JP4085395B2 - 光源装置およびそれを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る画像表示装置によれば、その光源部分を大幅に小型・軽量化すると共に、光源装置を簡易な駆動回路によりバッテリー駆動することができるため、投影型画像表示装置の小型・軽量化を促進し、モバイル用途として好適な投影型画像表示装置を容易に実現することができる。また、複数の点状光源の灯数を変更して、光源装置の発光輝度を容易に調整できるため、スクリーン等に投影される画像の所望の明るさに応じて、最適な光源を有する画像表示装置を設計することができる。
図1は、本発明の第1の実施施形態における光源装置10の要部を示す図であり、(a)は分解斜視図、(b)は組立図である。図1に示すように、光源装置10は、複数の点状光源14Wからなる光源群14と、導光体12とを備えている。
本実施形態において、導光体12は、ガラス、あるいは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂といった透明材料から略四角柱状に形成されており、互いに対向する一対の側面12c、12dには後述する光路変換手段13、13が設けられ、一方の端面12b(以下、反射端面という)には光反射手段18が配設されている。また、各点状光源14Wは、白色発光ダイオード(以下、白色LEDともいう)からなり、点状光源14Wに電力を供給する配線パターン(図示せず)が形成された回路基板16上に実装されて、導光体12の長手方向(図1の紙面左右方向)に整列配置されている。その際、各点状光源14Wの発光面14aは、導光体12の側面12cに対向するように配置されており、光源装置10は、各点状光源14Wから、導光体12の側面12cを介して入射した光を、その長手方向に伝播させて、導光体12の他方の端面12a(以下、出射端面という)から出射させるものである。
本実施形態において、各点状光源14Wからの出射光は、導光体12の側面12cを介して導光体12内に入射し、その後、図3(a)に示す光路P1、P2、P3のように、光路変換手段13による反射を繰返しながら、出射端面12aに伝播される。その過程で、各光路にほぼランダムな混合が生じるため、各点状光源14Wの配列形態、および各点状光源14Wからの出射光分布の偏り等の影響が消失し、出射端面12aからは、一様に合波された均一な光線束が出射されることになる。
また、本実施形態における光路変換手段13は、複数条の溝(プリズム群)からなるものであるため、図3(b)に示すように、反射前に進行方向の近接していた複数の光路P11、P12、P13の反射後の進行方向は拡散する傾向を有しており、光路変換手段13による反射を繰返す度にその拡散作用は累積されて、例えば金属鏡面による反射や一様な平面による内部全反射等と比較して、多重反射による光の混合効果は大幅に向上するものである。加えて、光路変換手段13では、例えば、上述した幅W、深さd、頂角α、溝間のピッチP等の各パラメータや溝形状を変更することによってその反射特性を変更し、混合の最適化を図ることができる。
図4は、本発明の第2の実施形態における光源装置20の要部を示す斜視図である。図4に示すように、本実施形態における光源装置20は、複数の点状光源14Wからなる光源群14−1、14−2と、導光体12とを備えている。光源装置20は、透明材料から略四角柱状に形成された導光体12の互いに対向する一対の側面12c、12dに光路変換手段13、13(但し、側面12d側の光路変換手段13の図示は省略する)が設けられ、反射端面12bに光反射手段18が配設されている点で、第1の実施形態における光源装置10と同様のものであるが、回路基板16上に実装された複数の白色LED14Wからなる光源群14−1、14−2が、側面12cにその発光面14a(図示は省略する)を対向させて導光体12の長手方向に整列配置された一列14−1と、側面12dにその発光面14aを対向させて導光体12の長手方向に整列配置された一列14−2とからなる点で相違するものである。
図5は、本発明の第3の実施施形態における光源装置30の要部を示す図であり、(a)は分解斜視図、(b)は組立図である。図5に示すように、本実施形態における光源装置30は、複数の点状光源15R、15G、15Bからなる光源群15と、導光体12とを備えている。光源装置30は、透明材料から略四角柱状に形成された導光体12の互いに対向する一対の側面12c、12dに光路変換手段13、13が設けられ、反射端面12bに光反射手段18が配設されている点で、第1の実施形態における光源装置10と同様のものであるが、光源群15を構成する複数の点状光源が、回路基板16上に実装された赤色発光ダイオード(赤色LED)15R、緑色発光ダイオード(緑色LED)15G、および青色発光ダイオード(青色LED)15Bからなり、各発光色の点状光源15R、15G、15Bが、側面12cにその発光面15aを対向させて、導光体12の長手方向に整列配置されている点で相違するものである。
図7は、本発明の第4の実施形態における光源装置40の要部を示す斜視図である。図7に示すように、本実施形態における光源装置40は、複数の点状光源15R、15G、15Bからなる光源群15−1、15−2と、導光体12とを備えている。光源装置40は、透明材料から略四角柱状に形成された導光体12の互いに対向する一対の側面12c、12dに光路変換手段13、13(但し、側面12d側の光路変換手段13の図示は省略する)が設けられ、反射端面12bに光反射手段18が配設されており、光源群15−1、15−2が、回路基板16上に実装された赤色発光ダイオード(赤色LED)15R、緑色発光ダイオード(緑色LED)15G、および青色発光ダイオード(青色LED)15Bからなる点で、上述した第3の実施形態における光源装置30と同様のものであるが、光源群15−1、15−2が、側面12cにその発光面15a(図示は省略する)を対向させて導光体12の長手方向に整列配置された一列15−1と、側面12dにその発光面15aを対向させて導光体12の長手方向に整列配置された一列15−2とからなる点で相違するものである。
図8は、本発明の第5の実施形態における画像表示装置50の光学系の要部を示す図である。図8に示すように、画像表示装置50は、光源装置10を含む光源部52と、光源部52からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段56と、光変調手段56からの光を拡大して投射する投射光学系58とを備え、また、光源部52と光変調手段56との間には、光源装置10の出射端面12aからの出射光束を適切に拡大または縮小して光変調手段56に照射する集光光学系54が配設されており、この集光光学系は、コンデンサレンズ53により構成されている。
本実施形態において、光変調手段56は、図示しない駆動装置からの画像情報に応じて、画素単位で光の透過/非透過を制御する透過型の液晶表示素子であり、カラーフィルタを備えて、その各画素が赤色、緑色、青色のカラー画素から構成されるものである。
なお、画像表示装置50において、その光変調手段56を、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示素子とすることは、画像表示装置50を単純かつ安価に構成できるため好ましいものであるが、本発明に係る画像表装置50は、この態様に限定されるものではなく、光源装置10は、任意の色分離手段および/または反射型の光変調手段を用いた画像表示装置で使用することができる。
図9は、本発明の第6の実施形態における画像表示装置60の光学系の要部を示す図である。画像表示装置60は、光源部62、光変調手段66、投射光学系68、および集光光学系64を備え、その基本的な構成および作用は、上述した第5の実施形態における画像表示装置50と同様のものであるが、光源部62が、光源装置10と同一の光源装置10−1、10−2、10−3を複数(図示の例では3)含んでおり、集光光学系64が、各光源装置10−1、10−2、10−3にそれぞれ対応するコンデンサレンズ群63−1、63−2、63−3を含んでいる点で相違するものである。ただし、集光光学系64は、各光源装置10−1、10−2、10−3の出射端面12a、12a、12aからの出射光束を適切に拡大または縮小して、光変調手段66を一様に照射するように構成されているものであり、このような作用を有する限り、任意の適切な光学系により実現するものであってもよい。
本発明に係る画像表示装置は、図9に示すような比較的単純な構成によって、複数の光源装置10を使用する形態に容易に拡張することができ、それによって、所望の明るさで画像を投影する画像表示装置を実現することができる。
Claims (5)
- 複数の点状光源からなる光源群と、透明材料からなる角柱状の導光体とを備えた光源装置であって、
前記導光体の互いに対向する一対の側面のうち両方の側面に、略三角形の断面を有して前記導光体の厚み方向に延びる複数条の溝からなる光路変換手段が設けられ、前記複数の点状光源は、前記導光体の前記光路変換手段が設けられた方の一対の側面のうち少なくとも一方の側面に、各点状光源の発光面を間隙を介して対向させて、前記導光体の長手方向に整列するように配置されており、
前記導光体の一対の端面のうち一方の端面に反射手段が設けられ、前記複数の点状光源からの出射光は、前記導光体の側面から入射して長手方向に沿って伝播し、前記導光体の前記一対の端面のうち他方の端面から出射することを特徴とする光源装置。 - 前記複数の点状光源は、白色発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記複数の点状光源は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の光源装置と、該光源装置からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段と、前記光変調手段からの光を拡大して投射する投射光学系とを備えている画像表示装置。
- 前記光変調手段は、液晶表示素子であることを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
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