(57)【要約】【課題】  照明効率が向上されかつ長寿命の光源装置を提供する。【解決手段】  照明光Ｌを射出する光源部１１を備える光源装置１であって、上記照明光Ｌの波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換しかつ利用領域の波長成分の光を透過する波長変換手段１４を備える。【選択図】              図３
2005128342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する光源部を備える光源装置であって、
前記照明光の波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換しかつ利用領域の波長成分の光を透過する波長変換手段を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記利用領域外の波長成分の光は、少なくとも紫外領域の波長成分の光を含むことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記利用領域外の波長成分の光は、紫領域の波長成分の光を含むことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】
前記波長変換手段は、前記利用領域外の波長成分の光を前記照明光の波長成分のうち強度の弱い波長成分に変換することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記照明光を所定の出射方向に反射するリフレクタを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
前記リフレクタは中空の回転楕円体に形状設定され、前記波長変換手段が前記回転楕円体における前記照明光の出射側の焦点に対応して配置され、前記光源部が前記回転楕円体の他方の焦点に対応して配置されることを特徴とする請求項５記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の光源装置を光源として用いることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
照明光を所定の出射方向に射出する光源装置と、前記照明光を変調して変調光とする変調手段と、前記変調光を投射する投射手段とを備えるプロジェクタであって、
前記照明光の波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換しかつ利用領域の波長成分の光を透過する波長変換手段を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の高輝度かつ小型なプロジェクタでは、その光源として超高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）、メタルハライドダンプやキセノンランプ等が用いられている。このような光源は、可視光と共に強い紫外線を発生する。近年のプロジェクタは小型化に伴い光学系も小さくなっているため、光学系を通過する光のエネルギ密度が高くなっている。このため、主に紫外線、さらに可視光でも短い波長の光により、内部の光学系に用いられている液晶ライトバルブ等の光変調手段劣化が生じ、短時間で表示品質が落ちてしまう問題が大きくなってきている。また、液晶パネルがこのような光を吸収し、発熱して高温になり、その結果、投射画面にムラが発生するという問題がある。
【０００３】
このような有害な紫外線や短波長の可視光が液晶ライトバルブ等に入射することを防止するため、光源から液晶ライトバルブまでの光路や液晶ライトバルブにおける光の入射面にＵＶカットフィルタや紫外線反射膜を配置し、高輝度水銀ランプより発生する有害な紫外線をカットすることが行われている。
【特許文献１】特開２００３−１４０１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＵＶカットフィルタは紫外線を吸収し発熱するため、例えば、ＵＶカットフィルタが備えられたプロジェクタを長時間使用していると、ＵＶカットフィルタが劣化し交換が必要となる。
また、ＵＨＰ光源から射出される照明光には、紫外線領域の波長の光が約１５％含まれている。したがって、ＵＶカットフィルタや紫外線反射膜を用いた場合には、プロジェクタの照明光として用いられる光の強度は、光源から射出される照明光の強度の約８５％となってしまう。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、照明効率が向上されかつ長寿命の光源装置及びプロジェクタ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、照明光を射出する光源部を備える光源装置であって、上記照明光の波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換しかつ利用領域の波長成分の光を透過する波長変換手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような特徴を有する本発明に係る光源装置によれば、波長変換手段によって、照明光の波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光が利用領域の波長成分の光に変換される。また、波長変換手段は、利用領域の波長成分の光を透過する。したがって、光源部からの照明光の強度と利用領域の波長成分の強度が略同一となり、従来の光源装置よりも照明効率が向上される。
また、このような本発明に係る光源装置によれば、利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換するため、照明光が波長変換手段によって吸収されることがない。したがって、波長変換手段が発熱することがないため、波長変換手段の劣化が防止され、光源装置の長寿命化につながる。
【０００８】
なお、上記利用領域外の波長成分の光は、少なくとも紫外領域の波長成分の光を含むことが好ましい。
例えば、超高圧水銀ランプの光源部からの照明光における紫外領域の波長（４００ｎｍ以下）の強度は、約１５％である。したがって、少なくとも紫外領域の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換することによって、この１５％分の光を有効活用することができるため、照明効率が向上される。
なお、例えば、本発明に係る光源装置をプロジェクタの光源として用いる場合には、上述のように、可視光領域のうち短い波長の光（例えば紫領域の光）も液晶ライトバルブ等の光変調手段の劣化を促進する。したがって、上記利用領域外の波長成分の光は、紫領域の波長成分の光をさらに含むことが好ましい。このように、紫領域の波長成分の光を利用領域外の波長成分の光とすると、紫外領域の波長成分の光と合わせて、その強度は、照明光全体の強度の約３０％となる。したがって、約３０％分の光を有効活用することができる。
【０００９】
また、上記波長変換手段は、上記利用領域外の波長成分の光を上記照明光の波長成分のうち強度の弱い波長成分に変換することが好ましい。
例えば、超高圧水銀ランプの光源部からの照明光には様々な波長の光が含まれているが、その中でも、赤領域の波長成分（６５０ｎｍ）の光の強度が弱い。したがって、波長変換手段が利用領域外の波長成分の光を赤領域の波長成分に変換することによって、より発光特性に優れた光源装置及びプロジェクタとすることが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る光源装置は、上記照明光を所定の出射方向に反射するリフレクタを備えることが好ましい。
このように、照明光を所定の出射方向に反射するリフレクタを備えることによって、光源部から射出された照明光の全てを利用することができる。
【００１１】
なお、本発明に係る光源装置においては、上記リフレクタが中空の回転楕円体に形状設定され、上記波長変換手段が上記回転楕円体における上記照明光の焦点に対応して配置され、上記光源部が上記回転楕円体の他方の焦点に対応して配置されることが好ましい。
このように、回転楕円体に形状設定されたリフレクタにおける上記他方の焦点に対応して光源部を配置することによって、光源部から射出された照明光はリフレクタの内面において反射し、もう一方の焦点に集光される。したがって、このもう一方の焦点に波長変換手段を配置することによって、小型の波長変換手段で効率的に照明光における利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換することが可能となる。
【００１２】
次に、本発明に係るプロジェクタは、本発明に係る光源装置を光源として用いることを特徴とする。
本発明に係る光源装置によれば、上述のように、照明効率が向上されかつ長寿命であるため、表示特性及び寿命が向上されたプロジェクタとすることができる。
【００１３】
次に、本発明に係るプロジェクタは、照明光を所定の出射方向に射出する光源装置と、上記照明光を変調して変調光とする変調手段と、上記変調光を投射する投射手段とを備えるプロジェクタであって、上記照明光の波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換しかつ利用領域の波長成分の光を透過する波長変換手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
このような特徴を有する本発明に係るプロジェクタによれば、波長変換手段によって、光源装置から射出された照明光の波長成分のうちで利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換されるため、本発明に係る光源装置を光源として用いるプロジェクタと同様に照明効率が向上されると共に、例えば液晶ライトバルブ等の変調手段の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの一実施形態について説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１実施形態）
［超高圧水銀ランプのスペクトル］
まず、図１を参照して一般的な超高圧水銀ランプから射出される光のスペクトルについて説明する。この図１は、超高圧水銀ランプから射出される光のスペクトルを示した図であり、横軸が波長、縦軸が光強度を示している。この図に示すように、超高圧水銀ランプから射出される光には、波長３３０ｎｍ〜８００ｎｍの光が含まれており、４１０ｎｍ，４４０ｎｍ，５５０ｎｍ，５８０ｎｍの波長成分の光の強度が強い。
【００１７】
図２は、超高圧水銀ランプから射出される光の積算エネルギ比率を示す図であり、横軸が波長、縦軸が積算エネルギ比率を示している。この図に示すように、超高圧水銀ランプから射出される光が有するエネルギのうち、紫外領域の波長（４００ｎｍ以下）の光のエネルギは約１５％である。また、４２０ｎｍ以下（紫外領域〜紫領域）の波長成分の光のエネルギは、超高圧水銀ランプから射出される光のエネルギのうち約３０％となる。
【００１８】
人間の視覚特性上、４００ｎｍ以下の波長成分の光を視認することができない。したがって、超高圧水銀ランプからの光を人間になんらかの対象を視認させるための光源として用いる場合には、４００ｎｍ以下の波長成分の光は必要とされない。また、一般的にプロジェクタにおいては、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色を用いて表示画像における全ての色を表現するため、超高圧水銀ランプをプロジェクタの光源として用いた場合には、４２０ｎｍ以下の波長成分の光を必要としていない。
すなわち、超高圧水銀ランプをプロジェクタの光源として用いた場合には、超高圧水銀ランプから射出される光のエネルギのうち、約３０％が無駄となる。
【００１９】
［光源装置］
次に、図３を参照して、本第１実施形態に係る光源装置１について説明する。図３は、本第１実施形態に係る光源装置１の概略構成図である。この図に示すように、光源装置１は、光源部１１、リフレクタ１２、出射レンズ１３及び波長変換素子１４を備えている。
【００２０】
まず、リフレクタ１２は、光源部１１からの照明光を出射方向（図３における紙面左方向）に反射するためのものであり、中空の回転楕円体に形状設定され、その内面が反射面とされている。このリフレクタ１２の出射端には、出射レンズ１３が配置されており、この出射レンズ１３は、入射された照明光を平行光として出射する。
【００２１】
光源部１１は、照明光を射出するためのものであり、本第１実施形態においては、超高圧水銀ランプが用いられている。この光源部１１は、図示するように、回転楕円体に形状設定されたリフレクタ１２の非出射側（図３における右側）の焦点Ｆ１に対応して配置されている。
【００２２】
波長変換素子１４は、４２０ｎｍ以下の波長成分の光（利用領域外の波長成分の光）を４２０ｎｍ以上の可視光（利用領域の波長成分の光）に変換しかつ４２０ｎｍ以上の可視光を透過する板状部材である。そして、この波長変換素子１４は、図示するように、回転楕円体に形状設定されたリフレクタ１２の出射側（図３における左側）の焦点Ｆ２に対応して配置されている。なお、光源部１１及び波長変換素子１４は、不図示の支持部材によってリフレクタ１２に固定されている。
【００２３】
このような本第１実施形態に係る光源装置１において、光源部１１から照明光Ｌが射出されると、光源部１１が非出射側の焦点Ｆ１に対応して配置されているため、照明光Ｌは、リフレクタ１２の内面において反射し、出射側の焦点Ｆ２に対応して配置された波長変換素子１４に集光される。そして、照明光Ｌは、波長変換素子１４において、自らが含む波長成分のうち、４２０ｎｍ以下の波長成分の光を４２０ｎｍ以上の可視光に変換される。なお、ここで、波長変換素子１４は、４２０ｎｍ以上の可視光を透過する性質を有しているため、照明光Ｌにもともと含まれる４２０ｎｍ以上の可視光及び波長変換素子１４において４２０ｎｍ以上の可視光に変換された光は、波長変換素子１４を透過し、リフレクタ１２の出射端に配置された出射レンズ１３に入射する。そして、出射レンズ１３に入射した照明光は、出射レンズ１３において平行光とされた後、出射レンズ１３の外部、すなわち光源装置１の外部に出射される。
【００２４】
なお、４２０ｎｍ以上の可視光を透過する波長変換素子１４は、人間の視覚からすると透明である。このような波長変換素子は、「http://www.nanocrystals.com/index1.htm」の選択項目「Nanocrystal Lighting」（http://www.nanocrystals.com/NLC.htm）を選択し、その文章中に記載されており、周知のものである。
【００２５】
このような本第１実施形態に係る光源装置１によれば、従来、無駄かつ有害であった照明光Ｌの４２０ｎｍ以下の波長成分の光を４２０ｎｍ以上の波長成分の光に変換して有効活用するため、光源装置の照明効率が向上されると共に、長寿命化が図れる。
【００２６】
また、本第１実施形態に係る光源装置によれば、回転楕円体に形状設定されたリフレクタ１２の一方の焦点Ｆ１に対応して光源部１１を配置し、他方の焦点Ｆ２に波長変換素子１４を配置している。したがって、光源部１１から射出された照明光Ｌが集光される位置において波長変換素子１４が配されているため、小さな波長変換素子１４で効率的に照明光の４２０ｎｍ以下の波長成分の光を４２０ｎｍ以上の可視光に変換することが可能となる。このため、光源装置１を小型化することが可能となる。
【００２７】
［プロジェクタ］
次に、図４を参照して本第１実施形態に係るプロジェクタについて説明する。図４は、本実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のプロジェクタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カラー液晶表示装置である。図中、符号１は本第１実施形態に係る光源装置、２１，２２はフライアイレンズ（均一照明手段）、４１，４２はダイクロイックミラー、４３，４４，４５は反射ミラー、５１，５２，５３は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６０はクロスダイクロイックプリズム、７０は投射レンズ（投射手段）を示している。
【００２８】
光源装置１の後段には、照明光Ｌの照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ５１，５２，５３において均一化させるための均一照明手段として、光源装置１側から第１のフライアイレンズ２１、第２のフライアイレンズ２２が順次設置されている。ここで、第１のフライアイレンズ２１は光源装置１から出射された光（照明光）を複数の光束Ｒに分割し、第２のフライアイレンズ２２はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては２次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第２のフライアイレンズ２２の位置、もしくはその後段に配しても良い。以下では重畳レンズとして第２のフライアイレンズが用いられた場合について説明を行う。
【００２９】
青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー４１は、光源装置１からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射させるものである。ダイクロイックミラー４１を透過した赤色光ＬＲは反射ミラー４５で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ５１に入射される。一方、ダイクロイックミラー４１で反射した色光のうち、緑色光ＬＧは緑色光反射用のダイクロイックミラー４２によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ５２に入射される。一方、青色光ＬＢはダイクロイックミラー４２も透過し、リレーレンズ４６、反射ミラー４３、リレーレンズ４７、反射ミラー４４、リレーレンズ４８からなるリレー系４９を経て青色光用液晶ライトバルブ５３に入射される。
【００３０】
各液晶ライトバルブ５１，５２，５３によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム６０に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ７０によりスクリーン７１上に投射され、拡大された表示画像が表示される。
【００３１】
このような本実施形態に係る光源装置１によれば、照明光Ｌのうち４２０ｎｍ以下の波長成分の光が４２０ｎｍ以上の可視光に変換される。したがって、本実施形態に係るプロジェクタにおいては、照明効率が向上される。また、照明光Ｌのうち有害な４２０ｎｍ以下の波長成分の光が４２０ｎｍ以上の可視光に変換されるため、青色光用液晶ライトバルブ５３の劣化が防止される。したがって、プロジェクタを長寿命化させることが可能となる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、図５を参照して本発明のプロジェクタに係る第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態に係るプロジェクタの説明において、上記第１実施形態に係るプロジェクタの構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００３３】
図５は、本第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。この図に示すように、本第２実施形態に係るプロジェクタは、光源装置３０と波長変換素子１０とを別体で各々備えている。
【００３４】
光源装置３０は、超高圧水銀ランプが用いられる光源部３１と、この光源部３１において射出される照明光Ｌを出射方向に反射するリフレクタ３２とを備えている。リフレクタ３２は、回転放物面に沿って形成されており、光源部３１がその焦点に対応して配置されている。
【００３５】
波長変換素子１０は、上記第１実施形態において示した波長変換素子１４と同様の機能を有しており、本第２実施形態においては、光源装置３０から出射される照明光Ｌの全てを受光するために、光源装置３０の出射面とほぼ同一の広さの入射面を有している。
【００３６】
このような本第２実施形態に係るプロジェクタの光源装置３０から照明光Ｌが出射されると、照明光Ｌは、波長変換素子１０に入射する。そして、照明光Ｌは、波長変換素子１０において照明光Ｌのうち４２０ｎｍ以下の波長成分の光が４２０ｎｍ以上の可視光に変換される。
【００３７】
したがって、光源装置３０と波長変換素子１０とを別体で各々備える本第２実施形態に係るプロジェクタにおいても、上記第１実施形態に係るプロジェクタと同様に、照明効率が向上されると共に長寿命化される。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る光源装置及びプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態において、光源部１１，３１として超高圧水銀ランプを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、光源部としてメタルハライドランプやキセノンランプを用いても良い。
図６は、メタルハライドランプから射出される光のスペクトルを示した図であり、横軸が波長、縦軸が光強度を示している。また、図７は、キセノンランプから射出される光のスペクトルを示した図であり、横軸が波長、縦軸が光強度を示している。
これらの図に示すように、メタルハライドランプ及びキセノンランプから射出される光にも４２０ｎｍ以下の波長成分の光が多く含まれている。したがって、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの光源部としてメタルハライドランプやキセノンランプを用いた場合であっても、波長変換素子によって、４２０ｎｍ以下の波長成分の光が４２０ｎｍ以上の可視光に変換されるため、照明効率の向上と長寿命化が図れる。
【００４０】
また、上記実施形態において、４２０ｎｍ以下の波長成分の光を利用領域外の波長成分の光とし、４２０ｎｍ以上の可視光を利用領域の波長成分の光とした。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、４００ｎｍ以下の波長成分の光を利用領域外の波長成分の光とし、４００ｎｍ以上の波長成分の光を利用領域の波長成分の光としても良く、その範囲は任意である。
また、利用領域外の波長成分の光を利用領域の波長成分の光に変換する場合に、もともとの照明光に含まれる利用領域の波長成分の光のうち強度の弱い光となるように変換しても良い。具体的には、光源部に超高圧水銀ランプを用いる場合には、赤領域の波長成分（６００ｎｍ）の光の強度が弱い。したがって、波長変換手段が利用領域外の波長成分の光を赤領域の波長成分に変換する。これによって、より発光特性に優れた光源装置及びプロジェクタとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】超高圧水銀ランプから射出される光のスペクトルを示す図である。
【図２】超高圧水銀ランプから射出される光の積算エネルギ比率を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。
【図６】メタルハライドランプから射出される光のスペクトルを示す図である。
【図７】キセノンランプから射出される光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，３０……光源装置、１１，３１……光源部、１２，３２……リフレクタ、１３……出射レンズ、１４……波長変換素子（波長変換手段）、Ｌ……照明光
【図１】
2005128342.tif 000003
【図２】
2005128342.tif 000004
【図３】
2005128342.tif 000005
【図４】
2005128342.tif 000006
【図５】
2005128342.tif 000007
【図６】
2005128342.tif 000008
【図７】
2005128342.tif 000009