CN101052915A - 光学积分器，照明装置及投影型图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的投影型图像显示装置50，用LED51R、51G、51B作为光源，使出射光线入射到光学积分器60。光学积分器60在长度方向结合4个块材61～64而成，各块材61～64的倾斜的结合面上，一体地具有反射R光线并透射G、B光线的二色镜65R，反射G光线并透射R、B光线的二色镜65G，反射B光线并透射R、G光线的二色镜65B，。各二色镜65R、65G、65B反射来自各LED51R、51G、51B的出射光，在光学积分器60内全反射并传播，从出射面60b出射均匀的光线。从而谋得从光源出射的光路长度的削减和光源利用效率的提高，实现装置的小型化和低成本化。

Description

光学积分器，照明装置及投影型图像显示装置

技术领域

本发明涉及能高效率利用光源的光学积分器和照明装置，以及在谋求小型化方面实现高品位的图像显示的投影型图像显示装置。

技术背景

作为前投影方式，以往存在将有关利用光源生成的图像的调制光投影到屏幕上，在屏幕上进行图像显示的投影机(投影型图像显示装置)。这种投影型图像显示装置的构成也适用于背投影电视为代表的背投影方式。当投影型图像显示装置用灯作为光源时，有用激光和二极管等发光元件的，另一方面，以生成投影对象的原图像的空间光调制元件(光阀)的种类来区分时，分为用DMD(数字反射镜装置：注册商标)的、以及用液晶那样的显示板的。

图10示出用灯作光源并用DMD作光阀的以往的投影型图像显示装置1(DPL方式：数字光投影机)的构成示意图。投影型图像显示装置1，配置彩色轮3使对着光源的灯2，在灯2出射的光线行进方向上，彩色轮3的下游侧，配置柱形积分器4、共计3组的会聚透镜5a～5c、及反射镜6，反射镜6向DMD7反射光线，由投影透镜8投影DMD7生成的图像的调制光。以下的说明中，规定光路中与光线行进方向相反的方向为上游侧，沿行进方向的方向为下游侧。

灯2中，可用具有灯丝型的电极构造的卤素灯，具有发生电弧放电的电极构造的金属卤化物灯，氙短弧灯，及高压型水银灯。设置在灯2中央的发光管2a出射的光线，由主要用玻璃基材构成的椭圆面或双曲面形成的反射器(反射镜)2b反射行进，使照射所要的方向和区域。灯2出射的光线中，包含紫外线，可见光线，及红外线，视觉上是白色光线。另外，彩色轮3配置在出射光线的焦点近旁。

彩色轮3至少分割为形成使透射红色、绿色、及蓝色的光线的二色镜的3个部分。彩色轮3的旋转由未图示的控制部所控制。

配置在彩色轮3的下游侧的柱形积分器4，主要用玻璃材料柱形地形成，将从一端面(入射面)4a以所要的广角入射的光线群，利用玻璃材料与周围空气的折射率之差，在玻璃材料的内侧界面上反复进行全反射，高效地在玻璃内部传播。结果，在柱形积分器的另一端面(出射面4b)，以维持光线群的入射角原样的状态，产生光源的多重反射像，使出射面4b上的照度均匀化。另外，也可将柱形积分器4配置在彩色轮3的上游侧。另外，DMD7用控制微米量级的可动反射镜阵列生成图像的元件形成。

下面，说明投影型图像显示装置1的投影控制，未图示的控制部利用DMD7的同步信号进行彩色轮3的相位旋转控制，通过控制，进行彩色轮3的旋转，使在对DMD7输入红色图像数据的时间带，灯2的出射光线通过彩色轮3的红色部分。

因此，利用灯2的出射光线通过彩色轮3，依次成为红色(下称R)、绿色(下称G)、及蓝色(下称B)的光线，与此同步，因DMD7也依次形成R、G、B用的图像，故通过R、G、B光线入射DMD7，依次生成R、G、B图像的光线。通过由投影透镜8将这些R、G、B图像的光线投影到屏幕(未图示)，屏幕上显示R、G、B图像。由于屏幕上显示的R、G、B图像各自以180Hz以上的大于人眼的色分辨力的速度更换，因此看起来错以为彩色图像。

图11示出用灯作光源同时用液晶板作光阀的以往的投影型图像显示装置1(LCD方式)的示意图。近来的LCD方式中为确保屏幕上的亮度，用3块液晶板17R、17G、17B方式成为主流。

投影型图像显示装置10，与具有椭圆形或抛物面反射镜的灯11对向地配置第1复眼透镜12a，PS分离合成单元13，第2复眼透镜12b，以及透镜14，另在透镜14的下游侧配置共计6个二色镜15R、15G、15B、16R、16G、16B，同时在各二色镜15R、15G、…之间适当配置红用液晶板17R、绿用液晶板17G、及蓝用液晶板17B。

第1和第2复眼透镜12a、12b是利用多重成像使光源即灯11的照度斑点均匀化的透镜。PS分离合成单元13把灯11出射的光线分离成相对于光轴为纵方向的偏光成分(P波)和横方向的偏光成分(S波)，将一方的偏光成分变换为另一方的偏光成分，并合成。通过将控制各液晶板17R、17G、17B的透射吸收的偏光板的透射轴对准于该PS分离合成单元13动作的设计，提高光源的利用率。

各二色镜15R、15G，…提供分别选择性地反射透射灯11出射的R、G、B光线的特性。具体是，二色镜15R、16R一面反射R光线，一面透射G、B光线，二色镜15G、16G一面反射G光线，一面透射R、B光线，二色镜15B、16B一面反射B光线，一面透射R、G光线。

因此，通过透镜14的R、G、B光线中的R光线，由二色镜15R、16R依次反射，入射到红用液晶板17R成为R图像，此后，R图像的光线分别透射二色镜16G、16B，到投影透镜18。通过透镜14的G光线，透射二色镜15R后，由二色镜15G反射，入射到绿用液晶板17G成为G图像，此后，G图像的光线由二色镜16G反射后，透射二色镜16B，到投影透镜18。而且，通过透镜14的B光线，依次透射二色镜15R、15G，入射到蓝用液晶板17B成为B图像，此后，B图像的光线依次由二色镜15B、16B反射，到投影透镜18。

通过上述的反射和透射，在投影透镜18的入射部(入射光瞳)的R、G、B图像一致成像，通过将这些R、G、B图像的光线同时投影、聚焦到屏幕上，显示形成彩色图像。另外，二色镜15R、15G…中，2个二色镜15B、16R因不进行光线透射，故也可能代替为只进行反射的反射镜。

图12示出采用将2片二色镜的动作一体化成为一个棱镜的交义棱镜28的LCD方式的投影型图像显示装置20的构成示意图。投影型图像显示装置20，与图11的投影型图像显示装置10同样地配置灯21，第1复眼透镜22a，PS分离合成单元23，第2复眼透镜22b，透镜24，在透镜下游侧配置共计5个二色镜25R、25G、25B、26R、26B，同时在2个二色镜26R、26B之间配置交义棱镜28，其周围配置红用液晶板27R，绿用液晶板27G，蓝用液晶板27B。

交义棱镜28为长方体形状，在对角线上设置反射R光线同时透射G、B光线的二色镜28R，和反射B光线同时透射R、G光线的二色镜28B。各二色镜28R、28B，贴合构成二色镜28的棱镜部件，形成一体。

通过透镜24的R、G、B光线中的R光线，由二色镜25R、26R分别反射，向红用液晶板27R入射，形成R图像，此后，R图像的光线反射到交义棱镜28内二色镜28R(另有一部分R图像光线透射二色镜28B)，朝向投影透镜29。另外，通过透镜24的G光线，透射二色镜25R后由二色镜25G反射，向绿用液晶板27G入射，形成G图像，此后，G图像的光线分别透射交义棱镜28内二色镜28R、28B，朝向投影透镜29。另外，通过透镜24的B光线，依次透射二色镜25R、25G，并由二色镜25B、26B依次反射，向蓝用液晶板27B入射，形成B图像，此后，B图像的光线反射到交义棱镜28内二色镜28B(另有一部分B图像光线透射二色镜28R)，朝向投影透镜29。

投影型图像显示装置20通过用交义棱镜28，抑制从各液晶板27R、27G、27B到投影透镜29的光路长度到最小限度，通过使图像(光线)的扩宽为最小限度，与投影透镜29的小型化一起，实现装置本身的小型化。另在二色镜25R、25G、…中3个二色镜25B、26R、26B因不透射光线，故可代替为只进行反射的反射镜。

图13示出用发光元件作光源同时用1块液晶板作光阀的1块LCD方式的投影型图像显示装置30的构成示意图。发光元件中可以应用对眼睛具有安全性的激光器、激光二极管及发光二极管(LED)等固体半导体发光元件。

投影型图像显示装置30，分别对着发出R光线的红色LED31R、发出G光线的绿色LED31G及发出B光线的蓝色LED31B，配置控制各LED31R、31G、31B的出射光的展宽角度的透镜32R、32G、32B，同时配置二色镜33R、33G、33B，以使通过透镜32R、32G、32B的光线入射。在二色镜33R、33G、33B的下游侧分别配置透镜34，第1复眼透镜35a，PS分离合成单元36，第2复眼透镜35b，液晶板37，以及投影透镜38。

投影型图像显示装置30中，为使从各LED31R、31G、31B的出射光在液晶板37上或近旁成像，要使从各LED31R、31G、31B到液晶板的光路长度一致。因此，配置各LED31R、31G、31B使从蓝色LED31B到二色镜33B的距离最长，绿色LED31G到二色镜33G的距离次长，从红色LED31R到二色镜33R的距离最短，同时，使二色镜33R、33G、33B的大小也各不相同。

投影型图像显示装置30中，在液晶板37上或近旁使来自各LED31R、31G、31B的出射光成像，故各LED31R、31G、31B的发光斑点直接原封不动地关联到照度斑点。因此，投影型图像显示装置30以第1、2复眼透镜35a、35b夹入位于液晶板37的上游侧PS分离合成单元36，使液晶板37上的LCD光(LCD像)多重结合，实现照度斑点的改善。另外，也可将PS分离合成单元36和第1、2复眼透镜35a、35b配置在二色镜33R、33G、33B的上游侧。

图14示出用LED作光源的1块LCD方式的，应用交义棱镜43的投影型图像显示装置40的构成示意图。投影型图像显示装置40，在立方体形状的交义棱镜43的周围三面配置红、绿、蓝色的液晶LED41R、41G、41B，同时在各LED41R、41G、41B与交义棱镜43之间配置透镜42R、42G、42B，进而在交义棱镜43的下游侧分别配置透镜44，第1复眼透镜45a，PS分离合成单元46，第2复眼透镜45b，液晶板47，以及投影透镜48。

投影型图像显示装置40中，为在液晶板47上使来自各LED41R、41G、41B的出射光成像，在交义棱镜43的周围等距离配置各LED41R、41G、41B。其结果，因为可设计从各LED41R、41G、41B到液晶板38的光路为相同长度，同时使光路长度为最短，所以有可能将由各LED41R、41G、41B，透镜42R、42G、42B，及交义棱镜43等构成的照明装置有关的光学系统的占有空间抑制得较小。

另外，把二色镜43R、43B设置在内部的交义棱镜43，因只将各LED41R、41G、41B出射光入射到内部，故不必如图12所示的投影型图像显示装置20那样，以像素单位来位置控制各自通过各液晶板27R、27G、27B的R、G、B图像的光线。因此，交义棱镜43比图12所示的交义棱镜28，可缓和对形成二色镜43R、43B的面的贴合精度的要求，在成品率方面变得有利。

另外，上述以外的以往的投影型图像显示装置，由下述各特许文献所揭示。

[专利文献1]特开2001-92419号公报

[专利文献2]特开平8-76078号公报

[专利文献3]特开2002-244211号公报

[专利文献4]特开2003-186110号公报

[专利文献5]特开平9-197340号公报

图10、图11、图12所示型式的投影型图像显示装置，因光源具有应用金属卤化物灯，氙短弧灯或高压水银灯的灯方式的照明装置，故存在以下问题。

首先，灯出射光的波长区域中因包含从紫外线到红外线，因此对光阀(DMD，液晶板)、其他部件发生热的影响那样的问题。另外，为避免热的影响，在装置内部设置冷却风扇，就需要在灯的出射部设置紫外线和红外线截止滤色板，装置成本上升，且装置在动作中发生风扇引起的高噪声，从而存在有关装置大型化和重量增加的问题。而且在灯方式的情况，通过2千小时至4千小时的点灯，到达灯的寿命时，屏上显示的图像变暗，必须更换高价的灯。

另外，如图10那样的DLP方式的装置中，为进行彩色轮旋转发生电机的工作声及旋转引起的风声，而且因设置上述冷却风扇发生风扇电机的动作声和风扇的风声，故存在装置整体的工作声增大的问题。

另外，在图11、12所示的LCD方式的装置中，灯是白色光源，因此为了出射光的色分离，必须设置二色镜，又因灯的出射光存在展宽角度，必须应用配置在光路的下游侧的大尺寸二色镜，存在装置整体变成大型化的问题。

另外，用图12所示的交义棱镜28的投影型图像显示装置20中，是利用各液晶板27R、27G、27B生成的R、G、B图像的光线入射到交义棱镜28的构成，存在的问题是，相对于交义棱镜28的入射面，必须以严密的位置精度配置各液晶板27R、27G、27B。还因同样的理由，在制作交义棱镜28时，对二色镜28R、28B的贴合也要求高精度，存在交义棱镜28的成品率变差，成本上升的问题。

其次，在用固体半导体发光元件作为图13、14所示的光源的型式中，存在如下问题。即如图13所示，应用二色镜33R、33G、33B时，各二色镜中，有必要用大型的二色镜配置在光路的下游侧，同时有必要调整从各LED31R、31G、31B到液晶板37的光路长度为等长度，因此存在增大装置外壳的宽度或高度尺寸的问题。又如图14所示，应用交义棱镜43时，一般因交义棱镜本身价高，投影型图像显示装置的成本降低变得困难，还因为兼顾各LED41R、41G、41B的出射光的展宽角度，也往往必须使用大且重的交义棱镜43。

还有，作为图13、14所示型式两者共同的问题，在各LED31R、41R等的形状与液晶板37、47的孔径形状不同时，从成像倍率的观点看，不能有效利用各LED31R、41R等的出射光的全部。另外，为得到高的屏幕照度，必须用高输出的高功率LED作为光源，这时的问题是，为对高功率LED的散热性采取对策，不能将二色镜33R、33G等或交义棱镜43配置在一个平面上，由于散热构造的复杂性，招致装置的更加大型化。

发明内容

本发明鉴于这些问题而作，其目的在于，通过使有关光源出射光的光路变更和照度均匀的构成一体化，提供实现零件数削减，光路长度缩短，以及光源利用效率提高的光学积分器，照明装置及投影型图像显示装置。

另外，本发明的目的在于，通过简化作为光源的LED的组件构造、散热设计，提供达到小型化和低成本化的照明装置和投影型图像显示装置。

另外，本发明的目的在于，通过提高光源利用效率，提供使能显示照度高的投影图像的投影型图像显示装置。

为解决上述课题，本发明的光学积分器，是由柱形光透射性部件形成，并使入射光在内部反射以便照度均匀并进行出射的光学积分器，其中，所述光透射性部件是在长度方向结合多个块材而成，所述多个块材的结合面相对于长度方向倾斜，所述结合面具备具有反射一个波长段的光而透射其他波长段的光的特性的光学膜。

另外，本发明的光学积分器，是由柱形光透射性部件形成，并使入射光在内部反射以便照度均匀并进行出射的光学积分器，其中，所述光透射性部件在长度方向的一端侧具有相对于长度方向倾斜的倾斜面，所述倾斜面具有将从所述光透射性部件的侧面入射的光向长度方向的另一端侧反射的特性。

本发明的照明装置，是具备发出各自不同波长段的光的多个发光元件的照明装置，其中，具备使入射所述多个发光元件发出的光，在内部反射以便照度均匀并进行出射的柱形光学积分器，所述光学积分器在长度方向结合具有光透射性的多个块材而成，以便生成对应于所述多个发光元件数目的结合面，各结合面相对于长度方向倾斜，所述多个发光元件发出的光，从所述光学积分器的侧面入射，分别照射对应的各结合面，所述多个结合面中位于长度方向一端侧顶部的一结合面，具有将照射的光向另一端侧反射的特性，位于从所述一结合面起的另一端侧的结合面，具备具有将照射的光向另一端侧反射的同时，使不同于该光所属波长段的波长段的光透射的特性的光学膜。

另外，本发明的照明装置，是具备发出各自不同波长段的光的多个发光元件的照明装置，其中，具备使入射所述多个发光元件发出的光，在内部反射以便照度均匀并进行出射的柱形光学积分器，所述光学积分器，在长度方向结合具有光透射性的多个块材而成，所述多个块材的结合面相对于长度方向倾斜，所述多个发光元件之中至少一个发光元件发出的光，从所述光学积分器的侧面入射，照射所述结合面，其余发光元件发出的光，从所述光学积分器的长度方向的一端侧的端面入射，照射所述结合面，所述结合面具备具有使从侧面照射的光向长度方向的另一端侧反射的同时，使从端面照射的光透射的特性的光学膜。

另外，本发明的照明装置，其中，所述多个发光元件分别配置在另一个基材中。

另外，本发明的照明装置，其中，所述多个发光元件配置在单一的基材中。

另外，本发明的照明装置，其中，具备进行使所述多个发光元件依次发光的控制的单元。

另外，本发明的照明装置，其中，具备进行使所述多个发光元件同时发光的控制的单元。

本发明的照明装置，是具备发光元件的照明装置，其中，具备使入射所述多个发光元件发出的光，在内部反射以便照度均匀并进行出射的柱形光学积分器，所述光学积分器，具有在长度方向的一端侧相对于长度方向倾斜的倾斜面，所述发光元件发出的光，从所述光学积分器的侧面入射，照射所述倾斜面，所述倾斜面具有使照射的光向长度方向的另一端侧反射的特性。

另外，本发明的照明装置，其中，具备使所述发光元件发出的光通过或反射的光学部件，所述光学部件具有变更所述发光元件发出的光的展宽角度的特性。

本发明的投影型图像显示装置，其中，具备所述照明装置，以该照明装置的光学积分器出射的光，生成与图像有关的调制光的空间光调制元件；以及将该空间光调制元件生成的调制光，向被投影体投影的投影透镜。

另外，本发明的投影型图像显示装置，其中，具备将所述照明装置具有的发光元件发出的光分离为一方向上的第1偏光成分和与该一方向正交的第2偏光成分，同时将该第1偏光成分变换为第2偏光成分并合成两偏光成分的分离合成单元。

在本发明中，由于结合使结合面倾斜的、具有光透射性的多个块材，同时在结合面设有对每个波长段选择性地进行光的反射和透射的光学膜，一体地形成的光学积分器，因此仅用光学积分器就实现光路的变更和照度的均匀化。其结果，与以往相比，能大幅度地简化有关光路的变更和照度均匀化的结构，同时，能提高所显示的图像的品位，而且光源出射光的展宽角度，通过光学积分器内的全反射产生的传播得以维持，因此，也能提高光源的利用效率。另外，结合面的倾斜角度，在光学系统的设计方面，相对于长度方向45度是合适的。

另外，光学积分器中在设置多个结合面并对各结合面设置光学膜时，用一个光学积分器就对出射各自不同波长段的多个光源实现光路的变更和照度的均匀化。其结果，能实现照明装置和投影型图像显示装置中的零件数的削减和光路长度的缩短，并即使光源的出射光存在展宽角度也能防止光路宽度的扩宽，能实现照明装置和投影型图像显示装置的小型化和低成本化。另外，本发明的投影型图像显示装置中，作为光阀可对应DMD，液晶板两者。

另外，在本发明中，由于对倾斜面形成具有反射光的特性的光学积分器，因此只用更简单构成的光学积分器就能实现光路的变更和照度的均匀化。即，入射到光学积分器的光源的出射光由倾斜面反射变更行进方向，然后就在光学积分器内部反射传播，这时，由于维持出射光的展宽角度，故提高光源的利用效率。另外，在光学积分器的出射面产生与光学积分器内的全反射次数相应的光源的多重反射像，这意味着混合光源像的状态，因此，光学积分器的出射面上的光线照度分布均匀，使投影到屏幕上的图像的品位提高。另外，在倾斜面的光学系统设计方面，使相对于长度方向倾斜45度是合适的。

在本发明中，通过将多个发光元件分别配置在另一个基材中，散热设计容易，就能无障碍地应用高输出的发光元件，能实现高照度的图像显示。另外在因某种原因引起发光元件损坏时，只要更换损坏的发光元件就可，因此容易进行更换作业，也能抑制更换的成本。

在本发明中，通过将多个发光元件配置在单个基材中，能最佳地设计相邻发光元件的间隔。特别在看重装置的小型化时，把间隔设计成最小限度也就可能，随之，也使光学积分器的结合面的间隔为最小，有助于装置整体的更加小型化。

另外，在本发明中，由于依次使多个发光元件发光，因此就可能确实地显现由不同波长段的光产生的色的彩色图像的显示。

还有，在本发明中，由于同时使多个发光元件发光，因此就可能进行电源效率和光量(光束，照度)的均衡考虑的显示。

另外，在本发明中，由于具备变更发光元件的出射光的展宽角度的光学部件，因此能以所要的角度分布使发光元件的出射光入射光学积分器，能适当地控制出射光的状态。另外，在用所要的间隔配置多个发光元件并定位光学部件使对着各发光元件时，光学部件也能配置在一个平面上，而且也就可能使多个光学部件一体化。另外，作为光学部件的材料，除玻璃外，也用具有光透射性的合成树脂(塑料)那样加工性能优良的材料，以降低成本。

另外，在本发明中，由于设置了将发光元件的出射光分离成2个偏光成分，将一方的成分变换为另一方并合成两个成分的分离合成单元，因此提高了光源的利用率。另外对发光元件的出射光的分离合成单元，根据应用照明装置的投影型图像显示装置具有的光阀种类，可配置在光学积分器的上游或下游。

本发明中，由于在多个块材的倾斜的结合面设置对每个波长段选择性地进行光的反射和透射的光学膜，一体的形成光学积分器，因此在提高光源利用效率的方面，与以往的相比，能大幅度地简化有关光路的变更和照度均匀化的构成，达到零件数的削减和光路长度的缩短，同时实现照明装置和投影型图像显示装置的小型化和低成本化。

另外，本发明中，通过用形成的倾斜面具备反射特性的光学积分器，只用更简易构成的光学积分器能使光路的变更和照度均匀化有关的构成简略化，能有助于照明装置和投影型图像显示装置的更加小型化和低成本化。

另外，本发明中，通过将多个发光元件分别配置在另一个基材中，能确保散热性适宜的配置，另外，在发光元件损坏时也只要更换损坏的发光元件就可，实现更换作业的容易化和更换成本的降低化。

还有，本发明中，通过将多个发光元件配置在单一的基材中，能最佳地设计相邻发光元件的间隔，有助于装置的小型化。

本发明中，由于依次使多个发光元件发光，因此能很好地显示确实显现不同波长段的光的色的彩色图像。

另外，本发明中，由于使多个发光元件同时发光，因此就可能进行电源效率和光量(光束，照度)的均衡考虑的显示。

另外，本发明中，由于具备变更发光元件出射光的展宽角度的光学部件，因此能以所要的角度分布使发光元件的出射光入射光学积分器。

还有，本发明中，由于设置了将发光元件的出射光分离成2个偏光成分，将一方的成分变换为另一方并合成两个成分的分离合成单元，因此更加提高光源的利用效率。

附图说明

图1示出本发明的第1实施形态的投影型图像显示装置和照明装置的构成示意图。

图2a为第1实施形态的光学积分器的立体图，图2b示出形成光学积分器的各块材的结合前状态的立体图。

图3示出光线在光学积分器内传播的形态示意图。

图4示出二色镜的反射透射特性的曲线。

图5示出变形例的光学积分器的立体图。

图6a示出第1实施形态的变形例的示意图，图6b示出另一变形例的构成示意图。

图7示出本发明的第2实施形态的投影型图像显示装置和照明装置的构成示意图。

图8示出本发明的第3实施形态的投影型图像显示装置和照明装置的构成示意图。

图9示出本发明的第4实施形态的投影型图像显示装置和照明装置的构成示意图。

图10示出以往的DLP方式的投影型图像显示装置的构成示意图。

图11示出以往的LCD方式的投影型图像显示装置的构成示意图。

图12示出用交义棱镜的以往的LCD方式的投影型图像显示装置的构成示意图。

图13示出用LED作为光源的以往的1块LCD方式的投影型图像显示装置的构成示意图。

图14示出用LED作为光源同时应用交义棱镜的以往的1块LCD方式的投影型图像显示装置的构成示意图。

标号说明

50，70，90，110  投影型图像显示装置

51，71，911，912，111a，111b，111c  基材

51R，71R，91R，111R  红色LED

51G，71G，91G，111G  绿色LED

51B，71B，91B，111B  蓝色LED

52   第1透镜

53   第2透镜

54a  第1复眼透镜

54b  第2复眼透镜

55   PS分离合成单元

56   液晶板

57   投影透镜

58   控制部

59，79，99，119  照明装置

60，80，100，120  光学积分器

61  第1块材61a，62a，63a，63b，64a  结合面

6262  第2块材

6263  第3块材

6264  第4块材

65R，65G，65B，105G，125R，125B  二色镜

85  反射膜

具体实施方式

图1示出本发明的第1实施形态的投影型图像显示装置50(包含照明装置59)的构成，第1实施形态的投影型图像显示装置50是总括地构成本发明的多数内容的形态，适用于低成本化和小型化的形态。

投影型图像显示装置50用多个发光元件、即红色LED51R，绿色LED51G，蓝色LED51B作为光源，对着各LED51R，LED51G，LED51B配置第1透镜52，同时配置柱形光学积分器60，使得通过第1透镜52的出射光入射。投影型图像显示装置50，在成为光学积分器60的长度方向的端部(端面)的出射面60b起向下游侧，分别配置第2透镜53，第1复眼透镜54a，PS分离合成单元55，第2复眼透镜54b，透射型液晶板56，以及投影透镜57。

投影型图像显示装置50，由控制部58进行各LED51R、51G、51B的发光及液晶板56的图像形成的控制。投影型图像显示装置50中，各LED51R、51G、51B，第1透镜52，光学积分器60构成照明装置59的硬件部分，控制部58担当一部分照明装置59的发光的软件处理部分。以下，说明投影型图像显示装置50具有的各部分。

光源的红色LED51R是R发光型，其出射光的波长段宽度(半值-半值)为630nm(纳米)～650nm。绿色LED51G是G发光型，其出射光的波长段宽度为510nm～550nm。蓝色LED51B是B发光型，其出射光的波长段宽度为440nm～460nm。各LED51R、51G、51B出射的光线不是平行的，具有所要的展宽角度。

各LED51R、51G、51B的出射光，包含正交于光轴的一方向(纵方向)的偏光成分(P波)与正交于光轴和P波的另一方向的偏光成分(S波)。各LED51R、51G、51B由控制部58所控制，使得在液晶板56的图像显示有关的特定时间的规定时期点亮(出射光线)。本实施形态中，设定把液晶板56显示的1帧(16.7毫秒)3等分后的子帧(5.5毫秒)，控制部58对应于第1子帧使得点亮(发光)红色LED51R，对应于第2子帧使得点亮(发光)绿色LED51G，对应于第3子帧使得点亮(发光)蓝色LED51B。

各LED51R、51G、51B安装在一个基材51上，作为单一的组件，基材51应用一并具有散热机构的陶瓷系材料。在用高功率点亮控制各LED51R、51G、51B时，也可根据需要在基材51的底面安装金属材料的冷却风扇，以提高基材51的散热性。另外，在基材51上实装各LED51R、51G、51B的单一组件上包含LED实装基板，LED保护电路，和信号输入端，同时包含作为散热机构的陶瓷基板，金属风扇基板等组件。

如上所述，通过把各LED51R、51G、51B等做成单一的组件，信号输入端的汇总、批量生产性好，能降低生产成本，还可缩小各LED51R、51G、51B的间隔，也能相应缩小一体化地设置于光学积分器60内的后述的二色镜65R、65G、65B的间隔，有助于装置整体的小型化。

对着各LED51R、51G、51B的第1透镜52，相当于变更各LED51R、51G、51B的出射光的展宽角度，调整成所希望的角度分布的光学部件。本实施形态的第1透镜52，合并安装在基板51上的各LED51R、51G、51B的间隔，连接圆板形的3片透镜部52R、52G、52B的周边，一体成型为阵列状。以具有光透射性的合成树脂(塑料)为材料形成第1透镜52，用这种合成树脂，容易实现一体成型。

图1、图2a、2b所示的光学积分器60用柱形光透射性材料(例如玻璃)形成，本实施形态中，在长度方向结合三角柱形的第1块材61，倾斜的立方体形状的第2块材62，同样倾斜的立方体形状的第3块材63，以及短柱形的第4块材64而成。各块材61～64的结合面61a、62a、62b、63a、63b、64a相对于长度方向为倾斜45度的倾斜面。上述的长度方向是与从出射面60b出射的各LED51R、51G、51B的出射光的轴上主光线平行的，因此，各结合面61a～64a相对于出射光的轴上主光线倾斜45度。

第1块材61和第2块材62的结合面61a、62a，是光学积分器60夹着第1透镜52并对着各LED51R、51G、51B的配置状态下，形成于使红色LED51R的出射光照射的位置上。第2块材62和第3块材63的结合面62b、63a，形成于使绿色LED51G的出射光照射的位置上，第3块材63和第4块材64的结合面63b、64a，形成于使蓝色LED51B的出射光照射的位置上。

另外，光学积分器60在结合面61a与结合面62a之间，结合面62b与结合面63a之间，结合面63b与结合面64a之间分别形成二色镜65R，65G，65B。各二色镜65R，65G，65B通过蒸镀成膜形成，具体说，在第2块材62的结合面62a上用具有反射R光线同时透射G、B光线的特性的光学成分成膜，这样一来，形成相当于二色镜65R的光学膜。

同样，在第3块材63的结合面63a上用具有反射G光线同时透射R、B光线的特性的光学成分成膜，形成相当于二色镜65G的光学膜，在第4块材64的结合面64a上用具有反射B光线同时透射R、G光线的特性的光学成分成膜，形成相当于二色镜65B的光学膜。各结合面62a、63a、64a上形成各二色镜65R、65G、65B后，通过用光透射性高的粘合剂或匹配油粘接各块材61～64，形成图1、图2a所示的使各二色镜65R、65G、65B一体化的柱形光学积分器60。

形成后的光学积分器60，使周围四侧面中夹着第1透镜52并对着各LED51R、51G、51B的一侧面作为入射面60a，由各二色镜65R、65G、65B将从入射面60a入射的各LED51R、51G、51B的出射光改变90度方向，向出射面60b的方向反射。

具体地说，从光学积分器60的入射面60a入射，以45度左右的角度向位于长度方向的一端侧的二色镜65R投射光线时，该光线中所含的R光线由二色镜65R所反射，同时透射G、B光线。而从入射面60a入射，以45度左右的角度向位于正中的二色镜65G投射光线时，G光线由二色镜65G所反射，同时透射R、B光线。从入射面60a入射，以45度左右的角度向位于最靠近出射面60b侧的二色镜65B投射光线时，B光线由二色镜65B所反射，同时透射R、G光线。

因此，根据图1用红色LED51R出射的R光线来说明，则当R光线从光学积分器60的入射面60a入射，照射到二色镜65R时，由该二色镜65R反射后，透过二色镜65G、65B，到达出射面60b。由二色镜65R反射的R光线，在到达出射面60b之前，由光学积分器60内的四侧面全反射，根据全反射的次数在出射面上形成光源像的多重反射像，使出射面60b上的R光线的面照度均匀化。

图3示出上述的红色LED51R出射的R光线在光学积分器60内的反射状况。从红色LED51R出射的光线，相对于光轴中心具有所要的展宽角度θ(配光分布：最大出射角)，为将配光角度调整到所要的范围内，在向光学积分器60的入射前，通过第1透镜52(参看图1)。另外，在以恰当的配光分布θ发出出射光时，也可省略第1透镜52。另在图3中，省略了第1透镜52，第2透镜53，第1复眼透镜54a，PS分离合成单元55，第2复眼透镜54b等的图示。

当红色LED51R的出射光入射到光学积分器60内时，设形成光学积分器60的各块材61～64的折射率为n，则在光学积分器60内行进的R光线的最大出射角近似为θ/n。由二色镜65R反射的R光线在光学积分器60的周围的四侧面反复界面反射(全反射)传播，从出射面60b辐射到外部(空气中)。这时，从出射面辐射到空气中时的R光线的最大出射角成为θ，不改变红色LED51R的展宽角度。另外，根据光学积分器60的界面反射次数，在出射面60b形成R光线的光源像的多重反射像，因此，抵消光源的照度斑点，照度均匀。

当绿色LED51G出射的G光线，照射二色镜65G时，二色镜65G反射后，透射二色镜65B到达出射面60b，在到达出射面60b前的反射形态与上述的R光线相同，是全反射，在出射面60b的照度成为均匀。另外，当蓝色LED51B出射的B光线照射二色镜65G时，二色镜65G反射后，到达出射面60b，在到达出射面60b前的反射形态与上述的R、G光线相同，是全反射，在出射面60b的照度成为均匀。为使从出射面60b出射的光线聚焦在液晶板56上，还要决定光学积分器60和液晶板56的位置关系。

图4示出透射率对设置在光学积分器60中的二色镜65R(红色用DM)和二色镜65B(蓝色用DM)的波长段(nm)的曲线图。该曲线图是向二色镜65R、65B的入射角对45度的成膜设计中心的光线(合成波：(P波+S波)/2)的曲线图。为了参考，还在曲线图中画出红色LED51R、绿色LED51G、蓝色LED51B出射的光波长段中的光强度特性，各LED51R、51G、51B的曲线表示以红色LED51R的顶点强度为100％时的相对强度(％)。另外，将各LED51R、51G、51B的出射光做成完全平行的光线实际上是困难的，因此向二色镜65R、65B的实际光线的入射角为45度±5度～15度范围内的数值。

图4所示的曲线图中的透射曲线(实线，点划线的曲线)，当向二色镜65R、65B的光线的入射角小于45度时，一般移向波长段增长侧，在B光线(蓝色LED)的波长段反射的二色镜65B(蓝色用DM)中，有时反射G光线(绿色LED)的波长段中的短波长部分。另当入射角大于45度时，透射曲线(实线，点划线的曲线)移向波长段缩小侧。这时，R光线(红色LED)的波长段反射的二色镜65R中，有时反射G光线(绿色LED)的波长段中的长波长部分。这种入射光线的入射角偏移是混色等的原因和使色纯度降低的主要原因。

作为防止基于由对二色镜65R、65B的入射角的偏移引起的波长段的移动的混色和光源利用率的下降的方法，除了用激光那样的短波长发光元件作为光源外，通过采用短波长发光型(窄波长段发光型)的LED作为光源，选定LED(R、G、B)的各发光中心波长之间的间隙宽的作为光源等，能容易对付。另外，通过对光学积分器60的二色镜65R、65G、65B的成膜，应用多层膜构造来增加层积数，用高折射率材料等，能抵消因对二色镜65R、65G、65B的入射角的偏移引起的波长段的移动本身。

另外，图1所示的第1实施形态的照明装置59，除上述的各LED51R、51G、51B，第1透镜52，和光学积分器60以外，与图13、14的投影型图像显示装置30、40一样，具有第2透镜53，第1复眼透镜54a，PS分离合成单元55，及第2复眼透镜54b。第2透镜53，第1和第2复眼透镜54a、54b与以往的一样进行使光线的状态适当地动作。

PS分离合成单元55相当于各LED51R、51G、51B的出射光的分离合成单元，内部具有将相对于出射光(光线)入射的面倾斜45度的多个偏光分离膜形成缝隙形状的面，同时在光线出射的面上具有使光线的P波的波长的一半的λ/2波长板(未图示)。因此，当无偏光状态的光线入射PS分离合成单元时，光线中的P波(相当第1偏光成分)与S波(相当2偏光成分)分离，S波由第1偏光分离膜反射后，由位于该第1偏光分离膜的形成面相邻的第2偏光变换膜反射并出射。另外，P波透射所述第1偏光分离膜的形成面并出射，这时，利用所述λ/2波长板将P波变换到S波，合成到最初的S波，从PS分离合成单元55出射的光线理想上是2倍的S波。

另外，第1实施形态的投影型图像显示装置50，由于在PS分离合成单元55的下游侧隔着第2复眼透镜54b配置液晶56，故入射到液晶板56的光线，利用PS分离合成单元55，作为S波，偏光控制到单侧方向上，能有效地利用光源。在1块型的液晶板56中，控制部58与红色LED51R进行点亮的第1个子帧同步地进行控制，使输入R图像信号。结果，来自红色LED51R的R光线通过液晶板56出射之际，是R图像(R图像的光线)，从投射透镜57向屏幕投影R图像的光线(调制光)。

以下，同样地，在第2个子帧中绿色LED51G点亮，第3个子帧中蓝色LED51B点亮，液晶板56在各子帧期间进行灰度控制，接着R图像的调制光的投影，向屏幕进行G图像和B图像的调制光的投影。这样，1帧期间，屏幕上便依次投影显示R、G、B图像，但因R、G、B图像的转换以人眼的色分辨力不能跟随的180Hz进行，所以视觉上看成为彩色图像。

如上所述，第1实施形态的投影型图像显示装置50和照明装置59，由于利用使二色镜65R、65G、65G一体化的光学积分器60，进行各LED51R、51G、51B的出射光的光路变更和照度均匀化，因此实现零件数的削减，光路长度的缩短，和光源利用率的提高，进而对各LED51R、51G、51B的实装形态下功夫，并达到装置的小型化和低成本化。另外，投影型图像显示装置50也可能适用于前投影与背投影中的任一种方式。

另外，第1实施形态的投影型图像显示装置50也可适用于上述形态以外的种种变形例。例如，图2a、2b所示的光学积分器60中，也可不在各结合面62a、63a、64a上形成各二色镜65R，65G，65B，而在上述各结合面62a、63a、64a对面侧的结合面61a、62b、63b上进行各二色镜65R，65G，65B的光学膜的成膜。另外，取代二色镜65R，65G，65B，也可在各结合面61～64上形成具有跟二色镜65R，65G，65B相同特性的全息图功能的光学膜。

另外，由于位于光学积分器60的长度方向的一端上的二色镜65R，在照明装置59中由于只进行R光线的反射，不进行G、B光线的透射，因此也可能置换为只进行光线反射的特性的反射镜和全息图那样的反射膜。此外，通过在入射到光学积分器60之前对红色LED51R的出射光进行展宽角度和偏光成分(P波，S波)的分离合成处理的构成，因为只用光学积分器60中的结合面62a产生全反射，这时就可能省略对结合面61a或结合面62a的光学膜的成膜本身。

图5示出变形例的光学积分器60’，在第2块材62的结合面62a上形成只进行上述反射的特性的光学膜65R’时，可成为省示意图2b所述的第1块材61的构成。该光学积分器60’中，由设置在长度方向的一端侧的倾斜面62a的光学膜65R’(反射膜)，向另一端侧反射入射的R光线。

另外，图6b示出另一变形例的光学积分器60”，是设置成一体的二色镜65R，65G，65B全部不是平行地形成的构成例。该光学积分器60”中，应用2个第1块材61结合到第2块材62”和第3块材63”那样的形状，第3块材63”的结合面63a”上设置二色镜65G。图6b的光学积分器60”，适合于因某种理由不能在同一方向上配置多个发光元件的情况。

上述的各光学积分器60、60’、60”中，各块材61～64的结合，除用粘接剂固定外，也可以做成在投影型图像显示装置50的壳体(未图示)内部设置肋条那样的保持部，用该保持部以结合各块材61～64的状态固定夹持的构成。另外，这种固定夹持也可不用设置肋条，而用独立的夹持部件。

图6a示出不是如图1所示的在一个基材51上载置各LED51R、51G、51B，而是分别配置在各个基材511、512、513上的形态。用这种形态，任一个LED51R、51G、51B即使因某种原因不能点亮时，也可能个别地更换或修理。

当各LED51R、51G、51B配置在各别的基材511、512、513上时，也可将图1的阵列形的第1透镜52分离为透镜52R’、52G’、52B’，与各LED51R、51G、51B对向地靠近配置。另外取代第1透镜52和透镜52R’、52G’、52B’，也可用形成透射性的全息图功能元件的平板基板，和反射各LED51R、51G、51B的出射光并能变更展宽角度的椭圆形或二次曲线形的反射体(反射镜)等。

另外，当各LED51R、51G、51B配置在各别的基材511、512、513上时，如图6b所示，也可能各LED51R、51G、51B不是配置在同一方向上，而是对应于光学积分器60”的二色镜65R，65G，65B的倾斜方向，以不同的方向来配置。图6b所示的情况中，因二色镜65G的倾斜方向与其他二色镜65R、65B不同，故在光学积分器60”的上侧配置绿色LED51G的基材512和透镜52’。因此，这时，红色LED51R和蓝色LED51B的出射光从下侧的入射面60a”入射，绿色LED51G的出射光从上侧的入射面60c”入射。从而通过用变形例的光学积分器60”，提高了各LED51R、51G、51B的设计自由度。

另外，作为各LED51R、51G、51B的替代品的发光元件，有保持眼睛安全性的激光，激光二极管，有机EL(电致发光)电解辐射元件等，也可以用这些替代品用作光源。

另外，作为各LED51R、51G、51B的点亮的时间，除将1帧分成3等分外，也可能将1帧分成4等分，设定4个子帧，控制部58进行控制，在第1子帧点亮红色LED51R，在第2子帧点亮绿色LED51G，在第3子帧点亮蓝色LED51B，在第4子帧同时点亮全部LED51R、51G、51B。另外，1帧中的各LED51R、51G、51B的点亮顺序，不限于上述的顺序，即使适当变更点亮顺序也能显示同样的投影图像。

另外，液晶板56除使用透射型的以外，也可置换为反射型的液晶板或DMD那样的微镜阵列元件。但在用反射型元件时，如图10所示，从光学积分器出射的光线的光路一般为折转90度左右的构成。

另外，液晶板56也可能应用彩色LCD。所谓彩色LCD，是将一个像素分成3个点，同时对3个点形成红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片，分别进行灰度控制，显示彩色图像的LCD。应用这种彩色LCD时，控制部58不是进行按时序点亮各LED51R、51G、51B的控制，可能进行称为同时点亮的经常点亮的控制，通过在60Hz的1帧期间同时进行彩色LCD的各色灰度控制，来进行彩色图像的投影显示。

因此，液晶板56通过用彩色LCD，液晶材料的开关特性差的也可以使用，同时能有助于各LED51R、51G、51B的驱动电路的简易化和小型化，因此，能实现投影型图像显示装置50的低成本化和小型化。

图7示出本发明第2实施形态的投影型图像显示装置70(包含照明装置79)的主要构成的示意图。第2实施形态的投影型图像显示装置70的特征是应用具有反射膜85的光学积分器80，同时三角形地配置红色LED71R、绿色LED71G、蓝色LED71B。图7中虽未图示，但在光学积分器80的出射面80b的下游侧，与图1所示的第1实施形态的投影型图像显示装置50一样，具有第2透镜53，第1复眼透镜54a，PS分离合成单元55，第2复眼透镜54b，投影透镜57，控制部58，下面的说明中，对与第1实施形态相同的部件采用相同的标号。

第2实施形态的光学积分器80，在长度方向上结合与图2b所示的第1块材61同样的形态即第1块材81和与图2b所示的第4块材64基本相同的形态即第2块材82而成。各块材81、82的结合面81a、82a位于长度方向的一端侧，是与图2b所示的第1实施形态的结合面61a、64a同样地倾斜的倾斜面，对第2块材82的倾斜面82a进行成膜处理，形成反射光线的特性的反射膜85。

另外，各LED71R、71G、71B以最小限度间隔三角形的位置关系配置在基板71上，形成一体型的组件。通过这种做成一体型组件，各LED71R、71G、71B的占有面积为最小，能用一个圆形的第1透镜72调整各LED71R、71G、71B发出的出射光的展宽角度，向光学积分器80的入射面80a入射。第2实施形态的投影型图像显示装置70中，上述以外的部分采用与第1实施形态同样的构成。

因此，各LED71R、71G、71B的出射光入射到光学积分器80，由反射膜85反射，反复进行全反射，使照度均匀并从出射面80出射，进行图像的投影显示。第2实施形态的投影型图像显示装置70也可适用于前投影与背投影中任一种方式，而且能采用第1实施形态中说明过的各种变形例中可适用的变形例。

特别，在液晶板56用彩色LCD时，可能是经常点亮各LED71R、71G、71B的方法的点亮控制，同时也可能是用新的白色发光型作为光源的LED，实现经常点亮。此外，组合浅蓝色发光型、紫色发光型、和黄色发光型作为光源的LED，可适用经常点亮的方法。因此，为进行明亮的彩色图像的投影显示，在各色的LED的多数组合方法中，选择电源效率最佳且LED的光量(光束，照度)增大的组合，是重要的。

另外，第2实施形态的光学积分器80中，能用多层膜形成反射膜85，或应用全息图功能元件或反射镜代替反射膜85。另外，也可能在光学积分器80的入射面80a的上游侧配置PS分离合成单元55。这时，入射到光学积分器80之前，通过用PS分离合成单元55使光源的出射光为单侧偏光，能够不在光学积分器80的第1块材81的结合面81a或第2块材82的结合面82a设置反射膜85、全息图功能元件、反射镜等，利用玻璃基材即各块材82与周围的空气的折射率之差使光源的出射光全反射，从出射面80b出射。利用这种构成，与照明装置79一起，能实现投影型图像显示装置70更加小型化，低成本化，此外对手机的闪光灯的应用等，能扩大照明装置79的用途。

图8示出本发明第3实施形态的投影型图像显示装置90(包含照明装置99)的主要构成的示意图。第3实施形态的投影型图像显示装置90的特征是，应用具有二色镜105G的光学积分器100，配置多个绿色LED91G使与光学积分器100的一个侧面即第1入射面100a相对，同时配置红色LED91R和蓝色LED91B使与长度方向的一方端面即第2入射面100d相对。

图8中虽未图示，第3实施形态的投影型图像显示装置90也与图1所示的第1实施形态的投影型图像显示装置50一样，在光学积分器100的出射面100b的下游侧，具有第2透镜53，第1复眼透镜54a，PS分离合成单元55，第2复眼透镜54b，投影透镜57，控制部58。因为包含液晶板56，且是与上述第1实施形态相同的，故采用相同的标号。

第3实施形态的光学积分器100，由与构成图7所示第2实施形态的光学积分器80的第1块材81和第2块材82同样的形态的第1块材101和第2块材102形成，在第1块材101的结合面101a与第2块材102的结合面102a之间，设置反射G光线同时透射R、B光线的特性的二色镜105G。二色镜105G通过在第2块材102的倾斜结合面102a上成膜具有上述光学特性的光学成分来形成。

隔着绿用透镜92a配置在光学积分器100的第1入射面100a侧的多个绿色LED91G，以最小限度的间隔三角形的位置关系配置在基板911上，做成一体型的组件。隔着红·蓝用透镜92b配置在光学积分器100的第2入射面100d侧的2个红色LED91R和1个蓝色LED91B，以最小限度的间隔三角形的位置关系配置在基板912上，做成一体型的组件。

第3实施形态的投影型图像显示装置90中，多个绿色LED91G出射的G光线，通过绿用透镜92a，从第1入射面100a入射光学积分器100，照射二色镜105G，然后经二色镜105G反射，反复进行全反射，在光学积分器100内传播，照度达到均匀，从出射面100b出射。另外，2个红色LED91R和1个蓝色LED911B分别出射的R、B光线，通过红·蓝用透镜92b，从第2入射面100d入射光学积分器100，照射二色镜105G，然后透射二色镜105G，反复进行全反射，在光学积分器100内传播，照度达到均匀，从出射面100b出射。

这样，第3实施形态的投影型图像显示装置90，将光学积分器100做成更简单的构成，而且提高了对各LED91R、91G、91B配置的自由度，降低对装置设计的制约，有助于装置的小型化和低成本化。第3实施形态的投影型图像显示装置90也可能应用于前投影与背投影的任一种方式。

此外，第3实施形态的投影型图像显示装置90，也不限于上述的形态，例如，也可用反射R光线同时透射G、B光线的特性的R反射二色镜，或用反射B光线同时透射R、G光线的特性的B反射二色镜，代替二色镜105G。用R反射二色镜时，有必要在光学积分器100的第1入射面100a侧配置红色LED91R，同时在第2入射面100d侧配置绿色LED91G的蓝色LED91B。又在用B反射二色镜时，有必要在光学积分器100的第1入射面100a侧配置蓝色LED91B，同时在第2入射面100d侧配置红色LED91R和绿色LED91G。

另外，第3实施形态的投影型图像显示装置90，能采用第1实施形态中说明过的各种变形例中可能应用的变形例，例如液晶板56用彩色LCD时，能应用经常点亮各LED91R、91G、91B的控制，这时，在第2实施形态的变形例中说明过的光源LED，用白色发光型，或组合用浅蓝色发光型、紫色发光型、和黄色发光型等，能应用各色的LED的多数的组合方法。

图9示出本发明第4实施形态的投影型图像显示装置110(包含照明装置119)的主要构成的示意图。第4实施形态的投影型图像显示装置110的特征是，应用交义地设置二色镜125R、125B的光学积分器120，同时配置红色LED111R、绿色LED111G、和蓝色LED111B使分别对着光学积分器120的一侧面即第1入射面120a，长度方向的一方端面即第2入射面120d，和另一侧面即第3入射面120c。

图9中虽未图示，第4实施形态的投影型图像显示装置110也与图1所示的第1实施形态的投影型图像显示装置50一样，在光学积分器120的出射面120b的下游侧，具有第2透镜53，第1复眼透镜54a，PS分离合成单元55，第2复眼透镜54b，投影透镜57，和控制部58。因为包含液晶板56，且是与上述第1实施形态相同的，故采用与第1实施形态相同的标号。

第4实施形态的光学积分器120是柱形的，用以图2所示的第1块材61的顶点为界二等分后的三角柱形状的形态即第1块材121，第2块材122和第3块材123，并用在短柱形的一端面突出如第1块材121那样的三角柱形状的第4块材124。在长度方向结合具有光透射性的各块材121～124，形成光学积分器120。

具体说，将相当于第2块材122的一方斜面的结合面122a和相当于第3块材123的一方斜面的结合面123a，结合到相当于第1块材121的两斜面的结合121a、121b上，再将相当于第4块材124的倾斜的两个结合面124a、124b结合到相当于第2块材122另一方斜面的结合面122b和相当于第3块材123的另一方斜面的结合面123b。

另外，在第3块材123的结合面123a和第4块材124的一方结合面123b上，形成反射R光线同时透射G、B光线的特性的光学膜，从而形成二色镜125R。另外，在第2块材122的结合面122a和第4块材124的另一方结合面124a上，形成反射B光线同时透射R、G光线的特性的光学膜，从而形成二色镜125B。

隔着红用透镜122a配置在光学积分器120的第1入射面120a侧的多个红色LED111R，以最小限度的间隔三角形的位置关系配置在基板111a上，做成一体型的组件。隔着绿用透镜112b配置在光学积分器120的第2入射面120d侧的多个绿色LED111G，以最小限度的间隔三角形的位置关系配置在基板111b上，做成一体型的组件。又，隔着蓝用透镜112c配置在光学积分器120的第3入射面120c侧的多个蓝色LED111B，以最小限度的间隔三角形的位置关系配置在基板111c上，做成一体型的组件。

第4实施形态的投影型图像显示装置110中，多个红色LED111R出射的R光线，通过红用透镜112a，从第1入射面120a入射到光学积分器120，照射二色镜125R，然后由二色镜125R反射，反复进行全反射，在光学积分器120内传播，照度达到均匀，从出射面120b出射。

另外，多个绿色LED111G出射的G光线，通过绿用透镜112b，从第2入射面120d入射到光学积分器120，照射二色镜125R、125B，然后透射各二色镜125R、125B，反复进行全反射，在光学积分器120内传播，照度达到均匀，从出射面120b出射。又，多个蓝色LED111B出射的B光线，通过蓝用透镜112c，从第3入射面120c入射到光学积分器120，照射二色镜125B，然后由二色镜125B反射，反复进行全反射，在光学积分器120内传播，照度达到均匀，从出射面120b出射。

这样，第4实施形态的投影型图像显示装置110，以交义的形态将2个二色镜125R、125B设置于光学积分器120上，故与第1实施形态的光学积分器60相比，能以较短的全长进行光线的全反射，因此有助于装置的更小型化和低成本化。另外，第4实施形态的投影型图像显示装置110中，因也能用光学积分器120进行交义棱镜的动作故可能使各LED111R、111G、111B的配置数达到最多，在屏幕上能显示最明亮的图像。另外，第4实施形态的投影型图像显示装置110也可能适用于前投影与背投影中的任一种方式。

另外，第4实施形态的投影型图像显示装置110不限于上述的形态，例如能根据配置在光学积分器120的第2入射面120d侧的LED，适当变更设置在光学积分器120中的二色镜的种类。即，第2入射面120d侧配置红色LED111R时，在图9的光学积分器120中设置绿用二色镜125G替代红用二色镜125R，将绿色LED111G设置在第1入射面120a侧。又，当第2入射面120d侧配置蓝色LED111B时，在图9的光学积分器120中设置绿用二色镜125G替代蓝用二色镜125B，将绿色LED111G设置在第3入射面120c侧。

另外，第4实施形态的投影型图像显示装置110，能采用第1实施形态中说明过的各种变形例中可能适用的变形例，特别是液晶板56用彩色LCD时，如第3实施形态的变形例中也已说明过的那样，能适当组合各LED111R、111G、111B的经常点亮和光源的LED的色等。

Claims (12)

1 一种光学积分器，由柱形光透射性部件形成，并使入射光在内部反射以便照度均匀并进行出射，其特征在于，

所述光透射性部件是在长度方向结合多个块材而成，

所述多个块材的结合面相对于长度方向倾斜，

所述结合面具备具有反射一个波长段的光而透射其他波长段的光的特性的光学膜。

2 一种光学积分器，由柱形光透射性部件形成，并使入射光在内部反射以便照度均匀并进行出射，其特征在于，

所述光透射性部件在长度方向的一端侧具有相对于长度方向倾斜的倾斜面，

所述倾斜面具有将从所述光透射性部件的侧面入射的光向长度方向的另一端侧反射的特性。

3 一种照明装置，具备发出各自不同波长段的光的多个发光元件，其特征在于，

具备使入射所述多个发光元件发出的光，在内部反射以便照度均匀并进行出射的柱形光学积分器，

所述光学积分器在长度方向结合具有光透射性的多个块材而成，以便生成对应于所述多个发光元件数目的结合面，

各结合面相对于长度方向倾斜，

所述多个发光元件发出的光，从所述光学积分器的侧面入射，分别照射对应的各结合面，

所述多个结合面中位于长度方向的一端侧顶部的一结合面，具有将照射的光向另一端侧反射的特性，

位于从所述一结合面起的另一端侧的结合面，具备具有将照射的光向另一端侧反射的同时，使不同于该光所属波长段的波长段的光透射的特性的光学膜。

4 一种照明装置，具备发出各自不同波长段的光的多个发光元件，其特征在于，

具备使入射所述多个发光元件发出的光，在内部反射以便照度均匀并进行出射的柱形光学积分器，

所述光学积分器，在长度方向结合具有光透射性的多个块材而成，

所述多个块材的结合面相对于长度方向倾斜，

所述多个发光元件之中至少一个发光元件发出的光，从所述光学积分器的侧面入射，照射所述结合面，

其余发光元件发出的光，从所述光学积分器的长度方向的一端侧的端面入射，照射所述结合面，

所述结合面具备具有使从侧面照射的光向长度方向的另一端侧反射的同时，使从端面照射的光透射的特性的光学膜。

5 如权利要求3或4所述的照明装置，其特征在于，

所述多个发光元件分别配置在另一个基材中。

6 如权利要求3或4所述的照明装置，其特征在于，

所述多个发光元件配置在单一的基材中。

7 如权利要求3至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，

具备进行使所述多个发光元件依次发光的控制的单元。

8 如权利要求3至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，

具备进行使所述多个发光元件同时发光的控制的单元。

9 一种照明装置，具备发光元件，其特征在于，

具备使入射所述多个发光元件发出的光，在内部反射以便照度均匀并进行出射的柱形光学积分器，

所述光学积分器，具有在长度方向的一端侧相对于长度方向倾斜的倾斜面，

所述发光元件发出的光，从所述光学积分器的侧面入射，照射所述倾斜面，

所述倾斜面具有使照射的光向长度方向的另一端侧反射的特性。

10 如权利要求3至9中任一项所述的照明装置，其特征在于，

具备使所述发光元件发出的光通过或反射的光学部件，

所述光学部件具有变更所述发光元件发出的光的展宽角度的特性。

11 一种投影型图像显示装置，其特征在于，具备：

权利要求3至10中任一项所述的照明装置，

以该照明装置的光学积分器出射的光，生成与图像有关的调制光的空间光调制元件；以及

将该空间光调制元件生成的调制光，向被投影体投影的投影透镜。

12 如权利要求11所述的投影型图像显示装置，其特征在于，

具备将所述照明装置具有的发光元件发出的光分离为一方向上的第1偏光成分和与该一方向正交的第2偏光成分，同时将该第1偏光成分变换为第2偏光成分并合成两偏光成分的分离合成单元。

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