JP2001305657A

JP2001305657A - 投射照明光源装置

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Publication number: JP2001305657A
Application number: JP2000116801A
Authority: JP
Inventors: Hideo Hara; 秀雄原; Fumiaki Koizumi; 文明小泉; Masafumi Yoshida; 政史吉田; Wataru Ogura; 渉小椋
Original assignee: SAIPAAKU KK; Nitto Optical Co Ltd
Current assignee: SAIPAAKU KK; Nitto Optical Co Ltd
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2020-04-18
Also published as: JP4681098B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い輝度の投射照明光束が得られ、小型の反
射型映像表示素子に対しても効率良く投射照明すること
ができ、長寿命で高効率な発光ダイオードを用いた投射
照明光源装置を提供する。【解決手段】図１に示すように、平面１８上に配置され
たＬＥＤ素子１１ａ…からなる面状の光源１１と、面状
の光源１１からの放射光を集光する集光系Ａと、を主体
に構成された投射照明光源装置１０である。集光系Ａ
は、面状の光源１１からの放射光を集光する凸コンデン
サレンズ１２と、凸コンデンサレンズ１２で集光された
光束を必要な特性を満たす投射照明光束に成形する凹レ
ンズ１３と、所定の偏光に揃える偏光変換素子１４と、
等を主体に構成する。また、個々のＬＥＤ素子１１ａ…
の光軸の方向は、平面１７上で、凸コンデンサレンズ１
２の光軸からの距離に依存して、凸コンデンサレンズ１
２の光軸から外側を向く所定の向きとなるように配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードを用
いた投射照明光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード（light emitting diod
e：以下、ＬＥＤ）は、キセノンやメタルハライドなど
のバブルランプと比較すると、一般に、長寿命、高効
率、高耐Ｇ性、単色発光などの利点を有している。この
ために、近年、多くの照明分野への応用において、発光
源としてバブルランプからＬＥＤへと移行する動向が見
られている。

【０００３】しかしながら、一般に、ＬＥＤは単位素子
での発光量が小さい。そこで、比較的大きな光量が要求
される照明分野への用途では、例えば、特願昭５９−１
６２９６４号や特願平９−６９８０３号の明細書に示さ
れているように、多数のＬＥＤ素子を一つの平面または
曲面上に集積して配置することで必要とされる光量を確
保していた。

【０００４】ところで、映像プロジェクタ等の映像投射
照明装置では、投射照明光源装置には、絶対光量ととも
に輝度の高さが要求される。そこで、例えば、上記明細
書に示されているように、発光源であるＬＥＤ素子をで
きるだけ集積密度が高くなるように寄せ集め、各ＬＥＤ
素子から放射された光束を一つの凸コンデンサレンズと
一つのフィールドレンズとからなる光学系を用いて、映
像表示素子を投射照明していた。また、必要とされる大
きな光量を確保するために、多数のＬＥＤ素子は投射照
明光源装置の照明光の光軸にほぼ直交する面上に分布さ
せていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにＬＥＤ素子を配置すると、必要とされる大きな光
量を確保することができても、発光部の面積がＬＥＤ素
子の個数に比例して増加するため、光学系全体としての
輝度を上げることができなかった。特に、対角１インチ
程度の小型の映像表示素子を効率良く投射照明し、か
つ、該映像表示素子からの反射又は透過光を投射レンズ
へと効率良く入投射させることができなかった。

【０００６】本発明の課題は、高い輝度の投射照明光束
が得られ、小型の映像表示素子に対しても効率良く投射
照明することができ、長寿命で高効率な発光ダイオード
を用いた投射照明光源装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、例えば、図１に示すよう
に、平面１８内に複数の発光ダイオード（例えば、ＬＥ
Ｄ素子１１ａ…）を離散的に分布させた面状の光源（例
えば、面状の光源１１）と、前記平面と直交するように
光軸が配置される集光レンズ（例えば、凸コンデンサレ
ンズ１２）とを有する集光系Ａを備えた投射照明光源装
置１０であって、前記発光ダイオードの光の放射の光軸
方向が、前記集光レンズの光軸から前記発行ダイオード
までの距離に依存して決められる角度で、前記集光レン
ズの光軸方向に対して前記集光レンズの外側方向へ傾け
られていることを特徴とする。

【０００８】請求項１記載の発明によれば、発光ダイオ
ードの光軸が、集光レンズの光軸から発光ダイオードま
での距離に依存して決められる角度で、集光レンズの光
軸方向に対して集光レンズの外側方向へ傾けて配置され
ている。このような配置では、複数の発光ダイオードか
らの放射光を集光レンズと成形レンズで１本の光束にま
とめる際、発光ダイオード光軸が集光レンズ光軸と平行
な場合に比べ、該光束の広がりをより抑えることがで
き、発散角度の小さな投射照明に適した光束を得ること
ができる。すなわち、面状の光源の外周部分の発光ダイ
オード光軸を外側に傾けることで、集光レンズによる集
光に際して角度発散を押さえることができる。そして、
このように、角度発散を抑えた投射照明光束を得ること
で、投射照明光束がレンズ枠などにあたってしまう場合
のような、全体光学系の有限サイズによるケラレ損失を
抑制することができる。従って、例えば、本発明の投射
照明光源装置を映像プロジェクタの光源として適用した
ときに、発光ダイオードからの放射光を、映像を投影す
る投射レンズへと有効に導くことができる。従って、投
射照明光束の高輝度化を図ることができ、小型の映像表
示素子に対しても効率良く入投射させることができる投
射照明光源装置を得ることができる。

【０００９】また、本発明の投射照明光源装置は、光源
として発光ダイオードを用いているので、従来のように
バブルランプを用いる場合と比較して、長寿命、高効
率、高耐Ｇ性などの特性を与えることができる。従っ
て、本発明の投射照明光源装置を用いることで、メンテ
ナンスフリーで長寿命な映像プロジェクタを得ることが
できる。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の投
射照明光源装置において、例えば、図５に示すように、
前記発光ダイオード（例えば、ＬＥＤ素子２１ａ…）の
放射の方向を調整する放射方向調整手段（例えば、小径
凸レンズ２１ｂ…）を備え、該放射方向調整手段によ
り、少なくとも一部の前記発光ダイオードの光の放射の
光軸方向が傾けられていることを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明によれば、発光ダイオ
ードからの放射方向を調整する放射方向調整手段が備え
られているので、集光系の集光レンズへと入射する放射
光を請求項１と同様に傾けることができる。従って、請
求項１と同様の効果を奏することができる。

【００１２】なお、放射方向調整手段としては、例え
ば、前記のような個々の発光ダイオードの先端に、個々
に凸レンズを配置する構成としても良い。この場合に
は、凸レンズを配置する際に、発光ダイオードの放射の
方向を所望に調整するためには、例えば、発光ダイオー
ドの中心軸と凸レンズの中心軸とを所定の量だけ平行移
動してずらして配置する構成としても良いし、発光ダイ
オードの前方で、発光ダイオードの光軸と凸レンズの光
軸とが、所定の角度をなすように回転させて配置する構
成としても良い。また、平行移動と回転とを組み合わせ
て、発光ダイオードからの放射が所望の方向となるよう
に凸レンズを配置しても良い。また、放射方向調整手段
としては、凸レンズ以外の光学素子を用いても良い。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の投射照明光源装置において、例えば、図５に示す
ように、前記発光ダイオードの放射発散全角を狭める放
射発散狹角手段（例えば、小径凸レンズ２１ｂ…）を備
えていることを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２と同様の効果を奏することができるとともに、発
光ダイオードの放射発散全角を狭める放射発散狹角手段
が備えられているので、さらに、発光ダイオードからの
放射光を、角度発散を抑えて集光することができる。こ
れにより、もともとある程度大きな放射発散全角をもつ
発光ダイオードを用いる場合においても、好適に、角度
発散を抑えて集光することができ、本発明に適用できる
発光ダイオードの選択範囲を広げることができる。

【００１５】なお、放射発散狹角手段として、例えば、
個々の発光ダイオードの前方に凸レンズを配置する構成
とすれば、好適に、放射発散全角を狭めることができ
る。また、この場合には、凸レンズの配置を所望に調整
することで、放射の方向を調整することができるので、
前記放射方向調整手段の役割も併せ持つことができる。
従って、部品点数の削減や構成の簡素化を図ることがで
きるために好ましい。また、用途や目的に応じて、適
宜、凸レンズを選択することで、発光ダイオードからの
放射光の放射方向や集光度合いを所望に調整することが
好ましい。また、放射発散狹角手段としては、凸レンズ
以外の光学素子を用いても良い。

【００１６】請求項４記載の発明は、例えば、図１に示
すように、請求項１〜３のいずれか一つに記載の投射照
明光源装置において、前記発光ダイオードの（放射発散
狹角化後の）放射発散全角が８°以内であることを特徴
とする。

【００１７】請求項４記載の発明によれば、請求項１〜
３と同様の効果を奏することができるとともに、（放射
発散狹角化後の）放射発散全角が８°以内の発光ダイオ
ードを用いるので、面状の光源から放射される光束を角
度発散を抑えて、好適に、集光することができる。

【００１８】請求項５記載の発明は、例えば、図１に示
すように、請求項１〜４のいずれか一つに記載の投射照
明光源装置において、前記集光系には、前記集光レンズ
で集光された光束を、投射に際して所定の光束に成形す
る成形レンズ（例えば、凹レンズ１３）が設けられてい
ることを特徴とする。

【００１９】請求項５記載の発明によれば、請求項１〜
４と同様の効果を奏することができるとともに、集光レ
ンズで集光された光束を、投射に際して、成形レンズに
より所定の光束に成形することができる。従って、例え
ば、本発明の投射照明光源装置を映像プロジェクタの光
源として適用した場合に、スクリーンへと映像を投影す
る投射レンズにあわせた所定の光束となるように成形す
ることができる。これにより、さらに、光学系の有限サ
イズにより投射照明光束がケラれることが抑制され、発
光ダイオードからの放射光を効率良く利用することがで
き、投射照明光源の高輝度化に寄与することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜６を参照して、本発
明の実施の形態の投射照明光源装置を詳細に説明する。
本実施の形態の投射照明光源装置は、映像プロジェクタ
が所定の映像をスクリーン１９へ投影するための光源と
して用いられる。

【００２１】〔第１の実施の形態〕まず、構成を説明す
る。図１に示すように、映像プロジェクタの全体光学系
は、第１の実施の形態の投射照明光源装置１０と、投射
照明光源装置１０から放射される投射照明光束に映像情
報を与える映像表示素子１６と、映像情報が与えられた
投射照明光束をスクリーン１９へと投影する投射レンズ
１７と、投射照明光源装置１０からの投射照明光束を映
像表示素子１６へと照射するとともに、映像表示素子１
６で映像情報を受け取った投射照明光束を投射レンズ１
７へと入射させる偏光ビームスプリッタ１５と、等を主
体に構成されている。

【００２２】投射照明光源装置１０は、図１に示すよう
に、平面１８上に配置されたＬＥＤ素子１１ａ…からな
る面状の光源１１と、面状の光源１１からの放射光を集
光する集光系Ａと、を主体に構成されている。また、集
光系Ａは、凸コンデンサレンズ１２（集光レンズ）と、
凸コンデンサレンズ１２で集光された光束を必要な特性
を満たす投射照明光束に成形する凹レンズ１３（成形レ
ンズ）と、ＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光を所定の偏
光に揃えて偏光ビームスプリッタ１５に入射させる偏光
変換素子１４と、等を主体に構成されている。

【００２３】ＬＥＤ素子１１ａ…は、ＲＧＢ各色のもの
が平面１８上に集積して備えられている。そして、この
ように離散的に配置された個々のＬＥＤ素子１１ａ…か
らＲＧＢ各色の放射光が放射され、このＲＧＢ各色の放
射光が時分割的に混合されて、白色光の面状の光源１１
として機能するようになっている。本実施の形態におい
ては、平面１８上には、７×７個（計４９個）のＬＥＤ
素子１１ａ…が備えられている。また、図１において
は、７×７個配置されるＬＥＤ素子１１ａ…のうちの一
列分（７個）のみを図示している。また、第１の実施の
形態で用いるＬＥＤ素子１１ａ…の放射発散全角は８°
である。

【００２４】また、個々のＬＥＤ素子１１ａ…の光軸の
方向は、平面１８上で、凸コンデンサレンズ１２の光軸
に対して、所定の向きとなるように配置されている。こ
の向きは、凸コンデンサレンズ１２の光軸からＬＥＤ素
子１１ａ…までの距離に依存して決められており、本実
施の形態においては、凸コンデンサレンズ１２の光軸か
ら遠い位置にあるＬＥＤ素子１１ａ…ほど、大きな角度
で、凸コンデンサレンズ１２の光軸から外側を向くよう
に配置されている。そして、このように個々のＬＥＤ素
子１１ａ…を傾けて配置することで、映像表示素子１６
を照明した投射照明光束が、投射レンズに入射する際大
きな角度発散を伴って幅広く広がることを抑制すること
ができる。これにより、投射照明光源が投射レンズ１７
へと効率的に導かれることになり、高輝度化を図ること
ができる。

【００２５】本実施の形態では、以下の関係式（ａ）
で、各ＬＥＤ素子１１ａ…の光軸と凸コンデンサレンズ
１２の光軸とのなす角を定めている。 θ＝Ａ・ｒ（ただし、Ａ＝π／１８００） …（ａ）ここで式（ａ）中、ｒ：ＬＥＤ素子１１ａ…の凸コンデ
ンサレンズ１２の光軸からの距離（ｍｍ単位）、θ：Ｌ
ＥＤ素子１１ａ…の光軸と凸コンデンサレンズ１２の光
軸とのなす角度（ラディアン単位）である。そして、Ｌ
ＥＤ素子１１ａ…は、光を放射するＬＥＤ素子先端を全
体の光軸から離れる外側方向に傾けられている。

【００２６】なお、ＬＥＤ素子１１ａ…を平面１８上に
配置するときに、適用可能な関係式は式（ａ）に限定さ
れない。すなわち、凸コンデンサレンズ１２の光軸から
ＬＥＤ素子１１ａ…までの距離に依存して角度を決める
ことができ、投射照明光束の角度発散を抑えた投射照明
光束を得ることができれば、式（ａ）の他の関係式を適
用しても良い。

【００２７】また、ＬＥＤ素子１１ａ…を平面１８上で
配置するには、例えば、ＲＧＢ（３原色）各色のＬＥＤ
が分散されるように配置する構成としても良いし、ＲＧ
Ｂ各色ごとに発光する面状光源を各々独立して設けるよ
うに配置する構成としても良い。なお、３原色を合成し
て白色光源を得るには、例えば、前者の場合には、ＲＧ
Ｂ各色のＬＥＤ素子１１ａ…からの発光が十分に混色さ
れるように、各ＬＥＤ素子１１ａ…を分散配置すれば良
い。また、後者の場合には、各色を合成することができ
るフィルタ（例えば、ダイクロイックフィルタなど）を
設けることが好ましい。

【００２８】また、凸コンデンサレンズ１２は、図１に
示すように、ＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光を集光す
る周知のレンズであり、その光軸が平面１８と直交する
ように配置されている。本実施の形態では、凸コンデン
サレンズとして、口径１００ｍｍ、焦点距離１４４ｍｍ
のものを用いている。また、凹レンズ１３は、凸コンデ
ンサレンズからの投射照明光束を、投射レンズ１７にあ
わせた所定の光束となるように成形する。これにより、
角度発散を抑えた投射照明光束を得ることができ、ＬＥ
Ｄからの放射光を効率良く利用することができる。本実
施の形態では、凹レンズ１３として、口径４０ｍｍ、焦
点距離９０ｍｍのものを用いている。

【００２９】また、偏光変換素子１４は、凹レンズ１３
で成形された投射照明光束を、所定の偏光の成分に揃え
る周知の素子である。本実施の形態においては、偏光変
換素子１４としては、ＬＥＤ素子１１ａ…から放射され
るランダム偏光の放射光をＳ偏光に揃える素子を用いて
いる。

【００３０】また、偏光ビームスプリッタ１５は、図１
に示すように、入射光のＳ偏光の成分を９０°反射させ
るとともにＰ偏光の成分を透過させる面１５ａが備えら
れている。従って、ＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光
が、偏光変換素子１４でＳ偏光に揃えられ、面１５ｂを
介して偏光ビームスプリッタ１５へと入射すると、面１
５ａで映像表示素子１６に向かって反射されることにな
る。これにより、所定の偏光（Ｓ偏光）に揃えられた投
射照明光束が映像表示素子１６へと入射される。

【００３１】映像表示素子１６は、本実施の形態では、
周知の反射型液晶表示素子を用いており、その対角サイ
ズは１インチの小型のものである。この映像表示素子１
６は、偏光ビームスプリッタ１５の面１５ｃの近傍で、
面１５ｃとほぼ平行に配置されている。そして、偏光ビ
ームスプリッタ１５からの反射光（Ｓ偏光）が、映像表
示素子１６に入射すると、映像表示素子１６の表面側の
部分で投射レンズ１７の方向に反射されるとともに、こ
のときにＳ偏光からＰ偏光へと変えられる。これによ
り、偏光ビームスプリッタ１５の面１５ａを透過して投
射レンズ１７へと導かれるようになっている。

【００３２】また、投射レンズ１７は、映像表示素子１
６で映像情報を得た投射照明光束を、前方のスクリーン
１９へと投影するレンズであり、本実施の形態では、口
径４０ｍｍ、Ｆ２のものを用いている。

【００３３】以下、図１、２を参照して、第１の実施の
形態の投射照明光源装置１０の放射光の進み方を説明す
る。始めに、図１を参照して、第１の実施の形態の投射
照明光源装置１０を備える映像プロジェクタの全体光路
を説明する。すなわち、式（ａ）に基づいて傾けて配置
されたＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光は、凸コンデン
サレンズ１２により集光されつつ、凹レンズ１３へと導
かれる。そして、凹レンズ１３において所定の投射照明
光束となるように成形され、偏光変換素子１４において
Ｓ偏光に揃えられる。次いで、偏光変換素子１４でＳ偏
光に揃えられた投射照明光束は、偏光ビームスプリッタ
１５へと導かれる。この投射照明光束は、面１５ｂを介
して偏光ビームスプリッタ１５へと入射され、偏光ビー
ムスプリッタ１５の面１５ａで、映像表示素子１６に向
う方向に９０°反射される。次いで、面１５ｃを介して
偏光ビームスプリッタ１５から出たのちに、映像表示素
子１６へと導かれて映像情報が与えられる。この際に、
映像表示素子１６で投射レンズ１７に向う方向に反射さ
れるとともに、Ｓ偏光からＰ偏光へと変えられる。こう
して、再度、面１５ｃを介して、偏光ビームスプリッタ
１５へと入射されると、Ｐ偏光に揃えられているので面
１５ａを通過して、投射レンズ１７へと向う。そして、
面１５ｄを通過して投射レンズ１７へと導かれる。次い
で、投射レンズ１７により、映像情報を与えられた投射
照明光束１Ａが前方のスクリーン１９へと投影され、ス
クリーン１９に所定の映像が投影される。

【００３４】以下、図２を参照して、第１の実施の形態
の投射照明光源装置１０において、ＬＥＤ素子１１ａ…
からの放射光が投射レンズ１６に入射するまでの光の進
み方を説明する。なお、図２においては、一列分（７
個）のＬＥＤ素子１１ａ…のうちの、真中と両端に配置
される３個のＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光の光路を
示している。また、投射照明光束を直進的に把握できる
ように図示するために、偏光ビームスプリッタ１５を通
過するところの光路については、映像表示素子１６での
反射前後の光路を分離して等価的に示している。また、
投射レンズ１７は、主点位置と、主点位置における口径
のみ図示している。

【００３５】図２に示すように、中央に配置されるＬＥ
Ｄ素子１１ａからの放射光は、凸コンデンサレンズ１２
で集光された後に、凹レンズ１３で所定の光束となるよ
うに成形され、偏光変換素子１４でＳ偏光に揃えられ
る。次いで、偏光スプリッタ１５を介して映像表示素子
１６の映像情報を得るとともに、投射レンズ１７へと入
射される。また、両端に配置されるＬＥＤ素子１１ａ…
からの放射光は、ＬＥＤ素子１１ａ…の光軸が、式
（ａ）に基づいて凸コンデンサレンズ１２の光軸から外
側を向く所定の方向に傾けられているので、凸コンデン
サレンズ１２で内側を向く方向に集光し、凹成形レンズ
１３で１本の光束にまとめる際、各発光ダイオードから
の放射の光軸は全体光学系の光軸により平行に近づくよ
う曲げられる。これにより、ＬＥＤ素子１１ａ…から得
られる投射照明光束が幅広くひろがることが抑制されて
いる。

【００３６】以上により、図２に示すように、ＬＥＤ素
子１１ａ…からの投射照明光束は、凹レンズ１３を出て
から投射レンズ１７に入射するまで、その断面形状が、
映像表示素子１６より少し広い程度に保ったまま伝播さ
れている。これにより、ＬＥＤ素子１１ａ…からの放射
を投射レンズ１７へと有効に導くことができる。すなわ
ち、ＬＥＤ素子１１ａ…を上述のように式（ａ）に基づ
いて傾けて配置することで、投射レンズ１７に導かれる
投射照明光束の角度発散を抑えることができ、発光輝度
の高い投射照明光束を得ることができる。

【００３７】以上の第１の実施の形態の投射照明光源１
０によれば、放射発散全角８°のＬＥＤを用いて、式
（ａ）に基づいて、ＬＥＤの光軸を凸コンデンサレンズ
１２の光軸から外側に向けて上記の通りに配置すること
で、角度発散を抑えた投射照明光束を得ることができ
る。従って、ＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光を、映像
を投影する投射レンズ１７に有効に導くことができ、投
射照明光束の高輝度化を図ることができる。これによ
り、小型の映像表示素子１６についても効率良く入投射
することができる。また、発光ダイオードの特性から、
長寿命、高効率、高耐Ｇ性などを投射照明光源に与える
ことができる。

【００３８】また、本実施の形態においては、映像表示
素子１６として反射型液晶表示素子を用いており、偏光
変換素子１４により、ＬＥＤ素子１１ａ…からの偏光を
揃えて偏光ビームスプリッタ１５に入射させることで、
ＬＥＤ素子１１ａ…からの放射光を効率的に利用するこ
とができる。

【００３９】〔比較例１〕以下、比較例１として、図３
に、放射発散全角８°のＬＥＤ素子１１ａ…を用い、各
ＬＥＤ素子１１ａ…の光軸を凸コンデンサレンズ１２の
光軸と平行に配置した場合の一例を示す。従って、図２
と図３とは、ＬＥＤ素子１１ａ…の配置の仕方のみが異
なっている。図２の光の進み方の様子と比較すると、凹
レンズ１３で成形されたあとの投射照明光束は、投射レ
ンズ１７に入射する前にすでに拡大し始めており、所定
の光路から外れて、光源として利用できない投射照明光
束の割合が増加している。すなわち、同じ放射発散全角
（８°）のＬＥＤ素子１１ａ…を用いたときに、ＬＥＤ
素子１１ａ…の光軸を凸コンデンサレンズ１２の光軸に
対して外側に傾けることで、投射レンズ１７に入射する
投射照明光束のケラレ損失や、投射レンズ１７内での投
射照明光束のケラレ損失を抑制することができ、ＬＥＤ
素子１１ａ…からの放射光を有効に利用することができ
る。

【００４０】〔比較例２〕以下、比較例２として、図４
に、放射発散全角１０°のＬＥＤ素子１１ｂ…を用い、
かつ、その光軸を、式（ａ）に基づいて凸コンデンサレ
ンズ１２の光軸に対し外側へ傾けて（図２と同様）設置
した場合の一例を示す。従って、図２と図４とは、ＬＥ
Ｄ素子１１ａ…の放射発散全角のみが異なっている。図
４に示されるように、ＬＥＤ素子１１ａ…の放射発散全
角を１０°まで大きくすると、各ＬＥＤ素子１１ｂ…の
光軸を式（ａ）に基づいて傾けても、凹レンズ１３によ
り成形された投射照明光束のうち、投射レンズ１７に入
射するまでに所定の光路から外れてしまい、光学系の有
限サイズのためにケラレてしまう成分の割合が増大して
いる。すなわち、本実施の形態で用いるＬＥＤ素子１１
ａ…の放射発散全角としては８°以下のものを用いるこ
とが好ましい。

【００４１】〔第２の実施の形態〕第２の実施の形態の
投射照明光源装置２０は、図５に示すように、個々のＬ
ＥＤ素子２１ａ…の前方に、ＬＥＤ素子２１ａ…の放射
光の方向を調整する小径凸レンズ２１ｂ…（放射方向調
整手段）が備えられている。また、ＬＥＤ素子２１ａ…
の取り付け方は、ＬＥＤ素子２１ａ…の光軸が、凸コン
デンサレンズ１２の光軸と平行とされている。なお、上
記の点以外は、第１の実施の形態と同様の構成である。
そこで、以下の説明においては、ＬＥＤ素子２１ａ…の
種類と取り付け方を主体に説明するものとし、同様の構
成要素については同一の符号を付してその説明を省略す
る。

【００４２】小径凸レンズ２１ｂ…は、図５に示すよう
に、小径凸レンズ２１ｂ…の光軸とＬＥＤ素子２１ａ…
の光軸とを、凸コンデンサレンズ１２の光軸から離れる
方向に平行移動して、微小距離だけずらして配置されて
いる。このときの微小距離は、個々のＬＥＤ素子２１ａ
…の凸コンデンサレンズ１２の光軸からの距離に、ほぼ
比例する大きさとなっている。これにより、個々のＬＥ
Ｄ素子２１ａ…からの放射光は、小径凸レンズ２１ｂ…
により、凸コンデンサレンズ１２の光軸から離れるほど
外側を向く角度で放射されるように調整されている。そ
して、小径凸レンズ２１ｂ…を上述のように配置するこ
とで、第１の実施の形態と同様に、凸コンデンサレンズ
１２に入射する放射光の上下側が、凸コンデンサレンズ
１２の光軸側に向くように集光され、角度発散を抑えた
投射照明光束を得ることができる。これにより、投射照
明光束の高輝度化を図ることができるとともに、投射照
明光束を投射レンズ１７へと有効に入射させることがで
きる。

【００４３】また、小径凸レンズ２１ｂ…は、ＬＥＤ素
子２１ａ…からの放射光を集光して放射する（放射発散
狹角手段）。従って、ＬＥＤ素子２１ａ…の放射発散全
角を狭めることができ、さらに、角度発散を抑えた投射
照明光束を得ることができる。すなわち、本実施の形態
において、小径凸レンズ２１ｂ…は、放射方向調整手段
となるとともに放射発散狹角手段としての役割も併せ持
っている。なお、第２の実施の形態においては、ＬＥＤ
素子２１ａ…として放射発散全角１５°のものを用いて
おり、小径凸レンズ２１ｂ…により、ＬＥＤ素子２１ａ
からの放射光が発散全角が８°に狭められている。

【００４４】以上の構成に基づいて、第２の実施の形態
の投射照明光源装置２０を備える映像プロジェクタが映
像を投影する際の光路は、基本的に、第１の実施の形態
と同様である。すなわち、ＬＥＤ素子２１ａ…の放射光
が、小径凸レンズ２１ｂ…を介して、凸コンデンサレン
ズ１２の光軸に対して外側を向くように放射されること
を除いては、第１の実施の形態と同様の光路をたどる。

【００４５】次に、第２の実施の形態の投射照明光源装
置２０において、各ＬＥＤ素子２１ａ…からの投射照明
光束が、投射レンズ１７に入射するまでの光の進み方
は、ＬＥＤ素子２１ａ…からの放射光が小径凸レンズ２
１ｂ…により所定の方向となるように調整されるので、
基本的に、第１の実施の形態と同様となる。

【００４６】以上の第２の実施の形態の投射照明光源装
置２０によれば、小径凸レンズ２１ｂ…により、ＬＥＤ
素子２１ａ…からの放射方向が調整され、凸コンデンサ
レンズ１２に入射する放射光を、凸コンデンサレンズ１
２の光軸からの距離に依存して、外側を向くようにする
ことができる。従って、第１の実施の形態の投射照明光
源１０と同様の効果を奏することができる。

【００４７】〔第３の実施の形態〕第３の実施の形態の
投射照明光源３０は、図６に示すように、第２の実施の
形態の投射照明光源２０の変形例であり、ＬＥＤ素子３
１ａ…の先端の小径凸レンズ３１ｂ…の光軸を傾けるこ
とによって、ＬＥＤ素子３１ａ…の光軸を傾けていると
ころが異なっている。このときの光軸を傾ける角度は、
個々のＬＥＤ素子３１ａ…の凸コンデンサレンズ１２の
光軸からの距離に、ほぼ比例する大きさとなっている。
これにより、個々のＬＥＤ素子３１ａ…からの放射光
は、各々の先端に配置された小径凸レンズ３１ｂ…によ
り、所定の角度で放射されるようになる。従って、映像
表示素子１６を照射した後に、放射光の角度発散が抑え
られて効率良く投射レンズ１７へと入射する発光輝度が
高い投射照明光束を得ることができる。

【００４８】次に、第３の実施の形態の投射照明光源３
０において、各ＬＥＤ素子３１ａ…からの放射光が、投
射レンズ１７に入射するまでの光の進み方は、基本的
に、第２の実施の形態と同様となる。

【００４９】以上の第３の実施の形態の投射照明光源に
よれば、小径凸レンズ３１ｂ…により、第１の実施の形
態の投射照明光源１０と同様の効果を奏することができ
る。

【００５０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば、本実施の形態においては、映
像表示素子として反射型液晶表示素子を用いているが、
これに限定されるものではなく、例えば、透過型液晶表
示素子やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）な
どを用いても良い。また、具体的に示した細部構成や方
法等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て、適宜に変更可能であることは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、離散的に
分布された複数の発光ダイオードの放射光から、角度発
散を抑えた１つの投射照明光束を得ることができる。従
って、投射照明光束の高輝度化を図ることができ、小型
の映像表示素子に対しても効率良く投射できる投射照明
光源装置を得ることができる。また、放射光源として発
光ダイオードを用いるので、長寿命、高効率、高耐Ｇ性
などの性質を投射照明光源装置に与えることができ、メ
ンテナンスフリーで長寿命な映像プロジェクタを得るこ
とができる。

【００５２】請求項２記載の発明によれば、放射方向調
整手段により集光レンズに入射する放射光を請求項１と
同様となるように調整することができる。従って、請求
項１と同様の効果を奏することができる。

【００５３】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２と同様の効果を奏することができるとともに、角
度発散を抑えた投射照明光束を得ることができる。

【００５４】請求項４記載の発明によれば、請求項１〜
３と同様の効果を奏することができるとともに、角度発
散を抑えた投射照明光束を得ることができる。

【００５５】請求項５記載の発明によれば、請求項１〜
４と同様の効果を奏することができるとともに、さら
に、角度発散を抑えた投射照明光束を得ることができ、
発光ダイオードからの放射光を効率良く利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施の形態の投射照明
光源装置１０を備える映像プロジェクタの全体光路を示
す図である。

【図２】図１の投射照明光源装置１０の投射レンズ１７
までの光の進み方を示す図である。

【図３】比較例１の投射レンズ１７までの光の進み方を
示す図である。

【図４】比較例２の投射レンズ１７までの光の進み方を
示す図である。

【図５】本発明を適用した第２の実施の形態の投射照明
光源装置２０の面状の光源２１の拡大図である。

【図６】本発明を適用した第３の実施の形態の投射照明
光源装置３０の面状の光源３１の拡大図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０投射照明光源装置１１、２１、３１面状の光源１１ａ、２１ａ、３１ａＬＥＤ素子（発光ダイオー
ド）１２凸コンデンサレンズ（集光レ
ンズ）１３凹レンズ（成形レンズ）１８平面２１ｂ、３１ｂ小径凸レンズ（放射方向調整
手段）（放射狹角調整手段）Ａ集光系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小泉文明長野県諏訪市大字湖南4529番地日東光学株式会社内 (72)発明者吉田政史長野県諏訪市大字湖南4529番地日東光学株式会社内 (72)発明者小椋渉長野県岡谷市赤羽３−６−８株式会社サイパーク内Ｆターム(参考） 5C058 AA06 AB03 BA26 EA02 EA12 EA42 EA51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面内に複数の発光ダイオードを離散的
に分布させた面状の光源と、前記平面と直交するように
光軸が配置される集光レンズとを有する集光系を備えた
投射照明光源装置であって、前記発光ダイオードの光の放射の光軸方向が、前記集光
レンズの光軸から前記発行ダイオードまでの距離に依存
して決められる角度で、前記集光レンズの光軸方向に対
して前記集光レンズの外側方向へ傾けられていることを
特徴とする投射照明光源装置。
【請求項２】前記発光ダイオードの放射の方向を調整
する放射方向調整手段を備え、該放射方向調整手段により、少なくとも一部の前記発光
ダイオードの光の放射の光軸方向が傾けられていること
を特徴とする請求項１記載の投射照明光源装置。
【請求項３】前記発光ダイオードの放射発散全角を狭
める放射発散狹角手段を備えていることを特徴とする請
求項１または２記載の投射照明光源装置。
【請求項４】前記発光ダイオードの放射発散狹角後の
放射発散全角が８°以内であることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか一つに記載の投射照明光源装置。
【請求項５】前記集光系には、前記集光レンズで集光
された光束を、投射に際して所定の光束に成形する成形
レンズが設けられていることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか一つに記載の投射照明光源装置。