(57)【要約】【課題】光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することが可能な光源装置、及び高い光利用効率で、明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】光を供給する発光部であるＬＥＤ２０２と、ＬＥＤ２０２の出射側に設けられ、ＬＥＤ２０２から光を出射させる光学素子であるプリズム素子２０６と、ＬＥＤ２０２とプリズム素子２０６とを取り囲むように配置され、かつ、ＬＥＤ２０２から特定方向へ行くに従い漸次広がるようなテーパ形状を有し、プリズム素子２０６を透過した光を特定方向へ導く導光部である中空ロッドインテグレータ２０３と、を有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を供給する発光部と、
前記発光部の出射側に設けられ、前記発光部から光を出射させる光学素子と、
前記発光部と前記光学素子とを取り囲むように配置され、かつ、前記発光部から特定方向へ行くに従い漸次広がるようなテーパ形状を有し、前記光学素子を透過した光を前記特定方向へ導く導光部と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光学素子は、前記発光部からの光を入射する側の面が、前記発光部の出射面と略同じ大きさ、若しくは前記出射面より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光学素子は、プリズム素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光学素子は、レンズ素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光学素子は、フォトニック結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項６】
前記導光部は、内面に反射面を有する中空形状のロッドインテグレータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記導光部は、前記中空形状のロッドインテグレータの出射側に、透明部材を備える柱状のロッドインテグレータを有することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記発光部は、複数の固体発光素子を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１〜８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、を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び画像表示装置、特に、固体発光素子を用いる光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置であるプロジェクタの光源として、固体発光素子を用いることが提案されている。特に、固体発光素子である発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、超小型、超軽量、長寿命であるという特徴を有する。また、ＬＥＤは、照明目的で用いるための開発、改良によって、高輝度化及び高効率化が図られている。このことから、プロジェクタの小型化及び低消費電力化を図るために、プロジェクタの光源装置にＬＥＤを用いることが期待されている。現在開発されているＬＥＤは、従来プロジェクタの光源として用いられる超高圧水銀ランプに比べ、発光効率及び投入可能電力のいずれも小さい。このため、プロジェクタの光源を超高圧水銀ランプからＬＥＤに置き換えるのみでは、明るい画像を得ることは困難である。そこで、ＬＥＤの発光効率、特に、外部取出効率を向上させることが考えられている。また、プロジェクタの光源に現在開発されているＬＥＤを用いて明るい画像を得るためには、複数のＬＥＤを用いる構成が考えられている。従来、複数ＬＥＤをアレイ状に配置する光源装置の技術は、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１２０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のＬＥＤをアレイ状に配置する場合、ＬＥＤの数を多くするほどＬＥＤを配置する領域が大きくなる。また、プロジェクタでは、光源装置と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｎｔ）として表すことができる。この面積と立体角の積は、光学系において保存される。このことから、複数のＬＥＤをアレイ状に配置する場合、ＬＥＤの数を多くするほど、空間光変調装置に入射する光束の空間的な広がりが増大すると考えられる。
【０００５】
これに対して、空間光変調装置が有効に変調可能な光の取り込み角度には限りがある。このため、空間光変調装置へ入射する光束の空間的な広がりが増大するほど、光源装置からの光を有効に用いることが困難となる。特許文献１に開示されている技術では、ＬＥＤから出射した光の光線角度が保存されることから、光線の高い平行度を要求される光学系において、光源装置からの光を効率良く利用できない場合がある。このように、従来の技術では、光線の高い平行度を要求される光学系において効率良く光を供給することが困難であるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することが可能な光源装置、及び高い光利用効率で、明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を供給する発光部と、発光部の出射側に設けられ、発光部から光を出射させる光学素子と、発光部と光学素子とを取り囲むように配置され、かつ、発光部から特定方向へ行くに従い漸次広がるようなテーパ形状を有し、光学素子を透過した光を特定方向へ導く導光部と、を有することを特徴とする光源装置を提供することができる。
【０００７】
発光部からの光は、発光部の出射側に設けられた光学素子を透過することによって、発光部から取り出される。光学素子を用いることで、発光部からの光を効率良く発光部の外部へ取り出すことが可能となる。また、光学素子は、発光部からの光の角度を変換し、光を光軸に対して平行化する機能を有する。光学素子を透過した光は、導光部へ入射する。導光部は特定方向、例えば発光部から見て照明対象物がある方向へ行くに従い漸次広がるようなテーパ形状を有する。かかる形状によって、導光部は、光を光軸方向に揃えて出射することが可能である。また、発光部には、例えば単独の固体発光素子を設ける構成に限らず複数の固体発光素子を設ける構成とすることも可能である。発光部を導光部内に完全に閉じ込める構造とすることにより、複数の固体発光素子を設ける場合であっても、光束の空間的な広がりを低減できる。これにより、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することが可能な光源装置を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、光学素子は、発光部からの光を入射する側の面が、発光部の出射面と略同じ大きさ、若しくは出射面より小さいことが望ましい。発光部の出射面と略同じ大きさの光学素子を設けることにより、発光部からの光を効率良く発光部の外部へ取り出すことができる。また、発光部の出射面より小さい光学素子を用いることにより、光学素子をアレイ状に配置することで、発光部の出射面を光学素子で覆う構成とすることが可能である。アレイ状の光学素子を設けることで、発光部からの光を効率良く発光部の外部へ取り出すことができる。これにより、発光部の見た目の大きさを大きく変化させることなく、発光部からの光を効率良く外部に取り出しつつ光線の角度変換を行うことが可能となるため、エテンデューの増大を低減しながら、外部取り出し効率を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、光学素子は、プリズム素子であることが望ましい。光学素子としてプリズム素子を用いることで、発光部からの光を効率良く発光部の外部へ取り出す構成とすることが可能である。また、プリズム素子の出射面で光を屈折させることにより、光軸に対して大きい角度の光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することも可能である。これにより、発光部からの光を効率良く取り出し、かつ光を光軸方向に揃えることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、レンズ素子であることが望ましい。光学素子としてレンズ素子を用いることで、発光部からの光を効率良く発光部の外部へ取り出す構成とすることが可能である。また、レンズ素子の出射面で光を屈折させることにより、光軸に対して大きい角度の光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することも可能である。これにより、発光部からの光を効率良く取り出し、かつ光を光軸方向に揃えることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、フォトニック結晶であることが望ましい。光学素子としてフォトニック結晶を用いることで、発光部からの光を効率良く発光部の外部へ取り出す構成とすることが可能である。また、フォトニック結晶は、その構造に応じて発光部からの光を回折することにより、光軸に対して大きい角度の光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することも可能である。これにより、発光部からの光を効率良く取り出し、かつ光を光軸方向に揃えることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、導光部は、内面に反射面を有する中空形状のロッドインテグレータであることが望ましい。導光部として、中空形状のロッドインテグレータを用いることにより、光軸に対して大きい角度の光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することが可能である。これにより、光学素子を透過した光を、光軸方向に揃えて出射することができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、導光部は、中空形状のロッドインテグレータの出射側に、透明部材を備える柱状のロッドインテグレータを有することが望ましい。柱状のロッドインテグレータでは、透明部材の界面における全反射を利用して、光を出射方向へ導く。全反射を利用して光を導くことで、反射による光の損失を低減することができる。また、柱状のロッドインテグレータでの全反射によっても、光軸に対して大きい角度の光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することが可能である。さらに、中空形状のロッドインテグレータは、柱状のロッドインテグレータにおける臨界角より大きい角度にまで光を角度変換可能であれば良い。このため、導光部に設ける中空形状のロッドインテグレータは、光軸方向の長さを短くすることが可能となる。これにより、光利用効率を高め、かつ光源装置を小型にすることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、発光部は、複数の固体発光素子を有することが望ましい。これにより、明るい光を供給することができる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、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、を有することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の光源装置を用いることにより、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することができる。光束の空間的な広がりを低減可能であると、空間光変調装置では、光源装置からの光を効率良く利用することができる。これにより、高い光利用効率で、明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を示す。プロジェクタ１００は、Ｒ光を供給する光源装置１０１Ｒと、Ｇ光を供給する光源装置１０１Ｇと、Ｂ光を供給する光源装置１０１Ｂとを有する。光源装置１０１ＲからのＲ光は、レンズＬＮを透過して、空間光変調装置１１０Ｒに入射する。空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１１０Ｒは、液晶パネル１１５Ｒと、第１偏光板１１６Ｒと、第２偏光板１１７Ｒとを有する。
【００１８】
第１偏光板１１６Ｒは、Ｒ光のうちのｐ偏光光を透過し、液晶パネル１１５Ｒに入射させる。光源装置１０１Ｒと第１偏光板１１６Ｒとの間には、ｐ偏光光以外の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光をｐ偏光光に変換する偏光変換素子を設けることとしても良い。液晶パネル１１５Ｒは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｒは、液晶パネル１１５Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１１０Ｒは、光源装置１０１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する。空間光変調装置１１０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００１９】
光源装置１０１ＧからのＧ光は、レンズＬＮを透過して、空間光変調装置１１０Ｇに入射する。空間光変調装置１１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１１５Ｇと、第１偏光板１１６Ｇと、第２偏光板１１７Ｇを有する。第１偏光板１１６Ｇは、Ｒ光のうちのｓ偏光光を透過し、液晶パネル１１５Ｇに入射させる。光源装置１０１Ｇと第１偏光板１１６Ｇとの間には、ｓ偏光光以外の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光をｓ偏光光に変換する偏光変換素子を設けることとしても良い。液晶パネル１１５Ｇは、ｓ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｐ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｇは、液晶パネル１１５Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１１０Ｇは、光源装置１０１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する。空間光変調装置１１０Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光は、Ｒ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００２０】
光源装置１０１ＢからのＢ光は、レンズＬＮを透過して、空間光変調装置１１０Ｂに入射する。空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１１０Ｂは、液晶パネル１１５Ｂと、第１偏光板１１６Ｂと、第２偏光板１１７Ｂとを有する。第１偏光板１１６Ｂは、Ｂ光のうちのｐ偏光光を透過し、液晶パネル１１５Ｂに入射させる。光源装置１０１Ｂと第１偏光板１１６Ｂとの間には、ｐ偏光光以外の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光をｐ偏光光に変換する偏光変換素子を設けることとしても良い。液晶パネル１１５Ｂは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｂは、液晶パネル１１５Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光を射出する。このようにして、空間光変調装置１１０Ｂは、光源装置１０１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する。空間光変調装置１１０Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、Ｒ光及びＧ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００２１】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを有する。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜１１２ａは、ｓ偏光光であるＲ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、ｓ偏光光であるＢ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１３０は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１４０に投写する。
【００２２】
ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、本実施例のように、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂでそれぞれ反射すべきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１２に入射するように設定される。また、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過すべきＧ光は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１２に入射するように設定される。
【００２３】
なお、本実施例では、各光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、レンズＬＮを通して各空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに光を入射させる構成としている。これに限られず、光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの出射開口の大きさを空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに対応させ、各光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂからの光を直接空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに入射させる構成としても良い。
【００２４】
図２は、光源装置１０１Ｒの断面構成を示す。本発明において、各光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの特徴的部分の構成は同一である。本実施例では、光源装置１０１Ｒの構成を代表例として説明を行う。光源装置１０１Ｒの基板２０１には、ＬＥＤ２０２が設けられている。ＬＥＤ２０２は、ＬＥＤ２０２は、矩形の出射面からＲ光を出射する面発光光源であって、Ｒ光を供給する発光部である。ＬＥＤ２０２の出射面には、プリズムアレイ２０５が設けられている。プリズムアレイ２０５は、透明接着剤等により、ＬＥＤ２０２の出射面と接着されている。
【００２５】
図３は、プリズムアレイ２０５の斜視構成を示す。プリズムアレイ２０５は、複数のプリズム素子２０６を、ＬＥＤ２０２の出射面上にマトリクス状に配置して構成される。プリズム素子２０６は、発光部であるＬＥＤ２０２の出射側に設けられ、ＬＥＤ２０２から光を出射させる光学素子である。プリズム素子２０６は、透明部材により構成された四角錐形状の構造体である。プリズムアレイ２０５は、ＬＥＤ２０２からのＲ光を入射する側の面がＬＥＤ２０２の出射面より小さいプリズム素子２０６を複数配置することによって、ＬＥＤ２０２の出射面を覆っている。
【００２６】
図２に戻って、中空ロッドインテグレータ２０３は、プリズムアレイ２０５の出射側の空間を取り囲むように形成されている。中空ロッドインテグレータ２０３は、光学素子であるプリズム素子２０６を透過した光を、特定方向である空間光変調装置１１０Ｒの方向へ導く導光部である。また、中空ロッドインテグレータ２０３は、内面に反射面２０４を有する中空形状のロッドインテグレータである。反射面２０４は、例えば、高反射性の金属膜、例えばアルミニウム膜により構成されている。中空ロッドインテグレータ２０３は、発光部であるＬＥＤ２０２と光学素子であるプリズム素子２０６とを取り囲むように配置されている。また、中空ロッドインテグレータ２０３は、ＬＥＤ２０２から特定方向である空間光変調装置１１０Ｒの方向へ行くに従い漸次広がるようなテーパ形状を有する。
【００２７】
ＬＥＤ２０２からのＲ光は、プリズム素子２０６を透過することにより、効率良くＬＥＤ２０２の外部へ取り出される。また、プリズム素子２０６の出射面に対して斜めに進行した光は、プリズム素子２０６の出射面で屈折することにより、角度が変換されてプリズム素子２０６から出射する。プリズム素子２０６の出射面で光を屈折させることにより、ＬＥＤ２０２からの光のうち、光軸に対して大きい角度で出射した光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することができる。プリズム素子２０６を設けることにより、ＬＥＤ２０２からの光を効率良く取り出し、かつ光を光軸方向に揃えることが可能である。プリズムアレイ２０５によりＬＥＤ２０２を覆うことで、ＬＥＤ２０２の見た目の大きさを大きく変化させること無く、ＬＥＤ２０２からの光を効率良く外部に取り出しつつ光線の角度変換を行うことが可能となる。
【００２８】
プリズム素子２０６から出射した光は、中空ロッドインテグレータ２０３に入射する。中空ロッドインテグレータ２０３をテーパ形状とすることにより、中空ロッドインテグレータ２０３の反射面２０４に入射した光は、さらに光軸方向に揃うように角度変換される。ＬＥＤ２０２を中空ロッドインテグレータ２０３内に完全に閉じ込める構成とすることにより、光束の空間的な広がりを低減できる。また、導光部である中空ロッドインテグレータ２０３は、反射面２０４で光を反射することにより、光を均一化する機能も果たしている。このように、プリズム素子２０６での屈折、及び中空ロッドインテグレータ２０３での反射により、光源装置１０１Ｒは、光軸方向に揃えられた光を空間光変調装置１１０Ｒに供給することができる。以上により、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することができるという効果を奏する。
【００２９】
また、光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂを用いることにより、プロジェクタ１００は、高い光利用効率で、明るい画像を表示することができる。なお、図４に示すように、光源装置１０１Ｒは、中空ロッドインテグレータ２０３の出射面を、空間光変調装置１１０Ｒで完全に覆うように配置することとしても良い。空間光変調装置１１０Ｒで中空ロッドインテグレータ２０３の出射面を覆うことにより光を中空ロッドインテグレータ２０３の内部に閉じ込め、さらに光利用効率を向上することが可能となる。
【００３０】
図５に示す光源装置５０１は、複数のＬＥＤ５１１を備える発光部５０２を有する。このように、複数のＬＥＤ５１１により発光部５０２を構成することにより、光源装置５０１は、単独のＬＥＤを用いる場合と比較して、明るい光を供給することが可能となる。プリズムアレイ２０５は、発光部５０２の出射面を覆うように形成されている。また、複数のＬＥＤ５１１を備える発光部５０２を中空ロッドインテグレータ２０３内に完全に閉じ込める構成とすることにより、複数のＬＥＤ５１１を設ける場合であっても、光束の空間的な広がりを低減できる。従って、複数のＬＥＤ５１１を有する発光部５０２を用いる場合も、エテンデューの増大を低減することができる。なお、発光部５０２に複数のＬＥＤ５１１を設ける場合、図６に示す光源装置６０１のように、ＬＥＤ５１１ごとにプリズムアレイ６０５を形成することとしても良い。
【００３１】
図７は、本実施例の変形例１に係る光源装置７０１の断面構成を示す。本変形例の光源装置７０１は、単体のプリズム素子７０６を有することを特徴とする。プリズム素子７０６は、上記のプリズムアレイ２０５のプリズム素子２０６と同様に、ＬＥＤ２０２からの光を角度変換することが可能である。プリズム素子７０６は、ＬＥＤ２０２からの光を入射する側の面が、ＬＥＤ２０２の出射面と略同じ大きさとなるように形成されている。
【００３２】
ＬＥＤ２０２の出射面と略同じ大きさのプリズム素子２０６を設けることにより、上記のプリズムアレイ２０５を設ける場合と同様に、ＬＥＤ２０２の見た目の大きさを大きく変化させること無く、ＬＥＤ２０２からの光を効率良く外部に取り出しつつ光線の角度変換を行うことができる。従って、本変形例の光源装置７０１は、上記の光源装置１０１Ｒと同様に、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することができる。
【００３３】
図８は、本実施例の変形例２に係る光源装置８０１の断面構成を示す。本変形例の光源装置８０１は、ＬＥＤ２０２の出射面に設けられたレンズアレイ８０５を有することを特徴とする。レンズアレイ８０５は、複数のレンズ素子８０６を、ＬＥＤ２０２の出射面上にマトリクス状に配置して構成される。レンズ素子８０６は、発光部であるＬＥＤ２０２の出射側に設けられ、ＬＥＤ２０２から光を出射させる光学素子である。レンズ素子８０６は、透明部材により構成され、出射側に球面又は非球面形状の凸面を有する構造体である。レンズアレイ８０５は、ＬＥＤ２０２からの光を入射する側の面がＬＥＤ２０２の出射面より小さいレンズ素子８０６を複数配置することによって、ＬＥＤ２０２の出射面を覆っている。
【００３４】
ＬＥＤ２０２からのＲ光は、レンズ素子８０６を透過することにより、効率良くＬＥＤ２０２の外部へ取り出される。また、レンズ素子８０６の出射面に対して斜めに進行した光は、レンズ素子８０６の出射面で屈折することにより、角度が変換されてレンズ素子８０６から出射する。レンズ素子８０６の出射面で光を屈折させることにより、ＬＥＤ２０２からの光のうち、光軸に対して大きい角度で出射した光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することができる。従って、本変形例の光源装置８０１は、上記の光源装置１０１Ｒと同様に、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することができる。
【００３５】
さらに、図９に示す光源装置９０１のように、ＬＥＤ２０２の出射面に、単体のレンズ素子９０６を設ける構成としても良い。レンズ素子９０６は、ＬＥＤ２０２からの光を入射する側の面が、ＬＥＤ２０２の出射面と略同じ大きさとなるように形成されている。係る構成においても、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することができる。
【実施例２】
【００３６】
図１０は、本発明の実施例２に係る光源装置１００１の断面構成を示す。光源装置１００１は、上記実施例１に係るプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例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。本実施例の光源装置１００１は、ＬＥＤ２０２の出射面に設けられたフォトニック結晶１００５を有することを特徴とする。フォトニック結晶１００５は、発光部であるＬＥＤ２０２の出射側に設けられ、ＬＥＤ２０２から光を出射させる光学素子である。フォトニック結晶１００５は、ＬＥＤ２０２からの光を入射する側の面がＬＥＤ２０２の出射面と略同じ大きさを有し、ＬＥＤ２０２の出射面を覆っている。
【００３７】
図１１は、フォトニック結晶１００５の上面構成を示す。フォトニック結晶は、屈折率が異なる物質同士を、光の波長程度の大きさで周期的に組み合わせて構成された、フォトニック構造をなす結晶である。フォトニック結晶は、フォトニック構造に応じて入射光の回折もしくは散乱を行うことにより、配光分布を制御することができる。本実施例で用いるフォトニック結晶１００５は、ＬＥＤ２０２からの光の入射角度に応じて、光軸方向に近い方向に回折ピークを生じるように構成されている。かかる構成のフォトニック結晶１００５を用いることにより、ＬＥＤ２０２からの光の配光分布を、光軸に平行な光を多くするように変化させる。なお、図１１には、光の波長程度の大きさの構造体を周期的に配列した構成を示しているが、フォトニック結晶１００５は、周期的に凹部を設ける構成としても良い。また、フォトニック結晶１００５は、ＬＥＤ２０２からの光の波長や配光分布により、構造を適宜設計することができる。
【００３８】
フォトニック結晶１００５を設けることにより、光軸に対して大きい角度で出射した光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換することができる。また、ＬＥＤ２０２からのＲ光は、フォトニック結晶１００５を透過することにより、効率良くＬＥＤ２０２の外部へ取り出される。フォトニック結晶１００５を設けることにより、ＬＥＤ２０２からの光を効率良く取り出し、かつ光を光軸方向に揃えることが可能である。また、フォトニック結晶１００５によりＬＥＤ２０２を覆うことで、ＬＥＤ２０２の見た目の大きさを大きく変化させること無く、ＬＥＤ２０２からの光を効率良く外部に取り出しつつ光線の角度変換を行うことが可能となる。これにより、本実施例の光源装置１００１は、上記の光源装置１０１Ｒと同様に、光束の空間的な広がりを低減でき、効率良く光を供給することができる。
【実施例３】
【００３９】
図１２は、本発明の実施例３に係る光源装置１２０１の断面構成を示す。上記実施例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。本実施例の光源装置１２０１は、中空ロッドインテグレータ１２０３の出射側に、柱状ロッドインテグレータ１２０７が設けられることを特徴とする。中空ロッドインテグレータ１２０３及び柱状ロッドインテグレータ１２０７は、光学素子であるプリズム素子２０６を透過した光を、特定方向である空間光変調装置の方向へ導く導光部である。また、中空ロッドインテグレータ１２０３及び柱状ロッドインテグレータ１２０７は、空間光変調装置の方向へ行くに従い漸次広がるようなテーパ形状を有する。
【００４０】
中空ロッドインテグレータ１２０３は、プリズムアレイ２０５の出射側の空間を取り囲むように形成されている。中空ロッドインテグレータ１２０３は、内面に反射面１２０４を有する中空形状のロッドインテグレータである。中空ロッドインテグレータ１２０３は、上記実施例１の光源装置１０１Ｒの中空ロッドインテグレータ２０３よりも、光軸方向への長さが短くなるように構成されている。柱状ロッドインテグレータ１２０７は、中空ロッドインテグレータ１２０３の出射面に連結して設けられている。柱状ロッドインテグレータ１２０７は、透明部材で構成された柱状のロッドインテグレータである。
【００４１】
プリズム素子２０６から出射した光は、中空ロッドインテグレータ１２０３に入射する。中空ロッドインテグレータ１２０３をテーパ形状とすることにより、中空ロッドインテグレータ１２０３の反射面１２０４に入射した光は、光軸方向に揃うように角度変換される。中空ロッドインテグレータ１２０３から出射した光は、柱状ロッドインテグレータ１２０７に入射する。柱状ロッドインテグレータ１２０７は、透明部材の界面に対して臨界角以上の角度で入射した光を全反射することで、光を出射方向へ導く。柱状ロッドインテグレータ１２０７もテーパ形状とすることにより、界面で全反射した光は、さらに光軸方向に揃うように角度変換する。このように、光源装置１２０１は、中空ロッドインテグレータ１２０３及び柱状ロッドインテグレータ１２０７を用いて、光軸に対して大きい角度の光を、光軸に対して小さい角度で進行するように角度変換する。
【００４２】
柱状ロッドインテグレータ１２０７では全反射を利用して光を導くため、反射による光の損失を低減することができる。さらに、中空ロッドインテグレータ１２０３は、柱状ロッドインテグレータ１２０７における臨界角より大きい角度にまで光を角度変換可能であれば良い。このため、中空ロッドインテグレータ１２０３は、光軸方向の長さを短くすることが可能となる。これにより、光利用効率を高め、かつ光源装置１２０１を小型にすることができるという効果を奏する。さらに、中空ロッドインテグレータ１２０３及び柱状ロッドインテグレータ１２０７を設けることで、光束の空間的な広がりを低減することができる。
【００４３】
なお、上記のプロジェクタは、透過型液晶表示装置を用いる構成としているが、反射型液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いても良い。また、本発明の光源装置は、フロント投写型のプロジェクタに用いる場合に限らず、リアプロジェクタに用いても良い。さらに、光源装置に用いる発光部にはＬＥＤに限らず、ＥＬ素子や半導体レーザ等の他の固体発光素子を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明に係る光源装置は、画像表示装置等、光線の高い平行度を要求される光学系を備える装置の照明用途として用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】光源装置の断面構成を示す図。
【図３】プリズムアレイの斜視構成を示す図。
【図４】中空ロッドインテグレータの出射面に空間光変調装置を設ける構成の図。
【図５】複数の固体発光素子を有する光源装置の構成を示す図。
【図６】固体発光素子ごとにプリズムアレイを形成する光源装置の構成を示す図。
【図７】実施例１の変形例１に係る光源装置の断面構成を示す図。
【図８】実施例１の変形例２に係る光源装置の断面構成を示す図。
【図９】単体のレンズ素子を設ける光源装置の構成を示す図。
【図１０】本発明の実施例２に係る光源装置の断面構成を示す図。
【図１１】フォトニック結晶の上面構成を示す図。
【図１２】本発明の実施例３に係る光源装置の断面構成を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１００  プロジェクタ、１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂ  光源装置、１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ  空間光変調装置、１１２  クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂ  ダイクロイック膜、１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ  液晶パネル、１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂ  第１偏光板、１１７Ｒ、１１７Ｇ、１１７Ｂ  第２偏光板、１３０  投写レンズ、１４０  スクリーン、ＬＮ  レンズ、２０１  基板、２０２  ＬＥＤ、２０３  中空ロッドインテグレータ、２０４  反射面、２０５  プリズムアレイ、２０６  プリズム素子、５０１  光源装置、５０２  発光部、５１１  ＬＥＤ、６０１  光源装置、６０５  プリズムアレイ、７０１  光源装置、７０６  プリズム素子、８０１  光源装置、８０５  レンズアレイ、８０６  レンズ素子、９０１  光源装置、９０６  レンズ素子、１００１  光源装置、１００５  フォトニック結晶、１２０１  光源装置、１２０３  中空ロッドインテグレータ、１２０４  反射面、１２０７  柱状ロッドインテグレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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