(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相異なる波長の光ビームを照射する第１，第２及び第３発光素子と、
前記第１，第２及び第３発光素子に対して傾斜角度が４５°より小さく傾いてＸ型に配され、入射光を波長により透過または反射させることによって第１、第２及び第３発光素子からの光を同一方向に進ませる第１及び第２ホログラム素子とを含み、
前記第１及び第２ホログラム素子の回折パターンは、前記角度が入射ビーム断面積に比べて出射ビームの断面積を狭くするものとなるように、形成されていることを特徴とする照明系。
【請求項２】
前記第１，第２及び第３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１に記載の照明系。
【請求項３】
前記第１，第２及び第３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よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の照明系。
【請求項４】
前記第１，第２及び第３発光素子から照射されたビームを平行にするための平行光形成手段がさらに備わ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４に記載の照明系。
【請求項６】
相異なる波長の光ビームを照射する第１，第２及び第３発光素子と、
前記第１，第２及び第３発光素子に対して傾斜角度が４５°より小さく傾いてＸ型に配され、入射光を波長により透過または反射させることによって第１、第２及び第３発光素子からの光を同一方向に進ませる第１及び第２ホログラム素子と、
前記第１及び第２ホログラム素子により１方向に入射されるビームを入力された画像信号により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、
前記第１及び第２ホログラム素子の回折パターンは、前記角度が入射ビーム断面積に比べて出射ビームの断面積を狭くするものとなるように、形成されていることを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記第１，第２及び第３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６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記第１，第２及び第３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よりなることを特徴とする請求項６または７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記第１，第２及び第３発光素子から照射されたビームを平行にするための平行光形成手段がさらに備わることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
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９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記第１及び第２ホログラム素子から出射されたビーム強度を均一にするための均一光形成手段をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
前記均一光形成手段はインテグレーティングロッドまたはフライアイレンズであることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
前記均一ビーム形成手段の前後に入射ビームを所定位置に集束するためのリレーレンズがさらに備わることを特徴とする請求項１１または１２に記載のプロジェクションシステム。
【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ションシステムに係り、特にカラーホイールなしにカラー画像を具現できて小型化の可能な照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムに関する。
【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リレーレンズ１０２、入射光をＲ（Ｒｅｄ），Ｇ（Ｇｒｅｅｎ），Ｂ（Ｂｌｕｅ）３色ビームに分離させるカラーホイール１０５、前記カラーホイール１０５を通過したビームを均一にするフライアイレンズ１０７、前記フライアイレンズ１０７を経由したビームを集束する第２リレーレンズ１１０、前記カラーホイール１０５を介して順次入射されるＲ，Ｇ，Ｂ３色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してスクリーン１１８に向かわせる投射レンズ系１１５を含んで構成される。
【０００３】
前記光源１００はキセノンランプ、金属−ハロゲンランプ、ＵＨＰ（ＵｌｔｒａＨｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）ランプなどが使われるのであるが、このようなランプは不必要な赤外線と紫外線とが多量に放出される。これにより、多くの熱が発生するにつれて熱を除去するための冷却ファンが使われるのであるが、この冷却ファンは騷音発生の原因になる。また、ランプ光源のスペクトル分布を見れば、全波長にわたり広く分布していて狭いカラーガマットを有するのでカラー選択の幅が減り、色純度が不良なだけではでなく、寿命が短くてランプの安定した使用が制限される問題点がある。
【０００４】
一方、従来のプロジェクションシステムでは前記カラーホイール１０５を駆動モータ（図示せず）により高速で回転させ、Ｒ，Ｇ，Ｂを順次前記ディスプレイ素子１１２に照明する方式でカラー画像を具現する。前記カラーホイール１０５はＲ，Ｇ，Ｂ３色フィルタがホイール全体に等分配置され、１画面が形成される間カラーホイールが回転し、前記ディスプレイ素子１１２の応答速度により前記カラーホイール１０５の回転時に１カラーずつ順次使用するので、入射光に対して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の各カラーの境界部分で所定間隔のギャップが形成されており、この部分でも光損失が生じる。
【０００５】
それだけではなく、前記カラーホイール１０５は高速で回転するので騷音が生じ、機械的な運動により安全性に不利なだけではなく、駆動モータの機械的な限界のゆえに一定速度以上の速度を得難いので、カラーブレークアップ現象が引き起こされる。さらに、カラーホイール自体のコストが非常に高価なのでコスト高の一要因になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の問題点を解決するために案出されたものであり、相異なる波長の光ビームを照射する発光素子からのビームを簡単な構造により単一経路に合成することによりカラーホイールなくしてカラー画像を具現して小型化が可能な照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供するところに目的がある。
【０００７】
【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よる照明系は、相異なる波長の光ビームを照射する第１，第２及び第３発光素子と、前記第１，第２及び第３発光素子に対して所定角度に傾いてＸ型に配され、入射光を波長により透過または反射させる第１及び第２ホログラム素子とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１，第２及び第３発光素子がアレイ構造よりなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１，第２及び第３発光素子はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ）、レーザダイオード、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）及びＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）のうちいずれ一つよりなることを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１，第２及び第３発光素子から照射されたビームを平行にするための平行光形成手段がさらに備わることを特徴とする。
【００１１】
また、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。
【００１２】
前記目的を達成するために本発明による照明系を採用したプロジェクションシステムは、相異なる波長の光ビームを照射する第１，第２及び第３発光素子と、前記第１，第２及び第３発光素子に対して所定角度に傾いてＸ型に配され、入射光を波長により透過または反射させる第１及び第２ホログラム素子と、前記第１及び第２ホログラム素子により１方向に入射されるビームを入力された画像信号により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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明による照明系５は、図２を参照すれば相異なる波長を照射する第１，第２及び第３発光素子１０，１３，１５、前記第１，第２及び第３発光素子１０，１３，１５に対してＸ型に配された第１及び第２ホログラム素子３０，３５を含んで構成される。
【００１５】
前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５はＬＥＤ、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使われうる。また、必要な光量を確保するために複数の発光素子が２次元的なアレイ構造に配列されうる。前記第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０，１３，１５は相異なる波長のビームを照射すべく構成されうる。例えば、前記第１発光素子または発光素子アレイ１０はＲ波長のビームを照射し、前記第２発光素子または発光素子アレイ１３はＧ波長のビームを照射し、前記第３発光素子または発光素子アレイ１５はＢ波長のビームを照射すべく構成されうる。
【００１６】
前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５はコの字型に配され、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５は前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５それぞれに対して所定角度に傾きいてＸ型に配される。前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５はそれぞれ所定波長の入射光だけを透過または反射する。例えば、前記第１ホログラム素子３０はＲ波長のビームを反射し、他波長のビームは透過する一方、前記第２ホログラム素子３５はＢ波長のビームを反射し、他波長のビームは透過すべく構成されうる。これによれば、前記第１発光素子１０から照射されたＲビームは前記第１ホログラム素子３０により反射されてＡ方向に進み、前記第３発光素子１５から照射されたＢビームは前記第２ホログラム素子３５により反射されてＡ方向に進む。また、前記第２発光素子１３から照射されたＧビームは前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５を透過してＡ方向に直進する。このように、前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５から照射されたＲ，Ｇ，Ｂ３色ビームは前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５により簡単に単一経路に合成される。
【００１７】
ここで、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５は回折パターンにより入射ビーム反射角を調節できる。従って、ミラーやダイクロイックフィルタなどと異なり、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５の配置角度を任意に調節できる。言い換えれば、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５をＸ型に配する時にその傾度を調節でき、これによりビームの断面積を圧縮できる。ミラーやダイクロイックフィルタなどは入射ビームに対して４５°を保持してこそ入射ビームの光路を９０°に反射できる一方、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５は４５°より小さい角度に配しても回折パターンにより反射角を９０°にできる。従って、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５を傾度が４５°より小さくすべく配することにより、入射ビーム断面積に比べて出射ビームの断面積を狭くできる。このように、本発明による照明系は小型化できる。
【００１８】
また、前記第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０，１３，１５の次にそれら発光素子から照射される光ビームを平行にす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のような平行光形成手段２０，２３，２５がさらに備わりうる。
【００１９】
次は、本発明による照明系を採用したプロジェクションシステムについて説明する。
【００２０】
図２に示された通り、本発明によるプロジェクションシステムは相異なる波長のビームを照射する第１，第２及び第３発光素子１０，１３，１５、前記第１，第２及び第３発光素子１０，１３，１５に対してＸ型に配列された第１及び第２ホログラム素子３０，３５、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５を介して同一経路で入射される所定波長のビームを入力された映像信号により処理して画像を形成するディスプレイ素子４５、前記ディスプレイ素子４５により形成された画像をスクリーン５０方向に拡大投射する投射レンズユニット４８を含む。
【００２１】
前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５は前述のように相異なる波長のビームを照射する光源として、ＬＥＤ、ＬＤ、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使われうる。また、前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５から照射されたビームを平行にするコリメーティングレンズアレイやフレネルレンズアレイのような平行光形成手段がさらに備わりうる。
【００２２】
相異なる方向から出射された３色ビームが前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５により波長により選択的に透過または反射されて同じ方向に進む。そして、前記ディスプレイ素子４５に入射されたビームは画像を形成するための入力信号により画素単位でオン／オフされる。前記ディスプレイ素子４５は、例えば画像信号によりマイクロミラーのオン／オフスイッチング動作によりカラー画像を具現する可動ミラー装置や入射ビームを偏光変調することによりカラー画像を具現する液晶表示素子でありうる。
【００２３】
また、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５と前記ディスプレイ素子４５間の光路上にビーム強度を均一にするためのインテグレーティングロッドやフライアイレンズのような均一光形成手段４０がさらに配される。そして、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５から出射されたビームを前記均一光形成手段４０に集束する第１リレーレンズ３８と前記均一光形成手段４０から出射されたビームを前記ディスプレイ素子４５方向に集束する第２リレーレンズ４２とがさらに備わりうる。
【００２４】
前記第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０，１３，１５からＲ，Ｇ，Ｂ３色ビームが順次出射され、相異なる方向からのビームが前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５により同一経路に向かう。この時、前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５を通過して出射されたビームは前記ホログラム素子３０，３５の傾度を調節することにより、前記第１ないし第３発光素子１０，１３，１５から出射されたビームの断面積より狭く圧縮することができる。それにより、前記照明系５の体積を減らすことができ、全体的にプロジェクションシステムを小型化できる。
【００２５】
前記第１及び第２ホログラム素子３０，３５により単一経路に合成されたビームは前記第１リレーレンズ３８、均一光形成手段４０及び第２リレーレンズ４２を経由して均一状態で前記ディスプレイ素子４５に入射される。そして、前記ディスプレイ素子４５により画像信号により画素別にオン／オフスイッチングされてカラー画像を形成する。このように形成されたカラー画像は前記投射レンズユニット４８により拡大されてスクリーン５０に結ばれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によ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して色純度が向上され、より広い分布を有するカラーガマットを確保できる。また、ホログラム素子を利用した簡単な構造によりビームの断面積を圧縮すると同時に、相異なる方向から出射されるビームを同一経路に向かわせることにより、照明系をコンパクト化して光損失を減らせる。さらに、発光素子または発光素子アレイを光源に利用して従来のランプ光源に比べて熱発生が少なくて寿命が延びるメリットもある。
【００２７】
それだけではなく、本発明による照明系を採用したプロジェクションシステムでは発光素子または発光素子アレイを有した照明系によるタイムシーケンス駆動が可能なのでカラーホイールが必要なく、それによりカラーホイールを駆動させるためのモータによる騷音問題が解消される。また、カラーホイールの回転速度より速いオン／オフスイッチング作動が可能なために高いフレームレートを具現できて電力消耗も減らせる。従って、本発明による照明系を採用したプロジェクションシステムは高鮮明及び高画質の画面を提供できる。
【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】  本発明による照明系及びプロジェクションシステムの概略的な構成図である。
【符号の説明】
１０，１３，１５   アレイ
２０，２３，２５   平行光形成手段
３０，３５   第１，第２ホログラム素子
３８   第１リレーレンズ
４０   均一光形成手段
４２   第２リレーレンズ
４５   ディスプレイ素子
４８   投射レンズユニット
５０   スクリーン
【図１】
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【図２】
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