照明装置、投影机、以及照明装置的组装方法

专利名称：照明装置、投影机、以及照明装置的组装方法
技术领域：
本发明涉及具有发光管和反射来自该发光管的出射光的反射镜的照 明装置以及配置有该照明装置的投影机。
背景技术：
关于照明装置，目前广泛应用的是由发光管和反射镜所构成的照明装 置。在这样的装置中，为了有效地利用虽然从发光管出射却由于变成杂散光而不能被利用的光，过去如实开平5-87806号公报(第7页，第l图) 中所记述的那样，在发光管上形成反射膜。另外也有如特开平8-31382号 公报(第2页，第1图)中所记述的那样，把发光管夹在中间，和反射镜 对置地配置第2反射镜。然而，对于在发光管前面形成反射膜的方法来说，有时由于电极间的 位置相对于安装在发光管外面的反射膜具有偏差，而不能获得所需的反射 特性，有时由于反射特性取决于发光管的形状，而不能获得所需的反射特 性。因此，釆取在发光管的前面形成反射膜的方法时，有的发光管并不能 有效地利用光。另外，如果不用反射膜，而是与原来所配置的第一反射镜 对置地另外配置第二反射镜，那么若要进一步提高光的利用效率，需要与 发光管和第 一反射镜相关连地更加具体地特定第二反射镜的配置和形态。发明目的本发明就是为了解决上述课题而实施的，其目的在于提供通过更加具 体地特定第二反射镜相对于发光管和第一反射镜的配置及形态，可以把在 通常情况下会成为杂散光的发光管的大部分出射光加以利用的照明装置 和采用这种照明装置的投影机。同时还提供这种照明装置的组装方法。本发明的照明装置包括具有能够在电极间进行发光的发光部和位于 该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发 光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上 的第二反射镜，其特征是出射到前述发光部的后侧的可利用临界光的前 述第一反射镜的反射面的开口端部的直径Dl比前述第二反射镜的外侧面 的直径dl大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径dl被设定成能进入前述 可利用临界光被前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；以使前述第二反 射镜的反射面包围前述发光部的前侧的大致一半，而且从前述发光部中心 出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配 置。这样就能把在通常情况下会成为杂散光的从发光管发出的光的绝大部 分返回到第一反射镜而加以利用。另外，对于从发光部出射到照明装置的 后侧的光中的处于可利用范围内的光来说，可以避免在笫一反射镜反射后 被第二反射镜遮挡。除此之外还能得到下述的效果。即，在获取同等光量 的情况下可以缩小第一反射镜。另外，由于可以减小第一反射镜的聚光点 直径，所以，光可以^f艮容易地入射到后续的光学系统中，从这一点也可提 高光的利用效率。再有，如果采用这种结构，由于可以使发光管呈从第一 反射镜突出的状态，所以可以使通过照明装置的冷空气直接接触发光管， 从而还可以提高其冷却性。前述可利用临界光可以是由前述发光管的结构来确定的临界光。在这 种场合，从发光部出射到照明装置后側的光几乎全都可以被利用。本发明的其它照明装置包括具有能够在电极间进行发光的发光部和 位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前 述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位 置上的第二反射镜，其特征是出射到前述发光部的后側的可利用临界光 的上述第一反射镜的反射面的开口端部的直径Dl比前述第二反射镜的外 側面的直径dl大，而且前述第二反射镜的外侧面的直径dl被设定成能进入到前述可利用临界光被前述第一反射镜反射的光的内侧的大小；以使从前 述发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射镜的法线一致的方式配置前述第二反射镜；设前述电极的顶端间距离为Le，从前述 电极顶端间的中心Fl到前迷第二反射镜的反射面的开口端面的前述照明 装置的光轴上的距离为L r，前述第二反射镜的外侧面的开口端部的直径 为d2，前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径为D2，从前述电极顶 端中的前述第 一反射镜一侧的电极顶端出射而未被前述第二反射镜遮挡 的光、与把前述照明装置的光轴向前述照明装置的后侧延长的直线之间的 夹角为ed,前述第一反射镜的反射面的开口端部与前述第一反射镜一侧的 电极顶端的连线、与把前述照明装置的光轴向前述照明装置的后侧延长的 直线之间的夹角为ee,并用公式0d = 90度° + tan-1 { (Le / 2 + Lr ) / (d2 / 2) } 近似地表示0d时，前述第一反射镜的反射面的开口端部的直径D2处于使 9e > 0d的范围内。如杲这样设定第 一反射镜的反射面的开口端部的直径，那么未在第二 反射镜反射而向前出射的光也可获得利用。此外还有，本发明的其它照明装置包括具有能够在电极间进行发光 的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向 配置在比前述发光部靠后的位置上的第一反射镜；以及配置在比前述发光 部靠前的位置上的第二反射镜，其特征是出射到前述发光部后侧的可利 用临界光的上述第一反射镜的反射面的开口端部的直径Dl比前述第二反 射镜的外侧面的直径dl大，而且前述第二反射镜的外側面的直径dl被设定 成能进入到前述可利用临界光被前述第一反射镜反射的光的内側的大小； 以使从前述发光部中心出射并进入该第二反射镜的入射光与该第二反射 镜的法线一致的方式配置前述第二反射镜；前述第二反射镜的反射面的开 口端部的直径D2被设定为，使其能够反射从在前述电极间产生的电弧的 前述第一反射镜一侧的电弧端射出而不被前述第二反射镜遮挡的光的临 界光的大小。如果这样设定第一反射镜的反射面的开口端部的直径，那么未在第二 反射镜反射而出射到前方的光也可以获得利用，而且还可以将第一反射镜的反射面的开口端部的直径设定在最小限度。另外，在前述照明装置中，优选以与前述发光部的外周之间隔有间隙 的方式配置前述笫二反射镜。这样，将从发光部中心出射并进入该第二反 射镜的入射光与第二反射镜的法线对齐时，就可以把前述间隙作为调整宽 度来调整发光部与第二反射镜的相对位置。另外，由于有这个间隙，在第 二反射镜和发光部之间就不会发生热的停滞，因而能够抑制发光部温度的 过度升高。另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜的反射面用可以通过 紫外线和红外线的电介质多层膜形成。这样，由于只将可见光向第一反射 镜反射，故可以防止因紫外线和红外线等使发光部和第一反射镜的反射面 以及入射从该照明装置发出的光的光学部件等受到损害。同时由于第二反 射镜可以高效率地反射实际用于照明的可见光，所以还可以提高照明装置 的照度。另外，在前述照明装置中，优选通过对内径比前述密封部的外径大的 管子的端面进行研磨或压力成型来形成前述第二反射镜的反射面。这样， 可以减少加工反射面的复杂工序。另外，在前述照明装置中，优选前述笫二反射镜的外側面以使从其反 射面侧入射的光透过或扩散反射的方式形成，使第二反射镜不吸收光。这 样可以防止因从第二反射镜的反射面入射过来的红外线等光所引起的第 二反射镜的温度升高。另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜由石英、透光性氧化铝、水晶、蓝宝石、YAG或萤石中的任何一种制成。这些材料具有良好的 热传导性或较低的热膨胀率，所以用这些材料制作的第二反射镜，其温度 分布均匀且耐热性好，而且透过红外线、紫外线的性能也很出色。另夕卜，在前述照明装置中，优选在前述发光部的外周面设置防反射层。 这样可减少经过第二反射镜的光由于在发光部反射而造成的光损失。另外，在前述照明装置中，优选用粘接剂将前述第二反射镜粘固在前 迷发光部附近的前述密封部的表面。如此将第二反射镜固定在发光管上，就能尽可能地减少对从发光部出射并从第 一反射镜反射而来的光、和从发 光部出射并透过笫二反射镜而来的光等的遮挡。另外，如果采用硅酸铝混合物或含有氮化铝的无机类粘接剂作为前述 粘接剂，则因这类粘接剂具有良好的热传导性，所以可以抑制第二反射镜 和发光管的温度分布不均匀。另外，在前述照明装置中，优选前述第二反射镜在前述密封部的外周 与该外周面之间留有间隙，并通过巻线弹簧将其挤压固定在前述发光管的 发光部附近。这样，发光管即使受热而膨胀，其热变形也会被上述间隙吸 收。另外，若用导电性巻线制成前述弹簧，且将其连接在从配置了该弹簧 的一侧的相反侧的密封部引出的导线上，则前述弹簧就可作为用于提高点 燃性的绝缘破坏的触发线来使用 本发明的投影机具有入射来自照明装置的光并根据被提供的图像信息来调制该入射光的光调制装置，其特征是上述照明装置是前述任意一 项所记载的照明装置。这样，就能获得小型的高亮度的投影机。利用本发明的照明装置的组装方法组装的照明装置包括具有能够在 电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发 光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的起主反射镜作用的 第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的起辅助反射镜作用 的第二反射镜，其特征在于，具有调整前述第二反射镜与前迷发光管的相对位置，使前述发光管的电极 或电极间电弧的实像与由前述第二反射镜反射的前述电极或前述电极间 电弧的反射像重叠，然后将前述发光管及前述第二反射镜固定的步骤；以使固定有前述第二反射镜的前述发光管的电极间中心与前述第一 反射镜的第一焦点大致一致的方式配置前述第一反射镜和前述发光管，调 整前述发光管与前述笫 一反射镜的相对位置，使前述第 一反射镜的规定位 置的亮度最大，然后将前述发光管及前述第一反光镜固定的步骤。另外，在上述照明装置的组装方法中，优选固定前述发光管和前述第二反射镜的步骤包括通过至少从2个方向用照相机拍摄图像来检测前述 实像和前述反射像，调整前述第二反射镜的位置以使前述实像和前述反射 像在各个方向重叠，然后将前述发光管和前述第二反射镜固定的工序。另外，在上述照明装置的组装方法中，优选前述所规定位置就是前述 第 一反射镜的设计上的第二焦点，固定前述发光管和前述第 一反射镜的步 骤包括调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置，使前述第一反射 镜的设计上的第二焦点附近的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一 反射镜的工序。另外，在上述照明装置的组装方法中，优选前述所规定位置就是配置 装配前述照明装置的光学系统的照明对象物的位置，固定前述发光管和前 述第一反射镜的步骤包括将前述照明装置组装到前述光学系统中，调整 前述发光管和前述第一反射镜的相对位置以使配置前述照明对象物的位 置的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一反射镜的工序。由此，就能够组装出配置有更加提高了光的利用率的第二反射镜的照 明装置。


图1是本发明的实施例1的照明装置的结构图。 图2是图1的照明装置的功能说明图。图3是有与没有第二反射镜时的第一反射镜的反射面直径的比较说明图。图4是有与没有第二反射镜时的照明装置的聚光点直径的比较说明图。图5是本发明的实施例2的照明装置的光制图和功能图。 图6是本发明的实施例3的照明装置的结构图。 图7是发光管和第二反射镜的定位方法说明图。 图8是发光管和第一反射镜的定位方法说明图。 图9是本发明的实施例4的照明装置的结构图。图IO是本发明的实施例5的照明装置的结构图。图11是具有上述实施例的照明装置的投影机的结构图。
具体实施方式
下面， 一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。在各图中， 相同的符号表示的是同 一物体或与之相当的物体。 (实施例1)图1是本发明的实施例1的照明装置100的结构图，图2是图l所示 的装置100的功能说明图。该照明装置100具有发光管10、作为照明装置 100的主反射镜的第一反射镜20a、和作为照明装置100的辅助反射镜的笫 二反射镜30a。发光管IO是用石英玻璃等制作的，包括内部封入有鴒电 极12、 12，水银，稀有气体及少量卣素的中央发光部11;以及位于发光部 ll两侧的密封部13、 13。每个密封部13中都密封有与电极12连接的由钼 制成的金属箔14，在各个金属箔14、 14上分别设置有与外部连接的引线 15、 15。这些引线15、 15的连接端的结构与原来的相同就可以，例如，与 设置在图中未示出的照明装置的固定器等的与外部连接的连接端子连接。另外，如果在发光部ll的外周面上形成包含钽氧化膜、铪氧化膜、钛 氧化膜等的多层膜防反射层，则可以减少通过那里的光因反射所造成的损 失。第一反射镜20a的反射面50为旋转曲线形状，Fl、 F2表示第一反射 镜20 a的反射面50的旋转曲线的第1焦点和第2焦点，f 1和f 2表示从 第1反射镜20 a的反射面50的旋转曲线的顶点到第1焦点F 1和第2焦点 F2的距离。另外，第一反射镜20a的反射面50可以采用旋转椭圆面形状 或旋转抛物面形状等。第一反射镜20a是在含有发光管IO的该照明装置 100中配置在发光管10的后側的反射元件，在其后侧的端部中心设置了用 于固定发光管10的贯通孔21。发光管IO是在把发光管10的轴与该第一 反射镜20a的轴对齐后，用胶合剂等无机类粘接剂22固定在第一反射镜 20a的贯通孔21上的。所谓发光管IO的轴，就是发光管IO在其长边方向上的中心轴，与电极12、 12的方向大致一致。所谓第一反射镜20a的轴， 就是构成第一反射镜20 a的反射面50的旋转曲线的旋转轴，与从照明装 置IOO出射的光束的中心轴大致一致。另外，发光管IO的发光部11的中 心(电极12、 12之间的中心)在第一反射镜20a的反射面50为旋转椭圆 面形状时，与其第1焦点(Fl) —致或位于其附近，而在第一反射镜20 a的反射面50为旋转抛物面形状时，则与其焦点F—致或位于其附近。也 就是说，发光部11的中心设置在第一反射镜20a的焦点Fl或F附近，或 者与焦点F1或F的位置大致一致。第二反射镜30 a是在含有发光管10的该照明装置100中，配置在发光 管10的前侧的反射元件，其反射面60包围发光部11的前侧大致一半的区 域，而且被设置成使从发光部11的中心出射并进入到该第二反射镜30 a的 反射面60的入射光与该第二反射镜30 a的反射面60的法线一致。这里， 第二反射镜30 a是用粘接剂31固定在密封部13上的。由于制造偏差等原 因，每个发光管10的发光部11的结构(电极12间的位置，发光部ll的各 部的形状等)都有差别，所以，优选根据与发光部11的关系分别确定每个 发光管10的第二反射镜30 a的反射面60的形状。另外，第二反射镜30 a要经受900-1000。 C的高温，所以需要由低热 膨胀性的或热传导性良好的材料来制成。因此，第二反射镜30a例如用低 膨胀材料的石英或新陶瓷(卑才i ，厶)，高热传导性材料的透光性氧化 铝、蓝宝石、水晶、萤石、YAG等制作。透光性的氧化铝例如可以用商 品 < 斯密科兰达姆> (斯密科兰达姆是住友化学工业的注册商标)。如果第二反射镜30 a的反射面60能够只反射用于照明的可见光而使 不能用于照明的紫外线和红外线通过，则在第二反射镜30a上产生的热量 就会减少。因此，在此把只反射可见光而使紫外线和红外线通过的电介质 多层膜叠层在第二反射镜30 a的反射面60上。这种电介质多层膜需要有耐热性，例如可由钽化合物与Si02的交替叠层、或铪化合物与Si02的交替叠层等构成。综合上述各项，作为具有低膨胀性或有良好的热传导性， 而且容易使紫外线和红外线透过的材料，可以例举石英、透光性氧化铝、水晶、蓝宝石、YAG (Y3A15012)、萤石等，优选用其中的任意一种来制 作第二反射镜30 a 。另外，第二反射镜30 a的外侧面80以具有使未被其反射面60反射而 入射的光(红外线、紫外线、从反射面60 —侧漏过来的可见光等)透过或 扩散反射的反射膜或形状的方式成形，使第二反射镜30 a尽量不吸收光。另外，如图l所示，以由从发光部11出射到该第一反射镜20a—侧即 照明装置100的后侧的可利用临界光L1 、 L 2所表示的圆锥的第 一反射镜 20 a的反射面50的直径D1比第二反射镜30 a的外侧面80的直径dl大， 而且笫二反射镜30 a的外侧面80的直径d 1的大小能够进入到由可利用临 界光L 1 、 L 2的被第 一反射镜20 a反射的光所形成的圆锥的内侧的方式设 定第二反射镜30 a的外侧面80的直径d 1。这样，在从发光部11出射到 照明装置IOO的后侧的光中的处于可利用范围内的光，在第一反射镜20a 反射后不会被第二反射镜30 a遮挡。所谓可利用临界光L1、 L2,是指在从发光部11出射到照明装置100 的后侧的光中，与可作为照明光实际利用的范围的内侧边界相对应的光， 有时由发光管10的结构决定，有时由第一反射镜20a的结构决定。所谓 由发光管10的结构决定的可利用临界光，是指在从发光部11出射到第一 反射镜20a—侧即后側而没有因密封部13等的影响而被遮挡的作为有效 光而出射的光中的与因密封部13等的影响而被遮挡的光的边界的有效光。 所谓由第一反射镜20a的结构决定的可利用临界光，则指在从发光部11 出射到第一反射镜20a—侧即照明装置100的后侧而没有因密封部13等 的影响而被遮挡的作为有效光而出射的光中的与由于存在贯通孔21等的 第一反射镜20 a的缘故而不能被反射面反射的不能被作为照明光而利用 的光的边界的有效光。当上述可利用临界光是由发光管10的结构所决定的 临界光时，如果采用本实施例，则由发光部11出射到照明装置100的后側 的绝大部分光都可得到利用。如果增大第二反射镜30 a的外側面80的直径d 1，那么就会有更多的 被第一反射镜20 a反射后向前行进的光被遮挡，所以光的利用率会降低。因此，为了避免光利用率的降低，就要使第二反射镜30 a的外侧面80的 直径dl尽量小。另外，为了调整光源像和反射像的位置关系，发光部ll的外周面与第 二反射镜30 a的反射面60之间要留有能进行第二反光镜30 a相对于发光 部11的位置调整的间隔即0.2mm以上的间隙A。这样就能调整发光部11 与第二反射镜30a的相对位置，使光源像与反射像一致，而且还可以确保 被笫二反射镜30 a所覆盖的那一侧的发光部11及发光管10的散热，从而 可以抑制发光管IO的温度的过度上升。因此，可以抑制因温度升高而造成 的电极12的损耗和包括发光部11的发光管10的白浊和膨胀。如上所述，如果采用本实施例的照明装置100，则如图2所示，从发 光管10的发光部11向后侧出射的光Ll、 L2、 L5、 L6被第一反射镜20 a反射后射向照明装置100的前方。而从发光部11向前侧出射的光L3、 L4被第二反射镜30 a的反射面60反射而返回到第一反射镜20 a后，被第 一反射镜20 a反射而射向照明装置100的前方。由此，从发光部11出射 的光的绝大部分都能得到利用。另外，本实施例的照明装置100通过采用第二反射镜30a，可以使第 一反射镜20 a的反射面50的直径D 4比未采用第二反射镜的照明装置的 小。对此可以参照图3来说明。图3(a)表示没有釆用第二反射镜的照明装 置100e，图3(b)则表示采用了第二反射镜30a的照明装置100。第一反 射镜20b、 20a的反射面51、 50的旋转椭圓面的第1焦点距离fl及第2焦 点距离f2都相等。如图3(b)所示，当采用了第二反射镜30a时，由于可 以使从发光部11向前側出射的光被第二反射镜30a反射后入射到第一反 射镜20a的反射面50上，所以，第一反射镜20a的反射面50的开口端部 的直径D 4可以比没采用第二反射镜30a的第一反射镜20b的反射面51 的开口端部的直径D3小(D 4<D 3 )。但由于f 2/f 1的倍率关系并未改 变，所以在这些情况下的聚光点直径相同，光学系统的效率没有变化。另外，本实施例的照明装置100通过采用第二反射镜30a,可以使照明装置的聚光点直径比未采用第二反射镜的照明装置的小。首先对聚光点直径进行说明。如果发光部ll的电弧是一个点，则聚光 点也会成为 一个点，即使在反射面的开口端部的直径都一样的第 一反射镜 上改变焦点距离，聚光点直径的大小也不会发生变化。但实际上电弧是有限的。如图4 ( b )所示，如果把有限的电弧的直径设为L L、此时的聚 光点的直径为①、从第一反射镜20 c的反射面52的旋转曲线的顶点到第 1焦点的距离设为f l'、从第一反射镜2 0 c的反射面52的旋转曲线的顶 点到第2焦点的距离设为f2',则聚光点的直径①就取决于电弧的直径L L与f27fl'的乘积。因此，对于反射面的开口端部的直径D3相同的图 4(3)的笫一反射镜20b和图4(b)的第一反射镜20c来说，笫一反射镜20 b的反射面51的焦点fl、 O与第一反射镜20c的反射面5 2的焦点fT、 O'之间的倍率关系为(f2/fl ) > (f2'/fl'),所以图4(b)的第一反射镜20c 的聚光点直径就会比图5(a)的聚光点直径小。此时，随着图4 (a)的第 一反射镜20b的焦点距离f 1、 f2向图4 (b)的第一反射镜20c的焦点 距离fl'、 f2'的靠近，不能入射到笫一反射镜20b的反射面51的光将会 增多，照明效率就会降低。但具有第二反射镜30a的图4 ( b )所示的照明 装置100 f可以利用第二反射镜30a防止光的损失，且由于减小了聚光点 直径，所以能够很容易地射入到照明装置100f的后续光学系统中，而且 提高了从发光部ll出射的光的利用效率。 (实施例2 )图5 (a)是本发明实施例2的照明装置100A的结构图和功能图。该 照明装置100A的结构基本上与图1的照明装置100相同。与图1的照明 装置100的不同之处有照明装置100A的第一反射镜20d的反射面53 的焦点距离f 1A比照明装置100的笫一反射镜20a的反射面50的焦点距 离fl大;(fKflA)，照明装置100A的第一反射镜20d的反射面53的焦点 距离f 2A比照明装置100的第一反射镜20a的反射面50的焦点距离f 2 小(f2〉f2A)。图中，f 1A表示从第一反射镜20d的反射面53的旋 转曲线的顶点到第1焦点F1A的距离，f 2A表示从第一反射镜20d的反射面53的顶点到第二焦点F2A的距离。这样，第一反射镜20d的反射面 53的开口端部的直径D5就会比图1的第一反射镜20a的反射面50的开 口端部的直径D4大，但照明装置100A的第二焦点F2A的聚光点直径则 要比照明装置100的第二焦点F2的聚光点直径小。所以，来自照明装置 IOOA的射出光就能很容易地入射到后续的光学系统中，从而有利于提高 光的利用效率。另外，当使用亮度更高的发光管等形状较大的发光管10A时，随着发 光管IOA增大，第二反射镜的形状也必须跟着增大。这样，在图5(b) 的照明装置100中，第二反射镜30c就把从由发光管IOA的结构所决定的 可利用临界光L1、 L2的从第一反射镜20a反射的光遮挡住了。但由于照 明装置100A的焦点距离f 1A比焦点距离f 1大，所以，用由发光管10A 的结构所决定的可利用临界光L 1、 L2所表示的圆锥的第二反射镜20 d的 反射面53的直径D 6就会比照明装置100的第二反射镜20 a的反射面50 的直径D7大，所以可利用临界光L1、 L2的从第一反射镜20b反射的光 不会被第二反射镜30b遮挡，可以作为有效光利用，从而可以提高来自高 亮度的大功率发光管的光的利用效率。另外，在由发光部11A产生的热量相同的情况下，第一反射镜20d接 受辐射热的面积是由第 一反射镜20 a接受辐射热的面积与焦点距离的比 率flA/fl的平方的乘积决定的，所以第一反射镜20d的单位面积接受的辐 射热与flA/fl的平方成反比。因此，对于本实施例的照明装置IOOA来说， 第一反射镜20d的单位面积从发光管10A接受的辐射热要比第一反射镜 20 a少，所以可防止第一反射镜20d的温度升高。 (实施例3 )图6是本发明的实施例3的照明装置IOOD的结构图。对于该照明装 置IOOD与图1相同的部分，使用的符号相同并略了说明，以下对不同之 处进行说明。在这里，与上述实施例1或实施例2不同，在第二反射镜30 c的反射面62的开口端部的前端没有到达电极12、 12之间的中心位置时 决定第一反射镜20e应承担的光反射区域的范围。在图6中，设电极12、12的顶端间距离L e 、从电极12、 12的顶端间的中心F1 (第一反射镜20 e的第l焦点)到第二反射镜30b的开口端面的光轴上的距离为L r，第 二反射镜30b的外侧面的开口端部的直径为d2，第一反射镜20e的反射 面54的开口端部的直径为D2，从照明装置IOOD出射的光的中心轴即照 明装置IOOD的光轴为A，从一对电极12、 12中的位于第一反射镜20e — 側的电极12的顶端出射而未被笫二反射镜30b遮挡的光的临界光L7与把 照明装置IOOD的光轴A向照明装置IOOD的后侧延长的直线之间的夹角 为ed。图6中的9d就是从位于第一反射镜20e—侧的电极12后側的光 轴延长线A向右旋转至临界光L7的角度。据此，角度ed可以用下式1 近似地表示9d = 90度+ tan1 { (Le / 2 + Lr) / (dl/ 2) }式1 在这里，由于发光管IO是用玻璃形成的，所以从实际的电弧像出射的 光将会由于发光管10的玻璃的形状而发生折射，结果，有时从发光管10的外部所看到的电弧像比实际的电弧像要大，有时好像从实际的电弧像的位置移动。换言之，即使是从第一反射镜20e—侧的电极12出射的光， 有时也在透过发光管10的玻璃部分时发生折射而出射到不是第一反射镜 20e的反射区域的部分，变成不能作为照明光来利用的光。因此，当把第 一反射镜20e的反射面54的开口端B与第一反射镜一侧的电极的顶端的 连线C与向光轴A的向后侧延长的直线之间的夹角为ee时，通过设定e e大于ed ，就能把从发光部11出射的更多的光作为有效的照明光来加以 利用。图6中的9 e是把从第一反射镜20 e —側的电极12后侧的光轴的 延长线A向右旋转到线C的角度。另外，从发光部11出射出的光不只是来自电极12、 12之间的光，实 际的电弧像由于和电极12的顶端重叠，所以还存在从比电极12的顶端间 更靠外侧的部位出射的光。因此，如果仅用ed来决定第一反射镜20e的 反射面54的开口端部的直径D2，则从重叠在笫一反射镜20e—侧的电极 12上的那部分电弧像出射的光L 8 ,就会出射到第一反射镜20e的非反射 区的部分而成为不能作为照明光而利用的光了。因此，通过使从第一反射镜20 e —侧的电弧端Lo出射而未被第二反射镜30b挡住的光的临界光L 8与第一反射镜20 e的反射面54的延长线的交点成为第一反射镜20 e的 开口端B,就可以把从电弧端Lo出射的光L 8也作为有效光来利用。还 有，如果把第一反射镜20e的开口端设定成也能反射L8，则从电极12的 顶端出射而在发光管10的玻璃部分发生折射的光也能够在第一反射镜20 e反射，这样，更多的从发光部11出射的光就会成为有效的照明光而得到 利用，而且，还可以选择必需的最小限度的第一反射镜20e的反射面54 的开口端部的直径。例如，如果把第一反射镜20e的反射面54的开口端部的直径D2设定 在可反射从6d到6d+10度的光线的范围，则从发光部ll出射的光的绝大 部分都可以利用。(关于照明装置的制作)接下来将对照明装置100、 100 A 、 IOOD的制作顺序进行说明。下面 对具有第一反射镜20a的照明装置100进行说明，照明装置IOOA、 100 D也可以用同样的顺序制作。首先，在开始时，要针对每只发光管10收集 其有关发光管10和第一反射镜20 a的结构的数据。该数据包括发光部11 内的电极间距离、发光管IO的各部分形状和尺寸、第一反射镜20a的形 状及尺寸、第一反射镜20a的焦点(当第一反射镜为椭圆形时，是第l焦 点和第2焦点)等。接下来，根据这些数据用计算机等对从各发光管10 的发光部11出射的光的出射状态进行模拟。其次，根据这些模拟出的从发 光部11出射的光的出射状态，设计与各发光管10相对应的第二反射镜30 a。该设计也可以利用计算机模拟来进行，通过这样的模拟，决定能够起 前述第二反射镜30a的作用的形状(外径、内径及反射面形状等)。其次， 根据该设计制作与各发光管10相对应的第二反射镜30 a 。然后一边调整 如此制作出的第二反射镜30 a的反射面60使之将发光部11的前侧的约一 半包围，且使从发光部11的中心出射而进入笫二反射镜30a的入射光与 第二反射镜30的反射面60的法线一致， 一边把第二反射镜30 a安装到发 光管10的密封部13的一端。据此就可以制作出具有把发光部11的电极间的实际电弧像和光透过发光管10的玻璃部分时发生折射的情况都考虑在 内的形状的第二反射镜30a，进而可以进行与实际从发光部11出射的光 相符的第二反射镜30 a的位置调整。另外，第二反射镜30a从其结构来说可以用内径比发光管10的密封 部13的外径大的中空管材料来制作。在这种场合，由电介质多层膜形成成 膜的第二反射镜30 a的反射面60可以通过研磨壁的厚度来形成。通过研 磨来制作第二反射镜30a的优点是由于其反射面60呈中空形状，所以 不需像通常的球面研磨那么复杂的研磨控制。另夕卜，第二反射镜30a也可 以通过对上述管材的压力成型来制作。压力成型方法非常简单，可极大地 降低制作成本。把第二反射镜30a安装在发光管10上时可采用下述的方法(1) 一 边用C C D相机等观察电极12、 12之间的情况， 一边以使发光部11前侧 的一半与第二反射镜30 a的反射面60相对的方式将第二反射镜30 a暂时 固定在发光管IO的密封部13上。其次，(2) —边用C CD相机等从多个 不同方向观察第二反射镜30 a的反射面60， 一边调整第二反射镜30 a的 位置，使映射在其反射面60上的电极12、 12之间的像进入本来的电极间(物点)。(3)调整结束后，把第二反射镜30a固定在发光管10的密封部 13上。另外，对应于上述(2)的第二反射镜30a的暂时固定后的调整也 可以按如下方法进行。即，用极细的激光束从多个不同方向穿过电极12、 12之间后照射在第二反射镜30 a的反射面60上，然后调整第二反射镜30a的位置，使来自第二反射镜30 a的反射光束的位置与其传播的情况相一 致，这样也可以得到与使用CCD相机时一样的结果。据此就可以将由第 二反射镜30 a反射的光准确地返回到电极12、 12之间，然后再返回到第 一反射镜20 a 。下面将对发光管10、第一反射镜20a及第二反射镜30a的对准方法进行更为详细的说明。首先，调整第二反射镜30a的位置，使发光管10的电极12、 12或电 极间电弧(点燃时的电弧)的实像与通过第二反射镜30a反射的那些反射像重叠，然后固定发光管10和第二反射镜30a。此时，可以如图7所示， 至少从2个方向利用相机(CCD相机等)拍摄图像进行检测，调整第二反 射镜30a的位置，使这些实像和反射像在各个方向相重叠，然后固定发光 管10和第二反射镜30a。在图7中，(a )是表示使用CCD相机从2个方 向进行拍摄的示意图，(b)是表示电极的实像与反射像重叠的概念图，(c) 是表示点燃时的电极间电弧的实像和反射像重叠的概念图。另外，调整方 向越多，越能够高精度地定位。然后，把第一反射镜20a的第1焦点与按上述方法固定了第二反射镜 30a的发光管10的电极间中心大致对齐，配置第一反射镜20a和发光管10, 调整发光管10相对于第一反射镜20a的位置，使规定位置的亮度最大，并 在适当的位置将发光管10和第一反射镜20a固定。此时，可以如图8所示， 在设计上的聚光点附近配置受光器， 一边通过受光器测定从第一反射镜 20a出射的光， 一边分别调整发光管10和第一反射镜20a在x、 y、 z三个 轴的方向上的相对位置，使设计上的聚光点的亮度最大，然后固定发光管 10和第一反射镜20a。另外，在图8中是使用受光器来测定亮度的，但只 要能测定照度，用别的方法也可以。这样就可制作出具有规定位置的照度 最大的发光管10与第 一反射镜20a的相对位置关系的照明光学系统300 。另外，也可以装入配置有照明系统100的光学系统、如图ll所示的照 明光学系统300中，分别调整发光管10和第一反射镜20a在x、 y、 z三个 轴的方向的相对位置，使作为照明光学系统300的照明对象物的液晶面板 410R、 410G、 410B的配置位置的亮度最大，然后将发光管10和第一反射 镜20a固定。这样，就可以制作出具有包括与位于照明装置IOO和照明对 象物之间的光学系统的关系的发光管10和第一反射镜20a的最佳相对位置 关系的配置有照明装置100的光学系统300。另外，上述Z轴是与照明装置100的光轴平行的方向，X轴和Y轴是 在Z轴的垂直面上呈直角相交的2个轴。通过以上两个步骤，就能对发光管IO、第一反射镜20a及第二反射镜 30a进行调整，从而能够提高配置了第二反射镜30a的照明装置100的光利用率。另夕卜，将第二反射镜30a固定在发光管IO上时，把第二反射镜30a粘 固在发光管10的密封部13。粘固时，除了使用以前就知道的胶合剂粘固 外，如果使用前述的耐高温的硅酸铝混合物或含氮化铝的无机类粘合剂， 则由于具有良好的热传导率，可以抑制第二反射镜30a和发光管10的温度 分布不均。作为粘接剂的具体实例，可以例举商品<斯密塞拉姆> (朝日 化学工业(抹)制造，斯密塞拉姆为住友化学工业的注册商标)。另外， 用于固定发光管10和第二反射镜30a的粘接剂的涂敷采用点滴粘接法 (点涂敷)。当涂敷量较多时，可增加点滴粘接点数量。因为这样能够很 容易对粘接剂的量进行控制。另外，如果把第二反射镜30a配置在尽可能靠近发光部11的密封部13 的表面，则能够尽可能地减少对从发光部11出射后被第一反射镜20a反射 过来的光、和从发光部ll出射后透过第二反射镜30a而来的光等的遮挡。 另夕卜，粘接剂的涂敷区域也限制在尽量能够减少对从发光部11出射后被第 一反射镜20a反射过来的光、和从发光部11出射后透过第二反射镜30a 而来的光等的遮挡的范围内。 (实施例4 )图9是本发明的实施例4的照明装置100B的结构图。与照明装置100 相比，只是发光管10和第二反射镜30d的固定方法不同，在本实施例中， 利用在密封部13的外周与该外周面隔有间隙地巻线而成的弹簧40，将第 二反射镜30d挤压固定在设在密封部13的突出部16上。突出部16和发 光管IO是分别形成的，设置在能够确保发光部11的外周与第二反射镜30d 的反射面63之间具有0.2mm以上间隙A的位置。而且弹簧40被连接在 第 一反射镜20f的开口端部周围的2根或2根以上的牵引线41挤压在第二 反射镜30d和突出部16 —侧。即使采用这种方式也能把第二反射镜30d 固定在发光管10上。由于弹簧40与密封部13的外周隔有间隙地巻线而成， 所以即使密封部13受热而膨胀，也会因为有间隙而不成问题。另外，在固 定第二反射镜30d时，根据需要还可以与粘接剂并用。(实施例5)图IO是对图9的结构进行了部分变更的本发明的实施例5的照明装置 IOOC。在此，弹簧40由导电性巻线构成，该导电性巻线的一端通过布线 42与从配置了弹簧40的一侧的相反侧的密封部13引出的导线15电连接， 使弹簧40具有发光管10启动时的绝缘破坏的触发线的作用。这样，不但 可以将第二反射镜30f固定在发光管10上，同时还可提高发光管10的点 燃性。除了上面说明的粘接剂和弹簧外，还可以在密封部13、第二反射镜30f 中的某一方或两方设立熔接部，通过用激光或气体喷燃器使其熔接，把笫 二反射镜30f固定在密封部13上。当使用激光时，有时在激光照射的部位 会发生黑化现象，但因固定的部位是在密封部13,所以不会有问题。另夕卜， 前面讲过的发光管10、第一反射镜20f、第二反射镜30f的调整方法与第 二反射镜30f的固定方式是否相同无关，仍可使用照明装置100的制作方 法。如果采用上述的照明装置100、 IOOA、 IOOB、 IOOC、 IOOD，则从发光 管10出射的光的大部分都能够不被浪费地加以利用。而且这些照明装置对 实现设备的小型化、提高冷却性能也能发挥作用。图ll是具备上迷任何一种照明装置的投影机的结构图。下面将对配置 了照明装置100的投影机进行说明。该光学系统具备照明光学系统300， 包括由发光管10、第一反射镜20a和第二反射镜30a构成的照明装置100， 和将从照明装置100出射的光调整成规定的光的单元；色光分离光学系统 380,包括分色镜382、 386、反射镜384等；中继光学系统3卯，包括入射 侧透镜392、中继透镜396、反射镜394、 398;对应于各个色光的场透镜 400、 402、 404及作为光调制装置的液晶面板410R、 410G、 410B;作为 色光合成光学系统的十字分色棱镜420;以及投影透镜600 。下面对上述结构的投影机的功能进行说明。首先，从发光管IO的发光 部11的中心的后側出射的光，被第一反射镜20a反射后射向照明装置100 的前方。而从发光部11的中心的前侧出射的光被第二反射镜30a反射后回到第一反射镜20a，然后被第一反射镜20a反射后射向照明装置100的前 方。从照明装置100射出的光入射到凹透镜200,光的行进方向在那里被 调整成与照明光学系统300的光轴1大致平行后入射到构成积分器透镜 的第1透镜阵列320的各小透镜321中。第1透镜阵列320把入射光分割 成与小透镜321的个数对应的多个部分光束。从第1透镜阵列320出射的 各部分光束入射到具有分别与各小透镜321相对应的小透镜341而构成积 分器透镜的第2透镜阵列340 。从第2透镜阵列340出射的光被聚光到偏 振变换元件阵列360的对应的偏振分离膜(图中^皮省略)的附近。此时， 用遮光板(图中被省略)进行调整，使向偏振变换元件阵列360入射的光 仅入射到与偏振分离膜对应的部分。在偏振变换元件阵列360中，入射到那里的光束被变换为同种类的线 偏振光。接着，在偏振变换元件阵列360中偏振方向被调成一致的多个部 分光束进入到重叠透镜370，并在那里进行调整，使照射液晶面板410R、 410G、 410B的各部分光束在对应的面板面上重合。色光分离光学系统380包括第l和第2分色镜382、 386，具有把从照 明光学系统出射的光分离成红、绿、蓝3色色光的功能。第1分色镜382 使从重叠透镜370出射的光中的红色光分量透过，并且反射蓝色光分量和绿 色光分量。透过第l分色镜382的红色光在反射镜384反射，并通过场透 镜400到达红色光用的液晶面板410R。该场透镜400把从重叠透镜370 出射的各部分光束变换成与其中心轴(主光轴)平行的光束。设置在其它液晶面板410G、 410B之前的场透镜402、 404也同样地作用。接下来，在第1分色镜382反射的蓝色光和绿色光中，绿色光被第2 分色镜386反射，通过场透镜402后到达绿色光用的液晶面板410G。而 蓝色光则透过第2分色镜386，通过中继光学系统390即入射側透镜392、 反射镜394、中继透镜396以及反射镜398，进而通过场透镜404到达蓝色 光用的液晶面板410B。因为蓝色光的光路的长度比其它颜色的光的光路都 长，所以将中继光学系统390用于蓝色光以防止因光的发散等原因造成的光利用效率的降低。也就是为了把入射到入射侧透镜392的部分光束原样 不变地传送到场透镜404。另外，虽然是中继光学系统390使3种色光中 的蓝色光通过的结构，但也可以是使红色光等其它色光通过的结构。3个液晶面板410R、 410G、 410B根据所得到的图像信息调制入射的 各色光并形成各色光的图像。另外，通常在3个液晶面板410R、 410G、 410B的光入射面侧和光出射面侧设置偏皿。从上述各液晶面板410R、 410G、 410B出射的3色的调制光进入到具 有将这些调制光合成并形成彩色图像的色光合成光学系统功能的十字分 色棱镜420中。在十字分色棱镜420中，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在4个直角棱镜的界面大致形成X字形状。通过 这些电介质多层膜将红、绿、蓝3色的调制光合成，形成用于投射彩色图 像的合成光。最后，在十字分色棱镜420中合成的合成光进入投影透镜600, 并从那里作为彩色图像投射显示在屏幕上。如果采用上述的投影机，则由于其使用的由发光管10、第一反射镜20a 和第二反射镜30a所构成的照明装置100 (或IOOA、 IOOB、 IOOC、 100D ) 的已经介绍过的作用，可以同时实现投影机的小型化和高亮度化。在上述实施例中，举例说明了采用透过型液晶面板的投影机，但本发 明也适用于采用反射型液晶面板的投影机。这里所说的"透过型"是指液晶 面板等光调制装置是使光透过的类型，所谓"反射型"则指液晶面板等光调 制装置是反射光的类型。另外，光调制装置并不仅限于液晶面板，例如也 可以是采用微镜的装置。此外，本发明的照明光学系统适用于从观察方向 进行投影的前面投影型投影机，也适用于从观察方向的相反侧进行投射的 背投式投影机。
权利要求
1.一种照明装置的组装方法，该照明装置包括具有能够在电极间进行发光的发光部和位于该发光部两侧的密封部的发光管；在该发光管的长边方向配置在比前述发光部靠后的位置上的起主反射镜作用的第一反射镜；以及配置在比前述发光部靠前的位置上的起辅助反射镜作用的第二反射镜，其特征在于，具有以下步骤调整前述第二反射镜与前述发光管的相对位置，使前述发光管的电极或电极间弧光的实像与由前述第二反射镜反射的前述电极或前述电极间弧光的反射像重叠，然后将前述发光管及前述第二反射镜固定；以及以使固定有前述第二反射镜的前述发光管的电极间中心与前述第一反射镜的第一焦点大致一致的方式配置前述第一反射镜和前述发光管，调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置，使前述第一反射镜的规定位置的亮度最大，然后将前述发光管和前述第一反射镜固定，其中前述规定位置是前述第一反射镜的设计上的第二焦点或者是配置装载前述照明装置的光学系统的照明对象物的位置。
2. 如权利要求1所述的照明装置的组装方法，其特征在于，前述将前 述发光管和前述第二反射镜固定的步骤包括以下步骤通过至少从两个方 向用照相机拍摄图像来检测前述实像和前述反射像，调整前述第二反射镜 的位置以使前述实像和前述反射像在各个方向重叠，然后将前述发光管和 前述第二反射镜固定。
3. 如权利要求1或2所述的照明装置的组装方法，其特征在于，前述 将前述发光管和前述第一反射镜固定的步骤包括以下步骤调整前述发光 管和前述第一反射镜的相对位置以使前述第一反射镜的设计上的第二焦 点附近的亮度最大，然后固定前述发光管和前述第一反射镜。
4. 如权利要求1或2所述的照明装置的组装方法，其特征在于，前述 将前述发光管和前述第 一反射镜固定的步骤包括以下步骤将前述照明装置组装到前述光学系统中，调整前述发光管和前述第一反射镜的相对位置 以使配置前述照明对象物的位置的亮度最大，然后固定前述发光管和前述 第一反射镜。
全文摘要
本发明的照明装置包括配置在比含有发光管(10)的照明装置(100)的发光部(11)靠后的位置上的第一反射镜(20a)、和配置在比光学系统的发光部(11)靠前的位置上的第二反射镜(30a)；与从发光部(11)出射到照明装置后侧的可利用临界光对应的第一反射镜(20a)的反射面(50)的直径(D1)设定得比第二反射镜(30a)的外侧面的直径(d1)大，而且第二反射镜(30a)的外侧面的直径(d1)被设定成能进入到可利用临界光被第一反射镜(20a)反射的光(L1)、(L2)的内侧的大小；以第二反射镜(30a)的反射面(60)将发光部(11)的前侧的大致一半包围，而且从发光部(11)的中心出射并进入第二反射镜(30a)的入射光与第二反射镜(30a)的法线一致的方式配置。
文档编号H01J61/02GK101334140SQ20081012987
公开日2008年12月31日 申请日期2003年9月1日 优先权日2002年8月30日
发明者竹泽武士 申请人:精工爱普生株式会社