(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含み、
前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含み、
前記少なくとも一つ以上の発光素子がアレイ構造よりなり、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子は、
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームの進行方向を変える第１ホログラム光素子と、
前記第１ホログラム光素子により進行方向が変えられて入射したビームを回折させる第２ホログラム光素子とを備え、入射光が前記第１光路変換器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であり、
前記第１ホログラム光素子は、
入射光が前記第２ホログラム光素子を向かって所定角度斜め平行に入射するように設計されたことを特徴とする照明系。
【請求項２】
前記第１光路変換器は、反射ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の照明系。
【請求項３】
前記第１光路変換器を通ったビームを選択的に透過または反射させることにより光の進路を変える第２光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の照明系。
【請求項４】
相異なる波長のビームを照射する複数の照明ユニットが水平方向に一列に配されることを特徴とする請求項３に記載の照明系。
【請求項５】
前記第２光路変換器は、
前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射または透過させるダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の照明系。
【請求項６】
前記第２光路変換器は、
前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の照明系。
【請求項７】
前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、
所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円偏光を反射させる第２鏡面とを有することを特徴とする請求項６に記載の照明系。
【請求項８】
相異なる波長の光ビームを照射する複数の照明ユニットが所定角度だけ離隔されて配されることを特徴とする請求項３に記載の照明系。
【請求項９】
前記第２光路変換器は、
ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の照明系。
【請求項１０】
所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含み、
前記照明ユニットは、複層構造に配されることを特徴とする照明系。
【請求項１１】
前記少なくとも一つ以上の発光素子がアレイ構造よりなることを特徴とする請求項１０に記載の照明系。
【請求項１２】
前記照明ユニットは、複層構造に配されることを特徴とする請求項４または８に記載の照明系。
【請求項１３】
相異なる波長の光ビームを照射する複数の発光素子または発光素子アレイと、
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを集束する第３ホログラム光素子と、
前記第３ホログラム光素子を通って入射したビームをその断面積が減少された平行光に変える第４ホログラム光素子と、
前記第４ホログラム光素子により平行に入射したビームを回折させる第５ホログラム光素子と、
前記第５ホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含み、
前記第４ホログラム光素子によりビームの断面積は第１次減少され、前記第５ホログラム光素子で回折された光は前記第１光路変換器で反射されビームの断面積は第２次減少されることを特徴とする照明系。
【請求項１４】
前記発光素子または発光素子アレイはＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の照明系。
【請求項１５】
前記第１光路変換器は、反射ミラーであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明系。
【請求項１６】
前記第１光路変換器を通ったビームを選択的に透過または反射させることにより光進路を変える第２光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明系。
【請求項１７】
相異なる波長のビームを照射する複数の発光素子または発光素子アレイが水平方向に一列に配されることを特徴とする請求項１６に記載の照明系。
【請求項１８】
前記第２光路変換器は、
前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射または透過させるダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項１７に記載の照明系。
【請求項１９】
前記第２光路変換器は、
前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項１７に記載の照明系。
【請求項２０】
前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、
所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円偏光を反射させる第２鏡面とを有することを特徴とする請求項１９に記載の照明系。
【請求項２１】
相異なる波長の光ビームを照射する複数の発光素子または発光素子アレイが所定角度だけ離隔されて配されることを特徴とする請求項１６に記載の照明系。
【請求項２２】
前記第２光路変換器は、
ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項２１に記載の照明系。
【請求項２３】
前記発光素子または発光素子アレイ、第１ないし第３ホログラム光素子及び第１光路変換器を１セットとする構成が複数層構造になるように対称的に位置されて十分な光量が確保可能であることを特徴とする請求項１３、１４、１７および２１のいずれか一項に記載の照明系。
【請求項２４】
前記複層構造は、対称構造よりなることを特徴とする請求項２３に記載の照明系。
【請求項２５】
前記第５ホログラム光素子は、隣り合う第５ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記隣り合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨げないことを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明系。
【請求項２６】
前記発光素子または発光素子アレイから照射された光を平行光に変えるための平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする請求項１３、１４、１７および２１のいずれか一項に記載の照明系。
【請求項２７】
前記平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする請求項２６に記載の照明系。
【請求項２８】
所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器と、
前記第１光路変換器から入射する光を入力映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレイ素子と、
前記ディスプレイ素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射する投射レンズユニットとを含み、
前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含み、
前記少なくとも一つ以上の発光素子は、アレイ構造よりなり、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子は、
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームの進行方向を変える第１ホログラム光素子と、
前記第１ホログラム光素子により進行方向が変えられて入射したビームを回折させる第２ホログラム光素子とを備え、入射光が前記第１光路変換器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であり、
前記第１ホログラム光素子は、
入射光が前記第２ホログラム光素子に向かって所定角度斜め平行に入射するように設計されたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２９】
相異なる波長の光ビームを照射する複数の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器と、
前記第１光路変換器から入射する光を入力映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレイ素子と、
前記ディスプレイ素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射する投射レンズユニットとを含み、
前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含み、
前記複数の発光素子は、アレイ構造よりなり、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子は、
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを集束する第３ホログラム光素子と、
前記第３ホログラム光素子を通って入射したビームをその断面積が減少された平行光に変える第４ホログラム光素子と、
前記第４ホログラム光素子により平行に入射したビームを回折させる第５ホログラム光素子とを備え、
前記第４ホログラム光素子によりビームの断面積は第１次減少され、前記第５ホログラム光素子で回折された光は前記第１光路変換器で反射されビームの断面積は第２次減少されることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３０】
前記第５ホログラム光素子は、隣り合う第３ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記隣り合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨げないことを特徴とする請求項２９に記載のプロジェクタ。
【請求項３１】
前記第１光路変換器は、反射ミラーであることを特徴とする請求項２８または２９に記載のプロジェクタ。
【請求項３２】
前記第１光路変換器を通ったビームを選択的に透過または反射させることにより光路を変える第２光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項２８または２９に記載のプロジェクタ。
【請求項３３】
相異なる波長のビームを照射する複数の照明ユニットが水平方向に一列に配されることを特徴とする請求項３２に記載のプロジェクタ。
【請求項３４】
前記第２光路変換器は、
前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射または透過させるダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項３３に記載のプロジェクタ。
【請求項３５】
前記第２光路変換器は、
前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項３３に記載のプロジェクタ。
【請求項３６】
前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、
所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円偏光を反射させる第２鏡面とを有することを特徴とする請求項３５に記載のプロジェクタ。
【請求項３７】
相異なる波長の光ビームを照射する複数の照明ユニットが所定角度だけ離隔されて配されることを特徴とする請求項３２に記載のプロジェクタ。
【請求項３８】
前記第２光路変換器は、
ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項３７に記載のプロジェクタ。
【請求項３９】
所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器と、
前記第１光路変換器から入射する光を入力映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレイ素子と、
前記ディスプレイ素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射する投射レンズユニットとを含み、
前記照明ユニットは、複層構造に配されることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４０】
前記少なくとも一つ以上の発光素子は、アレイ構造よりなることを特徴とする請求項３９に記載のプロジェクタ。
【請求項４１】
前記発光素子または発光素子アレイから照射された光を平行光に変える平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする請求項３３または３７に記載のプロジェクタ。
【請求項４２】
前記平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする請求項４１に記載のプロジェクタ。
【請求項４３】
所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上の回折光学素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上の回折光学素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含み、
前記少なくとも一つ以上の発光素子がアレイ構造よりなり、
前記少なくとも一つ以上の回折光学素子は、
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームの進行方向を変える第１回折光学素子と、
前記第１回折光学素子により進行方向が変えられて入射したビームを回折させる第２回折光学素子とを備え、入射光が前記第１光路変換器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であることを特徴とする照明系。
【請求項４４】
前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項４３に記載の照明系。
【請求項４５】
所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上の回折光学素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上の回折光学素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含み、
前記少なくとも一つ以上の発光素子がアレイ構造よりなり、
前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含み、
前記少なくとも一つ以上の回折光学素子は、
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを集束する第３回折光学素子と、
前記第３回折光学素子を通って入射したビームをその断面積が減少された平行光に変える第４回折光学素子と、
前記第４回折光学素子により平行に入射したビームを回折させる第５回折光学素子とを備えることを特徴とする照明系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明系及びこれを採用したプロジェクタに係り、特に、カラーホイール無しにカラー画像が具現可能な照明系及びこれを採用したプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１を参照すれば、従来のプロジェクタは、光源１００と、この光源１００から出射されたビームを集束する第１リレイレンズ１０２と、入射光をＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームに分離するカラーホイール１０５と、前記カラーホイール１０５を通ったビームを均一に分布させるフライアイレンズ１０７と、前記フライアイレンズ１０７を通ったビームを集束する第２リレイレンズ１１０と、前記カラーホイール１０５を介して順次に入射するＲ，Ｇ，Ｂの３色光によりカラー画像を形成するディスプレイ素子１１２及び前記ディスプレイ素子１１２により形成された画像を拡大投射してスクリーン１１８に向わせる投射レンズ系１１５を含んでなる。
【０００３】
前記光源１００としては、キセノンランプ、金属−ハロゲンランプ、ＵＨＰランプなどが使われるが、この種のランプは余計な赤外線及び紫外線を大いに放出する。この理由から多くの熱が生じ、これを冷やすための冷却ファンが使われるが、この冷却ファンは騷音発生の原因となる。また、ランプ光源のスペクトル分布を調べてみれば、全波長に亘って広く分布されていて狭いカラーガマットを有するため、カラー選択の幅が減り、色純度が不良であるのみならず、寿命が短い。その結果、ランプの安定的な使用が限られるという問題点がある。
【０００４】
一方、従来のプロジェクタにおいては、カラー画像を具現するために、前記カラーホイール１０５を駆動モータ（図示せず）により高速回転させて赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を順次に前記ディスプレイ素子１１２に照明する方式を採用していた。前記カラーホイール１０５は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色フィルタがホイール全体に亘って等分配置され、前記ディスプレイ素子１１２の応答速度に応じて前記カラーホイール１０５の回転時に１カラーずつ順次に使用するため、２／３の光損失が生じる。また、望ましいカラー具現のために、前記カラーホイール１０５の各カラーの間に所定間隔のギャップが形成されており、このギャップでも光損失が生じる。
【０００５】
のみならず、前記カラーホイール１０５は高速回転するために騷音が生じ、機械的な運動により安定性に不利であるだけではなく、駆動モータの機械的な限界のために一定速度以上の速度が得られ難く、その結果、カラーブレーキアップ現象が招かれる。さらに、カラーホイールそのものが極めて高価であるため、製造コストが上がる原因となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、所定波長の光を照射する発光素子を利用して色純度及びカラーガマットが向上可能であり、且つ、カラーホイール無しにカラー画像が具現可能な照明系及びこれを採用したプロジェクタを提供するところにある。
【０００７】
さらに、少なくとも一つ以上のホログラム光素子または回折光学素子を備え、ビームの断面積を最小化させることにより光損失及び体積を減らした照明系及びこれを採用したプロジェクタを提供するところにも目的がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニットと、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記少なくとも一つ以上の発光素子はアレイ構造よりなることが望ましい。
【００１０】
前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むことが望ましい。
【００１１】
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子は、前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームの進行方向を変える第１ホログラム光素子と、前記第１ホログラム光素子により進行方向が変えられて入射したビームの回折角度が減少可能に設計された第２ホログラム光素子とを備え、入射光が前記第１光路変換器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であることが望ましい。
【００１２】
前記第１ホログラム光素子は、入射光が前記第２ホログラム光素子を向かって所定角度斜め平行に入射するように設計されたことが望ましい。
【００１３】
前記第１光路変換器は、反射ミラーであることが望ましい。
【００１４】
前記第１光路変換器を通ったビームを選択的に透過または反射させることにより光進路を変える第２光路変換器をさらに備えることが望ましい。
【００１５】
相異なる波長のビームを照射する複数の照明ユニットが水平方向に一列に配されることが望ましい。
【００１６】
前記第２光路変換器は、前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射または透過させるダイクロイックフィルタであることが望ましい。
【００１７】
前記第２光路変換器は、前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることが望ましい。
【００１８】
前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円偏光を反射させる第２鏡面とを有することが望ましい。
【００１９】
相異なる波長の光ビームを照射する複数の照明ユニットが所定角度だけ離隔されて配されることが望ましい。
【００２０】
前記第２光路変換器は、ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであることが望ましい。
【００２１】
前記照明ユニットは、複層構造に配されることが望ましい。
【００２２】
前記発光素子または発光素子アレイから照射された光を平行光に変える平行光形成手段がさらに備えられることが望ましい。
【００２３】
前記平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることが望ましい。
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子または発光素子アレイと、前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを集束する第３ホログラム光素子と、前記第３ホログラム光素子を通って入射したビームをその断面積が減少された平行光に変える第４ホログラム光素子と、前記第４ホログラム光素子により平行に入射したビームの回折角度が減少可能に設計された第５ホログラム光素子と、前記第５ホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含むことを特徴とする。
【００２５】
前記第５ホログラム光素子は、隣り合う第３ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記隣り合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨げないことが望ましい。
【００２６】
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上の回折光学素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、前記少なくとも一つ以上の回折光学素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含むことを特徴とする。
【００２７】
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系を採用したプロジェクタは、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積が縮小可能な少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニットと、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光を入力映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレイ素子と、前記ディスプレイ素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射する投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図２及び図５を参照すれば、本発明の一実施形態による照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、前記少なくとも一つ以上の発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃから照射されたビームの断面積が縮小可能に設計された少なくとも一つ以上のホログラム光素子とを備えた照明ユニット１１１、及び前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を通って入射する光の進路を変換する第１光路変換器２０を含む。
【００２９】
前記発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使用可能である。また、前記の如き発光素子が２次元的に配列されたアレイであっても良い。前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは相異なる波長のビームを照射するように構成することができる。例えば、Ｒ波長のビームを照射する第１発光素子１０ａ、Ｇ波長のビームを照射する第２発光素子１０ｂ及びＢ波長のビームを照射する第３発光素子１０ｃを含むことができる。
【００３０】
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子は、前記第１、第２及び第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射された各々のビームを斜め平行に進める第１ホログラム光素子１５と、前記第１ホログラム光素子１５を通って入射したビームの回折角度を小さくして回折させる第２ホログラム光素子１８とを含むことができる。一般的に、ホログラム光素子は、大きい回折角をもったホログラム光素子が相対的に小さい回折角をもったホログラム光素子の方より製作し難いため、回折効率が落ちる。このような点を考慮し、前記第１ホログラム光素子１５によりビームの方向を斜めにして前記第２ホログラム光素子１８に入射させることにより、前記第２ホログラム光素子１８による回折ビーム回折角を減らす。
【００３１】
前記第２ホログラム光素子１５により回折されたビームは前記第１光路変換器、例えば反射ミラー２０により反射されて光の進路が変わる。ここで、前記第２ホログラム光素子１８により回折されたビームの回折角度が大きいほど前記反射ミラー２０により反射されるビームの断面積が小さくなる。これに対し、前述の通り、回折角が大きいほどホログラム光素子が製作し難く、且つ、回折効率が落ちる逆効果もあるため、これを補完するために、前記第１ホログラム光素子１５を利用して前記第２ホログラム光素子１８に入射するビームを適当に斜めにする。ここでは、２つの第１及び第２ホログラム光素子１５１８を備えたが、これに限定されることなく、２つ以上のホログラム光素子を適切に配することにより断面積縮小の効果を高めても良い。
【００３２】
一方、前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから照射される光ビームを平行光に変えるコリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイなどの平行光形成手段１３がさらに備えられても良い。また、前記第１光路変換器２０により光路が変えられたビームを２次的に光路変換して所望の経路に進める第２光路変換器３０がさらに備えられても良い。
【００３３】
前記の如き構成された照明ユニット１，１１は、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ波長別に各々少なくとも一つ以上ずつ備えられる。すなわち、十分の光量を確保するために、Ｒ，Ｇ，Ｂ波長のビームを照射する各々の照明ユニット１，１１を複数備えても良い。図２に示されたように、複数の照明ユニット１，１１を水平方向に平行に配するか、図３に示されたように、複数の照明ユニット１，１’，１１，１１’を上下方向に複層構造に配する。前記複層構造の照明ユニット１，１’，１０，１０’は対向配置可能である。かかる水平構造または複層構造は各波長に対応する照明ユニット別に同一に構成可能である。一方、図３において、図２と同じ参照番号を使用する構成要素は前述のものと同一の機能を行うので、ここでは詳細な説明を省略する。未説明符号３０’は第２光路変換器であり、前記複層構造の場合、上層の照明ユニット１，１１及び下層の照明ユニット１’，１１’から出射された光に共用可能に配される。
【００３４】
本発明の他の実施形態を示す図４を参照すれば、照明ユニット２１，３１は、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子が前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから照射された光を集束する第３ホログラム光素子２３と、前記第３ホログラム光素子２３から出射された光を平行光に変える第４ホログラム光素子２５と、前記第４ホログラム光素子２５から出射された光をその断面積が縮小可能に回折する第５ホログラム光素子２８とを含んでなる。ここで、前記実施形態と比較して、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子の構成のみ異なるだけであり、他の構成には実質的な違いがなく、図２でのものと同一の機能を行う構成要素には同じ参照番号を使用する。
【００３５】
前記第３ホログラム光素子２３により集束された光が前記第４ホログラム光素子２５を介して平行光として出射される時のビーム断面積が前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射される時のビーム断面積に比べて縮小されていることが分かる。このように、１次的に縮小されたビームが前記第５ホログラム光素子２８により回折された後、第１光路変換器２０’から反射される時にビームの断面積が一層縮小されて進む。
【００３６】
前記発光素子または発光素子アレイ、第３ないし第５ホログラム光素子２３，２５，２８を備えてなる照明ユニット２１，３１が水平方向に複数さらに配されても良い。例えば、図４に示されたように、第５及び第６照明ユニット２１，３１が水平方向に平行に配される時、前記第５ホログラム光素子２８は隣り合う第５ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記隣り合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨げない。換言すれば、前記第５照明ユニット２１に含まれた第５ホログラム光素子２８は、前記第４照明ユニット３１から出射される光ビームの進路を妨げないように前記第４照明ユニット３１に含まれた第５ホログラム光素子２８とは異なる平面に配される。これにより、前記第１光路変換器２０’は、前記各照明ユニット２１，３１に対応して独立的に配される。
【００３７】
前記複数の照明ユニット２１，３１が水平方向に配されるほかに、前述の通り、上下方向に複層構造に配されても良い。また、複層構造に配置時に、対向配置されても良い。
【００３８】
ここで、前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと前記第３ホログラム光素子２３との間には前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射された光を平行光に変えるコリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイなどの平行光形成手段１３をさらに備えても良い。また、前記照明ユニット２１，３１から出射される光の進路を変える第１及び第２光路変換器２０’，３０’をさらに備えても良い。
【００３９】
前記第１光路変換器２０，２０’は、前記第３ないし第５ホログラム光素子２３，２５，２８によりビームの断面積が縮小されて入射する光の進路を変える、例えば反射ミラーなどが使用可能である。
【００４０】
また、前記第２光路変換器３０，３０’は、入射光を選択的に透過または反射させることにより相異なる光路に入射した光を同じ光路に向わせる。前記第２光路変換器３０，３０’は、図５に示されたように、前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの光を各々波長に応じて反射または透過させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含むことができる。例えば、前記第１発光素子または発光素子アレイ１０ａからＲ波長のビームが、第２発光素子または発光素子アレイ１０ｂからＧ波長のビームが、そして第３発光素子または発光素子アレイ１０ｃからＢ波長のビームが照射可能である。
【００４１】
そして、前記第１ダイクロイックフィルタ３０ａは、Ｒ波長のビームのみ反射させて残りの波長のＧ，Ｂビームは透過させ、前記第２ダイクロイックフィルタ３０ｂは、Ｇ波長のビームのみ反射させて残りの波長のＲ，Ｂビームは透過させる。また、前記第３ダイクロイックフィルタ３０ｃは、Ｂ波長のビームは反射させ、残りの波長のＲ，Ｇビームは透過させる。従って、前記照明ユニット１，１１，２１，３１及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＲビームが前記第１ダイクロイックフィルタ３０ａに入射すれば、図中のＡ方向に反射されて行く。また、照明ユニット１，１１，２１，３１及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＧビームが前記第２ダイクロイックフィルタ３０ｂに入射すれば、前記第２ダイクロイックフィルタ３０ｂにより反射されて前記第１ダイクロイックフィルタ３０ａを通過しつつ図中のＡ方向に直進する。また、前記照明ユニット１，１１，２１，３１及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＢビームが前記第３ダイクロイックフィルタ３０ｃに入射すれば、前記第３ダイクロイックミラー３０ｃにより反射され、前記第２及び第１ダイクロイックフィルタ３０ｂ，３０ａを通過して図中のＡ方向に直進する。このようにして相異なる経路のＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームが同じ経路に進む。
【００４２】
これとは異なって、前記第２光路変換器として、図６に示されたように、入射光の偏光方向に応じて選択的に反射または透過させるコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５が使用しても良い。前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５は、所定波長の光に対して、例えば右円偏光は反射させて左円偏光は透過させることにより光路を変えることができ、逆に、右円偏光は透過させて左円偏光は反射させることができる。前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５は、Ｒ波長のビーム、Ｇ波長のビーム、Ｂ波長のビームに対して各々円偏光の偏光方向に応じて選択的に透過または反射させる第１、第２及び第３コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃを含むことができる。
【００４３】
一方、前記第１、第２及び第３コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃには各々、右円偏光及び左円偏光をどちらも使用可能にして光効率を向上させるために、各々のフィルタに対応する波長に対して右円偏光を反射させて左円偏光を透過させる第１鏡面３７と、右円偏光を透過させて左円偏光を反射させる第２鏡面３８とが適宜配される。ここで、右円偏光に対しては＋、左円偏光に対しては−を附する。例えば、Ｒ＋は右円偏光のＲビームを、そしてＲ−は左円偏光のＲビームを表わす。
【００４４】
前記照明ユニット１，１１，２１，３１及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＲ，Ｇ，Ｂビームが各々前記第１、第２及び第３コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃへ向かう、前記第１、第２及び第３コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、光の入射方向から第１鏡面３７及び第２鏡面３８が対角線方向に備えられる。ここで、Ｒビームの進路について説明する。前記第１光路変換器２０，２０’により反射されたＲビームのうち右円偏光のビームＲ＋が最初に前記第１鏡面３７に出合えば、この第１鏡面３７により反射された後に進路上で第２鏡面３８に出合った時、そのまま透過されて図中のＡ’方向に進む。一方、Ｒ＋ビームが最初に前記第２鏡面３８に出合えば、この第２鏡面３８を通って透過された後に前記第１鏡面３７により反射され、図中のＡ’方向に進む。また、前記第１光路変換器２０，２０’により反射されたＲビームのうち左円偏光のビームＲ−が最初に前記第１鏡面３７に出合えば、この第１鏡面３７を通って透過され、進路上で第２鏡面３８に出合った時に反射されてＡ’方向に進む一方、最初に前記第２鏡面３８に出合えば、この第２鏡面３８により反射されてＡ’方向に向かう。
【００４５】
前記のような作用は、Ｇビームの右円偏光Ｇ＋及び左円偏光Ｇ−、Ｂビームの右円偏光Ｂ＋及び左円偏光Ｂ−に対して同様に適用され、結局、いずれも同じ方向Ａ’に進ませる。前記第１、第２及び第３コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、各々に対応する波長のビームに対してのみ選択的に透過または反射され、他の波長のビームに対しては偏光方向に関係なくいずれも透過させる。このようにして、右円偏光及び左円偏光がどちらも有効に使用可能であるので、光効率面で極めて有利である。
【００４６】
これとは異なって、前記第２光路変換器は、図７に示されたように、Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタフィルムを含むことができる。この時、前記第１、第２及び第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、前記Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタフィルムを中心として所定角度だけ離隔されて配される。前記Ｘプリズム６０は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々に対応する照明ユニット１，１１に対して対向配置された第１、第２及び第３入射面６１，６２，６３と、一つの出射面６４とを有する。そして、Ｘ字状に交差されて入射光をその波長に応じて選択的に透過または反射させることにより光路を変える第３及び第４鏡面６０ａ，６０ｂを含む。例えば、前記第３鏡面６０ａは、Ｒビームを反射させて他の波長のＧ、Ｂビームは透過させる一方、前記第４鏡面６０ｂは、Ｂビームを反射させて他の波長のＲ、Ｇビームは透過させる。
【００４７】
前記第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから各々出射されて前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子１５，１８または２３，２５，２８及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＲ、Ｇ、Ｂの３色ビームは各々、前記Ｘプリズム６０の対応する第１ないし第３入射面６１，６２６３に入射する。このように、相異なる経路に各々入射したＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは前記第３及び第４鏡面６０ａ，６０ｂを介して透過または反射され、前記出射面６４を介して同じ方向に進む。
【００４８】
前述した実施形態により前記照明ユニット１，１１，２１，３１が各種に配置でき、その配置に見合うように第２光路変換器３０，３５，６０を選択して構成できる。また、前記実施形態において、少なくとも一つ以上のホログラム光素子は同じ機能をする少なくとも一つ以上の回折光学素子に取り替えても良い。
【００４９】
一方、本発明は前記の如き照明系を採用したプロジェクタを提供する。
【００５０】
本発明に係る照明系を採用したプロジェクタは、図８に示されたように、光を照射する照明系６５と、この照明系６５から出射されたＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームを用いて画像を形成するディスプレイ素子７０及び前記ディスプレイ素子７０により形成された画像をスクリーン８０側に向わせる投射レンズユニット７５を含むプロジェクタにおいて、前記照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子、及び前記発光素子から出射された光ビームの断面積が縮小可能に少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニットと、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換器を含む。
【００５１】
前記照明系６５は、図２ないし図７を参照して説明した照明系より構成され、図８においては図面符号６５として示される。前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）または電界効果素子（ＦＥＤ）などが使用可能である。前記発光素子または発光素子アレイは各々、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを出射する第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを含み、十分な光量が確保可能に同じ構成を有する照明ユニット１，１１が水平方向または上下方向にさらに備えられても良い。
【００５２】
そして、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子１５，１８または２３，２５，２８は、同じ機能を行う回折光学素子に取り替えでき、これによっても本発明の目的を達成できる。
【００５３】
一方、前記第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが一列に配された場合、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子１５，１８または２３，２５，２８及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームはいずれも平行に、且つ、同じ方向に出射される。これを入射光の波長に応じて選択的に透過または反射させてＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームの進路を変えるために、前記第２光路変換器は第１ないし第３ダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃにより構成できる。
【００５４】
前記第１ないし第３ダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを介して同じ方向に進むＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームを均一に分布させるフライアイレンズ６７と、前記ディスプレイ素子７０側に光を集束するリレイレンズ６８とがさらに備えられても良い。従って、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを利用して前記ディスプレイ素子７０によりカラー画像を形成する。前記ディスプレイ素子７０は画像信号に基づきマイクロミラーのオン−オフの切り換え動作によりカラー画像を具現する可動ミラー装置であっても良く、入射光を偏光変調させてカラー画像を具現する液晶表示素子であっても良い。
【００５５】
ここでは、前記第２光路変換器として第１ないし第３ダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを使用した例を説明したが、これに限定されることなく、前述の通り、入射光の円偏光の方向に応じて透過または反射させるコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５を使用しても良い。
【００５６】
また、光の波長に応じて入射光を反射または透過させることにより相異なる方向から入射するＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームを同じ方向に進ませるために光路を変えるＸプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタが使用可能である。この時には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを照射する第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、図７に示されたように、前記Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタを中心として所定角度だけ離隔されて配される。このように構成された照明系が前記第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及びダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含む照明系に代えて構成可能である。
【００５７】
前記照明系６５から出射されるＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは前記フライアイレンズ６７及びリレイレンズ６８を通って前記ディスプレイ素子７０に入射し、カラー画像が形成される。そして、このカラー画像は前記投射レンズユニット７５により拡大されてスクリーン８０に結ばれる。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る照明系は、所望の波長帯の狭いスペクトルを有する光を照射する発光素子または発光素子アレイを利用することにより色純度が向上され、より広い分布を有するカラーガマットが確保できる。さらに、ホログラム光素子または回折光学素子により出射される光ビームの断面積を最小化させることにより、照明系をコンパック化でき、且つ、光損失を低減できる。なおかつ、従来のランプ光源に比べて熱の発生が小さく、且つ、寿命が延びる利点もある。
【００５９】
のみならず、本発明に係る照明系を採用したプロジェクタにおいては、発光素子をもった照明系によるタイムシーケンシャル駆動が可能なのでカラーホイールが不要であり、カラーホイールの回転速度より速いオン−オフ切り換え作動が可能なので高いフレームレートを具現できるほか、電力の消耗も低減できる。従って、本発明に係る照明系を採用したプロジェクタは、高鮮明度及び高画質の画面を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のプロジェクタの概略的な構成図である。
【図２】  本発明の一実施形態による照明系の概略的な構成図である。
【図３】  本発明の一実施形態による照明系の概略的な構成図である。
【図４】  本発明の他の実施形態による照明系の概略的な構成図である。
【図５】  本発明に係る照明系において、光路変換器の各種の実施形態を示す図面である。
【図６】  本発明に係る照明系において、光路変換器の各種の実施形態を示す図面である。
【図７】  本発明に係る照明系において、光路変換器の各種の実施形態を示す図面である。
【図８】  本発明に係る照明系を採用したプロジェクタの概略的な構成図である。
【符号の説明】
１，１１  照明ユニット
１０ａ    発光素子
１３             平行光形成手段
１５             第１ホログラム光素子
１８             第２ホログラム光素子
２０             第１光路変換器
３０             第２光路変換器
【図１】
0003863477.tif 000002
【図２】
0003863477.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003863477.tif 000006
【図６】
0003863477.tif 000007
【図７】
0003863477.tif 000008
【図８】
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