(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体発光素子と、
前記固体発光素子の前方に設置され、前記固体発光素子の光の全反射面として作用する平面状の光学的鏡面と前記光学的鏡面での全反射光を反射し略平行光として出射する凹面反射面とを一体形成した第１の光学素子と、
前記第１の光学素子の前方に設置され、前記固体発光素子からの光を直接入射光とし略平行光として出射する中央レンズ領域を有する第２の光学素子と
を備え、
前記第１の光学素子は、
前記固体発光素子を頂点とする円錐状をなす、前記固体発光素子側から前記第２の光学素子の前記中央レンズ領域側へと貫通する貫通空間と、
前記貫通空間以外の領域で前記固体発光素子を覆う、前記固体発光素子からの光が入射される入射界面と
を有し、
前記第２の光学素子は、前記中央レンズ領域の周囲を環状に取り巻き、前記凹面反射面での反射光を通過させる環状領域を有し、
前記中央レンズ領域は、前記環状領域の内側を占める
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第２の光学素子の前記中央レンズ領域が両面レンズであ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】
前記入射界面は、前記固体発光素子を中心とする球面状の界面であり、
前記光学的鏡面は、前記入射界面を介して前記第１の光学素子に入射した光を前記凹面反射面の方向へ全反射させ、前記凹面反射面で反射し略平行光として出射された光を前記環状領域の方向へ透過させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記固体発光素子は、前記入射界面と前記貫通空間とに向けて光を放射する面状発光領域を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１の光学素子の凹面反射面は放物面であり、
前記固体発光素子と前記放物面の焦点は、前記第１の光学素子の光学的鏡面に関して略共役の位置関係にあり、
前記第２の光学素子の当該中央レンズ領域は凸レンズである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
固体発光素子と、
前記固体発光素子の前方に設置され、前記固体発光素子の光の全反射面として作用する平面状の光学的鏡面と前記光学的鏡面での全反射光を反射する凹面反射面とを一体形成した第１の光学素子と、
前記第１の光学素子の前方に設置され、前記固体発光素子からの光を直接入射光とし略平行光として出射する中央レンズ領域及び前記中央レンズ領域の周囲を環状に取り巻き、前記第１の光学素子の凹面反射面での反射光を入射し略平行光として出射する外周レンズ領域の２つのレンズ領域を有する第２の光学素子と
を備え、
前記第１の光学素子は、
前記固体発光素子を頂点とする円錐状をなす、前記固体発光素子側から前記第２の光学素子の前記中央レンズ領域側へと貫通する貫通空間と、
前記貫通空間以外の領域で前記固体発光素子を覆う、前記固体発光素子からの光が入射される入射界面と
を有し、
前記中央レンズ領域は、前記外周レンズ領域の内側を占める
ことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
前記第２の光学素子の前記中央レンズ領域及び前記外周レンズ領域が両面レンズであることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記入射界面は、前記固体発光素子を中心とする球面状の界面であり、
前記光学的鏡面は、前記入射界面を介して前記第１の光学素子に入射した光を前記凹面反射面の方向へ全反射させ、前記凹面反射面での反射光を前記外周レンズ領域の方向へ透過させる
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の光学素子の前記凹面反射面は楕円面であり、
前記固体発光素子と前記楕円面の２つの焦点のうち前記固体発光素子側の焦点は、前記第１の光学素子の前記光学的鏡面に関して略共役の位置関係にあり、
前記第２の光学素子のレンズ領域のうち、前記中央レンズ領域は凸レンズ、前記外周レンズ領域は凹レンズである
ことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の光源装置を光源に用いた映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロジェクタなどの映像表示装置に使用する光源装置に関するものであり、特に発光ダイオードや半導体レーザなどの固体発光素子から出射する光を効率よく平行光化して映像表示装置に利用する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ等の映像表示装置の光源装置としては、従来、超高圧水銀ランプを用いた光源装置が用いられていたが、超高圧水銀ランプには寿命が短いという課題があり、より長寿命な光源装置が求められていた。これに対する解決手段として発光ダイオードや半導体レーザなどの固体発光素子を用いた光源装置が考えられる。
【０００３】
従来の固体発光素子を用いた光源装置は、固体発光素子と、発光素子を囲むように配置した凹面のリフレクタ部とを樹脂で封止するとともに、固体発光素子前面の樹脂でレンズと、レンズに入射しない光を反射させる全反射領域とを一体形成した構成を持ち、固体発光素子からの出射光の放射強度分布をある程度制御するようになっていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９４１２９号公報（段落００８２〜００８３、図１２）
【特許文献２】特開２００２−１３４７９４号公報（段落００２７〜００３１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源装置をプロジェクタ用光源として使用するためには、光源装置から出射する光束は発散角が約±2〜3度以内になるように略平行化されている必要があるのに対して、従来の固体発光素子を用いた光源装置は、レンズと全反射領域を一体で形成している為に発光素子側にはレンズ面を形成できないなど、レンズ形状に制約が大きく、面発光体である固体発光素子からの出射光をプロジェクタ用光源装置で使用可能な平行度の高い光束にすることができないという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、固体発光素子から出射した光を効率よく略平行光化することができ、プロジェクタ等の映像表示装置の照明光源として利用可能な光源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の解決手段によるこの発明に係る光源装置は、固体発光素子を備えるとともに、前記固体発光素子の光の全反射面として作用する平面状の光学的鏡面と前記光学的鏡面での全反射光を反射し略平行光として出射する凹面反射面とを有しこれらが一体形成された第１の光学素子と、前記第１の光学素子の前方に設置され、前記固体発光素子からの光を直接入射光とし略平行光として出射する中央レンズ領域を有する第２の光学素子とを備え、前記第１の光学素子は、前記固体発光素子を頂点とする円錐状をなす、前記固体発光素子側から前記第２の光学素子の前記中央レンズ領域側へと貫通する貫通空間と、前記貫通空間以外の領域で前記固体発光素子を覆う、前記固体発光素子からの光が入射される入射界面とを有し、前記第２の光学素子は、前記中央レンズ領域の周囲を環状に取り巻き、前記凹面反射面での反射光を通過させる環状領域を有し、前記中央レンズ領域は、前記環状領域の内側を占めることを特徴とするものである。この光源装置は、固体発光素子の光のうち、第１の光学素子に入射した光は前記光学的鏡面と前記凹面反射面とを用いて略平行光化し、第２の光学素子に直接入射した光は前記中央レンズ領域を用いて略平行光化するようにしたものである。
【０００８】
また、第２の解決手段によるこの発明に係る光源装置は、固体発光素子を備えるとともに、前記固体発光素子の前方に設置され、前記固体発光素子の光の全反射面として作用する平面状の光学的鏡面と前記光学的鏡面での全反射光を反射する凹面反射面とを有しこれらが一体形成された第１の光学素子と、前記第１の光学素子の前方に設置され、前記固体発光素子からの光を直接入射光とし略平行光として出射する中央レンズ領域と前記中央レンズ領域の周囲を環状に取り巻き、前記第１の光学素子の凹面反射面での反射光を入射し略平行光として出射する外周レンズ領域の２つのレンズ領域を有する第２の光学素子とを備え、前記第１の光学素子は、前記固体発光素子を頂点とする円錐状をなす、前記固体発光素子側から前記第２の光学素子の前記中央レンズ領域側へと貫通する貫通空間と、前記貫通空間以外の領域で前記固体発光素子を覆う、前記固体発光素子からの光が入射される入射界面とを有し、前記中央レンズ領域は、前記外周レンズ領域の内側を占めることを特徴とするものである。この光源装置は、固体発光素子の光のうち、第１の光学素子に入射した光は前記光学的鏡面と前記凹面反射面、及び第２の光学素子の前記外周レンズ領域とを用いて略平行光化し、第２の光学素子に直接入射した光は前記中央レンズ領域を用いて略平行光化するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光源装置によれば、第２の光学素子の中央レンズ領域を両面レンズにすることが可能となり、これにより、光学素子として片面レンズのみを使用した場合よりも光学作用面が増加するため、プロジェクタ装置用照明光源に適した平行度が高く、収差の小さい出射光を効率よく得ることができるという効果がある。
【００１０】
また、本発明の光源装置によれば、第２の光学素子は中央レンズ領域と外周レンズ領域を有することにより、固体発光素子から直接出射する光だけでなく、第１の光学素子の凹面反射面で反射した光に対しても光学作用面を増加させることができるため、光の全領域に対して、より平行度が高く、収差の小さい出射光を効率よく得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１による光源装置を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１による光源装置の断面図である。本発明の光源装置は固体発光素子１と、固体発光素子１の前方に配置する第１の光学素子２と、第１の光学素子２の前方に配置する第２の光学素子３とから構成されている。第１の光学素子２は光軸に対称な放物面形状の凹面反射面２ａと平面状の光学的鏡面２ｂを一体形成したものである。凹面反射面２ａの放物面にはミラーコートが施されており、放物面リフレクタとして作用する。光学的鏡面２ｂは、第１の光学素子２内を進む光線が光学的鏡面２ｂの界面で全反射する全反射面として作用する。そして、固体発光素子１、凹面反射面２ａ、及び光学的鏡面２ｂは、固体発光素子１の位置と凹面反射面２ａの放物面の焦点２ｃとが光学的鏡面２ｂに関して略共役な位置関係になるように配置される。
【００１２】
また、第１の光学素子２の中央部分には、固体発光素子１側から第２の光学素子３側へと貫通する、固体発光素子１を頂点とする円錐状の空間２ｄが開けられており、その円錐の頂角の半分の大きさαは、第１の光学素子２と空気との界面、即ち光学的鏡面２ｂでの臨界角θの大きさ以上となっている。また、第１の光学素子２には、固体発光素子１を覆うように、固体発光素子１を中心とした球面状の界面２ｅが設けられている。
【００１３】
一方、第２の光学素子３の中央はレンズ作用を持つレンズ領域３ａとなっており、レンズ領域３ａのレンズ面は両面非球面で構成され、レンズ領域３ａの焦点はおよそ固体発光素子１の位置と略一致するようになっている。また、レンズ領域３ａの直径Ｄは、凹面反射面２ａの放物面の頂点曲率をｃ、及び前述の臨界角θを使って、次式を満たすようになっている。なお、この直径Ｄの大きさの意味については後述する。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
また、固体発光素子１はいわゆる面光源としての出射特性を持つものである。面光源を含む光学系は光源を単一の点光源として扱えない難しさがあるので、面光源を含む光学系の特性についてここで説明する。図２は（ａ）点光源の出射光が片面レンズを透過した場合と、（ｂ）面光源の出射光が片面レンズを透過した場合とについて、光線の経路を示した説明図である。なお、面光源は複数の点光源が面的に分布したものとみなせるが、図においては煩雑さを避ける為に、２つの点光源で近似して示してある。図２からわかるように、点光源の出射光を平行化することができる片面レンズを用いても、面光源の出射光全体を完全に平行化することはできないことがわかる。また、図３は面光源からの出射光のうち、同一の発散角内にふくまれる出射光を異なる大きさのレンズ径をもつレンズを用いて略平行光化した場合を示したものである。図３からわかるように、レンズ径が大きいレンズを用いたほうがより平行度が高い略平行光を得ることができることがわかる。
【００１６】
なお、本発明の動作を説明する図においては、図が煩雑になることを避けるために面光源である固体発光素子１を１つの点光源とみなした場合の光線の経路のみを示すが、本発明の光学的作用を理解する上では前述の面光源としての特殊性を念頭において、固体発光素子１が面光源であるという前提で考える必要がある。
【００１７】
次に、以上述べた構成を有する本発明の動作について、固体発光素子１から出射した光に対する作用に着目して、図４に基づいて説明する。図４は図１に示した光源装置における光線の経路を詳しく書いたものである。従って、光源装置の構成としては図１の光源装置と同一であるので、符号は一部省略してある。なお、前述したように固体発光素子１からの出射光は面光源からの出射光として捉える必要があるが、図４においては固体発光素子１を１つの点光源とみなした場合の光線の経路のみを示している。
【００１８】
固体発光素子１から出射した光は、その光軸を中心とした半球状に広がって進むが、第１の光学素子２の内部には頂角の半分の大きさがαである円錐状の空間２ｄが設けられている為、固体発光素子１の出射光のうち、光軸に対する発散角がおよそα以内の光は円錐状の空間２ｄを通り抜け、第２の光学素子３のレンズ領域３ａに直接入射する。そして、レンズ領域３ａに入射した光はレンズ領域３ａのレンズ作用を受け、略平行光化されて出射する。
【００１９】
一方、固体発光素子１の出射光のうち、およそ発散角がα以上の光は、第１の光学素子２の球面状の界面２ｅを介して第１の光学素子２内に入射する。この際、固体発光素子１は球面状の界面２ｅの球面中心に位置するので、第１の光学素子２に入射した光は、球面状の界面２ｅでその光線の進行方向をほとんど変えずに、第１の光学素子２内に入射する。そして、第１の光学素子２内に入射したほぼすべての光は、α以上の入射角を持って光学的鏡面２ｂに到達し、光学的鏡面２ｂにてほぼすべて全反射して、凹面反射面２ａに向かう。ここで、固体発光素子１の配置位置と凹面反射面２ａの放物面の焦点２ｃは、光学的鏡面２に関して略共役な位置関係にあるので、固体発光素子１から出射し光学的鏡面２ｂで全反射した光は、図４に示すように、仮に凹面反射面２ａの放物面の焦点２ｃに置かれた光源から放出される光と同じ光線方向を持つので、凹面反射面２ａで反射した後は平行度の高い略平行光となって第１の光学素子２の外部に出射される。  
【００２０】
このように、固体発光素子１の出射光はすべて平行度の高い略平行光となって、光源装置外部に出射される。なお、前述の（式１）で示したレンズ領域３ａの直径Ｄの値は、レンズ領域３ａの直径Ｄが凹面反射面２ａで反射した略平行光が通過する環状領域の内側部分の直径とほぼ等しい値になるように導いたものである。従って、レンズ領域３ａの直径Ｄが（式１）を満たすことにより、レンズ領域３ａを透過した出射光の領域と凹面反射面２ａで反射した出射光の領域との間に、光の通過しない暗い領域を生じないようにすることができる。これにより、本発明の光源装置からの出射光全体が連続した滑らかな強度分布を持つことができる。
【００２１】
以上のように本発明によれば、レンズ領域を有する第２の光学素子３は第１の光学素子２とは独立しているので、第２の光学素子３のレンズ領域３ａの形状及び大きさを自由に設定できる。これにより、レンズ領域３ａを両面レンズにし、レンズ領域３ａを大きくすることができるので、より多くの光学作用面を用いて、面光源である固体発光素子１の出射光を、収差が小さく、平行度が高い略平行光に効率よく変換することが可能となる。
【００２２】
さらに、第２の光学素子３のレンズ領域３ａの直径は、凹面反射面２ａで反射した光が通過する環状領域の内側全域をほぼ占める大きさにしたので、出射光全体で連続した滑らかな強度分布を持つ略平行光束が得られる。
【００２３】
さらに、第１の光学素子内２に入射した固体発光素子１の光は球面上の界面２ｅでその光線方向を変えない為、第１の光学素子２内に入射した光をほぼすべて略平行化できるので、光の利用効率を高めることができる。また、固体発光素子１の出射光のうち、直接第２の光学素子３に向かう光は、第１の光学素子２内の円錐状の空間２ｄを通過するので、光の損失なく第２の光学素子３に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。
【００２４】
また、第１の光学素子２と第２の光学素子３とを独立した構成にしたことにより、全反射面として作用する第１の光学素子２の光学的鏡面２ｂは単純に平面として形成すればよく、特別な加工を必要とせずに製作することができるので、光源装置をより安価に製作できるという効果がある。
【００２５】
また、固体発光素子１、第１の光学素子２、並びに第２の光学素子３がそれぞれ独立した構成なので、固体発光素子等個々の構成要素の交換が容易であり、光源装置の維持管理費に係るコストを少なくできるという利点もある。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、凹面反射面２ａの形状を放物面としたが、放物面以外の形状を用いても良い。また、レンズ領域３ａの形状を両面非球面としたが、球面、平面などを組み合わせた構成にしても良い。また、第２の光学素子３を２枚以上のレンズで構成してもよい。
【００２７】
このような各種変形した構成においても、固体発光素子１、第１の光学素子２及び第２の光学素子３のそれぞれの配置位置や、第１の光学素子２の光学的鏡面２ｂ及び凹面反射面２ａの形状、及び第２の光学素子３のレンズ領域３ａの形状、大きさを、前述した方法と同様な方法で調整することが可能である。
【００２８】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による光源装置の断面図である。実施の形態２による光源装置を図面に基づいて説明する。本発明の光源装置は固体発光素子１１と、固体発光素子１１の前方に配置する第１の光学素子１２と、第１の光学素子１２の前方に配置する第２の光学素子１３とから構成されている。第１の光学素子１２は光軸に対称な楕円面形状を有し、楕円リフレクタとして作用する凹面反射面１２ａと平面状の光学的鏡面１２ｂを一体形成したものである。光学的鏡面１２ｂは、第１の光学素子１２内を進む光線が光学的鏡面１２ｂの界面で全反射する全反射面として作用する。そして、固体発光素子１１、凹面反射面１２ａ、及び光学的鏡面１２ｂは、固体発光素子１１の位置と凹面反射面１２ａの楕円面の２つの焦点のうちの固体発光素子１１側の焦点１２ｃ（第１焦点）が光学的鏡面１２ｂに関して略共役な位置関係になるよう配置される。また、実施の形態１と同様に、第１の光学素子１２の中央部には固体発光素子１１側から第２の光学素子１３側へと貫通する円錐状の空間と、固体発光素子１１を中心とした球面状の界面とが設けられている。
【００２９】
第２の光学素子１３は、その中央部に位置する中央レンズ領域１３ａと、前記中央レンズ領域の周囲を環状に取り巻く外周レンズ領域１３ｂとから構成される。中央レンズ領域１３ａは両面凸レンズとして作用するレンズであり、外周レンズ領域１３ｂは両面凹レンズとして作用するレンズである。中央レンズ領域１３ａの直径は、凹面反射面１２ａで反射した光が通過する環状の領域の内側全域をほぼ占めるような大きさになっている。また、中央レンズ領域１３ａのレンズは両面非球面で構成され、固体発光素子１１から出射する光のうち、光軸となす角がα以内の光を略平行光化するように形状および配置がなされており、その焦点はおよそ固体発光素子１１の位置と略一致するようになっている。なお、αは第１の光学素子１２と空気との界面、即ち光学的鏡面１２ｂでの臨界角の大きさ以上の値とする。外周レンズ領域１３ｂは凹面反射面１２ａで反射した光がほぼすべて通過し、凹レンズの作用を受けるように配置されている。
【００３０】
次に、以上に述べた構成を有する本発明の動作について、固体発光素子１１から出射した光に対する作用に着目して、図６に基づいて説明する。図６は図５に示した光源装置における光線の経路を詳しく書いたものである。従って、光源装置の構成としては図５の光源装置と同一であるので、符号は一部省略してある。
【００３１】
固体発光素子１１から出射した光のうち、光軸に対する発散角がおよそα以内の光は、実施の形態１の場合と同様に、第１の光学素子１２の中央部に空けた円錐状の空間を通り抜け、第２の光学素子１３の中央レンズ領域１３ａに直接入射する。そして、中央レンズ領域１３ａに入射した光は凸レンズ作用を受け、略平行光化されて出射する。
【００３２】
一方、固体発光素子１１の出射光のうち、およそ発散角がα以上の光は、第１の光学素子１２の球面状の界面から第１の光学素子１２内に入射し、光学的鏡面１２ｂにてほぼすべて全反射して、凹面反射面１２ａに向かい、凹面反射面１２ａで再度反射する点は実施の形態１の場合と同様である。ここで、実施の形態２においては、凹面反射面１２ａの形状が楕円面であり、かつ固体発光素子１１の位置と楕円面の第１焦点１２ｃが光学的鏡面１２ｂに関して略共役な位置関係にあるので、光学的鏡面１２ｂで全反射した後の光は、仮に楕円面の第１焦点１２ｃに置かれた光源から出射した光と同じ光線方向を有することになる。この為、凹面反射面１２ａに入射した光は凹面反射面１２ａで反射後は、楕円面の他方の焦点（第２焦点）に向かって集光しながら第１の光学素子１２を出射する。第１の光学素子１２を出射した光は、第２の光学素子１３の外周レンズ領域１３ｂに入射し、外周レンズ領域１３ｂの凹レンズ作用を受けて略平行光化されて、第２の光学素子１３の外部に出射される。
【００３３】
以上のように本発明によれば、第２の光学素子１３は中央レンズ領域１３ａと外周レンズ領域１３ｂの２つのレンズ領域を有し、第１の光学素子１２の凹面反射面１２ａでの反射光が外周レンズ領域１３ｂを通過するようにしたので、固体発光素子１１から出射した光のうち、第１の光学素子１２内に入射した光を凹面反射面１２ａと外周レンズ領域１３ｂの２つの光学作用面で略平行化することになる。この為、実施の形態１の場合と比較して、作用する光学作用面が増加するので、より収差が少なく、より平行度の高い略平行光束を効率よく得ることができる。また、外周レンズ領域１３ｂを設けたことにより、凹面反射面１２ａの形状がより自由に設定できるため、凹面反射面１２ａへの光取り込み光束が増し、光の利用効率を向上させることもできる。
【００３４】
さらに、第２の光学素子１３の中央レンズ領域１３ａの直径は、凹面反射面１２ａで反射した光が通過する環状領域の内側全域をほぼ占める大きさにしたので、出射光全体が連続した滑らかな強度分布を持つ略平行光束が得られる。
【００３５】
さらに、第１の光学素子内１２に入射した固体発光素子１１の光は球面上の界面でその光線方向を変えない為、第１の光学素子１２内に入射した光をほぼすべて略平行化できるので、光の利用効率を高めることができる。また、固体発光素子１１の出射光のうち、直接第２の光学素子１３に向かう光は、第１の光学素子１２内の円錐状の空間を通過するので、光の損失なく第２の光学素子１３に入射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、凹面反射面１２ａの形状を楕円面としたが、楕円面以外の形状を用いても良い。また、レンズ領域１３ａの形状を両面非球面としたが、球面、平面などを組み合わせた構成にしても良い。また、第２の光学素子１３を２枚以上のレンズで構成してもよい。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態１又は実施の形態２で示した光源装置を用いて映像表示装置を構成することができる。図７は実施の形態１で示した光源装置を用いた映像表示装置の構成を示す図である。以下、図７に基づいて本実施の形態における映像表示装置について説明する。光源装置２０ｒ、２０ｇ、２０ｂはそれぞれ実施の形態１で示した光源装置であり、固体発光素子、第１の光学素子、及び第２の光学素子から構成されている。但し、固体発光素子は光源装置毎に異なり、光源装置２０ｒは赤色光を出射する固体発光素子２１ｒを備え、光源装置２０ｇは緑色光を出射する固体発光素子２１ｇを備え、光源装置２０ｂは青色光を出射する固体発光素子２１ｂを備えている。
【００３８】
まず、各固体発光素子から出射する光の経路について説明する。実施の形態１において説明したように、光源装置２０ｒの固体発光素子２１ｒから放出された赤色光は第１の光学素子及び第２の光学素子の作用を受けて略平行光束となって光源装置２０ｒの外部へと出射される。同様にして、光源装置２０ｇからは略平行光束となった緑色光が出射し、光源装置２０ｂからは略平行光束となった青色光が出射する。
【００３９】
光源装置２０ｒから出射した略平行の赤色光は、ハーフミラー２２ｒによって９０度進行方向を曲げられ、ハーフミラー２２ｇを透過し、ハーフミラー２２ｂで反射し、フライアイレンズ２３に導かれる。ここでハーフミラー２２ｒは赤色光を反射し、ハーフミラー２２ｇは赤色光を透過し緑色光を反射し、ハーフミラー２２ｂは青色光を透過し緑色光と赤色光を反射するようにそれぞれ異なった透過・反射特性を有するものである。光源装置２０ｇから出射した略平行の緑色光は、ハーフミラー２２ｇで反射して９０度進行方向を曲げられ、ハーフミラー２２ｂで再度反射し、フライアイレンズ２３に導かれる。光源装置２０ｂから出射した略平行の青色光は、ハーフミラー２２ｂを透過し、フライアイレンズ２３へ導かれる。
【００４０】
フライアイレンズ２３に導かれた光は、フライアイレンズ２３の入射面で多分割されてフライアイレンズ２３の出射面で結像し、光を集光する機能を持つコンデンサーレンズ２４、及びフライアイレンズ２３の出射面での像をライトバルブ２６上に結像するフィールドレンズ２５を介してライトバルブ２６を均一に照明する。ライトバルブ２６は反射型ライトバルブであり、後述する制御装置２７が出力するライトバルブ駆動信号２７ａに基づいて、ライトバルブ２６に照明された各色光を時間分割制御で空間的に変調する。そして、空間的に変調された光は、全反射プリズム２８を経由して投射レンズ２９に入射し、拡大投影されることにより映像が表示される。
【００４１】
ライトバルブ２６及び固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは連係動作するように制御される。次に、その制御方法について説明する。まず映像信号処理装置３０は外部から入力した映像信号３１から赤、緑、青の各色成分に対応した信号を作成して、映像信号処理装置３０内の図示していないメモリに映像フレーム単位に書き込む。その後、映像信号処理装置３０は映像フレーム内で順次切り替えて前記メモリ内の各色成分の信号をＲＧＢ信号３０ａとして出力する。制御装置２７はＲＧＢ信号３０ａに基づき、固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂをそれぞれ制御するＬＥＤ駆動信号２７ｒ、２７ｇ、２７ｂとライトバルブ２６を駆動するライトバルブ駆動信号２７ａを制御する。具体的には、固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂが時分割で順次点灯するようにＬＥＤ駆動信号２７ｒ、２７ｇ、２７ｂが駆動され、これにより各色の光が順次ライトバルブ２６を照射する。ライトバルブ駆動信号２７ａはＬＥＤ駆動信号２７ｒ、２７ｇ、２７ｂに同期して制御されることにより、ライトバルブ２６は固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの各点灯タイミングと同期して、各色成分の空間的変調を行う。このようにしてライトバルブ２６と固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの連係動作が可能となり、赤、青、緑の各色の画像が映像フレーム内で順次切り替えられて投射され、カラー映像として鑑賞することができる。
【００４２】
以上説明したように、映像表示装置で使用する光源装置２０ｒ、２０ｇ、２０ｂとして実施の形態１で示した光源装置を用いたので、光源装置２０ｒ、２０ｇ、２０ｂからの出射光は収差が小さくかつ平行度の高い略平行光束となり、これによりハーフミラー２２ｒ、２２ｇ、２２ｂにおける反射作用及び透過作用における光の損失が少なくできるとともに、フライアイレンズ２３における透過率も高くなる。したがって、映像表示装置全体としての光の利用効率が高くなり、より明るい映像を得ることができるという効果がある。
【００４３】
また、赤色、青色、緑色の３原色の固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを用いて、これを時分割点灯するように制御したので、固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの駆動にかかわる電力を削減することができ、省電力化を図ることができる。また、各色の固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの波長を適宜選択することにより、光の合成により再現する色範囲を広くすることが可能であり、色再現性のよい映像を得ることもできる。
【００４４】
実施の形態４．
図８は実施の形態１で示した光源装置を用いた別の形態の映像表示装置の構成を示したものである。なお、図８において図７と同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。以下、図８に基づいて実施の形態４における映像表示装置について説明する。
【００４５】
光源装置２０ｒ、２０ｇ、２０ｂはそれぞれ赤色、緑色、青色の固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを備えた実施の形態１で示した光源装置である。まず、各固体発光素子から出射する光の経路について説明する。光源装置２０ｒの固体発光素子２１ｒから放出された赤色光は第１の光学素子及び第２の光学素子の作用を受けて略平行光束となって光源装置２０ｒから出射する。光源装置２０ｒから出射した略平行な赤色光は、フライアイレンズ２３ｒに入射して光の強度分布が一様化された後、コンデンサーレンズ２４ｒおよびフィールドレンズ２５ｒを介してライトバルブ２６ｒを均一に照明する。ライトバルブ２６ｒは透過型ライトバルブであり、ライトバルブ２６ｒで空間的に変調された赤色光は合成プリズム４０に入射する。同様にして、光源装置２０ｇ、２０ｂから出射する略平行な緑色光、青色光もフライアイレンズ２３ｇ、２３ｂ及びコンデンサーレンズ２４ｇ、２４ｂ及びフィールドレンズ２４ｇ、２４ｂをそれぞれ経由して、ライトバルブ２６ｇ、２６ｂを均一に照射する。ライトバルブ２６ｇ、２６ｂで空間的に変調された緑色光および青色光は合成プリズム４０に入射し、合成プリズム４０で赤色、緑色、及び青色の３色の光が色合成された後、投射レンズ２９に入射し、拡大投影されることにより映像が表示される。
【００４６】
次に、制御動作について説明する。映像信号処理装置３０は外部から入力した映像信号３１から赤、緑、青の各色成分に対応した信号を作成して、映像信号処理装置３０内の図示していないメモリに映像フレーム単位に書き込。その後、映像信号処理装置３０は映像フレーム内で順次切り替えて前記メモリ内の各色成分の信号をＲＧＢ信号３０ａとして出力する。制御装置４１は固体発光素子２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを常時点灯するようにＬＥＤ駆動信号４１ｒ、４１ｇ、４１ｂを駆動するとともに、ＲＧＢ信号３０ａに基づいてライトバルブ駆動信号４２ｒ、４２ｇ、４２ｂを制御する。これにより、ライトバルブ２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは映像信号３１に同期して、各色光に対して空間的変調を与えることができる。
【００４７】
以上説明したように、映像表示装置で使用する光源装置２０ｒ、２０ｇ、２０ｂとして実施の形態１で示した光源装置を用いたので、実施の形態３で述べた映像表示装置と同様な効果を得ることができる。
【００４８】
なお、実施の形態３ないし４においては、各色の光源として、光源装置を１個用いる場合について示したが、それに限るものではなく、光源装置内の固体発光素子の光強度に応じて、光源装置を２個以上用いてもよい。また、実施の形態３ないし４においては、実施の形態１の光源装置を用いて説明したが、それに限るものではなく、本発明による光源装置を用いた映像表示装置であれば、同様の効果を有する。また、ライトバルブとしては実施の形態の説明の中で用いたものに限るものではなく、光を空間的に変調させる機能を有すればそれ以外のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１による光源装置の断面図である。
【図２】点光源と面光源の特性を比較する説明図である。
【図３】面光源の特性を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１による光源装置の動作の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２による光源装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による光源装置の動作の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態３による映像表示装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４による映像表示装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、１１、２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ  ・・・・  固体発光素子
２、１２  ・・・・  第１の光学素子
２ａ、１２ａ  ・・・・  凹面反射面
２ｂ、１２ｂ  ・・・・  光学的鏡面
２ｃ、１２ｃ・・・・  凹面反射面の焦点
３、１３  ・・・・  第２の光学素子
３ａ・・・・  第２の光学素子のレンズ領域
１３ａ・・・・  第２の光学素子の中央レンズ領域
１３ｂ・・・・  第２の光学素子の外周レンズ領域
【図１】
0004845474.tif 000003
【図２】
0004845474.tif 000004
【図３】
0004845474.tif 000005
【図４】
0004845474.tif 000006
【図５】
0004845474.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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