JP2008026853A - 光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することによって、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させることなく、また、光源からの光線放射角度を小さくすることなく、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明することができる光源装置を提供する。
【解決手段】
裏面側に反射膜が配置された固体発光素子１と、互いに平行に対向し固体発光素子１の表面部に垂直に配置された第１及び第２の反射面２，３と、第１及び第２の反射面２，３に対して垂直となされ固体発光素子１の表面部に対向し傾斜して配置された第３の反射面４とを備える。固体発光素子１の反射膜及び第１乃至第３の反射面２，３，４は、固体発光素子１の発光面の面積よりも小面積の射出開口５を有する閉じた多面体を構成している。固体発光素子１より発せられた光は、射出開口５より外方に射出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば画像表示装置等において空間光変調素子を照明する光源装置及びこのような光源装置を有して構成される画像表示装置に関する。

従来、空間光変調素子を備え、この空間光変調素子を光源装置により照明し、空間光変調素子を経た変調光を結像させて画像表示を行う画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置においては、空間光変調素子は、表示画像を表示し、この画像に応じて照明光を変調させる。空間光変調素子により変調された変調光は、結像光学系によって結像され、例えば、スクリーン上などに画像を表示する。

このような画像表示装置の光源装置として、光源として、特許文献１に記載されているような固体発光素子を用いたものが提案されている。固体発光素子とは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）、電界発光素子（ＥＬ）などである。

また、このような画像表示装置の光源装置としては、空間光変調素子を均一に照明するため、図１５及び図１６に示すように、インテグレータ光学系を有するものが使用されている。このインテグレータ光学系は、光源からの照明光の輝度分布を均一化するものである。

図１５に示すフライアイレンズインテグレータ光学系においては、照明光を複数の小レンズが配列されたフライアイレンズ１０１，１０２を通すことによって、空間光変調素子１０３を照明する照明光の輝度分布が均一化される。

また、図１６に示すロッドインテグレータ光学系においては、照明光を角柱状のロッド１０４内を通すことによって、このロッド１０４内における内面反射が繰り返され、照明光の輝度分布が均一化される。すなわち、このロッドインテグレータ光学系においては、ロッド１０４の一端面（入射端面）に光源像を結像させ、あるいは、光源１０５を密着させ、光源１０５からの光をロッド１０４内を内面反射（全反射）させながら伝播させ、ロッド１０４の他端面（射出端面）より射出させる。ロッド１０４の射出端面を被照明物体となる空間光変調素子１０３上に結像させることにより、照明分布が均一な良好な照明光が得られる。

特開平７−６６４５５公報

前述のような画像表示装置においては、空間光変調素子をより高輝度に照明することによって、高輝度の画像表示が行えるようにすることが要望されており、光源の高出力化が図られている。しかし、光源を高出力化すると、消費電力の増大、発熱量の増大、装置構成の大型化が招来されるため、光源を高出力化することなく、光源からの光の利用効率を向上させることによって、空間光変調素子を高輝度に照明することが望まれている。

ところで、光学理論として、光学面（例えば、レンズ）を介した２つの領域の間には、常に以下の関係が成り立つという「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が知られている。
Ｎｕｙ＝Ｎ´ｕ´ｙ´（∵Ｎ、Ｎ´は屈折率、ｕ、ｕ´は光線角度、ｙ、ｙ´は像高である。）

また、この関係は、像高（物体高）ｙ、ｙ´を面積（Ｓ）として示し、光線角度ｕ、ｕ´を立体角（θ）で示すと、エテンデュー（E´tendue）として捉えることができ、光学面を介した２つの領域でエテンデューが不変であると換言することができる。エテンデューＥは、以下の式によって表される。
Ｅ＝πＳsin^２θ

この関係は、複数の光学系でも不変であり、物体と像の関係でも成立する。したがって、この関係は、照明光源と被照明物体（空間光変調素子）の間にも成立し、前述のような光源装置においても成立する。

例えば、図１６に示した角柱状のロッド１０４を用いたロッドインテグレータ光学系においては、ロッド１０４の射出端面からの光線の放射角度は、光源１０５からの光線放射角度と同一であり、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立している。また、ロッド１０４の射出端面を結像させる光学系においても「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が満足されるので、照明光学系全体として、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立する。

ここで、照明光学系の仕様（像高ｙ´と光線角度ｕ´）が、光源の仕様（物体高ｙと放射角度ｕ）に比べて十分に大きく、以下の関係が成立するときには、光源から発せられた光線のほぼ全てを、照明光学系に取り込むことが可能となることを意味する。
Ｎｕｙ＜Ｎ´ｕ´ｙ´

なお、フライアイインテグレータ光学系においても、同様に「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立する。

このように、光源装置における光源からの光の利用効率は、光源における発光面積と光線放射角度との関数であるエテンデューで決まってしまう。つまり、有限の大きさを持つ面光源からの光の利用効率は、光源の発光面積と放射角度とによって一義的に決まってしまうことになる。

したがって、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明するためには、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させるか、または、光源からの光線放射角度を小さくすることが必要であることになる。これらの対策は、いずれも光源の性能向上を図るものであり、光源からの光の利用効率を向上させるものではない。

なお、光源からの光の利用効率を向上させようとした照明光学系として、図１７及び図１８に示すように、テーパー状のロッド、または、テーパー状のライトパイプを用いたインテグレータ光学系が提案されている。図１７に示すように、射出開口を光源１０５に比べて大きくしたテーパー状のライトパイプを用いたインテグレータ光学系においては、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立することにより、光線射出角度θ´が小さくなる。逆に、図１８に示すように、射出開口を光源１０５に比べて小さくしたテーパー状のライトパイプを用いたインテグレータ光学系においては、「ヘルムホルツ・ラグランジェの不変量」が成立することにより、光線射出角度θ´が大きくなる。これらのインテグレータ光学系において、エテンデューは変化していない。すなわち、これらのインテグレータ光学系においては、光源からの光の光利用効率は、向上していない。

また、光源としてＬＥＤを用いて、ＬＥＤからの光をライトパイプ内に導入し、ライトパイプ内において不要な偏光をＬＥＤに戻し、ＬＥＤによる戻り光（反射光）を位相差板によって９０deg旋光させるようにした光源装置が提案されている。この光源装置は、偏光変換に関する構成であり、偏光変換を行いつつ、光の利用効率の向上、すなわち、エテンデューの改善を図っている。しかし、偏光変換を行うことが前提となっているため、エテンデューを任意の値に改善することはできない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、光源からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することによって、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させることなく、また、光源からの光線放射角度を小さくすることなく、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明することができる光源装置を提供し、このような光源装置を用いた画像表示装置を提供することを目的とするものである。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、互いに平行に対向するとともに固体発光素子の表面部に対して略々垂直に配置された第１及び第２の反射面と、第１及び第２の反射面に対して略々垂直となされ固体発光素子の表面部に対向し該固体発光素子の表面部に対して傾斜されて配置された第３の反射面とを備え、固体発光素子の反射膜及び第１乃至第３の反射面は、第３の反射面の固体発光素子の表面部から離れた側の側縁部と第１及び第２の反射面の一側縁部と反射膜の一側縁部とにより形成される射出開口を有する閉じた多面体を構成しており、射出開口は、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、固体発光素子より発せられた光は、第１乃至第３の反射面及び反射膜のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面及び反射膜によって反射されずに、射出開口より外方に射出されることを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有する光源装置において、固体発光素子の反射膜及び第１乃至第３の反射面が構成する多面体内は、射出開口より射出された光が進行する外方の媒質の屈折率と同一、または、これより小さい屈折率を有する媒質によって満たされていることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する光源装置において、固体発光素子の発光面及び射出開口は、矩形であることを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有する光源装置において、第３の反射面は、曲面であることを特徴とするものである。

〔構成５〕
構成１乃至構成４のいずれか一を有する光源装置において、第３の反射面は、固体発光素子に対向する面が、射出開口側において固体発光素子に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、射出開口から遠い側において固体発光素子に向けて凸筒面となっていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る画像表示装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成６〕
構成１乃至構成５のいずれか一を有する光源装置と、光源装置から射出された光によって照明される空間光変調素子と、空間光変調素子を経た光が入射され、該空間光変調素子の像を結像させる結像光学系とを備えたことを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る光源装置においては、固体発光素子より発せられた光は、第１乃至第３の反射面及び反射膜のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面及び反射膜によって反射されずに、固体発光素子の発光面の面積よりも小面積の射出開口より外方に射出されるので、固体発光素子からの光を射出開口に集光させ、光の利用効率を向上させ、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。

また、この光源装置においては、光源の発光分布の均一化もなされるため、光源として、必ずしも大面積の固体発光素子を用いずとも、例えば、小面積の固体発光素子を配列させて光源として用いても、それら固体発光素子の境界面における発光分布を均一化することができる。

構成２を有する本発明に係る光源装置においては、固体発光素子の反射膜及び第１乃至第３の反射面が構成する多面体内は、射出開口より射出された光が進行する外方の媒質の屈折率と同一、または、これより小さい屈折率を有する媒質によって満たされているので、射出開口より射出された光がこの射出開口において反射されることによる効率低下が生じない。

構成３を有する本発明に係る光源装置においては、固体発光素子の発光面及び射出開口が矩形であるので、画像表示装置における空間光変調素子などの矩形の被照明物を高効率に照明することができる。

構成４を有する本発明に係る光源装置においては、第３の反射面が曲面であることにより、光の利用効率が向上し、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。

構成５を有する本発明に係る光源装置においては、第３の反射面は、固体発光素子に対向する面が、射出開口側において固体発光素子に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、射出開口から遠い側において固体発光素子に向けて凸筒面となっているので、光の利用効率が向上し、光源エテンデューに支配的であった照明光の輝度を向上させることができる。

構成６を有する本発明に係る画像表示装置においては、構成１乃至構成５のいずれか一を有する光源装置を有するので、この光源装置から射出された光によって空間光変調素子を高効率で照明することができ、高輝度の画像を表示することができる。

すなわち、本発明は、光源からの光の利用効率を向上させ、エテンデューを改善することによって、光源の単位面積当たりの発光光量を増加させることなく、また、光源からの光線放射角度を小さくすることなく、空間光変調素子などの被照明物をより高輝度で照明することができる光源装置を提供することができ、このような光源装置を用いた画像表示装置を提供することができるものである。

以下、本発明に係る光源装置及びこの光源装置を用いた画像表示装置の構成について詳細に説明する。

〔光源装置の第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。

この光源装置は、図１に示すように、面発光光源である固体発光素子１を有している。この固体発光素子１は、裏面側に反射膜１ａが配置され、表面側に発光層（発光面）１ｂを有して構成されている。このような固体発光素子１としては、いわゆる高輝度ＬＥＤを用いることができる。

図２は、本発明に係る光源装置における固体発光素子の構成を示す断面図である。

高輝度ＬＥＤにおいては、図２に示すように、発光層１ｂの裏面側に反射膜１ａが形成されている。発光層１ｂからは、表面側及び裏面側に光が射出される。発光層１ｂから表面側に射出された光は、そのまま高輝度ＬＥＤの表面側に射出される。発光層１ｂから裏面側に射出された光は、反射膜１ａによって反射され、発光層１ｂを透過して表面側へ射出される。また、外方からの発光層１ｂへの入射光は、発光層１ｂを透過し、裏面側の反射膜１ａで反射され、再び発光層１ｂを透過して表面側へ射出される。このようにして、高輝度ＬＥＤにおいては、従来のＬＥＤにおいて裏面側で光吸収により失われていた光が反射されて表面側に射出されるため、高輝度化が図られている。

なお、ＬＥＤの発光層１ｂは、この発光層１ｂが発している波長の光を透過させるので、この波長帯域のＬＥＤに対する入射光は、発光層１ｂを透過して、裏面側において反射膜１ａにより反射されることとなる。

なお、この固体発光素子１の発光層（発光面）１ｂは、例えば、２ｍｍ×６ｍｍの矩形状となっている。

このようなＬＥＤの発光層１ｂの材料は、赤色発光の場合、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓＰなど、緑色発光の場合、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰなど、青色発光の場合、ＩｎＧａＮなどである。これらＩｎＧａＮ系材料は、一般的には、サファイア基板１ｃ上にエピタキシャル成長によって形成される。そして、反射膜１ａは、例えば、レーザーリフトオフにより半導体をサファイア基板１ｃから剥離させ、Ｐ型半導体表面を平坦化して形成される。この反射膜１ａは、半導体裏面に直接スパッタ等で成膜することができる。なお、このＬＥＤは、シリコン基板１ｄ上に反射膜１ａを下側にして設置され、図示しないワイヤボンディングを介して給電される。

そして、この光源装置は、図１に示すように、互いに平行に対向するとともに、固体発光素子１の表面部に対して略々垂直に配置された第１及び第２の反射面２，３を有している。これら第１及び第２の反射面２，３は、基材表面に反射膜が形成されたミラーであり、反射膜としてＡｌ膜を用いた場合の反射率は９２％程度、反射膜としてＡｇ膜を用いた場合の反射率は９８％程度である。

また、この光源装置は、第１及び第２の反射面２，３に対して略々垂直となされ、固体発光素子１の表面部に対向し、この固体発光素子の表面部に対して傾斜されて配置された第３の反射面４を有している。この第３の反射面４は、第１及び第２の反射面２，３と同様に構成されたミラーである。

この光源装置においては、固体発光素子１の反射膜１ａ及び第１乃至第３の反射面２，３，４は、閉じた多面体を構成している。そして、この多面体は、第３の反射面４の固体発光素子１の表面部から離れた側の側縁部４ａと第１及び第２の反射面２，３の一側縁部２ａ，３ａと固体発光素子１の反射膜１ａの一側縁部１ｅとにより形成される矩形の射出開口５を有する。この射出開口５は、固体発光素子１の発光面１ｂの面積よりも小面積となっている。

図３は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。

図４は、本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における他の構成を示す断面図である。

この射出開口５は、図３に示すように、第３の反射面４に対して、略々垂直に形成されていることが好ましいが、図４に示すように、第３の反射面４に対して垂直となっていなくともよい。また、この実施の形態においては、固体発光素子１の発光面１ｂ及び射出開口５は、ともに矩形となっているが、そのように限定されるものではない。

なお、これら図３及び図４、並びに、後述の図６乃至図１２は、縦断面図であるため、第１及び第２の反射面２，３については、第２の反射面３のみが表され、第１の反射面２については、断面の手前側となるため、表されない。

この実施の形態においては、図１に示すように、射出開口５の縁部の一部となる固体発光素子１の反射膜１ａの一側縁部１ｅは、固体発光素子１の発光面１ｂの短辺部となっている。したがって、射出開口５においては、対向する２つの辺（固体発光素子１の反射膜１ａの一側縁部１ｅ及び第３の反射面４の側縁部４ａ）が、図１中矢印Ａで示すように、固体発光素子１の発光面の短辺部に等しい長さであり、図１中矢印Ｂで示す他の２つの辺（第１及び第２の反射面２，３の一側縁部２ａ，３ａ）の長さは、図１中矢印Ｃで示す固体発光素子１の発光面の長辺部より短くなっている。

この光源装置においては、固体発光素子１より発せられた光は、第１乃至第３の反射面２，３，４及び固体発光素子１の反射膜１ａのいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面２，３，４及び反射膜１ａによって反射されずに、射出開口５より外方に射出される。

固体発光素子１の反射膜１ａ及び第１乃至第３の反射面２，３，４が構成する多面体内は、射出開口５より射出された光が進行する外方の媒質（例えば、空気）の屈折率と同一の屈折率を有する媒質（例えば、空気）、または、これより小さい屈折率を有する媒質によって満たされていることが好ましい。

ところで、従来のロッドインテグレータを用いた光源装置において、照明光の射出開口の面積を光源の発光面積よりも小さくした場合には、光線がロッド内を伝播するに伴って、界面での光線反射角度が小さくなり、一部の光線は、界面での全反射臨界角より小さくなり、射出開口から射出できなくなる。これに対し、本発明に係る光源装置においては、固体発光素子１から発した光をできるだけ少ない反射回数で射出開口５から射出させるような形状となっており、また、射出開口５より射出できない光線は、固体発光素子１に戻り、固体発光素子１の反射膜１ａによって反射されるため、射出開口５より高効率で射出される。

図５は、本発明に係る光源装置におけるエテンデューと照明強度との関係を示すグラフである。

この光源装置におけるエテンデューの特性曲線（エテンデューカーブ）を示すと、図５中に実線Ｌ１で示すように、同図中一点鎖線で示す固体発光素子１単体における特性曲線Ｌ２よりも、同じエテンデューにおける射出光強度（相対輝度）が高くなっている。

エテンデューは、前述したように、Ｓπsin^２θ（∵Ｓは、発光面積、θは、光線放射角度）で示される。エテンデューの特性曲線は、エテンデュー（横軸）を所定の値に設定したとき、すなわち、発光面積Ｓ及び光線放射角度θを所定の値に設定したときに、得られる射出光強度（相対輝度）（縦軸）を示している。なお、発光面積Ｓは、光源装置においては、射出開口５の面積であり、固体発光素子１単体においては、発光面１ｂの面積である。

なお、図５中に点線で示す特性曲線Ｌ３は、比較例となる光源装置におけるエテンデューの特性曲線である。この比較例においては、第１及び第２の反射面２，３が互いに平行になっておらず、固体発光素子１の反射膜１ａの一側縁部１ｅと、第３の反射面４の側縁部４ａとが、異なる長さとなっている。この場合には、本発明に係る光源装置に比較して、固体発光素子１の反射膜１ａ及び第１乃至第３の反射面２，３，４が構成する多面体内における内部反射の回数が多くなり、各反射面の反射率に応じて、射出光量が低くなっている。すなわち、本発明に係る光源装置においては、第１及び第２の反射面２，３が互いに平行になっているため、光線が射出開口５から射出されるまでに反射膜１ａ及び各反射面２，３，４が構成する多面体内において反射される回数が少なく、また、反射光が固体発光素子１に戻りにくくなっており、高効率に光線を射出させることができる。

〔光源装置の第２の実施の形態〕
図６は、本発明に係る光源装置の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係る光源装置は、図６に示すように、第１乃至第３の反射面２，３，４を、固体発光素子１に対するワイヤボンディング６，６を避けて配置するようにしてもよい。すなわち、この光源装置においては、固体発光素子１がワイヤボンディング６，６を覆うパッケージ７に収納されており、各反射面２，３，４は、パッケージ７上に配置されている。すなわち、各反射面２，３，４は、ワイヤボンディング６，６がある場合には、これを避けて配置されているが、これら各反射面２，３，４とパッケージ７とにより、閉じた多面体が構成されている。

この場合においても、固体発光素子１より発せられた光は、第１乃至第３の反射面２，３，４及び固体発光素子１の反射膜１ａのいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面２，３，４及び反射膜１ａによって反射されずに、射出開口５より外方に射出される。

〔光源装置の第３の実施の形態〕
図７は、本発明に係る光源装置の第３の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係る光源装置は、図７に示すように、固体発光素子１と各反射面２，３，４との間に、ライトパイプ８ａを介在させて構成してもよい。このライトパイプ８ａは、断面が矩形の中空の管状の部材であって、４面の内壁面が全て反射面となっているものである。

各反射面２，３，４は、ライトパイプ８ａの端面上に配置され、これら各反射面２，３，４、反射膜１ａ及びライトパイプ８ａにより、閉じた多面体が構成されている。このライトパイプ８ａを介在させることにより、第３の反射面４と固体発光素子１に対するワイヤボンディングがある場合には、それとの干渉を防ぐことができる。

この場合においても、固体発光素子１より発せられた光は、第１乃至第３の反射面２，３，４、固体発光素子１の反射膜１ａ及びライトパイプ８ａの内壁面のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面２，３，４、反射膜１ａ及びライトパイプ８ａの内壁面によって反射されずに、射出開口５より外方に射出される。

〔光源装置の第４の実施の形態〕
図８は、本発明に係る光源装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係る光源装置は、図８に示すように、固体発光素子１と各反射面２，３，４との間に介在させたライトパイプ８ａ内に透明部材９を配置して構成してもよい。この透明部材９は、例えば、透明な平行平板である。この透明部材９を配置することにより、第３の反射面４と固体発光素子１に対するワイヤボンディングがある場合には、それとの干渉を防ぐことができる。

各反射面２，３，４は、透明部材９上に配置され、これら各反射面２，３，４、反射膜１ａ及び透明部材９の内面により、閉じた多面体が構成されている。

この場合においても、固体発光素子１より発せられた光は、第１乃至第３の反射面２，３，４、固体発光素子１の反射膜１ａ及び透明部材９の内面のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面２，３，４、反射膜１ａ及び透明部材９の内面によって反射されずに、射出開口５より外方に射出される。

〔光源装置の第５の実施の形態〕
図９は、本発明に係る光源装置の第５の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係る光源装置は、図９に示すように、射出開口５から延長させて、ライトパイプ８ｂ、または、ロッドインテグレータを設けて構成してもよい。このライトパイプ８ｂは、断面が矩形の中空の管状の部材であって、４面の内壁面が全て反射面となっているものである。各反射面２，３，４、反射膜１ａ及びライトパイプ８ｂは、閉じた多面体を構成している。

この場合においても、固体発光素子１より発せられた光は、第１乃至第３の反射面２，３，４、固体発光素子１の反射膜１ａ及びライトパイプ８ｂの内壁面のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面２，３，４、反射膜１ａ及びライトパイプ８ｂの内壁面によって反射されずに、ライトパイプ８ｂの端面より外方に射出される。

図１０は、本発明に係る光源装置の第５の実施の形態における他の構成を示す断面図である。

図１１は、本発明に係る光源装置の第５の実施の形態におけるさらに他の構成を示す断面図である。

さらに、この光源装置は、図１０及び図１１に示すように、射出開口５に延長させて設けるライトパイプ８ｂを、テーパ状のものとしてもよい。図１０及び図１１には、光線の進行方向について徐々に拡径するライトパイプ８ｂを設けているが、光線の進行方向について徐々に縮径するライトパイプを設けてもよい。

なお、このようなライトパイプ８ｂから射出された光は、フィールドレンズ１１，１２を介して、被照明物となる、例えば、空間光変調素子１３を照明する。

〔光源装置の第６の実施の形態〕
図１２は、本発明に係る光源装置の第６の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係る光源装置は、図１２に示すように、第３の反射面４を、曲面、例えば、固体発光素子１側が凹である曲面として構成してもよい。この場合において、この第３の反射面４がなす曲面は、この反射面４の射出開口５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている円筒面等の曲面であってもよく、または、球面や放物面等であってもよいし、また、さらに高次の曲面であってもよい。この場合においても、各反射面２，３，４及び反射膜１ａは、閉じた多面体を構成している。

この場合においても、固体発光素子１より発せられた光は、第１乃至第３の反射面２，３，４及び固体発光素子１の反射膜１ａのいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面２，３，４及び反射膜１ａによって反射されずに、ライトパイプ８ｂの端面より外方に射出される。

また、このように第３の反射面４を曲面とした場合において、前述したような、固体発光素子１と各反射面２，３，４との間に介在するライトパイプ８ａや、射出開口５から延長されるライトパイプ８ｂを設けてもよい。

〔光源装置の第７の実施の形態〕
図１３は、本発明に係る光源装置の第７の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係る光源装置は、第３の反射面４の形状を光の利用効率が最大となるように最適化して、構成することができる。この場合における第３の反射面４の形状は、図１３に示すように、固体発光素子１に対向する面が、射出開口５側において固体発光素子１に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、射出開口５から遠い側において固体発光素子１に向けて凸筒面となっている。この第３の反射面４がなす曲面は、この反射面４の射出開口５の一部をなす側縁部４ａに平行な方向について直線状となっている筒面等の曲面となっている。

射出開口５の面積が固体発光素子１の面積の２５％であって、固体発光素子１の反射膜１ａの反射率が６０％である場合においては、最適化された第３の反射面４の形状は、以下の式で示される形状となる。
Ｙ＝Ｂ*sin^１．２５（Ｘπ／４Ｃ）

ここで、Ｂは射出開口５の固体発光素子１からの高さ（図１３中矢印Ｂで示す２つの辺（第１及び第２の反射面２，３の一側縁部２ａ，３ａ）の長さ）を示し、Ｃは図１３中矢印Ｃで示す固体発光素子１の発光面の長辺部の長さを示し、Ｘは固体発光素子１の射出開口５から遠い側の辺からの距離を示し、Ｙは距離Ｘにおける固体発光素子１から第３の反射面４までの高さを示している。

この曲線における変曲点は、第３の反射面４の中心部（Ｘ＝（Ｃ／２）の位置）となっている。また、この曲線は、固体発光素子１の反射膜１ａの反射率が高くなるにつれて、直線に近い形状となる。

〔画像表示装置の実施の形態〕
図１４は、本発明に係る画像表示装置３０の実施の形態における構成を示す平面図である。

本発明に係る画像表示装置３０は、図１４に示すように、前述した本発明に係る光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、この光源装置から射出された光によって照明される空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、これら空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを経た光が入射され、該空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの像を結像させる結像光学系１３とを備えて構成される。この画像表示装置３０は、各空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをこれら空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応された光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにより照明し、各空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを経た変調光を色合成して結像させ、カラー画像の表示を行う画像表示装置である。

各空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分をそれぞれ表示し、これら画像に応じて照明光を偏光変調させる。この実施の形態においては、各空間光変調素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、反射型のものであり、入射された照明光を偏光変調して反射する。

各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、前述したように、固体発光素子と第１乃至第３の反射面とを有して構成され、出射開口に延長してロッドインテグレータ８ｂが設けられて構成されている。各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおいて、固体発光素子は、ヒートシンク２０上に設けられている。

各光源装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、赤色成分の画像の表示する空間光変調素子１０Ｒを赤色の照明光で照明し、緑色成分の画像の表示する空間光変調素子１０Ｇを緑色の照明光で照明し、青色成分の画像の表示する空間光変調素子１０Ｂを青色の照明光で照明する。

赤色用の光源装置１１Ｒから発せられた照明光は、リレーレンズ１２Ｒ、フィールドレンズ１３Ｒ及びワイヤグリッド１４Ｒを経て、赤色用の反射型空間光変調素子１０Ｒに入射される。赤色の照明光は、反射型空間光変調素子１０Ｒによって赤色成分の画像信号に応じて偏光変調されて反射され、ワイヤグリッド１４Ｒにより反射され、赤色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。

また、青色用の固体発光素子１１Ｂから発せられた照明光は、リレーレンズ１２Ｂ、フィールドレンズ１３Ｂ及びワイヤグリッド１４Ｂを経て、青色用の反射型空間光変調素子１０Ｂに入射される。青色の照明光は、反射型空間光変調素子１０Ｂによって青色成分の画像信号に応じて偏光変調されて反射され、ワイヤグリッド１４Ｂにより反射され、青色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。

そして、緑色用の固体発光素子１１Ｇから発せられた照明光は、リレーレンズ１２Ｇ、フィールドレンズ１３Ｇ及びワイヤグリッド１４Ｇを経て、緑色用の反射型空間光変調素子１０Ｇに入射される。緑色の照明光は、反射型空間光変調素子１０Ｇによって緑色成分の画像信号に応じて偏光変調されて反射され、ワイヤグリッド１４Ｇにより反射され、緑色の画像光として、色合成プリズム１５に入射される。

色合成プリズム１５に入射された赤色、緑色及び青色の画像光は、色合成されて、結像光学系となる投射レンズ１６に入射される。この投射レンズ１６は、各色の画像光を図示しないスクリーン上に投射し、拡大して結像させて、画像表示を行う。

本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。 本発明に係る光源装置における固体発光素子の構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第１の実施の形態における他の構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置におけるエテンデューと照明強度との関係を示すグラフである。 本発明に係る光源装置の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第３の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第５の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第５の実施の形態における他の構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第５の実施の形態におけるさらに他の構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第６の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第７の実施の形態における構成を示す断面図である。 本発明に係る画像表示装置の実施の形態における構成を示す平面図である。 従来の光源装置（フライアイインテグレータ）の構成を示す側面図である。 従来の光源装置（ロッドインテグレータ）の構成を示す側面図である。 従来の光源装置（拡大テーパ状ライトパイプ）の構成を示す側面図である。 従来の光源装置（縮小テーパ状ライトパイプ）の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 固体発光素子
１ａ 反射膜の一側縁部
２ 第１の反射面
２ａ 第１の反射面の一側縁部
３ 第２の反射面
３ａ 第２の反射面の一側縁部
４ 第３の反射面
４ａ 第３の反射面の側縁部
５ 射出開口
１０Ｒ 空間光変調素子
１０Ｇ 空間光変調素子
１０Ｂ 空間光変調素子
１１Ｒ 光源装置
１１Ｇ 光源装置
１１Ｂ 光源装置
１６Ｂ 投射レンズ
３０ 画像表示装置

Claims (6)

1. 裏面側に反射膜が配置され表面側に発光面を有する面発光光源である固体発光素子と、
   互いに平行に対向するとともに、前記固体発光素子の表面部に対して略々垂直に配置された第１及び第２の反射面と、
   前記第１及び第２の反射面に対して略々垂直となされ、前記固体発光素子の表面部に対向し、該固体発光素子の表面部に対して傾斜されて配置された第３の反射面と
   を備え、
   前記固体発光素子の反射膜及び前記第１乃至第３の反射面は、前記第３の反射面の前記固体発光素子の表面部から離れた側の側縁部と前記第１及び第２の反射面の一側縁部と前記反射膜の一側縁部とにより形成される射出開口を有する閉じた多面体を構成しており、
   前記射出開口は、前記固体発光素子の発光面の面積よりも小面積となっており、
   前記固体発光素子より発せられた光は、前記第１乃至第３の反射面及び前記反射膜のいずれかによって反射された後、あるいは、これら第１乃至第３の反射面及び反射膜によって反射されずに、前記射出開口より外方に射出される
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記固体発光素子の反射膜及び前記第１乃至第３の反射面が構成する多面体内は、前記射出開口より射出された光が進行する外方の媒質の屈折率と同一、または、これより小さい屈折率を有する媒質によって満たされている
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記固体発光素子の発光面及び前記射出開口は、矩形である
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の光源装置。
4. 前記第３の反射面は、曲面である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光源装置。
5. 前記第３の反射面は、前記固体発光素子に対向する面が、射出開口側において、前記固体発光素子に向けて凹筒面となっており、中央部に変曲点を有し、射出開口から遠い側において、前記固体発光素子に向けて凸筒面となっている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の光源装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光によって照明される空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子を経た光が入射され、該空間光変調素子の像を結像させる結像光学系と
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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