JP2005283817A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

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

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。

特開２００３−３１７５１３号公報 特開２００３−３１７５１５号公報

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。

実施例１に係る光源装置を示す図。 実施例２に係る光源装置を示す図。 実施例３に係る光源装置を示す図。 変形例に係る光源装置を示す図。 実施例４に係るプロジェクタを示す図。 実施例４の光源装置近傍を示す図。 実施例４の光源装置の正面図。 実施例４のロッドインテグレータの正面図。 実施例４の空間光変調装置の正面図。 実施例４の変形例の光源装置近傍を示す図。 実施例４の変形例の光源装置の正面図。 実施例４の変形例のロッドインテグレータの正面図。 実施例４の変形例の空間光変調装置の正面図。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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