(57)【要約】【課題】固体光源から出射される光の利用効率を高めることができる光源装置、及びプロジェクターを提供すること。【解決手段】光源装置４１は、素子基板５上に実装され、光を出射する固体光源６と、固体光源６から出射される光を反射させる反射鏡７とを備える。反射鏡７は、固体光源６と対向し、固体光源６から入射された光を素子基板５の外側へ反射させる第１反射部７１と、第１反射部７１の外側に配置され、第１反射部７１から入射される光を焦点位置Ｆに向けて反射させる第２反射部７２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】
素子基板上に実装され、光を出射する固体光源と、
前記固体光源から出射される光を反射させる反射鏡とを備え、
前記反射鏡は、
前記固体光源と対向し、前記固体光源から入射された光を前記素子基板の外側へ反射させる第１反射部と、
前記第１反射部の外側に配置され、前記第１反射部から入射される光を所定方向に向けて反射させる第２反射部とを備える
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記反射鏡は、前記第１反射部と前記第２反射部との間に配置され、前記固体光源から入射された光を前記所定方向に向けて反射させる第３反射部を備える
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記第２反射部は、入射された光を当該第２反射部に設定された焦点位置に向けて進行させ、
前記反射鏡と前記焦点位置との間には、入射される光を平行化する平行化レンズが配置される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項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、
前記第１反射部は、前記固体光源と対向する側とは反対側に向けて膨出するように湾曲し、前記固体光源から出射される光の中心軸に対して略対称な反射面を有し、
前記所定方向に直交する方向から見る断面視において、前記固体光源に向かうにしたがって、前記第１反射部間の寸法が小さくなるように形成されている
ことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光束を変調する光変調装置と、
前記光変調装置にて変調された光束を投射する投射光学装置とを備える
ことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体光源を用いた光源装置、及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターに用いられる光源として、光源ランプに比べて消費電力の少ないＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体光源を備える光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この固体光源は、放射状に光を出射するものであるため、出射された光を集光する必要がある。そこで、特許文献１に記載のプロジェクターでは、固体光源から放射状に出射された光を集光レンズで集光している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の集光レンズでは、固体光源から放射状に出射される光の全てを集光できるとは限らず、特に、放射状に出射される光のうち、外側に出射される光を集光できていないおそれがある。このため、固体光源から出射されて画像形成に利用される光の利用効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、固体光源から出射される光の利用効率を高めることができる光源装置、及びプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、素子基板上に実装され、光を出射する固体光源と、前記固体光源から出射される光を反射させる反射鏡とを備え、前記反射鏡は、前記固体光源と対向し、前記固体光源から入射された光を前記素子基板の外側へ反射させる第１反射部と、前記第１反射部の外側に配置され、前記第１反射部から入射される光を所定方向に向けて反射させる第２反射部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、固体光源とは、固体の原子または分子、もしくはエネルギー帯中の電子を電気的な方法で励起し、より低い状態へもどる時に発する光を利用する光源であり、例えば、ＬＥＤ等が挙げられる。このような固体光源は、放射状に光を出射する。
本発明によれば、固体光源から出射された光は、固体光源と対向する第１反射部で反射される。そして、当該第１反射部で反射された光は、第１反射部の外側に配置される第２反射部に入射されて、当該第２反射部で所定方向に向けて反射される。
すなわち、第１反射部は、対向配置された固体光源から入射された光を素子基板の外側へ反射させるので、光が素子基板に向けて反射されることがなく、固体光源から出射された光が素子基板で遮蔽されることがない。また、第２反射部は、固体光源と対向する第１反射部の外側に配置されるので、固体光源から放射状に出射される光のうち、外側に出射される光も有効に利用できる。従って、固体光源から出射される光の利用効率を高めることができる。
【０００８】
本発明では、前記反射鏡は、前記第１反射部と前記第２反射部との間に配置され、前記固体光源から入射された光を前記所定方向に向けて反射させる第３反射部を備えることが好ましい。
【０００９】
ここで、第１反射部及び第２反射部のみで反射鏡を構成した場合、固体光源から出射された光は、第１反射部及び第２反射部で２回反射されて所定方向に向かう。
これに対し、本発明によれば、第１反射部及び第２反射部の他、固体光源から出射された光を所定方向に反射させる第３反射部を備える。これによれば、固体光源から出射され、第３反射部に入射された光は、１回のみの反射で所定方向に向かうこととなる。
このように光源装置が、固体光源から出射された光を１回のみの反射で所定方向に向かわせる第３反射部を備えることで、第１反射部及び第２反射部のみで反射鏡を構成する場合と比べて、反射を繰り返すことによって光が減衰することを防止でき、固体光源から出射される光をより有効に利用することができる。
【００１０】
本発明では、前記第２反射部は、入射された光を当該第２反射部に設定された焦点位置に向けて進行させ、前記反射鏡と前記焦点位置との間には、入射される光を平行化する平行化レンズが配置されることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、第２反射部にて反射された光は、焦点位置に向かって進行し、当該焦点位置と反射鏡との間に設けられた平行化レンズにより平行化される。
これによれば、第２反射部にて反射される光が平行光となるように、当該第２反射部が形成されている場合に比べ、光源装置から出射される光束の透過領域を小さくすることができる。従って、このような光源装置がプロジェクターに採用される場合には、当該光源装置の光路後段に位置する光学部品を小型化することができ、ひいては、プロジェクターの小型化を図ることができる。また、当該プロジェクターに、入射光束を変調する光変調装置として、平行光を利用する液晶ライトバルブが採用される場合には、当該液晶ライトバルブに平行化レンズを介した平行光を入射させることで、画像形成における光の利用効率を一層高めることができる。
なお、光源装置が第３反射部を有し、当該第３反射部が、第２反射部の焦点位置と同じ位置に焦点位置を有する場合には、第２反射部及び第３反射部のそれぞれで反射された光は焦点位置に向かって進行し、平行化レンズにより平行化される。これによれば、より確実に、前述の光学部品の小型化、及び、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明では、前記第１反射部は、前記固体光源と対向する側とは反対側に向けて膨出するように湾曲し、前記固体光源から出射される光の中心軸に対して略対称な反射面を有し、前記所定方向に直交する方向から見る断面視において、前記固体光源に向かうにしたがって、前記第１反射部間の寸法が小さくなるように形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、第１反射部は、固体光源と対向する側と反対側に向けて膨出するように湾曲し、固体光源から出射される光の中心軸に対して略対称な反射面を有している。すなわち、第１反射部は、例えば、円錐の円錐面を断面視円弧状とした形状を有している。これにより、固体光源から出射された光は、反射面で確実に反射されて、第２反射部に向かう。さらに、反射面は、断面視において、固体光源に向かうにしたがって反射面間の寸法が小さくなるように形成されているので、固体光源から出射されて第１反射部で反射された光が固体光源に向かうことがなく、第２反射部に確実に向かわせることができる。従って、固体光源から出射された光の利用効率をより高めることができる。
【００１４】
本発明のプロジェクターは、上述の光源装置と、前記光源装置から出射された光束を変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を投射する投射光学装置とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、上述の光源装置を備えるので、上述した効果と同様の効果を奏するプロジェクターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るプロジェクターの構成を示す模式図。
【図２】前記実施形態における光源装置を示す概略断面図。
【図３】前記実施形態における反射鏡を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、プロジェクター１の構成を模式的に示す図である。
本実施形態のプロジェクター１は、外部機器等から入力される画像情報に応じた画像光を形成し、当該画像光をスクリーン等の投射面上に投影するものである。このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２と、投射光学装置３と、光学ユニット４とを備える。
また、これらの他に、プロジェクター１は、当該プロジェクター１内部を冷却する冷却装置、プロジェクター１内部の各構成部材に電力を供給する電源装置、及び、プロジェクター１全体を制御する制御装置等を備え、これら各装置は、外装筐体２内に配置されている。
【００１８】
外装筐体２は、投射光学装置３及び光学ユニット４を内部に収納するものであり、全体略直方体形状に形成されている。
投射光学装置３は、光学ユニット４にて形成された画像光を、投射面上に結像させるとともに、当該画像光に係る画像を拡大投射する。この投射光学装置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。
【００１９】
光学ユニット４は、前記制御装置による制御の下、光源から出射された光束を光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成するものである。この光学ユニット４は、光源装置４１（赤色光を出射する光源装置を４１Ｒ、緑色光を出射する光源装置を４１Ｇ、青色光を出射する光源装置を４１Ｂとする）と、光学装置４２とを備える。
また、これらの他に、光学ユニット４は、特に図示を省略したが、光源装置４１から出射された光束の光軸に直交する面内の照度（面内照度）を略均一化するレンズアレイ等を備える。
なお、光源装置４１の詳細な構成の説明については、後述する。
【００２０】
光学装置４２は、入射された各色光をそれぞれ変調し、これら各入り光を合成して画像光を形成する。この光学装置４２は、図１に示すように、光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ４２１（赤色光用のライトバルブを４２１Ｒ、緑色光用のライトバルブを４２１Ｇ、青色光用のライトバルブを４２１Ｂとする）と、各液晶ライトバルブ４２１の光路後段側に配置されるクロスダイクロイックプリズム４２２とを備える。
【００２１】
液晶ライトバルブ４２１は、図示を省略するが、光源装置４１から入射される色光の透過順に、入射側偏光板、液晶パネルおよび出射側偏光板を含んで構成される。この液晶パネルは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、対向配置される一対の透明基板内に電気光学物質としての液晶が密封封入されている。そして、これら液晶パネルは、光束入射側に設けられた入射側偏光板を介して入射される光束を変調し、光束出射側に設けられた出射側偏光板を介して出射する。
【００２２】
クロスダイクロイックプリズム４２２は、各液晶ライトバルブ４２１の出射側偏光板から出射され色光毎に変調された色画像を合成して、カラー画像を形成するものであり、液晶ライトバルブ４２１と一体化されている。このクロスダイクロイックプリズム４２２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。そして、クロスダイクロイックプリズム４２２で合成された画像光は、投射光学装置３に出射されて、当該投射光学装置３により投射面へ拡大投射される。
【００２３】
［光源装置の構成］
光源装置４１（４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）は、図１に示すように、素子基板５上に実装されたＬＥＤである固体光源６（赤色光を発光する固体光源を６Ｒ、緑色光を発光する固体光源を６Ｇ、青色光を発光する固体光源を６Ｂとする）と、当該各固体光源６から出射された光を反射して、照明光軸Ａ上に位置する焦点位置Ｆに収束させる反射鏡７と、反射鏡７と焦点位置Ｆとの間に配置され、反射鏡７にて反射されて焦点位置Ｆに向けて収束される光束を照明光軸Ａ（設計上の光軸であり、光源装置４１から出射される光束の中心軸）に対して平行化する平行化レンズ８とを備える。
【００２４】
［素子基板の構成］
図２は、光源装置４１を示す概略断面図であり、換言すると、固体光源６から出射される光の光路を示す図である。
素子基板５は、図２に示す照明光軸Ａに直交する方向から見る断面視において、中心位置に固体光源６が実装されている。
また、素子基板５には、図示を省略したが、電源装置と電気的に接続されるリード線が接続されている。これにより、電源装置から電力が素子基板５を介して固体光源６に供給されて、固体光源６が点灯する。
なお、素子基板５は、照明光軸Ａに沿う方向から反射鏡７を見る平面視において、例えば、素子基板５から十字状に反射鏡７に向けて延びる支持部材（図示略）で反射鏡７に対して固定されている。そして、この支持部材の内部には、リード線が収納されている。この他に、素子基板５の中心位置から照明光軸Ａに沿う方向に、リード線を収納する支持部材を後述する第１反射部７１に対して貫通させて、素子基板５を反射鏡７に固定してもよい。また、素子基板５の固体光源６が実装されている側とは反対側の面にガラス等の透明基板を取り付けて、素子基板５を透明基板を介して反射鏡７に固定してもよい。
【００２５】
［固体光源の構成］
固体光源６は、前述のリード線を介して所定電圧が印加された場合に発光面から放射状の光を出射する半導体素子であり、素子基板５上に実装されている。固体光源６は、当該固体光源６から出射される光が後述する第１反射部７１及び第３反射部７３に入射されるように、反射鏡７の内部に配置されている。なお、固体光源６の位置は、これに限定されるものではなく、例えば、固体光源６から出射される光が後述する第１、第２、第３反射部７１，７２，７３のそれぞれに入射されるように、固体光源６を図１、２に示す位置よりも光路後段側に配置してもよい。
【００２６】
［反射鏡の構成］
図３は、反射鏡７の一部を破断させた斜視図である。
反射鏡７は、図２及び図３に示すように、底部７Ａと側壁部７Ｂとを有する容器状に形成され、内面が固体光源６から出射される光を反射させる反射面７Ｃとなっている。この反射鏡７は、第１反射部７１と、第２反射部７２と、第３反射部７３とを備えている。
また、反射鏡７は、固体光源６から出射された光を素子基板５の外側を辿るような大きさに設定されている。これにより、反射鏡７で反射された光が素子基板５で遮蔽されることを防止している。
【００２７】
第１反射部７１は、固体光源６から出射された光を素子基板５の外側に向けて反射させ、当該第１反射部７１の外側に配置される第２反射部７２に入射させるものである。この第１反射部７１は、反射鏡７の底部７Ａの中央で、素子基板５と対向する領域に形成されている。
また、第１反射部７１は、円錐の円錐面を断面視円弧状に形成した形状を有している。具体的に、第１反射部７１は、底部７Ａ側から固体光源６に向かうにしたがって、固体光源６と対向する側と反対側に膨出するように湾曲し、照明光軸Ａに対して略対称な反射面７１１有している。すなわち、図２に示す照明光軸Ａに直交する方向から見る断面視において、第１反射部７１の内径寸法は、固体光源６に向かうにしたがって小さくなり、先細状に形成されている。そして、この先細部分の先端が照明光軸Ａ上に位置し、かつ固体光源６と対向する位置に形成されている。
【００２８】
第２反射部７２は、第１反射部７１から入射される光を当該第２反射部７２に設定された焦点位置Ｆに向けて進行させるものである。この第２反射部７２は、図２に示すように、円錐台形状に形成されている。そして、第２反射部７２は、第１反射部７１の外側である反射鏡７の側壁部７Ｂに形成され、固体光源６の側方を覆っている。
【００２９】
第３反射部７３は、固体光源６から入射される光を焦点位置Ｆに向けて進行させるものである。この第３反射部７３は、反射鏡７の底部７Ａの一部に形成され、第１反射部７１と第２反射部７２との間に配置されている。また、第３反射部７３の内面である反射面は、図２に示すように、回転楕円面を有し、第３反射部７３の第１焦点は、固体光源６の位置に応じて設定され、第２焦点は、焦点位置Ｆに設定されている。
第３反射部７３の外縁（第２反射部７２と第３反射部７３との境界）は、固定光源６から出射される光のうち、最も外側に向かって出射された光が入射されるように設定されている。また、第３反射部７３は、固体光源６から入射される光を素子基板５に入射させずに、焦点位置Ｆに向かって反射させることができる程度の寸法を有している。
【００３０】
［固体光源から出射される光の光路］
図２を参照して、固体光源６から出射される光の光路について説明する。
まず、固体光源６から出射された光は、矢印Ａ１，Ｂ１を辿って、第１反射部７１及び第３反射部７３に入射される。
このうち、矢印Ａ１を辿った光は、第１反射部７１で反射され、矢印Ａ２を辿って、第２反射部７２に入射される。そして、矢印Ａ２を辿った光は、第２反射部７２で反射され、矢印Ａ３を辿って、焦点位置Ｆに向かって進行する。
一方、矢印Ｂ１を辿った光は、第３反射部７３で反射され、矢印Ｂ２を辿って、焦点位置Ｆに向かって進行する。
焦点位置Ｆに向かって進行する矢印Ａ３，Ｂ２を辿る光は、焦点位置Ｆにより光路前段側に位置する平行化レンズ８により照明光軸Ａに対して平行化され、この平行化された光束は、平行化レンズ８に対して光路後段に配置された液晶ライトバルブ４２１（図１参照）に入射される。
【００３１】
上述した本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態では、固体光源６から出射された光は、固体光源６と対向する第１反射部７１で反射され、そして、第１反射部７１の外側に配置される第２反射部７２で焦点位置Ｆに向けて反射される。すなわち、第１反射部７１は、固体光源６から入射された光を素子基板５の外側へ反射させるので、光が素子基板５に向けて反射されることがない。また、第２反射部７２は、固体光源６と対向する第１反射部７２の外側に配置されるので、固体光源６から放射状に出射される光のうち、外側に出射される光も有効に利用でき、固体光源６から出射された光の略全てを焦点位置Ｆに向かって反射させることができる。従って、液晶ライトバルブ４２１による画像形成に利用される光の利用効率を高めることができる。
【００３２】
ここで、第１反射部７１及び第２反射部７２のみで反射鏡７を構成した場合、固体光源６から出射された光は、第１反射部７１及び第２反射部７２で２回反射されて焦点位置Ｆに向かう。
これに対し、本実施形態では、第１反射部７１及び第２反射部７２の他、固体光源６から出射された光を焦点位置Ｆに反射させる第３反射部７３を備える。これによれば、固体光源６から出射され、第３反射部７３に入射された光は、１回のみの反射で焦点位置Ｆに向かうこととなる。
このように光源装置４１が、固体光源６から出射された光を１回のみの反射で焦点位置Ｆに向かわせる第３反射部７３を備えることで、第１反射部７１及び第２反射部７２のみで反射鏡７を構成する場合と比べて、反射を繰り返すことによって光が減衰することを防止できる。従って、固体光源６から出射される光をより有効に利用することができる。
【００３３】
また、第２反射部７２及び第３反射部７３にて反射された光は、それぞれ焦点位置Ｆに向かって進行し、当該焦点位置Ｆと、素子基板５，固体光源６及び反射鏡７との間に設けられた平行化レンズ８により平行化される。
これによれば、第２反射部７２及び第３反射部７３にて反射される光が平行光となるように、当該第２反射部７２及び第３反射部７３が形成されている場合に比べ、光源装置４１から出射される光束の透過領域を小さくすることができる。従って、当該光源装置４１の光路後段に配置する光学部品（例えば、レンズアレイや、液晶ライトバルブ４２１）として、小型の光学部品を採用することができ、プロジェクターの小型化を図ることができる。また、平行光を利用する液晶ライトバルブ４２１に平行化レンズ８を介した平行光が入射されるので、画像形成における光の利用効率を一層高めることができる。
【００３４】
さらに、第１反射部７１は、固体光源６と対向する側と反対側に向けて膨出し、照明光軸Ａに対して略対称な反射面７１１を備えるので、固体光源６から出射された光は、反射面７１１で確実に反射されて、第２反射部７２に向かう。さらに、反射面７１１は、断面視において、固体光源６に向かうにしたがって先細状に形成されているので、固体光源６から出射されて第１反射部７１で反射された光が固体光源６に向かうことがなく、第２反射部７２に確実に向かわせることができる。従って、固体光源６から出射された光の利用効率をより高めることができる。
【００３５】
［実施形態の変形］
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。
前記実施形態では、光源装置４１は、平行化レンズ８を備える構成であったが、平行化レンズ８を設けない構成であってもよい。この場合には、固体光源６から出射された光を平行化して反射できる形状に反射鏡７を形成すればよい。
前記実施形態では、反射鏡７は、第３反射部７３を備える構成としたが、第３反射部７３を設けずに、第１反射部７１及び第２反射部７２のみで構成してもよい。この場合には、反射鏡７の底部７Ａの全体が第１反射部７１となる
前記実施形態では、赤色光、緑色光、及び青色光を出射する光源装置をそれぞれ設けたが、これらに代えて白色光を出射する光源装置を採用し、当該白色光を分離光学装置等で赤色光、緑色光、及び青色光に分離してもよい、
【００３６】
前記実施形態では、光束入射面と光束出射面とが異なる透過型の液晶パネルを用いていたが、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを備えたプロジェクター１を例示したが、入射光束を変調して光学像を形成する光変調装置であれば、他の構成の光変調装置を採用してもよい。例えば、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ーにも、本発明を適用することも可能である。
【００３７】
前記実施形態では、投射面に対する画像光の投射方向と、当該画像光に係る画像の観察方向とが略同じであるフロントタイプのプロジェクター１を例示したが、本発明はこれに限らず、投射方向と観察方向とがそれぞれ反対方向となるリアタイプのプロジェクターにも本発明を適用できる。
前記実施形態では、光源装置４１を、プロジェクター１に採用した例を挙げたが、本発明はこれに限らない。すなわち、このような光源装置は、スタンド等の照明装置に利用することも可能である
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光源装置に利用でき、特に、プロジェクターに採用される光源装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…プロジェクター、３…投射光学装置、５…素子基板、６…固体光源、７…反射鏡、８…平行化レンズ、４１…光源装置、７１…第１反射部、７２…第２反射部、７３…第３反射部、４２１…液晶ライトバルブ（光変調装置）、７１１…反射面、Ｆ…焦点位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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