(57)【要約】【課題】  小型光源から照射された光を合成するプリズムの構造が改善された照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置を提供する。【解決手段】 異なる波長の光を照射する複数の光源ユニットと、入射方向によって光を透過または全反射させる外側面と、異なる二つの三角形プリズムそれぞれと結合される二つの境界面をそれぞれ有する３枚の三角形プリズムと、３枚の三角形プリズム間の少なくとも何れか一つの境界に設けられて、入射光を波長によって選択的に透過または反射させる色分離部と、を備える照明ユニットである。また、照明ユニットと、照明ユニット側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを備える。【選択図】      図２
2006048044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長の光を照射する複数の光源ユニットと、
前記複数の光源ユニットから照明された光それぞれが同じ経路に進むように入射光を合成する合成プリズムとを備え、
前記合成プリズムは、
入射方向によって光を透過または反射させる第１外側面と、第１及び第２境界面を有する第１三角形プリズムと、
入射光を透過させる第２外側面と、前記第２境界面に対向して配置される第３境界面及び第４境界面を有する第２三角形プリズムと、
入射方向によって光を透過または反射させる第３外側面と、前記第４境界面に対向して配置される第５境界面及び、前記第１境界面に対向して配置される第６境界面を有する第３三角形プリズムと、
前記第２境界面と第３境界面との間、第４境界面と第５境界面との間、及び第６境界面と第１境界面との間のうち、少なくとも何れか一箇所に配置されて、入射光を波長によって選択的に透過または反射させる色分離部とを備えることを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
前記第１ないし第３三角形プリズムは、
相互同じ形状及びサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項３】
前記第１ないし第３三角形プリズムそれぞれは、
二つの境界面の間角が１２０°であり、二つの境界面それぞれと外側面とがなす角度が３０°である二等辺三角形状のプリズムであることを特徴とする請求項２に記載の照明ユニット。
【請求項４】
前記複数の光源ユニットそれぞれは、
反射面を有するコリメータと、所定波長の光を照射する光源とを備えて平行光を照明する光モジュールを少なくとも一つ以上備えることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項５】
前記光源は、一つまたは複数個がアレイをなすＬＥＤ光源またはレーザダイオードからなることを特徴とする請求項４に記載の照明ユニット。
【請求項６】
前記色分離部は、
前記第２境界面と前記第３境界面との間に配置されて、第１波長領域の第１光は反射させ、第２波長領域の第２光は透過させる第１二色フィルタと、
前記第６境界面と前記第１境界面との間に配置されて、第３波長領域の第３光は反射させ、他の波長領域の前記第１及び第２光は透過させる第２二色フィルタと、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のうち何れか一項に記載の照明ユニット。
【請求項７】
前記光源ユニットは、
前記第１外側面に対向して配置されるものであって、前記第１光を前記第１二色フィルタ方向に照射する第１光源ユニットと、
前記第２外側面に対向して配置されるものであって、前記第２光を前記第１二色フィルタ方向に照射する第２光源ユニットと、
前記第２外側面に対向して配置されるものであって、前記第３光を前記第５境界面方向に照射する第３光源ユニットとを備えることを特徴とする請求項６に記載の照明ユニット。
【請求項８】
前記第１二色フィルタを経由して入射された第１及び第２光が前記第１外側面から全反射され、前記第３外側面を透過して進むように前記第１及び第２光源ユニットが配置され、
前記第３光源ユニット側から直接入射された第３光が前記第３外側面から反射されて、前記第２二色フィルタに向かうように前記第３光源ユニットが配置されたことを特徴とする請求項７に記載の照明ユニット。
【請求項９】
前記第１外側面と前記第３外側面それぞれの一部は、前記第１二色フィルタを経由して入射された第１及び第２光と、前記第３光源ユニット側から直接入射された第３光とを反射させるように全反射コーティングされたことを特徴とする請求項７に記載の照明ユニット。
【請求項１０】
前記色分離部は、
前記第４境界面と前記第５境界面との間に配置されて、第４波長領域の第４光は反射させ、第３波長領域の前記第３光は透過させる第３二色フィルタをさらに備え、
前記第２二色フィルタは、前記第１及び第２光は透過させ、第３及び第４光は反射させることを特徴とする請求項６に記載の照明ユニット。
【請求項１１】
前記光源ユニットは、
前記第１外側面に対向して配置されるものであって、前記第１光を前記第１二色フィルタ方向に照射する第１光源ユニットと、
前記第２外側面に対向して配置されるものであって、前記第２光を前記第１二色フィルタ方向に照射する第２光源ユニットと、
前記第２外側面に対向して配置されるものであって、前記第３光を前記第３二色フィルタ方向に照射する第３光源ユニットと、
前記第３外側面に対向して配置されるものであって、前記第４光を前記第３二色フィルタ方向に照射する第４光源ユニットとを備えることを特徴とする請求項１０に記載の照明ユニット。
【請求項１２】
前記第１二色フィルタを経由して入射された第１及び第２光が前記第１外側面から全反射され、前記第３外側面を透過して進むように前記第１及び第２光源ユニットが配置され、
前記第２二色フィルタを経由して入射された第３及び第４光が前記第３外側面から全反射され、前記第２二色フィルタに向かうように前記第３及び第４光源ユニットが配置されたことを特徴とする請求項１１に記載の照明ユニット。
【請求項１３】
前記第１外側面と前記第３外側面それぞれの一部は、前記第１二色フィルタを経由して入射された第１及び第２光と、前記第２二色フィルタを経由して入射された第３及び第４光とを反射させるように全反射コーティングされたことを特徴とする請求項１１に記載の照明ユニット。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のうち何れか一項に記載の照明ユニットと、
前記照明ユニット側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを備えることを特徴とする画像投射装置。
【請求項１５】
前記照明ユニットと前記画像形成素子との間に配置されて、前記照明ユニットから入射された光を均一光にする光インテグレータをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の画像投射装置。
【請求項１６】
前記光インテグレータは、
内部に入射された光を全反射させつつ、伝達する長方体構造のガラスロードであることを特徴とする請求項１５に記載の画像投射装置。
【請求項１７】
前記光インテグレータは、
互いに隣接して配列された凸状または円筒状の複数のレンズセルをそれぞれ備える少なくとも１枚のレンズを備えるフライアイレンズアレイであることを特徴とする請求項１５に記載の画像投射装置。
【請求項１８】
前記画像形成素子は、前記光インテグレータから出射された均一光を選択的に反射させて画像を形成する反射型画像形成素子であり、
前記照明ユニットと前記画像形成素子との間に配置されて、前記照明ユニットから入射された光は、前記画像形成素子方向に向かわせ、前記画像形成素子側から反射された光は、スクリーン方向に向かうように入射ビームの経路を変換するビームスプリッタをさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の画像投射装置。
【請求項１９】
前記反射型画像形成素子は、デジタルマイクロミラー素子であり、
前記ビームスプリッタは、前記光インテグレータ側から入射された光は、前記デジタルマイクロミラー素子方向に全反射させ、前記デジタルマイクロミラー素子方向から入射された光は透過させる、内部全反射ミラーであることを特徴とする請求項１８に記載の画像投射装置。
【請求項２０】
前記照明ユニットと前記ビームスプリッタとの間に配置されて、入射光の偏光方向を変換して特定偏光の光を前記ビームスプリッタ方向に向かわせる偏光変換素子をさらに備え、
前記反射型画像形成素子は、反射型液晶表示素子であり、
前記ビームスプリッタは、入射光を偏光方向によって透過または反射させる偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１８に記載の画像投射装置。
【請求項２１】
前記照明ユニットと前記画像形成素子との間に配置されて、入射光の偏光方向を変換して特定偏光の光を前記画像形成素子方向に向かわせる偏光変換素子をさらに備え、
前記画像形成素子は、
前記光インテグレータから出射された均一な一偏光の光を選択的に透過させて画像を形成する透過型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１５に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を照明する照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置に係り、詳細には、小型光源から照射された光を合成するプリズムの構造が改善された照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、照明ユニットは、一方向に光ビームを照射する光源と、この光ビームを伝達する照明光学系で構成されるものであって、自体的に発光能力のない液晶表示素子またはデジタルマイクロミラー素子などの画像形成素子を利用して、画像を具現する画像投射装置に広く採用される。
【０００３】
ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザダイオード（ＬＤ）などの小型発光素子を光源として採用した照明ユニット及び画像投射装置が開発されている。ここで、小型発光素子は、赤、青、緑色波長の光をそれぞれ照明できるので、１パネル方式のカラー画像投射装置に採用する時、カラー画像の具現のための別途のカラーホイール構造が不要であるという利点がある。一方、各色相の光を照明するためには、複数の小型発光素子の具備と、各色相の光を合成するための構成とが要求される。
【０００４】
図１を参照するに、従来の照明ユニットは、赤、青、緑色波長の光をそれぞれ照明するものであって、異なる位置に配置された第１ないし第３ＬＥＤ光源１１，１２，１３と、この第１ないし第３ＬＥＤ光源１１，１２，１３から照射された光を同一経路に進める三色プリズム２０とを備える。
【０００５】
三色プリズム２０は、相互接合された３枚の第１ないし第３プリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、第１プリズムＰ１と第３プリズムＰ３との間に設けられた第１カラーフィルタ２１と、第２プリズムＰ２と第３プリズムＰ３との間に設けられた第２カラーフィルタ２５と、を備える。第１及び第２カラーフィルタ２１，２５は、入射光ビームを波長によって選択的に透過または反射させる。例えば、第１カラーフィルタ２１は、赤色波長である第１光Ｒは反射させ、緑色波長である第２光Ｇと青色波長である第３光Ｂとは透過させる。そして、第２カラーフィルタ２５は、第３光Ｂは反射させ、第２光Ｇは透過させる。
【０００６】
したがって、第１プリズムＰ１に入射された第１光Ｒは、第１プリズムＰ１の出射面２０ａで臨界角の全反射原理によって全反射されて、第１カラーフィルタ２１に入射される。この第１光Ｒは、第１カラーフィルタ２１で反射された後、第１プリズムＰ１の出射面２０ａを透過して進む。そして、第２光Ｇは、第２及び第１カラーフィルタ２５，２１を順次に透過して、前記第１光Ｒと同じ経路に進む。最後に、第３光Ｂは、第３プリズムＰ３の第１プリズムＰ１と対向する一面２０ｂで臨界角の全反射原理によって全反射されて第２カラーフィルタ２５方向に向かい、第２カラーフィルタ２５で反射された後、第３プリズムＰ３と第１プリズムＰ１とを順次に透過して第１及び第２光Ｒ，Ｇと同じ経路に進む。したがって、第１ないし第３ＬＥＤ光源１１，１２，１３から照明された第１ないし第３光Ｒ，Ｇ，Ｂが合成されて、同じ進路に進ませる。
【０００７】
一方、前記照明ユニットは、第３光Ｂを第３プリズムＰ３の一面２０ｂで全反射させるために、第１プリズムＰ１及び第３プリズムＰ３の光学的配置時、相互所定間隔Ｇａｉｒほど離隔されねばならない。すなわち、臨界角全反射原理を利用しようとする場合、第３プリズムＰ３の一面２０ｂと第３光Ｂとがなす角度だけでなく、第３プリズムＰ３の屈折率とその周辺の屈折率との差を有さねばならないためである。したがって、三色プリズム２０を利用して、複数の光源から照明された光を合成しようとする場合、三色プリズム２０の光学的配置が難しいという短所がある。
【０００８】
また、三色プリズム２０を利用して光を合成する場合、その光学的配置の限界上、異なる波長の光、すなわち、赤、青、緑色の光をそれぞれ照明する第１ないし第３光源以外に、別途の光源、例えば、黄色、マゼンタ、シアンなどの光を照明する光源をさらに備え難いという問題点がある。したがって、具現可能な色範囲が４色光源を利用した照明ユニットより制限されるという短所がある。
【特許文献１】日本特許公開２００４−０７００１７号公報
【特許文献２】日本特許公開２００２−２４４２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、小型光源から照射された光を合成するプリズムの構造が改善された照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するために本発明による照明ユニットは、それぞれ異なる波長の光を照射する複数の光源ユニットと、前記複数の光源ユニットから照明された光それぞれが同一経路に進むように入射光を合成する合成プリズムと、を備え、前記合成プリズムは、入射方向によって光を透過または反射させる第１外側面、第１及び第２境界面を有する第１三角形プリズムと、入射光を透過させる第２外側面、前記第２境界面に対向して配置される第３境界面及び、第４境界面を有する第２三角形プリズムと、入射方向によって光を透過または反射させる第３外側面、前記第４境界面に対向して配置される第５境界面及び前記第１境界面に対向して配置される第６境界面を有する第３三角形プリズムと、前記第２境界面と第３境界面との間、第４境界面と前記第５境界面との間及び、第６境界面と第１境界面との間のうち、少なくとも何れか一箇所に配置され、入射光を波長によって選択的に透過または反射させる色分離部と、を備えることを特徴とする。ここで、第１ないし第３三角形プリズムは、相互同じ形状及びサイズを有する二等辺三角形上のプリズムであることを特徴とする。
【００１１】
また、前記目的を達成するために、本発明による画像投射装置は、前記構造の照明ユニットと、前記照明ユニットから入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による照明ユニットは、三角プリズム構造の合成プリズムを利用して、第１ないし第３光源ユニットから照明された光を合成することによって、臨界角全反射の原理を利用した光の経路変換が容易であり、従来の三色プリズム構造に比べて光学的配置が容易であるという利点がある。また、光源ユニットの構成において、レンズの代わりに反射面を利用してコリメーティングさせることによって、レンズを使用する時に引き起こされるエテンデューなどの原理的制約による効率が低下する問題を根本的に解決できる。そして、第４光を照明する別途の光源ユニットをさらに備える場合、表現しようとする色範囲を広げることができて、多様なカラーの光を照明できる。
【００１３】
また、本発明による画像投射装置は、前記照明ユニットを採用することによって、その構成をコンパクト化でき、異なる波長の光を照明する第１ないし第３光源ユニットを利用してカラー光を照明することによって、別途のカラーホイール装置なしにも、カラー画像を具現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
図２を参照するに、本発明の第１実施形態による照明ユニットは、それぞれ異なる波長の光を照射する複数の光源ユニット１００と、光源ユニット１００から照明された光それぞれが同一経路に進むように入射光を合成する合成プリズム２００とを備える。
【００１６】
光源ユニット１００は、配置位置及び照射する光波長の差によって、第１ないし第３光源ユニット１１０，１２０，１３０に区分される。この第１ないし第３光源ユニット１１０，１２０，１３０は、異なる波長の第１ないし第３光Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１、例えば、赤、青、赤色波長の光をそれぞれ照射する。
【００１７】
合成プリズム２００は、三角柱状であって、入射方向によって光を透過または全反射させる外側面と他の二つの三角形プリズムそれぞれと結合される二つの境界面とをそれぞれ有する第１ないし第３三角形プリズム２１０，２２０，２３０と、第１ないし第３三角形プリズム２１０，２２０，２３０の間の少なくとも何れか一つの境界に設けられて、入射光を波長によって選択的に透過または反射させる色分離部とを備える。
【００１８】
第１三角形プリズム２１０は、第１及び第２境界面２１１，２１３と、光の入射方向によって入射光を透過または反射させる第１外側面２１５とを有する。
【００１９】
第１光源ユニット１１０は、第１外側面２１５に対向して配置されている。したがって、第１光源ユニット１１０から直接入射された第１光Ｌ１１は、第１外側面２１５を透過して第２境界面２１３側に向かう。一方、第２境界面２１３側から臨界角以上の角度で入射された第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１は、第１外側面２１５で全反射されて第１境界面２１１側に向かった後、後述する第３外側面２３５を透過して進む。
【００２０】
ここで、内部全反射は、第１三角形プリズム２１０の屈折率値がその周辺の屈折率値より大きく、第１三角形プリズム２１０の内部で、臨界角より大きい角度で第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１が入射された場合に生じる。
【００２１】
第２三角形プリズム２２０は、第３及び第４境界面２２１，２２３と、入射光を透過させる第２外側面２２５とを有する。ここで、第３境界面２２１は、第２境界面２１３に対向して配置される。
【００２２】
そして、第２外側面２２５には、第２及び第３光源ユニット１２０，１３０が対向して配置される。したがって、第２及び第３光源ユニット１２０，１３０から照射された第２光Ｌ２１は、第２外側面２２５を透過して第３境界面２２１側に向かい、第３光Ｌ３１は、第２外側面２２５を透過して第４境界面２２３側に向かう。
【００２３】
第３三角形プリズム２３０は、第５及び第６境界面２３１，２３３と、光の入射方向によって入射光を透過または反射させる第３外側面２３５とを有する。ここで、第５境界面２３１は、第４境界面２２３に対向して配置され、第６境界面２３３は、第１境界面２１１に対向して配置される。したがって、第３光源ユニット１３０から入射された第３光Ｌ３１は、第３外側面２３５で全反射されて第６境界面２３３側に向かい、第６境界面２３３側から入射された第１ないし第３光Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１は、第３外側面２３５を透過して進む。
【００２４】
ここで、第１ないし第３三角形プリズム２１０，２２０，２３０は、異なる位置から入射された第１ないし第３光Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１を同じ経路に向かわせるために、相互同じ形状及びサイズを有することが望ましい。さらに望ましくは、第１三角形プリズム２１０は、第１境界面２１１と第２境界面２１３との間角が１２０°であり、第１境界面２１１と第１外側面２１５との間角及び第２境界面２１３と第１外側面２１５との間角がそれぞれ３０°である二等辺三角形状のプリズムである。同様に、第２及び第３三角形プリズム２２０，２３０も第１三角形プリズム２１０と同じ条件を有する二等辺三角形状のプリズムである。
【００２５】
前記色分離部は、第２境界面２１３と第３境界面２２１との間、第４境界面２２３と第５境界面２３１との間及び、第６境界面２３３と第１境界面２１１との間のうち、少なくとも何れか１箇所に配置される。本実施形態において、前記色分離部は、第２境界面２１３と第３境界面２２１との間及び、第６境界面２３３と第１境界面２１１との間にそれぞれ設けられた第１及び第２二色フィルタ２４１，２４５を備える。
【００２６】
第１二色フィルタ２４１は、第１光源ユニット１１０から照射された第１波長領域の第１光Ｌ１１は反射させ、第２光源ユニット１２０から照射された第２波長領域の第２光Ｌ２１は透過させる。例えば、緑色と青色との間の所定波長、例えば、５００ｎｍの波長に基づいて、長い波長領域の光は反射させ、短い波長領域の光は透過させる。したがって、第１光Ｌ１１が緑色波長領域の光であり、第２光Ｌ２１が青色波長領域の光である場合、第１光Ｌ１１は、第１二色フィルタ２４１で反射され、第２光Ｌ２１は、第１二色フィルタ２４１を透過して第１光Ｌ１１と同じ経路に進む。
【００２７】
第２二色フィルタ２４５は、第３波長領域、例えば、赤色波長領域の第３光Ｌ３１は反射させ、他の波長領域の第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１は透過させる。例えば、赤色と緑色との間の所定波長、例えば、５６５ｎｍの波長に基づいて、長い波長領域の光は反射させ、短い波長領域の光は透過させる。したがって、第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１それぞれが緑色及び青色波長領域の光であり、第３光Ｌ３１が赤色波長領域の光である場合、第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１は、第２二色フィルタ２４５を透過し、第３光Ｌ３１は、第２二色フィルタ２４５で反射されて第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１と同じ経路に進む。
【００２８】
第１ないし第３光源ユニット１１０，１２０，１３０それぞれは、図３ないし図５に示したように、少なくとも一つ以上の光モジュール１４０で構成される。
【００２９】
図面を参照するに、光モジュール１４０は、反射面を有するコリメータ１５０と、所定波長の光を照射する光源１６０とを備える。コリメータ１５０は、放物面形状の第１反射面１５１と、四角形状の断面を有するガラスロード１５５とを備える。光源１６０は、少なくとも一つのＬＥＤ、ＬＤで構成される小型光源であって、その発光部分が第１反射面１５１の焦点Ｆ並びにその周辺とにわたって位置する。第１反射面１５１は、ガラスロード１５５の一部を放物面状に加工し、その外面を反射コーティングすることによって形成される。また、コリメータ１５０は、第１反射面１５１と対面する位置に形成された第２反射面１５３をさらに備えることができる。この第２反射面１５３は、光源１６０から直接照射された光が通過する領域Ｇを除外した領域に反射コーティングによって形成される。
【００３０】
したがって、光源１６０から照射された光のうち、所定放射角範囲内の光は、第１反射面１５１で反射された後に平行光となる。この平行光は、ガラスロード１５５の内部を通過した後、出光面１５７を通じて進む。一方、光源１６０の発光部分は、一つの点をなすものではなく、所定面積を有するので、この発光部分全体が焦点Ｆに配置されない。したがって、光源１６０から照射され、第１反射面１５１から反射された光の一部は、第２反射面１５３に進む。このとき、第２反射面１５３は、入射された光を反射させて出光面１５７側に向かわせる。
【００３１】
本実施形態による光モジュール１４０は、光源１６０から照明された光を、レンズの代わりに第１反射面１５１を利用してコリメーティングさせることによって、レンズを使用する時に引き起こされるエテンデューなどの原理的制約による効率が低下するという問題を根本的に解決できる。
【００３２】
前記実施形態において、ガラスロード１５５を利用したコリメータ１５０について説明したが、本発明は、これに限定されず、ガラスロード１５５の代わりに、中空の光トンネル（図示せず）の一側に放物反射面を形成し、その内部を反射処理することによって、反射面を形成することもできる。
【００３３】
また、本発明による照明ユニットは、第１ないし第３光源ユニット１１０，１２０，１３０それぞれの構成において、図５に示したように、複数の光モジュール１４０を備え、これらをアレイ状に配列できる。この場合、第１ないし第３光源ユニット１１０，１２０，１３０をなすアレイ状の光モジュールそれぞれは、赤、緑、青色波長の光を照明する。したがって、第１ないし第３光源ユニット１１０，１２０，１３０を同時または順次に駆動して光を照射することによって、緑、青、赤色波長の光を照射すると共に、これらの組合わせでなされたフルカラーの光を照明できる。したがって、後述する画像投射装置に適用する時、カラー具現のためのカラーホイールなしにも、カラー光を照明できる。
【００３４】
前記のように、構成された本発明の第１実施形態による照明ユニットは、三角プリズム構造の合成プリズムを利用して、第１ないし第３光源ユニットから照明された光を合成することによって、臨界角の全反射原理を利用した光の経路変換が容易であり、従来の三色プリズム構造に比べて、光学的配置が容易であるという利点がある。
【００３５】
図６を参照するに、本発明の第２実施形態による照明ユニットは、それぞれ異なる波長の光を照射する複数の光源ユニット１００と、光源ユニット１００から照明された光それぞれが同一経路に進むように入射光を合成する合成プリズム２００とを備える。
【００３６】
本実施形態は、第１実施形態と比較する時、合成プリズム２００の第１及び第３外側面２１５，２３５での全反射特性を考慮して、第１及び第２反射層２５１，２５５をさらに備えたところに特徴がある。一方、これを除外した他の構成要素の構成及び配置は、前述した第１実施形態による照明ユニットと実質上同じであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
第１反射層２５１は、第１外側面２１５の一部に全反射コーティングによって形成された層であって、第１二色フィルタ２４１を透過または反射して入射された第１及び第２光Ｌ１１，Ｌ２１を全反射させる。一方、第１反射層２５１は、第１光源ユニット１１０から直接照明された第１光Ｌ１１が入射される部分に対しては設けられていないので、この第１二色フィルタ２４１側に向かう第１光Ｌ１１の進行には影響を与えない。
【００３８】
第２反射層２５５は、第３外側面２３５の一部に全反射コーティングによって形成された層であって、第３光源ユニット１３０側から直接入射された第３光Ｌ３１を反射させる。一方、第２二色フィルタ２４５を経由して入射された第１ないし第３光Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１が進む経路には、第２反射層２５５が排除されており、その光の進行に影響を与えない。
【００３９】
図７を参照するに、本発明の第３実施形態による照明ユニットは、それぞれ異なる波長の光を照射する複数の光源ユニット３００と、光源ユニット３００から照明された光それぞれが同一経路に進むように入射光を合成する合成プリズム４００とを備える。
【００４０】
光源ユニット３００は、配置位置及び照射する光の波長差によって第１ないし第４光源ユニット３１０，３２０，３３０，３４０に区分される。この第１ないし第４光源ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、異なる波長の第１ないし第４光Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２，Ｌ４２、例えば、緑、青、赤、黄色波長の光をそれぞれ照射する。この第１ないし第４光源ユニット３１０，３２０，３３０，３４０それぞれの構成は、図４ないし図６を参照して説明された通りであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
合成プリズム４００は、三角柱形状であり、入射方向によって光を透過または全反射させる外側面と、他の二つの三角形プリズムそれぞれと結合される二つの境界面とをそれぞれ有する第１ないし第３三角形プリズム４１０，４２０，４３０と、第１ないし第３三角形プリズム４１０，４２０，４３０の間の少なくとも何れか一つの境界に設けられて、入射光を波長によって選択的に透過または反射させる色分離部と、を備える。
【００４２】
第１三角形プリズム４１０は、第１及び第２境界面４１１，４１３と、光の入射方向によって入射光を透過または反射させる第１外側面４１５とを有する。第２三角形プリズム４２０は、第３及び第４境界面４２１，４２３と、入射光を透過させる第２外側面４２５とを有する。そして、第３三角形プリズム４３０は、第５及び第６境界面４３１，４３３と、光の入射方向によって入射光を透過または反射させる第３外側面４３５とを有する。この第１ないし第３三角形プリズム４１０，４２０，４３０それぞれの配置及びこれに対する第１ないし第３光源ユニット３１０，３２０，３３０の配置は、第１実施形態による同一部材名の構成要素と、実質上同じである。
【００４３】
本実施形態において、前記色分離部は、第２境界面４１３と第３境界面４２１との間、第６境界面４３３と第１境界面４１１との間及び第４境界面４２３と第５境界面４３１との間にそれぞれ設けられた第１ないし第３二色フィルタ４４１，４４５，４４７を備える。
【００４４】
ここで、本実施形態による色分離部は、第３光源ユニット３３０及び第４光源ユニット３４０それぞれから照明された第３光Ｌ３２と第４光Ｌ４２とを分離するための第３二色フィルタ４４７をさらに備えたところに特徴がある。第３二色フィルタ４４７は、第３光源ユニット３３０から照射された第３波長領域の第３光Ｌ３２は透過させ、第４光源ユニット３４０から照射された第４波長領域の第４光Ｌ４２は反射させる。
【００４５】
例えば、赤色と黄色との間の所定波長、例えば、６００ｎｍの波長に基づいて、長い波長領域の光は透過させ、短い波長領域の光は反射させる。したがって、第３光Ｌ３２が赤色波長領域の光であり、第４光Ｌ４２が黄色波長領域の光である場合、第３光Ｌ３２は、第３二色フィルタ４４７を透過し、第４光Ｌ４２は、反射されて互いに同じ経路に進む。
【００４６】
一方、第１及び第２二色フィルタ４４１，４４５は、第１実施形態による同一部材名の構成要素と、実質上同じ役割を行うので、ここで、その詳細な説明を省略する。ここで、第２二色フィルタ４４５は、第１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２は透過させ、第３及び第４光Ｌ３２，Ｌ４２は反射させて、相互同一経路に進める。
【００４７】
本実施形態において、第４光Ｌ４２は、黄色波長の光に限定されず、色範囲を広げられる範囲内で多様な波長の光に変更可能である。例えば、マゼンタやシアン波長の光を照明する光源ユニットを備えることもできる。なお、本実施形態において、第１ないし第４光Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２，Ｌ４２それぞれが緑、青、赤、黄色波長の光を照明することを例として説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、第１ないし第３二色フィルタの配置を変更することによって、多様な変形実施が可能である。
【００４８】
前記のように、構成された本発明の第３実施形態による照明ユニットは、三角プリズム構造の合成プリズムを利用して、第１ないし第４光源ユニットから照明された光を合成することによって、臨界角の全反射原理を利用した光の経路変換が容易であり、従来の三色プリズム構造に比べて、光学的配置が容易であるという利点がある。また、４色の組合わせによって画像を具現することによって、表現可能な色範囲が広がるという利点がある。
【００４９】
図８を参照するに、本発明の第４実施形態による照明ユニットは、それぞれ異なる波長の光を照射する複数の光源ユニット３００と、光源ユニット３００から照明された光それぞれが同一経路に進むように入射光を合成する合成プリズム４００と、を備える。
【００５０】
本実施形態は、第３実施形態と比較する時、合成プリズム４００の第１及び第３外側面４１５，４３５での全反射特性を考慮して、第１及び第２反射層４５１，４５５をさらに備えたところに特徴がある。一方、これを除外した他の構成要素の構成及び配置は、前述した第３実施形態による照明ユニットと実質上同じであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
第１反射層４５１は、第１外側面４１５の一部に全反射コーティングによって形成された層であって、第１二色フィルタ４４１を経由して入射された第１及び第２光Ｌ１２，Ｌ２２を全反射させる。一方、第１反射層４５１は、第１光源ユニット３１０から直接照明された第１光Ｌ１２が入射される部分に対しては設けられていないので、この第１二色フィルタ４４１側に向かう第１光Ｌ１２の進行には影響を与えない。
【００５２】
第２反射層４５５は、第３外側面４３５の一部に全反射コーティングによって形成された層であって、第３二色フィルタ４４７を経由して入射された第３及び第４光Ｌ３２，Ｌ４２を反射させる。一方、第２二色フィルタ４４５を透過または反射した第１ないし第４光Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２，Ｌ４２が進む経路には、第２反射層４５５が排除されており、その光の進行に影響を与えない。
【００５３】
図９を参照するに、本発明の第１実施形態による画像投射装置は、照明ユニット５００と、この照明ユニット５００側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子５５０と、画像形成素子５５０で形成された画像をスクリーン５７０に拡大投射させる投射レンズユニット５６０と、を備える。
【００５４】
照明ユニット５００は、複数の光源ユニットと、この光源ユニットから照射された複数の光を合成する合成プリズムとを含み、異なる位置に配置された光源ユニットから照射された光を合成して照明するものであって、図２ないし図８を参照して説明された本発明の第１ないし第４実施形態による照明ユニットの構成と実質上同じであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。一方、照明ユニット５００を構成する複数の光源ユニットは、順次にオン／オフに駆動されつつ、緑色、青色、赤色波長の３色光または緑色、青色、赤色、黄色（またはマゼンタやシアンカラー）の光を順次に照射する。したがって、１パネル構造の画像形成素子を利用した画像投射装置の構成において、カラー画像の具現に利用されるカラーホイール（図示せず）の構成を照明ユニット５００が代替できる。
【００５５】
画像形成素子５５０は、入射された均一な照明光を画素単位で選択的に反射させて画像を形成する。この画像形成素子５５０は、反射型液晶表示素子、透過型液晶表示素子またはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＢ）で構成される。ここで、反射型または透過型液晶表示素子は、入射光の偏光特性を利用して画像を具現する一方、ＤＭＤの場合は、偏光特性を利用しない。したがって、画像形成素子５５０としてＤＭＤを採用した場合は、別途の偏光変換素子ないし偏光子の採用が不要である。
【００５６】
一方、本実施形態は、ＤＭＤを画像形成素子５５０として採用したものを例として表したものである。前記ＤＭＤは、独立的に駆動される２次元配列構造のマイクロミラーアレイを備えるものであって、入力された画像信号によって、各画素別反射光の角度を独立的に設定することによって画像を形成する。この場合、入射光の進路を変換するための手段として、画像形成素子５５０と投射レンズユニット５６０との間に配置されるビームスプリッタ５４０をさらに備えることが望ましい。ビームスプリッタ５４０は、照明ユニット５００側から入射されたビームは、画像形成素子５５０側に向わせ、画像形成素子５５０側から入射されたビームは、スクリーン５７０側に向かうように入射ビームの経路を変換する。このビームスプリッタ５４０は、臨界角の全反射特性を利用して、ビームの経路を変換する構造の臨界角プリズムであることが望ましい。
【００５７】
投射レンズユニット５６０は、ビームスプリッタ５４０に対向して配置されて、画像形成素子５５０で形成され、ビームスプリッタ５４０を経由して入射された画像を拡大してスクリーン５７０側に投射させる。
【００５８】
また、本実施形態による画像投射装置は、照明ユニット５００とビームスプリッタ５４０との間に配置されて、照明ユニット５００から入射された光を均一光にする光インテグレータ５２０をさらに備えることが望ましい。光インテグレータ５２０は、内部に入射された光を全反射させつつ伝達する長方体構造のガラスロードで構成される。この場合、光源ユニット５００と光インテグレータ５２０との間には、入射光を集束させるコンデンシングレンズユニット５１０がさらに備えられたことが望ましい。このコンデンシングユニット５１０は、１枚以上のレンズで構成されるものであって、入射された平行光を集束させて前記ガラスロードに入射させる。
【００５９】
また、本実施形態による画像投射装置は、光インテグレータ５２０とビームスプリッタ５４０との間に配置されるリレーレンズユニット５３０をさらに備えることが望ましい。このリレーレンズユニット５３０は、前記ガラスロードから出力された均一光を結像位置であるＤＭＤにリレーする１枚以上のレンズで構成される。
【００６０】
図１０を参照するに、本発明の第２実施形態による画像投射装置は、照明ユニット６００と、この照明ユニット６００側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子６５０と、画像形成素子６５０で形成された画像をスクリーン６７０に拡大投射させる投射レンズユニット６６０と、を備える。
【００６１】
照明ユニット６００は、図２ないし図８を参照して説明された本発明の第１ないし第４実施形態による照明ユニットの構成と実質上同じであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
画像形成素子６５０は、入射された均一な照明光を画素単位で選択的に反射させ画像を形成する。本実施形態は、入射光の偏光特性を利用して画像を具現する反射型液晶表示素子を画像形成素子６５０として採用したものを例として表したものである。
【００６３】
この場合、入射光の進路を変換するための手段として、照明ユニット６００、画像形成素子６５０及び投射レンズユニット６６０の間に配置される偏光ビームスプリッタ６４０をさらに備えることが望ましい。偏光ビームスプリッタ６４０は、照明ユニット６００側から入射されたビームは、画像形成素子６５０側に向かわせ、画像形成素子６５０側から入射されたビームは、スクリーン６７０側に向かうように入射ビームの経路を変換する。このために、照明ユニット６００と偏光ビームスプリッタ６４０との間に配置されて、入射光の偏光方向を変換して、特定偏光の光を偏光ビームスプリッタ６４０側に向かわせる偏光変換素子６３０をさらに備えることが望ましい。この偏光変換素子６３０は、複数の小型偏光ビームスプリッタと、１／４波長板とを含んで構成されるものであって、入射された無偏光の光ほとんどを特定偏光の光に変換する。この偏光変換素子６３０自体の構成は、公知のものであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
また、本実施形態による画像投射装置は、照明ユニット６００から入射された光を均一光にする光インテグレータ６２０をさらに備えることが望ましい。光インテグレータ６２０は、互いに隣接して配列された凸状または円筒状の複数のレンズセルをそれぞれ備える少なくとも１枚のフライアイレンズを備えるフライアイレンズアレイで構成される。
【００６５】
図１１を参照するに、本発明の第３実施形態による画像投射装置は、照明ユニット７００と、この照明ユニット７００側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子７４０と、画像形成素子７４０で形成された画像をスクリーン７７０に拡大投射させる投射レンズユニット７６０とを備える。
【００６６】
照明ユニット７００は、図２ないし図８を参照して説明された本発明の第１ないし第４実施形態による照明ユニットの構成と実質上同じであるので、ここで、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
画像形成素子７４０は、入射された均一な照明光を画素単位で選択的に反射させ画像を形成する。本実施形態は、入射光の偏光特性を利用して画像を具現する透過型液晶表示素子を画像形成素子７４０として採用したものを例として表したものである。この場合、入射光の進行経路を変換するための手段が不要であるので、前述した第１及び第２実施形態による画像投射装置とは違って、ビームスプリッタが不要であるという利点がある。
【００６８】
一方、前記透過型液晶表示素子は、偏光特性を利用して画像を形成するので、このために、照明ユニット７００と画像形成素子７４０との間に偏光変換素子７３０をさらに備えることが望ましい。また、本実施形態による画像投射装置は、照明ユニット７００から入射された光を均一光にする光インテグレータ７２０をさらに備えることが望ましい。光インテグレータ７２０は、互いに隣接して配列された凸状または円筒状の複数のレンズセルをそれぞれ備える少なくとも１枚のフライアイレンズを備えるフライアイレンズアレイで構成される。
【００６９】
前述した実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、画像投射に関連した技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来の照明ユニットの光学的配置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による照明ユニットの光学的配置を示す概略的な図である。
【図３】図２の光源ユニットを示す斜視図である。
【図４】図２の光源ユニットを示す側面図である。
【図５】図２の光源ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態による照明ユニットの光学的配置を示す概略的な図である。
【図７】本発明の第３実施形態による照明ユニットの光学的配置を示す概略的な図である。
【図８】本発明の第４実施形態による照明ユニットの光学的配置を示す概略的な図である。
【図９】本発明の第１実施形態による画像投射装置の光学的配置を示す概略的な図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による画像投射装置の光学的配置を示す概略的な図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による画像投射装置の光学的配置を示す概略的な図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００  光源ユニット
１１０，１２０，１３０  第１ないし第３光源ユニット
２００  合成プリズム
２１０，２２０，２３０  第１ないし第３三角形プリズム
２１１，２１３  第１及び第２境界面
２１５  第１外側面
２２１，２２３  第３及び第４境界面
２２５  第２外側面
２３１，２３３  第５及び第６境界面
２３５  第３外側面
２４１，２４５  第１及び第２二色フィルタ
Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１  第１光ないし第３光
【図１】
2006048044.tif 000003
【図２】
2006048044.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006048044.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006048044.tif 000008
【図７】
2006048044.tif 000009
【図８】
2006048044.tif 000010
【図９】
2006048044.tif 000011
【図１０】
2006048044.tif 000012
【図１１】
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