專利名稱：光學裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種例如在投影裝置用光源等中使用的光學裝置。
背景技術：
例如，作為液晶投影儀等投射型顯示裝置中使用的光源，下述構成的光學裝置為人所知組合放電燈和例如橢圓面反射鏡，將放電燈放射的光用橢圓 面。近年來，越來越要求液晶投影儀的投射畫面進ー步增加亮度。如圖7所示，橢圓面反射鏡40具有使第I焦點Fl發(fā)出的光聚光到第2焦點F2的功能。但是，在使用了該橢圓面反射鏡40的光學裝置中，從位于橢圓面反射鏡40的第I焦點Fl的放電燈以等密度放射的光線聚光到第2焦點F2時，光線密度隨著遠離橢圓面反射鏡40的光軸X而有變小的傾向，并且存在因放電燈的光暈而使光線無法抵達的區(qū)域(中空區(qū)域)存在于光軸X附近的問題。對這ー問題，如圖8所示，提出了以下技術方案在反射器40A的光射出方向前方配置非球面透鏡45，對應非球面透鏡45的光入射面46或光射出面47的形狀，調整反射器40A的反射面41的形狀，從而調整非球面透鏡45的光射出面47的射出光分布，使光線密度為等密度，這樣ー來，減小因放電燈的光暈而產(chǎn)生的中空區(qū)域(參照專利文獻I)。具體而言，使反射器40A的反射面41為使反射器40A相對于非球面透鏡45的光軸X側的入射光線的光線密度較小的形狀，進ー步，對從非球面透鏡45射出的光線的角度通過非球面透鏡45進行調整，使非球面透鏡45中的光射出面47中的光線密度平均化、即非球面透鏡45的光射出面47中的角度間隔d(p—祥。專利文獻I :日本特開2002-298625號公報

發(fā)明內容
但是，在非球面透鏡45的光射出面47中，為獲得光線密度等密度的射出光分布而設計反射器40A的反射面41的形狀吋，未考慮到反射器40A的反射面41上的從反射點看到的放電燈的電弧大小，因此聚光位置Q上的電弧像的大小不恒定，光的利用率下降，存在無法獲得足夠強的照度的問題。即，如圖9所示，從各電極的前端42a、42b放射的光線入射到反射面41上的任意的反射位置R5時，在該反射位置R5反射的光線在維持入射到該反射位置も時的光線間的角度α的狀態(tài)下，入射到非球面透鏡45，之后在聚光位置Q中以大小A成像。另ー方面，從各電極的前端42a、42b放射的光線入射到反射面41上的任意的反射位置R6時，在該反射位置R6反射的光線在維持入射到該反射位置R6時的光線間的角度β ( > α )的狀態(tài)下，入射到非球面透鏡45，之后在聚光位置Q中成像，但非球面透鏡45的光射出面47中的光線密度為等密度時，在聚光位置Q中以不同的大小Β( >Α)成像。其結果是，來自反射位置R6的光線的一部分會不入射到光圈50，產(chǎn)生無法利用的光線。本發(fā)明根據(jù)以上情況而出現(xiàn)，其目的在于提供一種可獲得較高的光的利用效率、并可獲得較高的照度的光學裝置。本發(fā)明的光學裝置，具有高壓放電燈；凹面聚光鏡，在光軸沿著該高壓放電燈的電弧的方向延伸的狀態(tài)下，包圍該高壓放電燈地配置；以及非球面透鏡，配置在該凹面聚光鏡的光射出方向前方，相對上述凹面聚光鏡的光軸旋轉對稱，其特征在干，上述凹面聚光鏡的反射面具有如下形狀以使上述非球面透鏡的光射出面能夠獲得在位于上述高壓放電燈的電弧中心的垂直于上述凹面聚光鏡的光軸的方向上的反射位置反射的光線從上述非球面透鏡的光射出面射出的位置的光線密度變得最小的射出光分布的方式，在與上述非球面透鏡的光入射面及光射出面的形狀之間的關系中設定的形狀。
在本發(fā)明的光學裝置中優(yōu)選，上述非球面透鏡的光射出面中的射出光分布如下所述在從上述高壓放電燈的電弧中心朝向上述凹面聚光鏡的反射面中的任意的反射位置的光線的方向與上述凹面聚光鏡的光軸所成的角度為Θ時，以使得隨著從光線密度最小的位置朝向上述非球面透鏡的周邊緣ー側及上述非球面透鏡的中心軸ー側而光線密度變大的方式，光線密度隨著Sine變化。 并且，在本發(fā)明的光學裝置中優(yōu)選，上述凹面聚光鏡的反射面由相對上述凹面聚光鏡的光軸分別以設定的角度連續(xù)配置的多個微小反射面要素構成。在該構成的光學裝置中優(yōu)選，構成上述凹面聚光鏡的反射面的微小反射面要素是1000個以上。根據(jù)本發(fā)明的光學裝置，通過具有在與非球面透鏡的光入射面及光射出面的形狀的關系中被調整的形狀的凹面聚光鏡的反射面、及非球面透鏡的光入射面及/或光射出面的作用，在非球面透鏡的光射出面中可以獲得在位于凹面聚光鏡的反射面上的電弧中心的垂直于光軸的方向上的反射位置被反射的光線從非球面透鏡的光射出面射出的位置處的光線密度變得最小的射出光分布，從而可使凹面聚光鏡中的反射面上的任意的反射位置的各電弧像的光束直徑基本一致，光的利用效率變高，可獲得足夠高的照度。


圖I是與高壓放電燈放射的光的光線追蹤線同時表示本發(fā)明的光學裝置的一例中的構成概要的說明圖。圖2是表示構成本發(fā)明的光學裝置的光源裝置的一例中的構成的概要的說明用截面圖。圖3是用于說明從電弧中心朝向反射面上的任意的反射位置的光線方向和凹面聚光鏡的光軸所成的角度Θ與從該反射位置看到的電弧的大小D的關系的說明圖。圖4是表示從電弧中心朝向反射面上的任意的反射位置的光線方向和凹面聚光鏡的光軸所成的角度與從非球面透鏡的光射出面射出的各光線間的角度間隔的關系的說明圖。圖5是表示圖I所示的光學裝置中的、從各電極前端放射的光線的光線追蹤線的說明圖。圖6是與光線追蹤線同時表示構成本發(fā)明的光學裝置的非球面透鏡的其他構成例的說明圖，(A)具有平行光性，(B)具有發(fā)散性。圖7是從橢圓面反射鏡中的第I焦點分別以等角度間隔放射的多條光線的光線追蹤圖。圖8是與從放電燈放射的光的光線追蹤線同時表示現(xiàn)有的光學裝置的一例中的構成概要的說明圖。圖9是表示圖8所示的光學裝置中的、從各電極前端放射的光線的光線追蹤線的說明圖。
具體實施例方式以下詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖I是與高壓放電燈放射的光的光線追蹤線同時表示本發(fā)明的光學裝置的一例中的構成概要的說明圖，圖2是表示構成本發(fā)明的光學裝置的光源裝置的一例中的構成的概要的說明用截面圖。本實施方式涉及的光學裝置具有光源裝置10，由例如交流點燈型的高壓放電燈 11以及在光軸X沿著高壓放電燈11的電弧的方向延伸的狀態(tài)下包圍高壓放電燈11地配置的凹面聚光鏡20構成；以及非球面透鏡30，配置在凹面聚光鏡20的光射出方向前方，相對凹面聚光鏡20的光軸旋轉對稱，該光學裝置的構成是，來自高壓放電燈11的放射光由凹面聚光鏡20及非球面透鏡30聚光，并通過被設定為規(guī)定大小的光圈50 (參照圖5)進行照射。構成光源裝置10的高壓放電燈11例如由超高壓水銀燈構成，例如具有放電容器15，其由球形的發(fā)光管部12以及在該發(fā)光管部12的兩端連接的桿狀的密封部13A、13B構成，例如由石英玻璃形成。在發(fā)光管12的內部，一對電極16沿著放電容器15的管軸彼此相對地配置。其中，電極間距離例如是O. 5 2. 0mm，例如是I. 0mm。各電極16的沿著放電容器15的管軸延伸的桿狀的電極軸部17通過氣密埋設在密封部13A、13B中的例如鑰構成的金屬箔18，電連接到從密封部13A、13B的外端向軸方向外方突出伸出的桿狀的外部導線19。并且，發(fā)光管部12的內部封入有作為發(fā)光物質的水銀以及作為緩沖氣體的稀有氣體。水銀的密封量為O. 05mg/mm3以上，例如是O. 08mg/mm3。并且，水銀的密封量在作為投影裝置用光源使用吋，優(yōu)選是O. 15mg/mm3以上。稀有氣體例如是氬氣，其封入量例如是lOkPa。該光源裝置10中的凹面聚光鏡20例如如下形成在硼硅酸玻璃等玻璃構成的基材中的、形成反射從高壓放電燈11放射的光的反射空間的反射部21的內表面上，形成反射面22。具體而言具有反射部21，在包括光軸X的截面中，外表面形狀具有沿著橢圓面的形態(tài)，形成了向前方(圖2中的右方)開ロ的光射出ロ 23;筒狀頸部28，與該反射部21的后端(圖2中的左端)中的中央位置連續(xù)，向光軸方向后方延伸形成。該凹面聚光鏡20，在筒狀頸部28內插通有高壓放電燈11的ー個密封部13A，如上所述，在光軸X沿著高壓放電燈11的電弧方向延伸的狀態(tài)下，通過填充到形成于ー個密封部13A的外周面和筒狀頸部28的內周面之間的間隙的粘合劑29固定。該凹面聚光鏡20中的反射面22的構成是，多個微小反射面要素25沿著基材中的反射部21的內表面無間隙地連續(xù)配置，各微小反射面要素25相對凹面聚光鏡20的光軸X分別以設定的角度(入射到微小反射面要素25的光線的反射角度)配置，從而形成可在非球面透鏡30的光射出面32中獲得下述特定的射出光分布的內表面形狀。各微小反射面要素25例如由將凸曲面作為鏡面的凸曲面鏡構成，在構成反射面22的表面上，例如形成由ニ氧化硅(SiO2)層和氧化鈦(TiO2)層交互層積的、整體厚O. 5
10μ m的電介質多層膜。微小反射面要素25的個數(shù)例如優(yōu)選1000個以上，從而可正確調整非球面透鏡30的光射出面32中的射出光分布。本實施方式涉及的光學裝置中的非球面透鏡30例如由硼硅酸玻璃(例如“BK7”、テンパックス(注冊商標)等)、石英玻璃構成，入射來自光源裝置10的光的光入射面31為具有凹凸的透鏡面，并且光射出面23為平面形狀，具有聚光性。該非球面透鏡30在其中心軸C與光源裝置10中的凹面聚光鏡20的光軸X —致的狀態(tài)下配置。 并且在上述光學裝置中，為了在非球面透鏡30的光射出面32中獲得在反射位置Ra反射的光線從非球面透鏡30的光射出面32射出的位置處的光線密度變得最小的射出光分布，凹面聚光鏡20中的反射面22形成為在與非球面透鏡30的光入射面31的形狀之間的關系中被設定的形狀，其中反射位置Ra位于高壓放電燈11的電弧中心Ac的垂直于凹面聚光鏡20的光軸的方向上。具體而言，凹面聚光鏡20中的反射面22形成為如下所述的形狀在從高壓放電燈11的電弧中心Ac朝向凹面聚光鏡20中的反射面22上的任意的反射位置的光線方向與凹面聚光鏡20的光軸X所成的角度為Θ時，在非球面透鏡30的光射出面32中能夠獲得以隨著從光線密度變得最小的位置朝向非球面透鏡30的周邊緣ー側及非球面透鏡30的中心軸C ー側而光線密度變大的方式，光線密度隨著sin Θ而變化的射出光分布的形狀。其中，凹面聚光鏡20的有效反射區(qū)域例如是40° ( Θ <150°的范圍。凹面聚光鏡20中的反射面22之所以是這一形狀，其原因如下。為了調整非球面透鏡30的光射出面32中的射出光分布，在作為點光源的高壓放電燈11中，實際上形成在電極16之間的電弧具有一定大小，因此需要考慮從凹面聚光鏡20的反射面22上的反射位置看到的電弧的大小。具體如圖3所示，在設從電弧中心Ac朝向反射位置R的光線的方向Lp和凹面聚光鏡20的光軸X所成的角度(以下稱為“放射角度”)為Θ，電弧在凹面聚光鏡20的光軸方向的長度為L時,從凹面聚光鏡20中的反射面22上的任意的反射位置R看到的電弧(圖3中虛線包圍的區(qū)域)的大小D可表示為D =LXsin Θ。因此，從凹面聚光鏡20中的反射面22上的任意的反射位置R看到的電弧的大小與sin Θ成比例地變化，因此為了使在聚光位置Q上成像的電弧像的大小恒定，將非球面透鏡30的光射出面32中的射出光分布設定為光線密度隨著sin Θ變化即可。并且，根據(jù)上述關系式，當Θ =90°時電弧大小D變得最大，因此設定成在非球面透鏡30的光射出面32中的射出光分布中，在反射位置Ra反射的光線從非球面透鏡30的光射出面32射出的位置的光線密度變得最小，隨著朝向非球面透鏡30的中心軸C ー側的位置及非球面透鏡30的周邊緣ー側的位置，光線密度變大，其中上述反射位置Ra在凹面聚光鏡20中的反射面22上位于通過電弧中心Ac垂直于凹面聚光鏡20的光軸X的方向上。并且，構成凹面聚光鏡20的反射面22的各微小反射面要素25的配置角度如下設定。即，為易于理解，如圖4所示，從作為點光源的高壓放電燈中的電弧中心Ac分別以等角度間隔d Θ放射的4條光線I1 I4以聚光角限制(最外、最內光線間的角度)Φ在聚光位置Q上聚光，以此情況為例進行說明，則在凹面聚光鏡20中的反射面22上的反射位置R1上反射的、從電弧中心Ac以最小放射角度(Θ 2-d Θ )放射的光線I1從非球面透鏡30的光射出面32射出的角度，與在反射面22上的反射位置R2上反射的、從電弧中心Ac以放射角度(Θ 2)放射的光線I2從非球面透鏡30的光射出面32射出的角度之間的角度間隔(1Φ1,2的值，根據(jù)下述數(shù)式I計算(下述數(shù)式I中k = 2吋)。接著，在聚光角限制Φ的范圍內，在從聚光位置Q以角度間隔Cltci,2引出的2條直線和光軸方向上的非球面透鏡30的配置位置的各交點位置上，通過配置在反射位置R1及R2上的微小反射面要素25，光線I1. I2分別被反射，以此該微小反射面要素25相對于凹面聚光鏡20的光軸X的配置角度在與非球面透鏡30的光射出面31的形狀的關系中設定。對于在反射面22中的反射位置R3、R4中反射的、從電弧中心Ac以放射角度(Θ 2+d Θ，Θ 2+2d θ )放射的光線13、14，進行上述操作，從而設定配置在各反射位置R3、R4的微小反射面要素25的配置角度，可取得對凹面聚光鏡20的反射面22的連續(xù)的形狀數(shù)據(jù)。凹面聚光鏡20中的反射面22的形狀調整(設定)實際上優(yōu)選以N = 1000以上，換言之通過1000個以上的微小反射面要素25構成反射面22，這樣一來，可正確進行非球面透鏡30的光射出面32中的射出光分布的調整，切實獲得所需的效果O并且，非球面透鏡30的光入射面31的形狀可對應構成該非球面透鏡30的材料的折射率，通過光線的入射角和射出角的關系設定。(數(shù)式I)
權利要求
1.ー種光學裝置，具有高壓放電燈；凹面聚光鏡，在光軸沿著該高壓放電燈的電弧的方向延伸的狀態(tài)下，包圍該高壓放電燈地配置；以及非球面透鏡，配置在該凹面聚光鏡的光射出方向前方，相對上述凹面聚光鏡的光軸旋轉對稱，其特征在于， 上述凹面聚光鏡的反射面具有如下形狀以使上述非球面透鏡的光射出面能夠獲得在位于上述高壓放電燈的電弧中心的垂直于上述凹面聚光鏡的光軸的方向上的反射位置反射的光線從上述非球面透鏡的光射出面射出的位置的光線密度變得最小的射出光分布的方式，在與上述非球面透鏡的光入射面及光射出面的形狀之間的關系中設定的形狀。
2.根據(jù)權利要求I所述的光學裝置，其特征在于，上述非球面透鏡的光射出面中的射出光分布如下所述在從上述高壓放電燈的電弧中心朝向上述凹面聚光鏡的反射面中的任意的反射位置的光線的方向與上述凹面聚光鏡的光軸所成的角度為Θ時，以使得隨著從光線密度最小的位置朝向上述非球面透鏡的周邊緣ー側及上述非球面透鏡的中心軸ー側而光線密度變大的方式，光線密度隨著sin0變化。
3.根據(jù)權利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述凹面聚光鏡的反射面由相對上述凹面聚光鏡的光軸分別以設定的角度連續(xù)配置的多個微小反射面要素構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的光學裝置，其特征在干，構成上述凹面聚光鏡的反射面的微小反射面要素是1000個以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學裝置，可獲得較高的光的利用效率、并可獲得較高的照度，該光學裝置具有高壓放電燈；凹面聚光鏡，在光軸沿著高壓放電燈的電弧的方向延伸的狀態(tài)下，包圍高壓放電燈地配置；以及非球面透鏡，配置在該凹面聚光鏡的光射出方向前方，相對凹面聚光鏡的光軸旋轉對稱，凹面聚光鏡的反射面具有如下形狀以使非球面透鏡的光射出面能夠獲得在位于上述高壓放電燈的電弧中心的垂直于光軸的方向上的反射位置反射的光線從非球面透鏡射出的位置的光線密度變得最小的射出光分布的方式，在與非球面透鏡的光入射面及光射出面的形狀之間的關系中設定的形狀。
文檔編號F21V13/04GK102691974SQ20121004391
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者岡崎佳生, 清水干雄 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社