(57)【要約】【課題】  被照射体上における各固体光源からの光の集光状態の劣化を抑え、光利用効率を高める固体光源装置を提供する。【解決手段】  複数の固体光源と、固体光源のそれぞれに対応する個別レンズと、個別レンズのそれぞれから射出された光を集光させる集光レンズと、を有し、個別レンズの中心軸は、対応する各固体光源の発光点の位置と略一致するように配置されていて、集光レンズは第１レンズおよび第２レンズから構成され、第１レンズは、正のパワーを備えるレンズであり、第２レンズは、負のパワーを備えるレンズである、固体光源装置による。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体光源と、
前記固体光源のそれぞれに対応する個別レンズと、
前記個別レンズのそれぞれから射出された光を集光させる集光レンズと、を有し、
前記個別レンズの中心軸は、対応する各固体光源の発光点の位置と略一致するように配置されていて、
前記集光レンズは、第１レンズと第２レンズから構成されていて、
前記第１レンズは、正のパワーを備えるレンズであり、
前記第２レンズは、負のパワーを備えるレンズである、
ことを特徴とする固体光源装置。
【請求項２】
前記第２レンズは、入射面が凹形状であり、出射面が凸形状である、請求項１記載の固体光源装置。
【請求項３】
前記固体光源は、平面上に略円環の配列をもって配置されている、請求項１または２記載の固体光源装置。
【請求項４】
前記集光レンズは、前記固体光源側から順に前記第１レンズと前記第２レンズが配置されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の固体光源装置。
【請求項５】
前記第２レンズは、反射部を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の固体光源装置。
【請求項６】
開口を備える反射部材を備え、
前記第２レンズから出射された光は、前記開口を備える反射部材で反射された後に前記第２レンズの反射部で反射されて、前記開口を透過する、
請求項５記載の固体光源装置。
【請求項７】
前記１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆとしたとき、ｆ＜１２０ｍｍである、請求項１乃至６のいずれかに記載の固体光源装置。
【請求項８】
前記個別レンズの焦点距離をｆＣＬ、
前記集光レンズの合成焦点距離をｆ、
製造時の前記固体光源の中心軸と前記個別レンズの中心軸との相対的な位置ずれの最大値をｙｐｏｓ、とするとき、以下の条件式を満たす請求項乃至７のいずれかに記載の固体光源装置。
条件式：ｙｐｏｓ＜１０・ｆＣＬ／ｆ
【請求項９】
前記複数の固体光源から出射された光の主光線が、前記集光レンズにおいて屈折した後に前記集光レンズの中心軸と交わる角度は、２０度以内である、
請求項１乃至８のいずれかに記載の固体光源装置。
【請求項１０】
前記固体光源はレーザ光源である、請求項１乃至９のいずれかに記載の固体光源装置。
【請求項１１】
固体光源装置と、
前記固体光源装置からの光が入射され照明光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系からの照明光で照明され画像を形成する空間変調素子と、
前記空間変調素子において形成された画像を被投射面に投射する投射光学系と、
を有してなる画像投射装置であって、
前記固体光源装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の固体光源装置である、
ことを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体光源装置、及び、固体光源装置を備える画像投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
会議や教育現場などの様々なシーンにおいて、パーソナルコンピュータから出力されるデータ画像などを、拡大して表示させる画像投射装置（以下「プロジェクタ」という。）が用いられている。プロジェクタには光源装置が搭載されている。従来のプロジェクタにおいては、光源装置に用いる光源として、発光効率の高い超高圧水銀ランプや、色再現性の良いキセノンランプなどを用いていた。
【０００３】
水銀ランプなどは、点灯時間とともに輝度が低下するので、数千時間程度の使用時間が経過すると、使用開始時の半分程度に輝度が低下し、交換する必要がある。一方、水銀ランプなどに比べて寿命が長い発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）や、レーザダイオード（以下「ＬＤ」という。）が知られており、これらを光源装置に用いるプロジェクタも知られている。
【０００４】
ＬＥＤやＬＤなどの固体光源は、水銀ランプなどに比べると、単体における輝度が低いという欠点がある。そこで、ＬＥＤやＬＤを光源装置の光源として用いるときは、複数個のＬＤなどを平面上に配列させて、輝度を高めている。
【０００５】
ＬＥＤは発散角度が大きいため、光源装置にＬＥＤを用いると光利用効率が悪くなりがちである。仮に、ＬＥＤを複数個並べたとしても、光学的に定義されるエタンデュの制約から、後段の光学系で取り込めるＬＥＤの取り込み角度が小さくなり、光利用効率は悪くなる。
【０００６】
また、ＬＤは発光面積が小さく、光束の発散角度が小さいから輝度が高く、前記エタンデュが非常に小さい。そのため、多数個のＬＤを平面状に密なマトリックス配列に配置することで高輝度のプロジェクタ用光源にすることができる。
【０００７】
ＬＤを複数個並べてプロジェクタ用の光源とする場合、多数個のＬＤから発せられた光の光路上に回転ホイールを配置して、時間によって光を分離し、分離した各光の色を変換する方法が知られている。この回転ホイールは、透過および反射のセグメントを持つ部材である。この回転ホイールに、ＬＤから発せられた光を集光するようにし、回転ホイールの回転のタイミングによって、光を分離する。
【０００８】
この場合、多数個のＬＤから発せられたそれぞれの光を、いかにして回転ホイール上に小さく集光するかが課題となる。なぜならば、回転ホイール上に小さく集光できるか否かにより、回転ホイールの後段に配置される光学系における光利用効率に影響を与えるからである。光利用効率が悪くなれば、プロジェクタにより表示される画像の明るさが暗くなる。
【０００９】
つまり、多数個のＬＤから発せられた光を回転ホイール上に小さく集光させることは、固体光源装置の性能として、また、当該固体光源装置を備えるプロジェクタの性能として、非常に重要な要素となる。
【００１０】
各ＬＤから発せられた光を回転ホイール上に集光させるために、各ＬＤに対応して配置するコリメータレンズを偏心させる方法が知られている。ＬＤとコリメータレンズとの相対的な位置ずれ誤差は、回転ホイール上における集光状態を大きく悪化させる要因となる。これに対処するためには、コリメータレンズの組付け精度を高くする必要がある。特に、偏心させるときにも、配置位置の調整精度を高くする必要があり、コストアップの要因となる。
【００１１】
また、ＬＤとコリメータレンズの相対位置を偏心することなく、ＬＤとこれに対向するコリメータレンズの後段に、集光レンズを配置したプロジェクタが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【００１２】
特許文献１のプロジェクタは、コリメータレンズアレイで平行化された光線を集光レンズによって集光させるために、集光レンズの入射面側を平面形状に、また、出射面側を双曲面形状にしている。
【００１３】
固体光源であるＬＤを複数個配列して高輝度化を図ると、このＬＤで構成される光源付近は非常に高温になる。そのため、集光レンズは耐熱性を確保できるガラスレンズであることが望ましい。しかし、特許文献１のような双曲面形状のレンズにおいて、耐熱性を確保するためにガラスレンズにするには、ガラスモールドレンズを採用することになる。しかし、ガラスモールドレンズは、非常に高価であって、大口径のレンズになる。
【００１４】
このように、集光レンズに大口径の非球面レンズを用いるとコストアップに繋がる。また、製造時において、固体光源とコリメータレンズとの相対位置の調整を、集光レンズによって不要にするという着想や、その構成については、これまで検討されてこなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、被照射体上における各固体光源からの光の集光状態の劣化を抑えることができ、光利用効率を高めることができる固体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】
【００１６】
本発明は、固体光源装置に関するものであって、複数の固体光源と、前記固体光源のそれぞれに対応する個別レンズと、前記個別レンズのそれぞれから射出された光を集光させる集光レンズと、を有し、前記個別レンズの中心軸は、対応する各固体光源の発光点の位置と略一致するように配置されていて、前記集光レンズは第１レンズおよび第２レンズから構成され、前記第１レンズは、正のパワーを備えるレンズであり、前記第２レンズは、負のパワーを備えるレンズである、ことを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被照射体上における各固体光源からの光の集光状態の劣化を抑えることができ、光利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る固体光源装置の例を示す側面図である。
【図２】上記固体光源装置の例を示す斜視図である。
【図３】上記固体光源装置が備える固体光源と個別レンズの配置の例を示す平面図である。
【図４】上記固体光源と個別レンズの配置の例を示す側面図である。
【図５】上記固体光源が備える回転ホイールの例を示す正面図である。
【図６】本発明に係る固体光源装置における理想的な集光状態の例を示す図である。
【図７】上記固体光源装置における集光状態の例を示す図である。
【図８】本発明に係る固体光源装置における集光状態の分布の例を示すグラフである。
【図９】従来の固体光源装置における集光状態の分布の例を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る固体光源装置の別の例を示す光学配置図である。
【図１１】本発明に係る固体光源装置のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る固体光源装置のさらに別の例を示す側面図である。
【図１３】本発明に係る画像投射装置が備える照明光学系の例を示す光学配置図である。
【図１４】本発明に係る画像投射装置の例を示す光学配置図である。
【図１５】従来の固体光源装置が備える固体光源と個別レンズの配置の例を示す平面図である。
【図１６】従来の固体光源装置の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る固体光源装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
●固体光源装置の第１実施形態
図１は、本実施形態に係る固体光源装置１０の構成の例を示す側面図である。図１は、光の射出方向に直交する方向から固体光源装置１０を見た図である。図１に示すように、固体光源装置１０は、ＬＤ１６と、コリメータレンズ１７と、第１集光レンズ１１および第２集光レンズ１２からなる集光レンズ１と、折り返しミラー１４と、被照射体である回転ホイール１５と、を有してなる。図１において固体光源装置１０の中心軸１３は、第１集光レンズ１１と第２集光レンズ１２の光軸を示している。すなわち、中心軸１３は、集光レンズ１の光軸を示している。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る固体光源装置１０の斜視図である。図２に示すように、固体光源装置１０は、固体光源である複数のＬＤ１６のそれぞれが光を射出する前方において、対応するコリメータレンズ１７が配置されている。各コリメータレンズ１７から射出された光は、第１集光レンズ１１と第２集光レンズ１２とを順に通過して射出される。その後、光は折り返しミラー１４において反射され、被照射体である回転ホイール１５上に集光する。
【００２２】
ＬＤ１６は固体光源であって、複数のＬＤ１６が平面上に略円環状の配列をもって配置されてなる。また、コリメータレンズ１７は、各ＬＤ１６に対応して、それぞれ同様に配置される個別レンズである。
【００２３】
図３は、ＬＤ１６とコリメータレンズ１７の配置の例を示す平面図である。図３に示すように、ＬＤ１６は、中心軸１３を中心とする半径１６ｍｍの円周上に配列されている。さらに、ＬＤ１６は、中心軸１３を中心とする半径２６ｍｍの円周上に配列されている。本実施形態においては、内側の円周上には、１０個のＬＤ１６が配列されていて、外側の円周上には、１１個のＬＤ１６が配列されている。すなわち、固体光源装置１０は、合計２１個のＬＤ１６が円環状に配列されている。
【００２４】
ＬＤ１６の発光エリアは、例えば１μｍ×２８μｍである。ＬＤ１６における光の発散角度は、最大強度の１／ｅ２となる半角の値で２２°×７°である。また、発せられる光の波長は、４４５ｎｍ程度である。すなわち、ＬＤ１６は青色の光を発する。
【００２５】
図４は、ＬＤ１６とコリメータレンズ１７との配置関係の例を示す側面図である。図４に示すように、各ＬＤ１６の発光点の位置と各コリメータレンズ１７の個別中心軸とは、略一致するように配置されている。また、ＬＤ１６は、コリメータレンズ１７の前側焦点位置に一致するように配置されている。これによって、ＬＤ１６から発せられた光は、コリメータレンズ１７を通過した後、平行光になる。
【００２６】
次に、コリメータレンズ１７の諸元を表１に示す。コリメータレンズ１７の焦点距離ｆＣＬは６．８ｍｍである。
【表１】
2015022244.tif 000003
【００２７】
図１及び図２に示すように、各コリメータレンズ１７から射出された平行光は、第１集光レンズ１１及び第２集光レンズ１２からなる集光レンズ１に入射する。集光レンズ１は、ＬＤ１６側から（固体光源側から）、第１集光レンズ１１、第２集光レンズ１２の順に並んでいる。
【００２８】
集光レンズ１の諸元、すなわち第１集光レンズ１１と第２集光レンズ１２の諸元を、表２に示す。
【表２】
2015022244.tif 000004
【００２９】
第１集光レンズ１１は、正のパワーを備えるレンズであって、入射面と出射面が両方とも凸形状である。第２集光レンズ１２は、負のパワーを備えるレンズであって、入射面が凹形状であり、出射面が凸形状である。これら２つのレンズからなる集光レンズ１の合成焦点距離ｆは、１１５ｍｍである。すなわち、集光レンズ１の合成焦点距離ｆは、ｆ≦１２０ｍｍである。
【００３０】
集光レンズ１から射出された光は、折り返しミラー１４を介して被照射体である回転ホイール１５に集光される。
【００３１】
図５は、回転ホイール１５を光の進行方向からみた正面図である。図５に示すように、回転ホイール１５は、反射帯域５１と、透過帯域５２と、を有する円盤状の部材である。回転ホイール１５の回転を制御することで、光の透過と反射のタイミングを制御することができる。これによって、固体光源装置１０の後段における光を分割し、各光に着色することができる。
【００３２】
ここで、集光レンズ１を用いることなく回転ホイール１５上に各ＬＤ１６から射出された光を集光させる従来例と、本実施形態に係る固体光源装置１０との比較をし、固体光源装置１０の効果について説明する。従来例においては、コリメータレンズ１７をＬＤ１６に対して偏心させることで、各ＬＤ１６から射出された光を回転ホイール１５上に集光させている。たとえば、図１５に示すように、ＬＤ１６の配列中心方向に向かって、対応する各コリメータレンズ１７の個別中心軸をずらしている。
【００３３】
図１６は、ＬＤ１６に対してコリメータレンズ１７を偏心させた従来例である固体光源装置１０ａの例を示す斜視図である。図１６に示すとおり従来例である固体光源装置１０ａは、複数のＬＤ１６と、これに対応するコリメータレンズ１７と、ミラー７１と、開口ミラー７２と、レンズ７３と、を有してなる。固体光源装置１０ａは、被照射体である回転ホイール１５とＬＤ１６との間に、２枚の反射板すなわち上記ミラー７１と開口ミラー７２を配置することで、光路を折りたたむ構成を備えている。
【００３４】
固体光源装置１０ａにおいて、ＬＤ１６から射出された光はコリメータレンズ１７において平行光になったのちに、開口ミラー７２の反射面で反射される。開口ミラー７２で反射された光は、コリメータレンズ１７と開口ミラー７２との間に配置されているミラー７１によって再度反射される。その後、開口ミラー７２の中心に形成されている開口部（孔）を透過して、レンズ７３により回転ホイール１５に集光される。
【００３５】
各コリメータレンズ１７には、部品公差や、組み付け公差がある。そのために、固体光源装置１０ａを製造するときに、実際には各コリメータレンズ１７は設計値からは外れた状態で組付けられる可能性がある。
【００３６】
図６及び図７は、ＬＤ１６から射出された光が回転ホイール１５上に集光される状態（集光状態）の例を示す図である。図６及び図７に示す集光状態は、コンピュータプログラム上で固体光源装置１０と従来の固体光源装置１０ａのモデルを作成し、回転ホイール１５上の照度分布をシュミレーションしたものをプロットしたデータである。図６及び図７において、縦横のスケールは、被照射体である回転ホイール１５上の座標を示すものである。この座標（０，０）は、本実施形態に係る固体光源装置１０の中心軸１３に合致する位置を示している。図６は、設計値どおりにＬＤ１６とコリメータレンズ１７が配置されたときの、回転ホイール１５上の集光状態の例である。
【００３７】
コリメータレンズ１７には部品公差等があるので、その影響によって、実際には図６に示すような集光状態にはならず、図７に示すような集光状態になる。図７は、部品公差などを考慮した場合における各ＬＤ１６から射出された光の集光状態を示している。図７に示すように、実際の集光位置は、中心（０，０）付近から各方向に散らばった位置に分布している。
【００３８】
図７に示すような集光状態において、回転ホイール１５上の集光位置が中心から最も離れている位置までを囲う領域９１を、合成ビーム径と定義する。
【００３９】
従来の固体光源装置１０ａの製造時において、コリメータレンズ１７の部品公差と組付け公差による各コリメータレンズ１７の位置ずれを仮定したときの、合成ビーム径の分布について説明する。例えば、各コリメータレンズ１７の位置ずれ量が、図１５に示すｙ軸方向において±０．１８ｍｍ、ｚ軸方向において±０．２ｍｍ、ｙｚ平面内におけるチルト角度が±０．１４°の範囲であり、それぞれ３σの分布に沿って発生すると仮定する。この仮定における、回転ホイール１５上における集光位置の合成ビーム径の分布は、図９に示すようになる。図９は、従来の固体光源装置１０ａにおける合成ビーム径の分布の例を示すブラフである。横軸を合成ビーム径の大きさとし、縦軸を頻度としている。
【００４０】
一方、本実施形態に係る固体光源装置１０において、各コリメータレンズの位置ずれの分布が上記と同様であった場合、回転ホイール１５上における集光位置の合成ビーム径の分布は、図８に示すようになる。図８は、固体光源装置１０における合成ビーム径の分布の例を示すブラフである。横軸を合成ビーム径の大きさとし、縦軸を頻度としている。
【００４１】
本実施形態に係る固体光源装置１０においては、合成ビーム径の分布の中心値は８ｍｍ程度であるが、従来の固体光源装置１０ａにおいては、合成ビーム径の分布の中心値は１４ｍｍ程度である。
【００４２】
図８のグラフと図９のグラフの比較により明らかなとおり、第１集光レンズ１１と第２集光レンズ１２を用いて集光させる固体光源装置１０の構成は、２つのミラーによって反射させて集光させる構成よりも、合成ビーム径が小さくなる。
【００４３】
従来の固体光源装置１０ａは、コリメータレンズ１７の位置ずれの誤差により、集光位置のバラつきが大きくなり、合成ビーム径が大きくなる。これによって後段の光学系における光利用効率が低くなる。これを是正するには、固体光源装置１０ａの製造時において、ＬＤ１６の位置調整とコリメータレンズ１７の位置調整を精度良く行うことが必要となるため、製造コストの上昇アップに繋がる。
【００４４】
これに対し、本実施形態に係る固体光源装置１０は、平面上に略円環の配列をもって配置されたＬＤ１６の発光点の位置と、それぞれのＬＤ１６に対応するコリメータレンズ１７の個別中心軸と、を略一致させて配置している。さらに、コリメータレンズ１７と被照射体である回転ホイール１５との間に、２枚構成の集光レンズ１を配置している。これによって、回転ホイール１５上に集光させたときの集光位置のバラツキを抑えている。
【００４５】
すなわち、固体光源装置１０によれば、製造時におけるＬＤ１６とコリメータレンズ１７との位置調整治具が不要になる。したがって、製造コストの低減を図ることができる。
【００４６】
すでに説明をした固体光源装置１０に用いられるコリメータレンズ１７の焦点距離ｆＣＬは６．８ｍｍであり、集光レンズ１の合成焦点距離ｆは１１５ｍｍである。固体光源装置１０の製造時において固定される各ＬＤ１６の発光点の位置と、これに対応するコリメータレンズ１７の個別中心軸との、配列時における位置ずれを考える。このＬＤ１６とコリメータレンズ１７との相対的な位置ずれの最大値をｙｐｏｓとすると、１０・ｆＣＬ／ｆは０．６であるから、条件式：ｙｐｏｓ＜１０・ｆＣＬ／ｆを満たすことになる。言い換えると、ｙｐｏｓは、上記の条件式における相対的な位置ずれの許容値である。
【００４７】
上記式中の「１０」とは、回転ホイール１５上の合成ビーム径の半径を表している。合成ビーム径の半径は「１０」に限ることはない。
【００４８】
合成ビーム径の半径が大きくなると、位置ずれの許容値ｙｐｏｓは大きくなる。それによって、回転ホイール１５の径は大きくなり、固体光源装置１００が大型化する。そこで、製造時のＬＤ１６とコリメータレンズ１７の焦点距離ｆＣＬと集光レンズ１の合成焦点距離ｆを１０・ｆＣＬ／ｆ以下に規定する。これによって、固体光源装置１０によれば、ＬＤ１６及びコリメータレンズ１７の位置ずれの許容値ｙｐｏｓを緩和することができる。
【００４９】
また、図３を用いて説明したとおり、ＬＤ１６は、平面上に略円環の配列をもって配置されている。外側の円環上にあるＬＤ１６の中心までの距離をΦとする（図３においては２６ｍｍ）。この外側の円環上にあるＬＤ１６から発せられた光の主光線と中心軸１３とのなす角θは、集光レンズ１の合成焦点距離ｆとの関係において、θ＝ｔａｎ−１（Φ／ｆ）で与えられる。本実施形態に係る固体光源装置１０において、θは１０．２°となる。
【００５０】
言い換えると、複数のＬＤ１６から発せされら光の趣向線は、集光レンズ１において屈折した後において、集光レンズの中心軸１３と交わる。その角度は、２０度以内になる。
【００５１】
また、この値（角度）が小さくなるほど、後段の光学系で光を取り込みやすくなり、画像投射装置に固体光源装置１００を用いることで光利用効率を高めることができる。
【００５２】
●照明光学系の実施形態
次に、本発明に係る固体光源装置の別の例を示す。図１０は、本実施形態に係る固体光源装置２０の例を示す光学配置図である。
【００５３】
図１０において、すでに説明した固体光源装置１０と同様の構成については、詳細な説明を省略する。固体光源であるＬＤ１６から発せられた青色光がコリメータレンズ１７によって平行光にされて、さらに第１集光レンズ１１と第２集光レンズ１２により、被照射体である回転ホイール１５上に集光される。
【００５４】
回転ホイール１５は、図５について説明したように、時間的に透過帯域５２と反射帯域５１とが切り替わる。透過帯域５２のタイミングで回転ホイール１５上に入射したＬＤ１６からの光は、第１レンズ１２１、第１ダイクロイックミラー１３６、第２レンズ１２２、第３レンズ１２３、第４レンズ１２４、第５レンズ１２５を通過して蛍光体１３９に入射する。蛍光体１３９に入射した青色光は、緑色光に変換される。
【００５５】
変換された緑色光は再び第５レンズ１２５、第４レンズ１２４、第３レンズ１２３、第２レンズ１２２を通過し、第１ダイクロイックミラー１３６において反射される。反射された緑色光は、第６レンズレンズ１２６と第７レンズ１２７を通過して、第２ダイクロイックミラー１３７と第３ダイクロイックミラー１３８において反射される。その後、第８レンズ１２８と第９レンズ１２９を通過して、ライトトンネル１４１へ入射する。
【００５６】
一方、回転ホイール１５上に反射帯域５１のタイミングで入射した青色光は、回転ホイール１５で反射された後、第１０レンズ１３４と第１１レンズ１３５、第３ダイクロイックミラー１３８を通過する。その後、第８レンズ１２８と第９レンズ１２９を通過し、ライトトンネル１４１へ入射する。
【００５７】
また、赤光源１４０は、赤色を発する固体光源であり、第１２レンズ１３０、第１３レンズ１３１、第１４レンズ１３２、第１５レンズ１３３、第２ダイクロイックミラー１３７を通過する。その後、第３ダイクロイックミラー１３８で反射され、第８レンズ１２８と第９レンズ１２９を通過して、ライトトンネル１４１へ入射する。
【００５８】
このように、固体光源装置２０は、赤色、緑色、青色の３色の光をライトトンネル１４１へと入射させることができる。ライトトンネル１４１は、内部で多重反射を繰り返す構造を備えている。これによって、それぞれの色の光が、ライトトンネル１４１の出口付近ではムラのない均一な分布の光になる。
【００５９】
ライトトンネル１４１から出射される光の色を制御するには、青色光を発するＬＤ１６または赤色光を発する赤光源１４０の発光のタイミングと、回転ホイール１５のタイミングとを制御すればよい。
【００６０】
以上説明した固体光源装置２０によれば、レーザ光源を固体光源とした高輝度な固体光源装置を用いて、光利用効率が高く、高効率でかつ色再現性が良く、さらに、長寿命である光学系を得ることができる。
【００６１】
●固体光源装置の第２実施形態
次に、本発明に係る固体光源装置のさらに別の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施例に係る固体光源装置３０の例を示す斜視図である。図１１に示すように、固体光源装置３０は、ＬＤ１６と、コリメータレンズ１７と、第１集光レンズ１１と、第２集光レンズ１２ａと、開口ミラー６２と、を有してなる。
【００６２】
ＬＤ１６と、コリメータレンズ１７と、第１集光レンズ１１は、すでに説明した固体光源装置１０と同様のものであるので詳細な説明を省略する。
【００６３】
第２集光レンズ１２ａは、出射面側に反射部３０１が形成されている。反射部３０１は、第２集光レンズ１２ａの出射側のレンズ面において、中心部分の一部に反射膜を塗布して形成されている。
【００６４】
開口ミラー６２は、中央に所定の大きさの開口部（孔）が形成されている。すなわち、開口ミラー６２は、開口部を備える反射部材である。開口ミラー６２の反射面は、第２集光レンズ１２ａ側に向けられている。
【００６５】
第２集光レンズ１２ａの中央付近を通過した光の一部は、開口ミラー６２の開口部を通過し、回転ホイール１５に集光される。第２集光レンズ１２ａの中央付近よりも外側を通過した光の一部は、開口ミラー６２の開口部を通過せずに反射部材に当たる。反射部材に当たった光は第２集光ミラー１２ａ側に向けて反射される。この開口ミラー６２において反射された光は、第２集光ミラー１２ａの反射部３０１に当たる。この反射部３０１によって、再度、開口ミラー６２側に反射された光は、開口ミラー６２の開口部を通過して、回転ホイール１５に集光される。
【００６６】
以上のように、ＬＤ１６から発せられた光が回転ホイール１５に至るまでの光路を、反射部３０１を有する集光ミラー１２ａと開口ミラー６２によって、折り畳まれる。これによって、すでに説明をした固体光源装置１０におけるＬＤ１６から回転ホイール１５までの距離（図１に示したａとｂの合計）と固体光源装置３０におけるＬＤ１６から回転ホイール１５までの距離とを比較すると、固体光源装置３０の方がより短くなる。すなわち、固体光源装置３０によれば、より小型の光源装置を得ることができる。
【００６７】
●固体光源装置の第３実施形態
次に、本発明に係る固体光源装置のさらに別の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る固体光源装置４０の例を示す側面図である。図１２に示すように、固体光源装置４０は、ＬＥＤ光源であるＬＥＤ１８と、コリメータレンズ１７と、第１集光レンズ１１および第２集光レンズ１２からなる集光レンズ１と、を有してなる。図１２において固体光源装置４０の中心軸１３は、第１集光レンズ１１及び第２集光レンズ１２の光軸、すなわち集光レンズ１の光軸を示している。
【００６８】
固体光源装置４０は、固体光源装置１０と異なる構成として、光源がＬＤ１６の代わりにＬＥＤ１８を用いている。以下、上記と異なる点を中心により詳細に説明する。
【００６９】
固体光源装置４０は、固体光源装置１０と同様に、２１個のＬＥＤ１８を、平面上に略円環の配列をもって配置している。この２１個のＬＥＤ１８は、赤色、緑色、青色の３色が適切な個数で配置されている。ここで適切な個数とは、所望の白色の光を得ることができる個数である。また、ライトトンネル１４１への入射角の分布が赤色、緑色、青色においてそれぞれ近似の値になる個数でもある。
【００７０】
固体光源装置４０は、固体光源から発せられる光をライトトンネル１４１へ入射すれば、所望する色の合成をすることができる。したがって、各ＬＥＤ１８から発せられた光は、それぞれのＬＥＤ１８に対応するコリメータレンズ１７において略平行光になり、その後、第１集光レンズ１１と第２集光レンズ１２を通過して折り返しミラー１４で反射される。その後、ライトトンネル１４１へと入射する。
【００７１】
ライトトンネル１４１へと入射した各光は、多重反射を繰り返した後に、ライトトンネル１４１の出射端において、照度分布が均一化された光となる。
【００７２】
以上のように固体光源装置４０によれば、ＬＥＤ１８を光源として用いることで、コンパクトでかつ色再現性の良い、さらには、長寿命である光源装置を得ることができる。
【００７３】
●画像投射装置の実施形態
次に、本発明に係る画像投射装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態に係るプロジェクタ１０００に用いられる照明光学系１４２について、図１３を用いて説明する。
【００７４】
図１３は本実施形態に係る照明光学系１４２の例を示す光学配置図である。図１３に示すように、照明光学系１４２は、第１照明レンズ１４３と、第２照明レンズ１４４と、平面ミラー１４５と、凹面ミラー１４６と、を有してなる。
【００７５】
すでに説明をしたライトトンネル１４１から出射された各色の光は、第１照明レンズ１４３と、第２照明レンズ１４４とを通過し、平面ミラー１４５、凹面ミラー１４６の順で反射された後に、空間変調素子１４７に照射される。空間変調素子１４７は、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）である。ＤＭＤは、微小ミラーが２次元に配列されていて、画像の１画素の対応する各ミラーの角度を制御することで画像を形成する素子である。第１照明レンズ１４３から凹面ミラー１４６までが照明光学系１４２である。この照明光学系１４２によって、ライトトンネル１４１の出射端面と空間変調素子１４７は共役関係になっている。したがって、ライトトンネル１４１の出射端面を物体面として、空間変調素子１４７へ照明される。
【００７６】
ここで、ＤＭＤについて説明する。ＤＭＤは、一辺が１０μ程度の正方形ミラーが表示画素に対応して配列されている。例えばＷＸＧＡ規格の解像度における画像を表示できるものは、１２８０×８００個のミラーが配列されている。
【００７７】
各ミラーは正方形形状であって、対角方向に±１２度の傾きを形成できる。この傾きは、映像信号に応じて切り替わる。
例えば、＋１２度の状態をＯＮ状態としたとき、照明光学系１４２によってＤＭＤを照明した光は、ＯＮ状態のミラー部分のみが投射光学系１４８の方向へと反射される。この投射光学系１４８へ反射された光によって、画像が形成される。
【００７８】
また、−１２度の状態をＯＦＦ状態としたとき、照明光学系１４２によってＤＭＤを照明した光は、ＯＦＦ状態のミラー部分の光が投射光学系１４８とは異なる方向へと反射される。この反射孔は、照明光学系１４２のハウジングに配置されている吸収部材などに吸収される。ＯＦＦ状態のミラー部分に該当する画素は、画像においては黒で表現される。
【００７９】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１０００について説明する。図１４は、これまで説明した本発明に係る固体光源装置を備えたプロジェクタ１０００の例を示す光学配置図である。
【００８０】
図１４に示すように、プロジェクタ１０００は、固体光源装置１００と、照明光学系１４２と、投射光学系１４８と、を有してなる。
【００８１】
青色のＬＤ１６及び回転ホイール１５のタイミングで緑色と青色の光が生成され、さらに赤色ＬＤもしくは赤色ＬＥＤの発光タイミングを制御して、ライトトンネル１４１から発せられる光の色を時分割的に制御する。この光の色の制御と同期させて、すでに説明したＤＭＤの各ミラーのＯＮ状態とＯＦＦ状態のタイミングを制御する。これらの制御により、時分割的に各色の映像を、投射光学系１４８を通して被投射面であるスクリーン１４９へと拡大投射することができる。
【００８２】
以上説明したプロジェクタ１０００によれば、色再現性が良く、長寿命も光源装置を備える画像投射装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１      集光レンズ
１０    固体光源装置
１１    第１集光レンズ
１２    第２集光レンズ
１３    中心軸
１４    折り返しミラー
１５    回転ホイール
１６    ＬＤ
１７    コリメータレンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２０１２−４８８３２号公報
【図１】
2015022244.tif 000005
【図２】
2015022244.tif 000006
【図３】
2015022244.tif 000007
【図４】
2015022244.tif 000008
【図５】
2015022244.tif 000009
【図６】
2015022244.tif 000010
【図７】
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【図８】
2015022244.tif 000012
【図９】
2015022244.tif 000013
【図１０】
2015022244.tif 000014
【図１１】
2015022244.tif 000015
【図１２】
2015022244.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
2015022244.tif 000018
【図１５】
2015022244.tif 000019
【図１６】
2015022244.tif 000020