JP2011198558A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの発光面の端部から出射される光も有効活用して、光量アップを図った光源装置を提案する。
【解決手段】光源装置２１は、ＬＥＤ３１と、円盤状の基板部４１と基板部４１の片面側に立設された円筒形の筒部４２からなる支持部材４３と、筒部４２の内側に嵌合されるパイプ状の反射筒４５とによって構成される。ＬＥＤ３１はＢ，Ｇ，Ｒいずれかの光を出射する発光面３０を内部に備え、発光面３０が基板部４１と平行になるように支持部材４３に固定される。反射筒４５は、内壁面に鏡面仕上げされた筒状反射面４６を備え、筒状反射面４６の一端側がＬＥＤ３１を囲む位置まで筒部４２に挿入されて支持部材４３に固定される。ＬＥＤ３１の出射した光は反射筒４５の他端側に形成された出射開口４７から出射される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いたプロジェクタ用の光源装置に関する。

画像が付与された光をスクリーンに投映してスクリーン上に画像を表示するプロジェクタとして、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）やＬＣＤなどの光変調装置を用いたものが知られている。光源装置から出射された光（照明光）は照明光学系を通して光変調装置に照射される。光変調装置は、光入射面（光変調領域あるいは画素領域とも呼ぶ。）に照射された光を画像信号（画像情報）に応じて変調し、画像を表す画像光として出射する。光変調装置から射出された画像光は、投映光学系によってスクリーン上に投映される。

一方、光源としてのＬＥＤは発光光量が飛躍的に増大し、また、青色ＬＥＤが開発されたことによって、いろいろな機器で従来の光源からの置き換わりが進んでいる。プロジェクタにおいても、従来用いられた超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプからＲＧＢ３色のＬＥＤを用いたものに置き換わりつつある。ＬＥＤの発光光量が飛躍的に増大したと言っても１つでは光量不足な場合があり、複数個が用いられるので、機器の小型化のためには更なる光量アップが必要である。

下記特許文献１には、プロジェクタの光源にＲＧＢ３色のＬＥＤをそれぞれ複数個使用したものが示されている。しかし、多くのＬＥＤを用いることはプロジェクタの小型化・省スペース化に反することであり、１つのＬＥＤの発光効率をできるだけ高めて、使用するＬＥＤの数を少なくすることが重要である。下記特許文献２には、ＬＥＤチップの発光面に入射面を対向させた光ガイドを配設することで発光効率のアップを図った光源装置が記載されている。

特開２００３−３４６５０３号公報 特開２００５−２２７３３９号公報

前述の特許文献２に記載された光源装置は、ＬＥＤチップの発光面に僅かな隙間をもって光ガイドの入射面が対向して配置されているので、発行面から垂直な方向あるいは斜め方向に出射された光は入射面に入射するが、発光面の端部から発行面と並行な方向あるいは斜め方向に出射された光は入射面に入射しない。入射面に入射しない光は無駄になってしまう。

本発明は上記問題点に鑑み、ＬＥＤチップの発光面の端部から出射される光も有効活用して、光量アップを図った光源装置を提案する。

本発明による光源装置は、所定の波長領域の光を出射する発光面を有する発光チップと、前記発光チップが前記発光面を取付面と平行にして固定される支持部材と、鏡面仕上げされた筒状反射面を内壁面に有し、前記筒状反射面の一端側が前記発光チップを囲むように前記支持部材に固定され、他端側が前記発光チップの発する光の出射開口となる反射筒と、を備えたことを特徴とする。前記筒状反射面は円筒形にすると良い。

あるいは、前記基板部から離れるに従って径が大きくなる円錐形状に形成されるようにしても良い。又は、４つの矩形平面が向かい合って配置された角筒形状であっても良い。又は、４つの等脚台形平面が連設されて角推形状空間が形成され、前記基板部から離れるに従って外形が大きくなる角錐形状に形成されるようにしても良い。前記支持部材は、前記発光チップが固定される基板部と前記基板部に立設された筒部とからなり、前記反射筒は少なくとも一部が前記筒部に嵌合されるようにすると良い。前記基板部に青と緑と赤の３種類の発光チップのうちの２種類が固定されるようにしても良く、青と緑と赤の３種類の発光チップがすべて固定されるようにしても良い。

本発明による光源装置は、ＬＥＤチップの周囲を反射鏡筒で囲み、ＬＥＤチップの発光面の端部から出射された光を筒状反射面で反射させて前方へ出射させるので、発光面の端部からの光が無駄にならず、発光効率がアップする。

本発明による光源装置を備えたプロジェクタの構成を示す図である。 光の進む光路を説明する模式図である。 光源装置の斜視図である。 光源装置の断面図である。 別の光源装置の一部断面斜視図である。 第３の実施形態の一部断面斜視図である。 第４の実施形態の一部断面斜視図である。 第５の実施形態の一部断面斜視図である。 別の照明光学系を説明する模式図である。 複数のＬＥＤを装填した光源装置の一部断面斜視図である。 複数のＬＥＤを装填した別の光源装置の一部断面斜視図である。 第３の照明光学系を説明する模式図である。 第４の照明光学系を説明する模式図である。

図１に示すように、本発明による光源装置が搭載されるプロジェクタ１０は、略直方体をした筐体１１に、Ｂ，Ｇ，Ｒ３色の光をそれぞれ出射する光源装置２１，２２，２３の他に、３つの集光レンズ２４とミラー２５，２６とダイクロイックプリズム２７，２８とリレーレンズ２９とからなる照明光学系１３、全反射プリズム１４、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）１５、投写レンズ１６及び制御装置１７が収容される。

図２に示すように、光源装置２１にはＢ（青）のカラー光源用高輝度ＬＥＤチップ（発光チップ）（以下、ＬＥＤと言う）３１が装着され、光源装置２２にはＧ（緑）のＬＥＤ３２が装着され、光源装置２３にはＲ（赤）のＬＥＤ３３が装着される。電源スイッチ（図示せず）がオンされると３つの光源装置２１，２２，２３からそれぞれＢ，Ｇ，Ｒの光が出射される。光源装置２１，２２，２３から出射したそれぞれの光は照明光学系１３に入射する。光源装置２１から出射したＢ光は集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックプリズム２７の反射面３７とミラー２５で反射されリレーレンズ２９から出射する。

光源装置２２から出射したＧ光は集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックプリズム２８の反射面３８で反射され、ダイクロイックプリズム２７の反射面３７を裏側から透過してからミラー２５で反射されてリレーレンズ２９から出射する。光源装置２３から出射したＲ光は集光レンズ２４で集光された後にミラー２６で反射されてダイクロイックプリズム２８に入射し、ダイクロイックプリズム２８とダイクロイックプリズム２７の反射面３８，３７を透過して後、ミラー２５で反射されてリレーレンズ２９から出射する。ここで、ダイクロイックプリズム２７はＢ光のみを反射する反射面３７を備え、ダイクロイックプリズム２８はＧ光のみを反射する反射面３８を備える。

リレーレンズ２９から出射されたＢ，Ｇ，Ｒの光は全反射プリズム１４に入射し、全反射プリズム１４で光の向きを変えられてＤＭＤ１５を照射する。ＤＭＤ１５を照射した光は画像が付与され画像光となって投写レンズ１６からスクリーン（図示せず）に投映される。投映された画像は、筐体１１に設けられたズームボタンやフォーカスボタン（図示せず）によって調節される。ＤＭＤ１５は３色の画像光を１つで生成する単板式を採用し、制御装置１７によって制御され、入力された映像信号に基づく画像を生成、表示する。

制御装置１７は、入力された映像信号に基づいて、ＤＭＤ１５に表示される画像の輝度やＬＥＤ３１，３２，３３の光量、あるいは図示しない絞り装置によって投映画像の光量など、プロジェクタ１０を統括的に制御する。また、ＬＥＤ３１，３２，３３の光は時分割され、そのタイミングは制御装置１７のマイクロコンピュータによって制御される。時分割された各色の光は順次ＤＭＤ１５に向けて照射される。なお、全反射プリズム１４やＤＭＤ１５、ダイクロイックプリズム２７，２８の構成及び作動原理については周知技術であるから、説明を省略する。

図３及び図４に示すように、光源装置２１（２２，２３）は、ＬＥＤ３１（３２，３３）と、円盤状の基板部４１と基板部４１の片面側に立設された円筒形の筒部４２からなる支持部材４３と、筒部４２の内側に嵌合されるパイプ状の反射筒４５とによって構成される。ＬＥＤ３１（３２，３３）はそれぞれ所定の波長領域の光を出射する発光面３０を内部に備え、発光面３０を取付面４４と平行にして基板部４１に固定される。反射筒４５は、内壁面に鏡面仕上げされた筒状反射面４６を備え、筒状反射面４６の一端側がＬＥＤ３１（３２，３３）を囲む位置まで筒部４２に挿入されて支持部材４３に固定される。ＬＥＤ３１（３２，３３）の出射した光は反射筒４５の他端側に形成された出射開口４７から出射される。

次に、本発明による作用について説明する。図４に示すように、発光面３０は面発光するが、面発光による光には発光面３０と垂直な方向に出射する光３４や発光面３０から斜め方向に出射する光３５の他に、発光面３０の周端部から出射する光３６がある。発光面３０から垂直に出射する光３４は反射筒４５の他方の出射開口４７から出射される。また、斜めに出射した光３５は筒状反射面４６で反射されて出射開口４７から出射される。そして、通常は有効に集光されない周端部から出射する光３６も、ここでは、筒状反射面４６で反射されて出射開口４７から出射されるので、発光面３０から出射する光を全て無駄なく出射開口４７から出射でき、集光レンズ２４によって集光されるので、ＬＥＤ３１の発光効率がアップする。

次に、別の実施形態について説明するが前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。また、ＬＥＤ３１として説明するものはＬＥＤ３２，３３についても同じである。図５に示すように、反射筒５１は、鏡面仕上げされた筒状反射面５２の内側の空間の基板部５４と平行な段面の径が基板部５４から離れるに従って大きくなる円錐面形状に形成される。支持部材５３の筒部５５は、外径は円筒形であるが内径は反射面５２と同じく円錐面形状に形成され、均一な肉厚で形成された反射筒５１の外周が密着嵌合される。基板部５４の中央にはＬＥＤ３１が固定され、発光面３０の周端部からの光３６は筒状反射面５２で反射されて出射開口５６から出射される。

次に、第３の実施形態について説明する。図６に示すように、反射筒６０は、内壁面に鏡面仕上げされた４つの矩形平面が向かい合うように配置されて直方体空間を形成する筒状反射面６１が形成される。支持部材６２は、反射筒６０の外周が密着嵌合される内壁面を備えた筒部６３と、筒部６３が立設された円盤状の基板部６４からなり、基板部６４の中央にはＬＥＤ３１（３２，３３）が固定される。

次に、第４の実施形態について説明する。図７に示すように、反射筒６５は、内壁面に鏡面仕上げされた４つの等脚台形平面が向かい合うように配置されて角推形状の空間を形成する筒状反射面６６が形成される。筒状反射面６６は角錐形状の外形が支持部材６７の基板部６９から離れるほど大きくなるように配置される。支持部材６７は、反射筒６５の外周が密着嵌合される内壁面を備えた筒部６８と、筒部６８が立設された円盤状の基板部６９からなり、基板部６９の中央にはＬＥＤ３１（３２，３３）が固定される。

次に、第５の実施形態について説明する。図８に示すように、支持部材７１は基板部４１に立設された筒部７２が反射筒４５の全長より短く形成されている。このように、筒部は反射筒を安定して固定できれば良いので、図４に示された実施形態に採用するだけでなく、図５〜７に示された実施形態に採用しても良い。

また、照明光学系は図９に示すような構成としても良い。照明光学系８０について説明するが、前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。光源装置２１から出射したＢ光は、集光レンズ２４で集光された後にＢ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８１で反射される。その後、フライアイレンズ８５で照度が均一化されミラー２５で反射されてリレーレンズ２９から出射する。

光源装置２２から出射したＧ光は、集光レンズ２４で集光された後にＧ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８２で反射される。その後、ダイクロイックミラー８１透過してからフライアイレンズ８５で照度が均一化され、ミラー２５で反射されてリレーレンズ２９から出射する。光源装置２３から出射したＲ光は、集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックミラー８２とダイクロイックミラー８１を透過してからフライアイレンズ８５で照度が均一化され、ミラー２５で反射されてリレーレンズ２９から出射する。

また、異なる色のＬＥＤを１つの支持部材４３（５３，６２，６７，７１）に複数個配置しても良い。例えば、図１０に示す光源装置９１は、支持部材４３にＬＥＤ３１（Ｂ）とＬＥＤ３２（Ｇ）を２個づつ、計４個を田の字に配置したものである。また、図１１に示す光源装置９２は、２個のＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３１，ＬＥＤ３３（Ｒ）をそれぞれ１個づつの計４個を田の字に配置したものである。

次に、光源装置９１を用いた照明光学系について説明するが、前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。図１２に示すように、照明光学系９４は、光源装置９１から出射したＢ光が、集光レンズ２４で集光された後にＢ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８１で反射されミラー２５で反射される。その後、Ｇ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８２を透過した後にフライアイレンズ８５に入射する。フライアイレンズ８５で照度が均一化され、リレーレンズ２９から出射される。

光源装置９１から出射したＧ光は、集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックミラー８１を透過した後にミラー２６で反射される。その後、ダイクロイックミラー８２で反射されフライアイレンズ８５に入射する。フライアイレンズ８５で照度が均一化された後にリレーレンズ２９から出射される。光源装置２３から出射したＲ光は、集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックミラー８１を透過してミラー２５で反射され、ダイクロイックミラー８２を透過してフライアイレンズ８５に入射する。フライアイレンズ８５で照度が均一化された後にリレーレンズ２９から出射される。

次に、光源装置９２を用いた照明光学系について説明する。図１３に示すように、照明光学系９５は、光源装置９２から出射したＢ光が、集光レンズ２４で集光された後にＢ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８１で反射されミラー２５で反射される。その後、Ｇ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８２とＲ光のみを反射する反射面を備えたダイクロイックミラー８３とを透過してフライアイレンズ８５に入射する。フライアイレンズ８５で照度が均一化された後にリレーレンズ２９から出射される。

光源装置９２から出射したＧ光は、集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックミラー８１を透過してダイクロイックミラー８２で反射される。その後、別のダイクロイックミラー８２で反射されダイクロイックミラー８３を透過してフライアイレンズ８５に入射する。フライアイレンズ８５で照度が均一化された後にリレーレンズ２９から出射される。光源装置９２から出射したＲ光は、集光レンズ２４で集光された後にダイクロイックミラー８１とダイクロイックミラー８２を透過してミラー２６で反射される。その後、ダイクロイックミラー８３で反射されてフライアイレンズ８５に入射する。フライアイレンズ８５で照度が均一化された後にリレーレンズ２９から出射される。

１０ プロジェクタ
１１ 筐体
１３，８０，９４，９５ 照明光学系
１４ 全反射プリズム
１５ ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）
１６ 投写レンズ
１７ 制御装置
２１，２２，２３，９１，９２ 光源装置
２４ 集光レンズ
２５，２６ ミラー
２７ ダイクロイックプリズム（Ｂ）
２８ ダイクロイックプリズム（Ｇ）
２９ リレーレンズ
３０ 発光面
３１ ＬＥＤ（Ｂ）
３２ ＬＥＤ（Ｇ）
３３ ＬＥＤ（Ｒ）
３４，３５，３６ 光（光線）
３７，３８ 反射面
４１，５４，６４，６９ 基板部
４２，５５，６３，６８，７２ 筒部
４３，５３，６２，６７，７１ 支持部材
４５，５１，６０，６５ 反射筒
４６，５２，６１，６６ 筒状反射面
４７，５６ 出射開口
８１ ダイクロイックミラー（Ｂ）
８２ ダイクロイックミラー（Ｇ）
８３ ダイクロイックミラー（Ｒ）
８５ フライアイレンズ

Claims (8)

1. 所定の波長領域の光を出射する発光面を有する発光チップと、
   前記発光チップが前記発光面を取付面と平行にして固定される支持部材と、
   鏡面仕上げされた筒状反射面を内壁面に有し、前記筒状反射面の一端側が前記発光チップを囲むように前記支持部材に固定され、他端側が前記発光チップの発する光の出射開口となる反射筒と、
   を備えたことを特徴とする光源装置。
2. 前記筒状反射面は円筒形であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記筒状反射面は前記発光チップから離れるに従って径が大きくなる円錐形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
4. 前記筒状反射面は４つの矩形平面が向かい合って配置された角筒形状であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 前記筒状反射面は４つの等脚台形平面が連設されて角推形状空間が形成され、前記発光チップから離れるに従って外形が大きくなる角錐形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
6. 前記支持部材は、前記発光チップが固定される基板部と前記基板部に立設された筒部とからなり、前記反射筒は少なくとも一部が前記筒部に嵌合されることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光源装置。
7. 前記基板部には青と緑と赤の３種類の発光チップのうちの２種類の発光チップが固定されたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光源装置。
8. 前記基板部には青と緑と赤の３種類の発光チップが固定されたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光源装置。

Images