(57)【要約】  【課題】  光源から出射される光路長の削減及び光源利用効率の向上を図り、装置の小型化及び低コスト化を実現する。  【解決手段】  投影型画像表示装置５０は光源にＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを用いて、出射した光線を光学インテグレータ６０へ入射させる。光学インテグレータ６０は４個のブロック材６１〜６４を長手方向に接合して形成されており、各ブロック材６１〜６４の傾斜した接合面にはＲ光線を反射してＧ、Ｂ光線を透過するダイクロイックミラー６５Ｒと、Ｇ光線を反射してＲ、Ｂ光線を透過するダイクロイックミラー６５Ｇと、Ｂ光線を反射してＲ、Ｇ光線を透過するダイクロイックミラー６５Ｂとを一体的に有する。各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂは各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂからの出射光を反射して光学インテグレータ６０内を全反射しながら伝播させて出射面６０ｂから均一な光線を出射する。【選択図】      図１
2006126644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の光透過性部材で形成してあり、入射した光を照度が均一になるように内部で反射させて出射する光学インテグレータにおいて、
前記光透過性部材は、複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、
前記複数のブロック材の接合面は、長手方向に対し傾斜しており、
前記接合面は、一の波長帯域の光を反射して他の波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする光学インテグレータ。
【請求項２】
柱状の光透過性部材で形成してあり、入射した光を照度が均一になるように内部で反射させて出射する光学インテグレータにおいて、
前記光透過性部材は、長手方向の一端側に長手方向に対して傾斜した傾斜面を有しており、
前記傾斜面は、前記光透過性部材の側面から入射した光を長手方向の他端側へ向けて反射する特性を有することを特徴とする光学インテグレータ。
【請求項３】
それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、
前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、
前記光学インテグレータは、前記複数の発光素子に対応した数の接合面が生じるように光透過性を有する複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、
各接合面は、長手方向に対し傾斜しており、
前記複数の発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して対応する各接合面をそれぞれ照射しており、
複数の接合面の中で長手方向の最も一端側に位置する一接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射する特性を備え、
前記一接合面から他端側に位置する接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射すると共に該光が属する波長帯域と相異する波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、
前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、
前記光学インテグレータは、光透過性を有する複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、
前記複数のブロック材の接合面は、長手方向に対し傾斜しており、
前記複数の発光素子の中で少なくとも一つの発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して前記接合面を照射しており、
残りの発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの長手方向の一端側の端面から入射して前記接合面を照射しており、
前記接合面は、側面から照射された光を長手方向の他端側へ向けて反射すると共に端面から照射された光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は、それぞれ別個の基材に配置してある請求項３又は請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の発光素子は、単一の基材に配置してある請求項３又は請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数の発光素子を順次発光させる制御を行う手段を備える請求項３乃至請求項６のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の発光素子を同時に発光させる制御を行う手段を備える請求項３乃至請求項６のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項９】
発光素子を備える照明装置において、
前記発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、
前記光学インテグレータは、長手方向の一端側に長手方向に対して傾斜した傾斜面を有しており、
前記発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して前記傾斜面を照射しており、
前記傾斜面は、照射された光を長手方向の他端側へ向けて反射する特性を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
前記発光素子から発せられた光を通過又は反射させる光学部材を備え、
前記光学部材は、前記発光素子から発せられる光の広がり角度を変更する特性を有する請求項３乃至請求項９のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記請求項３乃至請求項１０のいずれか１つに記載の照明装置と、
該照明装置の光学インテグレータから出射した光で画像に係る変調光を生成する空間光変調素子と、
該空間光変調素子が生成した変調光を被投影体へ投影する投影レンズと
を備えることを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項１２】
前記照明装置が有する発光素子から発せられた光を一方向の第１偏光成分及び該一方向に直交する第２偏光成分に分離すると共に、該第１偏光成分を第２偏光成分に変換して両偏光成分を合成する分離合成手段を備える請求項１１に記載の投影型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源を高効率で利用可能にした光学インテグレータ及び照明装置、並びに小型化を図った上で高品位な画像表示を実現した投影型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フロントプロジェクション方式として光源により生成した画像に係る変調光をスクリーンに投影してスクリーン上に画像表示を行うプロジェクタ（投影型画像表示装置）が存在する。また、このような投影型画像表示装置の構成は、リアプロジェクションテレビに代表されるリアプロジェクション方式にも適用されている。投影型画像表示装置は光源としてランプを用いるものと、レーザ及びダイオード等の発光素子を用いるものがあり、一方、投影対象の元画像を生成する空間光変調素子（ライトバルブ）の種類で区別した場合、ＤＭＤ（Digital Mirror Device：登録商標）を用いたものと、液晶のような表示パネルを用いたものに分かれる。
【０００３】
図１０は、光源にランプを用いると共にライトバルブにＤＭＤを用いた従来の投影型画像表示装置１（DLP方式：Digital Light Projector）の構成を示す概略図である。投影型画像表示装置１は、光源のランプ２に対向するようにカラーホイール３を配置し、ランプ２から出射した光線の進行方向においてカラーホイール３より下流となる側にロッドインテグレータ４、計３組のコンデンサレンズ５ａ〜５ｃ、及びミラー６を配置し、ミラー６で光線をＤＭＤ７へ向くように反射させ、ＤＭＤ７で生成された画像の変調光を投影レンズ８から投影する。なお、以下の説明では、光路において光線の進行方向と逆向きを上流側、進行方向に沿う向きを下流側とする。
【０００４】
ランプ２には、フィラメント型の電極構造を持つハロゲンランプ、アーク放電を発生させる電極構造を持つメタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、及び高圧型の水銀ランプが適用可能であり、ランプ２の中央に設けられた発光管２ａから出射した光線は、主に硝子基材からなる楕円面や双曲面により形成されたリフレクタ（反射鏡）２ｂで反射して、所望の方向及び領域を照射するように進行する。なお、ランプ２からの出射光線には紫外線、可視光線、及び赤外線が含まれており、視認上は白色光線である。また、出射光線の焦点近傍にカラーホイール３が配置されている。
【０００５】
カラーホイール３は、少なくとも赤色,緑色,及び青色の光線を透過させるダイクロイックミラーが形成された３つのセグメントに分割されている。なお、カラーホイール３の回転は図示しない制御部により制御されている。
【０００６】
カラーホイール３の下流側に配置されたロッドインテグレータ４は主に硝子基材で柱状に形成されており、一方の端面（入射面）４ａから所望の広がり角で入射した光線群を、硝子基材と周囲の空気との屈折率の差により硝材基材の内側界面で全反射を繰り返して硝材基材内部を効率良く伝播する。その結果、ロッドインテグレータの他方の端面（出射面４ｂ）では、光線群の入射角度が維持されたままで光源の多重反射像が生じ、出射面４ｂでの照度は均一化される。なお、ロッドインテグレータ４は、カラーホイール３の上流側に配置することも可能である。また、ＤＭＤ７は、ミクロンオーダーの可動ミラーアレイが制御されて画像を生成する素子で形成されている。
【０００７】
次に、投影型画像表示装置１の投影制御を説明すると、図示しない制御部はＤＭＤ７の同期信号によりカラーホイール３の位相回転制御を行い、この制御により、例えば、ＤＭＤ７へ赤色画像データが入力されている時間帯にランプ２の出射光線がカラーホイール３の赤色セグメントを通過するようにカラーホイール３の回転が行われる。
【０００８】
そのため、ランプ２の出射光線はカラーホイール３を通過することで、順に赤色（以下、Ｒと称す）、緑色（以下、Ｇと称す）、及び、青色（以下、Ｂと称す）の光線となり、それと同期してＤＭＤ７も順にＲ、Ｇ、Ｂ用の画像を形成するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ光線がＤＭＤ２７に入出射されることにより順にＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線が生成される。これらＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線が投影レンズ８からスクリーン（図示せず）へ投影されることで、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ画像が表示される。なお、スクリーン上に表示されたＲ、Ｇ、Ｂ画像は各々が１８０Ｈｚ以上の人間の色分解能以上の速さで切り替えられるため、錯覚的にカラー画像として視認される。
【０００９】
図１１は、光源にランプを用いると共にライトバルブに液晶パネルを用いた従来の投影型画像表示装置１０（LCD方式：Liquid Crystal Display）の構成を示す概略図である。昨今のＬＣＤ方式ではスクリーン上の明るさを確保するために、３枚の液晶パネル１７Ｒ、１７Ｂ、１７Ｇを用いたものが主流になっている。
【００１０】
投影型画像表示装置１０は、楕円又はパラボラ形状のリフレクタを有するランプ１１に対向するように第１フライアイレンズ１２ａ、ＰＳ分離合成ユニット１３、第２フライアイレンズ１２ｂ、及びレンズ１４を配置し、またレンズ１４より下流側に計６個のダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを配置すると共に、各ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ・・・の間に赤用液晶パネル１７Ｒ、緑用液晶パネル１７Ｇ、及び青用液晶パネル１７Ｂを適宜配置している。
【００１１】
第１及び第２フライアイレンズ１２ａ、１２ｂは、光源であるランプ１１の照度ムラを多重結像により均一化するものである。また、ＰＳ分離合成ユニット１３はランプ１１から出射した光線を光軸に対し縦方向の偏光成分（Ｐ波）及び横方向の偏光成分（Ｓ波）に分離し、一方の偏光成分を他方の偏光成分に変換して合成する。このＰＳ分離合成ユニット１３の働きに各液晶パネル１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの透過吸収を制御する偏光板の透過軸を合わせた設計にすることで光源利用効率が向上する。
【００１２】
各ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ・・・は、ランプ１１から出射されたＲ、Ｇ、Ｂ光線をそれぞれ選択的に反射透過する特性が与えられている。具体的にダイクロイックミラー１５Ｒ、１６ＲはＲ光線を反射する一方、Ｇ、Ｂ光線を透過し、ダイクロイックミラー１５Ｇ、１６ＧはＧ光線を反射する一方、Ｒ、Ｂ光線を透過し、ダイクロイックミラー１５Ｂ、１６ＢはＢ光線を反射する一方、Ｒ、Ｇ光線を透過する。
【００１３】
そのためレンズ１４を通過したＲ、Ｇ、Ｂ光線の中でＲ光線は、ダイクロイックミラー１５Ｒ、１６Ｒで順次反射することで赤用液晶パネル１７Ｒへ入射してＲ画像になり、その後、Ｒ画像の光線はダイクロイックミラー１６Ｇ、１６Ｂをそれぞれ透過して投影レンズ１８へ向かう。また、レンズ１４を通過したＧ光線は、ダイクロイックミラー１５Ｒを透過してからダイクロイックミラー１５Ｇで反射することで緑用液晶パネル１７Ｇへ入射してＧ画像になり、その後、Ｇ画像の光線はダイクロイックミラー１６Ｇで反射してからダイクロイックミラー１６Ｂを透過して投影レンズ１８へ向かう。さらに、レンズ１４を通過したＢ光線は、ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇを順次透過することで青用液晶パネル１７Ｂへ入射してＢ画像になり、その後、Ｂ画像の光線はダイクロイックミラー１５Ｂ、１６Ｂで順次反射して投影レンズ１８へ向かう。
【００１４】
以上のような反射及び透過により、投影レンズ１８の入射部（入射瞳）でのＲ、Ｇ、Ｂ画像は一致して結像し、これらＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線を同時にスクリーン上に投影して合焦することでカラー画像が表示形成される。なお、ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ・・・の中で、２個のダイクロイックミラー１５Ｂ、１６Ｒは光線の透過を行わないので、反射のみを行うミラーに代替することも可能である。
【００１５】
また、図１２は、２枚のダイクロイックミラーの働きを一つのプリズムに一体化したクロスプリズム２８を適用したＬＣＤ方式の投影型画像表示装置２０の構成を示す概略図である。投影型画像表示装置２０は、図１１の投影型画像表示装置１０と同様にランプ２１、第１フライアイレンズ２２ａ、ＰＳ分離合成ユニット２３、第２フライアイレンズ２２ｂ、レンズ２４を配置し、レンズ２４から下流側に計５個のダイクロイックミラー２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ、２６Ｒ、２６Ｂを配置すると共に、２個のダイクロイックミラー２６Ｒ、２６Ｂの間にクロスプリズム２８を配置し、その周囲に赤用液晶パネル２７Ｒ、緑用液晶パネル２７Ｇ、及び青用液晶パネル２７Ｂを配置している。
【００１６】
クロスプリズム２８は直方体形状であり、Ｒ光線を反射する一方、Ｇ、Ｂ光線を透過するダイクロイックミラー２８Ｒ、及びＢ光線を反射する一方、Ｒ、Ｇ光線を透過するダイクロイックミラー２８Ｂを対角上に設けている。なお、各ダイクロイックミラー２８Ｒ、２８Ｂは、クロスプリズム２８を構成するプリズム部材を貼り合わせて一体的に形成されている。
【００１７】
レンズ２４を通過したＲ、Ｇ、Ｂ光線の中でＲ光線は、ダイクロイックミラー２５Ｒ、２６Ｒでそれぞれ反射して赤用液晶パネル２７Ｒへ入射しＲ画像になり、その後、Ｒ画像の光線はクロスプリズム２８内でダイクロイックミラー２８Ｒに反射して（なお、Ｒ画像の光線の一部はダイクロイックミラー２８Ｂを透過）投影レンズ２９へ向かう。また、レンズ２４を通過したＧ光線は、ダイクロイックミラー２５Ｒを透過してからダイクロイックミラー２５Ｇで反射することで緑用液晶パネル２７Ｇへ入射しＧ画像になり、その後、Ｇ画像の光線はクロスプリズム２８内でダイクロイックミラー２８Ｒ、２８Ｂをそれぞれ透過して投影レンズ２９へ向かう。さらに、レンズ２４を通過したＢ光線は、ダイクロイックミラー２５Ｒ、２５Ｇを順次透過すると共にダイクロイックミラー２５Ｂ、２６Ｂで順次反射することで青用液晶パネル２７Ｂへ入射してＢ画像になり、その後、Ｂ画像の光線はクロスプリズム２８内でダイクロイックミラー２８Ｂに反射して（なお、Ｂ画像の光線の一部はダイクロイックミラー２８Ｒを透過）投影レンズ２９へ向かう。
【００１８】
投影型画像表示装置２０はクロスプリズム２８を用いることにより、各液晶パネル２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂから投影レンズ２９までの光路長を最小限に抑えて、画像（光線）の広がりを最小限にすることで投影レンズ２９の小型化と併せて装置自体の小型化を実現している。なお、ダイクロイックミラー２５Ｒ、２５Ｇ・・・の中で、３個のダイクロイックミラー２５Ｂ、２６Ｒ、２６Ｂは光線の透過を行わないので、反射のみを行うミラーに代替できる。
【００１９】
図１３は、光源に発光素子を用いると共にライトバルブに１枚の液晶パネルを用いたＬＣＤ１枚方式の投影型画像表示装置３０の構成を示す概略図である。発光素子には、アイセーフ性を持たせたレーザ、レーザダイオード、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体半導体発光素子の適用が可能である。
【００２０】
投影型画像表示装置３０は、Ｒ光線を発光する赤色ＬＥＤ３１Ｒ、Ｇ光線を発光する緑色ＬＥＤ３１Ｇ、及びＢ光線を発光する青色ＬＥＤ３１Ｂにそれぞれ対向して、各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂからの出射光の広がり角度を制御するレンズ３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを配置すると共に、レンズ３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを通過した光線が入射するようにダイクロイックミラー３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを配置している。また、ダイクロイックミラー３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの下流側にはレンズ３４、第１フライアイレンズ３５ａ、ＰＳ分離合成ユニット３６、第２フライアイレンズ３５ｂ、液晶パネル３７、及び投影レンズ３８をそれぞれ配置している。
【００２１】
投影型画像表示装置３０では、各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂからの出射光を液晶パネル３７上又は近傍で結像させるために、各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂから液晶パネル３７までの光路長を揃えている。そのため、青色ＬＥＤ３１Ｂからダイクロイックミラー３３Ｂまでの距離が一番長く、以下、緑色ＬＥＤ３１Ｇからダイクロイックミラー３３Ｇまでの距離が二番目に長く、赤色ＬＥＤ３１Ｒからダイクロイックミラー３３Ｒまでの距離が一番短くなるように各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを配置すると共に、ダイクロイックミラー３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの大きさもそれぞれ相異させている。
【００２２】
投影型画像表示装置３０では、液晶パネル３７上又は近傍で各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂからの出射光を結像させるので、各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの発光ムラが直接的にそのまま照度ムラへと繋がる。このため、投影型画像表示装置３０は、液晶パネル３７の上流側に位置するＰＳ分離合成ユニット３６を第１、第２フライアイレンズ３５ａ、３５ｂで挟み込み、液晶パネル３７上でのＬＥＤ光（ＬＥＤ像）を多重結合化して照度ムラの改善を図っている。なお、ＰＳ分離合成ユニット３６及び第１、第２フライアイレンズ３５ａ、３５ｂは、ダイクロイックミラー３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの上流側に配置することも可能である。
【００２３】
図１４は、光源にＬＥＤを用いたＬＣＤ１枚方式であり、クロスプリズム４３を適用した投影型画像表示装置４０の構成を示す概略図である。投影型画像表示装置４０は、立方形状のクロスプリズム４３の周囲三面に赤、緑、青色のＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを配置すると共に、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂとクロスプリズム４３との間にレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを配置し、さらにクロスプリズム４３の下流側にレンズ４４、第１フライアイレンズ４５ａ、ＰＳ分離合成ユニット４６、第２フライアイレンズ４５ｂ、液晶パネル４７、及び投影レンズ４８をそれぞれ配置している。
【００２４】
投影型画像表示装置４０では、液晶パネル４７上に各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの出射光が結像するように、クロスプリズム４３の周囲に各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを等距離に配置している。その結果、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから液晶パネル３８までの光路が同長になることと併せて、光路長を最短にして設計できることから、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ、レンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ、及びクロスプリズム４３等で構成される照明装置に係る光学系の占有空間を小さく抑えることが可能になる。
【００２５】
なお、ダイクロイックミラー４３Ｒ、４３Ｂを内部に設けたクロスプリズム４３は、内部に各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂに出射光が入射するだけであるため、図１２に示す投影型画像表示装置２０のように各液晶パネル２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂをそれぞれ通過したＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線を画素単位で位置制御する必要がない。そのため、クロスプリズム４３は、ダイクロイックミラー４３Ｒ、４３Ｂを形成する面に対する貼り合わせ精度を図１２に示すクロスプリズム２８より緩和でき、歩留まり面に関して有利になっている。
【００２６】
また、上記以外の従来の投影型画像表示装置は、下記の各特許文献で開示されている。
【特許文献１】特開２００１−９２４１９号公報
【特許文献２】特開平８−７６０７８号公報
【特許文献３】特開２００２−２４４２１１号公報
【特許文献４】特開２００３−１８６１１０号公報
【特許文献５】特開平９−１９７３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
図１０、１１、１２に示すタイプの投影型画像表示装置は、光源にメタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、又は高圧型の水銀ランプを適用したランプ方式の照明装置を有するので、以下のような問題がある。
【００２８】
先ず、ランプからの出射光の波長領域には紫外線から赤外線までが含まれるため、ライトバルブ（ＤＭＤ、液晶パネル）その他の部品に熱の影響が発生すると云う問題がある。また、熱の影響を回避するために装置内部に冷却ファンを設けたり、ランプの出射部に紫外線及び赤外線カットフィルタを設ける必要が生じ、装置コストが上昇すると共に装置の作動中はファンによる高ノイズが発生し、さらには装置の大型化及び重量増に繋がると云う問題がある。さらにまたランプ方式の場合、２千時間から４千時間の点灯によりランプ寿命に到達した場合、スクリーン上に表示された画像が暗くなり、高価なランプを交換せねばならない。
【００２９】
また、図１０に示すようなＤＬＰ方式の装置では、カラーホイールの回転を行うためモータの作動音及び回転による風切り音が発生する上に、上述した冷却ファンを設けることでファンモータの作動音及びファンの風切り音も発生するため、装置全体の作動音が大きくなると云う問題がある。
【００３０】
さらに、図１１、１２に示すＬＣＤ方式の装置では、ランプが白色光源であるため、出射光の色分離のためにダイクロイックミラーを設ける必要が生じ、また、ランプからの出射光に広がり角度があるため、光路の下流側に配置されるダイクロイックミラーほど大きい寸法のものを適用せねばならず、装置全体が大型化すると云う問題がある。
【００３１】
さらにまた、図１２に示すクロスプリズム２８を用いた投影型画像表示装置２０では、各液晶パネル２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂにより生成されたＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線がクロスプリズム２８に入射する構成なので、各液晶パネル２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂをクロスプリズム２８の入射面に対して厳密な位置精度で配置しなければならないと云う問題がある。また、同様な理由から、クロスプリズム２８を製作する際において、ダイクロイックミラー２８Ｒ、２８Ｂの貼り合わせに対しても高精度が要求され、クロスプリズム２８の歩留まりが悪化し、コストも上昇すると云う問題がある。
【００３２】
次に図１３、１４に示す光源に固体半導体発光素子を用いたタイプでは、以下のような問題がある。即ち、図１３に示すようにダイクロイックミラー３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを適用した場合、各ダイクロイックミラー中、光路の下流側に配置されるものほど大型のものを用いる必要があると共に、各ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂから液晶パネル３７までの光路長を同等に調整する必要があるため、装置筐体の幅又は高さ寸法が大きくなると云う問題がある。また、図１４に示すようにクロスプリズム４３を適用した場合、一般にクロスプリズム自体が高価であるため、投影型画像表示装置のコスト低減が困難になり、さらに、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの出射光の広がり角度との兼ね合いからクロスプリズム４３に大型で重量のあるものを用いねばならないこともある。
【００３３】
さらにまた、図１３、１４に示すタイプの両者に共通する問題として各ＬＥＤ３１Ｒ、４１Ｒ等の形状と液晶パネル３７、４７の開口形状とが相異する場合、結像倍率の観点から各ＬＥＤ３１Ｒ、４１Ｒなどからの出射光の全てを有効に利用できないことが挙げられる。また、高いスクリーン照度を得るためには、光源に高出力のハイパワーＬＥＤを用いる必要があり、この場合はハイパワーＬＥＤに対する放熱性に対処するためダイクロイックミラー３３Ｒ、３３Ｇなど、又はクロスプリズム４３を一つの平面上に配置できなくなり、放熱に対する構造が複雑になり装置の更なる大型化を招くと云う問題がある。
【００３４】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、光源からの出射光の光路変更及び照度均一に係る構成を一体化することで、部品点数の削減、光路長の短縮、及び光源利用効率の向上を実現した光学インテグレータ、照明装置、及び投影型画像表示装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、光源であるＬＥＤのパッケージ構造、放熱設計を単純にすることで、小型化及び低コスト化を達成した照明装置及び投影型画像表示装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、光源利用効率を向上させることで、照度の高い投影画像を表示できるようにした投影型画像表示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】
【００３５】
上記課題を解決するために本発明に係る光学インテグレータは、柱状の光透過性部材で形成してあり、入射した光を照度が均一になるように内部で反射させて出射する光学インテグレータにおいて、前記光透過性部材は、複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、前記複数のブロック材の接合面は、長手方向に対し傾斜しており、前記接合面は、一の波長帯域の光を反射して他の波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明に係る光学インテグレータは、柱状の光透過性部材で形成してあり、入射した光を照度が均一になるように内部で反射させて出射する光学インテグレータにおいて、前記光透過性部材は、長手方向の一端側に長手方向に対して傾斜した傾斜面を有しており、前記傾斜面は、前記光透過性部材の側面から入射した光を長手方向の他端側へ向けて反射する特性を有することを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る照明装置は、それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、前記光学インテグレータは、前記複数の発光素子に対応した数の接合面が生じるように光透過性を有する複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、各接合面は、長手方向に対し傾斜しており、前記複数の発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して対応する各接合面をそれぞれ照射しており、複数の接合面の中で長手方向の最も一端側に位置する一接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射する特性を備え、前記一接合面から他端側に位置する接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射すると共に該光が属する波長帯域と相異する波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る照明装置は、それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、前記光学インテグレータは、光透過性を有する複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、前記複数のブロック材の接合面は、長手方向に対し傾斜しており、前記複数の発光素子の中で少なくとも一つの発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して前記接合面を照射しており、残りの発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの長手方向の一端側の端面から入射して前記接合面を照射しており、前記接合面は、側面から照射された光を長手方向の他端側へ向けて反射すると共に端面から照射された光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする。
【００３９】
さらに、本発明に係る照明装置は、前記複数の発光素子は、それぞれ別個の基材に配置してあることを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る照明装置は、前記複数の発光素子は、単一の基材に配置してあることを特徴とする。
【００４０】
また、本発明に係る照明装置は、前記複数の発光素子を順次発光させる制御を行う手段を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る照明装置は、前記複数の発光素子を同時に発光させる制御を行う手段を備えることを特徴とする。
【００４１】
本発明に係る照明装置は、発光素子を備える照明装置において、前記発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、前記光学インテグレータは、長手方向の一端側に長手方向に対して傾斜した傾斜面を有しており、前記発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して前記傾斜面を照射しており、前記傾斜面は、照射された光を長手方向の他端側へ向けて反射する特性を有することを特徴とする。
【００４２】
また、本発明に係る照明装置は、前記発光素子から発せられた光を通過させる光学部材を備え、前記光学部材は、前記発光素子から発せられる光の広がり角度を変更する特性を有することを特徴とする。
【００４３】
本発明に係る投影型画像表示装置は、前記照明装置と、該照明装置の光学インテグレータから出射した光で画像に係る変調光を生成する空間光変調素子と、該空間光変調素子が生成した変調光を被投影体へ投影する投影レンズとを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る投影型画像表示装置は、前記照明装置が有する発光素子から発せられた光を一方向の第１偏光成分及び該一方向に直交する第２偏光成分に分離すると共に、該第１偏光成分を第２偏光成分に変換して両偏光成分を合成する分離合成手段を備えることを特徴とする。
【００４４】
本発明にあっては、接合面を傾斜させた光透過性を有する複数のブロック材を接合すると共に、接合面に光の反射及び透過を波長帯域毎に選択的に行う光学膜を設けて一体的に光学インテグレータを形成するので、光学インテグレータのみで光路の変更及び照度の均一化を行えるようになる。その結果、光路の変更及び照度の均一化に係る構成を従来に比べて大幅に簡略化できると共に、表示される画像の品位を向上でき、しかも光源からの出射光の広がり角度は、光学インテグレータ内の全反射による伝播で維持されるため、光源の利用効率も向上できる。なお、接合面の傾斜角度は光学系の設計上、長手方向に対して４５度が好適である。
【００４５】
また、光学インテグレータにおいて複数の接合面を設けると共に各接合面のそれぞれに光学膜を設けた場合では、それぞれ相異する波長帯域の光を出射する複数の光源に対して光路の変更及び照度の均一化を一個の光学インテグレータで行えるようになる。その結果、照明装置及び投影型画像表示装置における部品点数の削減及び光路長の短縮を実現できると共に、光源からの出射光に広がり角度が存在しても光路の幅が広がることを防止でき、照明装置及び投影型画像表示装置の小型化及び低コスト化を実現できる。なお、本発明に係る投射型画像表示装置には、ライトバルブとしてＤＭＤ、液晶パネルの両方に対応できる。
【００４６】
さらに、本発明にあっては、傾斜面に光を反射する特性を有する光学インテグレータを形成するので、より簡易な構成の光学インテグレータのみで光路の変更及び照度の均一化を行えるようになる。即ち、光学インテグレータに入射した光源の出射光は傾斜面で反射して進行方向を変更し、それから光学インテグレータの内部を反射して伝播するようになり、この際、出射光の広がり角度は維持されるため光源の利用効率が高まる。また、光学インテグレータにおける出射面では光学インテグレータ内の全反射回数に伴う光源の多重反射像が生じ、これは光源像をミキシングした状態を意味するので、光学インテグレータの出射面での光線の照度分布は一様になり、スクリーン上に投影された画像の品位が向上する。なお、傾斜面は光学系の設計上、長手方向に対して４５度に傾斜させることが好適である。
【００４７】
本発明にあっては、複数の発光素子をそれぞれ別個の基材に配置することで、放熱設計が容易になり、高出力の発光素子を支障無く適用できるようになり、高照度の画像表示を実現できる。また、何らかの原因により発光素子が破損した場合、破損した発光素子のみを交換すればよいので、交換作業を容易に行えると共に交換に係るコストも抑制できる。
【００４８】
また、本発明にあっては、複数の発光素子を単一の基材に配置することで、隣り合う発光素子の間隔を最適に設計できる。特に、装置の小型化を重要視する場合、間隔を最小限に設計することも可能になり、それに伴い、光学インテグレータの接合面の間隔も最小にして装置全体の更なる小型化に貢献できる。
【００４９】
さらに、本発明にあっては、複数の発光素子を順次発光させるので、相異する波長帯域の光による色を確実に表現したカラー画像の表示が可能になる。
さらにまた、本発明にあっては、複数の発光素子を同時に発光させるので、電源効率及び光量（光束、照度）のバランスに配慮した表示が可能になる。
【００５０】
また、本発明にあっては、発光素子からの出射光の広がり角度を変更する光学部材を備えるので、発光素子からの出射光を所望の角度分布で光学インテグレータへ入射させることができ、出射光の状態を適切に制御できる。なお、所要の間隔で複数の発光素子が配置され、各発光素子に対向するように光学部材が位置する場合は、光学部材も一つの平面上に配置でき、さらには複数の光学部材を一体化することも可能になる。なお、光学部材の材料としては硝子以外に光透過性を有する合成樹脂（プラスチック）のような加工性に優れたものを用いることでコストの低減を図れる。
【００５１】
さらに、本発明にあっては、発光素子からの出射光を２つの偏光成分に分離して、一方の成分を他方へ変換して両成分を合成する分離合成手段を設けるので、光源の利用効率を高められる。なお、発光素子の出射光に対する分離合成手段は、照明装置が適用される投影型画像表示装置が有するライトバルブの種類に応じて光学インテグレータの上流又は下流に配置することが可能である。
【発明の効果】
【００５２】
本発明にあっては、複数のブロック材の傾斜した接合面に光の反射及び透過を波長帯域毎に選択的に行う光学膜を設けて一体的に光学インテグレータを形成するので、光源の利用効率を向上した上で光路の変更及び照度の均一化に係る構成を従来に比べて大幅に簡略化でき、部品点数の削減及び光路長の短縮を達成すると共に照明装置及び投影型画像表示装置の小型化及び低コスト化を実現できる。
【００５３】
また、本発明にあっては、形成した傾斜面に反射特性を具備させた光学インテグレータを用いることにより、一段と簡易な構成の光学インテグレータのみで光路の変更及び照度の均一化に係る構成を簡略化でき、照明装置及び投影型画像表示装置の更なる小型化及び低コスト化に寄与できる。
【００５４】
さらに、本発明にあっては、複数の発光素子をそれぞれ別個の基材に配置することで、放熱性に適した配置を確保でき、また、発光素子が破損した場合も破損した発光素子のみを交換すればよく、交換作業の容易化及び交換コストの低減化を図れる。
さらにまた、本発明にあっては、複数の発光素子を単一の基材に配置することで、隣り合う発光素子の間隔を最適に設計でき、装置の小型化に貢献できる。
【００５５】
本発明にあっては、複数の発光素子を順次発光させるので、相異する波長帯域の光による色を確実に表現したカラー画像を良好に表示できる。
また、本発明にあっては、複数の発光素子を同時に発光させるので、電源効率及び光量（光束、照度）のバランスに配慮した表示を行える。
【００５６】
さらに、本発明にあっては、発光素子からの出射光の広がり角度を変更する光学部材を備えるので、発光素子からの出射光を所望の角度分布で光学インテグレータへ入射させることができる。
さらにまた、本発明にあっては、発光素子からの出射光を２つの偏光成分に分離して、一方の成分を他方へ変換して両成分を合成する分離合成手段を設けるので、光源の利用効率を一段と高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る投影型画像表示装置５０（照明装置５９を含む）の構成を示しており、第１実施形態の投影型表示装置５０は、本発明に係る多数の内容を統括的に構成したものであり、低コスト化及び小型化に適した形態である。
【００５８】
投影型画像表示装置５０は、複数の発光素子である赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、及び青色ＬＥＤ５１Ｂを光源に用いており、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに対向するように第１レンズ５２を配置すると共に、その第１レンズ５２を通過した出射光が入射されるように柱状の光学インテグレータ６０を配置している。さらに、投影型画像表示装置５０は、光学インテグレータ６０の長手方向の端部（端面）となる出射面６０ｂから下流側へ第２レンズ５３、第１フライアイレンズ５４ａ、ＰＳ分離合成ユニット５５、第２フライアイレンズ５４ｂ、透過型の液晶パネル５６、及び投影レンズ５７をそれぞれ配置している。
【００５９】
投影型画像表示装置５０は、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの発光、及び液晶パネル５６の画像形成に係る制御を制御部５８で行う。また、投影型画像表示装置５０の中で、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ、第１レンズ５２、光学インテグレータ６０が照明装置５９のハード的な部分を構成しており、照明装置５９の発光に係るソフト的な処理部分を制御部５８が一部担っている。以下、投影型画像表示装置５０が有する各部を説明する。
【００６０】
光源の赤色ＬＥＤ５１ＲはR発光型であり、その出射光の波長帯域幅（半値―半値）は６３０ｎｍ（ナノメートル）〜６５０ｎｍである。また、緑色ＬＥＤ５１ＧはＧ発光型であり、出射光の波長帯域幅は５１０ｎｍ〜５５０ｎｍである。さらに、青色ＬＥＤ５１ＢはＢ発光型であり、出射光の波長帯域幅は４４０ｎｍ〜４６０ｎｍである。なお、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂから出射される光線（光束）は平行ではなく、所要の広がり角度を有している。
【００６１】
また、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂからの出射光は、光軸に対して直交する一方向（縦方向）の偏光成分（Ｐ波）と、光軸及びＰ波に直交する他方向（横方向）の偏光成分（Ｓ波）を含んでいる。さらに、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは制御部５８により液晶パネル５６での画像表示に係る特定時間の所定時期に点灯（光線を出射）するように制御されている。本実施形態では、液晶パネル５６の表示に係る１フレーム（１６．７ミリ秒）を３等分したサブフレーム（５．５ミリ秒）を設定し、制御部５８は１番目のサブフレームに対応するように赤色ＬＥＤ５１Ｒを点灯（発光）させ、２番目のサブフレームに対応するように緑色ＬＥＤ５１Ｇを点灯させ、３番目のサブフレームに対応するように青色ＬＥＤ１Ｒを点灯させている。
【００６２】
このような各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、単一のパッケージとして一つの基材５１に実装されており、基材５１には放熱機構を併せ持つセラミック系の材料を適用している。各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを高電力で点灯制御を行う場合などには、必要に応じて基材５１の底面に金属材料の冷却フィンを取り付けて基材５１の放熱性を高めるようにしてもよい。なお、基材５１上に各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを実装した単一のパッケージにはＬＥＤ実装基板、ＬＥＤ保護回路、及び信号入力端子を含むと共に、放熱機構としてセラミックス基板、金属フィン基板等のアッセンブリをものとする。
【００６３】
上述したように各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ等を単一のパッケージにすることで、信号入力端子の集約や量産性が良好となり製作コストを低減でき、また各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの間隔を狭小にすることも可能になり、光学インテグレータ６０内に一体化して設けられた後述するダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂの間隔も対応して狭小にでき、装置全体の小型化に寄与できる。
【００６４】
各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに対向する第１レンズ５２は、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂからの出射光の広がり角度を変更して所望の角度分布に調整する光学部材に相当する。本実施形態の第１レンズ５２は、基板５１に実装された各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの間隔に併せて円板状の３枚のレンズ部５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの周縁を連結してアレイ状に一体成形されている。なお、第１レンズ５２は光透過性を有する合成樹脂（プラスチック）を材料に成形されており、このような合成樹脂を用いることで一体成形の容易化を図っている。
【００６５】
図１、図２（ａ）（ｂ）に示す光学インテグレータ６０は、柱状の光透過性部材（例えば、硝子部材）で形成されており、本実施形態では三角柱状の第１ブロック材６１、傾斜した立方体状の第２ブロック材６２、同様に傾斜した立方体状の第３ブロック材６３、及び短柱状の第４ブロック材６４を長手方向に接合して形成されている。各ブロック材６１〜６４の接合面６１ａ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ、６４ａは長手方向に対して４５度傾斜した傾斜面になっている。なお、上述した長手方向は、出射面６０ｂから出射される各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの出射光の軸上主光線と平行であり、そのため、各接合面６１ａ〜６４ａは出射光の軸上主光線に対し４５度傾斜している。
【００６６】
第１ブロック材６１及び第２ブロック材６２の接合面６１ａ、６２ａは、光学インテグレータ６０が第１レンズ５２を挟んで各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに対向するように配置された状態で、赤色ＬＥＤ５１Ｒからの出射光に照射される位置に形成されている。さらに、第２ブロック材６２及び第２ブロック材６３の接合面６２ｂ、６３ａは緑色ＬＥＤ５１Ｇからの出射光に照射される位置に形成されており、第３ブロック材６３及び第４ブロック材６４の接合面６３ｂ、６４ａは青色ＬＥＤ５１Ｂからの出射光に照射される位置に形成されている。
【００６７】
また、光学インテグレータ６０は、接合面６１ａと接合面６２ｂとの間、接合面６２ｂと接合面６３ａとの間、接合面６３ｂと接合面６４ａとの間にダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂをそれぞれ形成している。各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂは蒸着による成膜で形成されており、具体的には第２ブロック材６２の接合面６２ａにはＲ光線を反射する一方、Ｇ、Ｂ光線を透過する特性を有する光学成分で成膜を行うことにより、ダイクロイックミラー６５Ｒに相当する光学膜が形成されている。
【００６８】
以下同様に、第３ブロック材６３の接合面６３ａにはＧ光線を反射する一方、Ｒ、Ｂ光線を透過する特性を有する光学成分で成膜を行いダイクロイックミラー６５Ｇに相当する光学膜が形成され、第４ブロック材６４の接合面６４ａにはＢ光線を反射する一方、Ｒ、Ｇ光線を透過する特性を有する光学成分で成膜を行いダイクロイックミラー６５Ｂに相当する光学膜が形成されている。以上のように各接合面６２ａ、６３ａ、６４ａに各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂを形成してから、各ブロック材６１〜６４を光透過性の高い接着剤又はマッチングオイル等で固着接合することで、図１、図２（ａ）に示す各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂを一体化した柱状の光学インテグレータ６０を形成している。
【００６９】
形成された光学インテグレータ６０は、周囲の四側面の中で第１レンズ５２を挟んで各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに対向する一側面を入射面６０ａにしており、入射面６０ａから入射した各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの出射光を各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂで９０度向きを変えて出射面６０ｂの方へ反射する。
【００７０】
詳しくは、光学インテグレータ６０の入射面６０ａから入射して長手方向の一端側に位置するダイクロイックミラー６５Ｒへ４５度前後の角度で光線が投射された場合、その光線に含まれるＲ光線はダイクロイックミラー６５Ｒで反射される一方、Ｇ、Ｂ光線は透過される。また、入射面６０ａから入射して真ん中に位置するダイクロイックミラー６５Ｇへ４５度前後の角度で光線が投射された場合、Ｇ光線はダイクロイックミラー６５Ｇで反射され、Ｒ、Ｂ光線は透過される。さらに、入射面６０ａから入射して最も出射面６０ｂ側に位置するダイクロイックミラー６５Ｂへ４５度前後の角度で光線が投射された場合、Ｂ光線はダイクロイックミラー６５Ｂで反射され、Ｒ、Ｇ光線は透過される。
【００７１】
従って、図１に基づいて赤色ＬＥＤ５１Ｒから出射されたＲ光線で説明すると、Ｒ光線は光学インテグレータ６０の入射面６０ａから入射してダイクロイックミラー６５Ｒへ照射されると、このダイクロイックミラー６５Ｒで反射してからダイクロイックミラー６５Ｇ、６５Ｂを透過し出射面６０ｂに到達する。ダイクロイックミラー６５Ｒで反射したＲ光線は、出射面６０ｂに到達するまで光学インテグレータ６０内の四側面で全反射し、全反射の回数に応じて出射面６０ｂで光源像の多重反射像となり、出射面６０ｂでのＲ光線の面照度は均一化される。
【００７２】
図３は、上述した赤色ＬＥＤ５１Ｒから出射されたＲ光線の光学インテグレータ６０内での反射状況を示したものである。赤色ＬＥＤ５１Ｒから出射されたＲ光線は、光軸中心に対して所要の広がり角度θ（配光分布：最大出射角）を有し、配光分布θを所要範囲に調整するために光学インテグレータ６０への入射前に第１レンズ５２を通過する（図１参照）。なお、適切な配光分布θで出射光が発せられる場合は、第１レンズ５２の省略も可能になる。また、図３では、第１レンズ５２、第２レンズ５３、第１フライアイレンズ５４ａ、ＰＳ分離合成ユニット５５、第２フライアイレンズ５４ｂなどの図示を省略している。
【００７３】
赤色ＬＥＤ５１Ｒからの出射光（Ｒ光線）が光学インテグレータ６０内へ入射すると、光学インテグレータ６０を形成する各ブロック材６１〜６４の屈折率をｎとすれば、光学インテグレータ６０内を進行するＲ光線の最大出射角は近似的にθ／ｎとなる。ダイクロイックミラー６５Ｒで反射されたＲ光線は光学インテグレータ６０の周囲の四側面で界面反射（全反射）を繰り返して伝播し、出射面６０ｂから外部（空気中）へ放射される。このとき、出射面６０ｂから空気中へ放射される際のＲ光線の最大出射角はθとなり、赤色ＬＥＤ５１Ｒの広がり角度と不変である。また、光学インテグレータ６０の界面反射の回数に応じて出射面６０ｂではＲ光線の光源像の多重反射像が形成されるため、光源像の照度ムラが解消され照度が均一になっている。
【００７４】
なお、緑色ＬＥＤ５１Ｇから出射されたＧ光線は、ダイクロイックミラー６５Ｇへ照射されると、ダイクロイックミラー６５Ｇで反射してからダイクロイックミラー６５Ｂを透過して出射面６０ｂに到達し、出射面６０ｂまでの反射形態は上述したＲ光線と同様に全反射になり、出射面６０ｂでの照度は均一になっている。また、青色ＬＥＤ５１Ｂから出射されたＢ光線はダイクロイックミラー６５Ｂへ投射されると、ダイクロイックミラー６５Ｂで反射してから出射面６０ｂに到達し、出射面６０ｂまでの反射形態は上述したＲ、Ｂ光線と同様に全反射になり、出射面６０ｂでの照度は均一になる。なお、出射面６０ｂから出射した光線が液晶パネル５６上に合焦されるように、光学インテグレータ６０及び液晶パネル５６の位置関係は決められている。
【００７５】
図４は、光学インテグレータ６０に設けられたダイクロイックミラー６５Ｒ（赤色用ＤＭ）及びダイクロイックミラー６５Ｂ（青色用ＤＭ）の波長帯域（ｎｍ）に対する透過率（％）を示すグラフである。このグラフは、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｂへの入射角が４５度の成膜設計中心の光線（合成波：（Ｐ波＋Ｓ波）／２）に対するものである。なお、グラフには、参考のため赤色ＬＥＤ５１Ｒ、青色ＬＥＤ５１Ｇ、緑色ＬＥＤ５１Ｂが出射する光の波長帯域における光強度特性も記載しており、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに係る曲線は、赤色ＬＥＤ５１Ｒの頂点の強度を１００％とした場合の相対強度（％）を示す。また、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの出射光を完全に平行な光線にすることは実際には困難であるため、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｂへの実際的な光線の入射角は４５度±５度〜１５度程度の範囲内の数値になる。
【００７６】
図４に示すグラフ中の透過曲線（実線、一点鎖線の曲線）は、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｂへの光線の入射角が４５度より小さくなると、一般に波長帯域が長くなる側へシフトし、Ｂ光線（青色ＬＥＤ）の波長帯域で反射するダイクロイックミラー６５Ｂ（青色用ＤＭ）ではＧ光線（緑色ＬＥＤ）の波長帯域中の短波長部分を反射してしまうことがある。また、入射角が４５度より大きくなると、透過曲線（実線、一点鎖線の曲線）は波長帯域が短くなる側へシフトする。この場合、Ｒ光線（赤色ＬＥＤ）の波長帯域で反射するダイクロイックミラー６５ＲではＧ光線（緑色ＬＥＤ）の波長帯域中の長波長部分を反射してしまうことがある。このような光線の入射角のズレが混色等の原因及び色純度を低下させる要因になっている。
【００７７】
ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｂへの入射角のズレによる波長帯域のシフトに基づく混色及び光源利用効率の低下を防止する手法としては、レーザのような短波長発光素子を光源に用いる他に、光源として短波長発光型（狭波長帯域発光型）のＬＥＤを採用すること、ＬＥＤ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各発光中心波長同士のギャップが広いものを光源に選定することで容易に対処できる。また、光学インテグレータ６０のダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂの成膜に対し多層膜構造を適用して積層数を増加させること、高屈折材料を用いること等により、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂへの入射角のズレによる波長帯域のシフト自体を解消することができる。
【００７８】
なお、図１に示す第１実施形態の照明装置５９は、上述した各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ、第１レンズ５２、及び光学インテグレータ６０以外に、図１３、１４の投影型画像表示装置３０、４０と同様に、第２レンズ５３、第１フライアイレンズ５４ａ、ＰＳ分離合成ユニット５５、及び第２フライアイレンズ５４ｂを有する。第２レンズ５３、第１及び第２フライアイレンズ５４ａ、５４ｂは従来と同様に光線の状態を適切にする働きを行う。
【００７９】
ＰＳ分離合成ユニット５５は各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの出射光の分離合成手段に相当し、出射光（光線）が入射する面に対して４５度傾斜した複数の偏光分離膜をスリット状に形成した面を内部に有すると共に、光線が出射する面には光線のＰ波の波長を半分にするλ／２波長板を有する（図示せず）。よって、ＰＳ分離合成ユニット５５に無偏光状態の光線が入射すると光線中のＰ波（第１偏光成分に相当）とＳ波（第２偏光成分に相当）が分離し、Ｓ波は第１偏光分離膜の形成面で反射してから、その第１偏光分離膜の形成面の隣に位置する第２偏光変換膜で反射して出射する。また、Ｐ波は前記第１偏光分離膜の形成面を透過して出射し、この際、前記λ／２波長板によりＰ波はＳ波へ変換されて最初のＳ波に合成され、ＰＳ分離合成ユニット５５から出射される光線は理想的には２倍のＳ波になっている。
【００８０】
また、第１実施形態の投影型画像表示装置５０は、ＰＳ分離合成ユニット５５の下流側に第２フライアイレンズ５４ｂを介して液晶パネル５６を配置するので、液晶パネル５６に入射する光線は、ＰＳ分離合成ユニット５５によりＳ波として片側方向に偏光制御されており、光源を効率的に利用できる。１枚式の液晶パネル５６には、赤色ＬＥＤ５１Ｒが点灯を行う１番目のサブフレームに同期してＲ画像信号が入力されるように制御部５８で制御が行われている。その結果、赤色ＬＥＤ５１ＲからのＲ光線は、液晶パネル５６を通過して出射する際にＲ画像（Ｒ画像の光線）になり、投射レンズ５７からスクリーンへＲ画像の光線（変調光）が投影される。
【００８１】
以下、同様に２番目のサブフレームでは緑色ＬＥＤ５１Ｇが点灯し、３番目のサブフレームでは青色ＬＥＤ５１ｂが点灯し、液晶パネル５６で各サブフレーム間に階調制御が行われ、Ｒ画像の変調光の投影に続いてＧ画像及びＢ画像の変調光の投影がスクリーンへ行われる。このように１フレーム期間にスクリーンではＲ、Ｇ、Ｂ画像が順次投影表示されることになるが、Ｒ画像、Ｇ画像、Ｇ画像の切替は人間の色分解能が追従できない１８０Ｈｚで行われるため、視認上カラー画像として認識される。
【００８２】
以上のように第１実施形態の投影型画像表示装置５０及び照明装置５９は、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂを一体化した光学インテグレータ６０により各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂからの出射光の光路変更及び照度の均一化を行うので、部品点数の削減、光路長の短縮、及び光源利用率の向上を実現し、さらには各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの実装形態を工夫することと併せて装置の小型化及び低コスト化を達成している。なお、投影型画像表示装置５０はフロントプロジェクションとリアプロジェクションのいずれの方式にも適用可能である。
【００８３】
また、第１実施形態の投影型画像表示装置５０は、上述した形態以外にも種々の変形例の適用が可能である。例えば、図２（ａ）（ｂ）に示す光学インテグレータ６０において、各接合面６２ａ、６３ａ、６４ａに各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂを形成するのではなく、上記の各接合面６２ａ、６３ａ、６４ａに対向する側の接合面６１ａ、６２ｂ、６３ｂに各ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂに係る光学膜の成膜を行ってもよい。また、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂの替わりに、ダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂと同等の特性を有するホログラム機能を有する光学膜を各接合面６１ａ〜６４ａに形成するようにしてもよい。
【００８４】
さらに、光学インテグレータ６０の長手方向の一端側に位置するダイクロイックミラー６５Ｒは、照明装置５９ではＲ光線の反射のみを行い、Ｇ、Ｂ光線の透過は行わないので、光線の反射だけを行う特性のミラー及びホログラムのような反射膜に置き換えることも可能である。さらにまた、赤色ＬＥＤ５１Ｒの出射光に対し広がり角度及び偏光波成分（Ｐ波、Ｓ波）に係る分離合成処理を光学インテグレータ６０へ入射される前に行う構成にすることで、光学インテグレータ６０における接合面６２ａのみで全反射が生じることから、この場合は接合面６１ａ又は接合面６２ａに対する光学膜の成膜自体を省略することが可能になる。
【００８５】
図５は変形例の光学インテグレータ６０′を示しており、第２ブロック材６２の接合面６２ａに上述した反射のみを行う特性の光学膜６５Ｒ′を形成する場合は、図２（ｂ）に示す第１ブロック材６１を省略した構成が可能になる。この光学インテグレータ６０′では、長手方向の一端側の傾斜した面６２ａに設けた光学膜６５Ｒ′（反射膜）で入射したＲ光線を他端側へ反射することになる。
【００８６】
また、図６（ｂ）は別の変形例の光学インテグレータ６０″を示し、一体的に設けるダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂの全てを平行的に形成していない構成の一例である。この光学インテグレータ６０″では、第２ブロック材６２″及び第３ブロック材６３″に第１ブロック材６１を２個結合したような形状のものを適用し、第３ブロック材６３″の接合面６３ａ″にダイクロイックミラー６５Ｇを設けている。図６（ｂ）の光学インテグレータ６０″は、何らかの理由で複数の発光素子を全て同一方向に配置できない場合に好適である。
【００８７】
上述した各光学インテグレータ６０、６０′、６０″において、各ブロック材６１〜６４の接合は、接着剤等の固着以外に、投影型画像表示装置５０の筐体（図示せず）内部にリブのような保持部を設け、この保持部により各ブロック材６１〜６４を接合した状態で挟持固定する構成にしてもよい。また、このような挟持固定は筐体に設けるリブを用いるのではなく、独立した挟持部材を適用するようにしてもよい。
【００８８】
さらに、図６（ａ）は、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを図１に示すように一つの基材５１に載置するのではなく、別個の基材５１１、５１２、５１３にそれぞれ配置した形態を示している。このような形態にすることで、いずれかのＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが何らかの原因により点灯不可能になった場合でも、個別に交換又は修理が可能になる。
【００８９】
また、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを個別の基材５１１、５１２、５１３に配置したときは、図１のアレイ状の第１レンズ５２をレンズ５２Ｒ′、５２Ｇ′、５２Ｂ′に分離して、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに対向して近接配置するようにしてもよい。なお、第１レンズ５２及びレンズ５２Ｒ′、５２Ｇ′、５２Ｂ′の替わりに、透過性のホログラム機能素子を形成した平板基板、並びに各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの出射光を反射して広がり角度を変更できるような楕円形状又は二次曲線形状の反射鏡（リフレクタ）等を用いることも可能である。
【００９０】
さらに、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを個別の基材５１１、５１２、５１３に配置したときは、図６（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを同一方向に配置するのではなく、光学インテグレータ６０″のダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂの傾斜方向に対応させて異なる方向で配置することも可能である。図６（ｂ）に示す場合では、ダイクロイックミラー６５Ｇの傾斜方向が、他のダイクロイックミラー６５Ｒ、６５Ｂと相異するので、緑色ＬＥＤ５１Ｇを配置した基材５１２及びレンズ５２Ｇ′を光学インテグレータ６０″の上側に配置している。よって、この場合は、赤色ＬＥＤ５１Ｒ及び青色ＬＥＤ５１Ｂからの出射光は下側の入射面６０ａ″から入射し、緑色ＬＥＤ５１Ｇからの出射光は上側の入射面６０ｃ″から入射する。よって、変形例の光学インテグレータ６０″を用いることで各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂのレイアウトの自由度を高められる。
【００９１】
また、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの代替品となる発光素子としては、アイセーフ性を持たせたレーザ、レーザダイオード、有機EL（Electro Luminescence）、電解放出素子等が存在し、これらの代替品を光源に適用してもよい。
【００９２】
さらに、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの点灯に係る時間としては１フレームを３等分する以外に、１フレームを４等分して計４個のサブフレームを設定し、１番目のサブフレームでは赤色ＬＥＤ５１Ｒを点灯し、２番目のサブフレームでは緑色ＬＥＤ５１Ｇを点灯し、３番目のサブフレームでは青色ＬＥＤ５１Ｂを点灯し、４番目のサブフレームでは全ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを同時点灯するように制御部５８が制御を行うことも可能である。なお、１フレーム期間での各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの点灯順序は、上述した順序に限定されるものではなく、適宜点灯順序を変更しても同様の投影画像を表示できる。
【００９３】
また、液晶パネル５６は透過型のものを使用する以外に、反射型の液晶パネル又はＤＭＤのようなマイクロミラーアレイ素子に置き換えてもよい。但し、反射型の素子を用いる場合は、図１０に示すように、光学インテグレータから出射した光線の光路が一般的には９０度程度折り返された構成になる。
【００９４】
さらに、液晶パネル５６にはカラーＬＣＤを適用することも可能である。カラーＬＣＤとは、一つの画素が３つのドットに分けられると共に３つのドットに赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタが形成されており、それぞれで諧調制御を行ってカラー画像を表示するものである。このようなカラーＬＣＤを適用した場合、制御部５８は、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを時間的に順次点灯させる制御ではなく、同時に点灯させると云う常時点灯の制御が可能となり、６０Ｈｚの１フレーム期間でカラーＬＣＤの各色の諧調制御を同時に行う事でカラー画像の投影表示を行える。
【００９５】
よって、液晶パネル５６にはカラーＬＣＤを用いることで、液晶材料のスイッチング特性が悪い物の使用が可能になると共に、各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに係る駆動回路の簡易化及び小型化に寄与できるため、投影型画像表示装置５０の低コスト化及び小型化を実現できる。
【００９６】
図７は、本発明の第２実施形態に係る投影型画像表示装置７０（照明装置７９を含む）の主要な構成を示す概略図である。第２実施形態の投影型画像表示装置７０は、反射膜８５を有する光学インテグレータ８０を適用すると共に、赤色ＬＥＤ７１Ｒ、緑色ＬＥＤ７１Ｇ、青色ＬＥＤ７１Ｂをデルタ状（三角状）に配置したことが特徴である。なお、図７では図示していないが、光学インテグレータ８０の出射面８０ｂの下流側には、図１に示す第１実施形態の投影型画像表示装置５０と同様に、第２レンズ５３、第１フライアイレンズ５４ａ、ＰＳ分離合成ユニット５５、第２フライアイレンズ５４ｂ、投影レンズ５７、及び制御部５８を有しており、以下の説明では第１実施形態と同じ構成の部品には第１実施形態と同じ符号を用いている。
【００９７】
第２実施形態の光学インテグレータ８０は、図２（ｂ）に示す第１ブロック材６１と同様の形態である第１ブロック材８１と、図２（ｂ）の第４ブロック材６４と基本的に同様の形態である第２ブロック材８２とを長手方向に接合して形成されている。各ブロック材８１、８２の接合面８１ａ、８２ａは、長手方向の一端側に位置しており、図２（ｂ）に示す第１実施形態の接合面６１ａ、６４ａと同様に傾斜した傾斜面であり、第２ブロック材８２の傾斜面８２ａに成膜処理を行って光線を反射する特性の反射膜８５を形成している。
【００９８】
また、各ＬＥＤ７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは、基板７１上に最小限の間隔でデルタ状の位置関係で配置されて一体型のパッケージにされている。このようなデルタ状配置のパッケージにすることで、各ＬＥＤ７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂの占有面積が最小になり、１個の円形の第１レンズ７２で、各ＬＥＤ７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから発せられる出射光の広がり角度を調整して光学インテグレータ８０の入射面８０ａへ入射させることができる。第２実施形態の投影型画像表示装置７０では、上述した以外は第１実施形態と同様の構成を採用している。
【００９９】
よって、各ＬＥＤ７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂの出射光は光学インテグレータ８０に入射して反射膜８５で反射され、全反射を繰り返して出射面８０ｂから照度を均一にして出射し、画像の投影表示が行われる。なお、第２実施形態の投影型画像表示装置７０もフロントプロジェクションとリアプロジェクションのいずれの方式にも適用可能であり、また、第１実施形態で説明した各種変形例の中で適用可能な変形例を採用できる。
【０１００】
特に、液晶パネル５６にカラーＬＣＤを用いた場合では、各ＬＥＤ７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂを常時点灯する手法の点灯制御が可能である一方、光源のＬＥＤに新たに白色発光型を用いて常時点灯を行うことも可能である。さらに、光源のＬＥＤに水色発光型、紫色発光型、及び黄色発光型を組み合わせて常時点灯する手法を適用できる。そのため、各色のＬＥＤの多数の組み合わせ方の中で最も電源効率が良く且つＬＥＤの光量（光束、照度）が大きくなる組合せを選択することが、明るいカラー画像の投影表示を行うために重要となる。
【０１０１】
また、第２実施形態の光学インテグレータ８０では、多層膜で反射膜８５を形成すること、反射膜８５の替わりにホログラム機能素子又はミラーを適用できる。さらに、光学インテグレータ８０の入射面８０ａの上流側にＰＳ分離合成ユニット５５を配置することも可能である。この場合、光学インテグレータ８０へ入射される前に光源の出射光をＰＳ分離合成ユニット５５で片側偏光にしておくことで、光学インテグレータ８０の第１ブロック材８１の接合面８１ａ又は第２ブロック材８２の接合面８２ａに反射膜８５、ホログラム機能素子、ミラー等を設けることなく、硝子基材である各ブロック材８２と周囲の空域の屈折率の差を利用して光源の出射光を全反射させて出射面８０ｂから出射させることができる。このような構成により、照明装置７９と併せて投影型映像表示装置７０の更なる小型化、低コスト化を実現でき、さらには携帯電話のフラッシュライトへの応用など、照明装置７９の用途を拡大できる。
【０１０２】
図８は、本発明の第３実施形態に係る投影型画像表示装置９０（照明装置９９を含む）の主要な構成を示す概略図である。第３実施形態の投影型画像表示装置９０は、ダイクロイックミラー１０５Ｇを有する光学インテグレータ１００を適用して、その光学インテグレータ１００の一つの側面である第１入射面１００ａに対向するように複数の緑色ＬＥＤ９１Ｇを配置すると共に長手方向の一方の端面である第２入射面１００ｄに対向するように赤色ＬＥＤ９１Ｒ及び青色ＬＥＤ９１Ｂを配置したことを特徴とする。
【０１０３】
なお、図８では図示していないが、第３実施形態の投影型画像表示装置９０も図１に示す第１実施形態の投影型画像表示装置５０と同様に、光学インテグレータ１００の出射面１００ｂの下流側に第２レンズ５３、第１フライアイレンズ５４ａ、ＰＳ分離合成ユニット５５、第２フライアイレンズ５４ｂ、投影レンズ５７、及び制御部５８を有する。液晶パネル５６を含めて上述した各部は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と同じ符号を用いる。
【０１０４】
第３実施形態の光学インテグレータ１００は、図７に示す第２実施形態の光学インテグレータ８０を構成する第１ブロック材８１及び第２ブロック材８２と同様の形態の第１ブロック材１０１及び第２ブロック材１０２で形成されており、第１ブロック材１０１の接合面１０１ａと第２ブロック材１０２の接合面１０２ａとの間にＧ光線を反射する一方、Ｒ、Ｂ光線を透過する特性のダイクロイックミラー１０５Ｇを設けている。なお、ダイクロイックミラー１０５Ｇは、第２ブロック材１０２の傾斜した接合面１０２ａに上述した光学特性を有する光学成分を成膜することで形成されている。
【０１０５】
光学インテグレータ１００の第１入射面１００ａ側に緑用レンズ９２ａを介して配置される複数の緑色ＬＥＤ９１Ｇは、基板９１１上に最小限の間隔でデルタ状の位置関係で配置されて一体型のパッケージにされている。また、光学インテグレータ１００の第２入射面１００ｄ側に赤・青用レンズ９２ｂを介して配置される２個の赤色ＬＥＤ９１Ｒ及び１個の青色ＬＥＤ９１Ｂは、基板９１２上に最小限の間隔でデルタ状の位置関係で配置されて一体型のパッケージにされている。
【０１０６】
第３実施形態の投影型画像表示装置９０においては、複数の緑色ＬＥＤ９１Ｇから出射されたＧ光線は、緑用レンズ９２ａを通過して第１入射面１００ａから光学インテグレータ１００に入射してダイクロイックミラー１０５Ｇを照射し、それからダイクロイックミラー１０５Ｇで反射されて全反射を繰り返して光学インテグレータ１００内を伝播し、照度が均一になって出射面１００ｂから出射される。また、２個の赤色ＬＥＤ９１Ｒ及び１個の青色ＬＥＤ９１Ｂからそれぞれ出射されたＲ、Ｂ光線は、赤・青用レンズ９２ｂを通過して第２入射面１００ｄから光学インテグレータ１００に入射してダイクロイックミラー１０５Ｇを照射し、それからダイクロイックミラー１０５Ｇを透過し全反射を繰り返して光学インテグレータ１００内を伝播し、照度が均一になって出射面１００ｂから出射される。
【０１０７】
このように第３実施形態の投影型画像表示装置９０は、光学インテグレータ１００を一段と簡易な構成にした上で、各ＬＥＤ９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂの配置に対する自由度を高めており、装置設計に対する制約を低減して装置の小型化及び低コスト化に貢献できる。なお、第３実施形態の投影型画像表示装置９０はフロントプロジェクションとリアプロジェクションのいずれの方式にも適用可能である。
【０１０８】
また、第３実施形態の投影型画像表示装置９０も、上述した形態に限定されるものではなく、例えば、ダイクロイックミラー１０５Ｇの替わりに、Ｒ光線を反射する一方、Ｇ、Ｂ光線を透過する特性のＲ反射ダイクロイックミラー、又はＢ光線を反射する一方、Ｒ、Ｇ光線を透過する特性のＢ反射ダイクロイックミラーを用いてもよい。Ｒ反射ダイクロイックミラーを用いた場合は、光学インテグレータ１００の第１入射面１００ａ側に赤色ＬＥＤ９１Ｒを配置すると共に、第２入射面１００ｄ側に緑色ＬＥＤ９１Ｇ及び青色ＬＥＤ９１Ｂを配置する必要がある。また、Ｂ反射ダイクロイックミラーを用いた場合は、光学インテグレータ１００の第１入射面１００ａ側に青色ＬＥＤ９１Ｂを配置すると共に、第２入射面１００ｄ側に赤色ＬＥＤ９１Ｒ及び緑色ＬＥＤ９１Ｇを配置する必要がある。
【０１０９】
さらに、第３実施形態の投影型画像表示装置９０は、第１実施形態で説明した各種変形例の中で適用可能な変形例を採用することができ、例えば、液晶パネル５６にカラーＬＣＤを用いた場合、各ＬＥＤ９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂを常時点灯で制御を適用でき、この場合は、第２実施形態の変形例でも述べたように光源のＬＥＤには、白色発光型を用いること、又は水色発光型、紫色発光型、及び黄色発光型を組み合わせて用いること等、各色のＬＥＤの多数の組み合わせ方を適用できる。
【０１１０】
図９は、本発明の第４実施形態に係る投影型画像表示装置１１０（照明装置１１９を含む）の主要な構成を示す概略図である。第４実施形態の投影型画像表示装置１１０は、ダイクロイックミラー１２５Ｒ、１２５Ｂを交差するように設けた光学インテグレータ１２０を適用すると共に、光学インテグレータ１２０の一側面である第１入射面１２０ａ、長手方向の一方の端面である第２入射面１２０ｄ、及び他側面である第３入射面１２０ｃにそれぞれ対向するように赤色ＬＥＤ１１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１１Ｇ及び青色ＬＥＤ１１１Ｂを配置したことを特徴とする。
【０１１１】
なお、図９に図示していないが、第４実施形態の投影型画像表示装置１１０も図１に示す第１実施形態の投影型画像表示装置５０と同様に、光学インテグレータ１２０の出射面１２０ｂの下流側に第２レンズ５３、第１フライアイレンズ５４ａ、ＰＳ分離合成ユニット５５、第２フライアイレンズ５４ｂ、投影レンズ５７、及び制御部５８を有し、液晶パネル５６を含めて上述した各部は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と同じ符号を用いる。
【０１１２】
第４実施形態の光学インテグレータ１２０は柱状であり、図２（ｂ）に示す第１ブロック材６１の頂点を境にして二等分した三角柱状の形態である第１ブロック材１２１、第２ブロック材１２２及び第３ブロック材１２３を用いると共に、短柱形状の一端面に第１ブロック材１２１のような三角柱を突設させた形状の第４ブロック材１２４を用いている。光透過性を有する各ブロック材１２１〜１２４は長手方向に接合されて光学インテグレータ１２０を形成している。
【０１１３】
詳しくは、第１ブロック材１２１の両斜面に相当する接合面１２１ａ、１２１ｂに第２ブロック材１２２の一方の斜面に相当する接合面１２２ａ及び第３ブロック材１２３の一方の斜面に相当する接合面１２３ａを接合し、更に第２ブロック材１２２の他方の斜面に相当する接合面１２２ｂ及び第３ブロック材１２３の他方の斜面に相当する接合面１２３ｂに第４ブロック材１２４の傾斜した２つの接合面１２４ａ、１２４ｂを接合している。
【０１１４】
また、第３ブロック材１２３の接合面１２３ａ及び第４ブロック材１２４の一方の接合面１２４ｂにはＲ光線を反射する一方、Ｇ、Ｂ光線を透過する特性の光学膜を成膜してダイクロイックミラー１２５Ｒを形成している。さらに、第２ブロック材１２２の接合面１２２ａ及び第４ブロック材１２４の他方の接合面１２４ａには、Ｂ光線を反射する一方、Ｒ、Ｇ光線を透過する特性の光学膜を成膜してダイクロイックミラー１２５Ｂを形成している。
【０１１５】
光学インテグレータ１２０の第１入射面１２０ａ側に赤用レンズ１１２ａを介して配置される複数の赤色ＬＥＤ１１１Ｒは、基板１１１ａ上に最小限の間隔でデルタ状の位置関係で配置されて一体型のパッケージにされている。また、光学インテグレータ１２０の第２入射面１２０ｄ側に緑用レンズ１１２ｂを介して配置される複数の緑色ＬＥＤ１１１Ｇは、基板１１１ｂ上に最小限の間隔でデルタ状の位置関係で配置されて一体型のパッケージにされている。さらに、光学インテグレータ１２０の第３入射面１２０ｃ側に青用レンズ１１２ｃを介して配置される複数の青色ＬＥＤ１１１Ｂは、基板１１１ｃ上に最小限の間隔でデルタ状の位置関係で配置されて一体型のパッケージにされている。
【０１１６】
第４実施形態の投影型画像表示装置１１０においては、複数の赤色ＬＥＤ１１１Ｒから出射されたＲ光線は、赤用レンズ１１２ａを通過して第１入射面１２０ａから光学インテグレータ１２０に入射してダイクロイックミラー１２５Ｒを照射し、それからダイクロイックミラー１２５Ｒで反射されて全反射を繰り返して光学インテグレータ１２０内を伝播し、照度が均一になって出射面１２０ｂから出射される。
【０１１７】
また、複数の緑色ＬＥＤ１１１Ｇから出射されたＧ光線は、緑用レンズ１１２ｂを通過して第２入射面１２０ｄから光学インテグレータ１２０に入射して２つのダイクロイックミラー１２５Ｒ、１２５Ｂを照射し、それから各ダイクロイックミラー１２５Ｒ、１２５Ｂを透過し全反射を繰り返して光学インテグレータ１２０内を伝播して、照度が均一になって出射面１２０ｂから出射される。さらに複数の青色ＬＥＤ１１１Ｂから出射されたＢ光線は、青用レンズ１１２ｃを通過して第３入射面１２０ｃから光学インテグレータ１２０に入射してダイクロイックミラー１２５Ｂを照射し、それからダイクロイックミラー１２５Ｂで反射されて全反射を繰り返して光学インテグレータ１２０内を伝播し、照度が均一になって出射面１２０ｂから出射される。
【０１１８】
このように第４実施形態の投影型画像表示装置１１０は、光学インテグレータ１２０に交差した形態で２個のダイクロイックミラー１２５Ｒ、１２５Ｂを設けているので、第１実施形態の光学インテグレータ６０に比べて短い全長で各光線の全反射を行うことができるので、装置の更なる小型化及び低コスト化に貢献できる。また、第４実施形態の投影型画像表示装置１１０では光学インテグレータ１２０でクロスプリズム的な働きも行えるので、各ＬＥＤ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの配置数を最も多くすることが可能になり、スクリーン上に最も明るい画像を表示できる。なお、第４実施形態の投影型画像表示装置１１０も、フロントプロジェクションとリアプロジェクションのいずれの方式にも適用可能である。
【０１１９】
また、第４実施形態の投影型画像表示装置１１０は、上述した形態に限定されるものではなく、例えば、光学インテグレータ１２０の第２入射面１２０ｄ側に配置するＬＥＤに応じて光学インテグレータ１２０中に設けるダイクロイックミラーの種類を適宜変更できる。即ち、第２入射面１２０ｄ側に赤色ＬＥＤ１１１Ｒを配置する場合、図９の光学インテグレータ１２０には赤用のダイクロイックミラー１２５Ｒの替わりに緑用のダイクロイックミラー１２５Ｇを設け、第１入射面１２０ａ側に緑色ＬＥＤ１１１Ｇを設けるようにする。また、第２入射面１２０ｄ側に青色ＬＥＤ１１１Ｂを配置する場合、図９の光学インテグレータ１２０には青用のダイクロイックミラー１２５Ｂの替わりに緑用のダイクロイックミラー１２５Ｇを設け、第３入射面１２０ｃ側に緑色ＬＥＤ１１１Ｇを設けるようにする。
【０１２０】
さらに、第４実施形態の投影型画像表示装置１１０は、第１実施形態で説明した各種変形例の中で適用可能な変形例を採用することができ、特に、液晶パネル５６にカラーＬＣＤを用いた場合、第３実施形態の変形例でも述べたように各ＬＥＤ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの常時点灯及び光源のＬＥＤの色等を適宜組み合わせて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投影型画像表示装置及び照明装置の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の光学インテグレータの斜視図、（ｂ）は光学インテグレータを形成する各ブロック材の接合前の状態を示す斜視図である。
【図３】光学インテグレータ内を光線が伝播する形態を示す概略図である。
【図４】ダイクロイックミラーの反射透過特性を示すグラフである。
【図５】変形例の光学インテグレータを示す斜視図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態の変形例に係る構成を示す概略図、（ｂ）は別の変形例に係る構成を示す概略図である。
【図７】第２実施形態に係る投影型画像表示装置及び照明装置の構成を示す概略図である。
【図８】第３実施形態に係る投影型画像表示装置及び照明装置の構成を示す概略図である。
【図９】第４実施形態に係る投影型画像表示装置及び照明装置の構成を示す概略図である。
【図１０】従来のＤＬＰ方式の投影型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１１】従来のＬＣＤ方式の投影型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】クロスプリズムを用いた従来のＬＣＤ方式の投影型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１３】光源にＬＥＤを用いた従来のＬＣＤ１枚方式の投影型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１４】光源にＬＥＤを用いると共にクロスプリズムを適用した従来のＬＣＤ１枚方式の投影型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１２２】
５０、７０、９０、１１０  投影型画像表示装置
５１、７１、９１１、９１２、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ  基材
５１Ｒ、７１Ｒ、９１Ｒ、１１１Ｒ  赤色ＬＥＤ
５１Ｇ、７１Ｇ、９１Ｇ、１１１Ｇ  緑色ＬＥＤ
５１Ｂ、７１Ｂ、９１Ｂ、１１１Ｂ  青色ＬＥＤ
５２  第１レンズ
５３  第２レンズ
５４ａ  第１フライアイレンズ
５４ｂ  第２フライアイレンズ
５５  ＰＳ分離合成ユニット
５６  液晶パネル
５７  投影レンズ
５８  制御部
５９、７９、９９、１１９  照明装置
６０、８０、１００、１２０  光学インテグレータ
６１  第１ブロック材
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６３ｂ、６４ａ  接合面
６２  第２ブロック材
６３  第３ブロック材
６４  第４ブロック材
６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂ、１０５Ｇ、１２５Ｒ、１２５Ｂ  ダイクロイックミラー
８５  反射膜
【図１】
2006126644.tif 000003
【図２】
2006126644.tif 000004
【図３】
2006126644.tif 000005
【図４】
2006126644.tif 000006
【図５】
2006126644.tif 000007
【図６】
2006126644.tif 000008
【図７】
2006126644.tif 000009
【図８】
2006126644.tif 000010
【図９】
2006126644.tif 000011
【図１０】
2006126644.tif 000012
【図１１】
2006126644.tif 000013
【図１２】
2006126644.tif 000014
【図１３】
2006126644.tif 000015
【図１４】
2006126644.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月10日(2006.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の光透過性部材で形成してあり、入射した光を照度が均一になるように内部で反射させて出射する光学インテグレータにおいて、
前記光透過性部材は、複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、
前記複数のブロック材の接合面は、長手方向に対し傾斜しており、
前記接合面は、一の波長帯域の光を反射して他の波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備え、
一つの前記接合面は、傾斜方向が平行的に形成される他の複数の接合面に対し、傾斜方向が相違することを特徴とする光学インテグレータ。
【請求項２】
それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、
前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、
前記光学インテグレータは、前記複数の発光素子に対応した数の接合面が生じるように光透過性を有する複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、
各接合面は、長手方向に対し傾斜しており、
前記複数の発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して対応する各接合面をそれぞれ照射しており、
複数の接合面の中で長手方向の最も一端側に位置する一接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射する特性を備え、
前記一接合面から他端側に位置する接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射すると共に該光が属する波長帯域と相異する波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備え、
一つの前記接合面は、傾斜方向が平行的に形成される他の複数の接合面に対し、傾斜方向が相違する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、
前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、
前記光学インテグレータは、光透過性を有する２つのブロック材を長手方向に接合して形成してあり、
前記２つのブロック材により形成される接合面は、長手方向に対し傾斜しており、
前記複数の発光素子の中の一つの発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して前記接合面を照射しており、
残りの複数の発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの長手方向の一端側の端面から入射して前記接合面を照射しており、
前記接合面は、側面から照射された光を長手方向の他端側へ向けて反射すると共に端面から照射された光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記複数の発光素子は、それぞれ別個の基材に配置してある請求項２または請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は、単一の基材に配置してある請求項２または請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の発光素子を順次発光させる制御を行う手段を備える請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数の発光素子を同時に発光させる制御を行う手段を備える請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項８】
前記発光素子から発せられた光を通過又は反射させる光学部材を備え、
前記光学部材は、前記発光素子から発せられる光の広がり角度を変更する特性を有する請求項２乃至請求項７のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項９】
前記請求項２乃至請求項８のいずれか１つに記載の照明装置と、
該照明装置の光学インテグレータから出射した光で画像に係る変調光を生成する空間光変調素子と、
該空間光変調素子が生成した変調光を被投影体へ投影する投影レンズと
を備えることを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項１０】
前記照明装置が有する発光素子から発せられた光を一方向の第１偏光成分及び該一方向に直交する第２偏光成分に分離すると共に、該第１偏光成分を第２偏光成分に変換して両偏光成分を合成する分離合成手段を備える請求項９に記載の投影型画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
上記課題を解決するために本発明に係る光学インテグレータは、柱状の光透過性部材で形成してあり、入射した光を照度が均一になるように内部で反射させて出射する光学インテグレータにおいて、前記光透過性部材は、複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、前記複数のブロック材の接合面は、長手方向に対し傾斜しており、前記接合面は、一の波長帯域の光を反射して他の波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備え、一つの前記接合面は、傾斜方向が平行的に形成される他の複数の接合面に対し、傾斜方向が相違することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本発明に係る照明装置は、それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、前記光学インテグレータは、前記複数の発光素子に対応した数の接合面が生じるように光透過性を有する複数のブロック材を長手方向に接合して形成してあり、各接合面は、長手方向に対し傾斜しており、前記複数の発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して対応する各接合面をそれぞれ照射しており、複数の接合面の中で長手方向の最も一端側に位置する一接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射する特性を備え、前記一接合面から他端側に位置する接合面は、照射された光を他端側へ向けて反射すると共に該光が属する波長帯域と相異する波長帯域の光を透過する特性を有する光学膜を備え、一つの前記接合面は、傾斜方向が平行的に形成される他の複数の接合面に対し、傾斜方向が相違することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
また、本発明に係る照明装置は、それぞれが相異する波長帯域の光を発する複数の発光素子を備える照明装置において、前記複数の発光素子から発せられた光を入射して照度が均一になるように内部で反射させて出射する柱状の光学インテグレータを備え、前記光学インテグレータは、光透過性を有する２つのブロック材を長手方向に接合して形成してあり、前記２つのブロック材により形成される接合面は、長手方向に対し傾斜しており、前記複数の発光素子の中の一つの発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの側面から入射して前記接合面を照射しており、残りの複数の発光素子から発せられた光は、前記光学インテグレータの長手方向の一端側の端面から入射して前記接合面を照射しており、前記接合面は、側面から照射された光を長手方向の他端側へ向けて反射すると共に端面から照射された光を透過する特性を有する光学膜を備えることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】削除
【補正の内容】