(57)【要約】【課題】プロジェクタなどの投影装置において利用される光源ユニットの光を効率よく集光させることのできる技術を提供する。【解決手段】プロジェクタ１００において、反射鏡４０として回転楕円鏡を形成するときの回転軸（光軸Ｌ）に対して、楕円Ｅ２の長軸Ｌ１を左下がりにしている。このとき、楕円Ｅ２の第２の焦点Ｆ２は光軸Ｌ上のＤＭＤ７０の位置に設定されている。また、楕円Ｅ２の第１の焦点Ｆ１は放電ランプ１０の虚像位置Ａ２に設定されている。したがって、虚像位置Ａ２として第１の焦点Ｆ１を示す発光位置Ａ１から出射された光（Ｗ１、Ｗ２）は、反射鏡４０の反射面において楕円Ｅ２の第２の焦点Ｆ２に収束するように反射する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプと、当該放電ランプから出射した光を光軸上の所定の位置に集光する反射鏡とを備える光源ユニットであって、
前記反射鏡の反射面は、前記放電ランプが配置される側の第１の焦点を前記光軸からずらして設定し、集光側の第２の焦点を前記光軸上に設定した楕円の曲線を前記光軸回りに回転させた回転傾斜楕円により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】
前記楕円の前記第１の焦点は、前記放電ランプの虚像位置に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光源ユニット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、光源ユニット及びプロジェクタに係り、特に、放電ランプと反射鏡を備えた光源ユニット及びそのような光源ユニットを備えるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタが備える光源ユニットには、光源として高圧水銀ランプ等のような放電ランプが採用されており、また光源で発光した光を所定の方向に反射して出射させるための反射鏡を有している。
【０００３】
プロジェクタの重要な性能指標の一つが明るさであり、プロジェクタから投射される光量をいかにして増加させるかが大きな課題となっており、その明るさの向上のために様々な技術が提案されている。例えば、放電ランプの光量増加があり、ランプ製造会社により様々な技術が投入されている。また、別の観点では、放電ランプから出射された光を効率良く利用することで、最終的に得られる光量を増加させることができる。つまり、放電ランプから出射された光の向きを適切に設定することで、無駄な方向への出射を防止する。そしてこのとき、反射鏡の形状が非常に重要になる。
【０００４】
反射鏡の形状としては、大きく分けて楕円形状と放物線形状とがある。それぞれ、反射鏡の反射面が楕円曲線または放物線の一部を光軸回りに回転させてできたものである。近年、プロジェクタの光学変調素子として、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）が採用されるようになっており、このＤＭＤが採用されているプロジェクタの光源ユニットでは、主に楕円形状の反射鏡が利用される。以下、楕円の曲線を光軸回りに回転させて反射面が形成されている反射鏡を回転楕円鏡ともいう。
【０００５】
楕円形状として様々な形状が提案されているが、例えば、ある程度広い照射エリアにおける品位向上を実現するために、楕円曲線の一方の焦点が光源と一致するように設定し、他方の焦点を光軸から離すようにして、前記の楕円曲線を光軸回りに回転させることで、反射面を形成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−５９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示の技術では、光源の光を効率よく照射することで照度比を向上させ高輝度高品位を図っている。しかし、例えば、ＤＭＤ等の光変調素子に光を集光するという観点では、上記技術を適用できず、別の技術が求められていた。また、放電ランプは、ランプ内部を高圧に保つためにガラス封体が形成され、その内部で放電がなされている。そして、このガラス封体の形状及び厚さ等を起因としてレンズ効果（屈折）が生じ、見かけ上の発光位置（虚像位置）は実際の発光位置に対してずれた位置となってしまう。その結果、反射鏡から出射された光の集光先であるＤＭＤ等が設置される位置において、集光エリアが拡大してしまい、集光効率が低下してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、プロジェクタなどの投影装置において利用される光源ユニットの光を効率よく集光させることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る装置は、光源ユニットに関する。この光源ユニットは、放電ランプと、当該放電ランプから出射した光を光軸上の所定の位置に集光する反射鏡とを備える光源ユニットであって、前記反射鏡の反射面は、前記放電ランプが配置される側の第１の焦点を前記光軸からずらして設定し、集光側の第２の焦点を前記光軸上に設定した楕円の曲線を前記光軸回りに回転させた回転傾斜楕円により形成されている。
また、前記楕円の前記第１の焦点は、前記放電ランプの虚像位置に設定されてもよい。
本発明に係る別の装置は、プロジェクタであって、上記の光源ユニットを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プロジェクタなどの投影装置において利用される光源ユニットの光を効率よく集光させることのできる技術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】
【００１０】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１００の構造について、主に光学系に着目して示す図である。プロジェクタ１００は、光源ユニット５０と、カラーホイール６０と、ＤＭＤ７０と、投光光学系８０とを備える。光源ユニット５０から出射した光は、カラーホイール６０を通り光軸Ｌ上に配置されたＤＭＤ７０に集光される。そして、ＤＭＤ７０で光変調されて投光光学系８０から外部のスクリーンなどに投影される。なお、光源ユニット５０からＤＭＤ７０の経路上に、光路の長さを調整するレンズ等が配されてもよい。ここで、光軸Ｌは、放電ランプ１０の発光位置とＤＭＤ７０における集光エリアの中心を結ぶ軸線とする。
【００１２】
光源ユニット５０は、放電ランプ１０と、反射鏡４０とを備えて構成されている。反射鏡４０は回転楕円鏡であって、反射面を構成する楕円曲線の第１の焦点Ｆ１が発光位置Ａ１近傍になるように放電ランプ１０が配置されている。また、ＤＭＤ７０の位置が、前記の楕円曲線の第２の焦点Ｆ２となるように配置されている。なお、本実施形態では、詳細は後述するが、反射鏡４０を構成する回転楕円鏡は、楕円曲線の一部を光軸の回りに回転させるときに、集光位置（ＤＭＤ７０）が第２の焦点Ｆ２となり、一方光源側の第１の焦点Ｆ１を光軸Ｌから虚像位置Ａ２（例えば、図７参照）側にずらすように楕円曲線を傾けている。また、図１では、発光位置Ａ１と第１の焦点Ｆ１（虚像位置Ａ２）の距離が非常に短いため一致して表記しているが、実際には図７で後述するように、第１の焦点Ｆ１は発光位置Ａ１からずれた虚像位置Ａ２と一致している。そこでまず前提技術として放電ランプ１０の特性（配光特性及びレンズ効果）及び一般的な回転楕円鏡の反射鏡について簡単に説明し、つづいて本実施形態において特徴的な反射鏡の形状について説明する。
【００１３】
図２は、一般的な放電ランプの配光分布を模式的に示した図である。ここでは、図右側が交流タイプの放電ランプ、図左側が直流タイプの放電ランプの配光分布を示している。交流タイプの放電ランプでは、放電位置が上下対称に変化するため、出射される光も上下対称の形状の配光分布を示す。一方、直流タイプの放電ランプでは、放電位置が上下いずれかの電極であるため、例えば図示のように上側領域の配光分布が広くなる。そして、反射鏡はこの配光分布に示される光を効率よく所望の方向に、より具体的には、ＤＭＤなどの光変調素子に集光する必要がある。
【００１４】
図３は、一般的な交流タイプの放電ランプ１０の構造を模式的に示す断面図である。また、図４は、放電ランプ１０の主に発光部２０を拡大して示した図である。図３に示すように、放電ランプ１０は、中央の発光部２０と、発光部２０から図示左右両側に延びる側管部１２から構成されている。
【００１５】
発光部２０及び側管部１２は、例えば石英ガラスにより高圧ガスを封入したガラス封体として形成されている。発光部２０には、高圧に保たれた内部に水銀及び高圧ガスの希ガスを封入した高圧封入空間２６が形成されており、さらに、側管部１２から延びてアーク電極２１、２２が配置されている。そして、側管部１２には、リード電極２３、２４と、リード電極２３、２４とアーク電極２１、２２とを電気的に繋ぐモリブデンシート２７、２８が設けられている。
【００１６】
そして、アーク電極２１、２２の間の発光位置Ａ１から出射する光は、発光部２０のガラス封止材の厚さや屈折率等を考慮しない場合は、図３の破線で示すように反射鏡４０へ直進する。一方、発光部２０のガラス封止材の厚さや屈折率を考慮した現実の光路は、発光部２０の凸レンズ構造によって実線で示すように配光方向が狭まるように屈折する。この作用はレンズ効果とも呼ばれ、このレンズ効果により集光効率を向上させることがある。
【００１７】
ところで、図４に示すように、発光位置Ａ１から出射した光は、上述のレンズ効果によりバルブ内面３２及びバルブ外面３１で屈折するため、見かけ上の発光位置（虚像位置Ａ２）は、図示のように発光位置Ａ１より下側にずれる。
【００１８】
図５は、虚像位置Ａ２が生じない（レンズ効果が無い）状態の光の経路を示した図であり、図６はレンズ効果により虚像位置Ａ２が発光位置Ａ１よりずれた状態の光の経路を示した図であり、いずれも従来より用いられている回転楕円鏡の反射鏡１４０が用いられている。また、便宜的に、二つの光路（Ｗ１、Ｗ２）で示している。反射鏡１４０の反射面を形成するための楕円Ｅ１では、楕円Ｅ１の曲線を回転させるときの回転軸である光軸Ｌと楕円Ｅ１の長軸Ｌ１とが一致している。また、発光位置Ａ１と楕円Ｅ１の第１の焦点Ｆ１とが一致している。また、図５に示すように、レンズ効果が無い場合、二つの光路Ｗ１、Ｗ２の集光点Ｃは、第２の焦点Ｆ２に一致する。しかし、図６に示すように、レンズ効果によりズレ量Ｄが発生すると、二つの光路Ｗ１、Ｗ２の集光点Ｃは、第２の焦点Ｆ２に一致しなくなる。つまり、集光効率が低下したり照度比が悪化したりする。
【００１９】
発光位置Ａ１と虚像位置Ａ２の距離（ズレ量Ｄ）は、発光部２０（バルブ外面３１やバルブ内面３２）の形状や厚さ、材料によって変わってくるが、一般に入手可能な放電ランプ１０では、二つのアーク電極２１、２２の間隔が１ｍｍ程度であり、発光位置Ａ１と虚像位置Ａ２の距離（ズレ量Ｄ）は０．５ｍｍ程度となることがある。
【００２０】
近年、放電ランプ１０の輝度を上げるために高圧封入空間２６の圧力を高めることがあり、その場合封止材厚２５（バルブ外面３１とバルブ内面３２の距離）を大きくする必要がある。その場合屈折量が大きくなるため、ズレ量Ｄを考慮しないと、集光効率の低下が顕著になり所望の光量が得られないおそれもある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、反射鏡４０の形状に改善を施した。図７は、本実施形態に係る反射鏡４０の形状を説明する図である。図示のように、反射鏡４０の反射面を形成する楕円Ｅ２の曲線を僅かに傾けている。
【００２２】
より具体的には、反射鏡４０として回転楕円鏡を形成するときの楕円Ｅ２を、その長軸Ｌ１が、発光位置Ａ１とＤＭＤ７０の中心を結ぶ光軸Ｌに対して若干傾けて、図示において左下がりに設定する。このとき、楕円Ｅ２の第２の焦点Ｆ２は光軸Ｌ上のＤＭＤ７０の位置に設定されている。また、楕円Ｅ２の第１の焦点Ｆ１は放電ランプ１０の虚像位置Ａ２に設定されている。このような幾何学的配置をなした状態で、光軸Ｌを回転軸として、図示の太線で示す楕円Ｅ２の一部の曲線（点Ｘ〜Ｙ）を回転させて反射鏡４０の反射面が形成されている（太い実線及び破線で図示する）。なお、点Ｘは楕円Ｅ２と光軸Ｌの交点であり、点Ｙは、反射鏡４０の開口端に相当する位置である。このようにして形成された反射鏡４０を用いることで、虚像位置Ａ２として第１の焦点Ｆ１を示す発光位置Ａ１から出射された光（Ｗ１、Ｗ２）は、反射鏡４０の反射面において楕円Ｅ２の第２の焦点Ｆ２に収束する。
【００２３】
このように、反射鏡４０が、楕円曲線を傾けて回転させて形成された反射面を備えた回転斜形楕円鏡とすることで、放電ランプ１０の発光位置Ａ１がレンズ効果により虚像位置Ａ２を有してしまう場合でも、集光点ＣをＤＭＤ７０（第２の焦点Ｆ２）に一致させることができるので、ＤＭＤ７０における集光効率を向上させることができる。詳細は記載していないが、シミュレーションの結果、３〜５％程度の集光効率の改善が確認された。なお、上記の実施形態では、楕円Ｅ２の第１の焦点Ｆ１を放電ランプ１０の虚像位置Ａ２に一致させたがこれに限る趣旨ではない。例えば、第２の焦点Ｆ２が、発光位置Ａ１と虚像位置Ａ２の間にあれば、それらを完全に一致させた場合と比較すると若干は劣るものの集光効率の向上は実現できる。
【００２４】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る、プロジェクタの構造について主に光学系に着目して示す図である。
【図２】本実施形態に係る、一般的な放電ランプの配光分布を模式的に示した図である。
【図３】本実施形態に係る、一般的な交流タイプの放電ランプの構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る、一般的な交流タイプの放電ランプの発光部を拡大して示した図である。
【図５】本実施形態に係る、放電ランプにレンズ効果が生じない状態の光の経路を示した図である。
【図６】本実施形態に係る、放電ランプにレンズ効果が生じ虚像位置が発光位置とずれた状態の光の経路を示した図である。
【図７】本実施形態に係る、回転楕円鏡で形成されている反射鏡の形状を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  放電ランプ
１２  側管部
２０  発光部
２５  封止材厚
２６  高圧封入空間
３１  バルブ外面
３２  バルブ内面
４０  反射鏡
５０  光源ユニット
１００  プロジェクタ
Ｆ１  第１の焦点
Ｆ２  第２の焦点
Ｌ  光軸
Ｌ１  長軸
Ａ１  発光位置
Ａ２  虚像位置
【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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