(57)【要約】【課題】光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターおよび電気光学装置を提供する。【解決手段】本発明のプロジェクター１は、光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂと、導光ロッド８と、マイクロレンズアレイ４と、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと、投射光学系６と、を備え、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、少なくとも一つの画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有し、導光ロッド８の入射端面の水平／垂直寸法比が、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの単位画素パターンの水平／垂直寸法比と一致し、かつ、導光ロッド８の射出端面の水平／垂直寸法比が、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの有効光変調領域の水平／垂直寸法比と一致している。【選択図】図１
2010276757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源と、
前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射側面と、前記反射側面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、
前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子により変調された光を被投射面上に投射する投射光学系と、
が備えられ、
前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、
前記導光体の前記入射端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平／垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平／垂直寸法比と一致していることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記画素の水平／垂直寸法比が１であり、前記単位画素パターンがｎ（ｎ：自然数）個の前記画素を含むとき、前記有効光変調領域の水平／垂直寸法比Ａが、√｛ｎ×（ｎ−１）｝＜Ａ≦√｛ｎ×（ｎ＋１）｝を満たすことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の中心に入射されることを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記単位画素パターンは、一つの前記画素が水平方向および垂直方向に２分割されたことにより全体として４分割された画素部を含み、
前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の角部に入射されることを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記角部に入射される光のうち、少なくとも一部の光が他の光とは異なる色の光であることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記光源が、前記導光体の前記入射端面上に配置されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記光源から射出された光が入射され、入射された光を偏光変換する偏光変換素子が備えられ、前記偏光変換素子によって偏光変換された光が前記導光体に入射されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記光源が、矩形状の射出端面を有する固体光源からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項９】
前記導光体の前記入射端面上での光源像のピッチをＰ１、前記光変調素子における前記単位画素パターンの水平／垂直ピッチをＰ２、前記レンズアレイのレンズピッチをＰＬ、前記光源と前記レンズアレイとの間の光学距離をＬ１、前記レンズアレイと前記光変調素子との間の光学距離をＬ２としたとき、以下の（１）式、（２）式をともに満足することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロジェクター。
ＰＬ＝（ｍ×Ｐ１×Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）  …（１）（ｍ：自然数）
Ｌ２／Ｌ１＝Ｐ２／Ｐ１                    …（２）
【請求項１０】
前記レンズアレイの集光側の開口数をＮＡ、前記画素開口部の水平方向および垂直方向の寸法をａ、前記光源からの光の波長をλとしたとき、以下の（３）式を満足することを特徴とする請求項９に記載のプロジェクター。
ａ≧λ／ＮＡ    …（３）
【請求項１１】
前記レンズアレイの結像点が前記光変調素子の前記画素開口部内に位置していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１２】
光を射出する光源と、
前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射側面と、前記反射側面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、
前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、
が備えられ、
前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、
前記導光体の前記入射端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平／垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平／垂直寸法比と一致していることを特徴とする電気光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターおよび電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
点光源アレイから射出される複数の光束をマイクロレンズアレイによって液晶パネルの画素開口部に合わせて集束させ、その集束光によって液晶パネルを照明する照明方式を利用した電気光学装置が知られている（例えば、下記の特許文献１，２参照）。この照明方式では点光源アレイから射出される光の大部分を表示に利用できるため、例えばプロジェクターや電気光学装置に応用すれば、光の利用効率が高く、明るい画像を表示することが可能な電気光学装置やプロジェクターを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３６２８７号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プロジェクターや電気光学装置に上記の照明方式を採用しようとすると、光源の構成について、以下のような問題がある。
点光源アレイは、発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）やレーザー等の発光素子をアレイ状に配置して構成するが、液晶パネルの複数の画素開口部に合わせて照明するためには、発光素子の数ができるだけ多い方が望ましい。また、液晶パネルを照明する光の照度分布を均一にするためには、各発光素子から射出される光の強度ができるだけ均一であることが望ましい。
ところが、現実的には、プロジェクター等の機器に利用できる程度の高い輝度、高い効率を有し、強度が均一な多数の発光素子を備えた点光源アレイの実現は極めて難しい。したがって、従来、この種の光源はアレイの形態ではなく、単一の発光素子でしか実現できず、十分な光量が得られなかった。
【０００５】
また、液晶パネル等の光変調素子の形状は一般的に矩形であるから、光の利用効率を高めるためには、光源から射出される光を均一な照度で矩形状に変換した後、液晶パネルを照明することが望ましい。ところが、上記の特許文献１，２の構成では、光源からの光を均一な照度で矩形状に変換するのが難しく、照度のむらが生じたり、光源からの光が液晶パネルの外部に漏れて無駄になったりする虞があった。また、光源からの光を矩形状に均一に変換する手段として、フライアイインテグレーターやロッドインテグレーターが従来からよく用いられるが、これらと点光源アレイを組み合わせて用いると、点光源アレイからの光がフライアイインテグレーターやロッドインテグレーターで乱される。その結果、その後段のマイクロレンズアレイで画素開口部に合わせて集光するのが難しくなるため、光の利用効率を高めることができない。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターおよび電気光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクターは、光を射出する光源と、前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射側面と、前記反射側面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により変調された光を被投射面上に投射する投射光学系と、が備えられ、前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、前記導光体の前記入射端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平／垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平／垂直寸法比と一致していることを特徴とする。
【０００８】
本発明のプロジェクターにおいては、光源からの光が導光体に入射され、導光体の反射側面で複数回反射すると、反射側面の外側に光源の虚像が繰り返し現れ、光源の実像とその周囲に位置する複数の虚像とからなるマトリクス状の光源像パターンが形成される。すなわち、光源を１個使用しただけでも、あたかも複数個の光源をマトリクス状に配列したかのような光源像パターンが形成される。このようにすれば、実際の光源を複数個配列させて高輝度で均一な光源アレイを形成するのが難しいとしても、１個の光源を用いて高輝度で均一な光源像パターンを形成することができる。
【０００９】
また、導光体の入射端面の水平／垂直寸法比が、光変調素子の単位画素パターンの水平／垂直寸法比と一致しているため、実像と虚像とで構成される上述の光源像パターンは、光変調素子の有効光変調領域内の画素のパターンと略相似形をなす。そして、各光源像（実像、虚像）からの光がレンズアレイによって光変調素子の画素開口部に集光されるため、光源からの光の大部分は画素開口部を通過し、有効な光束として画像の形成に寄与する。一方、導光体の射出端面の水平／垂直寸法比が、光変調素子の有効光変調領域の水平／垂直寸法比と一致しているため、有効光変調領域外への光の漏洩が最小限で済み、導光体から射出された光の略全てが画像の形成に寄与する。このようにして、本発明によれば、光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる。
【００１０】
本発明のプロジェクターにおいて、前記画素の水平／垂直寸法比が１であり、前記単位画素パターンがｎ（ｎ：自然数）個の前記画素を含むとき、前記有効光変調領域の水平／垂直寸法比Ａが、√｛ｎ×（ｎ−１）｝＜Ａ≦√｛ｎ×（ｎ＋１）｝を満たすことが望ましい。
本発明のプロジェクターにおいて、導光体の入射端面と射出端面とは同一の寸法にはならず、反射側面は入射端面および射出端面に対して垂直以外の角度で接し、導光体の形状がテーパー形状をなすのが通常である。そこで、光変調素子の有効光変調領域の水平／垂直寸法比Ａは装置固有の一定値であるから、上の不等式を満たすようにｎ、すなわち単位画素パターンに含まれる画素の個数を最適化することにより、導光体のテーパー角度が極力大きくならず、好ましい。導光体のテーパー角度が大きくなり過ぎると、光源像パターンの平面からの歪みが大きくなり、光量の損失が生じるからである。なお、不等式の意味については後述する。
【００１１】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の中心に入射される構成とすることができる。
この構成によれば、１個の画素を含む単位画素パターンを最も正確かつ容易に形成でき、光量の損失を最小限に抑えることができる。
【００１２】
もしくは、本発明のプロジェクターにおいて、前記単位画素パターンは、一つの前記画素が水平方向および垂直方向に２分割されたことにより全体として４分割された画素部を含み、前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の角部に入射される構成とすることができる。
この構成によれば、例えば光源からの光を入射端面の中心に入射させる場合と同じ光源を４分割して用いることができ、画像の均一性や光源の放熱性の面で有利である。
【００１３】
その場合、前記角部に入射される光のうち、少なくとも一部の光が他の光とは異なる色の光であっても良い。
この構成によれば、場合によっては１つの光変調素子のみでカラー画像を表示することができる。その場合、複数の光変調素子からの光を合成する光合成手段が不要となり、小型で低コストのプロジェクターを実現できる。
【００１４】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源が、前記導光体の前記入射端面上に配置された構成としても良い。
この構成によれば、光源からの光を導光体まで導くための他の導光体やレンズ等の光学部材が不要となり、小型で低コストのプロジェクターを実現できる。
【００１５】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源から射出された光が入射され、入射された光を偏光変換する偏光変換素子が備えられ、前記偏光変換素子によって偏光変換された光が前記導光体に入射される構成としても良い。
この構成によれば、光変調素子が例えば液晶ライトバルブのように一種類の偏光を用いるものである場合、光利用効率をより高められ、高効率、低消費電力のプロジェクターを実現できる。
【００１６】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源が、矩形状の射出端面を有する固体光源で構成されていても良い。
この光源の構成は、ランプ型の光源よりも本発明に適しており、光利用効率が高く、小型のプロジェクターを実現できる。
【００１７】
本発明のプロジェクターにおいて、前記導光体の前記入射端面上での光源像のピッチをＰ１、前記光変調素子における前記単位画素パターンの水平／垂直ピッチをＰ２、前記レンズアレイのレンズピッチをＰＬ、前記光源と前記レンズアレイとの間の光学距離をＬ１、前記レンズアレイと前記光変調素子との間の光学距離をＬ２としたとき、以下の（１）式、（２）式をともに満足することが望ましい。
ＰＬ＝（ｍ×Ｐ１×Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）  …（１）（ｍ：自然数）
Ｌ２／Ｌ１＝Ｐ２／Ｐ１                    …（２）
この構成によれば、光源から光変調素子に直接照射される光と、導光体の反射側面で反射して光変調素子に照射される光とが、レンズアレイの異なるレンズを通って同じ画素に重ねて集光される構成を実現できる。
【００１８】
さらに、前記レンズアレイの集光側の開口数をＮＡ、前記画素開口部の水平方向および垂直方向の寸法をａ、前記光源からの光の波長をλとしたとき、以下の（３）式を満足することが望ましい。
ａ≧λ／ＮＡ    …（３）
この構成によれば、レンズアレイによって集光され、結像された光源像の回折光による広がりが画素開口部の寸法よりも小さくなるので、光の利用効率をより高めることができる。
【００１９】
本発明のプロジェクターにおいて、前記レンズアレイの結像点が前記光変調素子の前記画素開口部内に位置していることが望ましい。
この構成によれば、光量の損失が最も少なく、光の利用効率をより高めることができる。
【００２０】
本発明の電気光学装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射面と、前記反射面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、が備えられ、前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、前記導光体の前記入射端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平／垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平／垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平／垂直寸法比と一致していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の電気光学装置によれば、上述した本発明のプロジェクターと同様、各光源像（実像、虚像）からの光の大部分が画像の形成に寄与するとともに、光変調素子の有効光変調領域の外部への光の漏洩が最小限で済む。これにより、光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られる電気光学装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】導光ロッドとマイクロレンズアレイの作用を説明するための図である。
【図３】液晶ライトバルブの画素パターンを示す平面図である。
【図４】光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。
【図５】光源像パターンを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。
【図７】光源像パターンを示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。
【図９】偏光ビームスプリッターの作用を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。
【図１１】光源像パターンを示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。
【図１３】光源像パターンを示す図である。
【図１４】本発明の第６実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図１５】光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。
【図１６】光源像パターンを示す図である。
【図１７】マイクロレンズアレイの作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。
本実施形態は、３組の液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、いわゆる３板式のプロジェクターの例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２は、本プロジェクターにおける導光ロッドとマイクロレンズアレイの作用を説明するための図である。図３は、本プロジェクターにおける液晶ライトバルブの画素パターンを示す平面図である。図４は、本プロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図５は、光源像パターンを示す図である。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素に応じて寸法の比率や縮尺を適宜変えることがある。
【００２４】
本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、３組の照明光学系２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、各照明光学系２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応した３組の液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ（光変調素子）と、各液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに対応して設けられたマイクロレンズアレイ４（レンズアレイ）と、クロスプリズム５と、投射光学系６と、を備えている。３組の照明光学系２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、それぞれ赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の各色光を射出するものである。
【００２５】
各照明光学系２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、各色光を射出するＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ（光源、固体光源）と、各ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからの色光を後段の光学系に向けて導光する導光ロッド８（導光体）と、を備えている。各液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、各照明光学系２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからマイクロレンズアレイ４を経て入射された各色光を変調するものである。マイクロレンズアレイ４は、照明光学系２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからの光を液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの画素開口部に集光させるものである。クロスプリズム５は、各液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂによって変調された３つの色光を合成するものである。投射光学系６は、クロスプリズム５によって合成された光をスクリーン９（被投射面）上に投射するものである。
【００２６】
本実施形態の液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネル（図示せず）の光入射側および光射出側にそれぞれ偏光板（図示せず）が配置されたものである。液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、図３に示すように、額縁部分となる周辺領域１１を除いて、複数の画素１２がマトリクス状に配列された有効光変調領域１３を有している。有効光変調領域１３が、実質的に表示に寄与する領域である。また、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、各画素１２に対応した画素開口部１４を有する格子状の遮光膜１５（ブラックマトリクス）を備えている。
【００２７】
各画素１２の形状は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法（ピッチ）はともに１２μｍである。画素開口部１４は各画素１２の中央に設けられている。画素開口部１４の形状は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法はともに９μｍである。したがって、画素開口率は、（９×９）／（１２×１２）≒０．５６となり、約５６％である。液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、水平画素数が１０２４、垂直画素数が７６８であり、いわゆるＸＧＡと呼ばれる解像度を有している。有効光変調領域１３の水平方向の寸法は約１２．３ｍｍ、垂直方向の寸法は約９．２ｍｍであり、水平／垂直寸法比（アスペクト比）は４：３である。
【００２８】
導光ロッド８は、屈折率１．５の透明なガラスで形成された中実の棒状部材である。導光ロッド８の入射端面８ａは、図４に示すように、水平方向の寸法が９．４ｍｍ、垂直方向の寸法が９．４ｍｍの正方形である。導光ロッド８の射出端面８ｂは、水平方向の寸法が１２．５ｍｍ、垂直方向の寸法が９．４ｍｍの長方形である。したがって、導光ロッド８は、水平方向のみが入射端面８ａ側から射出端面８ｂ側に向けて先広がりのテーパー形状となっており、垂直方向にはテーパー形状となっていない。また、導光ロッド８の入射端面８ａの形状は液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの画素１２の形状と相似であり、導光ロッド８の射出端面８ｂの形状は液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの有効光変調領域１３の形状と略相似である。ここで、導光ロッド８の射出端面８ｂが液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの有効光変調領域１３よりも若干大きいのは、端部での光漏れにより光量が減少して画面の明るさが不均一になるのを防ぐ目的で多少余裕を持たせるためである。そして、入射端面８ａと射出端面８ｂとに接する４つの側面は、内部を通る光を反射させる反射側面８ｃとなっている。
【００２９】
導光ロッド８の入射端面８ａの中央には、水平方向の寸法が７ｍｍ、垂直方向の寸法が７ｍｍの正方形状のＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂが１個配置されている。このＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、上述したように、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のうちのいずれかを射出するものである。ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、光射出側の面を導光ロッド８の入射端面８ａに対向させた姿勢で、光学接着剤等により導光ロッド８に固定されている。ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂから射出された光は、入射端面８ａから導光ロッド８の内部に入射された後、反射側面８ｃで複数回反射し、射出端面８ｂから導光ロッド８の外部に射出される。
【００３０】
このとき、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからの光が導光ロッド８の反射側面８ｃで多重反射を起こすと、図２に示すように、反射側面８ｃの外側にＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの虚像が形成される。図２では、１回の反射による虚像のみを図示したが、実際には様々な回数の反射による虚像が１回の反射による虚像の外側に繰り返し現れる。これを導光ロッド８の射出端面８ｂ側から見た図が図４であり、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの実像１７の周囲にＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの虚像１８がマトリクス状に複数配置されたパターン（以下、このパターンのことを光源像パターン１９と称する）が形成されたことになる。
【００３１】
このとき、導光ロッド８は水平方向のみがテーパー状になっているため、図５に示した光源像パターン１９は、実際には平面状に形成されるのではなく、図２にその一部を示したように、曲面状（折れ曲がった形状）に歪んで形成される。ところが、導光ロッド８の導光方向の寸法は、例えば数十ｍｍと実際には図２に示したイメージよりも長く、テーパー角度（入射端面８ａと反射側面８ｃとのなす角度から９０度を引いた値）は十分に小さい。したがって、光源像パターン１９が曲面状に歪んだとしても、その曲率は小さく、光源像パターン１９が曲面状に歪むことによる各光源像１７，１８の位置ズレはさほど問題とならない。ただし、光源像パターン１９の曲率が大きくならないように、テーパー角度は極力小さい方が望ましい。このため、本実施形態では、垂直方向をテーパー形状とせずに、水平方向のみをテーパー形状とした。しかしながら、垂直方向、水平方向のテーパー形状をどの程度に設定するかは設計上の各種要素を考慮して最適な値を用いれば良く、限定されるものではない。一例として、射出端面８ｂの面積を変えずに、入射端面の面積を例えば１０ｍｍ×１０ｍｍともう少し大きくし、垂直方向を先細りの逆テーパー形状としても良い。
【００３２】
本実施形態の場合、１個の画素１２を単位画素パターンと考え、この単位画素パターンの繰り返しで有効光変調領域１３が構成されていると考える。すると、導光ロッド８の入射端面８ａの水平／垂直寸法比（９．４：９．４＝１：１）が、単位画素パターンの水平／垂直寸法比（１２：１２＝１：１）と一致している。さらに、導光ロッド８の入射端面８ａの一辺の寸法に対するＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの一辺の寸法の比（７：９．４）は、単位画素パターン（画素１２）の一辺の寸法に対する画素開口部１４の一辺の寸法の比（９：１２）と略一致している。また、導光ロッド８の射出端面８ｂの水平／垂直寸法比（１２．５：９．４）が、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの有効光変調領域１３の水平／垂直寸法比（１２．３：９．２）と略一致している。
【００３３】
マイクロレンズアレイ４は、図１、図２に示すように、ガラス基板の表面にウェットエッチングにより多数の凹部が形成され、屈折率の高い樹脂が凹部内に充填されることにより作製されたものであり、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光入射側の基板に貼り付けられている。また、マイクロレンズアレイ４は、導光ロッド８の射出端面８ｂと接触するように配置されている。マイクロレンズアレイ４を構成する任意の一つのマイクロレンズは、光源像パターン１９を構成する各光源像１７，１８を各画素開口部１４内に縮小して結像し、光源像１７，１８と画素開口部１４とがちょうど重なるように、焦点距離と位置とが設定されている。そして、隣接するマイクロレンズは、図２に示すように、光源像パターン１９が有効光変調領域１３上でｎ画素分（本実施形態ではｎ＝１）ずれた位置に結像されるように、マイクロレンズ間のピッチが設定されている。このことにより、各画素開口部１４には各光源像（実像１７、虚像１８）からの光が重ね合わされて集光される。光源像パターン１９の歪み、マイクロレンズの収差、回折限界などの影響が微小であれば、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからの光の略全てが画素開口部１４を通過し、有効な光束として投射画像の形成に寄与する。
【００３４】
ここで、導光ロッド８の入射端面８ａ上での光源像１７，１８のピッチをＰ１、液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂにおける単位画素パターンの水平／垂直ピッチをＰ２、マイクロレンズアレイ４のレンズピッチをＰＬ、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとマイクロレンズアレイ４との間の光学距離をＬ１、マイクロレンズアレイ４と液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂとの間の光学距離をＬ２とすると、光源像１７，１８のピッチは入射端面８ａの一辺と等しいため、Ｐ１＝９．４ｍｍであり、単位画素パターンの水平／垂直ピッチは画素ピッチと等しいため、Ｐ２＝１２μｍである。また、マイクロレンズアレイ４のレンズピッチＰＬを水平方向、垂直方向ともに１１．９８μｍ、ＬＥＤ光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離Ｌ１を４０ｍｍ、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ（遮光膜の画素開口部）間の光学距離Ｌ２を５１μｍと設定すると、下記の（１）式、（２）式の条件をともに満足する。
【００３５】
ＰＬ＝（ｎ×Ｐ１×Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）  …（１）（ｎ：自然数）
Ｌ２／Ｌ１＝Ｐ２／Ｐ１                    …（２）
ただし、ここでの「ｎ」は、隣接するマイクロレンズにより光源像パターン１９がずれた位置に結像される際の画素数であり、上述の通り、本実施形態ではｎ＝１である。
【００３６】
（１）式、（２）式は、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂから液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに直接照射される光と、導光ロッド８の反射側面８ｃで反射して液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに照射される光とが、異なるマイクロレンズを通って同じ画素に重ねて集光されるための条件である。
なお、上ではＬＥＤ光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離Ｌ１を４０ｍｍと表したが、これは空気中での光学距離に換算した値であり、導光ロッド８の屈折率は１．５であるから、導光ロッド８の実際の長さは６０ｍｍである。同様に、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離Ｌ２＝５１μｍも、空気中での光学距離に換算した値であり、この間の実際の長さは７６．５ｍｍである。また、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離Ｌ２は、マイクロレンズの焦点距離と一致している。
【００３７】
さらに、マイクロレンズアレイ４の集光側の開口数ＮＡを０．１１７、画素開口部１４の水平方向および垂直方向の寸法ａを９μｍとし、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからの光の波長λを、例えばＧ光の場合で０．６３２μｍとしたとき、以下の（３）式を満足する。
ａ≧λ／ＮＡ    …（３）
（３）式のλ／ＮＡは、マイクロレンズアレイ４によって集光され、結像された光源像の回折光による広がりを示している。（３）式を満足する場合、光源像の広がりが画素開口部１４の寸法よりも小さくなるので、光の利用効率をより高めることができる。
【００３８】
一般に、ＬＥＤ光源は、面内の均一性が不十分で放射輝度分布を持っているため、そのまま使用すると、液晶ライトバルブ上で輝度分布や明るさムラが発生してしまう。その点、本実施形態のプロジェクター１においては、ＬＥＤ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからの光を導光ロッド８内に透過させることにより多重反射した光が重畳されるため、輝度分布が均一化される。そして、導光ロッド８の射出端面８ｂと液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの有効光変調領域１３とが略同一形状、略同一寸法であるため、有効光変調領域１３の外部への光の漏洩が最小限で済み、導光ロッド８から射出された光の略全てが画像の形成に寄与する。また、光源像パターン１９と画素パターンとが相似の関係にあり、各光源像（実像１７、虚像１８）からの光がマイクロレンズアレイ４によって液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの画素開口部１４に集光されて重畳される。これにより、光の大部分は画素開口部１４を通過でき、有効な光束として画像の形成に寄与する。このようにして、本実施形態によれば、ＬＥＤ光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる。
【００３９】
［第２実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図６、図７を参照しながら説明する。
本実施形態も３板式のプロジェクターの例である。プロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光ロッドの形状とＬＥＤ光源の配置が第１実施形態と異なっている。したがって、本実施形態ではプロジェクターの基本構成の説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
図６は、本実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図７は、光源像パターンを示す図である。
【００４０】
第１実施形態では１個の画素で一つの単位画素パターンを構成したのに対し、本実施形態では２個の画素で一つの単位画素パターンを構成している。本実施形態において、液晶ライトバルブの画素は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法（ピッチ）はともに１０μｍである。画素開口部は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法はともに８μｍである。したがって、画素開口率は約６４％である。液晶ライトバルブは、水平画素数が１９２０、垂直画素数が１０８０であり、いわゆるフルハイビジョンと呼ばれる解像度を有している。有効光変調領域の水平方向の寸法は約１９．２ｍｍ、垂直方向の寸法は約１０．８ｍｍであり、水平／垂直寸法比（アスペクト比）は１６：９である。
【００４１】
導光ロッド２１の入射端面２１ａは、図６に示すように、水平方向の寸法が２０ｍｍ、垂直方向の寸法が１０ｍｍの長方形である。導光ロッド２１の射出端面２１ｂは、水平方向の寸法が２０ｍｍ、垂直方向の寸法が１１．６ｍｍの長方形である。したがって、導光ロッド２１は、垂直方向のみが入射端面側から射出端面側に向けて先広がりのテーパー形状となっており、水平方向にはテーパー形状となっていない。導光ロッド２１の入射端面２１ａの形状は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形２個を水平方向に並べた形態の長方形であり、各正方形の中心に相当する部分に水平方向の寸法が８ｍｍ、垂直方向の寸法が８ｍｍの正方形状のＬＥＤ光源２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが２個配置されている。
【００４２】
本実施形態の場合、２個の画素を単位画素パターンと考え、この単位画素パターンの繰り返しで有効光変調領域が構成されていると考える。ここで、導光ロッド２１の入射端面２１ａの水平／垂直寸法比（２０：１０＝２：１）が、単位画素パターンの水平／垂直寸法比（２０：１０＝２：１）と一致している。さらに、導光ロッド２１の入射端面２１ａの垂直方向の寸法に対するＬＥＤ光源２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの垂直方向の寸法の比（８：１０）は、単位画素パターン（画素）の垂直方向の寸法に対する画素開口部の垂直方向の寸法の比（８：１０）と一致している。また、導光ロッド２１の射出端面２１ｂの水平／垂直寸法比（２０：１１．６）が、液晶ライトバルブの有効光変調領域の水平／垂直寸法比（１９．２：１０．８）と略一致している。
【００４３】
２つのＬＥＤ光源２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂからの光が導光ロッド２１の反射側面２１ｃで多重反射を起こすと、図７に示すように、２つのＬＥＤ光源の実像２３の周囲に２つのＬＥＤ光源の虚像２４がマトリクス状に繰り返し配置された光源像パターン２５が形成される。この光源像パターン２５は、第１実施形態で述べたように、導光ロッド２１がテーパー形状であるため、実際には曲面状に形成されるが、これを平面として近似すると、画素パターンと略相似形をなす。
【００４４】
本実施形態のように、液晶ライトバルブのアスペクト比が１６：９のようなワイド画面の場合、それに対応して導光ロッド２１の射出端面２１ｂが水平方向に長い長方形となるため、第１実施形態のように１個の画素を一つの単位画素パターンとすると、導光ロッドの水平方向のテーパー角度が大きくなり過ぎ、光源像パターンの曲率が大きくなる。すると、光源像パターンが曲面状に歪むことによる光源像の位置ズレが無視できなくなり、光量の損失を生じてしまう。したがって、光量の損失を極力生じさせないためには、２個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましいのである。
【００４５】
液晶ライトバルブのアスペクト比に応じて、１個の画素を一つの単位画素パターンとすべきか、２個の画素を一つの単位画素パターンとすべきかの判断は、例えば以下のように考えることができる。
すなわち、任意の縦横比を有する矩形が、縦横比１：１の正方形に近いのか、縦横比１：２の長方形に近いのかを判断するための境界（閾値）を求めればよい。その境界では、縦横比１：ｘと縦横比ｘ：２が等しくなるため、ｘ＝√２となる。よって、液晶ライトバルブのアスペクト比Ａが、Ａ≦√２を満たす場合には、形状が正方形に近いと判断し、１個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。一方、液晶ライトバルブのアスペクト比Ａが、√２＜Ａ≦√６を満たす場合には、形状が縦横比１：２の長方形に近いと判断し、２個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。液晶ライトバルブのアスペクト比Ａが√６を超えると、形状が縦横比１：３の長方形に近くなり、３個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。これを一般化すると、液晶ライトバルブのアスペクト比Ａが、√｛ｎ×（ｎ−１）｝＜Ａ≦√｛ｎ×（ｎ＋１）｝（ｎ：自然数）を満たすとき、ｎ個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。
【００４６】
本実施形態の場合、導光ロッド２１の入射端面２１ａ上での光源像のピッチＰ１は１０ｍｍ、単位画素パターンの水平／垂直ピッチＰ２は１０μｍ、マイクロレンズアレイのレンズピッチＰＬは水平方向、垂直方向ともに９．９９μｍ、ＬＥＤ光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離Ｌ１（空気中）は５０ｍｍ（導光ロッドの実長さは７５ｍｍ）であり、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離Ｌ２（空気中）およびマイクロレンズの焦点は５０μｍ（実長さは７５ｍｍ）であり、第１実施形態に記載した（１）式、（２）式をともに満足する。
【００４７】
本実施形態においても、ＬＥＤ光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８、図９を参照しながら説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様である。また、２個の画素を一つの単位画素パターンとする点は第２実施形態と同様であり、導光ロッドに対するＬＥＤ光源の配置が第２実施形態と異なっている。
したがって、本実施形態では、第２実施形態と異なるＬＥＤ光源の配置に関する部分のみを説明する。
図８は、本実施形態のプロジェクターにおけるＬＥＤ光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図７は、偏光ビームスプリッターの作用を説明するための図である。
【００４９】
本実施形態では、図８、図９に示すように、導光ロッド２７の入射端面２７ａに、偏光ビームスプリッター２８（Polarized Beam Splitter, 以下、ＰＢＳと略記する）（偏光変換素子）が設けられている。ＰＢＳ２８は、導光体２９と、導光体２９の内部に設けられた偏光分離面３０と、波長板３１と、反射面３２と、を有している。偏光分離面３０は、例えばＬＥＤ光源７Ｇからの光のうちのＳ波を反射させ、Ｐ波を透過させるものであり、導光体２９の導光方向に対して略４５度の角度に設置されている。そして、導光体２９の入射端面に、ＬＥＤ光源７Ｇが固定されており、導光体２９のＬＥＤ光源７Ｇが設けられた側と反対側の端部には、導光方向に対して略４５度の角度に反射面３２が設けられている。
【００５０】
本構成では、ＬＥＤ光源７Ｇから射出された光は、導光体２９の内部を通る際、ＬＥＤ光源７Ｇからの光のうちのＳ波が偏光分離面３０で反射して導光ロッド２７の入射端面２７ａに向かい、第２実施形態と同様、入射端面２７ａ上に光源像３３を形成して内部に入射される。一方、Ｐ波は偏光分離面３０を透過した後、波長板３１を透過することによりＳ波に偏光変換され、反射面３２で反射して導光ロッド２７の入射端面２７ａに向かい、入射端面２７ａ上に光源像３３を形成して内部に入射される。
【００５１】
本実施形態においても、ＬＥＤ光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。また本実施形態の場合、ＬＥＤ光源７Ｇから射出された光がＰＢＳ２８によって偏光変換され、一方の直線偏光（本実施形態ではＳ波）に揃った状態で導光ロッド２７を経て液晶ライトバルブ３Ｇに入射される。そのため、本構成は表示に一種類の偏光を用いる液晶ライトバルブに適しており、光利用効率をより高められ、より高効率で低消費電力のプロジェクターを実現できる。
【００５２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１０、図１１を参照しつつ説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光ロッドの形状とＬＥＤ光源の配置が第１実施形態と異なっている。したがって、本実施形態ではプロジェクターの基本構成の説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
図１０は、本実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図１１は、光源像パターンを示す図である。
【００５３】
第１実施形態では１個の画素で一つの単位画素パターンを構成し、第２実施形態では２個の画素で一つの単位画素パターンを構成したのに対し、本実施形態では水平方向２個×垂直方向２個、計４個の画素で一つの単位画素パターンを構成している。液晶ライトバルブは、第１実施形態と同一のものを用いている。すなわち、液晶ライトバルブの画素は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法（ピッチ）がともに１２μｍ、画素開口部は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法がともに９μｍである。また、液晶ライトバルブは、水平画素数が１０２４、垂直画素数が７６８、有効光変調領域の水平方向の寸法は約１２．３ｍｍ、垂直方向の寸法は約９．２ｍｍ、水平／垂直寸法比（アスペクト比）は４：３である。
【００５４】
導光ロッド３５は、図１０に示すように、入射端面３５ａの水平方向、垂直方向の寸法が９．４ｍｍの正方形、射出端面３５ｂの水平方向の寸法が１２．５ｍｍ、垂直方向の寸法が９．４ｍｍの長方形であり、第１実施形態と同じであるが、導光方向の光学長さが第１実施形態の半分程度に短くなっている。したがって、導光ロッド３５は、水平方向のみが入射端面３５ａ側から射出端面３５ｂ側に向けて先広がりのテーパー形状となっており、水平方向にはテーパー形状となっていない。導光ロッド３５の入射端面３５ａは、４．７ｍｍ×４．７ｍｍの正方形４個を水平方向および垂直方向に２個ずつ並べた形態の正方形であり、各正方形の中心に相当する部分に第１実施形態の同一のＬＥＤ光源を４分割したもの、すなわち、水平方向、垂直方向の寸法がともに３．５ｍｍの正方形状のＬＥＤ光源３６が４個配置されている。
【００５５】
本実施形態の場合、４個の画素を含む単位画素パターンを考え、この単位画素パターンの繰り返しで有効光変調領域が構成されているとする。４個のＬＥＤ光源３６からの光が導光ロッド３５の反射側面３５ｃで多重反射を起こすと、図１１に示すように、４個のＬＥＤ光源の実像３７の周囲に４個のＬＥＤ光源の虚像３８がマトリクス状に繰り返し配置された光源像パターン３９が形成される。この場合も、光源像パターン３９と画素パターンは相似になり、各光源像３７，３８からの光をマイクロレンズアレイによって各画素開口部に集光することができる。
【００５６】
本実施形態の場合、導光ロッド３５の入射端面３５ａ上での光源像の水平／垂直ピッチＰ１は４．７ｍｍ、単位画素パターンの水平／垂直ピッチＰ２は１２μｍ、マイクロレンズアレイのレンズピッチＰＬは水平方向、垂直方向ともに１１．９７μｍ、ＬＥＤ光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離Ｌ１（空気中）は２０ｍｍ（導光ロッドの実長さは３０ｍｍ）、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離Ｌ２（空気中）およびマイクロレンズの焦点距離は５１μｍ（実長さは７６．５ｍｍ）であるから、第１実施形態に記載した（１）式、（２）式をともに満足する。
【００５７】
本実施形態においても、ＬＥＤ光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では第１実施形態と同一の液晶ライトバルブを用いたが、本構成は比較的大きな液晶ライトバルブを用いて明るいプロジェクターを構成する場合に有利である。本構成によれば、ＬＥＤ光源３６を複数個使用しても光利用効率が低下せず、ＬＥＤ光源同士が離れて配置されるため、光源の実装や放熱性の面でも有利である。
【００５８】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１２、図１３を参照しつつ説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光ロッドの形状とＬＥＤ光源の配置が第１実施形態と異なっている。したがって、本実施形態ではプロジェクターの基本構成の説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
図１２は、本実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図１３は、光源像パターンを示す図である。
【００５９】
第１〜第４実施形態では少なくとも１個の画素をそのままの形状で含む形で一つの単位画素パターンが構成されていた。これに対し、本実施形態では、１個の画素を４分割（水平方向に２分割、垂直方向に２分割）した画素部４個で一つの単位画素パターンが構成されている。液晶ライトバルブは、第１実施形態と同一のものを用いている。すなわち、液晶ライトバルブの画素は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法（ピッチ）がともに１２μｍ、画素開口部は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法がともに９μｍである。また、液晶ライトバルブは、水平画素数が１０２４、垂直画素数が７６８、有効光変調領域の水平方向の寸法は約１２．３ｍｍ、垂直方向の寸法は約９．２ｍｍ、水平／垂直寸法比（アスペクト比）は４：３である。
【００６０】
導光ロッド８は、図１２に示すように、入射端面８ａの水平方向、垂直方向の寸法が９．４ｍｍの正方形、射出端面８ｂの水平方向の寸法が１２．５ｍｍ、垂直方向の寸法が９．４ｍｍの長方形であり、第１実施形態と同一のものを用いている。導光ロッド８の入射端面８ａの４つの角部には、第１実施形態の同一のＬＥＤ光源を４分割したもの、すなわち、水平方向、垂直方向の寸法がともに３．５ｍｍの正方形状のＬＥＤ光源３６がそれぞれ配置されている。
【００６１】
本実施形態の場合、図１３に示すように、光源像パターン４１の中の一つの光源像は異なる４つの鏡像（１つの実像４２と３つの虚像４３、もしくは４つの虚像４３）により形成されている。本構成では、導光ロッド８の入射端面８ａの各辺の寸法が光源像のピッチとなる。この場合も、光源像パターン４１と画素パターンとは相似になり、各光源像からの光をマイクロレンズアレイによって各画素開口部に集光することができる。
【００６２】
本実施形態の場合、導光ロッド８の入射端面８ａ上での光源像の水平／垂直ピッチＰ１は９．４ｍｍ、単位画素パターンの水平／垂直ピッチＰ２は１２μｍ、マイクロレンズアレイのレンズピッチＰＬは水平方向、垂直方向ともに１１．９８μｍ、ＬＥＤ光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離Ｌ１（空気中）は４０ｍｍ（導光ロッドの実長さは６０ｍｍ）、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離Ｌ２（空気中）およびマイクロレンズの焦点距離は５１μｍ（実長さは７６．５ｍｍ）であり、第１実施形態に記載した（１）式、（２）式の条件をともに満足する。
【００６３】
本実施形態においても、ＬＥＤ光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第１〜第４実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、各構成要素の寸法や光学的なパラメーターは第１実施形態と略同一であるが、ＬＥＤ光源を４分割して用いているため、画面の均一性や放熱性の面で有利である。
【００６４】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１４〜図１７を参照しつつ説明する。
第１〜第５実施形態では３板式のプロジェクターの例を示したのに対し、本実施形態では１組の液晶ライトバルブのみを用いてカラー表示を実現するプロジェクター、いわゆる単板式のプロジェクターの例を示す。
図１４は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図１５は、光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図１６は、光源像パターンを示す図である。図１７は、マイクロレンズアレイの作用を説明するための図である。
図１４において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施形態のプロジェクター４５は、図１４に示すように、ＬＥＤ光源４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂ，４６Ｗと、導光ロッド４７と、マイクロレンズアレイ４と、液晶ライトバルブ４８と、投射光学系６と、を備えている。第１〜第５実施形態では、異なる色の色光毎に独立した照明光学系を３組備えていたのに対し、本実施形態では、後述するように、１つの導光ロッド４７に異なる色の色光を射出する複数のＬＥＤ光源４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂ，４６Ｗが配置されており、１組の照明光学系４９から異なる色の複数の色光が射出されるようになっている。
【００６６】
本実施形態の液晶ライトバルブ４８の画素は、赤色（Ｒ）光を変調するサブ画素、緑色（Ｇ）光を変調するサブ画素、青色（Ｂ）光を変調するサブ画素、白色（Ｗ）光を変調するサブ画素の４つのサブ画素で構成されている。そして、サブ画素の配列パターン５１は、例えば図１７の右側に示すように、水平方向の奇数行のサブ画素列には、Ｒ，Ｂ，Ｒ，Ｂ，…というようにＲのサブ画素５２ＲとＢのサブ画素５２Ｂが交互に並び、偶数行のサブ画素列には、Ｇ，Ｗ，Ｇ，Ｗ，…というようにＧのサブ画素５２ＧとＷのサブ画素５２Ｗが交互に並んだ構成となっている。
【００６７】
このサブ画素の配列パターン５１に対応して、図１５に示すように、導光ロッド４７の入射端面４７ａの４つの角部のうち、光入射側から見て左上の角部には赤色光を射出する赤色ＬＥＤ光源４６Ｒが配置され、左下の角部には緑色光を射出する緑色ＬＥＤ光源４６Ｇが配置され、右上の角部には青色光を射出する青色ＬＥＤ光源４６Ｂが配置され、右下の角部には白色光を射出する白色ＬＥＤ光源４６Ｗが配置されている。
【００６８】
なお、本実施形態では、赤色、緑色、青色、白色の４色の色光を用いたが、赤色、緑色、青色の３色はカラー表現のために用い、白色は画像の明るさとコントラストを向上するために用いている。しかしながら、使用する色はこれに限定されることはなく、例えば緑色ＬＥＤ光源の強度が相対的に弱い場合には、緑色の画素を２個にしてＲ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂとしても良いし、例えば黄色などの他の色を導入して表現可能な色域を広げても良い。
【００６９】
本実施形態の場合、図１６に示すように、光源像パターン５３の中の一つの光源像は同色の異なる４つの鏡像（１つの実像５４と３つの虚像５５、もしくは４つの虚像５５）により形成される。また、水平方向の１つの行、垂直方向の１つの列に着目すると、いずれの行、列ともに、異なる２つの色の光源像の繰り返しとなっている。本実施形態の場合は、図１７に示すように、光源像パターン５３と画素パターン（サブ画素の配列パターン５１）とは、水平方向、垂直方向ともに互いにパターンが反転した相似形状になっており、各光源像からの光をマイクロレンズアレイ５６によって各画素開口部に集光することができる。
【００７０】
本実施形態の場合、液晶ライトバルブには、サブ画素ピッチが１０μｍのＶＧＡ（６４０×４８０画素）パネルを使用する。導光ロッド４７の入射端面４７ａ上での光源像の水平／垂直ピッチＰ１は２０ｍｍ、単位画素パターンの水平／垂直ピッチＰ２は２０μｍ、マイクロレンズアレイのレンズピッチＰＬは水平方向、垂直方向ともに１９．９８μｍ、ＬＥＤ光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離Ｌ１（空気中）は８０ｍｍ（導光ロッドの実長さは１２０ｍｍ）、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離Ｌ２（空気中）およびマイクロレンズの焦点距離は８０μｍ（実長さは１２０ｍｍ）であり、第１実施形態に記載した（１）式、（２）式の条件をともに満足する。
【００７１】
本実施形態においても、ＬＥＤ光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第１〜第５実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、１組の液晶ライトバルブ４８でカラー表現が可能であり、クロスプリズムで色合成を行う必要がないため、液晶ライトバルブ４８の後段に投射光学系６を直接配置することができる。これにより、プロジェクター全体の小型化と低コスト化が実現できる。
【００７２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、中実の導光ロッドを用いたが、この構成に代えて、内面が反射面となった中空状（管状）の導光ロッドを用いても良い。また、導光ロッドの入射端面にＬＥＤ光源を直接固定する構成に代えて、導光ロッドから離れた位置に配置した光源からの光をレンズで結像し、導光ロッドの入射端面に光源像を形成しても良い。もしくは、他の導光ロッドを用いて、導光ロッドの入射端面に光源像を形成しても良い。
【００７３】
また、上記実施形態では、光源としてＬＥＤ光源を用いたが、レーザー光源を用いても良いし、ランプ光源を集光し矩形状に成形して用いても良い。特にレーザー光源を用いる場合、ビーム形状が円形であるため、厳密には矩形状の画素開口部に対して光源像が相似形になるわけではない。しかしながら、レーザー光源からは十分に細い光ビームが得られ、光ビームを無駄なく画素開口部に入射させることができるため、光利用効率が高く、明るいプロジェクターが得られる。その他、上記実施形態で例示した各部の形状、寸法、配置等の具体的な構成については適宜変更が可能である。
【００７４】
また、上記実施形態では、本発明をプロジェクターに適用した例を挙げたが、上記実施形態から投射光学系を除き、使用者が液晶ライトバルブを直接視認する構成とすれば、直視型の液晶表示装置となる。このようにして、本発明を液晶表示装置等の電気光学装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７５】
１，４５…プロジェクター、３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ，４８…液晶ライトバルブ（光変調素子）、４，５６…マイクロレンズアレイ（レンズアレイ）、６…投射光学系、７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ，３６，４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂ，４６Ｗ…ＬＥＤ光源（光源、固体光源）、８，２１，２７，３５，４７…導光ロッド（導光体）、８ａ，２１ａ，２７ａ，３５ａ，４７ａ…入射端面、８ｂ，２１ｂ，２７ｂ，３５ｂ，４７ｂ…射出端面、８ｃ，２１ｃ，２７ｃ，３５ｃ，４７ｃ…反射側面、９…スクリーン（被投射面）、１２…画素、１３…有効光変調領域、１４…画素開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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