CN1945110A - 照明装置以及投影机 - Google Patents

Abstract

提供一种照明装置以及具备该照明装置的投影机。该照明装置具备具有一对电极的发光管、和将来自所述发光管的光向被照明区域侧反射的反射镜；其中，所述反射镜具有内表面和外表面；所述内表面，相对于以反射的光通过在所述一对电极间产生的电弧像的方式反射来自所述电弧像的光的理想内表面倾斜；所述反射镜的反射膜，被形成在所述反射镜的外表面上。该投影机具备上述的照明装置、调制从照明装置射出的光束的光调制装置、以及投影由所述光调制装置调制过的光束的投影光学系统。

Description

照明装置以及投影机

本申请是申请号为200510051528.2、申请日为2005年3月1日、发明名称为“反射镜的制造方法、反射镜、照明装置以及投影机”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种照明装置以及具备该照明装置的投影机。

背景技术

一直以来，存在有如下那样的技术，即，在具备发光管、使从发光管放射的光射向规定的方向的主反射镜的照明装置中，在夹着发光管而与主反射镜相对的位置上，设置由石英等构成的副反射镜，从而虽然是从发光管放出但因成为杂散光而不能供于使用的光，也可有效地加以利用(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开平8-31382号公报(第2页、第1图)

发明内容

在这种照明装置中，由于副反射镜是以提高光的有效效率为目的而设置的，因此在其反射面上需要较高的精度。

本发明是鉴于上述问题而研制成的，其目的在于提供一种可高精度地形成反射面从而能够制造光利用效率较高的反射镜的反射镜制造方法、用该方法制造的反射镜、具备该反射镜的照明装置以及具备该照明装置的投影机。

本发明的反射镜的制造方法，是具备发光管和反射来自于前述发光管的光的反射镜的照明装置的反射镜的制造方法，其具备：加热石英玻璃管的中央部，将石英玻璃管的两端部向中心方向压缩而压缩集聚成中央部的压缩集聚工序；将压缩集聚工序后的石英玻璃管收容在具有被形成为应在反射镜上形成的反射面形状的内表面的成形模具内，并通过从石英玻璃管的两端部注入气体，使压缩集聚成的前述中央部膨胀鼓起而形成鼓起部的膨胀鼓起工序；将石英玻璃管至少在鼓起部的中心部切断的切断工序；在鼓起部的外表面上蒸镀反射膜而形成反射面的蒸镀工序。

通过这样，可高精度地形成反射面，并可制造光利用效率较高的副反射镜。

另外，本发明的反射镜的制造方法，在切断工序中，除了石英玻璃管的鼓起部的中心部附近之外，还将从鼓起部的两端向外方延伸的圆筒部的两端部切断，形成用于与发光管固定的筒状的安装支承部。

由于这样形成安装支承部，因此可制造与发光管的安装性较好的副反射镜。

另外，本发明的反射镜，是用上述的反射镜的制造方法制造的。

这样制造的反射镜，是光利用效率高，另外与发光管的安装性好的反射镜。

另外，本发明的照明装置，具备发光管、和将来自于发光管的光向被照明区域侧反射的反射镜；反射镜是用上述的反射镜的制造方法制造的。

由于具备用上述的制造方法制造的反射镜，因此可得到光利用效率较高的照明装置。

另外，本发明的照明装置，具备发光管、将来自于发光管的光向被照明区域侧反射的主反射镜、和将来自于发光管的光向主反射镜反射的副反射镜；副反射镜是用上述的反射镜的制造方法制造的。

由于具备用上述的制造方法制造的副反射镜，因此可得到光利用效率较高的照明装置。

另外，本发明的投影机，是具备上述的照明装置、对从照明装置射出的光束进行调制的光调制装置、和投影由前述光调制装置调制过的光束的投影光学系统的投影机。

由于具备上述照明装置，因此可得到达成高亮度化的投影机。

附图说明

图1是具备本发明的一个实施形态的副反射镜的照明装置的构成图。

图2是说明副反射镜的制造方法的工序流程图。

图3是说明副反射镜的制造工序的示意图。

图4是内表面反射与外表面反射的光路比较图。

图5是展示内表面反射与外表面反射的情况的比较结果的图。

图6是具备上述实施形态的照明装置的投影机的构成图。

标号说明

6           石英玻璃管        6a    石英玻璃管的中央部

6b          石英玻璃管的鼓起部

6c          石英玻璃管的两端的圆筒部

10          发光管            20    主反射镜

30          副反射镜          31    凹面部

32          反射面            33    外表面

34          内表面            34a   理想内表面

35          安装支承部        80    成形模具

81a、82a    成形模具的内表面  100   照明装置

600         投影透镜(投影光学系统)

具体实施方式

首先，在说明本发明的实施形态的反射镜的制造方法之前，先对具备由该制造方法所制造成的副反射镜的照明装置进行说明。

图1(a)是展示具备由本发明的反射镜的制造方法所制造的副反射镜的照明装置的图。

该照明装置100，具备发光管10、将来自于发光管10的光向被照明区域侧反射的主反射镜20、和将来自于发光管10的光向主反射镜20反射的副反射镜30。发光管10，由石英玻璃等制成，具备内部封入有钨电极12、12和水银、稀有气体以及少量的卤素的中央的发光部11，和发光部11的两侧的密封部13、13。在各密封部13中，密封有与电极12连接在一起的、由钼制成的金属箔14，在各金属箔14、14上分别设有能够被连接到外部的导线15、15。再者，发光管10不限于水银灯，也可以是金属卤化物灯或氙灯等。

主反射镜20，是配置在发光部11的后侧的反射元件，具备具有形成为旋转椭圆面形状的凹面状反射面的放射部、和用于将发光管10固定在其中心部的贯通孔21。发光管10，以使发光管10的轴与主反射镜20的轴相一致，并且使在一对电极12之间产生的电弧(弧光)像与主反射镜20的第一焦点相一致的方式，用胶合剂等无机类粘接剂22固定粘接在该主反射镜20的贯通孔21内。

副反射镜30，是配置在发光部11的前侧的反射元件，例如，利用低热膨胀材料的石英或低膨胀结晶化玻璃(ネオセラム：超耐热结晶玻璃)、高热传导材料的透光性氧化铝、蓝宝石、水晶、萤石、YAG等来制作。副反射镜30具备：包围发光部11的前侧的大致一半并具有反射面32的凹面部31；和从凹面部31的中央部向外方延伸、以供与发光管10固定的安装支承部35。凹面部31的外表面33，虽然在以后详细叙述，但在其制造工序上，与内表面34相比被高精度地成形为规定的面形状，所以在该外表面33上形成反射面32。这样构成的副反射镜30，是通过将发光管10的密封部13的轴以与副反射镜30的轴相一致的方式插入到安装支承部35内，并使反射面32的焦点与在一对电极12之间产生的电弧像相一致，然后在安装支承部35的内周面与密封部的外周面之间的间隙内注入胶合剂等无机类的粘接剂40，从而固定在发光管10上。

在此，参照图1(b)，对从照明装置100放射的光束进行详细说明。在从在发光部11的一对电极12之间产生的电弧像放射的光束之中，直接射向主反射镜20的光束B1，被主反射镜20的反射面反射，向第2焦点F2的位置射出。

另外，从在发光部11的一对电极12之间产生的电弧像向与主反射镜20相反的一侧放射出的光束B2，被副反射镜30的反射面32向主反射镜20侧反射，进而再由主反射镜20的反射面反射，从而以从主反射镜20向第2焦点F2位置会聚的方式射出。

以往的没有设置副反射镜30的照明装置，不得不只用主反射镜将从发光部11射出的光束会聚到第2焦点F2位置上，并必须扩大主反射镜的反射面的开口直径。

但是通过设置副反射镜30，可将从发光部11向与主反射镜20相反的一侧(前方侧)放射的光束由副反射镜30反射，使其向主反射镜20的反射面入射，因此即便主反射镜20的反射面的开口直径较小，也可以使从发光部11射出的几乎全部光束向一定位置会聚射出，可缩小主反射镜20的光轴方向尺寸以及开口直径。即，可使照明装置100小型化，使得安装照明装置100的电子设备例如投影机内的布局也变得容易。

另外，通过设置副反射镜30，即便为了缩小在第2焦点F2处的聚光光点直径而使主反射镜20的第1焦点F1与第2焦点F2接近，从发光部11放射出的光的大体全部也可以通过主反射镜20以及副反射镜30而会聚在第2焦点，从而得以利用，可大幅度提高光的利用效率。

如前所述，通过使用副反射镜30，从而使从发光部11向与主反射镜20相反的一侧(前方侧)放射的光束，与从发光部11直接入射到主反射镜20的反射面上的光束同样地会聚在主反射镜20的笫2焦点F2位置上，由此提高了照明装置100的光的利用效率。因而，具有成形精度更好的反射面32的副反射镜30，能够构成可进一步发挥装设反射镜32的效果的照明装置100。

其次，对副反射镜30的制造方法进行说明。

图2以及图3是说明本发明的一个实施形态的副反射镜的制造方法的工序流程图以及工序示意图，据此来进行说明。

首先，将作为原料的例如石英玻璃管6的中央部加热到规定的高温，使之容易变形(图2、图3的S1，以下称为加热工序)。

其次，将石英玻璃管6的两端部向中心方向压缩，集聚(肉寄せ：使管壁面向外隆起并使隆起的两面相互靠近)形成中央部6a(图2、图3的S2，以下称为压缩集聚工序)。

然后，将压缩集聚后的石英玻璃管6收容在成形模具80内，在该状态下从石英玻璃管6的两端部压入气体(惰性气体或空气)而进行吹塑成形，使集聚后的中央部6a鼓起而形成鼓起部6b(图2、图3的S3，以下称为膨胀鼓起工序)。由此，形成具备中空的鼓起部6b和从其两侧向外方延伸的圆筒部6c的一体物。在此，成形模具80的上模81以及下模82，具有对应在副反射镜30上形成的反射面32的形状而被形成为理想的形状的内表面81a、82a，由于中央部6a是在被收容于该成形模具80内的状态下鼓起形成的，因此该鼓起部6b的外表面33，就成为复制了理想的反射面形状的面。另一方面，鼓起部6b的内表面34，由于在膨胀鼓起工序被气体吹动，因此很难形成为所期望的反射面形状。

接着，将石英玻璃管6在该鼓起部6b的中心附近将其切断成2节，同时将从鼓起部6b的两端向外方延伸的圆筒部6c的两端部切断(图2、图3的S4，以下称为切断工序)。由此，形成由具有大体半球状的凹面的凹面部31、和从凹面部31的中央部向外方延伸的安装支承部35构成的副反射镜本体。

然后，在如上述的那样达到了作为形成反射面的面的精度的、凹面部31的外表面33上，通过溅射等蒸镀反射膜，从而形成反射面32(图2、图3的S5，以下称为蒸镀工序)。由此，反射面32就成为可将来自于发光管10的光高效率地向主反射镜20反射的反射面。

这样，根据本实施形态，由于在复制了设在成形模具80内的理想的反射面形状的凹面部31的外表面33侧形成反射面32，因此可高精度地形成反射面32，可得到能够将来自发光管10的光高效率地向主反射镜20反射的、光利用效率较高的副反射镜30。因而，可得到光利用效率较高的照明装置100。

另外，由于副反射镜30具有安装支承部35，因此假设与没有设置安装支承部35而只有凹面部31的结构的情况相比，向发光管10的安装就比较容易。再者，虽然该安装支承部35在安装性的方面比较有效，但并非必须如此，本发明也可以是不具备安装支承部35的结构。

再者，本发明的照明装置100，不限于上述实施形态，在不脱离其宗旨的范围内，可以以各种样态加以实施，例如也可以是如下的变形。

在本实施形态中，展示了在将鼓起部6b在中心部切断后，在凹面部31的外表面进行反射膜蒸镀而形成反射面32的例子，但也可以是在切断前的鼓起部6b的外表面进行反射膜蒸镀，然后在其中心部切断。

另外，在本实施形态中虽然对副反射镜30的制造方法进行了说明，但也可以用同样的制造方法制造主反射镜20。

可是，如上所述，凹面部31的内表面34由于在膨胀鼓起工序中被气体吹附在其上，因此很难形成所希望的反射面形状。在此，比较将反射面32形成在其内表面34上的情况、和如本实施例那样形成在外表面33上的情况的反射光的光路，来验证形成在外表面33上的情况的效果。再者，因为在以外表面33使之反射的情况下受到发光管10的折射作用，所以进行还加入了该折射作用的光路比较。

图4是将反射膜设在副反射镜的内表面上的情况和设在外表面上的情况的反射光的光路比较说明图。

在图4中，34a是副反射镜30的理想的内表面；实际的内表面34为相对于该理想内表面34a倾斜角度θ的面。另外，50是在将发光部11的中心看作点光源时的该光源；50’是由理想的内表面34a使之反射的情况下的反射光源；51是由实际的内表面34使之反射的情况下的反射光源；52是由外表面33使之反射的情况下的反射光源。另外，R是从反射光源50’到理想内表面34a的距离；D是副反射镜30的管厚。另外，将副反射镜30的折射率设为n。

在此，在从光源50射出的光53被理想内表面34a反射的情况下，其反射光53’成为通过光源50的光。即，由被理想的内表面34a反射的反射光53’产生的反射光源50’与光源50一致，因此就会沿着与从光源50直接向主反射镜20射出的光相同的光路前进。与此相对，在由相对于内表面34a倾斜的内表面34进行反射的情况下，由于内表面34倾斜角度θ，因此反射角θ1就变为2θ，从而形成反射光54。由该反射光54产生的反射光源51距离反射光源50’的位移量L1，由以下的(1)式表示。

位移量L1＝2(R·tan(θ1/2))               …(1)

另外，在以外表面33使其反射的情况下，从光源50射出的光53，由于内表面34的角度θ的倾斜与发光管10的折射率n的作用，光线角度变化1/n·θ从而成为光线53a。然后，当在外表面33处反射时，仅偏离θ2(＝2·1/n·θ)的角度而成为反射光53b。然后，在该反射光53b通过内表面34之际，再次被折射角度1/n·θ，最终成为与光线53平行的光线53c。由该光线53c产生的反射光源52距离反射光源50’的位移量，由以下的(2)式表示。

位移量L2＝2(D·tan(θ2/2))                  …(2)

在此，将折射率设为1.4602、管的厚度D设为2mm、反射光源50’与理想内表面34a的距离R设为10mm，利用上述(1)式以及(2)式，使实际的内表面34相对于理想的内表面34a的倾斜角度θ变化，计算出在反射的面上的反射光的反射角θ1、θ2，和从反射光源50’到各自的反射光源51、52的位移量L1、L2，将由内表面34使其反射的情况与由外表面33使其反射的情况进行比较，并将比较图表展示在图5中。在图5中，横轴表示实际的内表面34相对于理想的内表面34a的倾斜角度θ(度)，左纵轴表示在内表面34或外表面33处的反射光的反射角θ1或θ2(度)，右纵轴表示从反射光源50’到反射光源51或52的位移量L1或L2(mm)。

图5的标号61表示的是由内表面34使之反射时的反射光的反射角θ1；62表示的是由外表面33使之反射时的反射光的反射角θ2；标号71表示的是由内表面34使之反射时的从反射光源50’到反射光源51的位移量L1；标号72表示的是由外表面33使之反射时的从反射光源50’到反射光源52的位移量L2。再者，这里的θ1、θ2、L1、L2与图4中的θ1、θ2、L1、L2相对应。

如从图5可知的那样，无论相对于理想的内表面34a的实际内表面34的倾斜角度θ为多大角度，在由内表面34进行的反射和由外表面33进行的反射中，由外表面33进行的反射的一方，反射光的反射角以及从反射光源50’到反射光源的位移量都较小。由此，可知在内表面34相对于理想的内表面34a倾斜的情况下，由外表面33进行的反射的一方可得到较高的光利用效率。

图6是具备上述照明装置的投影机的构成图。

该投影机1000，具备照明光学系统300、色光分离光学系统380、中继光学系统390、液晶面板410R、410G、410B、十字分色棱镜420、和作为投影光学系统的投影透镜600。

下面，说明上述构成的投影机1000的作用。

照明光学系统300，是用于将液晶面板410R、410G、410B的图像形成区域大体均匀地照明的积分照明光学系统，具备上述实施形态的照明装置100、第1透镜阵列320、第2透镜阵列340、偏振变换元件阵列360、和叠加透镜370。

首先，来自于比发光管10的发光部11的中心靠后侧的出射光，被主反射镜20反射而向照明装置100的前方行进。另外，来自于比发光部11的中心靠前侧的出射光，在被副反射镜30反射而返回到主反射镜20后，被主反射镜20反射而向照明装置100的前方行进。在此，由于该副反射镜30的反射面32是如上述那样高精度地形成的，因此就能够将入射光高效率地向主反射镜20反射。然后，从照明装置100射出的光入射到凹透镜200上，光的行进方向被调整为与照明光学系统300的光轴大致平行。

被平行化的光，入射到第1透镜阵列320的各小透镜321上，被分割成与小透镜321的数量相对应的多个部分光束。进而，透过了第1透镜阵列320的各部分光束，入射到具有与该各小透镜321分别相对应的小透镜341的第2透镜阵列340上。

然后，来自于第2透镜阵列340的出射光，入射到将光的偏振方向统一为同种类的直线偏振光的偏振变换元件阵列360。然后，由偏振变换元件阵列360统一了偏振方向后的多个部分光束进入叠加透镜370，因此，向液晶面板410R、410G、410B入射的各部分光束被调整为能够在相对应的面板表面上叠加。

通过了叠加透镜370的光，在被反射镜372反射后，入射到色光分离光学系统380上。色光分离光学系统380，是将从照明光学系统300射出的光分离成红、绿、蓝这3种颜色的色光的光学系统，具备分色镜382、386和反射镜384。

第1分色镜382，在使从叠加透镜370射出的光中的红色光分量透过的同时，反射蓝色光分量和绿色光分量。然后，红色光分量透过第1分色镜382之后被反射镜384反射，通过场透镜400R而到达红色光用的液晶面板410R。另外，被第1分色镜382反射的蓝色光分量以及绿色光分量中的绿色光分量被第2分色镜386反射，通过场透镜400G而到达绿色光用的液晶面板410G。

另一方面，蓝色光分量透过第2分色镜386，入射到中继光学系统390上。中继光学系统390，是具有将透过了色光分离光学系统380的分色镜386的蓝色光导引至液晶面板410B的功能的光学系统，具备入射侧透镜392、中继透镜396、和反射镜394、398。

即，蓝色光分量通过入射侧透镜392、反射镜394、中继透镜396、以及反射镜398，进而通过场透镜400B而到达蓝色光用的液晶面板410B。其中，之所以对蓝色光使用中继光学系统390，是由于蓝色光的光路比其他的色光的光路长，为了防止因光的发散等而导致的光的利用效率的降低的缘故。即，是为了将入射到入射侧透镜392上的部分光束原样不变地传送给场透镜400B的缘故。另外，虽然设为中继光学系统390使3种色光中的蓝色光通过，但也可以设为使红色光等其他的色光通过。

接着，3个液晶面板410R、410G、410B，将入射到其上的各色光按照所赋予的图像信息进行调制，形成各色光的图像。另外，在各液晶面板410R、410G、410B的光入射面侧、光出射面侧，通常设有偏振板。

接着，从各液晶面板410R、410G、410B射出的各色光的调制光，入射到作为将这些调制光合成而形成彩色图像的色光合成光学系统的十字分色棱镜420上。在十字分色棱镜420上，反射红色光的电介质多层膜和反射蓝色光的电介质多层膜，沿着4个直角棱镜的界面被形成为略X字状，由这些电介质多层膜将3种色光合成。

然后，从十字分色棱镜420射出的彩色图像，被投影透镜600放大投影在屏幕上。

根据上述投影机1000，由于具备前述的照明装置100，因此得到了较高的光利用效率，可达成投影机1000的高亮度化。

再者，本发明的投影机1000，不限于上述实施形态，在不脱离其宗旨的范围内，可在各种形态中加以实施，例如可进行如下的变形。

在上述实施形态中，虽然使用了将来自于照明装置100的光分割成多个部分光束的2个透镜阵列320、340，但该发明也可以适用于没有使用这样的透镜阵列的投影机。

在上述实施形态中，虽然以使用了透过型的液晶面板的投影机为例进行了说明，但本发明不限于此，也可以适用于使用了反射型的液晶面板的投影机。在使用了反射型的液晶面板的情况下，可以仅由液晶面板构成，而不需要一对偏振板。另外，在使用了反射型的液晶面板的投影机中，有时在十字分色棱镜被作为将照明光分离成红、绿、蓝这3种颜色的光的色光分离装置而利用的同时，还作为将调制过的3色光再次合成而向相同的方向射出的色光合成装置而被利用。另外，有时使用的不是十字分色棱镜，而是将三棱柱或四棱柱状的分色棱镜组合多个而成的分色棱镜。在将该发明适用于使用了反射型的液晶面板的投影机的情况下，也可得到与使用了透过型的液晶面板的投影机大致同样的效果。

另外，虽然以利用3片液晶面板作为调制装置的投影机为例进行了说明，但本发明也可适用于使用1片、2片、或4片或更多的液晶面板的构成的投影机。

另外，对入射光进行调制而生成图像的光调制装置不限于液晶面板，例如，也可以是使用了微镜的装置。进而，本发明的灯装置，可适用于从观察投影面的方向进行图像投影的前投式投影机、或者从与观察投影面的方向相反的一侧进行图像投影的背投式投影机的任何一种投影机。

具备了如以上那样由本发明的制造方法制造的副反射镜的照明装置，可作为投影机或其他各种光学装置的光源而广泛利用。

Claims (3)

1.一种照明装置，该照明装置具备具有一对电极的发光管、和将来自所述发光管的光向被照明区域侧反射的反射镜，其特征在于：

所述反射镜具有内表面和外表面；

所述内表面，相对于以反射的光通过在所述一对电极间产生的电弧像的方式反射来自所述电弧像的光的理想内表面倾斜；

所述反射镜的反射膜，被形成在所述反射镜的外表面上。

2.一种照明装置，该照明装置具备具有一对电极的发光管、将来自所述发光管的光向被照明区域侧反射的主反射镜、和将来自所述发光管的光向所述主反射镜反射的副反射镜，其特征在于：

所述副反射镜具有内表面和外表面；

所述内表面，相对于以反射的光通过在所述一对电极间产生的电弧像的方式反射来自所述电弧像的光的理想内表面倾斜；

所述副反射镜的反射膜，被形成在所述副反射镜的外表面上。

3.一种投影机，其特征在于，具备：如权利要求1或2所述的照明装置；调制从照明装置射出的光束的光调制装置；以及投影由所述光调制装置调制过的光束的投影光学系统。

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