专利名称：光源装置及投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及光源装置及具有此光源装置的投影机。
背景技术：
一般采用LED等的固体发光光源，特别是从平面发光区域发射光线的固体面发光光源作为光源部。于是，固体面发光光源的发光效率正在急剧提高(比如，参照非专利文献1)。
田口常正著“白色LED系统的高辉度、高效率、长寿命技术”，技术情报协会(股份公司)出版，2003年3月27日，p47～50。
固体面发光光源可用作投影机的光源部。此时，除了光源的发光效率，还必须考虑包含空间光调制装置及投影透镜的光学系统的光的利用效率。在包含光源部和液晶光阀及倾斜镜器件等空间光调制装置的光学系统中，可有效处理的光束存在的空间上的扩展可以表示为面积和立体角之积(以下称其为“几何角面积(Etendue)”，Geometrical extent)。此面积和立体角之积，保存在光学系统中。所以，在光源部的空间扩展大时，由空间光调制装置可取入的角度变小。因此，难以有效利用光源部发出的光束。
另外，固体面发光光源的平面发光区域用作所谓的朗伯面。从朗伯面发出的光的亮度(辉度)与观察角度无关是一定的，对所有的方向辉度都相同。在将这种固体面发光光源用在投影机中时，将从固体面发光光源发出的光高效率地导入到空间光调制装置的方向是优选。因此。比如，可以考虑使用平行化透镜将发自固体面发光光源的光变换为平行光导入到空间光调制装置。不过，由于固体面发光光源的平面发光区域是具有一定的扩展，不是点光源，很难高效地平行化。
此外，历来，为了使个体面发光光源发出的光导入到特定的方向，接着平面发光区域设置半球透镜。半球透镜，是具有正的折射率的透镜(凸透镜)。因此，半球透镜，可以使从平面发光区域发射的光向着规定的方向折射而导入。不过，在将半球透镜设置为与平面发光区域相接时，面发光光源的像多半会扩大成像。如果面发光光源的像扩大，其空间扩展变大。因此，由于上述的几何角面积得到保存，可由空间光调制装置取入的角度变小。因此，从光源部发出的光束难于有效地利用。此外，由于在将经半球透镜射出的光利用平行化透镜以上述方式进行准直时光源也具有扩展，很难高效地进行平行化。因此，从光源部发出的光束难以有效地利用。
发明内容
本发明系有鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于提供一种光利用效率高的光源装置及投影机。
为了解决上述问题并达到目的，根据本发明的第一方面，可提供一种光源装置，其特征在于其构成具有从平面发光区域发射光的面发光部；设置于面发光部的一方的表面一侧的反射部；设置于面发光部的另一方的表面一侧的由光学透明部件构成的圆锥棱镜或角锥棱镜；圆锥棱镜的底面或角锥棱镜的底面为与平面发光区域基本相同的大小及形状；圆锥棱镜的斜面或角锥棱镜的斜面将从底面入射到圆锥棱镜或角锥棱镜的光之中由斜面折射的光向特定的方向射出，由斜面反射的光导入到底面的方向；反射部将由斜面反射的透射底面和面发光部的光再次反射到圆锥棱镜或角锥棱镜的方向。
从面发光部发出的光，入射到设置于面发光部的另一方的表面一侧的由玻璃等光学透明部件构成的圆锥棱镜或角锥棱镜的底面。从底面入射的光，在棱镜中行进而到达棱镜的斜面。在此处，根据对斜面的入射角度的不同，有时在斜面和外界媒体，比如空气的界面上发生折射，有时在界面上发生反射。在斜面的界面上折射的光，向特定的方向射出。与此相对，在斜面的界面上反射的光，更在圆锥或角锥棱镜内行进。比如，在某一斜面上反射的光，在棱镜内行进到达一个不同的斜面。于是，在棱镜内行进的光由另一不同的斜面折射时，向特定的方向射出。另外，在棱镜内行进的光由另一不同的斜面反射时，更变换光路在棱镜内行进。此时，考虑在多次反射的同时在棱镜内行进向着面发光部的方向的返回光。向着面发光部的方向的返回光，透射面发光部。透射面发光部的光，入射到设置于面发光部的另一方的表面一侧，即和设置圆锥棱镜或角锥棱镜的表面相反一侧的表面上的反射部。入射到反射部的光，由反射部再次向圆锥棱镜或角锥棱镜的方向反射。再次反射的光，透射面发光部，从底面再次向圆锥棱镜或角锥棱镜入射。在这样多次重复反射之中，入射到棱镜的斜面的角度，与第一次入射到斜面的角度不同。因此，可以由斜面折射的角度的光，由斜面折射射出到特定的方向。另外，未经过斜面折射而受到反射的光，一直到由斜面折射而射出为止进一步重复上述的反射过程。所以，在忽略棱镜和反射部之中的光的吸收时，可以使从面发光部发射的光全部向特定的方向射出。因此，可以获得光利用效率高的光源装置。
此外，为了将从面发光部发出的光导向特定的方向，可使用圆锥棱镜或角锥棱镜代替半球透镜。因此，面发光部的像不会经扩大而成像。因此，面发光部的像的空间扩展可以减小。因此，由于几何角面积得到保存，在对空间光调制装置进行照明时，可由空间光调制装置取入的角度变大。除此之外，在将射出光源装置的光利用平行化透镜准直时，也由于空间扩展小而可以高效率地平行化。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，圆锥棱镜的顶角或角锥棱镜对向的斜面形成的顶角基本为90°是优选。因此，由圆锥棱镜或角锥棱镜的斜面反射的光，可效率更加高地重复反射过程而射出。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，在底面上设置使入射光散射的扩散片是优选。通过重复反射过程，从斜面发出射向底面的光以及由反射部反射而透射面发光部并再次射向底面的光，通过扩散片的扩散而使其进行方向向着随机方向扩散。因此，入射到棱镜的斜面的角度，变换为可由斜面折射而射出的角度的比例变大。因此，可进一步提高光利用效率。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，优选角锥棱镜是具有四个斜面的四角锥棱镜，在四个斜面上形成透射在相对各斜面的特定的振动方向的偏振光分量而反射与特定的振动方向上基本正交的偏振光分量的偏振分离膜；对向的一对斜面，在偏振分离膜上还具有使透射光的振动方向转动基本90°的相位差片；四个斜面射出振动方向一致的光。在将本光源装置应用于投影机的场合，有时使用液晶光阀作为空间光调制装置。液晶光阀，对入射光的偏振状态相应于图像信号进行调制而射出。因此，光源装置，除了光利用效率高之外，高效率地供给特定的振动方向偏振光，比如p偏振光，是优选。在本实施例中，在四角锥棱镜的四个斜面上形成偏振分离膜。偏振分离膜，比如由电介质多层膜构成。偏振分离膜，在相对斜面以规定的角度，比如基本45°入射的光之中，p偏振光透射，而使s偏振光受到反射。因此，从四个斜面每一个射出的光都成为相对各斜面的p偏振光。此处，在从顶角方向观察四角锥棱镜时，可将在四个斜面之中相对的一对斜面考虑为一组斜面。在四个角锥棱镜的场合就在基本正交方向上具有两组斜面。偏振分离膜，使相对各斜面特定的振动方向的偏振光分量(p偏振光)透射。因此，在将四角锥棱镜作为整体观察时，从两组斜面射出方向基本正交的两个振动方向的偏振光分量。在本实施例中，两组斜面之中一组的斜面，即对向的一对的斜面，在偏振分离膜上具有使透射光的振动方向转动基本90°的相位差片。因此，透射相位差片的p偏振光其振动方向转动基本90°。所以，从四角锥棱镜的两组斜面(四个斜面)向特定方向射出全部方向为相同振动方向的偏振光。于是，可以得到光利用效率高的特定振动方向的偏振光。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，在底面上形成1/4波长片或使偏振光的振动方向随机改变的上述扩散片是优选。由于偏振分离膜的作用，反复经过上述反射过程的光，是与规定的振动方向基本正交的振动方向的偏振光。直线偏振光透射棱镜的底面的1/4波长片而变换为圆偏振光。圆偏振光透射面发光部。于是，透射面发光部的圆偏振光由反射部反射成为返回的圆偏振光。于是，返回的圆偏振光，再度透射面发光部和1/4波长片，变换为与入射到1/4波长片之前的偏振状态的直线偏振光状态相比较转动基本90°的直线偏振光。因此，在再度入射到偏振分离膜时，可透射偏振分离膜。并且，在棱镜的底面设置使偏振光的振动方向随机改变的扩散片的场合，与入射到扩散片之前的偏振状态相比较，振动方向向随机方向扩散(散射)。因此，在再度入射到偏振分离膜时，可以透射偏振分离膜的比例提高。因此，可以提高光的利用效率。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，具有设置在角锥棱镜或圆锥棱镜射出侧、使第一振动方向的偏振光分量透射而使与第一振动方向不同的第二振动方向的偏振光分量受到反射的偏振片是优选。在本实施例中，不是在棱镜的斜面上设置偏振分离膜，而是在角锥棱镜或圆锥棱镜斜面侧上设置用来使第一振动方向的偏振光分量透射，使与第一振动方向不同的第二振动方向的偏振光分量反射的偏振片。因此，在角锥棱镜的斜面或圆锥棱镜的斜面折射而射出的光入射到偏振片。于是，偏振片使第一振动方向的光透射而射出。另外，与第一振动方向不同的第二振动方向的光，由偏振片反射。由偏振片反射的光，由于反复进行上述的反射过程，振动方向改变，都会从偏振片射出。因此，可以以高的光利用效率得到特定的振动方向的偏振光。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，还具有在角锥棱镜或圆锥棱镜和偏振片之间的光路内的1/4波长片。使从角锥棱镜或圆锥棱镜射出并由偏振片反射的第二振动方向的偏振光，透射1/4波长片，成为圆偏振光，在棱镜的方向行进。于是，圆偏振光由反射部反射而成为返回的圆偏振光，再度在棱镜内行进。返回的圆偏振光，再一次透射1/4波长片，变换为与入射到1/4波长片之前的偏振状态的直线偏振光状态相比较转动基本90°的直线偏振光。这样，第二振动方向的光，通过两次透射1/4波长片，振动方向转动基本90°，变换为第一振动方向。因此，变换为第一振动方向的光，透射偏振片而射出。因此，可以高效率地取出一致为第一振动方向的光。
另外，根据本发明的第一方面的优选实施方式，具有设置成为包围角锥棱镜或圆锥棱镜并形成对从角锥棱镜或圆锥棱镜射出的光进行反射的反射面光导部是优选。光导部，比如，是内周面为反射面的中空圆筒形状。并且，光导部的高度基本等于角锥棱镜或圆锥棱镜的高度为优选。由于角锥棱镜或圆锥棱镜是被光导部所包围，从棱镜射出的光受到反射面的反射。因此，光不会从光导部向外侧扩展。所以，可以从与面发光部基本相同的面积的区域高效率地将光取出。
另外，根据本发明的第二方面，可提供一种投影机，其特征在于其构成具有上述的光源装置；相应于图像信号对光源装置发出的光进行调制的空间光调制装置；以及将经过调制的光进行投影的投影透镜。因此，可以利用光利用效率高的光源装置发出的光得到明亮的投影像。
图1为实施例1的光源装置的立体图。
图2为实施例1的光源装置的剖面图。
图3-1为现有的光源装置的发射强度图。
图3-2为实施例1的光源装置的发射强度图。
图4为示出棱镜的顶角和中心强度的关系的示图。
图5为实施例2的光源装置的立体图。
图6-1为实施例3的光源装置的立体图。
图6-2为实施例3的光源装置的俯视图。
图7-1为实施例3的光源装置的剖面图。
图7-2为实施例3的光源装置的另一剖面图。
图8为实施例4的光源装置的剖面图。
图9为实施例5的投影机的剖面图。
具体实施例方式
下面根据附图对于本发明的光源装置及投影机的实施例进行说明。另外，此实施例对本发明没有任何限制。
图1为实施例1的光源装置100的立体图。光源装置100是面发光LED。另外，图2示出光源装置100的剖面结构。在图2中，在蓝宝石基板102上生长Ga、In、N等的结晶而形成面发光部101。在面发光部101的端部设置有键合引线103。面发光部101，从平面发光区域101a使光向全部方向以基本相等的强度发射。就是说，面发光部101用作所谓的朗伯面。于是，在面发光部101的一表面一侧设置有作为反射部的反射金属电极106。另外，在面发光部101的另一表面一侧上将由高折射率玻璃的光学透明部件构成的四角锥棱镜104利用光学粘合剂固接。在四角锥棱镜104的底面104a上设置有使入射光散射的扩散片107。
下面对在上述的结构中从面发光部101发射的光的行动予以说明。四角锥棱镜104的底面104a基本为正方形形状。底面104a为与基本为正方形形状的平面发光区域101a基本相同的大小及形状。另外，由高折射率玻璃构成的四角锥棱镜104的折射率n与蓝宝石基板102的折射率可以基本相同或更大。优选是四角锥棱镜104的折射率n至少大于等于1.45。更优选是四角锥棱镜104的折射率n＝1.77。因此，从面发光部101发射在蓝宝石基板102中行进的光，在蓝宝石基板102和四角锥棱镜104的底面104a之间的界面上不会发生全反射。因此，从面发光部101发出的光，可以高效率地从底面104a入射到四角锥棱镜104内。
面发光部101，如上所述，由于是朗伯面，从发光点向所有的方向发射基本同样强度的光。从底面104a入射到四角锥棱镜104内的光在四角锥棱镜104内行进，到达斜面105a。此处，根据对斜面105a的入射角度的不同，有在斜面105a和外界的媒体，比如和空气的界面上发生折射的情况和在界面上反射的情况。比如，光L1在位置P1在斜面105a的界面上折射而向特定的方向射出。
与此相对，光L2在位置P2在斜面105a的界面上不折射而被反射。在位置P2受到反射的光，进一步在四角锥棱镜104内行进。被斜面105a反射的光L2，在四角锥棱镜104内行进而到达另一个不同的斜面105b。光L2，在另一个斜面105b的位置P3反射时，进一步变换光路在四角锥棱镜104内向着底面104a的方向行进。透射底面104a向着面发光部101的方向返回的光，进一步透射面发光部101。透射面发光部101的光，入射到面发光部101的一方的表面一侧，即设置四角锥棱镜104的表面和设置在反对一侧的表面上的作为反射部的反射金属电极106。入射到反射金属电极106的光L2，由反射金属电极106再度向四角锥棱镜104的方向反射。
再度反射的光L2，透射面发光部101，再度从底面104a入射到四角锥棱镜104。在多次重复这样的反射之中，入射到棱镜的斜面105b的角度变为与第一次入射到斜面105b的角度不同。因此，成为可由斜面105b折射的角度的光L2，由斜面105b折射而向特定的方向射出。另外，在不由斜面105b折射而进行反射的场合，一直到由斜面105a、斜面105b折射并射出为止，还反复进行上述的反射过程。因此，在忽略四角锥棱镜104和反射金属电极106之中的光的吸收时，可以使从面发光部101发射的光全部向特定的方向射出。因此，可以获得光利用效率高的光源装置100。
此外，为了将从面发光部101发出的光导向特定的方向，可使用四角锥棱镜104代替半球透镜。因此，面发光部101的像不会扩大而成像。因此，面发光部101的像的空间扩展可以减小。因此，由于几何角面积得到保存，在对空间光调制装置进行照明时，可由空间光调制装置取入的角度变大。除此之外，在将射出光源装置100的光利用平行化透镜准直时，也由于空间扩展小而可以高效率地平行化。
另外，在底面104a上设置使光L2散射的扩散片107。扩散片107，可由在底面104a上形成微细的凹凸或在底面104a的粘合层中混入扩散珠而构成。通过重复上述的反射过程，从斜面105b发出的射向底面104a的光L2以及由反射金属电极106反射而透射面发光部101并再次射向底面104a的光L2，通过扩散片107的扩散而使其进行方向向着随机方向扩散。因此，入射到四角锥棱镜104的斜面105b的角度，变换为可由斜面105b折射而射出的角度的比例变大。因此，可进一步提高光利用效率。
下面对从光源装置100发射的光的强度分布予以说明。图3-1示出现有的面发光LED的发射强度分布。图3-1中分别为横轴表示光源的位置(比如，图2的x方向)，纵轴表示任意的光强度坐标I。如上所述，现有的面发光LED，是从朗伯面发射。因此，如图3-1所示，使光向全部观察方向以相等的强度分布发射。与此相对，在本实施例中，由于四角锥棱镜104的斜面105a、105b的折射，光强度以四角锥棱镜104的顶角方向为中心在一定的范围内分布。因此，光源装置100，可以使光高效率地向特定的方向发射。
另外，图4示出四角锥棱镜104的顶角θ和以顶角的方向为中心的发射光的强度的关系。从图4可知，在顶角θ＝90°附近时，发射光的中心部分的强度最大。在本实施例中，由四角锥棱镜104的对向的斜面105a、105b形成的顶角θ为基本90°。因此，由四角锥棱镜104的斜面105a、105b反射的光可以效率更高地重复反射过程而射出。所以，可以使发射光的中心部分的强度分布变大。
图5为本发明的实施例2的光源装置500的立体图。在实施例1中，与使用四角锥棱镜不同的是在本实施例中使用圆锥棱镜。其他的基本结构与实施例1一样，与上述实施例1相同的部分赋予同一符号，重复的说明则省略。光源装置500是面发光LED。在蓝宝石基板102上生长Ga、In、N等的结晶而形成面发光部101。在圆形的面发光部101的端部设置有键合引线103。面发光部101，从平面发光区域使光向全部方向以基本相等的强度发射。就是说，面发光部101用作所谓的朗伯面。于是，在面发光部101的一表面一侧设置有作为反射部的反射金属电极106(未图示)。另外，在面发光部101的另一表面一侧上将由高折射率玻璃的光学透明部件构成的圆锥棱镜504利用光学粘合剂固接。在圆锥棱镜504的底面104a上(未图示)设置有使入射光散射的扩散片107。
根据本实施例的构成，重复与上述实施例1一样的反射过程，可以使从面发光部发射的光全部向特定的方向射出。因此，可以获得光利用效率高的光源装置。
图6-1为本发明的实施例3的光源装置600的立体图。在本实施例中，与实施例1不同之处是使特定的振动方向的偏振光向特定的方向射出。与上述实施例1相同的部分赋予同一符号，重复的说明则省略。光源装置600是面发光LED。另外，图6-2为从四角锥棱镜604的顶角θ的方向(z轴方向)观察光源装置600的示图。另外，顶角θ＝90°。在图2中，在蓝宝石基板102上生长Ga、In、N等的结晶而形成面发光部101。在面发光部101的端部设置有键合引线103。面发光部101，从平面发光区域使光向全部方向以基本相等的强度发射。就是说，面发光部101用作所谓的朗伯面。于是，在面发光部101的一表面一侧设置有作为反射部的反射金属电极106(参照图7-1、7-2)。另外，在面发光部101的另一表面一侧上将由高折射率玻璃的光学透明部件构成的四角锥棱镜604利用光学粘合剂固接。在四角锥棱镜604的底面604a上设置有1/4波长片607。
如图6-2所示，四角锥棱镜604，具有第一斜面605a、第二斜面605b、第三斜面605c和第四斜面605d四个斜面。第一斜面605a与第三斜面605c对向。另外，第二斜面605b与第四斜面605d对向。在四个斜面605a、605b、605c和605d上形成透射作为在相对各斜面的特定的振动方向的偏振光分量的p偏振光而反射与作为特定的振动方向上基本正交的偏振光分量的S偏振光的偏振分离膜610。偏振分离膜610，由电介质多层膜构成，与四个斜面605a、605b、605c和605d同时成膜。
在作为对向的一对的斜面的第二斜面605b和第四斜面605d上，在偏振分离膜610之上，作为使透射光的振动方向转动基本90°的相位差片的片状的1/2波长片611(在图6-2中以斜线表示)还是利用光学透明粘合剂固接。在将光源装置600应用于投影机的场合，有时使用液晶光阀作为空间光调制装置。液晶光阀，对入射光的偏振状态相应于图像信号进行调制而射出。因此，光源装置600，除了光利用效率高之外，高效率地供给特定的振动方向偏振光，比如p偏振光，是优选。
在四个斜面605a、605b、605c和605d上形成的偏振分离膜610，在相对各斜面以规定的角度，比如基本45°入射的光之中，p偏振光透射，而使s偏振光受到反射。因此，从四个斜面每一个605a、605b、605c和605d射出的光都成为相对各斜面605a、605b、605c和605d的p偏振光。在四个斜面605a、605b、605c和605d之中，一组斜面605a、605c和另一对斜面605b、605d在基本正交的方向上设置。偏振分离膜610，使作为相对各斜面605a、605b、605c和605d的特定的振动方向的偏振光分量的p偏振光透射。
图7-1示出第一斜面605a和第三斜面605c的剖面方向的结构。从面发光部101发射的随机偏振光透射后述的1/4波长片607，从四角锥棱镜604的底面604a向四角锥棱镜604内行进。在四角锥棱镜604中行进的光到达第一斜面605a。在到达第一斜面605a的光之中p偏振光L71，透射偏振分离膜610向特定方向射出。另外，在到达第一斜面605a的光之中s偏振光，受到偏振分离膜610的反射，入射到与第一斜面605a对向的第三斜面605c。此处，s偏振光还受到第三斜面605c的偏振分离膜610的反射而向着底面604a方向行进。向着底面604a行进的s偏振光，透射底面604a而入射到1/4波长片607。1/4波长片607由光学透明粘合剂固接到底面604a。
于是，s偏振光，透射1/4波长片607而变换为圆偏振光。圆偏振光受到反射金属电极106的反射而成为返回的圆偏振光。于是，返回的圆偏振光再度透射面发光部101和1/4波长片607，变换为与入射到1/4波长片607之前的偏振状态的s偏振光状态相比较转动基本90°的直线偏振光，即变换为p偏振光。因此，p偏振光L72，在再度入射到第三斜面605c的偏振分离膜610时，透射偏振分离膜610而射出。
另外，也可以在四角锥棱镜604的底面604a上设置使偏振光的振动方向随机变化的扩散片代替1/4波长片607。扩散片，可由在底面604a上形成微细的凹凸或在底面604a的粘合层中混入扩散珠而构成。因此，入射光，与入射到扩散片之前的偏振状态(s偏振光状态)相比较，其振动方向向着随机方向扩散(散射)。因此，在再度入射到偏振分离膜610时，可以透射偏振分离膜610的比例变大。因此，可进一步提高光利用效率。此外，在反射过程的次数多的场合或在反射率低的场合等情况下，通过使扩散片的扩散度最优化，可以得到提高光利用效率的效果。
另外，在图7-2示出示出第二斜面605b和第四斜面605d的剖面方向的结构。从面发光部101发射的随机偏振光透射1/4波长片607，从四角锥棱镜604的底面604a向四角锥棱镜604内行进。在四角锥棱镜604中行进的光到达第四斜面605d。在到达第四斜面605d的光之中p偏振光，透射偏振分离膜610。此处，在第四斜面605d的偏振分离膜610上利用光学透明粘合剂将作为使透射光的振动方向转动基本90°的相位差片的片状的1/2波长片611固接。因此，透射第四斜面605d的1/2波长片611的p偏振光L73，其振动方向转动基本90°而射出。
受到第四斜面605d的偏振分离膜610反射的s偏振光，还受到与第四斜面605d对向的第二斜面605b的偏振分离膜610的反射而向着底面604a方向行进。向着底面604a行进的s偏振光，透射底面604a而入射到1/4波长片607。
于是，s偏振光，透射1/4波长片607而变换为圆偏振光。圆偏振光受到反射金属电极106的反射而成为返回的圆偏振光。于是，返回的圆偏振光再度透射面发光部101和1/4波长片607，变换为与入射到1/4波长片607之前的偏振状态的s偏振光状态相比较转动基本90°的直线偏振光，即变换为p偏振光。因此，p偏振光，在再度入射到第二斜面605b的偏振分离膜610时，可以透射偏振分离膜610。透射第二斜面605b的偏振分离膜610的p偏振光，再透射1/2波长片611。因此，透射第二斜面605b的1/2波长片611的光L73，其振动方向转动基本90°而射出。
因此，在将四角锥棱镜604作为整体观察时，是两组斜面。从四个斜面605a、605b、605c和605d向特定方向射出全部方向为相同振动方向的偏振光。于是，可以得到光利用效率高的特定振动方向的偏振光。
另外，在本实施例中说明的是向着对向的斜面入射的光，比如，从第一斜面605a向着第三斜面605c入射的光以及从第四斜面605d向着第二斜面605b入射的光。不过，并不限定于此，比如，由第一斜面605a反射而入射到邻接的第二斜面605b的光，只要满足全反射条件及偏振方向的条件，可以射出四角锥棱镜604。这样的光的偏振光的振动方向也与上述的场合一样成为方向一致的同一方向。
图8示出本发明的实施例4的光源装置800的剖面结构。与上述实施例1相同的部分赋予同一符号，重复的说明则省略。在蓝宝石基板102上生长Ga、In、N等的结晶而形成面发光部101。在面发光部101的端部设置有键合引线103。面发光部101，从平面发光区域使光向全部方向以基本相等的强度发射。就是说，面发光部101用作所谓的朗伯面。于是，在面发光部101的一表面一侧设置有作为反射部的反射金属电极106。另外，在面发光部101的另一表面一侧上将由高折射率玻璃的光学透明部件构成的四角锥棱镜104利用光学粘合剂固接。
在四角锥棱镜104的射出侧上设置有光栅偏振片810。光栅偏振片810，比如，可以在玻璃基板上以小于等于波长的量级的间隔将铝图形化为直线状而制成。光栅偏振片810具有使作为第一振动方向的偏振光分量的p偏振光透射而使与作为第一振动方向不同的第二振动方向的偏振光分量的s偏振光受到反射的偏振片的功能。另外，在四角锥棱镜104和光栅偏振片810之间的光路内，还设置有片状的1/4波长片807。1/4波长片807和光栅偏振片810由光学透明粘合剂固接。此外，设置有中空圆筒形状光导部810包围四角锥棱镜104。在光导部810的内周面上形成使从四角锥棱镜104射出的光受到反射的反射面810a。反射面810a是利用Ag等金属蒸发淀积而形成。
在本实施例中，代替在四角锥棱镜104的斜面上设置偏振分离膜，是在四角锥棱镜104的射出侧使作为第一振动方向的偏振光分量的p偏振光透射而使与作为第一振动方向不同的第二振动方向的偏振光分量的s偏振光受到反射的偏振片的光栅偏振片810。因此，从面发光部101发射经四角锥棱镜104的斜面105a折射而射出的光，入射到光栅偏振片810。于是，光栅偏振片810使作为第一振动方向的光的p偏振光L82透射而射出。另外，作为与第一振动方向不同的第二振动方向的光的s偏振光入射到1/4波长片807。
s偏振光，透射1/4波长片807成为圆偏振光，向着四角锥棱镜104的方向行进。于是，圆偏振光受到反射金属电极106的反射而成为返回的圆偏振光。于是，返回的圆偏振光再度透射面发光部101并从四角锥棱镜104的斜面105a经折射而射出。从斜面105a射出的圆偏振光，透射1/4波长片807变换为与入射到1/4波长片807之前的偏振状态的s偏振光状态相比较转动基本90°的直线偏振光，即变换为p偏振光。因此，p偏振光L81，透射光栅偏振片810而射出。因此，可以高效率地取出方向一致为第一振动方向的p偏振光。
此外，在本实施例中，设置有光导部810包围四角锥棱镜104。光导部810的高度与四角锥棱镜104的高度基本相等是优选。由于四角锥棱镜104为光导部810所包围，从棱镜射出的光L83受到在光导部810内周面上形成的反射面810a的反射。因此，光不会从光导部810向外侧扩展。所以，可以从与面发光部101基本相同的面积的区域高效率地将光取出。
图9示出本发明的实施例5的投影机的概略构成。投影机900的构成包括供给第一色光R光的第一光源装置901R、供给第二色光G光的第二光源装置901G和供给第三色光B光的第三光源装置901B。第一光源装置901R、第二光源装置901G和第三光源装置901B分别是如上述实施例3或实施例4中叙述的光源装置面发光LED。
第一光源装置901R的结构可发射p偏振的R光。R光透射透镜LN入射到作为第一色光用空间光调制装置的R光用空间光调制装置910R。R光用空间光调制装置910R是相应于图像信号对R光进行调制的透射型的液晶显示装置。R光用空间光调制装置910R由液晶板915R、第一偏振片916R和第二偏振片917R组成。
第一偏振片916R使p偏振光的R光透射而入射到液晶板915R。液晶板915R相应于图像信号对p偏振光进行调制而变换为s偏振光。第二偏振片917R使经液晶板915R变换为s偏振光的R光射出。这样一来，R光用空间光调制装置910R使第一光源装置901R发射的R光相应于图像信号进行调制。由R光用空间光调制装置910R变换为s偏振光的R光入射到十字分色棱镜912。
第二光源装置901G的结构可发射p偏振光的G光。s偏振光的G光透射透镜LN入射到作为第二色光用空间光调制装置的G光用空间光调制装置910G。G光用空间光调制装置910G是相应于图像信号对G光进行调制的透射型的液晶显示装置。G光用空间光调制装置910G由液晶板915G、第一偏振片916G和第二偏振片917G组成。
第一偏振片916G使s偏振光的G光透射而入射到液晶板915G。液晶板915G相应于图像信号对s偏振光进行调制而变换为p偏振光。第二偏振片917G使经液晶板915G变换为p偏振光的G光射出。这样一来，G光用空间光调制装置910G使第二光源装置901G发射的G光相应于图像信号进行调制。由G光用空间光调制装置910G变换为p偏振光的G光入射到十字分色棱镜912。
第三光源装置901B的结构可发射p偏振光的B光。p偏振光的B光透射透镜LN入射到作为第三色光用空间光调制装置的B光用空间光调制装置910B。B光用空间光调制装置910B是相应于图像信号对B光进行调制的透射型的液晶显示装置。B光用空间光调制装置910B由液晶板915B、第一偏振片916B和第二偏振片917B组成。
第一偏振片916B使p偏振光的B光透射而入射到液晶板915B。液晶板915B相应于图像信号对p偏振光进行调制而变换为s偏振光。第二偏振片917B使经液晶板915B变换为s偏振光的B光射出。这样一来，B光用空间光调制装置910B使第三光源装置901B发射的B光相应于图像信号进行调制。由B光用空间光调制装置910B变换为s偏振光的B光入射到十字分色棱镜912。
十字分色棱镜912具有两个分色膜912a、912b。两个分色膜912a、912b配置成为X字形的正交配置。分色膜912a使作为s偏振光的R光反射，而使作为p偏振光的G光透射分色膜912b使作为与偏振光的B光反射，使P偏振光的G光透射。这样，十字分色棱镜912，将经过第一色光用空间光调制装置910R、第二色光用空间光调制装置910G和第三色光用空间光调制装置910B分别调制的R光、G光和B光进行合成。投影透镜930将经过十字分色棱镜912合成的光投射到屏幕940。
在本实施例中，使用在上述实施例3或实施例4中叙述的光源装置。另外，在实施例3、实施例4的光源装置的场合，由于可以供给特定的振动方向的偏振光，所以不需要偏振变换装置。另外，在使用如上述实施例1或实施例2的供给随机的偏振光的光源装置的场合，可以适当设置将随机的偏振光变换为p偏振光或s偏振光的偏振变换装置。
另外，在上述各实施例中，是以四角锥棱镜及圆锥棱镜为例进行说明的。不过，本发明并不限定于此，也可以使用多角锥。另外，也包含将本发明的光源配置成为多个阵列状的光源。
如上所述，本发明的光源装置可应用于投影机。
权利要求
1.一种光源装置，其特征在于具有从平面发光区域发射光的面发光部；设置于上述面发光部的一方的表面侧的反射部；设置于上述面发光部的另一方的表面侧的由光学透明部件构成的圆锥棱镜或角锥棱镜；上述圆锥棱镜的底面或上述角锥棱镜的底面为与上述平面发光区域基本相同的大小及形状；上述圆锥棱镜的斜面或上述角锥棱镜的斜面，在从上述底面入射到上述圆锥棱镜或上述角锥棱镜的光之中，将由上述斜面折射的光向特定的方向射出，将由上述斜面反射的光导入到上述底面的方向；上述反射部将由上述斜面反射的透射上述底面和上述面发光部的光再次反射到上述圆锥棱镜或上述角锥棱镜的方向。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于上述圆锥棱镜的顶角或上述角锥棱镜对向的斜面形成的项角基本为90°。
3.如权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于在上述底面上设置有使入射光散射的扩散片。
4.如权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于上述角锥棱镜是具有四个斜面的四角锥棱镜；在上述四个斜面上形成有透射相对上述各斜面的特定的振动方向的偏振光分量而反射与上述特定的振动方向基本正交的偏振光分量的偏振分离膜；对向的一对上述斜面，在上述偏振分离膜上还具有使透射光的振动方向转动基本90°的相位差片；上述四个斜面射出振动方向一致的光。
5.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于在上述底面上形成有1/4波长片或使偏振光的振动方向为随机的上述扩散片。
6.如权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于具有设置在上述角锥棱镜或上述圆锥棱镜斜面侧、使第一振动方向的偏振光分量透射而使与上述第一振动方向不同的第二振动方向的偏振光分量反射的偏振片。
7.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于在上述角锥棱镜或上述圆锥棱镜和上述偏振片之间的光路内还具有1/4波长片。
8.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于具有设置成为包围上述角锥棱镜或上述圆锥棱镜而形成对从上述角锥棱镜或上述圆锥棱镜射出的光进行反射的反射面的光导部。
9.一种投影机，其特征在于包括如权利要求1～8中的任何一项所述的光源装置；相应于图像信号对上述光源装置发出的光进行调制的空间光调制装置；以及将经过调制的光进行投影的投影透镜。
全文摘要
一种光源装置及投影机，包括从平面发光区域(101a)发射光的面发光部(101)；设置于上述面发光部(101)一方表面侧的反射金属电极(106)；设置于上述面发光部(101)另一方表面侧的由光学透明部件构成的四角锥棱镜(104)；四角锥棱镜(104)的底面(104a)为与平面发光区域(101a)基本相同的大小及形状；四角锥棱镜(104)的斜面(105a)、(105b)将从底面(104a)入射到四角锥棱镜(104)的光中由斜面(105a)、(105b)折射的光向特定方向射出，由斜面(105a)、(105b)反射的光导入到底面(104a)的方向；反射金属电极(106)将由斜面(105a)、(105b)反射的透射上述底面(104a)和上述面发光部(101)的光再次反射到四角锥棱镜(104)方向。
文档编号H04N9/31GK1605932SQ200410080728
公开日2005年4月13日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者米漥政敏 申请人:精工爱普生株式会社