(57)【要約】【課題】光の利用効率が良好であり、照度良好に光が出射するとともに、集光レンズの像面湾曲が良好に補正されている照明装置、及びこの照明装置を備えており、投射光の照度ムラが少ない投射型画像表示装置を提供する。【解決手段】投射型画像表示装置１の照明装置１２の赤色光側は、ＬＥＤ２Ｒ、ロッドインテグレータ３Ｒ、及び集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ，７Ｒを備える。柱状をなすロッドインテグレータ３Ｒの出射面３２Ｒは、平面視で、側面の出射面３２Ｒ側が、短辺の一端部から他端部に亘る曲線状に切り欠かれた状態で、すなわち、出射面３２Ｒの各頂点を起点として湾曲するように形成されている。出射面３２Ｒの曲率半径は、集光レンズ４Ｒの入射面４１Ｒの曲率半径に略一致しており、出射面３２Ｒは入射面４１Ｒに密着している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光体を有する光源と、前記光源が出射した光を入射面から入射し、内部で反射させて出射面から出射するロッドインテグレータと、光の進行方向に複数並設され、前記ロッドインテグレータから出射した光を集めて出射する集光レンズとを備える照明装置において、
前記ロッドインテグレータは、前記出射面の少なくとも一部に、凹曲面部を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記ロッドインテグレータの直近の集光レンズは、前記ロッドインテグレータ側の面の少なくとも一部に凸曲面部を有しており、該凸曲面部の曲率は前記凹曲面部の曲率と略等しい請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ロッドインテグレータと該ロッドインテグレータの直近の集光レンズとが接合されている請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記凹曲面部は、前記出射面の全体が前記凸曲面部に密着するように、該出射面の頂点を起点として湾曲している請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の照明装置と、
該照明装置が有する発光体から発せられる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射体へ投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の利用効率が良好であり、照度良好に光が出射するとともに、集光レンズの像面湾曲が良好に補正されている照明装置、及びこの照明装置を備えており、投射光の照度が良好である投射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射してスクリーン上に画像表示を行うプロジェクタ（投射型画像表示装置）が存在する。また、このような投射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。
投射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とがあり、一方、投射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）に代表されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いるものと、液晶表示パネルを用いたものとに分かれる。
【０００３】
図７は、光源にランプを用いると共に空間光変調素子にＤＭＤを用いた従来の投射型画像表示装置３０（DLP方式：Digital Light Projector：登録商標）の構成を示す概略図である。投射型画像表示装置３０は、光源のランプ３２に対向するようにカラーホイール３３を配置し、ランプ３２から出射した光の進行方向においてカラーホイール３３より下流となる側にロッドインテグレータ３４、計３組のコンデンサレンズ３５ａ〜３５ｃ、及びミラー３６を配置し、ミラー３６で光をＤＭＤ３７へ向くように反射させ、ＤＭＤ３７で生成された画像の変調光を投射レンズ３８から投射する。
【０００４】
ランプ３２は、ＨＩＤ（High Intensity Discharge Lamps）ランプで総称される放電ランプであり、ランプ３２の中央に設けられた発光管３２ａから出射した光は、ガラス基材からなり、楕円面により形成されたリフレクタ（反射鏡）３２ｂで反射して、カラーホイール３３へ向かう。
【０００５】
カラーホイール３３は、少なくとも赤（以下、Ｒと称す）色,緑色（以下、Ｇと称す）,及び青色（以下、Ｂと称す）の光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。
【０００６】
カラーホイール３３の出射側に配置されたロッドインテグレータ３４はガラス基材で柱状に形成されており、入射面３４ａから所望の広がり角で入射した光線群を、ガラスと周囲の空気との屈折率の差により内側界面で全反射を繰り返して内部を効率良く伝播させる。そして、ロッドインテグレータ３４の出射面３４ｂでは、光源の多重反射像が生じ、照度が均一化される。
ランプ３２、カラーホイール３３、ロッドインテグレータ３４、集光レンズ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ及びミラー３６により照明装置が構成される。
【０００７】
次に、投射型画像表示装置３０の投射制御を説明すると、図示しない制御部はＤＭＤ３７の同期信号によりカラーホイール３３の位相回転制御を行い、この制御により、例えば、ＤＭＤ３７へＲ色画像データが入力されている時間帯にランプ３２の出射光線がカラーホイール３３のＲ色セグメントを通過するようにカラーホイール３３の回転が行われる。
【０００８】
そのため、ランプ３２の出射光はカラーホイール３３を通過することで、順にＲ色、Ｇ色、及びＢ色の光となり、それと同期してＤＭＤ３７も順にＲ、Ｇ、Ｂ用の画像を形成するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ光がＤＭＤ３７に入出射されることにより順にＲ、Ｇ、Ｂ色に着色した画像が生成される。このＲ、Ｇ、Ｂ画像が投射レンズ３８からスクリーン（図示せず）へ拡大投射される。この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８は、図７の投射型画像表示装置３０の照明装置と同様であり、ロッドインテグレータ４４と４枚の集光レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄとを備える照明装置４３において、ロッドインテグレータ４４を出射した後、焦点面Ｐに集光するまでの光線を示した光線図である。
【００１０】
下記表１は、図８の照明装置４３のレンズデータを示す表である。表中、「面」の「Ｌi 」は図７の光線図の面Ｌi （ｉは１〜８の整数）、「曲率半径」は面Ｌi の曲率半径、面「Ｌi」の欄における「間隔」は面Ｌi から面Ｌi+1までの間隔、「媒質」はガラスの種類、「有効径」は、各レンズの各面上で光線束の範囲を規制する開口の直径である。数値の単位はｍｍである。
表１の曲率半径は正である場合、面が光源側に凸であること、曲率半径が負である場合、面が光源側に凹であることを示す。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
図９は、この照明装置のロッドインテグレータ４４の出射面から出射して、レンズを通る光線を追跡し、これらの光線の焦点面Ｐ上における交点群をプロットしたスポットダイアグラムである。図中、（ａ）は、図８の像高０ｍｍのフィールドの交点群、（ｂ）は、像高１．２５ｍｍのフィールドの交点群、（ｃ）は像高２．５０ｍｍのフィールドの交点群を示す。ボックスの一辺は３０００μｍである。このスポットダイアグラムより、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）ともに、交点群は拡がっており、集光が不十分であることが分かる。
【００１３】
特許文献１には、光源としてのランプと、ランプから出射した光を集光する楕円鏡と、柱状で入射端面及び出射端面を有し、楕円鏡からの光束を複数回多重反射させるロッドインテグレータと、ロッドインテグレータの出射端面の像を結像するリレーレンズと、空間光変調素子としての液晶表示パネルと、液晶表示パネルの表示画像を拡大投射する投射レンズとを備える投射型画像表示装置の発明が開示されている。
【００１４】
特許文献２には、光源と空間光変調素子との間にロッドインテグレータを備え、このロッドインテグレータにより、スクリーンに対して主光線が傾きをもって投射される際に発生する歪みを補償する光パターンで空間光変調素子を照明するように構成された投射型画像表示装置の発明が開示されている。
【００１５】
特許文献３には、ロッドインテグレータの入射端面近傍の側面と出射端面近傍の側面とに切り欠きを設けることで、ロッドインテグレータからの出射光の高輝度化を図り、ロッドインテグレータの全長を短くしてコンパクト化を図った投射型画像表示装置の発明が開示されている。
【００１６】
特許文献４には、光の入射口側から出射口側に向かって先細となるテーパ形状を有するロッドインテグレータを備えることにより、光の各色を忠実に再現することが出来、演色性が良好である光学エンジンの発明が開示されている。
【００１７】
特許文献５には、入射面、出射面、側面、上面及び底面によって囲まれた石英ガラスから構成され、出射面のアスペクト比を縦横ｍ対ｎとしたとき、入射面が直径ｎの円であるロッドインテグレータの発明が開示されている。この発明においては、縦横のアスペクト比に対応して、入射光の取り込みの改善が図られている。
【特許文献１】特開平７−９８４７９号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５６４９号公報
【特許文献３】特開２００３−１５２２０号公報
【特許文献４】特開２００４−１２６２０３号公報
【特許文献５】特開２００４−２７２１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述の投射型画像表示装置、及び特許文献５のロッドインテグレータを用いた投射型画像表示装置は、いずれも集光レンズが像面湾曲を発生させるという問題がある。図９のスポットダイアグラムに示したように、ボックスの中心に対して交点群が拡がっており、特に周辺光の場合、楕円状に拡がっており、集光レンズにより集光された光が空間光変調素子を照明するときに、空間光変調素子の表示面の中心部と周辺部とで光線の入射角度にばらつきが生じ、表示面の周辺部については照明光が中心に対してずれて結像し、光量の損失が生じるとともに、周辺部ではスポットが拡がって、表示画像の周辺部で照度ムラが生じるという問題がある。従って、集光レンズの像面湾曲を補正する必要がある。
【００１９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ロッドインテグレータの出射面の少なくとも一部に凹曲面部を備えることにより、集光レンズにより良好に集光されるので、集光レンズの像面湾曲が良好に補正され、光の利用効率が良好であり、照度良好に光が出射するとともに、集光レンズの枚数を削減することが出来、装置の小型化及びコストダウンが可能となる照明装置を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、ロッドインテグレータの出射面の少なくとも一部に凹曲面部を備える照明装置を有することにより、集光レンズにより良好に集光され、光量の損失が抑制されて光の利用効率が良好になり、投射光の照度が良好になるとともに、集光レンズを通過した光が空間光変調素子の表示面の中心部と周辺部とに入射するときの角度のばらつきが補正され、中心部と周辺部との照度ムラが少ない投射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】
【００２１】
本発明に係る照明装置は、発光体を有する光源と、前記光源が出射した光を入射面から入射し、内部で反射させて出射面から出射するロッドインテグレータと、光の進行方向に複数並設され、前記ロッドインテグレータから出射した光を集めて出射する集光レンズとを備える照明装置において、前記ロッドインテグレータは、前記出射面の少なくとも一部に、凹曲面部を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、ロッドインテグレータの出射面に凹曲面部を備えるので、ロッドインテグレータから光束を絞った状態で、光が出射され、光量の損失が抑制されるとともに、集光レンズの像面湾曲を良好に補正することが出来る。従って、光の利用効率が良好であり、この照明装置から照度良好に光が出射される。
そして、従来と同程度の像面湾曲（収差）の補正をする場合は、従来の照明装置よりレンズの枚数を削減することが出来、装置の小型化及びコストダウンが実現される。
さらに、この照明装置を投射型画像表示装置に用いた場合に、集光レンズにより良好に集光され、光量の損失が抑制されて光の利用効率が良好になり、投射光の照度が良好になるとともに、集光レンズを通過した光が空間光変調素子の表示面の中心部と周辺部とに入射するときの角度のばらつきが補正され、表示面の周辺部でスポットが拡がらず、周辺光のスポットの拡がりによる、投射画像の周辺部の照度ムラが抑制される。
【００２３】
本発明に係る照明装置は、前記ロッドインテグレータの直近の集光レンズは、前記ロッドインテグレータ側の面の少なくとも一部に凸曲面部を有しており、該凸曲面部の曲率は前記凹曲面部の曲率と略等しいことを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、凹曲面部の曲率（又は曲率半径）が直近の集光レンズの凸曲面部の曲率（又は曲率半径）と略等しいので、ロッドインテグレータを出射した光が直近の集光レンズに、光量の損失がより抑制された状態で入射し、光の利用効率がさらに良好になるとともに、複数の集光レンズにより、像面の中心と周辺部とに対する入射角度のばらつきがより補正された状態で、良好に集光（結像）される。
【００２５】
本発明に係る照明装置は、前記ロッドインテグレータと該ロッドインテグレータの直近の集光レンズとが接合されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明においては、光量の損失がさらに抑制され、より良好に像面湾曲が補正されるとともに、ゴミがロッドインテグレータの出射面又は集光レンズの入射面に付着するのが抑制される。
【００２７】
本発明に係る照明装置は、前記凹曲面部は、前記出射面の全体が前記凸曲面部に密着するように、該出射面の頂点を起点として湾曲していることを特徴とする。
【００２８】
本発明においては、ロッドインテグレータが集光レンズに密着されるので、光量の損失がさらに抑制され、より良好に像面湾曲が補正されるとともに、ゴミがロッドインテグレータの出射面又は集光レンズの表面に付着するのがさらに抑制される。
【００２９】
本発明に係る投射型画像表示装置は、上記のいずれか１つに記載の照明装置と、該照明装置が有する発光体から発せられる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射体へ投射する投射レンズとを備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明においては、集光レンズにより良好に集光され、集光レンズの像面湾曲が良好に補正されているので、光量の損失が抑制されて光の利用効率が良好になり、投射レンズにより投射される光の照度が良好になるとともに、集光レンズを通過した光が空間光変調素子の表示面の中心部と周辺部とに入射するときの角度のばらつきが補正され、表示面の周辺部についても照明光が対応するパネル上の位置に正確に結像するので、光量の損失が抑制される。そして、周辺光のスポットの拡がりによる、投射画像の周辺部の照度ムラが抑制される。
さらに、従来と同程度の像面湾曲の補正をする場合は、従来の投射型画像表示装置よりレンズの枚数を削減することが出来、装置の小型化及びコストダウンが実現される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の照明装置によれば、ロッドインテグレータの出射面に凹曲面部を備えるので、ロッドインテグレータから光束を絞った状態で光が出射され、光量の損失が抑制されるとともに、集光レンズの像面湾曲を良好に補正することが出来る。従って、光の利用効率が良好であり、この照明装置から照度良好に光が出射される。
そして、従来と同程度の像面湾曲の補正をする場合は、従来の照明装置よりレンズの枚数を削減することが出来、装置の小型化及びコストダウンが実現される。
【００３２】
本発明の投射型画像表示装置によれば、集光レンズにより良好に集光され、光量の損失が抑制されて光の利用効率が良好になり、投射光の照度が良好になるとともに、集光レンズを通過した光が空間光変調素子の表示面の中心部と周辺部とに入射するときの角度のばらつきが補正され、表示面の周辺部についても照明光が対応するパネル上の位置に正確に結像し、光量の損失が抑制される。そして、周辺光のスポットの拡がりによる、投射画像の周辺部の照度ムラが抑制される。
さらに、従来と同程度の像面湾曲の補正をする場合は、従来の投射型画像表示装置よりレンズの枚数を削減することが出来、装置の小型化及びコストダウンが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図であり、図中、１が投射型画像表示装置である。
【００３４】
投射型画像表示装置１は、光源の発光素子として、Ｒ色の光を発光するＬＥＤ２Ｒ、Ｇ色の光を発光するＬＥＤ２Ｇ、及びＢ色の光を発光するＬＥＤ２Ｂを備える。ＬＥＤ２Ｒ、ＬＥＤ２Ｇ及びＬＥＤ２Ｂは、フィリップスプリズム８の周囲三面に、それぞれ配置されている。ＬＥＤ２Ｒ、ＬＥＤ２Ｇ及びＬＥＤ２Ｂは面発光型のＬＥＤであり、時分割駆動により順次点灯される。
【００３５】
フィリップスプリズム８は、平面視が三角形状である第１プリズム８ａ，第２プリズム８ｅと、平面視が台形状である第３プリズム８ｉとを備える。
第１プリズム８ａは、ＬＥＤ２Ｂが発するＢ光が入射する第１面８ｂと、ＬＥＤ２Ｇに向かい、内側に第１ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第２面８ｃと、斜辺に対応する第３面８ｄとを備える。ダイクロイック膜は、屈折率がそれぞれ異なる誘電体の多層膜からなり、２以上の波長域の光を分離するものである。第１ダイクロイック膜は、Ｂ光を反射させ、Ｒ光及びＧ光を透過させる。
第２プリズム８ｅは、ＬＥＤ２Ｒが発するＲ光が入射する第４面８ｆと、ＬＥＤ２Ｇに向かい、第２ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第５面８ｇと、第２面８ｃに所定間隔を隔てて対向する第６面８ｈとを備える。第２ダイクロイック膜は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光を透過させる。
第３プリズム８ｉは、ＬＥＤ２Ｇが発するＧ光が入射する第７面８ｊと、第５面８ｇと接合された第８面８ｋとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面８ｃに限定されるものではなく、第６面８ｈに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面８ｇに限定されるものではなく、第８面８ｋに設けてもよい。
【００３６】
ＬＥＤ２Ｂと第１プリズム８ａの第１面８ｂとの間には、ロッドインテグレータ３Ｂ、集光レンズ４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ及び７Ｂが配置されている。同様に、ＬＥＤ２Ｒと第２プリズム８ｅの第４面８ｆとの間には、ロッドインテグレータ３Ｒ、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ及び７Ｒが配置され、ＬＥＤ２Ｇと第３プリズム８ｉの第７面８ｊとの間には、ロッドインテグレータ３Ｇ、集光レンズ４Ｇ，５Ｇ，６Ｇ及び７Ｇが配置されている。フィリップスプリズム８の出射側には、ＴＩＲプリズム９、ＤＭＤ１０及び投射レンズ１１が配置されている。
【００３７】
ＬＥＤ２Ｒ，２Ｇ及び２Ｂ、ロッドインテグレータ３Ｒ，３Ｇ及び３Ｂ、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ，７Ｒ，４Ｇ，５Ｇ，６Ｇ，７Ｇ、４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ及び７Ｂ、フィリップスプリズム８、並びにＴＩＲプリズム９は照明装置１２を構成する。
【００３８】
図２は、ロッドインテグレータ３Ｒ、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒを示す斜視図である。
ロッドインテグレータ３Ｒは、ガラス製であり、入射面３１Ｒ、出射面３２Ｒ、及び４つの側面３３Ｒ，３３Ｒ，３３Ｒ，３３Ｒを有する柱状をなし、出射面３２Ｒの方が入射面３１Ｒより大きい。ロッドインテグレータ３Ｒの出射面３２Ｒの曲率（又は曲率半径）は、集光レンズ４Ｒの凸曲面をなす入射面４１Ｒの曲率（又は曲率半径）に略一致している。出射面３２Ｒは、平面視で、側面３３Ｒの出射面３２Ｒ側が、短辺の一端部から他端部に亘る曲線状に切り欠かれた状態で、すなわち、各頂点を起点として湾曲している。従って、出射面３２Ｒの全体が入射面４１Ｒに密着している。
【００３９】
ロッドインテグレータ３Ｒは、入射面３１Ｒから所望の広がり角で入射した光を、ガラスと周囲の空気との屈折率の差により、内側界面で全反射を繰り返して内部を効率良く伝播させる。そして、ロッドインテグレータ３Ｒの出射面３２Ｒで、光源の多重反射像が生じ、照度が均一化される。
ロッドインテグレータ３Ｂ及び３Ｇもロッドインテグレータ３Ｒと同様の形状を有し、集光レンズ４Ｂ及び４Ｇの入射面４１Ｂ及び４１Ｇに密着され、入射光の照度を均一化する。
【００４０】
本実施形態においては、ロッドインテグレータ３Ｒの出射面３２Ｒが凹曲面状をなすので、ロッドインテグレータ３Ｒから光束を絞った状態で光が出射されて、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ及び７Ｒにより良好に集光される。従って、光量の損失が抑制され、光の利用効率が良好になるとともに、周辺光量が良好になる。
ロッドインテグレータ３Ｂ，３Ｇも、同様に、出射面３２Ｂ，３２Ｇが凹曲面状をなすので、ロッドインテグレータ３Ｂ，３Ｇから光束を絞った状態で光が出射され、集光レンズ４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂ、集光レンズ４Ｇ，５Ｇ，６Ｇ、７Ｇにより良好に集光されて、光量の損失が抑制され、光の利用効率が良好になるとともに、周辺光量が良好になる。
【００４１】
ＬＥＤ２Ｂが発し、ロッドインテグレータ３Ｂ、集光レンズ４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ及び７Ｂを通過したＢ光は、第１プリズム８ａの第１面８ｂに主光線を略垂直として入射し、第３面８ｄで全反射し、さらに第１ダイクロイック膜が形成された第２面８ｃで反射して、第３面８ｄを出射する。
ＬＥＤ２Ｒが発し、ロッドインテグレータ３Ｒ、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ及び７Ｒを通過したＲ光は、第２プリズム８ｅの第４面８ｆに主光線を略垂直として入射し、第６面８ｈで全反射し、さらに第５面８ｇの第２ダイクロイック膜で反射して、第６面８ｈを出射し、第１プリズム８ａの第２面８ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面８ｄから出射する。
ＬＥＤ２Ｇが発し、ロッドインテグレータ３Ｇ、集光レンズ４Ｇ，５Ｇ，６Ｇ及び７Ｇを通過したＧ光は、第３プリズム８ｉの第７面８ｊに主光線を略垂直として入射し、第８面８ｋから出射し、第２プリズム８ｅの第５面８ｇの第２ダイクロイック膜を透過して第６面８ｈから出射し、第１プリズム８ａの第２面８ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面８ｄから出射する。
Ｂ光は、第１ダイクロイック膜にて反射した後、光路がＧ光の光路に略一致した状態で、第３面８ｄを出射する。Ｒ光は、第２ダイクロイック膜にて反射した後、光路がＧ光の光路に略一致した状態で、第６面８ｈを出射し、第３面８ｄを出射する。以上のようにして、各色の光は、光路が略一致するように合成された状態で、フィリップスプリズム８を出射する。
【００４２】
ＴＩＲプリズム９は、平面視が図の如く、鋭角三角形である第１プリズム９ａと、平面視が略直角三角形である第２プリズム９ｂとを備える。フィリップスプリズム８を出射して、ＴＩＲプリズ９の第１プリズム９ａに入射した各色の光は、第１プリズム９ａを通過して、第２プリズム９ｂに入射し、第２プリズム９ｂを通過して、ＤＭＤ１０に入射する。ＤＭＤ１０に入射した光は、電気的にオン・オフされるＤＭＤ１０のマイクロミラーの傾き角度に応じて変調され、第２プリズム９ｂに入射し、第２プリズム９ｂの反射面９ｃで全反射して、投射レンズ１１に入射する。
【００４３】
フィリップスプリズム８からＴＩＲプリズム９を介して、Ｒ，Ｇ，Ｂ光が順次ＤＭＤ１０に入射されることにより、順次Ｒ，Ｇ，Ｂ画像の光が生成され、該光が第２プリズム９ｂの反射面９ｃで全反射して、投射レンズ１１を介してスクリーンに投射されて、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ画像が表示される。この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。
【００４４】
本実施形態においては、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ，７Ｒ、集光レンズ４Ｇ，５Ｇ，６Ｇ，７Ｇ、集光レンズ４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂにより良好に集光され、光量の損失が抑制されて光の利用効率が良好になり、投射レンズ１１から投射される投射光の照度が良好になるとともに、像面湾曲が良好に補正されているので、集光レンズ４Ｒ，５Ｒ，６Ｒ，７Ｒ、集光レンズ４Ｇ，５Ｇ，６Ｇ，７Ｇ、集光レンズ４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂを通過した光がＤＭＤ１０の表示面の中心部と周辺部とに入射するときの角度のばらつきが良好に補正され、表示面の周辺光のスポットの拡がりによる、投射画像の周辺部の照度ムラが抑制される。
また、従来と同程度に像面湾曲の補正をする場合は、従来の投射型画像表示装置より集光レンズの枚数を削減することが出来、装置の小型化及びコストダウンが実現される。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る照明装置１３の構成を示す概略図である。
この照明装置１３は、ＬＥＤ１４と、ロッドインテグレータ１５と、集光レンズ１６，１７，１８，１９とを備える。
ガラス製で柱状をなすロッドインテグレータ１５の出射面１５ａの中央部には、凹曲面部１５ｂが形成されている。ロッドインテグレータ１５の直近の集光レンズ１６のＬＥＤ側の面１６ａの中央部には、凸曲面部１６ｂが形成されている。凹曲面部１５ｂの曲率半径と凸曲面部１６ｂの曲率半径とは一致しており、ロッドインテグレータ１５と集光レンズ１６とは、凹曲面部１５ｂに凸曲面部１６ｂを嵌め合わせた状態で接合されている。
図３において、ロッドインテグレータ１５を出射した後、焦点面Ｐに集光するまでの光線が示されている。
【００４６】
下記表２は、図３の照明装置１３のレンズデータを示す表である。表中、「面」の「Ｌi」は図７の光線図の面Ｌi （ｉは１１〜１８の整数）、「曲率半径」は面Ｌi の曲率半径、面「Ｌi」の欄における「間隔」は面Ｌi から面Ｌi+1までの間隔、「媒質」はガラスの種類、「有効径」は、各レンズの各面上で光線束の範囲を規制する開口の直径である。数値の単位はｍｍである。
表２の曲率半径は正である場合、面がＬＥＤ側に凸であること、ロッドインテグレータ１５の出射面１５ａにおいては凹曲面を形成していること（凹曲面部１５ｂ）、曲率半径が負である場合、面がＬＥＤ側に凹であることを示す。
【００４７】
【表２】
2007279521.tif 000004
【００４８】
図４は、この照明装置１３のＬＥＤ４が発した光線の焦点面Ｐ上における交点群をプロットしたスポットダイアグラムである。図中、（ａ）は、図３の像高０ｍｍのフィールドの交点群、（ｂ）は、像高１．２５ｍｍのフィールドの交点群、（ｃ）は像高２．５０ｍｍのフィールドの交点群を示す。ボックスの一辺は３０００μｍである。
【００４９】
図４のスポットダイアグラムと、従来の照明装置に係る図９のスポットダイアグラムとを比較すると、照明装置１３の方が従来の照明装置より、（ｃ）の周辺光の交点群が収束していることが分かる。
よって、本実施形態においては、光の利用効率が従来の照明装置より向上するとともに、周辺部の照度ムラが抑制されている。
【００５０】
従って、本実施形態に係る照明装置１３を投射型画像表示装置１等の投射型画像表示装置に適用した場合に、光量の損失が抑制され、光の利用効率が向上し、投射光の照度が向上するとともに、周辺光のスポットの拡がりによる、投射画像の周辺部の照度ムラが抑制されている。
【００５１】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る照明装置２３の構成を示す概略図である。
この照明装置２３は、ＬＥＤ２４と、ロッドインテグレータ２５と、集光レンズ２６，２７，２８，２９とを備える。
ガラス製で柱状をなすロッドインテグレータ２５の出射面２５ａの中央部には、凹曲面部２５ｂが形成されている。ロッドインテグレータ２５の直近の集光レンズ２６のＬＥＤ側の入射面２６ａの中央部には、凸曲面部２６ｂが形成されている。凹曲面部２５ｂの曲率半径と凸曲面部２６ｂの曲率半径とは一致しており、ロッドインテグレータ２５と集光レンズ２６とは、凹曲面部２５ｂに凸曲面部２６ｂを嵌め合わせた状態で接合されている。
図５において、ロッドインテグレータ２５を出射した後、焦点面Ｐに集光するまでの光線が示されている。
【００５２】
下記表３は、図５の照明装置２３のレンズデータを示す表である。表中、「面」の「Ｌi」は図５の光線図の面Ｌi （ｉは２１〜２８の整数）、「曲率半径」は面Ｌi の曲率半径、面「Ｌi」の欄における「間隔」は面Ｌi から面Ｌi+1までの間隔、「媒質」はガラスの種類、「有効径」は、各レンズの各面上で光線束の範囲を規制する開口の直径である。数値の単位はｍｍである。
表３の曲率半径は正である場合、面がＬＥＤ側に凸であること、ロッドインテグレータ２５の出射面２５ａにおいては凹曲面を形成していること（凹曲面部２５ｂ）、曲率半径が負である場合、面がＬＥＤ側に凹であることを示す。
【００５３】
【表３】
2007279521.tif 000005
【００５４】
図６は、この照明装置２３のＬＥＤ４が発した光線の焦点面Ｐ上における交点群をプロットしたスポットダイアグラムである。図中、（ａ）は、図５の像高０ｍｍのフィールドの交点群、（ｂ）は、像高１．２５ｍｍのフィールドの交点群、（ｃ）は像高２．５０ｍｍのフィールドの交点群を示す。ボックスの一辺は３０００μｍである。
【００５５】
図６のスポットダイアグラムと、従来の照明装置に係る図９のスポットダイアグラム及び図４のスポットダイアグラムとを比較すると、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の全てのフィールドにおいて、照明装置２３の方が、従来の照明装置より交点群が顕著に収束しており、実施の形態に係る照明装置１３より良好に収束している。
よって、本実施形態の照明装置２３においては、光の利用効率が従来の照明装置より向上し、良好に集光するとともに、周辺部の照度ムラが抑制されている。
【００５６】
従って、この照明装置２３を投射型画像表示装置１等の投射型画像表示装置に適用した場合、集光レンズ２６，２７，２８，２９を通過した光がＤＭＤ等の空間光変調素子の表示面の中心部と周辺部とに入射するときの角度のばらつきが補正され、表示面の周辺部についても照明光が対応するパネル上の位置に正確に結像し、光量の損失が抑制されて、光の利用効率が向上し、投射光の照度が向上する。そして、周辺光のスポットの拡がりによる、投射画像の周辺部の照度ムラが抑制されている。
【００５７】
なお、前記実施の形態１乃至３においては、光源としてＬＥＤを用いた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ＨＩＤランプ等を用いてもよい。光源としてＬＥＤを用いた場合、光が拡散しやすいので、ロッドインテグレータの出射面に凹曲面部を形成することの効果がより大きい。
また、合成プリズムもフィリップスプリズムに限定されるものではなく、クロスダイクロイックプリズム等でもよい。さらに、空間光変調素子はＤＭＤに限定されるものではなく、液晶表示パネルでもよい。
【００５８】
そして、前記実施の形態１乃至３においては、ロッドインテグレータ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと直近の集光レンズ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ、ロッドインテグレータ１５と集光レンズ１６、ロッドインテグレータ２５と集光レンズ２６とを接合した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ロッドインテグレータと直近の集光レンズとを所定間隔を隔てて離してもよい。但し、ロッドインテグレータと直近の集光レンズとを接合した方が、光量の損失がより抑制され、より良好に像面湾曲が補正されるとともに、ゴミがロッドインテグレータの出射面又は集光レンズの入射面に付着するのが抑制されるので、好ましい。
【００５９】
さらに、前記実施の形態１乃至３においては、ロッドインテグレータ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの曲率半径と集光レンズ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの曲率半径、ロッドインテグレータ１５の曲率半径と集光レンズ１６の曲率半径、ロッドインテグレータ２５の曲率半径と集光レンズ２６の曲率半径をそれぞれ略一致させた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ロッドインテグレータの出射面に凹曲面部が形成されていればよい。但し、凹曲面部の曲率半径が直近の集光レンズの凹曲面部の曲率半径と略等しくした方が、ロッドインテグレータを出射した光が直近の集光レンズに、より光量の損失がない状態で入射し、光の利用効率がより良好になるとともに、像面の中心と周辺部とに対する入射角度のばらつきがより補正された状態で、良好に結像されるので、好ましい。
【００６０】
また、前記実施の形態１においては、ロッドインテグレータの３Ｒの側面３３Ｒの出射面３２Ｒ側が、短辺の一端部から他端部に亘る曲線状に切り欠かれた状態で、出射面３２Ｒが凹曲面状に形成されている場合につき説明しているがこれに限定されるものではない。但し、この構成による方が、ロッドインテグレータ３Ｒを集光レンズ４Ｒにより密着させることが出来る。
そして、前記実施の形態１乃至３においては、内部まで充填されたガラス製のロッドインテグレータ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ、１５、２５を用いた場合につき説明しているが、これに限定されるものではなく、中空タイプのロッドインテグレータにおいても出射側開口部の４つの稜線を凹曲面部の一部とすれば同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１のロッドインテグレータ、及び集光レンズを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る照明装置の構成を示す概略図である。
【図４】図３の照明装置のＬＥＤが発した光線の焦点面Ｐ上における交点群をプロットしたスポットダイアグラムである。
【図５】本発明の実施の形態３に係る照明装置の構成を示す概略図である。
【図６】図５の照明装置のＬＥＤが発した光線の焦点面Ｐ上における交点群をプロットしたスポットダイアグラムである。
【図７】従来の投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図８】従来の照明装置において、ロッドインテグレータを出射した後、焦点面Ｐに集光するまでの光線を示した光線図である。
【図９】従来の照明装置のロッドインテグレータを出射した光線の焦点面Ｐ上における交点群をプロットしたスポットダイアグラムである。
【符号の説明】
【００６２】
１  投射型画像表示装置
２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、１４、２４  ＬＥＤ
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ、１５、２５  ロッドインテグレータ
３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ  入射面
３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ  出射面
４Ｒ、５Ｒ、６Ｒ、７Ｒ、４Ｇ、５Ｇ、６Ｇ、７Ｇ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ  集光レンズ
４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ  凸曲面部
８  フィリップスプリズム
８ａ  第１プリズム
８ｅ  第２プリズム
８ｉ  第３プリズム
８ｂ  第１面
８ｃ  第２面
８ｄ  第３面
８ｆ  第４面
８ｇ  第５面
８ｈ  第６面
８ｊ  第７面
８ｋ  第８面
９  ＴＩＲプリズム
１０  ＤＭＤ
１１  投射レンズ
１２、１３、２３  照明装置
１５ａ、２５ａ  出射面
１５ｂ、２５ｂ  凹曲面部
１６、１７、１８、１９、２６、２７、２８、２９  集光レンズ
１６ａ、２６ａ  入射面
１６ｂ、２６ｂ  凸曲面部
【図１】
2007279521.tif 000006
【図２】
2007279521.tif 000007
【図３】
2007279521.tif 000008
【図４】
2007279521.tif 000009
【図５】
2007279521.tif 000010
【図６】
2007279521.tif 000011
【図７】
2007279521.tif 000012
【図８】
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【図９】
2007279521.tif 000014