(57)【要約】【課題】  プロジェクタ本体への取り付けが容易であり、かつ小型化、軽量化が可能な、発光素子を用いた光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る光源装置１は、複数の発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂと、複数の発光素子からの光線を第１の方向に出力するクロスダイクロイックプリズム４０と、当該プリズム４０からの出力光を集光するコンデンサレンズ５０と、コンデンサレンズ５０からの出力光を均一化させるライトトンネル６０と、複数の発光素子、クロスダイクロイックプリズム４０、コンデンサレンズ５０およびライトトンネル６０を保持するケース本体１０とを備える。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、
複数の発光素子からの光線を第１の方向に出力する第１の光学部品と、
第１の光学部品からの出力光を集光する第２の光学部品と、
第２の光学部品からの出力光を均一化させる第３の光学部品と、
複数の発光素子と第１、第２および第３の光学部品を保持するケース本体とを備える光源装置。
【請求項２】
前記複数の発光素子の電極端子が、ケース本体の同一面に設けられている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複数の発光素子が同一面側に設けられ、光源装置はさらに、複数の発光素子からの光を第１の光学部品に導くミラー部品を有する、請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
複数の発光素子は、それぞれ異なる波長の光を第１の方向に発光し、第１の光学部品は、複数の発光素子から発せされた光を第１の方向へ出力するクロスダイクロイックプリズムを含む、請求項１ないし３いずれか１つに記載の光源装置。
【請求項５】
第３の光学部品は、ライトトンネルまたは光インテグレーターを含む、請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
ライトトンネルは、ケース本体内に形成された空間の内面に形成された反射面を含む、請求項１または５に記載の光源装置。
【請求項７】
光源装置はさらに、複数の発光素子の駆動タイミングを制御する駆動制御装置を含み、複数の発光素子は、駆動制御装置の駆動タイミングに応答して、赤色、緑色、青色の光を発光する、請求項１ないし６いずれか１つに記載の光源装置。
【請求項８】
複数の発光素子、第１の光学部品、第２の光学部品および第３の光学部品は、ケース本体内に並置されている、請求項１ないし７いずれか１つに記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１つに記載の光源装置と、
光源装置からの光を変調する空間変調手段と、
空間変調された光を投影する投影手段とを有する、画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影型の高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェクタ等に使用される投影型の画像表示装置に関し、特に、画像表示装置において赤色、緑色、青色を発光可能な複数の発光素子を光源に含む光源装置またはその光源モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影型の画像表示装置に代表されるプロジェクタは、液晶やＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の空間変調デバイスを用い、これにより光源からの光を変調させ、スクリーン上へカラー画像の表示を行っている。本出願人は、先に特許文献１に示す画像表示装置を開示している。図８に、この画像表示装置を示す。同図に示すように、白色光源５１からの光は楕円ミラー５２によって反射され、その反射光が回転自在なカラーホイール５３に入射される。カラーホイール５３は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルターが周方向に配置した透過型フィルターである。カラーホイールを透過した光は、コンデンサレンズ１と、折り返しミラーとしての球面ミラー２によって反射され、ＤＭＤ５６に高角度で入射される。ＤＭＤに入射された光のうち、オン状態のピクセルで反射された光が投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に表示される。カラーホイール５３からはＲ、Ｇ、Ｂの光が順次透過され、これと同期するタイミングでＤＭＤのピクセルが駆動され、時分割的なカラー画像の表示が行われる。
【０００３】
ここで、ＤＭＤ５６は、非特許文献１に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセル毎に、その直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって、微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射型表示素子である。そして、ピクセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射せず、ピクセルがオン状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射してスクリーンに画像を形成するように光学部品が配置されている。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤの光線の入射面に対して１０から１２度程度に決められている。
【０００４】
プロジェクタは、ハロゲンランプやキセノンランプ等を光源に用いているが、これらのランプは消費電力が大きく、また発熱も大きいという問題がある。これを回避するために、特許文献２は、図９に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを光源に用いる技術を開示している。この照明光学系は、赤、緑、青のＬＥＤと、各ＬＥＤに隣接する第１フライアイレンズ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂと、そこから離間された第２フライアイレンズ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、第２フライアイレンズからの光を入射し、出射面から赤、緑、青の合成照明光を出射するクロスダイクロイックプリズム４とを備えている。さらに特許文献３においても、図１０に示すように、赤、青、緑のＬＥＤまたはレーザ素子の発光素子アレイ２を光源に用いる同様の技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６８０１０号
【特許文献２】特開２００３−１８６１１０号
【特許文献３】特開平１０−３３３５９９号
【非特許文献１】「光学」、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．６、ｐ３１３〜３１４、１９９６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のプロジェクタには次のような課題がある。特許文献１に示されるように、光源からの放出光は、カラーホイールに入射する構成になっており、例えば、赤の光を出力する場合には、その他の色をカラーホイールで反射させてしまうため、光源からの光を有効に利用しているとはいえない。この問題の一つの解決方法は、上記特許文献２および特許文献３に示されているように、赤、緑、青の３色の発光素子を用い、これらの発光素子を切り替えて点灯することである。これにより、カラーホイールの使用による光の利用効率の無駄をなくすことが可能である。しかしながら、上記特許文献２および３に示された光源は、未だ製品化されておらず、実製品としての製造上の取り扱い易さや、コストについて考慮されていない。
【０００７】
特に、特許文献２に示される照明光学系（図９参照）では、クロスダイクロイックプリズム４から出射された光は、照明レンズ５、反射鏡６、照明レンズ７およびＤＭＤ照明プリズム８を経由してＤＭＤ１０を照明するため、多くの光学部品を必要とし、そのために光源ユニットとしての小型化、軽量化を図ることが難しい。
【０００８】
また、特許文献３に示される照明光学系（図１０参照）では、発光素子アレイ２から出射された光は、マイクロレンズアレイ３０を含む整形光学系３、ダイクロイックミラー４を含む縮小光学系４を介して光変調装置５を照明するため、発光素子からの光の出射方向と変調装置への光の入射方向とを異なる角度になるように設計しなければならず、結果として、光源装置の小型化が難しい。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、プロジェクタ本体への取り付けが容易であり、かつ小型化、軽量化が可能な、発光素子を用いた光源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】
【００１０】
本発明に係る光源装置は、複数の発光素子と、複数の発光素子からの光線を第１の方向に出力する第１の光学部品と、第１の光学部品からの出力光を集光する第２の光学部品と、第２の光学部品からの出力光を均一化させる第３の光学部品と、複数の発光素子と第１、第２および第３の光学部品を保持するケース本体とを備える。好ましくは、複数の発光素子、第１ないし第３の光学部品をケース本体内に並置させることで、薄型、小型化の光源装置を提供する。
【００１１】
好ましくは、複数の発光素子の電極端子が、ケース本体の同一面に設けられている。また、複数の発光素子が同一面側に設けられ、光源装置はさらに、複数の発光素子からの光を第１の光学部品に導くミラー部品を有する。
【００１２】
さらに複数の発光素子は、それぞれ異なる波長の光を第１の方向に発光し、第１の光学部品は、複数の発光素子から発せされた光を第１の方向へ出力するクロスダイクロイックプリズムを含むものであってもよい。
【００１３】
第３の光学部品は、例えばライトトンネルまたは光インテグレーターを含む。例えば、ライトトンネルは、ケース本体内に形成された空間の内面に形成された反射面を含む、一体型の構成であっても良い。
【００１４】
好ましくは、光源装置はさらに、複数の発光素子の駆動タイミングを制御する駆動制御装置を含み、複数の発光素子は、駆動制御装置の駆動タイミングに応答して、赤色、緑色、青色の光を発光する。発光素子は、半導体発光ダイオードや、半導体レーザダイオードを用いることができる。また、発光素子をアレイ状にし、光強度を向上させるようにしてもよい。
【００１５】
本発明に係る画像表示装置は、上記特徴を備えた光源装置と、光源装置からの光を変調する空間変調手段と、空間変調された光を投影する投影手段とを有する。空間変調手段は、例えば、ＤＭＤや液晶素子を用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光源装置によれば、ケース本体内に、複数の発光素子、第１ないし第３の光学部品をすべて収容しモジュール化したので、取り扱いが容易であるとともに、光源装置の小型化、軽量化を図ることができる。さらに、そのような光源装置を組み込んだプロジェクタ等の画像表示装置の小型化、軽量化にも貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る画像表示装置は、ＤＭＤを用いた投射型プロジェクタにおいて実施される。以下、詳細について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施例に係る光源装置の斜視図、図２は、図１のＸ−Ｘ面で切断したときの上方から見た断面図、図３は、図１のＹ−Ｙ面で切断したときの側方から見た断面図である。これらの図において、光源装置１は、矩形状のケース本体１０と、ケース本体１０内に保持される複数の発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂと、一対のミラー３０、３２と、クロスダイクロイックプリズム４０と、コンデンサレンズ５０と、ライトトンネル６０とを備えている。
【００１９】
図４は、代表として発光素子２０Ｒを示しているが、他の発光素子２０Ｇ、２０Ｂも発光素子２０Ｒと同様の構成を有している。発光素子２０Ｒは、基板２２上に、ＬＥＤ素子２４Ｒを含み、ＬＥＤ素子２４Ｒは透明な封止部材２６によって封止されている。さらに、基板２２の裏面側には電極端子２８Ｒが取り付けられ、電極端子２８Ｒは図示しないボンディングワイヤ等によりＬＥＤ素子２４Ｒに電気的に接続されている。ＬＥＤ素子２４Ｒは、基板２２と略垂直方向に赤色の波長帯の光を発光する。発光素子２０ＧのＬＥＤ素子２４Ｇは、緑色の波長帯の光を発光し、発光素子２０ＢのＬＥＤ素子２４Ｂは、青色の波長帯の光を発光する。好ましくは、各ＬＥＤ素子は、端面発光型、または表面発光型のダイオードを用いることができる。
【００２０】
ケース本体１０の一側面１２には、３つの開口１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂが略等しい間隔で形成されている。ケース本体１０内には、湾曲した曲面を有する反射面１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂが形成されて、これらの反射面は、開口１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂに接続されている。反射面１６Ｒ、１６Ｇ、１６ＢをＸ方向で切断したときの平面形状は円形であり、Ｙ方向で切断したときの平面形状は楕円である。反射面１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、金属等の反射膜をケース本体の内壁面に蒸着、または溶着させた一体型構造であってもよいし、個別のリフレクターを内壁面に取り付けた構造であってもよい。
【００２１】
発光素子２０Ｒ、２０Ｂ、２０Ｂは、開口１４Ｒ、１４Ｇ、１４ＢからＹ１方向に向けてケース本体１０内に挿入される。そして、その電極端子２８が一側面１２から突出した状態で固定される。反射面１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの焦点位置近傍にはＬＥＤ素子２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂが位置し、ＬＥＤ素子２４Ｒ、２４Ｂ、２４ＢからＹ１方向に一定の拡がり角度で発せられた光は、反射面１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂによって光軸方向に収束するように反射される。
【００２２】
さらに、ケース本体１０には、反射面１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂと連通する空間１８が形成されている。空間１８において、反射面１６Ｒと対向する位置に、ミラー３０が取り付けられる。ミラー３０は、ＸおよびＹ方向と直交し、かつＹ１方向から時計方向に４５度傾斜されるように配置される。好ましくは、ミラー３０は、反射面１６Ｒの開口と同程度の大きさを有し、反射面１６Ｒから反射されたすべての光を漏らすことなく、Ｘ２方向に反射させ、クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４２へ入射させる。ミラー３０は、ケース本体１０の内壁面に、金属等の反射膜を蒸着または接着した一体型構造であっても良いし、個別のミラーを内壁面に取り付けるものでもよい。
【００２３】
同様に、空間１８において、反射面１６Ｂと対向する位置に４５度傾斜されたミラー３２が取り付けられている。ミラー３２は、反射面１６Ｂからの光をＸ１方向にほぼ直角に反射させ、ほぼすべての反射光をダイクロイックプリズムの入射面４４へ入射させる。
【００２４】
空間１８において、反射面１６Ｇの光軸と一致する方向にクロスダイクロイックプリズム４０が設けられる。反射面１６Ｇからの反射光は、直接、クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４６に入射される。クロスダイクロイックプリズム４０は、入射面４２から入射された発光素子２０Ｒの光を出射面４８からＹ１方向に出力し、入射面４４から入射された発光素子２０Ｂの光を出射面４８からＹ１方向に出射し、入射面４６から入射された発光素子２０Ｇの光を出射面４８からＹ１方向に出力する。
【００２５】
出射面４８に近接した位置にコンデンサレンズ５０が配される。空間１８は、出射面４８からＹ１方向に一定距離だけ延在する矩形空間１８ａを含み、この空間１８ａ内にコンデンサレンズ５０が取り付けられる。好ましくは、コンデンサレンズ５０の光軸は、反射面１６Ｇの光軸と略一致する。コンデンサレンズ５０は、クロスダイクロイックプリズム４０の出射面４８からの光を集光し、Ｙ１方向に配されたライトトンネル６０の入射面に入射させる。
【００２６】
矩形空間１８ａ内には、ライトトンネル６０の入射面６２が位置される。ライトトンネル６０の光軸は、コンデンサレンズ５０の光軸に略等しく、コンデンサレンズ５０の焦点位置が入射面６２近傍に調整される。ライトトンネル６０は、図５に示すように、その四方を４枚のミラー６４で囲まれた内部空間６６を有し、入射面６２から入射された光を内部空間６６内において繰り返し反射させ、その出射面６８から略均一な光線束を出力する。光線束の形状は、ライトトンネル６０の断面形状に依存するため、ライトトンネル６０の断面形状のアスペクト比を、ＤＭＤの微小ミラーの照明領域に対応させることが望ましい。
【００２７】
このように本実施例では、ケース本体１０内に、発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ、ミラー３０、３２、クロスダイクロイックプリズム４０、コンデンサレンズ５０およびライトトンネル６０を収容し、モジュール化したことで、取り扱いが容易となり、プロジェクタの製造効率も改善される。さらに、図２に示すように、これらの発光素子および光学部材が、薄型のケース本体１０内に並置されているため、光源装置１をより薄型化、小型化することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施例に係る光源装置の構成を図６に示す。第２の実施例の光源装置は、ライトトンネルの構成を改良したものであり、それ以外の構成は第１の実施例と同様である。図６に示すように、ケース本体１０には、ライトトンネル用の矩形状の空間７０が形成されている。空間７０の一端部７２は、矩形空間１８ａに連通し、これがライトトンネルの入射面となる。他端部７４は、ケース本体の他方の側面１２ａまで延在し、そこが出射面となる。そして、空間７０を形成する内壁面には、金属等の反射面が形成されており、空間７０がケース本体と一体型のライトトンネルとして機能する。
【００２９】
第２の実施例によれば、第１の実施例に比較して部品点数を削減し、低コストな光源装置を提供することができる。
【００３０】
上記実施例の光源装置では、発光素子として半導体発光ダイオードを用いたが、これ以外にも、半導体レーザダイオードを用いることも可能である。さらに、発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、単一の素子を示しているが、これに限定されるものではなく、発光素子を二次元アレイ状に配列し、光強度を増加させてもよい。この場合、２次元アレイの中心が、反射面の焦点位置上に位置することが望ましい。
【００３１】
さらに上記実施例では、光の強度を均一化させるためにライトトンネル６０を用いたが、これ以外にも直方体等のガラス部材から構成される光インテグレータを用いて均一化を行うこともできる。
【００３２】
次に、本実施例の光源装置を適用したプロジェクタの構成を図７に示す。プロジェクタは、第１の実施例に係る光源装置１と、光源装置１からの光をＤＭＤへ照射する２つの反射ミラー１００、１１０と、複数の微小ミラーを２次元アレイ状に配列したＤＭＤ１２０と、ＤＭＤ１２０からの反射光を投射する投射レンズ１３０と、光源装置１を駆動する発光素子駆動装置１４０と、発光素子駆動装置１４０を制御するＤＭＤコントロール装置１５０とを有する。
【００３３】
発光素子駆動装置１４０は、光源装置１に対し、発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを駆動するための駆動パルス信号Ｒ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮを出力する。駆動パルス信号は、時分割的に異なるタイミングで出力され、発光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、パルス期間に応答して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を発光する。Ｒ，Ｇ、Ｂの光は、反射ミラー１００、１１１０を介して、ＤＭＤ１２０を時分割的に照明し、そこでオン状態にある微小ミラーの反射光が投影レンズ１３０に入射され、スクリーン上にカラー画像が表示される。
【００３４】
ＤＭＤコントロール装置１５０は、発光素子駆動装置１４０の駆動信号のタイミングを制御し、かつ、ＤＭＤ１２０に対して画像信号データを提供する。ＤＭＤ１２０は、光源装置１からＲ、Ｇ、Ｂの光が出射されるタイミングに同期して、画像信号データに基づき微小ミラーの駆動を行う。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。上記実施例では、空間変調素子としてＤＭＤを用いたが、これに限らず、液晶などを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る画像表示装置は、テレビ映像やビデオ映像などを投射表示する投射型プロジェクタにおいて利用することができ、例えば、前面投射型プロジェクタや背面投射型プロジェクタなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光源装置の斜視図である。
【図２】図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】発光素子の構成を示す図である。
【図５】ライトトンネルの断面を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る光源装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】第１の実施例の光源装置をプロジェクタに適用したときのブロック図である。
【図８】従来のプロジェクタの構成を示す図である。
【図９】従来のプロジェクタの構成を示す図である。
【図１０】従来のプロジェクタの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：光源装置                        １０：ケース本体
１２：側面                          １４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ：開口
１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ：反射面      １８：空間
１８ａ：矩形空間                    ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ：発光素子
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ：ＬＥＤ素子  ３０、３２：ミラー
４０クロスダイクロイックプリズム    ４２、４４、４６：入射面
４８：出射面                        ５０：コンデンサレンズ
６０、７０：ライトトンネル
【図１】
2006010741.tif 000003
【図２】
2006010741.tif 000004
【図３】
2006010741.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006010741.tif 000009
【図８】
2006010741.tif 000010
【図９】
2006010741.tif 000011
【図１０】
2006010741.tif 000012