JP2015055772A - 複合導光体および光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光のちらつきや揺らぎが抑制されると共に、光の損失が低減される複合導光体および光源装置を提供すること。
【解決手段】複合導光体は、内面に反射面が形成されてなる矩形筒状の主導光体と、前記主導光体の内部に筒軸方向に伸びて当該主導光体の内部を仕切るように設けられた、平板形状の透光性基体の両面に反射膜による反射面が形成されてなる補助導光体とよりなることを特徴とすることを特徴とする。光源装置は、放電ランプと、前記放電ランプよりの光を集光するリフレクタと、前記リフレクタよりの光を導く前記複合導光体とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、プロジェクタ等の投影装置に用いられる光源装置および複合導光体に関する。

一般に、プロジェクタ等の投影装置の光源として、ショートアーク型の放電ランプが用いられている。放電ランプにおいては、アークのちらつき（フリッカー）や放電ランプ内での封入ガスの揺らぎ（フレア）などが偶発的に発生し、放電ランプからの投影光にちらつきや揺らぎが視認されることがある。

例えば、特許文献１には、放電ランプの光を導光するための光学部材（ライトトンネル）の内部に仕切板が設けられた光源装置が開示されている。このような構成により、ライトトンネル内での反射回数が増加して光が混合し、ちらつきや揺らぎの少ない、照度が均一化した投影光を得ることができる。

上記の光源装置では、仕切板がライトトンネル内の光路を仕切り、光を反射させる機能を担うため、仕切板を形成する材料としては光の反射特性に優れたものが用いられている。この光源装置においては、例えば図９に示すように、放電ランプ１０から集光された光の一部が、ライトトンネル４１の入射開口４１ａ側における仕切板４２の端面４２ｓで反射されてライトトンネル４１内に入射しないため（図９に示す矢印参照）、光の損失があった。
また、ちらつきや揺らぎを低減する観点からは、より多くの仕切板を設けることが好ましいが、仕切板の個数が増加するに従って、ライトトンネルの入射開口側における仕切板の端面面積が増加し、光の損失がより一層大きいものとなる。

特開２００６−３０８６７８号公報

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、投影光のちらつきや揺らぎが抑制されると共に、光の損失が低減される複合導光体および光源装置を提供することにある。

本発明の複合導光体は、内面に反射面が形成されてなる矩形筒状の主導光体と、
前記主導光体の内部に筒軸方向に伸びて当該主導光体の内部を仕切るように設けられた、平板形状の透光性基体の両面に反射膜による反射面が形成されてなる補助導光体とよりなることを特徴とする。

本発明の複合導光体においては、前記補助導光体は、その反射面が、前記主導光体における断面矩形の各辺に係る反射面のいずれかと平行に対向するように配置されていることが好ましい。
また、本発明の複合導光体においては、前記補助導光体は、その光出射側端が、前記主導光体の光出射側端より内方に位置するように配置されていることが好ましい。

本発明の光源装置は、放電ランプと、
前記放電ランプよりの光を集光するリフレクタと、
前記リフレクタよりの光を導く上記の複合導光体とを備えてなることを特徴とする。

本発明の光源装置においては、前記補助導光体の光入射側端は、前記リフレクタの焦点位置から変位した位置に配置されていることが好ましい。

本発明の複合導光体によれば、補助導光体が主導光体の筒軸方向に伸びて当該主導光体の内部を仕切るように設けられることにより、仕切られた内部空間での反射回数が増大されるため、投影光のちらつきや揺らぎを抑制することができる。その上、主導光体の内部に設けられた補助導光体が透光性基体の両面に反射膜が形成されてなるものからなることにより、補助導光体の端面に入射した光も利用することができるため、光の損失が低減される。

また、本発明の複合導光体によれば、補助導光体の光出射側端が主導光体の光出射側端より内方に配置されていることにより、複合導光体の光出射面での照度分布により高い均一性が得られる。

本発明の光源装置によれば、上記複合導光体を備えることにより、光の損失が低減されると共に、投影光のちらつきや揺らぎが抑制される。

また、本発明の光源装置によれば、補助導光体の光入射側端が、リフレクタの焦点位置から変位した位置に配置されていることにより、リフレクタによって集光された光の全てが補助導光体の端面から入射されることを回避することができる。

本発明の光源装置の一例における構成を示す説明用断面図である。 図１に示す光源装置における放電ランプおよびリフレクタの具体的な構成を示す説明用断面図である。 図１に示す光源装置における複合導光体の構成を示す説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す光源装置における導光状態の一例を示す説明用断面図である。 本発明の複合導光体の他の例における構成を示す説明用正面図である。 本発明の複合導光体のさらに他の例における構成を示す説明用正面図である。 本発明の複合導光体のさらに他の例における構成を示す説明用正面図である。 本発明の複合導光体のさらに他の例における構成を示す説明用断面図である。 従来の光源装置の一例における構成を示す説明用断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の光源装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
この光源装置は、放電ランプ１０と、この放電ランプ１０を取り囲むように配置された、当該放電ランプ１０よりの光を集光するリフレクタ２０と、リフレクタ２０の光出射開口２１ｂの光出射方向前方に配置された、リフレクタ２０よりの光を導く複合導光体３０とを備えている。

放電ランプ１０は、例えば波長３８０〜７８０ｎｍの可視光を高い効率で放射するショートアーク型の高圧水銀ランプを用いることができる。放電ランプ１０は、図２に示すように、発光空間を形成する略回転楕円体状の発光管部１２と、その両端に連続して管軸方向外方伸びるロッド状の封止部１３Ａ，１３Ｂとを有する放電容器１１を備えている。発光管部１２内には、陰極１５と陽極１６とが互いに対向して配置されていると共に、点灯始動ガスとして希ガスと、当該発光管部１２の内壁の黒化抑制のためのハロゲンと、発光物質として水銀とが封入されている。

放電容器１１は、例えば石英ガラスなどにより形成されている。
水銀の封入量は、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ³ 以上とされている。水銀の封入量は、温度条件によっても異なるが、所望の水銀蒸気圧に応じて適宜変更することができる。
希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであって、例えばアルゴンガスが１０〜２０ｋＰａ程度の量で封入されている。
ハロゲンガスは、ハロゲンサイクルを利用して放電ランプ１０の寿命を延ばすと共に発光管部１２の破損および失透を防止するためのものであって、その封入量は、例えば１×１０^-6〜１×１０^-2μｍｏｌ／ｍｍ³ の範囲内において、放電ランプ１０の仕様に応じて適宜調整される。

リフレクタ２０は、その光軸を中心とする回転楕円面状の光反射面２１ａを有する凹面楕円鏡により構成されている。具体的には、リフレクタ２０は、凹状であって集光空間を形成する集光部２１と、この集光部２１の光出射方向後方側に連続して光軸方向に伸びる筒状頸部２２とを有する。リフレクタ２０は、放電ランプ１０の一方の封止部１３Ａが筒状頸部２２内に挿通されて放電ランプ１０の管軸がリフレクタ２０の光軸と一致すると共に、当該リフレクタ２０の焦点（第１焦点）位置が放電ランプ１０の電極間位置に一致するよう配置されている。この状態において、一方の封止部１３Ａの外周面と筒状頸部２２の内周面との間に形成される間隙に充填された接着剤２５によって固定されている。

リフレクタ２０は、例えば、ホウケイ酸ガラスよりなる基体の内表面に、波長選択特性を有する誘電体多層膜が形成されてなるものである。誘電体多層膜としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ₂ ）層とチタニア（ＴｉＯ₂ ）層が交互に積層されてなるものや酸化ニオブ（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ）層とシリカ（ＳｉＯ₂ ）層が交互に積層されてなるものなどが挙げられる。

複合導光体３０は、図３に示すように、内面全面に反射面３１１が形成されてなる矩形筒状の主導光体３１と、この主導光体３１の内部に当該主導光体３１の筒軸方向に伸びて当該主導光体の内部を仕切るように設けられた平板状の補助導光体３２とにより構成されている。

複合導光体３０は、その一端にリフレクタ２０よりの光が入射される入射開口３０ａを有すると共に、その他端に複合導光体３０内で混合された光が出射される出射開口３０ｂを有する。
複合導光体３０は、リフレクタ２０の光出射開口２１ｂと、当該複合導光体３０の入射開口３０ａとが対向するように設けられている。

主導光体３１は、互いに対向する一対の底面部３１ａおよび天面部３１ｂと、当該底面部３１ａおよび天面部３１ｂに連結する、互いに対向する一対の側面部３１ｃ，３１ｄとにより形成される、筒軸方向に垂直な断面形状が矩形の長尺な中空部材からなる。

主導光体３１は、例えば、低膨張ガラスよりなる基体の内表面に波長選択特性を有する誘電体多層膜が形成されてなるものである。誘電体多層膜の膜厚は、例えば４００ｎｍ以上３μｍ以下である。
主導光体３１は、断面矩形の各辺に係る内面、すなわち、底面部３１ａ、天面部３１ｂおよび側面部３１ｃ，３１ｄの内面全てが、反射面３１１とされている。

補助導光体３２は、平板形状の透光性基体３３と、この透光性基体３３の両面全面に形成された反射膜３４とにより構成されている。
補助導光体３２は、主導光体３１の幅方向（図３（ａ）において左右方向）の中心位置に、当該補助導光体３２の反射膜３４が主導光体３１における一対の側面部３１ｃ，３１ｄと平行に対向するように配置されている。そして、補助導光体３２は、主導光体３１における底面部３１ａと天面部３１ｂとによって挟持されて固定されている。

補助導光体３２は、その光出射側端（図３（ｂ）において右端）が、主導光体３０の光出射側端（図３（ｂ）において右端）より筒軸方向の内方に位置するように配置されている。この構成により、複合導光体３０における出射開口３０ｂ側には、補助導光体３２が存在しない空間が形成されている。この補助導光体３２の存在しない出射開口３０ｂ側の内部空間が、複合導光体３０内の光が混合される光混合用空間として機能する。
また、補助導光体３２の光入射側端（図３（ｂ）において左端）は、リフレクタ２０の焦点位置から変位した位置に配置されている。具体的には、補助導光体３２は、その光入射側端が、主導光体３０の光入射側端より筒軸方向の内方に位置するように配置されている。なお、リフレクタ２０の焦点（第２焦点）位置は複合導光体３０の入射開口３０ａの端面（仮想面）における中心位置と一致している。

透光性基体３３は、透光性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば低膨張ガラスなどにより形成されている。透光性基体３３の厚さは、大きいと熱が滞留してしまうため、小さい方が好ましく、例えば０．４〜０．６ｍｍとされる。

反射膜３４は、その両面が反射面とされており、例えば、波長選択特性を有する誘電体多層膜により形成されている。反射膜３４の膜厚は、例えば４００ｎｍ〜３μｍとされる。

このような複合導光体３０においては、主導光体３１の内部空間が補助導光体３２によって２つに仕切られている。具体的には、図示の例においては、底面部３１ａおよび天面部３１ｂの一部並びに側面部３１ｃと、補助導光体３２における反射膜３４とによって囲まれた空間（以下、「一方の空間」ともいう。）Ｓ１と、底面部３１ａおよび天面部３１ｂの一部並びに側面部３１ｄと、補助導光体３２における反射膜３４とによって囲まれた空間（以下、「他方の空間」ともいう。）Ｓ２とが形成されている。これらの空間Ｓ１，Ｓ２は、共に、主導光体３１の筒軸方向に垂直な断面形状が矩形のものとされる。

複合導光体３０の具体的な寸法の一例を示すと、主導光体３１の外形寸法は、７．８ｍｍ×６．２ｍｍ×３０ｍｍ（幅×高さ×奥行）、内形寸法は、５．６ｍｍ×３．９ｍｍ×３０ｍｍ（幅×高さ×奥行）であり、補助導光体３２の寸法は、３．９ｍｍ×０．５ｍｍ×２０ｍｍ（幅×厚さ×長さ）、反射膜３４の膜厚は１μｍである。

以上のような光源装置においては、放電ランプ１０からの光をリフレクタ２０が集光し、集光された光が複合導光体３０の入射開口３０ａから入射される。入射開口３０ａから入射された光の一部は、例えば図４に示すように、一方の空間Ｓ１で反射を繰り返す（図４に示す一点破線の矢印（光Ｌ１）参照）。また、入射開口３０ａから入射された光の一部は、図４に示すように、補助導光体３２の透光性基板３３の端面３２ｓから入射し、両面に形成された反射膜３４，３４によって挟まれた領域（具体的には透光性基体３３中）で反射を繰り返す（図４に示す破線の矢印（光Ｌ２）参照）。これら反射を繰り返した光Ｌ１，Ｌ２は、複合導光体３０の出射開口３０ｂから出射される。

このような光源装置によれば、補助導光体３２が主導光体３１の筒軸方向に伸びて当該主導光体３１の内部を仕切るように設けられることにより、補助導光体３２が主導光体３１の内部空間を仕切る仕切板の機能を担い、光路が分割されるので、当該分割された光路（空間Ｓ１，Ｓ２）での反射回数が増大されるため、投影光のちらつきや揺らぎを抑制することができる。その上、主導光体３１の内部に設けられた補助導光体３２が透光性基体３３の両面に反射膜３４が形成されてなるものからなることにより、補助導光体３２の端面３２ｓに入射した光も利用することができるため、光の損失が低減される。

また、この光源装置によれば、補助導光体３２の光出射側端が主導光体３１の光出射側端より内方に配置されていることにより、例えば、一方の空間Ｓ１で反射を繰り返した光Ｌ１や透光性基体３３中で反射を繰り返した光Ｌ２などの光が、補助導光体３２の存在しない出射開口３０ｂ側の内部空間で混合される。その結果、当複合導光体３０の光出射面での照度分布により高い均一性が得られる。

さらに、この光源装置によれば、補助導光体３２の光入射側端が、リフレクタ２０の焦点位置から変位した位置に配置されていることにより、リフレクタ２０によって集光された光の全てが補助導光体３２の端面３２ｓから入射されることを回避することができる。

本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、主導光体の内部での補助導光体の個数や配置位置は特に限定されない。例えば、図５に示すように、主導光体３１の内部において、２つの補助導光体３２，３２が、一定の間隔を設けて平行に筒軸方向に伸びるように配置される構成とすることができる。この構成においては、主導光体３１の内部空間が補助導光体３２，３２によって３つに仕切られる。また例えば、図６に示すように、主導光体３１の内部において、２つの補助導光体３２，３２が、筒軸方向に垂直な断面が十字状となるように直交して配置される構成とすることができる。この構成においては、主導光体３１の内部空間が補助導光体３２，３２によって４つに仕切られる。
本発明においては、上記構成のように、補助導光体の個数を増加させても、当該補助導光体が透光性基体からなることにより、当該補助導光体の端面に入射した光も利用することができるので、光の損失が殆どない。

また例えば、図７に示すように、１つの補助導光体３２が、主導光体３１の内部空間を斜めに仕切るように配置される構成とすることができる。この構成においては、主導光体３１の内部空間が補助導光体３２によって２つに仕切られ、当該仕切られた空間において、筒軸方向に垂直な断面形状が三角形となる。また、補助導光体によって仕切られた空間において、筒軸方向に垂直な断面形状が六角形となるように補助導光体が配置されてもよい。
なお、本発明の光源装置においては、図３、図５および図６に示す構成のように、補助導光体は、その反射面が、主導光体における断面矩形の辺に係る反射面のいずれかと、平行に対向するように配置されていることが好ましい。具体的には、例えば図３においては、補助導光体３２は、その反射面（反射膜３４）が、主導光体３１における側面部３１ｃ（３１ｄ）による反射面と平行に対向するように配置されている。この構成により、複合導光体の光出射面での照度分布により高い均一性が得られる。

さらに例えば、補助導光体の反射膜は透光性基体の両面全面に形成されている必要はなく、図８に示すように、補助導光体の長尺方向における中間部分において透光性基体の一部が露出されていてもよい。このように、補助導光体が透光性基体の両面に部分的に反射膜が形成されてなる構成においては、複合導光体３０の入射開口３０ａから入射された光の一部は、一方の空間Ｓ１で反射を繰り返し、さらに、透光性基体３３を透過して、他方の空間Ｓ２で反射を繰り返す（図８に示す一点破線の矢印（光Ｌ３）参照）。また、入射開口３０ａから入射された光の一部は、図８に示すように、補助導光体３２の透光性基板３３の端面３２ｓから入射し、両面に形成された反射膜３４，３４によって挟まれた領域（具体的には透光性基体３３中）で反射を繰り返し、さらに、一方の空間Ｓ１へ入射し当該一方の空間Ｓ１で反射を繰り返す（図８に示す破線の矢印（光Ｌ４）参照）。これら反射を繰り返した光Ｌ３，Ｌ４は、複合導光体３０の出射開口３０ｂから出射される。このような構成により、主導光体の内部空間における光路の分割と結合を調整することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

〈実施例１〉
下記仕様に従って、図１に示す構成の光源装置（Ａ）を作製した。
[放電ランプ（１０）]
放電容器（１１）の材質：石英ガラス
水銀の封入量：０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上
希ガス（アルゴンガス）の封入量：２０ｋＰａ
ハロゲンガス（Ｂｒ）の封入量：１×１０^-6〜１×１０^-2μｍｏｌ／ｍｍ³
定格電圧：８０Ｖ、定格消費電力：４００Ｗ
[リフレクタ（２０）]
基体の材質：ホウケイ酸ガラス
光反射面（２１ａ）の材質：誘電体多層膜（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ／ＳｉＯ₂ の交互膜）
光出射開口（２１ｂ）の開口径：５０ｍｍ
[複合導光体（３０）]
主導光体（３１）の寸法：外形寸法；７．８ｍｍ×６．２ｍｍ×３０ｍｍ（幅×高さ×奥行）、内形寸法；５．６ｍｍ×３．９ｍｍ×３０ｍｍ（幅×高さ×奥行）
主導光体（３１）の材質：基体；石英ガラス、反射面；誘電体多層膜（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ／ＳｉＯ₂ の交互膜）
補助導光体（３２）の寸法：３．９ｍｍ×０．５ｍｍ×２０ｍｍ（幅×厚さ×長さ）
透光性基体（３３）の材質：石英ガラス
反射膜（３４）の材質：誘電体多層膜（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ／ＳｉＯ₂ の交互膜）
反射膜（３４）の膜厚：１μｍ

〈比較例１〉
実施例１において、補助導光体（３２）をアルミニウム板に変更したことの他は、同様にして光源装置（Ｂ）を作製した。

光源装置（Ａ）および光源装置（Ｂ）につき、複合導光体の出射開口から出射される光の照度をそれぞれ測定した。光源装置（Ａ）の照度は、光源装置（Ｂ）の照度の１．０３倍であった。
以上の結果より、本発明に係る実施例１の光源装置（Ａ）は、比較例１の光源装置（Ｂ）に比べて、光の損失が低減されることが確認された。

１０ 放電ランプ
１１ 放電容器
１２ 発光管部
１３Ａ，１３Ｂ 封止部
１５ 陰極
１６ 陽極
２０ リフレクタ
２１ 集光部
２１ａ 光反射面
２１ｂ 光出射開口
２２ 筒状頸部
２５ 接着剤
３０ 複合導光体
３０ａ 入射開口
３０ｂ 出射開口
３１ 主導光体
３１１ 反射面
３１ａ 底面部
３１ｂ 天面部
３１ｃ，３１ｄ 側面部
３２ 補助導光体
３２ｓ 端面
３３ 透光性基体
３４ 反射膜
４１ ライトトンネル
４１ａ 入射開口
４２ 仕切板
４２ｓ 端面
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 光
Ｓ１ 一方の空間
Ｓ２ 他方の空間

Claims (5)

1. 内面に反射面が形成されてなる矩形筒状の主導光体と、
   前記主導光体の内部に筒軸方向に伸びて当該主導光体の内部を仕切るように設けられた、平板形状の透光性基体の両面に反射膜による反射面が形成されてなる補助導光体とよりなることを特徴とする複合導光体。
2. 前記補助導光体は、その反射面が、前記主導光体における断面矩形の各辺に係る反射面のいずれかと平行に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の複合導光体。
3. 前記補助導光体は、その光出射側端が、前記主導光体の光出射側端より内方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の複合導光体。
4. 放電ランプと、
   前記放電ランプよりの光を集光するリフレクタと、
   前記リフレクタよりの光を導く請求項１に記載の複合導光体とを備えてなることを特徴とする光源装置。
5. 前記補助導光体の光入射側端は、前記リフレクタの焦点位置から変位した位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。

Images