(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略半球形状の光学的透明樹脂でパッケージングされている固体発光素子を備え、照明光を供給する光源と、
前記光源からの前記照明光を略平行光に変換して射出するコリメータ光学系と、
前記コリメータ光学系からの略平行光を集光する集光光学系と、を有し、
前記コリメータ光学系は、前記光源側から順に、前記光源側に凹面を向けたメニスカスレンズと、非球面を備える非球面レンズとを含み、
前記集光光学系は、光軸から離れるに従って屈折力が小さくなるように構成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記コリメータ光学系は、１枚の前記メニスカスレンズと、１枚の前記非球面レンズとの少なくとも２枚のレンズからなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記非球面レンズは、前記光源側の面が非球面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記非球面レンズは、前記光源とは反対側の面が非球面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源からの前記照明光を所定の振動方向の偏光光に変換して射出する偏光変換部をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記集光光学系は、非球面レンズを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記集光光学系は、凹レンズを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの前記照明光を画像信号に応じて変調して射出する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置からの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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及びプロジェクタ、特に、固体光源を用いる照明装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置、特にプロジェクタ等に用いられる照明装置は、所定の領域へ効率良く照明光を導くことが必要とされている。このため、従来の照明装置には、発光部からの光を集光するための反射鏡やレンズ等が用いられる。所望の集光特性を備えた反射鏡やレンズ等を照明装置に設けることにより、所定の角度範囲、方向を効率良く照明している。所望の集光特性を備えた反射鏡やレンズ等を設ける照明装置の技術としては、例えば、特許文献１に提案されているものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１１９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）に代表される固体発光素子は、超高圧水銀ランプ等に比較して一般的に長寿命であること、光への変換効率が高いこと、小型であること等の利点を有している。このため、照明装置の発光部にＬＥＤを使用する場合が多くなってきている。ＬＥＤは、照明光を有効に用いるため、例えば略半球形状の光学的透明樹脂でパッケージングされている。パッケージングにより、ＬＥＤは特有の配光パターンの照明光を放射する。従って、ＬＥＤが有する利点を生かすためには、特有の配光パターンの照明光を、小型な光学系により高い照明効率で所定の方向へ導くことが望ましい。
【０００５】
上記特許文献１に開示された構成では、発光部としてランプを用いている。そして、楕円反射面と凹面レンズとを組み合わせた光学系により、ランプからの照明光を効率良く所定の方向へ導くように構成している。ここで、特許文献１の光学系では、発光部の周囲を囲む硝子により、発光部の虚像が形成されてしまう。このため、凹レンズの焦点位置に発光部の実像を形成できない。従って、発光部からの照明光を効率良く所定方向へ導くことは困難である。
【０００６】
このため、発光部としてＬＥＤを用いるとき、特許文献１に開示された光学系をそのまま適用しても、凹レンズの焦点位置に発光部の実像を形成できないときは、ＬＥＤからの照明光を効率良く所定方向へ導くことは困難である。そこで、特許文献１に開示された光学系の代わりに球面レンズを組合せた光学系をＬＥＤに適用することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、球面レンズを組み合わせた光学系でＬＥＤからの照明光を効率良く所定方向へ導くときに、以下の問題が生じてしまう。まず、光学系を小型化するためには焦点距離を短くする必要がある。焦点距離を短くすると、球面レンズの曲率半径が小さくなる。曲率半径が小さくなると、光学系のＮＡが小さくなってしまう。ＮＡが小さくなると、光学系が取り込める光量が少なくなるので照明効率が低下してしまう。従って、球面レンズを組み合わせた光学系では、ＬＥＤからの光を小型な光学系で高い照明効率で所定方向へ導くことは困難であり問題である。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、小型な構成で、かつ、高い照明効率で照明光を所定の方向に効率良く導くことができる照明装置、及びその照明装置を用いるプロジェクタ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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の発明によれば、固体発光素子を備え、照明光を供給する光源と、光源からの照明光を略平行光に変換して射出するコリメータ光学系とを有し、コリメータ光学系は、光源側から順に、光源側に凹面を向けたメニスカスレンズと、非球面を備える非球面レンズとを含むことを特徴とする照明装置を提供できる。
【００１０】
コリメータ光学系は、光源側から順に、光源に凹面を向けたメニスカスレンズと、非球面を備える非球面レンズとを有している。これにより、前側焦点位置を最も光源側のメニスカスレンズよりも、さらに前側（光源側）に設定できる。このため、コリメータ光学系の焦点距離を短くでき、小型化を図ることができる。また、コリメータ光学系の開口径を大きくできる。開口径が大きいと、高い照明効率で、光源からの光を効率良く略平行光に変換して射出できる。さらに、非球面を用いる他の効果として、諸収差、特に球面収差を低減できる。また、光源をコリメータ光学系の前側焦点位置又はその近傍に配置できる。これにより、光源の配置の自由度が大きくなる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、コリメータ光学系は、１枚のメニスカスレンズと、１枚の非球面レンズとの少なくとも２枚のレンズからなることが望ましい。これにより、さらに小型なコリメータ光学系を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、非球面レンズは、光源側の面が非球面であること、又は光源とは反対側の面が非球面であることが望ましい。これにより、短い焦点距離の小型な光学系で、かつ開口径を大きくできる。開口径が大きいので、より多くの光源からの照明光を取り込むことができる。この結果、照明効率を高くすることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、光源からの照明光を所定の振動方向の偏光光に変換して射出する偏光変換部をさらに有することが望ましい。これにより、例えばＰ偏光光又はＳ偏光光で照明できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、コリメータ光学系からの略平行光を集光する集光光学系をさらに有することが望ましい。これにより、所定の被照明領域に対してさらに効率良く照明光を供給できる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、集光光学系は、光軸から離れるに従って屈折力が小さくなるように構成されることが望ましい。屈折力は、焦点距離の逆数によって表すことができる。集光光学系で光が受ける角度変換の度合いは、集光光学系への入射位置が光軸から離れるに従って小さくなる。集光光学系に入射する光はコリメータ光学系により略平行化されているため、光軸から離れた位置を通過する光線は、光軸とのなす角度が小さい状態で被照明領域に入射する。このことから、被照明領域に入射する光を光軸に沿う方向へ揃えることができる。また、光源として面光源を用いる場合、光源の中央部から出射する光と、光源の外縁部から出射する光とでは、照射領域にずれを生じる場合が考えられる。この場合、光軸から離れるに従い屈折力が小さい集光光学系を用いることにより、光源の外縁部から出射する光の照射領域を、光源の中央部から出射する光の照射領域に近づけることが可能になる。このことから、照明装置は、光源からの光を効率良く被照明領域に入射させることができる。これにより、被照明領域に入射する光を光軸に沿う方向へ揃え、かつ高い照明効率で照明光を供給することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、集光光学系は、非球面レンズを含むことが望ましい。集光光学系は、非球面レンズを設けることにより、簡易な構成で、光軸から離れるに従い屈折力を小さくすることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、集光光学系は、凹レンズを含むことが望ましい。凹レンズは、光軸から離れるに従って集光光学系の屈折力を小さくする役割を担う。そのため、凹レンズを設けることにより、光軸から離れるに従い屈折力が小さくなるような構成とすることが容易になる。また、集光光学系は、凹レンズを設けることにより、後側主点位置を光源側に移すことが可能である。照明装置は、集光光学系の後側主点位置を光源側に移すことにより、光軸方向のサイズを小さくすることができる。これにより、光軸から離れるに従い屈折力を小さくすることを容易にし、かつ照明装置を小型にすることができる。
【００１８】
また、第２の発明によれば、上述の照明装置と、照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調して射出する空間光変調装置と、空間光変調装置からの光を投写する投写レンズとを有するプロジェクタを提供できる。これにより、小型なプロジェクタで、明るい投写像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係る照明装置１００の概略構成を示す。照明装置１００は、光源であるＬＥＤ１０とコリメータ光学系ＬＣとから構成される。ＬＥＤ１０は、固体発光素子であれば他の素子を用いることもできる。コリメータ光学系ＬＣは、ＬＥＤ１０からの照明光を略平行光に変換して射出する。そして、コリメータ光学系ＬＣは、ＬＥＤ１０側から順に、ＬＥＤ１０側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１と、非球面レンズＬ２とから構成されている。非球面レンズＬ２は、ＬＥＤ１０側の面Ｓ２１が非球面である。このように、コリメータ光学系ＬＣは、１枚のメニスカスレンズＬ１と、１枚の非球面レンズＬ２との少なくとも２枚のレンズからなる。メニスカスレンズＬ１と、非球面レンズＬ２とは、それぞれ光学硝子又は透明プラスチック樹脂材で形成されている。
【００２１】
メニスカスレンズＬ１は、ＬＥＤ１０側に凹面を向けた球面レンズである。なお、メニスカスレンズＬ１は非球面を含んでいても良い。ＬＥＤ１０からの発散光は、メニスカスレンズＬ１で、光線が光軸ＡＸとなす角度が小さくなる方向へ屈折される。そして、非球面レンズＬ２は、入射光を略平行光へ変換して射出する。
【００２２】
本実施例では、前側焦点位置を最もＬＥＤ１０側のメニスカスレンズＬ１よりも、さらに前側（ＬＥＤ１０側）に設定できる。このため、コリメータ光学系ＬＣの焦点距離を短くでき、小型化を図ることができる。また、コリメータ光学系ＬＣの開口径を大きくできる。開口径が大きいと、高い照明効率で、ＬＥＤ１０からの光を効率良く略平行光に変換して射出できる。この結果、小型な照明装置１００で、被照射面２０を高い効率で照明できる。さらに、面Ｓ２１に非球面を用いる他の効果として、諸収差、特に球面収差を低減できる。また、光源であるＬＥＤ１０をコリメータ光学系ＬＣの前側焦点位置又はその近傍に配置できる。これにより、ＬＥＤ１０の配置の自由度が大きくなる。特に、非球面レンズＬ２のＬＥＤ１０側の面Ｓ２１に非球面を導入することで、コリメータ光学系ＬＣの前側焦点位置をより前側（ＬＥＤ１０側）へ設定できる。この結果、ＬＥＤ１０とメニスカスレンズＬ１との空気間隔を大きくとることができる。従って、ＬＥＤ１０の位置を大きい範囲で調整できる。
【実施例２】
【００２３】
図２は、本発明の実施例２に係る照明装置２００の概略構成を示す。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例では、非球面レンズＬ３のＬＥＤ１０とは反対側の面Ｓ３２に非球面を導入している。図２からも明らかなように、ＬＥＤ１０とメニスカスレンズＬ１との空気間隔は、実施例１の構成に比較して短くなる。しかしながら、本実施例は、実施例１に比較して大きな取り込み角度でＬＥＤ１０からの光を有効に用いることができる。これにより、さらに高い照明効率で被照射面２０を照明できる。
【実施例３】
【００２４】
図３は、本発明の実施例３に係る照明装置３００の概略構成を示す。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例は、非球面レンズＬ２に関してＬＥＤ１０とは反対側の空間に集光光学系Ｌ４を設けている点が実施例１の構成と異なる。集光光学系Ｌ４は、コリメータ光学系ＬＣからの略平行光を集光する。これより、所定の被照明面２０に対してさらに効率良く照明光を供給できる。また、集光光学系Ｌ４は図３に示す単レンズに限られず、複数のレンズで構成してもよい。なお、集光光学系Ｌ４は、球面レンズや非球面レンズで構成できる。
【実施例４】
【００２５】
図４は、本発明の実施例４に係る照明装置４００の概略構成を示す。本実施例は、実施例１の構成に加え、さらに偏光変換部４０を有している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ＬＥＤ１０からの照明光は、非偏光光であり、上述したようにコリメータ光学系ＬＣで略平行光に変換される。略平行光に変換された照明光は、λ／４波長板４１を透過して反射型偏光子４２に入射する。λ／４波長板４１と反射型偏光子４２とで、照明光を所定の振動方向の偏光光に変換して射出する偏光変換部４０を構成する。
【００２６】
λ／４波長板４１は、後述するように透過光の偏光状態を変換する機能を有する。また、反射型偏光子４２は、特定の振動方向の偏光成分、例えばＰ偏光成分を抽出できる。反射型偏光子４２としてはグリッド型偏光子を用いることができる。グリッド型偏光子は、光透過性の基板上にＡｌ等からなるストライプを数百ｎｍ程度のピッチで周期的に形成して構成されている。そして、グリッド型偏光子は、入射光のうち所定方向の偏光光のみを選択的に透過させるとともに残りを反射させる。このように、グリッド型偏光子は、吸収による光量損失が少ないという利点を有する。反射型偏光子４２は、非偏光光である照明光のうち、Ｐ偏光成分を透過して射出し、Ｓ偏光成分を反射する。反射型偏光子４２を反射したＳ偏光成分は、λ／４波長板４１を再度通過することによって、円偏光に変換される。円偏光に変換された照明光は、ＬＥＤ１０の方向へ戻る。
【００２７】
そして、ＬＥＤ１０のチップ上に形成されている不図示の反射部、例えば金属電極等でさらにコリメータ光学系ＬＣの方向へ反射される。この反射により円偏光成分の回転方向が逆回りへ反転する。そして、逆回りの円偏光成分は、再度、λ／４波長板４１を透過してＰ偏光光に変換される。反射型偏光子４２は、Ｐ偏光成分を透過して、被照射面２０の方向へ射出する。これにより、反射型偏光子４２は、照明光をＰ偏光に変換して射出できる。また、偏光変換部４０は、コリメータ光学系ＬＣの後側焦点位置に配置することが望ましい。これにより、偏光変換部４０の形状を小型化できる。
【００２８】
本実施例では、ＬＥＤ１０からの非偏光光をＰ偏光光に変換して、高い照明効率で被照射面２０を照明できる。なお、偏光変換部４０は、ＬＥＤ１０からの非偏光光をＳ偏光光に変換するように構成しても良い。
【実施例５】
【００２９】
図５は、本発明の実施例５に係る照明装置５００の概略構成を示す。本実施例は、実施例４の構成に加え、さらに集光光学系Ｌ４を有している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ＬＥＤ１０からの照明光は、非偏光光であり、上述したようにコリメータ光学系ＬＣで略平行光に変換される。そして、略平行光は、偏光変換部４０により、例えばＰ偏光光に変換される。集光光学系Ｌ４は、略平行なＰ偏光光を所定の領域へ集光する。これにより、小型な照明装置５００で、高い照明効率で、所定の領域を照明できる。
【実施例６】
【００３０】
図６は、本発明の実施例６に係るプロジェクタ６００の概略構成を示す。照明装置５００Ｒ１は、上記実施例５と同様の構成であり、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）のＰ偏光の照明光を供給する。照明装置５００Ｒ２、５００Ｒ３、５００Ｒ４、５００Ｒ５、５００Ｒ６は、照明装置５００Ｒ１と同一の構成である。６つの照明装置５００Ｒ１、５００Ｒ２、５００Ｒ３、５００Ｒ４、５００Ｒ５、５００Ｒ６からのＲ光は、それぞれプリズム５０１Ｒにより、ロッドインテグレータ５０２Ｒの方向へ光軸ＡＸに沿って光路を折り曲げられる。
【００３１】
ロッドインテグレータ５０２Ｒの斜視構成を図７に示す。ロッドインテグレータ５０２Ｒは、硝子材料からなる四角柱の形状であり、入射端面５０２ＥＮと射出端面５０２ＥＸとが形成されている。そして、入射端面５０２ＥＮから入射したＲ光は、ロッドインテグレータ５０２Ｒの外壁における界面の全反射条件を利用して外壁に反射しながら進行し、射出端面５０２ＥＸより射出する。なお、ロッドインテグレータ５０２Ｒは、四角柱の形状に限られず、内面を反射膜で形成した中空のロッドインテグレータでも良い。ここで、各照明装置は、それぞれ長方形状の入射端面５０２ＥＮを略６分割した領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６のうち一の領域を照明するように配置されている。例えば、照明装置５０１Ｒ１は、斜線を付す領域Ａ１を照明する。そして、ロッドインテグレータ５０２Ｒは、６つの照明装置５０１Ｒ１等からのＲ光で、後述するＲ光用空間光変調装置５０３Ｒを重畳的に照明する。
【００３２】
図６に戻って、Ｒ光用空間光変調装置５０３Ｒは、例えば透過型の液晶パネルである。Ｒ光用空間光変調装置５０３Ｒは、入射したＲ光を画像信号に応じて変調して射出する。なお、Ｒ光用空間光変調装置５０３Ｒは、射出側に設けられた不図示の偏光板により、変調されたＳ偏光光が射出できる構成である。変調されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム５０４へ入射する。
【００３３】
次に、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）について説明する。６つの照明装置５００Ｇ１、５００Ｇ２、５００Ｇ３、５００Ｇ４、５００Ｇ５、５００Ｇ６は、それぞれ緑色光（以下、「Ｇ光」という。）のＳ偏光の照明光を供給する。そして、プリズム５０１Ｇで光路を折り曲げられ、ロッドインテグレータ５０２Ｇへ入射する。ロッドインテグレータ５０２Ｇは、上述のＲ光の場合と同様に、Ｇ光用空間光変調装置５０３Ｇを重畳的に照明する。Ｇ光用空間光変調装置５０３Ｇは、入射光を画像信号に応じて変調してＰ偏光光として射出する。変調されたＰ偏光光は、クロスダイクロイックプリズム５０４へ入射する。
【００３４】
次に、青色光（以下、「Ｂ光」という。）について、説明する。６つの照明装置５００Ｂ１、５００Ｂ２、５００Ｂ３、５００Ｂ４、５００Ｂ５、５００Ｂ６は、Ｒ光の場合と同様に、それぞれＢ光のＰ偏光の照明光を供給する。そして、プリズム５０１Ｂで光路を折り曲げられ、ロッドインテグレータ５０２Ｂへ入射する。ロッドインテグレータ５０２Ｂは、Ｒ光と同様に、Ｂ光用空間光変調装置５０３Ｂを重畳的に照明する。Ｂ光用空間光変調装置５０３Ｂは、入射光を画像信号に応じて変調してＳ偏光光として射出する。そして、変調されたＳ偏光光は、クロスダイクロイックプリズム５０４へ入射する。
【００３５】
クロスダイクロイックプリズム５０４は、第１のダイクロイック膜５０４ａと第２のダイクロイック膜５０４ｂとをＸ字型に直交させて構成されている。第１のダイクロイック膜５０４ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光とＧ光とを透過する。第２のダイクロイック膜５０４ｂは、Ｒ光を反射し、Ｇ光とＢ光とを透過する。これにより、クロスダイクロイックプリズム５０４は、画像信号に応じて変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を合成して射出する。色合成された光は、投写レンズ５０５により、スクリーン５０６にフルカラー像として投写される。
【００３６】
本実施例のプロジェクタ６００は、上記実施例で述べたような照明装置を備えている。このため、小型なプロジェクタで、かつ高い照明効率による明るい投写像を得ることができる。なお、本実施例では、３つの透過型の空間光変調装置に対応してそれぞれ照明装置を組み合わせたプロジェクタについて説明した。しかしながら、プロジェクタに照明装置を適用する構成はこれに限られない。例えば、反射型の空間光変調装置を用いるプロジェクタと、本発明の照明装置とを組み合わせても良い。さらに、空間光変調装置としてティルトミラーデバイス、例えばＤＭＤ（ＤＭＤは米国テキサス・インスツルメント社の商標）を用いるプロジェクタにも、本発明の照明装置を適用することができる。
【実施例７】
【００３７】
図８は、本発明の実施例７に係る照明装置８００の概略構成を示す。本実施例は、実施例３と同様に、コリメータ光学系ＬＣからの略平行光を集光する集光光学系ＬＤを有する。本実施例の集光光学系ＬＤは、光軸ＡＸから離れるに従い屈折力が小さくなるように構成されることを特徴とする。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３８】
集光光学系ＬＤは、非球面レンズＬ５と凹レンズＬ６とを有する。非球面レンズＬ５は、被照射面２０側の面Ｓ８１が非球面である。非球面レンズＬ５の面Ｓ８１は、光軸ＡＸから離れるに従って屈折力が小さくなるような非球面係数を有する。そのため、非球面レンズＬ５に入射する光が受ける角度変換の度合いは、非球面レンズＬ５への入射位置が光軸ＡＸから離れるに従って小さくなる。非球面レンズＬ５に入射する光はコリメータ光学系ＬＣにより略平行化されているため、光軸ＡＸから離れた位置を通過する光線は、光軸ＡＸとのなす角度が小さい状態で被照射面２０に入射する。
【００３９】
凹レンズＬ６は、被照射面２０側に凹面を有する。凹レンズＬ６は、光軸ＡＸから離れるに従って集光光学系ＬＤの屈折力をさらに小さくする役割を有する。そのため、集光光学系ＬＤは、凹レンズＬ６を設けることにより、光軸ＡＸから離れるに従い屈折力が小さくなるような構成とすることが容易になる。また、凹レンズＬ６は、光軸ＡＸから離れた位置を通過する光線を光軸ＡＸに沿うように角度変換することで、集光光学系ＬＤの後側主点位置をＬＥＤ１０側に移動させる役割も果たす。集光光学系ＬＤの後側主点位置がＬＥＤ１０側に移ると、ＬＥＤ１０と被照射面２０とを近づけることが可能となる。照明装置８００は、集光光学系ＬＤの後側主点位置がＬＥＤ１０側に移ることで、光軸ＡＸ方向のサイズを小さくすることが可能になる。なお、凹レンズＬ６は、入射側と出射側とに凹面を有する両凹レンズとしても良い。
【００４０】
ＬＥＤ１０は、面光源である発光チップから照明光を供給する。発光チップの出射面は、例えば、正方形形状を有する。図８に示す矢印は、ＬＥＤ１０の発光チップのうち中央部から出射した光の進行方向である。ＬＥＤ１０の発光チップのうちの中央部は、光軸ＡＸ上の位置である。ＬＥＤ１０の発光チップのうち中央部から出射した光は、図９に示すように略均一に広がりを有する照射分布９１で被照射面２０に入射する。
【００４１】
図１０は、発光チップの外縁部うち、正方形の角部の一点から出射した光の進行方向を説明するものである。発光チップの角部は、発光チップ上において光軸ＡＸから最も離れた位置である。図１１は、発光チップの角部の一点から出射した光の、被照射面２０における照射分布９２を示す。図１０の光の進行方向、及び図１１の照射分布９２に示すように、発光チップの角部からの光は光軸ＡＸからずれた位置に集中するものの、ほぼ被照射面２０上に入射する。光軸ＡＸから離れるに従い屈折力が小さくなるような集光光学系ＬＤを設けると、発光チップの外縁部から出射する光の照射領域を、発光チップの中央部から出射する光の照射領域に近づけることが可能になる。そのため、集光光学系ＬＤを設けることによって、発光チップの中央部から出射する光と、発光チップの外縁部から出射する光とのいずれも効率良く被照射面２０に入射する。照明装置８００は、集光光学系ＬＤを設けることにより、ＬＥＤ１０からの光を効率良く被照射部２０に入射させることができる。
【００４２】
図１２は、ＬＥＤ１０の発光チップの中央部から出射した光の振る舞いを説明するものであって、集光光学系ＬＤへの入射位置と、集光光学系ＬＤから出射した光の進行方向との関係を示す。図１２のグラフの縦軸は、集光光学系ＬＤへの光線の入射位置と光軸ＡＸとの間の距離ｄを示す。また、横軸は、集光光学系ＬＤから出射した光線が光軸ＡＸと交わる位置と被照射面２０の配置位置との間の距離ｘを示す。照明装置８００は、集光光学系ＬＤを出射した光線が光軸ＡＸと交わる位置よりＬＥＤ１０側に被照射面２０を設けている。このため、集光光学系ＬＤを出射した光線が光軸ＡＸと交わる位置とは、光線が被照射面２０を貫いてそのまま進行したとして光線が光軸ＡＸ上に到達する位置であるとする。
【００４３】
グラフに示すように、集光光学系ＬＤに対して光軸ＡＸから離れた位置に入射する光ほど、被照射面２０から離れた位置で光軸ＡＸと交わる。光軸ＡＸと光線とが交わる位置が被照射面２０から離れるほど、光の進行方向は光軸ＡＸの方向に近くなる。従って、集光光学系ＬＤは、光軸ＡＸから離れた位置に入射する光を光軸ＡＸに沿う方向へ揃える機能を果たしている。
【００４４】
このように、照明装置８００は、集光光学系ＬＤを設けることにより、被照射面２０に入射する光を光軸ＡＸに沿う方向へ揃えことができる上、効率良く被照射面２０を照明することができる。これにより、被照射面２０に入射する光を光軸ＡＸに沿う方向へ揃え、かつ高い照明効率で照明光を供給することができるという効果を奏する。また、集光光学系ＬＤは、非球面レンズＬ５を設けることにより、簡易な構成で、光軸ＡＸから離れるに従い屈折力を小さくすることができる。さらに、集光光学系ＬＤに凹レンズＬ６を設けることで、光軸ＡＸから離れるに従い屈折力を小さくすることを容易にし、かつ照明装置８００を小型にすることができる。
【００４５】
プロジェクタは、液晶型空間光変調装置やティルトミラーデバイスで変調可能な光束の角度範囲に限りがある上、投写レンズで取り込める光束の角度範囲にも限りがある。照明装置８００は光軸ＡＸに沿う方向に揃った光を供給可能であるから、プロジェクタに照明装置８００を用いることで、プロジェクタの光学系においてけられる光を減少できる。また、照明装置８００は、高い照明効率で光を供給することができる。従って、プロジェクタは、照明装置８００を用いることによって明るい投写像を得ることができる。
【００４６】
なお、集光光学系ＬＤは、非球面レンズＬ５、凹レンズＬ６のみで構成する場合に限らない。集光光学系ＬＤは、光軸ＡＸから離れるに従い屈折力を小さくするような構成であれば、非球面レンズＬ５及び凹レンズＬ６以外の他のレンズを有することとしても良い。また、集光光学系ＬＤは、非球面レンズＬ５及び凹レンズＬ６を必ずしも設ける必要は無く、例えば凹レンズＬ６を省略する構成としても良い。さらに、上記各実施例の照明装置は光源に用いる固体発光素子としてＬＥＤ１０を使用しているが、これに限らず、他の固体発光素子、例えば、半導体レーザを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る照明装置は、小型で、かつ高い照明効率で照明光を所定の方向に進行させる場合に有用であり、特に、プロジェクタに用いられる照明光を供給する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１に係る照明装置の概略構成図。
【図２】本発明の実施例２に係る照明装置の概略構成図。
【図３】本発明の実施例３に係る照明装置の概略構成図。
【図４】本発明の実施例４に係る照明装置の概略構成図。
【図５】本発明の実施例５に係る照明装置の概略構成図。
【図６】本発明の実施例６に係るプロジェクタの概略構成図。
【図７】ロッドインテグレータの概略構成図。
【図８】本発明の実施例７に係る照明装置の概略構成図。
【図９】発光チップの中心部からの光の照射分布図。
【図１０】ＬＥＤからの光の進行方向を説明する図。
【図１１】発光チップの外縁部からの光の照射分布図。
【図１２】集光光学系の機能を説明する図。
【符号の説明】
【００４９】
１０  光源、２０  被照射面、４０  偏光変換部、４１  １／４波長板、４２  反射型偏光子、１００、２００、３００、４００、５００  照明装置、６００  プロジェクタ、５００Ｒ１〜５００Ｒ６  照明装置、５００Ｇ１〜５００Ｇ６  照明装置、５００Ｂ１〜５００Ｂ６  照明装置、５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ  プリズム、５０２Ｒ、５０２Ｇ、５０２Ｂ  ロッドインテグレータ、５０２ＥＸ  射出端面、５０２ＥＮ  入射端面、５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂ  各色光用空間光変調装置、５０４  クロスダイクロイックプリズム、５０４ａ、５０４ｂ  ダイクロイック膜、５０５  投写レンズ、５０６  スクリーン、Ａ１〜Ａ６  領域、ＡＸ  光軸、Ｌ１  メニスカスレンズ、Ｌ２、Ｌ３  非球面レンズ、Ｌ４  集光光学系、ＬＣ  コリメータ光学系、８００  照明装置、Ｌ５  非球面レンズ、Ｌ６  凹レンズ、ＬＤ  集光光学系、９１、９２  照射分布
【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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