(57)【要約】【課題】チップ形状や発光色によって変化する配光特性を考慮し、光利用効率を向上させる。【解決手段】赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）をそれぞれ出射するＲ光ＬＥＤチップ１１、Ｇ光ＬＥＤチップ１２、Ｂ光ＬＥＤチップ１３に対して、Ｒ光用光学系１４、Ｇ光用光学系１５、Ｂ光用光学系１６がそれぞれに設けられている。Ｒ光用光学系１４、Ｇ光用光学系１５、Ｂ光光学系１６は、反射板、屈折レンズ、回折格子を適宜組み合わせた構成になっており、広範囲にわたり拡散されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光をクロスダイクロプリズム１７に向けて、そのすべての光を配光させるように設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色、緑色、青色のそれぞれを発光する各固体発光素子と、
前記固体発光素子それぞれに設けられ、出射された光を配光する配光部材とを備える光源装置において、
前記配光部材のうちの少なくとも１つは、他の配光部材と異なる構成を有し、対応する前記固体発光素子の配光特性に応じて構成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記配光部材の少なくとも１つは、反射板、屈折レンズ、回折格子を適宜組み合わせた構成を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光源装置と、
この光源装置からの光を投写画像に応じて変調する光変調手段と、
この光変調手段で変調された光を投写する投写光学系とを備え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、光源の配光特性を考慮した照明用光学系を備えた光源装置及び、この光源装置を用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像などの情報が付与された光をスクリーンに投映してスクリーン上で画像を表示するプロジェクタとして、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）を用いた方式のプロジェクタであるＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）や液晶パネルを用いた液晶プロジェクタなどが知られている。
【０００３】
ＤＬＰや、液晶プロジェクタには明るく均一な光が照射されることが好ましく、そのためには、光源から出射された光は高輝度で、かつ強度分布が均一であることが望まれる。このため従来は超高圧水銀ランプが用いられるのが一般的であった。
【０００４】
ところが、超高圧水銀ランプは、大型かつ重い駆動回路を必要とするため、プロジェクタの小型化・軽量化の妨げとなっていた。また、超高圧水銀ランプは、立ち上げに時間がかかるため、即座に点灯を行なうことが困難である上、寿命が短いという問題があった。
【０００５】
このため、最近では、超高圧水銀ランプに換えて発光ダイオード（以下、ＬＥＤとする。）チップを光源として用いたプロジェクタが普及している。ＬＥＤチップは小型かつ軽量であるため、プロジェクタを小型化かつ軽量化することが可能となり、さらに近年の開発により発光輝度が向上し、長寿命かつ低消費電力であることからも光源に適している。
【０００６】
しかし、ＬＥＤチップから出射される出射光は広範囲にわたって拡散される。そのため、例えば特許文献１又は３記載の光源装置ではＬＥＤチップの出射光を一点に集光させるために、ＬＥＤチップそれぞれに傾斜をつけて固定する、あるいは、例えば特許文献２又は３記載の光源装置ようにＬＥＤチップの出射光を集光レンズで集光するなど、拡散されるＬＥＤの光を効率よく集光するために様々な方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１２８２３６号公報
【特許文献２】特開２００５−１２８２３４号公報
【特許文献３】特開２００４−１１１３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＬＥＤチップは、チップ材料の屈折率等が高いため、発光した光がＬＥＤチップから外部に出射される際に、全反射角より浅い角度でチップ表面に到達した光は、表面で全反射してしまうため、チップから外部に出射されない。このため、チップに斜面を設けることにより、全反射するのを防ぐ方法がとられてきた。しかし、チップに斜面を設けることにより、光は外部に出射されるが、外部に出射された光の配光特性と発光時の配光特性とで大きく変化してしまう。さらに、発光色によりチップ材料や最適なチップ形状が異なるため、発光色の違いによっても配光特性が大きく異なってしまう。配光特性の変化は出射光を直視するために使用する場合では問題とならないが、照明光源として使用する場合は、光利用効率の低下を招く可能性がある。特許文献１〜３記載の光源装置では発光色によって変化する配光特性を考慮した照明用光学ユニットが設けられていないため、光利用効率を向上させるには不十分であった。なお、配光特性とは、光源から出射した光が空間にどのように分布するかを示した光強度分布のことである。
【０００８】
本発明は、チップ形状や発光色によって変化する配光特性を考慮し、光利用効率を向上させることが可能な光源装置及び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】
本発明の光源装置は、赤色、緑色、青色のそれぞれを発光する各固体発光素子と、前記固体発光素子それぞれに設けられ、出射された光を配光する配光部材とを備える光源装置において、前記配光部材のうちの少なくとも１つは、他の配光部材と異なる構成を有し、対応する前記固体発光素子の配光特性に応じて構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記配光部材の少なくとも１つは、反射板、屈折レンズ、回折格子を適宜組み合わせた構成を有することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のプロジェクタは、前述した光源装置と、この光源装置からの光を投写画像に応じて変調する光変調手段と、この光変調手段で変調された光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光源装置によれば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する固体発光素子にそれぞれ設けられた配光部材により、固体発光素子より広範囲にわたり出射される光を配光することが可能となると供に、少なくとも１つは、他の配光部材と構成が異なり、固体発光素子の発光色や形状によって変化する配光特性に応じて配光部材が構成されているため、固体発光素子それぞれに対して光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
また、配光部材に反射板、屈折レンズ、回折格子を適宜組み合わせることによって、固体発光素子から広範囲にわたり出射される光を配光し、配光した光に対して、集光させたり、出射方向を揃えたりすることが可能となるので、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、前述した光源装置を、光変調手段や、投写光学系等を備えたプロジェクタに組み込むことにより、プロジェクタの光源の光の利用効率を向上させることができ、投写画像の光量を大幅に向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示すように、ＤＬＰ１０は、Ｒ光（赤色）、Ｇ光（緑色）、Ｂ光（青色）のそれぞれを発光するＲ光ＬＥＤチップ１１（固体発光素子）、Ｇ光ＬＥＤチップ１２（固体発光素子）、Ｂ光ＬＥＤチップ１３（固体発光素子）と、Ｒ光ＬＥＤチップ１１、Ｇ光ＬＥＤチップ１２、Ｂ光ＬＥＤチップ１３それぞれに設けられた、Ｒ光用光学系１４（配光部材）、Ｇ光用光学系１５（配光部材）、Ｂ光用光学系１６（配光部材）と、クロスダイクロプリズム１７と、コンデンサレンズ１８と、ロッドインテグレータ１９と、リレーレンズ２０と、ＤＭＤ２１（光変調手段）と、投写レンズ２２（投写光学系）が設けられている。
【００１６】
Ｒ光ＬＥＤチップ１１、Ｇ光ＬＥＤチップ１２、Ｂ光ＬＥＤチップ１３より出射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、Ｒ光用光学系１４、Ｇ光用光学系１５、Ｂ光用光学系１６により、出射光すべてがクロスダイクロプリズム１７に入射する。クロスダイクロプリズム１７は、４つの直角プリズムを組み合わせたもので、Ｒ光を反射するＲ光反射面１７ａと、Ｂ光を反射するＢ光反射面１７ｂの２種類のダイクロ面を有している。Ｒ光反射面１７ａとＢ光反射面１７ｂが互いに直交するように直角プリズムは配置されている。
【００１７】
クロスダイクロプリズム１７より出射した光はコンデンサレンズ１８に入射し、コンデンサレンズ１８によってロッドインテグレータ１９の入射面１９ａに集光される。ロッドインテグレータ１９に入射した光は、内部で全反射を繰り返して重畳される。これによって、出射面１９ｂより出射した光は、強度分布が均一化される。ロッドインテグレータ１９より出射した光はリレーレンズ２０に入射し、ＤＭＤ２１に中継される。ＤＭＤ２１はＤＭＤ制御部２１ａによって駆動される。ＤＭＤ２１は、受光面に画素に対応する多数のミラー素子がマトリックス状に配列されている。各ミラー素子は、ＤＭＤ制御部２１ａによって角度を変化させることにより、入射してきた光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させて入射してきた光を画像光として投写レンズ２２に反射させる。投写レンズ２２は、ＤＭＤ２１より反射してきた画像光をスクリーン（図示せず）に拡大表示する。これにより、スクリーン上に画像情報が表示される。
【００１８】
また、図２にＲ光ＬＥＤチップ１１、Ｇ光ＬＥＤチップ１２、Ｂ光ＬＥＤチップ１３の発光タイミング図を示す。発光タイミング図は、横軸を時間とし、縦軸を発光する光量と定義する。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は同時に２つ以上発光することはなく、Ｂ光の消灯と同時にＧ光が点灯し、Ｇ光の消灯と同時にＲ光が点灯し、Ｒ光の消灯と同時にＢ光が点灯するといった、面順次で発光する。なお、同時に２つ以上点灯することがなければ、発光する時間や、色の順番や、光量は変更可能である。
【００１９】
次に、図３にＲ光ＬＥＤチップ１１の配光特性を示す。なお、配光特性において、Ｒ光ＬＥＤチップ１１のＲ光主出射光軸２３方向を９０°とし、Ｒ光ＬＥＤチップ１１の右方向を０°、左方向を１８０°と定義する。Ｒ光ＬＥＤチップ１１より出射されたＲ光は、９０°方向で最も強度が強く、９０°方向からその周辺に向かうにつれて次第に強度が弱くなる特性がある（図中の太線で囲まれた部分が出射されたＲ光の強度分布を示す）。このため、Ｒ光ＬＥＤチップ１１から出射されたＲ光は中心部が明るく周辺部に向かうにつれて暗くなってしまう。よって、図４に示すように、Ｒ光ＬＥＤチップ１１のＲ光主出射光軸２３方向にＲ光用光学系１４が設けられている。
【００２０】
Ｒ光用光学系１４は、屈折レンズで構成されており、入射してきたＲ光を屈折させ、広範囲にわたり出射されるＲ光をＲ光主出射光軸２３と平行になるように屈折させることにより、暗くなる部分のＲ光の強度を強くしている。これによって、明るい部分のＲ光と均一な明るさのＲ光を得ることを可能にしている。
【００２１】
同様にＧ光ＬＥＤチップ１２についての配光特性を図５に示す。Ｇ光ＬＥＤチップ１２より出射されたＧ光は前方に出射されるＧ光以外に、Ｇ光ＬＥＤチップ１２の後方に向かって出射される特性がある（図中の太線で囲まれた部分が出射されたＧ光の強度分布を示す）。後方に出射されたＧ光は、図１で示したダイクロプリズム１７に入射せずに、外部に漏れてしまうため、光の利用効率が低下してしまう。そのため図６に示すようにＧ光ＬＥＤチップ１２を取り囲むようにＧ光用光学系１５が設けられている。Ｇ光用光学系１５は、放物面上に形成されたレフレクタ（反射板）で構成されており、後方に出射されたＧ光を含む広範囲にわたり出射されるＧ光を、Ｇ光主出射光軸２４と平行になるように反射させている。これにより、Ｇ光の光利用効率を向上させることが可能となっている。
【００２２】
また、図７にＢ光ＬＥＤチップ１３に対しても同様に配光特性を示す。Ｂ光ＬＥＤチップ１３より出射されたＢ光は３０°、９０°、１５０°方向で最も強度が強く、３０°、９０°、１５０°からその周辺に向かうにつれて次第に強度が弱くなる特性がある（図中の太線で囲まれた部分が光強度分布を示す）。この場合、３０°、１５０°方向に出射されたＢ光が、図１で示したダイクロプリズム１７に入射せずに、外部に漏れる可能性があり、光の利用効率が低下してしまう。そのため図８に示すように、Ｂ光用光学系１６が設けられている。
【００２３】
Ｂ光用光学系１６は、Ｂ光ＬＥＤチップ１３取り囲むように設けられた放物面状のリフレクタ１６ａと、Ｂ光出射光軸方向に設けられた回折格子１６ｂで構成されており、Ｂ光ＬＥＤチップ１３より３０°、１５０°方向に強い強度で出射されるＢ光を、Ｂ光主出射光軸２５方向に偏向させる。また、Ｂ光ＬＥＤチップ１３は、サイドや後方に向かうＢ光が少なく、前方に向かって広範囲に出射されるため、回折格子１６ｂによりＢ光をＢ光主出射光軸２５と平行にすることが可能となっている。
【００２４】
以上のように、配光特性が異なるＲ光ＬＥＤチップ１１、Ｇ光ＬＥＤチップ１２、Ｂ光ＬＥＤチップ１３それぞれに応じたＲ光用光学系１４、Ｇ光光学系１５、Ｂ光光学系１６を設けることにより、広範囲にわたって出射される光の一部を一方方向に偏向させると供に、光の強度分布の均一化や、それぞれの主出射光軸２３〜２５に揃えることが可能となる。これによって、光の利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００２５】
なお、上記実施形態であげた、Ｒ光ＬＥＤチップ１１、Ｇ光ＬＥＤチップ１２、Ｂ光ＬＥＤチップ１３の配光特性は一例であり、本発明の光源装置は使用するＬＥＤチップの配光特性に応じた光学系を用いるものとする。
【００２６】
本発明は、上記実施例のダイクロプリズム１７を用いたＤＬＰについて説明をおこなったが、他にも例えば図９に示すＤＬＰ２６のように、Ｒ光ＬＥＤチップ２７、Ｇ光ＬＥＤチップ２８、Ｂ光ＬＥＤチップ２９にそれぞれに傾斜を付けて固定することにより、ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａに集光させる場合や、図１０に示す液晶プロジェクタ３１のようにＲ光ＬＥＤチップ３２、Ｇ光ＬＥＤチップ３３、Ｂ光ＬＥＤチップ３４とダイクロプリズム３５との間にそれぞれＬＣＤ３６（光変調手段）を設けた場合に対しても適応可能である。なお、図１０で示す液晶プロジェクタ３１の場合では、ＬＣＤ３６によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光に画像情報が付与されるため、Ｒ光ＬＥＤチップ３２、Ｇ光ＬＥＤチップ３３、Ｂ光ＬＥＤチップ３４の発光タイミングは面順次点灯ではなく、３色が常時点灯している状態の連続点灯となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＤＬＰの概略的な構成を示す説明図である。
【図２】Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光タイミングを示す説明図である。
【図３】Ｒ光ＬＥＤチップの配光特性を示す説明図である。
【図４】Ｒ光ＬＥＤチップに設けられたＲ光用光学系の一例を示す説明図である。
【図５】Ｇ光ＬＥＤチップの配光特性を示す説明図である。
【図６】Ｇ光ＬＥＤチップに設けられたＧ光用光学系の一例を示す断面図である。
【図７】Ｂ光ＬＥＤチップの配光特性を示す説明図である。
【図８】Ｂ光ＬＥＤチップに設けられたＢ光用光学系の一例を示す断面図である。
【図９】ＬＥＤチップに傾斜をつけて固定し、ロッドインテグレータに集光させるＤＬＰの一例を示す説明図である。
【図１０】ＬＥＤチップとダイクロプリズムの間にＬＣＤを設けた液晶プロジェクタの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ＤＬＰ
１１  Ｒ光ＬＥＤチップ
１２  Ｇ光ＬＥＤチップ
１３  Ｂ光ＬＥＤチップ
１４  Ｒ光用光学系
１５  Ｇ光用光学系
１６  Ｂ光用光学系
１６ａ  リフレクタ
１６ｂ  回折格子
１７  クロスダイクロプリズム
１９  ロッドインテグレータ
２１  ＤＭＤ
２２  投写レンズ
２３  Ｒ光主出射光軸
２４  Ｇ光主出射光軸
２５  Ｂ光主出射光軸
２６  ＤＬＰ
２７  Ｒ光ＬＥＤチップ
２８  Ｇ光ＬＥＤチップ
２９  Ｂ光ＬＥＤチップ
３０  ロッドインテグレータ
３１  液晶プロジェクタ
３２  Ｒ光ＬＥＤチップ
３３  Ｇ光ＬＥＤチップ
３４  Ｂ光ＬＥＤチップ
３５  クロスダイクロプリズム
３６  ＬＣＤ
【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】
2007157548.tif 000011
【図１０】
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