(57)【要約】【課題】発光ダイオードを用いつつ、低コストで光利用効率を向上することができる光源装置及びそれを用いた投写照明装置を提供する。【解決手段】光源装置４は、発光ダイオード１と、この発光ダイオード１の出射側に配置された放物面鏡２と、この放物面鏡２により反射された光束の断面内強度分布を均一化する均一化素子３とを備えている。放物面鏡２の焦点には、発光ダイオード１の発光部１ａが配置されている。発光ダイオード１から出射された発散光束は、放物面鏡２において略平行光束として反射され、均一化素子３及び照明光学系５を介して、被照明面に照射される。【選択図】　　　　図１
2004004401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を発散状態で出射する発光部を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの出射側に設けられ、前記発光ダイオードから出射された光束を略平行光束又は収束光束として反射する反射鏡と、
前記反射鏡により反射された光束の当該光束断面内における強度分布を均一化する均一化素子と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記反射鏡は、前記発光ダイオード側に凹となった回転放物面を有し、前記回転放物面の焦点と略同一の位置に前記発光ダイオードの前記発光部が位置しており、前記発光ダイオードから出射された光束が前記反射鏡により反射されて略平行光束となることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記均一化素子は、複数のレンズ要素を、前記反射鏡により反射された光束の進行方向に略垂直な面内に配列してなるレンズアレイを含むことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記反射鏡は、前記発光ダイオード側に凹となった回転楕円面を有すると共に、当該回転楕円面について規定される２つの焦点を有し、
前記反射鏡の前記２つの焦点のうち、前記反射鏡に近い方の焦点に、前記発光ダイオードの前記発光部が位置しており、
前記発光ダイオードから出射された光束が、前記反射鏡により反射されて収束光束となることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記均一化素子は、前記反射鏡の前記２つの焦点を結ぶ方向に長い柱状部材を含み、
前記柱状部材が、前記２つの焦点のうち前記反射鏡から遠い方の焦点と略同一の位置に、前記反射鏡により反射された光束が入射する端面を有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記反射鏡は、前記発光ダイオードから出射された光束がほぼ垂直に入射する部分に、開口部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項７】
複数の前記発光ダイオードを、それぞれの出射方向が略平行になるよう、当該出射方向に略垂直な面に沿って配列し、
複数の前記反射鏡を、前記発光ダイオードアレイの各発光ダイオードにそれぞれ対向するように配列したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
光束を発散状態で出射する発光部を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの出射側に設けられ、前記発光ダイオードから出射された光束を発散光束として反射する第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡からの発散光束が入射する位置に設けられ、当該第１の反射鏡からの発散光束を略平行光束又は収束光束として反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡により反射された光束の当該光束断面内における強度分布を均一化する均一化素子と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項９】
前記第１の反射鏡は、前記発光ダイオード側に凸となった回転双曲面を有すると共に、当該回転双曲面について規定される前記発光ダイオード側の第１焦点とその反対側の第２焦点とを有し、
前記第２の反射鏡は、前記第１の反射鏡の前記第２焦点と略同一の位置に焦点を有する回転放物面を有し、
前記発光ダイオードの前記発光部は、前記第１の反射鏡の前記第１焦点と略同一の位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第２の反射鏡は、前記発光ダイオードからの出射光束が垂直に入射する領域の近傍に、開口部を有することを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第１の反射鏡は、平面鏡であることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置からの出射光束を、被照明面に収束させる照明光学系と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明装置と、
前記照明装置により照明される画像表示素子と、
前記画像表示素子により表示された画像をスクリーンに投写する投写光学系と、
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光ダイオードを有する光源装置、及びそれを用いた照明装置並びに投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、投写型表示装置は、液晶パネル等の表示面を、照明装置によって照明し、その表示面に表示された画像を投写光学系を介してスクリーンに投写するよう構成されている。照明装置では、光源として、白色ランプが広く用いられているが、近年、白色ランプに代えて発光ダイオードを用いることが検討されている。発光ダイオードには、白色ランプに比べて寿命が長く、エネルギー効率が良く、且つ発熱量が少ないという利点があるからである。
【０００３】
一般に、発光ダイオードの出射光束は比較的広い角度で広がるため、光源として発光ダイオードを用いると、出射光束の一部が目的とする方向以外に発散してしまい、光利用効率が低いという問題がある。
【０００４】
そこで、発光ダイオードの光利用効率を向上するため、「Ｄｏｕｂｌｅ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ構造を用いた高効率ＬＥＤモジュールの開発」（玉井進悟他：電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会：２０００年９月３０日〜１０月３日）では、パッケージ構造を改良した発光ダイオードが提案されている。
【０００５】
図７に、上記文献に記載された発光ダイオードの基本構成を示す。図７において、９１は発光ダイオード素子（以下、発光部とする。）、９２は発光部９１を内包するパッケージ、９３，９４はパッケージ９２内に設けられた反射鏡、９５，９６は発光部９１に電力を供給するリードである。パッケージ９２において、発光部９１の出射側の面は、中央が凸レンズ部９２ａとなっており、その周辺が平面部９２ｂとなっている。
【０００６】
発光部９１から出射された光束のうち、広がり角度が小さい光束は、パッケージ９２の凸レンズ部９２ａと外部との境界面において屈折し、符号Ａで示すように略平行光束としてパッケージ外部に出射される。一方、発光部９１から出射された光束のうち、広がり角度が大きい光束は、パッケージ９２の平面部９２ｂで全反射され、反射鏡９３，９４によって反射されたのち平面部９２ｂを透過し、符号Ｂで示すように略平行光束としてパッケージ外部に出射される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造の発光ダイオードでは、発光部９１、パッケージ９２及び反射鏡９３，９４が一体に形成されているため、発光ダイオード自体が高価なものになるという問題がある。また、発光部９１を寿命又は故障などにより交換する際には、パッケージ９２及び反射鏡９３，９４も併せて交換することになるため、交換に要するコストが高いという問題もある。
【０００８】
さらに、出射光束の一部は凸レンズ部９２ａを通過するため、球面収差等が発生するという問題がある。また、発光部９１のサイズが大きい場合には、発光部９１からの出射光束を略平行光束化できないという問題もある。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、発光ダイオードを用いつつ、低コストで光利用効率を向上することができる光源装置、照明装置及び投写型表示装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光源装置は、光束を発散状態で出射する発光部を有する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの出射側に設けられ、前記発光ダイオードから出射された光束を略平行光束又は収束光束として反射する反射鏡と、前記反射鏡により反射された光束の当該光束断面内における強度分布を均一化する均一化素子と、を備えて構成される。
【００１１】
請求項２に記載の光源装置は、前記反射鏡が、前記発光ダイオード側に凹となった回転放物面を有し、前記回転放物面の焦点と略同一の位置に前記発光ダイオードの前記発光部が位置しており、前記発光ダイオードから出射された光束が前記反射鏡により反射されて略平行光束となるようにしたものである。
【００１２】
請求項３に記載の光源装置は、前記均一化素子が、複数のレンズ要素を、前記反射鏡により反射された光束の進行方向に略垂直な面内に配列してなるレンズアレイを含むものである。
【００１３】
請求項４に記載の光源装置は、前記反射鏡が、前記発光ダイオード側に凹となった回転楕円面を有すると共に、当該回転楕円面について規定される２つの焦点を有し、前記反射鏡の前記２つの焦点のうち、前記反射鏡に近い方の焦点に、前記発光ダイオードの前記発光部が位置しており、前記発光ダイオードから出射された光束が、前記反射鏡により反射されて収束光束となるものである。
【００１４】
請求項５に記載の光源装置は、前記均一化素子が、前記反射鏡の前記２つの焦点を結ぶ方向に長い柱状部材を含み、前記柱状部材が、前記２つの焦点のうち前記反射鏡から遠い方の焦点と略同一の位置に、前記反射鏡により反射された光束が入射する端面を有するのである。
【００１５】
請求項６に記載の光源装置は、前記反射鏡が、前記発光ダイオードから出射された光束がほぼ垂直に入射する部分に、開口部を有するものである。
【００１６】
請求項７に記載の光源装置は、複数の前記発光ダイオードを、それぞれの出射方向が略平行になるよう、当該出射方向に略垂直な面に沿って配列し、複数の前記反射鏡を、前記発光ダイオードアレイの各発光ダイオードにそれぞれ対向するように配列したものである。
【００１７】
請求項８に記載の光源装置は、光束を発散状態で出射する発光部を有する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの出射側に設けられ、前記発光ダイオードから出射された光束を発散光束として反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡からの発散光束が入射する位置に設けられ、当該第１の反射鏡からの発散光束を略平行光束又は収束光束として反射する第２の反射鏡と、前記第２の反射鏡により反射された光束の当該光束断面内における強度分布を均一化する均一化素子と、を備えて構成される。
【００１８】
請求項９に記載の光源装置は、前記第１の反射鏡が、前記発光ダイオード側に凸となった回転双曲面を有すると共に、当該回転双曲面について規定される前記発光ダイオード側の第１焦点とその反対側の第２焦点とを有し、前記第２の反射鏡が、前記第１の反射鏡の前記第２焦点と略同一の位置に焦点を有する回転放物面を有し、前記発光ダイオードの前記発光部が、前記第１の反射鏡の前記第１焦点と略同一の位置に配置されているものである。
【００１９】
請求項１０に記載の光源装置は、前記第２の反射鏡が、前記発光ダイオードからの出射光束が垂直に入射する領域の近傍に、開口部を有するものである。
【００２０】
請求項１１に記載の光源装置は、前記第１の反射鏡を平面鏡としたものである。
【００２１】
請求項１２に記載の照明装置は、上記の光源装置と、当該光源装置からの出射光束を被照明面に収束させる照明光学系とを備えたものである。
【００２２】
請求項１３に記載の投写型表示装置は、上記の照明装置と、当該照明装置により照明される画像表示素子と、画像表示素子に表示された画像をスクリーンに投写する投写光学系とを備えたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の基本構成を示す図である。この投写型表示装置１０は、透過型液晶パネルなどの画像表示素子７と、この画像表示素子７を照明する照明装置６と、画像表示素子７により表示された画像をスクリーン９に投写する投写光学系８とを備えている。照明装置６は、照明用光束を出射する光源装置４と、この光源装置４から出射された光束を画像表示装置７の表示面７ａに収束させる照明光学系５とを有している。照明光学系５の光軸Ｏにより、投写型表示装置１０の全体の光軸Ｏが規定される。
【００２４】
光源装置４は、発光ダイオード１と、発光ダイオード１から出射された光束を反射する放物面鏡２と、放物面鏡２により反射された光束の当該光束断面内の強度分布を均一化する均一化素子３とを有している。これらは、光軸Ｏに沿って図中左から右に、放物面鏡２、発光ダイオード１及び均一化素子３の順で配列されている。
【００２５】
発光ダイオード１としては、出力が数十ルーメン（ｌｍ）の高輝度のものが用いられる。発光ダイオード１は、発光部１ａ（発光ダイオードチップ）を透明な略円柱形状のパッケージ１１内に埋め込んだものである。パッケージ１１は、その中心軸線が光軸Ｏと一致するように配置されており、その放物面鏡２側の面は半球面１１ａとなっている。発光部１ａは、半球面１１ａの曲率中心にほぼ位置しており、放物面鏡２側に光束を出射するようになっている。発光部１ａの出射端面を通る法線は光軸Ｏと一致しており、この出射端面の大きさは、約１ｍｍ×１ｍｍである。発光部１ａからの出射光束の広がり角度は、光軸Ｏを基準として５５〜６０度程度である。パッケージ１１内には、発光部１ａに電力を供給するための図示しないリードが挿入されている。
【００２６】
放物面鏡２は、発光ダイオード１側に凹となった回転放物面を有している。この回転放物面の回転軸線は光軸Ｏ上に一致しており、当該回転放物面の焦点と略同一の位置に、発光ダイオード１の発光部１ａが位置している。これにより、放物面鏡２は、発光ダイオード１から出射された発散光束を、光軸Ｏに平行な略平行光束として反射する。なお、放物面鏡２からの反射光束が発光部１ａに戻らないよう、放物面鏡２において光軸Ｏ上に位置する部分（すなわち、発光ダイオード１からの出射光束が垂直に入射する部分）には、開口部２ａが形成されている。
【００２７】
均一化素子３は、一対のレンズアレイ３１，３２からなっている。レンズアレイ３１，３２は、いずれも、多数の微小なレンズ要素を光軸Ｏに垂直な面内に配列したものである。レンズアレイ３１の各レンズ要素３１ａは、入射側（放物面鏡２側）が凸面、出射側が平面となっている。レンズアレイ３２の各レンズ要素３２ａは、入射側（レンズアレイ３１側）が平面、出射側が凸面となっている。レンズアレイ３１の各レンズ要素３１ａは、放物面鏡２からの略平行光束を複数の小光束に分割し、レンズアレイ３２の各レンズ要素３２ａは、各小光束を互いに重なり合う方向に出射する。
【００２８】
照明光学系５は、均一化素子３から出射された光束を画像表示装置７の表示面７ａ上に収束させるものであり、光軸Ｏに沿って配列されたレンズ５１，５２，５３を有している。画像表示装置７は、その表示面７ａに多数の画素を配列したものであり、各画素における光の透過状態を画像情報に応じて変化させるよう構成されている。投写光学系８は、照明装置６により照明された画像表示装置７に表示された画像を、スクリーン９に拡大して投写するものであり、光軸Ｏに沿って配列されたレンズ８１，８２を有している。
【００２９】
次に、この投写型表示装置１０の動作について説明する。発光ダイオード１の発光部１ａに電圧が供給されると、発光部１ａから放物面鏡２に向けて光束が出射される。発光部１ａからの出射光束は、上述したように、光軸Ｏに対して約５５〜６０度の範囲に広がる。なお、発光部１ａからの出射光束は、発光ダイオード１の半球面１１ａに対してほぼ垂直に入射するため、当該半球面１１ａでの屈折は殆ど生じない。発光部１ａは、放物面鏡２の回転放物面の焦点に位置しているため、発光部１ａから照射された発散光束は、放物面鏡２により略平行光束として反射される。
【００３０】
放物面鏡２により反射された光束は、均一化素子３のレンズアレイ３１，３２により複数の小光束に分割されて出射され、照明光学系５を経て、画像表示装置７の表示面７ａに重畳的に照射される。レンズアレイ３１，３２を経ることにより、画像表示装置７の表示面７ａにおける照度分布は均一になる。画像表示装置７の表示面７ａに表示された画像は、投写光学系８によりスクリーン９に投写される。
【００３１】
次に、実施の形態１の効果について詳細に説明する。図２には、実施の形態１に係る投写型表示装置１０において、発光ダイオード１から均一化素子３までの光束を示す。図３には、比較のため、放物面鏡２を用いず、発光ダイオード１からの出射光束をレンズ１０２で略平行光束にするよう構成した場合における発光ダイオード１から均一化素子３までの光束を示す。
【００３２】
図２に示すように、実施の形態１によれば、発光ダイオード１からの出射光束を放物面鏡２で反射しているため、発光ダイオード１からの出射光束が広角度に広がっても、放物面鏡２における反射光束は略平行光束となる。例えば、放物面鏡２の外径を４０ｍｍとし、焦点距離を１０ｍｍとした場合、放物面鏡２により反射された光束の光軸Ｏに対する傾きは±２度以内となる。従って、均一化素子３のレンズアレイ３１に入射する光束は略平行光束となり、この入射光束は全てレンズアレイ３２を経て出射される。また、放物面鏡２における反射を利用しているため、レンズを用いた場合と異なり、球面収差及びコマ収差を抑制することができる。
【００３３】
これに対し、図３に示すように、放物面鏡２の代わりにレンズ１０２を用いた場合には、発光ダイオード１から出射された光束を十分に略平行光束化することができないため、発散状態の光束が均一化素子３のレンズアレイ３１に入射することになる。この場合、レンズアレイ３１への入射光束の一部は、符号Ｃで示したようにレンズアレイ３２から外れてしまい、これにより光量の損失が生じる。加えて、光束の周縁部を通る光線はレンズ１０２の入射面及び出射面において大きく屈折するため、大きな球面収差及びコマ収差が発生する。
【００３４】
このように、実施の形態１によれば、発光ダイオード１からの発散状態の出射光束を略平行光束とすることができ、これにより光量損失を少なくすることができ、且つ、球面収差及びコマ収差を小さく抑えることができる。
【００３５】
なお、実施の形態１によれば、放物面鏡２の出射側に発光ダイオード１が配置されているため、放物面鏡２からの反射光束の一部を発光ダイオード１自身が遮ることになる。しかしながら、発光ダイオード１の外径を８ｍｍとすると、発光ダイオード１が遮る光量は、放物面鏡２からの反射光束の光量の約８％である。また、発光ダイオード１のパッケージ１１は透明であるため、実際に発光ダイオード１により遮られる光量は、約８％よりも少ない。一方、図３に示したように放物面鏡２の代わりにレンズ１０２を用いた構成では、均一化素子３での損失光量は、放物面鏡２からの反射光束の光量の約２５％である。従って、実施の形態１によれば、放物面鏡２による反射光束の一部が発光ダイオード１により遮られることを考慮に入れても、光量損失が低減されていることが分かる。
【００３６】
このように、実施の形態１によれば、発光ダイオード１から出射された発散状態の光束を、放物面鏡２を用いて略平行光束とするようにしたので、光量損失を最小限に抑え、光利用効率を向上することができる。加えて、球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。更に、発光ダイオード１に複雑な形状のパッケージ等を取り付ける必要がないため、汎用の発光ダイオードを使用することができ、光源装置４、照明装置６及び投写型表示装置１０の低コスト化が可能になる。
【００３７】
また、放物面鏡２の焦点と略同一の位置に、発光ダイオード１の発光部１ａを配置したので、発光ダイオード１からの出射光束を確実に略平行光束にすることができる。さらに、レンズアレイ３１，３２よりなる均一化素子３を用いたので、画像表示装置７の表示面７ａにおける照度分布を均一にすることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る光源装置の要部構成を示す図である。この実施の形態２では、複数の発光部１ａを光軸Ｏに直交する面内に配列した発光ダイオードアレイ１５を用いる。発光ダイオードアレイ１５は、例えばガラスよりなる透明基板１６と、この透明基板１６の表面に格子をなすように縦横に延びた電極１７とを備えており、この縦横の電極１７の交差位置に、上記の各発光部１ａが取り付けられている。透明基板１６の発光部１ａが取り付けられた側の面は、透明な樹脂板１８により覆われている。樹脂板１８において、発光部１ａに対応する部分には、実施の形態１で説明した半球面１１ａ（図１）と同様のものを設けてもよい。また、透明基板１６には、放熱のための金属片１９が組み込まれている。
【００３９】
発光ダイオードアレイ１５に対し、光軸Ｏ方向に対向するように、ミラーアレイ２０が設けられている。ミラーアレイ２０は、複数の放物面鏡２を、発光ダイオードアレイ１５の各発光部１ａにそれぞれ対向するように配列したものである。ミラーアレイ２０の各放物面鏡２は、それぞれの焦点と略同一の位置に、発光ダイオードアレイ１５の各発光部１ａが位置するように配置されている。
【００４０】
なお、図４では省略するが、発光ダイオードアレイ１５のミラーアレイ２０と反対の側には、実施の形態１で説明した均一化素子３（図１）と同様のものが配置されている。均一化素子３は、上記の発光ダイオードアレイ１５の各発光部１ａから出射され、ミラーアレイ２０の各放物面鏡２で反射された複数の光束の各光束断面内での強度分布を均一にする。照明光学系５からスクリーン９までの構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
発光ダイオードアレイ１５の複数の発光部１ａのそれぞれから出射された発散光束は、対応するミラーアレイ２０の放物面鏡２でそれぞれ略平行光束として反射される。ミラーアレイ２０からの複数の反射光束は、発光ダイオードアレイ１５の透明基板１６を通過して均一化素子３（図１の均一化素子３と同様のもの）に入射する。均一化素子３から出射された光束は、実施の形態１と同様の照明光学系５を経て画像表示装置７に照射される。複数の発光部１ａから出射された光束が画像表示装置７に照射されるので、画像表示装置７の表示面７ａに照射する光量を大きくすることができ、それに伴ってスクリーン９を大型化することもできる。
【００４２】
なお、発光ダイオードアレイ１５のうち、ミラーアレイ２０の各放物面鏡２からの反射光束を透過しない部分は電極１７及び金属板１９だけであるため、発光ダイオードアレイ１５によって遮られることによる光量損失は僅かである。
【００４３】
このように、実施の形態２によれば、発光ダイオードアレイ１５とミラーアレイ２０とを用いることにより、光量損失を最小限に抑えて光利用効率を向上すると共に、球面収差やコマ収差を小さく抑え、且つ、より広い範囲の照明を行うことが可能になる。
【００４４】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る光源装置の要部構成を示す図である。この実施の形態３では、放物面鏡２の代わりに、楕円面鏡２１を用いている。また、レンズアレイ３１，３２の代わりに、中実角柱部材（ロッド）からなる均一化素子３５を用いている。この均一化素子３５は、透明な中実角柱部材により構成されており、その中心軸線が光軸Ｏと一致するように配置されている。楕円面鏡２１は、この楕円面鏡２１に近い側から、第１焦点２２及び第２焦点２３を有している。第１焦点２２と略同一の位置には、発光ダイオード１の発光部１ａが位置しており、第２焦点２３と略同一の位置には、均一化素子３５の楕円面鏡２１側の端面３５ａ（入射端面）が位置している。なお、実施の形態１と同様、楕円面鏡２１において光軸Ｏ上に位置する部分には、開口部２１ａを形成することが好ましい。
【００４５】
均一化素子３５は、入射端面３５ａから入射した光束を外部との境界面において全反射することで、光束断面内の強度分布を均一化するものである。照明光学系５からスクリーン９までの構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
発光ダイオード１の発光部１ａから出射された発散光束は、楕円面鏡２１により収束光束として反射される。楕円面鏡２１により反射された光束は、均一化素子３５の入射端面３５ａの近傍で収束し、この入射端面３５ａに入射する。均一化素子３５に入射した光束は、均一化素子３５と外部との境界面で全反射を繰り返し、出射端面３５ｂから出射され、照明光学系５を経て画像表示装置７に照射される。なお、実施の形態１と同様、発光ダイオード１が楕円面鏡２１からの反射光束を部分的に遮ることによる光量損失は僅かである。
【００４７】
このように、実施の形態３によれば、実施の形態１，２と同様、光量損失を最小限に抑えて光利用効率を向上することができ、且つ球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。また、比較的構成が簡単なロッド型の均一化素子３５を用いているので、より低コスト化を図ることができる。
【００４８】
なお、この実施の形態３では、均一化素子の柱状部材として、中空の柱状部材を用いることも可能である。この場合には、均一化素子自身の加熱が生じにくくなるため、均一化素子の冷却及び保持が容易になる。
【００４９】
また、この実施の形態３では、レンズアレイ型の均一化素子を用いることも可能である。この場合には、楕円面鏡２１の回転楕円面を、第２焦点２３が第１焦点２２よりも十分遠方になるように構成し、楕円面鏡２１からの反射光束を凹レンズを用いて略平行光束とし、レンズアレイ型の均一化素子に入射させることが可能である。また、この実施の形態３を、実施の形態２で説明した発光ダイオードアレイ１５及びレンズアレイ２に適用してもよい。
【００５０】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る光源装置の要部構成を示す図である。この実施の形態４では、発光ダイオード１の出射光束を、双曲面鏡５１及び放物面鏡５２を用いて略平行光束とするよう構成されている。発光ダイオード１は、実施の形態１〜３と異なり、光軸Ｏ上において、図中右側、すなわち均一化素子３（図１）側に光束を出射するように配置されている。双曲面鏡５１は、発光ダイオード１の出射側に設けられており、放物面鏡５２は、発光ダイオード１に対して双曲面鏡５１と反対の側に設けられている。双曲面鏡５１は、発光ダイオード１側に凸となった回転双曲面を有し、放物面鏡５２は発光ダイオード１側に凹となった回転放物面を有している。
【００５１】
双曲面鏡５１は、発光ダイオード１側の第１焦点５１ａと、その反対側の第２焦点５１ｂとを有している。第１焦点５１ａと略同一の位置には、発光ダイオード１の発光部１ａが位置している。第２焦点５１ｂは、放物面鏡５２の焦点５２ａとほぼ一致している。なお、放物面鏡５２において、光軸Ｏ上に位置する部分には、開口５５が形成されており、この開口５５を通して発光ダイオード１の設置作業等が行われるようになっている。均一化素子３からスクリーン９までの構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
発光ダイオード１から出射された光束は、双曲面鏡５１によって反射されるが、このとき、双曲面鏡５１からの反射光束は、第２焦点５１ｂから出射されたかのように進行し、放物面鏡５２に向かう。放物面鏡５２は、双曲面鏡５１からの光束を略平行光束として反射する。放物面鏡５２からの出射光束は、均一化素子３及び照明光学系５を経て画像表示装置７に照射される。
【００５３】
このように、実施の形態４においても、上述した各実施の形態１〜３と同様、第１の実施の形態と同様、光量損失を最小限に抑えて光利用効率を向上することができる上、球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。
【００５４】
なお、双曲面鏡５１として、平面鏡を用いることも可能である。発光ダイオード１から出射される光束は発散光束であるため、平面鏡を用いても反射光束は発散されるからである。この場合には、装置構成が簡単になり、製造コストを低減することができる。また、レンズアレイ型の均一化素子の代わりにロッド型の均一化素子を用いることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５６】
請求項１、１２及び１３に記載の発明によれば、発光ダイオードの出射側に配置した反射鏡により、発光ダイオードから出射された発散光束を略平行光束又は収束光束として反射するようにしたので、光量損失を最小限に抑制し、光利用率を向上することができる。また、発光ダイオードを用いることにより、寿命が長く、エネルギー効率が良く、発熱量が少ないという効果も得られる。
【００５７】
請求項２又は４に記載の発明によれば、反射鏡が回転放物面又は回転楕円面を有するようにしたので、光利用率の向上に加え、収差の発生を抑制することができる。
【００５８】
請求項３又は５に記載の発明によれば、反射鏡からの反射光束の光束断面内における強度分布をレンズアレイ又は柱状部材により均一化するようにしたので、被照射面における照度分布を均一化することができる。
【００５９】
請求項６に記載の発明によれば、反射鏡おいて、発光ダイオードからの出射光束がほぼ垂直に入射する部分に開口部を設けたので、反射鏡からの反射光束が発光ダイオードに戻ることが防止される。
【００６０】
請求項７に記載の発明によれば、発光ダイオード及び反射鏡をそれぞれ複数配列するようにしたので、大きな被照射面に光束を照射する場合でも、光量損失を最小限に抑制し光利用率を向上することができる。
【００６１】
請求項８に記載の発明によれば、発光ダイオードから出射した発散光束を第１の反射鏡で発散光束として反射したのち、第２の反射鏡で略平行光束又は収束光束として反射する構成としたので、光量損失を最小限に抑制し、光利用率を向上することができる。
【００６２】
請求項９に記載の発明によれば、第１及び第２の反射鏡をそれぞれ回転双曲面形状及び回転放物面形状としたので、光利用率の向上に加え、収差の発生を抑制することができる。
【００６３】
請求項１０に記載の発明によれば、第２の反射鏡に開口部を設けたので、発光ダイオードの設置等の作業が容易になる。
【００６４】
請求項１１に記載の発明によれば、第１の反射鏡を平面としたので、装置構成が簡単になり、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光源装置を含む投写型表示装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光源装置を含む投写型表示装置における発光ダイオードから均一化素子までの部分を拡大して示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に対する比較例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光源装置の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る光源装置の要部を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４における光源装置の要部を示す図である。
【図７】従来の発光ダイオードの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１　発光ダイオード、１ａ　出射部、２　反射鏡、２ａ　開口部、３　均一化素子、３１，３２　レンズアレイ、３５　柱状部材、４　光源装置、５　照明光学系、６　照明装置、７　画像表示素子、８　投写光学系、９　スクリーン、１０　投写型表示装置、１５　発光ダイオードアレイ、２０　ミラーアレイ、２１反射鏡、２２，２３　回転楕円面焦点、５１　双曲面鏡、５２　放物面鏡、５１ａ，５１ｂ　回転双曲面焦点、５２　回転放物面焦点、５５　開口部。
【図１】
2004004401.tif 000003
【図２】
2004004401.tif 000004
【図３】
2004004401.tif 000005
【図４】
2004004401.tif 000006
【図５】
2004004401.tif 000007
【図６】
2004004401.tif 000008
【図７】
2004004401.tif 000009