(57)【要約】【課題】小型且つ簡単な構成で、放電管ランプからの出射光を効率よく光インテグレータに入射させることができる光源装置を提供する。【解決手段】放電管ランプ５からの出射光を反射して第２焦点Ｆ２に集光させる反射鏡６と、反射鏡６の光軸Ｏ上に配設された光インテグレータ７とを備えた光源装置１において、光インテグレータ７の入射面７ａ側に平凸レンズ８を配設し、光インテグレータ７の入射面７ａに連設する出射平面８ｂ上の領域を集光領域２０として設定するとともに、反射鏡６側からの入射光を集光領域２０に集光させるよう平凸レンズ８の入射面８ａを設定する。これにより、小型且つ簡単な構成で放電管ランプ５からの出射光を効率よく光インテグレータ７に入射させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を有する放電管ランプと、
前記放電管ランプからの出射光を反射して集光させる反射鏡と、
前記反射鏡の光軸上に配設された光インテグレータと、
前記光インテグレータの入射面に連設する出射平面上の領域が集光領域として設定され、当該集光領域に前記反射鏡側からの入射光を集光させる平凸レンズと、を具備したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記平凸レンズの表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記反射鏡は、前記平凸レンズの配設位置の近傍まで光軸方向に延設されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極間での放電によって発光する放電管ランプを光源として備えた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プロジェクタ等の投影型表示装置に供される光源装置には、メタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、或いは、高圧型水銀ランプ等の放電管ランプが光源として用いられる。
【０００３】
これらの放電管ランプは、一対の電極間の放電によって、高い発光強度で発光することが可能である。その一方で、この種の放電管ランプは、一対の電極間に発光部が形成されるため点光源として扱うことが困難であり、リフレクタ等を用いた集光を十分な精度で実現させることが困難となる。従って、放電管ランプを用いた光源装置では、一般に、光の利用効率が低くなる傾向にある。
【０００４】
これに対処し、例えば、特許文献１には、放電管ランプからの出射光を、反射面が略回転楕円面形状のリフレクタで反射して光インテグレータに導く光源装置において、電極の摩耗等の経時劣化に起因する集光度の低下を防止すべく、一対の電極間の中心位置を反射面の焦点位置から光軸方向に予めオフセットさせておく技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−３１８６５５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、上述の特許文献１に開示された技術は、単に、電極の経時劣化に起因する集光度の低下を抑制するためのものに過ぎず、放電管ランプが点光源でないことに起因するリフレクタの集光度の低下を根本的に改善するものではない。
【０００６】
その一方で、放電管ランプからの出射光に対するリフレクタによる集光度に対応付けて光インテグレータの入射面を大型化することも考えられるが、このような入射面の大型化は光インテグレータの全体の大型化に直結し、結果として、光源装置の大型化や構造の複雑化等を招く虞がある。
【０００７】
本発明は、小型且つ簡単な構成で、放電管ランプからの出射光を効率よく光インテグレータに入射させることができる光源装置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】
【０００８】
本発明は、一対の電極を有する放電管ランプと、前記放電管ランプからの出射光を反射して集光させる反射鏡と、前記反射鏡の光軸上に配設された光インテグレータと、前記光インテグレータの入射面に連設する出射平面上の領域が集光領域として設定され、当該集光領域に前記反射鏡側からの入射光を集光させる平凸レンズと、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光源装置によれば、小型且つ簡単な構成で、放電管ランプからの出射光を効率よく光インテグレータに入射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は光源装置の要部を示す分解斜視図、図２は光源装置の要部断面図、図３は放電管ランプから光インテグレータに入射する光の挙動のシミュレーション結果を示す説明図、図４は反射鏡の第２焦点における集光分布を示す説明図、図５，図６は本発明の変形例に係る光源装置の要部断面図である。
【００１１】
図１，２に示す光源装置１は、例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタに好適な光源装置であり、この光源装置１は、一対の電極１０，１０を備えた放電管ランプ５と、この放電管ランプ５からの出射光を反射して集光させる反射鏡６と、反射鏡６の光軸Ｏ上に配設された光インテグレータ７と、を有する。
【００１２】
放電管ランプ５は、例えば、石英ガラス製の放電管１１を有し、この放電管１１の略中央部には、略回転楕円形状をなす中空の放電部１１ａが形成されている。放電部１１ａ内には、例えば、タングステン等からなる一対の電極１０，１０が所定間隔隔てて対向配置され、さらに、蒸気圧を調節するための水銀と、始動用ガスとしてアルゴンガスがと封入されている。
【００１３】
また、放電管１１は、放電部１１ａから延出する一対の封止部１１ｂ，１１ｂを有し、これら封止部１１ｂ，１１ｂの内部には、各電極１０，１０とそれぞれ電気接続されたモリブデン等からなる金属箔１２，１２が気密封着されている。また、各金属箔１２，１２には給電線１３，１３の一端部がそれぞれ電気接続され、これら給電線１３，１３の他端部は、封止部１１ｂ，１１ｂの外部に突出されている。ここで、図２に示すように、電極１０，１０、封止部１１ｂ，１１ｂ、金属箔１２，１２、及び給電線１３，１３等は同一の軸線Ｏ’上に配置されている。
【００１４】
反射鏡６は、反射面１５が凹設された椀状の部材で構成されている。本実施形態において、反射面１５は回転楕円の部分形状をなし、これにより、反射鏡６の光軸Ｏ上には、反射面１５で囲繞された第１焦点Ｆ１と、当該第１焦点よりも遠方に位置する第２焦点（焦点）Ｆ２と、が形成される。
【００１５】
また、反射鏡６は、光軸Ｏ方向に沿う反射面１５の後頂部に、光源保持部１６を有する。この光源保持部１６には光軸Ｏと同軸の保持孔１６ａが開口され、保持孔１６ａ内には、放電管１１の一方の封止部１１ｂが保持部材１６ｂを介して挿入されている。これにより、放電管ランプ５は、軸線Ｏ’が光軸Ｏと一致するよう反射鏡６に保持され、放電部１１ａが反射面１５内に臨まされる。そして、放電部１１ａ内の電極１０，１０間に形成される発光部の中心と第１焦点Ｆ１とが一致するよう位置決めされることにより、反射鏡６は、放電管ランプ５からの出射光を、第２焦点Ｆ２に向けて集光させる。
【００１６】
光インテグレータ７は、光軸Ｏ上に延在する略角柱形状の光透過性部材で構成され、その長手方向の各端面が入射面７ａ及び出射面７ｂとしてそれぞれ設定されている。本実施形態において、光インテグレータ７の入射面７ａは、反射鏡６の第２焦点Ｆ２と略一致する位置に配設され、光インテグレータ７は、入射面７ａからの入射光を内部で全反射させながら出射面７ｂへと導く。
【００１７】
さらに、このような光源装置１の光学系において、光インテグレータ７の入射面７ａ側には、平凸レンズ８が配設されている。本実施形態において、この平凸レンズ８は、反射鏡６によって第２焦点Ｆ２に集光される光の集光ズレを補正するためのもので、反射鏡６に対向する入射面８ａ側が球面状のレンズ面で構成されている。一方、平凸レンズ８の出射平面８ｂは光インテグレータ７の入射面７ａに連設され（図２参照）、当該出射平面８ｂ上において、入射面７ａに略包含される領域が集光領域２０として設定されている（図４参照）。
【００１８】
この平凸レンズ８の直径や入射面８ａの曲率、屈折率等は、電極１０，１０の間隔や反射面１５の形状等に基づき、実験やシミュレーション等によって適値に設定され、これにより、平凸レンズ８は、図３に示すように、第２焦点Ｆ２に対して所定のズレ量をもって導かれる反射鏡６からの反射光を、集光領域２０内へと集光させる。
【００１９】
ここで、図２に示すように、平凸レンズ８の入射効率等を向上させるため、平凸レンズ８の表面には、反射防止膜２１が形成されていることが望ましい。
【００２０】
このような実施形態によれば、放電管ランプ５からの出射光を反射して第２焦点Ｆ２に集光させる反射鏡６と、反射鏡６の光軸Ｏ上に配設された光インテグレータ７とを備えた光源装置１において、光インテグレータ７の入射面７ａ側に平凸レンズ８を配設し、光インテグレータ７の入射面７ａに連設する出射平面８ｂ上の領域を集光領域２０として設定するとともに、反射鏡６側からの入射光を集光領域２０に集光させるよう平凸レンズ８の入射面８ａを設定することにより、小型且つ簡単な構成で、放電管ランプ５からの出射光を効率よく光インテグレータ７に入射させることができる。
【００２１】
すなわち、光インテグレータ７の入射面７ａ側に平凸レンズ８を連設し、当該平凸レンズ８の入射面８ａを、反射鏡６側からの反射光を広く受光可能な面積に設定するとともに、入射光を出射平面８ｂ上の集光領域２０内に集光させるよう入射面８ａの形状を設定しただけの簡単な構成で、発光部を点光源として扱うことが困難な放電管ランプ５を光源として用いた場合にも、光インテグレータ７に対する入射効率を格段に向上させることができる。具体的には、例えば、図２に示した本実施形態の光源装置１において、シミュレーションを行った結果、平凸レンズ８を有さない場合に比べ、放電管ランプ５から光インテグレータ７への入射効率を６３．６％向上できることが確認できた。
【００２２】
ここで、上述の実施形態による光源装置１において、光インテグレータ７に対する更なる入射効率の向上を図るべく、反射鏡６を平凸レンズ８の配設位置の近傍まで光軸Ｏ方向に延設しすることも可能である。このような構成は、例えば、図５に示すように、反射鏡６の開放端側に、サブ反射鏡２５を連設することで容易に実現することが可能である。そして、このような構成に基づいてシミュレーションを行った結果、平凸レンズ８及びサブ反射鏡２５を有さない場合に比べ、放電管ランプ５から光インテグレータ７への入射効率を６３．６％向上できることが確認できた。
【００２３】
さらに、上述の実施形態による光源装置１において、例えば、集光領域２０に対する集光性の向上等を目的として、平凸レンズ８の入射面８ａを非球面のレンズ面で構成することも可能であり、また、例えば、図６に示すように、平凸レンズ８の薄型化や軽量化等を目的として、平凸レンズ８の入射面８ａをフレネルレンズ面で構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】光源装置の要部を示す分解斜視図
【図２】光源装置の要部断面図
【図３】放電管ランプから光インテグレータに入射する光の挙動のシミュレーション結果を示す説明図
【図４】反射鏡の第２焦点における集光分布を示す説明図
【図５】本発明の変形例に係る光源装置の要部断面図
【図６】本発明の変形例に係る光源装置の要部断面図
【符号の説明】
【００２５】
１…光源装置、５…放電管ランプ、６…反射鏡、７…光インテグレータ、７ａ…入射面、７ｂ…出射面、８…平凸レンズ、８ａ…入射面、８ｂ…出射平面、１０…電極、１１…放電管、１１ａ…放電部、１１ｂ…封止部、１２…金属箔、１３…給電線、１５…反射面、１６…光源保持部、１６ａ…保持孔、１６ｂ…保持部材、２０…集光領域、２１…反射防止膜、２５…サブ反射鏡、Ｆ１…第１焦点、Ｆ２…第２焦点（焦点）、Ｏ…光軸、Ｏ’…軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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