专利名称：光源装置与投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种备有考虑了光源的配光特性的照明用光学系统的光源装置，以及使用该光源装置的投影仪。
背景技术：
作为将附带有图像等信息的光投影到屏幕上，并在屏幕上显示图像的投影仪，公知的有作为使用DMD(数字微型反射镜装置)方式的投影仪即DLP(数字光处理)，与使用液晶面板的液晶投影仪等。
DLP或液晶投影仪中，最好照射均匀且明亮的光，因此希望从光源所出射的光高亮度且强度分布均匀。因此以前一般使用超高压水银灯。
但是，超高压水银灯需要大型且重的驱动电路，因此成为投影仪的小型化·轻量化的障碍。另外，超高压水银灯由于起动需要花费时间，因此很难立刻点亮，并且存在寿命较短这一问题。
因此，最近将超高压水银灯替换成发光二极管(以下称作LED)芯片作为光源使用的投影仪正在普及。由于LED既小又轻，因此能够使得投影仪既小又轻，进而，通过近年来的开发，提高了发光亮度，实现了长寿命与低消耗功率，因此非常适于作为光源。
但是，从LED芯片所出射的出射光在大范围内扩散。因此为了高效聚焦扩散的LED的光而提出了各种各样的方法，例如专利文献1或3中所述的光源装置中为了将LED芯片的出射光聚焦于一点，将LED芯片分别附加倾斜地固定起来；或者例如专利文献2或3中所述的光源装置，通过聚焦透镜来聚焦LED芯片的出射光等。
专利文献1特开2005-128236号公报专利文献2特开2005-128234号公报专利文献3特开2004-111357号公报但是，LED芯片中由于芯片材料的折射率等较高，因此在所发出的光从LED芯片向外部出射时，以比全反射角浅的角度到达芯片表面的光，被表面所全反射，因此不会从芯片出射到外部。因此，采用在芯片中设置斜面而防止全反射的方法。但是，通过在芯片中设置斜面，虽然光出射到了外部，但出射到外部的光的配光特性与发光时的配光特性有较大的变化。进而，芯片材料或最适的芯片形状因发光色而不同，因此发光色的不同也会导致配光特性大大不同。配光特性的变化在为了直视出射光的而使用的情况下，并不是问题，但在用作照明光源的情况下，有可能导致光利用效率的降低。专利文献1～3中所述的光源装置中，由于没有设置考虑了因发光色而变化的配光特性的照明用光学单元，因此没有充分提高光利用效率。另外，配光特性是表示从光源所出射的光在空间中怎样进行分布的光强度分布。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑了因芯片形状或发光色而变化的配光特性，能够提高光利用效率的光源装置以及投影仪。
本发明的光源装置，是一种具有发出红色、绿色、蓝色的每种的各个固体发光元件以及分别设置在上述固体发光元件中的对所出射的光进行配光的配光部件的光源装置，其特征在于，上述配光部件中的至少1个，具有与其他配光部件不同的构成，并对应于所对应的上述固体发光元件的配光特性而构成。
另外，特征在于，上述配光部件中的至少1个，具有适当组合反射板、折射透镜、衍射光栅而成的结构。
本发明的投影仪的特征在于，具有上述光源装置、对应于投射图像对来自该光源装置的光进行调制的光调制机构、以及投射该光调制机构所调制的光的投射光学系统。
根据本发明的光源装置，通过分别设置在分别发红色光、绿色光、蓝色光的固体发光元件中的配光部件，能够对从固体发光元件在大范围内所出射的光进行配光，同时至少1个与其他配光部件的构成不同，并对应于固体发光元件的因发光色或形状而变化的配光特性而构成配光部件，因此能够对固体发光元件分别提高光的利用效率。
另外，通过让配光部件通过反射板、折射透镜、衍射光栅适当组合而成，能够对从固体发光元件在大范围内所出射的光进行配光，并对所配光的光进行聚焦，统一出射方向，因此能够提高光的利用效率。
另外，通过将上述光源装置组织到具有光调制机构或投射光学系统等的投影仪中，能够提高投影仪的光的利用效率，大幅提高投射图像的光量。
图1为表示DLP的概略的构成的说明图。
图2为表示R光、G光、B光的发光时序的说明图。
图3为表示R光LED芯片的配光特性的说明图。
图4为表示R光LED芯片中所设置的R光用光学系统之一例的说明图。
图5为表示G光LED芯片的配光特性的说明图。
图6为表示G光LED芯片中所设置的G光用光学系统之一例的剖面图。
图7为表示B光LED芯片的配光特性的说明图。
图8为表示B光LED芯片中所设置的B光用光学系统之一例的剖面图。
图9为表示将LED芯片倾斜固定起来并聚焦在柱状积分仪中的DLP之一例的说明图。
图10为表示LED芯片与二向棱镜之间设有LCD的液晶投影仪的一例的说明图。
图中10-DLP，11-R光LED芯片，12-G光LED芯片，13-B光LED芯片，14-R光用光学系统，15-G光用光学系统，16-B光用光学系统，16a-反射器，16b-衍射光栅，17-十字分色棱镜，19-柱状积分仪，21-DMD，22-投射透镜，23-R光主出射光轴，24-G光主出射光轴，25-B光主出射光轴，26-DLP，27-R光LED芯片，28-G光LED芯片，29-B光LED芯片，30-柱状积分仪，31-液晶投影仪，32-R光LED芯片，33-G光LED芯片，34-B光LED芯片，35-十字分色棱镜，36-LCD。
具体实施例方式
如图1所示，DLP10设有分别发R光(红色)、G光(绿色)、B光(蓝色)的R光LED芯片11(固体发光元件)、G光LED芯片12(固体发光元件)、B光LED芯片13(固体发光元件)；分别设置在R光LED芯片11、G光LED芯片12、以及B光LED芯片13中的R光用光学系统14(配光部件)、G光用光学系统15(配光部件)、B光用光学系统16(配光部件)、十字分色棱镜(クロスダイクロプリズム)17、聚焦透镜18、柱状积分仪19、中继透镜20、DMD21(光调制机构)、以及投射透镜22(投射光学系统)。
从R光LED芯片11、G光LED芯片12、以及B光LED芯片13所出射的R光、G光、B光，通过R光用光学系统14、G光用光学系统15、以及B光用光学系统16，所有的出射光均入射到十字分色棱镜17中。十字分色棱镜17由过4个直角棱镜组合而成，具有反射R光的R光反射面17a，与反射B光的B光反射面17b两种分色面。将直角棱镜设置为使得R光反射面17a与B光反射面17b互相垂直。
从十字分色棱镜17所出射的光，入射到聚光透镜18中，由聚光透镜18聚光到柱状积分仪19的入射面19a上。入射到柱状积分仪19中的光，在其内部反覆进行全反射从而重叠起来。由此从出射面19b所出射的光，其强度分布被均一化。从柱状积分仪19所出射的光入射到中继透镜20中，被中继到DMD21中。DMD21由DMD控制部21a所驱动。DMD21，在受光面中对应像素的多个反射镜元件排列成矩阵状。各个反射镜元件由DMD控制部21a变换其角度，通过这样来变化所入射的光的反射方向。在对像素较亮地显示的情况下，将反射镜器件变位到ON位置，将所入射的光作为图像光反射到投射透镜22中。投射透镜22将DMD21所反射的图像光放大显示在屏幕(未图示)中。通过这样，在屏幕上显示图像信息。
另外，图2中示出了R光LED芯片11、G光LED芯片12、以及B光LED芯片13的发光时序图。发光时序图中，横轴定义为时间，纵轴定义为所发光的光量。R光、G光、B光不会同时有两个以上进行发光，在B光熄灭的同时点亮G光，在G光熄灭的同时点亮R光，在R光熄灭的同时点亮B光，像这样面顺次进行发光。另外，如果不同时有两个以上点亮，就能够变更发光时间、颜色顺序、光量。
接下来，图3中示出了R光LED芯片11的配光特性。另外，配光特性中，将R光LED芯片11的R光主出射光轴23方向定义为90°，将R光LED芯片11的右向定义为0°，左向定义为180°。从R光LED芯片11所出射的R光，具有在90°方向强度最强，从90°方向到其周边强度随之逐渐减弱的特性(图中粗线所包围的部分示出了所出射的R光的强度分布)。因此，R光LED芯片11所出射的R光在中心部较亮，向着周边逐渐变暗。因此，如图4所示，R光LED芯片11的R光主出射光轴23方向中设有R光用光学系统14。
R光用光学系统14由折射透镜构成，对所入射的R光进行折射，折射为使得在大范围内中所出射的R光平行于R光主出射光轴23，由此加强了较暗的部分的R光的强度。这样，能够得到较亮的部分的R光和均匀亮度的R光。
同样，图5中示出了G光LED芯片12的配光特性。从G光LED芯片12所出射的G光，具有除了向前方出射的G光以外，向G光LED芯片12的后方出射的特性(图中粗线所包围的部分示出了所出射的G光的强度分布)。出射向后方的G光并不入射到图1中所示的十字分色棱镜17中，而是泄漏到外部，从而光的利用效率降低。因此如图6所示，设置包围G光LED芯片12的G光用光学系统15。G光用光学系统15通过形成在抛物面上的反射器(反射板)构成，将包括出射到后方的G光的大范围中所出射的G光，反射成平行于G光主出射光轴24。通过这样能够提高G光的光利用效率。
另外，图7中示出了对于B光LED芯片13的配光特性。另外，从B光LED芯片13所出射的B光，具有在30°、90°、150°方向强度最强，从30°、90°、150°方向向其周边强度随之逐渐减弱的特性(图中粗线所包围的部分示出了光强度分布)。这种情况下，出射到30°、150°方向的B光，有可能不入射到图1中所示的十字分色棱镜17中，而泄漏到外部，导致光的利用效率降低。因此如图8所示，设置B光用光学系统16。
B光用光学系统16，由设置成将B光LED芯片13包围起来的抛物面状的反射器16a，与设置在B光出射光轴方向上的衍射光栅16b构成，并使从B光LED芯片13在30°、150°方向上以较强的强度出射的B光，偏向到B光主出射光轴25方向。另外，由于B光LED芯片13，向侧面或后方的B光较少，而朝向前方出射到大范围内，因此通过衍射光栅16b能够让B光平行于B光主出射光轴25。
如上所述，通过设置分别与配光特性不同的R光LED芯片11、G光LED芯片12、B光LED芯片13相对应的R光用光学系统14、G光用光学系统15、B光用光学系统16，能够让在大范围中输出的光的一部分偏向1方向，同时还能够实现光的强度分布的均一化，以及与各个主出射光轴23～25相统一。通过这样，能够大幅提高光的利用效率。
另外，上述实施方式中所列举出的R光LED芯片11、G光LED芯片12、B光LED芯片13的配光特性仅仅是一例，本发明的光源装置可以采用与所使用的LED芯片的配光特性相对应的光学系统。
本发明对使用上述实施例的分色棱镜17的DLP进行了说明，但此外还可以适用于例如图9中所示的DLP26所示将R光LED芯片27、G光LED芯片28、B光LED芯片29分别倾斜固定起来，聚焦在柱状积分仪30的入射面30a中的情况；以及如图10所示的液晶投影仪31所示在R光LED芯片32、G光LED芯片33、B光LED芯片34之间分布设置LCD36(光调制机构)的情况。另外，图10所示的液晶投影仪31的情况下，由于通过LCD36来给R光、G光、B光添加图像信息，因此R光LED芯片32、G光LED芯片33、以及B光LED芯片34的发光时序并不是面顺次点亮，而是3色常时点亮的状态的连续点亮。
权利要求
1.一种光源装置，其特征在于，具有发出红色、绿色、蓝色的每种的各固体发光元件，以及分别设置在上述固体发光元件中并对所出射的光进行配光的配光部件，上述配光部件中的至少1个，具有与其他配光部件不同的结构，并与所对应的上述固体发光元件的配光特性相对应地构成。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于上述配光部件中的至少1个，具有适当组合反射板、折射透镜、衍射光栅的结构。
3.一种投影仪，其特征在于，具有权利要求1或2所述的光源装置；对应于投射图像对来自该光源装置的光进行调制的光调制机构；以及对由该光调制机构所调制的光进行投射的投射光学系统。
全文摘要
本发明的目的在于考虑到因芯片形状或发光色而变化的配光特性，提高光利用效率。对分别出射红色光(R光)、绿色光(G光)、蓝色光(B)的R光LED芯片(11)、G光LED芯片(12)、B光LED芯片(13)，分别设有R光用光学系统(14)、G光用光学系统(15)、B光用光学系统(16)。R光用光学系统(14)、G光用光学系统(15)、B光用光学系统(16)通过适当组合反射板、折射透镜、衍射光栅的结构而形成，设为使得在大范围内扩散的R光、G光、B光的所有光，配光向十字分色棱镜(17)。
文档编号G02F1/01GK1979330SQ20061015315
公开日2007年6月13日 申请日期2006年12月5日 优先权日2005年12月6日
发明者稻本雅之 申请人:富士能株式会社