(57)【要約】【課題】投影像の明るい小型で低コストの画像投影装置を提供する。【解決手段】照明光を空間的に変調することにより画像を形成する透過型液晶素子４と、透過型液晶素子４を照明するための発光モジュールＭＪと、透過型液晶素子４により形成された画像を投影する投影光学系５と、を備える。リフレクターＲＴは、ＬＥＤチップＴＰから発せられた光を反射させる凹面反射面ＲＳを有する。凹面反射面ＲＳの焦点位置又はその近傍にＬＥＤチップＴＰが配置されており、ＬＥＤチップＴＰに対し電極リードＬＣが凹面反射面ＲＳとは反対側に配置されている。【選択図】図１
2007250295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を空間的に変調することにより画像を形成する透過型の空間変調素子と、その空間変調素子を照明するためのＬＥＤ及びリフレクターを有する発光モジュールと、前記空間変調素子により形成された画像を投影する投影光学系と、を備えた小型の画像投影装置であって、
前記ＬＥＤがＬＥＤチップとそのＬＥＤチップを固定する電極リードとを有しており、前記ＬＥＤチップから発せられた光を反射させる凹面反射面を前記リフレクターが有しており、前記凹面反射面の焦点位置又はその近傍に前記ＬＥＤチップが配置されており、前記ＬＥＤチップに対し前記電極リードが前記凹面反射面とは反対側に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記リフレクターが複数の凹面反射面を有する単一のリフレクターであって、前記ＬＥＤチップが前記凹面反射面と同数配置されており、各凹面反射面は隣接する凹面反射面との境界において外形の一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記リフレクターが複数の凹面反射面を有する単一のリフレクターであって、前記ＬＥＤチップが前記凹面反射面と同数配置されており、各凹面反射面がリフレクターの中心軸に対して回転対称に配置されており、リフレクターをその中心軸に沿って正面から見たとき、隣接する凹面反射面との境界がリフレクターの中心軸に向いた直線を成していることを特徴とする請求項１又は２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記複数のＬＥＤチップのうち少なくとも１つが他とは異なる波長域の光を放射することを特徴とする請求項２又は３記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記空間変調素子が時分割駆動することを特徴とする請求項４記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記投影光学系が前記空間変調素子側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記空間変調素子の画面中心と前記投影光学系の光軸とが一致していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記空間変調素子と前記発光モジュールとが同一の冷却装置によって冷却される構成を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤチップとして少なくとも３原色ＲＧＢに対応した３つを有し、前記投影光学系のＮＡが前記発光モジュールから投影光学系に入る各色のＮＡよりも大きいことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型の画像投影装置に関するものであり、例えば、ＬＥＤ(light emitting diode：発光ダイオード)を照明光源として有する小型の画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、透過型液晶素子と、その背面側に配置された３つのＬＥＤと、を組み合わせて成るモバイル機器が提案されている。３つのＬＥＤは３原色ＲＧＢに対応しており、透過型液晶素子が表示する各色の画像を時分割駆動により照明する構成になっている。また特許文献２には、３原色ＲＧＢに対応した３つのＬＥＤを用いて、各色光の合成をダイクロイックプリズムで行う光源装置が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２９５６９０号公報
【特許文献２】特開２００５−１８９８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１記載のモバイル機器には、ＬＥＤからの照明光を集光して透過型液晶素子に導く照明光学系が用いられていないため、透過型液晶素子を効率良く照明することができず、明るい投影像を得ることができない。特許文献２記載の光源装置は、フルカラー化のためにダイクロイックプリズムを有しているため、コストや大きさの点で不利である。つまり、ダイクロイックプリズムで色合成する構成になっているため、ダイクロイックプリズムがコストアップを招くだけでなく、ダイクロイックプリズムを配置するための空間を確保する必要もある。したがって、小型・低コストであることが要求される画像投影装置には向いていない。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、投影像の明るい小型で低コストの画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、第１の発明の画像投影装置は、照明光を空間的に変調することにより画像を形成する透過型の空間変調素子と、その空間変調素子を照明するためのＬＥＤ及びリフレクターを有する発光モジュールと、前記空間変調素子により形成された画像を投影する投影光学系と、を備えた小型の画像投影装置であって、前記ＬＥＤがＬＥＤチップとそのＬＥＤチップを固定する電極リードとを有しており、前記ＬＥＤチップから発せられた光を反射させる凹面反射面を前記リフレクターが有しており、前記凹面反射面の焦点位置又はその近傍に前記ＬＥＤチップが配置されており、前記ＬＥＤチップに対し前記電極リードが前記凹面反射面とは反対側に配置されていることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明の画像投影装置は、上記第１の発明において、前記リフレクターが複数の凹面反射面を有する単一のリフレクターであって、前記ＬＥＤチップが前記凹面反射面と同数配置されており、各凹面反射面は隣接する凹面反射面との境界において外形の一部が切り欠かれていることを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の画像投影装置は、上記第１又は第２の発明において、前記リフレクターが複数の凹面反射面を有する単一のリフレクターであって、前記ＬＥＤチップが前記凹面反射面と同数配置されており、各凹面反射面がリフレクターの中心軸に対して回転対称に配置されており、リフレクターをその中心軸に沿って正面から見たとき、隣接する凹面反射面との境界がリフレクターの中心軸に向いた直線を成していることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明の画像投影装置は、上記第２又は第３の発明において、前記複数のＬＥＤチップのうち少なくとも１つが他とは異なる波長域の光を放射することを特徴とする。
【０００９】
第５の発明の画像投影装置は、上記第４の発明において、前記空間変調素子が時分割駆動することを特徴とする。
【００１０】
第６の発明の画像投影装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記投影光学系が前記空間変調素子側にテレセントリックであることを特徴とする。
【００１１】
第７の発明の画像投影装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記空間変調素子の画面中心と前記投影光学系の光軸とが一致していることを特徴とする。
【００１２】
第８の発明の画像投影装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記空間変調素子と前記発光モジュールとが同一の冷却装置によって冷却される構成を有することを特徴とする。
【００１３】
第９の発明の画像投影装置は、上記第２〜第８のいずれか１つの発明において、前記ＬＥＤチップとして少なくとも３原色ＲＧＢに対応した３つを有し、前記投影光学系のＮＡが前記発光モジュールから投影光学系に入る各色のＮＡよりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、ＬＥＤチップが各凹面反射面の焦点位置又はその近傍に配置されており、各ＬＥＤチップに対し電極リードが凹面反射面とは反対側に配置されているので、ＬＥＤチップからの光はほとんど全て凹面反射面で反射される。このため、高い光利用効率を達成することができる。また、ＬＥＤチップを固定する電極リードが放熱体として作用するため、ＬＥＤチップの高温化を防止して高輝度化を達成することができる。さらに、照明光を空間的に変調することにより画像を形成する空間変調素子として、透過型の空間変調素子を有する構成になっているため、空間変調素子により形成された画像を投影する投影光学系の小型化が可能になるとともに、画像投影装置全体の小型化も可能となる。したがって、投影像の明るい小型で低コストの画像投影装置を実現することができる。
【００１５】
第２又は第３の発明によれば、リフレクターが複数の凹面反射面を有する単一構成になっているため、高輝度・高効率としながら全体の小型化が可能になるとともに組み立て作業が不要になる。さらに、隣接する凹面反射面との境界において各凹面反射面の外形の一部が切り欠かれており、あるいはリフレクターをその中心軸に沿って正面から見たとき、隣接する凹面反射面との境界がリフレクターの中心軸に向いた直線を成しているため、リフレクターがその中心軸に対して垂直方向に小さくなって、より一層の小型化が可能となる。また第３の発明によれば、各凹面反射面がリフレクターの中心軸に対して回転対称に配置されているため、均質発光の可能な高輝度・高効率の小型発光モジュールを実現することができ、一般的な回転対称光学系に適用した場合に照明ムラ等を防止することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、複数のＬＥＤチップのうち少なくとも１つが他とは異なる波長域の光を放射する構成になっているため、多色表示が可能となる。さらに第５の発明によれば、空間変調素子が時分割駆動する構成になっているため、単板式でありながら空間変調素子の全域を有効利用して、高精細な画像をコンパクトな構成で得ることができる。また時分割駆動のため、ＬＥＤの発光はパルス発光となり、ＬＥＤの非発光時にＬＥＤチップが冷却される。したがって発光時の出力をより高出力にできるため、時分割駆動の空間変調素子とＬＥＤ光源との組み合わせは高輝度化に適している。
【００１７】
第６の発明によれば、投影光学系が空間変調素子側にテレセントリックな構成になっているため、色の角度合成による投影画面上での色ムラの発生を抑えることができる。
【００１８】
第７の発明によれば、空間変調素子の画面中心と投影光学系の光軸とが一致した構成になっているため、色の角度合成による投影画面上での色ムラの発生を抑えることができる。
【００１９】
第８の発明によれば、空間変調素子と発光モジュールとが同一の冷却装置によって冷却される構成になっているため、画像投影装置全体の小型化を図りながら、高い放熱効果を得ることができる。例えば、発光モジュールの放熱効果が向上する結果、更なる高輝度化を達成することができる。
【００２０】
第９の発明によれば、ＬＥＤチップとして少なくとも３原色ＲＧＢに対応した３つを有する構成になっているため、小型化・低コスト化を図りながらフルカラー化の実現が可能となる。また、投影光学系のＮＡが発光モジュールから投影光学系に入る各色のＮＡよりも大きい構成になっているため、色合成にプリズムやミラーを用いなくても、発光モジュールから射出した光を効率良く投影光学系に入射させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る小型の画像投影装置とそれに用いる発光モジュール，リフレクター等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２２】
図１に、光源装置として発光モジュールを１つ備えたプロジェクター(画像投影装置)の一実施の形態を示し、その構成を以下に説明する。図１において、ＭＪは発光モジュール、１は一対のレンズアレイ、２はコンデンサーレンズ、３はフィールドレンズ、４は透過型液晶素子(ＬＣＤ：liquid crystal display)、５は投影光学系、ＳＴは絞りである。発光モジュールＭＪは、凹面反射面ＲＳを４面有するリフレクターＲＴと、４つのＬＥＤチップＴＰと、を備えている。そして、４つのＬＥＤチップＴＰとして少なくとも３原色ＲＧＢに対応した発光色の３つを含む組み合わせ(例えば、ＲＧＢＹやＲＧＧＢの組み合わせ)になっている。ＬＥＤチップとして少なくともＲＧＢに対応した３つを有する構成とすることにより、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーを用いずに安価で小型のフルカラー表示を行うことが可能となる。なお、モノクロ表示の場合には単色照明でよいので、全て同一色のＬＥＤチップを用いてもよく、凹面反射面を１面のみ有するリフレクターを用いてもよい。
【００２３】
レンズアレイ１，コンデンサーレンズ２及びフィールドレンズ３は、照明光学系の主要な構成要素であり、発光モジュールＭＪから発せられた照明光は、その照明光学系によって透過型液晶素子４に導かれる。その際、レンズアレイ１の各セルを射出した照明光は、コンデンサーレンズ２で透過型液晶素子４上に重ね合わせられることにより空間的なエネルギー分布が均一化されて、透過型液晶素子４を均一に照明する。透過型液晶素子４は時分割駆動する構成になっており、透過型液晶素子４はその画像信号と同期した点灯タイミング(例えばＲＧＢ又はＲＧＢＹの順)で発光モジュールＭＪからの照明を受けることになる。そして、照明光学系により照明された透過型液晶素子４により形成された画像は、投影光学系５によってスクリーン(不図示)に投影される。
【００２４】
図１に示すプロジェクターにおいて、透過型液晶素子４は時分割駆動する構成になっている。このため、単板式でありながら空間変調のための液晶素子面の全域を有効利用して、高精細な画像をコンパクトな構成で得ることができる。空間変調素子を用いた画像表示方法としては、３板方式，単板カラーフィルター方式，単板時分割方式等が挙げられる。３板方式の場合、空間変調素子が３枚必要となるので、コストアップ，大型化を招いてしまう。単板カラーフィルター方式の場合、画素サイズが１／３になるので暗くなり、明るさを稼ぐために画素を大きくすると全体が大型化してしまう。空間変調素子が時分割駆動する単板時分割方式の場合、空間変調素子全域を有効に使えるので、高画質化・コンパクト化・低コスト化の点で好ましい。また、複数のＬＥＤチップのうち少なくとも１つが他とは異なる波長域の光を放射する構成であれば、多色表示が可能となるので、カラー化の方法として単板時分割方式を採用すれば、色合成のためのダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーが不要となる。色合成用の光学部材を設ける必要がないので、発光モジュールと透過型空間変調素子との間隔を短縮することができ、画像投影装置の小型化が可能になる。
【００２５】
単板時分割方式で駆動する空間変調素子には反射型と透過型がある。反射型の例としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)や反射型液晶素子が挙げられる。デジタル・マイクロミラー・デバイスを用いる場合には入射光と反射光とを分離するための大きな空間が必要となり、反射型液晶素子を用いる場合には偏光ビームスプリッター(ＰＢＳ)を挿入する必要がある。したがって、反射型の空間変調素子を用いる場合には、空間変調素子と投影光学系との間に一定の空間が必要となり、レンズバックの大きな投影光学系は必然的に大型化することになる。それに対して、透過型液晶素子４のような透過型の空間変調素子を用いる場合には、空間変調素子の直後に投影光学系を配置することが可能である。したがって、投影光学系の小型化が可能になるとともに、画像投影装置全体の小型化も可能となる。
【００２６】
また後で詳しく説明するが、いわゆる反射型ＬＥＤの構造を有する発光モジュールと透過型の空間変調素子との組み合わせにより、画像投影装置を小型化するとともに明るい投影像を得ることが可能になる。この組み合わせでは、例えば図１に示す発光モジュールＭＪの小型化とともに、その前面と透過型液晶素子４(特にその入射側偏光板)との空間的に近い配置により、画像投影装置の小型化が可能となる。
【００２７】
透過型の空間変調素子としては、サファイア基板の透過型液晶素子が好ましい。サファイア上に作製された電極は、一般にガラス上のものよりも電気伝導性が高い。したがって、ガラスの上に電極を配置する液晶素子よりも配線の寸法を細くできる。その結果、透過型液晶素子の開口率を上げることができるので、明るい表示が可能となる。なお、ここでは透過型の空間変調素子として透過型液晶素子４を例示しているが、これに限らない。透過型液晶素子４の代わりに、照明光を空間的に変調することにより画像を形成する他のタイプの透過型の空間変調素子を用いてもよい。
【００２８】
図１に示す発光モジュールＭＪには、後で詳しく説明するが、発光体としてＬＥＤが用いられている。ＬＥＤには、小型・安価・低消費電力といったメリットがあり、電球のように切れないため交換不要であり、放電ランプのように発光開始までに時間がかからず速やかに起動できる等のメリットもある。このため、ＬＥＤは携帯可能な小型画像投影装置の光源装置に好適な発光体と言える。また発光モジュールＭＪには、後述する特長のあるリフレクターＲＴが用いられているため、小型の画像投影装置でありながら高輝度・高効率化により明るい投影像を得ることが可能になる。ＬＥＤは通常発散角が大きいという特性があり、プロジェクターの光源として利用する場合には、発散角度の最適化(集光)を行わないと効率が悪い。一般にＬＥＤからの光を集光するためにレンズが用いられるが、レンズだと全ての光を取り込むのが困難である。その反面、反射型であれば折り返しがあるので、スペース効率も高く大型化しにくい上に、半球状に発光する全ての光を取り込むことができるので利用効率も高い。
【００２９】
図１に示す発光モジュールＭＪには、後で詳しく説明するが、ＬＥＤチップＴＰが各凹面反射面ＲＳの焦点位置又はその近傍に配置されており、各ＬＥＤチップＴＰに対し電極リードＬＣが凹面反射面ＲＳとは反対側に配置されている。いわゆる反射型ＬＥＤの構成では、ＬＥＤチップが固定されている電極リード(カソード)と凹面反射面とが対向しているので、ＬＥＤチップからの光は凹面反射面側にしか発せられない。したがって、ＬＥＤチップを各凹面反射面の焦点位置又はその近傍に配置し、各ＬＥＤチップに対し電極リードを凹面反射面とは反対側に配置すれば、ＬＥＤチップからの光はほとんど全て凹面反射面で反射されるため、高い光利用効率を達成することができる。
【００３０】
また、ＬＥＤチップでは放熱が必要になるが、ＬＥＤチップが固定される電極リードは放熱体も兼ねるので、電極リードでＬＥＤチップを速やかに冷やすことができる。したがって、ＬＥＤチップの高温化を防止して高輝度化を達成することができる。一般に、ジャンクション温度を一定に保てるまでは電流量に比例した光パワー(明るさ)が得られるが、ジャンクション温度が高くなると、追加投入電流は熱となってしまう。放熱を効果的に行えば、ジャンクション温度を一定に保てる電流を大きくすることができるので、投入電流に比例した明るさが得られる。したがって、発光モジュールの高輝度化により、投影像の明るい小型で低コストの画像投影装置を実現することができる。
【００３１】
上記画像投影装置(図１)に用いられている発光モジュールＭＪを、以下に詳しく説明する。まず、発光モジュールＭＪに搭載されるリフレクターＲＴの特徴的構成を説明する。図２(Ａ)に４つの凹面反射面ＲＳを有するリフレクターＲＴの一形態を示し、図３にリフレクターＲＴにおける各凹面反射面ＲＳの形状，位置関係等を示す。図２(Ａ)は凹面反射面ＲＳの正面側外観を示しており、図３(Ａ)は凹面反射面ＲＳの断面形状を示しており、その光軸ＡＸ及び中心軸ＣＸと対応するように、凹面反射面ＲＳの正面側外観を図３(Ｂ)で示している。
【００３２】
図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴは、凹面反射面ＲＳを４面有する単一構成になっている。このようにリフレクターが複数の凹面反射面を有する構成であれば、各凹面反射面に発光体(例えばＬＥＤチップ)を配置することにより、発光装置(発光モジュールＭＪに相当する。)の高輝度化が可能となる。その高輝度化は発光体の数が多いほど向上するので、必要とされる輝度が高いほど凹面反射面の数を多く設定することにより、高輝度化の要求に応えることができる。図４に、凹面反射面ＲＳの数が異なる３つのタイプのリフレクターＲＴの具体例を示す。図４において、(Ａ)は凹面反射面ＲＳを３面有するリフレクターＲＴを示しており、(Ｂ)は凹面反射面ＲＳを４面有するリフレクターＲＴ(図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴと同じ構成である。)を示しており、(Ｃ)は凹面反射面ＲＳを５面有するリフレクターＲＴを示している。
【００３３】
上記のように複数の凹面反射面を有するリフレクターが単一構成であることにより、全体の小型化が可能になるとともに組み立て作業等が不要になる。１つの凹面反射面を有するリフレクターを並列に複数並べようとすると、並べることで誤差が発生し、並べて組み立てるという行為が必要になり、リフレクター間に隙間が生じることにもなる。これは発光装置全体の大型化、さらには出てくる光の大型化に起因するシステム(照明光学系等)の大型化といった問題を招くことになる。複数の凹面反射面が一体化されていれば、こういった問題は生じない。したがって、複数の凹面反射面を有するリフレクターを単一構成とすることが好ましい。
【００３４】
一般に、発光体の発光面積が同じであれば同じ明るさが得られるので、例えば、１つの凹面反射面で発光面積を４倍にしようとすると、４個の発光体と２倍の大きさの凹面反射面が必要になる。１つの凹面反射面で４個の発光体を用いた場合、光学的感度を同じにすれば発散角が大きくなるので、焦点距離を２倍に大きくしなければならなくなる。焦点距離を大きくすると、凹面反射面は深くなるため発光装置は光軸方向に厚くなってしまう。また、発光体同士近いので冷却しにくいという問題も生じる。１つの凹面反射面に３原色ＲＧＢ３つの発光体を用いた場合も同様であり、各色で発散角が異なってしまうことから上記と同様の問題が発生する。それに対し、図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴのように複数の凹面反射面を有する構成とすれば、各凹面反射面に発光素子を配置することにより、発散角や焦点距離を大きくしなくても発光面積を大きくすることが可能となる。つまり、発光装置を厚くせずに高輝度化を達成することができる。
【００３５】
図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴは、各凹面反射面ＲＳがリフレクターＲＴの中心軸ＣＸに対して回転対称に配置された構成になっている。このように各凹面反射面がリフレクターの中心軸に対して回転対称に配置された構成であれば、一般的な回転対称光学系に適用した場合に照明ムラ等を防止することができる。例えば、プロジェクター等への応用を考えた場合、透過型液晶素子等の透過型空間変調素子、照明光学系、投影光学系等は回転対称軸を持っているのが通例である。そのような光学構成へ応用する場合、発光装置からの光にムラが発生しないようにするため、各凹面反射面がリフレクターの中心軸に対して回転対称であることが好ましい。
【００３６】
図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴは、各凹面反射面ＲＳの隣接構成に特徴のある構成になっている。例えば、各凹面反射面ＲＳは隣接する凹面反射面ＲＳとの境界において外形の一部が切り欠かれている点に特徴がある。その切り欠かれた部分は、図２(Ａ)及び図３(Ｂ)に示す直線状の境界を構成するので、この観点から言えば、リフレクターＲＴをその中心軸ＣＸに沿って正面から見たとき、各凹面反射面ＲＳが隣接する凹面反射面ＲＳとの境界がリフレクターＲＴの中心軸ＣＸに向いた直線ＬＮを成している点に特徴がある。つまり、リフレクターＲＴを正面側から見たとき、隣接する凹面反射面ＲＳとの境界はリフレクターＲＴの中心軸ＣＸを中心として放射状に延びる直線ＬＮを成している点に特徴がある。各凹面反射面ＲＳの隣接構成を上記のように設定することは、以下に説明するように、発光装置の高輝度・高効率化を損なうことなくリフレクターＲＴの小型化に大きく寄与する。
【００３７】
図２(Ａ)に示すリフレクターＲＴとの比較のために、４つの凹面反射面ＲＳ’を有するリフレクターＲＴ’の正面側外観を図２(Ｂ)に示す。４つの凹面反射面ＲＳ’は、図２(Ａ)に示す形態と同様、リフレクターＲＴの中心軸ＣＸに対して回転対称に配置されている。ただし、同一サイズの円形状開口を有する４つの凹面反射面ＲＳ’は、隣接するものに対して一点で接するように配置されている。この配置では、凹面反射面ＲＳ’間に大きな隙間が存在するため光利用効率が低くなる。図２(Ｂ)に示す接触状態から、光軸ＡＸ間距離を短縮するように各凹面反射面ＲＳ’を中心軸ＣＸに近づけていくと、中心軸ＣＸに対する回転対称性を保ちながら、隣接する凹面反射面ＲＳ’との接点から各凹面反射面ＲＳ’の外形の一部が切り欠かれていく。その切り欠かれた部分が境界となり、２つの凹面反射面ＲＳ’の重なりが凹形状の曲線を成すことになる。
【００３８】
上記２つの凹面反射面ＲＳ’の重なりから成る凹形状の曲線を中心軸ＣＸに沿って見ると、その射影形状(つまり中心軸ＣＸに対して垂直な平面に射影された曲線の形状)は直線である。その直線は、各凹面反射面ＲＳ’が中心軸ＣＸに近づいていくにしたがって長くなり、それとともに凹面反射面ＲＳ’間の隙間とリフレクターＲＴ’全体のサイズは小さくなっていく。そして、全ての直線が中心軸ＣＸの位置に到達すると、図２(Ａ)に示すように凹面反射面ＲＳ間に隙間の無い状態が得られ、隣接する凹面反射面ＲＳとの境界がリフレクターＲＴの中心軸ＣＸから放射状に延びる直線ＬＮとなる。この隙間の無い状態に達したときの光軸ＡＸ間距離(すなわち隣接する凹面反射面ＲＳの回転中心間隔)は、各凹面反射面ＲＳの開口直径(つまり外形直径)よりも当然短いが、必要に応じて光軸ＡＸ間距離を更に短縮してもよい。その設定は、必要とされる条件(リフレクター全体のサイズ，凹面反射面のサイズ，凹面反射面の数等)に応じて適宜決定すればよいが、一般的なプロジェクター用の発光装置を想定した場合、各条件のバランスを考慮して、光軸ＡＸ間距離は各凹面反射面の開口半径(つまり外形半径)よりも短いことが好ましい。
【００３９】
上述したように、各凹面反射面が隣接する凹面反射面との境界において外形の一部が切り欠かれた構成、あるいは、リフレクターをその中心軸に沿って正面から見たとき、隣接する凹面反射面との境界がリフレクターの中心軸に向いた直線を成す構成にすれば、凹面反射面同士が密に詰まるため、発光装置の高輝度・高効率化を損なうことなくリフレクターの外形を小さくして、リフレクター全体を小型化することが可能となる。なお、凹面反射面の外形の一部を切り欠くと、その切り欠き部は正面側に凹の曲線となるので、隣り合う凹面反射面との境界が正面側に凹の曲線となっているものは、凹面反射面の外形の一部を切り欠いたものとみなす。
【００４０】
凹面反射面が少なくとも１つの焦点を持つ回転対称面(例えば、球面；放物面，楕円面，多項式非球面等の回転対称非球面)であり、凹面反射面の光軸方向の厚みが凹面反射面の面頂点から焦点までの距離とほぼ等しく、回転対称面が２以上の焦点を持つ場合(例えば楕円面の場合)には凹面反射面の光軸方向の厚みが凹面反射面の面頂点からその面頂点に近い方の焦点までの距離とほぼ等しい構成とすれば、リフレクターを径方向及び厚み方向に小さくするとともに、光の利用効率及び配光特性を良好にすることができる。例えば図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴの場合、図３(Ａ)の断面で示すように、凹面反射面ＲＳの光軸ＡＸ方向の厚みｄは、凹面反射面ＲＳの面頂点Ｏから焦点Ｆまでの距離とほぼ等しくなっている。これに対し、図３(Ａ)において破線で示すように、凹面反射面ＲＳの光軸ＡＸ方向の厚みｄ’が凹面反射面ＲＳの面頂点Ｏから焦点Ｆまでの距離よりも大きければ、リフレクターＲＴが径方向(リフレクターＲＴの中心軸ＣＸに対して垂直方向)，厚み方向(リフレクターＲＴの中心軸ＣＸに対して平行方向)共に大きくなることは一目瞭然である。なお、ここでいう焦点は厳密な意味での焦点のみを意味するものではなく、ある物点から光を放射させたとした場合に、凹面反射面により集光される位置を焦点とする。
【００４１】
また、回転対称面から成る凹面反射面を用いる場合、発光体(例えばＬＥＤチップ)は焦点付近に配置されるのが一般的であり、それにより配光特性を最適化することができる。その際、発光体は電極リードに固定されているために、発光体からの光は図３(Ａ)中の左側(つまり凹面反射面ＲＳ側)へ半球状に発せられることになる。したがって、凹面反射面ＲＳの光軸ＡＸ方向の厚みｄを凹面反射面ＲＳの面頂点Ｏから焦点Ｆまでの距離以上に厚くしても、その厚くした部分(破線部分)には光が到達しないので、リフレクターＲＴは無駄に大きくなってしまう。配光特性を良好にするために焦点付近に発光体を配置することを考えた場合、光利用効率を良好にしながら凹面反射面を必要最小限の大きさにしようとすれば、凹面反射面の光軸方向の厚みが凹面反射面の面頂点から焦点(２以上ある場合は面頂点に近い方の焦点)までの距離とほぼ等しい構成とするのが好ましく、それにより、最も小型で最も光利用効率の良いリフレクターで配光特性の良好な発光装置を実現することができる。
【００４２】
図２(Ａ)及び図３に示すリフレクターＲＴを備えた発光モジュールＭＪの外観を、図５の斜視図と図６の正面図で示す。この発光モジュールＭＪは、リフレクターＲＴと、凹面反射面ＲＳと同数のＬＥＤと、を有する発光装置の一例であり、搭載されているＬＥＤは、その構成要素として、ＬＥＤチップＴＰ，電極リード(アノード)ＬＡ及び電極リード(カソード)ＬＣを有している。発光体として用いられているＬＥＤには、小型・安価で低消費電力であるというメリットがある。また、電球のように切れないため交換不要であり、放電ランプのように発光開始までに時間がかからず速やかに起動できる等のメリットもある。リフレクターＲＴは凹面反射面ＲＳを有するミラーケースから成っており、凹面が形成されたプラスチック板の凹面部分にアルミニウム，銀等のコーティングを施して凹面反射面ＲＳとしている。凹面反射面ＲＳにはＬＥＤチップＴＰ等を保護するためにエポキシ樹脂，シリコーン樹脂等の耐熱樹脂が封入されている。
【００４３】
図５及び図６に示すように、発光モジュールＭＪは凹面反射面ＲＳを４面有するリフレクターＲＴを備えている。凹面反射面を４面有する構成は、発光装置を複数配置する場合のコンパクト化に有効である。前述したように、リフレクターが複数の凹面反射面を有する構成であれば、各凹面反射面にＬＥＤチップを配置することにより発光装置の高輝度化が可能となる。凹面反射面ＲＳの数が４面であれば、その外形(つまり、リフレクターＲＴをその中心軸ＣＸに沿って正面から見たときの形状)は正方形に近くなり、そのようなリフレクターＲＴを備えた発光モジュールＭＪも、外形は正方形に近くなる。複数の発光モジュールＭＪを中心軸が互いに平行になるように水平方向や垂直方向に並べる際、発光モジュールＭＪの外形が正方形に近ければ、発光モジュールＭＪ間に隙間が生じないように密に並べることができる。したがって、プロジェクター等の装置に複数の発光モジュールＭＪをコンパクトに搭載することが可能となる。なお、図５及び図６に示す発光モジュールＭＪの代わりに、空間変調素子を照明するためのＬＥＤ及びリフレクターを有する他のタイプの発光モジュールを用いてもよく、画像投影装置が大型化しない範囲で複数の発光モジュールを並列に配置してもよい。
【００４４】
発光モジュールＭＪの一例として、その具体的な構造を以下に示す。
リフレクターＲＴの外形：１５．５ｍｍ×１５．５ｍｍ
凹面反射面ＲＳの直径：１０．５ｍｍ
凹面反射面ＲＳの厚さ：２．９５ｍｍ
凹面反射面ＲＳの曲率半径：５．６ｍｍ
凹面反射面ＲＳのコーニック定数：−０．８(楕円面)
隣接する凹面反射面ＲＳの回転中心間距離：４．９ｍｍ
ＬＥＤチップＴＰのサイズ：０．９ｍｍ×０．９ｍｍ×０．２５０ｍｍ
電極リード(カソード)ＬＣのサイズ：１．０ｍｍ×４．０ｍｍ×７．０ｍｍ
電極リード(アノード)ＬＡのサイズ：０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×６．０ｍｍ
凹面反射面ＲＳの頂点からＬＥＤチップ面までの距離：２．６７５ｍｍ
凹面反射面ＲＳの頂点から電極リード(カソード)ＬＣまでの距離：２．９２５ｍｍ
凹面反射面ＲＳの頂点から電極リード(アノード)ＬＡまでの距離：２．８００ｍｍ
隣接するＬＥＤチップＴＰの中心間距離：５．１ｍｍ
【００４５】
図５及び図６に示す発光モジュールＭＪでは、ＬＥＤチップＴＰが各凹面反射面ＲＳの焦点位置又はその近傍に配置されており、各ＬＥＤチップＴＰに対し電極リードＬＣが凹面反射面ＲＳとは反対側に配置されている。いわゆる反射型ＬＥＤの構成では、ＬＥＤチップが固定されている電極リード(カソード)と凹面反射面とが対向しているので、ＬＥＤチップからの光は凹面反射面側にしか発せられない。したがって、ＬＥＤチップを各凹面反射面の焦点位置又はその近傍に配置し、各ＬＥＤチップに対し電極リードを凹面反射面とは反対側に配置すれば、ＬＥＤチップからの光はほとんど全て凹面反射面で反射されるため、高い光利用効率を達成することができる。また、ＬＥＤチップでは放熱が必要になるが、ＬＥＤチップが固定される電極リードは放熱体も兼ねるので、電極リードでＬＥＤチップを速やかに冷やすことができる。したがって、ＬＥＤチップの高温化を防止して高輝度化を達成することができる。一般に、ジャンクション温度を一定に保てるまでは電流量に比例した光パワー(明るさ)が得られるが、ジャンクション温度が高くなると、追加投入電流は熱となってしまう。したがって、放熱を効果的に行えば、ジャンクション温度を一定に保てる電流を大きくすることができる。その結果、投入電流に比例した明るさが得られるので、高輝度な発光モジュールを実現することができる。
【００４６】
電極リードＬＡ，ＬＣの材料としては、例えば、銅，アルミニウム等の電気伝導度の良い金属が好ましい。銅，アルミニウム等の金属は、４０３Ｗ／ｍ／Ｋ，２３６Ｗ／ｍ／Ｋといった非常に良い熱伝導率を有している。したがって、ＬＥＤチップＴＰが固定される電極リード(カソード)ＬＣの材質として上記電気伝導度の良い金属を採用すれば、電気を通すという機能と同時にＬＥＤチップＴＰからの発熱を逃がす放熱の機能も得ることができる。また、凹面反射面ＲＳと対向している電極リードＬＣに関しては、その表面が鏡面又は反射コートされた面であることが望ましい。そのように表面処理を施しておけば、凹面反射面ＲＳからの反射光が入射してきた場合でも再び凹面反射面ＲＳに向けて反射させることができ、また、電極リードＬＣの放熱体としての機能を向上させることもできる。ＬＥＤチップＴＰが固定されていない方の電極リード(アノード)ＬＡは、凹面反射面ＲＳ間の境界(直線ＬＮ)上に重なるように配置されるのが好ましい。凹面反射面ＲＳ間の境界からは有効な反射光がほとんど得られないので、電極リード(アノード)ＬＡを凹面反射面ＲＳ間の境界上に配置すれば、ケラレを極力少なくして光利用効率を向上させることができる。なお、アノードとカソードは逆でもよい。つまり、電極リードＬＡをカソードとし、電極リードＬＣをアノードとして用いてもよい。
【００４７】
電極リード(カソード)ＬＣは板状を成しており、図５に示すように、互いに直交する３方向のサイズのうち、光軸ＡＸ(図３)に対して平行方向(厚み方向)のサイズをｘとし、幅方向のサイズをｙとし，焦点Ｆから凹面反射面ＲＳ周辺に向けて延びる方向のサイズをｚとすると、光軸ＡＸに対して垂直方向のサイズｙよりも光軸ＡＸ方向のサイズｘの方が大きくなっている。電極リードＬＣには放熱の役割もあるため、電極リードＬＣの表面積が大きいほど放熱効果は大きくなる。しかし、電極リードＬＣが光軸ＡＸに対して垂直方向に大きいと、凹面反射面ＲＳで反射した光を遮光してしまい、発光モジュールＭＪからの発光効率を低下させることになる。電極リードＬＣを光軸ＡＸ方向に厚くすると、その表面積の増大により放熱効果は大きくなるが、遮光面積はほとんど増えないため光利用効率を良好に保つことができる。したがって、電極リードの形状は、凹面反射面の光軸に対して垂直な平面上でのサイズのうち最も小さいサイズよりも、凹面反射面の光軸に対して平行方向のサイズの方が大きいことが好ましい。そのような構成にすれば、電極リードで遮光される反射光量を最小限に抑えながら、電極リードによる高い放熱効果を得ることが可能となる。更に好ましくは、幅(ｙ)：厚み(ｘ)は１：２〜１：６が良い。これは、放熱の効果と全体の大きさとのバランスを考慮した場合、良く冷えるとともに大きすぎない条件である。
【００４８】
図５及び図６に示す発光モジュールＭＪでは、ＬＥＤチップＴＰと接している電極リードＬＣが同一の方向を向いている。放熱は電極リードＬＣそのもので行われるが、電極リードＬＣに冷媒(例えば、空気，液体等の流体)を触れさせることによって更に放熱効果を向上させることができる。その際、空冷や水冷で空気や液体の流れをせき止めずに効率良く冷媒を流すためには、電極リードＬＣが同一方向を向いていること(つまり全ての電極リードＬＣの配向方向が同一であること)が好ましい。その冷媒の流れを、図６中の白抜き矢印で示す。電極リードＬＣが同一方向を向いていないと(例えば、中心軸ＣＸを中心とする放射状に電極リードＬＣを配置にした場合)、空気や液体の流れが悪くなり、冷却効率が悪化して輝度低下を招くことになる。ＬＥＤチップと接している電極リードが全て同一方向を向いた構成とすれば、冷媒の流れを妨げることなく電極リードに冷媒を触れさせることにより、放熱効果を向上させて高輝度化を達成することができる。
【００４９】
次に、図５及び図６に示す発光モジュールＭＪを備えた光源ユニットＵＮを説明する。図７及び図８にタイプ１の光源ユニットＵＮを示し、図９及び図１０にタイプ２の光源ユニットＵＮを示す。図７と図９は、タイプ１，２の光源ユニットＵＮの外観を斜視図でそれぞれ示している。また、図８(Ａ)と図１０(Ａ)はタイプ１，２の光源ユニットＵＮの外観を正面図でそれぞれ示しており、図８(Ｂ)と図１０(Ｂ)は図８(Ａ)と図１０(Ａ)におけるＰ−Ｐ’線断面をそれぞれ示している。タイプ１，２の光源ユニットＵＮは、いずれも発光モジュールＭＪと放熱体ＨＳとから成っており、その違いは放熱体ＨＳが有する放熱フィンＦＮの向きにある。図７，図９中の白抜き矢印で示すように、放熱体ＨＳは冷媒を放熱フィンＦＮに沿って一方向に流す構成になっており、それに対して垂直方向の流れは放熱体ＨＳ内部の壁面によって規制される。なお、図８，図１０に示すように、電極リード(アノード)ＬＡとＬＥＤチップＴＰとは電線で接続されている。
【００５０】
タイプ１の光源ユニットＵＮ(図７，図８)では、電極リードＬＣの向きと放熱フィンＦＮの向きとが垂直になっている。前述したように、電極リードＬＣが全て同一方向を向いた発光モジュールＭＪを複数配置する場合、電極リードＬＣの方向に対して発光モジュールＭＪの隣接方向を垂直にすることがコンパクト化を図る上で好ましい。そのように発光モジュールＭＪを複数配置した場合、放熱フィンＦＮの向きが発光モジュールＭＪの隣接方向(電極リードＬＣに対して垂直方向)に対して平行になるように放熱体ＨＳを発光モジュールＭＪに取り付ければ、一方向の冷媒の流れで全ての放熱体ＨＳを放熱させることができる。例えば、３原色ＲＧＢに対応した３つの光源ユニットＵＮを並べた場合、放熱フィンＦＮの向きが揃っているため、ファン等で一気に冷やすことができる。したがって、光源ユニットＵＮを複数配置する場合には、放熱フィンＦＮの向きは電極リードＬＣに対して垂直方向が好ましい。
【００５１】
タイプ２の光源ユニットＵＮ(図９，図１０)では、電極リードＬＣの向きと放熱フィンＦＮの向きとが平行になっている。つまり、電極リードＬＣと放熱フィンＦＮとが同一の方向を向いている。このように構成すれば、一方向の冷媒の流れで電極リードＬＣと放熱フィンＦＮの両方を放熱させることができる。したがって、光源ユニットＵＮを１つ配置する場合には、放熱フィンＦＮの向きは電極リードＬＣの配向方向に対して平行方向であることが好ましい。
【００５２】
前述したような発光モジュールに採用するＬＥＤの発光色は、ＲＧＢの少なくとも３色であることが好ましい。ＬＥＤの発光色が少なくともＲＧＢの３色であれば、フルカラー発光の可能な発光モジュールを実現することができる。フルカラー発光の可能な発光装置としては、ＲＧＢに対応した３つの発光モジュールからの光を色合成ミラーや色合成プリズムで合成する光学構成が知られているが、色合成のための部品や空間が必要となるので好ましくない。また、１つの凹面反射面に複数のＬＥＤを詰め込んだものも知られているが、良好な配光特性を得ることは困難である。リフレクターとその凹面反射面と同数のＬＥＤとを有する発光モジュール(例えば、図５及び図６に示す発光モジュールＭＪ)をフルカラーのプロジェクターに用いることを考えた場合、ＲＧＢやＲＧＢＹの光を順番に点灯し、空間変調素子の画像信号と同期させることにより、小型で高効率なフルカラーの発光モジュールを実現することができる。
【００５３】
ＬＥＤの発光色がＲＧＢの少なくとも３色の場合、例えば、図５及び図６に示す発光モジュールＭＪではリフレクターＲＴが凹面反射面ＲＳを４面有する構成になっているので、４つのＬＥＤチップＴＰをＲＧＢＹの組み合わせとしてもよく、ＲＧＧＢの組み合わせとしてもよい。また、ＲＧＢ，ＲＧＢＹ等のようにＬＥＤを順番に点灯させてフルカラー表示を行う際、その点灯タイミングを適正に設定することにより、全体の輝度を向上させることができる。具体的には図１１に示す点灯タイミング(１フレーム：例えば１／３０秒)で、例えば、ＲＧＢＹやＲＧＧＢの組み合わせの発光モジュールＭＪを１つ用いて、(Ａ)に示すように単純にＲＧＢを３分割する構成にしてもよいが、(Ｂ)に示すようにＧの時間を多くしたり、(Ｃ)に示すように同時に２つ以上点灯する時間帯を設けたり、(Ｄ)に示すようにＹをＧと重ねる時間を作ったりしてもよい。
【００５４】
図１から分かるように、投影光学系５は透過型液晶素子４側にテレセントリックになっており、また、透過型液晶素子４の画面中心と投影光学系５の光軸ＰＸとが一致している(なお、各々中心軸ＣＸとも一致している。)。この画像投影装置のように色の角度合成が行われる場合には、投影画面上での色ムラの発生が懸念される。しかし、上記のように投影光学系が空間変調素子側にテレセントリックな構成、又は空間変調素子の画面中心と投影光学系の光軸とが一致した構成とすることにより、色の角度合成による投影画面上での色ムラの発生を抑えることができる。したがって、投影光学系が空間変調素子側にテレセントリックな構成、又は空間変調素子の画面中心と投影光学系の光軸とが一致した構成が好ましい。また、投影光学系が空間変調素子側にテレセントリックな構成と、空間変調素子の画面中心と投影光学系の光軸とが一致した構成と、を同時に満足することが更に好ましい。
【００５５】
例えば、図１２(Ａ)に示すように、ＲとＧの光が透過型液晶素子４を照明する際、投影光学系５のＦナンバー(Ｆｎｏｐ)内に入らない光はケラレてしまう(Ｑ：ケラレ部分)。投影光学系５が透過型液晶素子４側にテレセントリックである場合、軸上，軸外共にケラレの量は同じになる。しかし、投影光学系５が透過型液晶素子４側にテレセントリックでない場合、図１２(Ｂ)に示すように、軸外ではケラレ量が異なるので色ムラが生じる。したがってこの色ムラの発生は、投影光学系を空間変調素子側にテレセントリックな構成とすることにより解消可能である。照明光学系についても同様であり、照明光学系が空間変調素子側にテレセントリックな構成であることが好ましい。
【００５６】
前述したように、反射型ＬＥＤの構造を有する発光モジュールと透過型の空間変調素子との組み合わせにより、画像投影装置を小型化するとともに明るい投影像を得ることが可能になる。この組み合わせでは、例えば図１に示す発光モジュールＭＪの前面と透過型液晶素子４(特にその入射側偏光板)とを空間的に近く配置することができる。透過型液晶素子４では、その入射側偏光板が特定の偏光を吸収して高温化するため、冷却が必要である。発光モジュールＭＪと透過型液晶素子４とが近くに位置すると、冷却構造の共通化が可能となる。そして冷却構造の共通化により、画像投影装置の更なる小型化が可能となる。
【００５７】
図１３に、冷却構造を有する画像投影装置の一実施の形態を示す。この画像投影装置は、図１に示す画像投影装置に、ダクト６と冷却装置(例えば送風機)７を追加したものである(レンズアレイ１は図示省略している。)。冷却装置７からは空気が冷媒としてダクト６内に送り込まれる。その風の流れをダクト６内の矢印で示す。冷却装置７から出た風は、発光モジュールＭＪの電極リードＬＣに触れてＬＥＤチップＴＰを冷却し、透過型液晶素子４を冷却した後、ダクト６から排気される。このように空間変調素子と発光モジュールとを同一の冷却装置によって冷却する構成とすることにより、画像投影装置全体の小型化を図りながら、高い放熱効果を得ることができる。そして、発光モジュールでは電極リードの放熱効果が向上する結果、更なる高輝度化の達成が可能となる。
【００５８】
前述したように、発光モジュールが少なくともＲＧＢに対応した３つのＬＥＤチップを有する構成とすることにより、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーを用いずに、安価で小型にフルカラー表示を実現することが可能となる。このような構成では、投影光学系のＮＡ(numerical aperture)が各色のＮＡよりも大きいことが好ましい。例えば図１４に示すように、ＬＥＤチップＴＲからのＲの光とＬＥＤチップＴＧからのＧの光が、それぞれ凹面反射面ＲＳで反射され、リフレクターＲＴをほぼ平行に射出し、コンデンサーレンズ２で集光され、フィールドレンズ３を通過した後、透過型液晶素子４を照明する場合、Ｒ発光のＬＥＤチップＴＲからの光(実線で示す。)のＮＡをＮＡｒとし、Ｇ発光のＬＥＤチップＴＧからの光(破線で示す。)のＮＡをＮＡｇとし、投影光学系５のＮＡをＮＡｐとすると、投影光学系のＮＡｐが発光モジュールＭＪから投影光学系５に入る各色のＮＡｒ，ＮＡｇよりも大きいことが好ましい。
【００５９】
発光モジュールが少なくともＲＧＢに対応した３つＬＥＤチップを有する構成では、各色の光が空間変調素子に異なった入射角度で入射するので、投影光学系のＮＡを各色よりも大きくしておかないと、光源からの光が投影光学系を通ってスクリーンに有効に到達することができない。このため、Ｒ，Ｇ，Ｂの光が全て投影光学系に入射するように、投影光学系の有効径(つまりＮＡ)を設定する必要がある。投影光学系のＮＡが発光モジュールから投影光学系に入る各色のＮＡよりも大きい構成に設定すれば、色合成にプリズムやミラーを用いなくても、発光モジュールから射出した光を効率良く投影光学系に入射させることが可能となる。また、図１４に示すように、投影光学系５の光軸ＰＸを挟んで２つの発光点が存在する場合には、投影光学系のＮＡを発光モジュールから投影光学系に入る各色のＮＡの２倍にすることが更に好ましい。
【００６０】
一般にＬＥＤから発せられる光は無偏光であるため、偏光を利用する液晶素子においてはその入射の前と後に偏光板が必要となる。偏光板としては吸収型と反射型が知られているが、液晶素子の入射側偏光板として吸収型偏光板を用いると、入射側偏光板が特定の偏光を吸収して高温化することになる。これを避けるには、例えば図１に示すプロジェクターにおいて、レンズアレイ１とコンデンサーレンズ２との間に偏光ビームスプリッターアレイと１／２波長板とで構成された偏光変換素子を用いればよい。また、反射型偏光板を用いれば高温化を避けることができ、入射側偏光板で照明光にロスが生じないように光利用効率を上げることも可能である。入射側偏光板での照明光のロスを避けるには、反射型偏光板で反射させた光を再利用する光学構成にすればよい。例えば、発光モジュールと空間変調用の液晶層との間に反射型偏光板を配置し、発光モジュールと反射型偏光板との間に１／４波長板を配置すればよい。これにより、反射型偏光板での反射光を１／４波長板での偏光変換により再利用することが可能となる。以下に具体的な構成例(図１５，図１６)を挙げて更に詳しく説明する。
【００６１】
図１５に、反射型偏光板を用いた第１の構成例を示す。透過型液晶素子４０は、光入射側から順に、入射側偏光板４１，液晶層４２及び射出側偏光板４３から成っており、入射側偏光板４１として反射型偏光板、射出側偏光板４３として吸収型偏光板がそれぞれ用いられている。反射型偏光板は、特定の直線偏光を透過させるとともにその直線偏光に対して振動面(すなわち偏光方向)が垂直な直線偏光を反射させるものである。その具体例としては、例えば住友スリーエム(株)製のＤＢＥＦ(商品名)，ワイヤーグリッドが挙げられる。また、透過型液晶素子４０の光入射側には、入射側偏光板４１の透過軸に対して４５度傾いた１／４波長板８が挿入されている。
【００６２】
発光モジュールＭＪのＬＥＤチップＴ１から射出した光(実線で示す。)は、凹面反射面ＲＳ１で反射され、コンデンサーレンズ２，１／４波長板８を順に透過した後、透過型液晶素子４０に入射する。特定の偏光方向の直線偏光は入射側偏光板４１を透過するが、それに直交する偏光方向の直線偏光は入射側偏光板４１で反射される。入射側偏光板４１を透過した光(実線)は、液晶層４２に入射して、映像信号に対応した電圧の印加により偏光状態が空間的に変調された後、射出側偏光板４３に入射する。射出側偏光板４３は、液晶層４２で変調された光の偏光状態の違いを光の強度の違いに置き換えることにより画像を形成する。
【００６３】
入射側偏光板４１で反射した光(破線で示す。)は、１／４波長板８，コンデンサーレンズ２を順に透過した後、(凹面反射面ＲＳ１に隣接する)凹面反射面ＲＳ２で反射され、ＬＥＤチップＴ２に到達する。ＬＥＤチップＴ２は光学的に透明体であるため、光はＬＥＤチップＴ２を透過した後、電極リードＬＣで反射され、再びＬＥＤチップＴ２を透過した後、凹面反射面ＲＳ２で反射される。ＬＥＤチップＴ２が固定されている電極リードＬＣの表面は鏡面又は反射コート(例えば、アルミニウム，銀等の金属材料から成る反射率の高い反射コート)が施された面であることが望ましい。そのように表面処理を施しておけば、凹面反射面ＲＳ２からの反射光が入射してきた場合でも再び凹面反射面ＲＳ２に向けて反射させることができ、また、電極リードＬＣの放熱体としての機能を向上させることも可能である。
【００６４】
凹面反射面ＲＳ２で反射された光は、コンデンサーレンズ２，１／４波長板８を順に透過した後、透過型液晶素子４０に再入射する。このとき透過型液晶素子４０に再入射する光は、入射側偏光板４１で反射されてからの往復により１／４波長板８を２回透過している。結果として、入射側偏光板４１で反射された状態から偏光方向が９０度回転しているため(つまり反射時の偏光方向に対して直交方向の偏光状態にあるため)、入射側偏光板４１を透過することができる。入射側偏光板４１を透過した光(破線)は、液晶層４２に入射して、映像信号に対応した電圧の印加により偏光状態が空間的に変調された後、射出側偏光板４３に入射する。射出側偏光板４３は、液晶層４２で変調された光の偏光状態の違いを光の強度の違いに置き換えることにより画像を形成する。
【００６５】
上記のように、透過型液晶素子の入射側偏光板として反射型偏光板を用いれば、液晶表示に不要な偏光成分は発光モジュール側に戻される。発光モジュールは反射型ＬＥＤの構造を有しているので、戻ってきた光は再び透過型液晶素子に向かう。この往復で偏光方向が９０度回転するように、発光モジュールから透過型液晶素子の入射側偏光板までの間に１／４波長板を配置しておけば、戻ってきた光は液晶表示に必要な偏光成分として再利用される。したがって、照明光にロスが生じず、光利用効率が向上することになる。また、入射側偏光板として反射型偏光板を用いれば、そこでの照明光の吸収に起因する高温化を防止することも可能となる。
【００６６】
図１６に、反射型偏光板を用いた第２の構成例を示す。透過型液晶素子４は、光入射側から順に、入射側偏光板４ａ，液晶層４ｂ及び射出側偏光板４ｃから成っており、入射側偏光板４ａ及び射出側偏光板４ｃとして吸収型偏光板が用いられている。発光モジュールＭＪとコンデンサーレンズ２との間には、発光モジュールＭＪ側から順に、１／４波長板８と反射型偏光板４４とが配置されており、１／４波長板８は反射型偏光板４４の透過軸に対して４５度傾いた配置になっている。反射型偏光板４４は、前記入射側偏光板４１(図１５)と同様、特定の直線偏光を透過させるとともにその直線偏光に対して振動面(すなわち偏光方向)が垂直な直線偏光を反射させるものであり、その具体例としては、例えば住友スリーエム(株)製のＤＢＥＦ(商品名)，ワイヤーグリッドが挙げられる。
【００６７】
発光モジュールＭＪのＬＥＤチップＴ１から射出した光(実線で示す。)は、凹面反射面ＲＳ１で反射され、１／４波長板８を透過した後，反射型偏光板４４に入射する。特定の偏光方向の直線偏光は反射型偏光板４４を透過するが、それに直交する偏光方向の直線偏光は反射型偏光板４４で反射される。反射型偏光板４４を透過した光(実線)は、コンデンサーレンズ２を透過した後、透過型液晶素子４に入射する。入射側偏光板４ａは、反射型偏光板４４を透過した光を透過させる構成になっているため、入射側偏光板４ａでは照明光の吸収は生じない。入射側偏光板４ａを透過した光は、液晶層４ｂに入射して、映像信号に対応した電圧の印加により偏光状態が空間的に変調された後、射出側偏光板４ｃに入射する。射出側偏光板４ｃは、液晶層４ｂで変調された光の偏光状態の違いを光の強度の違いに置き換えることにより画像を形成する。
【００６８】
反射型偏光板４４で反射した光(破線で示す。)は、１／４波長板８を透過した後、凹面反射面ＲＳ１で反射され、ＬＥＤチップＴ１に到達する。ＬＥＤチップＴ１は光学的に透明体であるため、光はＬＥＤチップＴ１を透過した後、電極リードＬＣで反射され、再びＬＥＤチップＴ１を透過した後、凹面反射面ＲＳ１で反射される。ＬＥＤチップＴ１が固定されている電極リードＬＣの表面は鏡面又は反射コート(例えば、アルミニウム，銀等の金属材料から成る反射率の高い反射コート)が施された面であることが望ましい。そのように表面処理を施しておけば、凹面反射面ＲＳ１からの反射光が再入射してきた場合でも再び凹面反射面ＲＳ１に向けて反射させることができ、また、電極リードＬＣの放熱体としての機能を向上させることも可能である。
【００６９】
凹面反射面ＲＳ１で反射された光は、１／４波長板８を透過した後、反射型偏光板４４に再入射する。このとき反射型偏光板４４に再入射する光は、反射型偏光板４４で反射されてからの往復により１／４波長板８を２回透過している。結果として、反射型偏光板４４で反射された状態から偏光方向が９０度回転しているため(つまり反射時の偏光方向に対して直交方向の偏光状態にあるため)、反射型偏光板４４を透過することができる。反射型偏光板４４を透過した光(破線)は、コンデンサーレンズ２を透過した後、透過型液晶素子４に入射する。入射側偏光板４ａは、反射型偏光板４４を透過した光を透過させる構成になっているため、入射側偏光板４ａでは照明光の吸収は生じない。入射側偏光板４ａを透過した光は、液晶層４ｂに入射して、映像信号に対応した電圧の印加により偏光状態が空間的に変調された後、射出側偏光板４ｃに入射する。射出側偏光板４ｃは、液晶層４ｂで変調された光の偏光状態の違いを光の強度の違いに置き換えることにより画像を形成する。
【００７０】
上記のように、透過型液晶素子と発光モジュールとの間のどこかに反射型偏光板を配置すれば、液晶表示に不要な偏光成分は発光モジュール側に戻される。発光モジュールは反射型ＬＥＤの構造を有しているので、戻ってきた光は再び透過型液晶素子に向かう。この往復で偏光方向が９０度回転するように、発光モジュールから反射型偏光板までの間に１／４波長板を配置しておけば、戻ってきた光は液晶表示に必要な偏光成分として再利用される。したがって、照明光にロスが生じず、光利用効率が向上することになる。また、透過型液晶素子の入射側偏光板での照明光の吸収に起因する高温化を防止することも可能となる。なお、透過型液晶素子の入射側偏光板に入射する光の偏光状態は基本的に揃っているので、入射側偏光板を省略することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】画像投影装置の一実施の形態の概略を示す光学構成図。
【図２】リフレクターの一形態における凹面反射面の隣接構成による効果を説明するための正面図。
【図３】リフレクターの一形態における凹面反射面の薄型化の効果を説明するための図。
【図４】凹面反射面を複数有するリフレクターの具体例を示す正面図。
【図５】発光モジュールの一形態の外観を示す斜視図。
【図６】発光モジュールの一形態の外観を示す正面図。
【図７】光源ユニット(タイプ１)の外観を示す斜視図。
【図８】光源ユニット(タイプ１)の正面側外観及び断面構造を示す図。
【図９】光源ユニット(タイプ２)の外観を示す斜視図。
【図１０】光源ユニット(タイプ２)の正面側外観及び断面構造を示す図。
【図１１】発光モジュールの点灯タイミングを示す図。
【図１２】投影光学系のテレセントリック性を説明するための図。
【図１３】冷却構造を有する画像投影装置の一実施の形態の概略を示す図。
【図１４】発光モジュールを備えた画像投影装置におけるＮＡの関係を説明するための光学構成図。
【図１５】反射型偏光板を用いた第１の構成例を示す光学構成図。
【図１６】反射型偏光板を用いた第２の構成例を示す光学構成図。
【符号の説明】
【００７２】
ＲＴ    リフレクター
ＲＳ    凹面反射面
ＬＮ    直線(境界)
ＣＸ    中心軸
ＡＸ    光軸
Ｆ    焦点
ＴＰ    ＬＥＤチップ(発光体)
ＬＣ    電極リード(カソード)
ＬＡ    電極リード(アノード)
ＭＪ    発光モジュール(発光装置)
ＨＳ    放熱体
ＦＮ    放熱フィン
ＵＮ    光源ユニット
ＲＳ１，ＲＳ２    凹面反射面
Ｔ１，Ｔ２    ＬＥＤチップ
ＴＲ，ＴＧ    赤色，緑色のＬＥＤチップ
４，４０    透過型液晶素子(透過型の空間変調素子)
４１    入射側偏光板(反射型偏光板)
４４    反射型偏光板
５    投影光学系
６    ダクト
７    冷却装置
８    １／４波長板
ＰＸ    投影光学系の光軸
【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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