CN101371070A - 照明装置及使用它的投射型显示装置 - Google Patents

Abstract

具备光源(1)、来自光源(1)的光入射的第1积分器(11)、和从第1积分器(11)射出的光入射的第2积分器(33)。由此，能够适当地设计第1积分器(11)的开口形状，能够提高光的利用效率。进而，即使缩短第1积分器(11)的长度，也能够通过第2积分器(33)补充第1积分器(11)的不足量，在被照明面上能够确保较高的均匀性。

Description

照明装置及使用它的投射型显示装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置及使用它的投射型显示装置。

背景技术

近年来，作为能够进行大画面显示的投射型显示装置(投影机)的光源，能够实现比目前为止的放电型的水银灯长寿命化的发光二极管等的固体光源受到关注。在该投射型显示装置的照明装置中，为了在明亮的房间中也实现高画质，要求更明亮的照明。

所以，为了使从光源射出的光更高效率地向图像显示元件传输，进行减少照明装置的光学系统中的光损失的研究。此外，为了提高放大投影在屏幕上的图像中的面内均匀性，照明图像显示元件的光束的面内均匀化变得更重要。

对于这些课题，例如在专利文献1中提出了将从光源放射的光高效率地聚光、并能够实现照明光束的均匀化的方法。图9表示记载在专利文献1中的以往的光学系统的概略图。

该光学系统在作为射出3色不同的单色光的光源的发光二极管801～803的射出端面侧，配置有玻璃或丙烯基等光学上透明的光学块811～813。光学块811～813具有比发光二极管801～803侧的入射端的截面积大的射出端，各截面的形状成为与被照明物的形状相似形。

在该结构中，从发光二极管801～803射出的光首先入射到光学块811～813内。然后，由色合成棱镜861等进行色合成，经过聚光透镜821、881、偏振光分束器882，将作为被照明物的光调制元件883照明。由光调制元件883调制的光通过投射机构884投射在屏幕(未图示)上。

入射到光学块811～813的侧面上的光在光学块811～813内的侧面上全反射。这是因为，光学块811～813是折射率比周边的空气高的物质。

在此情况下，向光学块811～813的入射角度较小的光在到达光学块811～813的射出端为止，光学块811～813内的反射次数变少，入射角度较大的光的反射次数变多。

因而，到达光学块811～813的射出端的光处于反射次数不同的光叠加的状态。因此，光学块811～813的射出端与入射端面时相比相当程度地改善了均匀性。

这样，将产生将光束叠加的现象的光学元件称作积分器。如光学块811～813的例子是在入射端和射出端大小不同的锥形状的光学部件，所以被称为锥型柱积分器。

从该锥型柱积分器811～813的射出端射出的均匀性较高的光束通过配置在作为被照明物的光调制元件883之间的透镜系统以相似形传输，所以将作为被照明物的光调制元件883均匀地照明。

此外，例如在专利文献2中提出了能够进行照明光束的均匀化的另一方法。图10表示记载在专利文献2中的以往的光学系统的概略图。该光学系统中从作为光源的发光二极管901～903射出的光首先通过透镜911～913被平行光化。该平行光化的宽度较宽的光束通过由棱镜961～963和光学薄膜971～972构成的三色合成棱镜被色合成。

色合成的光被在同一面内配置有多个透镜的称作透镜阵列933的光学元件分割。该分割光经过透镜941、981、偏振光分束器982，该分割后的一个一个的光束在作为被照明物的光调制元件983上叠加而照明光调制元件983。由光调制元件983调制的光通过投射机构984投射在屏幕(未图示)上。

另外，为了得到均匀性，一般将透镜阵列933内的透镜数设为100～200个左右，将来自光源的光束进行100～200分割。

此时，将配置在光源侧的透镜阵列称作第1透镜阵列931，将被照明物侧的透镜阵列称作第2透镜阵列932。构成第1透镜阵列931的各个第1透镜的形状与上述锥形柱积分器的射出端同样，与被照明物的形状是相似形。由第1透镜阵列931的一个一个的透镜分割的光束通过具有对应的分割数的第2透镜阵列932的第2透镜，分别叠加在被照明物的地方并成像。由此，能够将作为被照明物的光调制元件983均匀地照明。

这样，即使是使用透镜阵列作为积分器的结构，也能够将作为被照明物的光调制元件均匀地照明。

但是，在上述的以往的光学系统中，有以下这样的问题。在图9所示的光学系统中，从发光二极管801～803射出的光分别向锥型柱积分器811～813入射。该入射光通过各柱积分器811～813内的反射，一定程度地改善了均匀性，而从各射出开口射出。然后，通过色合成棱镜861等进行色合成，以使从各颜色的光源放射的光束的光轴一致，从而将作为被照明物的光调制元件883照明。

此时，有一个一个的发光二极管801～803的发光面内的发光不均匀的情况、和基于从发光二极管801～803放射的角度的光强度分布不同的情况。

进而，为了得到更大的光输出，有将多个作为发光二极管的发光部分的半导体芯片收纳在一个封装内的结构、以及使用将在一个封装内收纳有一个半导体芯片的结构排列配置多个的发光二极管组作为光源的结构。

在这样的结构中，有时因发光的半导体芯片的亮度的不均匀、芯片间或封装间的间隙等而在光源的发光面上发生发光不均匀，还有时因各个半导体芯片的不均匀而基于从各发光部放射的角度的光强度分布不同。

此时，如果因各锥型柱积分器811～813的长度较短等的理由而锥型柱积分器811～813内的反射次数的差较少，则射出光束的均匀化变得不充分。在此情况下，照明光调制元件883的光束具有因各颜色而不同的面内亮度不均匀。

因此，在如白色显示时那样、使从三个光源801～803放射的光叠加的情况下，在光调制元件883面上，三个不同颜色的亮度不均匀的分布不同，因此有产生白色显示时的面内颜色不均匀的问题。

此外，如上述的白色显示时的面内颜色不均匀即使在发光二极管801～803、锥型柱积分器811～813以及色合成棱镜861的光轴稍微偏离的情况下也发生。因此，有需要精度极高的光学系统的调节及保持装置、对基于周边温度的保持装置的变形也需要应对的问题。

进而，为了提高从锥型柱积分器811～813的射出端射出的光束的均匀性以使得不发生这样的颜色不均匀，由锥型柱积分器811～813内的侧面全反射的光线的最大反射次数越多越好。

多数情况下，为了与对从光源射出的光束进行100～200分割的一般的透镜阵列同样地得到均匀性，需要在柱积分器内反射的最大反射次数为5～10次左右，而为了得到充分的均匀性，需要超过10次。因此，需要柱积分器的光轴方向上的光路长较长、即较长的光学块。

但是，长的锥型柱积分器的成本变高，此外，如果相对于截面积过度地变长，则在保持的情况下弯折等的可能性变高。

此外，在图10所示的光学系统中，对从发光二极管901～903射出的光进行聚光的透镜911～913需要将从发光二极管901～903射出的光高效率地取入并向其后的光学系统射出。与此同时，需要提高从透镜911～913射出的光的平行度而减少透镜阵列933以后的光学系统的光损失。

为了对从发光二极管901～903射出的光进行高效率的聚光，最好使发光二极管901～903与透镜911～913之间的距离接近。另一方面，为了提高从透镜911～913射出的光的平行度，最好使发光二极管901～903与透镜911～913之间的距离拉开。即，同时实现提高平行度与高效率地聚光是很困难的。

以上，在将从发光二极管那样的固体光源射出的光照明在规定的被照明面上的照明装置中，使用便宜且通过保持等而损坏的可能性较小的部件构成效率更高并且均匀性更高的照明系统是很困难的。

【专利文献1】日本特开2000-180962号公报

【专利文献2】日本特开2004-70018号公报

发明内容

本发明是为了解决如上述的以往的问题而做出的，目的是提供一种即使在要照明的区域中提高了有关面内的亮度的均匀性的状态下、也能够更有效地利用从作为光源的固体光源射出的光束的照明装置及使用它的投射型显示装置。

为了达到上述目的，本发明的照明装置的特征在于，具备光源、来自上述光源的光入射的第1积分器、以及从上述第1积分器射出的光入射的第2积分器。

接着，本发明的投射型显示装置是具备上述照明装置的投射型显示装置，其特征在于，具备：图像显示机构，对来自上述照明装置的照明光进行调制而形成图像；投射机构，将由上述图像显示机构调制的光投射在屏幕上。

附图说明

图1是表示有关本发明的实施方式1的照明装置的概略结构图。

图2是表示有关本发明的实施方式2的第1例的照明装置的概略结构图。

图3是表示有关本发明的实施方式2的第2例的照明装置的概略结构图。

图4是表示有关本发明的实施方式3的投射型显示装置的概略结构图。

图5是表示有关本发明的实施方式4的照明装置的概略结构图。

图6是表示有关本发明的实施方式5的照明装置的概略结构图。

图7是表示有关本发明的实施方式6的投射型显示装置的概略结构图。

图8是表示有关本发明的实施方式7的投射型显示装置的概略结构图。

图9是表示以往的照明装置的一例的概略结构图。

图10是表示以往的照明装置的另一例的概略结构图。

具体实施方式

根据本发明的照明装置、投射型显示装置，能够在提高光的利用效率的同时得到足够的均匀性。更具体地讲，通过除了第1积分器以外还具备第2积分器，能够最佳地设计第1积分器的开口形状，能够提高光的利用效率。进而，即使使第1积分器的长度变短，也通过第2积分器补充基于第1积分器的光的均匀性的不足量，从而在被照明面上能够确保较高的均匀性。

此外，根据具备三色光源的第2照明装置、第1、第2投射型显示装置，除了上述效果以外，还能够通过第2积分器使在色合成时产生的颜色不均匀均匀化。

在上述照明装置中，优选的，在上述第1积分器与上述第2积分器之间，设有对从上述第1积分器射出的光进行聚光的透镜机构。根据该结构，能够提高从第1积分器射出、并入射到第2积分器中的光束的平行度。

此外，优选的，上述光源由射出第1颜色的光的第1光源、射出第2颜色的光的第2光源、以及射出第3颜色的光的第3光源构成；上述第1积分器由来自上述第1光源的光入射的第1光源用第1积分器、来自上述第2光源的光入射的第2光源用第1积分器、以及来自上述第3光源的光入射的第3光源用第1积分器构成；还具备：第1光学薄膜，对第1颜色的光、与将上述第2颜色的光及上述第3颜色的光色合成的光进行合成；第2光学薄膜，对上述第2颜色的光与上述第3颜色的光进行合成；由上述第1光学薄膜合成的光入射到上述第2积分器。根据该结构，能够通过第2积分器使在色合成时产生的颜色不均匀均匀化。

在上述第1、第2照明装置中，上述第1积分器优选为柱积分器。根据该结构，能够以简单的结构提高光束的均匀性。

此外，优选的，上述第1积分器是柱积分器，上述柱积分器是射出端的开口形状比入射端大的锥型柱积分器。

此外，优选的，上述第1积分器是柱积分器，从上述光源射出的光中到达被照明区域的有效的光线在上述第1积分器内被反射的最大反射次数是10次以下。根据该结构，能够缩短柱积分器的长度，并且能够在抑制成本的同时防止基于保持等的损坏。

此外，优选的，上述第2积分器是透镜阵列。

此外，优选的，上述第2积分器是柱积分器。

此外，优选的，上述第2积分器是由配置在上述光源侧的第1透镜阵列、和配置在被照明物侧的第2透镜阵列构成的透镜阵列，上述第1积分器的射出开口形状与形成在上述第2积分器上的光源像是相似形。

此外，上述光源也可以由多个发光部形成。根据该结构，能够得到更大的光输出，并且能够在提高光的利用效率的同时得到足够的均匀性。

此外，在上述投射型显示装置中，优选的，上述光源由射出第1颜色的光的第1光源、射出第2颜色的光的第2光源、和射出第3颜色的光的第3光源构成；上述第1积分器由来自上述第1光源的光入射的第1光源用第1积分器、来自上述第2光源的光入射的第2光源用第1积分器、和来自上述第3光源的光入射的第3光源用第1积分器构成；上述第2积分器由从上述第1光源用第1积分器射出的光入射的第1光源用第2积分器、从上述第2光源用第1积分器射出的光入射的第2光源用第2积分器、和从上述第3光源用第1积分器射出的光入射的第3光源用第2积分器构成，上述图像显示机构由对来自上述第1光源用第2积分器的照明光进行调制而形成图像的第1光源用图像显示机构、对来自上述第2光源用第2积分器的照明光进行调制而形成图像的第2光源用图像显示机构、以及对来自上述第3光源用第2积分器的照明光进行调制而形成图像的第3光源用图像显示机构构成；还具备色合成棱镜，其对由上述第1光源用图像显示机构调制的光、由上述第2光源用图像显示机构调制的光、和由上述第3光源用图像显示机构调制的光进行合成；上述投射机构将从上述色合成棱镜射出的光投射在屏幕上。根据该结构，能够通过第2积分器使在色合成时产生的颜色不均匀均匀化。

以下，参照附图对本发明的一实施方式具体地说明。

(实施方式1)

图1是表示有关实施方式1的照明装置的概略结构图。发光二极管1是具有规定的发光面的光源。在从发光二极管1射出的光入射的位置，配置有作为第1积分器的锥型柱积分器(以下称作“锥柱”)11。

在从锥柱11到作为第2积分器的透镜阵列33之间，配置有作为透镜机构的中继透镜21。从透镜阵列33射出的光被聚光透镜41聚光，并照明被照明面51。

从发光二极管1射出的光线的角度是0～90度。越使锥柱11的入射端接近于发光二极管1，能够将越多的光取入到锥柱11中。因此，优选地，锥柱11的入射端与发光二极管1接近或者通过光学上透过率较高的粘接剂等粘接。

但是，有时发光二极管1的表面的电极及配线金属线在发光二极管1的射出面侧。此外，发光二极管1由树脂或玻璃等封装的情况较多。在这样的情况下，优选地，锥柱11的入射端尽可能与发光二极管1拉近距离而配置。

锥柱11例如是玻璃制，从发光二极管1入射的光在入射到锥柱11之后，边通过锥柱11内部、或者全反射，边达到射出端。来自发光二极管1的光中、向锥柱11的入射角度小的光到达射出端为止的反射次数变少。另一方面，向锥柱11的入射角度大的光的反射次数变多。

因此，到达锥柱11的射出端的光处于将反射次数不同的光叠加的状态。由此，锥柱11的射出端与入射端相比均匀性提高。锥柱11越长，以大的角度入射的光的反射次数越大。在此情况下，由于更多的反射次数不同的光叠加，所以在射出端的均匀性增加。另一方面，如果使锥柱11变长，则锥柱11的成本变高，且有通过保持等而弯折等的可能性。

本实施方式除了锥柱11以外，还使用作为在被照明面上将分割光束叠加的光学机构的透镜阵列33。由此，能够配合发光二极管1的形状而最佳地设计锥柱11的开口形状，并且能够提高光的利用效率。

进而，还缩短锥柱11并抑制成本、防止损坏等，并且通过透镜阵列33补充基于较短的锥柱11的光的均匀性的不足量，从而在被照明面上确保高的均匀性。

即，根据本实施方式，与以往的仅使用长的锥柱的情况、或只有透镜阵列的情况相比，能够在提高光的利用效率的同时得到足够的均匀性。以下具体地说明。

首先，在以往的仅基于长的锥柱的照明装置中，锥柱的射出端与被照明面是共轭的关系。因此，需要锥柱的射出端的形状与被照明面的形状是相似形。进而，在锥柱的入射端与射出端是相似形状的情况下，锥柱内的纵向与横向的反射次数相等，所以射出光束的外形变为大致圆形，与其后的光学系统的整合良好，能够得到高的效率。

即，在锥柱以后的光学系统中，为了构成效率良好的照明系统，不论发光二极管的形状如何，使锥柱的射出端及入射端的形状都与被照明面为相似形是重要的。但是，在发光二极管的形状与被照明面的形状较大地不同的情况下，如果使锥柱的射出端及射出端的形状都与被照明面的形状为相似形，则从发光二极管射出的光的形状与锥柱的入射端的形状会较大地不同。

即，在该结构中，关于从发光二极管射出的光的形状与锥柱的入射端的形状的关系，成为发生光损失而使光的利用效率降低的关系。这样，在发光二极管的形状与被照明面的形状较大地不同的情况下，仅仅靠长的锥柱，有时不能得到较高的光的利用效率。

根据有关本实施方式的照明装置，即使在发光二极管1的形状与被照明面51的形状较大地不同的情况下，也能够得到较高的光的利用效率。这是因为，在本实施方式中，不需要使锥柱11的射出端的形状为被照明面51的相似形，而能够将锥柱11的入射端及射出端的形状做成从发光二极管1对尽可能多的光进行效率良好的聚光的形状。

对此具体地说明。在本实施方式中，锥柱11的射出端与被照明面51不为共轭关系。在本实施方式中，配置在透镜阵列33的光源侧的第1透镜阵列31的各个第1透镜31a与被照明面52为共轭关系。此外，锥柱11的射出端的开口形状处于与在配置于被照明面51侧的第2透镜阵列32上形成的光源像为大致相似形的共轭关系。即，锥柱11的射出端的开口形状不受被照明面51的形状制约，而能够自由地设计。

因此，能够进行配合发光二极管1的形状、决定锥柱11的入射端的开口形状、并使射出端的开口形状与入射端的开口形状为相似形的设计。即，能够配合发光二极管1的形状而最佳地设计锥柱11的开口形状，并能够提高光的利用效率。

这里，透镜阵列33通过构成配置在光源侧的第1透镜阵列31的各个第1透镜31a，将入射到第1透镜31的光束分割。通过了各第1透镜31a的分割光束在第2透镜阵列32内的对应的各第2透镜32a的作用下将与第1透镜31a的形状为相似形的照明叠加在被照明面51上。由此，能够均匀地照明被照明面51。

在此情况下，第1透镜阵列31的第1透镜31a的形状只要与被照明面51的形状为相似形就可以。因而，根据本实施方式，即使配合发光二极管1的形状而最佳地设计锥柱11的开口形状，第1透镜31a的形状也不会受到锥柱11的开口形状的制约。因此，能够同时实现由提高锥柱11的开口形状的最佳设计带来的光的利用效率、和提高基于透镜阵列33的照明的均匀性两者。

此外，入射到第1透镜阵列31中的光束优选为尽可能平行的光线。因此，在锥柱11与第1透镜阵列31之间配置有用来提高从锥柱11射出的光的平行度的中继透镜21。

此外，在使用透镜阵列33的情况下，被照明面51侧的第2透镜阵列32只要使从第1透镜阵列31的对应的第1透镜31a射出的分割光束到达被照明面51就可以。因此，第2透镜32a的形状并不特别受被照明面51的形状制约，所以能够配合光学系统的光圈的形状及机构性构造来设计形状。

另外，多数情况下，为了与只有将从光源射出的光束进行100～200分割的一般的透镜阵列的照明装置同样得到均匀性，需要使光源射出的光中通过中继透镜等的光学系统到达被照明区域的有效光线的、在柱积分器内反射的最大反射次数为5～10次左右、为了得到足够的均匀性而需要超过10次。

根据本实施方式，通过透镜阵列33也发挥均匀性提高的效果，所以发光二极管1之后的锥柱11能够缩短。具体而言，即使锥柱11的最大反射次数为10次以下，由于有基于透镜阵列33的均匀性提高的效果，所以在装置整体中也能够得到与使用反射次数为10次以上的锥柱11同样的均匀性。因而，根据本实施方式，能够使锥柱11的最大反射次数减小为10次以下，还可以做成5次以下或3次以下的锥柱11。

以下，对锥柱、发光二极管、透镜阵列、中继透镜及聚光透镜进行补充说明，但这些补充说明在以下的各实施方式中也同样。

锥柱11以玻璃制的例子进行了说明，但只要是具有比周边的空气高的折射率的光学上透明的物质就可以，除了玻璃以外，也可以使用丙烯树脂及其他材料。

此外，锥柱11即使是由四片反射镜片包围的中空的柱积分器，也能够得到同样的效果。在此情况下，在通过柱积分器内时，入射到柱积分器侧面的光不是进行全反射而是被镜面反射，并到达射出端。

此外，光源的发光二极管为了得到更大的光输出，也可以是将多个作为发光二极管的发光部分的半导体芯片收纳在一个封装内的结构、或将在一个封装内收纳有一个半导体芯片的结构排列配置多个的发光二极管组。

在这样的结构中，有时因发光的半导体芯片的亮度的不均匀、芯片间或封装间的间隙等而在光源的发光面上产生发光不均匀，有时因为各个半导体芯片的不均匀而由从各发光部放射的角度带来的光强度分布不同。

这样，即使在由多个发光部形成光源时发生发光不均匀或光强度分布不均匀的情况下，由于与单一发光体内的发光不均匀、角度带来的光强度分布不均匀同样地处理，所以能够在提高光的利用效率的同时得到足够的均匀性。

此外，光源并不限于发光二极管，可以是激光光源、有机EL元件、其他具有规定的发光面的光源。

此外，配置在被照明面51侧的第2透镜阵列32的各透镜32a的开口形状与锥柱11的射出端的开口形状同样，不受被照明面51的形状制约，而能够自由地设计。

此外，通过在锥柱11与透镜阵列33之间配置有中继透镜21的例子进行了说明。如上所述，中继透镜21是为了提高从发光二极管1射出并入射到第1透镜阵列31中的光束的平行度而设置的。因此，中继透镜21并不一定需要配置，在配置的情况下也可以由两个以上的透镜构成。

此外，通过在第2透镜阵列32与被照明面51之间配置有聚光透镜41的例子进行了说明。如上所述，聚光透镜41是为了将从第2透镜阵列32的各透镜32a射出的光束聚光到被照明面上而设置的。因此，通过使第2透镜阵列32的各透镜32a偏心规定的量，也能够得到同样的效果。因而，并不一定需要聚光透镜41，在配置的情况下也可以由两个以上的透镜构成。

(实施方式2)

图2是表示有关实施方式2的第1例的照明装置的概略结构图。对于与实施方式1重复的部分省略说明，对于不同的部分详细地说明。在本实施方式中，使用分别射出不同颜色的光的三个光源，使用红色发光二极管101、蓝色发光二极管102、和绿色发光二极管103。

在各发光二极管101～103的光学系统中使用从各发光二极管101～103到透镜阵列133之前的部分的光学系统。进而，为了对各颜色的光束进行合成，配置有三色合成棱镜。三色合成棱镜由作为色合成棱镜的第1～第3棱镜161～163、和第1～第2光学薄膜171～172(二向色虑光片)构成。

第1棱镜161及第2棱镜162是三角棱镜，第3棱镜163是梯形棱镜。第1棱镜161具有三色合成的光射出的射出面。在第1棱镜161的、与第2棱镜162的对置面上，形成有在绿色光的光谱与红色光的光谱之间具有截止波长的第1光学薄膜171(二向色虑光片)。在第1光学薄膜171和第2棱镜162之间存在空气层(未图示)。

此外，在第2棱镜162的、与第3棱镜163的对置面上，形成有在蓝色光的光谱与绿色光的光谱之间具有截止波长的第2光学薄膜172(二向色虑光片)。第2光学薄膜172和第3棱镜163被粘接着。

并且，红色光和将蓝色、绿色、红色的三色光三色合成的光在第1棱镜161内传输，蓝色光、和将蓝色光与绿色光色合成的光在第2棱镜162内传输，只有绿色光在第3棱镜163内传输。这样，第1～第3棱镜161～163从三色合成的光的输出侧朝向绿色发光二极管103侧按照该顺序配置。

如图2所示，从绿色发光二极管103射出的绿色光被较短的锥柱113聚光，并入射到第3棱镜163内，到达形成有第2光学薄膜172的面。此外，从蓝色发光二极管102射出的蓝色光被较短的锥柱112聚光，并入射到第2棱镜162内，通过第1光学薄膜171与第2棱镜162之间的空气层全反射，到达形成有第2光学薄膜172的面。

在从蓝色发光二极管102射出的蓝色光和从绿色发光二极管103射出的绿色光到达的面上形成的第2光学薄膜172因入射的光的入射角依赖性，导致第2光学薄膜172的截止波长变化。

即，随着从光轴向周边侧远离，入射角的变化也变大，从而在光轴上和周边部，分光特性不同。例如，如果入射到第2光学薄膜172的光的入射角有10度左右的偏差，则第2光学薄膜172的截止波长的变化量约为20nm左右。

这样，根据入射到光学薄膜中的光线的入射角，截止波长变化，由此透过光学薄膜的光成为具有颜色不均匀的光线。这在第1光学薄膜171中也同样，透过光学薄膜的光成为具有颜色不均匀的光线。

在仅通过长的锥柱聚光后，进行三色合成的以往的图9的结构中，具有在通过光学薄膜时产生的颜色不均匀的光没有被均匀化而直接照射在被照明面883上，所以在被照明面883上会发生颜色不均匀。

此外，以往的图10的结构由于在三色合成系统之后设有透镜阵列933，所以被照明面983的颜色不均匀被均匀化，但是难以对从发光二极管901～903射出的光进行高效率的聚光。

本实施方式与实施方式1同样，缩短了锥柱111～113的长度。进而，与实施方式1同样，将锥柱111～113的入射端及射出端的形状做成最佳的形状，以便能够更高效率地对从发光二极管101～103射出的光进行聚光。

在本实施方式中，在进行基于三色合成薄膜等的光学薄膜的三色合成后，通过设置透镜阵列133，防止具有在通过光学薄膜171～172时发生的颜色不均匀的光被直接照射。由此，能够将颜色不均匀被均匀化的照明光束传输到被照明面。

图3是表示有关实施方式2的第2例的照明装置的概略结构图。与图2相同的结构赋予相同的符号并省略说明。图3的结构是代替三色合成棱镜、而通过二向色反射镜271、272进行来自三色的光源的光合成的结构。

二向色反射镜272使从发光二极管103射出的绿色光透过，反射从发光二极管102射出的蓝色光，并合成绿色光与蓝色光。二向色反射镜271使由二向色反射镜272合成的绿色光与蓝色光的合成光透过，反射从发光二极管101射出的红色光，并合成三色的光。根据该第2例，也能够得到与第1例同样的效果。

在以下的表1中，表示图2所示的结构的有关实施例的光学系统、和仅通过锥柱实现均匀化的比较例的仿真结果。实施例和比较例中，到达被照明区域的有效的光线在锥柱中的最大反射次数都是5次。

在表1中，光利用效率设实施例为100％。各颜色的画面左右的照度偏差是使用投射透镜将图像投射在屏幕上时的画面左右的照度偏差，设中央为100％。

[表1]

 

	实施例	比较例
			光利用效率比	100％	95％
画面左右的照度偏差(红)	95％～100％～95％	103％～100％～95％
			画面左右的照度偏差(绿)	96％～100％～96％	94％～100％～103％
画面左右的照度偏差(蓝)	96％～100％～96％	113％～100％～84％

由表1可知，实施例与比较例相比，光利用效率高约5％。此外，画面左右方向的照度偏差在实施例和比较例中都可看到。但是，实施例如果对三色间观察有大致同样的均匀性，左右的偏倚较少。

另一方面，有比较例比实施例偏差幅度小的情况，但反之也有大的情况，没有统一性。进而，相对于中央的左右方向的偏差在三色中很不同。即，可知在比较例中作为三色叠加时的白色显示时，面内的颜色不均匀变大。

这里，表1的仿真结果是确认实施方式2的效果的，在实施方式1和实施方式2中，除了三色合成的结构以外具备同样的结构。因此，可以说在实施方式1的效果中也有光利用效率良好的一点和看不到相对于中央的左右方向的偏倚的这一点。

以下，对三色合成棱镜、光源补充说明，但这些补充说明在以下的各实施方式中也同样。

三色合成棱镜的光源的配置及光学薄膜并不限于上述的例子，只要是将来自三色的光源的光进行合成的结构就可以。

此外，作为光源，使用红色发光二极管101、蓝色发光二极管102及绿色发光二极管103，但射出三种不同颜色的光的光源并不限于发光二极管。例如，作为三种不同颜色的光，也可以使用从白色光分离出的颜色纯度高的(光谱宽度窄的)单色光。

此外，三种不同颜色的光并不限于蓝色、绿色、红色的三色的光，例如也可以使用泛蓝的绿色光、绿色光、泛黄的绿色光等光谱接近的三色的光。即，使用的光只要具有不同的三个光谱就可以。

进而，设为三种不同颜色，但通过变更颜色合成部分的二向色反射镜或色合成棱镜等的形状或透射、反射分光特性，可以除了蓝色、绿色、红色以外，还使用蓝绿色、黄色、橙色等三色以上的光源进行色合成。

(实施方式3)

图4是表示有关实施方式3的投射型显示装置的概略结构图。如图4所示，本实施方式的投射型显示装置具备由照明装置100和物镜381构成的光学机构、对照明系统与投射系统的光进行分离的分束器382、将来自照明装置的照明光调制而形成图像的作为图像显示机构的图像显示元件383、以及将由图像显示元件383调制的光投射在屏幕(未图示)上的作为投射机构的投射透镜384。在照明装置100中，使用上述实施方式2的图2所示的照明装置，并赋予相同的符号。

以下，对图4所示的投射型显示装置的动作进行说明。首先，将通过照明装置100从红色发光二极管101、蓝色发光二极管102、以及绿色发光二极管103射出的三种不同颜色的光通过锥柱111～113被高效率地聚光，并入射到三色合成棱镜上。

在该三色合成棱镜内，合成的各颜色的光作为同一光轴上的光而被射出。从照明装置100射出的合成光被分束器382反射而照明在图像显示元件383上，通过该图像显示元件将照明光调制而形成图像。

在此情况下，从照明装置100射出的来自各颜色的光源的光均匀地照明在图像显示元件383上。由图像显示元件383调制的光直接透过分束器382，并通过投射透镜384投射在屏幕上。

此时，如果将射出三种不同颜色的光的红色发光二极管101、蓝色发光二极管102、和绿色发光二极管103同时点亮，则图像显示元件383被白色光照明，如果仅将各发光二极管点亮，则图像显示元件383被各单色光照明。由此，将由图像显示元件383形成的图像作为全彩色的映像映射到屏幕上。

在本实施方式的投射型显示装置中，作为照明装置100使用实施方式2的图2所示的照明装置，所以能够将更明亮并且亮度不均匀或颜色不均匀较少的、进行了均匀的照明的图像投射在屏幕上。

另外，照明装置并不限于图2的结构，例如，可以是实施方式1的图1的结构、实施方式2的图3的结构。

此外，在本实施方式中，举例说明了包括由物镜381及三色合成棱镜构成的光学机构、以及对照明系统与投射系统的光进行分离的分束器382的结构的投射型显示装置，但只要通过照明装置将图像显示元件383照明就可以，所以也可以为不包括光学机构、分束器等的结构。

作为这样的结构的例子，可以考虑在图1及图3的被照明区域51(151)的部分配置透过型图像显示元件(例如透过型的液晶)、并在其后方配置投射透镜(与光源相反侧)的结构。

此外，在本实施方式中，举例说明了仅包括一个图像显示元件383的结构，但也可以是包括三个图像显示元件的结构。

(实施方式4)

图5是表示有关实施方式4的照明装置的概略结构图。图5的结构相对于实施方式1的图1所示的照明装置，代替透镜阵列33而使用柱积分器431。与图1相同的结构赋予相同的符号并省略说明。

第2柱积分器431是玻璃制，以基于第2柱积分器431内的全反射的均匀性提高为主要的目的。如实施方式1的图1的结构，在使用透镜阵列33作为第2积分器的情况下，为了提高均匀性，只要增多构成第1透镜阵列31的第1透镜31a的个数就可以。在此情况下，在各个透镜的大小变得极小的情况下，有透镜成形变得困难的情况。

如本实施方式，在使用第2柱积分器431的情况下，与透镜阵列不同，通过入射到第2柱积分器431中的光的全反射的次数的差，能够实现均匀性的提高。虽然成本稍稍变高，但仅通过使第2柱积分器431的长度变长，就能够提高均匀性。

此外，在柱长相对于截面积较长的形状、即细长的情况下，仅通过透镜系统的设计变更，就能够几乎不使照明系统整体的效率降低而使柱的截面积变大，并且也能够应对通过保持等而弯折的风险。

即，如本实施方式，通过同时使用较短的锥型的第1柱积分器11、和第2柱积分器431，也能够高效率且容易地实现均匀性的提高。

以下，对于第2柱积分器进行补充说明，但这些补充说明在以下的实施方式5中也相同。

第2柱积分器431并不限于玻璃制，与第1柱积分器11同样，只要是具有比周边的空气高的折射率的光学上透明的物质就可以。因此，也可以使用例如丙烯树脂或其他材料。

进而，也可以是由四片反射镜片包围的中空的柱积分器。在此情况下，在通过柱积分器内时，入射到柱积分器侧面的光不是全反射而被镜面反射并到达射出端，但能够得到同样的效果。

(实施方式5)

图6是表示有关实施方式5的照明装置的概略结构图。图6的结构相对于实施方式2的图2所示的照明装置，代替透镜阵列133而使用柱积分器531。与图2相同的结构赋予相同的符号并省略说明。

本实施方式与图2的结构同样，缩短了锥柱11～113的长度。进而，与实施方式1同样，将锥柱111～113的入射端及射出端的形状做成最佳的形状，以便能够将从发光二极管101～103射出的光以更高的效率聚光。

关于本实施方式，能够得到与图2的结构同样的效果。即，在进行了基于三色合成棱镜等的光学薄膜的三色合成后，通过设置柱积分器531，防止具有在通过光学薄膜171～172时产生的颜色不均匀的光直接被照明。由此，能够将颜色不均匀被均匀化的照明光束传输到被照明面。

另外，也可以不是三色合成棱镜，而是如图3的结构，可以是通过使用两个以上由二向色反射镜等来合成两色的光的光学过滤器、将来自三色的光源的光合成的结构。

(实施方式6)

图7是表示有关实施方式6的投射型显示装置的概略结构图。在图7的结构中，作为照明装置500使用上述实施方式6的图6所示的照明装置，赋予相同的符号。此外，对于物镜681、分束器682、图像显示元件683、以及投射透镜684，由于是与图4同样的结构，所以省略说明。

在本实施方式的投射型显示装置中，作为照明装置500而使用实施方式5的图6所示的照明装置，所以能够将更明亮、且亮度不均匀及颜色不均匀较少的、进行了更均匀的照明的图像投射在屏幕上。

另外，在本实施方式中，作为照明装置500而使用实施方式5的图6所示的照明装置，但作为照明装置并不一定限于该结构的照明装置，例如，即使是实施方式4的图5中说明的结构的照明装置等，也能够得到同样的效果。

(实施方式7)

图8是表示有关实施方式7的投射型显示装置的概略结构图。在图8的结构中，作为照明装置，实施方式1的图1所示的照明装置对于三色的光源分别使用一个。更具体地讲，各照明装置是具备红色发光二极管701的照明装置、具备蓝色发光二极管702的照明装置、具备绿色发光二极管703的照明装置。在各照明装置中，与图1相同结构的部分赋予相同的符号。

在各照明装置的被照明面，具备图像显示元件751～753、对从这三个图像显示元件751～753射出的光进行合成的色合成棱镜763、和投射透镜773。

根据该结构，由于作为照明装置而使用上述实施方式1的结构，所以能够将更明亮、并且亮度不均匀较少的、进行了更均匀的照明的图像投射在屏幕上。

进而，即使在各发光二极管701～703的发光面内的发光不均匀、或基于从发光二极管放射的角度的光强度分布不同的情况下，照明图像显示元件751～753的光束的各颜色的面内亮度不均匀都较少，从而能够使显示白色时的面内不均匀也减少。

此外，即使在发光二极管701～703、锥型柱积分器11、和色合成棱镜763的光轴稍微偏离的情况下，照明图像显示元件751～753的光束的各颜色的面内亮度不均匀都较少。因此，只要有使用三个以往的显示元件的三板式投射型显示装置来构建的三个图像显示元件与色合成棱镜的调节精度，就能够减少显示白色时的面内颜色不均匀。

产业上的可利用性：以上，根据本发明，能够以更高的效率对从光源放射的光进行聚光，并进行均匀性较高的照明，所以在例如对被照明面要求亮度不均匀较少的图像的投影机中是有用的。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1、(修改后)一种照明装置，其特征在于，

具备光源、来自上述光源的光入射的第1积分器、和从上述第1积分器射出的光入射的第2积分器；

上述光源由射出第1颜色的光的第1光源、射出第2颜色的光的第2光源、以及射出第3颜色的光的第3光源构成；

上述第1积分器由来自上述第1光源的光入射的第1光源用第1积分器、来自上述第2光源的光入射的第2光源用第1积分器、以及来自上述第3光源的光入射的第3光源用第1积分器构成；

还具备：

第1光学薄膜，对上述第1颜色的光、与将上述第2颜色的光及上述第3颜色的光色合成后的光进行合成；

第2光学薄膜，对上述第2颜色的光与上述第3颜色的光进行合成；

由上述第1光学薄膜合成的光入射到上述第2积分器中。

2、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在上述第1积分器与上述第2积分器之间，设有对从上述第1积分器射出的光进行聚光的透镜机构。

3、(删除)

4、(修改后)如权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，上述第1积分器是柱积分器。

5、(修改后)如权利要求4所述的照明装置，其特征在于，上述第1积分器是射出端的开口形状比入射端大的锥型柱积分器。

6、(修改后)如权利要求4或5所述的照明装置，其特征在于，在上述柱积分器中，从上述光源射出的光中、到达被照明区域的有效的光线在上述第1积分器内被反射的最大反射次数是10次以下。

7、(修改后)如权利要求1、2或4至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第2积分器是透镜阵列。

8、(修改后)如权利要求1、2或4至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第2积分器是柱积分器。

9、(修改后)如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，上述第2积分器是由配置在上述光源侧的第1透镜阵列、和配置在被照明物侧的第2透镜阵列构成的透镜阵列，上述第1积分器的射出开口形状与形成在上述第2积分器上的光源像是相似形。

10、(修改后)如权利要求1、2或4至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述光源由多个发光部形成。

11、(修改后)一种投射型显示装置，具备权利要求1、2或4至10中任一项所述的照明装置，上述投射型显示装置特征在于，具备：

图像显示机构，将来自上述照明装置的照明光调制而形成图像；

投射机构，将由上述图像显示机构调制的光投射在屏幕上。

12、如权利要求11所述的投射型显示装置，其特征在于，

上述光源，由射出第1颜色的光的第1光源、射出第2颜色的光的第2光源、以及射出第3颜色的光的第3光源构成；

上述第1积分器，由来自上述第1光源的光入射的第1光源用第1积分器、来自上述第2光源的光入射的第2光源用第1积分器、以及来自上述第3光源的光入射的第3光源用第1积分器构成；

上述第2积分器，由从上述第1光源用第1积分器射出的光入射的第1光源用第2积分器、从上述第2光源用第1积分器射出的光入射的第2光源用第2积分器、以及从上述第3光源用第1积分器射出的光入射的第3光源用第2积分器构成；

上述图像显示机构，由将来自上述第1光源用第2积分器的照明光调制而形成图像的第1光源用图像显示机构、将来自上述第2光源用第2积分器的照明光调制而形成图像的第2光源用图像显示机构、以及将来自上述第3光源用第2积分器的照明光调制而形成图像的第3光源用图像显示机构构成；

还具备色合成棱镜，对由上述第1光源用图像显示机构调制的光、由上述第2光源用图像显示机构调制的光、以及由上述第3光源用图像显示机构调制的光进行合成；

上述投射机构将从上述色合成棱镜射出的光投射在屏幕上。

基于条约19条(1)的规定的说明书(条约规则46.4)

将权利要求1用权利要求3的结构限定，将权利要求3删除。修正后的权利要求1的结构是在三色的光源中分别具备第1积分器、并且由第1光学薄膜合成的光入射到第2积分器中的结构。这样的结构在文献1～11的哪个中都没有记载。

Claims (12)

1.一种照明装置，其特征在于，具备光源、来自上述光源的光入射的第1积分器、以及从上述第1积分器射出的光入射的第2积分器。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在上述第1积分器与上述第2积分器之间，设有对从上述第1积分器射出的光进行聚光的透镜机构。

3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

上述光源由射出第1颜色的光的第1光源、射出第2颜色的光的第2光源、以及射出第3颜色的光的第3光源构成；

上述第1积分器由来自上述第1光源的光入射的第1光源用第1积分器、来自上述第2光源的光入射的第2光源用第1积分器、以及来自上述第3光源的光入射的第3光源用第1积分器构成；

还具备：

第1光学薄膜，对上述第1颜色的光、与将上述第2颜色的光及上述第3颜色的光色合成后的光进行合成；

第2光学薄膜，对上述第2颜色的光与上述第3颜色的光进行合成；

由上述第1光学薄膜合成的光入射到上述第2积分器中。

4.如权利要求1至3中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第1积分器是柱积分器。

5.如权利要求1至3中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第1积分器是柱积分器，上述柱积分器是射出端的开口形状比入射端大的锥型柱积分器。

6.如权利要求1至5中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第1积分器是柱积分器，从上述光源射出的光中、到达被照明区域的有效的光线在上述第1积分器内被反射的最大反射次数是10次以下。

7.如权利要求1至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第2积分器是透镜阵列。

8.如权利要求1至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第2积分器是柱积分器。

9.如权利要求1至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述第2积分器是由配置在上述光源侧的第1透镜阵列、和配置在被照明物侧的第2透镜阵列构成的透镜阵列，上述第1积分器的射出开口形状与形成在上述第2积分器上的光源像是相似形。

10.如权利要求1至6中任一项所述的照明装置，其特征在于，上述光源由多个发光部形成。

11.一种投射型显示装置，具备权利要求1至10中任一项所述的照明装置，所述投射型显示装置特征在于，具备：

图像显示机构，将来自上述照明装置的照明光调制而形成图像；

投射机构，将由上述图像显示机构调制的光投射在屏幕上。

12.如权利要求11所述的投射型显示装置，其特征在于，

上述光源，由射出第1颜色的光的第1光源、射出第2颜色的光的第2光源、以及射出第3颜色的光的第3光源构成；

上述第1积分器，由来自上述第1光源的光入射的第1光源用第1积分器、来自上述第2光源的光入射的第2光源用第1积分器、以及来自上述第3光源的光入射的第3光源用第1积分器构成；

上述第2积分器，由从上述第1光源用第1积分器射出的光入射的第1光源用第2积分器、从上述第2光源用第1积分器射出的光入射的第2光源用第2积分器、以及从上述第3光源用第1积分器射出的光入射的第3光源用第2积分器构成；

上述图像显示机构，由将来自上述第1光源用第2积分器的照明光调制而形成图像的第1光源用图像显示机构、将来自上述第2光源用第2积分器的照明光调制而形成图像的第2光源用图像显示机构、以及将来自上述第3光源用第2积分器的照明光调制而形成图像的第3光源用图像显示机构构成；

还具备色合成棱镜，对由上述第1光源用图像显示机构调制的光、由上述第2光源用图像显示机构调制的光、以及由上述第3光源用图像显示机构调制的光进行合成；

上述投射机构将从上述色合成棱镜射出的光投射在屏幕上。

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