JP2011003380A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】発光管の適切な温度調整を可能とし、構造の簡素化や騒音の発生を抑えた光源装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光源装置202は、光を射出する発光部15と第2封止部16と、第1封止部17と、を備える発光管11と、発光部15の周囲のうちの一部を覆う副反射面13aと、第1封止部17を覆う延伸部23と、を備える副反射鏡13と、副反射鏡13で反射した光とを反射させる主反射鏡12と、延伸部23と第1封止部17との間に設けられた絶縁シート14と、絶縁シート14と延伸部23との間に配置された第1電極18と、絶縁シート14に対して第1電極18が配置された側の反対面側に配置された第2電極19と、を有し、第2電極19は、第1電極18よりも発光部15側にずらして配置され、電圧を印加することでイオン風を起こし、副反射面13aと発光部15との間の空気を流動可能とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクター、特にリフレクターを有する光源装置の技術に関する。
プロジェクターの光源として使用されるランプ、例えば超高圧水銀ランプ等の放電ランプには、発光管から射出した光を反射させるリフレクター(反射鏡)が用いられている。プロジェクターにより効率良く明るい画像を得るために、従来、発光管から射出した光の利用効率を高めるための光源装置の構成が提案されている。例えば、主反射鏡としてのリフレクターとは別に、発光管の一部を覆う副反射鏡を設ける技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。副反射鏡で反射した光は、発光管を通過した後、主反射鏡に入射して前側へ向けて反射する。これにより、光源装置からの光を利用する光学系へ、発光管から射出した光を効率良く進行させつつ光源装置の薄型化も図ることが可能となる。
特許第3350003号公報
プロジェクターに用いられるランプは、供給された電気エネルギーの多くが熱となり高温となることから、冷却風などによる冷却が必要となる。副反射鏡を備える構成の場合、発光部表面のうち副反射鏡により覆われる部分について、冷却が困難となる。この場合、発光部表面のうち副反射鏡により覆われる部分と、それ以外の部分とで異なる放熱性を示すこととなるため、発光管の適切な温度調整が困難になるという問題を生じる。発光管のうち冷却が不十分な部分は、発光管を構成する透明部材が熱により結晶化し、白濁する場合が生じ得る。また、発光管を冷却するために、送風ファンやダクトを備えることも考えられるが、構造の複雑化や、送風ファンによる騒音の発生といった問題が生じる。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、発光管の適切な温度調整を可能とし、構造の簡素化や騒音の発生を抑えた光源装置、およびその光源装置を有するプロジェクターを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光を射出する発光部と、発光部の一方側に一体に設けられた第1封止部と、を備える発光管と、発光部の周囲のうちの一部を覆い発光部から射出した光を反射させる副反射面と、第1封止部を覆う延伸部と、を備える副反射鏡と、発光部から射出した光と、副反射鏡で反射した光とを反射させる主反射鏡と、延伸部と第1封止部との間に設けられた絶縁シートと、絶縁シートと延伸部との間に配置された第1電極と、絶縁シートに対して第1電極が配置された側の反対面側に配置された第2電極と、を有し、第2電極は、第1電極よりも発光部側にずらして配置され、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することでイオン風を起こし、副反射面と発光部との間の空気を流動可能とする。
イオン風により、副反射面と発光部との間の空気を流動させることができるので、発光管のうち副反射鏡に覆われた部分である発光部を効果的に冷却させることができる。これにより、発光管の適切な温度制御が可能となる。また、第1電極と第2電極との間に電圧を印加すればよいので、送風ファンやダクトを用いずに発光部を冷却することができる。これにより、構造の簡素化を図ることや、騒音の発生を抑えることができる。なお、イオン風とは、絶縁シートを挟むように配置された第1電極と第2電極との間に、所定の電圧を印加した際に生じる沿面放電により発生する風である。第1電極と第2電極との間に所定の電圧を印加した際に、第1電極の周辺で空気の分子がイオン化され、第2電極方向に向かって移動する。このイオン化された空気の移動によって起こる風をイオン風という。
また、沿面放電は、コロナ放電に比べて先端が尖っていない電極でも発生しやすく、広い範囲で空気をイオン化できる場合がある。例えば、先端の平坦な電極であっても、その平坦な部分の略全域の周辺で空気がイオン化される場合があり、より強いイオン風を起こすことが可能となる。したがって、発光部と副反射面との間の空気を大きく流動させて、より効果的に発光部の冷却を行うことができる。
また、沿面放電は交流電圧を印加した場合にも生じさせることができるので、電源から交流電圧が供給される場合であっても、電圧を変換する部品を用いずにイオン風を起こすことができる。したがって、電圧を変換する部品を削減してコスト抑制を図ることができる。また、第1電極と第2電極との間に絶縁シートがあるので、両電極間でスパークが発生しにくくなる。これにより、スパークによる電極の破壊や、他の電子機器等への影響を抑えることができる。
また、本発明の好ましい態様としては、延伸部、第1電極および第2電極は、第1封止部の略全周を囲む筒状に形成されることが望ましい。第1封止部の略全周からイオン風を起こすことができるので、発光部全体の周囲の空気を流動させて、より効果的に発光部を冷却させることができる。
また、本発明のプロジェクターは、上記光源装置と、第1電極と第2電極との間に交流電圧を印加させる電圧印加部と、光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有する。上記光源装置を用いることで、構造の複雑化や騒音の発生を抑えつつ発光部を効果的に冷却することができるプロジェクターを得ることができる。また、第1電極と第2電極との間でスパークが発生しにくいので、スパークによる電極の破壊や、他の電子機器等への影響を抑えることができ、安定的に動作可能なプロジェクターとすることができる。
本発明の実施例1に係る光源装置の概略構成を示す外観斜視図。 光源装置の分解斜視図。 光源装置の横断面図。 実施例1の変形例1に係る光源装置が備える副反射鏡、絶縁シート、第1冷却用電極、第2冷却用電極の斜視図。 本発明の実施例2に係るプロジェクターの概略構成を示す図。
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る光源装置202の概略構成を示す外観斜視図である。図2は、図1に示す光源装置202の分解斜視図である。図3は、図1に示す光源装置202の横断面図である。光源装置202は、発光管11、主反射鏡12、副反射鏡13、絶縁シート14、第1冷却用電極(第1電極)18、第2冷却用電極(第2電極)19を有して構成される。光源装置202は、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光を含む光を射出する。なお、本願の実施例の説明において、X軸は、発光管11の中心軸AXに直交する軸である。Y軸は、中心軸AXおよびX軸に直交する軸である。Z軸は、中心軸AXに平行な軸である。Z軸の矢印の方向は、光源装置202から不図示の被照射面へ向かう方向を表す。各軸の矢印方向を正の方向とし、その逆方向を負の方向とする。光源装置202に対してZ軸に沿った正の方向側(被照射面のある側)を前側といい、負の方向側を後側という。また、光源装置202に対してY軸に沿った正の方向側を上側といい、負の方向側を下側という。
発光管11は、例えば、超高圧水銀ランプである。発光管11は、略球状の形状を呈する発光部15を備える。発光部15の内部において、アーク用電極3,4間にアークが形成されることで、発光部15から光が射出される。発光部15には、第2封止部16および第1封止部17が一体に設けられている。第1封止部17は、円筒形状を呈しており、発光部15の一方側(後側)に設けている。第2封止部16は、円筒形状を呈しており、発光部15の他方側(前側)に設けられている。上記構成により、発光管11は、第2封止部16と第1封止部17とで発光部15を挟んだ形状となっている。
主反射鏡12は、発光部15から射出した光を反射させる主反射面12aを備える。主反射鏡12は、発光部15から射出した光を主反射面12aで反射させ、前側へ進行させる。主反射面12aは、中心軸AXを中心として楕円を回転させることにより得られる回転楕円面を、所定の平面で切断することにより得られる曲面と略同じ形状をなしている。本実施例では、所定の平面とは、発光管11の中心軸AXを含む平面である。なお、所定の平面は、光の利用効率を上げるために、中心軸AXを含む平面以外の面としても良い。所定の平面は、例えば、中心軸AXに平行な平面や、中心軸AXに対して角度を持たせた平面であっても良い。
主反射鏡12は、所望の形状に成形された基材の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより構成されている。高反射性部材は、可視領域の波長の光について高い反射率である部材を用いる。回転楕円面を切断した形状の主反射面12aを備える主反射鏡12を用いることにより、回転楕円面が切断されていない反射鏡を用いた光源装置よりも、薄型な光源装置202とすることができる。なお、主反射面12aは、回転楕円面を切断することにより得られる曲面と略同じ形状に限られない。例えば、放物線などの所定の曲線を回転させることにより得られる回転曲面を切断することにより得られる曲面と略同じ形状や、自由曲面形状などとしてもよい。
副反射鏡13は、発光部15から射出した光を反射させる副反射面13aを備える。副反射鏡13は、発光部15から射出した光を副反射面13aで発光部15へ向けて反射させる。副反射面13aで反射された光は主反射面12aに入射し、主反射面12aで反射されて前側に進行する。副反射面13aは、発光部15の周囲の一部を下側から覆う。副反射鏡13と発光部15との間には、隙間が設けられている。副反射鏡13は、所望の形状に成形された基材の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより構成されている。高反射性部材は、可視領域の波長の光について高い反射率である部材を用いる。主反射鏡12と副反射鏡13とを設けることにより、発光部15から射出した光を前側へ効率良く進行させることが可能となる。
副反射鏡13は、その後側部分に第1封止部17の一部を覆う延伸部23を備える。延伸部23が、固着部27に対して接着されることで、光源装置202における副反射鏡13の位置決め・固定がなされる。なお、固着部27は、発光管11、主反射鏡12、副反射鏡13を一体に固定するためのものである。
絶縁シート14は、絶縁材料をシート状に形成したもので、第1封止部17と延伸部23との間に配置される。絶縁シート14は、延伸部23の第1封止部17側の面に沿うように配置される。第1冷却用電極18および第2冷却用電極19は、両電極18,19で絶縁シートを挟み込むように配置される。第1冷却用電極18および第2冷却用電極19は、両電極18,19の間に電圧を印加することで、沿面放電によるイオン風を起こさせるためのものである。
第1冷却用電極18は、平面視において長方形形状を呈する板状の金属部材を、延伸部23の形状に合わせて折り曲げることで形成される。第1冷却用電極18は、絶縁シート14の一面側に配置される。第1冷却用電極18は、絶縁シート14と延伸部23との間であって、副反射面13aの近傍に配置される。
第2冷却用電極19は、金属部材で形成され、平面視において長方形形状を呈する放電部19cを先端に備える。第2冷却用電極19は、絶縁シート14に対して第1冷却用電極18が配置された一面の反対面側に放電部19c部分が位置するように配置される。また、第2冷却用電極19は、放電部19cが第1冷却用電極18よりも後側にずらした位置となるように配置される。この配置により、第1冷却用電極18が、第2冷却用電極19の放電部19cよりも発光部15側にずらした位置に配置される。
第1冷却用電極18および第2冷却用電極19を図示しない電圧印加部に接続し、電圧印加部により両電極18,19間に電圧を印加することで、両電極18,19間に沿面放電を起こさせることができる。沿面放電によって、第2冷却用電極19の放電部19c付近でイオン化された空気分子が、第1冷却用電極18側に引き付けられて絶縁シート14上を移動する。イオン化された空気分子は、移動する際に他の空気分子に衝突することで、第2冷却用電極19から第1冷却用電極18方向に向かう、いわゆるイオン風を発生させる。なお、両電極18,19間に印加される電圧は、交流電圧であることが望ましい。
絶縁シート14上にイオン風が発生することで、矢印Zに沿った空気の流れを起こして、発光部15と副反射面13aとの間の空気を流動させることができる。これにより、発光管11のうち副反射鏡13に覆われた部分の効果的な冷却が可能となり、発光管11の適切な温度調整が可能となる。また、沿面放電は、コロナ放電に比べて先端が尖っていない電極でも発生しやすく、広い範囲で空気をイオン化できる場合がある。例えば、第2冷却用電極19の放電部19cにおける第1冷却用電極18側の一辺において、その一辺の略全域の周辺で空気がイオン化される場合があり、より強いイオン風を起こすことが可能となる。したがって、発光部15と副反射面13aとの間の空気を大きく流動させて、より効果的に発光部15の冷却を行うことができる。
また、送風ファンやダクトを設けずに発光部15と副反射面13aとの間の空気を流動させることができるので、構造の複雑化や騒音の問題も生じにくくすることができる。また、空気を流動させたい部分、すなわち発光部15と副反射面13aとの間の近傍でイオン風を発生させることができるので、少ない風量で効果的な冷却を行うことができる。
また、第1冷却用電極18と第2冷却用電極19との間に絶縁シート14があるので、両電極18,19間でスパークが発生しにくくなる。これにより、スパークによる電極の破壊や、他の電子機器等への影響を抑えることができる。
図4は、本実施例1の変形例1に係る光源装置が備える副反射鏡13、絶縁シート14、第1冷却用電極18、第2冷却用電極19の斜視図である。本変形例1では、副反射鏡13の延伸部23が、円筒形状に形成されており、発光管11の第1封止部17の略全周を囲む。絶縁シート14も、円筒形状の延伸部23の内壁に沿って配置されるように、円筒形状に形成されており、第1封止部17の略全周を囲む。第1冷却用電極18も円筒形状に形成され、第2冷却用電極19の放電部19cも円筒形状に形成されており、第1封止部17の略全周を囲む。
これらを組み合わせると、外周方向から延伸部23、第1冷却用電極18、絶縁シート14、第2冷却用電極19の順番に重なる。また、第1冷却用電極18は、第2冷却用電極19の放電部19cよりも発光部側にずらした位置に配置される。
このように組み合わされた状態で、第1冷却用電極18と第2冷却用電極19との間に交流電圧を印加すると、矢印Pに示すように、第1封止部17の略全周で発光部15に向かうイオン風を起こすことができる。したがって、発光部15と副反射面13aとの間の空気だけでなく、発光部15全体の周囲の空気を流動させて、より効果的に発光部15を冷却させることができる。
図5は、本発明の実施例2に係るプロジェクター1の概略構成を示す図である。プロジェクター1は、不図示のスクリーンへ光を投写し、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクターである。プロジェクター1は、上記実施例1に係る光源装置202を有する(図1、図2も参照)。光源装置202は、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光を含む光を射出する。光源装置202には、電圧印加部30が接続されている。電圧印加部30は、電源(図示せず)から供給される交流電圧を、第1冷却用電極18と第2冷却用電極19との間に印加する。電圧印加部30は、第1冷却用電極18と第2冷却用電極19との間でコロナ放電の起こる電圧であって、スパークの起きない電圧を印加する。なお、第1冷却用電極18は接地されている。
凹レンズ31は、光源装置202から射出した光を平行化させる。第1インテグレーターレンズ32および第2インテグレーターレンズ33は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第1インテグレーターレンズ32は、凹レンズ31からの光束を複数に分割する。第1インテグレーターレンズ32の各レンズ素子は、凹レンズ31からの光束を第2インテグレーターレンズ33のレンズ素子近傍にて集光させる。第2インテグレーターレンズ33のレンズ素子は、第1インテグレーターレンズ32のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。
2つのインテグレーターレンズ32、33を経た光は、偏光変換素子34にて特定の振動方向の直線偏光に変換される。重畳レンズ35は、第1インテグレーターレンズ32の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第1インテグレーターレンズ32、第2インテグレーターレンズ33および重畳レンズ35は、光源装置202からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。重畳レンズ35からの光は、第1ダイクロイックミラー36に入射する。第1ダイクロイックミラー36は、R光を反射し、G光およびB光を透過させる。第1ダイクロイックミラー36へ入射したR光は、第1ダイクロイックミラー36および反射ミラー37における反射により光路が折り曲げられ、R光用フィールドレンズ38Rへ入射する。R光用フィールドレンズ38Rは、反射ミラー37からのR光を平行化し、R光用空間光変調装置39Rへ入射させる。
R光用空間光変調装置39Rは、R光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。R光用空間光変調装置39Rに設けられた不図示の液晶パネルは、2つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。R光用空間光変調装置39Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム40へ入射する。
第1ダイクロイックミラー36を透過したG光およびB光は、第2ダイクロイックミラー41へ入射する。第2ダイクロイックミラー41は、G光を反射し、B光を透過させる。第2ダイクロイックミラー41へ入射したG光は、第2ダイクロイックミラー41での反射により光路が折り曲げられ、G光用フィールドレンズ38Gへ入射する。G光用フィールドレンズ38Gは、第2ダイクロイックミラー41からのG光を平行化し、G光用空間光変調装置39Gへ入射させる。G光用空間光変調装置39Gは、G光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。G光用空間光変調装置39Gで変調されたG光は、クロスダイクロイックプリズム40のうちR光が入射する面とは異なる面へ入射する。
第2ダイクロイックミラー41を透過したB光は、リレーレンズ42を透過した後、反射ミラー43での反射により光路が折り曲げられる。反射ミラー43からのB光は、さらにリレーレンズ44を透過した後、反射ミラー45での反射により光路が折り曲げられ、B光用フィールドレンズ38Bへ入射する。R光の光路およびG光の光路よりもB光の光路が長いことから、空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、B光の光路には、リレーレンズ42、44を用いるリレー光学系が採用されている。
B光用フィールドレンズ38Bは、反射ミラー45からのB光を平行化し、B光用空間光変調装置39Bへ入射させる。B光用空間光変調装置39Bは、B光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。B光用空間光変調装置39Bで変調されたB光は、クロスダイクロイックプリズム40のうちR光が入射する面、G光が入射する面とは異なる面へ入射する。
クロスダイクロイックプリズム40は、互いに略直交する2つのダイクロイック膜46、47を有する。第1ダイクロイック膜46は、R光を反射し、G光およびB光を透過させる。第2ダイクロイック膜47は、B光を反射し、R光およびG光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム40は、それぞれ異なる方向から入射したR光、G光およびB光を合成し、投写レンズ48の方向へ射出する。投写レンズ48は、クロスダイクロイックプリズム40で合成された光をスクリーンの方向へ投写する。
構造の複雑化や騒音の問題の発生を抑えつつ発光部を効果的に冷却することができる光源装置202を用いることにより、プロジェクター1は、簡素な構成としつつ安定的に効率良く明るい画像を表示することが可能となる。また、図3に示す状態を正立状態とした場合に、それを上下逆転させた状態を倒立状態と規定すると、倒立状態で光源装置202が使用された場合には、発光管11の上側が副反射鏡13で覆われる。この倒立状態では、発光部15と副反射面13aとの間に熱がこもりやすくなるが、イオン風によって発光部と副反射鏡との間の空気を流動させて、発光部15を効果的に冷却させることができるので、冷却不良による不具合の発生を抑えて、安定的にプロジェクター1を動作させることができる。また、第1冷却用電極18と第2冷却用電極19とで絶縁シート14を挟むように配置することで、沿面放電を利用できるので、電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換せずに印加させることができる。したがって、電圧を変換する部品を削減してコスト抑制を図ることができる。
なお、プロジェクター1は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置(Liquid Crystal On Silicon;LCOS)、DMD(Digital Micromirror Device)、GLV(Grating Light Valve)等を用いても良い。プロジェクター1は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクター1は、一つの空間光変調装置により二つ又は三つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクター1は、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクター1は、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクターであっても良い。
また、第1冷却用電極および第2冷却用電極の形状は、上述した実施例で説明した形状に限られない。第1冷却用電極および第2冷却用電極の形状は、沿面放電によりイオン風を起こすことのできる形状であればよく、様々な形状を採用することができる。
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクターに用いる場合に適している。
AX 中心軸、P,Z 矢印、1 プロジェクター、202 光源装置、3,4 アーク用電極、11 発光管、12 主反射鏡、12a 主反射面、13 副反射鏡、13a 副反射面、14 絶縁シート、15 発光部、16 第2封止部、17 第1封止部、18 第1冷却用電極(第1電極)、19 第2冷却用電極(第2電極)、19c 放電部、23 延伸部、27 固着部、30 電圧印加部、31 凹レンズ、32 第1インテグレーターレンズ、33 第2インテグレーターレンズ、34 偏光変換素子、35 重畳レンズ、36 第1ダイクロイックミラー、37 反射ミラー、38R R光用フィールドレンズ、38G G光用フィールドレンズ、38B B光用フィールドレンズ、39R R光用空間光変調装置、39G G光用空間光変調装置、39B B光用空間光変調装置、40 クロスダイクロイックプリズム、41 第1ダイクロイックミラー、42 リレーレンズ、43 反射ミラー、44 リレーレンズ、45 反射ミラー、46 第1ダイクロイック膜、47 第2ダイクロイック膜、48 投写レンズ

Claims (3)

  1. 光を射出する発光部と、前記発光部の一方側に一体に設けられた第1封止部と、を備える発光管と、
    前記発光部の周囲のうちの一部を覆い前記発光部から射出した光を反射させる副反射面と、前記第1封止部を覆う延伸部と、を備える副反射鏡と、
    前記発光部から射出した光と、前記副反射鏡で反射した光とを反射させる主反射鏡と、
    前記延伸部と前記第1封止部との間に設けられた絶縁シートと、
    前記絶縁シートと前記延伸部との間に配置された第1電極と、
    前記絶縁シートに対して前記第1電極が配置された側の反対面側に配置された第2電極と、を有し、
    前記第2電極は、前記第1電極よりも前記発光部側にずらして配置され、
    前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することでイオン風を起こし、前記副反射面と前記発光部との間の空気を流動可能とすることを特徴とする光源装置。
  2. 前記発光管は、
    前記延伸部、前記第1電極および前記第2電極は、前記第1封止部の略全周を囲む筒状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
  3. 請求項1または2に記載の光源装置と、
    前記第1電極と前記第2電極との間に交流電圧を印加させる電圧印加部と、
    前記光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクター。
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