JP4222098B2 - 照明装置および投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
照射装置から照射された光を液晶ライトバルブ等の光変調手段に入射させ、光変調手段から出射された映像光を投射レンズ等によりスクリーンに拡大投射させる、プロジェクタ等の投射型表示装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図７は、従来技術に係る照明装置および液晶ライトバルブの側面断面図である。照明装置９００は、複数の光源９１２を備えた光源アレイ９１０と、複数のレンズ９２２を備えたレンズアレイ９２０とを有している。レンズアレイ９２０の各レンズ９２２は、光源アレイ９１０の各光源９１２に対応して、各光源９１２の後方に配置されている。そして、各光源９１２から放射状に出射された光は、その光源９１０に対応するレンズ９２２によって集光され、液晶ライトバルブ９５０の表示領域の全体に照射される。これにより、液晶ライトバルブ９５０の表示領域において各光源９１２からの光が重畳され、液晶ライトバルブ９５０が均一に照明されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１２０３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各光源９１２ごとに発光面積が異なる場合がありうる。たとえば、液晶ライトバルブ９５０の表示領域における中央部を強く照明する場合には、光源アレイ９１０の中央部に配置された光源９１２の発光面積を大きくすることになる。また、各光源９１２としてＬＥＤ等の単色光源を採用した場合には、各色の光源をバランスよく配置するため、ある一色の光源の発光面積を大きくする場合がある。
【０００６】
ここで、図７に示すように、光源アレイの中央部に配置された光源９１２ａの発光面積が、周辺部の光源９１２ｂの発光面積より大きい場合を考える。周辺部の光源９１２ｂからの光のうち、これに対応するレンズ９２２ｂに飲み込まれた光は、液晶ライトバルブ９５０の表示領域の全体に照射される。これに対して、発光面積が大きい中央部の光源９１２ａからの光のうち、これに対応するレンズ９２２ａに飲み込まれた光は、液晶ライトバルブ９５０の表示領域に照射されるほか、その周辺部にも照射される。この液晶ライトバルブ９５０の周辺部に照射された光は、プロジェクタによる画像表示に利用されることがない。そのため、光源の発光面積を拡大したにもかかわらず、その光源光を効率的に利用することができないという問題がある。なお、プロジェクタでは、表示画像の明るさの確保が大きな課題となっている。したがって、光源光の利用効率の高低は、プロジェクタの性能に重大な影響を及ぼすことになる。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、光源光を効率的に利用することが可能な照明装置および投射型表示装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、複数の光源と、前記各光源に対応するレンズを複数備えたレンズアレイとを有し、前記各光源からの光を前記各光源に対応する前記レンズにより集光して照射面を照明する照明装置であって、一の前記光源と前記一の光源に対応する前記レンズの主点との光軸方向距離が、前記一の光源より発光面積が小さい他の前記光源と前記他の光源に対応する前記レンズの主点との光軸方向距離より、長く形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、一の光源の照明倍率が他の光源の照明倍率より小さくなるので、一の光源の発光面積が他の光源の発光面積より大きい場合でも、一の光源の発光領域全体からの光によって照射面全体を照明することが可能であり、発光領域の一部からの光が照射面の外側に照射されることがない。したがって、光源光を効率的に利用することができる。
【００１０】
また、前記一の光源に対応する前記レンズの主点が、前記他の光源に対応する前記レンズの主点より、後方に配置されていることが望ましい。この構成では、照明装置と照射面との空間を利用して照明倍率を調整するので、照明装置をコンパクトに構成することができる。
【００１１】
また、前記一の光源に対応する前記レンズの厚さが、前記他の光源に対応する前記レンズの厚さより、厚く形成されていることが望ましい。なお、前記一の光源に対応する前記レンズが、前記他の光源に対応する前記レンズより、後方に配置されていてもよい。この構成によれば、部品点数を増加させることなく照明倍率を調整することができるので、コストアップを抑制することができる。
【００１２】
また、前記一の光源に対応する前記レンズの後方に、付加レンズが配置されていることが望ましい。この構成によれば、付加レンズの大きさおよび位置を自由に選択して照明倍率を調整することができるので、一の光源の発光面積が他の光源の発光面積に比べて著しく大きい場合でも、一の光源の発光領域全体からの光によって照射面全体を照明することができる。したがって、光源光を効率的に利用することができる。
【００１３】
なお、前記一の光源が前記他の光源より前方に配置されていてもよい。この構成によれば、特殊なレンズアレイを形成することなく、また部品点数を増加させることなく、照明倍率を調整することができるので、コストアップを抑制することができる。
【００１４】
なお、前記各光源と前記照射面とが共役の関係にあり、前記各光源の像が前記照射面に作成される構成としてもよい。この構成によれば、照射面の明るさを向上させることができるので、光源光を効率的に利用することができる。
【００１５】
また、前記レンズは、アナモフィックレンズであることが望ましい。この構成によれば、各光源の発光領域の形状と照射面の形状とが異なる場合でも、照射面全体を照明することができるので、光源光を効率的に利用することができる。
【００１６】
一方、本発明にかかる投射型表示装置は、上述した照明装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、光源光を効率的に利用することが可能な投射型表示装置を提供することができる。
【００１７】
また、前記各光源がそれぞれ異なる色光を出射可能に形成されている上述した照明装置と、前記照明装置における前記各光源から出射された色光を変調する光変調手段と、前記各光源から色光を出射するタイミングを制御し、前記各光源から時間順次に色光を出射させる光出射制御手段と、前記各光源から出射される色光に対応させて前記光変調手段を時間順次に駆動する光変調手段駆動手段と、前記各光源から色光を出射するタイミングと前記光変調手段を駆動するタイミングとを同期させる同期信号を発生させ、発生した前記同期信号を前記光出射制御手段および前記光変調手段駆動手段に出力する同期信号発生手段と、を有することが望ましい。
【００１８】
このように、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式の投射型表示装置では、光変調手段にカラーフィルタを設けて色毎に画素を形成する必要がないので、光源光を効率的に利用することができる。さらに、上述した照明装置を採用したので、各光源から出射される各色光により、光変調手段の表示領域全体を効率的に照明することができる。したがって、明るく均一なカラー画像を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
［第１実施形態］
最初に、本発明の第１実施形態につき、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る照明装置および光変調手段の側面断面図である。第１実施形態に係る照明装置５は、複数の光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備えた光源アレイ１０と、各光源に対応する複数のレンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂを備えたレンズアレイ２０とを有し、緑色光源１２ｇに対応するレンズ２２ｇの厚さが、緑色光源１２ｇより発光面積が小さい赤色光源１２ｒに対応するレンズ２２ｒおよび青色光源１２ｂに対応するレンズ２２ｂの厚さより、厚く形成されているものである。なお、本実施形態では、液晶ライトバルブ等の光変調手段５０における表示領域を照射面として照明する場合を例にして説明する。
【００２０】
［照明装置］
光源１２として、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの白色光源を用いてもよいが、本実施形態では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）素子等の単色光源を用いた場合を例にして説明する。なお、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式プロジェクタに、単色光源を用いた照明装置を採用した場合には、光変調手段にカラーフィルタを設ける必要がなくなる。したがって、光源光を効率的に利用することができる。また、単色光源としてＬＥＤを採用することにより、少ない消費電力で高輝度を確保することが可能になり、効率的な照明を実現することができる。また、ＬＥＤは耐久性能に優れている。
【００２１】
ＬＥＤは、接合部に電流が流れると光を放射するダイオードである。単純なホモ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の結晶が同じ材料で構成されたものである。ホモ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、n型半導体の電子がp型半導体に移動し、エネルギーの高い伝導帯からエネルギーの低い価電子帯に落ちて正孔と再結合する。その際に失われるエネルギーが光として放出され、ＬＥＤが発光する。なお、放出される光の色は伝導帯と価電子帯のエネルギー差（バンドギャップ）に左右され、バンドギャップは使用する半導体材料によって決定される。たとえば、ＡｌＧａＡｓ等を使用すれば赤色に発光し、ＧａＰ等を使用すれば緑色に発光し、ＩｎＧａＮ等を使用すれば青色に発光する。このように、ＬＥＤは単色光源となる。
【００２２】
なお、ホモ接合構造のＬＥＤでは発光効率が低いため、光源１２にはダブルへテロ接合構造や量子井戸接合構造のＬＥＤを採用するのが好ましい。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に、バンドギャップの小さい活性層を挟み込んだものである。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、電子および正孔は活性層に閉じ込められて密度が高くなる。これにより、効率よく再結合が行われて高い発光効率を得ることができる。また、量子井戸接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に、電子の波長（約１０ｎｍ）程度に薄い複数の半導体層を挟み込んだものである。量子井戸接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、所定のエネルギーを有する電子および正孔のみを接合領域に集めることができる。これにより、効率よく再結合が行われて高い発光効率を得ることができる。また、波長幅が小さく単色に近い光を得ることができる。このように発光効率の高いＬＥＤを、プロジェクタ等の投射型表示装置の光源として採用することにより、画像の明るさを向上させるとともに、消費電力を低下させることができる。
【００２３】
光源１２は、上記のように構成したＬＥＤチップ等の発光素子１４と、Ａｌ等からなるヒートシンク１５とによって構成されている。発光素子１４の一方端面は、ヒートシンク１５の前面に配置された導電部材（不図示）の表面に面接合されている。また、ヒートシンク１５の外周面からは、一対の電極（不図示）が突出形成されている。そして、一対の電極のうち一方の電極と、上述した導電部材とが、ワイヤボンディング（不図示）によって接続されている。また、一対の電極のうち他方の電極と、発光素子１４の他方端面とが、ワイヤボンディング（不図示）によって接続されている。これにより、一対の電極から発光素子１４に対して通電可能となっている。
【００２４】
また、ヒートシンク１５の前面周縁部には、ヒートシンク１５の前方に向かって開口するテーパ面が形成されている。発光素子１４からヒートシンク１５の前面と平行に照射された光は、このテーパ面によって反射され、発光素子１４の前方に出射される。これにより、光源光を効率的に利用することができる。なお、発光素子１４の全体を密閉封止するため、ヒートシンク１５の上面に、樹脂等の透明材料からなるパッケージ（不図示）を形成してもよい。このパッケージは、全体をエポキシ等の熱硬化性樹脂によって形成してもよいし、固体カバーの内部にジェル等を封入して形成してもよい。
【００２５】
図２に、光源アレイ１０の正面図を示す。上記のように構成された赤色光源１２ｒ、緑色光源１２ｇおよび青色光源１２ｂが、図２に示すように配置されている。すなわち、中央部には１個の緑色（Ｇ）光源１２ｇが配置され、その周辺部には複数個の赤色（Ｒ）光源１２ｒおよび青色（Ｂ）光源１２ｂが交互に配置されている。さらに、その周辺部にも各色の光源を均等に配置してもよい。そして、これらの光源は、基板等の固定部材（不図示）の表面に固定され、光源アレイ１０が形成されている。
【００２６】
ところで、中央部の緑色光源１２ｇには、その周辺部の赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂに比べて、大きな発光素子１４が形成されている。そのため、赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂの発光面積より、緑色光源１２ｇの発光面積の方が大きくなってている。これにより、赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂと、緑色光源１２ｇとの光量が均等化されている。
【００２７】
一方、図１に示すように、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに対応して、各光源の後方にレンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂが配置されている。各レンズは、これに対応する各光源からの光を集光して、光変調手段の表示領域に照射するものである。この各レンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂは、一体的に形成されて、レンズアレイ２０が構成されている。このレンズアレイ２０は、ガラスやプラスチック等を用いてモールド成型されている。なお、各レンズを一体形成することなく、個別のレンズを集合させて、レンズアレイ２０を構成してもよい。
【００２８】
なお、レンズアレイ２０を構成する各レンズのうち、光源アレイ１０の周辺部に配置された光源１２ｒ，１２ｂに対応するレンズ２２ｒ，２２ｂは、当該光源よりも中央部寄りに配置されている。このように、各光源の発光領域の中心点と、各光源に対応するレンズの主点とを結ぶ直線が、それぞれレンズアレイ２０の後方における一点で交わるように、各光源および各レンズが配置されている。そして、この交点に光変調手段の表示領域を配置すれば、各光源から照射された光を各光源に対応するレンズにより集光して、光変調手段の表示領域を照明することができる。
【００２９】
また、各レンズはアナモフィックレンズで構成するのが好ましい。アナモフィックレンズは、シリンドリカルレンズやトロイダルレンズ等のように、縦方向と横方向の曲率が異なるレンズである。アナモフィックレンズの各方向の曲率は、照明すべき光変調手段の表示領域の形状に合わせて決定する。これにより、光変調手段の表示領域全体が照明されるので、光源光を効率的に利用することができる。
【００３０】
本実施形態では、レンズアレイ２０により、光変調手段５０の表示領域に、光源アレイ１０の像が作成される場合を例にして説明する。具体的には、レンズアレイ２０を構成する各レンズにより、各レンズに対応する光源の発光領域の像が、それぞれ光変調手段５０の表示領域全体に作成される。したがって、各光源１２からこれに対応するレンズ２２までの光軸方向に沿った距離（以下、単に距離という）と当該レンズ２２から光変調手段５０までの距離との比率が、各光源１２の発光領域の幅と光変調手段５０の表示領域の幅との比率に一致するように、レンズアレイ２０が配置されている。この比率は、各光源の発光領域の幅に対する像の倍率となる。
【００３１】
なお、光変調手段５０の表示領域に各光源１２の発光領域の像を作成するには、各光源１２と光変調手段５０とが共役の関係にあることが必要である。具体的には、各光源１２からこれに対応するレンズ２２の前側焦点位置までの距離と当該レンズ２２の焦点距離との比率、および、当該レンズ２２の焦点距離と当該レンズ２２の後側焦点位置から光変調手段５０までの距離との比率を、上述した倍率と一致させる必要がある。そこで、この関係を満たすように、各レンズ２２の焦点距離が設定されている。具体的には、各レンズ２２の曲率を適当に設定することにより、各レンズ２２の焦点距離が上記の関係を満たすように設定されている。
【００３２】
ここで、発光面積の大きい緑色光源１２ｇに対応するレンズ２２ｇの厚さは、発光面積の小さい赤色光源１２ｒに対応するレンズ２２ｒおよび青色光源１２ｂに対応するレンズ２２ｂの厚さに比べて、厚く形成されている。具体的には、レンズ２２ｇのみが後方に拡張形成されている。これにより、レンズ２２ｇの主点２３ｇは、レンズ２２ｒの主点２３ｒおよびレンズ２２ｂの主点２３ｂより後方に配置されている。なお主点とは、光学系において横倍率が＋１になる光軸上の共役点である。すなわち、入射光線が１つの面で曲がっていると考えたときの仮想的な面と光軸との交点である。ここで、レンズ２２ｇの主点２３ｇの位置は、緑色光源１２ｇから主点２３ｇまでの距離と主点２３ｇから光変調手段５０の表示領域までの距離との比率が、緑色光源１２ｇの発光領域の幅と光変調手段５０の表示領域の幅との比率に一致するように配置されている。この比率は、緑色光源１２ｇの発光領域の幅に対する像の倍率となる。なお、緑色光源１２ｇの像の倍率は、上述した赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂの像の倍率より小さくなる。上述した各主点の配置にともなって、緑色光源１２ｇから主点２３ｇまでの距離は、赤色光源１２ｒから主点２３ｒまでの距離および青色光源１２ｂから主点２３ｂまでの距離に比べて、長くなっている。
【００３３】
上述したように、光変調手段５０の表示領域に緑色光源１２ｇの発光領域の像を作成するには、緑色光源１２ｇと光変調手段５０とが共役の関係にあることが必要である。具体的には、緑色光源１２ｇからレンズ２２ｇの前側焦点位置までの距離とレンズ２２ｇの前側焦点位置からレンズ２２ｇの主点２３ｇまでの距離（焦点距離）との比率、および、レンズ２２ｇの主点からレンズ２２ｇの後側焦点位置までの距離（焦点距離）と各レンズ２２の後側焦点位置から光変調手段５０までの距離との比率を、上述した倍率と一致させる必要がある。そこで、この関係を満たすように、レンズ２２ｇの焦点距離が設定されている。具体的には、レンズ２２ｇの曲率を適当に設定することにより、レンズ２２ｇの焦点距離が上記の関係を満たすように設定されている。
【００３４】
次に、上記のように構成した照明装置の作用について説明する。まず、赤色光源１２ｒからの光は、レンズ２２ｒによって集光され、光変調手段５０の表示領域に照射される。ここで、赤色光源１２ｒからレンズ２２ｒの主点２３ｒまでの距離とレンズ２２ｒの主点２３ｒから光変調手段５０の表示領域までの距離との比率が、赤色光源１２ｒの発光領域の幅と光変調手段５０の表示領域の幅との比率に一致するように、レンズ２２ｒが配置されている。したがって、光変調手段５０の表示領域には、赤色光源１２ｒの発光領域の像が、上記比率を倍率として作成される。これにより、赤色光源１２ｒの発光領域全体からの光によって、光変調手段５０の表示領域全体が照明される。なお、青色光源１２ｂの場合も同様である。
【００３５】
一方、緑色光源１２ｇからの光は、レンズ２２ｇによって集光され、光変調手段５０の表示領域に照射される。ここで、緑色光源１２ｇの発光面積は、赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂの発光面積より大きく形成されている。しかし、緑色光源１２ｇからレンズ２２ｇの主点２３ｇまでの距離とレンズ２２ｇの主点２３ｇから光変調手段５０の表示領域までの距離との比率が、緑色光源１２ｇの発光領域の幅と光変調手段５０の表示領域の幅との比率に一致するように、レンズ２２ｇが配置されている。したがって、光変調手段５０の表示領域には、緑色光源１２ｇの発光領域の像が、上記比率を倍率として作成される。これにより、緑色光源１２ｇの発光領域全体からの光によって、光変調手段５０の表示領域全体が照明される。
【００３６】
以上に詳述したように、第１実施形態に係る照明装置では、緑色光源１２ｇに対応するレンズ２２ｇの厚さが、緑色光源１２ｇより発光面積が小さい赤色光源１２ｒに対応するレンズ２２ｒおよび青色光源１２ｂに対応するレンズ２２ｂの厚さより、厚く形成されている構成とした。この構成によれば、緑色光源１２ｇの照明倍率が、赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂの照明倍率より小さくなる。これにより、緑色光源１２ｇの発光面積が赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂの発光面積より大きい場合でも、緑色光源１２ｇの発光領域全体からの光によって光変調手段５０の表示領域全体が照明され、緑色光源１２ｇの発光領域の一部からの光が光変調手段５０の表示領域の外側に照射されることはない。したがって、光源光を効率的に利用することができる。また、照明装置と光変調手段との空間を利用して照明倍率を調整するので、照明装置をコンパクトに構成することができる。さらに、部品点数を増加させることなく照明倍率を調整することができるので、コストアップを抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、一の光源に対応するレンズの厚さを、他の光源に対応するレンズの厚さより厚くすることにより、一の光源に対応するレンズの主点を後方に配置する構成とした。しかし、各レンズの厚さを同一に形成しつつ、一の光源に対応するレンズを他の光源に対応するレンズより後方に配置することにより、一の光源に対応するレンズの主点を後方に配置してもよい。この場合にも、上記と同様の効果が得られる。また、一の光源に対応するレンズを後方に配置するとともに、当該レンズの厚さを厚くしてもよい。この構成によれば、照明倍率を大幅に調整することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、一の光源に対応するレンズの主点を、一の光源に対応するレンズの主点より後方に配置することにより、一の光源とこれに対応するレンズの主点との距離を延長する構成とした。しかし、各レンズの主点を同じ位置に配置しつつ、一の光源を他の光源より前方に配置することにより、一の光源とこれに対応するレンズの主点との距離を延長してもよい。この構成によれば、特殊なレンズアレイを形成することなく、また部品点数を増加させることなく、照明倍率を調整することができるので、コストアップを抑制することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、各光源と光変調手段とが共役の関係にあり、光変調手段の表示領域に各光源の発光領域の像が作成される場合について説明した。しかし、必ずしも各光源と光変調手段とが共役の関係にある必要はない。光変調手段の表示領域に各光源の発光領域の像を作成すると、かえって光変調手段の表示領域における光の均一性が確保できなくなる場合があるからである。この場合には、光変調手段の表示領域に、各光源の発光領域の像を少しぼかして作成する。具体的には、レンズの主点から当該レンズの後側焦点位置までの距離（焦点距離）と当該レンズの後側焦点位置から光変調手段までの距離との比率が、像の倍率に一致しないように、光変調手段を少しずらして配置する。これにより、光変調手段の表示領域における光の均一性を確保することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、照明装置によって照明される照射面が、液晶ライトバルブ等の光変調手段である場合を例にして説明した。しかし、光変調手段を照射面とする場合に限られず、ロッドレンズや別のレンズアレイ等を照射面とすることも可能である。なお、ロッドレンズを照明する場合には、ロッドレンズ自体により光の均一性が確保されるので、各光源とロッドレンズとを共役の関係とするのが好ましい。これにより、ロッドレンズを強く照明することが可能になり、光源光を効率的に利用することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、発光色が異なる複数の単色光源によって光源アレイが形成されている場合を例にして説明した。しかし本発明は、光源の発光色にかかわらず、発光面積が異なる複数の光源を有する場合に広く適用することが可能である。たとえば、複数の白色光源によって光源アレイが構成されている場合に、照射面の中央部のみを強く照明しようとすれば、光源アレイの中央部に配置された白色光源の発光面積を大きくすることになる。この場合に、本実施形態に係る照明装置を適用すれば、光源光を効率的に利用することができるとともに、照射面の中央部のみを強く照明することができる。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る照明装置につき、図３を用いて説明する。図３は、第２実施形態に係る照明装置および光変調手段の側面断面図である。第２実施形態では、レンズアレイ２０を構成する各レンズが同一の厚さに形成されている一方で、発光面積の大きい緑色光源１２ｇに対応するレンズ２２ｇの後方に、付加レンズ２６が配置されている点が第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
【００４３】
第２実施形態では、ロッドレンズ２０の後方に、ガラスやプラスチック等の透明材料からなる支持板２５が配置されている。そして、発光面積の大きい緑色光源１２ｇから光変調手段への光路と、前記支持板２５との交点付近に、付加レンズ２６が形成されている。付加レンズ２６は、支持板２５の一部を厚肉化することによって形成され、支持板２５は、付加レンズ２６が形成された曲面部とそれ以外の平面部とがアレイ状になって構成されている。そして、支持板２５は透明材料によって形成されているので、レンズ２２ｒおよびレンズ２２ｂから出射された光は、支持板２５を透過して光変調手段５０に直進する。なお、研磨等によって形成した付加レンズ２６の単体を、支持板２５以外の支持手段によって支持してもよい。
【００４４】
レンズ２２ｇから出射された光は、付加レンズ２６によって集光されるので、レンズ２２ｇおよび付加レンズ２６による仮想の主点２３ｇは、レンズ２２ｒの主点２３ｒおよびレンズ２２ｂの主点２３ｂに比べて、付加レンズ側に配置されている。具体的には、緑色光源１２ｇから主点２３ｇまでの距離と主点２３ｇから光変調手段５０までの距離との比率が、緑色光源１２ｇの発光領域の幅と光変調手段５０の表示領域の幅との比率に一致するように、主点２３ｇが配置されている。この比率は、緑色光源１２ｇの発光領域の幅に対する像の倍率となる。そして、上記の位置に主点２３ｇが配置されるように、付加レンズ２６の位置が設定されている。
【００４５】
また、第１実施形態と同様に、緑色光源１２ｇおよび光変調手段５０を共役の関係とする場合には、緑色光源１２ｇから前側焦点位置までの距離と前側焦点位置から主点２３ｇまでの距離（焦点距離）との比率、および、主点２３ｇから後側焦点位置までの距離（焦点距離）と後側焦点位置から光変調手段５０までの距離との比率を、上述した倍率と一致させる必要がある。そこで、この関係を満たすように、レンズ２２ｇおよび付加レンズによる焦点距離が設定されている。具体的には、付加レンズ２６の曲率を適当に設定することにより、焦点距離が上記の関係を満たすように設定されている。
【００４６】
そして、緑色光源１２ｇからの光は、レンズ２２ｇおよび付加レンズ２６を介して、光変調手段５０の表示領域に照射される。ここで、緑色光源１２ｇの発光面積は、赤色光源１２ｒおよび青色光源１２ｂの発光面積より大きく形成されている。しかし、レンズ２２ｇおよび付加レンズ２６による仮想の主点２３ｇは、上記の関係を満たすように配置されている。したがって、光変調手段５０の表示領域には、緑色光源１２ｇの発光領域の像が作成される。これにより、緑色光源１２ｇの発光領域全体からの光によって、光変調手段５０の表示領域全体が照明される。
【００４７】
以上に詳述したように、第２実施形態に係る照明装置では、緑色光源１２ｇに対応するレンズ２２ｇの後方に、付加レンズ２６が配置されている構成とした。この構成により、第１実施形態と同様に、光源光を効率的に利用することができる。なお、第１実施形態では、レンズ２２ｇの厚さを厚くすることにより主点２３ｇを後方に配置したが、レンズ２２ｇの厚さを厚くするには限界がある。この点、第２実施形態では、付加レンズ２６の大きさおよび位置を自由に選択することができるので、照明倍率を大幅に調整することができる。したがって、一の光源の発光面積が他の光源の発光面積に比べて著しく大きい場合でも、一の光源の発光領域全体からの光によって光変調手段５０の表示領域の全体を照明することができる。
【００４８】
［単板式プロジェクタ］
次に、第１実施形態または第２実施形態に係る照明装置を備えた投射型表示装置について説明する。まず、単板式プロジェクタにつき、図４および図５を用いて説明する。図４は単板式プロジェクタの説明図であり、図５はタイミングチャートである。単板式プロジェクタとは、１個の光変調手段により光源光の変調を行うプロジェクタである。なお以下には、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式プロジェクタについて説明する。
【００４９】
図４に示す単板式プロジェクタは、第１実施形態に係る照明装置５または第２実施形態に係る照明装置６を備えている。すなわち、複数の単色光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備えた光源アレイ１０と、各単色光源に対応する複数のレンズを備えたレンズアレイ２０とが、単板式プロジェクタの光軸上に配置されている。また、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは、光出射制御回路（光出射制御手段）７０に接続されている。この光出射制御回路７０は、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから色光を出射するタイミングを制御するものであり、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから時間順次に色光を出射させることが可能になっている。
【００５０】
また、レンズアレイ２０の後方には、液晶ライトバルブ等の光変調手段５０が配置されている。光変調手段５０は、入射する光源光を変調して、画像光を形成するものである。この光変調手段５０は、光変調手段駆動回路（光変調手段駆動手段）８０に接続されている。この光変調手段駆動回路８０は、光変調手段５０を駆動するタイミングを制御するものであり、各光源からの色光に対応させて光変調手段５０を時間順次に駆動することが可能になっている。
【００５１】
光源アレイ１０の各光源から放射状に出射された光は、レンズアレイ２０の各レンズによって集光され、光変調手段５０の表示領域に照射される。この場合、各光源からの光が光変調手段５０の表示領域において重畳されるので、光変調手段５０の表示領域を均一に照明することができる。なお、レンズアレイ２０と光変調手段５０との間にロッドレンズを配置して、照射面をロッドレンズとしてもよい。ロッドレンズを採用することにより、光変調手段５０に対して垂直に近い角度で光束を入射させることが可能になり、光源光を効率的に利用することができるとともに、画像のコントラスト比を確保することができる。
【００５２】
そして、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０は、同期信号発生回路（同期信号発生手段）９０に接続されている。この同期信号発生回路９０は、同期信号ＳＹＮＣを発生させて、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０に入力するものである。これにより、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから色光を出射するタイミングと、光変調手段５０を駆動するタイミングとを、同期させることができるようになっている。
【００５３】
各光源および光変調手段の具体的な駆動方法について、図５を用いて説明する。まず、微小時間を１フレームに設定し、さらに１フレームを３つに時分割して動作単位時間とする。同期信号発生回路９０は、各動作単位時間ごとに同期信号ＳＹＮＣを発生させ、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０に出力する。光出射制御回路７０は、同期信号ＳＹＮＣに合わせて、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを順次発光させる。なお、１フレーム中に各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂが１回ずつ発光することになる。一方、光変調手段駆動回路８０は、同期信号ＳＹＮＣに合わせて、各画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂを順次出力し、光変調手段５０を駆動する。なお、光源の発光色に対応した画像信号が出力されるように、最初の発光色および発光色の切り換えの順番をあらかじめ設定しておく。以上により、光源の発光に同期して光変調手段が駆動され、各動作単位時間ごとに画像光が形成される。また、１フレームの間に各色光に対応した画像光が１回ずつ作成され、１フレームごとにカラー画像が形成される。
【００５４】
そして、光変調手段５０により形成されたカラー画像は、投射レンズ等からなる投射光学系６０を介してスクリーン６５に拡大投影される。以上により、画像表示が行われる。
【００５５】
以上に詳述した単板式プロジェクタでは、光変調手段５０の駆動方式として色順次駆動方式を採用した。この場合、光変調手段５０にカラーフィルタを設けて色毎に画素を形成する必要がないので、光源光を効率的に利用して画像表示を行うことが可能となり、表示画像の明るさを確保することができる。また、光変調手段５０の高精細化を図ることが可能になり、表示品質の優れた投射型表示装置を提供することができる。さらに、実施形態に係る照明装置を採用したので、各光源から出射される各色光により、光変調手段の表示領域全体を効率的に照明することができる。したがって、明るく均一なカラー画像を形成することができる。また、各色光を光変調手段に導くためのクロスダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等を設ける必要がないので、低コストの投射型表示装置を提供することができる。
【００５６】
［三板式プロジェクタ］
次に、三板式プロジェクタにつき、図６を用いて説明する。図６は、三板式プロジェクタの説明図である。図６において、５，６は照明装置、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８２２、８２３、８２４は光変調手段、８２５はダイクロイックプリズム、８２６は投射光学系を示す。三板式プロジェクタとは、三原色に対応した３個の光変調手段により光源光の変調を行うものである。
【００５７】
図６に示す三板式プロジェクタは、第１実施形態に係る照明装置５または第２実施形態に係る照明装置６を備えている。すなわち、複数の単色光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備えた光源アレイ１０と、各単色光源に対応する複数のレンズを備えたレンズアレイ２０とが配置されている。なお、レンズアレイ２０の後方にロッドレンズを配置して、照射面をロッドレンズとしてもよい。ロッドレンズを採用することにより、光変調手段に対して垂直に近い角度で光束を入射させることが可能になり、光源光を効率的に利用することができるとともに、画像のコントラスト比を確保することができる。
【００５８】
ダイクロイックミラー８１３は、光源１２ｒからの赤色光を透過するとともに、光源１２ｂからの青色光および光源１２ｇからの緑色光を反射する。そして、ダイクロイックミラー８１３を透過した赤色光は、反射ミラー８１７で反射されて、赤色光変調手段８２２に入射する。また、ダイクロイックミラー８１４は、青色光を透過するとともに、緑色光を反射する。そして、ダイクロイックミラー８１４によって反射された緑色光は、緑色光変調手段８２３に入射する。さらに、ダイクロイックミラー８１４を透過した青色光は、反射ミラー８１５、８１６で反射されて、青色光変調手段８２４に入射する。
【００５９】
各液晶ライトバルブ８２２，８２３，８２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投写光学系である投写レンズ８２６により投写スクリーン８２７上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００６０】
以上のように構成された三板式プロジェクタは、第１実施形態または第２実施形態に係る照明装置を備えているので、光源光を効率的に利用して画像表示を行うことができる。したがって、表示画像の明るさを確保することができる。
【００６１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る照明装置および光変調手段の側面断面図である。
【図２】 光源アレイの正面図である。
【図３】 第２実施形態に係る照明装置および光変調手段の側面断面図である。
【図４】 時分割駆動方式を採用した単板式プロジェクタの説明図である。
【図５】 時分割駆動方式を採用した単板式プロジェクタのタイミングチャートである。
【図６】 三板式プロジェクタの説明図である。
【図７】 従来技術に係る照明装置および液晶ライトバルブの側面断面図である。
【符号の説明】
５照明装置 １０光源アレイ １２ｒ赤色光源 １２ｇ緑色光源 １２ｂ青色光源 ２０レンズアレイ ２２ｒレンズ ２２ｇレンズ ２２ｂレンズ ２３ｒ主点 ２３ｇ主点 ２３ｂ主点

Claims (10)

1. 複数の光源と、前記各光源に対応するレンズを複数備えたレンズアレイとを有し、前記各光源からの光を前記各光源に対応する前記レンズにより集光して照射面を照明する照明装置であって、
   一の前記光源と前記一の光源に対応する前記レンズの主点との光軸方向距離が、前記一の光源より発光面積が小さい他の前記光源と前記他の光源に対応する前記レンズの主点との光軸方向距離より、長く形成されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記一の光源に対応する前記レンズの主点が、前記他の光源に対応する前記レンズの主点より、後方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記一の光源に対応する前記レンズの厚さが、前記他の光源に対応する前記レンズの厚さより、厚く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記一の光源に対応する前記レンズが、前記他の光源に対応する前記レンズより、後方に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記一の光源に対応する前記レンズの後方に、付加レンズが配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記一の光源が前記他の光源より前方に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記各光源と前記照射面とが共役の関係にあり、前記各光源の像が前記照射面に作成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記レンズは、アナモフィックレンズであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の照明装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
10. 前記各光源がそれぞれ異なる色光を出射可能に形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の照明装置と、
    前記照明装置における前記各光源から出射された色光を変調する光変調手段と、
    前記各光源から色光を出射するタイミングを制御し、前記各光源から時間順次に色光を出射させる光出射制御手段と、
    前記各光源から出射される色光に対応させて前記光変調手段を時間順次に駆動する光変調手段駆動手段と、
    前記各光源から色光を出射するタイミングと前記光変調手段を駆動するタイミングとを同期させる同期信号を発生させ、発生した前記同期信号を前記光出射制御手段および前記光変調手段駆動手段に出力する同期信号発生手段と、
    を有することを特徴とする投射型表示装置。

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