JP2006098458A - 光源装置、画像表示装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した光源装置、その光源装置を用いる画像表示装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光を供給する光源部１０１と、光源部１０１から供給された光を反射により拡散し、所定面Ｓから出射する導光部１０２と、を有し、光源部１０１は、導光部１０２のうち所定面Ｓ以外の少なくとも一つの面であって、所定面Ｓに隣り合う面に設けられ、光源部１０１と、導光部１０２のうち所定面Ｓ以外の面とは、光源部１０１から供給された光を反射する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光源装置、画像表示装置及びプロジェクタ、特に、プロジェクタに用いられる光源装置の技術に関する。

近年、プロジェクタの光源装置に固体発光素子を用いることが提案されている。特に、固体発光素子である発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、超小型、超軽量、長寿命であるという特徴を有する。また、ＬＥＤは、照明目的で用いるための開発、改良によって、高輝度化及び高効率化が図られている。このことから、プロジェクタの小型化及び低消費電力化を図るために、光源装置にＬＥＤを用いることが期待されている。

プロジェクタの小型化を飛躍的に促進するためには、従来プロジェクタに用いられるランプに代えてＬＥＤを設けるのみでなく、プロジェクタの光学系全体を小型にすることが望まれる。これに対して、例えば、光を均一化するためのフライアイレンズやロッドレンズを従来通り用いる構成は広いスペースを要するため、小型なプロジェクタに適用することは困難である。また、複数のＬＥＤを用いる場合、投写像の光量ムラを低減するために、照明光の強度分布を略均一にできる構成とする必要もある。略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した光源装置の技術は、例えば特許文献１に提案されているものがある。

特開２０００−１１２０３１号公報

特許文献１の技術は、平面状に光源を配置すること、及び平面状に配置された光源からの光を導光路ブロックに入射することで、プロジェクタの小型化と、光の強度分布の均一化とを図ることとしている。しかしながら、導光路ブロックを設けると、光軸方向への光学系のサイズが大きくなってしまう。このため、特許文献１の技術を用いても、プロジェクタの小型化を飛躍的に促進することは困難である。このように、従来の技術では、光の強度分布を略均一にし、かつ小型化に適した構成とすることが困難であるため、プロジェクタの小型化を促進する上で問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した光源装置、その光源装置を用いる画像表示装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部から供給された光を反射により拡散し、所定面から出射する導光部と、を有し、光源部は、導光部のうち所定面以外の少なくとも一つの面に設けられ、光源部と、導光部のうち所定面以外の面とは、光源部から供給された光を反射することを特徴とする光源装置を提供することができる。

光源部と、導光部のうち出射面以外の面とは、光源部から供給された光を反射する。例えば、光源部にＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤは、発光部であるチップに入射した光を反射する。出射面以外の導光部の面のみならず光源部でも光を反射可能とすることで、導光部は、出射面以外の面の全体において光を反射することができる。光源部からの光は、導光部の内部で繰り返し反射しながら拡散することで、強度分布が均一化される。導光部で強度分布が均一化された光は、導光部の出射面から出射する。光源装置は、このようにして略均一な強度分布の光を供給できる。また、導光部のうち出射面以外の面のいずれかに光源部を設けることとすることで、例えば小型な導光部に複数の光源部を設けることも可能となる。小型な導光部を用いることができると、光源装置を小型にすることが可能となる。これにより、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源部は、導光部のうち所定面に隣り合う面に設けられることが望ましい。導光部のうち出射面に隣り合う面に光源部を設けると、導光部を薄型にし、かつ光源部からの光を十分均一化することが可能な構成にできる。また、導光部のうち出射面に隣り合う複数の面に複数の光源部を設ける場合も、導光部を薄型な構成とすることができる。これにより、小型でかつ略均一な強度分布の光を供給可能な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、所定面に、特定の振動方向の偏光光を透過し、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板を有することが望ましい。例えば、プロジェクタにおいて特定の振動方向の偏光光を変調する場合、光源装置は、特定の振動方向の偏光光を効率良く供給可能であることが望ましい。本態様によると、導光部内で拡散するうちに出射面の方向へ進行した光のうち、特定の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過する。出射面に反射型偏光板を設けることにより、光源装置は、特定の振動方向の偏光光を供給できる。特定の振動方向とは異なる振動方向の偏光光は、反射型偏光板で反射する。反射型偏光板で反射した光は、再び導光部内で反射を繰り返す。導光部内へ戻った光は、反射を繰り返すうちに再び反射型偏光板に入射する。反射型偏光板に入射した光のうち特定の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過する。このようにして、光源装置は、特定の振動方向の偏光光を次々と出射することができる。これにより、高い光利用効率で特定の振動方向の偏光光を供給できる光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、導光部は、所定面以外の面に、光源部からの光を反射する反射部を有することが望ましい。反射部を設けることで、導光部は、出射面以外の面の全ての部分において光を反射可能な構成にできる。これにより、光の損失を防ぎ、高い光利用効率の光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、所定面に、光源部からの光を屈折により角度変換する角度変換部を有することが望ましい。例えば、透明部材を有する導光部を用いる場合、導光部と空気との界面において、出射面の方向へ進行した光が全反射してしまうことが考えられる。導光部の界面で光が全反射すると、光源装置からの光の光量は減少してしまう。出射面に角度変換部を設けると、出射面に進行した光の角度を変換して、光源装置の外部への光の出射を促すことができる。また、角度変換部は、出射面に対して斜めに進行する光を、光軸に沿う方向へ角度変換する役割を果たす。光源装置において光軸に沿う方向へ光を揃えることが可能であると、例えば、プロジェクタで有効に扱える光を増加することができる。これにより、光利用効率が高く明るい光を供給可能な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、所定面に、光源部からの光を出射する開口部と、開口部の周辺に、光源部からの光を反射する反射部と、を有し、開口部は、角度変換部に対応して設けられることが望ましい。光源装置は、開口部を通過した光のみを出射することにより、いわゆる点発光型の光源として機能する。点発光型の光源からの光を角度変換部で角度変換することにより、光軸に沿う方向へ光の進行方向を揃えることが可能となる。光源装置からの光を光軸に沿う方向へ揃えることが可能であると、例えば、プロジェクタで有効に扱える光を増加することができる。また、開口部の周辺に反射部を設けることにより、出射面のうち開口部以外の部分に入射した光は、再び導光部内で反射を繰り返す。導光部内で反射を繰り返した後開口部に入射した光は、光源装置の外部へ出射する。このようにして、光源装置は、開口部から光を次々と出射させることができる。これにより、光利用効率が高く明るい光を供給可能な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、固体発光素子を有することが望ましい。例えば、固体発光素子であるＬＥＤは、発光チップにおいて光を反射することができる。光源部としてＬＥＤを用いることで、光源部で光を反射可能な構成とすることができる。また、光源部として小型な固体発光素子を用いることで、光源装置を小型化に適した構成とすることができる。これにより、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した光源装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有する画像表示装置を提供することができる。上記の光源装置を用いることで、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した構成とすることができる。これにより、小型で、かつ光量ムラが少ない画像表示装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調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することができる。上記の光源装置を用いることで、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ小型化に適した構成とすることができる。これにより、小型で、かつ光量ムラが少ないプロジェクタを得られる。

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。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す。プロジェクタ１００は、光源装置１１０と、空間光変調装置である液晶型空間光変調装置１１４と、投写レンズ１２０とを有する。光源装置１１０からの光は、カラーフィルタ１１２を透過した後、液晶型空間光変調装置１１４に入射する。液晶型空間光変調装置１１４は、光源装置１１０からの光を画像信号に応じて変調する透過型液晶表示装置である。液晶型空間光変調装置１１４で変調された光は、投写レンズ１２０によりスクリーン１３０に投写される。

次に、光源装置１１０について詳細に説明する。光源装置１１０は、固体発光素子であるＬＥＤ１０１と、導光部１０２とを有する。ＬＥＤ１０１は、アルミニウムや銀等で構成される金属電極に、透明基板であるサファイア基板が積層された発光チップを有する。ＬＥＤ１０１は、発光チップにおいて光を反射することができる。ＬＥＤ１０１のチップは、例えば１ｍｍ四方の正方形形状を有する。ＬＥＤ１０１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）と、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）と、青色光（以下、「Ｂ光」という。）とを含む白色光を供給する。ＬＥＤ１０１は、小型、軽量である特徴を有する。光源装置１１０は、ＬＥＤ１０１を用いることで小型にでき、かつＬＥＤ１０１で光を反射可能な構成とすることができる。

導光部１０２は、硝子や透明樹脂等の透明部材であって、光軸ＡＸ方向に厚みを有する板状の部材により構成されている。導光部１０２は、例えば、光軸ＡＸ方向へ２ｍｍの厚みを有し、光軸ＡＸに略垂直な面が１０ｍｍ四方の正方形形状を有する平行平板である。導光部１０２は、ＬＥＤ１０１からの光を反射する反射部１０３を有する。反射部１０３が設けられているのは、導光部１０２のうち、所定面である出射面Ｓ以外の面であって、出射面Ｓに対向する面、及び出射面Ｓに隣り合う面である。反射部１０３は、誘電体やアルミニウム等の高反射性部材の膜を導光部１０２の表面にコーティングすることにより形成できる。

図２は、出射面Ｓの側から見た導光部１０２の平面構成を示す。ＬＥＤ１０１が設けられているのは、導光部１０２のうち、所定面である出射面Ｓ以外の面であって、出射面Ｓに隣り合う４つの面である。ＬＥＤ１０１は、いずれも光軸ＡＸの方向を向けて配置されている。出射面Ｓに隣り合う各面において、反射部１０３は、ＬＥＤ１０１が配置されている部分以外の部分に設けられている。ＬＥＤ１０１は、反射部１０３が設けられていない部分を塞ぐように設けられている。導光部１０２は、出射面Ｓ以外の各面の全体を、反射性部材であるＬＥＤ１０１及び反射部１０３によって覆われている。ＬＥＤ１０１の周辺の反射部１０３は、一様に反射性部材を形成した後、ＬＥＤ１０１を設ける部分の反射性部材を取り除くことによって形成できる。また、ＬＥＤ１０１の周辺の反射部１０３は、ＬＥＤ１０１を設ける部分以外の部分のみに金属を蒸着することによって形成しても良い。

ＬＥＤ１０１から供給された光は、ＬＥＤ１０１と、導光部１０２のうち出射面Ｓ以外の面とで反射する。導光部１０２は、ＬＥＤ１０１から供給された光をＬＥＤ１０１、及び導光部１０２のうち出射面Ｓ以外の面で反射することで導光部１０２の内部で拡散し、所定面である出射面Ｓから出射する。なお、光源装置１１０に設けるＬＥＤ１０１の数及び位置は図示するものに限らず、適宜変更しても良い。

図１に戻って、導光部１０２の出射面Ｓには、λ／４位相板１０５、反射型偏光板１０７及び角度変換部１０９が設けられている。λ／４位相板１０５及び反射型偏光板１０７は、いずれも出射面Ｓを塞ぐように設けられている。反射型偏光板１０７は、特定の振動方向の偏光光を透過し、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射する。λ／４位相板１０５は、反射型偏光板１０７のＬＥＤ１０１側の面に設けられている。λ／４位相板１０５は、ＬＥＤ１０１からの光の偏光状態を変換する。λ／４位相板１０５は、例えば有機化合物のフィルム状部材や、水晶、雲母等の無機化合物の板状部材で構成することができる。

反射型偏光板１０７としては、光学的に透明な硝子部材からなる基板の上に、金属、例えばアルミニウムで構成されるワイヤを格子状に設けたワイヤグリッド型偏光子を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光子は、振動方向がワイヤに略垂直である偏光光を透過し、振動方向がワイヤに略平行である偏光光を反射する。ワイヤグリッド型偏光子を、特定の振動方向の偏光光の振動方向に対してワイヤが略垂直となるように設けることにより、特定の振動方向の偏光光のみを透過させることができる。

また、ワイヤグリッド型偏光子は、さびによるワイヤの劣化を低減するために、カバー硝子で保護されている。基板とカバー硝子との間には、例えば不活性ガスが充填されている。また、ワイヤを透明な樹脂部材で封止する構成としても良い。反射型偏光板１０７は、ワイヤグリッド型偏光子のほかに、波型に成膜された偏光膜を用いても良い。この偏光膜は、スパッタにより直線状の凸部を略等間隔に形成した後、その上に膜状物を自己成長させることで形成できる。そして、成膜された偏光膜は、直接λ／４位相板１０５に貼り付けることができる。

図３は、角度変換部１０９の斜視構成を示す。角度変換部１０９は、反射型偏光板１０７の出射面上に設けられている。角度変換部１０９は、硝子や透明樹脂などの透明部材で構成された四角錐形状の微小なプリズム素子である。角度変換部１０９は、反射型偏光板１０７の出射面に隙間無く配置されている。角度変換部１０９は、液晶型空間光変調装置１１４の方向であるＺ方向へ頂点を向けて設けられている。角度変換部１０９は、ＬＥＤ１０１から供給され、反射型偏光板１０７を透過した光を屈折により角度変換する。

図４は、ＬＥＤ１０１からの光が液晶型空間光変調装置１１４に入射するまでの振る舞いを説明するものである。ＬＥＤ１０１は、導光部１０２内のすべての方向へ光を供給する。ＬＥＤ１０１からの光のうちの一部の光は、ＬＥＤ１０１から直接出射面Ｓの方向へ進行する。また、ＬＥＤ１０１から出射面Ｓ以外の方向へ進行した光は、ＬＥＤ１０１、及び導光部１０２のうち出射面Ｓ以外の面で反射する。ＬＥＤ１０１からの光は、ＬＥＤ１０１、及び導光部１０２のうち出射面Ｓ以外の面で反射することによって導光部１０２の内部で拡散する。

導光部１０２のうち出射面Ｓ以外の面に入射した光のうち、導光部１０２の界面に対して臨界角以上の角度で入射した光は、導光部１０２の界面における全反射によって反射する。また、導光部１０２の界面に対して臨界角より小さい角度で入射した光は、反射部１０３で反射する。光源装置１１０は、導光部１０２の界面における全反射を利用することによって、反射による光の損失を低減し、光利用効率を高めることができる。また、光源装置１１０は、反射部１０３を設けることで、導光部１０２の界面に対して臨界角より小さい角度で入射する光の損失を防ぎ、光利用効率を高めることができる。また、反射部１０３を設けることで、導光部１０２は、出射面Ｓ以外の面の全ての部分において光を反射可能な構成にできる。なお、導光部１０２は、透明部材を用いるものに限らず、反射部１０３のみを組み合わせた中空構造をとることとしても良い。

出射面Ｓの方向へ進行した光Ｌ１、Ｌ２は、λ／４位相板１０５を透過して反射型偏光板１０７に入射する。反射型偏光板１０７に入射する光のうち特定の振動方向の偏光光であるｐ偏光光Ｌ２は、反射型偏光板１０７を透過する。反射型偏光板１０７へ入射する光のうち特定の振動方向以外の振動方向の偏光光Ｌ１は、反射型偏光板１０７で反射して、導光部１０２の内部へ戻る。このとき反射型偏光板１０７で反射された光Ｌ１のうち、例えばｓ偏光光は、λ／４位相板１０５で直線偏光から円偏光に変換される。導光部１０２の内部へ戻った光は、ＬＥＤ１０１や反射部１０３での反射を繰り返すことで再びλ／４位相板１０５に入射する。

ここで、ｓ偏光光から円偏光光に変換されていた光は、λ／４位相板１０５を透過することで、今度はｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光となって反射型偏光板１０７に入射した光は、反射型偏光板１０７を透過する。これに対して、再度、λ／４位相板１０５を透過することにより特定の振動方向とは異なる他の振動方向に変換された偏光光は、反射型偏光板１０７で反射し、上述の循環を繰り返す。なお、反射型偏光板１０７で反射した後導光部１０２の内部へ戻る光は、ＬＥＤ１０１や反射部１０３で反射することによって、偏光面が回転する。光源装置１１０は、λ／４位相板１０５を設けず、ＬＥＤ１０１や反射部１０３での反射による偏光面の回転のみを用いて、反射型偏光板１０７へ入射する偏光光の振動方向を変換することとしても良い。

液晶型空間光変調装置１１４は、特定の振動方向の偏光光を変調する。このため、固体光源により直接空間光変調装置を直接照明する従来の構成を用いると、特定の振動方向以外の振動方向の偏光光が有効に利用されない点が、光利用効率の低下の原因となり得る。また、固体光源アレイと偏光変換用の偏光変換素子とを積層する構成を用いると、光源装置１１０の光軸ＡＸ方向へのサイズが大きくなることから、光源装置１１０を小型化に適した構成とすることが困難となる。本実施例の光源装置１１０は、特定の振動方向の偏光光を効率良く供給でき、かつ光源装置１１０を小型化に適した構成とすることができる。

反射型偏光板１０７を透過した光Ｌ２は、角度変換部１０９に入射する。例えば、反射型偏光板１０７の出射面に設けたカバー硝子と角度変換部１０９とを、略同一の屈折率の部材で構成する場合を考える。角度変換部１０９は、反射型偏光板１０７の出射面に対して斜めに進行する光をそのまま角度変換部１０９内に進行させる。角度変換部１０９を透過した光は、角度変換部１０９と空気との界面で屈折して、液晶型空間光変調装置１１４の方向へ進行する。このようにして、角度変換部１０９は、反射型偏光板１０７の出射面で光が全反射することを防ぎ、液晶型空間光変調装置１１４の方向への光の出射を促す。また、角度変換部１０９は、出射面Ｓに対して斜めに進行する光を、光軸ＡＸに沿う方向へ角度変換する役割を果たす。

角度変換部１０９から出射した光Ｌ２は、次にカラーフィルタ１１２に入射する。カラーフィルタ１１２は、Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒと、Ｇ光透過カラーフィルタ１１２Ｇと、Ｂ光透過カラーフィルタ１１２Ｂとをアレイ状に配置している。Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光及びＢ光を反射する。Ｇ光透過カラーフィルタ１１２Ｇは、Ｇ光を透過し、Ｒ光及びＢ光を反射する。Ｂ光透過カラーフィルタ１１２Ｂは、Ｂ光を透過し、Ｒ光及びＧ光を反射する。なお、カラーフィルタ１１２は、ＬＥＤ１０１からの光の一部をそのまま透過する透明部材を設ける構成としても良い。カラーフィルタ１１２でＬＥＤ１０１からの光の一部を透過することで、投写像の輝度を向上させることができる。

各色光透過カラーフィルタ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂに対応して、液晶型空間光変調装置１１４には、Ｒ光用画素と、Ｇ光用画素と、Ｂ光用画素とが設けられている。ＬＥＤ１０１は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を含む白色光を供給する。Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒに入射した光Ｌ２のうちＲ成分の光は、Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒを透過して、液晶型空間光変調装置１１４のＲ光用画素に入射する。ここで、Ｒ光用画素へ供給されるＲ光は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光である。Ｒ光用画素に入射したＲ成分のｐ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｓ偏光光に変換される。変調によりｓ偏光光に変換されたＲ光は、液晶型空間光変調装置１１４から出射する。

これに対して、Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒに入射した光Ｌ２のうちＲ成分以外の光、例えば、Ｇ成分、Ｂ成分の光は、Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒで反射する。Ｒ光透過カラーフィルタ１１２Ｒで反射した光は、それまでとは逆向きに進行して角度変換部１０９に入射する。角度変換部１０９に入射した光は、角度変換部１０９、反射型偏光板１０７及びλ／４位相板１０５を透過した後、導光部１０２内に戻る。このときλ／４位相板１０５に入射した光は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光である。λ／４位相板１０５を透過することで、ｐ偏光光は円偏光に変換される。

導光部１０２内に戻った光は、光源部１０１や反射部１０３での反射を繰り返した後再びλ／４位相板１０５に入射する。このときλ／４位相板１０５に入射した光は、今度はｐ偏光光以外の直線偏光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、反射型偏光板１０７で反射して導光部１０２内へ戻る。そして、光源部１０１や反射部１０３での反射を繰り返した後再度λ／４位相板１０５を透過することでｐ偏光光に変換された光は、反射型偏光板１０７を透過する。

このようにして反射型偏光板１０７を透過した光は、再びカラーフィルタ１１２に入射する。このときカラーフィルタ１１２に入射するのは、Ｒ成分以外の光、例えばＧ成分及びＢ成分の光である。例えば、Ｒ成分以外の光がＧ光透過カラーフィルタ１１２Ｇに入射したとすると、Ｇ成分の光は、Ｇ光透過カラーフィルタ１１２Ｇを透過する。Ｇ光透過カラーフィルタ１１２Ｇに入射した光のうちＧ成分以外の光、例えばＢ光は、Ｇ光透過カラーフィルタ１１２Ｇで反射して、上述の循環を繰り返す。循環する光は各色光透過カラーフィルタ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂに入射する。このようにして、導光部１０２とカラーフィルタ１１２との間の光路を光が循環（リサイクル）する過程において、液晶型空間光変調装置１１４へ各色光を次々と供給することができる。

光源装置１１０は、角度変換部１０９を設けることで、出射面Ｓに対して斜めに進行する光を、光軸ＡＸに沿う方向へ角度変換する。光源装置１１０において光軸ＡＸに沿う方向へ光を揃えることが可能であると、カラーフィルタ１１２で反射した光も、光軸ＡＸに沿う方向に揃えて導光部１０２に戻すことができる。カラーフィルタ１１２で反射した光の進行方向を光軸ＡＸに沿う方向に揃えることで、カラーフィルタ１１２で反射した光を効率良く導光部１０２に戻すことができる。また、プロジェクタ１００は、液晶型空間光変調装置１１４で変調可能な光束の角度範囲、及び投写レンズ１２０で取り込める光束の角度範囲に限りがある。光源装置１１０は、光軸ＡＸに沿う方向に揃った光を供給することで、液晶型空間光変調装置１１４や投写レンズ１２０でけられる光を減少できる。

ＬＥＤ１０１からの光は、導光部１０２の内部で繰り返し反射しながら拡散することで、強度分布が均一化される。導光部１０２で強度分布が均一化された光は、導光部１０２の出射面Ｓから出射する。光源装置１１０は、このようにして略均一な強度分布の光を供給できる。光源装置１１０は、ＬＥＤ１０１からの光を略均一にして出射面Ｓから出射することで、いわゆる面発光型の光源として用いることができる。

導光部１０２のうち出射面Ｓに対向する面にＬＥＤ１０１を設ける場合、ＬＥＤ１０１からの光を十分均一にするためには、導光部１０２の光軸ＡＸ方向への長さを長くする必要が生じる。これに対して、導光部１０２のうち出射面Ｓに隣り合う各面にＬＥＤ１０１を設けることにより、導光部１０２を薄型にし、かつＬＥＤ１０１からの光を十分均一化することが可能な構成にできる。光源装置１１０は、薄型な導光部１０２を用いることによって、小型にすることが可能となる。

これにより、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ光源装置１１０を小型化に適した構成にできるという効果を奏する。また、光源装置１１０は、反射型偏光板１０７及び角度変換部１０９を設けることにより、高い光利用効率で明るい光を供給することができる。さらに、光源装置１１０を用いることによって、プロジェクタ１００は、飛躍的に小型化を促進でき、かつ明るく光量ムラが少ない投写像を得ることができる。

光源装置を薄型にする場合、従来の液晶ディスプレイに用いられるバックライトと同様に、固体光源からの光を導光体の側面から入射し、導光体の内部に伝播させることが考えられる。従来のバックライトの構成をプロジェクタに適用する場合、液晶ディスプレイの場合に比較して、大幅に光利用効率を向上する必要が生じる。従来のバックライトの構成によると、固体光源から導光体へ光を入射する際の光の損失や、導光体での光の伝播による光の損失は、光利用効率を低下する要因となり得る。また、従来のバックライトは、特定の振動方向の偏光光を効率良く供給するための構成を採用していない点も、光利用効率を低下する要因になると考えられる。これに対して、本発明の光源装置１１０は、導光部１０２にＬＥＤ１０１を設けること、及びＬＥＤ１０１と、導光部１０２のうち出射面Ｓ以外の面とでＬＥＤ１０１から供給された光を反射する。また、光源装置１１０は、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することが可能である。このため、光源装置１１０は、薄型にでき、かつ明るい光を供給することができる。

なお、角度変換部１０９は、四角錐形状に限らず、三角錐、五角錐以上の多角錐形状や、円錐形状としても良い。また、角度変換部１０９は錐体に限らず、球面又は非球面の曲面を有する形状や、平坦面を有する台形形状など、光を効率良く液晶型空間光変調装置１１４の方向へ進行させることが可能なあらゆる形状を取り得る。また、角度変換部１０９は、形状を略均一とする場合に限らず、例えば形状をランダムに変化させることとしても良い。

（変形例１）
図５は、本実施例の変形例１に係るプロジェクタ５００の概略構成を示す。図６は、プロジェクタ５００に用いられる光源装置５１０の導光部１０２を、出射面Ｓの側から見た構成を示す。本変形例のプロジェクタ５００の光源装置５１０は、Ｒ光を供給するＲ光用ＬＥＤ５０１Ｒと、Ｇ光を供給するＧ光用ＬＥＤ５０１Ｇと、Ｂ光を供給するＢ光用ＬＥＤ５０１Ｂとを有する。各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂは、上記のＬＥＤ１０１とは供給する色光が異なるのみであって、基本的な構成は略同一である。ＬＥＤは、小型であるほか、色純度が高いという特長も有する。このため、各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂを用いることで、色再現性の良好な投写像を得ることができる。

図６に示すように、本変形例の光源装置５１０は、Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒの出射側にＲ光透過カラーフィルタ５０２Ｒを有する。Ｒ光用ＬＥＤ５０１ＲからのＲ光は、Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒを透過して、導光部１０２へ供給される。導光部１０２の内部で拡散してＲ光用ＬＥＤ５０１Ｒの方向へ進行するＲ光は、Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒを透過して、Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒに入射する。Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒに入射したＲ光は、Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒで反射した後Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒを透過する。Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒを透過した光は、再び導光部１０２で反射を繰り返す。

導光部１０２の内部で拡散してＲ光用ＬＥＤ５０１Ｒの方向へ進行するＧ光及びＢ光は、Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒで反射する。Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒで反射したＧ光及びＢ光は、再び導光部１０２で反射を繰り返す。このように、Ｒ光透過カラーフィルタ５０２Ｒを設けることにより、Ｒ光用ＬＥＤ５０１ＲではＲ光のみを反射する構成にできる。

一般に、ＬＥＤは、バンドギャップのエネルギーより高い光子エネルギーをもった光を吸収することにより、価電子帯から伝導帯への電子の遷移を引き起こす。そのため、Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒは、Ｒ光より高波長のＧ光及びＢ光を吸収すると考えられる。このように、各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂで光が吸収されると、プロジェクタ５００の光利用効率は低下してしまう。Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒの方向へ進行するＧ光及びＢ光をＲ光透過カラーフィルタ５０２Ｒで反射することにより、Ｒ光用ＬＥＤ５０１ＲでのＧ光及びＢ光の吸収を防止することができる。

また、Ｇ光用ＬＥＤ５０１Ｇの出射側には、Ｇ光透過カラーフィルタ５０２Ｇを有する。Ｂ光用ＬＥＤ５０１Ｂの出射側には、Ｂ光透過カラーフィルタ５０２Ｂを有する。このように、カラーフィルタ５０２Ｒ、５０２Ｇ、５０２Ｂは、光利用効率の低下を低減するために設けられている。なお、ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１での光の吸収が光利用効率の観点から無視できる程度である場合、カラーフィルタ５０２Ｒ、５０２Ｇ、５０２Ｂのいずれか、又は全てを省略しても良い。

本変形例の光源装置５１０のように、各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂを用いる場合も、上記の光源装置１１０と同様に、略均一な強度分布の光を供給でき、かつ光源装置１１０を小型化に適した構成にできる。なお、本変形例のプロジェクタ５００は、各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂを順次点灯して液晶型空間光変調装置５１４を照明することが、上記のプロジェクタとは異なる。また、液晶型空間光変調装置５１４は、画像の１フレーム中に各色光の変調を行う。

Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順次投写し、全体として白色の投写像を得るためには、Ｇ光の光束量が全体の光束量のうち６０〜８０％であることを要する。各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂの出力量と数量とが同一である場合、Ｇ光の光束量が不足することとなる。Ｇ光の光束量の不足を補うために、Ｇ光用ＬＥＤ５０１Ｇの点灯時間を、Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒの点灯時間、及びＢ光用ＬＥＤ５０１Ｂの点灯時間のいずれよりも長くすることとしても良い。また、Ｇ光用ＬＥＤ５０１Ｇの数量を、Ｒ光用ＬＥＤ５０１Ｒの数量、及びＢ光用ＬＥＤ５０１Ｂの数量のいずれよりも多くすることによりＧ光の光束量を増加させることとしても良い。

プロジェクタ５００は、光源装置５１０に各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂを設けることにより、色分離のための構成が不要となる。これにより、簡易な構成で明るいカラー画像を得られる。さらに、各色光用ＬＥＤ５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂを用いる場合であっても、上記の光源装置１１０と同様に、液晶型空間光変調装置５１４の入射側にカラーフィルタを用いる構成としても良い。この場合も、本変形例の光源装置５１０と同様に、色再現性の高い投写像を得られるという利点を有する。

（変形例２）
図７は、本実施例の変形例２に係るプロジェクタ７００の概略構成を示す。本変形例のプロジェクタ７００は、３つの液晶型空間光変調装置７１４Ｒ、７１４Ｇ、７１４Ｂを有する、いわゆる３板式プロジェクタである。Ｒ光用光源装置７１０Ｒは、光源部としてＲ光用ＬＥＤ７０１Ｒのみを有する。Ｒ光用光源装置７１０Ｒは、Ｒ光を供給する。Ｇ光用光源装置７１０Ｇは、光源部としてＧ光用ＬＥＤ７０１Ｇのみを有する。Ｇ光用光源装置７１０Ｇは、Ｇ光を供給する。Ｂ光用光源装置７１０Ｂは、光源部としてＢ光用ＬＥＤ７０１Ｂのみを有する。Ｂ光用光源装置７１０Ｂは、Ｂ光を供給する。各色光用光源装置７１０Ｒ、７１０Ｇ、７１０Ｂは、上記の光源装置１１０とは、光源部として用いるＬＥＤが異なるのみであって、基本的な構成は略同一である。

各色光用光源装置７１０Ｒ、７１０Ｇ、７１０Ｂは、それぞれクロスダイクロイックプリズム７１６の異なる入射面に対向するように配置されている。Ｒ光用光源装置７１０Ｒとクロスダイクロイックプリズム７１６との間には、液晶型空間光変調装置７１４Ｒが設けられている。液晶型空間光変調装置７１４Ｒは、Ｒ光用光源装置７１０ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する。液晶型空間光変調装置７１４Ｒで変調されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム７１６に入射する。

Ｇ光用光源装置７１０Ｇとクロスダイクロイックプリズム７１６との間には、液晶型空間光変調装置７１４Ｇが設けられている。液晶型空間光変調装置７１４Ｇは、Ｇ光用光源装置７１０ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する。液晶型空間光変調装置７１４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム７１６に入射する。Ｂ光用光源装置７１０Ｂとクロスダイクロイックプリズム７１６との間には、液晶型空間光変調装置７１４Ｂが設けられている。液晶型空間光変調装置７１４Ｂは、Ｂ光用光源装置７１０ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する。液晶型空間光変調装置７１４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム７１６に入射する。

クロスダイクロイックプリズム７１６は、２つのダイクロイック膜７１６ａ、７１６ｂを有する。ダイクロイック膜７１６ａ、７１６ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜７１６ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜７１６ｂは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム７１６は、各液晶型空間光変調装置７１４Ｒ、７１４Ｇ、７１４Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１２０は、クロスダイクロイックプリズム７１６で合成された光をスクリーン１３０に投写する。

ダイクロイック膜７１６ａ、７１６ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜７１６ａ、７１６ｂでそれぞれ反射すべきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム７１６に入射するように設定することが望ましい。また、ダイクロイック膜７１６ａ、７１６ｂを透過すべきＧ光は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム７１６に入射するように設定することが望ましい。

以上のように、３板式のプロジェクタ７００に光源装置７１０Ｒ、７１０Ｇ、７１０Ｂを適用することによっても、上記のプロジェクタ１００と同様に小型化を促進でき、かつ明るく光量ムラが少ない投写像を得ることができる。また、プロジェクタ７００は、各色光用光源装置７１０Ｒ、７１０Ｇ、７１０Ｂを用いることによって、上記変形例１のプロジェクタ５００と同様に、色再現性の良好な投写像を得られる。

図８は、本発明の実施例２に係る光源装置８１０の概略構成を示す。本実施例の光源装置８１０は、上記実施例に係るプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例のプロジェクタ１００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。本実施例の光源装置８１０は、所定面である出射面Ｓに、開口部８０４及び反射部８０６を有することを特徴とする。開口部８０４及び反射部８０６は、反射層８０８に設けられている。反射層８０８は、反射型偏光板１０７及び角度変換部１０９の間に設けられている。

図９は、反射層８０８の平面構成を示す。反射層８０８は、誘電体やアルミニウム等の高反射性部材の膜により形成できる。開口部８０４は、いずれも略円形状を有する。開口部８０４は、反射層８０８上においてＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配列して設けられている。反射部８０６は、反射層８０８のうち開口部８０４以外の部分である。反射部８０６は、開口部８０４の周辺に設けられている。開口部８０４は、高反射性部材の膜を貫通する開口を施すことによって形成できる。また、反射部８０６を形成する部分のみに金属を蒸着することによって開口部８０４を形成しても良い。

図８に戻って、開口部８０４は、角度変換部１０９の頂点に対向する位置に配置することによって、角度変換部１０９に対応して設けられている。開口部８０４は、光源部であるＬＥＤ１０１からの光を出射する。反射型偏光板１０７から出射した光のうち開口部８０４に入射した光は、開口部８０４を通過して角度変換部１０９に入射する。反射部８０６は、光源部であるＬＥＤ１０１からの光を反射する。反射型偏光板１０７から出射した光のうち反射部８０６に入射した光は、反射部８０６で反射して反射型偏光板１０７に戻る。反射型偏光板１０７に戻った光は、反射型偏光板１０７、λ／４位相板１０５を透過して、導光部１０２の内部で再び反射を繰り返す。

光源装置８１０は、開口部８０４を通過した光のみを出射することにより、いわゆる点発光型の光源として機能する。点発光型の光源からの光を角度変換部１０９で角度変換することにより、光軸ＡＸに沿う方向へ光の進行方向を揃えることが可能となる。光源装置８１０において光軸ＡＸに沿う方向へ光を揃えることが可能であると、プロジェクタで有効に扱える光を増加することができる。また、反射部８０６で反射した光は、再び導光部１０２内で反射を繰り返す。導光部１０２内で反射を繰り返した後開口部８０４に入射した光は、角度変換部１０９を経て液晶型空間光変調装置の方向へ出射する。

このようにして、光源装置８１０は、開口部８０４から光を次々と出射させることができる。これにより、高い光利用効率で明るい光を供給できるというという効果を奏する。なお、開口部８０４の大きさ及び位置は図示するものに限らず、適宜変更しても良い。開口部８０４は、大きく設けるほど点発光型の光源としての機能が損なわれ、光軸ＡＸ方向へ光の進行方向を揃えることが難しくなる。また、光源装置８１０は、開口部８０４を小さく設けるほど、液晶型空間光変調装置の方向へ出射する光の光量が少なくなる。従って、開口部８０４の大きさは、ＬＥＤ１０１からの光を液晶型空間光変調装置へ効率良く供給できるよう最適化することで決定できる。

開口部８０４の位置及び大きさは、ＬＥＤ１０１からの光を液晶型空間光変調装置へ効率良く供給することが可能であれば、図示するものに限られない。また、開口部８０４の形状は、ＬＥＤ１０１からの光を液晶型空間光変調装置へ効率良く供給することが可能であれば良く、略円形状に限られない。例えば、開口部８０４は、矩形形状としても良い。また、図１０に示すように、一方向に長手方向を有するスリット状の開口部１００４を設けることとしても良い。例えば、反射層１００８は、Ｙ方向に長手方向を有するスリット状の開口部１００４を、Ｘ方向に並列して配置している。反射部１００６は、開口部１００４の周辺に設けられている。このように、開口部１００４は、マトリクス状に配置する場合に限らず、一方向に並列して設けても良い。

図１１は、本発明の実施例３に係る画像表示装置１１００の概略構成を示す。上記実施例１のプロジェクタ１００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。本実施例の画像表示装置１１００は、液晶型空間光変調装置１１１４からの透過光を観察する、いわゆる直視型ディスプレイである。画像表示装置１１００は、上記実施例１で説明した光源装置１１０を有する。光源装置１１０の上には、カラーフィルタ１１２及び液晶型空間光変調装置１１１４が設けられている。液晶型空間光変調装置１１１４は、光源装置１１０からの光を画像信号に応じて変調する。液晶型空間光変調装置１１１４で変調された光は、不図示のカバー硝子等を介して、画像表示装置１１００から出射する。観賞者は、画像表示装置１１００からの出射光Ｌｏｕｔを観察することによって、画像を観賞する。

本実施例の画像表示装置１１００は、略均一な強度分布の光を供給可能な光源装置１１０を備えるため、光量ムラが少ない画像を表示することができる。また、薄型な光源装置１１０を設けることによって、画像表示装置１１００は、薄型な構成とすることができる。さらに、光源装置１１０が高い光利用効率で明るい光を供給可能であることから、画像表示装置１１００は、明るい画像を表示することができる。これにより、薄型で、かつ明るく光量ムラが少ない画像を表示できるという効果を奏する。

なお、上記各実施例の光源装置は、固体発光素子としてＬＥＤを用いることとしているが、光を反射することが可能な他の固体発光素子を用いることとしても良い。また、プロジェクタ及び画像表示装置に用いる空間光変調装置は透過型液晶表示装置に限らず、反射型液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いることとしても良い。光源装置は、光の振動方向に関わらず光源部からの光を変調可能な空間光変調装置、例えばティルトミラーデバイスと組み合わせて用いる場合、反射型偏光板１０７及びλ／４位相板１０５を省略しても良い。

以上のように、本発明に係る光源装置は、小型なプロジェクタと組み合わせて用いる場合に有用である。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。 導光部の平面構成図。 角度変換部の斜視構成図。 ＬＥＤから液晶型空間光変調装置までの光の振る舞いを説明する図。 変形例１に係るプロジェクタの概略構成図。 導光部の平面構成図。 変形例２に係るプロジェクタの概略構成図。 本発明の実施例２に係る光源装置の概略構成図。 反射層の平面構成図。 スリット状の開口部を有する反射層の平面構成図。 本発明の実施例３に係る画像表示装置の概略構成図。

符号の説明

１００ プロジェクタ、１０１ ＬＥＤ、１０２ 導光部、１０３ 反射部、１０５ λ／４位相板、１０７ 反射型偏光板、１０９ 角度変換部、１１０ 光源装置、１１２ カラーフィルタ、１１４ 液晶型空間光変調装置、１２０ 投写レンズ、１３０ スクリーン、ＡＸ 光軸、Ｓ 出射面、１１２Ｒ Ｒ光透過カラーフィルタ、１１２Ｇ Ｇ光透過カラーフィルタ、１１２Ｂ Ｂ光透過カラーフィルタ、５００ プロジェクタ、５０１Ｒ Ｒ光用ＬＥＤ、５０１Ｇ Ｇ光用ＬＥＤ、５０１Ｂ Ｂ光用ＬＥＤ、５０２Ｒ Ｒ光透過カラーフィルタ、５０２Ｇ Ｇ光透過カラーフィルタ、５０２Ｂ Ｂ光透過カラーフィルタ、５１０ 光源装置、５１４ 液晶型空間光変調装置、７００ プロジェクタ、７０１Ｒ Ｒ光用ＬＥＤ、７０１Ｇ Ｇ光用ＬＥＤ、７０１Ｂ Ｂ光用ＬＥＤ、７１０Ｒ Ｒ光用光源装置、７１０Ｇ Ｇ光用光源装置、７１０Ｂ Ｂ光用光源装置、７１４Ｒ、７１４Ｇ、７１４Ｂ 液晶型空間光変調装置、７１６ クロスダイクロイックプリズム、７１６ａ、７１６ｂ ダイクロイック膜、８０４ 開口部、８０６ 反射部、８０８ 反射層、８１０ 光源装置、１００４ 開口部、１００６ 反射部、１００８ 反射層、１１００ 画像表示装置、１１１４ 液晶型空間光変調装置

Claims (9)

1. 光を供給する光源部と、
   前記光源部から供給された光を反射により拡散し、所定面から出射する導光部と、を有し、
   前記光源部は、前記導光部のうち前記所定面以外の少なくとも一つの面に設けられ、
   前記光源部と、前記導光部のうち前記所定面以外の面とは、前記光源部から供給された光を反射することを特徴とする光源装置。
2. 前記光源部は、前記導光部のうち前記所定面に隣り合う面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記所定面に、特定の振動方向の偏光光を透過し、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記導光部は、前記所定面以外の面に、前記光源部からの光を反射する反射部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記所定面に、前記光源部からの光を屈折により角度変換する角度変換部を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光源装置。
6. 前記所定面に、前記光源部からの光を出射する開口部と、前記開口部の周辺に、前記光源部からの光を反射する反射部と、を有し、
   前記開口部は、前記角度変換部に対応して設けられることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記光源部は、固体発光素子を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有する画像表示装置。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調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、を有するプロジェクタ。

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