(57)【要約】【目的】発光ダイオード等を補助光源として用いる実用的な照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供する。【構成】補助光源１２は、例えば、赤色光を出射するＬＥＤチップ１２ａ…がアレイ状に配置されると共に各ＬＥＤチップ１２ａの光出射側に平行光化用のレンズセル１２ｂ…を配置して成るものである。フライアイレンズ対２の各レンズに対応させてＬＥＤチップ１２ａが配置されており、個々のレンズ対がＬＥＤチップ１２ａから出射された光を液晶ライトバルブ３１，３２，３３の全面へ導くことになる。合成ミラー１３は、主光源１１から出射された白色光を透過させると共に、補助光源１２から出射される光を反射し、両光源１１，１２から出射された白色光と補助光とを合成してフライアイレンズ対２へと導く。【選択図】                図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記白色光源の光軸と前記補助光源の光軸とが交差するように配置し、前記交差位置に光合成手段を設け、前記白色光源からの光と前記補助光源からの光とを合成して出射するように構成されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、前記補助光源は平行光を出射する固体光源を複数個配置して成り、前記光合成手段の光出射側にインテグレート手段を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記補助光源として所定波長範囲の赤色光のみを出射するものだけを用い、この補助光源を前記白色光源の光出射領域の周囲に配置し、これら光源からの光を受ける位置にインテグレート手段を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記白色光源は丸形の光出射部を遮蔽材にて制限して角型光出射部を有し、前記補助光源を前記遮蔽材上に配置し、これら光源からの光を受ける位置にインテグレート手段を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４に記載の照明装置において、前記補助光源は平行光を出射する固体光源を複数個配置して成り、前記インテグレート手段としてフライアイレンズ対を備え、各固体光源と前記フライアイレンズ対の各レンズ部とを対応させていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
凹面反射部材を備えた白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記補助光源の出射光が前記白色光源の発光点近傍に集光するように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記白色光源の出射光を所定位置に集光させると共に補助光源の出射光も前記所定位置に集光させ、この所定位置にロッドプリズムの光入射面を位置させたことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の照明装置において、前記補助光源は固体光源を複数個配置して成り、各固体光源に集光素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項２、請求項５、又は請求項８のいずれかに記載の照明装置において、出射光の波長が異なる固体光源を備え、各固体光源を選択的に発光させる手段を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどに用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の白色ランプと、その照射光を平行光化するパラボラリフレクタから成るものが一般的である。更に、近年においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を補助光源とし、白色ランプ（白色光源）における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を補うことが考えられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７４８５４号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードなどを補助光源として用いて白色光源における色再現性を向上させることにおいては更なる改善が求められている。
【０００５】
この発明は、上記の事情に鑑み、発光ダイオードなどを補助光源として用いる実用的な照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明装置は、上記の課題を解決するために、白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記白色光源の光軸と前記補助光源の光軸とが交差するように配置し、前記交差位置に光合成手段を設け、前記白色光源からの光と前記補助光源からの光とを合成して出射するように構成されたことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成であれば、白色光源からの光と補助光源からの光とが前記光合成手段によって合成され、前記白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分が補われる。
【０００８】
前記補助光源は平行光を出射する固体光源を複数個配置して成り、前記光合成手段の光出射側にインテグレート手段を備えていてもよい。これによれば、各固体光源の光が照射対象物上に点在的に導かれるという不都合を回避することができる。
【０００９】
また、この発明の照明装置は、白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記補助光源として所定波長範囲の赤色光のみを出射するものだけを用い、この補助光源を前記白色光源の光出射領域の周囲に配置し、これら光源からの光を受ける位置にインテグレート手段を備えたことを特徴とする。また、この発明の照明装置は、白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記白色光源は丸形の光出射部を遮蔽材にて制限して角型光出射部を有し、前記補助光源を前記遮蔽材上に配置し、これら光源からの光を受ける位置にインテグレート手段を備えたことを特徴とする。これらの構成において、前記補助光源は平行光を出射する固体光源を複数個配置して成り、前記インテグレート手段としてフライアイレンズ対を備え、各固体光源と前記フライアイレンズ対の各レンズ部とを対応させているのがよい。
【００１０】
また、この発明の照明装置は、凹面反射部材を備えた白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記補助光源の出射光が前記白色光源の発光点近傍に集光するように構成したことを特徴とする。また、この発明の照明装置は、白色光源と、この白色光源における色再現性の観点から不足するとされる波長成分を出射する補助光源と、から成る照明装置であって、前記白色光源の出射光を所定位置に集光させると共に補助光源の出射光も前記所定位置に集光させ、この所定位置にロッドプリズムの光入射面を位置させたことを特徴とする。これらの構成において、前記補助光源は固体光源を複数個配置して成り、各固体光源に集光素子を備えたものとしてもよい。
【００１１】
また、補助光源が複数個の固体光源から成るものにおいて、出射光の波長が異なる固体光源を備え、各固体光源を選択的に発光させる手段を備えてもよい。これによれば、色再現の調整範囲を拡大し易くなる。
【００１２】
また、この発明の投写型映像表示装置は、上述したいずれかの照明装置を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図７に基づいて説明していく。
【００１４】
図１は３板式の投写型映像表示装置の光学系を示した図である。かかる投写型映像表示装置において、照明装置１から出射された光はフライアイレンズ対２へと導かれる。フライアイレンズ対２の個々のレンズ対は、照明装置１から出射された光を液晶ライトバルブ３１，３２，３３の全面へ導く。フライアイレンズ対２を経た光は偏光変換装置３に導かれる。
【００１５】
偏光変換装置３は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、フライアイレンズ対２からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。偏光変換装置３を経た光は集光レンズ４及びミラー５を経て第１ダイクロイックミラー６へと導かれる。
【００１６】
第１ダイクロイックミラー６は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー６を透過した赤色波長帯域の光は、ミラー７にて反射されて光路を変更される。ミラー７にて反射された赤色光は赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ３１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー６にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー８に導かれる。
【００１７】
第２ダイクロイックミラー８は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー８にて反射した緑色波長帯域の光は緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ３２に導かれ、これを透過することによって光変調される。また、第２ダイクロイックミラー８を透過した青色波長帯域の光は、ミラー９，１０（リレーレンズ等は図示せず）を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ３３に導かれ、これを透過することによって光変調される。
【００１８】
液晶ライトバルブ３１，３２，３３は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶ライトバルブ３１，３２，３３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム２１によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２２によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。
【００１９】
照明装置１は、図２にも示すように、主光源１１と補助光源１２と合成ミラー１３とを備えて成る。主光源１１と補助光源１２はそれらの光軸が交差するように配置されており、前記交差位置に合成ミラー１３が設けられ、主光源１１からの光と補助光源１２からの光とが合成されるようになっている。
【００２０】
主光源１１は、放物凹面鏡（パラボラリフレクタ）１１ａと発光部１１ｂとから成り、白色光を略平行化して出射する。前記発光部１１ｂは、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成る。
【００２１】
補助光源１２は、ＬＥＤチップ１２ａ…がアレイ状に配置されると共に各ＬＥＤチップ１２ａの光出射側に平行光化用のレンズセル１２ｂ…を配置して成るものである。その全体の大きさはフライアイレンズ対２の大きさと略同じにしている。ＬＥＤチップ１２ａ…は透明樹脂によりモールドされており、この透明樹脂が凸状に形成されて前記レンズセル１２ｂ…を成している。前記フライアイレンズ対２の各レンズ対に対応させてＬＥＤチップ１２ａが配置されており、個々のレンズ対がＬＥＤチップ１２ａから出射された光を液晶ライトバルブ３１（３２，３３）の全面へ導くことになる。ＬＥＤチップ１２ａ及びレンズセル１２ｂは、方形状に形成されており、更に、液晶ライトバルブ３１（３２，３３）のアスペクト比に対応したものとなっている。これにより、ＬＥＤチップ１２ａから出射された光を液晶ライトバルブ３１（３２，３３）の全面に無駄なく導くことができ、出射光の利用効率が向上する。
【００２２】
ＬＥＤチップ１２ａとしては、主光源１１において色再現性の観点から不足するとされる赤色波長成分を出射するものを選んでいる。勿論、同一波長の光を出射するＬＥＤチップだけを設けるのではなく、図３にも示しているように、赤色光範囲で互いに出射光波長が異なるＬＥＤ▲１▼（１２ａ）とＬＥＤ▲２▼（１２ａ）とを配置してもよい。また、ＬＥＤ▲１▼（１２ａ）の群とＬＥＤ▲２▼（１２ａ）の群とに分けて選択的に通電が行なえるようにスイッチを設け、選択的に発光させることができるようにしてもよい。これによれば、所定の波長成分の光量を増減して色再現調整範囲の拡大を図ることができる。なお、個々に作製されたモールド済みＬＥＤをアレイ状に配置して補助光源１２とすることもできる。
【００２３】
合成ミラー１３は、主光源１１から出射された白色光を透過させる特性を有すると共に、補助光源１２から出射される光の波長成分に対して高い反射作用を有するように構成されており、主光源１１から出射された白色光と補助光源１２から出射される光とを合成してフライアイレンズ対２へと導くことができる。
【００２４】
図４（ａ）（ｂ）には照明装置１の他の例を示している。この照明装置１においては、主光源１１の出射光軸と補助光源１２の出射光軸とを平行にし、補助光源１２を主光源１１の放物凹面鏡１１ａの周囲に位置させている。また、この図４の構成では、個々に作製されたモールド済みで平行光を出射するＬＥＤ１２ｃ…を前記放物凹面鏡１１ａの周囲に並べて補助光源１２としており、この配置に対応させてフライアイレンズ対２のレンズ群を構成している。また、この図４の構成においては、ＬＥＤ１２ｃとして所定波長範囲の赤色光のみを出射するものだけを配置している。また、ＬＥＤ１２ｃは方形状に形成されており、更に液晶ライトバルブ３１（３２，３３）のアスペクト比に対応させたものとしている。これにより、ＬＥＤ１２ｃから出射された光を液晶ライトバルブ３１（３２，３３）の全面に無駄なく導くことができ、出射光の利用効率が向上する。なお、前述した所定波長範囲の赤色光のなかで異なる波長の赤色光を出射するＬＥＤを設けておき、これらを選択的に発光させる構成を採用してもよいものである。また、主光源１１として角型光出射口を持つものを採用してもよい。
【００２５】
図５（ａ）（ｂ）には照明装置１の他の例を示している。この照明装置１においては、主光源１１の出射光軸と補助光源１２の出射光軸とを平行にし、補助光源１２が主光源１１の光出射領域の周囲に位置するように設けている。そして、主光源１１としては、放物凹面鏡１１ａの出射開口が円形であるものを用いる一方、角形開口１１ｄが得られるように遮蔽部１１ｃを放物凹面鏡１１ａの円形開口に設けている。遮蔽部１１ｃの裏面は鏡面としてあり、不要光の有効利用を図っている。更に、補助光源１２を前記遮蔽部１１ｃ上に位置させており、スペースの有効利用を図っている。なお、この図５の構成では、個々に作製されたモールド済みで平行光を出射するＬＥＤ１２ｃを前記角形開口１１ｄの周囲に並べて補助光源１２としており、この配置に対応させてフライアイレンズ対２のレンズ群を構成している。また、ＬＥＤ１２ｃは方形状に形成されており、更に液晶ライトバルブ３１（３２，３３）のアスペクト比に対応させたものとしている。これにより、ＬＥＤ１２ｃから出射された光を液晶ライトバルブ３１（３２，３３）の全面に無駄なく導くことができ、出射光の利用効率が向上する。また、前述した所定波長範囲のなかで異なる波長の赤色光を出射するＬＥＤを設けておき、これらを選択的に発光させる構成を採用してもよいものである。
【００２６】
図６（ａ）（ｂ）には照明装置１の他の例を示している。この照明装置１における補助光源１２は、ＬＥＤ１２ｄ…を放物凹面鏡１１ａの円形開口に対応させて環状に配置して成るものである。ＬＥＤ１２ｄは出射光を集光するレンズ部を備えており、集光点が主光源１１の発光点近傍となるように設けられている。
【００２７】
図７（ａ）（ｂ）には照明装置１の他の例を示している。この照明装置１における主光源１１は、楕円凹面鏡１１ｅを備えて出射光を一点に集光するようにしている。補助光源１２は、ＬＥＤ１２ｅ…を楕円凹面鏡１１ｅの円形開口に対応させて環状に配置して成るものである。また、ＬＥＤ１２ｅの光出射側にはレンズ１２ｆ（集光レンズの周囲部分に相当する）が設けられており、ＬＥＤ１２ｅ…の出射光を集光する。その集光位置は主光源１１の集光位置に一致している。そして、かかる集光位置にロッドプリズム１４の光入射面を位置させている。
【００２８】
このロッドプリズム１４の光入射面１２ａ及び光出射面１４ｂは液晶ライトバルブ３１（３２，３３）のアスペクト比と同じに設定されている。ロッドインテグレータ１４の光入射面１４ａに入射した光はロッドインテグレータ１４内で反射を繰り返してインテグレートされ、集光レンズ４等を経て液晶ライトバルブ３１（３２，３３）に照射される。なお、かかる構成においては偏光変換装置３は設けていない。また、ロッドインテグレータ１４としては、入射側よりも出射側の方が大きい形状を成すものを用いることができ、これによれば、光発散の程度を小さくすることができる。
【００２９】
なお、以上の説明においては、投写型映像表示装置として透過型の液晶ライトバルブを備えるものを示したが、これに限らず、反射型の液晶ライトバルブを用いてもよいし、これら液晶ライトバルブに代えて画素となる微小ミラーを個々に駆動するタイプのライトバルブを用いることとしてもよい。また、ライトバルブを３枚備えた構成を示したが、照明装置１からの光を分光して或いは分光せずに一枚のライトバルブに導く構成としてもよい。また、固体光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）に限るものではない。また、点光源に限らず、面光源（有機ＥＬ等）を補助光源としてもよいものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発光ダイオード等を補助光源として用いる実用的な照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。
【図２】図１の投写型映像表示装置で用いたこの実施形態の照明装置を示した説明図である。
【図３】図２の照明装置で用いた補助光源の説明図である。
【図４】この発明の他の実施形態の照明装置を示した説明図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は作用説明図である。
【図５】この発明の他の実施形態の照明装置を示した説明図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は作用説明図である。
【図６】この発明の他の実施形態の照明装置を示した説明図であって、同図（ａ）は作用説明図、同図（ｂ）は主光源と補助光源の配置関係を示した説明図である。
【図７】この発明の他の実施形態の照明装置を示した説明図であって、同図（ａ）は作用説明図、同図（ｂ）は主光源と補助光源の配置関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１    照明装置
２    フライアイレンズ対
１１  主光源
１２  補助光源
１２ａ    ＬＥＤチップ
１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ  ＬＥＤ
１３  合成ミラー
１４  ロッドインテグレータ
３１，３２，３３  液晶ライトバルブ
【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】
2004226613.tif 000007
【図６】
2004226613.tif 000008
【図７】
2004226613.tif 000009