JP2008091143A - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】固体光源から放射状に射出される光を所定の方向に揃えて射出することのできる光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光源装置４１Ａにおける導光部材６において、固体光源５の第２面部５２に接続される外周側導光部７の外周面６Ｂは、全反射面に形成され、この外周側導光部７と、固体光源５の第１面部５２に接続される中心側導光部８との間には、反射層Ｐ１が設けられている。各導光部７，８の各射出面７Ａ，８Ａは、共に所定の方向を向いている。これにより、固体光源５の第２面部５２から射出され、外周側導光部７によって導光されて当該外周側導光部７の射出面７Ａから射出される光と、固体光源５の第１面部５１から射出され、中心側導光部８によって導光されて当該中心側導光部８の射出面８Ａから射出される光とを、所定の方向に揃えて射出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体光源を備えた光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。

従来、光源と、当該光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、形成された光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタが知られている。このようなプロジェクタの光源としては、高圧水銀ランプ等の放電光源が用いられてきたが、近年、環境問題の要請等から光電変換効率が高く、消費電力の少ないＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体光源を有する光源装置を用いたプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１に記載のプロジェクタでは、ＬＥＤは、ＬＥＤパッケージに実装されるＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの側面および上面を覆うドーム状のレンズキャップとを備えている。このＬＥＤから射出された光は、光路後段に配置されたレンズアレイ等の光学部品によって、それらの光学部品によって決められた所定の光軸方向に光の進行方向を揃えられるとともに、前記光軸方向に直交する面内の面内照度を均一化され、液晶パネルに照射されて光学像を形成する。

特開２００６―５４３５２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のＬＥＤでは、ＬＥＤチップがレンズキャップで覆われているとはいえ、ＬＥＤチップから射出された光は、レンズキャップから放射状に射出されるため、レンズアレイに入射しない光は、画像形成に利用されないという問題があった。このため、光の利用効率が低下し、投射画像の輝度の低下等が引き起こされるという問題があった。

本発明の目的は、固体光源から放射状に射出される光を所定の方向に揃えて射出することのできる光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタを提供することにある。

本発明の光源装置は、素子基板上に実装され、所定電圧の印加により光を射出する固体光源と、前記固体光源に接続され、前記固体光源から入射する光を導光する導光部材と、を備える光源装置であって、前記固体光源は、前記素子基板に沿い、かつ、前記素子基板に対向する側とは反対側の面である第１面部と、前記固体光源の前記第１面部に直交する第２面部とを備え、前記導光部材は、当該導光部材の最外周に配置され、かつ、前記固体光源の少なくとも前記第２面部と一方の端部が接続される略筒形状の外周側導光部と、 前記外周側導光部の内側に配置され、かつ、前記固体光源の少なくとも前記第１面部と一方の端部が接続される中心側導光部と、前記外周側導光部と前記中心側導光部との間に設けられた反射層とを備え、前記外周側導光部の外周面には、反射面が形成され、前記外周側導光部は、前記固体光源の少なくとも前記第２面部に接続された前記一方の端部から入射した光を他方の端部側に導光し、前記中心側導光部は、前記固体光源の少なくとも前記第１面部に接続された前記一方の端部から入射した光を他方の端部側に導光し、前記外周側導光部および前記中心側導光部の前記各他方の端部の端面は、導光された光が射出される射出面とされ、前記外周側導光部の射出面と、前記中心側導光部の射出面とは、共に所定の方向を向いていることを特徴とする。

本発明によれば、中心側導光部と外周側導光部との間には、反射層が設けられているため、固体光源の少なくとも第１面部から中心側導光部に入射した光は、外周側導光部内に進入することなく中心側導光部内を進行し、当該中心側導光部の射出面から射出される。また、固体光源の少なくとも第２面部から外周側導光部に入射した光は、中心側導光部と外周側導光部との間に設けられた反射層と、外周側導光部の外周面に形成された反射面との間で反射を繰り返しながら、外周側導光部内を進行し、当該外周側導光部の射出面から射出される。
ここで、各導光部の射出面は、共に所定の方向を向いているので、固体光源から各導光部に入射した光を、各導光部の各射出面から、所定の方向に揃えて射出することができる。従って、このような本発明の光源装置を、例えば、プロジェクタに利用した場合、固体光源から射出された光を所定の方向に揃えて射出することができるので、固体光源の側方から射出される光を容易に画像形成に利用することができる。

本発明では、前記外周側導光部の外周面、および前記中心側導光部の外周面は、前記各導光部の射出面から射出される光が所定方向に沿うような曲面形状を有していることが好ましい。
本発明によれば、外周側導光部、および中心側導光部の外周面は、各導光部の射出面から射出される光が所定方向に沿うような曲面形状を有しているので、固体光源から各導光部に入射した光を、各射出面から当該射出面に垂直な方向に沿って射出することができる。これにより、固体光源から各導光部に入射した光を、各導光部の射出面から、所定の方向に、より揃えて射出することができる。

本発明では、前記外周側導光部および前記中心側導光部の外周面は、平面形状を有していることが好ましい。
本発明によれば、外周側導光部および中心側導光部の外周面は、平面形状を有しているので、各導光部の形状を容易にでき、それぞれの組み立てを簡単に行うことができる。従って、各導光部、ひいては、光源装置の製造を簡略化できる。

本発明では、前記中心側導光部の射出面は、光の射出方向に膨出し、当該中心側導光部から射出される光を、前記導光部材の全体としての射出面の略法線方向に揃えるレンズ効果を有していることが好ましい。
本発明によれば、中心側導光部の射出面は、光の射出方向に膨出しているので、当該射出面から、中心側導光部の中心から外側に傾斜して光が射出されることを抑えることができ、中心側導光部の射出面から所定の方向に確実に光を射出できる。

本発明では、前記外周側導光部の射出面と、前記中心側導光部の射出面との面積比は、前記外周側導光部に入射した光量と、前記中心側導光部に入射した光量の比と略等しくなっていることが好ましい。
本発明によれば、外周側導光部および中心側導光部の各射出面の面積比は、固体光源から各導光部に入射した光量の比と略等しくなっているので、各導光部の射出面から射出される光の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化でき、ひいては、光源装置の射出光の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化できる。

本発明では、前記中心側導光部は、少なくとも第１中心導光部および第２中心導光部を備え、各導光部の間に反射層が介在配置された多層構造に構成され、当該中心側導光部を構成する各導光部の射出面の面積比は、各導光部に入射する光量の比と略等しくなっていることが好ましい。
本発明によれば、中心側導光部は、少なくとも第１中心導光部および第２中心導光部を備えた２層構造以上に構成され、中心側導光部を構成する各導光部の射出面の面積比は、各導光部に入射する光量の比と略等しくなっているので、各導光部の射出面から射出される光の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化でき、ひいては、光源装置の射出光の所定方向に直交する面内の面内照度をより均一化できる。

また、本発明のプロジェクタは、前述の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された光を投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、前述の光源装置と同様の効果を奏することができる他、固体光源から射出された光の略全てを利用することができ、光の利用効率を向上させることができる。これにより、形成画像の輝度を向上することができる。

本発明では、前記光源装置の光路後段には、入射光の偏光方向を揃える偏光変換装置が配置され、前記光源装置の射出面は、前記偏光変換装置の入射面と略相似形に形成されていることが好ましい。
本発明によれば、前記偏光変換装置は、入射面を介して入射した光のうち、一方向の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する偏光分離層と、反射された他方の偏光光を、一方向の偏光光の透過方向に沿う方向に反射する反射層と、分離された一方向の偏光光および他方の偏光光のいずれかの光路上に配置され、入射光の偏光方向を変換する位相差層とを備えている。これにより、光源装置から射出されたランダムな偏光光束は、偏光変換装置によって、略１種類の偏光光からなる光束に変換され、光路後方へ向けて射出される。
ここで、本発明によれば、光源装置の射出面は、偏光変換装置の入射面と略相似形に形成されているので、光源装置の射出面と、偏光変換装置の入射面とが略同じ大きさの場合、互いの面を近接配置させることで、光源装置の射出面から射出された光を略全て偏光変換装置の入射面に入射させることができる。
また、源装置の射出面と、偏光変換装置の入射面とが異なる大きさの場合、光源装置の射出面から射出された光をレンズによって拡大、あるいは縮小することで、光源装置の射出面から射出された光を略全て偏光変換装置の入射面に入射させることができる。従って、光の利用効率をより向上させることができる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態のプロジェクタ１を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタ１の構成〕
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１の構成を示す模式図である。
本実施形態のプロジェクタ１は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、当該光学像を投射レンズ３により拡大投射するものである。このプロジェクタ１は、図１に示すように、画像情報に応じた光学像を形成する光学ユニット４と、形成された光学像を拡大投射する投射レンズ３と、これらを内部に収納する外装筺体２とを備えて構成されている。
なお、図１において、図示は省略するが、外装筺体２内において、投射レンズ３および光学ユニット４以外の空間には、プロジェクタ１内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット、プロジェクタ１内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、およびプロジェクタ１全体を制御する制御ユニット等が配置されるものとする。

〔外装筺体２および投射レンズ３の構成〕
外装筺体２は、合成樹脂から構成され、図１に示すように、投射レンズ３および光学ユニット４等を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筺体２は、詳しい図示は省略するが、プロジェクタ１の天面、前面、背面、および左右両側面をそれぞれ構成するアッパーケースと、プロジェクタ１の底面、前面および背面をそれぞれ構成するロアーケースとで構成され、これらアッパーケースおよびロアーケースは互いにねじ等で固定されている。なお、外装筺体２は、合成樹脂等に限らず、そのほかの材料にて形成してもよく、たとえば、金属等により構成してもよい。
投射レンズ３は、光学ユニット４にて形成された光学像（カラー画像）を、図示しないスクリーン上に結像させるとともに、当該光学像を拡大投射する投射光学装置である。この投射レンズ３は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。

〔光学ユニット４の構成〕
光学ユニット４は、制御ユニットによる制御の下、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して、光学像を形成するものである。この光学ユニット４は、図１に示すように、光源装置４１Ａ（４１ＡＲ，４１ＡＧ，４１ＡＢ）と、均一照明光学装置４２（４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ）と、画像形成装置４３とを備えて構成されている。

光源装置４１Ａ（赤色光を射出する光源装置を４１ＡＲ，緑色光を射出する光源装置を４１ＡＧ，青色光を射出する光源装置を４１ＡＢとする）は、詳しくは後述するが、それぞれ、ＬＥＤ素子から構成されて各色光を射出する固体光源５と、この固体光源５に接続される導光部材６とを備えて構成されている。固体光源５から射出された各色光は、導光部材６により導光され、光路後段の均一照明光学装置４２へ射出される。

均一照明光学装置４２は、後述する画像形成装置４３を構成する液晶パネル４３１の画像形成領域を均一に照明する照明光学系である。図１に示すように、これら均一照明光学装置４２（赤色光を射出する照明光学装置を４２Ｒ，緑色光を射出する照明光学装置を４２Ｇ，青色光を射出する照明光学装置を４２Ｂとする）は、それぞれ、偏光変換装置４２１、およびロッドインテグレータ４２２を備えている。

偏光変換装置４２１は、詳しくは後述するが、光源装置４１Ａから入射した光束を略一種類の偏光光束に変換して光路後段のロッドインテグレータ４２２に射出する。
ロッドインテグレータ４２２は、ガラス等の透光性材料から断面矩形状に構成され、偏光変換装置４２１から入射した光束を内部で反射を繰り返させることにより、光束の面内照度を均一化して射出端面より射出する。

画像形成装置４３は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。この画像形成装置４３は、光変調装置としての３つの液晶パネル４３１（赤色光用の液晶パネルを４３１Ｒ，緑色光用の液晶パネルを４３１Ｇ，青色光用の液晶パネルを４３１Ｂとする）と、これら各液晶パネル４３１の光束入射側にそれぞれ配置される３つの入射側偏光板４３２と、各液晶パネル４３１の光射出側にそれぞれ配置される３つの射出側偏光板４３３と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム４３４とを備えて構成されている。

各入射側偏光板４３２には、偏光変換装置４２１で偏光方向が略一方向に揃えられた各色光が入射し、当該入射側偏光板４３２は、入射した光束のうち、偏光変換装置４２１で揃えられた光束の偏光方向と略同一方向の偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。この入射側偏光板４３２は、例えば、サファイアガラスまたは水晶等の透光性基板上に偏光層が貼付された構成を有している。
光変調装置としての液晶パネル４３１は、詳しい図示を省略するが、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、前述の制御ユニットからの駆動信号に応じて、液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板４３２を透過した偏光光束の偏光方向を変調する。

射出側偏光板４３３は、液晶パネル４３１から射出された光束のうち、入射側偏光板４３２における光束の透過軸と直交する偏光方向を有する光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。
クロスダイクロイックプリズム４３４は、射出側偏光板４３３を透過した色光毎に変調された変調光を合成して光学像（カラー画像）を形成する。このクロスダイクロイックプリズム４３４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、投射レンズ３と対向する側（Ｇ色光側）に配置された射出側偏光板４３３を介した色光を透過し、残り２つの射出側偏光板４３３（Ｒ色光側およびＢ色光側）を介した色光を反射する。このようにして、各入射側偏光板４３２、各液晶パネル４３１、および各射出側偏光板４３３にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。

〔偏光変換装置４２１の構成〕
以下、各偏光変換装置４２１の構成について説明する。
図２は、光源装置４１Ａおよび偏光変換装置４２１の構成を説明するための図である。なお、図２では、光源装置４１Ａの断面を図示した。
偏光変換装置４２１は、光源装置４１Ａとロッドインテグレータ４２２との間に配置され、光源装置４１Ａから射出された多種類のランダムな偏光光を有する光束を略一種類の直線偏光からなる光束に変換してロッドインテグレータ４２２に射出する。

具体的に、偏光変換装置４２１は、図２に示すように、光源装置４１Ａの導光部材６の射出面６Ａに対向配置される入射面４２１Ａを備えた板ガラス４２１１と、板ガラス４２１１の内部に介在配置されるとともに、入射光束に対し略４５度傾けられて配置され、Ｓ偏光光を透過しＰ偏光光を反射する偏光分離膜４２１２と、板ガラス４２１１の傾斜面に形成され、偏光分離膜４２１２に対し略平行に配置された反射膜４２１３と、板ガラス４２１１の光射出側、かつ、反射膜４２１３に対応する位置に設置された１／２位相差板４２１４とを備えている。偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａは、長手方向と短手方向との長さの比が１６対９に形成された射出面４２１Ｂの長手方向の長さを半分にした形状に形成されており、入射面４２１Ａにおける短手方向と長手方向との長さの比が８対９の比に形成されている。なお、本実施形態における射出面４２１Ｂの長手方向とは、図２における紙面上下方向に相当する。

光源装置４１Ａから射出された光束が、入射面４２１Ａに入射すると、まず、偏光分離膜４２１２にてＰ偏光光およびＳ偏光光に分離される。すなわち、Ｓ偏光光はそのまま偏光分離膜４２１２を透過し、板ガラス４２１１の射出面４２１Ｂのうち、１／２位相差板４２１４が設置されていない部分からロッドインテグレータ４２２へ向けて射出される。一方、Ｐ偏光光は、偏光分離膜４２１２で反射して光路が反射膜４２１３側に略９０度回転される。偏光分離膜４２１２で反射し、反射膜４２１３に向かって進行したＰ偏光光は、当該反射膜４２１３で再度反射し、光路が１／２位相差板４２１４側に略９０度回転される。１／２位相差板４２１４に入射したＰ偏光光は、位相を１／２πずらされてＳ偏光光に変換され、ロッドインテグレータ４２２へ向けて射出される。従って、光源装置４１Ａから射出されたランダムな偏光光束は、偏光変換装置４２１によって、略１種類のＳ偏光光からなる光束に変換され、ロッドインテグレータ４２２へ向けて射出される。

ロッドインテグレータ４２２に入射され、面内照度を均一化された光束は、図１に示すように、液晶パネルを透過し、Ｐ偏光光に変換され、各色光に応じた色画像を形成する光束としてプリズム４３４に入射する。そして、当該プリズム４３４において、誘電体多層膜により反射した赤色光および青色光と、当該誘電体多層膜を透過した緑色光とが合成され、投射レンズ３から図示しないスクリーン上に拡大投射される。なお、本実施形態では、偏光変換装置４２１は、光源装置４１Ａからの入射光をＳ偏光光に変換したが、Ｐ偏光光に変換してもよい。

〔光源装置４１Ａの構成〕
以下、各光源装置４１Ａの構成について説明する。
図３は、光源装置４１Ａを示す斜視図、図４は、光源装置４１Ａの正面図である。
光源装置４１Ａは、前述したように、固体光源５と、この固体光源５に接続される導光部材６とを備えて構成されている。

固体光源５は、図２および図３に示すように、略直方体形状のＬＥＤ素子から構成され、所定電圧の印加により、素子基板１０に対向する側とは反対側の面である第１面部５１、および第１面部５１に直交する第２面部５２から所定の色光を射出する。
導光部材６は、ガラスや透光性を有する樹脂等から構成され、図２および図３に示すように、一方の端部が固体光源５の第１面部５１および第２面部５２に接続され、固体光源５から入射した光を、他方の端部の端面である射出面６Ａ側に導光する。

導光部材６は、図３に示すように、導光部材６の最外周に配置されて一方の端部が固体光源５の第２面部５２に接続される略筒形状の外周側導光部７と、外周側導光部７の内側に配置されて一方の端部が固体光源５の第１面部５１に接続される略柱形状の中心側導光部８と、外周側導光部７と中心側導光部８との間に設けられた第１反射層Ｐ１とを備えて構成されている。

中心側導光部８は、中心側導光部８の最外周に配置されて一方の端部が固体光源５の第１面部５１の外側領域５１１に接続される略筒形状の第１中心側導光部８１と、第１中心側導光部８１の内側に配置されて一方の端部が固体光源５の内側領域５１２に接続される略柱形状の第２中心側導光部８２と、第１中心側導光部８１と第２中心側導光部８２との間に設けられた第２反射層Ｐ２とを備えて構成されている。

つまり、導光部材６は、外周側導光部７の内側に、第１反射層Ｐ１を介して第１中心側導光部８１が配置され、第１中心側導光部８１のさらに内側に、第２反射層Ｐ２を介して第２中心側導光部８２が配置された多層構造になっている。
そして、これら外周側導光部７の射出面７Ａ、第１中心側導光部８１の射出面８１Ａ、および第２中心側導光部８２の射出面８２Ａから、導光部材６の射出面６Ａが構成されている。この導光部材６の射出面６Ａは、図４に示すように、短手方向の長さと長手方向の長さとの比が８対９の比になるように形成され、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａと略相似形に形成されている（かつ、入射面４２１Ａと略同じ大きさに形成されている）。また、導光部材６の射出面６Ａは、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに近接配置されている。

なお、外周側導光部７は、高屈折率部材で構成されており、外周側導光部７の外周面は、入射する光を全反射する全反射面に形成されている。また、各導光部７，８１，８２の外周面は、なだらかな曲面（小さい曲率）に形成され、詳しくは後述するが、固体光源５から各導光部７，８１，８２に入射した光を、各導光部７，８１，８２の射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから、当該射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａに略垂直な方向に沿って射出させることができるようになっている。

導光部材６は、図３に示すように、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａと略相似形である射出面６Ａと、射出面６Ａの各辺と固体光源５の各辺とを接続する４つの曲面から構成された周面６Ｂとを備え、固体光源５と接続する基端側から射出面６Ａが形成された先端側に向かうに従って拡がる末拡がり形状に形成されている。

外周側導光部７、第１中心側導光部８１、および第２中心側導光部８２の射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａは、共に所定の方向、すなわち偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに対向する方向を向いている。また、第２中心側導光部８２の射出面８２Ａは、図１に示すように、光の射出方向先端側に膨出しており、当該射出面８２Ａに入射する光を当該射出方向に揃えるレンズ効果を有している。
さらに、外周側導光部７、第１中心側導光部８１、および第２中心側導光部８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａの面積比は、固体光源５の第２面部５２から外周側導光部７に入射する光量と、固体光源５の外側領域５１１から第１中心側導光部８１に入射する光量と、固体光源５の内側領域５１２から第２中心側導光部８２に入射する光量との比と略等しくなっている。

以上のような光源装置４１Ａにおいて、固体光源５に電圧が印加されると、固体光源５の第１面部５１および第２面部５２からは所定の色光が射出される。
固体光源５の第２面部５２から射出された光は、外周側導光部７の外周面と第１反射層Ｐ１との間で反射を繰り返しながら、外周側導光部７内を進行し、射出面７Ａから、当該射出面７Ａに略垂直な方向に沿って外部へ射出される。
同様に、固体光源５の外側領域５１１から射出された光は、第１反射層Ｐ１と第２反射層Ｐ２との間で反射を繰り返しながら、第１中心側導光部８１内を進行し、射出面８１Ａから、当該射出面８１Ａに略垂直な方向に沿って外部へ射出される。
固体光源５の内側領域５１２から射出された光は、第２反射層Ｐ２間で反射を繰り返しながら、第２中心側導光部８２内を進行し、射出面８２Ａから、当該射出面８２Ａに略垂直な方向に沿って外部へ射出される。

従って、固体光源５の第２面部５２、外側領域５１１、および内側領域５１２から射出された光は、各導光部７，８１，８２内を進行した後、各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから当該射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａに略垂直な方向に沿って外部へ射出される。この際、各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａは、共に所定の方向、すなわち光路後段に配置された偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに対向する方向を向いているので、固体光源５の第２面部５２、外側領域５１１、および内側領域５１２から射出され、各導光部７，８１，８２によって導光された光を、所定の方向、すなわち偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａの方向に揃えて射出することができる。

また、導光部材６の射出面６Ａは、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに略相似形に形成されているとともに、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに近接配置されているので、光源装置４１Ａの射出面６Ａから射出された光は、略全て偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに入射する。これにより、従来、固体光源５の第２面部５２等から射出された後に偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａへ入射せず、画像形成に利用されなかった光を利用することができ、光の利用効率を向上させることができる。

なお、外周側導光部７、第１中心側導光部８１、および第２中心側導光部８２の外周面は、共になだらかな（曲率の小さい）曲面形状に形成されており、固体光源５からの光を、各導光部７，８１，８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから、効果的に当該各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａに略垂直な方向に沿って射出させることができる。これにより、各導光部７，８１，８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから射出される光を略平行光とすることができ、より所定の方向に揃えて射出することができる。また、射出光束の拡散を抑えることができる。

また、第２中心側導光部８２は、断面が射出面８２Ａに向かうに従って拡がる末拡がり形状に形成されており、固体光源５からの光を射出面８２Ａから所定の方向に射出しづらいが、第２中心側導光部８２の射出面８２Ａは、光の射出方向先端側に膨出しており、レンズ効果を有しているため、当該射出面８２Ａから、第２中心側導光部８２の中心から外側に傾斜して光が射出されることを抑えることができ、光を所定の方向に射出することができる。
また、各導光部７，８１，８２の射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａの面積比は、固体光源５の各面５２，５１１，５１２から各導光部７，８１，８２に入射する光量の比と略等しくなっているので、各導光部７，８１，８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから射出される光において、所定方向に直交する面内の面内照度を均一化でき、ひいては、光源装置４１Ａから射出される光束の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化できる。

以上のようなプロジェクタによれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）光源装置４１Ａにおける導光部材６において、固体光源５の第２面部５２に接続される外周側導光部７の外周面６Ｂは、全反射面に形成され、この外周側導光部７と、外周側導光部７の内側に設けられて固体光源５の外側領域５１１に接続される第１中心側導光部８１との間には、第１反射層Ｐ１が設けられ、第１中心側導光部８１と、第１中心側導光部８１の内側に設けられて固体光源５の内側領域５１２に接続される第２中心側導光部８２との間には、第２反射層Ｐ２が設けられている。
この際、各導光部７，８１，８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａは、共に所定の方向（各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａと偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａとが対向する方向）を向いているので、固体光源５の第２面部５２から射出され、外周側導光部７によって導光されて当該外周側導光部７の射出面７Ａから射出される光と、固体光源５の第１面部５１から射出され、第１，第２中心側導光部８１，８２によって導光されて当該第１，第２中心側導光部８１，８２の射出面８１Ａ，８２Ａから射出される光とを、所定の方向に揃えて射出することができる。

（２）各導光部７，８１，８２の外周面は、共になだらかな曲面により構成され、固体光源５からの光を、各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから、当該各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａに垂直な方向に沿って効果的に射出させることができる。これにより、各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから射出される光を略平行な光とすることができ、より所定の方向に揃えて射出することができる。

（３）第２中心側導光部８２は、断面が射出面８２Ａに向かうに従って拡がる末拡がり形状に形成されており、固体光源５からの光を射出面８２Ａから所定の方向に射出しづらいが、第２中心側導光部８２の射出面８２Ａは、光の射出方向先端側に膨出しており、レンズ効果を有しているため、当該射出面８２Ａから、第２中心側導光部８２の中心軸に対して外側に傾斜して光が射出されることを抑えることができ、光を所定の方向に射出することができる。

（４）各導光部７，８１，８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａの面積比は、各導光部７，８１，８２が接続される固体光源５の面（第２面部５２、外側領域５１１、内側領域５１２）から各導光部７，８１，８２に入射する光量の比と略等しくなっているので、各導光部７，８１，８２の各射出面７Ａ，８１Ａ，８２Ａから射出される光の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化でき、ひいては、光源装置４１Ａの射出光束の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化できる。
この際、本実施形態では、中心側導光部８を第１中心側導光部８１および第２中心側導光部８２の２層で構成したが、中心側導光部８をさらに多層構造とし、当該中心側導光部８を構成する各導光部の射出面の面積比を、各導光部に入射する光量の比と略等しくすることで、中心側導光部８から射出される光束の所定方向に直交する面内の面内照度をより均一化することができる。

（５）本実施形態のプロジェクタ１では、光源装置４１Ａの射出面６Ａは、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに略相似形に形成されているとともに、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに近接配置されているので、光源装置４１Ａの射出面６Ａから射出された光は、略全て偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに入射する。これにより、従来、固体光源５の第２面部５２等から射出された後に偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａへ入射せず、画像形成に利用されなかった光を利用することができ、光の利用効率を向上させることができる。また、光源装置４１Ａの射出面６Ａと、偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａとが異なる大きさの場合であっても、光源装置４１の射出面６Ａが偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに略相似形に形成されていれば、光源装置４１Ａの射出面６Ａから射出された光をレンズによって拡大、あるいは縮小させることで、光源装置４１Ａの射出面６Ａから射出された光を略全て偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａに入射させることができる。

（６）本実施形態のプロジェクタ１は、光源として、前述の効果を奏する固体光源５を用いたので、射出光束の所定方向に直交する面内の面内照度を均一化することができ、スクリーン等に投射される投射画像の照度ムラを低減することができて投射画像の劣化を抑制できる。

〔第２実施形態〕
本実施形態のプロジェクタは、前述のプロジェクタ１と同様の構成を備えるが、前述の光源装置４１Ａでは、中心側導光部８は、第１，第２中心側導光部８１，８２を備えて２層構造に構成されていたが、本実施形態の光源装置４１Ｂでは、中心側導光部１８は、多層構造には構成されていない点が前述の光源装置４１Ａと相違する。また、前述の光源装置４１Ａでは、各導光部７，８１，８２の外周面は曲面で構成されていたが、本実施形態の光源装置４１Ｂでは、各導光部１７，１８の外周面は、平面で構成されている点が前述の光源装置４１Ａと相違する。なお、以下の説明では、すでに説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、本実施形態に係る光源装置４１Ｂを示す斜視図である。
光源装置４１Ｂは、図５に示すように、素子基板１１０上に実装された固体光源１５と、この固体光源１５に接続される導光部材１６とを備えて構成されている。導光部材１６は、先端に向かうに従って拡がる略逆四角錐台形状に形成されている。そして、導光部材１６は、導光部材１６の最外周に配置されて固体光源１５の第２面部１５２と接続する略四角筒形状の外周側導光部１７と、外周側導光部１７の内側に配置されて固体光源１５の第１面部１５１と接続する略柱形状の中心側導光部１８と、外周側導光部１７と中心側導光部１８との間に設けられた反射層Ｐ１１とを備えて構成されている。

外周側導光部１７、および中心側導光部１８の外周面は、共に４つの平面から形成されている。また、外周側導光部１７、および中心側導光部１８の射出面１７Ａ，１８Ａは、共に偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａと対向し、入射面４２１Ａの方向を向いている。なお、中心側導光部１８の射出面１８Ａは、光の射出方向先端側に膨出しており、レンズ効果を有している。外周側導光部１７および中心側導光部１８の射出面１７Ａ，１８Ａの面積比は、固体光源１５の第２面部１５２から外周側導光部１７に入射する光量と、第１面部１５１から中心側導光部１８に入射する光量との比と略等しくなるように調整されている。

このような光源装置４１Ｂでも、各導光部１７，１８の射出面１７Ａ，１８Ａは、共に所定の方向（各射出面１７Ａ，１８Ａと偏光変換装置４２１の入射面４２１Ａとが対向する方向）を向いているので、固体光源１５の第２面部１５２から射出され、外周側導光部１７によって導光されて当該外周側導光部１７の射出面１７Ａから射出される光と、固体光源１５の第１面部１５１から射出され、中心側導光部１８によって導光されて当該中心側導光部１８の射出面から射出される光とを、所定の方向に揃えて射出することができる。
以上のような本実施形態のプロジェクタは、前述のプロジェクタ１が奏することのできる効果（１）〜（６）のうち、（１），（３）〜（６）と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
（７）外周側導光部７および中心側導光部１８の外周面は、平面によって構成されているので、各導光部１７，１８の形状を容易にでき、それぞれの組み立てを簡単に行うことができる。従って、各導光部１７，１８、ひいては、光源装置４１Ｂの製造を簡略化できる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

すなわち、前記各実施形態では、導光部材６の射出面６Ａは、素子基板１０の略法線方向を向いていたが、導光部材６の射出面６Ａは、素子基板１０に対して傾いていてもよく、素子基板１０の略法線方向を向いていることに限定されない。この導光部材６、射出面６Ａ及び素子基板１０に関する構成は、第２実施形態における導光部材１６、射出面１６Ａ及び素子基板１１０に対しても適用可能である。
前記各実施形態では、外周側導光部７は、固体光源５の第２面部５２に接続されていたが、外周側導光部７は、少なくとも固体光源５の第２面部５２に接続されていればよく、固体光源５の第１面部５１の一部と接続していてもよい。
前記各実施形態では、中心側導光部８は、固体光源５の第１面部５１に接続されていたが、中心側導光部８は、少なくとも固体光源５の第１面部５１に接続されていればよく、固体光源５の第２面部５２の一部と接続していてもよい。これらの外周側導光部７、中心側導光部８、固体光源５、第１面部５１及び第２面部５２に関する構成は、第２実施形態における外周側導光部１７、中心側導光部１８、固体光源１５、第１面部１５１及び第２面部１５２に対しても適用可能である。

前記各実施形態では、外周側導光部７は、高屈折率部材により構成され、その外周面は、全反射面に形成されていたが、外周面に反射膜を設けたり、外周面を反射部材で覆うことにより、外周側導光部７の外周面に反射面を形成してもよい。
前記各実施形態では、外周側導光部７と中心側導光部８との間には、隙間が設けられていなかったが、外周側導光部７と中心側導光部８との間に反射層が設けられているならば、外周側導光部７と中心側導光部８との間に隙間が設けられていてもよい。また、各第１，第２中心側導光部８１，８２の間に隙間が設けられていてもよい。この外周側導光部７及び中心側導光部８に関する構成は、第２実施形態における外周側導光部１７及び中心側導光部１８に対しても適用可能である。
前記各実施形態では、固体光源５及び１５は、直方体形状に構成されていたが、正六面体形状や、円柱形状に形成されていてもよく、直方体形状に構成されることに限定されない。

固体光源５及び１５は、赤、青、緑の色光を射出するＬＥＤ素子から構成されていたが、白色光を射出するＬＥＤ素子から構成されていてもよい。さらに、固体光源５及び１５は、ＬＥＤ素子以外にも、有機ＥＬ（Electroluminescence）素子等の他の発光素子から構成されていてもよい。
前記各実施形態では、３つの光変調装置（液晶パネル）４３１を用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、２つ以下、および４つ以上の光変調装置４３１を用いたプロジェクタにも、本発明の光源装置は適用可能である。

前記各実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の光変調装置４３１を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の光変調装置を用いてもよい。
前記各実施形態では、本発明の光源装置４１Ａ，４１Ｂを、液晶タイプのプロジェクタ１の光源に用いたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど液晶以外の光変調装置を用いたプロジェクタにも用いることができる。
さらに、前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクタ１の例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

本発明の光源装置は、固体光源から放射状に射出される光を所定の方向に揃えて射出することができるため、ホームシアタやプレゼンテーションで利用されるプロジェクタの光源として利用できる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図。 前記実施形態の光源装置および偏光変換装置の構成を説明するための図。 前記実施形態の光源装置を示す斜視図。 前記実施形態の光源装置を示す正面図。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す斜視図。

符号の説明

１…プロジェクタ、３…投射レンズ（投射光学装置）、５、１５…固体光源、６、１６…導光部材、６Ａ、１６Ａ…光源装置の射出面、７、１７…外周側導光部、８、１８…中心側導光部、７Ａ、１７Ａ…外周側導光部の射出面、８Ａ、１８Ａ…中心側導光部の射出面、１０、１１０…素子基板、４１Ａ，４１Ｂ…光源装置、５１、１５１…第１面部、５２、１５２…第２面部、４２１…偏光変換装置、４２１Ａ…入射面、４３１…液晶パネル（光変調装置）、Ｐ１、Ｐ１１…第１反射層（反射層）。

Claims (8)

1. 素子基板上に実装され、所定電圧の印加により光を射出する固体光源と、前記固体光源に接続され、前記固体光源から入射する光を導光する導光部材と、を備える光源装置であって、
   前記固体光源は、前記素子基板に沿い、かつ、前記素子基板に対向する側とは反対側の面である第１面部と、前記固体光源の前記第１面部に直交する第２面部とを備え、
   前記導光部材は、当該導光部材の最外周に配置され、かつ、前記固体光源の少なくとも前記第２面部と一方の端部が接続される略筒形状の外周側導光部と、
   前記外周側導光部の内側に配置され、かつ、前記固体光源の少なくとも前記第１面部と一方の端部が接続される中心側導光部と、
   前記外周側導光部と前記中心側導光部との間に設けられた反射層とを備え、
   前記外周側導光部の外周面には、反射面が形成され、
   前記外周側導光部は、前記固体光源の少なくとも前記第２面部に接続された前記一方の端部から入射した光を他方の端部側に導光し、
   前記中心側導光部は、前記固体光源の少なくとも前記第１面部に接続された前記一方の端部から入射した光を他方の端部側に導光し、
   前記外周側導光部および前記中心側導光部の前記各他方の端部の端面は、導光された光が射出される射出面とされ、
   前記外周側導光部の射出面と、前記中心側導光部の射出面とは、共に所定の方向を向いていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記外周側導光部の外周面、および前記中心側導光部の外周面は、前記各導光部の射出面から射出される光が所定方向に沿うような曲面形状を有していることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記外周側導光部および前記中心側導光部の外周面は、平面形状を有していることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源装置において、
   前記中心側導光部の射出面は、光の射出方向に膨出し、当該中心側導光部から射出される光を、前記導光部材の全体としての射出面の略法線方向に揃えるレンズ効果を有していることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光源装置において、
   前記外周側導光部の射出面と、前記中心側導光部の射出面との面積比は、前記外周側導光部に入射した光量と、前記中心側導光部に入射した光量の比と略等しくなっていることを特徴とする光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置において、
   前記中心側導光部は、少なくとも第１中心導光部および第２中心導光部を備え、各導光部の間に反射層が介在配置された多層構造に構成され、当該中心側導光部を構成する各導光部の射出面の面積比は、各導光部に入射する光量の比と略等しくなっていることを特徴とする光源装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、変調された光を投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
8. 請求項７に記載のプロジェクタにおいて、
   前記光源装置の光路後段には、入射光の偏光方向を揃える偏光変換装置が配置され、
   前記光源装置の射出面は、前記偏光変換装置の入射面と略相似形に形成されていることを特徴とするプロジェクタ。

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