(57)【要約】【課題】ティルトミラーデバイスを用いた小型で高輝度な画像表示デバイス及びこれを備えるプロジェクタを提供すること。【解決手段】Ｇ光を供給する第１色光用光源部１０と、Ｒ光又はＢ光を供給する第２色光用光源部２０と、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な複数の可動ミラー素子３１を有するティルトミラーデバイス３０とを有し、第１色光用光源部１０は、可動ミラー素子３１が第１の反射位置のときにＧ光が所定方向Ｌ１へ反射され、可動ミラー素子３１が第２の反射位置のときにＧ光が方向Ｌ２へ反射されるように設けられ、第２色光用光源部２０は、可動ミラー素子３１が第２の反射位置のときにＲ光又はＢ光が所定方向Ｌ１へ反射され、可動ミラー素子３１が第１の反射位置のときにＲ光又はＢ光が方向Ｌ３へ反射されるように設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体発光素子が並べられた光射出領域を備えた光源と、
この光源からの照明光束をスイッチングし画像を形成する変調領域を備えた反射型の空間光変調装置と、
この空間光変調装置からの表示光束を投写する投写レンズと、
前記空間光変調装置の近傍に、前記照明光束及び表示光束が透過するように配置された正の屈折力のフィールドレンズとを有し、
前記投写レンズの入射瞳と前記光源の光射出領域とが、前記フィールドレンズ及び空間光変調装置を含む変調光学系を介して共役関係にあるプロジェクタ。
【請求項２】
前記空間光変調装置の前記変調領域には、可動ミラー素子がマトリクス状に配置されており、
前記投写レンズの入射瞳と前記光源の光射出領域とは、前記空間光変調装置の可動ミラー素子がオンの状態の前記変調光学系を介して共役関係にある請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記空間光変調装置の前記変調領域には、第１の有効角度及び第２の有効角度を備えた可動ミラー素子がマトリクス状に配置されており、
さらに、前記光源は、前記可動ミラー素子が前記第１の有効角度の状態の前記変調光学系を介して前記投写レンズの入射瞳と共役関係にある第１の光射出領域と、前記可動ミラー素子が前記第２の有効角度の状態の前記変調光学系を介して前記投写レンズの入射瞳と共役関係にある第２の光射出領域とを備えている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記第１及び第２の光射出領域には、異なる色の前記固体発光素子が配置されている請求項３に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記第１の光射出領域には赤色と青色の前記固体発光素子が配置され、前記第２の光射出領域には緑色の前記固体発光素子が配置されている請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記変調光学系による前記入射瞳の像の範囲にほぼ合致する前記光射出領域の範囲に前記固体発光素子が配置されている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記複数の固体発光素子がほぼ円形の範囲内に配置されている請求項６に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記変調光学系による前記入射瞳の前記光射出領域の範囲に対する倍率は約１である請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記変調光学系による前記入射瞳の前記光射出領域の範囲に対する倍率が１以下である請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
前記光源は、前記固体発光素子の前記空間光変調装置側に配置され、前記光射出領域を形成するマイクロレンズアレイを備えており、
前記固体発光素子の各々の発光部と前記変調領域とが、前記マイクロレンズアレイ及び前記フィールドレンズを含む照明レンズ光学系を介して共役関係にある請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項１１】
前記光源は、前記固体発光素子の前記空間光変調装置側に配置され、前記光射出領域を形成するマイクロレンズアレイを備えており、
前記マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズと、それとペアとなる前記固体発光素子との光軸が、各々の前記ペアでずらして配置されている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項１２】
前記発光部及び前記変調領域はほぼ方形であって、前記発光部及び変調領域は、各々の方形の一辺がほぼ平行になるように配置されている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項１３】
前記発光部及び前記変調領域は長方形で、それぞれの長方形の長手方向の一辺が、ほぼ平行に配置されている請求項１２に記載のプロジェクタ。
【請求項１４】
前記発光部のアスペクト比と、前記空間光変調装置の前記変調領域とのアスペクト比がほぼ等しい請求項１３に記載のプロジェクタ。
【請求項１５】
前記光源は、前記固体発光素子の前記空間光変調装置側に配置され、前記光射出領域を形成するマイクロレンズアレイを備えており、
前記マイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズは、前記発光部が前記空間光変調装置上に照射される形状と、前記変調領域の形状とがほぼ一致するように、縦横の曲率または倍率が異なっている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項１６】
前記光源は、前記マイクロレンズの縦の形状に起因する第１の結像位置と、前記マイクロレンズの横の形状に起因する第２の結像位置とを備えており、前記第１及び第２の結像位置の間に、前記空間光変調装置が配置されている請求項１５に記載のプロジェクタ。
【請求項１７】
複数の固体発光素子と、その出射側に配置されたマイクロレンズアレイとを備えた光源と、
この光源からの照明光束をスイッチングし画像を形成する変調領域を備えた反射型の空間光変調装置と、
この空間光変調装置からの表示光束をスクリーンに投写する投写レンズとを有し、
前記固体発光素子のそれぞれの発光部と前記変調領域とが、前記マイクロレンズアレイを含む照明レンズ光学系を介して共役関係にあるプロジェクタ。
【請求項１８】
複数の固体発光素子と、その出射側に配置されたマイクロレンズアレイとを備えた光源と、
この光源からの照明光束をスイッチングし画像を形成する変調領域を備えた反射型の空間光変調装置と、
この空間光変調装置からの表示光束をスクリーンに投写する投写レンズとを有し、
前記マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズと、それとペアとなる前記固体発光素子との光軸が、各々の前記ペアでずらして配置されているプロジェクタ。
【請求項１９】
複数の固体発光素子と、その出射側に配置されたマイクロレンズアレイとを備えた光源と、
この光源からの照明光束をスイッチングし画像を形成する変調領域を備えた反射型の空間光変調装置と、
この空間光変調装置からの表示光束をスクリーンに投写する投写レンズとを有し、
前記発光部及び前記変調領域はほぼ方形であって、前記発光部及び変調領域は、各々の方形の一辺がほぼ平行になるように配置されているプロジェクタ。
【請求項２０】
前記発光部及び前記変調領域は長方形で、それぞれの長方形の長手方向の一辺が、ほぼ平行に配置されている請求項１９に記載のプロジェクタ。
【請求項２１】
前記発光部のアスペクト比と、前記空間光変調装置の前記変調領域とのアスペクト比がほぼ等しい請求項２０に記載のプロジェクタ。
【請求項２２】
複数の固体発光素子と、その出射側に配置されたマイクロレンズアレイとを備えた光源と、
この光源からの照明光束をスイッチングし画像を形成する変調領域を備えた反射型の空間光変調装置と、
この空間光変調装置からの表示光束をスクリーンに投写する投写レンズとを有し、
前記マイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズは、前記発光部が前記空間光変調装置上に照射される形状と、前記変調領域の形状とがほぼ一致するように、縦横の曲率または倍率が異なっているプロジェクタ。
【請求項２３】
前記光源は、前記マイクロレンズの縦の形状に起因する第１の結像位置と、前記マイクロレンズの横の形状に起因する第２の結像位置とを備えており、前記第１及び第２の結像位置の間に、前記空間光変調装置が配置されている請求項２２に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示デバイス及びプロジェクタ、特にティルトミラーデバイスを用いる画像表示デバイスやＬＥＤ素子等の固体発光素子を光源として用いてカラー表示するプロジェクタに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写画像の高輝度化、高精細化に応じて光変調装置としてティルトミラーデバイスを備える画像表示デバイスが用いられるようになってきている。光源部としてメタルハライドランプのような白色光源を用いるときは、赤色光（以下、「Ｒ光」という）、緑色光（以下、「Ｇ光」という）、青色光（以下、「Ｂ光」という）のための３色の色フィルタを組み合わせたカラーホイールにより、時間順時で色分割を行う。そして、画像の１フレーム間で、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光でティルトミラーデバイスを照明する。これにより、スクリーン上にフルカラー像を投写している。
【０００３】
ここで、投写画像の高輝度化のために、メタルハライドランプのような白色光源において出力を大きくすると、光源部が大型化してしまう。また、高出力化に起因する発熱量も大きくなってしまう。
【０００４】
このため、光源部として白色光源の代わりに、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）又は半導体レーザ（以下、「ＬＤ」という）のような発光素子を用いることができる。例えば、近年ＬＥＤの開発が進み、特に高精度の青色ＬＥＤ素子の実用化が進んでいる。この場合は、画像の１フレーム間で、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光用の発光素子を順次点燈させてティルトミラーデバイスを照明する。これにより、スクリーン上にフルカラー像を投写している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｒ光とＧ光とＢ光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の光束量に対して６０％から８０％程度にする必要がある。このために、各色光の発光素子を同一出力のものを同一数量設けると、Ｇ光の光束量が不足してしまう。
【０００６】
また、Ｇ光用の発光素子の数量を、Ｒ光用及びＢ光用の発光素子の数量よりも多くすることも考えられる。しかしながら、Ｇ光用の発光素子の数量を多くすると、当然ながらＧ光用発光素子の占める空間的な面積が大きくなる。
【０００７】
ここで、光源部とティルトミラーデバイスとを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｎｔ）として表すことができる。この面積と立体角の積は、光学系において保存される。従って、光源部の空間的な広がりが大きくなると、ティルトミラーデバイスで取り込むことができる角度が小さくなる。このため、光源部からの光束を有効に用いることができない。
【０００８】
このように、光源部としてＬＥＤやＬＤのような発光素子を用いると、Ｇ光用の発光素子の数量が他の光の発光素子の数量よりも多く必要となるため光源部が大型化してしまうという問題がある。さらに、上述のように、Ｇ光用の光源部の空間的な広がりが大きくなるため、有効に使用できる光束量が減少してしまうという問題を生ずる。
【０００９】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、空間光変調装置、特にティルトミラーデバイスを用いた小型で高輝度な画像表示デバイス及びこれを備えるプロジェクタを提供することを目的とする。
【００１０】
また、従来のプロジェクタでは、メタルハライドランプなどの白色光源が用いられている。このようなランプは、発熱量が大きいため冷却のための装置を必要とする。このことが、プロジェクタの小型化に対する制約の一つである。
【００１１】
このため、本発明においては、固体発光素子を用いた、低コストでコンパクトな構成のプロジェクタを提供し、さらに、固体発光素子からの照明光束を無駄なく投写光として利用することができる光の利用効率が高いプロジェクタを提供することを目的としている。そして、個々の光量は小さい固体発光素子を用いたプロジェクタであって、明るく、鮮明な高画質なカラー画像を表示できるプロジェクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決し、その目的を達成するために、本発明は、第１の波長領域の第１色光を供給する第１色光用光源部と、前記第１の波長領域と異なる第２の波長領域の第２色光を供給する第２色光用光源部と、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な複数の可動ミラー素子を有するティルトミラーデバイスとを有し、前記第１色光用光源部は、前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置のときに前記第１色光が所定方向へ反射され、前記可動ミラー素子が前記第２の反射位置のときに前記第１色光が前記所定方向とは異なる方向へ反射されるように設けられ、前記第２色光用光源部は、前記可動ミラー素子が前記第２の反射位置のときに前記第２色光が前記所定方向へ反射され、前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置のときに前記第２色光が前記所定方向とは異なる方向へ反射されるように設けられていることを特徴とする画像表示デバイスを提供する。これにより、高輝度で小型な画像表示デバイスを得ることができる。特に、前記第１色光用光源部の空間的な面積を小さくできるので、当該第１色光用光源部を小型化できる。さらに、エテンデューを用いて上述したように、前記第１色光用光源部の空間的な面積が小さいので有効に使用できる光束を増加できる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１色光用光源部と前記第２色光用光源部とを順次切り換えて点燈させる光源駆動部をさらに有することが望ましい。これにより、観察者が肉眼で第１色光と第２色光とを積分した状態で認識できる。よって、フルカラー像を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記可動ミラー素子は所定軸の周りに回動可能であり、前記可動ミラー素子を、画像信号に応じて、前記第１の反射位置と、前記第１の反射位置とは前記所定軸を中心に略対称な前記第２の反射位置とに駆動するティルトミラーデバイス駆動部をさらに有することが望ましい。これにより、高速かつ確実に可動ミラー素子を駆動できる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、ティルトミラーデバイス駆動部は、前記第１色光を前記所定方向へ導くために前記第１色光用光源部が点燈しているときに前記可動ミラー素子を前記第１の反射位置に駆動し、前記第２色光を前記所定方向へ導くために前記第２色光用光源部が点燈しているときに前記可動ミラー素子を前記第２の反射位置に駆動することが望ましい。これにより、第１色光及び第２色光を所定方向へ導くか否かという内容の変調を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、表示される画像の１フレーム内において、前記第１色光用光源部の点燈期間と、前記第２色光用光源部の点燈期間とを異ならせることが望ましい。これにより、光源の光束量が異なってもより明るい画像表示ができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、表示される画像の１フレーム内において、前記第１色光用光源部の点燈期間を、前記第２色光用光源部の点燈期間よりも長くすることが望ましい。これにより、第１色光用光源部と第２色光用光源部とが同一出力で同一数量の場合でも、光源部の小型を図りつつ、白色を得るために必要な第１色光の光束量を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、前記第１色光の階調表現期間の単位期間の長さと前記第２色光の階調表現期間の単位期間の長さとは異ならせることが望ましい。これにより、各色光において適切な階調表現を行える。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、前記第１色光用光源部を駆動するときの第１色光用光源駆動クロック信号の周波数と、前記第２色光用光源部を駆動するときの第２色光用光源駆動クロック信号の周波数とを異ならせることが望ましい。これにより、各色光において適切な光源駆動を行える。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１色光用光源駆動クロック信号と、前記第２色光用光源駆動クロック信号とは、さらに両信号に共通の周波数の単位クロック信号を有することが望ましい。これにより、駆動回路を簡略化できる。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第２色光用光源部は、複数の赤色用発光素子と複数の青色用発光素子とからなり、前記赤色用発光素子と前記青色用発光素子とは同一基板上に配置されていることが望ましい。これにより、光束量の大きい発光素子は独自に効率良く照明できる。なお、以下本明細書において、発光素子は固体発光素子を含む素子をいう。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１色光用光源部と前記第２色光用光源部とは、それぞれ複数の発光素子を有し、前記各発光素子は、発光チップ部と、前記発光チップ部からの光を前記ティルトミラーデバイスの略全領域へ導くためのレンズ部材とを有していることが望ましい。これにより、ティルトミラーデバイスを効率良く照明できるので、高輝度な画像を得られる。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記各発光素子は、前記発光チップ部からの光を所定方向へ導くためのテーパ状ロッド部材をさらに有することが望ましい。これにより、さらに効率良く各発光素子からの光をティルトミラーデバイスへ導くことができる。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記発光チップ部と前記レンズ部材とは一体的に形成されていることが望ましい。これにより、製造が容易になり、かつ各発光素子の光量むらを低減できる。
【００２５】
また、本発明は、第１の波長領域の第１色光を供給する第１色光用光源部と、少なくとも前記第１の波長領域と異なる第２の波長領域の第２色光を供給する第２色光用光源部とを有し、前記第１色光用光源部と前記第２色光用光源部とからの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置（空間変調素子）と、表示される画像の１フレーム内において、前記第１色光用光源部の点燈期間と、前記第２色光用光源部の点燈期間とを異ならせる前記光源駆動部とを有することを特徴とする画像表示デバイスを提供する。これにより、空間光変調装置を用いた小型で高輝度な画像表示デバイスを提供することができる。また、各光源部の光束量がそれぞれ異なってもより明るい画像表示ができる。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、表示される画像の１フレーム内において、前記第１色光用光源部の点燈期間を、前記第２色光用光源部の点燈期間よりも長くすることが望ましい。これにより、第１色光用光源部と第２色光用光源部とが同一出力で同一数量の場合でも、光源部の小型化を図りつつ、白色を得るために必要な第１色光の光束量を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、表示される画像の１フレーム内において、前記第１色光用光源部の階調表現期間を、前記第２色光用光源部の階調表現期間よりも長くすることが望ましい。これにより、第１色光用光源部と第２色光用光源部とが同一出力で同一数量の場合でも、光源部の小型化を図りつつ、白色を得るために必要な第１色光の光束量を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１色光は緑色光であり、前記第２色光は赤色光及び青色光の少なくともいずれか一方の光であることが望ましい。これにより、Ｇ光用光源部の占める空間的な面積を小さくしつつ、かつ白色光を得るために必要なＧ光の光束量を十分に得ることができる。
【００２９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、前記第１色光の階調表現期間の単位期間の長さと前記第２色光の階調表現期間の単位期間の長さとは異ならせることが望ましい。これにより、各色光において適切な階調表現を行える。
【００３０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源駆動部は、前記第１色光用光源部を駆動するときの第１色光用光源駆動クロック信号の周波数と、前記第２色光用光源部を駆動するときの第２色光用光源駆動クロック信号の周波数とを異ならせることが望ましい。これにより、各色光において適切な光源駆動を行える。
【００３１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１色光用光源駆動クロック信号と、前記第２色光用光源駆動クロック信号とは、さらに両信号に共通の周波数の単位クロック信号を有することが望ましい。これにより、駆動回路を簡略化できる。
【００３２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記空間光変調装置は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な複数の可動ミラー素子を有するティルトミラーデバイスであり、前記ティルトミラーデバイスは、前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置のときに前記第１色光及び前記第２色光が所定方向へ反射され、前記可動ミラー素子が前記第２の反射位置のときに前記第１色光及び前記第２色光が前記所定方向とは異なる方向へ反射されることが望ましい。これにより、ティルトミラーデバイスを用いた小型で高輝度な画像表示デバイスを提供することができる。特に、前記第１色光用光源部の空間的な面積を小さくできるので、当該第１色光用光源部を小型化できる。さらに、エテンデューを用いて上述したように、前記第１色光用光源部の空間的な面積が小さいので有効に使用できる光束を増加できる。
【００３３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記空間光変調装置は、反射型又は透過型液晶ライトバルブであることが望ましい。これにより、液晶ライトバルブを用いた小型で高輝度な画像表示デバイスを提供することができる。
【００３４】
また、本発明の好ましい態様によれば、上記に記載の画像表示デバイスと、前記空間光変調装置からの変調光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供する。これにより、小型で高輝度な画像を得られるプロジェクタを提供できる。
【００３５】
また、本発明においては、反射型の空間光変調装置の前面にフィールドレンズを配置し、このフィールドレンズと反射型の空間光変調装置を含む変調光学系を介して投写レンズ（投写レンズシステム）の入射瞳と共役関係となる位置および面積に複数の固体発光素子、たとえばＬＥＤ素子が並べられた光射出領域を配置する。すなわち、本発明のプロジェクタは、複数の発光部よりなる固体発光素子が並べられた光射出領域を備えた光源と、この光源からの照明光束をスイッチングし画像を形成する変調領域を備えた反射型の空間光変調装置と、この空間光変調装置からの表示光束をスクリーンに投写する投写レンズと、空間光変調装置の近傍に、照明光束および表示光束が透過するように配置された正の屈折力のフィールドレンズとを有し、投写レンズの入射瞳と光射出領域とが、フィールドレンズおよび空間光変調装置を含む変調光学系を介して、光学的に共役関係にあるようにしている。
【００３６】
このプロジェクタにおいては、光射出領域と投写レンズの入射瞳とが変調光学系を介して共役関係にあるので、光射出領域から変調光学系に出力された光はすべて投写レンズの入射瞳に入る。したがって、光射出領域から変調光学系に出力された照明光束は、空間光変調装置がオン状態であれば、すべて表示光束となり、すべてがスクリーンに向けて出力される。このため、光源の光射出領域から出力された照明光束は無駄にならず、表示光束として出力され、レンズなどによる吸収等はあるとしても、光射出領域に並べられた固体発光素子の光量をすべて画像表示のために無駄なく利用ができる。したがって、無駄に配置される固体発光素子はなくなり、固体発光素子からの照明光束の利用効率が高く、最も小さな構成で、明るく鮮明なカラー表示ができるプロジェクタを提供できる。
【００３７】
空間光変調装置が、反射方向が変化しない反射型である場合、たとえば、反射型の液晶パネルである場合は、投写レンズの入射瞳に共役な光射出領域の方向は一意に決まる。一方、小型の可動ミラー素子がマトリクス状に配置された、所謂、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）の場合は、可動ミラー素子が数１０度程度の範囲を動いて照明光束をオンオフ制御あるいは変調する。したがって、投写レンズの入射瞳と、光射出領域とが、空間光変調装置の可動ミラー素子がオンの状態の変調光学系を介して光学的に共役関係になるようにする必要がある。すなわち、入射瞳の共役な像の範囲に光射出領域を配置する場合、その像の範囲は、空間光変調装置のスイッチング方向、またはオン状態の入射方向に形成された像の範囲となる。
【００３８】
さらに、可動ミラー素子が第１の有効角度（反射位置）、および第２の有効角度（反射位置）という２状態を選択可能な空間光変調装置においては、共役な位置が２つある。したがって、光源に２つの光射出領域を持たせることができる。すなわち、光源は、これら可動ミラー素子が第１の有効角度の状態の変調光学系を介して、投写レンズの入射瞳と共役関係にある第１の光射出領域と、可動ミラー素子が第２の有効角度の状態の変調光学系を介して投写レンズの入射瞳と共役関係にある第２の光射出領域とを持つことができる。光源に、投写レンズの入射瞳と共役関係にあり射出される照明光束が無駄にならない２つの光射出領域を設定できるので、固体発光素子を配置できる面積が２倍になり、さらに明るい画像を表示できる。
【００３９】
ただし、２つの光射出領域から出力された照明光束を同時に変調することはできないので、２つの光射出領域には異なる色の照明光束を射出する固体発光素子を配置することが望ましい。さらに、色の異なる照明光束を射出する固体発光素子を配置する場合、これら第１および第２の光射出領域の面積は等しくなるので、どのような割り振りをするかが問題となる。比視感度を考えた場合には、ＬＥＤ素子や有機ＥＬなどの各色の固体発光素子から射出される色の光のうち、緑色の照明光束の光量感度が非常に低く、他の色の半分程度となる。したがって、２倍に増えた光射出領域の１面を、緑色の光を照射する固体発光素子を並べる領域として使用することが望ましく、このような配置は、異なる色の照明光束を異なるタイミングでスイッチングする制御と合致する。
【００４０】
変調光学系による入射瞳の像の範囲にほぼ合致する光射出領域の範囲内に固体発光素子を配置する１つの方法は、入射瞳のフィールドレンズによる円形の像とほぼ一致する範囲に、複数の固体発光素子が円形の範囲を埋めるあるいは散らばるように配置することである。これにより、無駄なく固体発光素子を配置することができ、すべての固体発光素子から出力された照明光束を、画像を表示するために利用できる。
【００４１】
フィールドレンズと空間光変調装置で構成される変調光学系の倍率が、約１となるように選択されると、フィールドレンズから空間光変調装置の間では光線が平行、すなわち、テレセントリックとなる。このため、可動ミラー素子を採用した空間光変調装置であると、小角度で無効光を排除できるのでスイッチングしやすく、高コントラストの画像を生成しやすい。変調光学系を倍率が１以上となるように選択すると、表示光束と光射出領域とが干渉する可能性があるので難しい。一方、変調光学系を倍率が１以下となるように選択することは可能であり、光射出領域の面積を大きくできるので、数多くの固体発光素子を配置できる可能性がある。この場合は、フィールドレンズから空間光変調装置に収束光が入射することになるが、空間光変調装置のスイッチング可能な角度範囲内であれば、特に画質に大きな影響を与えることはない。
【００４２】
このように、光射出領域を投写レンズの入射瞳と共役関係になるように、固体発光素子を配置することにより、無駄な照明光束が発生することを防止できる。個々の固体発光素子に着目すると、個々の固体発光素子の発光面、すなわち、発光部は小さく、さらに、出力される照明光束の強度分布は個々の固体発光素子で個体差がある。したがって、単に、光射出領域に固体発光素子を並べ、それらから出力された照明光束を液晶やミラーデバイスなどの空間光変調装置の変調領域を照明しても、むら無く、均等に照射することが難しい。このため、本発明においては、固体発光素子の空間光変調装置側、すなわち出射側にマイクロレンズアレイを配置して光射出領域を形成すると共に、固体発光素子のそれぞれの発光部と変調領域とが、マイクロレンズアレイを含む照明レンズ光学系を介して共役関係にあるようにしている。
【００４３】
このプロジェクタにおいては、個々の固体発光素子の発光部と変調領域とが共役関係となるように光学系を形成することにより、個々の発光部から射出された照明光束が無駄無く変調領域に照射される。したがって、固体発光素子それぞれの発光部という微視的な点でも照明光束の無駄を防止できる。さらに、個々の固体発光素子から照射される照明光束により変調領域の全体が照明され、それらが重なり合うことにより投写するために必要な光量が確保される。個々の固体発光素子により変調領域全体が照明されるので、固体発光素子の個体差によるむらを無くし、変調領域全体を均等に照明することができる。さらに、変調領域と共役関係にある個々の固体発光素子により変調領域全体を照明するので、照明光束に無駄はなく、小さな構成で効率よく照明でき、コンパクトで明るいプロジェクタを提供できる。
【００４４】
また、固体発光素子と、それとペアとなるマイクロレンズとの光軸が、各々のペアでずれるように配置し、空間光変調装置上で、発光部の像がオーバーラップするようにして、個々の固体発光素子から無駄な照明光束が発生するのを防止することも有効である。
【００４５】
さらに、変調領域はほぼ方形の場合は、個々の固体発光素子の発光部も方形として、それぞれの方形の一辺がほぼ平行になるように配置することにより、個々の固体発光素子から無駄となる照明光束が発生するのを防止できる。変調領域は長方形の場合は、発光部も長方形とし、それぞれの長方形の長手方向の一辺が、ほぼ平行となるように配置することが望ましい。また、空間光変調装置の変調領域のアスペクト比と、発光部のアスペクト比とをほぼ等しく、相似な形状になるようにすることにより、さらに、個々の固体発光素子からの照明光束を重ねあわせやすくなり、無駄な照明光束が生ずるのを防止できる。
【００４６】
発光部の形状を方形にする代わりに、マイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズとして、縦横の曲率または倍率が異なるマイクロレンズを採用し、空間光変調装置上に、変調領域と相似、またはほぼ一致する形状の発光部の像を形成することが可能である。したがって、これらの発光部の像を重ね合わせることにより、無駄なく、また、むら無く照明することができる。この場合は、マイクロレンズの縦の形状に起因する第１の結像位置と、マイクロレンズの横の形状に起因する第２の結像位置とが異なることになるが、これら第１および第２の結像位置の間に、空間光変調装置を配置することにより、個々の固体発光素子により変調領域を無駄なく照明できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示デバイス１の概略構成を示す図である。第１色光用光源部１０は、第１の波長領域の第１色光であるＧ光を供給する。また、第１色光用光源部１０は、複数のＧ光用発光素子１１から構成される。発光素子としては、ＬＤやＬＥＤ等を用いることができる。また、第１色光用光源部１０として有機ＥＬ素子等を用いても良い。
【００４８】
第２色光用光源部２０は、前記第１の波長領域と異なる第２の波長領域の第２色光であるＢ光又はＲ光を供給する。また、第２色光用光源部２０は、複数のＲ光用発光素子２１とＢ光用発光素子２２とから構成される。これら発光素子の構成については後述する。
【００４９】
これら第１色光用光源部１０又は第２色光用光源部２０からの光は、互いに異なる方向からティルトミラーデバイス３０に入射する。ティルトミラーデバイス３０は、複数の可動ミラー素子３１を有する。駆動制御部４０は、第１色光用光源部１０、第２色光用光源部２０、及びティルトミラーデバイス３０の駆動制御を行う。この駆動制御の詳細については後述する。
【００５０】
次に、図２（ａ）、（ｂ）に基いて、ティルトミラーデバイス３０が画像信号に応じて第１色光用光源部１０又は第２色光用光源部２０からの光を変調する構成について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、ティルトミラーデバイス３０の構成の一部を拡大して示す図である。図２（ａ）は、第１色光用光源部１０からのＧ光を変調する構成を示す図である。ティルトミラーデバイス３０の表面には、複数の可動ミラー素子３１が設けられている。可動ミラー素子３１は、所定軸３５の周りに回動可能である。基板３２上には、１つの可動ミラー素子３１の周辺部近傍に２つの電極３３、３４が設けられている。
【００５１】
可動ミラー素子３１が所定軸３５を中心にして傾き、電極３３に当接している状態を第１の反射位置という。同様に、可動ミラー素子３１が所定軸３５を中心にして傾き、電極３４に当接している状態を第２の反射位置という。なお、反射ミラー素子３１は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能である。
【００５２】
そして、駆動制御部４０は、可動ミラー素子３１を、画像信号に応じて、前記第１の反射位置と、前記第１の反射位置とは前記所定軸３５を中心に略対称な前記第２の反射位置とに駆動する。図２（ａ）において、右側と左側の可動ミラー素子３１は、第１の反射位置の状態である。これに対して、図２（ａ）の真中の可動ミラー素子３１は第２の反射位置の状態にある。
より具体的には、Ｇ光用発光素子１１が点燈している期間内にある画素をＯＮ（点燈）にすべき場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１が第１の反射位置に位置するように、駆動制御部４０はティルトミラーデバイス３０を駆動する。同様に、Ｇ光用発光素子１１が点燈している期間内にある画素をＯＦＦ（消灯）にすべき場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１が第２の反射位置に位置するように、駆動制御部４０はティルトミラーデバイス３０を駆動する。
【００５３】
このことによって、Ｇ画像に対応する画像信号がある画素のＯＮを表す場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１によってＧ光用発光素子１１からの色光がＬ１の方向に導かれる。同様に、Ｇ画像に対応する画像信号がある画素のＯＦＦを表す場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１によってＧ光用発光素子１１からの色光がＬ１とは異なるＬ２の方向に導かれる。
【００５４】
この構成により、所定方向Ｌ１の一定の視野（方向Ｌ２へ向かう光は遮光される）から観察した場合、画像信号に応じてＧ光を所定方向Ｌ１へ向かう光（ＯＮ）と、方向Ｌ２へ向かう光（ＯＦＦ）とに変調できる。
【００５５】
次に、Ｒ光又はＢ光の変調について図２（ｂ）に基づいて説明する。Ｂ光又はＲ光を供給する第２色光用光源部２０は、可動ミラー素子３１が第２の反射位置のときにＲ光又はＢ光が所定方向Ｌ１へ反射され、可動ミラー素子３１が第１の反射位置のときにＲ光又はＢ光が所定方向Ｌ１とは異なる方向Ｌ３へ反射されるように設けられている。
より具体的には、Ｒ光用発光素子２１またはＢ光用発光素子２２が点燈している期間内にある画素をＯＮ（点燈）にすべき場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１が第２の反射位置に位置するように、駆動制御部４０はティルトミラーデバイス３０を駆動する。同様に、Ｒ光用発光素子２１またはＢ光用発光素子２２が点燈している期間内にある画素をＯＦＦ（消灯）にすべき場合には、対応する可動ミラー素子３１が第１の反射位置に位置するように、駆動制御部４０はティルトミラーデバイス３０を駆動する。
このことによって、Ｒ画像またはＢ画像に対応する画像信号がある画素のＯＮを表す場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１によってＲ光用発光素子２１またはＢ光用発光素子２２からの色光がＬ１の方向に導かれる。同様に、Ｒ画像またはＢ画像に対応する画像信号がある画素のＯＦＦを表す場合には、その画素に対応する可動ミラー素子３１によってＧ光用発光素子１１からの色光がＬ１とは異なるＬ３の方向に導かれる。
この構成により、所定方向Ｌ１の一定の視野（方向Ｌ３へ向かう光は遮光される）から観察した場合、画像信号に応じてＲ光又はＢ光を所定方向Ｌ１へ向かう光（ＯＮ）と、方向Ｌ３へ向かう光（ＯＦＦ）とに変調できる。
ティルトミラーデバイス３０におけるそれぞれの可動ミラー素子３１は、１フレーム期間内でＲ光、Ｂ光およびＧ光のそれぞれをパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation)の方法に従って変調することによって、そのフレームにおけるすべての画素の色および輝度を表現する。
【００５６】
複数の可動ミラー素子３１のアレイによって規定される平面（以下、水平面Ｈとする）に対する傾き角度と反射方向との関係を図３に基づいてさらに説明する。可動ミラー素子３１は、水平面Ｈに対して角度±θだけ変位可能であるとする。この場合、所定方向Ｌ１（ＯＮ）は第１色光用光源部１０からの光に対して角度２θをなす。また、所定方向Ｌ２（ＯＦＦ）は、第１色光用光源部１０からの光に対して角度６θをなす。第１色光用光源部１０と第２色光用光源部２０との２つの光源部を配置する場合の、可動ミラー素子３１の水平面に対する傾き角度と反射方向との関係を図４に示す。第１色光用光源部１０からの光の所定方向Ｌ１（ＯＮ）と、第２色光用光源部２０からの光の所定方向Ｌ１（ＯＮ）とは同一方向となるように各光源部が配置される。また、第１色光用光源部１０からの光がＯＦＦ光として反射される所定方向Ｌ２は、第１色光用光源部１０からの光に対して角度６θをなす。同様に、第２色光用光源部２０からの光がＯＦＦ光として反射される所定方向Ｌ３も、第２色光用光源部２０からの光角度６θをなす。そして、ＯＦＦ光の所定方向Ｌ２とＬ３とは、所定方向Ｌ１に関して対称な方向となる。
【００５７】
次に、フルカラー画像を得るためのＲ光用発光素子２１とＧ光用発光素子１１とＢ光用発光素子２２とを点燈させる期間とタイミングについて説明する。
図５（ａ）は、点燈期間とそのタイミングを示す図である。図５（ａ）のチャートは、「フレーム信号」、「Ｒ点燈信号」、「Ｇ点燈信号」、「Ｂ点燈信号」、および「駆動極性反転信号」を示している。チャートの横軸は時間軸である。まず、「フレーム信号」のＨｉｇｈ状態は、画像信号の１フレーム期間を表す。また、「Ｒ点燈信号」がＨｉｇｈの期間は、Ｒ光用発光素子２１が点燈する期間（点灯期間ＲＴ）を意味し、これは、Ｒ光に対応する画像のサブフレームの期間にほぼ一致している。「Ｇ点燈信号」がＨｉｇｈの期間は、Ｇ光用発光素子２０が点燈する期間（点灯期間ＧＴ）を意味し、これはＧ光に対応する画像のサブフレームの期間にほぼ一致している。「Ｂ点燈信号」のＨｉｇｈの期間は、Ｂ光用発光素子２２が点燈する期間（点灯期間ＢＴ）を意味し、これはＢ光に対応する画像のサブフレームの期間にほぼ一致している。最後に、「駆動極性反転信号」は、（スクリーン上の）画素をＯＮすべき場合に、可動ミラー素子３１を第１の反射位置に位置させるか、それとも第２の反射位置に位置させるか、を示す信号である。この図５（ａ）では、「駆動極性反転信号」がＨｉｇｈの期間は、画素をＯＮにすべき場合に可動ミラー素子３１を第２の位置に位置させ、Ｌｏｗの期間は、画素をＯＮにすべき場合に可動ミラー素子３１を第１の位置に位置させることを指示する。
図５（ａ）の例では、１フレーム期間において、まず、Ｇ光用発光素子２０が所定の点燈期間ＧＴの間点燈し、点燈期間ＧＴが終わった後にＲ光用発光素子２１が所定の点燈期間ＲＴの間点燈する。そして点燈期間ＲＴが終わった後にＢ光用発光素子２２が所定の点燈期間ＢＴの間点燈する。駆動極性反転信号は、点灯時間ＧＴに対応する期間はＬｏｗ状態である。つまり、この期間にある画素をＯＮにすべき場合には、対応する可動ミラー素子３１を第１の位置に位置させる。一方、駆動極性反転信号は、点灯時間ＲＴおよびＢＴに対応する期間はＨｉｇｔ状態である。つまり、この期間にある画素をＯＮにすべき場合には、対応する可動ミラー素子３１を第２の位置に位置させる。
光源駆動部の機能も兼用する駆動制御部４０は、Ｒ光用発光素子２１とＧ光用発光素子１１とＢ光用発光素子２２とを順次切り換えて点燈させる。また、観察者は肉眼でＲ光、Ｇ光、Ｂ光を時間的に積分した状態で認識できるので、フルカラー像を得ることができる。さらに、表示される画像の１フレーム内において各色発光素子の点燈期間ＧＴ、ＲＴ、およびＢＴのそれぞれを独立に異ならせる。これにより、各光源の光束量が異なっても適切な画像表示ができる。なお、図５（ａ）の例では、点燈時間ＧＴが最も長く、次に点燈時間ＢＴが長く、点燈時間ＲＴが最も短い。
【００５８】
上述したように、白色を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｇ光用発光素子１１の点燈期間ＧＴを、Ｒ光用発光素子２１の点燈期間ＲＴとＢ光用発光素子２２の点燈期間ＢＴよりも長くする。これにより、Ｇ光用発光素子１１と、Ｒ光用発光素子２１及びＢ光用発光素子２２とが、同一出力で同一数量の場合でも、光源部の小型化を図りつつ、白色を得るために必要なＧ光の光束量をえることができる。
また、駆動制御部４０は、Ｇ光を所定方向Ｌ１へ導くためにＧ光用発光素子１１が点燈しているときに可動ミラー素子３１を第１の反射位置に駆動する。さらに、駆動制御部４０は、Ｒ光又はＢ光を所定方向Ｌ１へ導くためにＲ光用発光素子２１又はＢ光用発光素子２２が点燈しているときに可動ミラー素子３１を第２の反射位置に駆動する。
【００５９】
即ち、Ｇ光を所定方向Ｌ１へ導くときの可動ミラー素子３１の反射位置（第１の反射位置）と、Ｒ光又はＢ光を所定方向Ｌ１へ導くときの可動ミラー素子３１の反射位置（第２の反射位置）とは反対の位置状態である。このため、図５（ａ）の駆動極性反転信号に示すように、可動ミラー素子３１のための駆動極性は、Ｇ光用発光素子１１と、Ｒ光用発光素子２１又はＢ光用発光素子２２とで反転させている。これにより、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を所定方向へ導くか否かという内容の変調を行うことができる。
【００６０】
図５（ｂ）は、ティルトミラーデバイス３０の駆動タイミングを示す図である。図５（ｂ）は、「フレーム信号」、「Ｒ階調表現信号」、「Ｇ階調表現信号」、「Ｂ階調表現信号」、および「クロック」のタイミングチャートを示している。チャートの横軸は、時間軸である。より具体的には、「Ｒ階調表現信号」がＨｉｇｈの期間が階調表現期間ＲＫに対応し、「Ｇ階調表現期間」がＨｉｇｈの期間が階調表現期間ＧＫに対応し、「Ｂ階調表現期間」がＨｉｇｈの期間が階調表現期間ＢＫに対応する。図５（ｂ）では、まず、階調表現期間ＧＫが現れ、Ｇ階調表現期間ＧＫが終了後に階調表現期間ＲＫが続き、階調表現期間ＲＫが終了後に階調表現期間ＢＫが現れる。また、図５（ｂ）に示すように、階調表現期間ＧＫの長さが最も長く、階調表現期間ＲＫの長さが最も短い。
さて、階調表現期間ＧＫとは、空間光変調装置（ティルトミラーデバイス３０）が、画像信号によって表されるＧ色光の強度（階調）を実現するために必要な時間期間である。また、階調表現期間ＧＫは、Ｇ色光に対応する画像のサブフレームの期間にほぼ一致している。この階調表現期間ＧＫ内で、入射光は画像信号に応じてパルス幅変調の方法に従って変調される。より具体的には、画像信号がＧ色光の強度をｎビット（ｎは正の整数）で表す場合には、階調表現期間ＧＫは、長さの比が２0：２1：…：、：２(n-1)であるｎ個の単位期間に分割されており、ｎ個の単位期間のそれぞれの間、可動ミラー素子３１は、ＯＮ状態およびＯＦＦ状態のどちらかの状態を維持する。そして、所定の上記強度（階調）を実現するためには、その強度に比例する時間の長さだけ入射光が方向Ｌ１に向かうように、ｎ個の単位期間うちの必要な単位期間だけ可動ミラー素子３１をＯＮ状態にすればよい。例えば、画像信号が表す強度値が最大値（（２n）−１）であれば、ｎ個の単位期間の全ての間、つまり、階調表現期間ＧＫのほぼ全期間で、ミラーをＯＮ状態にすればよい。一方、画像信号が表す強度値が最小値（０）であれば、ｎ個の単位期間の全ての間、つまり、階調表現期間ＧＫのほぼ全期間で、ミラーをＯＦＦ状態にすればよい。なお、階調表現期間ＲＫおよび階調表現期間ＢＫも階調表現期間ＧＫと同様であるため説明を省略する。ただし、階調表現期間ＲＫおよび階調表現期間ＢＫにおいてＯＮ状態にある可動ミラー素子３１の位置と、階調表現期間ＧＫにおいてＯＮ状態にある可動ミラー素子３１の位置とは、互いに異なる。
図５（ｂ）に示すように、この階調表現期間ＲＫ、ＧＫ、ＢＫの長さは、異なる長さであっても良い。階調表現期間ＲＫ、ＧＫ、ＢＫの長さが異なる場合には、ｎ個に分割された単位期間のそれぞれも、Ｒ，Ｇ、Ｂの各色光に応じて異なる。
階調表現期間ＲＫは、図５（ａ）の点灯期間ＲＴとほぼ一致している。また、階調表現期間ＧＴは、図５（ａ）の点灯期間ＧＴとほぼ一致している。そして、階調表現期間ＢＴは、図５（ａ）の点灯期間ＢＴとほぼ一致している。
また、ティルトミラーデバイス３０は、あるサブフレームの開始タイミングに同期して、そのサブフレームの画像におけるすべての画素に対応する可動ミラー素子３１の変調を同時に開始するため、すべての可動ミラー素子３１が、図５（ｂ）に示すタイミングチャートに従って駆動されている。
【００６１】
また、駆動制御部４０は、Ｇ光用発光素子１１を駆動するときのＧ光用光源駆動クロック信号の周波数と、Ｒ光用発光素子２１又はＢ光用発光素子２２を駆動するときの第２色光用光源駆動クロック信号の周波数とを異ならせることができる。これにより、各色光において適切な光源駆動を行うことができる。さらに好ましくは、Ｇ光用光源駆動クロック信号と、前記第２色光用光源駆動クロック信号とは、さらに両信号に共通の周波数の単位クロック信号を有することが望ましい。これにより、駆動回路を簡略化できる。
また、Ｒ光用発光素子２１とＧ光用発光素子１１とＢ光用発光素子２２との数量がそれぞれ異なる場合においても、Ｇ光の点燈期間又は階調表現期間を他の色の光よりも多くなるように制御すればよい。
【００６２】
次に、図６（ａ）、（ｂ）を用いて光源部の構成について説明する。図６（ａ）は、光源部が照明光を供給する構成を示す図である。なお、図６（ａ）では簡単のため、可動ミラー素子などの一部の構成を省略する。
上述のように、第１色光用光源部１０と第２色光用光源部２０とは、それぞれ複数の各色用発光素子１１、２１、２２を有する。また、これら各色用発光素子１１、２１、２２は、それぞれ発光チップ部１２、２４、２５と、前記発光チップ部１２、２４、２５からの光源光をティルトミラーデバイス３０の略全領域へ導くためのレンズ部材ＬＳとを有する。また、複数のＲ光用発光素子２１と複数のＢ光用発光素子２２とは同一基板２３上に配置されている。これにより、光束量の大きい発光素子は独自に効率良く照明できる。
【００６３】
図６（ｂ）は、Ｇ光用発光素子１１を代表例として、発光素子の構成をさらに詳細に示す図である。Ｇ光用発光素子１１は、光源光を所定方向であるティルトミラーデバイス３０へ導くためのテーパ状ロッド部材１３を有する。テーパ部の内側には反射面が形成されている。これにより、発光チップ部１２からの光を有効に射出させることができる。そして、ティルトミラーデバイス３０を効率良く照明できるので、高輝度な画像を得られる。さらに好ましくは、発光チップ部１２とレンズ部材ＬＳとは一体的に形成されていることが望ましい。これにより、製造が容易になり、かつ各発光素子の光量むらを低減できる。
【００６４】
（第２実施形態）
図７（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタについて説明する。上記第１実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
上述した画像表示デバイス１により変調された光のうち、所定方向Ｌ１（図２（ａ）、（ｂ）参照）へ進行する光のみが投写レンズ５０に入射する。これに対して、方向Ｌ２又はＬ３（図２（ａ）、（ｂ）参照）へ進行する光は投写レンズ５０に入射せずに廃棄される。投写レンズ５０は、画像信号に応じて画像表示デバイス１に表示された画像をスクリーン６０上に投写する。スクリーン６０を観察する人間は、投写される画像をフルカラーとして認識する。
【００６５】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタ１００の概略構成を示す図である。光源部１１０は、第１の波長領域の第１色光であるＧ光を供給するＧ光用発光素子１１０Ｇと、前記第１の波長領域と異なる第２の波長領域の第２色光であるＲ光を供給するＲ光用発光素子１１０Ｒと、Ｂ光を供給するＢ光用発光素子１１０Ｂとから構成される。これらの発光素子としては、ＬＤやＬＥＤ、有機ＥＬ素子等を用いることができる。
【００６６】
Ｒ光用発光素子１１０Ｒ、Ｇ光用発光素子１１０Ｇ、Ｂ光用発光素子１１０Ｂからの光はフライアイレンズアレイ１２０を経由してティルトミラーデバイス１４０に入射する。フライアイレンズアレイ１２０により、各色用発光素子１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光は、それぞれ空間光変調装置（空間変調素子）であるティルトミラーデバイス１４０の略全領域を照明する。これにより、照度むらの低減された照明を行うことができる。駆動制御部１３０は、各色用発光素子１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂとティルトミラーデバイス１４０の駆動制御を行う。この駆動制御の詳細については後述する。
【００６７】
ティルトミラーデバイス１４０の表面には、複数の可動ミラー素子１４１が設けられている。可動ミラー素子１４１は、不図示の所定軸の周りに回動可能である。そして、可動ミラー素子１４１が所定軸を中心にして傾き、第１の反射位置と第２の反射位置との２つの位置状態を選択的にとることができる。
【００６８】
駆動制御部１３０は、可動ミラー素子１４１を、画像信号に応じて、前記第１の反射位置と、前記第１の反射位置とは前記所定軸を中心に略対称な前記第２の反射位置とに駆動する。例えば、可動ミラー素子１４１が第１の位置の場合、この素子１４１からの反射光は投写レンズ系１５０に入射する方向へ進行する。投写レンズ系１５０に入射した光は、スクリーン１６０に投写される。
【００６９】
これに対して、可動ミラー素子１４１が第２の位置の場合、この素子１４１からの反射光は投写レンズ系１５０以外の方向へ進行する。これにより、可動ミラー素子１４１が第２の位置の場合、反射光はスクリーン１６０に投写されない。この結果、ティルトミラーデバイス１４０により入射光を画像信号に応じて変調して反射させることができる。
【００７０】
次に、フルカラー画像を得るためのＲ光用発光素子１１０ＲとＧ光用発光素子１１０ＧとＢ光用発光素子１１０Ｂとを点燈させる期間とタイミングについて説明する。
本実施形態では、光源部１１０が投写レンズ１５０の片側に一つ設けられている点が上記第１実施形態及び第２実施形態と異なる。本実施形態における点燈期間とそのタイミングは、図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明した点燈タイミングと同様にすることができる。ただし、本実施形態では、図５（ａ）における駆動極性反転信号はない。光源駆動部の機能も兼用する駆動制御部１３０は、Ｒ光用発光素子１１０ＲとＧ光用発光素子１１０ＧとＢ光用発光素子１１０Ｂとを順次切り換えて点燈させる。そして、表示される画像の１フレーム内において各色発光素子の点燈期間を異ならせる。これにより、各色光の光束量を任意に設定できる。この結果、空間変調素子を用いた小型で高輝度な画像表示デバイスを提供できる。また、各光源部の光束量がそれぞれ異なってもより明るい画像表示ができる。
【００７１】
上述したように、白色を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｇ光用発光素子１１０Ｇの点燈期間ＧＴを、Ｒ光用発光素子１１０Ｒの点燈期間ＲＴとＢ光用発光素子１１０Ｂの点燈期間ＢＴよりも長くする。これにより、Ｇ光用発光素子１１０Ｇと、Ｒ光用発光素子１１０Ｒ及びＢ光用発光素子１１０Ｂとが、同一出力で同一数量の場合でも、光源部の小型化を図りつつ、白色を得るために必要なＧ光の光束量を得ることができる。
【００７２】
Ｒ光用発光素子１１０ＲとＧ光用発光素子１１０ＧとＢ光用発光素子１１０Ｂとの数量がそれぞれ略同じ場合について考える。この場合、各色の光源部の空間的な広がりは略同程度である。しかしながら、上述のように白色を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｇ光用発光素子１１０Ｇを他の発光素子よりも長く点燈させてＧ光の階調表現期間ＧＫを、Ｒ光階調表現期間ＲＫ及びＢ光階調表現期間ＢＫよりも長くする。これにより、Ｇ光用発光素子１１０Ｇと、Ｒ光用発光素子１１０Ｒ及びＢ光用発光素子１１０Ｂとが、同一出力で同一数量の場合でも、光源部の小型化を図りつつ、白色を得るために必要なＧ光の光束量を得ることができる。
【００７３】
この場合、画像の階調をｎビット（ｎは正の整数）で表現すると、Ｇ光階調表現期間ＧＫの単位ビットの長さとＲ光又はＢ光の階調表現期間ＲＫ、ＢＫの単位ビットの長さとは異なる。これにより、各色光において適切な階調表現を行うことができる。
また、駆動制御部１３０は、Ｇ光用発光素子１１０Ｇを駆動するときのＧ光用光源駆動クロック信号の周波数と、Ｒ光用発光素子１１０Ｒ又はＢ光用発光素子１１０Ｂを駆動するときの第２色光用光源駆動クロック信号の周波数とを異ならせることができる。これにより、各色光において適切な光源駆動を与える。
さらに好ましくは、Ｇ光用光源駆動クロック信号と、前記第２色光用光源駆動クロック信号とは、さらに両信号に共通の周波数の単位クロック信号を有することが望ましい。これにより、駆動回路を簡略化できる。
【００７４】
（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタ２００の概略構成を示す図である。空間変調素子として透過型液晶ライトバルブ２１０を用いる点が上記第３実施形態と異なる。その他の上記第１実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７５】
光源部１１０は、図５（ａ）で示すタイミングで各色用発光素子１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂを点燈させる。これら発光素子からの光は、フライアイレンズアレイ１２０により透過型液晶ライトバルブ２１０を重畳的に照明する。透過型液晶ライトバルブ２１０は、画像信号に応じて入射光を透過又は非透過（遮光）させることで変調して射出する。透過型液晶ライトバルブ２１０からの変調光は投写レンズ系１５０を経てスクリーン１６０に投射される。
【００７６】
（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタ３００の概略構成を示す図である。空間変調素子として反射型液晶ライトバルブ３３０を用いる点が上記第４実施形態と異なる。その他の上記第４実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７７】
光源部１１０は、図５（ａ）で示すタイミングで各色用発光素子１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂを点燈させる。これら発光素子からの光は、不図示の偏光変換装置によりＳ偏光光に変換される。次に、Ｓ偏光光は偏光ビームスプリッタ３２０の偏光面３２０ａで反射される。ここで、偏光面３２０ａは偏光分離に関して角度特性を有している。このため、レンズ３１０により、各色用発光素子１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光の主光線が光軸ＡＸと略平行となるように変換する。偏光面３２０ａで反射された光は、反射型液晶ライトバルブ３３０に入射する。
【００７８】
反射型液晶ライトバルブ３３０は、画像信号に応じてＳ偏光をＰ偏光に変調して射出する。変調光であるＰ偏光光は、偏光ビームスプリッタ３２０の偏光面３２０ａを透過することで検光される。他方、非変調光であるＳ偏光光は、偏光面３２０ａで光源部１１０側へ反射されて廃棄される。そして、変調光は投写レンズ系１５０によりスクリーン１６０へ投写される。これにより、小型な光源で明るいフルカラー像を投射できる。
【００７９】
（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態に係る画像表示デバイス４００の概略構成を示す図である。上記各実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態は直視型の画像表示デバイスである。光源部１１０からの各色光はバックライト光として導光板４１０に入射する。導光板４１０を経由したバックライト光は、空間変調素子としての透過型液晶ライトバルブ４２０へ入射する。透過型液晶ライトバルブ４２０は、画像信号に応じて入射光を透過又は非透過させることで変調して射出する。これにより、方向Ａから観察するとフルカラー像を得ることができる。
【００８０】
（第７実施形態）
本実施の形態では、発光ダイオードなどの固体発光素子を光源として有するプロジェクタを説明する。固体発光素子を用いた光源は、光源自体の寿命が長く、玉切れなどによるメンテナンスが不用である。さらに、固体発光素子のオンオフの応答速度が速いので、色毎にオンオフするタイミングを調整することによってカラーバランスが調整できる。また、白色光源と異なり、カラーフィルタが不要であり、光の利用効率が高く、また、騒音などの問題も生じない。したがって、固体発光素子を光源として採用することにより、高品質な明るいカラー画像を投写できるコンパクトなプロジェクタを提供できる。
【００８１】
しかしながら、個々の固体発光素子の光量は画像を投写するには充分ではなく、複数の固体発光素子を並べて、充分な光量を確保することが好ましい。個々の固体発光素子は、半導体発光素子であるので、サイズは小さく、アレイあるいはマトリクス状に２次元に並べて照明装置として必要な光量を得ることができる可能性がある。その一方で、個々の固体発光素子は小さいといっても面積はあるので、光量を確保するために数多くの固体発光素子を並べると照明装置の光射出領域の面積は大きくなる場合があり、この場合には照明装置から照明光束をライトバルブ上に集光するための光学システムが複雑で大型となりやすい。さらに、照明光束を集光する光学系で非点収差や色収差などの諸収差の要因が発生することにもなり、鮮明なカラー画像を投写するのが難しい場合もある。したがって、コンパクトで充分な明るさの画像を投写するためには、限られた固体発光素子からの光を無駄なく空間光変調装置（ライトバルブ）上に照射し、空間光変調装置（ライトバルブ）で変調された光を無駄なくスクリーン上に照射することが好ましい。
【００８２】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１２に、固体発光素子であるＬＥＤ素子を光源として用いた本発明のプロジェクタ５０１の概略構成を示してある。本例のプロジェクタ５０１は、複数のＬＥＤ素子を備えた光源５１０と、光源５１０からの照明光束（入射光束）５７１ａをスイッチングし画像を形成する変調領域（反射面）５３１を備えた反射型の空間光変調装置であるライトバルブ５３０と、この照明光束５７１をライトバルブ５３０で変調した表示光束５７３をスクリーン５９９の上に投写する投写レンズ５５０とを備えている。
【００８３】
本例の反射型のライトバルブ５３０は、複数の微小な方形状で鏡面の変調面（マイクロミラー）を備えた可動ミラー素子であるティルトミラー素子（スイッチング素子）がアレイ状あるいはマトリクス状に配置された変調領域あるいは画像形成領域５３９を備えたマイクロミラーデバイスである。変調領域５３９を構成する各々のティルトミラー素子５３２は、図２（ａ）、（ｂ）と同様に図１３に拡大して示すように、マイクロミラー５３１が支柱５３４により旋回可能な状態で半導体基板５３５に支持されており、半導体基板５３５の表面に設けられた一対のアドレス電極５３６ａおよび５３６ｂをアクチュエータとしてマイクロミラー５３１の傾きが制御できるようになっている。マイクロミラー５３１は、水平な位置から支柱５３４を中心に±１０度程度の範囲で予め設定された方向に旋回し、それぞれの位置がオン位置になる。したがって、本例のスイッチング素子５３２は、支柱５３４に関して左右に傾いた２つの配向５３７ａおよび５３７ｂを備えており、傾いた方向から入射した照明光束５７１があればそれを有効光、すなわち表示光束５７３として投写レンズ５５０の方向に反射する。
【００８４】
すなわち、照明光束５７１ａについては、スイッチング素子５３２が配向状態５３７ａにある場合に、オン状態（反射された光束が投写レンズに入射する状態）であり、配向状態５３７ｂにある場合にオフ状態（反射された光束が投写レンズに入射しない状態）である。
【００８５】
また照明光束５７１ｂについては、スイッチング素子５３２が配向状態５３７ｂにある場合のときに、オン状態（反射された光束が投写レンズに入射する状態）であり、配向状態５３７ａの状態の場合にオフ状態（反射された光束が投写レンズに入射しない状態）である。
【００８６】
本例のプロジェクタ５０１は、さらに、ライトバルブ５３０の近傍の投写レンズ５５０の側に、照明光束５７１および表示光束５７３が透過するように配置された正の屈折力のフィールドレンズ５４０を備えている。つまり、フィールドレンズ５４０は、投写レンズ５５０と、ライトバルブ５３０との間に位置する。また、フィールドレンズ５４０は、投写レンズ５５０とライトバルブ５３０とを結ぶ間の光路上に位置する。このフィールドレンズ５４０は、照明光束５７１に対して、光源５１０から出力された照明光束５７１をライトバルブ５３０の上に集光する機能を果たし、表示光束５７３に対しては、投写レンズ５５０と共に表示光束５７３をスクリーン５９９の上に集光する機能を果たす。さらに、光源５１０と投写レンズ５５０との間に、フィールドレンズ５４０と、反射型のライトバルブ５３０の変調領域５３９と、フィールドレンズ５４０とで構成される１つの光学系を定義することができる。本明細書では、この光学系を変調光学系Ｇ１と称することにする。
【００８７】
本例の光源５１０は、フィールドレンズ５４０に向くように、投写レンズ５５０の入射端５５１を挟んで配置された２つの光射出領域５１２ａおよび５１２ｂを備えている。これらの光射出領域５１２ａおよび５１２ｂの形状およびサイズは互いにほぼ同じであるが、一方の光射出領域（第１の光射出領域）５１２ａには、複数の赤色のＬＥＤ素子（固体発光素子）５１１Ｒ、および複数の青色のＬＥＤ素子５１１Ｂが並べられており、他方の光射出領域（第２の光射出領域）５１２ｂに複数の緑色のＬＥＤ素子５１１Ｇのみが並べられている。ところで、ＬＥＤ素子５１１のライトバルブ５３０の側（前方あるいは射出側）に、複数のマイクロレンズ５１６が設けられている場合であって、ＬＥＤ素子５１１のそれぞれとマイクロレンズ５１６のそれぞれが一対一となるようにこの複数のマイクロレンズ５１６がアレイまたはマトリクス状に配置されている場合には、この複数のマイクロレンズ５１６の全て（すなわちマイクロレンズアレイ５１５ａおよびマイクロレンズアレイ５１５ｂ）が光射出領域５１２ａおよび５１２ｂに対応する。一方、このようなマイクロレンズアレイ５１５ａおよびマイクロレンズアレイ５１５ｂがＬＥＤ１１とライトバルブ５３０との間の光路上にない場合には、ＬＥＤ素子５１１の発光部５１３の全てが光射出領域５１２ａおよび５１２ｂに対応する。
【００８８】
マイクロレンズ５１６のそれぞれとフィールドレンズ５４０とで構成される光学系（本明細書では照明光学系と称する）Ｇ２は、ＬＥＤ素子５１１のそれぞれから射出された照明光束５７１をライトバルブ５３０の変調領域５３９に導く。一方、フィールドレンズ５４０およびライトバルブ５３０を含む変調光学系Ｇ１は、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂ（本実施の形態ではマイクロレンズアレイ５１５ａおよび５１５ｂ）のそれぞれから射出された照明光束５７１を投写レンズ５５０の入射瞳５５２に導く。
【００８９】
さらに、各々の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂは、フィールドレンズ５４０およびライトバルブ５３０を含む変調光学系Ｇ１を介して、投写レンズ５５０の入射瞳５５２に対して光学的に共役関係になるように配置されている。より具体的には、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂのそれぞれは、フィールドレンズ５４０およびライトバルブ５３０を含む変調光学系Ｇ１を介して、入射瞳５５２に対して光学的に共役な仮想平面上に位置する。投写レンズ５５０の入射側５５１から見てあらゆる光線を規制するのは入射瞳５５２である。したがって、照明光束５７１が出力されてから投写レンズ５５０に至る間に通過する変調光学系Ｇ１を介して、入射瞳５５２と共役関係となるように光射出領域５１２ａおよび５１２ｂを設定することにより、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂの共役像５１５ｉが入射瞳５５２に形成されることになる。すなわち、光射出領域５１２ａまたは５１２ｂから出力された照明光束５７１ａ又は５７１ｂは、フィールドレンズ５４０の反射・吸収やライトバルブ５３０の吸収などにより減少する以外は、すべてが絞り５５９を通過して投写レンズ５５０に入り、スクリーン５９９に投影される。したがって、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂから出力された照明光束５７１ａおよび５７１ｂは無駄なく画像をスクリーン５９９に投写するために利用される。このため、最小面積の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂにより、最も明るい画像を表示できるプロジェクタ５０１を提供できる。
【００９０】
本例のライトバルブ５３０の変調領域５３９を構成するスイッチング素子５３２は、図１３で説明したように２つの位置５３７ａおよび５３７ｂを備えている。したがって、ライトバルブ５３０がオンのときに入射瞳５５２と共役関係にある位置は２つあり、図１４に示すように、入射瞳５５２を挟み、スイッチング素子５３２のマイクロミラー５３１が旋回する方向（スイッチング方向）Ｓに対称な位置Ｌ１およびＬ２が入射瞳５５２と共役関係にある位置になる。すなわち、ライトバルブ５３０の中心５３０ｃを通り、ライトバルブ５３０の辺５３０ａから４５度ずれた方向に、第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂが位置する。このライトバルブ５３０からの４５度ずれた方向は、ライトバルブ５３０のスイッチング素子５３２のマイクロミラー５３１が旋回するスイッチング方向であり、照明光束５７１の入射方向となる。そして、変調光学系Ｇ１を介してその共役な位置Ｌ１およびＬ２に形成された入射瞳５５２の像５５２ｉの範囲が入射瞳５５２に共役関係にある領域である。そこで、その入射瞳５５２に対してスイッチング方向Ｓに対称に形成される共役像５５２ｉの範囲にＬＥＤ素子５１１Ｒおよび５１１Ｂまたは５１１Ｇを配置して第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂを形成している。
【００９１】
したがって、本例のプロジェクタ５０１では、凸レンズ効果を備えた、正の屈折力のフィールドレンズ５４０をライトバルブ５３０の近傍に配置することにより、投写レンズ５５０の入射瞳５５２と共役関係にある第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂを設けている。さらに、それらの領域５１２ａおよび５１２ｂにＬＥＤ素子５１１Ｒ、５１１Ｂおよび５１１Ｇを配置することにより無駄なく複数のＬＥＤ素子から射出された光が投写レンズ５５０に入力することができる。
【００９２】
近年、ＬＥＤ素子は、青色のＬＥＤ素子５１１Ｂをはじめ高輝度で光量の大きなものが実用化されており、様々な光源として用いられているが、高輝度化が進んでいるものの、個々のＬＥＤ素子から出力される光量は、従来の白色ランプに比較すると弱い。したがって、プロジェクタ５０１に必要な光量を確保するには複数のＬＥＤ素子を並べることが好ましい。また、多くのＬＥＤ素子を並べて光源とした場合には、それらから出力される光が画像をスクリーンに投影されるためにほぼ全て用いられることが好ましい。そうすれば消費電力の増加とサイズの増加とを抑えつつ、明るいプロジェクタが得られるからである。
【００９３】
これに対し、本例のプロジェクタ５０１においては、入射瞳５５２と共役関係にある領域５１２ａおよび５１２ｂにＬＥＤ素子５１１を配置しているので、ＬＥＤ素子５１１から出力される光が無駄になることはなく、光の利用効率が高い。したがって、最も小型で、省エネルギーの構成で最も明るい画像を投影可能なプロジェクタ５０１を実現できる。
【００９４】
本例のライトバルブ５３０の場合、入射瞳５５２に共役な領域が２つあるので、そのいずれか一方にのみＬＥＤ素子５１１Ｒ、５１１Ｇおよび５１１Ｂを配置しても良い。その場合でも、それぞれのＬＥＤ素子から出力された光は、無駄にならずに投写レンズ５５０に入射されるので、光の利用効率が高く、コンパクトで明るい画像を表示可能なプロジェクタとなる。しかしながら、共役な領域５１２ａおよび５１２ｂの両方を利用すればＬＥＤ素子５１１を配置可能な面積は２倍になるので、さらに明るい画像を表示することができる。
【００９５】
これらの領域５１２ａおよび５１２ｂにＬＥＤ素子５１１Ｒ（赤色）、５１１Ｇ（緑色）および５１１Ｂ（青色）を同じ割合で配置することも可能であり、スイッチング素子５３０の２つのオン状態５３７ａおよび５３７ｂを第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂから時分割で射出される各色の光に同期して制御することによりマルチカラーの画像を表示できる。２方向の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂから照明光束５７１ａおよび５７１ｂがそれぞれ照射されるので、各色または少なくとも２色に対応した数のスイッチング素子５３２が変調領域５３９に用意されていれば、２色の画像を同時に出力することも可能である。
【００９６】
これに対し、一方の光射出領域５１２ａまたは５１２ｂに特定の色のＬＥＤ素子５１１が固まって配置されている場合は、色毎にオン状態の方向５３７ａおよび５３７ｂを制御すれば良いので、スイッチング素子５３２の制御は非常に簡単になり、少ないスイッチング素子で明るい画像を表示できる。マルチカラー（フルカラー）の画像を出力するには、各色を発光する素子の数量（個数）のバランスは、比視感度などを考慮して白色が出せる割合に設定することが望ましい。比視感度は緑色が非常に低く、緑色のＬＥＤ素子５１１Ｇの出力も現状では比視感度をカバーできるほどには向上していない。このため、本例では、比視感度の低い、緑色のＬＥＤ素子５１１Ｇを単独で第２の発光面５１２ｂに配置し、赤色および青色のＬＥＤ素子５１１Ｒおよび５１１Ｂを第１の発光面５１２ａの上に配置することにより、カラーバランスを確保している。
【００９７】
本明細書で開示しているように、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂのそれぞれは、入射瞳５５２に対して共役な仮想平面上に位置する。したがって、この共役な仮想平面上に生じる入射瞳５５２の共役像５５２ｉ内に効率よくＬＥＤ素子５１１を配置すれば、ＬＥＤ素子５１１から出力された照明光束５７１を無駄なく画像を投影するために利用できる。したがって、明るい画像を表示するためには、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂのそれぞれの形状を共役像５５２ｉの形状に一致させればよい。
図１４では、光射出領域５１２ａおよび５１２ｂは、入射瞳５５２の共役像５５２ｉの範囲内にある。もっとも望ましい配置は、入射瞳５５２の共役像５５２ｉ、すなわち、図１４に一点破線で示すサークル内を、マイクロレンズ５１６を含めてＬＥＤ素子５１１で満たすことである。
【００９８】
図１５（ａ）に示した配置は、第１の光射出領域５１２ａにＬＥＤ素子５１１をアレイ状に配置して入射瞳の像５５２ｉを満たした配置例であり、ＬＥＤ素子５１１の光射出領域５１２ａの一部が共役像５５２ｉからはみ出しているので無駄な光が発生している。また、共役像５５２ｉのうち光射出領域５１２ａと重ならない部分もあるが、多数のＬＥＤ素子５１１を規則的に並べやすい配置である。
【００９９】
図１５（ｂ）は、ＬＥＤ素子５１１を上下あるいは左右の列で半ピッチ（半ピッチ以下でも良いが）シフトして並べた配置例である。この配置例は、多数のＬＥＤ素子５１１を並べる手間はかかるが、入射瞳の像５５２ｉをほぼＬＥＤ素子５１１で埋めることができ、入射瞳の像５５２ｉからはみ出す部分もほとんどない。したがって、照明光束の無駄を最小限にすることができ、コンパクトで明るい画像を表示できるプロジェクタを提供するには適している配置である。
【０１００】
以上に説明したように、フィールドレンズ５４０およびライトバルブ５３０を含む変調光学系Ｇ１に対して入射瞳５５２と共役関係にある第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂにＬＥＤ素子５１１を配置することにより、照明光束５７１の無駄を防止でき、コンパクトで明るい画像を表示できるプロジェクタ５０１を提供できる。しかしながら、個々のＬＥＤ素子５１１に着目すると、個々のＬＥＤ素子５１１から出力される光量にはばらつきがあることがある。
【０１０１】
まず、本例においては、光源５１０の第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂに配置されたＬＥＤ素子５１１Ｒ、５１１Ｇおよび５１１Ｂの前方に、マイクロレンズアレイ５１５を設け、マイクロレンズアレイ５１５を構成するマイクロレンズ５１６とフィールドレンズ５４０とを含む照明光学系Ｇ２を介して、各々ＬＥＤ素子５１１の発光部５１３とライトバルブ５３０の変調領域５３９とが共役関係になるように配置している。各々のＬＥＤ素子５１１の中で光を射出する発光部である発光部５１３と、変調領域５３９とが共役関係になることにより、発光部５１３から出力された照明光束５７１は無駄なく変調領域５３９に照射される。したがって、個々のＬＥＤ素子５１１という微視的な領域でも、ＬＥＤ素子５１１から出力された光の無駄を省くことができ、コンパクトでより明るい画像を表示できるプロジェクタ５０１を提供できる。
【０１０２】
さらに、それぞれの発光部５１３と変調領域５３９が共役関係にあるので、個々のＬＥＤ素子５１１の発光部５１３から出力された照明光束５７１により、変調領域５３９の全体が照明される。したがって、個々のＬＥＤ素子５１１から出力される光の強度差といった個体差はキャンセルされ、複数のＬＥＤ素子５１１により変調領域５３９を、無駄なく、さらに、むら無く照明することが可能となる。このため、スクリーン５９９に投写される画像の明るさを向上できるだけでなく、画像のむらを無くし、画像品質も向上できる。
【０１０３】
マイクロレンズ５１６が球面の場合は、各々の発光部５１３が変調領域５３９と共役関係にあるということは、個々の発光部５１３の形状は、変調領域５３９と相似な形状であることが好ましい。すなわち、発光部５１３の縦横比（アスペクト比）が、変調領域５３９のアスペクト比と同一であることが望ましい。さらに、変調領域５３９の一辺５３９ａと発光部５１３の横辺５１３ａが平行に配置されていることが望ましい。したがって、本例では、サイズが２ｍｍ×３ｍｍ程度の長方形の発光部５１３を備えたＬＥＤ素子５１１を第１および第２の光射出領域５１２ａおよび５１２ｂに配列している。
【０１０４】
個々の発光部５１３の形状は、変調領域５３９と相似な形状に限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、２ｍｍ×２ｍｍ程度の正方形の発光部５１３を備えたＬＥＤ素子５１１であっても、非点収差を発生させるシリンドリカル状のマイクロレンズ５１６を採用することにより、発光部５１３と変調領域５３９を共役な関係にすることが可能である。
【０１０５】
図１６に示したマイクロレンズ５１６は、縦横の曲率あるいは倍率が異なるように形成されており、照明光学系Ｇ２を通過することにより、照明光束５７１の断面が長方形となり、ライトバルブ５３０の変調領域５３９の全体を照明する。このマイクロレンズ５１６は非点収差を発生させるものなので、結像位置は縦方向と横方向では一致しない。
【０１０６】
しかしながら、発光部５１３の縦方向５１３ｙの結像位置と、発光部５１３の横方向５１３ｘの結像位置の間にライトバルブ５３０が配置されるように照明光学系Ｇ２を設計することにより、個々の発光部５１３から出力された照明光束５７１により変調領域５３９のほぼ全体を照明することができ、照明光束に無駄が発生するのを最小限に抑えることができる。
【０１０７】
このように個々のＬＥＤ素子５１１の発光部５１３と変調領域５３９とを共役な関係として、個々のＬＥＤ素子５１１で変調領域５３９の全体を照明することが望ましいが、個々のＬＥＤ素子５１１からの照明光束５７１の無駄を防止するという点では、これに限定されるものではない。たとえば、個々のＬＥＤ素子５１１が非常に微小な、たとえば、１ｍｍ×１ｍｍ程度の正方形の発光部５１３を備えている場合は、照明光学系Ｇ２で発光部５１３と変調領域５３９とを共役関係にすることは難しくなる。しかしながら、発光部５１３を正方形または長方形にする場合には、それぞれ利点がある。個々のＬＥＤ素子５１１の発光部５１３からの像により変調領域５３９の全体を照明できない場合は、図１７に示したように、ＬＥＤ素子５１１と、それとペアとなるマイクロレンズ５１６との光軸５７９をペア毎に、あるいは適当なグループ単位で適当にずらすことにより、図１８に示すように変調領域５３９を発光部５１３の像５７１ｉが一部オーバーラップするように照明することができる。この際、微小発光面５１３が方形であると、変調領域５３９に形成される像５７１ｉも方形となるので、変調領域５３９の辺と発光部５１３の像５７１ｉの辺とを合わせやすく、照明光束５７１の無駄が発生するのを防止できる。
【０１０８】
発光部５１３が変調領域５３９と相似あるいはそれに近い長方形であると、発光部５１３の長辺と変調領域５３９の長辺とを合わせることにより、変調領域５３９の形状に光射出領域５１２ａから供給される照明光束５７１の全体の断面を合わせやすく、無駄のない照明ができる。このためには、発光部５１３の長辺と変調領域５３９の長辺とが平行になるようにＬＥＤ素子５１１を配置する必要がある。
【０１０９】
このように、個々の発光部５１３が照明光学系Ｇ２を介して変調領域５３９と共役関係にない場合でも、発光部５１３を方形、さらに望ましくは変調領域５３９と相似な長方形にすることにより、照明光束５７１のエッジを合わせて無駄な光が生ずるのを防止できる。さらに、フィールドレンズ５４０が配置されていないプロジェクタにおいても、発光部５１３が照明光学系Ｇ２（この場合はマイクロレンズ５１６だけになる）を介して変調領域５３９と共役関係にあることにより、照明光束の無駄を排除する効果が得られる。したがって、コンパクトで省エネルギーでありながら、明るい画像を表示できるプロジェクタを提供できる。また、発光部５１３が照明光学系Ｇ２を介して、変調領域５３９と共役関係にない場合でも、各々の発光部５１３の形状を方形または変調領域５３９に相似な長方形とすることにより、照明光束の無駄を防止できることは上述したとおりである。
【０１１０】
なお、上記の例では、図１９（ａ）に変調光学系Ｇ１を照明光束５７１の側と表示光束５７３の側に展開して示すように、照明光束、すなわち入射側と、表示光束、すなわち射出側との倍率が１：１の変調光学系に基づき説明している。この変調光学系Ｇ１は、入射側のフィールドレンズ５４０と、射出側のフィールドレンズ５４０（入射側と同一のレンズである）との間の光束５７２が平行光束となる。したがって、変調領域５３９に照射される照明光束５７２はテレセントリックとなり、マイクロミラー５３１の角度を変えてスイッチングするのが容易となる。すなわち、変調領域５３９に配列されたマイクロミラー５３１で得られる有効光だけでなく無効光も平行になるので、微小な角度で有効光と無効光を分離できる。あるいは、無効光を飲み込まない範囲で投写レンズ５５０の入射口径をおおきくすることが可能となり、より明るい画像を表示することができる。
【０１１１】
一方、図１９（ｂ）に示すように、入射側に対する射出側の倍率が等しくない変調光学系Ｇ１を採用することも可能である。しかしながら、入射側に対して射出側の倍率が１より大きな変調光学系は、光源５１０が投写レンズ５５０よりライトバルブ５３０の側に位置する。一方、入射側に対して射出側の倍率が１より小さな、たとえば、１／２（０．５倍）の変調光学系Ｇ１においては、フィールドレンズ５４０によって、光源５１０からの照明光束５７１が縮小され投写レンズ５５０の入射瞳５５２に集光される。したがって、逆に、入射瞳５５２に対して光射出領域５１２ａまたは５１２ｂの面積は大きくなり、さらに多くのＬＥＤ素子５１１を並べて照明光束５７１の光量を増加できる。一方、ライトバルブ５３０の変調領域５３９においては、平行光ではなく収束光が照射され、有効光および無効光が共に平行光にはならない。しかしながら、投写レンズ５５０の開口で無効光が排除できる設計許容範囲内であれば、画質上は問題ない。また、投写レンズ５５０のＦナンバーに依存するが、レンズの明るさは殆ど変えないように構成することも可能である。
【０１１２】
以上に説明したように、本例のプロジェクタ５０１は、固体発光素子であるＬＥＤ素子５１１Ｒ、５１１Ｇおよび５１１Ｂを光源５１０とし、複数のＬＥＤ素子が並べられた光射出領域５１２と投写レンズ５５０の入射瞳５５２とが、フィールドレンズ５４０を含む変調光学系を介して共役関係になるようにレイアウトしている。したがって、光射出領域５１２から出力された照明光束の無駄をなくすことができ、固体発光素子のメリットを活かした、コンパクトで、省電力タイプのプロジェクタであって、高品質な明るいカラー画像を表示するプロジェクタを提供できる。
【０１１３】
上述したように、本実施の形態のライトバルブ（空間光変調装置）５３０はマイクロミラーデバイスである。このようなマイクロミラーデバイスとして、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が適用できる。ＤＭＤはテキサスインスツルメンツ社製のデバイスである。なお、上記では、ライトバルブにマイクロミラーデバイスを用いた例を説明しているが、さらに、これに限らず、他のタイプのライトバルブ、たとえば、反射型の液晶を用いることも可能である。また、固体発光素子としてＬＥＤ素子を採用した例を説明しているが、これに限らず他の固体あるいは半導体発光素子、たとえば、有機ＥＬ、半導体レーザなどを用いることも可能である。以上に説明したように、本発明により、固体発光素子を光源として用いたプロジェクタにおいて、固体発光素子から出力される照明光束を無駄にせずに投写レンズに導くことができるプロジェクタを提供できる。したがって、最小の構成で、効率良くライトバルブを照明することができ、コンパクトで省エネルギーでありながら、明るく高品位の画像をスクリーンに投影できるプロジェクタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】第１実施形態に係る画像表示デバイスの概略構成を示す図。
【図２】ティルトミラーデバイスの構成の一部を拡大して示す図。
【図３】ティルトミラーデバイスの反射角度を示す図。
【図４】ティルトミラーデバイスの反射角度を示す他の図。
【図５】点燈期間とそのタイミングを示す図。
【図６】光源部の構成を示す図。
【図７】第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図８】第３実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタの概略構成を示す図。
【図９】第４実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタの概略構成を示す図。
【図１０】第５実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタの概略構成を示す図。
【図１１】第６実施形態に係る画像表示デバイスを備えるプロジェクタの概略構成を示す図。
【図１２】光源にＬＥＤ素子を用いた第７実施形態のプロジェクタの概要を示す図。
【図１３】図１２に示すライトバルブの変調領域を構成するティルトミラー素子の概要を示す図。
【図１４】図１２に示すプロジェクタにおいて、入射瞳と光射出領域との概略の位置関係を示す図。
【図１５】光射出領域にＬＥＤ素子を配置する例を示す図。
【図１６】マイクロレンズの異なる例を示す図。
【図１７】マイクロレンズの光軸をずらして照明光束をオーバーラップさせるプロジェクタの概要を示す図。
【図１８】変調領域を光軸がずれている照明光束によりオーバーラップするように照射する様子を示す図。
【図１９】（ａ）は、変調光学系の倍率が１の場合を示す図であり、（ｂ）は、変調光学系の倍率が１より小さい場合を示す図。
【符号の説明】
【０１１５】
１…画像表示デバイス、１０…第１色光用光源部、１１…Ｇ光用発光素子、１２…発光チップ部、１３…テーパ状ロッド部材、２０…第２色光用光源部、２１…Ｒ光用発光素子、２２…Ｂ光用発光素子、２３…基板、２４，２５…発光チップ部、ＬＳ…レンズ部材、３０…ティルトミラーデバイス、３１…可動ミラー素子、３２…基板、３３，３４…電極、３５…所定軸、４０…駆動制御部、５０…投写レンズ、６０…スクリーン、１００，２００，３００…プロジェクタ、１１０…光源部、１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ…各色用発光素子、１３０…駆動制御部、１４０…ティルトミラーデバイス、１４１…可動ミラー素子、１５０…投写レンズ系、１６０…スクリーン、２１０…透過型液晶ライトバルブ、３１０…レンズ、３２０…偏光ビームスプリッタ、３２０ａ…偏光面、３３０…反射型液晶ライトバルブ、４００…画像表示デバイス、４１０…導光板、４２０…透過型液晶ライトバルブ、５０１…プロジェクタ、５１０…光源、５１１…ＬＥＤ素子、５１２…光射出領域、５１３…発光部、５１５…マイクロレンズアレイ、５１６…マイクロレンズ、５３０…ライトバルブ、５３１…マイクロミラー、５３２…ティルトミラー素子（スイッチング素子）、５３９…変調領域、５４０…フィールドレンズ、５５０…投写レンズ、５５２…入射瞳、５７１…照射光束、５７３…表示光束、５９９…スクリーン。
【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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【図１８】
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【図１９】
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