(57)【要約】【課題】光源からの光の利用効率を向上させエテンデューを改善することにより、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させることなく、光源からの光線放射角度を小さくすることなく、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明することができ、反射面に波長選択性持たせることで色純度が向上された光源装置を提供する。【解決手段】裏面側に反射膜を有する固体発光素子２１と、固体発光素子２１に第１の面１を対向させた光学素子２２とを備え、光学素子２２は、互いに平行に対向し第１の面１に垂直な第２及び第３の面２，３と、第２及び第３の面２，３に対して垂直で第１の面１に傾斜した第４の面４と、射出面となる第５の面５を有する。各面１，２，３，４，５内の空間は、外部の屈折率以上の屈折率の媒質で満たされ、第５の面５の面積は、固体発光素子２１の発光面の面積よりも小さい。第４の面４には、ダイクロイックミラーを形成することができる。【選択図】図１
2008276170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、
前記固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と、互いに平行に対向し前記第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と、前記第２及び第３の面に対して略々垂直となされ前記第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と、前記第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有し、これら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が、周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と
を備え、
前記光学素子の前記第５の面は、前記固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、
前記固体発光素子より発せられた光は、前記第１の面より前記光学素子内に入射し、前記第１乃至第４の面及び前記固体発光素子の反射膜のいずれかにおいて反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面及び反射膜によって反射されずに、前記第５の面を介して外方に射出される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、
前記固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と、互いに平行に対向し前記第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と、前記第２及び第３の面に対して略々垂直となされ前記第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と、前記第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有し、これら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が、周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と、
前記光学素子内の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により、該光学素子の第５の面において該光学素子に一体的に連続され、該光学素子から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されており、射出端面となる先端面が前記第５の面と平行となされたライトパイプと
を備え、
前記光学素子の前記第５の面は、前記固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、
前記固体発光素子より発せられた光は、前記第１の面より前記光学素子内に入射し、前記第１乃至第４の面及び前記固体発光素子の反射膜のいずれかにおいて反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面及び反射膜によって反射されずに、前記第５の面を経て前記ライトパイプ内に入射し、このライトパイプの射出端面から外方に射出される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
前記ライトパイプの射出端面には、反射型偏光板、または、反射型偏光板及び四分の一波長板が設置されている
ことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記第４の面、または、前記第４の面及びこの第４の面に連続する前記ライトパイプの一の面には、反射材料からなる反射面、または、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第４の面、または、前記第４の面及びこの第４の面に連続する前記ライトパイプの一の面には、波長選択性を有する反射材料からなる反射面が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項６】
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、
前記固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と、互いに平行に対向し前記第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と、前記第２及び第３の面に対して略々垂直となされ前記第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と、前記第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有し、これら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が、周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と、
前記第４の面に略平行で前記光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質により満たされた微小空間を介して配置された反射面と
を備え、
前記固体発光素子の表面部と前記光学素子との間は、前記光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質で満たされ、
前記光学素子の前記第５の面は、前記固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、
前記固体発光素子より発せられた光は、前記第１の面より前記光学素子内に入射し、前記第１乃至第４の面における全反射、前記固体発光素子の反射膜における反射、または、前記反射面における反射をなされた後、あるいは、これら第１乃至第４の面、反射膜及び反射面によって反射されずに、前記第５の面より外方に射出される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、
前記固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と、互いに平行に対向し前記第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と、前記第２及び第３の面に対して略々垂直となされ前記第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と、前記第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有し、これら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が、周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と、
前記第４の面に略平行で前記光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質により満たされた微小空間を介して配置された反射面と、
前記光学素子内の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により、該光学素子の第５の面において該光学素子に一体的に連続され、該光学素子から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されており、射出端面となる先端面が前記第５の面と平行となされたライトパイプと
を備え、
前記固体発光素子の表面部と前記光学素子との間は、前記光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質で満たされ、
前記光学素子の前記第５の面は、前記固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、
前記固体発光素子より発せられた光は、前記第１の面より前記光学素子内に入射し、前記第１乃至第４の面における全反射、前記固体発光素子の反射膜における反射、または、前記反射面における反射をなされた後、あるいは、これら第１乃至第４の面、反射膜及び反射面によって反射されずに、前記第５の面を経て前記ライトパイプ内に入射し、このライトパイプの射出端面から外方に射出される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
前記ライトパイプの射出端面には、反射型偏光板、または、反射型偏光板及び四分の一波長板が設置されている
ことを特徴とする請求項７記載の光源装置。
【請求項９】
前記反射面を支持している支持体には、冷却機構が設けられている
ことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第４の面は、曲面である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第４の面は、前記固体発光素子に対向する面が、第５の面側において、前記第１の面に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、第５の面から遠い側において、前記第１の面に向けて凸筒面となっている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記反射面は、波長選択性を有する反射材料からなる
ことを特徴とする請求項６乃至請求項１１のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光によって照明される空間光変調素子と、
前記空間光変調素子を経た光が入射され、該空間光変調素子の像を結像させる結像光学系と
を備えた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、例えば画像表示装置等において空間光変調素子を照明する光源装置及びこのような光源装置を有して構成される画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間光変調素子を備え、この空間光変調素子を光源装置により照明し、空間光変調素子を経た変調光を結像させて画像表示を行う画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置においては、空間光変調素子は、表示画像を表示し、この画像に応じて照明光を変調させる。空間光変調素子により変調された変調光は、結像光学系によって結像され、例えば、スクリーン上などに画像を表示する。
【０００３】
このような画像表示装置の光源装置として、光源として、特許文献１に記載されているような固体発光素子を用いたものが提案されている。固体発光素子とは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）、電界発光素子（ＥＬ）などである。
【０００４】
また、このような画像表示装置の光源装置としては、空間光変調素子を均一に照明するため、図２４及び図２５に示すように、インテグレータ光学系を有するものが使用されている。このインテグレータ光学系は、光源からの照明光の輝度分布を均一化するものである。
【０００５】
図２４に示すフライアイレンズインテグレータ光学系においては、照明光を複数の小レンズが配列されたフライアイレンズ１０１，１０２を通すことによって、空間光変調素子１０３を照明する照明光の輝度分布が均一化される。
【０００６】
また、図２５に示すロッドインテグレータ光学系においては、照明光を角柱状のロッド１０４内を通すことによって、このロッド１０４内における内面反射が繰り返され、照明光の輝度分布が均一化される。すなわち、このロッドインテグレータ光学系においては、ロッド１０４の一端面（入射端面）に光源像を結像させ、あるいは、光源１０５を密着させ、光源１０５からの光をロッド１０４内を内面反射（全反射）させながら伝播させ、ロッド１０４の他端面（射出端面）より射出させる。ロッド１０４の射出端面を被照明物体となる空間光変調素子１０３上に結像させることにより、照明分布が均一な良好な照明光が得られる。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−６６４５５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のような画像表示装置においては、空間光変調素子をより高輝度に照明することによって、高輝度の画像表示が行えるようにすることが要望されており、光源の高出力化が図られている。しかし、光源を高出力化すると、消費電力の増大、発熱量の増大、装置構成の大型化が招来されるため、光源を高出力化することなく、光源からの光の利用効率を向上させることによって、空間光変調素子を高輝度に照明することが望まれている。
【０００９】
ところで、光学理論として、光学面（例えば、レンズ）を介した２つの領域の間には、常に以下の関係が成り立つという「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が知られている。
Ｎｕｙ＝Ｎ´ｕ´ｙ´（∵Ｎ、Ｎ´は屈折率、ｕ、ｕ´は光線角度、ｙ、ｙ´は像高である。）
【００１０】
また、この関係は、像高（物体高）ｙ、ｙ´を面積（Ｓ）として示し、光線角度ｕ、ｕ´を立体角（θ）で示すと、エテンデュー（E´tendue）として捉えることができ、光学面を介した２つの領域でエテンデューが不変であると換言することができる。エテンデューＥは、以下の式によって表される。
Ｅ＝πＳsin２θ
【００１１】
この関係は、複数の光学系でも不変であり、物体と像の関係でも成立する。したがって、この関係は、照明光源と被照明物体（空間光変調素子）の間にも成立し、前述のような光源装置においても成立する。
【００１２】
例えば、図２５に示した角柱状のロッド１０４を用いたロッドインテグレータ光学系においては、ロッド１０４の射出端面からの光線の放射角度は、光源１０５からの光線放射角度と同一であり、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立している。また、ロッド１０４の射出端面を結像させる光学系においても「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が満足されるので、照明光学系全体として、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立する。
【００１３】
ここで、照明光学系の仕様（像高ｙ´と光線角度ｕ´）が、光源の仕様（物体高ｙと放射角度ｕ）に比べて十分に大きく、以下の関係が成立するときには、光源から発せられた光線のほぼ全てを、照明光学系に取り込むことが可能となることを意味する。
【００１４】
Ｎｕｙ＜Ｎ´ｕ´ｙ´
なお、フライアイインテグレータ光学系においても、同様に「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立する。
【００１５】
このように、光源装置における光源からの光の利用効率は、光源における発光面積と光線放射角度との関数であるエテンデューで決まってしまう。つまり、有限の大きさを持つ面光源からの光の利用効率は、光源の発光面積と放射角度とによって一義的に決まってしまうことになる。
【００１６】
したがって、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明するためには、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させるか、または、光源からの光線放射角度を小さくすることが必要であることになる。これらの対策は、いずれも光源の性能向上を図るものであり、光源からの光の利用効率を向上させるものではない。
【００１７】
なお、光源からの光の利用効率を向上させようとした照明光学系として、図２６及び図２７に示すように、テーパ状のロッド、または、テーパ状のライトパイプを用いたインテグレータ光学系が提案されている。図２６に示すように、第５の面を光源１０５に比べて大きくしたテーパ状のライトパイプを用いたインテグレータ光学系においては、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立することにより、光線射出角度θ´が小さくなる。逆に、図２７に示すように、第５の面を光源１０５に比べて小さくしたテーパ状のライトパイプを用いたインテグレータ光学系においては、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立することにより、光線射出角度θ´が大きくなる。これらのインテグレータ光学系において、エテンデューは変化していない。すなわち、これらのインテグレータ光学系においては、光源からの光の光利用効率は、向上していない。
【００１８】
また、光源としてＬＥＤを用いて、ＬＥＤからの光をライトパイプ内に導入し、ライトパイプ内において不要な偏光をＬＥＤに戻し、ＬＥＤによる戻り光（反射光）を位相差板によって９０deg旋光させるようにした光源装置が提案されている。この光源装置は、偏光変換に関する構成であり、偏光変換を行いつつ、光の利用効率の向上、すなわち、エテンデューの改善を図っている。しかし、偏光変換を行うことが前提となっているため、エテンデューを任意の値に改善することはできない。
【００１９】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、光源からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することによって、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させることなく、また、光源からの光線放射角度を小さくすることなく、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明することができる光源装置を提供し、このような光源装置を用いた画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。
【００２１】
〔構成１〕
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と互いに平行に対向し第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と第２及び第３の面に対して略々垂直となされ第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有しこれら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子とを備え、光学素子の第５の面は、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、固体発光素子より発せられた光は、第１の面より光学素子内に入射し、第１乃至第４の面及び固体発光素子の反射膜のいずれかにおいて反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面及び反射膜によって反射されずに、第５の面を介して外方に射出されることを特徴とするものである。
【００２２】
〔構成２〕
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と互いに平行に対向し第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と第２及び第３の面に対して略々垂直となされ第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有しこれら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と、光学素子内の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により該光学素子の第５の面において該光学素子に一体的に連続され該光学素子から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されており射出端面となる先端面が第５の面と平行となされたライトパイプとを備え、光学素子の第５の面は、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、固体発光素子より発せられた光は、第１の面より光学素子内に入射し、第１乃至第４の面及び固体発光素子の反射膜のいずれかにおいて反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面及び反射膜によって反射されずに、第５の面を経てライトパイプ内に入射し、このライトパイプの射出端面から外方に射出されることを特徴とするものである。
【００２３】
〔構成３〕
構成２を有する光源装置において、ライトパイプの射出端面には、反射型偏光板、または、反射型偏光板及び四分の一波長板が設置されていることを特徴とするものである。
【００２４】
〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有する光源装置において、第４の面、または、第４の面及びこの第４の面に連続するライトパイプの一の面には、反射材料からなる反射面、または、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部が形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
〔構成５〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有する光源装置において、第４の面、または、前記第４の面及びこの第４の面に連続する前記ライトパイプの一の面には、波長選択性を有する反射材料からなる反射面が形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
〔構成６〕
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と互いに平行に対向し第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と第２及び第３の面に対して略々垂直となされ第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有しこれら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と、第４の面に略平行で光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質により満たされた微小空間を介して配置された反射面とを備え、固体発光素子の表面部と光学素子との間は、光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質で満たされ、光学素子の第５の面は、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、固体発光素子より発せられた光は、第１の面より光学素子内に入射し、第１乃至第４の面における全反射、固体発光素子の反射膜における反射、または、反射面における反射をなされた後、あるいは、これら第１乃至第４の面、反射膜及び反射面によって反射されずに、第５の面より外方に射出されることを特徴とするものである。
【００２７】
〔構成７〕
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、固体発光素子の発光面に空隙を介して対向された第１の面と互いに平行に対向し第１の面に対して略々垂直となされた第２及び第３の面と第２及び第３の面に対して略々垂直となされ第１の面に対向し該第１の面に対して傾斜された第４の面と第１乃至第４の面の側縁部が周縁となっている第５の面とを有しこれら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間が周囲の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により満たされている光学素子と、第４の面に略平行で光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質により満たされた微小空間を介して配置された反射面と、光学素子内の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質により該光学素子の第５の面において該光学素子に一体的に連続され該光学素子から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されており射出端面となる先端面が第５の面と平行となされたライトパイプとを備え、固体発光素子の表面部と光学素子との間は、光学素子の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質で満たされ、光学素子の第５の面は、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、固体発光素子より発せられた光は、第１の面より光学素子内に入射し、第１乃至第４の面における全反射、固体発光素子の反射膜における反射、または、反射面における反射をなされた後、あるいは、これら第１乃至第４の面、反射膜及び反射面によって反射されずに、第５の面を経てライトパイプ内に入射し、このライトパイプの射出端面から外方に射出されることを特徴とするものである。
【００２８】
〔構成８〕
構成７を有する光源装置において、ライトパイプの射出端面には、反射型偏光板、または、反射型偏光板及び四分の一波長板が設置されていることを特徴とするものである。
【００２９】
〔構成９〕
構成６乃至構成８のいずれか一を有する光源装置において、反射面を支持している支持体には、冷却機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００３０】
〔構成１０〕
構成１乃至構成９のいずれか一を有する光源装置において、第４の面は、曲面であることを特徴とするものである。
【００３１】
〔構成１１〕
構成１乃至構成１０のいずれか一を有する光源装置において、第４の面は、固体発光素子に対向する面が、第５の面側において第１の面に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、第５の面から遠い側において第１の面に向けて凸筒面となっていることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明に係る画像表示装置は、以下の構成を有するものである。
【００３３】
〔構成１２〕
構成６乃至構成１１のいずれか一を有する光源装置において、反射面は、波長選択性を有する反射材料からなることを特徴とするものである。
【００３４】
〔構成１３〕
構成１乃至構成１２のいずれか一を有する光源装置と、光源装置から射出された光によって照明される空間光変調素子と、空間光変調素子を経た光が入射され該空間光変調素子の像を結像させる結像光学系とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
構成１を有する本発明に係る光源装置においては、固体発光素子より発せられた光は、第１の面より光学素子内に入射し、第１乃至第４の面及び固体発光素子の反射膜のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面及び反射膜によって反射されずに、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積の第５の面より外方に射出されるので、固体発光素子からの光が第５の面に集光され、光の利用効率が向上され、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。
【００３６】
また、この光源装置においては、光源の発光分布の均一化もなされるため、光源として、必ずしも大面積の固体発光素子を用いずとも、例えば、小面積の固体発光素子を配列させて光源として用いても、それら固体発光素子の境界面における発光分布を均一化することができる。
【００３７】
構成２を有する本発明に係る光源装置においては、固体発光素子より発せられた光は、第１の面より光学素子内に入射し、第１乃至第４の面及び固体発光素子の反射膜のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面及び反射膜によって反射されずに、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積の第５の面を経てテーパ形状のライトパイプ内に入射し、このライトパイプの射出端面となる先端面から外方に射出されるので、固体発光素子からの光が第５の面において集光され、光の利用効率が向上され、また、第５の面に到達した光を効率よくライトパイプ内に導入することができ、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。
【００３８】
また、この光源装置においては、光源の発光分布の均一化もなされるため、光源として、必ずしも大面積の固体発光素子を用いずとも、例えば、小面積の固体発光素子を配列させて光源として用いても、それら固体発光素子の境界面における発光分布を均一化することができる。
【００３９】
なお、これら光源装置において、固体発光素子の発光面及び第５の面を矩形とすれば、画像表示装置における空間光変調素子などの矩形の被照明物を高効率に照明することができる。
【００４０】
構成３を有する本発明に係る光源装置においては、ライトパイプの射出端面には、反射型偏光板、または、反射型偏光板及び四分の一波長板が設置されているので、ライトパイプの射出端面から、偏光方向の揃った照明光を射出させることができる。
【００４１】
構成４を有する本発明に係る光源装置においては、第４の面、または、第４の面及びこの第４の面に連続するライトパイプの一の面には、反射材料からなる反射面、または、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部が形成されているので、光学素子内の光が第４の面を透過して光学素子外に射出されることが防止され、固体発光素子からの光の利用効率を向上させることができる。
【００４２】
構成５を有する本発明に係る光源装置においては、第４の面、または、前記第４の面及びこの第４の面に連続する前記ライトパイプの一の面には、波長選択性を有する反射材料からなる反射面が形成されているので、固体発光素子から射出される光を高効率で反射することができ、かつ、固体発光素子の分光分布に制限をあたえ、固体発光素子の色のばらつきを抑え、色純度をあげることが可能になる。
【００４３】
構成６を有する本発明に係る光源装置においては、光学素子の第４の面を透過した光は、反射面によって反射されて光学素子に戻り、その多くは、さらに固体発光素子にまで戻され、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積の第５の面より外方に射出されるので、固体発光素子からの光が第５の面に集光され、光の利用効率が向上され、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。また、この光源装置においては、光学素子が加熱されることが抑えられる。
【００４４】
構成７を有する本発明に係る光源装置においては、光学素子の第４の面を透過した光は、反射面によって反射されて光学素子に戻り、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積の第５の面を経てテーパ形状のライトパイプ内に入射し、このライトパイプの射出端面となる先端面から外方に射出されるので、固体発光素子からの光が第５の面に集光され、光の利用効率が向上され、また、第５の面に到達した光を効率よくライトパイプ内に導入することができ、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。また、この光源装置においては、光学素子が加熱されることが抑えられる。
【００４５】
構成８を有する本発明に係る光源装置においては、ライトパイプの射出端面には、反射型偏光板、または、反射型偏光板及び四分の一波長板が設置されているので、ライトパイプの射出端面から、偏光方向の揃った照明光を射出させることができる。
【００４６】
構成９を有する本発明に係る光源装置においては、反射面を支持している支持体には、冷却機構が設けられているので、反射面が加熱されることが抑えられる。
【００４７】
構成１０を有する本発明に係る光源装置においては、第４の面が曲面であることにより、光の利用効率が向上し、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。
【００４８】
構成１１を有する本発明に係る光源装置においては、第４の面は、固体発光素子に対向する面が、第５の面側において第１の面に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、第５の面から遠い側において第１の面に向けて凸筒面となっているので、光の利用効率が向上し、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。
【００４９】
構成１２を有する本発明に係る光源装置においては、反射面は、波長選択性を有する反射材料からなるので、固体発光素子から射出される光を高効率で反射することができ、かつ、固体発光素子の分光分布に制限をあたえ、固体発光素子の色のばらつきを抑え、色純度をあげることが可能になる。
【００５０】
構成１３を有する本発明に係る画像表示装置においては、構成１乃至構成１２のいずれか一を有する光源装置を有するので、この光源装置から射出された光によって空間光変調素子を高効率で照明することができ、高輝度の画像を表示することができる。
【００５１】
すなわち、本発明は、光源からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することによって、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させることなく、また、光源からの光線放射角度を小さくすることなく、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明することができる光源装置を提供することができ、このような光源装置を用いた画像表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明に係る光源装置及びこの光源装置を用いた画像表示装置の構成について詳細に説明する。
【００５３】
〔光源装置の第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。
【００５４】
図２は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す縦断面図である。
【００５５】
この光源装置は、図１及び図２に示すように、面発光光源である固体発光素子２１を有している。この固体発光素子２１は、裏面側に反射膜２１ａが配置され、表面側に発光層（発光面）２１ｂを有して構成されている。このような固体発光素子２１としては、いわゆる高輝度ＬＥＤを用いることができる。
【００５６】
図３は、本発明に係る光源装置における固体発光素子の構成を示す断面図である。
【００５７】
高輝度ＬＥＤにおいては、図３に示すように、いわゆるフォトニクス結晶により形成された発光層２１ｂの裏面側に反射膜２１ａが形成されている。発光層２１ｂからは、表面側及び裏面側に光が射出される。発光層２１ｂから表面側に射出された光は、そのまま高輝度ＬＥＤの表面側に射出される。発光層２１ｂから裏面側に射出された光は、反射膜２１ａによって反射され、発光層２１ｂを透過して表面側へ射出される。また、外方からの発光層２１ｂへの入射光は、発光層２１ｂを透過し、裏面側の反射膜２１ａで反射され、再び発光層２１ｂを透過して表面側へ射出される。このようにして、高輝度ＬＥＤにおいては、従来のＬＥＤにおいて裏面側で光吸収により失われていた光が反射されて表面側に射出されるため、高輝度化が図られている。
【００５８】
なお、ＬＥＤの発光層２１ｂは、この発光層２１ｂが発している波長の光を透過させるので、この波長帯域のＬＥＤに対する入射光は、発光層２１ｂを透過して、裏面側において反射膜２１ａにより反射されることとなる。
【００５９】
なお、この固体発光素子２１の発光層（発光面）２１ｂは、例えば、２ｍｍ×６ｍｍの矩形状となっている。
【００６０】
このようなＬＥＤの発光層２１ｂの材料は、赤色発光の場合、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓＰなど、緑色発光の場合、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰなど、青色発光の場合、ＩｎＧａＮなどである。これらＩｎＧａＮ系材料は、一般的には、サファイア基板１ｃ上にエピタキシャル成長によって形成される。そして、反射膜２１ａは、例えば、レーザーリフトオフにより半導体をサファイア基板１ｃから剥離させ、Ｐ型半導体表面を平坦化して形成される。この反射膜２１ａは、半導体裏面に直接スパッタ等で成膜することができる。なお、このＬＥＤは、シリコン基板２１ｄ上に反射膜２１ａを下側にして設置され、図示しないワイヤボンディングを介して給電される。
【００６１】
そして、この光源装置は、図１及び図２に示すように、固体発光素子２１の発光層（発光面）２１ｂに第１の面１を空隙KGを介して対向させた光学素子（プリズム）２２を有している。この光学素子２２の第１の面１は、固体発光素子２１の発光層（発光面）２１ｂと略々同一形状となっている。この光学素子２２は、第１の面１に対して略々垂直となされ互いに平行に対向した第２及び第３の面２，３を有している。また、この光学素子２２は、第２及び第３の面２，３に対して略々垂直となされ、第１の面１に対向し、この第１の面に対して傾斜された第４の面４を有している。さらに、この光学素子２２は、第１乃至第４の面１，２，３，４の側縁部が周縁となっている第５の面を有する。
【００６２】
すなわち、これら第１乃至第５の面１，２，３，４，５に囲まれた空間は、第２及び第３の面２，３を底面とする三角柱形状となっている。この光学素子２２において、第５の面５は、第１の面１の面積（固体発光素子２１の発光面２１ｂの面積）よりも小面積となっている。
【００６３】
なお、図２及び後述の図４は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【００６４】
この実施の形態においては、図１に示すように、第５の面５の縁部の一部となる固体発光素子２１の反射膜２１ａの一側縁部２１ｅは、固体発光素子２１の発光面２１ｂの短辺部となっている。したがって、第５の面５においては、対向する２つの辺（固体発光素子２１の反射膜２１ａの一側縁部２１ｅ及び第４の面４の側縁部４ａ）が、図１中矢印Ａで示すように、固体発光素子２１の発光面の短辺部に等しい長さであり、図１中矢印Ｂで示す他の２つの辺（第２及び第３の面２，３の一側縁部２ａ，３ａ）の長さは、図１中矢印Ｃで示す固体発光素子２１の発光面の長辺部より短くなっている。
【００６５】
そして、これら第１乃至第５の面に囲まれた多面体の空間、すなわち、光学素子２２内は、周囲の媒質（例えば、空気）の屈折率以上の屈折率を有する透明な媒質により満たされている。この光学素子２２をなす媒質としては、例えば、「ゼオネックス（ZEONEX）」（日本ゼオン（株）の登録商標）の如きシクロオレフィンポリマや、その他種々の光学用合成樹脂材料、または、種々の光学ガラス材料を用いることができる。
【００６６】
この光源装置において、固体発光素子２１より発せられた光は、第１の面１より光学素子２２内に入射し、第１乃至第４の面１，２，３，４及び固体発光素子２１の反射膜２１ａのいずれかにおいて内面反射（全反射）された後、あるいは、これら第１乃至第４の面１，２，３，４及び反射膜２１ａによって反射されずに、第５の面５を介して外方に射出される。
【００６７】
この光学素子２２内において、ある面で光線が全反射される条件は、その面に対する光線の入射角をθとし、光学素子２２の外方の媒質の屈折率をｎとし、光学素子２２内の媒質の屈折率をｎ´とすると、以下のように示される。
sinθ＝ｎ／ｎ´
【００６８】
例えば、光学素子２２の外方の媒質を空気として、屈折率ｎを１とし、光学素子２２内の媒質を「ＢＫ−７」として、屈折率ｎ´を１．５１とすると、θは、約４１°となる。つまり、光学素子２２内において、ある面に対する入射角が約４１°より大きい光線は、全反射される。したがって、この光源装置においては、固体発光素子２１の反射膜２１ａの反射率が低くとも、第１の面１で全反射される光線があるため、光学素子２２内の光線を効率よく第５の面５に導くことができる。
【００６９】
そして、この光源装置においては、光学素子２２の第４の面４には、反射材料からなる反射面、または、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部を形成することが望ましい。反射材料としては、Ａｌ（アルミニウム）膜やＡｇ（銀）膜、または、誘電体膜を用いることができる。光学素子２２の第４の面４の外面部に反射膜としてＡｌ膜を形成した場合には、第４の面４の反射率は９２％程度、反射膜としてＡｇ膜を形成した場合には、第４の面４の反射率は９８％程度となる。誘電体膜、または、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部を用いる場合には、これら誘電体膜、または、反射部においては、特定の単色光（発光ダイオードの光のような半値幅が数十ｎｍあるような光を含む）、例えば、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、または、Ｂ（青色光）のいずれかのみが反射される。
【００７０】
この光源装置におけるエテンデューの特性曲線（エテンデューカーブ）を求めると、固体発光素子２１単体における特性曲線よりも、同じエテンデューにおける射出光強度（相対輝度）が高くなる。エテンデューは、前述したように、Ｓπsin２θ（∵Ｓは、発光面積、θは、光線放射角度）で示される。エテンデューの特性曲線は、エテンデューを所定の値に設定したとき、すなわち、発光面積Ｓ及び光線放射角度θを所定の値に設定したときに、得られる射出光強度（相対輝度）を示す。なお、発光面積Ｓは、光源装置においては、第５の面５の面積であり、固体発光素子２１単体においては、発光面２１ｂの面積である。また、本発明に係る光源装置においては、第２及び第３の面２，３が互いに平行になっているため、光線が第５の面５から射出されるまでに反射膜２１ａ及び各反射面２，３，４が構成する多面体内において反射される回数が少なく、また、反射光が固体発光素子２１に戻りにくくなっており、高効率に光線を射出させることができる。
【００７１】
図４は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態においてライトパイプを設けた構成を示す縦断面図である。
【００７２】
しかしながら、第５の面５においては、光学素子２２内の媒質の屈折率が周囲の媒質よりも屈折率が高いため、内面反射が起こり、光学素子２２内の光束が全て外方側に射出されるわけではない。そのため、この光源装置においては、図４に示すように、光学素子２２の第５の面において光学素子２２に一体的に連続させて、光学素子２２から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されたライトパイプ８を設けることが望ましい。
【００７３】
このライトパイプ８は、光学素子２２内の媒質の屈折率以上の屈折率を有する媒質(光学用合成樹脂材料や光学ガラス材料)によって形成されている。そして、このライトパイプ８において射出端面８ａとなる先端面は、第５の面５と平行となされている。なお、ライトパイプ８をなす媒質の屈折率と光学素子２２をなす媒質の屈折率とが等しい場合、すなわち、ライトパイプ８をなす媒質と光学素子２２をなす媒質とが同一材料である場合には、第５の面５は存在しないことになるが、この場合には、固体発光素子２１の反射膜２１ａの一側縁部２１ｅを通りライトパイプ８の射出端面８ａに平行な仮想面が第５の面５であるということになる。この第５の面５（仮想面）は、前述したように、固体発光素子２１の発光面２１ｂの面積より小さくなっている。
【００７４】
この光源装置において、固体発光素子２１より発せられた光は、第１の面１より光学素子２２内に入射し、第１乃至第４の面１，２，３，４及び固体発光素子２１の反射膜２１ａのいずれかにおいて多重反射を繰返した後、あるいは、これら第１乃至第４の面１，２，３，４及び反射膜２１ａによって反射されずに、第５の面５を経て、ライトパイプ８の基端側よりこのライトパイプ８内に入射する。そして、ライトパイプ８内に入射した光は、ライトパイプ８内で内面反射を繰り返し、コーンアングル（入射角）分布が改善され、ライトパイプ８の射出端面８ａから外方に射出される。このようにしてライトパイプ８の射出端面８ａから射出された光は、フィールドレンズを介して、例えば、空間光変調素子などの被照明物を照明する。
【００７５】
図５は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における第５の面５及びライトパイプ８の射出端面８ａにおけるコーンアングル分布を示す正面図である。
【００７６】
この光源装置の光学素子２２の第５の面５における入射光のコーンアングル（入射角）分布は、図５に示すように、０°から９０°に亘って分布しており、ライトパイプ８が設けられていない場合には、入射角が約４１°を超えた光線は、第５の面５から射出することができない。そして、ライトパイプ８が設けられることにより、第５の面５に入射した光線は、全てライトパイプ８内に入射し、ライトパイプ８の射出端面８ａにおいては、図５に示すように、コーンアングル分布が約４１°以内となるように改善される。したがって、ライトパイプ８の射出端面８ａにおいては、ほぼ全ての光線が射出端面８ａより外方に射出される。
【００７７】
ライトパイプ８の形状は、改善したいコーンアングル分布に依存する。例えば、９０°のコーンアングル分布を持った光を３０°以内のコーンアングル分布に改善したい場合には、ライトパイプ８の入射面の面積をＳ、射出端面８ａの面積をＳ´とすると、以下の関係が成立する。
Ｓ´＝Ｓ・｛sin（９０°）／sin（３０°）｝２＝  ４Ｓ
【００７８】
この式は、縦横方向について同様の割合で改善する場合であり、縦方向、または、横方向だけについて改善する場合には、ライトパイプ８の入射面の縦方向、または、横方向の一辺の長さをＸ、射出端面８ａの一辺（入射面の一辺に対応する方向の一辺）の長さをＸ´とすると、以下の関係が成立する。
Ｘ´＝Ｘ・｛sin（９０°）／sin（３０°）｝＝２Ｘ
【００７９】
ライトパイプ８の長さは、コーンアングル分布の改善率に関係しているため、必要に応じて任意に決めることができる。なお、この実施の形態においては、ライトパイプ８の長さは、１．５ｃｍ乃至３ｃｍ程度となる。
【００８０】
なお、このように、光学素子２２にライトパイプ８が一体的に形成される場合には、光学素子２２の第４の面４に連続するライトパイプ８の一の面にも、第４の面４と同様に、反射材料からなる反射面を形成してもよい。
【００８１】
図６は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。
【００８２】
このように、光学素子２２にライトパイプ８が一体的に形成された光源装置を構成するには、図６に示すように、固体発光素子２１が構成されたパッケージ２３上に、光学素子２２とライトパイプ８とが一体的に形成されたもののライトパイプ８の中途部分を接着剤によって固定し、光学素子２２の部分を固体発光素子２１に対向させることによって構成することができる。
【００８３】
ここで使用される接着剤としては、光学素子２２及びライトパイプ８をなす媒質として「ゼオネックス（ZEONEX）」（日本ゼオン（株）の登録商標）を用いる場合においては、「XNR5552」（商品名）（ＵＶ硬化型アクリル系接着剤、ナガセケムテックス社製）や、「XVL90K」（商品名）（ＵＶ硬化型アクリル系接着剤、協立化学産業社製）などが挙げられる。また、光学素子２２及びライトパイプ８をなす媒質として、光学ガラスを用いる場合においては、「ELC2500Clear」（商品名）（ＵＶ熱併用硬化型エポキシ系接着剤、ELECTRO-LIFE CORPORATION社製）、「XNR5541」（商品名）（ＵＶ熱併用硬化型エポキシ系接着剤、ナガセケムテックス社製）や、「U-1541」（商品名）（ＵＶ硬化型エポキシ系接着剤、ケミテック社製）などが挙げられる。
【００８４】
図７は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における他の構成を示す断面図である。
【００８５】
この光源装置において、光学素子２２の第５の面５は、図２に示すように、第４の面４に対して、略々垂直に形成されていることが好ましいが、図７に示すように、第４の面４に対して垂直となっていなくともよい。また、この実施の形態においては、固体発光素子２１の発光面２１ｂ及び第５の面５は、ともに矩形となっているが、そのように限定されるものではない。
【００８６】
ところで、従来のロッドインテグレータを用いた光源装置において、照明光の射出面の面積を光源の発光面積よりも小さくした場合には、光線がロッド内を伝播するに伴って、界面での光線反射角度が小さくなり、一部の光線は、界面での全反射臨界角より小さくなり、射出面から射出できなくなる。これに対し、本発明に係る光源装置においては、固体発光素子２１から発した光をできるだけ少ない反射回数で第５の面５を通過するような形状となっているため、ライトパイプ８の射出端面８ａより高効率で射出される。
【００８７】
〔光源装置の第２の実施の形態〕
図８は、本発明に係る光源装置の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図８は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【００８８】
本発明に係る光源装置は、図８に示すように、第４の面４を、曲面、例えば、固体発光素子２１側が凹である曲面として構成してもよい。この場合において、この第４の面４がなす曲面は、この反射面４の第５の面５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている円筒面等の曲面であってもよく、または、球面や放物面等であってもよいし、また、さらに高次の曲面であってもよい。この場合においても、各反射面１，２，３，４，５は、閉じた多面体を構成している。
【００８９】
このように第４の面４を曲面とした場合においても、前述したような、第５の面５に一体的に形成されるライトパイプ８を設けることが好ましい。
【００９０】
この場合においても、固体発光素子２１より発せられた光は、第１乃至第４の面１，２，３，４及び固体発光素子２１の反射膜２１ａのいずれかによって多重反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面１，２，３，４及び反射膜２１ａによって反射されずに、第５の面５を経て、ライトパイプ８の射出端面８ａより外方に射出される。
【００９１】
〔光源装置の第３の実施の形態〕
図９は、本発明に係る光源装置の第３の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図９は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【００９２】
本発明に係る光源装置は、第４の面４の形状を光の利用効率が最大となるように最適化して、構成することができる。この場合における第４の面４の形状は、図９に示すように、固体発光素子２１に対向する面が、第５の面５側において第１の面１に向けて凹筒面（固体発光素子２１から離れるほうが凹）となっており、中央部に変曲点Ｐを有し、第５の面５から遠い側において第１の面１に向けて凸筒面（固体発光素子２１に近づくほうが凸）となっている。この第４の面４がなす曲面は、この反射面４の第５の面５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている筒面等の曲面となっている。
【００９３】
第５の面５の面積が固体発光素子２１の面積の２５％であって、固体発光素子２１の反射膜２１ａの反射率が６０％である場合においては、最適化された第４の面４の形状は、以下の式で示される形状となる。
Ｙ＝Ｂ*sin１．２５（Ｘπ／４Ｃ）
【００９４】
ここで、Ｂは第５の面５の固体発光素子２１からの高さ（図９中矢印Ｂで示す２つの辺（第２及び第３の面２，３の一側縁部２ａ，３ａ）の長さ）を示し、Ｃは図９中矢印Ｃで示す固体発光素子２１の発光面の長辺部の長さを示し、Ｘは固体発光素子２１の第５の面５から遠い側の辺からの距離を示し、Ｙは距離Ｘにおける固体発光素子２１から第４の面４までの高さを示している。
【００９５】
この曲線における変曲点Ｐは、第４の面４の中心部（Ｘ＝（Ｃ／２）の位置）となっている。また、この曲線は、固体発光素子２１の反射膜２１ａの反射率が高くなるにつれて、直線に近い形状となる。
【００９６】
〔光源装置の第４の実施の形態〕
図１０は、本発明に係る光源装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図１０は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【００９７】
本発明に係る光源装置は、図１０に示すように、ライトパイプ８の射出端面８ａに、四分の一波長（λ／４）板２４及び反射型偏光板（Wire Grid：ワイヤグリッド）２５を設けて構成してもよい。
【００９８】
この場合には、射出端面８ａに到達した光のうちの一部は、四分の一波長板２４及び反射型偏光板２５を透過して出射されるが、反射型偏光板２５を透過できない偏光方向の成分は、反射型偏光板２５によって反射され、四分の一波長板２４を透過してライトパイプ８内に戻る。ライトパイプ８内に戻った光は、ライトパイプ８内及び光学素子２２内で反射され、再び四分の一波長板２４を透過して反射型偏光板２５に到達する。このとき、反射型偏光板２５を透過できる偏光方向に変換されている成分は、反射型偏光板２５を透過して出射される。
【００９９】
このような過程が繰り返されることにより、射出端面８ａからは、偏光方向が揃えられた照明光が、高効率で射出されることになる。偏光方向が揃えられた照明光が高効率で得られることは、偏光変調を行う空間光変調素子を照明する場合において有用である。
【０１００】
〔光源装置の第５の実施の形態〕
図１１は、本発明に係る光源装置の第５の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図１１は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【０１０１】
本発明に係る光源装置は、図１１に示すように、ライトパイプ８の射出端面８ａに、ライトパイプ８と一体化したレンズ（凸レンズ、または、凹レンズなど）２６を設けて構成してもよい。
【０１０２】
この場合には、射出端面８ａに到達した光は、レンズ２６によって収束、または、拡散されて出射される。ライトパイプ８からの射出光をフィールドレンズ等のレンズにより導いて被照明物を照明する場合においては、ライトパイプ８の射出端面８ａにレンズ２６が一体化されていることにより、部品点数の削減を図ることができる。
【０１０３】
〔光源装置の第６の実施の形態〕
図１２は、本発明に係る光源装置の第６の実施の形態における構成を示す平面図である。
【０１０４】
この実施の形態においては、前述した光源装置において、光学素子２２、または、光学素子２２及びライトパイプ８を中空体とし、この光学素子２２、または、光学素子２２及びライトパイプ８内を所定の屈折率を有する液体により充填して構成する。すなわち、この実施の形態においては、光学素子２２及びライトパイプ８は、外面部を薄い透明材料によって構成して、中空の透明体として構成する。これら光学素子２２及びライトパイプ８内に充填される液体としては、水の他、ジエチルエーテルなどの有機材料が考えられる。
【０１０５】
そして、光学素子２２及びライトパイプ８内に充填された液体は、図１２に示すように、循環パイプ２７を経て、熱交換装置２８との間で循環される。すなわち、光学素子２２及びライトパイプ８内の液体は、固体発光素子２１の発する熱によって加熱され、循環パイプ２７を経て熱交換装置２８に送られ、この熱交換装置２８において冷却されて、循環パイプ２７を経て光学素子２２及びライトパイプ８内に戻る。
【０１０６】
この光源装置においては、このような循環が繰り返されることにより、光学素子２２及びライトパイプ８内の液体の温度上昇が抑えられる。
【０１０７】
光学素子２２及びライトパイプ８内を充填する液体としては、透過率が高く、冷却効果の高い液体を用いることが望ましい。この光源装置においては、光学素子２２及びライトパイプ８の各面をなす部材の内面に、反射材料からなる反射面を形成することが望ましい。この反射材料としては、Ａｌ（アルミニウム）膜やＡｇ（銀）膜を用いることができ、Ａｌ膜を用いた場合には、反射率は９２％程度、Ａｇ膜を用いた場合には、反射率は９８％程度となる。
【０１０８】
ただし、光学素子２２の第１の面１は、固体発光素子２１からの光が入射する必要があるため、反射面は形成しない。また、第５の面５も、光学素子２２から射出する光が透過する必要があり、ライトパイプ８が一体的に設けられる場合には仮想面であるので、反射面は形成しない。
【０１０９】
この光源装置の光学素子２２を固体の媒質で形成した場合において、この媒質の光吸収が１％であるとした場合、光学素子２２内で５回の内面反射が生ずるとすると、全体の透過率は、９９％の５乗、すなわち、約９５％となり、約５％の光が媒質に吸収される。入射光のパワーが１０Ｗであるとすると、０．５Ｗの光が吸収されることになる。光学素子２２をなす媒質の質量が０．０２５ｇ（４ｍｍ×２．５ｍｍ×１ｍｍ、比重２．５）とすると、１秒間に光学素子２２に吸収される熱量は、０．５（Ｗ）×１（sec）＝０．５（Ｊ）であるから、温度上昇は、以下のようになる。
（０．５×１）／（０．７×０．０２５）＝６．７〔Ｋ〕
【０１１０】
つまり、光学素子２２から外部に熱が逃げないとすると、光学素子２２の温度は、１秒間に６．７°Ｃずつ上昇することになる。したがって、光学素子２２が熱伝導の低い材料により形成されている場合には、光学素子２２が高温になり、融解や破壊を生ずる虞れがある。
【０１１１】
前述のように、光学素子２２及びライトパイプ８内を液体により充填し、この液体を循環させることによって、光学素子２２及びライトパイプ８内の液体の温度上昇を抑えることにより、光学素子２２の融解や破壊を防止することができる。
【０１１２】
〔光源装置の第７の実施の形態〕
図１３は、本発明に係る光源装置の第７の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図１３は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【０１１３】
そして、この光源装置においては、前述の光源装置の構成において、光学素子２２の第４の面４に、反射材料からなる反射面を形成することなく、図１３に示すように、この第４の面４に略平行に、反射面６を配置するようにしてもよい。この反射面６と第４の面４との間は、光学素子２２の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質により満たされた微小空間となっている。反射面６の第４の面４に対向する表面には、反射材料として、Ａｌ（アルミニウム）膜（反射率９２％）、Ａｇ（銀）膜（反射率９８％）、または、誘電体膜が形成され、あるいは、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部が形成されている。誘電体膜、または、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部は、前述したように、特定の単色光（発光ダイオードの光のような半値幅が数十ｎｍあるような光を含む）、例えば、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、または、Ｂ（青色光）のいずれかのみを反射する。
【０１１４】
なお、反射面６の支持体２９は、反射膜の形成が可能で、耐熱性、熱伝導性、もしくは、両方の特性を備えている材質により形成することが好ましい。耐熱性が優れている材料としては、例えば、硝子材（「ＢＫ７」、「Ｂ２７０」など）や、セラミックス、また、熱伝導性に優れている材料としては、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料が挙げられる。また、金属材料からなる支持体２９の表面を研磨して反射面６とすることにより、反射率、耐熱性及び熱伝導性の優れたものを実現することも可能である。
【０１１５】
この光学装置においては、第４の面４において全反射されずに、この第４の面４を透過した光は、反射面６によって反射されて、光学素子２２内に戻される。また、光学素子２２内に戻された光の多くは、さらに固体発光素子２１にまで戻される。したがって、固体発光素子２１より発せられた光は、第１乃至第４の面１，２，３，４、固体発光素子２１の反射膜２１ａ及び反射面６のいずれかによって多重反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面１，２，３，４、反射膜２１ａ及び反射面６によって反射されずに、第５の面５より外方に射出される。
【０１１６】
この光学装置においては、第４の面４に反射材料を設けないため、この第４の面４が光の入射によって加熱されることが抑えられる。
【０１１７】
なお、光学素子２２の第１の面１、または、第４の面４で全反射が生ずる条件は、前述したように、その面に対する光線の入射角をθとし、光学素子２２の外方の媒質の屈折率をｎとし、光学素子２２内の媒質の屈折率をｎ´とすると、以下のように示される。
sinθ＝ｎ／ｎ´
【０１１８】
例えば、光学素子２２の外部の媒質は、空気であるとすると、ｎ＝１であり、光学素子２２の内部の媒質は、硝材「ＢＫ７」であるとすると、ｎ′＝１．５１であり、θは、約４１°となる。すなわち、光学素子２２の内部において、第１の面１、または、第４の面４に対する光線の入射角θが４１°以上である光は、すべてその面において全反射される。したがって、固体発光素子２１の反射膜２１ａの反射率が低い場合でも、第１の面１において全反射される光があるため、第５の面５に効率よく光を集光させることができる。
【０１１９】
なお、この第７の実施の形態においても、第５の面５においては、光学素子２２内の媒質の屈折率が周囲の媒質よりも屈折率が高いため、内面反射が起こり、光学素子２２内の光束が全て外方側に射出されるわけではない。そのため、この光源装置においても、前述の各実施の形態と同様に、光学素子２２の第５の面において光学素子２２に一体的に連続させて、光学素子２２から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されたライトパイプを設けることが望ましい。このライトパイプの形状及び構造については、前述した各実施の形態におけるライトパイプ８と同様とすることができる。
【０１２０】
また、この第７の実施の形態においても、前述の各実施の形態と同様に、第４の面４は、この第４の面４の第５の面５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている筒面等の曲面とすることができる。この場合においては、反射面６は、第４の面４に沿った曲面とすることが望ましい。
【０１２１】
〔光源装置の第８の実施の形態〕
図１４は、本発明に係る光源装置の第８の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図１４は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【０１２２】
前述の第７の実施の形態における光源装置においては、図１４に示すように、反射面６を支持している支持体２９の裏面に、冷却機構を設けてもよい。すなわち、この実施の形態においては、反射面６を支持する支持体２９には、冷却機構となるヒートシンク構造３１が設けられている。このヒートシンク構造３１は、支持体２９に植設された複数の冷却フィンを有して構成されている。このヒートシンク構造３１は、熱伝導性に優れている材料、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料から形成されている。
【０１２３】
この光源装置においては、反射面６に光が入射することによって反射面６において生じた熱が、支持体２９及びヒートシンク構造３１を経て外方に放出されるため、反射面６の温度上昇が抑えられる。
【０１２４】
なお、この実施の形態においても、反射面６の支持体２９は、反射膜の形成が可能で、耐熱性、熱伝導性、もしくは、両方の特性を備えている材質により形成することが好ましい。耐熱性が優れている材料としては、例えば、硝子材（「ＢＫ７」、「Ｂ２７０」など）や、セラミックス、また、熱伝導性に優れている材料としては、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料が挙げられる。また、金属材料からなる支持体２９の表面を研磨して反射面６とすることにより、反射率、耐熱性及び熱伝導性の優れたものを実現することも可能である。支持体２９を金属材料により形成すれば、この支持体２９に一体的にヒートシンク構造３１を形成することができる。
【０１２５】
図１５は、本発明に係る光源装置の第８の実施の形態における他の構成を示す断面図である。なお、図１５は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【０１２６】
さらに、この光源装置おいては、図１５に示すように、反射面６を支持している支持体２９に冷却機構を直接設けずに、支持体２９の裏面に貼着したグラファイトシート３２などによって、図示しない冷却機構（ヒートシンクなど）に支持体２９の熱を伝導させるようにしてもよい。グラファイトシート３２は、石墨（Graphite）結晶からなるシートであり、特定の一方向への熱伝導性に優れている。支持体２９の熱は、このグラファイトシート３２を経て、ヒートシンクなど冷却機構に効率良く伝導される。
【０１２７】
この光源装置においても、反射面６に光が入射することによって反射面６において生じた熱が、支持体２９、グラファイトシート３２及び冷却機構を経て外方に放出されるため、反射面６の温度上昇が抑えられる。
【０１２８】
ここで、反射面６の反射材料の反射率が、例えば、９８％であるとする（光吸収率は２％）。そして、反射面６における光の反射回数が５回であるとすると、９８％の５乗、すなわち、９０％の反射率となり、１０％の光は、反射面６の反射材料に吸収される。光が１０Ｗのパワーを持っているとすると、１Ｗの光が反射材料に熱として吸収されることになる。この熱が光学素子２２に蓄積される場合には、光学素子２２の重さが０．０２５ｇ（４ｍｍ×２．５ｍｍ×１ｍｍ×比重２．５）とし、比熱が０．７（Ｊ／ｇＫ）とすると、１秒間に、以下に示す温度上昇が生ずる。
（１×１）／（０．７×０．０２５）  ＝  １３．４（Ｋ）
【０１２９】
つまり、光学素子２２から熱が逃げないとすると、光学素子２２の温度は、１秒間に１３．４℃ずつ上昇することになる。この場合、最終的には、光学素子２２の変形、破壊、融解などが生じてしまう。
【０１３０】
この光源装置においては、前述のように、反射面６の支持体２９に設けたヒートシンク構造３１により、または、グラファイトシート３２を介して冷却機構により、反射面６において生じた熱が外方に逃がされ、また、反射面６と光学素子２２との間は、空気など断熱性の高い媒質で満たされているので、光学素子２２への熱の影響を極力抑えることができる。
【０１３１】
なお、この第８の実施の形態においても、第５の面５においては、光学素子２２内の媒質の屈折率が周囲の媒質よりも屈折率が高いため、内面反射が起こり、光学素子２２内の光束が全て外方側に射出されるわけではない。そのため、この光源装置においても、前述の各実施の形態と同様に、光学素子２２の第５の面において光学素子２２に一体的に連続させて、光学素子２２から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されたライトパイプを設けることが望ましい。このライトパイプの形状及び構造については、前述した各実施の形態におけるライトパイプ８と同様とすることができる。
【０１３２】
また、この第８の実施の形態においても、前述の各実施の形態と同様に、第４の面４は、この第４の面４の第５の面５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている筒面等の曲面とすることができる。この場合においては、反射面６は、第４の面４に沿った曲面とすることが望ましい。
【０１３３】
〔光源装置の第９の実施の形態〕
図１６は、本発明に係る光源装置の第９の実施の形態における構成を示す断面図である。なお、図１６は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【０１３４】
この光源装置においては、前述の光源装置の構成において、光学素子２２の第４の面４に反射材料からなる反射面を形成し、または、図１６に示すように、この第４の面４に略平行に、反射面６を配置している。この反射面６と第４の面４との間は、光学素子２２の内部を満たしている媒質の屈折率以下の屈折率を有する媒質により満たされた微小空間となっている。第４の面４、または、反射面６の第４の面４に対向する表面には、反射材料として、反射率が波長選択性を有する材料の膜、例えば、誘電体膜が形成され、ダイクロックミラーとなっている。誘電体膜からなるダイクロックミラーは、特定の波長帯域、例えば、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、または、Ｂ（青色光）のいずれかの波長帯域の光を反射する。図１６では、反射面６は、Ｇ（緑色光）の波長帯域の光を反射している。
【０１３５】
図１７は、固体発光素子の発光波長分布を示すグラフである。
【０１３６】
固体発光素子２１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、その発光波長分布（分光分布）は、例えば、緑色のＬＥＤでは、図１７に示すように、それぞれ４０ｎｍくらいの半値幅があり、かつ、半値幅のばらつきも存在する。主波長についても、５２８ｎｍから±８ｎｍ程度のばらつきがある。そのため、波長のばらつきによって、Ｇ（緑色光）といっても、青緑から黄緑までの変化があり、また、半値幅のばらつきによって、色純度も様々である。このようなばらつきが各色（ＲＧＢ）について存在し、「ＨＤＴＶ」規格や「ＮＴＳＣ」規格における３原色として用いるには、固体発光素子２１の発光波長分布をコントロールし、規格に適応させる必要がある。
【０１３７】
図１８は、ダイクロックミラーによる分光制限を示すグラフである。
【０１３８】
この実施の形態においては、反射面６としてダイクロックミラーを使用していることにより、固体発光素子２１から射出される光を高効率で反射することができ、かつ、図１８に示すように、固体発光素子２１からの光の分光分布に制限を与え、色のばらつきを抑え、色純度を向上させることが可能となる。図１８では、イエローダイクロックミラーにより、５００ｎｍ以下の帯域の反射を制限する（すなわち、透過させる）様子を示している。図１８に示すように、Ｇ（緑色光）については、制限を与える波長帯域を、Ｇ（緑色光）よりも短波長側とすることにより、明るさの減少を最小限に留めることができる。
【０１３９】
また、Ｒ（赤色光）及びＢ（青色光）についても、ダイクロックミラーにより、所定の帯域の反射を制限することにより、色のばらつきを抑え、色純度を向上させることが可能となる。Ｂ（青色光）については、制限を与える波長帯域を、Ｂ（青色光）よりも長波長側（５００ｎｍ以上）とすることにより、明るさの減少を最小限に留めて色純度を向上させることができる。
【０１４０】
この光学装置においては、第４の面４において全反射されずに、この第４の面４を透過した光は、反射面６によって反射されて、光学素子２２内に戻される。また、光学素子２２内に戻された光の多くは、さらに固体発光素子２１にまで戻される。したがって、固体発光素子２１より発せられた光は、第１乃至第４の面１，２，３，４、固体発光素子２１の反射膜２１ａ及び反射面６のいずれかによって多重反射された後、あるいは、これら第１乃至第４の面１，２，３，４、反射膜２１ａ及び反射面６によって反射されずに、第５の面５より外方に射出される。
【０１４１】
この光学装置において、第４の面４に反射材料を設けない場合には、この第４の面４が光の入射によって加熱されることが抑えられる。
【０１４２】
なお、光学素子２２の第１の面１、または、第４の面４で全反射が生ずる条件は、前述したように、その面に対する光線の入射角をθとし、光学素子２２の外方の媒質の屈折率をｎとし、光学素子２２内の媒質の屈折率をｎ´とすると、以下のように示される。
sinθ＝ｎ／ｎ´
【０１４３】
例えば、光学素子２２の外部の媒質は、空気であるとすると、ｎ＝１であり、光学素子２２の内部の媒質は、硝材「ＢＫ７」であるとすると、ｎ′＝１．５１であり、θは、約４１°となる。すなわち、光学素子２２の内部において、第１の面１、または、第４の面４に対する光線の入射角θが４１°以上である光は、すべてその面において全反射される。したがって、固体発光素子２１の反射膜２１ａの反射率が低い場合でも、第１の面１において全反射される光があるため、第５の面５に効率よく光を集光させることができる。
【０１４４】
なお、この第９の実施の形態においても、第５の面５においては、光学素子２２内の媒質の屈折率が周囲の媒質よりも屈折率が高いため、内面反射が起こり、光学素子２２内の光束が全て外方側に射出されるわけではない。そのため、この光源装置においても、前述の各実施の形態と同様に、光学素子２２の第５の面において光学素子２２に一体的に連続させて、光学素子２２から離れるにつれて拡径されたテーパ形状に形成されたライトパイプを設けることが望ましい。このライトパイプの形状及び構造については、前述した各実施の形態におけるライトパイプ８と同様とすることができる。光学素子２２の第５の面に連続させてライトパイプを設ける場合には、光学素子２２の第４の面４に連続するライトパイプ８の一の面にも、第４の面４と同様に、誘電体膜からなる反射面を形成してもよい。
【０１４５】
また、この第９の実施の形態においても、前述の各実施の形態と同様に、第４の面４は、この第４の面４の第５の面５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている筒面等の曲面とすることができる。この場合においては、反射面６は、第４の面４に沿った曲面とすることが望ましい。
【０１４６】
〔光学素子の製造方法〕
前述のような光源装置において、固体発光素子２１からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することにより、固体発光素子２１における単位面積あたりの発光光量を増加させることなしに、照明効率を向上させるためには、光学素子２２の形状精度を高精度に維持する必要がある。特に、光学素子２２において第１の面１と第４の面４との間の鋭角のエッジ部は、カケが発生し易く、加工及び加工後の取扱いが困難である
図１９は、本発明に係る光源装置の光学素子の製造方法を説明する断面図である。なお、図１９は、縦断面図であるため、第２及び第３の面２，３については、第３の面３のみが表され、第２の面２については、断面の手前側となるため、表されない。
【０１４７】
そこで、この実施の形態における光源装置では、図１９に示すように、第４の面４に、保護部材２９を貼り付けることによって、第４の面４と第１の面１との間の鋭角の頂角を保護するようにしている。この保護部材２９は、光学素子２２と同一、または、同様の材料によって、平板状に形成されている。この保護部材２９は、第４の面４上に反射面を形成した後に、この反射面上に貼り付ける。保護部材２９の貼り付けに使用する接着剤は、前述したように、合成樹脂材料に対しては、ＵＶ硬化型アクリル系接着剤、光学ガラスに対しては、ＵＶ熱併用硬化型エポキシ系接着剤やＵＶ硬化型エポキシ系接着剤などを使用することができる。
【０１４８】
なお、第４の面４上に反射面は、保護部材２９を貼り付ける場合においては、予め保護部材２９の側に形成しておくようにしてもよい。すなわち、反射面を形成しない第４の面４上に、反射面が形成された保護部材２９を、反射面が形成された側の面を第４の面４に向けて貼り付けることにより、第４の面４と保護部材２９との間に反射面が形成された状態となる。
【０１４９】
また、光学素子２２を合成樹脂材料により射出成型によって形成する場合には、第１の面１及び第４の面４は射出成型後の後加工をなされないので、図１９に示すように、第１の面１及び第４の面４の形状が形成された後に、保護部材２９を貼り付けることになる。
【０１５０】
図２０は、本発明に係る光源装置の光学素子の製造方法の他の例を説明する断面図である。
【０１５１】
一方、光学素子２２を光学ガラスにより研磨して形成する場合には、図２０に示すように、第４の面４が形成された後に、この第４の面４に保護部材２９を貼り付け、この保護部材２９の縁部分と第１の面１とを共に研削して第１の面１を形成するようにしてもよい。
【０１５２】
なお、光学素子２２を合成樹脂材料により射出成型によって形成する場合においても、第４の面４に保護部材２９を貼り付けた後に、保護部材２９の縁部分と第１の面１とを共に研磨し、第１の面１を後加工するようにしてもよい。
【０１５３】
図２１は、本発明に係る光源装置の光学素子の製造方法のさらに他の例を説明する断面図である。
【０１５４】
そして、第４の面４が曲面である場合には、図２１に示すように、この第４の面４の形状に合わせた形状を有する保護部材２９を作成して、第４の面４上に貼り付けるようにする。
【０１５５】
また、第４の面４が曲面である場合には、保護部材２９を紫外線硬化樹脂材料や熱硬化樹脂材料によって形成することとし、第４の面４上に未硬化の樹脂材料を盛り上げて塗布した後、この樹脂材料を硬化させるようにしてもよい。
【０１５６】
このような製造方法を採用することにより、この光源装置において、光学素子２２における第１の面１と第４の面４との間の鋭角のエッジ部のカケを防止し、加工及び加工後の取扱いを容易とするとともに、光学素子２２の形状精度を高精度に維持し、固体発光素子２１からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することにより、固体発光素子２１における単位面積あたりの発光光量を増加させることなしに、照明効率を向上させることができる。
【０１５７】
〔画像表示装置の第１の実施の形態〕
図２２は、本発明に係る画像表示装置３０の実施の形態における構成を示す平面図である。
【０１５８】
本発明に係る画像表示装置３０は、図２２に示すように、前述した本発明に係る光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、この光源装置から射出された光によって照明される反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、これら反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを経た光が入射され、該反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの像を結像させる結像光学系１３とを備えて構成される。この画像表示装置３０は、各反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをこれら反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応された光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにより照明し、各反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを経た変調光を色合成して結像させ、カラー画像の表示を行う画像表示装置である。
【０１５９】
各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおいて、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部を用いる場合には、赤色光を発する光源装置１１Ｒにおける反射部は、Ｒ（赤色光）を反射するものとし、緑色光を発する光源装置１１Ｇにおける反射部は、Ｇ（緑色光）を反射するものとし、青色光を発する光源装置１１Ｂにおける反射部は、Ｂ（青色光）を反射するものとする。
【０１６０】
各反射型空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分をそれぞれ表示し、これら画像に応じて照明光を偏光変調させる。この実施の形態においては、各空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、反射型のものであり、入射された照明光を偏光変調して反射する。
【０１６１】
各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、前述したように、固体発光素子と第１乃至第５の面とを有して構成され、第５の面に延長してロッドインテグレータ８が設けられて構成されている。各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおいて、固体発光素子は、ヒートシンク２０上に設けられている。
【０１６２】
各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、赤色成分の画像の表示する反射型空間光変調素子１０Ｒを赤色の照明光で照明し、緑色成分の画像の表示する反射型空間光変調素子１０Ｇを緑色の照明光で照明し、青色成分の画像の表示する反射型空間光変調素子１０Ｂを青色の照明光で照明する。
【０１６３】
赤色用の光源装置１１Ｒから発せられた照明光は、リレーレンズ１２Ｒ、フィールドレンズ１３Ｒ及びワイヤグリッド１４Ｒを経て、赤色用の反射型空間光変調素子１０Ｒに入射される。赤色の照明光は、反射型空間光変調素子１０Ｒによって赤色成分の画像信号に応じて偏光変調されて反射され、ワイヤグリッド１４Ｒにより反射され、赤色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。
【０１６４】
また、青色用の固体発光素子２１１Ｂから発せられた照明光は、リレーレンズ１２Ｂ、フィールドレンズ１３Ｂ及びワイヤグリッド１４Ｂを経て、青色用の反射型空間光変調素子１０Ｂに入射される。青色の照明光は、反射型空間光変調素子１０Ｂによって青色成分の画像信号に応じて偏光変調されて反射され、ワイヤグリッド１４Ｂにより反射され、青色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。
【０１６５】
そして、緑色用の固体発光素子２１１Ｇから発せられた照明光は、リレーレンズ１２Ｇ、フィールドレンズ１３Ｇ及びワイヤグリッド１４Ｇを経て、緑色用の反射型空間光変調素子１０Ｇに入射される。緑色の照明光は、反射型空間光変調素子１０Ｇによって緑色成分の画像信号に応じて偏光変調されて反射され、ワイヤグリッド１４Ｇにより反射され、緑色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。
【０１６６】
色合成プリズム１５に入射された赤色、緑色及び青色の画像光は、色合成されて、結像光学系となる投射レンズ１６に入射される。この投射レンズ１６は、各色の画像光を図示しないスクリーン上に投射し、拡大して結像させて、画像表示を行う。
【０１６７】
〔画像表示装置の第２の実施の形態〕
図２３は、本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す平面図である。
【０１６８】
また、本発明に係る画像表示装置３０は、各空間光変調素子として、透過型のものを用いて構成してもよい。
【０１６９】
すなわち、この画像表示装置３０は、図２３に示すように、前述した本発明に係る光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、この光源装置から射出された光によって照明される透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂと、これら透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを経た光が入射され、該透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの像を結像させる結像光学系１３とを備えて構成される。この画像表示装置３０は、各透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂをこれら透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂに対応された光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにより照明し、各透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを経た変調光を色合成して結像させ、カラー画像の表示を行う画像表示装置である。
【０１７０】
各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおいて、フォトニック結晶からなる微細構造による反射部を用いる場合には、赤色光を発する光源装置１１Ｒにおける反射部は、Ｒ（赤色光）を反射するものとし、緑色光を発する光源装置１１Ｇにおける反射部は、Ｇ（緑色光）を反射するものとし、青色光を発する光源装置１１Ｂにおける反射部は、Ｂ（青色光）を反射するものとする。
【０１７１】
各透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂは、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分をそれぞれ表示し、これら画像に応じて照明光を偏光変調させる。この実施の形態においては、各空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂは、透過型のものであり、入射された照明光を偏光変調して透過させる。
【０１７２】
各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、前述したように、固体発光素子と第１乃至第５の面とを有して構成され、第５の面に延長してロッドインテグレータ８が設けられて構成されている。ロッドインテグレータ８の射出面は、凸の曲率を有するレンズ形状となっている。なお、このレンズ形状は、透過型空間光変調素子１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂのサイズや結像光学系のＦナンバーに最適化されることによって、凹の曲率を有するものとなったり、あるいは、平面となることもある。各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおいて、固体発光素子は、ヒートシンク２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ上に設けられている。
【０１７３】
各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、赤色成分の画像の表示する透過型空間光変調素子１８Ｒを赤色の照明光で照明し、緑色成分の画像の表示する透過型空間光変調素子１８Ｇを緑色の照明光で照明し、青色成分の画像の表示する透過型空間光変調素子１８Ｂを青色の照明光で照明する。
【０１７４】
赤色用の光源装置１１Ｒから発せられた照明光は、偏光板１７Ｒを経て直線偏光となされて、赤色用の透過型空間光変調素子１８Ｒに入射される。赤色の照明光は、透過型空間光変調素子１８Ｒによって赤色成分の画像信号に応じて偏光変調されて透過し、赤色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。
【０１７５】
また、青色用の固体発光素子２１１Ｂから発せられた照明光は、偏光板１７Ｇを経て直線偏光となされて、青色用の透過型空間光変調素子１８Ｂに入射される。青色の照明光は、透過型空間光変調素子１８Ｂによって青色成分の画像信号に応じて偏光変調されて透過し、青色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。
【０１７６】
そして、緑色用の固体発光素子２１１Ｇから発せられた照明光は、偏光板１７Ｂを経て直線偏光となされて、緑色用の透過型空間光変調素子１８Ｇに入射される。緑色の照明光は、透過型空間光変調素子１８Ｇによって緑色成分の画像信号に応じて偏光変調されて透過し、緑色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。
【０１７７】
色合成プリズム１５に入射された赤色、緑色及び青色の画像光は、色合成されて、結像光学系となる投射レンズ１６に入射される。この投射レンズ１６は、各色の画像光を図示しないスクリーン上に投射し、拡大して結像させて、画像表示を行う。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る光源装置における固体発光素子の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る光源装置の第１の実施の形態においてライトパイプを設けた構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における第５の面及びライトパイプの射出端面におけるコーンアングル分布を示す正面図である。
【図６】本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における他の構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る光源装置の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図９】本発明に係る光源装置の第３の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る光源装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る光源装置の第５の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る光源装置の第６の実施の形態における構成を示す平面図である。
【図１３】本発明に係る光源装置の第７の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る光源装置の第８の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る光源装置の第８の実施の形態における他の構成を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る光源装置の第９の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図１７】固体発光素子の発光波長分布を示すグラフである。
【図１８】ダイクロックミラーによる分光制限を示すグラフである。
【図１９】本発明に係る光源装置の光学素子の製造方法を説明する断面図である。
【図２０】本発明に係る光源装置の光学素子の製造方法の他の例を説明する断面図である。
【図２１】本発明に係る光源装置の光学素子の製造方法のさらに他の例を説明する断面図である。
【図２２】本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す平面図である。
【図２３】本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す平面図である。
【図２４】従来の光源装置（フライアイインテグレータ）の構成を示す側面図である。
【図２５】従来の光源装置（ロッドインテグレータ）の構成を示す側面図である。
【図２６】従来の光源装置（拡大テーパ状ライトパイプ）の構成を示す側面図である。
【図２７】従来の光源装置（縮小テーパ状ライトパイプ）の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１７９】
１    第１の面
２    第２の面
２ａ  第２の面の一側縁部
３    第３の面
３ａ  第３の面の一側縁部
４    第４の面
４ａ  第４の面の側縁部
５    第５の面
６    反射面
８    ライトパイプ
８ａ  射出端面
１０Ｒ  反射型空間光変調素子
１０Ｇ  反射型空間光変調素子
１０Ｂ  反射型空間光変調素子
１１Ｒ  光源装置
１１Ｇ  光源装置
１１Ｂ  光源装置
１６Ｂ  投射レンズ
１７Ｒ  偏光板
１７Ｇ  偏光板
１７Ｂ  偏光板
１８Ｒ  透過型空間光変調素子
１８Ｇ  透過型空間光変調素子
１８Ｂ  透過型空間光変調素子
２１    固体発光素子
２１ａ  反射膜
２２    光学素子
２４    四分の一波長板
２５    反射型偏光板
２６    レンズ
２７    循環パイプ
２８    熱交換装置
２９    保護部材
３０    画像表示装置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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