專利名稱：光源裝置與投影儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種備有考慮了光源的配光特性的照明用光學系統(tǒng)的光源裝置，以及使用該光源裝置的投影儀。
背景技術：
作為將附帶有圖像等信息的光投影到屏幕上，并在屏幕上顯示圖像的投影儀，公知的有作為使用DMD(數(shù)字微型反射鏡裝置)方式的投影儀即DLP(數(shù)字光處理)，與使用液晶面板的液晶投影儀等。
DLP或液晶投影儀中，最好照射均勻且明亮的光，因此希望從光源所出射的光高亮度且強度分布均勻。因此以前一般使用超高壓水銀燈。
但是，超高壓水銀燈需要大型且重的驅動電路，因此成為投影儀的小型化·輕量化的障礙。另外，超高壓水銀燈由于起動需要花費時間，因此很難立刻點亮，并且存在壽命較短這一問題。
因此，最近將超高壓水銀燈替換成發(fā)光二極管(以下稱作LED)芯片作為光源使用的投影儀正在普及。由于LED既小又輕，因此能夠使得投影儀既小又輕，進而，通過近年來的開發(fā)，提高了發(fā)光亮度，實現(xiàn)了長壽命與低消耗功率，因此非常適于作為光源。
但是，從LED芯片所出射的出射光在大范圍內擴散。因此為了高效聚焦擴散的LED的光而提出了各種各樣的方法，例如專利文獻1或3中所述的光源裝置中為了將LED芯片的出射光聚焦于一點，將LED芯片分別附加傾斜地固定起來；或者例如專利文獻2或3中所述的光源裝置，通過聚焦透鏡來聚焦LED芯片的出射光等。
專利文獻1特開2005-128236號公報專利文獻2特開2005-128234號公報專利文獻3特開2004-111357號公報但是，LED芯片中由于芯片材料的折射率等較高，因此在所發(fā)出的光從LED芯片向外部出射時，以比全反射角淺的角度到達芯片表面的光，被表面所全反射，因此不會從芯片出射到外部。因此，采用在芯片中設置斜面而防止全反射的方法。但是，通過在芯片中設置斜面，雖然光出射到了外部，但出射到外部的光的配光特性與發(fā)光時的配光特性有較大的變化。進而，芯片材料或最適的芯片形狀因發(fā)光色而不同，因此發(fā)光色的不同也會導致配光特性大大不同。配光特性的變化在為了直視出射光的而使用的情況下，并不是問題，但在用作照明光源的情況下，有可能導致光利用效率的降低。專利文獻1～3中所述的光源裝置中，由于沒有設置考慮了因發(fā)光色而變化的配光特性的照明用光學單元，因此沒有充分提高光利用效率。另外，配光特性是表示從光源所出射的光在空間中怎樣進行分布的光強度分布。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種考慮了因芯片形狀或發(fā)光色而變化的配光特性，能夠提高光利用效率的光源裝置以及投影儀。
本發(fā)明的光源裝置，是一種具有發(fā)出紅色、綠色、藍色的每種的各個固體發(fā)光元件以及分別設置在上述固體發(fā)光元件中的對所出射的光進行配光的配光部件的光源裝置，其特征在于，上述配光部件中的至少1個，具有與其他配光部件不同的構成，并對應于所對應的上述固體發(fā)光元件的配光特性而構成。
另外，特征在于，上述配光部件中的至少1個，具有適當組合反射板、折射透鏡、衍射光柵而成的結構。
本發(fā)明的投影儀的特征在于，具有上述光源裝置、對應于投射圖像對來自該光源裝置的光進行調制的光調制機構、以及投射該光調制機構所調制的光的投射光學系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的光源裝置，通過分別設置在分別發(fā)紅色光、綠色光、藍色光的固體發(fā)光元件中的配光部件，能夠對從固體發(fā)光元件在大范圍內所出射的光進行配光，同時至少1個與其他配光部件的構成不同，并對應于固體發(fā)光元件的因發(fā)光色或形狀而變化的配光特性而構成配光部件，因此能夠對固體發(fā)光元件分別提高光的利用效率。
另外，通過讓配光部件通過反射板、折射透鏡、衍射光柵適當組合而成，能夠對從固體發(fā)光元件在大范圍內所出射的光進行配光，并對所配光的光進行聚焦，統(tǒng)一出射方向，因此能夠提高光的利用效率。
另外，通過將上述光源裝置組織到具有光調制機構或投射光學系統(tǒng)等的投影儀中，能夠提高投影儀的光的利用效率，大幅提高投射圖像的光量。


圖1為表示DLP的概略的構成的說明圖。
圖2為表示R光、G光、B光的發(fā)光時序的說明圖。
圖3為表示R光LED芯片的配光特性的說明圖。
圖4為表示R光LED芯片中所設置的R光用光學系統(tǒng)之一例的說明圖。
圖5為表示G光LED芯片的配光特性的說明圖。
圖6為表示G光LED芯片中所設置的G光用光學系統(tǒng)之一例的剖面圖。
圖7為表示B光LED芯片的配光特性的說明圖。
圖8為表示B光LED芯片中所設置的B光用光學系統(tǒng)之一例的剖面圖。
圖9為表示將LED芯片傾斜固定起來并聚焦在柱狀積分儀中的DLP之一例的說明圖。
圖10為表示LED芯片與二向棱鏡之間設有LCD的液晶投影儀的一例的說明圖。
圖中10-DLP，11-R光LED芯片，12-G光LED芯片，13-B光LED芯片，14-R光用光學系統(tǒng)，15-G光用光學系統(tǒng)，16-B光用光學系統(tǒng)，16a-反射器，16b-衍射光柵，17-十字分色棱鏡，19-柱狀積分儀，21-DMD，22-投射透鏡，23-R光主出射光軸，24-G光主出射光軸，25-B光主出射光軸，26-DLP，27-R光LED芯片，28-G光LED芯片，29-B光LED芯片，30-柱狀積分儀，31-液晶投影儀，32-R光LED芯片，33-G光LED芯片，34-B光LED芯片，35-十字分色棱鏡，36-LCD。
具體實施例方式
如圖1所示，DLP10設有分別發(fā)R光(紅色)、G光(綠色)、B光(藍色)的R光LED芯片11(固體發(fā)光元件)、G光LED芯片12(固體發(fā)光元件)、B光LED芯片13(固體發(fā)光元件)；分別設置在R光LED芯片11、G光LED芯片12、以及B光LED芯片13中的R光用光學系統(tǒng)14(配光部件)、G光用光學系統(tǒng)15(配光部件)、B光用光學系統(tǒng)16(配光部件)、十字分色棱鏡(クロスダイクロプリズム)17、聚焦透鏡18、柱狀積分儀19、中繼透鏡20、DMD21(光調制機構)、以及投射透鏡22(投射光學系統(tǒng))。
從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，通過R光用光學系統(tǒng)14、G光用光學系統(tǒng)15、以及B光用光學系統(tǒng)16，所有的出射光均入射到十字分色棱鏡17中。十字分色棱鏡17由過4個直角棱鏡組合而成，具有反射R光的R光反射面17a，與反射B光的B光反射面17b兩種分色面。將直角棱鏡設置為使得R光反射面17a與B光反射面17b互相垂直。
從十字分色棱鏡17所出射的光，入射到聚光透鏡18中，由聚光透鏡18聚光到柱狀積分儀19的入射面19a上。入射到柱狀積分儀19中的光，在其內部反覆進行全反射從而重疊起來。由此從出射面19b所出射的光，其強度分布被均一化。從柱狀積分儀19所出射的光入射到中繼透鏡20中，被中繼到DMD21中。DMD21由DMD控制部21a所驅動。DMD21，在受光面中對應像素的多個反射鏡元件排列成矩陣狀。各個反射鏡元件由DMD控制部21a變換其角度，通過這樣來變化所入射的光的反射方向。在對像素較亮地顯示的情況下，將反射鏡器件變位到ON位置，將所入射的光作為圖像光反射到投射透鏡22中。投射透鏡22將DMD21所反射的圖像光放大顯示在屏幕(未圖示)中。通過這樣，在屏幕上顯示圖像信息。
另外，圖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的發(fā)光時序圖。發(fā)光時序圖中，橫軸定義為時間，縱軸定義為所發(fā)光的光量。R光、G光、B光不會同時有兩個以上進行發(fā)光，在B光熄滅的同時點亮G光，在G光熄滅的同時點亮R光，在R光熄滅的同時點亮B光，像這樣面順次進行發(fā)光。另外，如果不同時有兩個以上點亮，就能夠變更發(fā)光時間、顏色順序、光量。
接下來，圖3中示出了R光LED芯片11的配光特性。另外，配光特性中，將R光LED芯片11的R光主出射光軸23方向定義為90°，將R光LED芯片11的右向定義為0°，左向定義為180°。從R光LED芯片11所出射的R光，具有在90°方向強度最強，從90°方向到其周邊強度隨之逐漸減弱的特性(圖中粗線所包圍的部分示出了所出射的R光的強度分布)。因此，R光LED芯片11所出射的R光在中心部較亮，向著周邊逐漸變暗。因此，如圖4所示，R光LED芯片11的R光主出射光軸23方向中設有R光用光學系統(tǒng)14。
R光用光學系統(tǒng)14由折射透鏡構成，對所入射的R光進行折射，折射為使得在大范圍內中所出射的R光平行于R光主出射光軸23，由此加強了較暗的部分的R光的強度。這樣，能夠得到較亮的部分的R光和均勻亮度的R光。
同樣，圖5中示出了G光LED芯片12的配光特性。從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(圖中粗線所包圍的部分示出了所出射的G光的強度分布)。出射向后方的G光并不入射到圖1中所示的十字分色棱鏡17中，而是泄漏到外部，從而光的利用效率降低。因此如圖6所示，設置包圍G光LED芯片12的G光用光學系統(tǒng)15。G光用光學系統(tǒng)15通過形成在拋物面上的反射器(反射板)構成，將包括出射到后方的G光的大范圍中所出射的G光，反射成平行于G光主出射光軸24。通過這樣能夠提高G光的光利用效率。
另外，圖7中示出了對于B光LED芯片13的配光特性。另外，從B光LED芯片13所出射的B光，具有在30°、90°、150°方向強度最強，從30°、90°、150°方向向其周邊強度隨之逐漸減弱的特性(圖中粗線所包圍的部分示出了光強度分布)。這種情況下，出射到30°、150°方向的B光，有可能不入射到圖1中所示的十字分色棱鏡17中，而泄漏到外部，導致光的利用效率降低。因此如圖8所示，設置B光用光學系統(tǒng)16。
B光用光學系統(tǒng)16，由設置成將B光LED芯片13包圍起來的拋物面狀的反射器16a，與設置在B光出射光軸方向上的衍射光柵16b構成，并使從B光LED芯片13在30°、150°方向上以較強的強度出射的B光，偏向到B光主出射光軸25方向。另外，由于B光LED芯片13，向側面或后方的B光較少，而朝向前方出射到大范圍內，因此通過衍射光柵16b能夠讓B光平行于B光主出射光軸25。
如上所述，通過設置分別與配光特性不同的R光LED芯片11、G光LED芯片12、B光LED芯片13相對應的R光用光學系統(tǒng)14、G光用光學系統(tǒng)15、B光用光學系統(tǒng)16，能夠讓在大范圍中輸出的光的一部分偏向1方向，同時還能夠實現(xiàn)光的強度分布的均一化，以及與各個主出射光軸23～25相統(tǒng)一。通過這樣，能夠大幅提高光的利用效率。
另外，上述實施方式中所列舉出的R光LED芯片11、G光LED芯片12、B光LED芯片13的配光特性僅僅是一例，本發(fā)明的光源裝置可以采用與所使用的LED芯片的配光特性相對應的光學系統(tǒng)。
本發(fā)明對使用上述實施例的分色棱鏡17的DLP進行了說明，但此外還可以適用于例如圖9中所示的DLP26所示將R光LED芯片27、G光LED芯片28、B光LED芯片29分別傾斜固定起來，聚焦在柱狀積分儀30的入射面30a中的情況；以及如圖10所示的液晶投影儀31所示在R光LED芯片32、G光LED芯片33、B光LED芯片34之間分布設置LCD36(光調制機構)的情況。另外，圖10所示的液晶投影儀31的情況下，由于通過LCD36來給R光、G光、B光添加圖像信息，因此R光LED芯片32、G光LED芯片33、以及B光LED芯片34的發(fā)光時序并不是面順次點亮，而是3色常時點亮的狀態(tài)的連續(xù)點亮。
權利要求
1.一種光源裝置，其特征在于，具有發(fā)出紅色、綠色、藍色的每種的各固體發(fā)光元件，以及分別設置在上述固體發(fā)光元件中并對所出射的光進行配光的配光部件，上述配光部件中的至少1個，具有與其他配光部件不同的結構，并與所對應的上述固體發(fā)光元件的配光特性相對應地構成。
2.如權利要求1所述的光源裝置，其特征在于上述配光部件中的至少1個，具有適當組合反射板、折射透鏡、衍射光柵的結構。
3.一種投影儀，其特征在于，具有權利要求1或2所述的光源裝置；對應于投射圖像對來自該光源裝置的光進行調制的光調制機構；以及對由該光調制機構所調制的光進行投射的投射光學系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于考慮到因芯片形狀或發(fā)光色而變化的配光特性，提高光利用效率。對分別出射紅色光(R光)、綠色光(G光)、藍色光(B)的R光LED芯片(11)、G光LED芯片(12)、B光LED芯片(13)，分別設有R光用光學系統(tǒng)(14)、G光用光學系統(tǒng)(15)、B光用光學系統(tǒng)(16)。R光用光學系統(tǒng)(14)、G光用光學系統(tǒng)(15)、B光用光學系統(tǒng)(16)通過適當組合反射板、折射透鏡、衍射光柵的結構而形成，設為使得在大范圍內擴散的R光、G光、B光的所有光，配光向十字分色棱鏡(17)。
文檔編號G02F1/01GK1979330SQ20061015315
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權日2005年12月6日
發(fā)明者稻本雅之 申請人:富士能株式會社