(57)【要約】プロジェクションシステムのための照明装置（１）であって、光源素子（１０）及び集光均一顔世簿方向付け装置（２０）を備え、光源素子（１０）は、少なくとも１つの固体光源素子（３０）からなる。また、集光均一化及び方向付け装置（２０）は、少なくとも１つの光均一化装置（５０）を備え、光均一化装置（５０）は、少なくとも１つの固体光源素子（３０）に関連する少なくとも１つから発光され照射された第１の照明光線の少なくとも一部を直接受光し、均一化するように適合されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の照明光線を発光し放射する光源素子と、
光源素子からの上記第１の照明光線の少なくとも一部を受光し、該受光した光源素子からの第１の照明光線を再方向付けし、該再方向付けされた第１の照明光線又は該第１の照明光線から派生した第２の照明光線を出射する集光均一化及び方向付け装置とを備え、
上記光源素子は、少なくとも１つの固体光源素子を備え、
上記集光均一化及び方向付け装置は、上記再方向付けされた第１の照明光線を受光し、上記第２の照明光線を制御可能に出射するように適合されたライトバルブ素子を有し、
上記集光均一化及び方向付け装置は、直接受光し、上記少なくとも１つの固体光源素子から発光され放射された上記第１の照明光線の少なくとも一部を均一化し、上記再方向付けされた第１の照明光線又は該第１の照明光線から派生する光線を出射するように適合された少なくとも１つの光均一化装置を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記固体光源素子の各々は、１つ以上の固体光源素子である、または１つ以上の固体光源素子からなることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
上記固体光源素子は、固体光源素子のアレイである、または固体光源素子からなることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
上記異なる固体光源素子は、互いに関連しており、
該異なる固体光源素子の各々は、発光し放物線特性の光、異なるスペクトル範囲の光又は色を発光するように適合され、及び／又は該異なる固体光源の各々は、異なるグループで形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の照明装置。
【請求項５】
上記固体光源素子は、単一又は複数の発光ダイオードであることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
上記固体光源素子は、単面発光ダイオード又は複数面発光ダイオードであることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
上記固体光源素子は、単一のＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）素子及び／又は単一のレーザダイオード、又は複数のＶＣＳＥＬ及び／又は複数のレーザダイオードであることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
上記固体光源素子は、単一の共振器形発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ：resonant cavity light emitting diode）又は複数の共振器形発光ダイオードであることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
上記光均一化装置及び上記少なくとも１つの関連した固体光源素子は、空間的に近接して配置され、互い関連があることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
上記光均一化装置及び上記少なくとも１つの付属する固体光源素子は、互いに直接機械的に接触されて配置されていることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
上記光均一化装置及び上記少なくとも１つの付属する固体光源素子は、該光均一化装置と固体光源素子との間に空隙構造を有して配置され、特に、空隙構造はエアギャップ又は真空ギャップであり、特にギャップ幅は、上記光均一化装置又は上記固体光源素子の横断面と比べて小さいことを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
光均一化装置は光入射アパーチャを有し、
上記付属の固体光源素子は、発光アパーチャを有し、
上記発光アパーチャは、上記光入射アパーチャと等しいか又は小さいことを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１３】
上記ライトバルブ素子は、光入射アパーチャ又は入口開口部を有し、
上記光均一化装置は、光出射アパーチャ又は出口開口部を有し、
上記ライトバルブ素子の光入射アパーチャ又は入口開口部は、上記光均一化装置の非価値出射アパーチャ又は出口開口部に等しいか又はこれより小さいことを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１４】
上記光均一化装置は、ライトパイプ、インテグレータロッド、又はこれらと同等のものを含むことを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１５】
上記光均一化装置は、特に、プラスチック、ガラス又はこれらと同等な光学的に透明な素材で作られている固体ロッドであることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１６】
上記光均一化装置は、側面又は内壁が反射又は鏡面加工された中空管素子であることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１７】
上記光均一化装置の横断面形状には、正方形、矩形状、六角形、三角形、楕円、円形が含まれることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１８】
上記光均一化装置は光合成素子であり、又は光合成素子からなり、該光合成素子としては、特に、ビームスプリッタ、カラーキューブ又はこれらと同様のものからなることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１９】
上記光均一化装置は、複数の光入射アパーチャ又は入口開口部と、少なくとも１つの光出射アパーチャ又は出口開口部とを備えることを特徴とする請求項１８記載の照明装置。
【請求項２０】
上記集光均一化及び方向付け装置は、上記光源素子から上記集光均一化及び方向付け装置、特に上記光均一化装置までの上記第１の照明光線の光結合及び／又は導光を改善するために適合及び／又は調整されるように供給されることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項２１】
第１の光線をそれぞれ生成する少なくとも２つ以上の光源と、
上記第１の光線を入射し、それらを合成して単一の第２の光線を得る光合成素子と、
上記第２の光線を入射し第３の光線を出射するピラミッド形ライトパイプと
を有する照明装置。
【請求項２２】
上記照明装置は、３つの光源からなり、３つの光源の各々は、それぞれ緑色、赤色、青色のうち１としての第１の光線を生成することを特徴とする請求項２１記載の照明装置。
【請求項２３】
上記光合成素子は、上記第１の光線の１つをそれぞれ入射する少なくとも２つの入射面と、上記第２の光線を出射するための１つの出射面とを有するカラーキューブであることを特徴とする請求項２１又は２２の何れかに記載の照明装置。
【請求項２４】
上記光合成素子は、２色性フィルタ又は該２色性フィルタの組み合わせであり、上記２色性フィルタの各々は、上記第１の光線の１つをそれぞれ入射する少なくとも１つの入射面と、１つの出射面とを有することを特徴とする請求項２１又は２２の何れかに記載の照明装置。
【請求項２５】
上記２色性フィルタの組み合わせは、第１の２色性フィルタ及び第２の２色性フィルタと、上記２つの第１の光線を入射する２つの入射面を有する上記第１の２色性フィルタと、第１の合成光線を出射するための出射面とを備え、上記第２の２色性フィルタは、上記第１の光線の１つを入射する１つの入射面と、第２の合成光線を出射するための１つの出射面とを備えることを特徴とする請求項２４記載の照明装置。
【請求項２６】
上記第１の光源、第２光源、第３の光源の出射面の長さと幅が上記カラーキューブの各入射面よりも小さい、または上記２色性フィルタの各入射面の長さと幅と同じか又はこれより小さいことを特徴とする請求項２３乃至２５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項２７】
上記第２の光線を出射する上記カラーキューブ又は上記２色性フィルタの出射面の長さ及び幅は、上記第２の光線を入射する上記ピラミッド形ライトパイプの入射面の長さ及び幅と実質的に等しいことを特徴とする請求項２６記載の照明装置。
【請求項２８】
上記各光源素子と上記光合成素子との間、及び上記光合成素子とピラミッド形ライトパイプとの間には、空隙が備えられることを特徴とする請求項２１乃至２７の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項２９】
上記各光源素子と該光源素子に対応する上記カラーキューブ／２色性フィルタとの間には、付加的なピラミッド形ライトパイプが配置されていることを特徴とする請求項２１乃至２８の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項３０】
上記光源素子の出射面の長さ及び幅は、上記付加的なピラミッド形ライトパイプの入射面の長さ及び幅と等しい又は上記ピラミッド形ライトパイプの入射面の長さ及び幅より小さく、上記ピラミッド形ライトパイプの入射面の長さ及び幅は、上記カラーキューブ／２色性フィルタの入射面と実質的に等しいことを特徴とする請求項２９記載の照明装置。
【請求項３１】
上記ピラミッド形ライトパイプの入射面及び上記光源素子は、互いに直接機械的に接続されていることを特徴とする請求項２９又は３０の何れかに記載の照明装置。
【請求項３２】
上記ピラミッド形ライトパイプと上記光合成素子との間には、空隙が設けられていることを特徴とする請求項２９乃至３１の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項３３】
第１の光線を生成するために少なくとも２つの光源と、
上記第１の光線を入射して上記第１の光線を合成して単一の出射光線を得る光合成素子と
を備え、上記各光源素子と上記光合成素子との間には、ピラミッド形ライトパイプが配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項３４】
上記ピラミッド形ライトパイプの入射面及び上記光源素子は、互いに直接機械的に接続されていることを特徴とする請求項３３記載の照明装置。
【請求項３５】
上記ピラミッド形ライトパイプと上記光合成素子との間には、空隙が設けられていることを特徴とする請求項３３又は３４の何れかに記載の照明装置。
【請求項３６】
上記カラーキューブ及び／又は上記２色性フィルタは、少なくとも２つのガラスプリズムをそれぞれ備えることを特徴とする請求項２１乃至３５の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項３７】
上記２つのガラスプリズムの間には、ガラス板が設けられ、該ガラス板は、透明及び反射膜で被覆され、該ガラス板の表面寸法は上記ガラス板を挟むプリズムの表面寸法より大きいことを特徴とする請求項３６記載の照明装置。
【請求項３８】
集光均一化及び方向付け装置を備え、
該集光均一化及び方向付け装置は、上記光合成素子から集光均一化及び方向付け素子、特に上記光均一化装置内までの上記第１の照明光線の接続及び／又は導光を改善するために適合及び／又は調整されていることを特徴とする請求項２１乃至３２の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項３９】
集光均一化及び方向付け装置を備え、
該集光均一化及び方向付け装置は、上記光源素子から集光均一化及び方向付け素子、特に上記光均一化装置内までの上記第１の照明光線の接続及び／又は導光を改善するために適合及び／又は調整されていることを特徴とする請求項３３乃至３７の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項４０】
第１の照明光線を発光し放射する光源素子と、
光源素子からの上記第１の照明光線の少なくとも一部を受光し、該受光した光源素子からの第１の照明光線を再方向付けし、該再方向付けされた第１の照明光線又は該第１の照明光線から派生した第２の照明光線を出射する集光均一化及び方向付け装置とを備え、
上記集光均一化及び方向付け素子は、上記光源素子の少なくとも一部から発光され生成された上記第１の照明光線の少なくとも一部を直接受光し均一化し、該再方向付けされた第１の照明光線又は該第１の照明光線から派生した第２の照明光線を出射するように適合された少なくとも１つの光均一化装置を有し、
上記集光均一化及び方向付け装置は、上記光合成素子から集光均一化及び方向付け素子、特に上記光均一化装置内までの上記第１の照明光線の接続及び／又は導光を改善するために適合及び／又は調整されていることを特徴とするプロジェクション装置又はこれに類似の照明装置。
【請求項４１】
上記光均一化装置は平面ライトパイプであり、又は平面ライトパイプを備え、
上記平面ライトパイプは、光入射アパーチャ及び側壁を有する固体インテグレータロッドであり、
上記光均一化装置の上記側壁は、上記集光均一化及び方向付け装置として反射手段を有し、または光入射アパーチャの少なくとも近隣の外側外縁の一部として反射手段を有し、
上記反射手段は、上記光均一化装置から側壁を介して漏れ出る光を反射して上記光均一化装置内に戻すことを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項４２】
上記光均一化装置は平面ライトパイプであり、又は平面ライトパイプを備え、
上記平面ライトパイプは、光入射アパーチャ及び側壁を有する固体インテグレータロッドであり、
上記光均一化装置の光入射アパーチャは、上記光合成素子の光出射アパーチャ及び／又は光源素子の光出射アパーチャの近隣に配置され、
上記光均一化装置の光入射アパーチャと上記光源素子及び／又は上記光合成素子の光出射アパーチャとの間に屈折率整合手段が設けられ、特に上記光均一化装置の光入射アパーチャと上記光源素子及び／又は上記光合成素子の光出射アパーチャ空隙又は空隙構造を満たしていることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項４３】
上記屈折率整合手段は、液体、ゲル状、及び／又は接着剤であることを特徴とする請求項４２記載の照明装置。
【請求項４４】
上記屈折率整合手段は、上記光均一化装置の材料の屈折率又は光源素子の外縁の材料の屈折率と本質的に一致する屈折率を有し、これら異なる屈折率を有する材料の間に挿入されることを特徴とする請求項４２又は４３の何れかに記載の照明装置。
【請求項４５】
上記集光素子は、光入射アパーチャを有する中空ライトパイプであり、または光入射アパーチャを有する中空ライトパイプからなり、
上記光均一化装置の光入射アパーチャは、上記光源素子１０及び／又は上記光合成素子の光出射アパーチャの近隣に配置され、
光入射アパーチャの近隣及び／又は光入射アパーチャによって終結される第２又は終端セクションが平面ライトパイプセクションで完全に満たされ、それぞれの屈折率が適合されていることを特徴とする上述した全ての請求項の何れか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にプロジェクタ装置等用の照明装置に関し、より詳しくは、固体光源を用いたプロジェクタ装置用の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの電子機器において、ユーザ又は視聴者に情報を表示するための表示装置が必要となっている。このような表示装置を有する電子機器の種類が多様であるため、小形で、低消費電力の表示装置の開発が望まれている。その結果、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを用いることが考えられたが、同時に、既知の最先端の発光ダイオードの光出力性能は非常に低いことが確認された。
【０００３】
近年、開発努力により、非常に小形で、表面の均一照明を実現した照明装置（例えば、マイクロディスプレイ）が提供されている。
【０００４】
このような照明装置の例を、図２１を参照して詳しく説明する。照明装置１’は、多色光源アレイ２’、ピラミッド形ライトパイプ３’及び照射されるターゲット面４’からなる。多色光源アレイ２’は、第１〜第５の光源２’１〜２’５からなり、好ましくは、これらの光源は、それぞれ異なる色の光を発光する。ライトパイプ３’は、多色光源のアレイ２’から発光された光の集光及び平行化、ターゲット面４’の照射の均一化の機能を有する。したがって、ターゲット面４’に対する多色の、均一及び平行化された照射を実現することができる。
【０００５】
ピラミッド形ライトパイプ３’の優れている点は、多色光源アレイ２’の発光面全体の面積（発光面のパラメータＳ１によって示される領域）が、比較的広いターゲット面４’（ターゲット面４’のパラメータＳ２によって示される領域）を十分に照射することができる点である。しかしながら、ライトパイプ３’の入光面５’の大きさによって、Ｓ１が制限され、したがって、光源２’１〜２’５の最大数を制限してしまう。その結果、多色光源のアレイ２’の輝度、すなわちターゲット面４’を照射する光の輝度が制限されてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、特に、光出力性能の低い、及び／又は同時に、固体光源素子からプロジェクタ光学系への原色照明光（プライマリ照射光）を簡単で確実に結合することができる固体光源素子を用いたプロジェクタ装置用の照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、それぞれの独立請求項１、２１、３３及び４４の事項に係る照明装置によって達成される。本発明に係る照明装置の好ましい実施の形態は、各従属請求項の範囲内である。
【０００８】
本発明の目的の第１の解決手段に係る照明装置は、プロジェクタ装置等に適応しており、光源素子及び集光均一化及び方向付け素子を備える。光源素子は、第１の照明光線を発生及び発光する。集光均一化及び方向付け素子は、光源素子から第１の照明光線の少なくとも一部を直接受光する。集光均一化及び方向付け素子は、更に、受光した第１の照明光線を指向性を変更し、方向付けされた第１の照明光線を得る。また、集光均一化及び方向付け素子は、再方向付けされた第１の照明光線又は第２の照明光線として第１の照明光線から派生した光線を出力する。本発明に係る光源素子は、少なくとも１つの固体光源からなる、又は少なくとも１つの固体光源を備える。集光均一化及び方向付け素子は、制御可能に再方向付けされた第１の照明光線を受光し、第２の照明光線を出力する少なくとも１つのライトバルブ素子を備える。集光均一化及び方向付け素子は、更に、少なくとも１つの固体光源素子の少なくとも１つの対応するデバイスによって発生され、発光される第１の照明光線の少なくとも一部を直接受光して均一化し、再方向付けされた第１の照明光線又は第１の照明光線から派生する光線を出力する少なくとも１つの集光素子を備える。
【０００９】
したがって、本発明では、基本的に光源素子として少なくとも１つの固体光源素子を用いる。更に、本発明では、基本的に第１の照明光線の少なくとも一部を直接受光し、均一化する少なくとも１つの集光素子を有する。
【００１０】
固体光源素子の実現には、いくつかの可能性がある。第１に、固体光源素子は、１つ又は複数の固体光源からなることが好ましい。
【００１１】
複数の固体光源からなる場合、それらの固体光源は、アレイを形成していてもよく、アレイを含んでいてもよい。
【００１２】
特にそれぞれの固体光源が異なるスペクトル領域又は色の放射線又は光を発生及び発光する場合、異なる種類の固体光源を含むことは特に有利である。この場合、固体光源は、各グループが任意のスペクトル領域又は色の放射線又は光を発生することができるグループに分類してもよい。
【００１３】
本発明に係る照明装置の更なる有利な実施例において、各固体光源は、１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。また、端面発光ＬＥＤ（edge-emitting LED：ＥＥＬＥＤ）又は複数のＥＥＬＥＤを用いてもよい。
【００１４】
これに代えて、又はこれに加えて、各固体光源は、１つの面発光レーザ（vertical cavity surface emitting laser：ＶＣＳＥＬ）素子及び／又はレーザダイオード、又は複数の面発光レーザ素子及び／又はレーザダイオードであってもよい。
【００１５】
これに代えて、又はこれに加えて、各固体光源は、１つの共振器形ＬＥＤ（resonant cavity light emitting diode：ＲＣＬＥＤ）又は複数の共振器形ＬＥＤであってもよい。
【００１６】
また、光源素子によって発生及び発光された第１の照明光線の大部分を活用し、投影レンズに光学的に入射させるために、また、第１の照明光線が発光の位置から集光されずに逃げてしまわないように、集光素子と少なくとも１つの対応する固体光源素子は、相互に密接して配置されることが望ましい。
【００１７】
特に、集光素子及び少なくとも１つの対応する固体光源素子は、互いに直接機械的に接続されていることが望ましい。
【００１８】
これに対し、他の好ましい実施形態において、集光素子と少なくとも１つの対応する固体光源素子の間に空隙構造、特に空隙（以下、エアギャップという）、真空の隙間（evacuated gap）を有する場合、その隙間の幅を集光素子及び／又は少なくとも１つの対応する固体光源素子の断面と比較して小さくすると、集光素子の集光特性を大きくすることができる。
【００１９】
空隙がない場合、この手段及び全反射（total internal reflection：ＴＩＲ）条件に基づき、対応する固体光源素子によって発生及び発光された更に多くの光を、集光素子によって集光及び均一化することができる。
【００２０】
本発明の更なる好ましい実施形態において、対応する固体光源素子から対応する集光素子への光透過率を上げるために、集光素子は光入射アパーチャを有し、対応する固体光源素子は発光アパーチャを有し、発光アパーチャは、直径又は断面の面積が光入射アパーチャ以下である。この特定の大きさによって、集光素子の断面又は光入射アパーチャの領域において、対応する固体光源素子によって発生及び発光された第１の照明光線を最もよく受光することができる。
【００２１】
集光素子には、異なる構成がある。第１に、集光素子は、ライトパイプ、インテグレータロッド等であってもよい。
【００２２】
集光素子は、特に、プラスチック、ガラス、又は他の光透過材料の固体ロッドであってもよい。
【００２３】
或いは、集光素子は、中空管素子、又は、反射形又は鏡面の内壁又は側面を有する管であってもよい。
【００２４】
上記の手段によって、集光素子は、受光した第１の照明光線のライトガイドとしての機能を果たす。
【００２５】
好ましくは、集光素子は、正方形、長方形、六角形、又は三角形（特に正三角形）の断面を有し、均一の配光が得られる。断面は、均一配光が得られる場合に限り、楕円形又は円形でもよい。
【００２６】
これに加えて又はこれに代えて、集光素子は、特にビームスプリッタ素子、カラーキューブ等の光合成素子として構成してもよい。
【００２７】
この場合、集光素子は、複数の光入射アパーチャ及び複数の光出射アパーチャを有していていもよい。
【００２８】
この手段によって、集光素子を、異なる別の固体光源からの第１の照明光線の入射段として用いてもよい。この場合、プライマリ入射光は、異なる光入射アパーチャから入射し、集光素子内で合成され、混合光は、集光素子の光出射アパーチャから出射される。
【００２９】
もちろん、異なる集光素子を相互に組み合わせて、異なる空間的に別個の固体光源素子から発光された第１の照明光線を結合、均一化及び再方向付けし、最も高い投影特性を有する第２の照明光線を生成してもよい。
【００３０】
本発明の更なる様相によれば、光結合及び／又は導光向上装置は、光源素子からの及び／又は集光均一化及び方向付け素子内の、特に集光素子内の第１の照明光線の結合及び／又は導光のプロセスを向上する。
【００３１】
本発明の目的の第２の解決手段に係る照明装置は、それぞれ第１の光線を発生する少なくとも２つの光源と、複数の第１の光線が供給され、それらを１つの第２の光線に結合しする光合成素子と、第２の光線が供給され、第３の光線を出力するピラミッド形ライトパイプとを備える。第３の光線は、ターゲット面（例えば、「マイクロディスプレイ」であってもよい。）を照射する所望の出力光線である。
【００３２】
好ましくは、３つの光源を使用し、各光源は、それぞれ緑、赤、青の内の１色の第１の光線を発生させる。なお、他の色の光を用いてもよい。また、３つ以上の光源を用いてもよい。
【００３３】
好ましい実施例において、光合成素子は、それぞれ第１の光線の１つを入射する少なくとも２つの入射面と第２の光線を出射する１つの出射面とを有するカラーキューブである。これに代えて、光合成素子は、１つの２色性フィルタ又は複数の２色性フィルタの組合せによって構成されている。各２色性フィルタは、それぞれ第１の光線の１つを入射する少なくとも１つの入射面と１つの出射面とを有する。２色性フィルタの組合せは、例えば、第１及び第２の２色性フィルタからなり、第１の２色性フィルタは、第１の光線の２つを入射する２つの入射面と第１の結合光線を出射する１つの出射面とを有し、第２の２色性フィルタは、第１の光線の１つを入射する１つの入射面と、第１の結合光線を入射する１つの入射面と、上記の１つの第２の光線に相当する第２の結合光線を出射する１つの出射面とからなる。
【００３４】
「複数の第１の光線を１つの第２の光線に結合する（combining）」、「第１の結合（combined）光線」及び「第２の結合（combined）光線」という表現の中の「結合（combining/combine）」という用語は、共通の断面における光線の重合せ、又はこれに代えて時間順次に複数の異なる１つの光線からなる光線（すなわち、重合せではなく、「色順次方式」として知られている。）を表している。
【００３５】
好ましくは、光源の出射面の長さ及び幅は、それぞれのカラーキューブの入射面又はそれぞれの２色性フィルタの入射面の長さ及び幅以下である。これにより、ライトパイプの入射面に最適な光パワーが入射される。なお、出射面の長さ及び幅も、カラーキューブ／２色性フィルタの入射面より小さくてもよい。好ましくは、第２の光線を出射するカラーキューブ／２色性フィルタの出射面の長さ及び幅は、第２の光線が入射されるピラミッド形ライトパイプの入射面以下である。
【００３６】
光源と光合成素子の間及び／又は光合成素子とピラミッド形ライトパイプの間には、集光を高めるために、それぞれ空隙を設けてもよい。
【００３７】
各光源とカラーキューブ／２色性フィルタの対応する入射面との間に、更なるピラミッド形ライトパイプを配置してもよい。これにより、光合成素子の面積に関する限り、高い柔軟性が得られる。好ましくは、この実施形態において、光源の出射面の長さ及び幅は、更なるピラミッド形ライトパイプの入射面の長さ及び幅以下であり、更なるピラミッド形ライトパイプの出射面の長さ及び幅は、それぞれのカラーキューブ／２色性フィルタの入射面以下である。なお、光源の出射面もカラーキューブ／２色性フィルタの入射面より小さくてもよい。集光を大きくするために、更なるピラミッド形ライトパイプと光源は、相互に直接機械的に接続されている。集光を更に大きくするために、更なるピラミッド形ライトパイプと光合成素子の間に空隙を設けてもよい。
【００３８】
上記で明らかなように、本発明の照明装置の１つの重要な側面は、光合成素子を用いることによって、ピラミッド形ライトパイプの入射面を拡大せずに光源の出射面を拡大することができる点である。その結果、照明装置によって照射されるターゲット面の明るさを強化し、同時に、照明装置の面積の増加を非常に小さくすることができる。
【００３９】
本発明の目的の第３の解決手段に係る照明装置は、それぞれ第１の光線を発生する少なくとも２つの光源と、複数の第１の光線を入射し、それらを結合して１つの出力光線にする光合成素子と、それぞれ光源と光合成素子との間に配置された少なくとも２つのピラミッド形ライトパイプとを備える。
【００４０】
好ましくは、ピラミッド形ライトパイプの入射面と対応する光源は、相互に直接機械的に接続されている。更に、ピラミッド形ライトパイプと光合成素子の間に、空隙を設けてもよい。
【００４１】
この実施形態でも、非常に小形且つ出力光線の輝度を高めるという上述の利点が得られる。この実施形態における更なる利点として、光合成素子は第１の実施形態と比較して綿製が大きい。これにより、この実施形態の光合成素子は、より簡単に製造することができる。
【００４２】
カラーキューブ及び／又は２色性フィルタは、好ましくは、それぞれ少なくとも２つのガラスプリズムからなる。
【００４３】
好ましくは、必須ではないが、それぞれカラーキューブ／２色性フィルタの２つのガラスプリズムの間に、ガラス板を設けてもよい。カラス板は、透過及び反射膜がコーティングされ、表面積は、ガラス板を挟んでいるガラスプリズムの表面積よりも大きい。
【００４４】
本発明の目的の第４の解決手段において、特にプロジェクタ装置用の照明装置を提供する。照明装置は、第１の照明光線を発生及び発光する光源素子を備える。更に、光源素子から第１の照明光線の少なくとも一部を受光し、受光した第１の照明光線を再方向付けして、再方向付けされた第１の照明光線を生成し、再方向付けされた第１の照明光線又はその派生する光線を第２の照明光線として出力する集光均一化及び方向付け素子を提供する。集光均一化及び方向付け素子は、少なくとも１つの対応する光源素子から発生及び発光された第１の照明光線の少なくとも一部を直接受光、均一化し、再方向付けされた第１の照明光線又はその第１の照明光線から派生する光線を出力する少なくとも１つの集光素子を備える。この解決手段において、集光均一化及び方向付け素子への及び／又は内における、特に集光素子への及び／又は内における、光源素子からの第１の照明光線の結合及び／又は導光を向上させる光結合及び／又は導光向上装置を提供する。
【００４５】
したがって、第４の解決手段では、基本的に、光結合及び／又は導光向上装置を提供する。この光結合及び／又は導光向上装置は、光源素子又は光合成素子から集光均一化及び方向付け素子、特に集光素子への光結合を向上する。これに代えて又はこれに加えて、光結合及び／又は導光向上装置は、例えば、集光均一化及び方向付け素子、特に集光素子からの漏光を低減することによって、集光均一化及び方向付け素子内、特に集光素子内における導光プロセスの効率を高める。
【００４６】
この第４の解決手段の好ましい実施形態において、集光素子は、光入射アパーチャと側壁を有する平面ライトパイプ（特に、固体素子インテグレータロッド）である、又はそれを備える。集光素子の側壁には、光結合及び／又は導光向上装置として、又は少なくとも光入射アパーチャ近傍の外面にある光結合及び／又は導光向上装置の一部として、反射手段が設けられている。更に、反射手段は、集光素子からの漏光を側壁によって反射し、集光素子に戻すように構成されている。
【００４７】
本発明の更なる側面において、集光素子は、平面ライトパイプである、又はそれを備え、集光素子の光入射アパーチャは、光源素子及び／又は光合成素子の光出射アパーチャ近傍に配置してもよい。この場合、集光素子の光入射アパーチャと光源素子及び／又は光合成素子の光出射アパーチャの間に、特に集光素子の光入射アパーチャと光源素子及び／又は光合成素子の光出射アパーチャとの間の隙間、又は空隙構造を埋める屈折率整合手段を設けてもよい。
【００４８】
これに加えて又はこれに代えて、屈折率整合手段は、液体、ゲル状及び／又は接着剤であってもよい。
【００４９】
これに加えて又はこれに代えて、屈折率整合手段は、集光素子の材料の屈折率又は光源素子表面の材料の屈折率と基本的に一致する屈折率を有していてもよい。屈折率整合手段の屈折率は、両者の屈折率を整合してもよい。
【００５０】
本発明の更なる変更例において、集光素子は、光入射アパーチャを有する中空管素子である、又はそれを備えていてもよい。この場合、集光素子の光入射アパーチャは、光源素子及び／又は光合成素子の光出射アパーチャ近傍に配置されていてもよい。この場合、光入射アパーチャ近傍の又は光入射アパーチャによって終端にされている集光素子のセクション又は入射セクションは、特にそれぞれの屈折率を整合するために、光結合及び／又は導光向上装置として、又はその一部として、平面ライトパイプセクションによって、特に完全に塞がれている。
【００５１】
以下に、本発明のこれらの及び他の側面を更に説明する。
【００５２】
固体光源（solid state light source：ＳＳＬＳ）は、従来使用されている高圧ランプと比較して、リアプロジェクタエンジン及びフロントプロジェクタエンジンに数多くの利点を示す。特に、ＳＳＬＳは、光源レベルにおいて色管理が可能であり、彩度を高め、寿命が非常に長い。また、ＳＳＬＳは、小形で潜在的により安価な装置に結びつく新規な光エンジンアーキテクチャの設計を可能にする。
【００５３】
例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の光束の出力を高めることにより、ＬＥＤは、プロジェクタに用いる当然の試験的候補となる。単一のＬＥＤから発光された光では、あるプロジェクタの用途には不十分であるので、ＬＥＤのアレイによって発光された光を集光し、ライトバルブを介して再方向付けするという考え方が登場した。ＬＥＤのアレイがパネル表面よりも広い面積に亘る場合、個々のＬＥＤの光を集光するために、通常ライトパイプ又は光ファイバが用いられる。これを実施するのには、精密且つ高コストな組立が要求される。
【００５４】
これに対し、例えば、インテグレータロッドを組み合わせた最適な光源コンフィギュレーションによる現在及び後に続く固体光源技術に基づいて照明エンジンの設計を最適化することを提案する。
【００５５】
固体光源を用いた一般的なプロジェクタの問題点は、画面に達する輝度又はルーメン出力が制限されてしまうことである。輝度は、光源のスループット、光源発光の指向性及びプロジェクタエンジンの光学効率に依存する。
【００５６】
固体光源の種類として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、端面発光ＬＥＤ（ＥＥＬＥＤ）、共振器形ＬＥＤ（ＲＣＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）がある。
【００５７】
入手可能なＬＥＤは、スループットが低く、ランベルトの法則（Lambertian emission law）に基づいて非指向性であるという欠点がある。
【００５８】
ＶＣＳＥＬ及びＲＣＬＥＤは、非常に高指向性の発光という大きな利点がある。入手可能なＶＣＳＥＬ及びＲＣＬＥＤの欠点は、例えば、市販のＶＣＳＥＬ及びＲＣＬＥＤ、可視的なＶＣＳＥＬ及びＲＣＬＥＤの実験サンプルは、光の強さが十分ではなく、赤色及び青色しかない点である。
【００５９】
ＬＤは、非常に高指向性の発光という大きな利点がある。入手可能なＬＤの欠点は、市販のＬＤは、赤色のみでしか光の強さが十分ではない。
【００６０】
本発明は、例えば、現在の技術のＬＥＤの使用、ＶＣＳＥＬ及びＲＣＬＥＤの使用、及びＬＤの使用を最適化するプロジェクタエンジン設計を提案する。また、提案される設計のいくつかは、非常に小形で、現在の技術では不可能な内蔵形のプロジェクタの実現を可能にする。
【００６１】
第１の提案されるアプローチは、全表面積がライトバルブの表面積以下であるＬＥＤアレイを用いることである。この場合、光は、１つの単純なライトパイプによってライトバルブ上に導光され、図１に示すように、ライトパイプも均一配光をする機能を有する。ライトパイプは、インテグレータロッドとも呼ばれ、固体ガラス、プラスチックロッド又は長方形の断面を有する鏡面中空管（hollow mirrored tube）の何れであってもよい。高い光結合効率を得るために、ＬＥＤアレイとライトパイプの間及びライトパイプとライトバルブの間に、エアギャップが必要である。側面から光が逃げすぎてしまわないように、このエアギャップは、できる限り小さくする。この設計の単純さは、ライトパイプとライトバルブの断面を整合させることによる。これにより、ライトバルブは、ライトパイプから出射する光によって均一に照射される。ＬＥＤアレイの断面積は、ライトバルブの断面積以下でなければならない。
【００６２】
ライトパイプ先端においてフレネルの反射によって生じるわずかな損失を別にすれば、ＬＥＤアレイによって発光される全ての光は、ライトバルブ上に照射される。ここで、光は投影画面に達する前にライトバルブ及び投影レンズを通過しなければならない。ライトバルブ及び投影レンズの両方とも、受光角度又はアパーチャが限られている。このことは、所定の円錐形の受光領域内に含まれる光しか画面に達することができず、残りは失われてしまうことを意味する。
【００６３】
プロジェクタのアパーチャは、投影レンズのＦナンバーによって測定され、典形的にはＦ３（１０度の円錐角の半分）からＦ２（１５度の円錐角の半分）の間である。このことは、ライトバルブの面において、円錐形の受光領域外の光は全て失われてしまうことを意味する。
【００６４】
ＬＥＤは、相補的な光学系なしでは、ランベルト分布に対する発光をする。光が投影レンズに達すると、円錐形の受光領域内の割合の光しか画面に達しないことになる。図３に示すように、発光エネルギの極少ない部分（Ｆ３に対して３．０％、Ｆ２に対して６．７％）しか円錐形の受光領域内に含まれない。
【００６５】
ＬＥＤアレイとライトバルブの間の光学系は、円錐形の受光領域内の光線の再方向付けして、装置の効率を高めることができる。これは、図４Ａに示すように、ＬＥＤアレイの正面にコリメーションマイクロレンズを用いること、又は、図４Ｂに示すピラミッド形インテグレータロッドを用いることによって実現することができる。なお、両方の場合において、有効発光面は、ライトバルブの表面よりも小さい。換言すれば、照明エンジンの効率は、コリメータ光学系を用いることによって高めることができるが、発光面が縮小するため、ＬＥＤアレイの光スループットが低くなってしまう。
【００６６】
概して、ランベルトの発光ＬＥＤアレイは、スループットが低い（しかし、改善されている）ため、例えばリアプロジェクションテレビジョン受像機等のルーメン出力条件の低いプロジェクタへの使用が制限される。
【００６７】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、典形的なビーム発散度±８°という、投影レンズの円錐形の受光領域よりも小さい円錐形領域内で発光するという興味深い特性を有する。したがって、個々の光学素子のロスを別にすれば、ＶＣＳＥＬアレイによって発光された全てのエネルギは画面に達する。図２に示すように、ＶＣＳＥＬアレイは、ライトバルブと全く同じ断面を有していてもよい。中間レンズ、すなわちインテグレータロッドは、分布を均一化するのみに用いられ、平行化機能を有していない。
【００６８】
レーザダイオードは、非点収差の発光をする。すなわち、レーザダイオードは、（ＶＣＳＥＬのように）一方の光軸をコリメートする必要はないが、他方の光軸をコリメートする必要がある。したがって、非対称のライトパイプを使用する。
【００６９】
図５は、固体光源、より好ましくは、ＶＣＳＥＬアレイのＬＥＤアレイ及び／又はＲＣＬＥＤアレイを有する３光路伝導プロジェクタ装置を示す。図示された光学ライトバルブ及び投影レンズは、高圧ランププロジェクタ用のものと同様のものを用いることができる。一方、照明装置は、より小形化され簡略化され、フライアイレンズ、中継レンズは、図示していない。
【００７０】
また、固体光源は、シーケンシャルカラープロジェクタに使用することができる。ＨＰランプシーケンシャルプロジェクタに対する優位点は、色管理が光源レベルで直接行われる点である。すなわち、分光のためにカラーフィルタを用いる必要がない。色選択は、異なる光源をオンオフするスイッチ制御によって電気的に行うことができる。
【００７１】
非常に小形の装置では、背面発光（バックライト）照明ライトパイプを用いる。照明ライトパイプは、一般にラップトップコンピュータ、携帯電話等に使用されるＴ−ＬＣＤディスプレイのバックライトに使用されるものと類似の形状を有する。光線は、全反射されてライトパイプに導かれ、ライトパイプ表面に沿って分散されてライトパイプから選択的に出射される。これらの小形プロジェクタは、ＵＭＴＳ携帯電話、カメラ付き録画装置、携帯形情報処理端末（パームトップ）等の携帯機器内に装備することができる。
【００７２】
図５、図７及び図８に、すなわち、光源、すなわち発光面を配置可能な位置をそれぞれ示しており、この配置によりプロジェクタの管腔効率（ルーメン効率）が向上する。図８に示すように、光源を配置可能なスペースが極端に少ない構成の場合には、ＶＣＳＥＬアレイ及び／又はＲＣＬＥＤアレイのような、高効率光源を使用する。
【００７３】
反射形ライトバルブは、固体光源の周囲に形成することができる。インテグレータロッドは、ライトバルブと接触して設けることができないにも関わらず、光線を投影レンズを介して照射しなければならない。換言すれば、ライトバルブの前にビームスプリッタの類が必要である。インテグレータロッドから出射される光線は、ライトバルブにおける中継レンズ群によっての一様に配置される。インテグレータロッドが有する全ての標準的な反射形プロジェクタの構成は、固体光源に適合されている。
【００７４】
これらの反射形ライトバルブの構成では、伝導ライトバルブを使用した提案の装置を小形化することができない。一方、インテグレータロッドとライトバルブとの間には、偏光リサイクラの類を配置するためのスペースがある。同様の見解をインテグレータロッド、中継レンズ及び偏光リサイクラを用いる慣用の光伝導のための構成に適用する。また、それらを適用して固体光源を用いる。
【００７５】
慣用の高圧ランププロジェクタと比べて本発明は、以下に示す利点を提案する。すなわち、
色彩度の向上及び色調を拡大する
光源レベルで色管理を行う
カラーフィルタを使用しない
シーケンシャルカラー管理を電気的に行う
動的な濃淡調節を可能にする
光源の寿命を向上する
光路における赤外発光（冷却光源）をなくす
低コストのプラスチックレンズを使用可能にする
現在の３光路プロジェクタの赤チャンネルを改善する。
【００７６】
他で提案されたＬＥＤプロジェクタと比べて、本発明は、以下に示す利点を提案する。すなわち、
ライトバルブ及び光源パネルに近接接触するインテグレータロッドを用いた、より簡素な設計にする（フライアイレンズ、中継レンズを用いない）
ＬＥＤとライトバルブの連結効果を最大限利用する
光学的効率を向上するために指向性発光のＶＣＳＥＬ、ＲＣＬＥＤ又はＬＤを使用する
バックライトライトパイプを用いて超小形構造にする
以下、本発明の概念及び実現例についての全体的な様相及び論理的な様相について、図１０〜図１２を参照して詳細に説明する。
【００７７】
本発明及び本発明の実施の形態の第１の様相は、ＬＥＤアレイを用いた面に対する照明を最大限に生かす構成を見つけるという問題を解決することである。その上、面に対する照明は、制限されたアパーチャ領域で均一であり、且つ光線の指向性が保持されなければならない。アパーチャ又は受光角度は、映像レンズのアパーチャ計算で決定される。ＬＥＤの大きな発光角度と比べ、受光角度が概して小さいため、この問題を解決することは困難である。典形例として、ランベルト分布がある。
【００７８】
照射される面は、例えば、顕微鏡のプローブ面、又はプロジェクタのライトバルブ面である。映像レンズは、これらの場合、顕微鏡の対物レンズ又はプロジェクタの投影レンズにあたる。
【００７９】
目的は、照明がレンズの制限されたアパーチャ領域を最大光出力で均一に照射することである。換言すれば、
１収集効率、またはＬＥＤで発光された光線の獲得率を最大限にする。
２レンズアパーチャにおける集光効率又は光線の指向性を最大限にする。
３照明装置の効率を最大にする。または、装置の構成要素それぞれの光学的損失を最小限にする。
【００８０】
本発明は、これらを達成するものである。
【００８１】
本発明の課題は、図１０に示すように、固体光源又はＬＥＤ３１の発光ダイオードアレイ３３を用いて面に対する照明を最大限にする構成を見つけることである。更に、照明は、制限されたアパーチャ領域に均一であり、且つ光線の指向性が保持されなければならない。
【００８２】
照射される面（以下、照射面という）Ｓ２は、例えば、顕微鏡のプローブ面又はプロジェクタのライトバルブ４０の受光面である。照射光線の最大アパーチャは、プロジェクタの投影レンズ７０のＦ値又は顕微鏡の対物レンズのアパーチャによって決定される。とりわけ、ＬＥＤ３１で発光された指向性をもたない放射パターンのため、照明を最大限の照明を得るのは困難である。制限された面及びレンズの制限されたアパーチャ領域上を照射するように、この光線の指向性を変更する必要がある。
理論的背景
以下、説明のために再び図１０〜図１２を用いる。
【００８３】
全ての照明装置の設計には、光学系におけるエテンデュ又は光学的領域は減少できないというエテンデュの定理を考慮する必要がある。エテンデュＥを定義するために用いる図１１によれば、エテンデュＥは、固定角Ωで拡散される光線の光源を複合してなる面Ｓによって決定される。すなわち下記式（１）となる。
【００８４】
【数１】
2006505830.tif 000003
【００８５】
図１０に示す一般的な光学系において、最大有効エテンデュＥ２は、照射する面Ｓ２と固定角Ω２によって決定される。例えば、光源のエテンデュＥ１がＥ１＞Ｅ２を保持しているとき、光線の一部は、損失になる。
【００８６】
固定角Ω２は、レンズアパーチャの関数であり、下記式（２）によって与えられる。ここで、φ２は、アパーチャの円錐角の半分である。
【００８７】
【数２】
2006505830.tif 000004
【００８８】
ＬＥＤアレイのエテンデュＥ１は、下記式（３）により決定される。
ここで、Ｓｌｉは個々のＬＥＤの発光面を表し、Ｎはアレイを構成するＬＥＤの数を表し、２πはランベルト分布の光に関連する領域の固定角である。
【００８９】
【数３】
2006505830.tif 000005
【００９０】
１００％の集光効率をもつ光学系
エテンデュの定理は、光学系に関するエテンデュを減じることはできないことを示している。そのため、１００％の集光効率をもつ光学系を達成するためには、ＬＥＤアレイの発光面Ｓ１を下記式（４）に示す関数によって示されるＳ１ｍａｘ以上に大きくすることができない。
【００９１】
【数４】
2006505830.tif 000006
【００９２】
限定された集光効率をもつ光学系
発光面に対してＳ１≧Ｓ１ｍａｘが成り立つ場合、発光された光の一部は、アパーチャφ２では面Ｓ２に届かず、損失になる。
【００９３】
面Ｓ１におけるレンズアパーチャ内にある面Ｓ１における半円錐角φ１、又は面Ｓ１における半円錐角φ２の意味を考察することによって、この問題を解析する。
【００９４】
エテンデュの定理から下記式が成り立つならば、下記式（５）もまた成り立つ。
【００９５】
【数５】
2006505830.tif 000007
【００９６】
【数６】
2006505830.tif 000008
【００９７】
集光効率の相乗効果ηｃは、固定角φ１で決まる円錐内の発光エネルギＷ１と、光源又は面Ｓ１によって発光される合計エネルギＷで決定される。すなわち、ηｃは、下記式（６）で示される。
【００９８】
【数７】
2006505830.tif 000009
【００９９】
発光角γ＝π／２をもつランベルト分布の光源の場合、相乗効果は、下記式（８）に示す通りである。
【０１００】
【数８】
2006505830.tif 000010
【０１０１】
アパーチャφ２内の面Ｓ２に到達する光束Ｗ２は、光源の発光面Ｓ１及び集光効率ηｃに比例する。すなわち、下記式（８）に示す通りである。
【０１０２】
【数９】
2006505830.tif 000011
【０１０３】
そして、次の３つの場合に分類できる。
１）Ｓ１≦Ｓ１ｍａｘかつηｃ＝１のとき、光源によって発せられた全光が使用される。すなわちＷ２∝Ｓ１
２）Ｓ２≦Ｓ１＞Ｓ１ｍａｘかつηｃ＜１のとき、光の一部は損失されるが、発光面Ｓ１面が増大するので、Ｗ２が増加する。
３）発光面Ｓ１は大きくなるが、光束Ｗ２は増加しない
【０１０４】
提案された解法及び特徴
ＬＥＤを集光するために、反射及び／又は屈折レンズに基づいて異なる解法が提案されてきている。これら周知の方法の欠点は、所望の方向に対する集光効率を１００％にすることが困難な点である。その上、ＬＥＤを取り囲むレンズが問題になっており、人工的に光源のエテンデュを人工的に増加している。更に、例えば、フライアイレンズ又はインテグレータロッドのような照明を均一化するための更なるレンズが必要である。
【０１０５】
本発明によれば、特にピラミッド形に形成されたインテグレータロッドが提案されている。これは、
−ＬＥＤアレイによって発光された光を集める。
−レンズアパーチャ領域に平行にする。
−照明を均一化する。
という３つの必要な機能を満たす。
【０１０６】
ピラミッド形インテグレータロッド又はＰＩＲの基本的な動作を図５に示す。ＰＩＲは、入射面Ｓ’、出射面Ｓ’’及び長さＬを有する。ＰＩＲは、鏡面加工され、指数ｎを有する、鉱物ガラス、樹脂又は類似の透明平面材料でなる中空管とすることができる。ＰＩＲの平面のため、構成は、表面で全反射又はＴＩＲ反射される。図５に示す２つの光線のように、ＰＩＲ表面を基準とした角度は、パイプの出射側よりも入射側の方が小さい。エテンデュの定理により、平行化は下記式（９）により決定される。
【０１０７】
【数１０】
2006505830.tif 000012
【０１０８】
ここで、Ω’は、ＰＩＲに入射する前の光線の固定角を表し、Ω’’は、ＰＩＲから出射する光線の固定角を表している。Ｓ’’＞Ｓ’及びΩ’＜Ω’’という関係が成り立つ。
【０１０９】
標準的なインテグレータロッドでは、光線がロッド内で合成される。このとき、ＰＩＲ出射面において光線の均一分布を得るために、２つの条件が満たされる必要がある。
１．ＰＩＲ横断面は、四角形、矩形状、（特に等辺）三角形、または六角形である。
２．ＰＩＲがＰＩＲ表面に対して十分に反射できる程度に十分長い。
【０１１０】
理論的な平行化効率ηｃは、Ｌ≧Ｌｃで達成される。長さＬｃでは、平行化効率は、一定である。Ｌｃは、実験的又は光線追跡シミュレーションによって、基板毎にそれぞれ決定される。
【０１１１】
上述した問題において、ＰＩＲ入射面Ｓ’は、ＬＥＤ発光面Ｓ１と一致する必要があり、ＰＩＲ出射面Ｓ’’は、照明面Ｓ２と一致する必要がある。ＬＥＤアレイは小さい発光面Ｓｌｉから構成されるので、微少ＰＩＲは各ＬＥＤの前に配置することができる。光は、より大きなＰＩＲ又はインテグレータロッドによって集光される。図６に示す３つの光学系は、全て等価であり、与えられたＰＩＲの長さは、光の平行化及び均一化に十分な長さになっている。
【０１１２】
本発明における主たる優位な特徴は、集光、平行化、均一化のために単一光学成分を用いることである。光源（ＬＥＤアレイ）から照射される面までを単一光学成分とすることにより、光学的損失の最小化と、製造コストの低減、及び装置組み立ての簡素化を達成することができる。
【０１１３】
本発明は、とりわけ、色合成器及びライトパイプに基づく照明スキームを提案する。異なる光源（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ）からの光を合成することによって、照明される面（例えば、ｍ−ディスプレイ）を均一にすることができる。本発明は、光の合成と、特に顕著な小形化を実現することができる異なる光学成分の組み立てからなる。
【０１１４】
色合成は、１組の２色性フィルタ又はカラーキューブを用いることによって達成できる。２色性フィルタ（被覆されたガラス板）の組み合わせにより、異なるカラービームを合成して単一の多色ビームを得ることができる。被覆膜は、１つの単一色（例えば、緑又は赤）を反射し、他の色を透過する。なお、１組の２色性フィルタとしては、プリズムを適用できる。カラーキューブは、４つのプリズムの組み立てにより形成される。プリズム寸法を決めるプリズム表面は、１つの色（例えば、赤又は青）を反射し、他の全ての色を透過するように被覆されている。このように、３つのカラービームは、単一の多色出力ビームに再合成される。
【０１１５】
なお、これらの色合成スキームは、出射ビームによって生成される照明を均一化するためのいかなる機能をも満たしてはいない。
【０１１６】
照明装置は、ピラミッド形ライトパイプを用いることにより発展してきた。ライトパイプを以下の機能を満たしている。すなわち、光源（又は光源アレイ）からくる光を集光すること。光源からくる光を平行化すること。照明を均一化することである。なお、異なる光源からなるアレイを用いることができる。このように、多色、均一、平行化された照明を達成することができる。
【０１１７】
一方、ライトパイプの入射面の制限された面は、光源の最大値を決定し、面の輝度を制限する。
【０１１８】
課題は、光源として利用できる増加された表面を備えるのでなく、集光、平行化、照明の均一化を備えた照明装置の同様の機能をもつ装置を見つけることである。
【０１１９】
鍵となるパラメータ（要求）が実施の形態（例えば、ｍ−ディスプレイの照明）の小形化である。
【０１２０】
カラー照明装置の明度を高めるためには、基本的に、特に下記の第２の提案に述べる色の組合せ方式の特性と、特に下記の第３の提案に述べるライトパイプ照明器を組み合わせる。１つの目的は、光源（例えば、ＬＥＤ）を結合するより大きい表面を設け、ピラミッド形ライトパイプによって、均一且つコリメートされた照明を実現することである。
【０１２１】
第１の提案：
第１の提案する構成は、単一色の光源の光を集光及び合成するカラーキューブと、照明を均質化及びコリメートするピラミッド形ライトパイプからなる（図１３参照）。
【０１２２】
なお、光源とカラーキューブの間及びカラーキューブとライトパイプの間にエアギャップを設ける必要がある。エアギャップは、エアギャップがない場合カラーキューブを透過してしまう光線を全反射（ＴＩＲ）によって反射する。これらの光線は、吸収されるか、望ましくない方向に拡散し、光学的損失を生じる。
【０１２３】
第２の提案：
第２の提案では、一連の２色性フィルタを用いて、異なる色の光源を組み合わせる（図１４参照）。
【０１２４】
なお、２色性フィルタは、ガラスキューブ（以下、２色性キューブという。）内にある。光源、２色性キューブ及びライトパイプは、エアギャップによって離されている。第１の提案の場合は、エアギャップは、ＴＩＲによって導光し、光学的損失を最小にする。ガラス板に２色性フィルタを用いることによっても、光線は望ましくない方向に透過し、光学的損失を生じる。
【０１２５】
第３の提案：
第１及び第２の提案は、小形のコンフィギュレーションにするには、製造が困難であるかもしれない。例えば、０．７インチのＬＤＣｍ−ディスプレイ（マイクロディスプレイ）を照射する場合、カラーキューブは、典形的には２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの寸法を有する。
【０１２６】
カラーキューブの寸法の制限を緩和する方法は、図１５及び図１６に示されている。２つのコンフィギュレーションは、機能的に同じである。一方、中間に位置するカラーキューブの配置が小型化されている。
【０１２７】
なお、既に説明したように、光学的損失を最小にするために、カラーキューブの周囲にはエアギャップが設けられている。なお、光源がライトパイプの直前に配置される場合には、光源とライトパイプとの間にエアギャップを設ける必要はない。実際に、表面実装形ＬＥＤを用いる場合、ライトパイプがＬＥＤ表面に接触しているとき、光源の光抽出効率が高まる。これにより、全体的な光学的効果が著しく増加する。
【０１２８】
半導体有効表面は、不規則な方向にこうせんを出射する。エポキシ層の屈折率と比べて半導体の屈折率が高いため、光線の一部は全反射する。エポキシ層とエアギャップとの間の光線の一部に対しても同じことが起こる。なお、エポキシ層はライトパイプに接触しており、エポキシ層を透過する全ての光線は、ライトパイプに導かれる。このとき、エポキシ層の屈折率とライトパイプの屈折率には、互いに近接した値を選択することができる（する必要がある）（ただし、屈折率の適合条件近傍の値である）。
【０１２９】
注意：全反射条件
高屈折率を有する媒体における光線が低屈折率を有する媒体との境界面に到達したとき、入射角が臨界角よりも大きければ全反射になる。入射角が臨界角よるも大きくない場合、光線は屈折され、低屈折率を有する媒体中を伝播する（図２６参照）。
【０１３０】
プリズムコーティング：
提案する照明構造にカラーキューブ又は２色性キューブを使用する場合、２色性に被覆された全表面を使用する。換言すれば、全表面が２色性フィルタによって被覆されている必要がある。なお、実際には、外縁近傍の表面には被覆が定着しない（図１２参照）。プリズムの寸法が小さい場合、被覆されない外縁部は、表面のかなりの割合を占めることになる。この結果、カラー光線は、被覆されない外縁部にあたると正確に光軸変更されないので、光学的損失が生じる。
【０１３１】
被覆されない外縁部が生じてしまう問題を解決するために、プリズム横断面よりも大きい面積を有するガラス薄板をコーティングする方法がある。そして、ガラス薄板は、２つのプリズムの間に接着される。被覆されない外縁部は、プリズム横断面の外側になるため、２職制フィルタの効果を最大限に利用することができる。
【０１３２】
この提案によって、とりわけ、異なる色の光源を組み合わせ、非常に小形の実施形態における表面を均一に照射することができる。また、光学的損失を最小にすることができる。また、この提案は、カラーキューブの寸法条件を緩和する方法も示している。
【０１３３】
本発明のこれらの及び他の側面を以下に更に説明する：
本発明は、特に、ＬＥＤ照明器の光抽出機構にも関する。
【０１３４】
ＬＥＤベースの照明装置の光学的効果は、光源とコリメータ光学系との間の設計及びアセンブリプロセスに依存する。我々は、低コスト大量生産に適したオリジナルな最適の設計及び製造技術を提供する。
【０１３５】
ＬＥＤの外部結合（outcoupling）又は抽出効率は、一般的に、ＬＥＤ製造業者がチップ表面にマイクロ構造を適用することによって、又は、封入材料（例えばエポキシレンズ付きのＬＥＤ）を特殊な形状にすることによって得られる。
【０１３６】
本発明は、特に、ライトパイプベースの照明アーキテクチャを提供する。更に、２つの光学素子が屈折率整合流体によって結合されたシステムを提供する。
【０１３７】
本発明のいくつかの側面は、
・全反射（平面ライトパイプ）と鏡面反射（中空導波路）とを組み合わせることによって、ライトパイプの効率を改善し、
・効率的な照明及び低コスト大量生産のためのアセンブリ方式を構想する。
【０１３８】
本発明は、特に、次の主要な問題の解決法を提供することを意図するものである：
１）低コスト大量生産のためのアセンブリ技術
２）平面導波路と中空導波路とを組み合わせることによって、装置の照明効率を最適にする。
【０１３９】
上述したように、ＬＥＤアレイとピラミッド形ライトパイプを組み合わせることにより、例えば、プロジェクタ用途に用いられるマイクロディスプレイの照明に使用することができる効率的且つ小型の照明システムを構成する。
【０１４０】
ライトパイプは、光線が全反射（ＴＩＲ）によって導かれる平面ライトパイプであってもよく、又は、内壁が鏡面加工（金属反射）されている中空導波路であってもよい。平面ライトパイプの利点は、ＴＩＲによる光線の光軸方向の変更は、損失が少ないことである。中空ライトパイプの利点は、空気中を伝播する光線は大きい角度を有するため、短い距離でライトパイプの反射面に達するので、長さを短く製造することができる点である。一方、中空ライトパイプの鏡面反射は、光学的損失を生じてしまう（典形的な鏡面反射は、光線の入射角及び鏡の材料によって、９２％〜９８％である）。
【０１４１】
このような照明エンジンの主要なパラメータは：
１）照明効率
２）照明の均一性、及び
３）装置の小形性
である。
【０１４２】
照明効率ηは、以下のように定義される。
【０１４３】
【数１１】
2006505830.tif 000013
【０１４４】
ここで、φＬＥＤは、ＬＥＤから発光される光束であり、φｏｐｔは、光学系の限定されたアパーチャ（limited aperture）（立体角）内の照明エンジンによって供給される光束である。
【０１４５】
最新技術のＬＥＤライトパイプ照明器には、以下のような欠点がある：
Ａ．平面ライトパイプ：ライトパイプの側壁から逃げてしまう光線のために、最適な光学的効果が得られない（図２９Ａ参照）。
Ｂ．平面ライトパイプ：ＬＥＤ光源とライトパイプの屈折率を完全に整合させることができないので、最適な光学的効果が得られない（図３０Ａ参照）。
Ｃ．中空導波路：ＬＥＤの光抽出効率が低いため、最適な光学的効果が得られない（図３１Ａ参照）。
【０１４６】
以下に説明するように、本発明は、特に、これらの３つの欠点を回避するとともに、大量生産によく適した効率的な組み立てを提供する。
【０１４７】
Ａについて：導光の最適化
平面ライトパイプは、幾らかの光線がライトパイプのＴＩＲ条件の範囲外の面に到達すると、光学的損失を生じてしまう。なお、この結果は、光線がまだ偏向されないライトパイプの入り口における伝播角度の大きい光線についてのみ生じる。
【０１４８】
この側面から逃げてしまう光線によって生じる光学的効果の損失を解決するために、ライトパイプの第１の部分をミラーコーティングすることを提案する。これに代えて、平面ライトパイプは、小さな中空導波路に接続されていてもよい。このように、光線は、金属反射によって（若干の最小の反射損失をともなって）ライトパイプの第１の部分に導かれるが、ライトパイプの残りの部分には全反射によって（光学的損失をともなわずに）導かれる（図２９Ｂ参照）。
【０１４９】
Ｂについて：ＬＥＤとライトパイプとの結合の最適化
ＬＥＤの光抽出効率は、光線のＴＩＲによって制限されている。ＴＩＲは、ＬＥＤ保護層（例えば、エポキシ又はシリコン）と空気との屈折率の差の結果である。これは、ＬＥＤとライトパイプの屈折率を整合すると回避することができる。ＬＥＤ保護層とライトパイプ（例えば、ＰＭＭＡ）との間にエアギャップがないとき、良好な屈折率整合を実現することができる。実際には、ＬＥＤ保護層の表面が完全に平坦ではないため、これを実現するのは困難である。典形的に、屈折率は波長によって変化し、シリコンは約１．４６、エポキシは約１．５３、ＰＭＭＡは約１．４９の値となる。
【０１５０】
ＬＥＤとライトパイプとの間にエアギャップを回避する方法は、ライトパイプとＬＥＤ保護層の屈折率に対応する屈折率を有する流体（液体、ゲル状及び／又は膠状）を注入することである。なお、毛管現象効果により、流体は、ＬＥＤとライトパイプとの間に定着する（図３０Ｂ参照）。
【０１５１】
Ｃについて：中空導波路の効率の最適化
中空導波路は、その性質のため、ＬＥＤとライトパイプとの結合が不可能であるので、ＬＥＤの抽出効率を屈折率の整合によって改善することはできない。この問題を回避するために、ＬＥＤ抽出効率を高めるための小さな平面導波路セクションを挿入し、第１の光線の再方向付けする。このようにして、中空導波路の利点（平面ライトパイプよりも短い）と平面ライトパイプの利点（高抽出効率）を組み合わせることができる（図３１Ｂ参照）。
【０１５２】
Ｄ：アセンブリプロセスの最適化
ＬＥＤとライトパイプのアセンブリプロセスは、以下の条件を満たさなければならない：
１．光学部品（ＬＥＤ及びライトパイプ）を合わせて固定する。
２．装置の光学特性を保持する（高い光学的効果）。
３．大量生産用に、装着プロセスのコストを削減するために、可能な限り単純にする。
【０１５３】
本発明は、上述したように、高い光学的効果を有する構成に基づいている。コストをできるだけ低く保つために、屈折率整合材料として接着剤を使用し、異なる部品を横に固定するために、特殊な形状の中空導波路を使用することを提案する。
【０１５４】
アセンブリプロセスの可能な工程：
１）特殊な形状のライトパイプをＬＥＤの上部／周囲に配置。
２）屈折率整合接着剤の液滴を注入。
３）平面ライトパイプをＬＥＤに押圧。
４）ライトパイプ及びＬＥＤの水平方向の配列を微調整。
５）接着剤の硬化。接着剤の種類によって、硬化は、熱、赤外線照射、又は紫外線照射によって行う。
【０１５５】
光抽出効率を最大にするために、接着剤の液滴量は、平面ライトパイプとＬＥＤの間のエアギャップの大きさを埋めるのに十分な量であることが重要である。ＬＥＤと平面ライトパイプとの間のエアギャップの大きさは、ＬＥＤの製造プロセス（エポキシの積層プロセス）に依存するので、正確に予測することは難しい。予防措置として、接着剤の量は、幾分多めに決められる。図３２Ａ及び図３２Ｂに示すように、余分な接着剤は、ＬＥＤの側面及び中空導波路の底面の間の空間に入るようになっている。
【０１５６】
本発明は、現在の技術の次の問題点を解決する：
・平面ライトパイプ：ライトパイプの側面から逃げてしまう光線のために、最適な光学的効果が得られない。
・平面ライトパイプ：ＬＥＤ光源とライトパイプの屈折率を完全に整合させることができないので、最適な光学的効果が得られない。
・中空導波路：ＬＥＤの光抽出効率が低いため、最適な光学的効果が得られない。
【０１５７】
また、本発明は、大量生産に最適な安価で効率的なアセンブリプロセスを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１５８】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。以下は、本発明の好ましい実施形態を、特に、上記第１の解決法に関して図１〜１２を参照して説明する。
【０１５９】
図１に、本発明に係る照明装置１の第１の好ましい実施の形態の側断面図を示す。
【０１６０】
図１に示す実施の形態は、固体光源素子３０を積層してなる光源素子１０を含む。図１の実施の形態の固体光源素子３０は、発光ダイオード３１の配列（以下、アレイという）３３から成る。上記発光ダイオードアレイ３３は、発光領域又は発光アパーチャ３０Ｅを有して形成される。そして、発光アパーチャ３０Ｅからは、第１の照明光Ｌ１が、集光均一化及び方向付け装置２０の光入射アパーチャ５０Ｉに届くように照射される。図１に具体的に示すように、集光均一化及び方向付け装置２０は、光均一化装置５０及びライトバルブ素子４０からなっていてもよく、光均一化装置５０は、この場合、例えば、ガラス、プラスチック、その他同種の材料などの固体バルク材料からなるインテグレーション又はインテグレータロッド５０として形成される。
【０１６１】
上記光入射アパーチャ５０Ｉを介して上記インテグレータロッド５０に入射している第１の照明光Ｌ１の光線は、第１に、インテグレータロッド５０の材料の屈折率が上記インテグレータロッド５０と光源素子１０との間の空隙Ｇの隙間材料の屈折率よりも大きいこと、並びにスネルの屈折法則により、屈折する。第１の照明光線Ｌ１がインテグレータロッド５０の材料内部を透過する間、第１の照明光線Ｌ１は、インテグレータロッド５０の側壁又はその表面５０ｓで反射する。最後に、第１の照明光線Ｌ１は、側壁表面５０ｓにおいて複数又は多重に反射され、供給され多様化された第１の照明光線Ｌ１の反射光の各々は、光出射アパーチャ５０Ｅを介してインテグレータロッド５０から出射されて、光出射アパーチャ５０Ｅの直近に位置するライトバルブ４０に入射する。
【０１６２】
第１の照明光線Ｌ１を光出射アパーチャ５０Ｅを介して上記インテグレータロッド５０から出射すると、インテグレータロッド５０とライトバルブ４０との間の第２の空隙Ｇ’における光分布は、光源素子１０とインテグレータロッド５０との間の第１の空隙Ｇにおける光分布と同一である。
【０１６３】
光軸方向が変換された第１の照明光線ＲＬ１が供給されると、それぞれの照明光線は、制御可能な方法でライトバルブ４０を介して透過することを許され、それぞれの照明光線は、図２に示すように、特定の表示レンズ７０に第２の照明光線Ｌ２として入射するためにライトバルブ４０を離れ、表示画面８０に入射する。
【０１６４】
図３に示すように、放射される光波の光分布又はエネルギ分布は、Lambertian分布に従い、発光ダイオード３１の各々の発光ダイオードが配列（以下、アレイという）構造になっている場合でも、放射される光波に指向性をもたせて放射する能力が低いため、図１及び図２に示す光源素子１０とインテグレータロッド５０との間の空隙Ｇは、特に重要である。図３は、発光ダイオード３１において発光された光源の相対エネルギを放射角度の関数として表したグラフとして、このLambertian分布を示す。図３の分布から、光入射アパーチャ５０Ｉ又は光入射領域に入射する第１の照明光線Ｌ１の光量を増加するためには、光源素子１０とインテグレータロッド５０との間の空隙Ｇの空隙幅をできるだけ狭く保持することが必要であることがわかる。
【０１６５】
図２からわかるように、インテグレータロッド５０及び表示レンズ７０の許容する円錐（the cones of acceptance）が異なっていてもよい。したがって、上記許容する円錐を調整することが必要である。図４Ａに示すようなフライアイレンズ、より好ましくは、図４Ｂに示すような断面形状がピラミッド形を有するインテグレータロッド５０の何れかを用いて許容する円錐を調整することができる。
【０１６６】
図５及び図７〜９は、マルチカラー投影装置のためのマルチカラー照明装置を得るために異なる色の固体光源素子３０を組み合わせて用いるときの異なる実現例を示している。
【０１６７】
図５に、例えば、発光ダイオードアレイ３３を有する異なる３色の固体光源素子３０を示す。図５において、上記固体光源素子３０の各々及び上記発光ダイオードアレイ３３の各々は、上記固体光源素子３０とライトバルブ４０との間に配置されたインテグレータロッド５０と一体化されており、それぞれ異なる色の固体光源素子３０として図１に類似した装置を用いる。
【０１６８】
異なる３色の固体光源素子３０の各色を混合するために、上記３つの装置のそれぞれが共有する光合成素子５５又はカラーキューブ５５を用い、それぞれに第２の照明光線Ｌ２が供給される。光合成素子５５又はカラーキューブ５５は、第２の照明光線Ｌ２を混合し、投影レンズ７０を介して照射する。
【０１６９】
図６Ａ〜６Ｃは、異なるインテグレータロッド５０を形成する集光均一化及び方向付けユニット又はデバイス２０の別の実施の形態を示す。各インテグレータロッド５０は、光源素子１０としてＬＥＤ３１又はＬＥＤ３１−１〜３１−４からなる発光ダイオードアレイ３３の各々と接続されている。そして、それぞれライトバルブ素子４０に光学的に接続されている。
【０１７０】
図６Ａにおいて、集光均一化及び方向付けユニット又は素子２０は、分離され平行に配置された、ほぼ類似の又は同一の単一のピラミッド形インテグレータロッド５０−１〜５０−４としてそれぞれ形成される。ピラミッド形インテグレータロッド５０−１〜５０−４は、独特に配置されて、ピラミッド形インテグレータロッド５０−１〜５０−４は、各光入射部５０ＩがＬＥＤ３０−１〜３０−４に接続されている。光入射部５０Ｉは、この場合、共通のライトバルブ素子４０の光入射部４０Ｉに光学的に接続された各々の光出射部５０Ｏより小さい径を有する。
【０１７１】
図６Ｂにおいて、分離され平行に配置された、ほぼ類似の又は同一の単一のピラミッド形インテグレータロッド５０−１〜５０−４は、図６Ａの例の代わりに、共通の光入射部５０Ｉ’と、共通のライトバルブ素子４０の光入射部４０Ｉに光学的に接続されたインテグレータロッド５０の光出射部５０Ｏに光学的に接続される。
【０１７２】
図６Ｂに示す実施の形態における共通のインテグレータロッド５０は、同一形状の切断面を有し、そして図６Ｃの実施の形態の共通のインテグレータロッド５０の切断面は、同一形状ではないが、各インテグレータロッド５０がピラミッド形に形成されている。
【０１７３】
図７Ａ及び図７Ｂは、図５の実施の形態とは異なる複数カラーのプロジェクトシステムを実現するための２つの異なる配置を示す。
【０１７４】
図７Ａの実施の形態において、固体光源素子３０は、ＬＥＤ発光ダイオードアレイ３３を有する光源素子１０として使用され、ＬＥＤ発光ダイオードアレイ３３は、異なるスペクトル放射範囲、すなわち異なるカラーを有する発光ダイオード３１からなる。第１の照明光線Ｌ１は、インテグレータロッド５０を介して進行した後、ライトバルブ４０とインテグレータロッド５０との間の空隙Ｇ’において、ライトバルブ４０を通過した後の同一の光分布及び同一のカラー分布をもって投影レンズ７０に導かれる。
【０１７５】
図７Ｂに示す実施の形態の場合、３つの異なる色の固体光源素子３０の各々は、互いに異なるスペクトル範囲又は色を有する発光ダイオード３１からなる発光ダイオードアレイ３３によって積層されている。上記単一の固体光源素子３０の各々において第１の照明光線Ｌ１は、光合成素子５５に導かれる。光合成素子５５は、第１の照明光線Ｌ１を混合した後、出射光をインテグレータロッド５０に導く。ライトバルブ４０とインテグレータロッド５０との間の空隙Ｇ’において、第２の照明光線Ｌ２を得る。第２の照明光線Ｌ２は、同一の照明及び配色を有する。
【０１７６】
図８Ａ及び図８Ｂは、複数カラー照明装置の更なる例を示す。これらのケースでは、インテグレータロッド５０を用いて、再方向付けするとともに、第１の照明光線Ｌ１の受光光量を同一にするために使用される。上述した実施の形態を比べると、異なるインテグレータロッド５０に対して第１の照明光線Ｌ１が入射する光入射アパーチャ５０Ｉと光出射アパーチャ５０Ｅは互いに平行であるが、図８Ａ及び図８Ｂの実施の形態に示す光入射アパーチャ５０Ｉ及び光出射アパーチャ５０Ｅは、互いに垂直である。したがって、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施の形態の固体光源素子３０によって照射された第１の照明光線Ｌ１は、結合されたインテグレータロッド５０の底面に入射する。そして、第１の照明光線Ｌ１は、インテグレータロッド５０の底面において光軸方向が変更され、再方向付けされた第１の照明光線ＲＬ１が、上記インテグレータロッド５０の側面から出射する。
【０１７７】
図８Ａ及び図８Ｂの実施の形態の違いは、図８Ａでは、複数カラー照明装置を得るために複数個の単一色の固体光源素子３０又はＬＥＤ発光ダイオードアレイ３３を複数個用いるのに対して、図８Ｂの実施の形態では、複数色を発光できる固体光源素子３０又はＬＥＤ発光ダイオードアレイ３３を用いる点である。
【０１７８】
図８Ａの実施の形態において、単一色の固体光源素子３０を複数個用いるときには光合成素子５５が必要である。
【０１７９】
図９に示す実施の形態は、図７Ｂに示した実施の形態の応用例を示している。図９に示す実施の形態は、インテグレータロッド５０とライトバルブ４０との間の許容する円錐を適合させるための中間光学レンズ８１、８２を有する。中間レンズ８１、８２は、レンズ装置８１、及び偏光線スプリッタ８２からなり、レンズ装置８１及び偏光線スプリッタ８２は、互いに組み合わせて使用される。またはインテグレータロッド５０の許容する円錐を配置する。すなわち、ライトバルブ４０の許容する円錐に対して再方向付けされた第１の照明光線ＲＬ１の幾何学的図形は、図９の実施の形態において、反射するライトバルブ４０は、その表面で第２の照明光線Ｌ２を反射し投影レンズ７０に導く。
【０１８０】
以下の説明において、２色性フィルタ及びカラーキューブについて一般的に説明するとともに、本発明に関して更に詳しく説明する。特に、図１３〜図２８を用いて上記第２及び第３の解決方法が与えられる。
【０１８１】
色の組合せは、２色性フィルタ又はカラーキューブの何れを使用しても可能である。
図２２は、第１の２色性フィルタ１０’と第２の２色性フィルタ１１’の組合せを示す。２つの２色性フィルタ１０’と１１’は、それぞれ透過及び反射膜１６’、１７’で被覆されたガラス板で実現されている。各２色性フィルタは、１つの単色光（例えば、赤又は緑）を反射し、これ以外の他の色を透過する。この例では、第１の２色性フィルタ１０’は、例えば、青色である第１のカラービーム１２’を透過し、赤色である第２のカラービーム１３’を反射する。また、第２の２色性フィルタ１１’は、第１のカラービーム１２’を透過し、第２のカラービーム１３’を反射するとともに、例えば緑色である第３のカラービーム１４’を反射する。これにより、カラービーム１５’が生成される。
【０１８２】
図２３及び図２４からわかるように、２色性フィルタの組合せは、例えば、例えばガラスに対して被覆されたプリズムの組合せにより実現することもできる。図２３に示す２色性フィルタの組合せは、第１のプリズム２０’〜第３のプリズム２２’を有する。第１のプリズム２０’及び第２のプリズム２１’との間には、第１の反射及び透過膜２３’が備えられている。更に、第２のプリズム２１’と第３のプリズム２２’の間には、第２の反射及び透過膜２４’が備えられている。第１の透過及び反射膜２３’は、例えば、青色である第１のカラービーム１２’を反射する。第２の透過及び反射膜２４’は、例えば、緑色の第３のカラービーム１４’を反射し、例えば赤色である第２のカラービーム１３’を透過する。反射した第３のカラービーム１４’及び透過した第２のカラービーム１３’は、第１の透過及び反射膜２３’を透過する。その結果、合成されたカラービーム１５’が生成される。
【０１８３】
図２４は、被覆されたプリズムによって実現されている２色性フィルタの組合せの他の例を示す。この組合せでは、第１のプリズム２５’〜第３のプリズム２７’が与えられている。第１のプリズム２５’と第２のプリズム２６’との間には、第１の透過及び反射膜２８’が備えられている。また、第２のプリズム２６’と第３のプリズム２７’との間には、第２の透過及び反射膜２９’が備えられている。図２３に示す実施の形態のにおいても同様に、第１の透過及び反射膜と第２の透過及び反射膜を備えることにより、カラービーム１２’〜カラービーム１４’が合成されてカラービーム１５’を生じる。
【０１８４】
図２５は、カラーキューブの一例を示す。カラーキューブ３０’は、第１のプリズム３１’〜第４のプリズム３４’を有する。立方体の対角線を形成しているプリズム表面は、１つの単色光（例えば、赤色又は青色）を反射し、その他の単色光を透過するように被覆されている。このように、第１の透過及び反射膜３５’及び第２の透過及び反射膜３６’が備えられている。この結果、第１のカラービーム１２’〜第３のカラービーム１４’から単一のカラービーム１５が合成される。
【０１８５】
上述した光合成素子の全ての例により、異なるカラービームから単一の多色の出力ビームを合成できることがわかる。なお、これらの色合成スキームは、出力ビームによって生成される照明を均一にするものではない。
【０１８６】
本発明の第１の好ましい実施の形態として示す照明装置を図１３を用いて説明する。照明装置４０’は、照明を発光するために、第１の光源４１’〜第３の光源４３’と、第１の透過及び反射膜４５’及び第２の透過及び反射膜４６’を有するカラーキューブ４４’と、ピラミッド形ライトパイプ４７’と、ターゲット面４８’とを備えている。
【０１８７】
カラーキューブ４４’は、第１の光源４１’〜第３の光源４３’によって生成された異なる色のビームを集光し合成する。例えば、第１の光源４１’は、青色のカラービームを照射する。この青色のカラービームは、第１の透過及び反射膜４５’で反射される。第３の光源４３’は、赤色の第２のカラービームを照射する。第２のカラービームは、第２の透過及び反射膜４６’で反射される。緑色のカラービームは、第２の光源４２’によって照射され、第１の透過及び反射膜４５’と第２の透過及び反射膜４６’の両膜を透過する。このように、合成された単一の出力ビームは、カラーキューブ４４’の出射面４９’を透過して、ピラミッド形ライトパイプ４７’の入射面５０’を介してピラミッド形ライトパイプ４７’内部に導かれる。この例では、第１の光源４１’〜第３の光源４３’の出射面の長さ及び幅は、カラーキューブ４４’の各入射面の長さ及び幅に等しい（例えば、第１の光源４１’の出射面５１’の寸法は、カラーキューブ４４’の入射面５２’の寸法に等しい）。一方、第１の光源４１’〜第３の光源４３’の出射面の寸法は、カラーキューブ４４’の各入射面の寸法より小であってもよい。
【０１８８】
図２１に示す実施の形態と比較すると、図１３に示す照明装置は、第１の光源４１’〜第３の光源４３’の出射面全体が光を発し、図２１に示す照明装置の３倍になるので、ターゲット面４８’の色照明の明度が著しく高い。また、ピラミッド形ライトパイプ４７’によって、照明が均質化され集光性がよくなる。
【０１８９】
本発明の第２の好ましい実施の形態として示す照明装置を図１４を用いて説明する。この実施の形態では、図１３に示すカラーキューブ４４’の代わりに２色性フィルタを組み合わせて用いる。照明装置６０’は、照明を発光するために、第１の光源６１’〜第３の光源６３’と、第１の２色性フィルタ６４’と、第２の２色性フィルタ６５’と、ピラミッド形ライトパイプ６６’と、ターゲット面６７’とを備えている。第１の２色性フィルタ６４’及び第２の２色性フィルタ６５’は、第１の透過及び反射膜６８’及び第２の透過及び反射膜６９’を有するガラスキューブとして実現されている。第１の透過及び反射膜６８’は、第２の光源６２’及び第３の光源６３’から生成される光線を合成する。この合成されたビームは、入射面７０’を介して第２の２色性フィルタ６５’に入射する。第２の２色性フィルタ６５’は、上記合成された光線と、第１の光源６１’から発光される光線とを合成し、第２の透過及び反射膜６９’によって、ピラミッド形ライトパイプ６６’に入射する第２の合成ビームを生成する。図１４に示す実施の形態は、図１３に示す照明装置よりも小形ではないが、図１４に示す照明装置は、特に、非常に小形の寸法であっても製造するのが簡単である。
【０１９０】
図１３及び図１４に示す実施の形態において、第１の光源４１’〜第３の光源４３’とカラーキューブ４４’との間、また、第１の光源６１’〜第３の光源６３’と２色性フィルタ６４’、６５’との間には、エアギャップＧを設けることが好ましい。また、カラーキューブ４４’及びピラミッド形ライトパイプ４７’との間、同様に第２の２色性フィルタ６５’とピラミッド形ライトパイプ６６’との間、更に第１の２色性フィルタ６４’と第２の２色性フィルタ６５’との間にもエアギャップを設けることが好ましい。この理由は、図１７及び図１８に示す。
【０１９１】
図１７からわかるように、第１の光線５３’〜第４の光線５６’は、第１の光源４１’〜第３の光源４３’から照射される。エアギャップＧのために、全ての光線５３’〜５６’は、全反射（ＴＩＲ）され、ピラミッド形ライトパイプ４７’に導かれる。エアギャップＧがなければ、第１の光線５３’〜第４の光線５６’の１つの光線、すなわち図１８からわかるように、第４の光線５６’しかピラミッド形ライトパイプ４７’に導かれない。他の光線は、第１の光源４１’〜第３の光源４３’によって吸収されるか、又は消失する。すなわち、エアギャップＧがなければ、光線は吸収されるか、又は光学的損失を招く好ましくない方向に伝播する。光線のなかには（図１８に示す第２の光線５４’）、エアギャップＧの影響を特に受けないものもある。また、光学的損失は、図２２に示すようなガラス板１０’、１１’だけでなく、図１４に示すガラスキューブを用いることにもよる。そのように被覆されたガラス板は、光線を光学的損失を招く好ましくない方向に回折させるためである。
【０１９２】
本発明の第３の好ましい実施の形態として示す照明装置を図１５を用いて説明する。照明装置８０’は、照明を発光するために、第１の光源８１’〜第３の光源８３’と、第１の透過及び反射膜８９’と第２の透過及び反射膜９０’とを有するカラーキューブ８４’と、第１のピラミッド形ライトパイプ８５’〜第３のピラミッド形ライトパイプ８５’と、ターゲット面８８’とを備えている。本実施の形態において、第１のピラミッド形ライトパイプ８５’〜第３のピラミッド形ライトパイプ８７’とそれぞれに対応する第１の光源８１’〜第３の光源８３’は、互いに機械的に直接接続されていることが好ましい。本実施の形態は、カラーキューブ８４’の寸法が比較的大きいので製造が簡単である。立方体外縁の典形的なサイズは、図１３及び図１４に示した構成では、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍであり、カラーキューブは、図３に示したμ−ディスプレイの寸法である（例えば、対角が０．７インチ）が、本発明はこれらの寸法に制限されるものではない。エアギャップＧは、第１のピラミッド形ライトパイプ８５’〜第３のピラミッド形ライトパイプ８７’とカラーキューブ８４’との間に備えられている。第１の光源８１’〜第３の光源８３’によって照射された光線は、それぞれ、第１のピラミッド形ライトパイプ８５’〜第３のピラミッド形ライトパイプ８７’からカラーキューブ８４’に導波され、第１の透過及び反射膜８９’と第２の透過及び反射膜９０’によって合成され、合成された光線がターゲット面８８’を照らす。
【０１９３】
本発明の第４の好ましい実施の形態として示す照明装置を図１６を用いて説明する。照明装置１００’は、照明を発光するために、第１の光源１０１’〜第３の光源１０３’と、第１の透過及び反射膜１０５’と第２の透過及び反射膜１０６’とを有するカラーキューブ１０４’と、ピラミッド形ライトパイプ１０７’と、ターゲット面１０８’とを備え、更に第１のピラミッド形ライトパイプ１０９’〜第３のピラミッド形ライトパイプ１１１’とを備えている。本実施の形態は、図１３に示した照明装置と、付加的な第１のピラミッド形ライトパイプ１０９’〜第３のピラミッド形ライトパイプ１１１’を備える点で相違している。本実施の形態において、付加的な第１のピラミッド形ライトパイプ１０９’〜第３のピラミッド形ライトパイプ１１１’とそれぞれに対応する第１の光源１０１’〜第３の光源１０３’は、互いに機械的に直接接続されていることが好ましい。
【０１９４】
図１６に示す実施の形態は、図１５に示す照明装置よりも小形である。図１３に示す照明装置ほど小形ではないにしても、製造が容易である。エアギャップＧは、第１のピラミッド形ライトパイプ１０９’〜第３のピラミッド形ライトパイプ１１１’とカラーキューブ１０４’との間、及びカラーキューブ１０４’とピラミッド形ライトパイプ１０７’との間に備えられている。
【０１９５】
図１３及び図１４に示すカラーキューブ４４’と２色性フィルタ６４’、６５’は、上述のように光学的損失を最小にするため、エアギャップＧによって囲まれている。一方、図１５及び図１６に示すように、光源がライトパイプの直前に配置される場合には、光源とライトパイプとの間にエアギャップを設ける必要がない。これについては、図１９及び図２０を用いて説明する。
【０１９６】
実際に、ライトパイプがＬＥＤ表面に接触しているとき（図２０に示す。）、光源の光抽出効率が高まる。これにより、全体的な光学的効果が著しく増加する。
【０１９７】
図１９及び図２０に、不規則な方向に光線を出射する半導体１２０’の半導体有効表面１２１’を示す。エポキシ層１２２’の屈折率ｎ２と比べて半導体１２０’の屈折率ｎ１が高いため、光線の一部は全反射する（例えば、参照符号１２３’で示される光線）。図１９の構成において、エポキシ層１２２’とエアギャップＧ（参照符号１２４’で示される全反射光線）との間の光線に対しても同じことが起こる。一方、図２０の構成において、エポキシ層１２２’はライトパイプ１２６’に接触しており、光線は全てエポキシ層１２２’を透過してライトパイプ１２６’に導かれる。このとき、エポキシ層１２２’の屈折率ｎ２とライトパイプ１２６’の屈折率ｎ３は、互いに近接した値が選択されることが好ましい（ただし、屈折率の適合条件近傍の値である）。
【０１９８】
続いて、全反射の原理を図２６に示す。高屈折率ｎ１を有する媒体中における光線が低屈折率ｎ２を有する媒体との境界面１３０’に到達したとき、入射角が臨界角αｃよりも大きければ全反射（ＴＩＲ）になる。光線は、屈折され、低屈折率を有する媒体中を伝播する。ここで、臨界角αｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）である。
【０１９９】
上述した照明構造にカラーキューブ又は２色性フィルタを用いることは、光線がプリズム、ガラス板等の２色性に被覆された全表面を「使用する」（照らす）ということである。換言すれば、全表面が２色性フィルムに類似するもので被覆されている必要がある。しかし、実際は、諸事情（例えば、既に好ましくない金属で覆われている）により外縁近傍の表面を被覆することが困難である。
【０２００】
この状況を図２７に示す。プリズム表面１４０’は、上述のような透過及び反射（２色性）膜１４１’によって被覆されている。通常、製造工程における制約等により、外縁部１４２’の一部は被覆されないまま残される。プリズムサイズが小さければ、被覆されないで残される外縁部１４２’のプリズム表面１４０’に対する割合は、深刻な値になる。色光線が被覆されていない外縁部１４２’に照射されると、正確な光軸変更がされず、光学的損失を招く。
【０２０１】
被覆されていない外縁部の問題を解決する方法を図２８に示す。ガラス薄板１４５’の表面寸法は、透過及び反射膜１４１’で被覆された２つのプリズム１４６’、１４７’のプリズム横断面の表面寸法より大きい。そして、ガラス薄板１４５’は、２つのプリズム１４６’、１４７’との間に備えられ（接着され）てガラスプリズム基板上で２色性フィルタを形成している。こうすると、プリズム横断面の領域内に被覆されていない外縁部１４２’が入らないため、２色性フィルタの効果を最大限に利用できる。
・以下、本発明の好ましい実施の形態について、特に、上記第４の解決方法に関して図２９Ａ〜３２Ｂを参照して説明する。
【０２０２】
図２９Ａは、本発明の集光及び／又は導光改善装置５０Ａを備えない例であり、図２９Ｂは、本発明の集光及び／又は導光改善装置５０Ａを備える実施の形態を示す。
【０２０３】
光源素子１０からの第１の照明光線Ｌ１を集光し均一化するためにピラミッド形ライトパイプ又はインテグレータロッド５０を備え、後者は光入射アパーチャ５０Ｉと側壁５０ｓを有する。インテグレータロッド５０には、全反射又はＴＩＲの原理を用いる。全反射又はＴＩＲについて、光源素子１０及び光源素子１０の筐体３０ｃから光出射アパーチャ３０Ｅを介して出射され、光入射アパーチャ５０Ｉから光均一化装置又はインテグレータロッド５０に入射する光線Ｃを用いて説明する。全反射又はＴＩＲは、集光された光線ＣのＴＩＲ条件を十分に満たすような入射角度の下で起こる。
【０２０４】
一方、図２９Ａに示す光線Ｒは、ＴＩＲ条件を満たさないような角度で光出射アパーチャ３０Ｅを介して光源素子１０から出射される。その代わり、光線Ｒは、光均一化装置又はインテグレータロッド５０の側壁５０ｓによって内側に反射されることなく、光均一化装置又はインテグレータロッド５０を透過する。図２９Ａに示す状況によれば、光線は、図２９Ａに示す装置の効率の減少が光線の光学的損失を引き起こす。
【０２０５】
本発明の特別な様相によれば、図２９Ａに示す装置は、光均一化装置又はインテグレータロッド５０の側壁５０ｓの光入射アパーチャ５０Ｉの近傍の外縁に、上記集光及び／又は導光改善装置５０として、またはその一部として反射手段５０ｍを設ける変形が可能である。この特別な反射手段によれば、図２９Ａに示す装置における光線Ｒの損失分は、上記集光及び／又は導光改善装置５０Ａの反射手段５０ｍによって内部に反射される。これにより、図２９Ｂに示す装置の効率又は光学的効率を図２９Ａの装置に比べて改善することができる。
【０２０６】
図３０Ａは、本発明の集光及び／又は導光改善装置５０ａを備えない照明装置を示し、図３０Ｂは、本発明の集光及び／又は導光改善装置５０ａを備えた照明装置の実施の形態を示す。
【０２０７】
図３０Ａに示す装置では、エアギャップ又は空隙構造Ｇは、ピラミッド形インテグレータロッド５０の構造において、光源素子１０の光出射アパーチャ３０Ｅと光均一化装置又はインテグレータロッド５０の光入射アパーチャ５０Ｉとの間に位置している。生成された光線Ｃは、光均一化装置５０のＴＩＲ条件を満たす入射角条件下で上記エアギャップＧを介して導かれた後、光均一化装置５０の内部に入射する。これにより、光線Ｃは、光均一化装置５０の内部に集光される。一方、図３０Ａに示す光線Ｒは、光源素子１０の筐体３０ｃとエアギャップＧとの境界面で全反射され、光学的損失を生じる。筐体３０ｃとエアギャップＧとの境界面における、このＴＩＲ条件は、筐体３０ｃ又は光学デバイス１０の材料の屈折率とエアギャップとの間の差異に強く依存する。
【０２０８】
光源素子１０の光出射アパーチャ３０Ｅと光均一化装置５０の光入射アパーチャ５０Ｉとの間のエアギャップＧを液体、ゲル状、接着剤で満たす、或いは集光及び／又は導光改善装置５０Ａとして、またその一部として屈折率を適合させる手段５０ｒを設けることによって、図３０ｂに示す実施の形態における問題点を解決する。これにより、図３０Ｂに示す実施の形態の光学的効果は、図３０Ａに示す実施の形態と比べて改良され、光線Ｒがインテグレータロッド５０に導かれる。
【０２０９】
図３１Ａ及び図３１Ｂは、本発明の集光及び／又は導光改善装置５０ａを備えない照明装置の横断面を示し、図３０Ｂは、本発明の集光及び／又は導光改善装置５０ａを備えた照明装置の実施の形態の横断面を示す。
【０２１０】
図３１Ａ及び図３１Ｂに示す両方の照明装置は、光均一化装置５０として、それぞれピラミッド形状の中空導波管又は中空導波路を備える。この光均一化装置５０は、上記光源素子１０の光出射アパーチャ３０Ｅの近傍に設置される光入射アパーチャ５０ｉを備える。同様に、図３０Ａに示す実施の形態と比べると、図３０Ａでは、光線Ｃが上記中空導波管によって集光され、光線Ｒが光源素子１０の材料とエアギャップとの境界面において全反射する。これにより、上記光源素子１０から光出射アパーチャ３０Ｅを介して出射される第１の照明光線Ｌ１又は光線の一部が損失される。
【０２１１】
集光及び／又は導光改善装置５０Ａとして、またその一部として平面ライトパイプ５０ｐを光均一化装置５０としての中空導波路又は中空導波管の一端を隙間無く設けることにより、この問題点を解決する。更に、上記平面ライトパイプ５０ｐは、上記集光素子５０としての中空導波路の一端を隙間無く設け、集光素子５０の光入射アパーチャ５０Ｉを終端させる。終端面と光出射アパーチャ５０Ｅとの間、または光入射アパーチャ５０Ｉと光出射アパーチャ５０Ｅとの間には、光源素子１０の光出射アパーチャ３０ＥとエアギャップＧとの境界面におけるＴＩＲ問題を解決するために屈折率を適合させるための手段５０ｒが備えられる。これにより、第１の照明光線Ｌ１の光学的損失を防ぐことができ、更に図３１Ａに示す実施の形態の装置の光学効率と比べ、図３１Ｂに示す装置の光学的効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１２】
【図１】本発明に係る照明装置の好ましい第１の実施の形態を説明する断面図である。
【図２】本発明に係る照明装置の好ましい第１の実施の形態を説明する断面図である。
【図３】ＬＥＤの相対発光を出射方向角の関数として表したグラフ図である。
【図４Ａ】本発明の更なる実施の形態の詳細を示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の更なる実施の形態の詳細を示す断面図である。
【図５】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図６Ａ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図６Ｂ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図６Ｃ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図７Ａ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図７Ｂ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図８Ａ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図８Ｂ】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図９】複数カラー用途についての本発明の更なる実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明の理論的背景の一部を説明する図である。
【図１１】本発明の理論的背景の一部を説明する図である。
【図１２】本発明の理論的背景の一部を説明する図である。
【図１３】本発明に係る照明装置の第１の実施の形態を説明する断面図である。
【図１４】本発明に係る照明装置の第２の実施の形態を説明する断面図である。
【図１５】本発明に係る照明装置の第３の実施の形態を説明する断面図である。
【図１６】本発明に係る照明装置の第４の実施の形態を説明する断面図である。
【図１７】図１３に示す実施の形態の光源、光混合素子及び光導波路の構成の拡大図である。
【図１８】図１３に示す実施の形態の光源、光混合素子及び光導波路の他の構成の拡大図である。
【図１９】図１５及び図１６に示す実施の形態で用いられている光源及び光導波路の構成の拡大図である。
【図２０】図１５及び図１６に示す実施の形態で用いられている光源及び光導波路の他の構成の拡大図である。
【図２１】従来の照明装置を示す断面図である。
【図２２】２色性フィルタの組合せの第１の実施の形態を示す図である。
【図２３】２色性フィルタの組合せの第２の実施の形態を示す図である。
【図２４】２色性フィルタの組合せの第３の実施の形態を示す図である。
【図２５】カラーキューブの一実施の形態を示す図である。
【図２６】全反射の原理を説明する図である。
【図２７】プリズムコーティング方法を説明する図である。
【図２８】本発明に係るプリズムコーティングの他の方法を説明する図である。
【図２９Ａ】集光及び／又は導光改善装置を有さない本発明の一実施の形態を示す側断面図である。
【図２９Ｂ】集光及び／又は導光改善装置を有する本発明の一実施の形態を示す側断面図である。
【図３０Ａ】集光及び／又は導光改善装置を有さない本発明の一実施の形態を示す側断面図である。
【図３０Ｂ】集光及び／又は導光改善装置を有する本発明の一実施の形態を示す側断面図である。
【図３１Ａ】集光及び／又は導光改善装置を有さない本発明の一実施の形態を示す側断面図である。
【図３１Ｂ】集光及び／又は導光改善装置を有する本発明の一実施の形態を示す側断面図である。
【図３０Ａ】集光及び／又は導光改善装置の装着プロセスを具体的に示す本発明の更なる実施の形態の側断面図である。
【図３０Ｂ】集光及び／又は導光改善装置の装着プロセスを具体的に示す本発明の更なる実施の形態の側断面図である。
【符号の説明】
【０２１３】
１    照明装置、  １０    光源素子、  ２０  集光均一化及び方向付け装置、  ３０    固体光源素子、  ３０ｃ    ケース／ケース、筐体／筐体材料、  ３０Ｅ    光出射アパーチャ、  ３０Ｉ    光入射アパーチャ、  ３０Ｏ    光出射アパーチャ、  ３１    固体光源、ＬＥＤ、  ３２    固体光源、ＬＥＤ、  ３１−２    固体光源、ＬＥＤ、  ３１−３    固体光源, ＬＥＤ、３１−４  固体光源、ＬＥＤ  ３２    固体光源、  ３３    固体光源アレイ、  ４０    ライトバルブデバイス、ＬＣＤパネル、  ４０Ｅ    光出射アパーチャ、  ４０Ｉ    光入射アパーチャ、  ４０Ｏ    光出射アパーチャ、  ５０    光均一化装置、インテグレータロッド、ライトパイプ、  ５０Ａ    集光均一化及び方向付け装置、  ５０Ｅ    光出射アパーチャ、  ５０Ｅ’    光出射アパーチャ、  ５０Ｉ    光入射アパーチャ、  ５０Ｉ’    光入射アパーチャ、  ５０ｍ    反射手段、  ５０Ｏ    光出射アパーチャ、  ５０ｐ    平面光導波路、  ５０ｒ    屈折率整合手段、  ５０ｓ    側壁、  ５０−１    光均一化装置、インテグレータロッド、光導波路、  ５０−２  光均一化装置、インテグレータロッド、光導波路、  ５０−３    光均一化装置、インテグレータロッド、光導波路、  ５０−４    光均一化装置、インテグレータロッド、光導波路、  ５５    光合成素子、ビームスプリッタ、カラーキューブ、  ６０    表示レンズ、  ７０    表示レンズ、  ８０    ディスプレイ、表示画面、  ８１    中間レンズ、  ８２    中間レンズ、偏光ビームスプリッタ、  １’    照明装置、  ２’    光源アレイ、  ２’１    第１の光源、  ２’２    第２の光源、  ２’３    第３の光源、  ２’４    第４の光源、  ２’５    第５の光源、  ３’    ピラミッド形ライトパイプ、  ４’    ターゲット面、  １０’    第１の２色性フィルタ、  １１’    第２の２色性フィルタ、  １２’    第１のカラービーム、  １３’    第２のカラービーム、  １４’    第３のカラービーム、  １５’    合成カラービーム、  １６’    透過及び反射膜、  １７’    透過及び反射膜、  ２０’    第１のプリズム、  ２１’    第２のプリズム、  ２２’    第３のプリズム、  ２３’    第１の反射及び透過膜、  ２４’    第２の反射及び透過膜、  ２５’    第１のプリズム、  ２６’    第２のプリズム、  ２７’    第３のプリズム、  ２８’    第１の反射及び透過膜、  ２９’    第２の反射及び透過膜、  ３１’    第１のプリズム、  ３２’    第２のプリズム、  ３３’    第３のプリズム、  ３４’    第４のプリズム、  ３５’    第１の透過及び反射膜、  ３６’    第２の透過及び反射膜、  ４０’    照明装置、  ４１’    第１の光源、  ４２’    第２の光源、  ４３’    第３の光源、  ４４’    カラーキューブ、  ４５’    第１の透過及び反射膜、  ４６’    第２の透過及び反射膜、  ４７’    ピラミッド形ライトパイプ、  ４８’    ターゲット面、  ４９’    出射面、  ５０’    入射面、  ５１’    出射面、  ５２’    入射面、  ５３’    第１の光線、  ５４’    第２の光線、  ５５’    第３の光線、  ５６’    第４の光線、  ６０’    照明装置、  ６１’    第１の光源、  ６２’    第２の光源、  ６３’            第３の光源、  ６４’    第１の２色性フィルタ、  ６５’    第２の２色性フィルタ、  ６６’    ピラミッド形ライトパイプ、  ６７’    ターゲット面、  ６８’    第１の透過及び反射膜、  ６９’    第２の透過及び反射膜、  ７０’    入射面、  ８０’    照明装置、  ８１’    第１の光源、  ８２’    第２の光源、  ８３’    第３の光源、  ８４’    カラーキューブ、  ８５’    第１のピラミッド形ライトパイプ、  ８６’    第２のピラミッド形ライトパイプ、  ８７’    第３のピラミッド形ライトパイプ、  ８８’    ターゲット面、  ８９’    第１の透過及び反射膜、  ９０’    第２の透過及び反射膜、  １００’    照明装置、  １０１’    第１の光源、  １０２’    第２の光源、  １０３’    第３の光源、  １０４’    カラーキューブ、  １０５’    第１の透過及び反射膜、  １０６’    第２の透過及び反射膜、  １０７’    ピラミッド形ライトパイプ、  １０８’    ターゲット面、  １０９’    ピラミッド形ライトパイプ、  １１０’    ピラミッド形ライトパイプ、  １１１’    ピラミッド形ライトパイプ、  １２０’    半導体、  １２１’    半導体有効表面、  １２２’    エポキシ層、  １２３’    全反射光線、  １２４’    全反射光線、  １２６’    光導波路、  １３０’    境界面、  １４０’    プリズム表面、  １４１’    第１の透過及び反射膜  １４２’    被覆されない外縁部、  １４５’    ガラス板、  １４６’    プリズム、  １４７’    プリズム、  Ｇ    空隙構造、エアギャップ、  Ｇ’    空隙構造、エアギャップ、  Ｌ１    第１の照明光線、  Ｌ２    第２の照明光線、  ｎ１    屈折率、  ｎ２    屈折率、  ｎ３    屈折率、  ＲＬ１  再方向付けされた第１の照明光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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