(57)【要約】一対の電極１２間で発光が行われる発光部１１及び該発光部１１の両側に位置する封止部１３を有した発光管１０と、発光管１０を保持し該発光管１０から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡２０と、第一反射鏡２０の先端部に配置された透光板２５とを備えた照明装置であって、発光部１１の前側部分を包囲して発光部１１からの光を第一反射鏡２０側へ反射する第二反射鏡３０を、封止部１３と透光板２５の少なくとも一方に固定し、透光板２５と第二反射鏡３０とを接触又は固着状態とし、透光板２５と第二反射鏡３０の少なくとも一方を封止部１３に接触又は固着状態とした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光管から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、
前記発光部の前側部分を包囲して前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡を、前記封止部と前記透光板の少なくとも一方に固着し、
前記透光板と前記第二反射鏡とを接触又は固着し、前記透光板と前記第二反射鏡の少なくとも一方を前記封止部に接触又は固着した、ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光管から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、
前記発光部の前側部分を包囲して前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡を、前記透光板に固着し、
前記透光板及び前記第二反射鏡と前記発光管との間に隙間を設けた、ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記固着は、接着剤を介した固着によるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記接着剤が窒化アルミ系又はシリカ・アルミナ混合系接着剤であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光管から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、
前記発光部の前側部分を包囲して前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する前記第二反射鏡と前記透光板とが一体成形されていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光部から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、
前記発光部の前側部分を包囲して該発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡を備え、
前記第二反射鏡が前記発光部の外周面と隙間を隔てて対向配置され、かつ前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
前記バネを導電性巻線により構成し、該導電性巻線の一端を前記バネが配置されている側と反対側の封止部から出るリード線に接続したことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記透光板が接着剤により前記封止部に固着されていることを特徴とする請求項６または７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記接着剤が窒化アルミ系又はシリカ・アルミナ混合系接着剤であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記透光板が透光性を有する熱膨張率の低い材料または透光性を有する熱伝導率の高い材料のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第二反射鏡の基板が熱膨張率の低い材料または熱伝導率の高い材料のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１２】
前記透光板の外周部に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１３】
前記封止部の一端が前記第一反射鏡と前記透光板により囲まれた領域から前記透光板を貫いて開放領域側へ突出していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１４】
照明装置と、該照明装置からの光が入射され与えられた映像情報に応じて該入射光を変調する光変調装置を備えたプロジュクタにおいて、
前記照明装置として請求項１〜１３のいずれかに記載された照明装置を備えた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】  本発明は、発光管及び該発光管からの出射光を反射する反射鏡を有する照明装置、並びにその照明装置を備えたプロジェクタに関する。
【背景技術】  照明装置として、発光管と発光管から放射された光を所定の方向に向ける反射鏡とからなる照明装置が広く用いられている。そのような照明装置において、発光管から放出されても迷光となって使用に供されていなかった光を有効に利用するために、特開平８−３１３８２号公報（第２ページ、第１図）に記載されているように、発光管を挟んで上記反射鏡と対向する位置に補助的な第２の反射鏡を備えることが行われている。
【発明の開示】
しかしながら、補助的な第２の反射鏡を、発光管の発光部周辺を取り囲むように発光管に取り付けるような場合には、第２の反射鏡が発光管の放熱量を減少させるように作用する。そのため、発光管の温度が不均一な温度分布となって部分的に温度が大きく上昇し、それが電極の消耗、発光管の白濁や膨張を招へいし、発光管の寿命を短くするという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、発光管と、発光管から放射される光の主反射鏡である第１反射鏡と、第１反射鏡の先端部に配置される透光板とを備えた照明装置において、補助反射鏡である第２反射鏡が発光管の発光部周辺を取り囲むように設置されるような場合にも、第２反射鏡に起因する寿命及び信頼性の低下を防止できる発光管を備えた照明装置を提供することを目的とする。また、その照明装置を備えたプロジェクタを提供することも目的とする。
本発明の照明装置は、一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光管から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、前記発光部の前側部分を包囲して前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡を、前記封止部と前記透光板の少なくとも一方に固着し、前記透光板と前記第二反射鏡とを接触又は固着とし、前記透光板と前記第二反射鏡の少なくとも一方を前記封止部に接触又は固着としたことを特徴とする。これにより、通常は迷光となってしまうような発光管からの光の多くを第二反射鏡を介して第一反射鏡に戻して利用に供することが可能としながら、発光管の熱が透光板へあるいは前記第二反射鏡を介して透光板へ熱伝導されて放熱されるため、第二反射鏡の設置によって発熱が増大しても発光管の温度上昇を防止又は低減できる。
また、本発明の他の照明装置は、一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光管から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、前記発光部の前側部分を包囲して前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡を、前記透光板に固着し、前記透光板及び前記第二反射鏡と前記発光管との間に隙間を設けたことを特徴とする。これにより、通常は迷光となってしまうような発光管からの光の多くを第二反射鏡を介して第一反射鏡に戻して利用に供することが可能としながら、上記隙間を通る空気によって発光管が冷却されるため、第二反射鏡の設置によって発熱が増大しても発光管の温度上昇を防止又は低減できる。
なお、前記固着は、接着剤を介した固着によるものであってもよい。
これらにより、接着剤により密着性のよい固着ができるようになり第二反射鏡の強固な固定が可能となるとともに、発光管から透光板への熱伝導による放熱性も向上する。
また、本発明の他の照明装置は、一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光管から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、前記発光部の前側部分を包囲して前記発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する前記第二反射鏡の基板と前記透光板とが一体成形されていることを特徴とする。
これにより、第二反射鏡の基板と透光板が一体成形であるから、透光板を第一反射鏡に配置させることにより第二反射鏡の固定が可能となるから第二反射鏡とともに、第二反射鏡の熱が透光板に伝導して放熱されるため、第二反射鏡の設置によって発熱が増大しても発光管の温度上昇を防止又は低減できる。
また、本発明の他の照明装置は、一対の電極間で発光が行われる発光部及び該発光部の両側に位置する封止部を有した発光管と、前記発光管を保持し該発光部から放射された光を反射して前方に向ける第一反射鏡と、前記第一反射鏡の先端部に配置された透光板とを備えた照明装置であって、前記発光部の前側部分を包囲して該発光部からの光を前記第一反射鏡側へ反射する第二反射鏡を備え、前記第二反射鏡が前記発光部の外周面と隙間を隔てて対向配置され、かつ前記封止部の外周に該外周面に対して隙間を有して巻線されたバネにより前記発光部近傍に押圧固定されていることを特徴とする。これにより、通常は迷光となってしまうような発光管からの光の多くを第二反射鏡を介して第一反射鏡に戻して利用に供することが可能としながら、上記隙間を通る空気によって発光管が冷却されるため、第二反射鏡の存在によって発熱が増大しても発光管の温度上昇を防止又は低減できる。
なお、前記バネを導電性巻線により構成し、該導電性巻線の一端を前記バネが配置されている側と反対側の封止部から出るリード線に接続するのが好ましい。これにより、バネを発光管の発光開始時における発光管内部の絶縁破壊の用に供して、発光管の点灯性を改善することができる。
また、前記透光板が接着剤により前記封止部に固着されていることが好ましい。これによれば、発光管から透光板への熱伝導による放熱も追加されるため、発光管の温度上昇を効果的に防止できる。
なお、前記透光板が透光性を有する熱膨張率の低い材料または透光性を有する熱伝導率の高い材料のいずれかからなることが好ましい。また、前記第二反射鏡の基板が熱膨張率の低い材料または熱伝導率の高い材料のいずれかからなることが好ましい。透光板または／および第二反射鏡が、熱膨張率が低いか、または熱伝導性がよい材料からなるので、第一反射鏡の先端部に配置する透光板として、また第一反射鏡に対向する第二反射鏡の基板として熱による変形や変質等を防止でき好適である。
前記透光板と前記封止部、前記第二反射鏡と前記封止部、あるいは前記透光板と前記第二反射鏡との固着は、窒化アルミ系又はシリカ・アルミナ混合系接着剤を介してなされていることが好ましい。これらは、無機系接着剤であるため、耐熱性、耐光性に優れ、更に窒化アルミ系は熱伝導性が良いため、発光管から透光板への放熱が促進される。
また、前記透光板の外周部に放熱フィンを設けるのが好ましい。これによって透光板の放熱面積が増大し発光管の放熱が促進される。
さらに、前記封止部の一端が前記第一反射鏡と前記透光板により囲まれた領域から前記透光板を貫いて開放領域側へ突出していることが好ましい。このように、封止部の一端が開放側空間にあることで、熱源である発光部と突出した封止部が前記透光板によって空間が隔てられて、熱源である発光部周辺の高温空気の影響を受けなくなり、封止部の一端の冷却性能が向上する。
本発明のプロジェクタは、照明装置と、該照明装置からの光が入射され与えられた映像情報に応じて該入射光を変調する光変調装置を備えたプロジュクタにおいて、前記照明装置として前記いずれかに記載された照明装置を備えたことを特徴とする。これにより、高輝度で長寿命のプロジェクタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の実施例１に係る照明装置の構成図。
【図２】  図１の照明装置の作用説明図。
【図３】  本発明の実施形態１の実施例２に係る照明装置の構成図。
【図４】  本発明の実施形態１の実施例３に係る照明装置の構成図。
【図５】  本発明の実施形態１の実施例４に係る照明装置の構成図。
【図６】  本発明の実施形態２の実施例１に係る照明装置の構成図。
【図７】  本発明の実施形態２の実施例２に係る照明装置の構成図。
【図８】  本発明の実施形態２の実施例３に係る照明装置の構成図。
【図９】  本発明の実施形態３に係る照明装置の構成図。
【図１０】  上記実施形態に係る照明装置を備えたプロジェクタの構成図。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施形態を図を参照しながら説明する。なお、各図において、同一符号は同一物又は相当物を示すものとする。
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１の実施例１に係る照明装置１００の構成図、図２は図１の装置１００の作用説明図である。
この照明装置１００は、発光管１０と、照明装置１００の主反射鏡である第一反射鏡２０と、透光板２５と、照明装置１００の補助反射鏡である第二反射鏡３０とを備える。発光管１０は、石英ガラス等からなり、内部にタングステンの一対の電極１２，１２と、水銀、希ガス及び少量のハロゲンが封入された中央の発光部１１と、発光部１１を挟んで前側に位置する封止部１３ａと後側に位置する１３ｂからなる。各封止部１３ａ，１３ｂには、一対の電極１２ａ、１２ｂにそれぞれ接続されたモリブデンからなる金属箔１４ａ，１４ｂが密封され、各金属箔１４ａ，１４ｂには外部につなげられるリード線１５ａ，１５ｂがそれぞれ設けられている。なお、リード線１５ａ，１５ｂの接続先は従来の構成と同じでよく、例えば、図示していない照明装置固定具等に設けられた外部との接続端子に接続される。
なお、発光部１１の外周面には、タンタル酸化膜、ハフニウム酸化膜、チタン酸化膜等を含む多層膜の反射防止コートを施しておくと、そこを通過する光の反射による光損出を低減することができる。
第一反射鏡２０は、発光管１０を含む照明装置１００において、発光管１０の長手方向において発光部１１の後側に配置されている反射素子で、その中心部に、発光管１０を固定するための貫通穴２１を備えている。発光管１０は、第一反射鏡２０の貫通穴２１に、発光管１０の軸と第一反射鏡２０の軸とを一致させて挿入され、そこでセメント等の無機系接着剤２２により固着されて保持されている。発光管１０の軸とは発光管１０の長手方向の中心軸であり、電極１２ａと電極１２ｂとを結ぶ線とほぼ一致している。また、第一反射鏡２０の軸とは第一反射鏡２０の反射面を構成する回転曲線の回転軸であり、ほぼ照明装置１００から射出される光束の中心軸と一致している。なお、発光管１０の発光部１１中心（電極１２，１２間の中心）は、第一反射鏡２０の反射面が回転楕円面形状の場合、その第一焦点（Ｆ１）に一致又はその近傍に位置させ、第一反射鏡２０の反射面が回転放物面の場合には、その焦点Ｆに一致又はその近傍に位置させている。すなわち、発光部１１の中心が、第一反射鏡２０の焦点Ｆ１又はＦ付近に、或いは焦点Ｆ１又はＦの位置にほぼ一致して、配置されている。第一反射鏡２０の反射面はここでは回転楕円面形状としており、Ｆ１，Ｆ２は第一反射鏡２０の反射面の回転楕円曲線の第１焦点と第２焦点を示し、ｆ１，ｆ２は第一反射鏡２０の反射面の回転曲線の頂点から第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２までの距離を表している。なお、第一反射鏡２０の反射面は回転放物面形状等他の形状にしてもよい。
透光板２５は、第一反射鏡２０の先端部（開口側）に配置された部材で、基本的には発光管１０の破壊時の飛散を防止するためのもので、通常、第一反射鏡２０の先端部周囲に隙間なしに取り付けられる。しかし、第一反射鏡２０の先端部周囲に対して隙間を有して取り付けられてもよい。透光板２５は、熱膨張率が低い、石英、パイレックス（登録商標）ガラス、あるいは熱伝導率の高い、サファイア、水晶、ＹＡＧ、蛍石等の材料からなる。そして、透光板２５の中心部には貫通口２５ａが備えられている。貫通口２５ａからは、発光管１０の封止部１３ａの一端が、透光板２５を貫いて第一反射鏡２０と透光板２５により囲まれた領域の外側に突出して露出している。
第二反射鏡３０は、発光管１０を含むこの照明装置１００において、発光部１１の前側に配置されている反射素子で、その反射面３０ａが発光部１１の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、発光部１１の中心から出射されてこの第二反射鏡３０に入る入射光と該第二反射鏡３０の反射面３０ａにおける法線とが一致するように配置されているものである。発光部１１の構造（電極１２、１２間の位置、発光部１１の各部の形状等）は、製造バラツキ等により発光管１０毎にそれぞれ異なるため、第二反射鏡３０の反射面３０ａの形状は、発光部１１との関係に応じて、発光管１０毎にそれぞれ定めるのが好ましい。
なお、第二反射鏡３０の封止部１３ａへの固定については後述する。
さらに、第二反射鏡３０は、約９００〜１０００℃度の高温に晒されることになるため、耐熱性に優れた材料で製造されることが必要となる。例えば、第二反射鏡３０を、熱膨張率が低い、石英、パイレックス（登録商標）ガラス、あるいは熱伝導率の高い、サファイア、水晶、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、蛍石等を利用して製造すると、熱による変形や変質等を防止でき、しかも紫外線及び赤外線の透過率がよいので第二反射鏡３０の温度上昇防止も可能とする。
第二反射鏡３０の反射面３２が、照明に用いられる可視光のみを反射させ、照明に不要な紫外線及び赤外線を通過させることができれば、第二反射鏡３０に生じる発熱を少なくできる。そのため、ここでは可視光のみを反射させ、紫外線及び赤外線を通過させる誘電体多層膜を、第二反射鏡３０の反射面３２に積層している。この誘電体多層膜も耐熱性が必要とされ、例えば、タンタル化合物とＳｉＯ２の交互積層、又はハフニウム化合物とＳｉＯ２の交互積層等から構成できる。
なお、第二反射鏡３０の外側面は、その反射面３２で反射されずに入射した光（赤外線、紫外線、反射面３２側から漏れてきた可視光など）を透過させるように、あるいは、その反射面３２で反射されずに入射した光を拡散反射させるような反射膜や形状を備えるように成形して、第二反射鏡３０ができるだけ光を吸収しないようにするのが好ましい。
また、図１に示すように、発光部１１からこの第一反射鏡２０側すなわち照明装置１００の後側に出射する利用可能限界光Ｌ１，Ｌ２によって示される円錐の第一反射鏡２０の反射面での直径Ｄ１が、第二反射鏡３０の外側面の直径ｄ１よりも大きくなるように、かつ、第二反射鏡３０の外側面の直径ｄ１が、利用可能限界光Ｌ１，Ｌ２の第一反射鏡２０により反射された光によって形成される円錐の内側に入る大きさとなるように、第二反射鏡３０の外側面の直径ｄ１が設定される。こうすることで、発光部１１から照明装置１００の後側に出射される光のうち、利用可能範囲内にある光については、第一反射鏡２０で反射された後、第二反射鏡３０によって遮断されることなく進行することができる。
なお、利用可能限界光Ｌ１，Ｌ２とは、発光部１１からこの照明装置１００の後側に出射される光のうち、照明光として実際に利用できる範囲の内側境界に対応する光をいい、発光管１０の構造によって定まる場合と、第一反射鏡２０の構造によって定まる場合とがある。発光管１０の構造によって定まる利用可能限界光とは、発光部１１から第一反射鏡２０ａ側すなわち後側に出射し封止部１３ｂ等の影響により遮断されず有効光として出射される光のうち、封止部１３ｂ等の影響により光が遮断される光との境界の有効光である。また、第一反射鏡２０の構造によって定まる利用可能限界光とは、発光部１１から第一反射鏡２０側すなわち照明装置１００の後側に出射し封止部１３ｂ等の影響により遮断されずに有効光として出射された光のうち、第一反射鏡２０の貫通孔２１の存在等による第一反射鏡２０に起因して第一反射鏡２０の反射面で反射することができず照明光として利用し得なくなる光との境界の有効光である。なお、上記利用可能限界光を、発光管１０の構造によって定まる限界光とした場合、本実施形態によれば、発光部１１から照明装置１００の後側に出射される光のほぼ全てを利用できることになる。
第二反射鏡３０の外側面の直径ｄ１が大きくなると、第一反射鏡２０により反射された後に、前方に進行する光の遮断が多くなるため光の利用率が低下する。従って、光の利用率低下を回避するために、第二反射鏡３０の外側面の直径ｄ１はできるだけ小さくするべきである。
以上の構成による照明装置１００は次のように作用する。すなわち、図２に示すように、発光管１０の発光部１１の中心より後側からの出射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５，Ｌ６は、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００の前方に向かう。また、発光部１１の中心より前側から出射した光Ｌ３、Ｌ４は、第二反射鏡３０により反射されて第一反射鏡２０に戻った後、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００の前方に向かう。これにより、発光部１１からの出射光のほとんどが利用可能となっている。
前述のようにこのような第二反射鏡３０を用いることにより、発光部１１から第一反射鏡２０とは反対側（前方側）に放射される光束を第二反射鏡３０にて第一反射鏡２０の反射面に入射するよう後方側に反射させることができるので、第一反射鏡２０の反射面が小さくても、発光部１１から射出された光束をほとんどすべて一定位置に収束させて射出でき、第一反射鏡２０の光軸方向寸法および開口径を小さくすることができる。すなわち、照明装置１００やプロジェクタ１０００を小型化でき、照明装置１００をプロジェクタ１０００内に組込むレイアウトも容易になる。
また、第二反射鏡３０を設けることにより、第２焦点Ｆ２での集光スポット径を小さくするために第一反射鏡２０の第１焦点Ｆ１と第二焦点Ｆ２を近づけたとしても、発光部１１から放射された光のほとんど全てが第一反射鏡２０および第二反射鏡３０により第２焦点に集光されて利用可能となり、光の利用効率を大幅に向上させることができる。
次に、第二反射鏡３０と封止部１３ｂの固定について説明する。
第二反射鏡３０は、反射面３０ａの中心部に、発光管１０を固定するための貫通孔３０ｂを備えている。第二反射鏡３０は、貫通口３０ｂに挿入された発光管１０の封止部１３ｂと、発光管１０の軸と第二反射鏡３０の軸とを一致された状態で、接着剤３１によりに固着されている。また、第二反射鏡３０は、透光板２５と対面する面３０ｃを備えている。第二反射鏡３０の面３０ｃは、透光板２５に接触している。なお、第二反射鏡３０の面３０ｃと透光板２５は接着剤により接着されているのが好ましい。
このような実施形態１の構成によって、第二反射鏡３０は発光管１０の封止部１３ａへ接着剤３１により固着されて固定されており、第二反射鏡３０はまた、透光板２５とも接触状態にされているから、発光部１１で発生した熱は、発光管１０の封止部１３ｂから接着剤３１および第二反射鏡３０を介して透光板２５へと伝達される。さらに、第二反射鏡３０と透光板２５の間を単なる接触状態ではなく、接着剤を介して固着状態すると第二反射鏡３０と透光板２５とが確実に接触され、発光管１０から第二反射鏡へと熱が伝導されやすくなるため、発光管１０の放熱性がさらに向上する。
従って、発光管１０の熱は、接着剤３１及び第二反射鏡３０を介して透光板２５へ熱伝導により放熱されるため、発光管１０に第二反射鏡３０を設置したことによって発光部１１の放熱が妨げられても発光管１０の温度が上昇することを低減又は防止できる。
以上説明したように、実施形態１の照明装置１００は、発光管１０で生じた熱を熱伝導を利用して透光板２５へ放熱し、第一反射鏡２０の設置に起因する発光管１０の温度上昇を防止しようとするものである。
［実施形態２］
図３は実施形態２に係る照明装置１００Ａの構成図である。この照明装置１００Ａの構成は基本的に図１および図２に示される実施形態１の照明装置１００と同じであり、実施形態１の照明装置１００との相違点は、下記の点である。
透光板２５の貫通口２５ａと第二反射鏡３０の貫通口３０ｂとの双方が発光管１０の封止部１３ａに接着剤３１を介して固着されて固定されている。
このような実施形態２の構成よれば、上述した実施形態１の効果に加えて、発光管１０からの熱が接着剤３１を介して直接透光板２５へ伝導することにより放熱される。従って、実施形態１よりも発光管１０から熱が伝導される面積がより広くなるから、より発光管１０の温度が上昇するのを低減又は防止できる。
［実施形態３］
図４は実施形態３に係る照明装置１００Ｂの構成図である。この照明装置１００Ｂの構成は基本的に図１および図２に示される実施形態１の照明装置１００と同じであり、実施形態１の照明装置１００との相違点は、下記の点である。
第二反射鏡３０の面３０ｃが透光板２５へ接着剤３１を介して固着されて第二反射鏡３０と透光板２５とが固定され、かつ透光板２５の貫通口２５ａが発光管１０の封止部１３ａに接着剤３１を介して固着されて透光板２５と発光管１０とが固定されている。ただし、第二反射鏡３０と発光管１０とは接触状態にない。
このような実施形態３によれば、発光管１０からの熱が接着剤３１を介して透光板２５へ熱伝導により放熱される。また、対流熱伝達または放射熱伝達により発光部１１から第二反射鏡３０に伝達された熱は、第二反射鏡３０の面３０ｃから接着剤３１を介して透光板２５へと伝達される。従って、発光管１０の熱は、接着剤３１及び第二反射鏡３０を介して透光板２５へと伝導されることにより放熱されるため、発光管１０に第二反射鏡３０を設置したことによって発光部１１の放熱が妨げられても、発光管１０の温度が上昇することを低減又は防止できる。
［実施形態４］
図５は実施形態４に係る照明装置１００Ｃの構成図である。この照明装置１００Ｃの構成は基本的に図１および図２に示される実施形態１の照明装置１００と同じであり、実施形態１の照明装置１００との相違点は、下記の点である。
透光板２５と第二反射鏡３０の面３０ｃが接着剤３１を介して固着されて固定され、かつ、透光板２５の貫通口２５ａおよび第二反射鏡３０の貫通口３０ｂが共に発光管１０の封止部１３ａに接着剤３１を介して固着されて固定されている。
また、図５に示すように、透光板２５の外周端に放熱フィン２６が設けられている。
このような実施形態４によれば、上述した実施形態１の効果に加えて、発光管１０から第二反射鏡および接着剤３１を介して透光板２５へと伝達された熱が放熱フィン２６によって空気中へと放熱されるから、さらに発光管１０からの熱の伝達が促進され、発光管１０の温度上昇をより一層防止できる。
［実施形態５］
図６は本発明の実施形態５に係る照明装置１００Ｄの構成図である。この照明装置１００Ｄの構成は基本的に図１および図２に示される実施形態１の照明装置１００と同じであり、実施形態１の照明装置１００との相違点は、下記の点である。
本実施形態は、透光板２５に第二反射鏡３０の面３０ｃを接着剤３１を介して固着して透光板２５と第二反射鏡３０とを固定し、透光板２５の貫通口２５ａ及び第二反射鏡３０の貫通口３０ｂと発光管１０の封止部１３ａとの間に隙間を設けたものである。
このような実施形態５の構成によれば、透光板２５の貫通口２５ａ及び第二反射鏡３０の貫通口３０ｂと発光管１０の封止部１３ａとの間に形成された隙間を通る空気を利用して発光管１０を冷却し、発光管１０の温度上昇を防止又は低減できる。
［実施形態６］
図７は実施形態６に係る照明装置１００Ｅの構成図である。この照明装置１００Ｅの構成は基本的に図１および図２に示される実施形態１の照明装置１００と同じであり、実施形態１の照明装置１００との相違点は、下記の点である。
照明装置１００Ｅは、透光板２５と第二反射鏡３０とが一体成形された透光板２７を備えている。透光板２７は第一反射鏡２０の開口端に固定されている。
このような実施形態６の構成によれば、透光板２７の貫通口２７ａと発光管１０の封止部１３ａとの間に形成された隙間を通る空気を利用して発光管１０を冷却し、発光管１０の温度上昇を防止又は低減できる。
図７に示すように、プレス成形により透光板２５および第二反射鏡３０を一体成形できるので、部品点数を削減できる。
［実施形態７］
図８は実施形態７に係る照明装置１００Ｆの構成図である。この照明装置１００Ｆの構成は基本的に図７に示される実施形態６の照明装置１００Ｅと同じであり、実施形態６の照明装置１００Ｅとの相違点は、下記の点である。
第一反射鏡２０Ａは発光部１１の後側ほぼ半分から射出される光を反射できる反射面を有する大きさである。透光板２８の板厚は発光部１１の前側ほぼ半分をカバーする反射面３２ａを形成できる厚みである。透光板２８は第一反射鏡２０Ａの開口端に固定されている。
このような実施形態７の構成によれば、実施形態６と同様の効果を得るとともに、プレス成形が不可能な材料であっても、切削および研磨等により容易に透光板２８に第二反射面として機能する反射面３２ａを容易に成形できる。
［実施形態８］
図９は本発明の実施形態８に係る照明装置１００Ｇの構成図である。この照明装置１００Ｇの構成は基本的に図１および図２に示される実施形態１の照明装置１００と同じであり、実施形態１の照明装置１００との相違点は、下記の点である。
実施形態８の照明装置１００Ｇの場合、発光管１０は封止部１３ａの発光部１１近傍に発光管１０とは別部材の突起部１６を備える。第二反射鏡３０Ａは、封止部１３ａに巻線されたバネ４０の弾力を利用して突起部１６へ押圧されることにより、第二反射鏡３０の反射面３０ａが発光部１１の外周面との間に隙間を有して封止部１３ａに固定されている。バネ４０は封止部１３ａが熱膨張することを考慮して、封止部１３ａの外径より大きな径で巻かれている。バネ４０の発光部１１側への押圧は、例えば、透光板２５を利用して行うことができる。また、透光板２５は接着剤３１を介して封止部１３ａへ固着状態に接続されている。さらに、バネ４０を導電性部材から構成し、バネ４０の一端をバネ４０が取り付けられている側と反対側の封止部１３ｂから伸びるリード線１５ｂに電気的に接続させている。
このような実施形態８の照明装置１００Ｇによれば、第二反射鏡３０Ａの作用によって光の利用効率を上げるながら、第二反射鏡３０Ａの設置に伴う発熱増大に対しては、第二反射鏡３０Ａの反射面３０ａと発光部１１の外周面との隙間における空冷により、また発光管１０から接着剤３１を介して透光板２５への熱伝導による放熱により、発光管１０の温度上昇を防止又は低減できる。さらに、バネ４０の一端をバネ４０が取り付けられている側と反対側の封止部１３ｂから伸びるリード線１５ｂに電気的に接続させたことで、発光管１０の点灯開始時、放電破壊が起こりやすくなって点灯が容易になる。
［照明装置の製造について］
次に、実施形態１〜５の照明装置１００〜１００Ｄの製造手順について説明する。なお、ここでは、透光板２５と第二反射鏡３０とがそれぞれ別々に作られる場合を前提にして話を進める。まず始めに、発光管１０毎に、発光管１０及び第一反射鏡２０の構造に関するデータを収集する。このデータには、発光部１１内の電極間距離、発光管１０の各部形状及び寸法、第一反射鏡２０の形状及び寸法、第一反射鏡２０の焦点（第一反射鏡が回転楕円形状の場合には、第１焦点及び第２焦点）を含める。続いて、これらのデータを基に、各発光管１０の発光部１１からの光の出射状態を、コンピュータ等を利用してシミュレーションする。次に、発光部１１からの光の出射状態シミュレーションを基に、各発光管１０に対応した第二反射鏡３０の設計を行う。この設計もまた、コンピュータシミュレーション等を利用して行うことができ、そのようなシミュレーションを通して、既に説明した第二反射鏡３０としての作用を果たすことが可能な形状（外径、内径、及び反射面形状等）が決定される。そして、その設計に基づいて、各発光管１０に対応した第二反射鏡３０を製作する。その後、その製作された第二反射鏡３０の反射面３０ａが発光部１１の前側ほぼ半分を包囲し、かつ、発光部１１の中心から出射されて第二反射鏡３０に入る入射光と第二反射鏡３０の反射面３０ａの法線とが一致するように調整しながら、第二反射鏡３０を発光管１０の封止部１３ａおよび／又は透光板２５に固定する。
発光管１０の封止部１３ａと透光板２５の貫通口２５ａおよび／または発光管１０の封止部１３ａと第二反射鏡３０の貫通口３０ｂおよび／または透光板２５と第二反射鏡３０の面３０ｃとの固着に用いる接着剤３１は、高温度に耐えしかも熱伝導性の良好なシリカ・アルミナ混合系接着剤あるいは窒化アルミを主成分とする無機系接着剤を利用するのが好ましい。なお、その一例として、商品名スミセラム（朝日化学工業（株）製造、スミセラムは住友化学工業（株）の登録商標）が挙げられる。また、接着剤３１は、発光部１１から射出されて、さらに第二反射鏡３０の反射面３０ａを透過して来る光線（紫外線、赤外線、可視光線の漏光等）を、遮らないような位置に塗布されるのが好ましい。
次に、上記のようにして第二反射鏡３０が固定された発光管１０の電極１２間中心に第一反射鏡２０の第一焦点をほぼ一致させて第一反射鏡２０と発光管１０とを配置し、所定位置における明るさが最大となるように第一反射鏡２０に対する発光管１０の位置を調整して、適正な位置で発光管１０と第一反射鏡２０とを固定する。
なお、図７〜図９に示す実施形態６〜８の各照明装置１００Ｅ〜１００Ｇもこれに準じて製造することができる。
ところで、図１〜図９に示した本発明の実施形態１〜８の第二反射鏡３０の設置に起因する発光管１０の温度上昇を防止する又は低減するのための構成を備えた照明装置は、図１〜図９に示した照明装置１００〜１００Ｇへの適用に限定されるものではなく、発光管１０を保持した第一反射鏡２０と、第一反射鏡２０の先端部に配置された透光板２５とを備えた照明装置において、第二反射鏡３０の反射面が発光管１０の発光部１１周辺を取り囲むように第一反射鏡２０に対向配置されている他の照明装置にも、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様に適用でき、たとえば次のような変形も可能である。
実施形態４の放熱フィン２６は、実施形態１〜３および実施形態５〜８の構成に組合せてもよい。実施形態１〜３および実施形態５〜８の構成に実施形態４の放熱フィン２６を組合せることにより、実施形態１〜３および実施形態５〜８は実施形態４の効果も加えて得ることができる。
また、図１〜図５に示される実施形態１〜４において、透光板２５と第二反射鏡３０は、それらを一体成形により製作してもよい。さらに、図１〜図５に示される実施形態１〜５において、第二反射鏡３０が透光板２５に固定されている場合には、第二反射鏡３０又は／及び透光板２５が、封止部１３ａに固定されることなく、熱伝導可能な態様で封止部１３ａに接触されているだけでもよい。
実施形態１〜４の場合には、透光板２５が必ずしも第一反射鏡２０の開口端に固定されている必要はない。
［プロジェクタの構成］
以下は照明装置１００を備えたプロジェクタ１０００について説明しているが、照明装置１００Ａ〜１００Ｇいずれの照明装置も同様にプロジェクタ１０００を構成することができる。
図１０は、上記照明装置１００を備えたプロジェクタ１０００の構成図である。この光学系は、発光管１０、第一反射鏡２０、透光板２５、及び第二反射鏡３０を備えた照明装置１００と、照明装置１００からの出射光を所定の光に調整する手段とを備えた照明光学系３００と、ダイクロイックミラー３８２，３８６、反射ミラー３８４等を有する色光分離光学系３８０と、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、反射ミラー３９４，３９８を有するリレー光学系３９０と、各色光に対応するフィールドレンズ４００，４０２，４０４及び光変調装置としての液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂと、色光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム４２０と、投写レンズ６００とを備えている。
次に、上記構成のプロジェクタ１０００の作用を説明する。まず、発光管１０の発光部１１の中心より後側からの出射光は、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００の前方に向かう。また、発光部１１の中心より前側からの出射光は、第二反射鏡３０により反射されて第一反射鏡２０に戻った後、第一反射鏡２０により反射されて照明装置１００の前方に向かう。
照明装置１００を出た光は凹レンズ２００に入り、そこで光の進行方向が照明光学系３００の光軸１とほぼ平行に調整された後、インテグレータレンズを構成する第１レンズアレイ３２０の各小レンズ３２１に入射する。第１レンズアレイ３２０は、入射光を小レンズ３２１の数に応じた複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ３２０を出た各部分光束は、その各小レンズ３２１にそれぞれ対応した小レンズ３４１を有してなるインテグレータレンズを構成する第２レンズアレイ３４０に入射する。そして、第２レンズアレイ３４０からの出射光は、偏光変換素子アレイ３６０の対応する偏光分離膜（図示省略）の近傍に集光される。その際、遮光板（図示省略）により、偏光変換素子アレイ３６０への入射光のうち、偏光分離膜に対応する部分にのみ光が入射するように調整される。
偏光変換素子アレイ３６０では、そこに入射した光束が同じ種類の直線偏光に変換される。そして、偏光変換素子アレイ３６０で偏光方向が揃えられた複数の部分光束は重畳レンズ３７０に入り、そこで液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂを照射する各部分光束が、対応するパネル面上で重さなり合うように調整される。
色光分離光学系３８０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３８２，３８６を備え、照明光学系から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１ダイクロイックミラー３８２は、重畳レンズ３７０から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１ダイクロイックミラー３８２を透過した赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールドレンズ４００を通って赤色光用の液晶パネル４１０Ｒに達する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７０から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４１０Ｇ，４１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２，４０４も同様に作用する。
さらに、第１ダイクロイックミラー３８２で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は第２ダイクロイックミラー３８６によって反射され、フィールドレンズ４０２を通って緑色光用の液晶パネル４１０Ｇに達する。一方、青色光は、第２ダイクロイックミラー３８６を透過し、リレー光学系３９０、すなわち、入射側レンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、及び反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレンズ４０４を通って青色光用の液晶パネル４１０Ｂに達する。なお、青色光にリレー光学系３９０が用いられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３９２に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に伝えるためである。なお、リレー光学系３９０は、３つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、赤色光等の他の色光を通す構成としてもよい。
３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂは、入射した各色光を、与えられた画像情報に従って変調し、各色光の画像を形成する。なお、３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂの光入射面側、光出射面側には、通常、偏光板が設けられている。
上記の各液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂから射出された３色の変調光は、これらの変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有するクロスダイクロイックプリズム４２０に入る。クロスダイクロイックプリズム４２０には、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、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって赤、緑、青の３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。そして、クロスダイクロイックプリズム４２０で合成された合成光は、最後に投写レンズ６００に入り、そこからスクリーン上にカラー画像として投写表示される。
上記プロジェクタ１０００によれば、そこに用いられている照明装置１００又は１００Ａ〜１００Ｇのいずれかのすでに説明した作用により、プロジェクタ１０００の高輝度化及び長寿命化が図れる。
なお、本発明のプロジェクタは、上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、たとえば次のような変形も可能である。
上記実施例では、照明装置１００の光を複数の部分光束に分割する２つのレンズアレイ３２０，３４０を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。
上記実施例では、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、液晶パネル以外の変調装置、例えばマイクロミラーによって画素が構成された変調装置を用いたプロジェクタにも適用することが可能である。
上記実施例では、光変調装置を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。
上記実施形態では、透過型の液晶パネルを用いたプロジェクタを例に説明したが、本発明は、反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等の光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、それが光を反射するタイプであることを意味している。また、光変調装置は液晶パネルに限られるものではなく、例えば、マイクロミラーを用いた装置であってもよい。さらに、本発明の照明光学系は、観察する方向から投写を行う前面投写型プロジェクタにも、また、観察する方向とは反対側から投写を行う背面投写型プロジェクタにも適用可能である。
本発明は、プロジェクタの照明装置に利用することができるほか、その他の光学機器の照明装置としても利用することができる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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