JP4768160B2 - Light output device, pointer and image projection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードなどの点光源を用いた光源装置などの光出力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
出射された赤色などの光束で、スクリーンなどに表示された画像の一点を指示することができるポインターの光源として、半導体レーザが広く用いられている。しかしながら、レーザ光は干渉性が高く、高出力な光となるため、直に眼を照射されたときの危険性が指摘されており、さらに安全な光源が求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
発光ダイオードから出射される光は干渉性が低く、それほど高出力の光とならないために、眼に対する危険性が低い。しかしながら、半導体レーザに比べて、発光量が小さく、光の発散角も大きい。したがって、半導体レーザと比較すれば安全ではあるが、ポインターの光源などの発光量が必要とされる光源としては有効とは考えられていない。近年、発光ダイオードの開発の進展に伴い発光量は増加しつつあるが、光の発散角を効果的に小さくする技術は開発されていない。
【0004】
そこで、本発明は、発光ダイオードなどの発散角の大きな光を出射する点光源を用いた光出力装置において、発散角の十分小さい光束を投射することができる装置を提供することを目的とする。そして、半導体レーザの代わりにポインターの光源として十分に利用することができる、発光ダイオードをベースとした光出力装置を提供することを目的としている。
【0005】
このため、図1に示すような、ランプ型と称される発光ダイオードユニット10から出射される光束を本願の発明者らが検討したところ、以下に示すような放射モードで発光ダイオードから出射される光束を表現できることが分かった。図1に示した発光ダイオードユニット10は、ほぼ中央に配置された発光ダイオード12と、発光ダイオード12の後面(背面)に配置されたコーン状の反射面14を備えた反射体13と、発光ダイオード12に電力を供給する電極11とを有し、これらが透明な樹脂17によりモールドされたり、覆われることにより一体となっている。そして、発光ダイオード12の前面の樹脂は先端(前方)に凸となるように成型されており、この部分が先端凸レンズ16として機能する。したがって、発光ダイオード12から出射された光束は、反射面14の中心14aと発光ダイオード12とを結ぶ光軸19に沿って前方に出射され、先端凸レンズ16によりある程度集光された状態で供給される。
【0006】
このランプ型の発光ダイオード(チップ)12は大きさが0.1〜0.3mm程度の微小光源であり、発散角の大きな光を出力する。したがって、2mm程度の反射鏡、5mm程度の先端レンズの光学系では発散性の光源、すなわち、点光源となり、チップ12から出射される光束は概ね次の4つのモードに分類することができる。
(A) チップ12の前面から放射されコーン状の反射面14にはあたらず直接先端凸レンズ16で屈折されて前方に投射される光束に係る放射モード(Aモード)。
(B) チップ12の周囲から放射されコーン状の反射面14で反射された後、先端凸レンズ16で屈折されて前方に投射される光束に係る放射モード(Bモード)。
(C) 発光ダイオード光源10の樹脂部17の側面で全反射された後、先端凸レンズ16で屈折されて外部に放射される光に係る放射モード(Cモード)。
(D) 発光ダイオード光源10の樹脂部側面から外部に放射される拡散光に係る放射モード(Dモード)。
【0007】
上記の放射モードのうち、Cモードの光とDモードの光は、拡散度合が大きすぎてポインターや画像投影装置などに使用するのはほとんど不可能である。一方、AモードおよびBモードの光束は、光軸19に沿って前方に出射されるので、これらは集光して利用できる可能性がある。まず、Aモードの光束は、図2に示すように、発光ダイオードユニット10の前方に凸レンズ34を配置することにより、さらに発散角を小さくすることが可能である。しかしながら、凸レンズを配置すると、Bモードの光束は発散してしまい、利用できない。
【0008】
これに対し、Bモードの光束は、図3に示すように、発光ダイオードユニット10の前方に凹レンズを配置することによって、発散角の小さい光束とすることが可能である。しかしながら、Aモードの光束は発散してしまい、利用できない。したがって、AモードまたはBモードの光束だけであれば、発散角を抑えてビーム径の小さな光束として出力することが可能であるが、半導体レーザと対抗するような発光量を求めようとすると、AモードおよびBモードの両方の光束が必要とされる。その結果、図1に示すような、Aモードの発散を多少抑制し、Bモードの発散を大きくは促進しない程度のパワーのレンズ(先端凸レンズ)16を設けて光量を確保する程度が発光ダイオードユニットを光源とした場合の限界となっている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明においては、上記のBモードの光束、すなわち、反射光束が集光される近傍に、BモードおよびAモードの光束を平行光束化する第2のレンズ群を配置することにより、AモードおよびBモードの光束を含む平行な光束を出射できるようにしている。すなわち、点光源と、この点光源の後面にコーン状の反射面を形成する反射体とを有する本発明の光出力装置においては、反射面の中心と点光源とを結ぶ光軸に沿って点光源の前方に配置された正の屈折力の第1のレンズ群に加え、反射面から出射され、第1のレンズ群を透過した反射光束が光軸近傍に集光される近傍に、光軸近傍の屈折力が負またはゼロで、周辺の屈折力が正である第2のレンズ群を配置している。
【0010】
上述したように、Aモードの光束と、Bモードの光束とは性質が異なるので1つのレンズで平行光束化することは不可能である。また、2種類のレンズを配置したとしても、AモードおよびBモードの双方の光束に対して作用するので、状況を改善することはできない。これに対し、本発明においては、Bモードの光束が光軸近傍に集光された位置に第2のレンズ群を配置しているので、Bモードの光束に対しては光軸近傍の屈折力を負とすることにより凹レンズとしての作用を与え、また、Aモードの光束に対しては周辺の屈折力を正とすることにより凸レンズとして作用を与えることができる。すなわち、第1のレンズ群によりBモードの光束を光軸の近傍に集光させることにより、その位置では、Aモードの光束とBモードの光束とが空間的にほぼ分離される。そして、その位置に、光軸近傍の屈折力が負またはゼロで、周辺の屈折力が正である第2のレンズ群を配置することにより、Aモードの光束には凸レンズとしての作用を与え、Bモードの光束には凹レンズとしての作用を与えることが可能となる。その結果、第2のレンズ群よりAモードおよびBモードの光束が合成された発散角の小さな、ほぼ平行に近い光束として利用できる光を出力することが可能となる。
【0011】
また、光軸近傍の屈折力をゼロ、すなわち焦点が無限大のレンズとすることにより、Aモードの光軸に沿った光束成分が凹レンズの効果により発散するのを防止でき、また、Bモードの光束が光軸に集光して凸レンズの効果によって発散するのを防止できる。特に、第1のレンズ群のパワーをBモードの光束が平行光束になる程度に止め、第2のレンズ群のパワーにより主にAモードの光束を平行光束化して、Bモードの光束が発散するのを防止する構成とすることにより、AモードおよびBモードの光束が合成された発散角の小さな光束を得ることができる。すなわち、光軸に沿って点光源の前方に配置され、反射面から出射された反射光束をほぼ平行光束にする正の屈折力の第1のレンズ群と、この第1のレンズ群の前方に配置され、光軸近傍の屈折力はなく、周辺の屈折力が正である第2のレンズ群とを有する光出力装置によっても、AモードおよびBモードの光束からなる発散角の小さな光束を出力できる。
【0012】
したがって、本発明の光出力装置により、点光源から直に出力された光束と、反射面で反射した光束とが合成された発散角の小さな光束を出射することができる。このため、発光ダイオードのような発散角の大きな光を出力する微小な光源を点光源として、十分に輝度の高く、半導体レーザの代わりにポインターの光源として十分に利用することができる光出力装置を提供することが可能となる。上述したランプ型の発光ダイオードユニットは、微小光源である発光ダイオードと、反射体と、第1のレンズ群として機能する先端レンズ部とがユニット化されたものである。そして、本発明により、発光ダイオードからの出射光を2〜3m先のスクリーン上で数cmの領域に効率的に集中させることが可能となる。
【0013】
第2のレンズ群は、屈折力が負またはゼロの中央部と、屈折力が正の周辺部とを具備する複合レンズにより構成される。また、Aモードの光束のうち、中央部に入射した光束は発散角が大きくなる可能性があるので、中央部の大きさは十分小さくすることが望ましい。したがって、中央部の径は20%以下である。その一方、中央部の径が小さすぎると、Bモードの光束を十分に取り込めなくなる可能性がある。したがって、中央部の径は、レンズ外径の約1%以上であり、約3%以上であることがさらに好ましい。
【0014】
また、複合レンズの点光源側の面は平面とすることにより、さらに低コスト化できる。
【0015】
本発明の光出力装置は、発光ダイオードを用いた投射光源でありながら発散角の十分小さい光束を投射することができる。このため、ポインターに採用することにより、スクリーン上での集光スポットが十分に小さく、眼を損傷することのない、安全で性能の良いポインターを提供することができる。
【0016】
また、液晶プロジェクターなどの画像投影装置においては、対角1インチ前後の液晶ライトバルブなどの画像形成手段を照明するための光源として、発光ダイオードを利用しようとする試みも行われている。この場合、発光ダイオードの発光量が従来のバルブランプの発光量に比べて小さく、光の発散角も大きいという問題があり、個々の発光ダイオードからの発散角が大きいまま多数の発光ダイオードを寄せ集めて光源としても、個々の発光ダイオードからの光を効率よく液晶ライトバルブに伝達させることは容易ではない。さらに、液晶ライトバルブから投射用のレンズシステムまで効率的に伝達することも容易ではない。このため、発光ダイオードを多数寄せ集めた光源を画像投影装置の光源として実用化するのは容易ではないという問題があった。
【0017】
これに対し、本発明の光出力装置は、発光ダイオードを用いた投射光源でありながら発散角の十分小さい光束を投射することができる。したがって、本発明の光出力装置を画像投影装置に採用することにより、上記の問題を解決することが可能となり、発光ダイオードを用いて明るく鮮明な画像を投射できる画像投影装置を提供できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明についてさらに説明する。図4は、本発明にかかるポインターを示している。本例のポインター60は、先端61から細い光束(ビーム)62を出射し、スクリーン69に光のポイント68を投射することができる。したがって、プレゼンテーションなどにおいて説明個所を指し示すためなどに用いられる。ポインター60は、細長い円筒状のハウジング65を備えており、その外面にビーム62を制御するスイッチ63が設けられている。ハウジング65の内部には、ビーム62を出力する投射光源50と、電力源となるバッテリー(乾電池)64が収納されている。さらに、ビーム62の出口には、不用な発散光成分をカットするアパーチャ66が設けられている。
【0019】
図5に、投射光源50の概略構成を示してある。この投射光源は、本発明の光出力装置に該当するものであり、発光ダイオードユニット10と、その出射側に配置された複合レンズ25とを備えている。発光ダイオードユニット10は、図1を参照しながら説明したものと同じであり、ほぼ中央に配置された発光ダイオード12と、発光ダイオード12の後面(背面)に配置されたコーン状の反射面14を備えた反射体13と、発光ダイオード12に電力を供給する電極11とを有し、これらが透明な樹脂17により覆われて一体となっている。そして、発光ダイオード12の前面の樹脂は先端(前方)に凸となるように成型されており、この部分が先端凸レンズ16、すなわち、第1のレンズ群21として機能する。したがって、発散角の大きな光を出力する微小光源である発光ダイオード12は点光源と見なすことができ、その微小光源から出射されたAモードの光束(直射光)およびBモードの光束(反射光)は、反射面14の中心14aと発光ダイオード12とを結ぶ光軸19に沿って前方に出射され、先端凸レンズ16によりある程度集光された状態で前方に配置された複合レンズ25に供給される。
【0020】
複合レンズ25は、発光ダイオードユニット10の先端から距離Lだけ前方のBモードの光束が光軸19にほぼ集光される位置に配置されている。複合レンズ25は、発光ダイオードユニット10に面した側(後面)25aが平坦で、出射側、すなわち前面25bが出射側に凸の面となり、全体としては平凸レンズの形状である。しかしながら、光軸19が通過するレンズ20の中央部27は発光ダイオードユニット10の側に凸となるように凹んでいる。このため、本例の複合レンズ25は、周辺部26が出射側に凸で屈折力が正の凸レンズ領域となり、中央部27が発光ダイオードユニット10の側に凸で屈折力が負の凹レンズ領域となっており、本発明の第2のレンズ群22としての機能を果たす。
【0021】
したがって、本例の光出力装置50においては、チップ12の前面から放射されコーン状の反射面14にはあたらず直に先端凸レンズ16で屈折されて前方に投射されるAモードの光束は、複合レンズ25の凸レンズ状の周辺部26によりさらに集光されて平行光束となる。一方、チップ12の周囲から放射されコーン状の反射面14で反射された後、先端凸レンズ16で屈折されて前方に投射されるBモードの光束は、複合レンズ25の凹レンズ状の中央部27により、光軸19に沿った平行光束に変換される。このため、複合レンズ25からはAモードの成分と、Bモードの成分を含んだ、発散角の小さな、ほぼ平行に近い光束55が出力される。したがって、放射状に光を出力する発光ダイオード12を光源としながら、図4に示したポインター60から出射される光束62として利用することができる程度の発散角の小さな光束を得ることが可能となる。
【0022】
また、Aモードの光束のうち、光軸19に沿って発光ダイオードユニット10から出射された光束は、Bモードの光束と共に、複合レンズ25の中央部27に入射する。Aモードの光束のうち、光軸19の極めて近傍の光束に対しては、複合レンズ25の中央部27の負レンズの影響は少ない。しかしながら、その周辺の光束は負レンズの作用により発散し、平行光束に集光することが不可能になる。したがって、複合レンズ25をBモードの光束が光軸19に沿って集光する焦点位置近傍に配置し、中央部27の径をできるだけ小さくすることが望ましい。
【0023】
たとえば、以下の第1のケースの条件の発光ダイオードユニット(LED)10と複合レンズ25とを組み合わせることにより、発散角が半角で1度以下の光束55を出射する光出力装置50を構成することができる。
(第1のケース)
LED10の径 5mm
先端凸レンズ16の形状 非球面
LED10の先端から複合レンズ25までの距離 5.5mm
複合レンズ25の外径 9.0mm
凸レンズ部26の焦点距離 24mm
凹レンズ部27の外径 1.5mm
凹レンズ部27の焦点距離 −1.3mm
有効発散角(半角) 1度以下
この第1のケースの光出力装置50から出力される光束55の発散角は1度以下になるので、2m離れたスクリーン69あるいはその他の壁面上に直径約7cmのスポット68を投射できる。したがって、この光出力装置50を投射光源として採用し、さらに、不用光をカットするためのアパーチャ66を設置することにより、発光ダイオード12を光源としたポインター60を提供することができる。
【0024】
また、以下の第2のケースの条件の発光ダイオードユニット(LED)10と複合レンズ25とを組み合わせることにより、発散角が半角で4度以下の光束55を出射する光出力装置50を構成することができる。
(第2のケース)
LED10の径 5mm
先端凸レンズ16の形状 非球面
LED10の先端から複合レンズ25までの距離 5.5mm
複合レンズ25の外径 7.0mm
凸レンズ部26の焦点距離 24mm
凹レンズ部27の外径 1.0mm
凹レンズ部27の焦点距離 −1.0mm
有効発散角(半角) 4度以下
この第2のケースの光出力装置50から出力される光束55の発散角も4度以下と投射照明光源としては十分に平行に近い光束となる。したがって、液晶プロジェクターなどの画像投影装置の光源として十分な性能を備えている。
【0025】
図6に示した単板式のプロジェクター70は、本例の光出力装置50を複数個アレイ状などに配置して光量を確保した照明装置71と、照明装置71から出力された光束を変調し画像を形成する液晶ライトバルブ72と、変調された光束をスクリーン79に投射するレンズシステム73と、液晶ライトバルブ72をホストコンピュータからの画像データに基づき制御する制御装置74とを備えている。
【0026】
本例の発散角の小さな光束を出力する光出力装置50を採用することにより、複数の発光ダイオードユニット10をアレイ状に並べて照明装置71を構成したときに、照明装置71から出力される光束も発散角が小さく、ほぼ平行に近い光束となる。したがって、発光ダイオード12を光源として、発光量の大きな光束を効率的に液晶ライトバルブ72に照射することができる。そして、照射する光束の発散角が小さいので、ライトバルブ72から出力される光束の発散角も小さく、効率良く投射レンズ73に飲み込ませてスクリーン79に照射することができる。したがって、発光ダイオード12を光源として明るく鮮明な画像をスクリーン79に投射できるプロジェクターを提供することが可能となる。単板式のプロジェクターに限らず、3板式のプロジェクターや、さらに反射式液晶素子であるLCoS、微小ミラーを用いたDMDなどのライトバルブにおいても同様である。
【0027】
なお、上記の複合レンズ25の構成および第1および第2のケースとして示した数値は例示にすぎない。たとえば、上記では1枚の複合レンズ25により第2のレンズ群22を構成しているが、複数枚のレンズにより中央部27のパワーが負で周辺部26のパワーが正のレンズシステムを構成することができる。しかしながら、上記のように複合レンズ25を採用することが経済的であり、光源が発光ダイオードという単色光源の場合は色消しも不要なので、単板の複合レンズを採用することにより十分な光学的性能を得ることができる。また、Aモードの光束のうち、複合レンズ25の中央部27に入射した光束は逆に発散角が大きくなるので、中央部27の大きさは十分小さくすることが望ましく、上記のケースでは、レンズ外径の約30%以下に収めるようにしている。中央部27のレンズ外径は小さいことが望ましく、このため、レンズ外径の約20%以下であることがさらに好ましい。その一方、中央部27の径が小さすぎると、Bモードの光束を十分に取り込めなくなるので、レンズ外径の約1%以上、さらには約3%以上の範囲とすることが望ましい。
【0028】
また、本例の複合レンズ25は発光ダイオードユニット10の側の面(後面)25aは平面で構成しているが、後面25aに凸および凹の周辺部26および/または中央部27を備えた複合レンズを採用することも可能である。しかしながら、Aモードの光束をできるだけ効率良く前方投射するためには複合レンズ25の位置はできるだけ発光ダイオードユニット10に近いほうが良く、さらに、中央部27の凹面のサイズはできるだけ小さいほうがよい。一方、近すぎる場合は、Bモードの光束の断面が十分に小さく絞り切れていないので、Bモードの光束の中央部27への入射効率を高めるために中央部27の凹面の面積を大きくしなければならず、これはAモードの光束にとっては周辺部26の面積が小さくなることを意味し、効率の低下を招く。したがって、複合レンズの位置および形状としては、Bモードの光束が最も良く集光される位置に複合レンズの中央部27の凹面が配置されるようにして、図5に示すように、その中央部27が発光ダイオードユニット10と反対側に位置するように配置することが望ましい。
【0029】
さらに、複合レンズ25の中央部27は屈折力がゼロ、すなわち、焦点距離が無限大となるように平面で構成することも可能である。その一例を図7に示してある。この光出力装置50は、発光ダイオード12と、発光ダイオード12の後面(背面)に配置されたコーン状の反射面14を備えた反射体13と、発光ダイオード12の前方に配置された第1のレンズ群21と、さらにその前方に配置された第2のレンズ群22を備えている。第1のレンズ群21は、凸レンズ23の一枚構成であり、Bモードの光束、すなわち、コーン状の反射面で反射された光束を光軸19に沿って平行化する程度のパワーを備えている。第2のレンズ群22も一枚の複合レンズ25で構成されており、周辺部26は凸レンズ領域であり第1のレンズ23で若干集光されたAモードの光束を平行光束化する程度のパワーを備えている。これに対し、複合レンズ25の中央部27は光軸19に対して垂直な面で構成されておりパワーがなく、第1のレンズ23で平行化されたBモードの光束をそのまま通過させるようになっている。
【0030】
したがって、この光出力装置50から出射される光束55も、AモードおよびBモードの光束を含み、さらに発散角の小さなものとなる。このため、上記において説明した光出力装置と同様に、ポインター60やプロジェクター70の光源として採用するのに適している。
【0031】
さらに、以上では、発光ダイオードを点光源とする光出力装置について説明しているが、光出力装置が採用される光学系において光源が点光源として捉えうるのであれば、点光源としてハロゲンランプなどの他の拡散型の光源を採用した装置にも本発明を適用することができる。そして、反射板として構造の簡単なコーン型を用いて、発散角が小さく、光量の大きな光束を出力することが可能な光出力装置を提供できる。
【0032】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光出力装置は、発散角の大きな光を出射する点光源を用い、その点光源から出力されるモードの異なる複数の光束をさらに束ねて発散角が小さく、ほぼ平行に近い光束を出力することができる。したがって、半導体レーザのように発散角が小さな発光素子の代わりに発光ダイオードのような本来発散角の大きな微小な光源である発光素子を光源として発散角の小さな光束を供給する光出力装置を提供できる。このため、眼に損傷を与える可能性のない小さなポインターや、低消費電力型のプロジェクターの光源などとして、多くの分野に適用できる光出力装置を本発明により提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発光ダイオードユニットから出力される幾つかのモードの光束を示す図である。
【図2】図1に示す発光ダイオードユニットの前方に凸レンズをセットした例である。
【図3】図1に示す発光ダイオードユニットの前方に凹レンズをセットした例である。
【図4】本発明のポインターの概略構成を示す図である。
【図5】本発明の光出力装置の概要を示す図である。
【図6】本発明のプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図7】本発明の光出力装置の異なる例を示す図である。
【符号の説明】
10 発光ダイオード光源
12 発光ダイオード(チップ)
14 コーン状の反射鏡
16 先端凸レンズ
21 第1のレンズ群
22 第2のレンズ群
25 複合レンズ
26 レンズの周辺部(凸レンズ領域)
27 レンズの中央部(凹レンズ領域)
50 光出力装置
60 ポインター
70 プロジェクター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light output device such as a light source device using a point light source such as a light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor laser is widely used as a light source for a pointer that can indicate one point of an image displayed on a screen or the like with an emitted light beam such as red. However, since laser light has high coherence and becomes high-power light, there is a point of danger when it is directly irradiated with eyes, and a safer light source is demanded.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The light emitted from the light-emitting diode has low coherence and does not become so high-power light, so the danger to the eyes is low. However, compared with a semiconductor laser, the light emission amount is small and the light divergence angle is large. Therefore, although it is safer than a semiconductor laser, it is not considered to be effective as a light source that requires a light emission amount such as a pointer light source. In recent years, the amount of light emission has been increasing along with the development of light emitting diodes, but no technology for effectively reducing the light divergence angle has been developed.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of projecting a light beam having a sufficiently small divergence angle in a light output device using a point light source that emits light having a large divergence angle such as a light emitting diode. Another object of the present invention is to provide a light output device based on a light emitting diode, which can be sufficiently used as a light source for a pointer instead of a semiconductor laser.
[0005]
For this reason, the inventors of the present application have examined the luminous flux emitted from the light
[0006]
The lamp-type light emitting diode (chip) 12 is a minute light source having a size of about 0.1 to 0.3 mm, and outputs light having a large divergence angle. Accordingly, the optical system of the reflecting mirror of about 2 mm and the tip lens of about 5 mm becomes a divergent light source, that is, a point light source, and the light beam emitted from the
(A) A radiation mode (A mode) related to a light beam that is emitted from the front surface of the
(B) A radiation mode (B mode) relating to a light beam that is radiated from the periphery of the
(C) A radiation mode (C mode) relating to light that is totally reflected by the side surface of the
(D) A radiation mode (D mode) related to diffused light emitted from the side surface of the resin portion of the light emitting
[0007]
Of the above-described radiation modes, C-mode light and D-mode light are too difficult to be used for pointers, image projection devices, and the like due to their too high diffusion. On the other hand, since the A-mode and B-mode light beams are emitted forward along the
[0008]
On the other hand, the B-mode light beam can be made a light beam with a small divergence angle by disposing a concave lens in front of the light
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the second lens group that converts the B-mode and A-mode light beams into parallel light beams is disposed in the vicinity of the above-mentioned B-mode light beam, that is, the reflected light beam is condensed, thereby A A parallel light beam including a mode light beam and a B-mode light beam can be emitted. That is, in the light output device of the present invention having a point light source and a reflector that forms a cone-shaped reflection surface on the rear surface of the point light source, the point is along the optical axis connecting the center of the reflection surface and the point light source. In addition to the first lens unit having a positive refractive power disposed in front of the light source, the reflected light beam emitted from the reflecting surface and transmitted through the first lens unit is condensed in the vicinity of the optical axis. A second lens group in which the refractive power in the vicinity is negative or zero and the peripheral refractive power is positive is arranged.
[0010]
As described above, since the A-mode light beam and the B-mode light beam have different properties, it is impossible to make a parallel light beam with one lens. Even if two types of lenses are provided, the situation cannot be improved because they act on both A-mode and B-mode light beams. On the other hand, in the present invention, since the second lens group is disposed at a position where the B-mode light beam is condensed near the optical axis, the refractive power near the optical axis is applied to the B-mode light beam. The negative lens can act as a concave lens, and the A-mode light beam can act as a convex lens by making the peripheral refractive power positive. That is, by concentrating the B-mode light beam in the vicinity of the optical axis by the first lens group, the A-mode light beam and the B-mode light beam are substantially spatially separated at that position. Then, by placing the second lens group at the position where the refractive power in the vicinity of the optical axis is negative or zero and the peripheral refractive power is positive, the A-mode light beam is given an action as a convex lens, The B-mode light beam can act as a concave lens. As a result, it is possible to output light that can be used as a nearly parallel light beam having a small divergence angle, in which the A mode and B mode light beams are combined from the second lens group.
[0011]
Further, by making the refractive power near the optical axis zero, that is, a lens with an infinite focus, it is possible to prevent the luminous flux component along the optical axis of the A mode from diverging due to the effect of the concave lens. It is possible to prevent the luminous flux from being condensed on the optical axis and diverging due to the effect of the convex lens. In particular, the power of the first lens group is stopped so that the B-mode light beam becomes a parallel light beam, and the A-mode light beam is mainly converted into a parallel light beam by the power of the second lens group, and the B-mode light beam diverges. Therefore, it is possible to obtain a light beam having a small divergence angle in which the light beams of the A mode and the B mode are combined. That is, a first lens unit having a positive refractive power that is disposed in front of the point light source along the optical axis and makes the reflected light beam emitted from the reflecting surface substantially parallel, and in front of the first lens unit. A light output device having a small divergence angle composed of A mode and B mode light beams is also output by a light output device that is arranged and has a second lens group that has no refractive power in the vicinity of the optical axis and has a positive peripheral power. it can.
[0012]
Therefore, the light output device of the present invention can emit a light beam having a small divergence angle obtained by combining the light beam directly output from the point light source and the light beam reflected by the reflecting surface. For this reason, a light output device that emits light with a large divergence angle, such as a light emitting diode, as a point light source, has a sufficiently high brightness, and can be used sufficiently as a light source for a pointer instead of a semiconductor laser. It becomes possible to provide. The lamp-type light emitting diode unit described above is a unit in which a light emitting diode that is a minute light source, a reflector, and a tip lens portion that functions as a first lens group are unitized. And according to this invention, it becomes possible to concentrate the emitted light from a light emitting diode efficiently in the area | region of several cm on the screen of 2-3 m ahead.
[0013]
The second lens group is composed of a compound lens including a central portion having a negative or zero refractive power and a peripheral portion having a positive refractive power. Further, among the A-mode light beams, the light beam incident on the central portion may have a large divergence angle, so it is desirable that the size of the central portion be sufficiently small. Accordingly, the diameter of the central portion is 20% or less . On the other hand, if the diameter of the central portion is too small, there is a possibility that the B-mode light beam cannot be taken in sufficiently. Therefore, the diameter of the central portion is about 1% or more of the lens outer diameter, and more preferably about 3% or more.
[0014]
Further, by making the surface of the compound lens on the point light source side flat, the cost can be further reduced.
[0015]
The light output device of the present invention can project a light beam having a sufficiently small divergence angle while being a projection light source using a light emitting diode. For this reason, by adopting it as a pointer, it is possible to provide a safe and high-performance pointer that has a sufficiently small focused spot on the screen and does not damage the eyes.
[0016]
In an image projection apparatus such as a liquid crystal projector, an attempt has been made to use a light emitting diode as a light source for illuminating an image forming means such as a liquid crystal light valve having a diagonal of about 1 inch. In this case, there is a problem that the light emission amount of the light emitting diode is smaller than the light emission amount of the conventional bulb lamp and the light divergence angle is large, and many light emitting diodes are gathered together with the divergence angle from each light emitting diode being large. As a light source, it is not easy to efficiently transmit light from individual light emitting diodes to the liquid crystal light valve. Furthermore, it is not easy to efficiently transmit from the liquid crystal light valve to the projection lens system. For this reason, there is a problem that it is not easy to put a light source in which many light emitting diodes are gathered together as a light source of an image projection apparatus.
[0017]
On the other hand, the light output device of the present invention can project a light beam having a sufficiently small divergence angle even though it is a projection light source using a light emitting diode. Therefore, by employing the light output device of the present invention for an image projection device, the above-described problems can be solved, and an image projection device that can project a bright and clear image using a light emitting diode can be provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be further described below with reference to the drawings. FIG. 4 shows a pointer according to the present invention. The
[0019]
FIG. 5 shows a schematic configuration of the
[0020]
The
[0021]
Therefore, in the
[0022]
Of the A mode light flux, the light flux emitted from the light emitting
[0023]
For example, by combining the light emitting diode unit (LED) 10 and the
(First case)
LED10 diameter 5mm
Shape of the
Focal length of convex lens part 24mm
Concave lens part 27 outer diameter 1.5 mm
Focal length of concave lens part -1.3 mm
Effective divergence angle (half angle) 1 degree or less Since the divergence angle of the
[0024]
Further, by combining the light emitting diode unit (LED) 10 and the
(Second case)
LED10 diameter 5mm
Shape of the
Focal length of convex lens part 24mm
Concave lens part 27 outer diameter 1.0 mm
Focal length of concave lens portion 27 -1.0 mm
Effective divergence angle (half angle) 4 degrees or less The divergence angle of the
[0025]
A single-
[0026]
By adopting the
[0027]
The configuration of the
[0028]
Further, in the
[0029]
Furthermore, the central portion 27 of the
[0030]
Therefore, the
[0031]
Further, the light output device using a light emitting diode as a point light source has been described above. However, if the light source can be regarded as a point light source in an optical system in which the light output device is employed, a point lamp such as a halogen lamp can be used. The present invention can also be applied to an apparatus that employs another diffusing light source. And the light output device which can output a light beam with a small divergence angle and a big light quantity can be provided using a cone type with a simple structure as a reflector.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the light output device of the present invention uses a point light source that emits light with a large divergence angle, and further bundles a plurality of light beams with different modes output from the point light source to reduce the divergence angle. A light beam that is almost parallel can be output. Therefore, it is possible to provide a light output device that supplies a light beam with a small divergence angle using a light emitting element, which is a small light source with an inherently large divergence angle, such as a light emitting diode, instead of a light emitting element with a small divergence angle like a semiconductor laser. . Therefore, the present invention can provide a light output device that can be applied to many fields as a small pointer that does not cause eye damage or a light source of a low power consumption projector.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing light beams of several modes output from a light emitting diode unit.
FIG. 2 is an example in which a convex lens is set in front of the light emitting diode unit shown in FIG.
FIG. 3 is an example in which a concave lens is set in front of the light emitting diode unit shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a pointer according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of a light output device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to the invention.
FIG. 7 is a diagram showing a different example of the light output device of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Light-emitting
14 Cone-shaped reflecting
27 Center of lens (concave lens area)
50
Claims (5)
この点光源の後面にコーン状の反射面を形成する反射体と、
前記反射面の中心と前記点光源とを結ぶ光軸に沿って前記点光源の前方に配置された正の屈折力の第1のレンズ群と、
前記第1のレンズ群の前方に配置された第2のレンズであって、屈折力が負またはゼロの中央部と、屈折力が正の周辺部とを具備する複合タイプの第2のレンズを有し、前記中央部の径は、前記第2のレンズの外径の1から20%の範囲であり、前記第2のレンズの中央部は、前記点光源から放射された後、前記反射面で反射され、前記第1のレンズ群で屈折された反射光束が前記光軸に集光される位置に配置されている、光出力装置。A point light source,
A reflector that forms a cone-like reflecting surface on the rear surface of the point light source;
A first lens unit having a positive refractive power disposed in front of the point light source along an optical axis connecting the center of the reflecting surface and the point light source;
A second lens disposed in front of the first lens group, the second lens of a composite type having a central part having a negative or zero refractive power and a peripheral part having a positive refractive power; And the diameter of the central portion is in the range of 1 to 20% of the outer diameter of the second lens, and the central portion of the second lens is radiated from the point light source and then the reflecting surface. The light output device is disposed at a position where the reflected light beam reflected by the first lens group and refracted by the first lens group is collected on the optical axis .
この光出力装置から出力された光束を変調する画像形成手段と、
変調された光束をスクリーンに投射するレンズシステムとを有する画像投影装置。The light output device according to any one of claims 1 to 3 ,
Image forming means for modulating the light beam output from the light output device;
An image projection apparatus comprising: a lens system that projects a modulated light beam onto a screen.
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