JP2005283817A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型な光源装置、特に固体光源素子を用いてプロジェクタに好適な光源装置、及びこの光源装置を備えるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】所定の焦点fを備え、入射光を反射するリフレクタ101と、面状の発光領域S1を備え、焦点fの位置に設けられているLED102とを有し、リフレクタ101は、LED102の面状の発光領域S1の少なくとも一方の側に、面状の発光領域S1と対向するように配置され、リフレクタ101は、放物面形状を含む。
【選択図】 図1
【解決手段】所定の焦点fを備え、入射光を反射するリフレクタ101と、面状の発光領域S1を備え、焦点fの位置に設けられているLED102とを有し、リフレクタ101は、LED102の面状の発光領域S1の少なくとも一方の側に、面状の発光領域S1と対向するように配置され、リフレクタ101は、放物面形状を含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光源装置、特に面状の発光領域を備える固体発光素子を有する光源装置、及びこの光源装置を備えるプロジェクタに関するものである。
固体発光素子、例えば発光ダイオード(以下、「LED」という。)が光源素子として用いられるようになってきている。LEDチップからは様々な方向へ光が射出される。このため、いわゆる砲弾型と呼ばれるような、例えば略半球形状の光学的に透明な部材で、キャップとしてLEDチップを覆う構成が知られている。ここで、LEDの発光効率を向上させるために、駆動するための電流値を所定の値よりも大きくすることがある。このとき、LEDの発熱量も大きくなるため、キャップが融解してしまうことがある。このため、キャップを用いる代わりに、LEDチップからの光をリフレクタで反射する構成が考えられる。また、LEDチップは、面状の発光領域を有するタイプが使用されてきている。
また、光源装置をプロジェクタに用いる場合がある。プロジェクタでは、所定の角度範囲内の照明光が空間光変調装置に対して入射すること、好ましくは略平行な照明光が入射することが望ましい。このため、楕円形状のリフレクタを用いる構成が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。ここでは、LEDチップを楕円形状のリフレクタの第1焦点の近傍に配置している。リフレクタは、形状の半分を用いてLEDチップからの光をその第2焦点の位置近傍に集光させる。そして、集光させた光の一部を反射することで、照明光の放射角度を所定の範囲内に制限している。
しかしながら、従来技術の構成では、第2焦点の位置近傍に集光する光の角度分布が大きい。このため、従来技術の光源装置で、プロジェクタの空間光変調装置を照明するときは、略平行光を取り出すために、さらに他のレンズ等を付加して光線角度を変換しなければならない。このため、光源装置が大型化してしまうという問題を生じてしまう。さらに、面状の発光領域を有するLEDチップのとき、チップ周辺のリフレクタの部分が大きくなってしまうという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型な光源装置、特に固体発光素子を用いてプロジェクタに好適な光源装置、及びこの光源装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第1の本発明によれば、所定の焦点を備え、入射光を反射するリフレクタと、面状の発光領域を備え、焦点又は焦点の近傍に設けられている固体発光素子とを有し、面状の発光領域とリフレクタとが対向するように配置されていることを特徴とする光源装置を提供できる。面状の発光領域から放射された光は、対向して配置されているリフレクタに入射して反射される。固体発光素子は、例えば放物面形状のリフレクタの焦点位置に配置されている。このとき、固体発光素子からの光は、リフレクタで反射して、略平行光となって射出する。面状の発光領域からの光の大部分は、リフレクタで反射される。この結果、光源装置を射出する光の角度及び方向をリフレクタで反射することで制御できる。このように、光源装置を射出する光を、付加的なレンズ等を用いること無しに容易に制御できる。従って、小型で特に固体発光素子を用いてプロジェクタに好適な光源装置を提供することができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、リフレクタは楕円面形状を含むことが望ましい。本態様では、固体発光素子は、楕円面形状の第1焦点位置近傍の、第2焦点位置とは逆側の位置に配置される。これにより、固体発光素子の拡大像が第2焦点位置よりも射出側へ形成される。従って、発光領域の面に沿った方向へ進行する光の成分が多くなる。この結果、光源装置の射出方向へ、所定の角度範囲内の光を供給できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、リフレクタは放物面形状を含むことが望ましい。本態様では、固体発光素子は、放物面の焦点位置へ配置される。これにより、リフレクタで反射された光は、略平行光へ変換されて射出する。従って、光源装置の射出方向へ、所定の角度範囲内の光を供給できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、リフレクタは球面形状を含むことが望ましい。本態様では、固体発光素子は、球面の焦点位置へ配置される。これにより、リフレクタで反射された光は、略平行光へ変換されて射出する。従って、光源装置の射出方向へ、所定の角度範囲内の光を供給できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、固体発光素子の面状の発光領域の少なくとも一方の側にリフレクタが対向して配置されていることが望ましい。固体発光素子は、例えば矩形形状の面状の発光領域を有している。そして、面状の発光領域の少なくとも一方の側にリフレクタを配置することにより、光源装置の射出方向へ、所定の角度範囲内の光を供給できる。また、面状の発光領域の両側の面から光が射出する場合は、リフレクタを一方の側に加えて、他方の側に設けても良い。面状の発光領域の両側の面から光が射出する例として、エレクトロ・ルミネッセンス素子(以下、「EL素子」という。)を挙げることができる。
また、第2の本発明によれば、上述の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。本プロジェクタは、上述の光源装置を備えているため、小型な構成にでき、かつ良好な画質の像を投写できる。
以下に、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
図1は、本発明の実施例1に係る光源装置100の概略構成を示す。固体発光素子であるLED102は、面状の発光領域S1を有する、いわゆる面発光素子である。LED102は、例えば、赤色光(以下、「R光」という。)を供給する。また、リフレクタ101は、内面に反射面が形成された放物面形状である。LED102は、放物面形状のリフレクタ101の焦点fの位置に配置されている。そして、面状の発光領域S1とリフレクタ101とが対向するように配置されている。さらに、LED102は、基板の機能を兼用する反射部103の一方の面上に配置されている。反射部103の他方の面には、放熱のための複数のフィン104が形成されている。
面状の発光領域S1から放射された光は、対向して配置されているリフレクタ101に入射して反射される。LED102は、放物面形状のリフレクタ101の焦点fの位置に配置されている。このため、LED102からの光は、リフレクタ101で反射して、略平行光となって射出する。そして、LED102から放射される光の大部分は、面状の発光領域S1から放射される。これに対して、面状の発光領域S1に略直交する側面から放射される光の割合は少ない。このため、LED102から供給される光の大部分は、リフレクタ101で反射される。この結果、光源装置100を射出する光の角度及び方向をリフレクタ101で反射することで制御できる。具体的には、リフレクタ101は、LED102からの光を、照明方向に沿う光軸AXに略平行な平行光へ変換する。本実施例において、光軸AXとは、面状の発光領域S1の発光面に平行な軸をいう。このように、光源装置100を射出する光の角度及び方向を、付加的なレンズ等を用いること無しに容易に制御できる。従って、小型で、特にLED等の固体光源素子を用いてプロジェクタに好適な光源装置100を提供することができる。なお、本実施例において、LED102は、放物面形状のリフレクタ101の焦点fの近傍に配置されていても良い。
さらに、LED102は、基板の機能を兼用する反射部103上に配置されている。このため、LED102に対して、リフレクタ101とは反対側に進行する光は、反射部103で反射される。反射部103で反射された光は、リフレクタ101へ入射して反射される。このため、光の利用効率を向上できる。また、反射部103のLED102と反対側の面には放熱用の複数のフィン104が形成されている。LED102は、発熱量を低減することで発光効率を向上できる。このため、フィン104で放熱することでLED102の発光効率を向上できる。
図2は、本発明の実施例2に係る光源装置200の概略構成を示す。本実施例では、リフレクタ201が楕円形状である点が実施例1と異なる。実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。楕円形状のリフレクタ201は、第1焦点f1と第2焦点f2とを有する。
第1焦点f1から射出した光は、リフレクタ201で反射して、第2焦点f2の位置へ到達する。また、面状の発光領域S1の発光面は、光軸AXに対して略平行となるように配置されている。本実施例において、光軸AXとは、第1焦点f1と第2焦点f2とを結ぶ直線に沿う平行な軸をいう。
LED102は、その発光中心位置が、第1焦点f1の位置近傍で、かつ第2焦点f2側とは逆の方向に寄った位置になるように配置されている。このため、LED102から射出された光の大部分は、第2焦点f2よりも、さらに射出側の位置に集光される。これにより、点線で示すようなLED像102iが第2焦点f2よりもさらに射出側の位置に形成される。LED像102iは、物体であるLED102の光軸AX方向の大きさが拡大された拡大像である。この結果、LED像102iを形成する光線は、光軸AXとなす角度が小さい光、即ち略平行光となる。従って、光源装置200の射出方向へ、所定の角度範囲内の光、例えば略平行光を供給できる。
図3は、本発明の実施例3に係る光源装置300の概略構成を示す。本実施例では、リフレクタ301が球面形状である点が実施例1と異なる。実施例1と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
球面形状のリフレクタ301は、焦点f1を有する。焦点f1から射出した光は、リフレクタ301で反射される。また、本実施例において、光軸AXとは、面状の発光領域S1の発光面に平行な軸をいう。LED102は、焦点f1近傍に配置されている。このため、LED102から射出された光の大部分は、光軸AXとなす角度が小さい光、即ち略平行光となる。従って、光源装置300の射出方向へ、所定の角度範囲内の光、例えば略平行光を供給できる。
また、上述した実施例1、2、3では、LED102の面状の発光領域S1に対向してリフレクタ101等が設けられている。ここで、面状の発光領域の2つの面、つまり両面から発光する固体発光素子もある。例えば、EL素子である。2つの面S1、S2から発光する固体発光素子のときは、図4に示すように、両面にそれぞれ対向するようにリフレクタ101a、101bを配置する。これにより、光をさらに有効に用いることができる。
図5は、本発明の実施例4に係るプロジェクタ500の概略構成を示す。実施例1と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。プロジェクタ500は、3つの光源装置を備えている。R光用光源装置100Rは、R光を供給する。緑色光(以下、「G光」という。)用光源装置100Gは、G光を供給する。青色光(以下、「B光」という。)用光源装置100Bは、B光を供給する。各色光用光源装置100R、100G、100Bは、発光光の波長領域が異なるだけであり、実施例1で述べた光源装置100と基本的に同一の構成である。
R光用光源装置100RのR光LED102RからのR光は、ロッドインテグレータ505に入射する。ロッドインテグレータ505は、入射光の強度分布を略均一にして射出する。ロッドインテグレータ505を射出したR光は、R光用空間光変調装置506Rに入射する。R光用空間光変調装置506Rは、入射光を画像信号に応じて変調して射出する。変調されたR光は、クロスダイクロイックプリズム507に入射する。なお、ロッドインテグレータ505は、内面に反射面が形成された中空型のインテグレータと、光学的透明部材である硝子又は透明樹脂で構成されたソリッド型のインテグレータのいずれでも良い。
G光用光源装置100GのG光LED102GからのG光は、ロッドインテグレータ505を経由して、G光用空間光変調装置506Gに入射する。G光用空間光変調装置506Gは、入射光を画像信号に応じて変調して射出する。変調されたG光は、クロスダイクロイックプリズム507に入射する。
B光用光源装置100BのB光LED102BからのB光は、ロッドインテグレータ505を経由して、B光用空間光変調装置506Bに入射する。B光用空間光変調装置506Bは、入射光を画像信号に応じて変調して射出する。変調されたB光は、クロスダイクロイックプリズム507に入射する。
クロスダイクロイックプリズム507は、第1ダイクロイック膜507aと、第2ダイクロイック膜507bとがX字状に配置されて構成されている。第1ダイクロイック膜507aは、G光を透過し、B光を反射する。第2ダイクロイック膜507bは、G光を透過し、R光を反射する。これにより、各光用空間光変調装置506R、506G、506Bからの変調光は、クロスダイクロイックプリズム507で色合成される。色合成された変調光は、投写レンズ508によりスクリーン509へ拡大投写される。
各光用空間光変調装置506R、506G、506Bは、適正に変調できる入射光の角度が所定範囲内に制限されている。好ましくは、各光用空間光変調装置506R、506G、506Bの変調面に対して略垂直に照明光が入射すること、即ち、光軸AXに平行な照明光で照明されることが望ましい。各光用光源装置100R、100G、100Bは、実施例1で述べたように、略平行な照明光を供給できる。この結果、画像信号に応じて変調された高品質な投写像を得ることができる。また、各光用光源装置100R、100G、100Bは、付加的なレンズ素子等を用いることなく、略平行な照明光を供給できる。この結果、小型なプロジェクタ500を得ることができる。
次に、図6を参照して、R光用光源装置100Rと、ロッドインテグレータ505と、R光用空間光変調装置506Rとの空間的な位置関係を説明する。G光用光源装置100G、B光用光源装置100Bについての配置もR光用光源装置100Rと同様なので、R光用空間光変調装置506Rを代表例にして説明し、その他の色光の重複する説明は省略する。
R光用空間光変調装置506Rは、投写像の画面サイズに応じた縦横比の形状、例えば不図示の観察者にとって横長の矩形形状の変調面506Rmを有する。変調面506Rmを有効に照明するために、ロッドインテグレータの入射端面505aは、変調面506Rmと相似形状をしている。図6では、説明の簡単のため、ロッドインテグレータ505の入射端面505aと、変調面506Rmとを1:1の等倍で示す。図7−1、7−2、7−3は、それぞれ観察者が光軸AXに沿ったz軸方向からR光用光源装置100Rを見たときの構成を示す。図7−1、7−2、7−3に示すように、R光用光源装置100Rのリフレクタ101の開口部の長手方向(x軸方向)と、ロッドインテグレータ505の入射端面505aの長手方向(x軸方向)と、R光用空間光変調装置506Rの変調面506Rmの長手方向(x軸方向)とを一致させる。これにより、R光用光源装置100RからのR光を有効に用いることができる。
(変形例)
図8は、実施例4の変形例のR光用光源装置800Ra、800Rb近傍の構成を示す。G光、B光の光源装置の構成は、R光用光源装置800Ra、800Rbと同一であるため省略する。また、各色光用空間光変調装置からスクリーンまでの構成は実施例4と同一なので省略する。本変形例では、ロッドインテグレータ805の入射端面に2つの三角プリズム804a、804bが光学的透明接着剤で固着されている。そして、三角プリズム804aは、R光用第1光源装置800Raからの略平行なR光を、斜面で反射させてロッドインテグレータ805へ導く。三角プリズム804bは、R光用第2光源装置800Rbからの略平行なR光を、斜面で反射させてロッドインテグレータ805へ導く。2つのR光用第1光源装置800RaとR光用第2光源装置800RbとからのR光は、ロッドインテグレータ805で強度分布が略均一化される。強度分布が略均一化された光は、R光用空間光変調装置806に入射する。
図8は、実施例4の変形例のR光用光源装置800Ra、800Rb近傍の構成を示す。G光、B光の光源装置の構成は、R光用光源装置800Ra、800Rbと同一であるため省略する。また、各色光用空間光変調装置からスクリーンまでの構成は実施例4と同一なので省略する。本変形例では、ロッドインテグレータ805の入射端面に2つの三角プリズム804a、804bが光学的透明接着剤で固着されている。そして、三角プリズム804aは、R光用第1光源装置800Raからの略平行なR光を、斜面で反射させてロッドインテグレータ805へ導く。三角プリズム804bは、R光用第2光源装置800Rbからの略平行なR光を、斜面で反射させてロッドインテグレータ805へ導く。2つのR光用第1光源装置800RaとR光用第2光源装置800RbとからのR光は、ロッドインテグレータ805で強度分布が略均一化される。強度分布が略均一化された光は、R光用空間光変調装置806に入射する。
図9−1、9−2、9−3は、それぞれ不図示の観察者が光軸AXに沿ったz軸方向からR光用第1光源装置800Raを見たときの構成を示す。図9−1、9−2、9−3に示すように、R光用第1光源装置800Raのリフレクタ801の開口部の長手方向(y軸方向)と、ロッドインテグレータ805の入射端面を2分割したうちの一方の第1領域805a(斜線を付す)の長手方向(y軸方向)と、R光用空間光変調装置806Rの変調面を2分割したうちの一方の第1変調面806a(斜線を付す)の長手方向(y軸方向)とを一致させる。これにより、R光用第1光源装置800RaからのR光を有効に用いることができる。
なお、上記各実施例については、固体発光素子としてLEDを例に説明している。しかしながら、本発明はこれに限られず、例えば、半導体レーザ、EL素子等を備える光源装置にも適用できる。
100 光源装置、101 リフレクタ、102 LED、103 反射部、104 放熱フィン、S1、S2 面状の発光領域、200 光源装置、201 リフレクタ、f1 第1焦点、f2 第2焦点、102i LED像、300 光源装置、301 リフレクタ、400 光源装置、101a、101b リフレクタ、100R、100G、100B 各色光用光源装置、102R、102G、102B 各色光用LED、505 ロッドインテグレータ、506R、506G、506B 各色光用空間光変調装置、507 クロスダイクロイックプリズム、507a、507b ダイクロイック膜、508 投写レンズ、509 スクリーン、505a 入射端面、506Rm 変調面、800Ra R光用第1光源装置、800Rb R光用第2光源装置、802R R光LED、804a、804b 三角プリズム、805 ロッドインテグレータ、806R R光用空間光変調装置、805a 第1入射領域、805b 第2入射領域、806a 第1変調面、806b 第2変調面
Claims (6)
- 所定の焦点を備え、入射光を反射するリフレクタと、
面状の発光領域を備え、前記焦点又は前記焦点の近傍に設けられている固体発光素子とを有し、
前記面状の発光領域と前記リフレクタとが対向するように配置されていることを特徴とする光源装置。 - 前記リフレクタは楕円面形状を含むことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記リフレクタは放物面形状を含むことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記リフレクタは球面形状を含むことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記固体発光素子の前記面状の発光領域の少なくとも一方の側に前記リフレクタが対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。
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