(57)【要約】【課題】光を有効に利用でき、明るい照明光を供給できる固体光源照明装置、及びこの固体光源照明装置を備えるプロジェクタを提供すること。【解決手段】光を供給する、例えばエレクトロルミネッセンス素子からなる固体発光部１０２と、固体発光部１０２の近傍に設けられた第１の反射部１０３と、固体発光部１０２と第１の反射部１０３とを取り囲むように設けられている、例えば硝子部材で構成されるレンズ部１０４と、レンズ部１０４の周辺部に設けられ、少なくとも固体発光部１０２と第１の反射部１０３との一方からの光を反射する第２の反射部１０５とを有する。第２の反射部材１０５は、レンズ部１０４に直接形成すること、又は別体の凹面鏡部を固着させることの何れでも良い。【選択図】      図１
2004228143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を供給する固体発光部と、
前記固体発光部の近傍に設けられた第１の反射部と、
前記固体発光部と前記第１の反射部とを取り囲むように設けられているレンズ部と、
前記レンズ部の周辺部に設けられ、少なくとも前記固体発光部と前記第１の反射部との一方からの光を反射する第２の反射部とを有することを特徴とする固体光源照明装置。
【請求項２】
前記レンズ部は、略半球形状を有し、
前記固体発光部は、前記半球形状の中心部近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体光源照明装置。
【請求項３】
前記第２の反射部は、前記略半球形状の前記レンズ部の周辺部に形成された反射膜であることを特徴とする請求項２に記載の固体光源照明装置。
【請求項４】
前記第２の反射部は、前記略半球形状の前記レンズ部の前記周辺部に設けられている円環状の反射鏡であることを特徴とする請求項２に記載の固体光源照明装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体光源照明装置と、
前記固体光源照明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、
前記空間光変調装置により変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体光源照明装置を有することを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードのような固体光源を用いる固体光源照明装置、及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）のような固体発光素子を備える固体光源照明装置１０００は、図８（ａ）で示すように基板１００１上に固体発光素子１００２が形成されている。固体発光素子１００２の周囲は硝子部１００３で覆われている。硝子部１００３は、光学的に透明な部材であれば透明樹脂部材などで構成しても良い。ここで、光が射出する側の硝子部１００３の面１００３ａが平面の場合、面１００３ａで全反射が生じ、固体発光素子１００２からの光を有効に利用するのが困難である。このため、図８（ｂ）に示すように、硝子部１００４を略半球形状とすることも知られている。固体発光素子１００２は、半球形状の硝子部１００４の略中心近傍に配置される。このため、固体発光素子１００２からの光は、硝子部１００４と空気との界面部分で全反射を生じない。固体発光素子１００２からの光は全て硝子部１００４から射出できるため、固体光源照明装置１１００は、図８（ａ）に示す構成の固体光源照明装置１０００よりは光を有効に射出できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固体光源照明装置１１００からの光は、半球形状の硝子部１００４から空間のあらゆる方向へ発散して射出してしまう。このため、図９に示すように、コンデンサレンズ１００５により、発散光を平行光に変換することが望ましい。これにより、固体光源照明装置１２００からの光のうち、コンデンサレンズ１００５を透過した光Ｌａは、有効に利用できる。これに対して、コンデンサレンズ１００５の開口数が限られているので、コンデンサレンズ１００５に入射できない光Ｌｂは、利用されない。このため、固体発光素子１００２からの光を有効に利用できないため問題である。
【０００４】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、光を有効に利用でき、明るい照明光を供給できる固体光源照明装置、及びこの固体光源照明装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光を供給する固体発光部と、前記固体発光部の近傍に設けられた第１の反射部と、前記固体発光部と前記第１の反射部とを取り囲むように設けられているレンズ部と、前記レンズ部の周辺部に設けられ、少なくとも前記固体発光部と前記第１の反射部との一方からの光を反射する第２の反射部とを有することを特徴とする固体光源照明装置を提供できる。これにより、第１の反射部及び第２の反射部により、固体発光部からの光を反射させて射出させることができる。このため、固体発光部からの光を有効に利用でき、明るい照明光を得ることができる。
【０００６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記レンズ部は、略半球形状を有し、前記固体発光部は、前記略半球形状の中心部近傍に設けられていることが望ましい。半球形状の中心部近傍から発した光は、レンズ部に形成された第２の反射部により、再び中心部近傍に反射される。中心部近傍に戻された光は、中心部近傍に設けられている第１の反射部で反射される。これにより、さらに効率良く光を固体光源照明装置から射出させることができる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第２の反射部は、前記略半球形状の前記レンズ部の周辺部に形成された反射膜であることが望ましい。これにより、レンズ部の表面に直接反射部を形成することで、構成部品数を低減できるため、固体光源照明装置の製造コストを安価にできる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第２の反射部は、前記略半球形状の前記レンズ部の前記周辺部に設けられている円環状の反射鏡であることが望ましい。これにより、第２の反射部のみを独立して、簡便に製造できる。
【０００９】
また、本発明によれば、上述の固体光源照明装置と、前記固体光源照明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、前記空間光変調装置により変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、明るい投写像を得ることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、上述の固体光源照明装置を有することを特徴とする光学装置を提供できる。これにより、光学装置がプリンタの場合、ノイズの少ない印字を行うことができる。また、光学装置がライトの場合、明るい光を供給できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体光源照明装置１００の概略構成を示す図である。基板１０１上に設けられた固体発光部１０２は、光を供給する。固体発光部１０２として、ＬＥＤを用いることができる。固体発光部１０２は、固体発光部１０２の上面、下面、側面の方向、即ち図１において、上下、左右、前後のあらゆる方向へ光を射出する。そして、固体発光部１０２の近傍には第１の反射部１０３が設けられている。さらに、硝子部材又は透明樹脂部材で構成されているレンズ部１０４が、固体発光部１０２と第１の反射部１０３とを取り囲むように設けられている。
【００１２】
レンズ部１０４は、略半球形状を有する。そして、固体発光部１０２は、半球形状の中心部近傍に設けられている。これにより、固体発光部１０２からの光は、レンズ部１０４と空気との界面で全反射することなくこと全て射出できる。
第２の反射部１０５が、レンズ部１０４の周辺部に設けられている。第２の反射部１０５は、固体発光部１０２と第１の反射部１０３との少なくとも一方からの光を反射する。第２の反射部１０５は、略半球形状のレンズ部１０４の周辺部に形成された反射膜である。第２の反射部１０５として、レンズ部１０４に直接、反射膜を形成することで、容易に高反射率を得られると共に、少ない構成部品で固体光源照明装置を製造できる。この製法によれば、反射部１０５はレンズ部１０４の開口を規定する。なお、反射膜の形成方法については後述する。
【００１３】
本実施形態における光の経路を説明する。まず、光Ｌ１は、固体発光部１０２から射出し、第１の反射部１０３及び第２の反射部１０５を経由せずに、レンズ部１０４内を進行し、射出面１０４ａから射出する。光Ｌ２は、固体発光部１０２を射出し、第１の反射部１０３で反射される。第１の反射部１０３で反射された光Ｌ２は、レンズ部１０４内を進行し、射出面１０４ａから射出する。さらに、光Ｌ３は、固体発光部１０２を射出し、第２の反射部１０５で反射される。第２の反射部１０５で反射された光Ｌ３は、第１の反射部１０３でさらに反射される。第１の反射部１０３で反射された光Ｌ３は、レンズ部１０４内を進行し、射出面１０４ａから射出する。
【００１４】
本実施形態によれば、固体発光部１０２からの光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を射出面１０４ａから射出できる。このため、光を特定の方向へ有効に導くことができるので、光を有効に利用でき、明るい照明光を供給できる。また、上述の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で示した光路に限られず、第１の反射部１０３、第２の反射部１０５との間で複数回の反射を繰り返し、最終的に射出面１０４ａから射出する光も存在する。第１、第２の反射部が高反射率を有している場合、複数回の反射をして射出する光の十分な強度を有して射出面１０４ａから射出できる。このため、光の利用効率をさらに高めることができる。このように、第１の反射部１０３及び第２の反射部１０５は、固体発光部１０２からの光の角度変換を行うことで射出面１０４ａから光が射出できるようにする機能を有している。
【００１５】
また、固体発光部１０２の近傍には、例えば、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤなどが設けられている。金（Ａｕ）は高反射率を有する。このため、ボンディングワイヤに第１の反射部１０３の機能を兼用させることもできる。この場合、第１の反射部１０３を設ける必要がないため、製造コストを低減できる。
【００１６】
図２は、本発明に係る固体光源照明装置の製造工程を示す図である。図２（ａ）において、球の中心近傍に中空部を有する半球形状のレンズ部１０４を形成する。図２（ｂ）において、レンズ部１０４の射出面とする領域にマスク２００を印刷又は貼付する。図２（ｃ）において、例えば、高反射率を有するアルミニューム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）からなる第２の反射部１０５を、レンズ部１０４の外周面の全面にわたってマスク蒸着又はマスク・スパッタリング等により形成する。図２（ｄ）において、マスク２００を第２をレンズ部１０４から除去する。このとき、マスク２００上に形成されている第２の反射部１０５も除去される。図２（ｅ）において、基板１０１上に固体発光部１０２を形成する。固体発光部１０２としては、例えばエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子を用いることができる。固体発光部１０２の近傍には高反射率を有する第１の反射部２０３を設ける。なお、図２（ｅ）における、第２の反射部２０３の形状は、図１に示した第２の反射部１０３の形状と異なる。このように、固体発光部１０２の近傍に設けられる反射部は、固体発光部１０２から射出する光をレンズ部１０４又は第２の反射部１０５の方向へ反射させる形状を有していれば良い。図２（ｆ）において、レンズ部１０４の中空部に透明樹脂を注入し、基板１０１とレンズ部１０４とを固着させる。
【００１７】
（第２実施形態）
図３（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る固体光源照明装置３００の概略構成を示す図である。本実施形態では第２の反射部３０５が上記第１実施形態と異なる。上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。上記第１実施形態では、図２で説明したように、第２の反射部１０５は、Ａｌの反射膜を形成することで構成されている。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように第２の反射部３０５は、略半球形状のレンズ部１０４の周辺部に設けられている円環状の反射鏡である。第２の反射部３０５は、固体発光部１０２の位置が球心と略一致するような凹面鏡部Ｍ１を有する。また、固体発光部１０２からの光が射出する部分には開口部ＡＰが設けられている。第２の反射部３０５の凹面鏡部Ｍ１は、ダイヤモンド工具による切削加工、又はプレス加工等により製造できる。これにより、第２の反射部３０５のみを独立して、簡便に製造できる。
【００１８】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係るプロジェクタ４００の概略構成を示す図である。上記各実施形態１００、３００に係る固体光源照明装置１００と、固体光源照明装置１００からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置４１１と、空間光変調装置４１１により変調された光を投写する投写レンズ４１２とを有する。
【００１９】
固体光源照明装置１００からの光は、コンデンサレンズ４１０に入射する。コンデンサレンズ４１０は、固体光源照明装置１００からの光を略平行光に変換して射出する。ここで、固体光源照明装置１００の射出面１０４ａから射出する光の開口数は、コンデンサレンズ４１０の入射側の開口数より大きいことが望ましい。これにより、コンデンサレンズ４１０は、固体光源照明装置１００からの光を全て取り込むことができるため、有効に光を利用できる。
【００２０】
コンデンサレンズ４１０を透過した光は、空間光変調装置４１１に入射する。空間光変調装置４１１は、透過型の液晶表示装置を用いることができる。空間光変調装置４１１で変調された光は、投写レンズ４１２により、スクリーン４１３に投写される。固体光源照明装置１００は光を有効に利用でき、明るい照明光を供給できるため、プロジェクタ４００では明るい投写像を得られる。
【００２１】
本実施形態では、固体発光部１０２は、複数のＥＬ素子から構成される。複数のＥＬ素子は、赤色光（以下、「Ｒ光」という）用のＥＬ素子１０２Ｒと、緑色光（以下、「Ｇ光」という）用のＥＬ素子１０２Ｇと、青色光（以下、「Ｂ光」という）用のＥＬ素子１０２Ｂとからなる。映像の１フレーム間で、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用のＥＬ素子１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂを順次点灯させて空間光変調装置４１１を照明する。Ｒ光とＧ光とＢ光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の光束量に対して６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｒ光用、Ｂ光用、及びＧ光用の各ＥＬ素子を同数量ずつ配列した場合は、Ｇ光用のＥＬ素子１０２Ｇの点灯時間を、Ｒ光用、Ｂ光用のＥＬ素子１０２Ｒ、１０２Ｂの点灯時間よりも長くすることが望ましい。そして、観察者は、肉眼でＲ光とＧ光とＢ光とを積分した状態で認識できる。これにより、スクリーン４１３上にフルカラー像を投写する。なお、空間光変調装置４１１は、透過型の液晶表示装置に限られず、反射型の液晶表示装置を用いても良い。
【００２２】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係るプロジェクタ５００の概略構成を示す図である。上記各実施形態と同一の部分には同様の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、固体光源照明装置が、第１固体光源照明装置１００ＲＢと第２固体光源照明装置１００Ｇとから構成される。第１固体光源照明装置１００ＲＢは、Ｒ光用のＥＬ素子１０２ＲとＢ光用のＥＬ素子１０２Ｂとを有する。また、第２固体光源照明装置１００Ｇは、Ｇ光用のＥＬ素子１０２Ｇを有する。第１固体光源照明装置１００ＲＢと第２固体光源照明装置１００Ｇとは、投写レンズ４１２に関して略対称な位置に設けられている。第１固体光源照明装置１００ＲＢと第２固体光源照明装置１００Ｇとからの光は、照明レンズ５１０により、効率的に空間光変調装置５１１に導かれる。また、空間光変調装置５１１は、ティルトミラーデバイスを用いた反射型の空間光変調装置である。なお、従来のティルトミラーデバイスの例の一つは、テキサスインスツルメンツ社のＤＭＤである。ＤＭＤはテキサスインスツルメンツ社の商標である。
【００２３】
この構成により、第１固体光源照明装置１００ＲＢにはＧ光用のＥＬ素子１０２Ｇを設ける必要がない。このため、１つの固体光源照明装置にＲ光用、Ｇ光用及びＢ光用のＥＬ素子を設けるよりも小型の第１固体光源照明装置１００ＲＢを提供できる。また、第２固体光源照明装置１００Ｇには、Ｒ光用とＢ光用のＥＬ素子１０２Ｒ、１０２Ｂを設ける必要がない。このため、同様に小型の第２固体光源照明装置１００Ｇを提供できる。よって、１つの固体光源照明装置を小さくできるので、他の部材の配置に自由度を持たせることができる。
【００２４】
次に、各ＥＬ素子の点灯時間とタイミングについて説明する。Ｒ光とＧ光とＢ光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、上述のようにＧ光の光束量を全体の光束量に対して６０％から８０％程度にする必要がある。各色光のＥＬ素子を同一出力のものを同一数量設けると、Ｇ光の光束量が不足してしまう。このため、図６（ａ）に示すように、Ｇ光用のＥＬ素子１０２Ｇの点灯時間ＧＴを、Ｒ光用のＥＬ素子１０２Ｒの点灯時間ＲＴとＢ光用のＥＬ素子１０２Ｂの点灯時間ＢＴよりも長くする。
【００２５】
また、Ｒ光用のＥＬ素子１０２ＲとＧ光用のＥＬ素子１０２ＧとＢ光用ＥＬ素子１０２Ｂとの数量配分によっては、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にするため、Ｇ光の階調表現時間ＧＫを、Ｒ光階調表現時間ＲＫ及びＢ光階調表現時間ＢＫよりも長くしても良い。階調表現時間とは、空間光変調装置（ティルトミラーデバイス）が、それぞれの色光の強度（階調）を実現するために必要な時間期間である。この場合、図６（ｂ）に示すように、映像の階調をｎビット（ｎは正の整数）で表現すると、Ｇ光階調表現時間ＧＫの単位ビットの長さとＲ光又はＢ光の階調表現時間ＲＫ、ＢＫの単位ビットの長さとは異なる。
さらに、例えば、Ｇ光用のＥＬ素子１０２Ｇを、Ｒ光用のＥＬ素子１０２ＲやＢ光用のＥＬ素子１０２Ｂよりも多く配置する場合、Ｇ光用のＥＬ素子１０２Ｇの点灯時間は、他のＥＬ素子１０２Ｒ、１０２Ｂの点灯時間と同程度又はそれ以下に短くすることもできる。
【００２６】
また、第１固体光源照明装置１００ＲＢは、空間光変調装置５１１の反射ミラー素子（不図示）が第１の反射位置にあるときは、当該反射ミラー素子への入射光を投写レンズ４１２の方向に反射し、反射ミラー素子が第２の反射位置にあるときは、入射光を投写レンズ４１２以外の方向に反射するような位置に設けられている。さらに、第２固体光源照明装置１００Ｇは、反射ミラー素子が第１の反射位置にあるときは、入射光を投写レンズ４１２以外の方向に反射し、反射ミラー素子が第２の反射位置にあるときは、入射光を投写レンズ４１２の方向に反射するような位置に設けられている。
【００２７】
即ち、Ｇ光を投写レンズ４１２の方向へ導くときの反射ミラー素子の反射位置（第２の反射位置）と、Ｒ光又はＢ光を投写レンズ４１２の方向へ導くときの反射ミラー素子の反射位置（第１の反射位置）とは反対の位置状態である。このため、図６（ａ）の駆動極性反転時間に示すように、反射ミラー素子の駆動極性は、Ｇ光用のＥＬ素子１０２Ｇと、Ｒ光用のＥＬ素子１０２Ｒ又はＢ光用のＥＬ素子１０２Ｂとで反転させている。
【００２８】
（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態に係るプリンタ７００の概略構成を示す図である。上記第１、第２実施形態と同様の構成の固体光源照明装置７０１からの光は、反射型のティルトミラーデバイス７０２に入射する。ティルトミラーデバイス７０２は、不図示の制御部からの信号に基づいて、光のＯＮ又はＯＦＦにより感光ドラム７０３上に光を反射させる。感光ドラム７０３の表面は、予め帯電ロール７０４の負電荷により均一な負の静電気を帯びている。そして、光が照射された感光ドラム７０３上の部分（画像に相当する部分）だけ負の電荷が弱まる。これにより、感光ドラム７０３上に静電潜像（プリントイメージ）が形成される。次に、負に帯電されたトナーは、感光ドラム７０３上の負の電荷が弱い部分に引きつけられて、感光ドラム７０３上にトナー像を形成する。感光ドラム７０３に密着した用紙Ｐの裏側から転写ロール７０５により正の電荷が与えられる。これにより、トナーは用紙Ｐに転写される。そして、用紙Ｐから正の電荷が奪われると用紙Ｐが感光ドラム７０３から剥離する。用紙Ｐの転写されたトナーは、定着部であるヒートロール７０６の熱で溶ける。同時に、プレッシャーロール７０７で圧力を受けて用紙Ｐに定着される。感光ドラム７０３表面に残った残留トナーは、クリーニングブレード７０８により掃き落とされる。そして、感光ドラム７０３は帯電ロール７０４により、電気的に均一に負に帯電される。この一連の手順を繰り返して用紙Ｐに印字することができる。これにより、小型なプリンタを得られる。また、光を効率良く感光ドラム７０３に照射できる。この結果、Ｓ／Ｎ比が高くノイズの少ない印字を行うことができる。
【００２９】
上記各実施形態における固体光源照明装置は、略半球形状のレンズ部を有しているが、これに限られず、非球面形状を有していても良い。特に、射出面１０４ａを非球面とすることで、特定の方向へ効率良く照明光を供給できる。また、本発明に係る固体光源照明装置は、プリンタなどの光学装置に限られず、懐中電灯、自転車、自動車のライトにも幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の固体光源照明装置の概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態の固体光源照明装置の製造工程を示す図。
【図３】第２実施形態の固体光源照明装置の概略構成を示す図。
【図４】第３実施形態のプロジェクタの概略構成を示す図。
【図５】第４実施形態のプロジェクタの概略構成を示す図。
【図６】第４実施形態の点灯タイミングを示す図。
【図７】第５実施形態の光学装置（プリンタ）の概略構成を示す図。
【図８】従来の固体光源照明装置の概略構成を示す図。
【図９】従来の他の固体光源照明装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１００  固体光源照明装置
１０１  基板
１０２  固体発光部
１０３  第１の反射部
１０４  レンズ部
１０４ａ  射出面
１０５  第２の反射部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  光
２００  マスク
２０３  第１の反射部
３００  固体光源照明装置
３０５  第２の反射部
Ｍ１  凹面鏡部
ＡＰ  開口部
４００  プロジェクタ
１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂ  ＥＬ素子
４１０  コンデンサレンズ
４１１  空間光変調装置
４１２  投写レンズ
４１３  スクリーン
５００  プロジェクタ
５１０  照明レンズ
５１１  空間光変調装置
７００  プリンタ
７０１  固体光源照明装置
７０２  空間光変調装置
７０３  感光ドラム
７０４  帯電ロール
７０５  転写ロール
７０６  ヒートロール
７０７  プレッシャーロール
７０８  クリーニングブレード
Ｐ  用紙
【図１】
2004228143.tif 000003
【図２】
2004228143.tif 000004
【図３】
2004228143.tif 000005
【図４】
2004228143.tif 000006
【図５】
2004228143.tif 000007
【図６】
2004228143.tif 000008
【図７】
2004228143.tif 000009
【図８】
2004228143.tif 000010
【図９】
2004228143.tif 000011