JP2007157638A - 光源装置およびそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の点状光源からの出射光の利用効率を向上させた小型かつ軽量な光源装置、およびそれを使用した画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る光源装置１０は、点状光源１〜３と、光合成プリズム部４と、インテグレータ部５とを備え、光合成プリズム部４は、複数の光入射面４ａ、４ｃ、４ｄと、複数のダイクロイック面Ｓ１、Ｓ２と、光出射面４ｂとを備え、インテグレータ部５は、複数の反射面５ｃ〜５ｆにより構成された導光路と、該導光路の一端面からなる光入射口５ａと、他端面５ｂからなる光出射口とを備えており、点状光源１〜３は、光合成プリズム部４の光入射面４ａ、４ｃ、４ｄに密着して配置され、光合成プリズム部４とインテグレータ部５は、光出射面４ｂと光入射口５ａとが対向するように一体化されている。また、本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る光源装置と、光変調手段と、投射光学系とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、詳しくは、複数の点状光源を含む光源装置と、その光源装置を使用した投影型の画像表示装置に関する。

従来、フロントプロジェクタやリアプロジェクションテレビ等の投影型画像表示装置（以下、プロジェクタともいう）用の光源としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の放電灯が用いられてきた。一方、近年、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたプロジェクタが開発されており、プロジェクタの小型軽量化に寄与すると共に色再現性において放電灯方式を上回る性能が報告されている（例えば、特許文献１参照）。加えて、ＬＥＤ光源は、放電灯光源と比較して、水銀を使用していない、防爆性に優れている、比較的簡易な駆動回路を用いてバッテリー駆動可能であるためモバイル用途のプロジェクタの光源として好適である等の様々な優れた特徴を有するものである。

図１０は、ＬＥＤ光源を用いた従来のプロジェクタの光学系を示す斜視図である。図１０に示す光学系１００は、光源モジュール１０２、凸レンズ１０３、インテグレータロッド１０４、リレーレンズ系１０５、映像表示素子１０６、投映レンズ１０１を含んでおり、光源モジュール１０２は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤを含む複数のＬＥＤ１２１と、各ＬＥＤ１２１にそれぞれ対応する集光レンズ１２２から構成されている。また、凸レンズ１０３はインテグレータロッド１０４の入射口１０４ａ側に配置され、第１のリレーレンズ１５１と第２のリレーレンズ１５２からなるリレーレンズ系１０５は、インテグレータロッド１０４の出射口１０４ｂ側に配置されている。

光学系１００は、以上のような構成により演色性および光の利用効率の向上を図るものであり、光学系１００における光の進み方は次の通りである。各ＬＥＤ１２１から出射した光は、それぞれ対応する集光レンズ１２２で集光されつつ凸レンズ１０３に導かれる。そして、凸レンズ１０３によって絞られた光が入射口１０４ａからインテグレータロッド１０４に入射し、出射口１０４ｂから均一な光束として出射される。インテグレータロッド１０４からの出射光は、リレーレンズ系１０５によって映像表示素子１０６に導かれ、その面上からの反射光が投映レンズ１０１によってスクリーンに投映される。

特開２００４−１２６２０３号公報（〔００２４〕〜〔００３４〕、図１）

しかしながら、図１０に示す光学系１００において、ＬＥＤ１２１は、集光レンズ１２２からその焦点距離程度の間隔をおいて配置されており、集光レンズ１２２および凸レンズ１０３を介してインテグレータロッド１０４と結合されているため、漏れ光による結合損失が発生する可能性があり、特に、出射光の広がり角が大きいＬＥＤを使用する場合には、結合損失が増大してプロジェクタの光量が低減するという問題があった。同様に、インテグレータロッド１０４からの出射光は、第１のリレーレンズ１５１と第２のリレーレンズ１５２からなるリレーレンズ系１０５を介して映像表示素子１０６に導かれるものであるため、漏れ光による結合損失が発生する可能性がある。

さらに、光学系１００は、インテグレータロッド１０４とは別体に構成されたレンズ群１２２、１０３、１５１、１５２を要するものであるため、部品点数の増加によるプロジェクタのコストの増大や信頼性の低下を招くと共に、光学系１００が大型化して体積利用効率の低いものとなるといった問題があった。

また、ＬＥＤ１２１からの出射光の集光効率を向上させるために、集光レンズ１２２として開口径の大きいものを使用すると、光源モジュール１０２の配置スペースの制約により、集光レンズ１２２の数、ひいては、対応するＬＥＤ１２１の灯数を増加させることが困難になり、ＬＥＤの多灯化によるプロジェクタの光量の増大が困難になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の点状光源からの出射光の合波機能および光均一化機能を備えると共に、点状光源からの出射光の利用効率を向上させた小型かつ軽量な光源装置、およびそれを使用した画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、複数の点状光源と、光合成プリズム部と、インテグレータ部とを備えた光源装置であって、前記光合成プリズム部は、複数の光入射面と、該光入射面から内部に入射した光を波長選択的に反射または透過する複数のダイクロイック面と、該ダイクロイック面を反射または透過した光を出射する光出射面とを備え、前記インテグレータ部は、複数の反射面により構成された導光路と、該導光路の一端面からなる光入射口と、前記導光路の他端面からなる光出射口とを備えており、
前記複数の点状光源のそれぞれは、前記光合成プリズム部のいずれかの前記光入射面に密着して配置され、前記光合成プリズム部の光出射面と前記インテグレータ部の光入射口とは略同一の形状を有し、前記光合成プリズム部と前記インテグレータ部は、前記光合成プリズム部の前記光出射面と前記インテグレータ部の前記光入射口とが対向するように一体化されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の点状光源を光合成プリズム部のいずれかの光入射面に密着して配置し、光合成プリズム部の光出射面とインテグレータ部の光入射口とを略同一の形状として、光合成プリズム部とインテグレータ部とを、光合成プリズム部の光出射面とインテグレータ部の光入射口とが対向するように一体化した構成とすることによって、光源、合成プリズム部、およびインテグレータ部の各構成要素を、別体のレンズ群を用いることなく高効率に結合することが可能となる。これによって、複数の点状光源からの出射光の、結合損失の極めて小さい取りこみが可能となると共に、光源装置の体積利用効率が向上し、部品点数を低減して、小型かつ信頼性の高い光源装置を提供することができる。

本発明の一態様において、前記光合成プリズム部は、１側面を前記光出射面とし該光出射面以外の５側面を前記光入射面とする略立方体状に形成されており、前記光出射面に略直交する４つの前記光入射面からそれぞれ入射する光を波長選択的に反射または透過し、かつ、前記光出射面に対向する前記光入射面から入射する光を透過する４つのダイクロイック面を備えているものである。

光構成プリズム部を上記所定の構成とすることによって、最大で５個の点状光源からの出射光を、光軸調整を要することなく、１個の光合成プリズム部で合成することができる。これによって、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率を維持しつつ容易かつ安価に構成することが可能となる。また、種々の波長の光を出射する点状光源を適宜組み合わせることによって、より多様なスペクトル分布を有する光を合成することができる。

また、本発明に係る光源装置は、好ましくは、前記インテグレータ部の前記光入射口または前記光出射口のいずれか一方あるいは両方に設けられたフレネルレンズを備えるものであり、これによって、インテグレータ部からの出射光の広がり角度を任意に制御し、例えば光変調手段等の、後続する任意の光学要素に高効率に光を導くことが可能となる。

また、本発明の一態様において、前記インテグレータ部は、中実の透光性部材であり、前記インテグレータ部の光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するものである。これによって、インテグレータ部からの出射光の広がり角度を任意に制御するものである。

さらに、本発明に係る光源装置は、所定の構成を有する前記光源装置を、複数平行に配列して構成するものであってもよい。本発明に係る光源装置は、合成プリズム部とインテグレータ部とを一体化した比較的単純な構成を有しているため、１単位の光源装置を複数平行に配列することによって、光軸調整等を要することなく、容易に複合化することができ、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率を維持しつつ、容易かつ安価に構成することが可能となる。

また、本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る前記光源装置と、該光源装置からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段と、前記光変調手段からの光を拡大して投射する投射光学系とを備えていることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置によれば、その光源装置が大幅に小型・軽量化されていることによって、画像表示装置の小型・軽量化が促進されると共に、その光源装置が、複数の点状光源からの出射光を結合損失なく取り込み、かつ、点状光源の灯数を容易に多灯化することが可能であるため、画像表示装置を容易かつ安価に高輝度化することができる。また、複数の点状光源の灯数を変更して、光源装置の発光輝度を容易に調整できるため、スクリーン等に投影される画像の所望の明るさに応じて、最適な光源を有する画像表示装置を設計することができる。

本発明は、このように構成したため、複数の点状光源からの出射光の合波機能および光均一化機能を備えると共に、点状光源からの出射光の利用効率を向上させた小型かつ軽量な光源装置を提供することが可能となる。また、その光源装置を使用することで、投影型の画像表示装置の小型・軽量化、及び高輝度化を促進することが可能となり、例えば、バッテリー駆動に対応したモバイル用途の簡易型プロジェクタとして好適な画像表示装置を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明するが、各図面は説明のためのものであり、必ずしも実際の形状、寸法を正確に反映するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施施形態における光源装置１０の要部を示す斜視図である。図１に示すように、光源装置１０は、複数の点状光源１、２、３と、光合成プリズム部４と、インテグレータ部５とを備えている。

本実施形態において、点状光源１、２、３は、それぞれ異なる波長の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、例えば、点状光源１は、第１の波長（例えば、緑色）の光、点状光源２は、第２の波長（例えば、青色）の光、点状光源３は、第３の波長（例えば、例えば赤色）の光を、それぞれ出射するものである。

光合成プリズム部４は、３体の光学プリズムユニット４Ａ、４Ｂ、４Ｃから略直方体状に構成されており、その１側面４ａと領域４ｃ、４ｄからなる１側面を光入射面、１側面４ｂを光出射面とするものである。また、光学プリズムユニット４Ａと４Ｂとの接合面には、ダイクロイック面Ｓ１が形成され、光学プリズムユニット４Ｂと４Ｃとの接合面には、ダイクロイック面Ｓ２が形成されている。

これらのダイクロイック面Ｓ１、Ｓ２は、誘電体多層膜により所定の波長選択的反射／透過特性を有するように形成されている。本実施形態では、ダイクロイック面Ｓ２は、点状光源３からの第３の波長の光を反射し、かつ、第１および第２の波長の光を透過するものであり、ダイクロイック面Ｓ１は、点状光源２からの第２の波長の光を反射し、かつ、第１の波長の光を透過するものである。

また、本実施形態において、インテグレータ部５は、その４側面５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが光反射面として形成され、一端面５ａを光入射口、他端面５ｂを光出射口とする導光路を構成するものである。その際、インテグレータ部５は、ガラス、あるいは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂のような透光性材料から中実の四角柱として形成されるものであってもよく、あるいは、側面５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに相当する光反射性の壁面を組み合わせることにより、中空の四角柱として形成されるものであってもよい。

本実施形態における光源装置１０において、光合成プリズム部４の光出射面４ｂとインテグレータ部５の光入射口５ａとは略同一の形状を有しており、光合成プリズム部４とインテグレータ部４は、光合成プリズム部４の光出射面４ｂとインテグレータ部５の光入射口５ａとが対向するように、例えば接着等の手段によって一体化されている。また、点状光源１は光合成プリズム部４の光入射面４ａに、点状光源２は光合成プリズム部４の光入射面４ｃに、点状光源３は光合成プリズム部４の光入射面４ｄに、それぞれ密着して配置されている。

以上のように構成された光源装置１０において、各点状光源１、２、３から出射された光は、それぞれ密着する光入射面４ａ、４ｃ、４ｄから、結合損失を発生させることなく合成プリズム部４内に入光し、上述したダイクロイック面Ｓ１、Ｓ２による反射または透過を経て、それらの合成光が光出射面４ｂに導かれる。次いで、合成プリズム部４の光出射面４ｂから出射した合成光は、合成プリズム部４と一体化された光入射口５ａから、同様に結合損失を発生させることなく、インテグレータ部５に入光し、その光反射面５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆでの多重反射によって均一化された光束が、光出射口５ｂから出射することになる。

本実施形態における光源装置１０は、このように、複数の点状光源１、２、３、合成プリズム部４、およびインテグレータ部５の各構成要素を、別体のレンズ群を用いることなく高効率に結合するものであり、それによって、複数の点状光源１、２、３からの出射光の、結合損失の極めて小さい取りこみが可能となると共に、小型かつ信頼性の高い光源装置を提供するものである。

なお、本実施形態において、合成プリズム部４は、ダイクロイック面Ｓ１を有する１体の２波用ダイクロイックプリズムと、ダイクロイック面Ｓ２を有する１体の２波用ダイクロイックプリズムとを直列に接合してなるものであってもよい。

また、本実施形態における合成プリズム部は、図２に示す光学装置２０のように、４体の光学プリズムユニット４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄから略立方体状に構成され、ダイクロイック面Ｓ１（第２の波長の光を反射し、かつ、第１および第３の波長の光を透過する）とダイクロイック面Ｓ２（第３の波長の光を反射し、かつ、第１および第２の波長の光を透過する）とが交差するように形成された、所謂クロスキューブプリズム１４とするものであってもよい。

以下、本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明において、それぞれの実施形態について共通する部分の説明は適宜省略し、各実施形態の特徴部分について詳述する。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態における光源装置３０の要部を示す斜視図である。本実施形態における光源装置３０は、その光合成プリズム部２４を５波合成用のダイクロイックプリズムとし、１つの光合成プリズム部２４で５個の点状光源１、２、３、３４、３５からの出射光を合成する構成とした点で、上述した第１の実施形態における光源装置１０、２０と相違するものである。以下、図４を参照して、本実施形態の主要な特徴である光合成プリズム部２４の構成について説明する。

図４は、光源装置３０で用いられる５波合成用のダイクロイックプリズム（以下、ダブルクロスキューブプリズムともいう）２４の構成を示す図であり、（ａ）は組立て状態、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ分解状態で示す斜視図である。

ダブルクロスキューブプリズム２４は、図４（ａ）に示すように、１側面２４ｂを光出射面とし、この光出射面２４ｂ以外の５側面２４ａ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆを光入射面とする略立方体状に形成されており、光出射面２４ｂに略直交する４つの光入射面２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆからそれぞれ入射する光を波長選択的に反射または透過し、かつ、光出射面２４ｂに対向する光入射面２４ａから入射した光を透過する４つのダイクロイック面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を備えている。

すなわち、ダブルクロスキューブプリズム２４において、ダイクロイック面Ｓ１は、光入射面２４ｃから入射する点状光源２からの第２の波長の光を反射し、他の波長の光を透過する波長選択的反射／透過特性を有するものである。同様に、ダイクロイック面Ｓ２は、光入射面２４ｅから入射する点状光源３からの第３の波長を反射して他の波長の光を透過し、ダイクロイック面Ｓ３は、光入射面２４ｄから入射する点状光源３４からの第４の波長の光を反射して他の波長の光を透過し、ダイクロイック面Ｓ４は、光入射面２４ｆから入射する点状光源３５からの第５の波長の光を反射して他の波長の光を透過する波長選択的反射／透過特性をそれぞれ有するものである。また、すべてのダイクロイック面Ｓ１〜Ｓ４は、光入射面２４ａから入射する点状光源１からの第１の波長の光を透過するものである。

本実施形態において、上述した第１〜第５の光の波長は、すべて異なるものであっても、または、同一の波長帯の光を含むものであってもよく、光源装置３０に必要な輝度および演色性等に応じて適切に決定されるものであるが、例えば、第１の波長を緑色光、第２の波長を青色光、第３の波長を赤色光、第４の波長を黄緑色、第５の波長をシアン色とすることができる。この構成では、黄緑色とシアン色との合成により緑色の全体光量を増大し、演色性に優れた明るい光源装置を得ることができる。

ここで、ダブルクロスキューブプリズム２４の具体的な構成の一例を示せば、次のようなものである。まず、図４（ｂ）に示すように、ダブルクロスキューブプリズム２４を、Ｚ方向（図４（ａ）参照）を高さ方向とする三角柱状の４つのブロックＡ、Ａ、Ｂ、Ｂに分解すると、ブロックＡは、一対の光学プリズムユニットａ１、ａ１と、もう一対の光学プリズムユニットａ２、ａ２の４体の光学プリズムユニットから構成され、ブロックＢは、一対の光学プリズムユニットｂ２、ｂ２と光学プリズムユニットｂ１から構成されている。この際、ＸＹ面内で交差してＺ方向に延在するダイクロイック面Ｓ１、Ｓ２は、各光学プリズムユニットａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の、ブロックＡ、Ｂの側面を構成する各面上に形成されている。

一方、図４（ｃ）に示すように、ダブルクロスキューブプリズム２４を、Ｙ方向（図４（ａ）参照）を高さ方向とする三角柱状の４つのブロックＣ、Ｃ、Ｄ、Ｄに分解すると、ブロックＣは、一対の光学プリズムユニットａ１、ａ１と、もう一対の光学プリズムユニットｂ２、ｂ２の４体の光学プリズムユニットから構成され、ブロックＤは、一対の光学プリズムユニットａ２、ａ２と光学プリズムユニットｂ１から構成されている。この際、ＸＺ面内で交差してＹ方向に延在するダイクロイック面Ｓ３、Ｓ４は、各光学プリズムユニットａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の、ブロックＣ、Ｄの側面を構成する各面上に形成されている。

本実施形態における光源装置３０は、その光合成プリズム部２４をダブルクロスキューブプリズムとしたことによって、上述した第１の実施形態と同様な作用・効果に加えて、最大で５個の点状光源１、２、３、３４、３５からの出射光を、光軸調整を要することなく、１個の光合成プリズム部２４で合成することが可能となり、これによって、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率を維持しつつ容易かつ安価に構成することが可能となる。また、使用する点状光源１、２、３、３４、３５からの出射光の波長を適宜組み合わせることによって、合成プリズム部２４から出射する合成光として、多様なスペクトル分布を有する光を容易に実現することができる。

ここで、図１〜図３に示す光源装置１０、２０、３０について、そのインテグレータ部５は略直方体状としたが、本発明に係る光源装置におけるインテグレータ部は、図５に示す光源装置４０のインテグレータ部１５のように、その光入射口１５ａから光出射口１５ｂに向かって先細となるテーパ形状に形成されていてもよい。インテーグレータ部１５を、このような構成とすることによって、インテグレータ部１５内を伝播する光の全反射の回数が増大するため、その均一化作用を増大させることができる。

なお、図５は、図１に示す光合成プリズム部４を有するものとして示されているが、同様のインテグレータ部１５は、図２および図３に示す光合成プリズム部１４、２４と共に使用できるものである。同様に、以下の説明において、説明の便宜のために上述した特定の実施形態における光源装置（例えば、図１に示す光源装置１０）に相当する構成を示している場合、その構成を、他の実施形態（例えば、図２、図３、および図５に示す光源装置２０、３０、４０）に代替することが可能なことは言うまでもない。

（第３の実施形態）
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る光源装置の第３の実施形態を示す斜視図である。図６（ａ）に示す光源装置５０は、図１に示す光源装置１０と同様の構成に加えて、インテグレータ部５の光出射口５ｂに配置されたフレネルレンズ２６を備えるものであり、好ましくは、接着等の手段によりインテグレータ部５の光出射口５ｂに一体化されている。

ここで、フレネルレンズ２６は、平板状の透光性基板の一面に同心円状に設けられた複数の微小な屈折面の集合により、一枚のレンズ面（例えば、凸レンズ）の曲面を再現するものであり、これによって、インテグレータ部５から出射光の広がり角を任意に制御することができる。本発明に係る光源装置は、図６（ａ）に示す光源装置５０のように、平板状のフレネルレンズ２６を容易に一体化できるため、部品点数が少ない小型の光源装置としての特徴を保持したまま、インテグレータ部５からの出射光を、後続の光学要素（例えば、後述する光変調手段）へと効率良く導くことができる。

また、本発明に係る光源装置において、図６（ｂ）に示す光源装置６０のように、フレネルレンズ２６をインテグレータ部５の光入射口５ａに配置するものであってもよい。この場合には、光合成プリズム部４とインテグレータ部５とは、フレネルレンズ２６を介して一体化されるものである。なお、図６（ａ）、（ｂ）に示す光源装置５０、６０において、フレネルレンズ２６は、インテグレータ部５とは別体に形成されるものとしたが、インテグレータ部５が透光性部材により中実の角柱として構成される場合には、光出射口５ｂまたは光入射口５ａをなす端面にフレネルレンズを一体に形成するものであってもよい。

さらに、上述した実施形態を通じて、そのインテグレータ部が中実の透光性部材からなる場合には、インテグレータ部の光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するものとすることができる。次に、図７を参照して、屈折率分布を有するインテグレータ部２５の構成例を説明する。

図７（ａ）は、インテグレータ部２５の構成を模式的に示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すインテグレータ部２５の光軸Ｌに垂直な断面（ＹＺ断面）を模式的に示す図である。

インテグレータ部２５は、複数個の直方体形状の透光性樹脂を積層して形成するものであり、図７（ａ）には、合計６４個の直方体を、Ｙ方向に８層およびＺ方向に８層積層してインテグレータ部２５を構成する例が示されている。インテグレータ部２５は、一端２５ａを光入射口、他端２５ｂを光出射口とするものであり、インテグレータ部２５を構成する各直方体は、インテグレータ部２５の光軸Ｌ方向（Ｘ方向）には一様な屈折率を有している。以下、インテグレータ部２５を構成する各直方体を、図７（ａ）に示すように、（１，１）〜（８，８）の座標を付して参照する。

図７（ｂ）に示すように、インテグレータ部２５において、その中心部分（右上がりのハッチング部）を構成する直方体（４，５）、（５、５）、（４，４）、（５、４）は、最も高い屈折率を有する部材で構成されており、直方体（３，７）等を含むその周辺部分（右下がりのハッチング部）は、中心部分よりも低い屈折率を有する部材で構成され、さらに、直方体（１，１）等を含む、最外縁部分（ハッチングの無い部分）が、最も低い屈折率を有する部材で構成されている。

以上のような構成により、インテグレータ部２５の光入射口２５ａから入射した光は、インテグレータ２５内部を伝播するにつれて収束されて、光出射口２５ｂから出射することになる。

なお、上述したような屈折率分布は一例として示すものであり、インテグレータ部２５を構成する各直方体の屈折率構成を適宜変更することによって、任意の所望の屈折率分布を有するインテグレータ部を設計することができる。これによって、図６に示したフレネルレンズ２６と同様に、インテグレータ部２５から出射する光の広がり角を任意に制御することができる。

（第４の実施形態）
次に、図８を参照して本発明に係る光源装置の第４の実施形態を説明する。本発明に係る光源装置は、上述した第１〜第３の実施形態における光源装置を１単位として、それらを複数平行に配列して構成するものであってもよい。図８（ａ）は、図１に示す光源装置１０を２単位平行に配列してなる光源装置７０を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、同様に、図１に示す光源装置１０を４単位平行に配列してなる光源装置８０を示す斜視図である。

光源装置１０は、複数点状光源１、２、３と、光合成プリズム部４と，インテグレータ部５とを、別体のレンズ群等を用いることなく結合して一体化したものであるため、図８（ａ）、（ｂ）に示す光源装置７０、８０のように、光源装置１０に相当する光源装置ユニット１０−１、１０−２、１０−３、１０−４を複数平行に配列することによって、光軸調整等を要することなく、容易に複合化することができる。これによって、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率という本発明に係る光源装置の特徴を維持しつつ、容易かつ安価に構成することが可能となる。

なお、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置７０、８０においてフレネルレンズを使用する場合には、各光源装置ユニット１０−１、１０−２、１０−３、１０−４に対するレンズ面を備えたフレネルレンズ２７、２９と、フレネルレンズ２７、２９からの出射光の広がりに対応する一枚のレンズ面を備えたフレネルレンズ２８、３１とを直列に配列して使用することが好ましい。その際、さらに好ましくは、少なくともフレネルレンズ２７、２９は、光源装置ユニット１０−１、１０−２、１０−３、１０−４と一体に構成されるものである。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態として、本発明に係る光源装置を使用した画像表示装置を説明する。なお、以下に説明する実施形態では、その光源装置として図６に示す光源装置５０を含むものとしたが、上述した他の光源装置のいずれを含むものであってもよいことは言うまでもない。

図９は、本発明の第５の実施形態における画像表示装置９０の光学系の要部を示す図である。図９に示すように、画像表示装置９０は、光源装置５０と、光源装置５０からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段５４と、光変調手段５４からの光を拡大して投射する投射光学系５６とを備えている。

本実施形態において、光変調手段５６は、例えば、図示しない駆動装置からの画像情報に応じて、画素単位で光の透過／非透過を制御する透過型の液晶表示素子である。この液晶表示素子は、カラーフィルタを備えて、その各画素が赤色、緑色、青色のカラー画素から構成されるものであってもよく、あるいは、図示しないダイクロイックミラー等の、液晶表示素子とは別体のの色分離手段を備えていても良い。さらに、光変調手段５６をＤＭＤ素子等の反射型の光変調手段とし、図示しないカラーホイール等の色分離手段を備えるものであってもよい。

本発明に係る画像表示装置によれば、その光源装置５０が大幅に小型・軽量化されていると共に、別体のレンズ群を用いることなくその光学系を構成することが可能となるため、画像表示装置５０の小型・軽量化が促進されるものである。また、その光源装置５０が、複数の点状光源からの出射光を結合損失なく取り込むものであり、かつ、点状光源の灯数を容易に多灯化することが可能であるため、画像表示装置を容易かつ安価に高輝度化することができる。

本発明の第１の実施形態における光源装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における光源装置の別の構成例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態における光源装置を示す斜視図である。 図３に示す光源装置で使用される光合成プリズム部の構成を示す図であり、（ａ）は組立て状態における斜視図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ分解状態における斜視図である。 本発明に係るインテグレータ部の別の構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態における光源装置を示す斜視図であり、（ａ）はフレネルレンズをインテグレータ部の光出射口に配置する構成例、（ｂ）はフレネルレンズをインテグレータ部の光入射口に配置する構成例である。 本発明に係る屈折率分布を有するインテグレータ部の構成を示す図であり、（ａ）はその構成を模式的に示す斜視図、（ｂ）は、インテグレータ部の光軸に垂直な断面を模式的に示す図である。 本発明の第４の実施形態における光源装置を示す図であり、（ａ）は２単位構成の光源装置を示す斜視図、（ｂ）は４単位構成の光源装置を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態における画像表示装置において、その光学系の要部を示す図である。 従来の画像表示装置の光学系の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１，２，３，３４，３５：点状光源、４，１４，２４：光合成プリズム部、４ａ，４ｃ，４ｃ，２４ａ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ：光入射面、４ｂ，２４ｂ：光出射面、５，１５，２５：インテグレータ部、５ａ，１５ａ，２５ａ：光入射口、５ｂ、１５ｂ、２５ｂ：光出射口、５４：光変調手段、５６：投射光学系、９０：画像表示装置

Claims (6)

1. 複数の点状光源と、光合成プリズム部と、インテグレータ部とを備えた光源装置であって、
   前記光合成プリズム部は、複数の光入射面と、該光入射面から内部に入射した光を波長選択的に反射または透過する複数のダイクロイック面と、該ダイクロイック面を反射または透過した光を出射する光出射面とを備え、前記インテグレータ部は、複数の反射面により構成された導光路と、該導光路の一端面からなる光入射口と、前記導光路の他端面からなる光出射口とを備えており、
   前記複数の点状光源のそれぞれは、前記光合成プリズム部のいずれかの前記光入射面に密着して配置され、
   前記光合成プリズム部の光出射面と前記インテグレータ部の光入射口とは略同一の形状を有し、前記光合成プリズム部と前記インテグレータ部は、前記光合成プリズム部の前記光出射面と前記インテグレータ部の前記光入射口とが対向するように一体化されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記光合成プリズム部は、１側面を前記光出射面とし該光出射面以外の５側面を前記光入射面とする略立方体状に形成されており、前記光出射面に略直交する４つの前記光入射面からそれぞれ入射する光を波長選択的に反射または透過し、かつ、前記光出射面に対向する前記光入射面から入射する光を透過する４つのダイクロイック面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記インテグレータ部の前記光入射口または前記光出射口のいずれか一方あるいは両方に設けられたフレネルレンズを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記インテグレータ部は、中実の透光性部材であり、前記インテグレータ部の光軸に垂直な方向に屈折率分布を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置を複数平行に配列して構成したことを特徴とする光源装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置と、該光源装置からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段と、前記光変調手段からの光を拡大して投射する投射光学系とを備えている画像表示装置。
   

Images