CN105745485A - 固体光源装置和使用它的车辆用灯具、影像显示装置及固体光源装置的驱动方法 - Google Patents

固体光源装置和使用它的车辆用灯具、影像显示装置及固体光源装置的驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固体光源装置和使用它的车辆用灯具、影像显示装置及固体光源装置的驱动方法。固体光源装置包括：将多个固体光源单体排列为矩阵状而成的N组(N为2以上的整数)固体光源集合体；多透镜块，其具有与N组固体光源集合体相对的、使从各固体光源单体发出的光经由矩阵状的多透镜单体入射的N个入射面，和合成从该N个入射面入射的光并经由矩阵状的多透镜单体出射的1个出射面；和分色滤光镜，其在该多透镜块内与各入射面斜交地配置，根据入射的光的波长选择性地进行反射或透射。通过控制对各固体光源单体供给的电力的比例，控制从多透镜块的出射面向受光部照射的光的配光特性和色温。

Description

固体光源装置和使用它的车辆用灯具、影像显示装置及固体光源装置的驱动方法
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)等固体光源装置和使用它的车辆用灯具、影像显示装置及固体光源装置的驱动方法。
背景技术
近年来，作为光学应用装置之一的影像显示装置的光源或汽车的前照灯，使用耗电效率优秀、产品寿命长的LED光源或激光光源。特别是与激光光源相比，LED光源的工作环境(温度、湿度)的限制小，工作稳定，正在成为主流。
作为影像显示装置的光源，光输出高的LED光源一般是面发光光源，用于照明光学系统的情况下根据光展量(也称为集光率，Etendue＝光源的发光面积×发散角度)的守恒定律，不能效率良好地向作为受光部的影像显示元件聚光。所以，提出了用发光部分的面积小、直线传播性优秀的激光光源作为一次光源对荧光体照射激励而得到光的新结构的光源方式(参考专利文献1、2)。
另一方面，在近年来的车辆用灯具中，光源使用LED，用塑料制的光学透镜和反射器(反射镜)控制配光特性的结构正在成为主流(参考专利文献3)。
专利文献1：日本特开2011-158502号公报
专利文献2：日本特开2013-114980号公报
专利文献3：日本特开2008-41557号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1和专利文献2中记载的影像显示装置具有影像显示元件、对影像显示元件照射光源装置的光的照明光学系统、和将光学像放大投影的投射透镜。此处照明光学系统在使用使来自多个光源的光束聚光为1束光束后对后段的照明系统照射的光源装置时，为了不会导致光源装置大型化而进行了改进。
具体而言，在专利文献1(图1)中，具有作为激励用的光源的偏振度大于50％的1个以上的光源(激光光源)300P、300S，和使一方的偏振光透射且使另一方的偏振光反射的1个以上的偏振元件23，通过组合2组偏振方向不同的激光而形成紧凑且输出大的激励光源，通过聚光透镜140聚光在后段的透明基材190上所涂布的荧光体上。结果是，能够使来自荧光体的发光光束效率良好、即不增加上述光展量地对后段的照明光学系统入射。
同样，在专利文献2(图1)中，具有作为激励用的光源的偏振方向不同的光源部(激光光源)10、20，和使一方的偏振光透射且使另一方的偏振光反射的合成部30，通过组合2组偏振方向不同的激光而形成紧凑且输出大的激励光源，通过重叠光学系统70聚光在后段的发光元件80上所涂布的荧光体上。
但是，专利文献1、2中公开的技术中，使用激光光源作为光源，所以会受到工作环境(温度、湿度)的限制，存在工作不稳定的情况。另外，没有考虑自由地控制照射光的配光特性和色温。
另一方面，专利文献3(图2)中，公开了作为车辆用灯具包括：发光部8(白色LED)；由多个反射面M1、M2、M3、M4组成的反射器；以及遮挡面S的塑料制的灯具单元。此处表示出的发光部8是具有面积的光源，且上述光展量的值较大，难以在具有4个反射面的同时容易地控制最佳的配光特性。另外，发光部8是白色LED，不能够自由地控制来自灯具的光的色温。
本发明鉴于上述课题，其目的在于提供一种发光效率高并且能够自由地控制色温的固体光源。另外，提供一种能够容易地获得期望的配光特性的车辆用灯具。
为了解决上述课题，本发明的固体光源装置构成为，包括：将多个固体光源单体排列为矩阵状而成的N组(N为2以上的整数)固体光源集合体；多透镜块，其具有与N组固体光源集合体相对的、使从各固体光源单体发出的光经由矩阵状的多透镜单体入射的N个入射面，和合成从该N个入射面入射的光并经由矩阵状的多透镜单体出射的1个出射面；和分色滤光镜，其在该多透镜块内与各入射面斜交地配置，根据入射的光的波长选择性地进行反射或透射；通过控制对各固体光源单体供给的电力的比例，控制从多透镜块的出射面向受光部照射的光的配光特性和色温。
另外，本发明在使用固体光源装置的车辆用灯具中，具有反射来自固体光源装置的出射光的反射器，固体光源装置具有将作为发光点的多个固体光源单体排列为矩阵状而成的固体光源集合体，固体光源单体通过组合具有包含光的三原色的发光颜色的固体光源单体而成，从多个固体光源单体出射的光入射到反射器的不同位置。
另外，本发明在使用固体光源装置的影像显示装置中，包括：照射来自所述固体光源装置的出射光来形成影像光的影像显示元件；和将由影像显示元件形成的影像光放大投影的投影透镜，固体光源装置具有将作为发光点的多个固体光源单体排列为矩阵状而成的固体光源集合体，固体光源单体通过组合具有包含光的三原色的发光颜色的固体光源单体而成。
另外，本发明是一种用固体光源作为发光体的固体光源装置的驱动方法，通过从固体光源装置照射的光使得在期望的受光部得到的照度为170勒克斯以上，固体光源的驱动电流是脉冲波形，脉冲的频率为60Hz以上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种发光效率高并且能够自由地控制色温的固体光源。另外，能够提供一种能够容易地获得期望的配光特性的车辆用灯具。另外，能够实现在保持抑制驱动电流的状态下不感受到闪烁、视觉上感到明亮的固体光源的驱动。
附图说明
图1是表示作为第一实施例的固体光源装置的立体图。
图2是表示作为第一实施例的固体光源装置的平面图。
图3是表示作为第二实施例的固体光源装置的立体图。
图4是表示作为第二实施例的固体光源装置的平面图。
图5是表示作为第三实施例的固体光源装置的平面图。
图6是表示作为第四实施例的固体光源装置的平面图。
图7是表示作为第五实施例的固体光源装置的平面图。
图8是表示作为第六实施例的固体光源装置的平面图。
图9是表示作为第七实施例的固体光源装置的平面图。
图10是表示作为第八实施例的固体光源装置的平面图。
图11是表示作为第九实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。
图12是表示作为第十实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。
图13是表示作为第十一实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。
图14是表示作为第十二实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。
图15是表示作为第十三实施例的应用了固体光源装置的影像显示装置的平面图。
图16是表示偏振变换元件的结构的图。
图17是表示在偏振变换元件的PBS面的P波和S波的透射率的图。
图18是表示各材料的相对于入射角的反射率的特性图。
图19是表示点亮时间与人感受到的明亮感的关系的图。
图20是表示点亮频率与人感受到的闪烁感的关系的图。
图21是表示脉冲驱动的视觉评价的结果的图。
符号说明
1……固体光源装置
2……车辆用灯具
3……影像显示装置
11、12、13……固体光源集合体
111～114、121～124、131～134……固体光源单体
21、22、23、24……多透镜块
211～214、221～224、241～244……多透镜单体
25、26……分色滤光镜
30……偏振变换元件
41、42……遮光板
50……重叠透镜
55……光束变换反射镜
65～67……液晶面板
69……投影透镜
70～72……反射器
80……灯具罩
90……受光部
具体实施方式
以下，对于本发明的实施例，参考附图进行说明。
实施例1
图1和图2是表示作为本发明的第一实施例的固体光源装置的结构图，图1是立体图，图2是平面图。以下，对起到同样作用的部件标注相同的符号。
固体光源装置1包括：将与绿色对应的多个固体光源单体排列而成的固体光源集合体11、将与蓝色和红色对应的多个固体光源单体排列而成的固体光源集合体12、和将多个多透镜单体矩阵状地排列而成的2个多透镜块21、22。多透镜块21、22具有等腰直角三角形的截面，使其斜边彼此之间隔着分色滤光镜25而接合。固体光源集合体11和固体光源集合体12与多透镜块21、22的2个侧面相对地配置。
固体光源集合体11中，多个(此处为4个)固体光源单体111、112、113、114配置为矩阵状(2×2)，各固体光源单体由绿色发光的LED构成(固体光源单体114未图示)。为了减小光展量，使各固体光源单体的发光部面积为0.5mm2以下。优选为0.1mm2以下时，能够进一步提高照明效率。另外，为了使来自发光部的发散光束向期望的方向聚光，在固体光源的附近设置有用于聚光的光学元件(图2显示为凸透镜)。
另一方面，固体光源集合体12中，多个(4个)固体光源单体121、122、123、124配置为矩阵状(2×2)，固体光源单体121、124由蓝色发光的LED构成，固体光源单体122、123由红色发光的LED构成。对此，也为了减小光展量，使各固体光源单体的发光部面积为0.5mm2以下(优选为0.1mm2以下)。
多透镜块21与固体光源集合体11相对，在与各固体光源单体111～114相对的位置，矩阵状地配置多透镜单体211～214(213、214未图示)。多透镜块22与固体光源集合体12相对，在与各固体光源单体121～124相对的位置，矩阵状地配置多透镜单体221～224(223、224未图示)。在多透镜块22的出射面，还矩阵状地配置多透镜单体225～228。
分色滤光镜25是根据入射的光的波长选择性地进行反射或透射的部件，此处绿色波长区域的光透射，使红色和蓝色波长区域的光反射。该分色滤光镜25也可以设置在各个多透镜块21、22，也可以单独设置在单侧的多透镜块上。无论哪一种情况，都被2个多透镜块夹着，与其入射面(侧面)斜交地配置。2个多透镜块21、22采用了组装精度提高和反射面减小等优势较大的接合结构，但也可以彼此分开。
从固体光源集合体11的各固体光源单体111～114出射的绿色光束，从多透镜块21的多透镜单体212～214入射，透射分色滤光镜25，从多透镜块22的多透镜单体225～228出射。
从固体光源集合体12的各固体光源单体121～124出射的红色/蓝色光束，从多透镜块22的多透镜单体222～224入射，在分色滤光镜25反射，从多透镜单体225～228出射。
从多透镜块22的多透镜单体225～228出射的光束，被放大照射到受光部90。多透镜单体225～228以在受光部90形成期望的矩形形状的纵横比形成。从固体光源集合体11和固体光源集合体12出射的光束被分色滤光镜25合成。例如，来自固体光源单体111的光束，与来自固体光源单体121的光束合成，成为合成光束A照射到受光部90的区域90a。来自固体光源单体112的光束，与来自固体光源单体122的光束合成，成为合成光束B照射到受光部90的区域90b。同样，合成光束C、D(未图示)照射到受光部90的区域90c、90d。
在受光部90中，因为与各合成光束对应地在区域90a～90d单独地得到放大像，所以能够在同一个受光部90内使亮度和色度单独地变化。例如，通过使固体光源集合体11发出的绿色光、和固体光源集合体12发出的蓝色/红色光以规定的混色比在受光部90重叠(叠加)，能够在各区域得到白色光。另外通过使该混色比变化，能够表现在色品图上三色单独标示的坐标范围的内侧所示的各种颜色(色温)。
根据本实施例，通过使固体光源的发光面为0.5mm2以下能够减小光展量、提高发光效率。进而，通过将具有多种发光颜色的LED(固体)光源组合并改变光的混合比，能够自由地控制照射光束的色温。
此外，在本实施例中，固体光源集合体12将蓝色发光的固体光源单体和红色发光的固体光源单体组合而构成，但也可以全部是以品红为发光颜色的固体光源单体。
实施例2
图3和图4是表示作为本发明的第二实施例的固体光源装置的结构图，图3是立体图，图4是平面图。与上述实施例1的不同点在于，采用了在多透镜块22与受光部90之间设置偏振变换元件30，使来自多透镜块22的出射光的偏振方向对准后将光束重叠在受光部90的结构。
例如，从固体光源集合体11的固体光源单体111出射的绿色光束，由相对配置的多透镜块21的多透镜单体211聚光，从设置在对应的多透镜块22的多透镜单体225放大出射。从多透镜225放大出射的光束入射到偏振变换元件30，作为偏振方向对准了的光放大投影到受光部90。
图16是表示偏振变换元件30的结构的图。偏振变换元件30是使从各多透镜单体225～228出射的光束A～D的偏振状态一致的部件，与各多透镜单体225～228一一对应，将多个偏振变换单元300并列地排列构成。从多透镜单体225～228出射的光束(固体光源的二次光源像)，入射到对应的偏振变换单元300的入射区域301。
各偏振变换单元300具有作为偏振分离膜的偏振分束膜302(以下称为PBS膜)和相位差板303。对于入射到入射区域301的无偏振状态的光束(P波和S波同时存在)，PBS膜302使P波透射并且使S波反射来进行分离。P波透射PBS膜302，被相位差板303将偏振方向变换为S波出射。另一方面，S波在PBS膜302反射，在大致平行地设置的相邻的PBS膜302再次反射保持S波出射。结果，能够得到偏振方向一致为S波的光束。
图17是表示一般的偏振变换元件的PBS面的P波和S波的透射率的图。P波和S波的透射率(或反射率)依赖于入射角度和波长。关于绿色波长区域的P波的透射率，只要相对于入射角度45度偏离±2度，透射率就大幅降低。另一方面，蓝色波长区域的S波的透射率只要相对于入射角度45度变化±2度就同样大幅变化。因此，本实施例中，为了使对设置了PBS膜302的反射面的光线入射角度在期望的范围内，而使用远心光学系统。
实施例2中，从1个多透镜单体出射的光束，光路由偏振变换元件30分离为P波和S波。由此，在受光部90中，用多透镜单体放大后的光束全部被重叠(用合成光束E表示)，能够得到对于受光部90的整面均匀亮度的照明光。
此时，通过组合多个多透镜块，该多透镜块是与固体光源单体对应地使多个具有透镜作用的多透镜单体矩阵状地配置而成的，由此能够不降低偏振变换元件30的光线通过率而使偏振方向对准为一定方向。
此外，在实施例2中，也能够通过使发出绿色光的固体光源集合体11和发出蓝色和红色光的固体光源集合体12的光以规定的混色比在受光部重叠，而得到白色光。另外，通过使该混色比变化，能够表现在色品图上由三色单独标示的坐标范围的内侧所示的各种颜色(色温)。
实施例3
图5是表示作为本发明的第三实施例的固体光源装置的平面图。本实施例在上述实施例2(图4)的结构中，在固体光源单体的出射侧追加了遮光板41、42。通过设置遮光板41、42，能够获得减少向固体光源单体的返回光(杂散光)、确保固体光源的寿命和减轻杂散光造成的对光源光的不良影响的效果。
实施例4
图6是表示作为本发明的第四实施例的固体光源装置的平面图。本实施例在上述实施例2(图4)的结构中，对各固体光源单体111、112、……，不是设置凸透镜而是设置了衍射透镜作为聚光用的光学元件。衍射透镜在光源的波长区域是窄带域的情况下能够分别实现最佳设计，能够抑制衍射损失而比较自由地控制屈光力，所以适合控制固体光源的方向性。
实施例5
图7是表示作为本发明的第五实施例的固体光源装置的平面图。本实施例在上述实施例1(图2)的结构中，使各固体光源单体111、112、……由多个固体光源构成。图7中示出的固体光源单体采用了各包括3×3＝9个固体光源的结构。与此对应地，多透镜块21、22中，也与各个体光源相对地配置多透镜单体。结果是，在受光部90中，照射与固体光源数量对应的多束合成光束。
实施例6
图8是表示作为本发明的第六实施例的固体光源装置的平面图。本实施例在上述实施例1(图2)的结构中，包括3个固体光源集合体11、12、13。固体光源集合体11由绿色发光的固体光源单体111、112、……构成，固体光源集合体12由红色发光的固体光源单体121、122、……构成，固体光源集合体13由蓝色发光的固体光源单体131、132、……构成。设置有与这些固体光源集合体相对的3个多透镜块21、22、23和出射侧的多透镜块24。而且在4个多透镜块的接合面，设置有2个分色滤光镜25、26。从各固体光源集合体11、12、13出射的三色光，由多透镜块21、22、23、24合成并照射到受光部90。
此时，通过控制绿色固体光源集合体11、红色固体光源集合体12和蓝色固体光源集合体13的发光量，以规定的混色比在受光部90重叠，能够按各区域得到期望的白色光。另外，通过使混色比变化，能够表现在色品图上三色单独标示的坐标范围的内侧所示的各种颜色(色温)。另外，在受光部90，与实施例1同样，能够与各合成光束对应地在各区域单独地得到放大像，所以能够在同一个受光部90内单独地使亮度和色度变化。
实施例7
图9是表示作为本发明的第七实施例的固体光源装置的平面图。本实施例在上述实施例6(图8)的结构中，在多透镜块24与受光部90之间设置有重叠透镜(叠加透镜)50。重叠透镜50能够使来自多透镜块24的出射光在偏振变换元件30和受光部90效率良好地重叠。由此，适合作为影像显示装置等的光源装置。
实施例8
图10是表示作为本发明的第八实施例的固体光源装置的平面图。本实施例在上述实施例7(图9)的结构中，在多透镜块24与偏振变换元件30之间设置光束变换反射镜55，使从偏振变换元件30到受光部90的光路变换为正交方向。
光束变换反射镜55具有使从多透镜块24出射的光束聚光的作用。所以，光束变换反射镜55的表面形状采用在偏振变换元件30的长轴方向(图面的纵深方向)上具有圆筒轴的截面是凹面(圆筒面)的形状。结果是，因为偏振变换元件30的光线通过率提高，所以能够实现光利用效率高的光源装置。
进而，通过在偏振变换元件30与受光部90之间配置的重叠透镜50，控制对受光部90的光线入射角度。特别是使用透射型影像显示元件(液晶元件)作为受光部90的情况下，能够在显示画面周边也减小光线入射角度，能够获得对比度性能优秀的明亮的影像。
上述实施例1～8的固体光源装置能够应用于以下叙述的车辆用灯具(头灯)或影像显示装置的光源。
实施例9
图11是表示作为本发明的第九实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。车辆用灯具2构成为使来自固体光源装置1的光束被反射器70反射，得到期望的配光特性。
来自固体光源装置1的光源光束相对反射器70从斜前方入射(光轴L1)，在反射器70反射而作为照射光束向前方出射(光轴L2)。因此，与相对于光轴L1、L2对称的球面或非球面形状相比，反射器70的反射面的形状选择设计自由度大的自由曲面形状较好。
反射器70在固体光源装置1发光、车辆不行驶的情况下，在烈日下温度接近100℃。由此，反射器70的材料使用耐热性高的热固化性树脂较好。或者，也可以使用反射器70的反射面形状从模具的转印性优秀的热塑性树脂。
在现有的车辆用灯具中，使用的光源的发光点是单一的，所以配光特性只依赖于反射器的形状，另外，反射光(照射光)的色度由单一光源的发光颜色决定。与此相对，本实施例的车辆用灯具中，存在多个作为发光点的固体光源单体，各个固体光源单体与反射器70的相对位置(入射位置)不同，所以控制配光特性的自由度大幅增大。另外，因为光源颜色通过组合包括绿、红、蓝的光的三原色的固体光源单体而生成，所以可以得到期望的配光颜色分布，能够获得现有技术中不具有的效果。
另一方面，通过在固体光源装置1的出射侧设置偏振变换元件30，使出射光的偏振方向一致，提高在反射器70的反射面的反射率，结果是能够提高照射光的强度。
图18是表示各材料的相对于入射角的反射率的特性图。金属反射面的反射率根据偏振方向(S波、P波)分别具有入射角度依赖性。如图18所示，就材料而言铝(Al)反射率高，偏振方向为S偏振时比P偏振的反射率高。因此，通过使用Al膜作为反射器70的反射膜，并且使偏振方向一致为S偏振，来自车辆用灯具2的反射光束增大，能够实现耗电效率良好的车辆用灯具。
另外，从图18可知，铜(Cu)等金属或玻璃(BSC-7)对于S偏振的反射率也较高。这意味着来自相对车的车体(金属面或挡风玻璃)的反射光强，即使在符合法规的光束量，也能够得到视认性优秀的照明光。
进而，通过由驾驶车辆的驾驶员佩戴上述的偏振光通过的偏振太阳镜，也能够获得减轻路面的强光或相对车的头灯引起的视觉障碍，用自备的灯具(头灯)获得良好的视野这样的附带的效果。
实施例10
图12是表示作为本发明的第十实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。本实施例的车辆用灯具2构成为使来自固体光源装置1的光束被2个反射器71、72反射而进行照射。
利用第一反射器71的反射面形状将来自固体光源装置1的光源光束形成为具有期望的光束分布的一次反射光束之后，利用第二反射器72使其反射成为二次反射光束(照射光束)。该结构中能够使用2个反射面，所以与实施例9(图11)相比设计自由度增大，能够精细地控制配光特性，可以获得更良好的特性。
该情况下，来自第一反射器71的一次反射光束相对于第二反射器72从斜前方入射(光轴L2)，在第二反射器72反射而作为照射光束向前方出射(光轴L3)。因此，第二反射器72的反射面的形状选择设计自由度大的自由曲面形状较好。另外，本实施例中，能够在第二反射器72的纸面纵深方向上配置固体光源装置1，所以车辆用灯具2的整体形状设计的自由度增大。
实施例11
图13是表示作为本发明的第十一实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。本实施例的车辆用灯具2是在实施例9(图11)的车辆用灯具2中，使反射器70的反射面由包括多个反射面的复合体形成。使多个反射面与从固体光源装置1出射的多束光束对应。
从固体光源装置1出射的多束光束(图中用箭头表示)，分别入射到反射器70的对应的反射面70a～70d。或者，也可以使来自一个固体光源单体的光束入射到多个反射面。在反射面70a～70d反射后的多束照射光束(用光轴La～Ld表示)向前方照射。由此，能够得到具有期望的配光特性的照射光。
从各反射面70a～70d起的照射方向(光轴La～Ld)也可以朝向一定的方向，但也存在为了得到特定的配光特性(光分布)而使其朝向不同方向的情况。特别是，在设置在接近固体光源装置1的位置的反射面70c、70d，从固体光源装置1出射的光束的扩展范围较窄，每单位面积的光量较大，所以易于进行配光特性的粗略控制，适合扩大照射光束的宽度。进而，通过使这些反射光的光轴Lc和Ld朝向不同的方向，能够得到期望的配光特性。例如，如果利用位于车辆的外侧的反射面70d形成为使光轴Ld朝向车辆的外侧的光分布，则能够效率良好地对车辆斜前方照明。
另一方面，在设置在远离固体光源装置1的位置的反射面70a、70b，从固体光源装置1出射的光束的扩展范围较宽，每单位面积的光量较小，所以易于进行配光特性的精细控制，适合缩小光束的宽度汇聚地配光。进而，通过使这些反射光的光轴La和Lb朝向不同方向，得到期望的配光特性。
进而，本实施例中，为了保护固体光源装置1和反射器70不受外部气氛影响，设置灯具罩80覆盖反射面。灯具罩80的形状可以采用厚度均匀的塑性形状，但也可以使其具有透镜作用来进一步控制由反射器70形成的配光特性。
实施例12
图14是表示作为本发明的第十二实施例的使用了固体光源装置的车辆用灯具的结构图。本实施例的车辆用灯具2是在实施例10(图12)的车辆用灯具2中，使第二反射器72的反射面由包括多个反射面的复合体形成。使多个反射面与从第一反射器71反射的多束光束对应。
利用第一反射器71的反射面形状将来自固体光源装置1的光束形成为具有期望的光束分布的一次反射光束之后，利用第二反射器72使其反射成为二次反射光束(照射光束)。该结构中设计自由度增加了1面，所以与实施例11(图13)相比能够精细地控制配光特性，可以得到更良好的特性。
第二反射器72的反射面形状，与实施例11(图13)同样具有多个反射面72a～72d。该情况下，采用将分割为多束的光入射的独立的反射面72a～72d连续地相连接的自由曲面形状，以表示各个反射面的反射方向的光轴La～Ld在多个反射面朝向不同的方向的方式配置。由此，多束照射光束的照射方向改变，能够实现期望的配光特性。
本实施例是将实施例10(图12)和实施例11(图13)组合而成的结构，具有上述两者的优势。
实施例13
图15是表示作为本发明的第十三实施例的应用了固体光源装置的影像显示装置的平面图。此处是作为一例，表示液晶型投影装置的结构的平面图。此处所示的液晶型投影装置3中，将由固体光源装置1产生的照明光经由偏振变换元件61、重叠透镜62导向分色镜63、64。分色镜63、64将照明光分离为蓝色、绿色和红色，照射到作为影像显示元件的3片液晶面板65、66、67。蓝色、绿色和红色的影像光通过交叉棱镜68合成，从投影透镜69被放大投影。影像显示元件也能够使用反射型液晶面板。本实施例中因为光源的发光效率良好，所以可以实现高性能的影像显示装置。
进而，作为光学系统内具有高效率的偏振变换元件的固体光源的其他使用方式，能够用作近年来作为车辆用的影像显示装置受到关注的平视显示器(HUD)用的光源。在该情况下，因偏振波的方向，影像光的反射率在组合器(Combiner、合成器)或挡风玻璃等影像显示部分有较大不同，所以能够实现对比度较大的鲜明的影像显示，能够实现视认性优秀的显示。
实施例14
在实施例14中，对于固体光源装置的适当的驱动方法进行叙述。此处，作为人眼对光源的视觉特性，关于(1)点亮时间与明亮感的关系、(2)点亮频率与闪烁感的关系进行研究，提出降低驱动电流同时无闪烁感的脉冲驱动法。关于人眼的视觉特性，已知关于来自明亮的光源的光，根据点亮时间的长度相对地感受明亮度的感觉不同。另外，可知根据点亮频率(闪烁周期)人感受到的闪烁感发生变化。
图19是表示点亮时间与人感受到的明亮感的关系的图。作为参数改变视网膜上的照度值。即使照度相同，点亮时间改变时人感受到的明亮感也不同。例如，照度为170勒克斯的照明光能看到的相对最明亮的点亮时间是0.05秒。另外，照度越是增加，点亮时间越短，越是感觉到明亮。关于影像显示装置或车辆用灯具的照明光，点亮时间在0.05秒以下的情况下看起来明亮。
图20是表示点亮频率与人感受到的闪烁感的关系的图。作为参数改变视网膜上的亮度(trolands)。点亮频率f为5～20Hz时闪烁感较大，频率为60Hz以上时闪烁感几乎消失。该趋势不依赖于光照程度(照るさ)。
根据以上结论，在光源的闪烁频率为60Hz以上时，感受不到闪烁(flicker)而感到明亮。如果以这样的条件驱动固体光源装置，则能够实现抑制平均电流同时视觉上感到明亮的驱动。即，认为存在通过使LED的驱动电流从直流驱动变换为脉冲驱动(Hi和Low的切换驱动)而抑制平均电流且在视觉上感到明亮的驱动方法，对其进行了验证。
图21是表示脉冲驱动的视觉评价的结果的图。此处，表示出了对固体光源中流过的驱动电流进行脉冲驱动的情况下，与直流驱动的情况在视觉上不存在差异的条件、即视觉上感受不到闪烁而能够感到同等亮度的几个例子。作为参数，分为相对视见度低的发光颜色为蓝色的情况(a1～a3)、和相对视见度高的发光颜色为绿色和红色的情况(b1～b3)，分别使点亮频率f、Hi/Low的电流比率、Hi/Low的时间比率(占空比)变化。其中，设直流驱动时的电流值为100％。
(a1)发光颜色为蓝色，驱动频率f＝50Hz，Hi:Low的电流比率＝120％:60％，Hi:Low的时间比率＝50:50的情况下，没有闪烁感，明亮感与直流驱动时同等。
(a2)驱动频率f＝65Hz，Hi:Low的电流比率＝130％:50％，时间比率＝50:30的情况下，是与上述同样的评价结果。
(a3)驱动频率f＝72Hz，Hi:Low的电流比率＝150％:40％，时间比率＝50:20的情况下，是同样的。
(b1)发光颜色为绿色，驱动频率f＝60Hz，Hi:Low的电流比率＝120％:70％，Hi:Low的时间比率＝50:50的情况下，没有闪烁感，明亮感与直流驱动时同等。
(b2)驱动频率f＝75Hz，Hi:Low的电流比率＝130％:70％，时间比率＝50:30的情况下，是同样的。
(b3)驱动频率f＝85Hz，Hi:Low的电流比率＝150％:70％，时间比率＝50:20的情况下，是同样的。
对于(b1)～(b3)，发光颜色为红色的情况下，也是大致同样的结果。
可以推测以上的结果是因为脉冲驱动时用Hi的电流发光时，因人眼的余辉特性而在视觉上感受到大致一定的亮度持续(换言之，不会感到闪烁)。由此，与用直流电流驱动固体光源的情况相比，能够提高电流效率。上述例子中，关于电流效率的改善度，(a1)为约10％，(a2)为27％，(a3)为21％，(b1)为约5％，(b2)为24％，(b3)为18％。
关于脉冲驱动的适当的条件，如果驱动频率为60Hz以上，Hi:Low的电流比率为60:40以上，则即使Hi与Low的时间比率为50:50也能够在视觉上不感受到闪烁地感到明亮。

Claims (15)

1.一种以固体光源作为发光体使用的固体光源装置，其特征在于，包括：
将多个固体光源单体排列为矩阵状而成的N组固体光源集合体，其中，N为2以上的整数；
多透镜块，其具有与所述N组固体光源集合体相对的、使从各所述固体光源单体发出的光经由矩阵状的多透镜单体入射的N个入射面，和合成从该N个入射面入射的光并经由矩阵状的多透镜单体出射的1个出射面；和
分色滤光镜，其在该多透镜块内与所述各入射面斜交地配置，根据入射的光的波长选择性地进行反射或透射；
通过控制对所述各固体光源单体供给的电力的比例，控制从所述多透镜块的出射面向受光部照射的光的配光特性和色温。
2.如权利要求1所述的固体光源装置，其特征在于：
所述固体光源集合体的数量N为2，
一组固体光源集合体由发光颜色为绿色的固体光源单体构成，另一组固体光源集合体通过组合发光颜色为红色的固体光源单体和发光颜色为蓝色的固体光源单体而构成。
3.如权利要求1所述的固体光源装置，其特征在于：
所述固体光源集合体的数量N为3，
第一固体光源集合体由发光颜色为绿色的固体光源单体构成，第二固体光源集合体由发光颜色为红色的固体光源单体构成，第三固体光源集合体由发光颜色为蓝色的固体光源单体构成，
所述第二固体光源集合体和所述第三固体光源集合体隔着所述多透镜块相对地配置。
4.如权利要求1所述的固体光源装置，其特征在于：
从所述多透镜块的出射面出射的光被分离为多束分别照射到所述受光部的不同区域，按所述受光部的每个区域控制照射的光的配光特性和色温。
5.如权利要求1所述的固体光源装置，其特征在于：
在所述多透镜块的出射面与所述受光部之间配置偏振变换元件，
所述偏振变换元件具有：透射P偏振的光而将S偏振的光反射的偏振分束膜；和将透射了的所述P偏振的光变换为S偏振的相位差板。
6.如权利要求5所述的固体光源装置，其特征在于：
在所述多透镜块的出射面与所述偏振变换元件之间配置光束变换反射镜，
所述光束变换反射镜形成为在所述偏振变换元件的长轴方向具有圆筒轴的截面为凹面的形状。
7.如权利要求1所述的固体光源装置，其特征在于：
使用发光点面积为0.5mm2以下的LED光源作为所述固体光源单体。
8.一种使用固体光源装置的车辆用灯具，其特征在于：
包括反射来自所述固体光源装置的出射光的反射器，
所述固体光源装置具有将作为发光点的多个固体光源单体排列为矩阵状而成的固体光源集合体，
所述固体光源单体通过组合具有包含光的三原色的发光颜色的固体光源单体而成，
从所述多个固体光源单体出射的光入射到所述反射器的不同位置。
9.如权利要求8所述的车辆用灯具，其特征在于：
在所述固体光源装置与所述反射器之间配置偏振变换元件，
所述偏振变换元件具有：透射P偏振的光而将S偏振的光反射的偏振分束膜；和将透射了的所述P偏振的光变换为S偏振的相位差板。
10.一种车辆用灯具，其使用如权利要求1所述的固体光源装置，所述车辆用灯具的特征在于：
作为所述受光部具有反射来自所述多透镜块的出射光的反射器，
从设置于所述多透镜块的多个所述多透镜单体出射的光入射到所述反射器的不同位置。
11.一种车辆用灯具，其使用如权利要求1所述的固体光源装置，所述车辆用灯具的特征在于：
作为所述受光部具有：反射来自所述多透镜块的出射光的第一反射器；和进一步反射被所述第一反射器分割后的反射光的第二反射器，
所述第二反射器的反射面形成为将入射分割为多束的所述光的独立的反射面连续地相连接的自由曲面形状，以代表各个反射面的照射方向的光轴在多个所述反射面朝向不同方向的方式配置。
12.如权利要求10所述的车辆用灯具，其特征在于：
所述固体光源装置相对于所述反射器配置在倾斜方向上，并且所述反射器的反射面形状形成为关于代表各个反射面的光线反射方向的光轴偏心的非球面形状或自由曲面形状。
13.一种影像显示装置，其使用固体光源装置，所述影像显示装置的特征在于，包括：
照射来自所述固体光源装置的出射光来形成影像光的影像显示元件；和
将由所述影像显示元件形成的影像光放大投影的投影透镜，
所述固体光源装置具有将作为发光点的多个固体光源单体排列为矩阵状而成的固体光源集合体，
所述固体光源单体通过组合具有包含光的三原色的发光颜色的固体光源单体而成。
14.一种固体光源装置的驱动方法，所述固体光源装置使用固体光源作为发光体，所述驱动方法的特征在于：
通过从所述固体光源装置照射的光使得在期望的受光部得到的照度为170勒克斯以上，所述固体光源的驱动电流是脉冲波形，所述脉冲的频率为60Hz以上。
15.如权利要求14所述的固体光源装置的驱动方法，其特征在于：
所述脉冲波形中，Hi电平的电流值与Low电平的电流值的比率为60:40以上，其时间比率为50％以下。
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