JP2007294317A - 光源装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明光の反射光を有効利用することができる光源装置及び映像表示装置を提供できる。
【解決手段】 少なくとも１つ以上の点状光源と、点状光源が配置された基板と、点状光源の発光面に接触し、前記発光面を覆うように配置された反射部材を有し、反射部材は、点状光源からの射出された光線を通過させるための開口部とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、映像表示素子を照明する光源装置、及び、その光源装置を用いる映像表示装置に関し、特に、観察者の頭部に装着し、観察者の眼前に映像を表示する映像表示装置に用いられる光源装置に関するものである。

近年、観察者の頭部に装着し、液晶等の映像表示素子に表示された映像を拡大し、観察者の眼前に表示することで、大画面映像を観察可能とした、頭部装着型映像表示装置が開発されている。

特許文献１に開示されている映像表示装置においては、図７に示すように、装置本体１の外装フレーム２の内側には、観察者の左右それぞれの眼に対応した映像を表示する二次元映像表示素子であるＬＣＤ３が左右一対配置されている。更に、それぞれのＬＣＤ３の背後には、ＬＣＤ３を照明する一対のバックライト４が配置され、ＬＣＤ３の下方にはＬＣＤ３からの映像を両眼Ｅにそれぞれ拡大して導く一対のプリズム５が配置されている。そして、ＬＣＤ３に表示された映像は、観察者Ｍの両眼Ｅの前にそれぞれの観察光軸Ｌを介して導かれ、両プリズム５を通る間に拡大されて両眼Ｅの前に浮かぶようにそれぞれ投影される。

ここで、図７に示す映像表示装置は、映像表示素子であるＬＣＤ３上に表示された映像を照明光線がその映像表示素子を透過することで、観察者に映像を表示する透過型の映像表示素子を用いている。

このような透過型の映像表示素子では、通常は照明光源として白色の冷陰極管が用いられる。また、通常は、ＲＧＢ三色のカラーフィルタを配置して、そのカラーフィルタを用いることでカラー画像を生成する。しかしながら、カラーフィルタを用いることで表示される映像の解像度は、液晶表示素子自体の持つ解像度の１／３になってしまう。

これに対し、近年カラーフィルタを用いずに、ＲＧＢ３色の発光が可能な照明光源を用い、各色を順次切り換え、各色の発光タイミングに合わせて、映像表示素子の映像を切り換えることで、映像を表示するシーケンシャル方式の映像表示装置が提供されている。

シーケンシャル方式では、ＲＧＢ各色の照明光源を、通常映像を表示する周期である６０Ｈｚの３倍である１８０Ｈｚの周期で点灯させ、各色の点灯タイミングに応じて映像表示素子に映像を表示させる。このような構成とすることで、観察者は、高解像度なフルカラーの映像を観察することが可能となる。

シーケンシャル方式の照明に用いる照明光源としては、色再現性が高く、且つ応答速度が速いカラーＬＥＤが多く用いられている。

ＬＥＤを用いた照明装置の構成としては、特許文献２や特許文献３に開示されているように、点状光源（例えば、ＬＥＤ発光素子）を基板上に２次元上に配置し、ＬＥＤ発光素子の対向面側に拡散板等の光学的なシート材を配置する。これにより、輝度ムラを抑える構成について開示されている。

また、ＬＥＤ発光素子を実装した面上には、反射部材を配置し、照明光線を反射することで光線の利用効率を上げる構成になっている。
特開平１１−１７４９８８号公報 特開２００２−７２９０１号公報 特開２００５−２４９９４２号公報

しかしながら、特許文献２にて開示されている従来例では、反射部材の開口部の径は、点状光源より大きい。そのため、一部の光線が下側に漏れてしまう恐れや、点状光源を形成する部材そのもので反射光が吸収されることが考えられ、反射光の有効利用がなされていない問題点を有している。

また、特許文献３にて開示されている構成では、反射部材をＬＥＤアレイの下側に配置しているため、同様に反射光がＬＥＤアレイで吸収されてしまい、反射光が有効利用されていないという問題点を有している。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、照明光の反射光を有効利用することができる光源装置及び映像表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による光源装置は以下の構成を備える。即ち、
映像表示素子を照明するための光源装置であって、
少なくとも１つ以上の点状光源と、
前記点状光源が配置された基板と、
前記点状光源の発光面に接触し、前記発光面を覆うように配置された反射部材を有し、
前記反射部材は、前記点状光源からの射出された光線を通過させるための開口部と
を有する。

また、好ましくは、前記点状光源の発光面を取り囲むようにテーパ面が形成され、
前記開口部は、前記テーパ面の端部より大きい。

また、好ましくは、前記点状光源の発光面を取り囲むようにテーパ面が形成され、
前記開口部は、前記点状光源のハウジングの端面の大きさより小さい。

また、好ましくは、前記反射部材は、金属、または金属に反射板を取り付けた構成である。

また、好ましくは、前記点状光源のハウジングは、前記点状光源が配置された前記基板を囲む側面部を有し、
前記反射部材は、前記側面部に接触するように配置されている。

上記の目的を達成するための本発明による映像表示装置は以下の構成を備える。即ち、
入力された映像信号を処理して、観察者に映像を表示する映像表示装置であって、
映像表示手段と、
前記映像表示手段に表示された映像を照明するための少なくとも１つ以上の点状光源と、
前記点状光源が配置された基板と、
前記点状光源の発光面に接触し、前記発光面を覆うように配置された反射手段と、
前記反射手段は、前記点状光源からの射出された光線を通過させるための開口部を有している。

本発明によれば、照明光の反射光を有効利用することができる光源装置及び映像表示装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

＜実施形態１＞
以下、図１〜図５を用い、本発明の実施形態１について詳述する。

図１は本発明の実施形態１の映像表示装置の構成図である。

１０１は、映像表示部に表示させるためのＣＧ等の映像信号を生成するための表示信号（表示画像）生成部であり、通常は、ＰＣ等のコンピュータで構成されている。表示信号生成部１０１にて生成された表示信号は、表示信号処理部１０２に送信され、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）１０７本体に伝送可能な信号形態に処理される。

１０３は、外界映像を撮影するための撮像カメラであり、ＣＣＤ等の撮像素子と撮像レンズとにより構成されている。図１において、撮像カメラ１０３は、ＨＭＤ１０７本体とは別体のように示されているが、実際にはＨＭＤ１０７本体内に組み込まれた構成となっている。

また、撮像カメラ１０３の撮像方向は、観察者の視線方向と略一致になるように構成され、観察者の視線映像を撮影するようになっている。撮像カメラ１０３にて撮影された映像は、撮像信号処理部１０４に送信され、ＨＭＤ１０７本体内の映像表示部１０６に表示可能な形に信号処理される。表示信号生成部１０１にて生成された画像と、撮像カメラ１０３にて撮影された画像は、画像重畳部１０５にて重畳され、ＨＭＤ１０７本体内の表示素子に表示される。

また、観察者には、その観察者の位置（ＨＭＤの装着位置）及び姿勢を検出するための第１装着位置検出部１０８及び第２装着位置検出部１０９が装着されていて、これらの検出部から検出信号は、装置位置信号処理部１１０に送信される。

装置位置信号処理部１１０は、受信した検出信号から、画像重畳部１０５での画像重畳処理に係る制御信号を生成して、その制御信号を画像重畳部１０５に入力する。この制御信号により、画像重畳部１０５は、表示信号生成部１０１にて生成された画像と、撮像カメラ１０３にて撮影された画像を、同一の座標系上で重畳することが可能となる。

次に、ＨＭＤ１０７の映像表示部の構成について、図２を用いて説明する。

図２は本発明の実施形態１のＨＭＤの映像表示部を光軸に平行な断面で切断した図である。
２０２は、入射された直線偏光光線の偏光方向を変えて反射させることで２次元の映像を表示する反射型の液晶パネルである。２２０は、映像表示素子である液晶パネル２０２を照明する光源装置としての光源ユニットである。光源ユニット２２０から射出された光線は、ハーフミラー２１３で反射され、液晶パネル２０２に入射する。液晶パネル２０２では、表示された映像情報に応じて入射光の偏光方向を変化させ、入射光を反射させる。反射された光線は、再びハーフミラー２１３を透過し、偏光板２０５を透過することで、観察可能な映像となる。偏光板２０５を透過した光線は、レンズ２１２、プリズム２１１によって拡大され、観察者の眼球ＥＰに射出される。

次に、光源ユニット２２０の断面図について、図３を用いて説明する。

図３は本発明の実施形態１の光源ユニットの断面図である。

光源ユニット２２０は、基板２２７上に複数あるいは少なくとも１つ以上の表面実装型の点状光源であるＬＥＤ２２６を２次元的に配置した発光部と、光源ユニット２２０のＬＥＤ２２６の射出面に対向する場所に拡散板２２４が配置されている。

２２８は、光学ユニット２２０の側面を構成する筐体部である。基板２２７と拡散板２２４の間には、反射部材である反射シート２２５が配置されている。反射シート２２５は、各ＬＥＤ２２６の発光面に接触し、発光面以外を覆うような構成となっている。

また、反射シート２２５には、ＬＥＤ２２６から射出された光線が通過できるように開口部２２５ａが形成されている。反射シート２２５は、フィルムのような薄膜で構成されているが、反射シート２２５の固定は、片側に、例えば、両面テープ等の接着剤を貼り付け、ＬＥＤ２２６の上端面に貼り付けられている。さらに、光源ユニット２２０の拡散板２２４の外側には、所定の偏光方向の直線偏光を透過させ、他の偏光方向の光を反射させる偏光選択素子２２２が配置されている。

以下に、光源ユニット２２０の光学作用について詳述する。

各ＬＥＤ２２６から射出された光線は初期状態では、無偏光である。無偏光状態の光線は、拡散板２２４で拡散された後、偏光選択素子２２２に入射する。偏光選択素子２２２により液晶パネル２０２の照明に必要な方向の直線偏光は透過され、液晶パネル２０２の照明に用いられる。他の偏光方向の光線は、偏光選択素子２２２で反射され、再度拡散板２２４を透過することで、その偏光方向がランダムに変化する。

ランダムに偏光方向が変化した光線は、反射シート２２５にて反射され、拡散板２２４を介して再び偏光選択素子２２２に入射する。このとき、液晶パネル２０２の照明に必要な偏光光線は透過し、残りの偏光光線は再び偏光選択素子２２２にて反射され、再び拡散板２２４で偏光方向がランダムにされる。

このような光学作用が繰り返され、各ＬＥＤ２２６から射出された光線の大部分が、偏光選択素子２２２を透過し、液晶パネル２０２の照明に用いられる。

実施形態１に示される光源ユニット２２０のように、偏光選択素子２２２を用いることで、各ＬＥＤ２２６にて照射された光線の大部分を、液晶パネル２０２の照明に利用することが可能となる。これにより、偏光板のみを用いる場合と比較して、光量ロスを少なくすることが可能となる。

次に、基板２２７上に実装されたＬＥＤ２２６の単体の構成について、図４を用いて説明する。

図４は本発明の実施形態１のＬＥＤの断面図である。

ＬＥＤ２２６は、ハウジングとなるパッケージ部２２６ｂと、ＲＧＢ三色の光を発する発光部２２６ｃ、及び発光部２２６ｃを封止する透明な封止樹脂部２２６ｄとにより構成されている。

パッケージ部２２６ｂの上端部の発光面２２６ｅには、発光部２２６ｃにて射出された光線の光学開口部２２６ａが形成されている。また、光学開口部２２６ａと発光部２２６ｃの間は、発光部２２６ｃより射出された光線に沿った形状のテーパ面２２６ｆが形成されている。換言すれば、発光部２２６ｃの発光面２２６ｅを取り囲むようにテーパ面２２６ｆが形成されている。

反射シート２２５は、光学開口部２２６ａのテーパ面２２６ｆの端部の大きさより大きく、また、パッケージ部２２６ｂの端面の大きさよりは小さい形状の開口部２２５ａを有している。

このような形状にすることにより、発光部２２６ｃより射出された光線は反射シート２２５で遮られることがなく、また、偏光選択素子２２２にて反射された光線を再び反射させる時の反射効率の低下を防ぐことができる。

例えば、図５（ａ）に示すように、反射シート２２５の開口部２２５ａがＬＥＤ２２６のテーパ面２２６ｆより小さいと、発光部２２６ｃより射出された光線の一部が反射シート２２５の裏面に当たってしまい、射出される光線の光量が低下してしまう。

また、図５（ｂ）に示すように、反射シート２２５の開口部２２５ａがパッケージ部２２６ｂの外形よりも大きいと反射面積が低下してしまい、反射効率が下がってしまう。

さらには、偏光選択素子２２２にて反射されたランダムな偏光光線がパッケージ部２２６ｂの側面に当たって吸収されてしまい、更に反射効率が下がってしまう問題点がある。

そのため、反射シート２２５に設けられる開口部２２５ａの形状は、テーパ面２２６ｆの端部より大きく、また、パッケージ部２２６ｂよりは小さくすることが反射効率の上から好ましい。

さらには、光源ユニット２２０の側面部にも反射シート２２９を形成することで、側面部にあたった光線を再びＬＥＤ２２６上に形成された反射シート２２５に戻すことができるので反射効率をより高めることが可能となる。

以上説明したように、実施形態１によれば、液晶等の映像表示素子の照明に用いる光源装置において、ＬＥＤ等の照明素子にて発光された光線の大部分を利用することが可能となり、光量ロスの少ない光源装置を提供することが可能となる。

より具体的には、図３に示すような構成で、反射シートを配置することで、発光素子（ＬＥＤ２２６）から射出された照明光線の大部分を照明として利用することが可能となり、光量ロスの少ない光源装置を提供することが可能となる。

尚、実施形態１は、あくまで例にすぎず、請求項の内容の範囲内で、種々の変形が可能であることはいうまでもない。

＜実施形態２＞
以下、図６を用い、本発明の実施形態２について詳述する。尚、実施形態１と同様の部分には、同じ番号を付し、説明は省略する。

図６は本発明の実施形態２の光源ユニットの断面図である。

ＬＥＤ２２６は、電流が流れることで発光するが、流れている電流の全てが発光のエネルギーに変換されるわけではなく、一部のエネルギーは、熱に変換されるため、電流を流すことによりＬＥＤ２２６の素子温度が上昇する。

一般的に電気部品は、温度が上昇すると内部の抵抗値が上昇し、エネルギーの変換効率が低下してくる。ＬＥＤ２２６においては、温度上昇により、発光光量が低下するという問題点がある。

そのため、ＬＥＤ２２６の発光効率を低下させないためには、ＬＥＤ２２６で発生した熱を外部に放熱し、素子温度を低めに保っておく必要がある。

そこで、実施形態２では、基板２２７と拡散板２２４の間には、銅、あるいはアルミ等の熱伝導率の高い金属で形成された反射部材２３０を配置している。反射部材２３０は、反射面側に反射シート２２５を貼り付け、反対側の面は、各ＬＥＤ２２６の発光面に接触し、発光面以外を覆うような構成となっている。

また、反射部材２３０の両端部は、図６に示すように、基板２２７方向に曲げられており、筐体部２２８に接触する構成となっている。ここで、筐体部２２８は、アルミ材で形成されている。

このような構成により、ＬＥＤ２２６の発光により発生した熱は、反射部材２３０に伝わり、反射部材２３０から筐体部２２８へと伝熱し、外気中に放熱される。

筐体部２２８は、熱伝導率から見れば銅材がアルミ材よりも良好だが、比重が大きいため重量が重くなってしまう問題があり、アルミ材を利用することが好ましい。

このような構成とすることで、ＬＥＤ２２６の発光による発熱を効果的に放熱することが可能となり、ＬＥＤ２２６の温度上昇による発光効率の低下を防ぐことが可能となる。

尚、実施形態２では、反射部材２３０の構成として、金属板に反射シート２２５を貼り付ける例について開示したが、これに限定されるものではなく、金属板を磨くことで、指定の反射率以上に高め、そのまま使用する構成としてもよい。

また、上記構成では、反射シート２２５を廃止することができ、コストダウンが可能となる。

また、筐体部２２８についてもアルミ材に限定されるわけではなく、熱伝導率が高い材料を用いれば同様の効果が得られることもことは、いうまでもない。

以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、反射部材を金属で形成し、筐体部分と接触させる構成とすることで、ＬＥＤの発熱を効果的に逃がすことが可能となる。これにより、発光素子の温度上昇による発光効率の低下を防ぐことが可能となる。

本発明の実施形態１の映像表示装置の構成図である。 本発明の実施形態１のＨＭＤの映像表示部を光軸に平行な断面で切断した図である。 本発明の実施形態１の光源ユニットの断面図である。 本発明の実施形態１のＬＥＤの断面図である。 本発明の実施形態１の反射効率を説明するための図である。 本発明の実施形態２の光源ユニットの断面図である。 従来の映像表示装置の構成図である。

符号の説明

１０１ 表示信号生成部
１０２ 表示信号処理部
１０３ 撮像カメラ
１０４ 撮像信号処理部
１０５ 画像重畳部
１０６ 映像表示部
２０２ 液晶パネル
２０５ 偏光板
２１１ プリズム
２１２ レンズ
２１３ ハーフミラー
２２０ 光源ユニット
２２２ 偏光選択素子
２２４ 拡散板
２２５ 反射シート
２２５ａ 開口部
２２６ ＬＥＤ
２２６ａ 光学開口部
２２６ｂ パッケージ部
２２６ｃ 発光部
２２６ｄ 樹脂封止部
２２６ｅ 発光面
２２６ｆ テーパ面
２２７ 基板
２２８ 筐体部
２２９ 反射シート
２３０ 反射部材

Claims (10)

1. 映像表示素子を照明するための光源装置であって、
   少なくとも１つ以上の点状光源と、
   前記点状光源が配置された基板と、
   前記点状光源の発光面に接触し、前記発光面を覆うように配置された反射部材を有し、
   前記反射部材は、前記点状光源からの射出された光線を通過させるための開口部と
   を有することを特徴とする光源装置。
2. 前記点状光源の発光面を取り囲むようにテーパ面が形成され、
   前記開口部は、前記テーパ面の端部より大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記点状光源の発光面を取り囲むようにテーパ面が形成され、
   前記開口部は、前記点状光源のハウジングの端面の大きさより小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記反射部材は、金属、または金属に反射板を取り付けた構成である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記点状光源のハウジングは、前記点状光源が配置された前記基板を囲む側面部を有し、
   前記反射部材は、前記側面部に接触するように配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
6. 入力された映像信号を処理して、観察者に映像を表示する映像表示装置であって、
   映像表示手段と、
   前記映像表示手段に表示された映像を照明するための少なくとも１つ以上の点状光源と、
   前記点状光源が配置された基板と、
   前記点状光源の発光面に接触し、前記発光面を覆うように配置された反射手段と、
   前記反射手段は、前記点状光源からの射出された光線を通過させるための開口部を有している
   ことを特徴とする映像表示装置。
7. 前記点状光源の発光面を取り囲むようにテーパ面が形成され、
   前記開口部は、前記テーパ面の端部より大きい
   ことを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
8. 前記点状光源の発光面を取り囲むようにテーパ面が形成され、
   前記開口部は、前記点状光源のハウジングの端面の大きさより小さい
   ことを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
9. 前記反射部材は、金属、または金属に反射板を取り付けた構成である
   ことを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
10. 前記点状光源のハウジングは、前記点状光源が配置された前記基板を囲む側面部を有し、
    前記反射部材は、前記側面部に接触するように配置されている
    ことを特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。

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