照明裝置、投影機(jī)、以及照明裝置的組裝方法

專利名稱：照明裝置、投影機(jī)、以及照明裝置的組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有發(fā)光管和反射來(lái)自該發(fā)光管的出射光的反射鏡的照明裝置以及配置有該照明裝置的投影機(jī)。
背景技術(shù)：
關(guān)于照明裝置，目前廣泛應(yīng)用的是由發(fā)光管和反射鏡所構(gòu)成的照明裝置。在這樣的裝置中，為了有效地利用雖然從發(fā)光管出射卻由于變成雜散光而不能被利用的光，過(guò)去如實(shí)開(kāi)平5-87806號(hào)公報(bào)(第7頁(yè)，第1圖)中所記述的那樣，在發(fā)光管上形成反射膜。另外也有如特開(kāi)平8-31382號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)，第1圖)中所記述的那樣，把發(fā)光管夾在中間，和反射鏡對(duì)置地配置第2反射鏡。
然而，對(duì)于在發(fā)光管前面形成反射膜的方法來(lái)說(shuō)，有時(shí)由于電極間的位置相對(duì)于安裝在發(fā)光管外面的反射膜具有偏差，而不能獲得所需的反射特性，有時(shí)由于反射特性取決于發(fā)光管的形狀，而不能獲得所需的反射特性。因此，采取在發(fā)光管的前面形成反射膜的方法時(shí)，有的發(fā)光管并不能有效地利用光。另外，如果不用反射膜，而是與原來(lái)所配置的第一反射鏡對(duì)置地另外配置第二反射鏡，那么若要進(jìn)一步提高光的利用效率，需要與發(fā)光管和第一反射鏡相關(guān)連地更加具體地特定第二反射鏡的配置和形態(tài)。
發(fā)明目的本發(fā)明就是為了解決上述課題而實(shí)施的，其目的在于提供通過(guò)更加具體地特定第二反射鏡相對(duì)于發(fā)光管和第一反射鏡的配置及形態(tài)，可以把在通常情況下會(huì)成為雜散光的發(fā)光管的大部分出射光加以利用的照明裝置和采用這種照明裝置的投影機(jī)。同時(shí)還提供這種照明裝置的組裝方法。
本發(fā)明的照明裝置包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的第二反射鏡，其特征是出射到前述發(fā)光部的后側(cè)的可利用臨界光的前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D1比前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1大，而且前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1被設(shè)定成能進(jìn)入前述可利用臨界光被前述第一反射鏡反射的光的內(nèi)側(cè)的大??；以使前述第二反射鏡的反射面包圍前述發(fā)光部的前側(cè)的大致一半，而且從前述發(fā)光部中心出射并進(jìn)入該第二反射鏡的入射光與該第二反射鏡的法線一致的方式配置。這樣就能把在通常情況下會(huì)成為雜散光的從發(fā)光管發(fā)出的光的絕大部分返回到第一反射鏡而加以利用。另外，對(duì)于從發(fā)光部出射到照明裝置的后側(cè)的光中的處于可利用范圍內(nèi)的光來(lái)說(shuō)，可以避免在第一反射鏡反射后被第二反射鏡遮擋。除此之外還能得到下述的效果。即，在獲取同等光量的情況下可以縮小第一反射鏡。另外，由于可以減小第一反射鏡的聚光點(diǎn)直徑，所以，光可以很容易地入射到后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)中，從這一點(diǎn)也可提高光的利用效率。再有，如果采用這種結(jié)構(gòu)，由于可以使發(fā)光管呈從第一反射鏡突出的狀態(tài)，所以可以使通過(guò)照明裝置的冷空氣直接接觸發(fā)光管，從而還可以提高其冷卻性。
前述可利用臨界光可以是由前述發(fā)光管的結(jié)構(gòu)來(lái)確定的臨界光。在這種場(chǎng)合，從發(fā)光部出射到照明裝置后側(cè)的光幾乎全都可以被利用。
本發(fā)明的其它照明裝置包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的第二反射鏡，其特征是出射到前述發(fā)光部的后側(cè)的可利用臨界光的上述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D1比前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1大，而且前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1被設(shè)定成能進(jìn)入到前述可利用臨界光被前述第一反射鏡反射的光的內(nèi)側(cè)的大??；以使從前述發(fā)光部中心出射并進(jìn)入該第二反射鏡的入射光與該第二反射鏡的法線一致的方式配置前述第二反射鏡；設(shè)前述電極的頂端間距離為L(zhǎng)e，從前述電極頂端間的中心F1到前述第二反射鏡的反射面的開(kāi)口端面的前述照明裝置的光軸上的距離為L(zhǎng)r，前述第二反射鏡的外側(cè)面的開(kāi)口端部的直徑為d2，前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑為D2，從前述電極頂端中的前述第一反射鏡一側(cè)的電極頂端出射而未被前述第二反射鏡遮擋的光、與把前述照明裝置的光軸向前述照明裝置的后側(cè)延長(zhǎng)的直線之間的夾角為θd，前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部與前述第一反射鏡一側(cè)的電極頂端的連線、與把前述照明裝置的光軸向前述照明裝置的后側(cè)延長(zhǎng)的直線之間的夾角為θe，并用公式θd＝90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d2/2)}近似地表示θd時(shí)，前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D2處于使θe＞θd的范圍內(nèi)。
如果這樣設(shè)定第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑，那么未在第二反射鏡反射而向前出射的光也可獲得利用。
此外還有，本發(fā)明的其它照明裝置包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的第二反射鏡，其特征是出射到前述發(fā)光部后側(cè)的可利用臨界光的上述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D1比前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1大，而且前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1被設(shè)定成能進(jìn)入到前述可利用臨界光被前述第一反射鏡反射的光的內(nèi)側(cè)的大??；以使從前述發(fā)光部中心出射并進(jìn)入該第二反射鏡的入射光與該第二反射鏡的法線一致的方式配置前述第二反射鏡；前述第二反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D2被設(shè)定為，使其能夠反射從在前述電極間產(chǎn)生的電弧的前述第一反射鏡一側(cè)的電弧端射出而不被前述第二反射鏡遮擋的光的臨界光的大小。
如果這樣設(shè)定第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑，那么未在第二反射鏡反射而出射到前方的光也可以獲得利用，而且還可以將第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑設(shè)定在最小限度。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選以與前述發(fā)光部的外周之間隔有間隙的方式配置前述第二反射鏡。這樣，將從發(fā)光部中心出射并進(jìn)入該第二反射鏡的入射光與第二反射鏡的法線對(duì)齊時(shí)，就可以把前述間隙作為調(diào)整寬度來(lái)調(diào)整發(fā)光部與第二反射鏡的相對(duì)位置。另外，由于有這個(gè)間隙，在第二反射鏡和發(fā)光部之間就不會(huì)發(fā)生熱的停滯，因而能夠抑制發(fā)光部溫度的過(guò)度升高。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選前述第二反射鏡的反射面用可以通過(guò)紫外線和紅外線的電介質(zhì)多層膜形成。這樣，由于只將可見(jiàn)光向第一反射鏡反射，故可以防止因紫外線和紅外線等使發(fā)光部和第一反射鏡的反射面以及入射從該照明裝置發(fā)出的光的光學(xué)部件等受到損害。同時(shí)由于第二反射鏡可以高效率地反射實(shí)際用于照明的可見(jiàn)光，所以還可以提高照明裝置的照度。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選通過(guò)對(duì)內(nèi)徑比前述密封部的外徑大的管子的端面進(jìn)行研磨或壓力成型來(lái)形成前述第二反射鏡的反射面。這樣，可以減少加工反射面的復(fù)雜工序。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選前述第二反射鏡的外側(cè)面以使從其反射面?zhèn)热肷涞墓馔高^(guò)或擴(kuò)散反射的方式形成，使第二反射鏡不吸收光。這樣可以防止因從第二反射鏡的反射面入射過(guò)來(lái)的紅外線等光所引起的第二反射鏡的溫度升高。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選前述第二反射鏡由石英、透光性氧化鋁、水晶、藍(lán)寶石、YAG或螢石中的任何一種制成。這些材料具有良好的熱傳導(dǎo)性或較低的熱膨脹率，所以用這些材料制作的第二反射鏡，其溫度分布均勻且耐熱性好，而且透過(guò)紅外線、紫外線的性能也很出色。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選在前述發(fā)光部的外周面設(shè)置防反射層。這樣可減少經(jīng)過(guò)第二反射鏡的光由于在發(fā)光部反射而造成的光損失。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選用粘接劑將前述第二反射鏡粘固在前述發(fā)光部附近的前述密封部的表面。如此將第二反射鏡固定在發(fā)光管上，就能盡可能地減少對(duì)從發(fā)光部出射并從第一反射鏡反射而來(lái)的光、和從發(fā)光部出射并透過(guò)第二反射鏡而來(lái)的光等的遮擋。
另外，如果采用硅酸鋁混合物或含有氮化鋁的無(wú)機(jī)類粘接劑作為前述粘接劑，則因這類粘接劑具有良好的熱傳導(dǎo)性，所以可以抑制第二反射鏡和發(fā)光管的溫度分布不均勻。
另外，在前述照明裝置中，優(yōu)選前述第二反射鏡在前述密封部的外周與該外周面之間留有間隙，并通過(guò)卷線彈簧將其擠壓固定在前述發(fā)光管的發(fā)光部附近。這樣，發(fā)光管即使受熱而膨脹，其熱變形也會(huì)被上述間隙吸收。
另外，若用導(dǎo)電性卷線制成前述彈簧，且將其連接在從配置了該彈簧的一側(cè)的相反側(cè)的密封部引出的導(dǎo)線上，則前述彈簧就可作為用于提高點(diǎn)燃性的絕緣破壞的觸發(fā)線來(lái)使用。
本發(fā)明的投影機(jī)具有入射來(lái)自照明裝置的光并根據(jù)被提供的圖像信息來(lái)調(diào)制該入射光的光調(diào)制裝置，其特征是上述照明裝置是前述任意一項(xiàng)所記載的照明裝置。這樣，就能獲得小型的高亮度的投影機(jī)。
利用本發(fā)明的照明裝置的組裝方法組裝的照明裝置包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的起主反射鏡作用的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的起輔助反射鏡作用的第二反射鏡，其特征在于，具有調(diào)整前述第二反射鏡與前述發(fā)光管的相對(duì)位置，使前述發(fā)光管的電極或電極間電弧的實(shí)像與由前述第二反射鏡反射的前述電極或前述電極間電弧的反射像重疊，然后將前述發(fā)光管及前述第二反射鏡固定的步驟；以使固定有前述第二反射鏡的前述發(fā)光管的電極間中心與前述第一反射鏡的第一焦點(diǎn)大致一致的方式配置前述第一反射鏡和前述發(fā)光管，調(diào)整前述發(fā)光管與前述第一反射鏡的相對(duì)位置，使前述第一反射鏡的規(guī)定位置的亮度最大，然后將前述發(fā)光管及前述第一反光鏡固定的步驟。
另外，在上述照明裝置的組裝方法中，優(yōu)選固定前述發(fā)光管和前述第二反射鏡的步驟包括通過(guò)至少?gòu)?個(gè)方向用照相機(jī)拍攝圖像來(lái)檢測(cè)前述實(shí)像和前述反射像，調(diào)整前述第二反射鏡的位置以使前述實(shí)像和前述反射像在各個(gè)方向重疊，然后將前述發(fā)光管和前述第二反射鏡固定的工序。
另外，在上述照明裝置的組裝方法中，優(yōu)選前述所規(guī)定位置就是前述第一反射鏡的設(shè)計(jì)上的第二焦點(diǎn)，固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的步驟包括調(diào)整前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的相對(duì)位置，使前述第一反射鏡的設(shè)計(jì)上的第二焦點(diǎn)附近的亮度最大，然后固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的工序。
另外，在上述照明裝置的組裝方法中，優(yōu)選前述所規(guī)定位置就是配置裝配前述照明裝置的光學(xué)系統(tǒng)的照明對(duì)象物的位置，固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的步驟包括將前述照明裝置組裝到前述光學(xué)系統(tǒng)中，調(diào)整前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的相對(duì)位置以使配置前述照明對(duì)象物的位置的亮度最大，然后固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的工序。
由此，就能夠組裝出配置有更加提高了光的利用率的第二反射鏡的照明裝置。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的照明裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1的照明裝置的功能說(shuō)明圖。
圖3是有與沒(méi)有第二反射鏡時(shí)的第一反射鏡的反射面直徑的比較說(shuō)明圖。
圖4是有與沒(méi)有第二反射鏡時(shí)的照明裝置的聚光點(diǎn)直徑的比較說(shuō)明圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的照明裝置的光制圖和功能圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例3的照明裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是發(fā)光管和第二反射鏡的定位方法說(shuō)明圖。
圖8是發(fā)光管和第一反射鏡的定位方法說(shuō)明圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施例4的照明裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施例5的照明裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是具有上述實(shí)施例的照明裝置的投影機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面，一邊參照附圖一邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在各圖中，相同的符號(hào)表示的是同一物體或與之相當(dāng)?shù)奈矬w。
(實(shí)施例1)圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的照明裝置100的結(jié)構(gòu)圖，圖2是圖1所示的裝置100的功能說(shuō)明圖。該照明裝置100具有發(fā)光管10、作為照明裝置100的主反射鏡的第一反射鏡20a、和作為照明裝置100的輔助反射鏡的第二反射鏡30a。發(fā)光管10是用石英玻璃等制作的，包括內(nèi)部封入有鎢電極12、12，水銀，稀有氣體及少量鹵素的中央發(fā)光部11；以及位于發(fā)光部11兩側(cè)的密封部13、13。每個(gè)密封部13中都密封有與電極12連接的由鉬制成的金屬箔14，在各個(gè)金屬箔14、14上分別設(shè)置有與外部連接的引線15、15。這些引線15、15的連接端的結(jié)構(gòu)與原來(lái)的相同就可以，例如，與設(shè)置在圖中未示出的照明裝置的固定器等的與外部連接的連接端子連接。
另外，如果在發(fā)光部11的外周面上形成包含鉭氧化膜、鉿氧化膜、鈦氧化膜等的多層膜防反射層，則可以減少通過(guò)那里的光因反射所造成的損失。
第一反射鏡20a的反射面50為旋轉(zhuǎn)曲線形狀，F(xiàn)1、F2表示第一反射鏡20a的反射面50的旋轉(zhuǎn)曲線的第1焦點(diǎn)和第2焦點(diǎn)，f1和f2表示從第1反射鏡20a的反射面50的旋轉(zhuǎn)曲線的頂點(diǎn)到第1焦點(diǎn)F1和第2焦點(diǎn)F2的距離。另外，第一反射鏡20a的反射面50可以采用旋轉(zhuǎn)橢圓面形狀或旋轉(zhuǎn)拋物面形狀等。第一反射鏡20a是在含有發(fā)光管10的該照明裝置100中配置在發(fā)光管10的后側(cè)的反射元件，在其后側(cè)的端部中心設(shè)置了用于固定發(fā)光管10的貫通孔21。發(fā)光管10是在把發(fā)光管10的軸與該第一反射鏡20a的軸對(duì)齊后，用膠合劑等無(wú)機(jī)類粘接劑22固定在第一反射鏡20a的貫通孔21上的。所謂發(fā)光管10的軸，就是發(fā)光管10在其長(zhǎng)邊方向上的中心軸，與電極12、12的方向大致一致。所謂第一反射鏡20a的軸，就是構(gòu)成第一反射鏡20a的反射面50的旋轉(zhuǎn)曲線的旋轉(zhuǎn)軸，與從照明裝置100出射的光束的中心軸大致一致。另外，發(fā)光管10的發(fā)光部11的中心(電極12、12之間的中心)在第一反射鏡20a的反射面50為旋轉(zhuǎn)橢圓面形狀時(shí)，與其第1焦點(diǎn)(F1)一致或位于其附近，而在第一反射鏡20a的反射面50為旋轉(zhuǎn)拋物面形狀時(shí)，則與其焦點(diǎn)F一致或位于其附近。也就是說(shuō)，發(fā)光部11的中心設(shè)置在第一反射鏡20a的焦點(diǎn)F1或F附近，或者與焦點(diǎn)F1或F的位置大致一致。
第二反射鏡30a是在含有發(fā)光管10的該照明裝置100中，配置在發(fā)光管10的前側(cè)的反射元件，其反射面60包圍發(fā)光部11的前側(cè)大致一半的區(qū)域，而且被設(shè)置成使從發(fā)光部11的中心出射并進(jìn)入到該第二反射鏡30a的反射面60的入射光與該第二反射鏡30a的反射面60的法線一致。這里，第二反射鏡30a是用粘接劑31固定在密封部13上的。由于制造偏差等原因，每個(gè)發(fā)光管10的發(fā)光部11的結(jié)構(gòu)(電極12間的位置，發(fā)光部11的各部的形狀等)都有差別，所以，優(yōu)選根據(jù)與發(fā)光部11的關(guān)系分別確定每個(gè)發(fā)光管10的第二反射鏡30a的反射面60的形狀。
另外，第二反射鏡30a要經(jīng)受900～1000℃的高溫，所以需要由低熱膨脹性的或熱傳導(dǎo)性良好的材料來(lái)制成。因此，第二反射鏡30a例如用低膨脹材料的石英或新陶瓷(ネオセラム)，高熱傳導(dǎo)性材料的透光性氧化鋁、藍(lán)寶石、水晶、螢石、YAG等制作。透光性的氧化鋁例如可以用商品<斯密科蘭達(dá)姆>(斯密科蘭達(dá)姆是住友化學(xué)工業(yè)的注冊(cè)商標(biāo))。
如果第二反射鏡30a的反射面60能夠只反射用于照明的可見(jiàn)光而使不能用于照明的紫外線和紅外線通過(guò)，則在第二反射鏡30a上產(chǎn)生的熱量就會(huì)減少。因此，在此把只反射可見(jiàn)光而使紫外線和紅外線通過(guò)的電介質(zhì)多層膜疊層在第二反射鏡30a的反射面60上。這種電介質(zhì)多層膜需要有耐熱性，例如可由鉭化合物與SiO2的交替疊層、或鉿化合物與SiO2的交替疊層等構(gòu)成。綜合上述各項(xiàng)，作為具有低膨脹性或有良好的熱傳導(dǎo)性，而且容易使紫外線和紅外線透過(guò)的材料，可以例舉石英、透光性氧化鋁、水晶、藍(lán)寶石、YAG(Y3Al5O12)、螢石等，優(yōu)選用其中的任意一種來(lái)制作第二反射鏡30a。
另外，第二反射鏡30a的外側(cè)面80以具有使未被其反射面60反射而入射的光(紅外線、紫外線、從反射面60一側(cè)漏過(guò)來(lái)的可見(jiàn)光等)透過(guò)或擴(kuò)散反射的反射膜或形狀的方式成形，使第二反射鏡30a盡量不吸收光。
另外，如圖1所示，以由從發(fā)光部11出射到該第一反射鏡20a一側(cè)即照明裝置100的后側(cè)的可利用臨界光L1、L2所表示的圓錐的第一反射鏡20a的反射面50的直徑D1比第二反射鏡30a的外側(cè)面80的直徑d1大，而且第二反射鏡30a的外側(cè)面80的直徑d1的大小能夠進(jìn)入到由可利用臨界光L1、L2的被第一反射鏡20a反射的光所形成的圓錐的內(nèi)側(cè)的方式設(shè)定第二反射鏡30a的外側(cè)面80的直徑d1。這樣，在從發(fā)光部11出射到照明裝置100的后側(cè)的光中的處于可利用范圍內(nèi)的光，在第一反射鏡20a反射后不會(huì)被第二反射鏡30a遮擋。
所謂可利用臨界光L1、L2，是指在從發(fā)光部11出射到照明裝置100的后側(cè)的光中，與可作為照明光實(shí)際利用的范圍的內(nèi)側(cè)邊界相對(duì)應(yīng)的光，有時(shí)由發(fā)光管10的結(jié)構(gòu)決定，有時(shí)由第一反射鏡20a的結(jié)構(gòu)決定。所謂由發(fā)光管10的結(jié)構(gòu)決定的可利用臨界光，是指在從發(fā)光部11出射到第一反射鏡20a一側(cè)即后側(cè)而沒(méi)有因密封部13等的影響而被遮擋的作為有效光而出射的光中的與因密封部13等的影響而被遮擋的光的邊界的有效光。所謂由第一反射鏡20a的結(jié)構(gòu)決定的可利用臨界光，則指在從發(fā)光部11出射到第一反射鏡20a一側(cè)即照明裝置100的后側(cè)而沒(méi)有因密封部13等的影響而被遮擋的作為有效光而出射的光中的與由于存在貫通孔21等的第一反射鏡20a的緣故而不能被反射面反射的不能被作為照明光而利用的光的邊界的有效光。當(dāng)上述可利用臨界光是由發(fā)光管10的結(jié)構(gòu)所決定的臨界光時(shí)，如果采用本實(shí)施例，則由發(fā)光部11出射到照明裝置100的后側(cè)的絕大部分光都可得到利用。
如果增大第二反射鏡30a的外側(cè)面80的直徑d1，那么就會(huì)有更多的被第一反射鏡20a反射后向前行進(jìn)的光被遮擋，所以光的利用率會(huì)降低。因此，為了避免光利用率的降低，就要使第二反射鏡30a的外側(cè)面80的直徑d1盡量小。
另外，為了調(diào)整光源像和反射像的位置關(guān)系，發(fā)光部11的外周面與第二反射鏡30a的反射面60之間要留有能進(jìn)行第二反光鏡30a相對(duì)于發(fā)光部11的位置調(diào)整的間隔即0.2mm以上的間隙A。這樣就能調(diào)整發(fā)光部11與第二反射鏡30a的相對(duì)位置，使光源像與反射像一致，而且還可以確保被第二反射鏡30a所覆蓋的那一側(cè)的發(fā)光部11及發(fā)光管10的散熱，從而可以抑制發(fā)光管10的溫度的過(guò)度上升。因此，可以抑制因溫度升高而造成的電極12的損耗和包括發(fā)光部11的發(fā)光管10的白濁和膨脹。
如上所述，如果采用本實(shí)施例的照明裝置100，則如圖2所示，從發(fā)光管10的發(fā)光部11向后側(cè)出射的光L1、L2、L5、L6被第一反射鏡20a反射后射向照明裝置100的前方。而從發(fā)光部11向前側(cè)出射的光L3、L4被第二反射鏡30a的反射面60反射而返回到第一反射鏡20a后，被第一反射鏡20a反射而射向照明裝置100的前方。由此，從發(fā)光部11出射的光的絕大部分都能得到利用。
另外，本實(shí)施例的照明裝置100通過(guò)采用第二反射鏡30a，可以使第一反射鏡20a的反射面50的直徑D4比未采用第二反射鏡的照明裝置的小。
對(duì)此可以參照?qǐng)D3來(lái)說(shuō)明。圖3(a)表示沒(méi)有采用第二反射鏡的照明裝置100e，圖3(b)則表示采用了第二反射鏡30a的照明裝置100。第一反射鏡20b、20a的反射面51、50的旋轉(zhuǎn)橢圓面的第1焦點(diǎn)距離f1及第2焦點(diǎn)距離f2都相等。如圖3(b)所示，當(dāng)采用了第二反射鏡30a時(shí)，由于可以使從發(fā)光部11向前側(cè)出射的光被第二反射鏡30a反射后入射到第一反射鏡20a的反射面50上，所以，第一反射鏡20a的反射面50的開(kāi)口端部的直徑D4可以比沒(méi)采用第二反射鏡30a的第一反射鏡20b的反射面51的開(kāi)口端部的直徑D3小(D4＜D3)。但由于f2/f1的倍率關(guān)系并未改變，所以在這些情況下的聚光點(diǎn)直徑相同，光學(xué)系統(tǒng)的效率沒(méi)有變化。
另外，本實(shí)施例的照明裝置100通過(guò)采用第二反射鏡30a，可以使照明裝置的聚光點(diǎn)直徑比未采用第二反射鏡的照明裝置的小。
首先對(duì)聚光點(diǎn)直徑進(jìn)行說(shuō)明。如果發(fā)光部11的電弧是一個(gè)點(diǎn)，則聚光點(diǎn)也會(huì)成為一個(gè)點(diǎn)，即使在反射面的開(kāi)口端部的直徑都一樣的第一反射鏡上改變焦點(diǎn)距離，聚光點(diǎn)直徑的大小也不會(huì)發(fā)生變化。但實(shí)際上電弧是有限的。如圖4(b)所示，如果把有限的電弧的直徑設(shè)為L(zhǎng)L、此時(shí)的聚光點(diǎn)的直徑為Φ、從第一反射鏡20c的反射面52的旋轉(zhuǎn)曲線的頂點(diǎn)到第1焦點(diǎn)的距離設(shè)為f1′、從第一反射鏡20c的反射面52的旋轉(zhuǎn)曲線的頂點(diǎn)到第2焦點(diǎn)的距離設(shè)為f2′，則聚光點(diǎn)的直徑Φ就取決于電弧的直徑LL與f2′/f1′的乘積。因此，對(duì)于反射面的開(kāi)口端部的直徑D3相同的圖4(a)的第一反射鏡20b和圖4(b)的第一反射鏡20c來(lái)說(shuō)，第一反射鏡20b的反射面51的焦點(diǎn)f1、f2與第一反射鏡20c的反射面52的焦點(diǎn)f1′、f2′之間的倍率關(guān)系為(f2/f1)＞(f2′/f1′)，所以圖4(b)的第一反射鏡20c的聚光點(diǎn)直徑就會(huì)比圖5(a)的聚光點(diǎn)直徑小。此時(shí)，隨著圖4(a)的第一反射鏡20b的焦點(diǎn)距離f1、f2向圖4(b)的第一反射鏡20c的焦點(diǎn)距離f1′、f2′的靠近，不能入射到第一反射鏡20b的反射面51的光將會(huì)增多，照明效率就會(huì)降低。但具有第二反射鏡30a的圖4(b)所示的照明裝置100f可以利用第二反射鏡30a防止光的損失，且由于減小了聚光點(diǎn)直徑，所以能夠很容易地射入到照明裝置100f的后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)中，而且提高了從發(fā)光部11出射的光的利用效率。
(實(shí)施例2)圖5(a)是本發(fā)明實(shí)施例2的照明裝置100A的結(jié)構(gòu)圖和功能圖。該照明裝置100A的結(jié)構(gòu)基本上與圖1的照明裝置100相同。與圖1的照明裝置100的不同之處有照明裝置100A的第一反射鏡20d的反射面53的焦點(diǎn)距離f1A比照明裝置100的第一反射鏡20a的反射面50的焦點(diǎn)距離f1大；(f1＜f1A)，照明裝置100A的第一反射鏡20d的反射面53的焦點(diǎn)距離f2A比照明裝置100的第一反射鏡20a的反射面50的焦點(diǎn)距離f2小(f2＞f2A)。圖中，f1A表示從第一反射鏡20d的反射面53的旋轉(zhuǎn)曲線的頂點(diǎn)到第1焦點(diǎn)F1A的距離，f2A表示從第一反射鏡20d的反射面53的頂點(diǎn)到第二焦點(diǎn)F2A的距離。這樣，第一反射鏡20d的反射面53的開(kāi)口端部的直徑D5就會(huì)比圖1的第一反射鏡20a的反射面50的開(kāi)口端部的直徑D4大，但照明裝置100A的第二焦點(diǎn)F2A的聚光點(diǎn)直徑則要比照明裝置100的第二焦點(diǎn)F2的聚光點(diǎn)直徑小。所以，來(lái)自照明裝置100A的射出光就能很容易地入射到后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)中，從而有利于提高光的利用效率。
另外，當(dāng)使用亮度更高的發(fā)光管等形狀較大的發(fā)光管10A時(shí)，隨著發(fā)光管10A增大，第二反射鏡的形狀也必須跟著增大。這樣，在圖5(b)的照明裝置100中，第二反射鏡30c就把從由發(fā)光管10A的結(jié)構(gòu)所決定的可利用臨界光L1、L2的從第一反射鏡20a反射的光遮擋住了。但由于照明裝置100A的焦點(diǎn)距離f1A比焦點(diǎn)距離f1大，所以，用由發(fā)光管10A的結(jié)構(gòu)所決定的可利用臨界光L1、L2所表示的圓錐的第二反射鏡20d的反射面53的直徑D6就會(huì)比照明裝置100的第二反射鏡20a的反射面50的直徑D7大，所以可利用臨界光L1、L2的從第一反射鏡20b反射的光不會(huì)被第二反射鏡30b遮擋，可以作為有效光利用，從而可以提高來(lái)自高亮度的大功率發(fā)光管的光的利用效率。
另外，在由發(fā)光部11A產(chǎn)生的熱量相同的情況下，第一反射鏡20d接受輻射熱的面積是由第一反射鏡20a接受輻射熱的面積與焦點(diǎn)距離的比率f1A/f1的平方的乘積決定的，所以第一反射鏡20d的單位面積接受的輻射熱與f1A/f1的平方成反比。因此，對(duì)于本實(shí)施例的照明裝置100A來(lái)說(shuō)，第一反射鏡20d的單位面積從發(fā)光管10A接受的輻射熱要比第一反射鏡20a少，所以可防止第一反射鏡20d的溫度升高。
(實(shí)施例3)圖6是本發(fā)明的實(shí)施例3的照明裝置100D的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于該照明裝置100D與圖1相同的部分，使用的符號(hào)相同并略了說(shuō)明，以下對(duì)不同之處進(jìn)行說(shuō)明。在這里，與上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?不同，在第二反射鏡30c的反射面62的開(kāi)口端部的前端沒(méi)有到達(dá)電極12、12之間的中心位置時(shí)決定第一反射鏡20e應(yīng)承擔(dān)的光反射區(qū)域的范圍。在圖6中，設(shè)電極12、12的頂端間距離Le、從電極12、12的頂端間的中心F1(第一反射鏡20e的第1焦點(diǎn))到第二反射鏡30b的開(kāi)口端面的光軸上的距離為L(zhǎng)r，第二反射鏡30b的外側(cè)面的開(kāi)口端部的直徑為d2，第一反射鏡20e的反射面54的開(kāi)口端部的直徑為D2，從照明裝置100D出射的光的中心軸即照明裝置100D的光軸為A，從一對(duì)電極12、12中的位于第一反射鏡20e一側(cè)的電極12的頂端出射而未被第二反射鏡30b遮擋的光的臨界光L7與把照明裝置100D的光軸A向照明裝置100D的后側(cè)延長(zhǎng)的直線之間的夾角為θd。圖6中的θd就是從位于第一反射鏡20e一側(cè)的電極12后側(cè)的光軸延長(zhǎng)線A向右旋轉(zhuǎn)至臨界光L7的角度。據(jù)此，角度θd可以用下式1近似地表示θd＝90度+tan-1{(Le/2+Lr)/(d1/2)}式1在這里，由于發(fā)光管10是用玻璃形成的，所以從實(shí)際的電弧像出射的光將會(huì)由于發(fā)光管10的玻璃的形狀而發(fā)生折射，結(jié)果，有時(shí)從發(fā)光管10的外部所看到的電弧像比實(shí)際的電弧像要大，有時(shí)好像從實(shí)際的電弧像的位置移動(dòng)。換言之，即使是從第一反射鏡20e一側(cè)的電極12出射的光，有時(shí)也在透過(guò)發(fā)光管10的玻璃部分時(shí)發(fā)生折射而出射到不是第一反射鏡20e的反射區(qū)域的部分，變成不能作為照明光來(lái)利用的光。因此，當(dāng)把第一反射鏡20e的反射面54的開(kāi)口端B與第一反射鏡一側(cè)的電極的頂端的連線C與向光軸A的向后側(cè)延長(zhǎng)的直線之間的夾角為θe時(shí)，通過(guò)設(shè)定θe大于θd，就能把從發(fā)光部11出射的更多的光作為有效的照明光來(lái)加以利用。圖6中的θe是把從第一反射鏡20e一側(cè)的電極12后側(cè)的光軸的延長(zhǎng)線A向右旋轉(zhuǎn)到線C的角度。
另外，從發(fā)光部11出射出的光不只是來(lái)自電極12、12之間的光，實(shí)際的電弧像由于和電極12的頂端重疊，所以還存在從比電極12的頂端間更靠外側(cè)的部位出射的光。因此，如果僅用θd來(lái)決定第一反射鏡20e的反射面54的開(kāi)口端部的直徑D2，則從重疊在第一反射鏡20e一側(cè)的電極12上的那部分電弧像出射的光L8，就會(huì)出射到第一反射鏡20e的非反射區(qū)的部分而成為不能作為照明光而利用的光了。因此，通過(guò)使從第一反射鏡20e一側(cè)的電弧端Lo出射而未被第二反射鏡30b擋住的光的臨界光L8與第一反射鏡20e的反射面54的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)成為第一反射鏡20e的開(kāi)口端B，就可以把從電弧端Lo出射的光L8也作為有效光來(lái)利用。還有，如果把第一反射鏡20e的開(kāi)口端設(shè)定成也能反射L8，則從電極12的頂端出射而在發(fā)光管10的玻璃部分發(fā)生折射的光也能夠在第一反射鏡20e反射，這樣，更多的從發(fā)光部11出射的光就會(huì)成為有效的照明光而得到利用，而且，還可以選擇必需的最小限度的第一反射鏡20e的反射面54的開(kāi)口端部的直徑。
例如，如果把第一反射鏡20e的反射面54的開(kāi)口端部的直徑D2設(shè)定在可反射從θd到θd+10度的光線的范圍，則從發(fā)光部11出射的光的絕大部分都可以利用。
(關(guān)于照明裝置的制作)接下來(lái)將對(duì)照明裝置100、100A、100D的制作順序進(jìn)行說(shuō)明。下面對(duì)具有第一反射鏡20a的照明裝置100進(jìn)行說(shuō)明，照明裝置100A、100D也可以用同樣的順序制作。首先，在開(kāi)始時(shí)，要針對(duì)每只發(fā)光管10收集其有關(guān)發(fā)光管10和第一反射鏡20a的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括發(fā)光部11內(nèi)的電極間距離、發(fā)光管10的各部分形狀和尺寸、第一反射鏡20a的形狀及尺寸、第一反射鏡20a的焦點(diǎn)(當(dāng)?shù)谝环瓷溏R為橢圓形時(shí)，是第1焦點(diǎn)和第2焦點(diǎn))等。接下來(lái)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)等對(duì)從各發(fā)光管10的發(fā)光部11出射的光的出射狀態(tài)進(jìn)行模擬。其次，根據(jù)這些模擬出的從發(fā)光部11出射的光的出射狀態(tài)，設(shè)計(jì)與各發(fā)光管10相對(duì)應(yīng)的第二反射鏡30a。該設(shè)計(jì)也可以利用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)進(jìn)行，通過(guò)這樣的模擬，決定能夠起前述第二反射鏡30a的作用的形狀(外徑、內(nèi)徑及反射面形狀等)。其次，根據(jù)該設(shè)計(jì)制作與各發(fā)光管10相對(duì)應(yīng)的第二反射鏡30a。然后一邊調(diào)整如此制作出的第二反射鏡30a的反射面60使之將發(fā)光部11的前側(cè)的約一半包圍，且使從發(fā)光部11的中心出射而進(jìn)入第二反射鏡30a的入射光與第二反射鏡30的反射面60的法線一致，一邊把第二反射鏡30a安裝到發(fā)光管10的密封部13的一端。據(jù)此就可以制作出具有把發(fā)光部11的電極間的實(shí)際電弧像和光透過(guò)發(fā)光管10的玻璃部分時(shí)發(fā)生折射的情況都考慮在內(nèi)的形狀的第二反射鏡30a，進(jìn)而可以進(jìn)行與實(shí)際從發(fā)光部11出射的光相符的第二反射鏡30a的位置調(diào)整。
另外，第二反射鏡30a從其結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)可以用內(nèi)徑比發(fā)光管10的密封部13的外徑大的中空管材料來(lái)制作。在這種場(chǎng)合，由電介質(zhì)多層膜形成成膜的第二反射鏡30a的反射面60可以通過(guò)研磨壁的厚度來(lái)形成。通過(guò)研磨來(lái)制作第二反射鏡30a的優(yōu)點(diǎn)是由于其反射面60呈中空形狀，所以不需像通常的球面研磨那么復(fù)雜的研磨控制。另外，第二反射鏡30a也可以通過(guò)對(duì)上述管材的壓力成型來(lái)制作。壓力成型方法非常簡(jiǎn)單，可極大地降低制作成本。
把第二反射鏡30a安裝在發(fā)光管10上時(shí)可采用下述的方法(1)一邊用CCD相機(jī)等觀察電極12、12之間的情況，一邊以使發(fā)光部11前側(cè)的一半與第二反射鏡30a的反射面60相對(duì)的方式將第二反射鏡30暫時(shí)固定在發(fā)光管10的密封部13上。其次，(2)一邊用CCD相機(jī)等從多個(gè)不同方向觀察第二反射鏡30a的反射面60，一邊調(diào)整第二反射鏡30a的位置，使映射在其反射面60上的電極12、12之間的像進(jìn)入本來(lái)的電極間(物點(diǎn))。(3)調(diào)整結(jié)束后，把第二反射鏡30a固定在發(fā)光管10的密封部13上。另外，對(duì)應(yīng)于上述(2)的第二反射鏡30a的暫時(shí)固定后的調(diào)整也可以按如下方法進(jìn)行。即，用極細(xì)的激光束從多個(gè)不同方向穿過(guò)電極12、12之間后照射在第二反射鏡30a的反射面60上，然后調(diào)整第二反射鏡30a的位置，使來(lái)自第二反射鏡30a的反射光束的位置與其傳播的情況相一致，這樣也可以得到與使用CCD相機(jī)時(shí)一樣的結(jié)果。據(jù)此就可以將由第二反射鏡30a反射的光準(zhǔn)確地返回到電極12、12之間，然后再返回到第一反射鏡20a。
下面將對(duì)發(fā)光管10、第一反射鏡20a及第二反射鏡30a的對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。
首先，調(diào)整第二反射鏡30a的位置，使發(fā)光管10的電極12、12或電極間電弧(點(diǎn)燃時(shí)的電弧)的實(shí)像與通過(guò)第二反射鏡30a反射的那些反射像重疊，然后固定發(fā)光管10和第二反射鏡30a。此時(shí)，可以如圖7所示，至少?gòu)?個(gè)方向利用相機(jī)(CCD相機(jī)等)拍攝圖像進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)整第二反射鏡30a的位置，使這些實(shí)像和反射像在各個(gè)方向相重疊，然后固定發(fā)光管10和第二反射鏡30a。在圖7中，(a)是表示使用CCD相機(jī)從2個(gè)方向進(jìn)行拍攝的示意圖，(b)是表示電極的實(shí)像與反射像重疊的概念圖，(c)是表示點(diǎn)燃時(shí)的電極間電弧的實(shí)像和反射像重疊的概念圖。另外，調(diào)整方向越多，越能夠高精度地定位。
然后，把第一反射鏡20a的第1焦點(diǎn)與按上述方法固定了第二反射鏡30a的發(fā)光管10的電極間中心大致對(duì)齊，配置第一反射鏡20a和發(fā)光管10，調(diào)整發(fā)光管10相對(duì)于第一反射鏡20a的位置，使規(guī)定位置的亮度最大，并在適當(dāng)?shù)奈恢脤l(fā)光管10和第一反射鏡20a固定。此時(shí)，可以如圖8所示，在設(shè)計(jì)上的聚光點(diǎn)附近配置受光器，一邊通過(guò)受光器測(cè)定從第一反射鏡20a出射的光，一邊分別調(diào)整發(fā)光管10和第一反射鏡20a在x、y、z三個(gè)軸的方向上的相對(duì)位置，使設(shè)計(jì)上的聚光點(diǎn)的亮度最大，然后固定發(fā)光管10和第一反射鏡20a。另外，在圖8中是使用受光器來(lái)測(cè)定亮度的，但只要能測(cè)定照度，用別的方法也可以。這樣就可制作出具有規(guī)定位置的照度最大的發(fā)光管10與第一反射鏡20a的相對(duì)位置關(guān)系的照明光學(xué)系統(tǒng)300。
另外，也可以裝入配置有照明系統(tǒng)100的光學(xué)系統(tǒng)、如圖11所示的照明光學(xué)系統(tǒng)300中，分別調(diào)整發(fā)光管10和第一反射鏡20a在x、y、z三個(gè)軸的方向的相對(duì)位置，使作為照明光學(xué)系統(tǒng)300的照明對(duì)象物的液晶面板410R、410G、410B的配置位置的亮度最大，然后將發(fā)光管10和第一反射鏡20a固定。這樣，就可以制作出具有包括與位于照明裝置100和照明對(duì)象物之間的光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)系的發(fā)光管10和第一反射鏡20a的最佳相對(duì)位置關(guān)系的配置有照明裝置100的光學(xué)系統(tǒng)300。
另外，上述Z軸是與照明裝置100的光軸平行的方向，X軸和Y軸是在Z軸的垂直面上呈直角相交的2個(gè)軸。
通過(guò)以上兩個(gè)步驟，就能對(duì)發(fā)光管10、第一反射鏡20a及第二反射鏡30a進(jìn)行調(diào)整，從而能夠提高配置了第二反射鏡30a的照明裝置100的光利用率。
另外，將第二反射鏡30a固定在發(fā)光管10上時(shí)，把第二反射鏡30a粘固在發(fā)光管10的密封部13。粘固時(shí)，除了使用以前就知道的膠合劑粘固外，如果使用前述的耐高溫的硅酸鋁混合物或含氮化鋁的無(wú)機(jī)類粘合劑，則由于具有良好的熱傳導(dǎo)率，可以抑制第二反射鏡30a和發(fā)光管10的溫度分布不均。作為粘接劑的具體實(shí)例，可以例舉商品<斯密塞拉姆>(朝日化學(xué)工業(yè)(株)制造，斯密塞拉姆為住友化學(xué)工業(yè)的注冊(cè)商標(biāo))。另外，用于固定發(fā)光管10和第二反射鏡30a的粘接劑的涂敷采用點(diǎn)滴粘接法(點(diǎn)涂敷)。當(dāng)涂敷量較多時(shí)，可增加點(diǎn)滴粘接點(diǎn)數(shù)量。因?yàn)檫@樣能夠很容易對(duì)粘接劑的量進(jìn)行控制。
另外，如果把第二反射鏡30a配置在盡可能靠近發(fā)光部11的密封部13的表面，則能夠盡可能地減少對(duì)從發(fā)光部11出射后被第一反射鏡20a反射過(guò)來(lái)的光、和從發(fā)光部11出射后透過(guò)第二反射鏡30a而來(lái)的光等的遮擋。另外，粘接劑的涂敷區(qū)域也限制在盡量能夠減少對(duì)從發(fā)光部11出射后被第一反射鏡20a反射過(guò)來(lái)的光、和從發(fā)光部11出射后透過(guò)第二反射鏡30a而來(lái)的光等的遮擋的范圍內(nèi)。
(實(shí)施例4)圖9是本發(fā)明的實(shí)施例4的照明裝置100B的結(jié)構(gòu)圖。與照明裝置100相比，只是發(fā)光管10和第二反射鏡30d的固定方法不同，在本實(shí)施例中，利用在密封部13的外周與該外周面隔有間隙地卷線而成的彈簧40，將第二反射鏡30d擠壓固定在設(shè)在密封部13的突出部16上。突出部16和發(fā)光管10是分別形成的，設(shè)置在能夠確保發(fā)光部11的外周與第二反射鏡30d的反射面63之間具有0.2mm以上間隙A的位置。而且彈簧40被連接在第一反射鏡20f的開(kāi)口端部周圍的2根或2根以上的牽引線41擠壓在第二反射鏡30d和突出部16一側(cè)。即使采用這種方式也能把第二反射鏡30d固定在發(fā)光管10上。由于彈簧40與密封部13的外周隔有間隙地卷線而成，所以即使密封部13受熱而膨脹，也會(huì)因?yàn)橛虚g隙而不成問(wèn)題。另外，在固定第二反射鏡30d時(shí)，根據(jù)需要還可以與粘接劑并用。
(實(shí)施例5)圖10是對(duì)圖9的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分變更的本發(fā)明的實(shí)施例5的照明裝置100C。在此，彈簧40由導(dǎo)電性卷線構(gòu)成，該導(dǎo)電性卷線的一端通過(guò)布線42與從配置了彈簧40的一側(cè)的相反側(cè)的密封部13引出的導(dǎo)線15電連接，使彈簧40具有發(fā)光管10啟動(dòng)時(shí)的絕緣破壞的觸發(fā)線的作用。這樣，不但可以將第二反射鏡30f固定在發(fā)光管10上，同時(shí)還可提高發(fā)光管10的點(diǎn)燃性。
除了上面說(shuō)明的粘接劑和彈簧外，還可以在密封部13、第二反射鏡30f中的某一方或兩方設(shè)立熔接部，通過(guò)用激光或氣體噴燃器使其熔接，把第二反射鏡30f固定在密封部13上。當(dāng)使用激光時(shí)，有時(shí)在激光照射的部位會(huì)發(fā)生黑化現(xiàn)象，但因固定的部位是在密封部13，所以不會(huì)有問(wèn)題。另外，前面講過(guò)的發(fā)光管10、第一反射鏡20f、第二反射鏡30f的調(diào)整方法與第二反射鏡30f的固定方式是否相同無(wú)關(guān)，仍可使用照明裝置100的制作方法。
如果采用上述的照明裝置100、100A、100B、100C、100D，則從發(fā)光管10出射的光的大部分都能夠不被浪費(fèi)地加以利用。而且這些照明裝置對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化、提高冷卻性能也能發(fā)揮作用。
圖11是具備上述任何一種照明裝置的投影機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。下面將對(duì)配置了照明裝置100的投影機(jī)進(jìn)行說(shuō)明。該光學(xué)系統(tǒng)具備照明光學(xué)系統(tǒng)300，包括由發(fā)光管10、第一反射鏡20a和第二反射鏡30a構(gòu)成的照明裝置100，和將從照明裝置100出射的光調(diào)整成規(guī)定的光的單元；色光分離光學(xué)系統(tǒng)380，包括分色鏡382、386、反射鏡384等；中繼光學(xué)系統(tǒng)390，包括入射側(cè)透鏡392、中繼透鏡396、反射鏡394、398；對(duì)應(yīng)于各個(gè)色光的場(chǎng)透鏡400、402、404及作為光調(diào)制裝置的液晶面板410R、410G、410B；作為色光合成光學(xué)系統(tǒng)的十字分色棱鏡420；以及投影透鏡600。
下面對(duì)上述結(jié)構(gòu)的投影機(jī)的功能進(jìn)行說(shuō)明。首先，從發(fā)光管10的發(fā)光部11的中心的后側(cè)出射的光，被第一反射鏡20a反射后射向照明裝置100的前方。而從發(fā)光部11的中心的前側(cè)出射的光被第二反射鏡30a反射后回到第一反射鏡20a，然后被第一反射鏡20a反射后射向照明裝置100的前方。
從照明裝置100射出的光入射到凹透鏡200，光的行進(jìn)方向在那里被調(diào)整成與照明光學(xué)系統(tǒng)300的光軸1大致平行后入射到構(gòu)成積分器透鏡的第1透鏡陣列320的各小透鏡321中。第1透鏡陣列320把入射光分割成與小透鏡321的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)部分光束。從第1透鏡陣列320出射的各部分光束入射到具有分別與各小透鏡321相對(duì)應(yīng)的小透鏡341而構(gòu)成積分器透鏡的第2透鏡陣列340。從第2透鏡陣列340出射的光被聚光到偏振變換元件陣列360的對(duì)應(yīng)的偏振分離膜(圖中被省略)的附近。此時(shí)，用遮光板(圖中被省略)進(jìn)行調(diào)整，使向偏振變換元件陣列360入射的光僅入射到與偏振分離膜對(duì)應(yīng)的部分。
在偏振變換元件陣列360中，入射到那里的光束被變換為同種類的線偏振光。接著，在偏振變換元件陣列360中偏振方向被調(diào)成一致的多個(gè)部分光束進(jìn)入到重疊透鏡370，并在那里進(jìn)行調(diào)整，使照射液晶面板410R、410G、410B的各部分光束在對(duì)應(yīng)的面板面上重合。
色光分離光學(xué)系統(tǒng)380包括第1和第2分色鏡382、386，具有把從照明光學(xué)系統(tǒng)出射的光分離成紅、綠、藍(lán)3色色光的功能。第1分色鏡382使從重疊透鏡370出射的光中的紅色光分量透過(guò)，并且反射藍(lán)色光分量和綠色光分量。透過(guò)第1分色鏡382的紅色光在反射鏡384反射，并通過(guò)場(chǎng)透鏡400到達(dá)紅色光用的液晶面板410R。該場(chǎng)透鏡400把從重疊透鏡370出射的各部分光束變換成與其中心軸(主光軸)平行的光束。設(shè)置在其它液晶面板410G、410B之前的場(chǎng)透鏡402、404也同樣地作用。
接下來(lái)，在第1分色鏡382反射的藍(lán)色光和綠色光中，綠色光被第2分色鏡386反射，通過(guò)場(chǎng)透鏡402后到達(dá)綠色光用的液晶面板410G。而藍(lán)色光則透過(guò)第2分色鏡386，通過(guò)中繼光學(xué)系統(tǒng)390即入射側(cè)透鏡392、反射鏡394、中繼透鏡396以及反射鏡398，進(jìn)而通過(guò)場(chǎng)透鏡404到達(dá)藍(lán)色光用的液晶面板410B。因?yàn)樗{(lán)色光的光路的長(zhǎng)度比其它顏色的光的光路都長(zhǎng)，所以將中繼光學(xué)系統(tǒng)390用于藍(lán)色光以防止因光的發(fā)散等原因造成的光利用效率的降低。也就是為了把入射到入射側(cè)透鏡392的部分光束原樣不變地傳送到場(chǎng)透鏡404。另外，雖然是中繼光學(xué)系統(tǒng)390使3種色光中的藍(lán)色光通過(guò)的結(jié)構(gòu)，但也可以是使紅色光等其它色光通過(guò)的結(jié)構(gòu)。
3個(gè)液晶面板410R、410G、410B根據(jù)所得到的圖像信息調(diào)制入射的各色光并形成各色光的圖像。另外，通常在3個(gè)液晶面板410R、410G、410B的光入射面?zhèn)群凸獬錾涿鎮(zhèn)仍O(shè)置偏振板。
從上述各液晶面板410R、410G、410B出射的3色的調(diào)制光進(jìn)入到具有將這些調(diào)制光合成并形成彩色圖像的色光合成光學(xué)系統(tǒng)功能的十字分色棱鏡420中。在十字分色棱鏡420中，反射紅色光的電介質(zhì)多層膜和反射藍(lán)色光的電介質(zhì)多層膜在4個(gè)直角棱鏡的界面大致形成X字形狀。通過(guò)這些電介質(zhì)多層膜將紅、綠、藍(lán)3色的調(diào)制光合成，形成用于投射彩色圖像的合成光。最后，在十字分色棱鏡420中合成的合成光進(jìn)入投影透鏡600，并從那里作為彩色圖像投射顯示在屏幕上。
如果采用上述的投影機(jī)，則由于其使用的由發(fā)光管10、第一反射鏡20a和第二反射鏡30a所構(gòu)成的照明裝置100(或100A、100B、100C、100D)的已經(jīng)介紹過(guò)的作用，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)投影機(jī)的小型化和高亮度化。
在上述實(shí)施例中，舉例說(shuō)明了采用透過(guò)型液晶面板的投影機(jī)，但本發(fā)明也適用于采用反射型液晶面板的投影機(jī)。這里所說(shuō)的“透過(guò)型”是指液晶面板等光調(diào)制裝置是使光透過(guò)的類型，所謂“反射型”則指液晶面板等光調(diào)制裝置是反射光的類型。另外，光調(diào)制裝置并不僅限于液晶面板，例如也可以是采用微鏡的裝置。此外，本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)適用于從觀察方向進(jìn)行投影的前面投影型投影機(jī)，也適用于從觀察方向的相反側(cè)進(jìn)行投射的背投式投影機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的第二反射鏡，其特征在于出射到前述發(fā)光部的后側(cè)的可利用臨界光的前述第一反射鏡的反射面的直徑D1比前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1大，而且前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1被設(shè)定成能進(jìn)入被前述可利用臨界光的前述第一反射鏡反射的光的內(nèi)側(cè)的大小；以使前述第二反射鏡的反射面包圍前述發(fā)光部的前側(cè)的大致一半，而且從前述發(fā)光部中心出射并進(jìn)入該第二反射鏡的入射光與該第二反射鏡的法線一致的方式配置。
2.一種照明裝置，包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的第二反射鏡，其特征在于出射到前述發(fā)光部的后側(cè)的可利用臨界光的前述第一反射鏡的反射面的直徑D1比前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1大，而且前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1被設(shè)定成能進(jìn)入被前述可利用臨界光的前述第一反射鏡反射的光的內(nèi)側(cè)的大小；以使從前述發(fā)光部中心出射并進(jìn)入前述第二反射鏡的入射光與該第二反射鏡的法線一致的方式配置前述第二反射鏡；設(shè)前述電極的頂端間距離為L(zhǎng)e，從前述電極頂端間的中心F1到前述第二反射鏡的反射面的開(kāi)口端面的前述照明裝置的光軸上的距離為L(zhǎng)r，前述第二反射鏡的外側(cè)面的開(kāi)口端部的直徑為d2，前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑為D2，從前述電極頂端中的前述第一反射鏡一側(cè)的電極頂端射出而未被前述第二反射鏡遮擋的光、與將前述照明裝置的光軸向前述照明裝置的后側(cè)延長(zhǎng)的直線之間的夾角為θd，前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部與前述第一反射鏡一側(cè)的電極頂端的連線、與將前述照明裝置的光軸向前述照明裝置的后側(cè)延長(zhǎng)的直線之間的夾角為θe，并用式1近似θd時(shí)，前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D2處于使θe＞θd的范圍內(nèi)，其中，式1為θd＝90°+tan-1{(Le/2+Lr)/(d2/2)}。
3.一種照明裝置，包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的第二反射鏡，其特征在于出射到前述發(fā)光部的后側(cè)的可利用臨界光的前述第一反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D1比前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1大，而且前述第二反射鏡的外側(cè)面的直徑d1被設(shè)定成能進(jìn)入被前述可利用臨界光的前述第一反射鏡反射的光的內(nèi)側(cè)的大??；以使從前述發(fā)光部中心出射并進(jìn)入前述第二反射鏡的入射光與該第二反射鏡的法線一致的方式配置前述第二反射鏡；前述第二反射鏡的反射面的開(kāi)口端部的直徑D2的大小為，使其能夠反射在前述電極間產(chǎn)生的電弧的從前述第一反射鏡一側(cè)的電弧端射出而不被前述第二反射鏡遮擋的光的臨界光的大小。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述可利用臨界光為根據(jù)前述發(fā)光管的結(jié)構(gòu)所確定的臨界光。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述第二反射鏡與前述發(fā)光部的外周之間設(shè)有間隙。
6.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述第二反射鏡的反射面由可通過(guò)紫外線及紅外線的電介質(zhì)多層膜形成。
7.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述第二反射鏡的反射面，通過(guò)對(duì)內(nèi)徑比前述密封部的外徑大的管子進(jìn)行端面研磨或壓力成型來(lái)形成。
8.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述第二反射鏡的外側(cè)面被形成為使從其反射面一側(cè)入射的光透過(guò)的形態(tài)。
9.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述第二反射鏡的外側(cè)面被形成為使從其反射面一側(cè)入射的光擴(kuò)散反射的形態(tài)。
10.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述第二反射鏡是由石英、透光性氧化鋁、水晶、藍(lán)寶石、YAG或螢石中的任何一種制成的。
11.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，前述發(fā)光部的外周面設(shè)有防反射層。
12.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，用粘接劑將前述第二反射鏡粘固在前述發(fā)光部附近的前述密封部的表面上。
13.如權(quán)利要求12中所述的照明裝置，其特征在于，前述粘接劑是含有二氧化硅·氧化鋁混合物或氮化鋁的無(wú)機(jī)類粘接劑。
14.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，在前述密封部的外周，前述第二反射鏡與該外周面之間留有間隙，并通過(guò)卷線彈簧按壓固定在前述發(fā)光管的發(fā)光部附近。
15.如權(quán)利要求14所述的照明裝置，其特征在于，前述彈簧由導(dǎo)電性卷線構(gòu)成，該導(dǎo)電性卷線的一端連接在從配置了前述彈簧的一側(cè)的相反側(cè)的密封部引出的導(dǎo)線上。
16.一種投影機(jī)，具有照明裝置、和從該照明裝置入射光并根據(jù)所得到圖像信息來(lái)調(diào)制該入射光的光調(diào)制裝置，其特征在于，前述照明裝置是如權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的照明裝置。
17.一種照明裝置的組裝方法，該照明裝置包括具有能夠在電極間進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光部和位于該發(fā)光部?jī)蓚?cè)的密封部的發(fā)光管；在該發(fā)光管的長(zhǎng)邊方向配置在比前述發(fā)光部靠后的位置上的起主反射鏡作用的第一反射鏡；以及配置在比前述發(fā)光部靠前的位置上的起輔助反射鏡作用的第二反射鏡，其特征在于，具有調(diào)整前述第二反射鏡與前述發(fā)光管的相對(duì)位置，使前述發(fā)光管的電極或電極間弧光的實(shí)像與由前述第二反射鏡反射的前述電極或前述電極間弧光的反射像重疊，然后將前述發(fā)光管及前述第二反射鏡固定的步驟；以使固定有前述第二反射鏡的前述發(fā)光管的電極間中心與前述第一反射鏡的第一焦點(diǎn)大致一致的方式配置前述第一反射鏡和前述發(fā)光管，調(diào)整前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的相對(duì)位置，使前述第一反射鏡的規(guī)定位置的亮度最大，然后將前述發(fā)光管和前述第一反射鏡固定的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的照明裝置的組裝方法，其特征在于，固定前述發(fā)光管和前述第二反射鏡的步驟包括通過(guò)至少?gòu)膬蓚€(gè)方向用照相機(jī)拍攝圖像來(lái)檢測(cè)前述實(shí)像和前述反射像，調(diào)整前述第二反射鏡的位置以使前述實(shí)像和前述反射像在各個(gè)方向重疊，然后將前述發(fā)光管和前述第二反射鏡固定的工序。
19.如權(quán)利要求17或18所述的照明裝置的組裝方法，其特征在于，前述規(guī)定位置是前述第一反射鏡的設(shè)計(jì)上的第二焦點(diǎn)，固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的步驟包括調(diào)整前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的相對(duì)位置以使前述第一反射鏡的設(shè)計(jì)上的第二焦點(diǎn)附近的亮度最大，然后固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的工序。
20.如權(quán)利要求17或18所述的照明裝置的組裝方法，其特征在于，前述規(guī)定位置是配置裝載前述照明裝置的光學(xué)系統(tǒng)的照明對(duì)象物的位置，固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的步驟包括把前述照明裝置組裝到前述光學(xué)系統(tǒng)中，調(diào)整前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的相對(duì)位置以使配置前述照明對(duì)象物的位置的亮度最大，然后固定前述發(fā)光管和前述第一反射鏡的工序。
全文摘要
本發(fā)明的照明裝置包括配置在比含有發(fā)光管(10)的照明裝置(100)的發(fā)光部(11)靠后的位置上的第一反射鏡(20a)、和配置在比光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)光部(11)靠前的位置上的第二反射鏡(30a)；與從發(fā)光部(11)出射到照明裝置后側(cè)的可利用臨界光對(duì)應(yīng)的第一反射鏡(20a)的反射面(50)的直徑(D1)設(shè)定得比第二反射鏡(30a)的外側(cè)面的直徑(d1)大，而且第二反射鏡(30a)的外側(cè)面的直徑(d1)被設(shè)定成能進(jìn)入到可利用臨界光被第一反射鏡(20a)反射的光(L1)、(L2)的內(nèi)側(cè)的大小；以第二反射鏡(30a)的反射面(60)將發(fā)光部(11)的前側(cè)的大致一半包圍，而且從發(fā)光部(11)的中心出射并進(jìn)入第二反射鏡(30a)的入射光與第二反射鏡(30a)的法線一致的方式配置。
文檔編號(hào)H01J61/02GK1612991SQ0380189
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2003年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者竹澤武士 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社