(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、
前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、アレイ構造で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項２】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、
前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項３】
前記フレネルレンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照射システム。
【請求項４】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、
前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、アレイ構造で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項５】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、
前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項６】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束かつ反射させるように、背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、アレイ構造で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項７】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束かつ反射させるように、背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項８】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、アレイ構造で構成され、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、
光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、
を備える
ことを特徴とする照射システム。
【請求項９】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成され、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、
光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、
を備える
ことを特徴とする照射システム。
【請求項１０】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、アレイ構造で構成され、
前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項１１】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成され、
前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される
ことを特徴とする照射システム。
【請求項１２】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、アレイ構造で構成され、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、
前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、
を備える
ことを特徴とする照射システム。
【請求項１３】
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成され、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、
前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、
を備える
ことを特徴とする照射システム。
【請求項１４】
前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面であり、背面に反射コーティング層が設けられている
ことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の照射システム。
【請求項１５】
前記光路変換ユニットは、ホログラム光学素子で構成される
ことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の照射システム。
【請求項１６】
前記光路変換ユニットは、凹面鏡である
ことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の照射システム。
【請求項１７】
前記２次集束レンズによって集束された光を導く光ファイバを更に備える
ことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の照射システム。
【請求項１８】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、
前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、アレイ構造を有する
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項１９】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、
前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有する
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記フレネルレンズと前記ミラーとが、互いに所定間隔で離隔されて配置される
ことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載のプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２１】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、
前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、アレイ構造を有する
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２２】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、
少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、
前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、
を備え、
前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有する
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２３】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を、集束かつ反射させるように背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、アレイ構造を有する
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２４】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を、集束かつ反射させるように背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有する
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２５】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、アレイ構造を有し、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、
光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、
を備える
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２６】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有し、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、
光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、
を備える
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２７】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、アレイ構造を有し、
前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２８】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有し、
前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２９】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、アレイ構造を有し、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、
前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、
を備える
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項３０】
照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、
前記照射システムは、
光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、
前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、
前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、
を備え、
前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、
前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有し、
前記コリメーティングレンズアレイは、
光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、
前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、
を備える
ことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面であり、背面に反射コーティング層が設けられている
ことを特徴とする請求項２５から請求項３０のいずれか一項に記載のプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項３２】
前記光路変換ユニットは、ホログラム光学素子で構成される
ことを特徴とする請求項２５から請求項３０のいずれか一項に記載のプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項３３】
前記光路変換ユニットは、凹面鏡で構成される
ことを特徴とする請求項２５から請求項３０のいずれか一項に記載のプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項３４】
前記２次集束レンズによって集束された光を導く光ファイバを更に備える
ことを特徴とする請求項１８から請求項３３のいずれか一項に記載のプロジェクションディスプレイ装置。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源として発光ダイオードまたはレーザダイオード等が適用され、前記光源の長寿命化が図られ、しかもコンパクト化された照射システム及びこれを用いたプロジェクションディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の１例のプロジェクションディスプレイ装置の構成を模式的に示す断面図である。以後、特に説明する場合を除いて、液晶表示素子をＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）と記載する。図１に示すように、従来のプロジェクションディスプレイ装置は、光源１００と、この光源１００から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズ１１０と、コリメーティングレンズ１１０から出射された白色光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段から各々出射されたＲ、Ｇ、Ｂを画像信号によってオンまたはオフの処理が行われて画像を形成する第１ＬＣＤパネル１８０、第２ＬＣＤ１８１パネル及び第３ＬＣＤパネル１８２と、第１ＬＣＤパネル１８０、第２ＬＣＤ１８１パネル及び第３ＬＣＤパネル１８２を通過したＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を合成するダイクロイックプリズム１９０と、前記第１ＬＣＤパネル１８０、第２ＬＣＤ１８１パネル及び第３ＬＣＤパネル１８２によって形成された画像をスクリーン（図示せず）に拡大投射させる投射レンズ系２００とを備えて構成される。
【０００３】
前記光分岐手段は、例えば、光源１００から照射された白色光のうち、Ｒは透過させ、Ｇ及びＢは反射させる赤色透過用の第１ダイクロイックミラー１２０と、第１ダイクロイックミラー１２０で反射されたＲ及びＢのうちＢは透過させ、Ｒは反射させる第２ダイクロイックミラー１４０とを備えて構成される。
【０００４】
また、前記光分岐手段は、第１ダイクロイックミラー１２０を透過したＲを第１ＬＣＤパネル１８０側に反射させる第１ミラー１３０、第２ダイクロイックミラー１４０を透過したＢを反射させる第２ミラー１５０、及び第２ミラー１５０で反射された青色光を第３ＬＣＤパネル１８２側に反射させる第３ミラー１６０を更に備えて構成される。
【０００５】
一方、第１ミラー１３０と第１ＬＣＤパネル１８０との間の光路上と、第２ダイクロイックミラー１４０と第２ＬＣＤパネル１８１との間の光路上、及び第３ミラー１６０と第３ＬＣＤパネル１８２との間の光路上に各々第１集束レンズ１７０、第２集束レンズ１７１、及び第３集束レンズ１７２が配置されている。
【０００６】
前記のように構成されたプロジェクションディスプレイ装置では、光源１００から出射された白色光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の光に分岐した後、３色の各光を第１ＬＣＤパネル１８０、第２ＬＣＤパネル１８１、及び第３ＬＣＤパネル１８２で予め入力された画像信号によって処理して前記３色の光の各画像を形成する。このようにして形成されたＲ、Ｇ、Ｂの各画像は前記ダイクロイックプリズム１９０を通して１つの画像に合成され、投射レンズ系２００で結像され、スクリーンに拡大投射される。
【０００７】
前記従来のプロジェクションディスプレイ装置で用いられる光源１００としては、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰランプ等が挙げられる。このようなランプは、５００℃程度の高熱を発生させるので、熱の影響を排除すべく冷却ファンを別途備える必要があり、この冷却ファンが騷音発生の主な原因となっていた。また、前記冷却ファンから排出される熱風に使用者が曝されるという問題もあった。一方、使用者に対して許容量以上の赤外線及び紫外線が放射されることも懸念されるため、これを防止する方策として紫外線及び赤外線用フィルタの光学素子を更に備えることも必要とされる。このことは、装置全体の規模の拡大、及び製造コストの増加を招来する。
【０００８】
また、前記ランプが放射する光のスペクトルは比較的広帯域にわたって分布しているので、色調の帯域が狭くなって色調の選択性が制限され、ひいては特定の色の純度が低下することになる。更に、前記ランプの平均寿命は比較的短いため、前記ランプの所期性能を安定して発揮させるには限界があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するために、本発明の目的は、騷音、高熱、及び有害な紫外線及び赤外線の発生を抑えるとともに、光源の寿命の延長化を図って所望とする高出力の光量を確保するるとともに、コンパクト化した照射システム及びこれを備えたプロジェクションディスプレイ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、アレイ構造で構成される。
【００１１】
（２）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成される。
【００１２】
（３）本発明は、前記照射システムにおいて、フレネルレンズとミラーとが、互いに所定間隔で離隔されて配置され、所定間隔が可変であることが望ましい。
【００１３】
（４）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、アレイ構造で構成される。
【００１４】
（５）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成される。
【００１５】
（６）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束かつ反射させるように、背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、アレイ構造で構成される。
【００１６】
（７）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束かつ反射させるように、背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成される。
【００１７】
（８）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、アレイ構造で構成され、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、を備えて構成される。
【００１８】
（９）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成され、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、を備えて構成される。
【００１９】
（１０）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、アレイ構造で構成され、前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される。
【００２０】
（１１）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成され、前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される。
【００２１】
（１２）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、アレイ構造で構成され、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、を備えて構成される。
【００２２】
（１３）また、前記目的を達成するための本発明の照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードであり、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造で構成され、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、を備えて構成される。
【００２３】
（１４）本発明は、前記照射システムにおいて、前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面であり、背面に反射コーティング層が設けられていることが望ましい。
【００２４】
（１５）本発明は、前記照射システムにおいて、前記光路変換ユニットは、ホログラム光学素子で構成されることが望ましい。
【００２５】
（１６）本発明は、前記照射システムにおいて、前記光路変換ユニットは、凹面鏡であることが望ましい。
【００２６】
（１７）本発明は、前記照射システムにおいて、前記２次集束レンズによって集束された光を導く光ファイバを更に備えて構成されることが望ましい。
【００２７】
（１８）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、アレイ構造を有して構成される。
【００２８】
（１９）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイを透過して入射した平行光を集束させるフレネルレンズと、前記フレネルレンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有して構成される。
【００２９】
（２０）本発明は、前記プロジェクションディスプレイ装置において、前記フレネルレンズと前記ミラーとが、互いに所定間隔で離隔されて配置されることが望ましい。
【００３０】
（２１）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、アレイ構造を有して構成される。
【００３１】
（２２）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面よりなる１次集束レンズと、前記１次集束レンズを透過した光の進行方向を前記２次集束レンズ側に変えるミラーと、を備え、前記１次集束レンズと前記ミラーとは互いに所定間隔で離隔されて配置され、前記所定間隔は可変であり、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有して構成される。
【００３２】
（２３）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を、集束かつ反射させるように背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、アレイ構造を有して構成される。
【００３３】
（２４）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光路変換ユニットは、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を、集束かつ反射させるように背面に反射コーティング層が設けられたフレネルレンズで構成され、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有して構成される。
【００３４】
（２５）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、アレイ構造を有し、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、を備えて構成される。
【００３５】
（２６）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有し、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面を補正する第１円筒凸レンズと、光の子午面を補正する第２円筒凸レンズと、を備えて構成される。
【００３６】
（２７）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、アレイ構造を有し、前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される。
【００３７】
（２８）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有し、前記コリメーティングレンズアレイは、フライアイ非球面レンズ系で構成される。
【００３８】
（２９）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、アレイ構造を有し、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、を備えて構成される。
【００３９】
（３０）また、前記目的を達成するための本発明のプロジェクションディスプレイ装置は、照射システムから出射された光を、画像信号に基づいてディスプレイ素子によってカラー画像に生成してスクリーンに拡大投射させるプロジェクションディスプレイ装置であって、前記照射システムは、光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイと、前記コリメーティングレンズアレイから出射された平行光を前記光源側に反射させて第１の部位に集束させる光路変換ユニットと、前記光源側に配置され、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズと、を備え、前記光源は、発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成され、前記光源は、相異なる波長の光を照射する発光源が順次繰り返されて配置されたアレイ構造を有し、前記コリメーティングレンズアレイは、光の球欠面または子午面を補正する円筒凸レンズと、前記円筒凸レンズを透過した光を再補正する球面凸レンズと、を備えて構成される。
【００４０】
（３１）本発明は、前記プロジェクションディスプレイ装置において、前記光路変換ユニットは、少なくとも一面が凸面であり、背面に反射コーティング層が設けられていることが望ましい。
【００４１】
（３２）本発明は、前記プロジェクションディスプレイ装置において、前記光路変換ユニットは、ホログラム光学素子で構成されることが望ましい。
【００４２】
（３３）本発明は、前記プロジェクションディスプレイ装置において、前記光路変換ユニットは、凹面鏡で構成されることが望ましい。
【００４３】
（３４）本発明は、前記プロジェクションディスプレイ装置において、前記２次集束レンズによって集束された光を導く光ファイバを更に備えることが望ましい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の照射システム及びこれを備えたプロジェクションディスプレイ装置の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００４６】
図２は、本発明に係る望ましい第１実施形態のプロジェクションディスプレイ装置の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本発明によるプロジェクションディスプレイ装置は、相異なる波長の光を出射する第１〜第３照射システム（１０Ｒ、１０Ｂ、１０Ｇ）と、第１〜第３照射システム（１０Ｒ、１０Ｂ、１０Ｇ）から出射された光を所定の画像信号に基づいて処理してカラー画像を生成する第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）と、前記第１〜第３照射システム（１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ）及び第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）の間に配置された第１〜第３光ファイバ（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）と、第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）で生成されたカラー画像を合成する光学的合成ユニット５５と、光学的合成ユニット５５により合成されたカラー画像をスクリーン（図示せず）に拡大投射させる投射レンズ系６２とを含んで構成されている。
【００４７】
そして、前記本発明に係るプロジェクションディスプレイ装置は、第１〜第３光ファイバ（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）から出射された光を平行光にして各々に対応する第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）側に入射させるべく第１〜第３コリメーティングレンズ系（３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ）を更に備える構成となっている。参照符号６１は、光学的合成ユニット５５で合成された画像を前記投射レンズ系６２に集束させるための第４集束レンズを示す。
【００４８】
光学的合成ユニット５５は、例えば、ダイクロイックプリズムで構成することができる。前記ダイクロイックプリズムは、入射光をその波長によって選択的に反射または透過させることによって、相異なる方向から入射されたＲ、Ｇ、Ｂのカラー画像を一方向に向かわせて合成させるものである。
【００４９】
第１〜第３照射システム（１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ）は、各々同じ構成要素で構成されている。例えば、第１照射システム１０Ｒは赤色光を、第２照射システム１０Ｇは緑色光を、第３照射システム１０Ｂは青色光を出射するように設計することが可能である。本発明では、照射システム（１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ）に用いられる光源として、レーザダイオードまたは発光ダイオード等の小型の発光素子を使用することが望ましい。ここでは、第１照射システム１０Ｒのみについて説明することとし、第２〜第３照射システム（１０Ｇ、１０Ｂ）に関する詳細な説明は省略する。
【００５０】
図３及び図４は、前記本発明に係る望ましい第１実施形態の第１照射システムの構成を模式的に示す図である。すなわち、図３は、前記第１照射システムの構成を模式的に示す断面図であり、図４はそれを光源側から見た図面である。
【００５１】
図３及び図４に示すように、第１照射システム１０Ｒは、光を照射する光源１１と、光源１１から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイ１２と、コリメーティングレンズアレイ１２による平行光を第１の部位に集束させるフレネルレンズ１３と光の進行方向を前記光源１１側に変換する反射ミラー１４とを備えた光路変換ユニットと、この光路変換ユニットによって反射され、集束された光を光ファイバ２０Ｒに集束させる２次集束レンズ１５とを含んで構成されている。
【００５２】
光源１１は、図４に示すように、例えば、多数の発光ダイオードまたはレーザダイオードをアレイ構造として高出力を具現するように構成することが望ましい。そして、前記フレネルレンズ１３と反射ミラー１４とは、所定間隔ｔで離隔されて配置され、前記所定間隔ｔが可変であることが望ましい。この間隔ｔを適宜調整することにより、２次集束レンズ１５の焦点距離を調節することが可能である。本発明では、このようにして２次集束レンズ１５を透過した光の光量を光ファイバ２０Ｒに最大限に集束させることができる。また、フレネルレンズ１３は比較的安価であるので、低コストで所望の大小各種のサイズに製作することができるという利点がある。
【００５３】
従って、２次集束レンズ１５に入射した光が光ファイバ２０Ｒに集束され、光ファイバ２０Ｒに入射された光は、光ファイバ２０Ｒの反対側の出力端から高出力となるように集束された円形の光束として出射される。特に、光源として楕円形の光束を出射するレーザダイオードを用いる場合には、これを球形ビームに変換する必要がある。本発明にあっては、レーザダイオードから出射された光束を光ファイバ２０Ｒに通すため、高出力の円形の光束で出射させることができる。
【００５４】
前記本発明に係る１実施形態では、図３に示すように、フレネルレンズ１３及び反射ミラー１４を離隔して配置したものであるが、本発明では、反射ミラー１４に代えてフレネルレンズ１３の背面に反射コーティング層を設けることにより、フレネルレンズ１３を透過した光を２次集束レンズ１５側に反射させるように構成することができる。
【００５５】
本発明は、光源１１から出射された光を、例えば、フレネルレンズ１３及び反射ミラー１４から構成される光路変換ユニットによって光源１１側に配置された２次集束レンズ１５に向けて反射させる構成が１つの大きな特徴となっている。すなわち、図３に示すように、光源１１から出射され前記光路変換ユニットに到達する光の経路Ｌ１と、前記光路変換ユニットによって反射され、集束されて２次集束レンズ１５に到達する光の経路Ｌ２とを同じ空間内に確保することができるため、前記照射システム１０Ｒの占有体積をより小さくすることができる。
【００５６】
一方、２次集束レンズ１５及び光ファイバ２０Ｒを光源１１側に配置せずに、これらをフレネルレンズ１３に対して互い反対側に配置した構成を有する従来の照射システムにおいては、フレネルレンズ１３を透過した光がそのまま戻ることなく前方に進行し続けなければならない。このため、このような従来の照射システムは、本発明に係る照射システムの構造と比べて大きな空間を占有せざるを得ない。
【００５７】
図５Ａは、本発明に係る望ましい第２実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図であり、図５Ｂは本発明に係る望ましい第２実施形態の照射システムに備えられるホログラム光学素子の製作方法を説明するための図である。
【００５８】
図５Ａに示すように、第１照射システム１０Ｒは所定波長の光、例えば、赤色光を出射する光源１１と、光源１１から出射された光を平行光にするコリメーティングレンズアレイ１２と、この平行光を光源１１側に反射させて第１の部位に集束させるホログラム光学素子１６と、ホログラム光学素子１６により集束された光を第１光ファイバ２０Ｒに集束させるための２次集束レンズ１５とを含んで構成されている。ホログラム光学素子１６は、フレネルレンズ１３及び反射ミラー１４の機能をともに具現する光学素子である。このホログラム光学素子１６は薄くて、製作コストが安価であるという長所がある。
【００５９】
ここで、図５Ｂに示すホログラム光学素子１６の製作方法について説明する。図５Ｂに示すように、平面波の参照光Ｒを、ホログラムを記録しようとする記録媒質１８の一側に入射させ、物体光Ｍを他側に入射させる。物体光Ｍは、光ファイバ２０Ｒ及び２次集束レンズ１５を透過して記録媒質１８に入射し、ホログラムを精密に記録する。その後、記録媒質１８を化学現像処理することによりこのホログラム光学素子が製作される。
【００６０】
図６は、本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。図６で、照射システム１０Ｒは、前記光路変換ユニットとして、ホログラム光学素子１６の代りに凹面鏡１７を備えている。光源１１からの入射光が凹面鏡１７により反射され、光源１１側の２次集束レンズ１５に向かって進行して第１光ファイバ２０Ｒ上に集束するようになっている。
【００６１】
図７及び図８はそれぞれ、本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。図７及び図８に示すように、この照射システムは、光路変換ユニットが少なくとも一面が凸面で構成される１次集束レンズ２７及び３５と、１次集束レンズ２７及び３５の背面に設けられた反射コーティング面２９及び３７とを備えて構成されている。１次集束レンズ２７及び１次集束レンズ３５の背面に反射コーティング層を設けることにより、入射光を光源１１側に反射させて集束させることができる。
【００６２】
図９は、本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。図９に示すように、この照射システムは、光路変換ユニット１０Ｒは、一面が凸面である１次集束レンズ３５’と、１次集束レンズ３５’から所定間隔ｔ’で離隔されて配置された反射ミラー３８とを備えて構成されている。ここで、１次集束レンズ３５’と反射ミラー３８との間隔ｔ’を適宜調整することにより２次集束レンズ１５の焦点距離を調節することが望ましい。
【００６３】
図１０は、本発明に係る望ましい他実施形態の照射システムで用いられるコリメーティングレンズ１２の構成を模式的に示す平面図である。図１０に示すように、コリメーティングレンズアレイ１２は、例えば、光束の球欠面を補正する第１円筒凸レンズ１２ａ及び光束の子午面を補正する第２円筒凸レンズ１２ｂを備えて構成されている。そして、このコリメーティングレンズアレイ１２は、光束の球欠面または子午面を補正するために、フライアイ非球面レンズ系または円筒凸レンズで構成されてもよい。また、記コリメーティングレンズアレイ１２は、前記円筒凸レンズを透過した光束を再補正するために、球面凸レンズで構成してもよい。このようなコリメーティングレンズアレイ１２は、特に、レーザダイオードから出射された楕円形の光束を補正して平行光にするのに適している。
【００６４】
また、光損失は、２次集束レンズ１５を、光源１１が備えられた側の光ファイバ２０Ｒの前方に配置することにより最小化することができる。すなわち、光量は、光源１１の数が多くなるにつれて増加するが、光路変換ユニットの占有体積は光源１１の個数に比例して大きくなり、光路変換ユニットの占有体積が大きいほど光束の断面積が大きくなる。従って、前記光源１１の数が多くなるほど光路変換ユニットによって反射され、集束された光が光ファイバ２０Ｒで受容可能な角度範囲を外れて通る可能性が高くなる。このような問題を解消して光量の増加を図るとともに光損失を最小化するためには、光ファイバ２０Ｒの前方に２次集束レンズ１５を配置することが望ましい。
【００６５】
以上、赤色光を出射する本発明に係る第１照射システム１０Ｒについてのみ説明したが、緑色光を出射する本発明に係る第２照射システム１０Ｇ及び青色光を出射する本発明に係る第３照射システム１０Ｂについても同様に説明される。すなわち、第１〜第３照射システム（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）から出射された光束は、各々に対応する第１〜第３光ファイバ（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）に導かれて、第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）に各々入射される。光束が第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）に入射する前に、第１〜第３コリメーティングレンズ系（３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ）を透過することで、集束されて平行光に形成される。
【００６６】
第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）はそれぞれ、画像信号に応じてマイクロミラーのオンまたはオフのスイッチング動作によりカラー画像を生成するムービングミラー素子（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、もしくは、入射光を偏光変調させることによってカラー画像を生成する液晶表示素子またはシリコン上に形成された液晶表示素子（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）で構成することができる。このような第１〜第３ディスプレイ素子（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）によって生成されたカラー画像は、投射レンズ系６２を通して拡大されてスクリーンに投射される。
【００６７】
前記本発明に係る１実施態様の照射システムでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光束を出射させる光源がそれぞれ独立した構造で配置され、そして、相異なる光路を経た３色の光束が光学的合成ユニットで合成されて、カラー画像を形成するものである。しかし、この他に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光束を出射する各光源を１つのアレイ構造で配置した、単一の照射システムとして構成してもよい。すなわち、本発明では、Ｒ、Ｇ、Ｂ光源を順次繰り返すパターンとして配置させる、あるいはＲ、Ｇ、Ｂの各光源を各々複数ずつ配置させたものを一単位として順次配置させた構造を有する光源としてもよい。このような場合、シングルチップの液晶表示素子を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光束を出射する光源を、順次にオンまたはオフさせる制御を行えるように構成することによって、所望のカラー画像が生成されるようにすることができる。
【００６８】
図１１は、本発明に係る望ましい他実施形態のプロジェクションディスプレイ装置の構成を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、この照射システム及びプロジェクションディスプレイ装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束を出射する小型発光源がアレイ構造で配置された光源７０と、光源７０から出射された所定波長の光を光源７０側に反射させるための光路変換ユニット７５と、光源７０側に配置されて光路変換ユニット７５によって反射され、集束されて入射した光を所定位置に集束させる２次集束レンズ７６とを備えて構成されている。
ここで、光源７０は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光束をそれぞれ出射する発光源（７０Ｒ、７０Ｇ及び７０Ｂ）が順次繰り返されて配置されたアレイ構造として構成されており、この発光源が適宜オンまたはオフされるように制御されながら発光する。
【００６９】
前記２次集束レンズ７６を通して集束された光は、光ファイバ７８を経由してディスプレイ素子８２に入射され、ディスプレイ素子８２で生成された画像が投射レンズユニット８５に結像され、スクリーン（図示せず）に投射される。参照符号８０と８４とは、各々、コリメーティングレンズと集束レンズとを示す。
【００７０】
一方、ディスプレイ素子８２は透過型及び反射型のいずれであっても構わないが、ここでは反射型ディスプレイ素子を使用した場合について例示してある。ディスプレイ素子８２はデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、反射型ＬＣＯＳまたは透過型ＬＣＤのようなイメージ生成素子である。ディスプレイ素子８２が透過型ＬＣＤである場合、光路は、ディスプレイ素子８２を通過した後、投射レンズ（図示せず）に直進する。従ってこの場合の前記光源は、ＬＣＤの画素でのオンまたはオフの信号のデータにより変調される。本発明ではこのようにして、光源を、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光束を出射する発光源のアレイ構造で構成することで、照射システムの構造を単純化し、ひいてはその占有体積をより小さくすることができる。
【００７１】
また、前記光路変換ユニット７５は、前記フレネルレンズ１３と反射ミラー１４（図３参照）、ホログラム光学素子１６（図５Ａ参照）、凹面鏡１７（図６参照）、１次集束レンズ２７と反射コーティング２９（図７参照）、１次集束レンズ３５と反射コーティング３７（図８参照）、及び１次集束レンズ３５’と反射ミラー３８（図９参照）から構成される群の中から選択されたいずれか１種で構成することができる。これについては前記した通りなので詳細な説明は省略する。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明した通りに構成される本発明によれば以下の効果を奏する。すなわち、本発明は、発光ダイオードまたはレーザダイオードのような発光源を用いることにより、従来のように、ランプ光源を使用する再に発生する騷音及び高熱の問題を解消することができるとともに、発光源の寿命を大きく延長させることが可能な照射システム及びこれを備えたプロジェクションディスプレイ装置を提供することができる。
【００７２】
また、本発明によれば、紫外線や赤外線などの有害光が放出されず、かつフレネルレンズやホログラム素子を利用して、照射システムの占有体積を小さくし、かつ製造コストを低減できるという効果を有する照射システム及びこれを備えたプロジェクションディスプレイ装置を提供することができる。
【００７３】
特に、本発明に係る照射システム及びプロジェクションディスプレイ装置は、光源から出射された光を光路変換ユニットにより再び光源側に反射させて集束させるので、占有体積がより小さくなってコンパクト化が図られるという効果を備えている。
【００７４】
また、本発明に係る照射システム及びプロジェクションディスプレイ装置は、光ファイバ及びコリメーティングレンズアレイを用いて光損失を減らすことができるという効果も備えている。更に、本発明は、レーザダイオードのような出射光が楕円光である光源を用いた場合であっても、光ファイバを用いて高出力の円形光束に変換できるという効果も備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の１例のプロジェクションディスプレイ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る望ましい第１実施形態のプロジェクションディスプレイ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る望ましい第１実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る望ましい第１実施形態の照射システムを光源側から見た図面である。
【図５Ａ】本発明に係る望ましい第２実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明に係る望ましい第２実施形態の照射システムに備えられるホログラム光学素子の製作方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明に係る望ましい第３実施形態の照射システムの構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明に係る望ましい他実施形態の照射システムで用いられるコリメーティングレンズの構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明に係る望ましい他実施形態のプロジェクションディスプレイ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１１  光源
１２  コリメーティングレンズアレイ
１３  フレネルレンズ
１４  反射ミラー
１５  ２次集束レンズ
１０Ｒ  第１照射システム
２０Ｒ  光ファイバ
【図１】
0004115851.tif 000002
【図２】
0004115851.tif 000003
【図３】
0004115851.tif 000004
【図４】
0004115851.tif 000005
【図５Ａ】
0004115851.tif 000006
【図５Ｂ】
0004115851.tif 000007
【図６】
0004115851.tif 000008
【図７】
0004115851.tif 000009
【図８】
0004115851.tif 000010
【図９】
0004115851.tif 000011
【図１０】
0004115851.tif 000012
【図１１】
0004115851.tif 000013