JP2004134297A - 光源装置および光投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光源から放射される光を高い効率で利用することができて、光源の長い使用寿命を達成できると共に、小型化を達成することが可能な新規の光源装置および光投射装置を提供すること。
【解決手段】光源装置は、光源と、光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備え、反射ミラーが複数のミラー素子により構成されており、各ミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つのミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つのミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に入射して反射され、ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とし、光投射投射装置は、前記光源装置を備えてなることを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】光源装置は、光源と、光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備え、反射ミラーが複数のミラー素子により構成されており、各ミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つのミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つのミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に入射して反射され、ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とし、光投射投射装置は、前記光源装置を備えてなることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置および光投射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光変調素子を備えてなるデジタルプロジェクター装置などの光投影装置の或る種のものとしては、光投射源から投射された光がレンズや偏光素子(PBS)などを介して、光変調素子に入射され、この光が当該光変調素子を透過することによって光像となってスクリーンなどの被投影面に投影される構成を有するものが知られている。
【0003】
このような光投影装置においては、光投射源として、例えば放電ランプの電極間に生じるアークを光源とし、この光源と、当該光源から放射される光を、上記光変調素子の入射口に向けて投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置および、例えばフライアイなどの集光用光学系を有する光投射装置が用いられている。
【0004】
近年、光投影装置においては、被投影面に対する照度を大きくすると共に、装置自体の小型化の要請がある。
而して、装置自体の小型化を達成するために、光投影装置を構成する光変調素子が小型化されてきているが、光変調素子が小型化されることに伴って光投射装置から投射された光を光変調素子に入射するための入射口の面積が小さくなるため、光投影装置の光投射源として、光変調素子が小型化される以前に用いられていた光投射装置をそのまま用いたのでは、入射口に係る入射角が同じである場合、入射口に対する光源のアーク長の大きさが過大となって当該入射口に対する集光効率が低くなり、その結果、光投射装置から投射された光を高い効率で利用することができない、という問題がある。
また、光投射装置が光源から放射される光を、例えば楕円面鏡や放物面鏡などの反射ミラーによって直接入射口に入射させる構成を有するものである場合は、当該反射ミラーによって捕捉された光のみが、例えば光変調素子などの光学系に入射することとなるので、かかる反射ミラーで反射した反射光が光源から直接光投射口の方向に放射される光によっては補強されることがないことから、入射口に対する集光効率が大変低いものとなる。
【0005】
また、光投射装置において、入射口に対する集光効率を大きくするために、光源であるアークのアーク長を、当該入射口の面積に対応するよう小さくすべく、より一層電極間距離の小さい放電ランプを用いることが検討されているが、所望の光量を得るためには、当該入射口の面積が小さくなる分だけ、当該アークの輝度を上昇させる必要があり、短い電極間に大きな発光エネルギーを入力することが必要となることから、光源を構成する放電ランプに長い使用寿命が得られない、という問題がある。
【0006】
このような問題を解決する手法として、例えば放電ランプの背後において、当該放電ランプを覆うよう光投射口に対向して配置された球面鏡を反射ミラーとして備えた光投射装置、また、各々、その内向面が放電ランプを臨み、当該放電ランプを囲むよう配置された放物面鏡および球面鏡を組み合わせて構成された組み合わせ反射ミラーを備えた光投射装置などを採用することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
このような球面鏡を備えてなる構成の光投射装置においては、当該球面鏡による反射光が光源位置を通過することとなるため、この反射光により、光源から直接光投射口の方向に放射される光を補強することができることから、このような光投射装置を光投射源とする光投影装置によれば、光変調素子に導く光を補強されたものとすることができて被投影面に対する照度を大きくすることも可能であると考えられる。
然るに、特許文献1に係る光投射装置をはじめ従来技術に係る光投射装置においては、光を補強する程度が2倍にとどまっており、近時の光投射装置に対する要請を十分に満足させるものではない。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6231199号明細書
【特許文献2】
米国特許第3078760号明細書
【特許文献3】
米国特許第4151584号明細書
【特許文献4】
米国特許第4305099号明細書
【特許文献5】
特開平11−2039321号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、従来の光投射装置に係る光源装置に比較して、光源から放射される光を高い効率で利用することができて、光源の長い使用寿命を達成できると共に、小型化を達成することが可能な新規の光源装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、光源から放射される光を高い効率で利用することができて、光源の長い使用寿命を達成できると共に、小型化を達成することが可能な光投射装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが複数のミラー素子により構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つのミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つのミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に入射して反射され、ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とする。
【0010】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された第1の曲面状ミラー素子、第2の曲面状ミラー素子および球面状ミラー素子により構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が下記(1)〜(3)の経路に従って光投射口から投射されるように配置されていることを特徴とする。
【0011】
(1)第1の曲面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(2)球面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子に入射して反射され、上記(1)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子を介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(3)第2の曲面状ミラー素子の反射光は、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過して球面状ミラー素子に入射して反射された後、上記(2)の経路に従って第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
【0012】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された4個の曲面状ミラー素子により構成されており、各々の曲面状ミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つの曲面状ミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つの曲面状ミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他の曲面状ミラー素子に入射して反射され、曲面状ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とする。
【0013】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された第1の平面状ミラー素子、第2の平面状ミラー素子、球面状ミラー素子およびレンズにより構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が下記(1)〜(3)の経路に従って光投射口から投射されるように配置されていることを特徴とする。
【0014】
(1)第1の平面状ミラー素子による反射光は、レンズを介して光源位置を通過することなく第2の平面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(2)球面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過した後に第1の平面状ミラー素子に入射して反射され、上記(1)の経路に従ってレンズおよび第2の平面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(3)第2の平面状ミラー素子による反射光は、レンズを介して光源位置を通過することなく第1の平面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子に入射して反射され、上記(2)の経路に従って第1の平面状ミラー素子、レンズおよび第2の平面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
【0015】
本発明の光源装置においては、ミラー素子を介して光投射口から投射される光が、光源から光投射口の方向に放射された光に重畳する。
【0016】
本発明の光投射装置は、上記の光源装置と、当該光源装置から投射される光の経路上に設けられた集光用光学系とを備えてなることを特徴とする。
【0017】
【作用】
本発明の光源装置によれば、複数のミラー素子により構成されてなる反射ミラーを備え、この反射ミラーを構成する各々のミラー素子による反射光のすべてが最終的に光源位置を通過して光投射口から投射されることから、ミラー素子を介して光投射口から投射される光により、光源から直接投射される光が補強されるため、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、その結果、光源の設計の自由度が大きくなって装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、本発明の光源装置によれば、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0019】
〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の光源装置の一例の概要を示す説明用斜視図である。
この光源射装置においては、光源11を形成する放電ランプ(以下、「光源ランプ」ともいう。)10と、この光源11から放射される光を投射するための光投射口25と、光源11からの放射光のうち光投射口25から外れる方向に向かって放射される光を当該光投射口25を介して投射する反射ミラー20とが設けられている。
【0020】
この光源装置において、光源ランプ10は、ショートアーク型放電ランプであって、陽極18および陰極19が対向配置されてなる発光空間を囲繞する発光管部12Aと、当該発光管部12Aの両端に連結し、各々、その先端に陽極18および陰極19が形成された電極棒14、15が伸び、端部に口金16、17が装着されている封止管部12B、12Cとを有する放電容器12を備え、当該放電容器12が気密封止されてその内部に、例えばキセノンガスが封入されてなるものであり、光源11は、光源ランプ10における陽極18と陰極19との間に生じるアークにより形成される。
ここに、陽極18と陰極19との間に生じるアークのアーク軸は、光源ランプ10の管軸と平行なものとなる。
【0021】
反射ミラー20は、光源ランプ10に係る発光管部12Aの外周を間隙を介して覆うよう設けられており、当該光源ランプ10の電極(陽極18および陰極19)間に生じるアークよりなる光源11の輝点11Aを含み光源ランプ10の管軸に対して垂直な仮想平面(以下、「第1対称面」ともいう。)に関して対称(図1において上下対称)な構造を有している。
この図の例において、反射ミラー20には、光源ランプ10の管軸の伸びる方向(図1において上下方向)に、光投射口25と連通し、光源ランプ10の封止管部12B、12Cの外径より大きな内径を有する冷却風流通口26、26が形成されており、この冷却風流通口26、26の各々から光源ランプ10の封止管部12B、12Cが突出している。このような構成により、反射ミラー20を大型化させずに当該反射ミラー20により囲まれた空間に冷却風を流通させることができるため、動作中の光源装置における光源ランプ10および反射ミラー20などの冷却を行うことができる。
【0022】
そして、反射ミラー20は、第1の曲面状ミラー素子22と、当該第1の曲面状ミラー素子22に連接する第2の曲面状ミラー素子23と、当該第2の曲面状ミラー素子23に隣接する球面状ミラー素子24とにより構成され、これらのミラー素子が光源ランプ10における発光管部12Aに形成される光源11を包囲するよう設けられてなるものであり、第1の曲面状ミラー素子22の外側端22Aと、球面状ミラー素子24の外側端24Aとによって光投射口25が形成されている。
【0023】
反射ミラー20を構成する第1の曲面状ミラー素子22、第2の曲面状ミラー素子23および球面状ミラー素子24の反射面の形態および具体的な光学的位置関係を図2を用いて説明する。
【0024】
図2は、図1の光源装置における光源の輝点を含み光源ランプの管軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
図2においては、原点Oを光源11の輝点11Aとし、X軸上に第1の曲面状ミラー素子22に係る光投射口25の縁部を形成する外側端22A上の点aおよび球面状ミラー素子24の内側端上の点bが存在し、Y軸上に第1の曲面状ミラー素子22と第2の曲面状ミラー素子23との連接部上の点cおよび球面状ミラー素子24に係る光投射口25の縁部を形成する外側端24A上の点dが存在する。
【0025】
この反射ミラー20においては、球面状ミラー素子24は、その内側端における第1対称面と交わる部分において第2の曲面状ミラー素子23と連接されている。
【0026】
球面状ミラー素子24は、光源11の輝点11Aを中心とする半径rの球の1/4球面体であって、第1対称面上においては、当該球面状ミラー素子24の反射面は原点Oを中心とした1/4円を形成しており、輝点11Aから放射される光のπ/2(ラジアン)分を捕捉して反射する。
ここに、第1対称面においては、輝点11Aから球面状ミラー素子24までの距離r、また、輝点11Aから第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子の最短距離は、光源ランプ10に係る発光管部12Aの外径の1/2倍以上の大きさとされる。
【0027】
第1の曲面状ミラー素子22は、光源11の輝点11Aに焦点を有する放物面鏡であって、下記式(1)で表される放物線が、図2におけるX軸を回転軸として±90°回転することによって形成される軌跡を曲面として有する曲面体である。
なお、式(1)において、aは正の実数を示す。
【0028】
【数1】
【0029】
第2の曲面状ミラー素子23は、光源ランプ10の管軸および図2におけるY軸を含み第1対称面に対して垂直な仮想平面に関して、第1の曲面状ミラー素子22に対称(図2において左右対称)な構造を有している。
【0030】
そして、第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23は、前記第1対称面上においては、輝点11Aから放射される光のπ/2(ラジアン)分を捕捉して、それぞれY軸に関して対称な、第2の曲面状ミラー素子23または第1の曲面状ミラー素子22に向けて反射する。
【0031】
この第1の実施の形態において、輝点11Aから球面状ミラー素子24までの距離(r)、および、輝点11Aから第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23までの最短距離は、光源ランプ10に係る発光管部12Aの外径の1/2倍以上の大きさとされる。
【0032】
以上のような反射ミラー20を構成する第1の曲面状ミラー素子22、第2の曲面状ミラー素子23および球面状ミラー素子24の各々は、それによる反射光のすべてが他のミラー素子を介して光投射口25より投射されると共に、光源11から第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23の各々に向かって放射された光による反射光が光源位置(図2において原点O)を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、ミラー素子を介して光投射口25から投射される光(以下、「投射反射光」ともいう。)が光源位置を通過するよう配置された構成となっている。
【0033】
光源ランプ10における光源11から放射され、反射ミラー20を介して光投射口25から投射される光の経路を、下記(1)〜(3)に示す。
ここに、反射ミラー20の光投射口25においては、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における投射角の大きさが90°とされている。
本発明において「投射角」とは、光投射口から投射される光における光源からの広がりをいう。
【0034】
(1)光源11から第1の曲面状ミラー素子22の方向に放射された光は、当該第1の曲面状ミラー素子22によって反射され、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子23に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口25から投射される。
【0035】
(2)光源11から球面状ミラー素子24の方向に放射された光は、当該球面状ミラー素子24によって反射され、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子22に入射して反射される。そして、第1曲面状ミラー素子22による反射光は、上記(1)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子23を介して光源位置を通過した後に光投射口25から投射される。
【0036】
(3)光源11から第2の曲面状ミラー素子23の方向に放射された光は、当該第2の曲面状ミラー素子23によって反射され、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子22に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子24に入射して反射される。そして、球面状ミラー素子24による反射光は、上記(2)の経路に従って第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口25から投射される。
【0037】
以上の構成の光源装置によれば、光源11から放射された光は、その一部が光投射口25から直接投射され、他の一部が反射ミラー20を介して投射されるが、反射ミラー20を構成する第1の曲面状ミラー素子22、第2の曲面状ミラー素子23および球面状ミラー素子24の各々に向かって放射された光による反射光のすべてが他のミラー素子を介し、最終的に第2の曲面状ミラー素子23を介して光源位置を通過して光投射口25より投射されるため、反射ミラー20に映し出された見かけ上3個の光源の各々からは、光源11から放射される光の強度と同程度の大きさを有する光が放射されることとなり、光投射口25から投射される投射反射光が、光源11から直接投射される光と重畳し、これにより、光源11から光投射口25を介して直接投射される光を補強するため、光源11から放射される光を高い効率で利用することができる。
【0038】
また、光源11から放射される光を高い効率で利用することができることから、光源11の設計の自由度が大きくなり、極めて大きい発光エネルギーを入力せずとも所望の投射光を得ることができるため、装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、第1の実施の形態に係る光源装置によれば、光源11から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0039】
以上、第1の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば、反射ミラーとしては、球面状ミラー素子が、その内側端の第1対称面と交わる部分において第2の曲面状ミラー素子に連接されてなる構成のものに限定されず、輝点からの距離(r)が第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子との関係から制限されるものではない。
【0040】
また、光源ランプとしては、キセノンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等のショートアーク型放電ランプ、エキシマランプ等のロングアーク型放電ランプなどを用いることもでき、また、放電ランプに限定されず、白熱ランプを用いることもできる。更に、光源は、ランプに限定されず、固体発光の発光ダイオードよりなるものであってもよい。
【0041】
〔第2の実施の形態〕
図3は、本発明の光源装置の他の例の概要を示す説明用斜視図であり、図4は、図3における線分A−Bの矢視断面図であって、光源装置の反射ミラーの構成を示す説明図である。
この光源装置においては、光源31を形成する放電ランプ(以下、「光源ランプ」ともいう。)30と、この光源31から放射される光を投射するための光投射口45と、光源31からの放射光のうち光投射口45から外れる方向に向かって放射される光を当該光投射口45を介して投射する反射ミラー40とが設けられている。
【0042】
この光源装置において、光源ランプ30は、反射ミラー付ショートアーク型放電ランプであって、対向配置されてなる陽極38と陰極39との間に生じるアークにより形成される光源31を覆うよう設けられている反射ミラー40を囲繞し、光透過性を有する部材よりなる窓部34が形成されてなるセラミック製の円筒体32Aを有する放電容器32を備え、当該放電容器32における円筒体32Aの開口が口金36、37によって塞がれることによって気密封止されたその内部に、例えばキセノンガスが封入されており、各々、その先端に陽極38および陰極39が形成された電極棒(図示せず)が支持部材(図示せず)によって支持されてなるものである。
この図の例においては、放電容器32内において、当該放電容器32における窓部34と、光投射口45と間に、支持部材(図示せず)によって固定されている窓材33が設けられており、この窓材33は、光透過性を有する部材よりなり、窓部34によって形成されている開口の大きさに適合すると共に、光投射口45から投射される光の全部が通過するような大きさを有する板状体によって構成されている。
【0043】
反射ミラー40は、電極(陽極38および陰極39)間に生じるアークよりなる光源31の輝点31Aを含みアーク軸に対して垂直な仮想平面(以下、「第2対称面」ともいう。)に関して対称な構造を有している。
【0044】
そして、反射ミラー40は、第1の曲面状ミラー素子41と、当該第1の曲面状ミラー素子41に連接する第2の曲面状ミラー素子42と、当該第2の曲面状ミラー素子42に連接する第3の曲面状ミラー素子43と、当該第3の曲面状ミラー素子43に連接する第4の曲面状ミラー素子44との合計4個の曲面状ミラー素子により構成され、これらの曲面状ミラー素子が光源31を包囲するよう配置されてなるものであり、第1の曲面状ミラー素子41の外側端41Aと、第4の曲面状ミラー素子44の外側端44Aとによって光投射口45が形成されている。
【0045】
反射ミラー40を構成する第1の曲面状ミラー素子41、第2の曲面状ミラー素子42、第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の反射面の形態および具体的な光学的位置関係を図5を用いて説明する。
【0046】
図5は、図3の光源装置における光源の輝点を含みアーク軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
図5においては、原点Oを光源31の輝点31Aとし、X軸上に第2の曲面状ミラー素子42と第3の曲面状ミラー素子43との連接部上の点eが存在する。
【0047】
この反射ミラー40は、第1の曲面状ミラー素子41および第2の曲面状ミラー素子42よりなるアーク軸に対して垂直な面における断面が凹状の第1の断面凹状ミラー体40Aと、当該第1の断面凹状ミラー体40Aに対向する第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44よりなり、アーク軸に対して垂直な面における断面が凹状の第2の断面凹状ミラー体40Bとが組み合わされてなる構成を有している。
【0048】
第1の曲面状ミラー素子41は、光源31の輝点31Aに焦点を有する放物線面鏡であって、図5における直線L1(X軸からの傾きが18°の直線)上に焦点と頂点とを有する放物線が、直線L1を回転軸として±90°回転することによって形成される軌跡を曲面として有する曲面体である。
【0049】
第2の曲面状ミラー素子42は、アーク軸および第2対称面における第1の曲面状ミラー素子41と第2の曲面状ミラー素子42との連接部上の点(図5において点f)を含み第2対称面に対して垂直な仮想平面に関して、第1の曲面状ミラー素子41に対称(図5において直線M1対称)な構造を有している。
【0050】
第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44よりなる第2の断面凹状ミラー体40Bは、アーク軸および図5におけるX軸を含む仮想平面(以下、「特定仮想平面」ともいう。)に関して、第1の断面凹状ミラー体40Aに対称(図5において上下対称)な構造を有している。
具体的には、第3の曲面状ミラー素子43は、特定仮想平面に関して、第2の曲面状ミラー素子42に対称(図5において上下対称)な構造を有しており、また、第4の曲面状ミラー素子44は、特定仮想平面に関して、第1の曲面状ミラー素子41に対称(図5において上下対称)な構造を有している。
【0051】
以上のような反射ミラー40を構成する第1の曲面状ミラー素子41、第2の曲面状ミラー素子42、第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の各々は、それによる反射光のすべてが他のミラー素子を介して光投射口45より投射されると共に、光源31から各曲面状ミラー素子に向かって放射された光による反射光が光源位置(図5において原点O)を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、曲面状ミラー素子を介して光投射口45から投射される投射反射光が光源位置を通過するよう配置された構成となっている。
【0052】
光源ランプ30における光源31から放射され、反射ミラー40を介して光投射口45から投射される光の経路を、下記(1)〜(4)に示す。
ここに、光投射口45においては、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における投射角の大きさが72°とされている。
【0053】
(1)光源31から第1の曲面状ミラー素子41における光投射口45側の領域の方向に放射された光は、当該第1の曲面状ミラー素子41によって反射され、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子42に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0054】
(2)光源31から第1の曲面状ミラー素子41における第2の曲面状ミラー素子42側の領域の方向に放射された光は、当該第1の曲面状ミラー素子41によって反射され、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子42に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第4の曲面状ミラー素子44に入射して反射される。そして、第4の曲面状ミラー素子44による反射光は、光源位置を通過することなく第3の曲面状ミラー素子43に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0055】
(3)光源31から第2の曲面状ミラー素子42における第1の曲面状ミラー素子41側の領域の方向に放射された光は、当該第2の曲面状ミラー素子42によって反射され、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子41に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第4の曲面状ミラー素子44に入射して反射される。そして、第4の曲面状ミラー素子44による反射光は、光源位置を通過することなく第3の曲面状ミラー素子43に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0056】
(4)光源31から第2の曲面状ミラー素子42における第3の曲面状ミラー素子43側の領域の方向に放射された光は、当該第2の曲面状ミラー素子42によって反射され、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子41に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第3の曲面状ミラー素子43に入射して反射される。そして、第3の曲面状ミラー素子43による反射光は、光源位置を通過することなく第4の曲面状ミラー素子44に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子41における第2の曲面状ミラー素子42側の領域に入射して反射される。この第1の曲面状ミラー素子41による反射光は、上記(2)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子42、第4の曲面状ミラー素子44および第3の曲面状ミラー素子43をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0057】
光源31から第2の断面凹状ミラー体40Bを構成する第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の方向に放射された各々の光は、前記特定仮想平面(すなわち、アーク軸および図5におけるX軸を含む仮想平面)に関して、第1の断面凹状ミラー体40Aに係る反射光の経路に対称(図5において上下対称)な経路に従って光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0058】
以上の構成の光源装置によれば、光源31から放射された光は、その一部が光投射口45から直接投射され、他の一部が反射ミラー40を介して投射されるが、反射ミラー40を構成する第1の曲面状ミラー素子41、第2の曲面状ミラー素子42、第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の各々に向かって放射された光による反射光のすべてが他のミラー素子を介し、最終的に第2の曲面状ミラー素子42または第3の曲面状ミラー素子43を介して光源位置を通過して光投射口45より投射されるため、反射ミラー40に映し出された見かけ上4個の光源の各々からは、光源31から放射される光の強度と同程度の大きさを有する光が放射されることとなり、この光投射口45から投射される投射反射光が、光源31から直接投射される光と重畳し、これにより、光源31から光投射口45を介して直接投射される光を補強するため、光源31から放射される光を高い効率で利用することができる。
【0059】
また、光源31から放射される光を高い効率で利用することができることから、光源31の設計の自由度が大きくなり、極めて大きい発光エネルギーを入力せずとも所望の投射光を得ることができるため、装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、第2の実施の形態にかかる光源装置によれば、第1の実施の形態と同様に、光源31から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0060】
また、反射ミラー40が、光源ランプ30の放電容器32内に設けられており、光源31から放射された光が直接反射ミラー40に反射されて光投射口45から投射されることから、反射ミラーが、例えばガラス製の放電容器内に電極が配置されてなる放電ランプを包囲する設けられている場合のように、光源から放射された光が放電容器に反射および吸収されることがないため、光源31から放射される光を一層高い効率で利用することができる。
【0061】
以上、第2の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば、光源装置は、一層高い効率で光源から放射された光を利用することができることから、反射ミラーが放電容器内に設けられており、光源から放射された光が直接反射ミラーに反射される構成を有するものであること好ましいが、反射ミラーが、例えばガラス製の放電容器を備えた、例えばショートアーク型放電ランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプなどの放電ランプを包囲するよう設けられてなるものであってもよい。
【0062】
更に、光源装置は、棒状の光源ランプを構成する電極間に発生するアークにより形成される光源と、当該光源ランプの管軸に沿って伸びる曲面を有する4個の曲面状ミラー素子よりなる反射ミラーとを備えてなるものであってもよい。
この反射ミラーは、当該反射ミラーを構成する曲面状ミラー素子の各々が、それによる反射光のすべてが他の曲面状ミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、光源から少なくとも1つの曲面状ミラー素子に向かって放射された光による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、曲面状ミラー素子を介して光投射口から投射される投射反射光が光源位置を通過するよう配置された構成となっていることが必要とされる。
【0063】
また、反射ミラーは、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における光投射口に係る投射角の大きさが72°である構成のものに限定されず、例えば図6に示すように、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における光投射口57に係る投射角の大きさが120°である構成を有するものであってもよい。
この図の例の反射ミラー52は、図5に係る反射ミラーにおいて、第1の曲面状ミラー素子53および第2の曲面状ミラー素子54に係る対称面(図6における直線M2を含む面)と、第3の曲面状ミラー素子55および第4の曲面状ミラー素子56の対称面(図6における直線M3を含む面)とのなす角、および、第1の曲面状ミラー素子53の外側端53Aと第4の曲面状ミラー素子56の外側端56Aとによって形成されている光投射口57に係る投射角が異なること以外は当該図5に係る反射ミラーと同様の構成を有するものである。図6において、C1は、第1の曲面状ミラー素子53および第2の曲面状ミラー素子54よりなる第1の断面凹状ミラー体52Aと、第3の曲面状ミラー素子55および第4の曲面状ミラー素子56よりなる第2の断面凹状ミラー体52Bとの対称面を含む直線である。
【0064】
このような構成を有する反射ミラー52を備えた光源装置においては、当該反射ミラー52における曲面状ミラー素子53、54、55、56の各々による反射光が、図6に示すような経路に従って最終的に光源位置を通過した後に、光源から直接投射される光に重畳した状態で光投射口57から放射されるため、反射ミラー52に見かけ上の光源が2個映し出され、これらの見かけ上の光源からの光が、光源から光投射口57を介して直接投射される光を補強することとなる。
【0065】
また、反射ミラーは、曲面状ミラー素子のみを組み合わせてなるものに限定されず、例えば図7に示すように、曲面状ミラー素子と、球面状ミラー素子を組み合わせてなる構成を有するものであってもよい。
この図の例の反射ミラー59は、図6に係る反射ミラーにおいて、第1の曲面状ミラー素子53の外側端53Aに隣接する外方位置に球面状ミラー素子58が備えられており、当該球面状ミラー素子58の外側端58Aと、第4の曲面状ミラー素子56の外側端56Aとによって形成されている光投射口59Aに係る投射角が異なること以外は当該図6に係る反射ミラーと同様の構成を有するものである。
球面状ミラー素子58は、当該球面状ミラー素子58に向かって光源から放射された光を捕捉すると、その光を光源位置を通過させる経路によって第3の曲面状ミラー素子55に向けて反射する。
ここに、球面状ミラー素子58にて反射されて第3の曲面状ミラー素子55に入射した光は、光源から直接放射されて第3の曲面状ミラー素子55に入射する光に重畳した状態で、第4の曲面状ミラー素子56に向けて反射され、その後、第1の曲面状ミラー素子53および第2の曲面状ミラー素子54をこの順に経由し、光源位置を通過した後に光投射口59Aから投射される。
【0066】
このような構成を有する反射ミラー59を備えた光源装置においては、当該反射ミラー59における曲面状ミラー素子53、54、55、56および球面状ミラー素子58の各々による反射光が、図7に示すような経路に従って最終的に光源位置を通過した後に、光源から直接投射される光に重畳した状態で光投射口59Aから放射されるため、反射ミラー59に見かけ上の光源が5個映し出され、これらの見かけ上の光源からの光が、光源から光投射口59Aを介して直接投射される光を補強することとなる。
ここに、この反射ミラー59を備えてなる光源装置においては、紙面に対して垂直な方向に伸びるアーク軸の伸びる方向に垂直な面における光投射口59Aに係る投射角の大きさが60°とされている。
【0067】
更に、反射ミラーは、光源から光投射口以外の方向に放射される光の利用効率を大きくするために、当該反射ミラーを構成する複数のミラー素子が連続してなる構成を有するものであることが好ましいが、図8に示すように、反射ミラー62を構成する曲面状ミラー素子63、64、65、66の各々が互いに離間して配置されてなる構成を有するものであってもよく、更に、曲面ミラー素子63、64、65、66の各々が互いに離間して配置されてなる複数のミラー素子構成体(例えば曲面状ミラー素子63においては63Aおよび63B)よりなるものであってもよい。図8において、61Aは光源の輝点である。
このような構成の反射ミラー62を備えてなる光源装置においても、光投射口67から投射される投射反射光によって光源から直接投射される光が補強されることにより、光源から放射される光を高い効率で利用することができる。
ここに、図8の反射ミラー62を備えてなる光源装置においては、紙面に対して垂直な方向に伸びるアーク軸に垂直な面における光投射口67に係る投射角の大きさが36°とされている。
なお、図8においては、各曲面状ミラー素子63、64、65、66に係る反射光の経路が示されている。
【0068】
また、第1の実施の形態と同様に、光源は、種々の放電ランプや白熱ランプの他、例えば固体発光の発光ダイオードなどよりなるものであってもよい。
【0069】
〔第3の実施の形態〕
図9は、本発明の光源装置の他の一例の概要を示す説明用断面図である。
この光源射装置においては、例えば第1の実施の形態の光源装置に係る光源ランプと同様の構成を有するショートアーク型放電ランプの陽極と陰極との間に生じるアークにより形成される光源と、この光源から放射される光を投射するための光投射口86と、光源からの放射光のうち光投射口86から外れる方向に向かって放射される光を当該光投射口86を介して投射する反射ミラー80とが設けられている。図9において、71Aは光源の輝点である。
【0070】
反射ミラー80は、第1の平面状ミラー素子82と、収束用の凸状レンズ85と、当該収束用の凸状レンズ85に関して第1の平面状ミラー素子82と対称に配置された第2の平面状ミラー素子83と、第1の平面状ミラー素子82と光源を介して対向するよう配置された球面状ミラー素子84とにより構成され、これらのミラー素子が光源ランプにおける発光管部に形成される光源を包囲するよう設けられてなるものであり、第1の平面状ミラー素子82の外側端82Aと球面状ミラー素子84の外側端84Aとの間において、反射ミラー80に映し出された見かけ上3個の光源の各々からの光が、光源から直接投射される光と重畳して放射される光投射口86が形成されている。
【0071】
球面状ミラー素子84は、光源の輝点71Aを中心とする球に係る球面体である。
この図の例においては、第1の平面状ミラー素子82および第2の平面状ミラー素子83は、同一形状を有する平面体である。
【0072】
以上のような反射ミラー80を構成する第1の平面状ミラー素子82、第2の平面状ミラー素子83および球面状ミラー素子84の各々は、それによる反射光のすべてが他のミラー素子を介して光投射口86より投射されると共に、光源から第1の平面状ミラー素子82および第2の平面状ミラー素子83に向かって放射された光による反射光が光源位置(図において輝点71A)を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、ミラー素子を介して光投射口86から投射される投射反射光が光源位置を通過するよう配置された構成となっている。
【0073】
光源から放射され、反射ミラー80を介して光投射口86から投射される光の経路を、下記(1)〜(3)に示す。
ここに、光投射口86においては、アーク軸の伸びる方向に垂直な方向における投射角の大きさが40°とされている。
【0074】
(1)光源から第1の平面状ミラー素子82の方向に放射された光は、当該第1の平面状ミラー素子82によって反射され、光源位置を通過することなく凸状レンズ85を介して第2の平面状ミラー素子83に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口86から投射される。
【0075】
(2)光源から球面状ミラー素子84の方向に放射された光は、当該球面状ミラー素子84によって反射され、光源位置を通過した後に第1の平面状ミラー素子82に入射して反射される。そして、第1の平面状ミラー素子82による反射光は、上記(1)の経路に従って凸状レンズ85および第2の平面状ミラー素子83をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口86から投射される。
【0076】
(3)光源から第2の平面状ミラー素子83の方向に放射された光は、当該第2の平面状ミラー素子83によって反射され、光源位置を通過することなく凸状レンズ85を介して第1の平面状ミラー素子82に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子84に入射して反射される。そして、球面状ミラー素子84による反射光は、上記(2)の経路に従って第1の平面状ミラー素子82、凸状レンズ85および第2の平面状ミラー素子83をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口86から投射される。
【0077】
以上の構成の光源装置によれば、光源から放射された光は、その一部が光投射口86から直接投射され、他の一部が反射ミラー80を介して投射されるが、第1の平面状ミラー素子82と第2の平面状ミラー素子83とは、光源方向から各々の平面状ミラー素子(82、83)に向かって放射された光を、当該光源を通過させることなく他方の平面状ミラー素子(83、82)に向けて反射すると共に、球面状ミラー素子84は、光源方向から当該球面状ミラー素子84に向かって放射された光を光源を通過させて第1の平面状ミラー素子82に向かって反射し、かかる反射光が、最終的に第2の平面状ミラー素子83を介して光源位置を通過して光投射口86より投射されるため、反射ミラー80に映し出された見かけ上3個の光源の各々からは、光源から放射される光の強度と同程度の大きさを有する光が放射されることとなり、光投射口86から投射される投射反射光が、光源から直接投射される光と重畳し、これにより、光源から光投射口86を介して直接投射される光を補強するため、光源から放射される光を高い効率で利用することができる。
【0078】
また、光源から放射される光を高い効率で利用することができることから、光源の設計の自由度が大きくなり、極めて大きい発光エネルギーを入力せずとも所望の投射光を得ることができるため、装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、第3の実施の形態に係る光源装置によれば、第1の実施の形態と同様に、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0079】
以上、第3の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば光源は、種々の放電ランプや白熱ランプの他、例えば固体発光の発光ダイオードなどよりなるものであってもよい。
【0080】
以上のような第1の光源装置、第2の光源装置および第3の光源装置は、例えばデジタルプロジェクター装置、半導体露光装置、顕微鏡の対物レンズに導入される照明用装置などにおいて光源として好適に用いることができる。
【0081】
以下、本発明の光源装置を備えてなる光投射装置の具体的な一例を、この光投射装置が光投射源として備えられてなる光投影装置の形態によって、図を用いて説明する。
【0082】
図10は、本発明の光投射装置を光投射源とする光投影装置の一例を示す説明用図である。
この光投影装置を構成する光投射装置は、光源装置として、図3で示される第2の実施の形態に係る光源装置90を備えており、当該光源装置90から投射された光が、例えば光変調素子の矩形状の入射口91に入射する構成を有し、光源装置90から放射された光を入射口91に導びくための経路上には、集光用光学系として、図11(イ)に示す構成を有する第1のフライアイ93および図11(ロ)に示す構成を有する第2のフライアイ94がこの順に設けられている。
この図の例においては、第1のフライアイ93を構成する複数の微小レンズ(以下、「第1の微小レンズ」ともいう。)93Aの各々を透過した光が、当該複数の第1の微小レンズ93Aの各々に付された符号に対応する符号の付された第2のフライアイ94を構成する複数の微小レンズ94Aの各々に入射される。
【0083】
入射口91の大きさは、光源装置90における光源を形成するアークの大きさ、光源装置90に係る投射角および入射口91における入射光の利用角の大きさなどに基づいて適宜に設定される。
【0084】
この光投影装置においては、光投射装置における光源装置90から投射された光は、第1のフライアイ93および第2のフライアイ94を、この順に透過することによってミキシング処理された後、入射口91に入射されて光変調素子を透過することによって光像となり、例えばスクリーンなどの被投影面に投影される。
【0085】
以上のような光投射装置は、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、光源の設計の自由度が大きい光源装置90を備えてなるものであることから、入射口91の面積が光源を形成するアークのアーク長に対して小さくても、当該入射口91において高い集光効率を得ることができるため、優れた光投射性能が得られると共に、光源の使用寿命の長期化および装置自体の小型化を図ることができる。
実際上、本発明の光投射装置を光投射源として用いた光投影装置においては、従来の光投射装置の光源装置に係るアーク長を有する光源を用い、従来の光投射装置によっては被投影面において所望の照度が得られないとされる小さな面積の入射口を有する場合であっても、極めて大きな発光エネルギーを入力せずに被投影面において、弊害を伴うことなく、被投影面に対する照度を大きくすることができ、これにより、所望の照度を得ることができる。
【0086】
以上、本発明の光投射装置について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば、集光用光学系としては、フライアイに代えて、レンズ、楕円球面鏡、放物面鏡などよりなる光を集光させると共に所定の入射口に光を導く光学系を用いることができる。
また、光投射装置は、例えば第2の実施の形態に係る光源装置において、当該光源装置を構成する窓材を、レンズなどの集光用光学系よりなる部材とした構成を有するものとすることができる。
【0087】
以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
【0088】
<実験例1>
図10の構成に従い、アーク軸の伸びる方向(以下、「アーク軸方向」ともいう。)の寸法が10mm、当該アーク軸方向に垂直な方向(以下、「アーク軸垂直方向」ともいう。)の寸法が2.5mmの大きさを有するアークを光源とし、アーク軸方向における投射角を120°、アーク軸垂直方向における投射角を72°とする反射ミラーを備えた光源装置(図3で示される第2の実施の形態に係る光源装置)を備えた光投射装置(以下、「光投射装置(1)」ともいう。)を作製した。
【0089】
この光投射装置(1)においては、第1のフライアイおよび第2のフライアイとして、光源装置から投射された光のアーク軸方向の広がりを1/2倍とし、アーク軸垂直方向の広がりを2倍とするミキシング処理を行うものを用い、また、入射口として、アーク軸方向における寸法が30mm、アーク軸垂直方向における寸法が18mmであり、アーク軸方向およびアーク軸垂直方向の利用角の大きさが20°であるものを用いた。
また、光源装置と第1のフライアイとの離間距離を25mm、第1のフライアイと第2のフライアイとの離間距離を33mm、第2のフライアイと入射口との離間距離を151mmとした。
【0090】
また、光投射装置(1)において、光源装置に代えて、アーク軸方向の寸法が10mm、アーク軸垂直方向の寸法が2.5mmの大きさを有するアークを発生させるショートアーク型放電ランプを用いたこと以外は光投射装置(1)と同様の構成を有する光投射装置(以下、「光投射装置(2)」ともいう。)を作製した。
この光投射装置(2)においては、アーク軸方向における投射角は120°、アーク軸垂直方向における投射角は360°である。
【0091】
作製した光投射装置(1)および光投射装置(2)の各々において、同一のアーク発生条件によってアークを生じさせ、入射口における光の広がりの程度(以下、「光源像」ともいう。)の大きさを測定したところ、光投射装置(1)に係る光源像は、アーク軸方向の大きさが30mm、アーク軸垂直方向の大きさが18mm(面積が540mm2 )であり、入射角が20°であり、入射口と適合した大きさを有するものであった。一方、光投射装置(2)に係る光源像は、アーク軸方向の大きさが30mm、アーク軸垂直方向の大きさが90mm(面積が2700mm2 )であり、入射口の5倍の面積を有するものであった。
また、光投射装置(1)および光投射装置(2)の各々において、入射口における光量を測定し、この測定値を比較したところ、光投射装置(1)に係る光量の大きさは、光投射装置(2)に係る光量の大きさの5倍であった。
【0092】
以上の結果から、光投射装置(1)に係る光源装置は、光源から放射される放射光を高い効率で利用することができることが確認された。
また、光投射装置(2)のアーク発生条件を、光投射装置(1)と同様の入射口における光量が得られる条件としたところ、当該光投射装置(2)における光源装置に大きな発光エネルギーを入力することが必要となり、その結果、光投射装置(2)における光源装置が大きなもとのなり、また、その使用寿命が、光投射装置(1)における光源装置と比して極めて短くなることが確認された。
【0093】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、複数のミラー素子により構成されてなる反射ミラーを備え、この反射ミラーを構成する各々のミラー素子による反射光のすべてが最終的に光源位置を通過して光投射口から投射されることから、ミラー素子を介して光投射口から投射される光により、光源から直接投射される光が補強されるため、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、その結果、光源の設計の自由度が大きくなって装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、本発明の光源装置は、従来の光投射装置に係る光源装置に比較して、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる新規な光源装置である。
【0094】
本発明の光投射装置によれば、上記の光源装置が備えられているため、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光源装置の一例の概要を示す説明用斜視図である。
【図2】図1の光源装置における光源の輝点を含み光源ランプの管軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
【図3】本発明の光源装置の他の例の概要を示す説明用斜視図である。
【図4】図3の線分A−Bの矢視断面図である。
【図5】図3の光源装置における光源の輝点を含みアーク軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
【図6】本発明の光源装置における反射ミラーの他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図7】本発明の光源装置における反射ミラーの更に他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図8】本発明の光源装置における反射ミラーのまた更に他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図9】本発明の光源装置における反射ミラーのまた更に他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図10】本発明の光投射装置を光投射源とする光投影装置の一例を示す説明用図である。
【図11】図10における光投射装置におけるフライアイを示す説明図である。
【符号の説明】
10 放電ランプ
11 光源
11A 輝点
12 放電容器
12A 発光管部
12B、12C 封止管部
14、15 電極棒
16、17 口金
18 陽極
19 陰極
20 反射ミラー
22 第1の曲面状ミラー素子
22A 外側端
23 第2の曲面状ミラー素子
24 球面状ミラー素子
24A 外側端
25 光投射口
26 冷却風流通口
30 放電ランプ
31 光源
31A 輝点
32 放電容器
32A 円筒体
33 窓材
34 窓部
36、37 口金
38 陽極
39 陰極
40 反射ミラー
40A 第1の断面凹状ミラー体
40B 第2の断面凹状ミラー体
41 第1の曲面状ミラー素子
41A 外側端
42 第2の曲面状ミラー素子
43 第3の曲面状ミラー素子
44 第4の曲面状ミラー素子
44A 外側端
45 光投射口
51A 輝点
52 反射ミラー
52A 第1の断面凹状ミラー体
52B 第2の断面凹状ミラー体
53 第1の曲面状ミラー素子
53A 外側端
54 第2の曲面状ミラー素子
55 第3の曲面状ミラー素子
56 第4の曲面状ミラー素子
56A 外側端
54A 側端
57 光投射口
58 球面状ミラー素子
58A 外側端
59 反射ミラー
59A 光投射口
61A 輝点
62 反射ミラー
63、64、65、66 曲面状ミラー素子
63A、63B、64A、64B、65A、65B、66A、66B ミラー素子構成体
67 光投射口
71A 輝点
80 反射ミラー
82 第1の平面状ミラー素子
83 第2の平面状ミラー素子
82A 外側端
84 球面状ミラー素子
84A 外側端
85 凸状レンズ
86 光投射口
90 光源装置
91 入射口
93 第1のフライアイ
93A 微小レンズ
94 第2のフライアイ
94A 微小レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置および光投射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光変調素子を備えてなるデジタルプロジェクター装置などの光投影装置の或る種のものとしては、光投射源から投射された光がレンズや偏光素子(PBS)などを介して、光変調素子に入射され、この光が当該光変調素子を透過することによって光像となってスクリーンなどの被投影面に投影される構成を有するものが知られている。
【0003】
このような光投影装置においては、光投射源として、例えば放電ランプの電極間に生じるアークを光源とし、この光源と、当該光源から放射される光を、上記光変調素子の入射口に向けて投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置および、例えばフライアイなどの集光用光学系を有する光投射装置が用いられている。
【0004】
近年、光投影装置においては、被投影面に対する照度を大きくすると共に、装置自体の小型化の要請がある。
而して、装置自体の小型化を達成するために、光投影装置を構成する光変調素子が小型化されてきているが、光変調素子が小型化されることに伴って光投射装置から投射された光を光変調素子に入射するための入射口の面積が小さくなるため、光投影装置の光投射源として、光変調素子が小型化される以前に用いられていた光投射装置をそのまま用いたのでは、入射口に係る入射角が同じである場合、入射口に対する光源のアーク長の大きさが過大となって当該入射口に対する集光効率が低くなり、その結果、光投射装置から投射された光を高い効率で利用することができない、という問題がある。
また、光投射装置が光源から放射される光を、例えば楕円面鏡や放物面鏡などの反射ミラーによって直接入射口に入射させる構成を有するものである場合は、当該反射ミラーによって捕捉された光のみが、例えば光変調素子などの光学系に入射することとなるので、かかる反射ミラーで反射した反射光が光源から直接光投射口の方向に放射される光によっては補強されることがないことから、入射口に対する集光効率が大変低いものとなる。
【0005】
また、光投射装置において、入射口に対する集光効率を大きくするために、光源であるアークのアーク長を、当該入射口の面積に対応するよう小さくすべく、より一層電極間距離の小さい放電ランプを用いることが検討されているが、所望の光量を得るためには、当該入射口の面積が小さくなる分だけ、当該アークの輝度を上昇させる必要があり、短い電極間に大きな発光エネルギーを入力することが必要となることから、光源を構成する放電ランプに長い使用寿命が得られない、という問題がある。
【0006】
このような問題を解決する手法として、例えば放電ランプの背後において、当該放電ランプを覆うよう光投射口に対向して配置された球面鏡を反射ミラーとして備えた光投射装置、また、各々、その内向面が放電ランプを臨み、当該放電ランプを囲むよう配置された放物面鏡および球面鏡を組み合わせて構成された組み合わせ反射ミラーを備えた光投射装置などを採用することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
このような球面鏡を備えてなる構成の光投射装置においては、当該球面鏡による反射光が光源位置を通過することとなるため、この反射光により、光源から直接光投射口の方向に放射される光を補強することができることから、このような光投射装置を光投射源とする光投影装置によれば、光変調素子に導く光を補強されたものとすることができて被投影面に対する照度を大きくすることも可能であると考えられる。
然るに、特許文献1に係る光投射装置をはじめ従来技術に係る光投射装置においては、光を補強する程度が2倍にとどまっており、近時の光投射装置に対する要請を十分に満足させるものではない。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6231199号明細書
【特許文献2】
米国特許第3078760号明細書
【特許文献3】
米国特許第4151584号明細書
【特許文献4】
米国特許第4305099号明細書
【特許文献5】
特開平11−2039321号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、従来の光投射装置に係る光源装置に比較して、光源から放射される光を高い効率で利用することができて、光源の長い使用寿命を達成できると共に、小型化を達成することが可能な新規の光源装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、光源から放射される光を高い効率で利用することができて、光源の長い使用寿命を達成できると共に、小型化を達成することが可能な光投射装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが複数のミラー素子により構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つのミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つのミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に入射して反射され、ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とする。
【0010】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された第1の曲面状ミラー素子、第2の曲面状ミラー素子および球面状ミラー素子により構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が下記(1)〜(3)の経路に従って光投射口から投射されるように配置されていることを特徴とする。
【0011】
(1)第1の曲面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(2)球面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子に入射して反射され、上記(1)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子を介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(3)第2の曲面状ミラー素子の反射光は、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過して球面状ミラー素子に入射して反射された後、上記(2)の経路に従って第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
【0012】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された4個の曲面状ミラー素子により構成されており、各々の曲面状ミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つの曲面状ミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つの曲面状ミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他の曲面状ミラー素子に入射して反射され、曲面状ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とする。
【0013】
本発明の光源装置は、光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置であって、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された第1の平面状ミラー素子、第2の平面状ミラー素子、球面状ミラー素子およびレンズにより構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が下記(1)〜(3)の経路に従って光投射口から投射されるように配置されていることを特徴とする。
【0014】
(1)第1の平面状ミラー素子による反射光は、レンズを介して光源位置を通過することなく第2の平面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(2)球面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過した後に第1の平面状ミラー素子に入射して反射され、上記(1)の経路に従ってレンズおよび第2の平面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(3)第2の平面状ミラー素子による反射光は、レンズを介して光源位置を通過することなく第1の平面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子に入射して反射され、上記(2)の経路に従って第1の平面状ミラー素子、レンズおよび第2の平面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
【0015】
本発明の光源装置においては、ミラー素子を介して光投射口から投射される光が、光源から光投射口の方向に放射された光に重畳する。
【0016】
本発明の光投射装置は、上記の光源装置と、当該光源装置から投射される光の経路上に設けられた集光用光学系とを備えてなることを特徴とする。
【0017】
【作用】
本発明の光源装置によれば、複数のミラー素子により構成されてなる反射ミラーを備え、この反射ミラーを構成する各々のミラー素子による反射光のすべてが最終的に光源位置を通過して光投射口から投射されることから、ミラー素子を介して光投射口から投射される光により、光源から直接投射される光が補強されるため、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、その結果、光源の設計の自由度が大きくなって装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、本発明の光源装置によれば、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0019】
〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の光源装置の一例の概要を示す説明用斜視図である。
この光源射装置においては、光源11を形成する放電ランプ(以下、「光源ランプ」ともいう。)10と、この光源11から放射される光を投射するための光投射口25と、光源11からの放射光のうち光投射口25から外れる方向に向かって放射される光を当該光投射口25を介して投射する反射ミラー20とが設けられている。
【0020】
この光源装置において、光源ランプ10は、ショートアーク型放電ランプであって、陽極18および陰極19が対向配置されてなる発光空間を囲繞する発光管部12Aと、当該発光管部12Aの両端に連結し、各々、その先端に陽極18および陰極19が形成された電極棒14、15が伸び、端部に口金16、17が装着されている封止管部12B、12Cとを有する放電容器12を備え、当該放電容器12が気密封止されてその内部に、例えばキセノンガスが封入されてなるものであり、光源11は、光源ランプ10における陽極18と陰極19との間に生じるアークにより形成される。
ここに、陽極18と陰極19との間に生じるアークのアーク軸は、光源ランプ10の管軸と平行なものとなる。
【0021】
反射ミラー20は、光源ランプ10に係る発光管部12Aの外周を間隙を介して覆うよう設けられており、当該光源ランプ10の電極(陽極18および陰極19)間に生じるアークよりなる光源11の輝点11Aを含み光源ランプ10の管軸に対して垂直な仮想平面(以下、「第1対称面」ともいう。)に関して対称(図1において上下対称)な構造を有している。
この図の例において、反射ミラー20には、光源ランプ10の管軸の伸びる方向(図1において上下方向)に、光投射口25と連通し、光源ランプ10の封止管部12B、12Cの外径より大きな内径を有する冷却風流通口26、26が形成されており、この冷却風流通口26、26の各々から光源ランプ10の封止管部12B、12Cが突出している。このような構成により、反射ミラー20を大型化させずに当該反射ミラー20により囲まれた空間に冷却風を流通させることができるため、動作中の光源装置における光源ランプ10および反射ミラー20などの冷却を行うことができる。
【0022】
そして、反射ミラー20は、第1の曲面状ミラー素子22と、当該第1の曲面状ミラー素子22に連接する第2の曲面状ミラー素子23と、当該第2の曲面状ミラー素子23に隣接する球面状ミラー素子24とにより構成され、これらのミラー素子が光源ランプ10における発光管部12Aに形成される光源11を包囲するよう設けられてなるものであり、第1の曲面状ミラー素子22の外側端22Aと、球面状ミラー素子24の外側端24Aとによって光投射口25が形成されている。
【0023】
反射ミラー20を構成する第1の曲面状ミラー素子22、第2の曲面状ミラー素子23および球面状ミラー素子24の反射面の形態および具体的な光学的位置関係を図2を用いて説明する。
【0024】
図2は、図1の光源装置における光源の輝点を含み光源ランプの管軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
図2においては、原点Oを光源11の輝点11Aとし、X軸上に第1の曲面状ミラー素子22に係る光投射口25の縁部を形成する外側端22A上の点aおよび球面状ミラー素子24の内側端上の点bが存在し、Y軸上に第1の曲面状ミラー素子22と第2の曲面状ミラー素子23との連接部上の点cおよび球面状ミラー素子24に係る光投射口25の縁部を形成する外側端24A上の点dが存在する。
【0025】
この反射ミラー20においては、球面状ミラー素子24は、その内側端における第1対称面と交わる部分において第2の曲面状ミラー素子23と連接されている。
【0026】
球面状ミラー素子24は、光源11の輝点11Aを中心とする半径rの球の1/4球面体であって、第1対称面上においては、当該球面状ミラー素子24の反射面は原点Oを中心とした1/4円を形成しており、輝点11Aから放射される光のπ/2(ラジアン)分を捕捉して反射する。
ここに、第1対称面においては、輝点11Aから球面状ミラー素子24までの距離r、また、輝点11Aから第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子の最短距離は、光源ランプ10に係る発光管部12Aの外径の1/2倍以上の大きさとされる。
【0027】
第1の曲面状ミラー素子22は、光源11の輝点11Aに焦点を有する放物面鏡であって、下記式(1)で表される放物線が、図2におけるX軸を回転軸として±90°回転することによって形成される軌跡を曲面として有する曲面体である。
なお、式(1)において、aは正の実数を示す。
【0028】
【数1】
【0029】
第2の曲面状ミラー素子23は、光源ランプ10の管軸および図2におけるY軸を含み第1対称面に対して垂直な仮想平面に関して、第1の曲面状ミラー素子22に対称(図2において左右対称)な構造を有している。
【0030】
そして、第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23は、前記第1対称面上においては、輝点11Aから放射される光のπ/2(ラジアン)分を捕捉して、それぞれY軸に関して対称な、第2の曲面状ミラー素子23または第1の曲面状ミラー素子22に向けて反射する。
【0031】
この第1の実施の形態において、輝点11Aから球面状ミラー素子24までの距離(r)、および、輝点11Aから第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23までの最短距離は、光源ランプ10に係る発光管部12Aの外径の1/2倍以上の大きさとされる。
【0032】
以上のような反射ミラー20を構成する第1の曲面状ミラー素子22、第2の曲面状ミラー素子23および球面状ミラー素子24の各々は、それによる反射光のすべてが他のミラー素子を介して光投射口25より投射されると共に、光源11から第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23の各々に向かって放射された光による反射光が光源位置(図2において原点O)を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、ミラー素子を介して光投射口25から投射される光(以下、「投射反射光」ともいう。)が光源位置を通過するよう配置された構成となっている。
【0033】
光源ランプ10における光源11から放射され、反射ミラー20を介して光投射口25から投射される光の経路を、下記(1)〜(3)に示す。
ここに、反射ミラー20の光投射口25においては、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における投射角の大きさが90°とされている。
本発明において「投射角」とは、光投射口から投射される光における光源からの広がりをいう。
【0034】
(1)光源11から第1の曲面状ミラー素子22の方向に放射された光は、当該第1の曲面状ミラー素子22によって反射され、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子23に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口25から投射される。
【0035】
(2)光源11から球面状ミラー素子24の方向に放射された光は、当該球面状ミラー素子24によって反射され、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子22に入射して反射される。そして、第1曲面状ミラー素子22による反射光は、上記(1)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子23を介して光源位置を通過した後に光投射口25から投射される。
【0036】
(3)光源11から第2の曲面状ミラー素子23の方向に放射された光は、当該第2の曲面状ミラー素子23によって反射され、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子22に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子24に入射して反射される。そして、球面状ミラー素子24による反射光は、上記(2)の経路に従って第1の曲面状ミラー素子22および第2の曲面状ミラー素子23をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口25から投射される。
【0037】
以上の構成の光源装置によれば、光源11から放射された光は、その一部が光投射口25から直接投射され、他の一部が反射ミラー20を介して投射されるが、反射ミラー20を構成する第1の曲面状ミラー素子22、第2の曲面状ミラー素子23および球面状ミラー素子24の各々に向かって放射された光による反射光のすべてが他のミラー素子を介し、最終的に第2の曲面状ミラー素子23を介して光源位置を通過して光投射口25より投射されるため、反射ミラー20に映し出された見かけ上3個の光源の各々からは、光源11から放射される光の強度と同程度の大きさを有する光が放射されることとなり、光投射口25から投射される投射反射光が、光源11から直接投射される光と重畳し、これにより、光源11から光投射口25を介して直接投射される光を補強するため、光源11から放射される光を高い効率で利用することができる。
【0038】
また、光源11から放射される光を高い効率で利用することができることから、光源11の設計の自由度が大きくなり、極めて大きい発光エネルギーを入力せずとも所望の投射光を得ることができるため、装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、第1の実施の形態に係る光源装置によれば、光源11から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0039】
以上、第1の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば、反射ミラーとしては、球面状ミラー素子が、その内側端の第1対称面と交わる部分において第2の曲面状ミラー素子に連接されてなる構成のものに限定されず、輝点からの距離(r)が第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子との関係から制限されるものではない。
【0040】
また、光源ランプとしては、キセノンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等のショートアーク型放電ランプ、エキシマランプ等のロングアーク型放電ランプなどを用いることもでき、また、放電ランプに限定されず、白熱ランプを用いることもできる。更に、光源は、ランプに限定されず、固体発光の発光ダイオードよりなるものであってもよい。
【0041】
〔第2の実施の形態〕
図3は、本発明の光源装置の他の例の概要を示す説明用斜視図であり、図4は、図3における線分A−Bの矢視断面図であって、光源装置の反射ミラーの構成を示す説明図である。
この光源装置においては、光源31を形成する放電ランプ(以下、「光源ランプ」ともいう。)30と、この光源31から放射される光を投射するための光投射口45と、光源31からの放射光のうち光投射口45から外れる方向に向かって放射される光を当該光投射口45を介して投射する反射ミラー40とが設けられている。
【0042】
この光源装置において、光源ランプ30は、反射ミラー付ショートアーク型放電ランプであって、対向配置されてなる陽極38と陰極39との間に生じるアークにより形成される光源31を覆うよう設けられている反射ミラー40を囲繞し、光透過性を有する部材よりなる窓部34が形成されてなるセラミック製の円筒体32Aを有する放電容器32を備え、当該放電容器32における円筒体32Aの開口が口金36、37によって塞がれることによって気密封止されたその内部に、例えばキセノンガスが封入されており、各々、その先端に陽極38および陰極39が形成された電極棒(図示せず)が支持部材(図示せず)によって支持されてなるものである。
この図の例においては、放電容器32内において、当該放電容器32における窓部34と、光投射口45と間に、支持部材(図示せず)によって固定されている窓材33が設けられており、この窓材33は、光透過性を有する部材よりなり、窓部34によって形成されている開口の大きさに適合すると共に、光投射口45から投射される光の全部が通過するような大きさを有する板状体によって構成されている。
【0043】
反射ミラー40は、電極(陽極38および陰極39)間に生じるアークよりなる光源31の輝点31Aを含みアーク軸に対して垂直な仮想平面(以下、「第2対称面」ともいう。)に関して対称な構造を有している。
【0044】
そして、反射ミラー40は、第1の曲面状ミラー素子41と、当該第1の曲面状ミラー素子41に連接する第2の曲面状ミラー素子42と、当該第2の曲面状ミラー素子42に連接する第3の曲面状ミラー素子43と、当該第3の曲面状ミラー素子43に連接する第4の曲面状ミラー素子44との合計4個の曲面状ミラー素子により構成され、これらの曲面状ミラー素子が光源31を包囲するよう配置されてなるものであり、第1の曲面状ミラー素子41の外側端41Aと、第4の曲面状ミラー素子44の外側端44Aとによって光投射口45が形成されている。
【0045】
反射ミラー40を構成する第1の曲面状ミラー素子41、第2の曲面状ミラー素子42、第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の反射面の形態および具体的な光学的位置関係を図5を用いて説明する。
【0046】
図5は、図3の光源装置における光源の輝点を含みアーク軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
図5においては、原点Oを光源31の輝点31Aとし、X軸上に第2の曲面状ミラー素子42と第3の曲面状ミラー素子43との連接部上の点eが存在する。
【0047】
この反射ミラー40は、第1の曲面状ミラー素子41および第2の曲面状ミラー素子42よりなるアーク軸に対して垂直な面における断面が凹状の第1の断面凹状ミラー体40Aと、当該第1の断面凹状ミラー体40Aに対向する第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44よりなり、アーク軸に対して垂直な面における断面が凹状の第2の断面凹状ミラー体40Bとが組み合わされてなる構成を有している。
【0048】
第1の曲面状ミラー素子41は、光源31の輝点31Aに焦点を有する放物線面鏡であって、図5における直線L1(X軸からの傾きが18°の直線)上に焦点と頂点とを有する放物線が、直線L1を回転軸として±90°回転することによって形成される軌跡を曲面として有する曲面体である。
【0049】
第2の曲面状ミラー素子42は、アーク軸および第2対称面における第1の曲面状ミラー素子41と第2の曲面状ミラー素子42との連接部上の点(図5において点f)を含み第2対称面に対して垂直な仮想平面に関して、第1の曲面状ミラー素子41に対称(図5において直線M1対称)な構造を有している。
【0050】
第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44よりなる第2の断面凹状ミラー体40Bは、アーク軸および図5におけるX軸を含む仮想平面(以下、「特定仮想平面」ともいう。)に関して、第1の断面凹状ミラー体40Aに対称(図5において上下対称)な構造を有している。
具体的には、第3の曲面状ミラー素子43は、特定仮想平面に関して、第2の曲面状ミラー素子42に対称(図5において上下対称)な構造を有しており、また、第4の曲面状ミラー素子44は、特定仮想平面に関して、第1の曲面状ミラー素子41に対称(図5において上下対称)な構造を有している。
【0051】
以上のような反射ミラー40を構成する第1の曲面状ミラー素子41、第2の曲面状ミラー素子42、第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の各々は、それによる反射光のすべてが他のミラー素子を介して光投射口45より投射されると共に、光源31から各曲面状ミラー素子に向かって放射された光による反射光が光源位置(図5において原点O)を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、曲面状ミラー素子を介して光投射口45から投射される投射反射光が光源位置を通過するよう配置された構成となっている。
【0052】
光源ランプ30における光源31から放射され、反射ミラー40を介して光投射口45から投射される光の経路を、下記(1)〜(4)に示す。
ここに、光投射口45においては、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における投射角の大きさが72°とされている。
【0053】
(1)光源31から第1の曲面状ミラー素子41における光投射口45側の領域の方向に放射された光は、当該第1の曲面状ミラー素子41によって反射され、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子42に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0054】
(2)光源31から第1の曲面状ミラー素子41における第2の曲面状ミラー素子42側の領域の方向に放射された光は、当該第1の曲面状ミラー素子41によって反射され、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子42に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第4の曲面状ミラー素子44に入射して反射される。そして、第4の曲面状ミラー素子44による反射光は、光源位置を通過することなく第3の曲面状ミラー素子43に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0055】
(3)光源31から第2の曲面状ミラー素子42における第1の曲面状ミラー素子41側の領域の方向に放射された光は、当該第2の曲面状ミラー素子42によって反射され、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子41に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第4の曲面状ミラー素子44に入射して反射される。そして、第4の曲面状ミラー素子44による反射光は、光源位置を通過することなく第3の曲面状ミラー素子43に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0056】
(4)光源31から第2の曲面状ミラー素子42における第3の曲面状ミラー素子43側の領域の方向に放射された光は、当該第2の曲面状ミラー素子42によって反射され、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子41に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第3の曲面状ミラー素子43に入射して反射される。そして、第3の曲面状ミラー素子43による反射光は、光源位置を通過することなく第4の曲面状ミラー素子44に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子41における第2の曲面状ミラー素子42側の領域に入射して反射される。この第1の曲面状ミラー素子41による反射光は、上記(2)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子42、第4の曲面状ミラー素子44および第3の曲面状ミラー素子43をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0057】
光源31から第2の断面凹状ミラー体40Bを構成する第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の方向に放射された各々の光は、前記特定仮想平面(すなわち、アーク軸および図5におけるX軸を含む仮想平面)に関して、第1の断面凹状ミラー体40Aに係る反射光の経路に対称(図5において上下対称)な経路に従って光源位置を通過した後に光投射口45から投射される。
【0058】
以上の構成の光源装置によれば、光源31から放射された光は、その一部が光投射口45から直接投射され、他の一部が反射ミラー40を介して投射されるが、反射ミラー40を構成する第1の曲面状ミラー素子41、第2の曲面状ミラー素子42、第3の曲面状ミラー素子43および第4の曲面状ミラー素子44の各々に向かって放射された光による反射光のすべてが他のミラー素子を介し、最終的に第2の曲面状ミラー素子42または第3の曲面状ミラー素子43を介して光源位置を通過して光投射口45より投射されるため、反射ミラー40に映し出された見かけ上4個の光源の各々からは、光源31から放射される光の強度と同程度の大きさを有する光が放射されることとなり、この光投射口45から投射される投射反射光が、光源31から直接投射される光と重畳し、これにより、光源31から光投射口45を介して直接投射される光を補強するため、光源31から放射される光を高い効率で利用することができる。
【0059】
また、光源31から放射される光を高い効率で利用することができることから、光源31の設計の自由度が大きくなり、極めて大きい発光エネルギーを入力せずとも所望の投射光を得ることができるため、装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、第2の実施の形態にかかる光源装置によれば、第1の実施の形態と同様に、光源31から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0060】
また、反射ミラー40が、光源ランプ30の放電容器32内に設けられており、光源31から放射された光が直接反射ミラー40に反射されて光投射口45から投射されることから、反射ミラーが、例えばガラス製の放電容器内に電極が配置されてなる放電ランプを包囲する設けられている場合のように、光源から放射された光が放電容器に反射および吸収されることがないため、光源31から放射される光を一層高い効率で利用することができる。
【0061】
以上、第2の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば、光源装置は、一層高い効率で光源から放射された光を利用することができることから、反射ミラーが放電容器内に設けられており、光源から放射された光が直接反射ミラーに反射される構成を有するものであること好ましいが、反射ミラーが、例えばガラス製の放電容器を備えた、例えばショートアーク型放電ランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプなどの放電ランプを包囲するよう設けられてなるものであってもよい。
【0062】
更に、光源装置は、棒状の光源ランプを構成する電極間に発生するアークにより形成される光源と、当該光源ランプの管軸に沿って伸びる曲面を有する4個の曲面状ミラー素子よりなる反射ミラーとを備えてなるものであってもよい。
この反射ミラーは、当該反射ミラーを構成する曲面状ミラー素子の各々が、それによる反射光のすべてが他の曲面状ミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、光源から少なくとも1つの曲面状ミラー素子に向かって放射された光による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、曲面状ミラー素子を介して光投射口から投射される投射反射光が光源位置を通過するよう配置された構成となっていることが必要とされる。
【0063】
また、反射ミラーは、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における光投射口に係る投射角の大きさが72°である構成のものに限定されず、例えば図6に示すように、アーク軸の伸びる方向に垂直な面における光投射口57に係る投射角の大きさが120°である構成を有するものであってもよい。
この図の例の反射ミラー52は、図5に係る反射ミラーにおいて、第1の曲面状ミラー素子53および第2の曲面状ミラー素子54に係る対称面(図6における直線M2を含む面)と、第3の曲面状ミラー素子55および第4の曲面状ミラー素子56の対称面(図6における直線M3を含む面)とのなす角、および、第1の曲面状ミラー素子53の外側端53Aと第4の曲面状ミラー素子56の外側端56Aとによって形成されている光投射口57に係る投射角が異なること以外は当該図5に係る反射ミラーと同様の構成を有するものである。図6において、C1は、第1の曲面状ミラー素子53および第2の曲面状ミラー素子54よりなる第1の断面凹状ミラー体52Aと、第3の曲面状ミラー素子55および第4の曲面状ミラー素子56よりなる第2の断面凹状ミラー体52Bとの対称面を含む直線である。
【0064】
このような構成を有する反射ミラー52を備えた光源装置においては、当該反射ミラー52における曲面状ミラー素子53、54、55、56の各々による反射光が、図6に示すような経路に従って最終的に光源位置を通過した後に、光源から直接投射される光に重畳した状態で光投射口57から放射されるため、反射ミラー52に見かけ上の光源が2個映し出され、これらの見かけ上の光源からの光が、光源から光投射口57を介して直接投射される光を補強することとなる。
【0065】
また、反射ミラーは、曲面状ミラー素子のみを組み合わせてなるものに限定されず、例えば図7に示すように、曲面状ミラー素子と、球面状ミラー素子を組み合わせてなる構成を有するものであってもよい。
この図の例の反射ミラー59は、図6に係る反射ミラーにおいて、第1の曲面状ミラー素子53の外側端53Aに隣接する外方位置に球面状ミラー素子58が備えられており、当該球面状ミラー素子58の外側端58Aと、第4の曲面状ミラー素子56の外側端56Aとによって形成されている光投射口59Aに係る投射角が異なること以外は当該図6に係る反射ミラーと同様の構成を有するものである。
球面状ミラー素子58は、当該球面状ミラー素子58に向かって光源から放射された光を捕捉すると、その光を光源位置を通過させる経路によって第3の曲面状ミラー素子55に向けて反射する。
ここに、球面状ミラー素子58にて反射されて第3の曲面状ミラー素子55に入射した光は、光源から直接放射されて第3の曲面状ミラー素子55に入射する光に重畳した状態で、第4の曲面状ミラー素子56に向けて反射され、その後、第1の曲面状ミラー素子53および第2の曲面状ミラー素子54をこの順に経由し、光源位置を通過した後に光投射口59Aから投射される。
【0066】
このような構成を有する反射ミラー59を備えた光源装置においては、当該反射ミラー59における曲面状ミラー素子53、54、55、56および球面状ミラー素子58の各々による反射光が、図7に示すような経路に従って最終的に光源位置を通過した後に、光源から直接投射される光に重畳した状態で光投射口59Aから放射されるため、反射ミラー59に見かけ上の光源が5個映し出され、これらの見かけ上の光源からの光が、光源から光投射口59Aを介して直接投射される光を補強することとなる。
ここに、この反射ミラー59を備えてなる光源装置においては、紙面に対して垂直な方向に伸びるアーク軸の伸びる方向に垂直な面における光投射口59Aに係る投射角の大きさが60°とされている。
【0067】
更に、反射ミラーは、光源から光投射口以外の方向に放射される光の利用効率を大きくするために、当該反射ミラーを構成する複数のミラー素子が連続してなる構成を有するものであることが好ましいが、図8に示すように、反射ミラー62を構成する曲面状ミラー素子63、64、65、66の各々が互いに離間して配置されてなる構成を有するものであってもよく、更に、曲面ミラー素子63、64、65、66の各々が互いに離間して配置されてなる複数のミラー素子構成体(例えば曲面状ミラー素子63においては63Aおよび63B)よりなるものであってもよい。図8において、61Aは光源の輝点である。
このような構成の反射ミラー62を備えてなる光源装置においても、光投射口67から投射される投射反射光によって光源から直接投射される光が補強されることにより、光源から放射される光を高い効率で利用することができる。
ここに、図8の反射ミラー62を備えてなる光源装置においては、紙面に対して垂直な方向に伸びるアーク軸に垂直な面における光投射口67に係る投射角の大きさが36°とされている。
なお、図8においては、各曲面状ミラー素子63、64、65、66に係る反射光の経路が示されている。
【0068】
また、第1の実施の形態と同様に、光源は、種々の放電ランプや白熱ランプの他、例えば固体発光の発光ダイオードなどよりなるものであってもよい。
【0069】
〔第3の実施の形態〕
図9は、本発明の光源装置の他の一例の概要を示す説明用断面図である。
この光源射装置においては、例えば第1の実施の形態の光源装置に係る光源ランプと同様の構成を有するショートアーク型放電ランプの陽極と陰極との間に生じるアークにより形成される光源と、この光源から放射される光を投射するための光投射口86と、光源からの放射光のうち光投射口86から外れる方向に向かって放射される光を当該光投射口86を介して投射する反射ミラー80とが設けられている。図9において、71Aは光源の輝点である。
【0070】
反射ミラー80は、第1の平面状ミラー素子82と、収束用の凸状レンズ85と、当該収束用の凸状レンズ85に関して第1の平面状ミラー素子82と対称に配置された第2の平面状ミラー素子83と、第1の平面状ミラー素子82と光源を介して対向するよう配置された球面状ミラー素子84とにより構成され、これらのミラー素子が光源ランプにおける発光管部に形成される光源を包囲するよう設けられてなるものであり、第1の平面状ミラー素子82の外側端82Aと球面状ミラー素子84の外側端84Aとの間において、反射ミラー80に映し出された見かけ上3個の光源の各々からの光が、光源から直接投射される光と重畳して放射される光投射口86が形成されている。
【0071】
球面状ミラー素子84は、光源の輝点71Aを中心とする球に係る球面体である。
この図の例においては、第1の平面状ミラー素子82および第2の平面状ミラー素子83は、同一形状を有する平面体である。
【0072】
以上のような反射ミラー80を構成する第1の平面状ミラー素子82、第2の平面状ミラー素子83および球面状ミラー素子84の各々は、それによる反射光のすべてが他のミラー素子を介して光投射口86より投射されると共に、光源から第1の平面状ミラー素子82および第2の平面状ミラー素子83に向かって放射された光による反射光が光源位置(図において輝点71A)を通過することなく他のミラー素子に向かって導かれるが、ミラー素子を介して光投射口86から投射される投射反射光が光源位置を通過するよう配置された構成となっている。
【0073】
光源から放射され、反射ミラー80を介して光投射口86から投射される光の経路を、下記(1)〜(3)に示す。
ここに、光投射口86においては、アーク軸の伸びる方向に垂直な方向における投射角の大きさが40°とされている。
【0074】
(1)光源から第1の平面状ミラー素子82の方向に放射された光は、当該第1の平面状ミラー素子82によって反射され、光源位置を通過することなく凸状レンズ85を介して第2の平面状ミラー素子83に入射して反射され、これにより、光源位置を通過した後に光投射口86から投射される。
【0075】
(2)光源から球面状ミラー素子84の方向に放射された光は、当該球面状ミラー素子84によって反射され、光源位置を通過した後に第1の平面状ミラー素子82に入射して反射される。そして、第1の平面状ミラー素子82による反射光は、上記(1)の経路に従って凸状レンズ85および第2の平面状ミラー素子83をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口86から投射される。
【0076】
(3)光源から第2の平面状ミラー素子83の方向に放射された光は、当該第2の平面状ミラー素子83によって反射され、光源位置を通過することなく凸状レンズ85を介して第1の平面状ミラー素子82に入射して反射され、その反射光は、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子84に入射して反射される。そして、球面状ミラー素子84による反射光は、上記(2)の経路に従って第1の平面状ミラー素子82、凸状レンズ85および第2の平面状ミラー素子83をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口86から投射される。
【0077】
以上の構成の光源装置によれば、光源から放射された光は、その一部が光投射口86から直接投射され、他の一部が反射ミラー80を介して投射されるが、第1の平面状ミラー素子82と第2の平面状ミラー素子83とは、光源方向から各々の平面状ミラー素子(82、83)に向かって放射された光を、当該光源を通過させることなく他方の平面状ミラー素子(83、82)に向けて反射すると共に、球面状ミラー素子84は、光源方向から当該球面状ミラー素子84に向かって放射された光を光源を通過させて第1の平面状ミラー素子82に向かって反射し、かかる反射光が、最終的に第2の平面状ミラー素子83を介して光源位置を通過して光投射口86より投射されるため、反射ミラー80に映し出された見かけ上3個の光源の各々からは、光源から放射される光の強度と同程度の大きさを有する光が放射されることとなり、光投射口86から投射される投射反射光が、光源から直接投射される光と重畳し、これにより、光源から光投射口86を介して直接投射される光を補強するため、光源から放射される光を高い効率で利用することができる。
【0078】
また、光源から放射される光を高い効率で利用することができることから、光源の設計の自由度が大きくなり、極めて大きい発光エネルギーを入力せずとも所望の投射光を得ることができるため、装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、第3の実施の形態に係る光源装置によれば、第1の実施の形態と同様に、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【0079】
以上、第3の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば光源は、種々の放電ランプや白熱ランプの他、例えば固体発光の発光ダイオードなどよりなるものであってもよい。
【0080】
以上のような第1の光源装置、第2の光源装置および第3の光源装置は、例えばデジタルプロジェクター装置、半導体露光装置、顕微鏡の対物レンズに導入される照明用装置などにおいて光源として好適に用いることができる。
【0081】
以下、本発明の光源装置を備えてなる光投射装置の具体的な一例を、この光投射装置が光投射源として備えられてなる光投影装置の形態によって、図を用いて説明する。
【0082】
図10は、本発明の光投射装置を光投射源とする光投影装置の一例を示す説明用図である。
この光投影装置を構成する光投射装置は、光源装置として、図3で示される第2の実施の形態に係る光源装置90を備えており、当該光源装置90から投射された光が、例えば光変調素子の矩形状の入射口91に入射する構成を有し、光源装置90から放射された光を入射口91に導びくための経路上には、集光用光学系として、図11(イ)に示す構成を有する第1のフライアイ93および図11(ロ)に示す構成を有する第2のフライアイ94がこの順に設けられている。
この図の例においては、第1のフライアイ93を構成する複数の微小レンズ(以下、「第1の微小レンズ」ともいう。)93Aの各々を透過した光が、当該複数の第1の微小レンズ93Aの各々に付された符号に対応する符号の付された第2のフライアイ94を構成する複数の微小レンズ94Aの各々に入射される。
【0083】
入射口91の大きさは、光源装置90における光源を形成するアークの大きさ、光源装置90に係る投射角および入射口91における入射光の利用角の大きさなどに基づいて適宜に設定される。
【0084】
この光投影装置においては、光投射装置における光源装置90から投射された光は、第1のフライアイ93および第2のフライアイ94を、この順に透過することによってミキシング処理された後、入射口91に入射されて光変調素子を透過することによって光像となり、例えばスクリーンなどの被投影面に投影される。
【0085】
以上のような光投射装置は、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、光源の設計の自由度が大きい光源装置90を備えてなるものであることから、入射口91の面積が光源を形成するアークのアーク長に対して小さくても、当該入射口91において高い集光効率を得ることができるため、優れた光投射性能が得られると共に、光源の使用寿命の長期化および装置自体の小型化を図ることができる。
実際上、本発明の光投射装置を光投射源として用いた光投影装置においては、従来の光投射装置の光源装置に係るアーク長を有する光源を用い、従来の光投射装置によっては被投影面において所望の照度が得られないとされる小さな面積の入射口を有する場合であっても、極めて大きな発光エネルギーを入力せずに被投影面において、弊害を伴うことなく、被投影面に対する照度を大きくすることができ、これにより、所望の照度を得ることができる。
【0086】
以上、本発明の光投射装置について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、各部の具体的構成については種々の変更を加えることができる。
例えば、集光用光学系としては、フライアイに代えて、レンズ、楕円球面鏡、放物面鏡などよりなる光を集光させると共に所定の入射口に光を導く光学系を用いることができる。
また、光投射装置は、例えば第2の実施の形態に係る光源装置において、当該光源装置を構成する窓材を、レンズなどの集光用光学系よりなる部材とした構成を有するものとすることができる。
【0087】
以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
【0088】
<実験例1>
図10の構成に従い、アーク軸の伸びる方向(以下、「アーク軸方向」ともいう。)の寸法が10mm、当該アーク軸方向に垂直な方向(以下、「アーク軸垂直方向」ともいう。)の寸法が2.5mmの大きさを有するアークを光源とし、アーク軸方向における投射角を120°、アーク軸垂直方向における投射角を72°とする反射ミラーを備えた光源装置(図3で示される第2の実施の形態に係る光源装置)を備えた光投射装置(以下、「光投射装置(1)」ともいう。)を作製した。
【0089】
この光投射装置(1)においては、第1のフライアイおよび第2のフライアイとして、光源装置から投射された光のアーク軸方向の広がりを1/2倍とし、アーク軸垂直方向の広がりを2倍とするミキシング処理を行うものを用い、また、入射口として、アーク軸方向における寸法が30mm、アーク軸垂直方向における寸法が18mmであり、アーク軸方向およびアーク軸垂直方向の利用角の大きさが20°であるものを用いた。
また、光源装置と第1のフライアイとの離間距離を25mm、第1のフライアイと第2のフライアイとの離間距離を33mm、第2のフライアイと入射口との離間距離を151mmとした。
【0090】
また、光投射装置(1)において、光源装置に代えて、アーク軸方向の寸法が10mm、アーク軸垂直方向の寸法が2.5mmの大きさを有するアークを発生させるショートアーク型放電ランプを用いたこと以外は光投射装置(1)と同様の構成を有する光投射装置(以下、「光投射装置(2)」ともいう。)を作製した。
この光投射装置(2)においては、アーク軸方向における投射角は120°、アーク軸垂直方向における投射角は360°である。
【0091】
作製した光投射装置(1)および光投射装置(2)の各々において、同一のアーク発生条件によってアークを生じさせ、入射口における光の広がりの程度(以下、「光源像」ともいう。)の大きさを測定したところ、光投射装置(1)に係る光源像は、アーク軸方向の大きさが30mm、アーク軸垂直方向の大きさが18mm(面積が540mm2 )であり、入射角が20°であり、入射口と適合した大きさを有するものであった。一方、光投射装置(2)に係る光源像は、アーク軸方向の大きさが30mm、アーク軸垂直方向の大きさが90mm(面積が2700mm2 )であり、入射口の5倍の面積を有するものであった。
また、光投射装置(1)および光投射装置(2)の各々において、入射口における光量を測定し、この測定値を比較したところ、光投射装置(1)に係る光量の大きさは、光投射装置(2)に係る光量の大きさの5倍であった。
【0092】
以上の結果から、光投射装置(1)に係る光源装置は、光源から放射される放射光を高い効率で利用することができることが確認された。
また、光投射装置(2)のアーク発生条件を、光投射装置(1)と同様の入射口における光量が得られる条件としたところ、当該光投射装置(2)における光源装置に大きな発光エネルギーを入力することが必要となり、その結果、光投射装置(2)における光源装置が大きなもとのなり、また、その使用寿命が、光投射装置(1)における光源装置と比して極めて短くなることが確認された。
【0093】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、複数のミラー素子により構成されてなる反射ミラーを備え、この反射ミラーを構成する各々のミラー素子による反射光のすべてが最終的に光源位置を通過して光投射口から投射されることから、ミラー素子を介して光投射口から投射される光により、光源から直接投射される光が補強されるため、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、その結果、光源の設計の自由度が大きくなって装置自体の小型化を図ることができ、しかも長い使用寿命を得ることができる。
従って、本発明の光源装置は、従来の光投射装置に係る光源装置に比較して、光源から放射される光を高い効率で利用することができ、しかも、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる新規な光源装置である。
【0094】
本発明の光投射装置によれば、上記の光源装置が備えられているため、長い使用寿命が得られると共に、装置自体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光源装置の一例の概要を示す説明用斜視図である。
【図2】図1の光源装置における光源の輝点を含み光源ランプの管軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
【図3】本発明の光源装置の他の例の概要を示す説明用斜視図である。
【図4】図3の線分A−Bの矢視断面図である。
【図5】図3の光源装置における光源の輝点を含みアーク軸に対して垂直な面における反射ミラーの断面を、座標軸上に示す説明図である。
【図6】本発明の光源装置における反射ミラーの他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図7】本発明の光源装置における反射ミラーの更に他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図8】本発明の光源装置における反射ミラーのまた更に他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図9】本発明の光源装置における反射ミラーのまた更に他の例の構成を示す説明用断面図である。
【図10】本発明の光投射装置を光投射源とする光投影装置の一例を示す説明用図である。
【図11】図10における光投射装置におけるフライアイを示す説明図である。
【符号の説明】
10 放電ランプ
11 光源
11A 輝点
12 放電容器
12A 発光管部
12B、12C 封止管部
14、15 電極棒
16、17 口金
18 陽極
19 陰極
20 反射ミラー
22 第1の曲面状ミラー素子
22A 外側端
23 第2の曲面状ミラー素子
24 球面状ミラー素子
24A 外側端
25 光投射口
26 冷却風流通口
30 放電ランプ
31 光源
31A 輝点
32 放電容器
32A 円筒体
33 窓材
34 窓部
36、37 口金
38 陽極
39 陰極
40 反射ミラー
40A 第1の断面凹状ミラー体
40B 第2の断面凹状ミラー体
41 第1の曲面状ミラー素子
41A 外側端
42 第2の曲面状ミラー素子
43 第3の曲面状ミラー素子
44 第4の曲面状ミラー素子
44A 外側端
45 光投射口
51A 輝点
52 反射ミラー
52A 第1の断面凹状ミラー体
52B 第2の断面凹状ミラー体
53 第1の曲面状ミラー素子
53A 外側端
54 第2の曲面状ミラー素子
55 第3の曲面状ミラー素子
56 第4の曲面状ミラー素子
56A 外側端
54A 側端
57 光投射口
58 球面状ミラー素子
58A 外側端
59 反射ミラー
59A 光投射口
61A 輝点
62 反射ミラー
63、64、65、66 曲面状ミラー素子
63A、63B、64A、64B、65A、65B、66A、66B ミラー素子構成体
67 光投射口
71A 輝点
80 反射ミラー
82 第1の平面状ミラー素子
83 第2の平面状ミラー素子
82A 外側端
84 球面状ミラー素子
84A 外側端
85 凸状レンズ
86 光投射口
90 光源装置
91 入射口
93 第1のフライアイ
93A 微小レンズ
94 第2のフライアイ
94A 微小レンズ
Claims (6)
- 光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置において、
前記反射ミラーが複数のミラー素子により構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つのミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つのミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他のミラー素子に入射して反射され、ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とする光源装置。 - 光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置において、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された第1の曲面状ミラー素子、第2の曲面状ミラー素子および球面状ミラー素子により構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が下記(1)〜(3)の経路に従って光投射口から投射されるように配置されていることを特徴とする光源装置。
(1)第1の曲面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過することなく第2の曲面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(2)球面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過した後に第1の曲面状ミラー素子に入射して反射され、上記(1)の経路に従って第2の曲面状ミラー素子を介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(3)第2の曲面状ミラー素子の反射光は、光源位置を通過することなく第1の曲面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過して球面状ミラー素子に入射して反射された後、上記(2)の経路に従って第1の曲面状ミラー素子および第2の曲面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。 - 光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置において、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された4個の曲面状ミラー素子により構成されており、各々の曲面状ミラー素子は、それによる反射光が少なくとも他の一つの曲面状ミラー素子を介して光投射口より投射されると共に、少なくとも一つの曲面状ミラー素子による反射光が光源位置を通過することなく他の曲面状ミラー素子に入射して反射され、曲面状ミラー素子を介して光源位置を通過し、光投射口から投射されるように配置されてなることを特徴とする光源装置。 - 光源と、当該光源から放射される光を投射するための光投射口と、光源から光投射口以外の方向に放射される光を光投射口を介して投射する反射ミラーとを備えてなる光源装置において、
前記反射ミラーが前記光源を包囲するよう配置された第1の平面状ミラー素子、第2の平面状ミラー素子、球面状ミラー素子およびレンズにより構成されており、各々のミラー素子は、それによる反射光が下記(1)〜(3)の経路に従って光投射口から投射されるように配置されていることを特徴とする光源装置。
(1)第1の平面状ミラー素子による反射光は、レンズを介して光源位置を通過することなく第2の平面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(2)球面状ミラー素子による反射光は、光源位置を通過した後に第1の平面状ミラー素子に入射して反射され、上記(1)の経路に従ってレンズおよび第2の平面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。
(3)第2の平面状ミラー素子による反射光は、レンズを介して光源位置を通過することなく第1の平面状ミラー素子に入射して反射され、光源位置を通過した後に球面状ミラー素子に入射して反射され、上記(2)の経路に従って第1の平面状ミラー素子、レンズおよび第2の平面状ミラー素子をこの順に介して光源位置を通過した後に光投射口から投射される。 - ミラー素子を介して光投射口から投射される光が、光源から光投射口の方向に放射された光に重畳することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の光源装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の光源装置と、当該光源装置から投射される光の経路上に設けられた集光用光学系とを備えてなることを特徴とする光投射装置。
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JP2002299279A JP2004134297A (ja) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | 光源装置および光投射装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006301152A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Casio Comput Co Ltd | ランプユニット及びプロジェクタ |
US9739450B2 (en) | 2013-08-06 | 2017-08-22 | Olympus Corporation | Light-source optical system, fiber light source, microscope, and automotive headlight |
CN116109758A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-05-12 | 北京渲光科技有限公司 | 一种光源投影位置定位、场景渲染的方法及装置 |
-
2002
- 2002-10-11 JP JP2002299279A patent/JP2004134297A/ja not_active Withdrawn
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