ａから射出する内部集光型光源ランプ１０として形成されている。
【００２３】
また、光源１１の電極部１１ａは発熱するので、図３に示しているように、発光管１３の外周部において、透過面部１３ａからの照明光２の射出方向を妨害することがなく、光源１１の電極部１１ａに近接可能な発光管１３の外周部の任意の位置に、冷却用のファン１９を配設して、冷却用の風を光源１１に対して吹き付けることにより、光源１１が高温で破裂したり、部材が高熱溶融するような事態の発生を防止している。即ち、発光管１３の曲面形状の端面１３ｂ、及び、円筒状の側面１３ｃに設けられた繰り返し反射手段１２により、光源１１からの光を閉じ込めることが可能とされているので、図４に示す従来技術のように、光源ランプ２１の外部を覆うような大きな反射鏡２２を備える必要はなく、冷却用のファン１９を冷却対象の光源１１に近接配置することが可能となり、ファン１９の冷却効果を高めることができ、もって、ファン１９の回転速度を低減させ、静音化を図ることも可能である。
【００２４】
次に、図２に示す内部集光型光源ランプ１０の拡大図を用いて、内部集光型光源ランプ１０の一部分の構成について更に詳細に説明する。前述したように、発光管１３は、一方の端面１３ｂ（図２の左側方向の端面）が球面状もしくは放物面状もしくは双曲面状のいずれかの曲面形状からなり、他方の端面である透過面部１３ａ（図２の右側方向の図示していない端面）が平面形状からなる円筒状のガラス部材から構成されている。該発光管１３を構成するガラス部材において、曲面形状の端面１３ｂに近接した適切な位置となる端部には、上方向及び下方向に円筒状に穿孔された２つの円筒空洞１０ａ，１０ａと、２つの該円筒空洞１０ａ，１０ａに連通されて球状に穿孔された球状空洞１０ｂとが設けられている。
【００２５】
ここで、上下方向に穿孔された円筒空洞１０ａ，１０ａは、共に、発光管１３の外部と連通しており、それぞれ、光源となる電極部１１ａ，１１ａを封止して、対向配置を可能とすると共に、電極部１１ａ，１１ａを外部の電源と接続可能としている。また、球状空洞１０ｂは、該球状空洞１０ｂの中心位置が、球面状もしくは放物面状もしくは双曲面状のいずれかの曲面形状の端面１３ｂの焦点位置の近傍に位置し、対向配置された２つの電極部１１ａ，１１ａの先端に設けられた電極コイル１１ａ１，１１ａ１間の放電を促し、発光を促進するための発光促進用のガスが封入されるガス封入部１１ｂを形成しており、円筒空洞１０ａ，１０ａのいずれか片方から球状空洞１０ｂに発光促進用のガスが注入されて封止されると共に、円筒空洞１０ａ，１０ａの他方から球状空洞１０ｂに滞留している空気が排気されることにより、球状空洞１０ｂに発光促進用のガスが充填される。
【００２６】
発光促進用のガスの球状空洞１０ｂへの注入が終了すると、円筒空洞１０ａ，１０ａの両端から電極部１１ａ，１１ａを挿入して、２つの電極部１１ａ，１１ａの先端部にある電極コイル１１ａ１，１１ａ１間の距離が、予め定められた所定の距離ｄになるように調整された後、それぞれの円筒空洞１０ａ，１０ａ内に封止される。
【００２７】
ここで、それぞれの電極部１１ａ，１１ａは、電極コイル１１ａ１、リード部１１ａ２、金属箔導体１１ａ３、口金１１ａ４から構成されており、先端部にある電極コイル１１ａ１，１１ａ１が放電電極を形成し、外部の電源と接続する口金１１ａ４，１１ａ４により円筒空洞１０ａ，１０ａ内に適切な状態で封止される。なお、前述のごとく、発光管１３の曲面形状の端面１３ｂは鏡面仕上げが施されており、光源１１を形成する電極コイル１１ａ１，１１ａ１で発光した光を発光管１３の内側に反射させる反射面を形成している。また、端面１３ｂにより内面反射された光は、蒸着面もしくはミラーからなる繰り返し反射手段１２が備えられている側面１３ｃ外壁において反射を繰り返しながら、図２の右側方向に導光されていき、最終的には、図１に示すように、端面１３ｂと対向する位置にある透過面部１３ａから照射光２として射出されていく。
【００２８】
次に、図３に示す投射装置２０の光学的構成図を用いて、図１及び図２に示す内部集光型光源ランプ１０を適用した場合の投射装置２０の構成について説明する。１０は本発明に係る内部集光型光源ランプ、１５はリレーレンズ、１６は表示素子、１７は投射レンズ、１８はスクリーン、１９は冷却用のファンである。投射装置２０の基本的な動作に関しては、図４に示す従来技術の投射装置２０′と同様であるが、従来技術の投射装置２０′の構成とは異なり、図１及び図２の内部集光型光源ランプ１０に示したように、電極部１１ａからの光を反射する端面１３ｂの反射面と、光源方向からの光を繰り返し反射してインテグレートするロッドインテグレータ機能とが発光管１３と一体化して形成されており、図４のごとき、光源ランプ２１の外側に配置されていた反射鏡２２が不要となり、更に、ロッドインテグレータ２４を光源ランプ２１と分離して独立配置する必要も無く、投射装置２０の小型軽量化が可能である。
【００２９】
更に、図４に示したような光源ランプ２１を冷却するためのファン２９の配設位置に対する制約がなくなり、図３のファン１９の配設位置に示すように、光源１１に対して最も冷却効率の良い位置を選択して配置することができる。
【００３０】
また、光源１１から射出される光を、鏡面仕上げが施された端面１３ｂの反射面、及び、側面１３ｃ外壁に配置した繰り返し反射手段１２により反射させて、発光管１３内に封じ込めているので、光源１１から発せられる熱を放熱させるための放熱部を、光源１１の外周部を形成している発光管１３の透過面部１３ａ、端面１３ｂ、側面１３ｃの略全域の外壁部に形成することができる。更には、発光管１３の外周部例えば側面１３ｃ外壁に沿って冷媒となる流体を流し込むようにして、該冷媒にて光源１１からの熱を奪い取って冷却させた後、該冷媒を循環させることによって放熱させるような放熱手段を導入することも可能であり、冷却効率を更に高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る内部集光型光源ランプの構成の一例を示すランプ構成図である。
【図２】図１に示す本発明に係る内部集光型光源ランプにおける光源の一部を拡大したランプ拡大図である。
【図３】本発明に係る内部集光型光源ランプを用いた投射装置（プロジェクタ）の基本構成の一例を示す光学的構成図である。
【図４】従来の投射装置（プロジェクタ）の基本構成を示す光学系構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…出射光、１ａ…直接出射光、２…照明光、３…投射光、１０…内部集光型光源ランプ、１０ａ…円筒空洞、１０ｂ…球状空洞、１１…光源、１１ａ…電極部、１１ａ１…電極コイル、１１ａ２…リード部、１１ａ３…金属箔導体、１１ａ４…口金、１１ｂ…ガス封入部、１２…繰り返し反射手段、１３…発光管、１３ａ…透過面部、１３ｂ…端面、１３ｃ…側面、１５…リレーレンズ、１６…表示素子、１７…投射レンズ、１８…スクリーン、１９…ファン、２０，２０′…投射装置、２１…光源ランプ、２１ａ…電極部、２２…反射鏡、２３…発光ガラス管、２４…ロッドインテグレータ、２４ａ…出口、２５…リレーレンズ、２６…表示素子、２７…投射レンズ、２８…スクリーン、２９…ファン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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