光源装置及投影仪的制作方法

专利名称：光源装置及投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源装置和投影仪。
背景技术：
以往，作为用于投影仪等中的光源装置公知有具备无电极灯的装置。无电极灯中 具有下述结构，向封入了在微波电磁场的作用下发光的发光物质的放电管内设置由金属线 构成的一对导波体，通过在这些导波体的端部间的间隙中产生的电磁场的集中来发光(例 如，参照专利文献1)。通过在导波体的间隙之间进行发光，能够有效地传递电力，并且由于 在间隙之间进行发光，因此具有能够减小发光体积的优点。但是，实际上，导波体会作为天 线而起作用，存在不能提高间隙之间的发出光率的问题或发光不稳定的问题。因此，提出了几种使用圆筒型谐振器来使电场集中的灯。例如，在专利文献2中， 公开了在谐振室容器内配置具有放电浓缩物的灯并向谐振室容器内提供电磁能量的装置 构成。专利文献1特开2007-115534号公报专利文献2特开2007-102194号公报在专利文献2记载的装置中，虽然通过谐振室容器来防止电磁能量的泄漏，但是 由于并没有构成将电磁能量刻意集中在放电浓缩物中的结构，因此会浪费能量。由此，使用 谐振器来使灯发光时，有效地集中微波的方法很重要。

发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题而形成，目的在于通过将微波有效地集中到放电 部来提供一种高亮度且发光稳定的光源装置及投影仪。为了解决上述课题，本发明的光源装置的特征在于，具备放电管和与放电管连接 的电极的放电灯配置在椭圆型谐振器的一个公共焦点处，向放电灯提供微波的供电天线配 置在椭圆型谐振器的另一个公共焦点处。根据本发明，通过在椭圆型谐振器的两个公共焦点中的一个公共焦点处配置放电 灯、在另一个公共焦点处配置提供微波的供电天线，使得从供电天线放射到椭圆型谐振器 内部的微波在谐振器内谐振，并集中到一个公共焦点即放电灯中，放电灯会根据该集中的 微波来进行发光。这样，由于能够使微波有效地集中到放电灯中，因此与使用现有的圆筒型 谐振器的构成相比，能够提高微波的利用效率，并且即使是与以往相同的能量，也能得到更 高亮度发光。另外，还能实现放电稳定化等，能够得到比以往更稳定的发光状态。另外，优选在椭圆型谐振器的壁部形成使放电灯的发出光射出到椭圆型谐振器的 外部的射出口。根据本发明，能够有效地将放电灯的发出光取出到外部。另外，优选在椭圆型谐振器的内部设置将放电灯的发出光向射出口反射的反射
镜
根据本发明，由于在从放电灯放射出的发出光中，能够将射出到与射出口不同方 向上的光通过反射镜反射到射出口侧，因此能够提高光的利用效率并且能得到高亮度发
光。另外，优选反射镜为朝向放电灯和射出口开口的斗笠形。根据本发明，通过反射镜构成为朝向放电灯和射出口开口的斗笠形，放电灯的发 出光能够在射出口使射出方向一致后作为汇聚光来射出，因此能够得到高亮度的点光源。另外，优选反射镜与供电天线配置在相同的公共焦点处。在本发明中，从配置在椭圆型谐振器的一个公共焦点处的供电天线提供的微波集 中到配置在另一个公共焦点处的放电灯中，由于放电灯的发出光被集中到配置有供电天线 的公共焦点，因此通过将反射镜与供电天线配置在相同的公共焦点，能够将集中到公共焦 点的放电灯的发出光向期望的方向反射。另外，优选射出口形成在与反射镜和供电天线相同的公共焦点的壁部，反射镜具 有使发出光向射出口反射的锥状的反射面。根据本发明，能够使集中在与反射镜和供电天线相同的公共焦点处的放电灯的发 出光通过反射镜的锥状的反射面而可靠地向射出口反射。另外，优选反射镜和放电灯的放电部在椭圆型谐振器的厚度方向上配置在大致相 同的高度。根据本发明，由于能够使在放电灯的放电部中发出的光有效地入射到反射镜上， 因此能够提高光的利用效率并能得到高亮度发光。另外，优选供电天线的前端和放电灯的放电部在椭圆型谐振器的厚度方向上配置 在大致相同的高度。根据本发明，能够使从供电天线向椭圆型谐振器内提供的微波有效地集中到放电 灯(电极)中。另外，优选供电天线向椭圆型谐振器的内部突出的长度近似等于微波的波长的 1/4。根据本发明，由于能提高微波的传送效率，因此能够向椭圆型谐振器内部提供高 能量的微波。另外，优选射出口是在壁部形成的开口部或由透光性部件构成的窗部。根据本发明，由于射出口是在壁部形成的开口部或由透光性部件构成的窗部，因 此能够从椭圆型谐振器内有效地取出放电灯的发出光。另外，通过采用由透明性部件构成 的窗体，能够阻止灰尘或灰土等进入椭圆型谐振器内。另外，优选射出口的口径在微波的波长的1/4以下。根据本发明，由于能够防止椭圆型谐振器内的微波从射出口向外部泄露，因此能 够确保光源装置的高可靠性。另外，优选在射出口上设置屏蔽微波的屏蔽部件。根据本发明，由于能够与射出口的口径无关地防止微波的泄露，因此能够设置期 望的大小的射出口。另外，优选屏蔽部件是间隔在微波的波长的1/4以下的网格部件。根据本发明，能够可靠防止提供到椭圆型谐振器内部的微波透过屏蔽部件向外部泄露。另外，本发明的投影仪具备上述方案记载的光源装置。根据本发明，通过具备节省能量且能得到高亮度发光和稳定发光的光源装置，能 够得到高品质的投影仪。


图1是表示第1实施方式的光源装置的示意结构的侧视图。图2是图1的A-A剖视图。图3是表示第2实施方式的光源装置的示意结构的侧视图。图4是表示第3实施方式的光源装置的示意结构的侧视图。图5是表示第4实施方式的光源装置的示意结构的侧视图。图6是表示光源装置的变形例的侧视图。图7是本发明的投影仪的示意结构图。图中1、20、30、40_光源装置；2_椭圆型谐振器；4_放电灯；6_微波供电部；8_供 电天线；11-放电管；10AU0B-电极；15-放电部；21、22_射出口 ；23-电介质多层膜；27-反 射器(reflector) ；31-反射镜；33-金属网(屏蔽部件)；ql_第一焦点(一个公共焦点)； q2_第二焦点(另一个公共焦点)；Dl-长轴长度；D2-短轴长度；1100-投影仪。
具体实施例方式下面，参照

本发明的实施方式。另外，在以下的说明中使用的各附图中， 由于将各部件设定为能够识别的大小，因此适当变更了各部件的尺寸比例。(第1实施方式)图1是表示本发明的第1实施方式的光源装置的整体结构的侧视图，图2是图1 的A-A剖视图。如图1和图2所示，本实施方式的光源装置1以椭圆型谐振器2、放电灯4、微波供 电部6作为主体来构成，在椭圆型谐振器2的两个公共焦点(confocal point)中的第一焦 点ql处配置放电灯4，在第二焦点q2处配置微波供电部6的供电天线8。本实施方式的光 源装置1采用了对应于2. 45GHz频带的微波(高频电磁波)的构成。放电灯4具备由石英玻璃构成的放电管11、与放电管11连接的一对电极10A、 IOB0放电管11由中央部分鼓成球状的鼓出部11A、向鼓出部IlA的两侧延伸的密封部11B、 IlB构成，在鼓出部IlA的内部形成了大致球状的放电空间K。在该放电空间K内，封入有 被椭圆型谐振器2内进行谐振的微波的能量激励而发光的发光物质。发光物质的种类可根 据希望通过放电灯4产生的光的波长(频率)来适当选择。电极10A、IOB用于对微波进行导波，使彼此的端部互相分离而配置。电极10A、IOB 的材质是导电性材料，特别是优选热膨胀系数小且耐热性高的材料，具体而言，应用钨合金 或不锈钢合金、钼等。其中，为了消除与石英玻璃间的热膨胀差，一部分由箔构成。放电灯4呈竖起姿势以使一对电极10A、IOB的延伸方向与椭圆型谐振器2的厚度 方向一致，放电灯4在该状态下通过灯支承体14固定到椭圆型谐振器2的壁部2b上。椭圆型谐振器2是使从微波供电部6提供的微波谐振的空腔谐振器，构成为长轴方向的长度Dl为180mm、短轴方向的长度D2为120mm，并且具有规定的厚度。椭圆型谐振 器2由铜或铝等金属材料构成。在该椭圆型谐振器2的壁部2a，形成有使放电灯4所发出 的光射出到外部的射出口 21。射出口 21在椭圆型谐振器2的厚度方向上设置在与放电灯4的放电部15 (放电 管11的鼓出部11A)大致相同的高度。射出口 21的口径dl被设定为在椭圆型谐振器2内 谐振的微波不会泄漏的尺寸，具体而言，设定为微波的波长的λ/4以下(约30mm以下)。 另外，作为用于防止灰尘或尘土进入椭圆型谐振器2内部的防尘对策，也可以由透光性部 件堵塞射出口 21的开口。微波供电部6具备对从未图示的微波发生源输出的高频信号进行导波的同轴管 7、将微波供给到椭圆型谐振器2内的供电天线8。供电天线8向椭圆型谐振器2内突出，从 壁部2d垂直插入，其延伸方向与放电灯4中的一对电极10AU0B的延伸方向一致。为了提高微波的传送效率，供电天线8具有微波的波长的1/4(约30mm)左右的长 度，由此能够提供高能量的高频电力。另外，由于供电天线8的前端在椭圆型谐振器2的厚 度方向上配置成与放电灯4的放电部15大致相同的高度，因此能够将从前端提供的微波有 效地集中到封入了发光物质的放电灯4。
在具有这样的结构的光源装置1中，当从配置在椭圆型谐振器2的两个公共焦点 中的第二焦点q2处的供电天线8向椭圆型谐振器2内部提供规定频率的微波时，在其内部 空间微波会进行谐振，进行谐振的微波的能量集中到配置在第一焦点ql处的放电灯4中。 这样，通过集中的微波能量激励放电灯4内的发光物质使其发光。而且，从放电灯4发出的 光通过射出口 21被射出到椭圆型谐振器2的外部。下面，比较本实施方式的光源装置与现有的光源装置的发光特性。作为在各光源装置中使用的放电灯，分别准备封入了 3mg水银的高压水银灯，将 提供的微波频率设为2. 45GHz，供电电力设为100W。在具备椭圆型谐振器2的本实施方式的光源装置1的情况下，通过供电天线8通 入频率为2. 45GHz的微波，并向放电灯4投入100W的功率时，得到了总光通量值为61001m、 亮度效率为611m/W的结果。观测此时的发光状态可知，在放电灯4所具有的电极10AU0B 的间隙间即在放电部15中得到了没有产生闪烁的稳定的发光，并且没有产生在电弧放电 中观察到的亮点。另一方面，在以与本实施方式相同的条件驱动了使用圆筒型谐振器的现有的光源 装置时，放电灯的亮度效率是401m/W。由此可以明确根据具备本实施方式的椭圆型谐振器的结构，即使是相同的能量， 也能得到比具备现有的圆筒型谐振器的光源装置更高亮度的发光。由于本实施方式的光源装置1采用了在椭圆型谐振器2的第二焦点q2处配置供 电天线8并且在第一焦点ql处配置放电灯4的结构，因此能够有效地将在椭圆型谐振器2 内进行谐振的微波集中到放电灯4中。即，从供电天线8射出的微波在椭圆型谐振器2内 进行谐振后集中到位于另一个公共焦点上的放电灯4中。通过将此时的电场模式设成TE 模式，放电灯4所具备的电极10AU0B能够有效地接收电磁场。由此，能提高微波的利用效率，并且能够利用与以往相同的能量获得高亮度发光。 另外，由于微波集中在封入了发光物质的放电灯4(放电部15)中，因此能够使放电稳定化并且能够得到比以往更稳定的发光状态。因此，作为后述的投影仪的光源是最佳的。在以下所示的各实施方式的说明中，说明与第1实施方式的不同点，省略相同部 分的说明。另外，在用于说明的各附图中，在与图1和图2相同的构成要素中赋予同样的符 号。(第2实施方式)下面，使用图3说明本发明的第2实施方式。图3是表示第2实施方式的光源装 置20的整体构成的侧视图。以下所示的本实施方式的光源装置20的基本构成大致与上述 第1实施方式相同，不同点是在放电灯4的附近设置了反射器27。本实施方式的光源装置20具备反射器27 (reflector)，该反射器27将从放电灯4 射出的光束反射到设置在椭圆型谐振器2的壁部2a上的射出口 24。反射器27是以曲面状的反射部27A为主体构成的玻璃制部件，在反射部27A的内 面(反射面27a)形成有通过溅射等蒸镀而形成的电介质多层膜23。通过该电介质多层膜 23，起到反射可见光并使红外线透过的冷光镜的作用。反射器27按照例如反射面27a的焦点位置与电极10AU0B的中心位置(放电部 15)大致一致的方式，在将其开口朝向放电灯4的鼓出部IlA和射出口 21的状态下配置在 放电灯4的附近。具体而言，如图3所示，在椭圆型谐振器2内配置成比放电灯4更靠内 侧，按照隔着放电灯4与射出口 21对置的方式，通过支承体26设置在与放电灯4的鼓出部 11A(放电部15)和射出口 24大致相同的高度。通过设置这样的反射器27，从放电灯4射出的发出光能够在射出口 24使射出方向 一致后射出，因此能够得到高亮度的点光源。另外，射出口 24的开口部中设有金属网33。金属网33由间隔为微波波长的1/4以下的网格部件构成，起到屏蔽微波的屏蔽部 件的功能。通过该金属网33，能够防止在椭圆型谐振器2内谐振的微波向外部透过。通过 在射出口 24设置这样的金属网33，能够自由设定射出口 24的口径d2的尺寸，因此即使在 为了提高灯光获取效率而将射出口 24的口径d2设定成比微波波长的1/4大的尺寸的情况 下，也能通过金属网33防止微波的泄漏。(第3实施方式)下面，使用图4说明本发明的第3实施方式。图4是表示第3实施方式的光源装 置的整体构成的侧视图。本实施方式的光源装置30与第1实施方式的不同点在于在供电 天线8的前端设有反射镜31。反射镜31设在供电天线8的前端，可以与供电天线8分别形成，也可以一体形成。 反射镜31构成锥形状，其周面31a上形成有由氧化铝(Al2O3)的蒸镀膜构成的反射膜32。 在本实施方式中，反射镜31的锥角θ设定为45°。另外，反射镜31的锥角并不仅限于此。反射镜31在将圆锥的顶部朝向椭圆型谐振器2的壁部2b的状态下，设置成与配 置在第一焦点ql处的放电灯4的放电部15大致相同的高度。驱动这样的光源装置30时，从供电天线8射出的微波在椭圆型谐振器2内进行谐 振并集中在位于第一焦点ql处的放电灯4中。另一方面，根据微波能量进行发光的放电灯 4的发出光与微波相反地集中在第二焦点q2。集中到第二焦点q2的放电灯4的发出光被 设置在反射镜31的周面32a上的反射膜32朝射出口 22反射，从射出口 22射出到外部。
根据本实施方式的光源装置30，利用通过使用椭圆型谐振器2而产生的使光向公 共焦点的集中，能够提高灯光的利用效率。另外，通过调整反射镜31的锥角θ，能够可靠地 向期望的方向(设置在期望的位置处的射出口)反射。(第4实施方式)下面，使用图5说明本发明的第4实施方式。图5是表示第4实施方式的光源装 置的整体构成的侧视图。本实施方式的光源装置40与之前的实施方式的不同点在于横向 放置了放电灯4。在之前的各实施方式中，使放电灯4的电极10AU0B的延伸方向与供电天线8的 突出方向一致，但是在本实施方式中，按照电极10AU0B的延伸方向与供电天线8的延伸方 向垂直的方式，通过支承体42横向设置。这里，在椭圆型谐振器2的厚度方向上，使供电天 线8与放电灯4的电极10AU0B的高度位置一致。椭圆型谐振器2中，在第二焦点q2的延长线上的壁部2d上设有射出口 41，从放电 灯4射出的发出光通过该射出口 41放射到外部。在本实施方式中，也能将从位于第二焦点q2处的供电天线8射出的微波有效地集 中到位于第一焦点ql处的放电灯4(放电部)中，并且能得到稳定发光。由此，能够提高能 量的利用效率，并且即使是与以往相同的能量也能得到高亮度的发光。另外，如图6所示，也可以在放电灯4的一个密封部IlB (位于谐振器的中央部侧 的密封部11B)上安装反射器27。此时，在存在于连接供电天线8的前端与放电灯4的放电 部15的直线上的椭圆型谐振器2的壁部2a上设置射出口 21。另外，椭圆型谐振器2内的放电灯4的设置状态也可以考虑向后述的投影仪的组 装而适当选择。(投影仪)下面，说明使用上述实施方式的光源装置的投影仪。图7是表示投影仪的构成例的俯视图。如该图所示，在投影仪1100内部，设有具 备上述的本发明的光源装置1的照明单元1102。照明单元除了光源装置1之外还可以使用 上述的本发明的光源装置20、30、40中的任一个。通过配置在光引导部1104内的四片镜子 1106和两片分色镜1108，将从该照明单元1102射出的投射光分离成RGB三原色，并向作为 对应于各原色的光阀的液晶面板(光调制部)1110R、1110B以及1110G入射。液晶面板1110R、1110B以及1110G的构成与上述的液晶装置相同，由从图像信号 处理电路提供的R、G、B原色信号分别驱动。而且，被这些液晶面板调制后的光从三个方向 入射到分色棱镜1112上。在该分色棱镜1112中，R和B光被折射90度，G光直线前进。因 此，合成各颜色图像的结果，通过投射透镜1114(投射部)，在屏幕等上投射彩色图像。这 里，若关注各液晶面板1110R、1 IlOB以及1110G的显示像，则需要将液晶面板1110G的显示 像相对于液晶面板1110R、1 IlOB的显示像左右翻转。投影仪1100具备上述的实施方式的光源装置。由于光源装置能够长期抑制反玻 璃化，因此能够长时间照射高亮度的照明光。因此，能够延长投影仪1100的寿命，并且能得 到显示品质高且可靠性高的投射像。另外，通过具备小型的光源装置1，能够得到整体小型 化且轻的投影仪。另外，上述实施方式中的投影仪1100作为光调制部使用了液晶面板。但是，并不仅限于此，一般只要是根据图像信息调制入射光的装置即可，也可以使用微镜型光调制装 置等。另外，作为微镜型光调制装置，例如能够使用DMD (Digital Micro mirror Device) (注册商标)。另外，使用了微镜型光调制装置时，可以省略入射偏振板或射出偏振板等，也 可以省略偏振变换元件。之前记载的光源装置能够用于透过型液晶方式的投影仪1100中。但是，并不仅限 于此，用在采用反射型液晶方式的LC0S(Liquid Crystal OnSilicon)方式等的投影仪中也 能起到同样的效果。之前的实施方式中的光调制部是使用三片液晶面板的三板方式，但是也可以是使 用一片液晶面板的单板方式。另外，使用单板方式时，可以省略照明光学系统的色分离光学 系统或色合成光学系统等。另外，光源装置应用于向设置在外部的投射面进行光学像的投射的正向型投影仪 中。但是，并不仅限于此，也能应用于在投影仪内部具有屏幕并向该屏幕投射光学像的后向 型投影仪中。以上，参照

了本发明的优选实施方式，但是，显然并不仅限于本发明所涉 及的例子，也可以组合上述各实施方式。对于本领域技术人员而言，可以明了在技术方案中 所记载的技术构思的范围内能够想到各种变形例或修正例，能够理解那些显然也属于本发 明的技术范围。例如，在之前的实施方式的光源装置1、20、30、40中，能够采用微波电源或AC电源。另外，之前的实施方式的光源装置1、20、30、40被用作投影仪的光源。但是，并不 仅限于此，小型轻量的光源装置也可以应用在其它的光学设备中。另外，也能优选应用在航 空、船舶、车辆等照明设备或室内照明设备等中。
权利要求
一种光源装置，其特征在于，具备放电管和与所述放电管连接的电极的放电灯配置在椭圆型谐振器的一个公共焦点处，向所述放电灯提供微波的供电天线配置在所述椭圆型谐振器的另一个公共焦点处。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，在所述椭圆型谐振器的壁部，形成有使所述放电灯的发出光射出到所述椭圆型谐振器 的外部的射出口。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，在所述椭圆型谐振器的内部，设有将所述放电灯的发出光向所述射出口反射的反射镜。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述反射镜是朝向所述放电灯和所述射出口开口的斗笠形。
5.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述反射镜与所述供电天线配置在相同的所述公共焦点处。
6.根据权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述射出口形成在与所述反射镜和所述供电天线相同的公共焦点的所述壁部， 所述反射镜具有使所述发出光向所述射出口反射的锥状的反射面。
7.根据权利要求3至6的任一项所述的光源装置，其特征在于，所述反射镜和所述放电灯的放电部在所述椭圆型谐振器的厚度方向上配置在大致相 同的高度。
8.根据权利要求3至6的任一项所述的光源装置，其特征在于，所述供电天线的前端和所述放电灯的放电部在所述椭圆型谐振器的厚度方向上配置 在大致相同的高度。
9.根据权利要求1至8的任一项所述的光源装置，其特征在于，所述供电天线向所述椭圆型谐振器的内部突出的长度近似等于所述微波的波长的1/4。
10.根据权利要求1至9的任一项所述的光源装置，其特征在于， 所述射出口是在所述壁部形成的开口部或由透光性部件构成的窗部。
11.根据权利要求10所述的光源装置，其特征在于， 所述射出口的口径在所述微波的波长的1/4以下。
12.根据权利要求10所述的光源装置，其特征在于， 所述射出口上设有屏蔽所述微波的屏蔽部件。
13.根据权利要求12所述的光源装置，其特征在于，所述屏蔽部件是间隔在所述微波的波长的1/4以下的网格部件。
14.一种投影仪，其特征在于，具备权利要求1至13的任一项所述的光源装置。
全文摘要
本发明提供一种能够有效地集中微波且高亮度、发光稳定的光源装置和投影仪。本发明的光源装置(1)的特征在于，具备放电管(11)和与放电管(11)连接的电极(10A、10B)的放电灯(4)配置在椭圆型谐振器(2)的第一焦点(q1)处，向放电灯(4)提供微波的供电天线(8)配置在椭圆型谐振器(2)的第二焦点(q2)处。
文档编号G03B21/20GK101814417SQ20101012634
公开日2010年8月25日 申请日期2010年2月24日 优先权日2009年2月25日
发明者今冈纪夫, 藤井知, 铃木淳一, 鬼头聪 申请人:精工爱普生株式会社