JP2003195213A - 照明系及びこれを採用したプロジェクタ - Google Patents

照明系及びこれを採用したプロジェクタ

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JP2003195213A JP2002299622A JP2002299622A JP2003195213A JP 2003195213 A JP2003195213 A JP 2003195213A JP 2002299622 A JP2002299622 A JP 2002299622A JP 2002299622 A JP2002299622 A JP 2002299622A JP 2003195213 A JP2003195213 A JP 2003195213A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーホイール無しにカラー画像が具現可能
な照明系及びこれを採用したプロジェクタを提供する。 【解決手段】 所定波長の光ビームを照射する発光素子
１０ａと、前記発光素子から出射された光ビームの断面
積を減少させるホログラム光素子１５、１８を備えた照
明ユニットと、前記ホログラム光素子を介して入射する
入射光の進路を変える第１光路変換器２０とを含む照明
系、及び所定波長の光ビームを照射する発光素子と、前
記発光素子から出射された光ビームの断面積を減少させ
るホログラム光素子を備えた照明ユニットと、前記ホロ
グラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える第
１光路変換器と、前記第１光路変換器から入射する光を
入力映像信号に基づき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
を含むプロジェクタ。

Description

【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
用したプロジェクタに係り、特に、カラーホイール無し
にカラー画像が具現可能な照明系及びこれを採用したプ
ロジェクタに関する。
【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リレイレンズ１０２と、入射光をＲ，
Ｇ，Ｂの３色ビームに分離するカラーホイール１０５
と、前記カラーホイール１０５を通ったビームを均一に
分布させるフライアイレンズ１０７と、前記フライアイ
レンズ１０７を通ったビームを集束する第２リレイレン
ズ１１０と、前記カラーホイール１０５を介して順次に
入射するＲ，Ｇ，Ｂの３色光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１
１２により形成された画像を拡大投射してスクリーン１
１８に向わせる投射レンズ系１１５を含んでなる。
【０００３】前記光源１００としては、キセノンラン
プ、金属−ハロゲンランプ、ＵＨＰランプなどが使われ
るが、この種のランプは余計な赤外線及び紫外線を大い
に放出する。この理由から多くの熱が生じ、これを冷や
すための冷却ファンが使われるが、この冷却ファンは騷
音発生の原因となる。また、ランプ光源のスペクトル分
布を調べてみれば、全波長に亘って広く分布されていて
狭いカラーガマットを有するため、カラー選択の幅が減
り、色純度が不良であるのみならず、寿命が短い。その
結果、ランプの安定的な使用が限られるという問題点が
ある。
【０００４】一方、従来のプロジェクタにおいては、カ
ラー画像を具現するために、前記カラーホイール１０５
を駆動モータ（図示せず）により高速回転させて赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を順次に前記ディス
プレイ素子１１２に照明する方式を採用していた。前記
カラーホイール１０５は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色フィルタが
ホイール全体に亘って等分配置され、前記ディスプレイ
素子１１２の応答速度に応じて前記カラーホイール１０
５の回転時に１カラーずつ順次に使用するため、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の各カラーの間に所定間
隔のギャップが形成されており、このギャップでも光損
失が生じる。
【０００５】のみならず、前記カラーホイール１０５は
高速回転するために騷音が生じ、機械的な運動により安
定性に不利であるだけではなく、駆動モータの機械的な
限界のために一定速度以上の速度が得られ難く、その結
果、カラーブレーキアップ現象が招かれる。さらに、カ
ラーホイールそのものが極めて高価であるため、製造コ
ストが上がる原因となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
解決するためになされたものであり、その目的は、所定
波長の光を照射する発光素子を利用して色純度及びカラ
ーガマットが向上可能であり、且つ、カラーホイール無
しにカラー画像が具現可能な照明系及びこれを採用した
プロジェクタを提供するところにある。
【０００７】さらに、少なくとも一つ以上のホログラム
光素子または回折光学素子を備え、ビームの断面積を最
小化させることにより光損失及び体積を減らした照明系
及びこれを採用したプロジェクタを提供するところにも
目的がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射
する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光素子か
ら出射された光ビームの断面積を減少させる少なくとも
一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニットと、
前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入
射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含むこ
とを特徴とする。
【０００９】前記少なくとも一つ以上の発光素子はアレ
イ構造よりなることが望ましい。
【００１０】前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオー
ド、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むこと
が望ましい。
【００１１】前記少なくとも一つ以上のホログラム光素
子は、前記発光素子または発光素子アレイから照射され
たビームの進行方向を変える第１ホログラム光素子と、
前記第１ホログラム光素子により進行方向が変えられて
入射したビームの回折角度が減少可能に設計された第２
ホログラム光素子とを備え、入射光が前記第１光路変換
器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であ
ることが望ましい。
【００１２】前記第１ホログラム光素子は、入射光が前
記第２ホログラム光素子を向かって所定角度斜め平行に
入射するように設計されたことが望ましい。
【００１３】前記第１光路変換器は、反射ミラーである
ことが望ましい。
【００１４】前記第１光路変換器を通ったビームを選択
的に透過または反射させることにより光進路を変える第
２光路変換器をさらに備えることが望ましい。
【００１５】相異なる波長のビームを照射する複数の照
明ユニットが水平方向に一列に配されることが望まし
い。
【００１６】前記第２光路変換器は、前記第１光路変換
器を通ったビームを波長に応じて反射または透過させる
ダイクロイックフィルタであることが望ましい。
【００１７】前記第２光路変換器は、前記第１光路変換
器を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射また
は透過させるコレステリックバンドモジュレーションフ
ィルタであることが望ましい。
【００１８】前記コレステリックバンドモジュレーショ
ンフィルタは、所定波長のビームに対して右円偏光を反
射させて左円偏光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を
透過させて左円偏光を反射させる第２鏡面とを有するこ
とが望ましい。
【００１９】相異なる波長の光ビームを照射する複数の
照明ユニットが所定角度だけ離隔されて配されることが
望ましい。
【００２０】前記第２光路変換器は、Ｘプリズムまたは
Ｘ型ダイクロイックフィルタであることが望ましい。
【００２１】前記照明ユニットは、複層構造に配される
ことが望ましい。
【００２２】前記発光素子または発光素子アレイから照
射された光を平行光に変える平行光形成手段がさらに備
えられることが望ましい。
【００２３】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が
望ましい。
【００２４】前記目的を達成するために、本発明に係る
照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一
つ以上の発光素子または発光素子アレイと、前記発光素
子または発光素子アレイから照射されたビームを集束す
る第３ホログラム光素子と、前記第３ホログラム光素子
を通って入射したビームをその断面積が減少された平行
光に変える第４ホログラム光素子と、前記第４ホログラ
ム光素子により平行に入射したビームの回折角度が減少
可能に設計された第５ホログラム光素子と、前記第５ホ
ログラム光素子を介して入射する入射光の進路を変える
第１光路変換器とを含むことを特徴とする。
【００２５】前記第５ホログラム光素子は、隣り合う第
３ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記隣り
合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨げな
いことが望ましい。
【００２６】前記目的を達成するために、本発明に係る
照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一
つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された光ビ
ームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上の回折光
学素子を備えた少なくとも一つの照明ユニットと、前記
少なくとも一つ以上の回折光学素子を介して入射する入
射光の進路を変える第１光路変換器とを含むことを特徴
とする。
【００２７】前記目的を達成するために、本発明に係る
照明系を採用したプロジェクタは、所定波長の光ビーム
を照射する少なくとも一つ以上の発光素子及び前記発光
素子から出射された光ビームの断面積が縮小可能な少な
くとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明ユニッ
トと、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介
して入射する入射光を入力映像信号に基づき処理して画
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。
【００２８】
【発明の実施の形態】図２及び図５を参照すれば、本発
明の一実施形態による照明系は、所定波長の光ビームを
照射する少なくとも一つ以上の発光素子１０ａ，１０
ｂ，１０ｃと、前記少なくとも一つ以上の発光素子１０
ａ，１０ｂ，１０ｃから照射されたビームの断面積が縮
小可能に設計された少なくとも一つ以上のホログラム光
素子とを備えた照明ユニット１１１、及び前記少なくと
も一つ以上のホログラム光素子を通って入射する光の進
路を変換する第１光路変換器２０を含む。
【００２９】前記発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃとし
ては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード
（ＬＤ）、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使用可能であ
る。また、前記の如き発光素子が２次元的に配列された
アレイであっても良い。前記発光素子または発光素子ア
レイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは相異なる波長のビームを
照射するように構成することができる。例えば、Ｒ波長
のビームを照射する第１発光素子１０ａ、Ｇ波長のビー
ムを照射する第２発光素子１０ｂ及びＢ波長のビームを
照射する第３発光素子１０ｃを含むことができる。
【００３０】前記少なくとも一つ以上のホログラム光素
子は、前記第１、第２及び第３発光素子または発光素子
アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射された各々のビ
ームを斜め平行に進める第１ホログラム光素子１５と、
前記第１ホログラム光素子１５を通って入射したビーム
の回折角度を小さくして回折させる第２ホログラム光素
子１８とを含むことができる。一般的に、ホログラム光
素子は、大きい回折角をもったホログラム光素子が相対
的に小さい回折角をもったホログラム光素子の方より製
作し難いため、回折効率が落ちる。このような点を考慮
し、前記第１ホログラム光素子１５によりビームの方向
を斜めにして前記第２ホログラム光素子１８に入射させ
ることにより、前記第２ホログラム光素子１８による回
折ビーム回折角を減らす。
【００３１】前記第２ホログラム光素子１５により回折
されたビームは前記第１光路変換器、例えば反射ミラー
２０により反射されて光の進路が変わる。ここで、前記
第２ホログラム光素子１８により回折されたビームの回
折角度が大きいほど前記反射ミラー２０により反射され
るビームの断面積が小さくなる。これに対し、前述の通
り、回折角が大きいほどホログラム光素子が製作し難
く、且つ、回折効率が落ちる逆効果もあるため、これを
補完するために、前記第１ホログラム光素子１５を利用
して前記第２ホログラム光素子１８に入射するビームを
適当に斜めにする。ここでは、２つの第１及び第２ホロ
グラム光素子１５１８を備えたが、これに限定されるこ
となく、２つ以上のホログラム光素子を適切に配するこ
とにより断面積縮小の効果を高めても良い。
【００３２】一方、前記発光素子または発光素子アレイ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃから照射される光ビームを平行
光に変えるコリメーティングレンズアレイまたはフレネ
ルレンズアレイなどの平行光形成手段１３がさらに備え
られても良い。また、前記第１光路変換器２０により光
路が変えられたビームを２次的に光路変換して所望の経
路に進める第２光路変換器３０がさらに備えられても良
い。
【００３３】前記の如き構成された照明ユニット１，１
１は、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ波長別に各々少なくとも一つ
以上ずつ備えられる。すなわち、十分の光量を確保する
ために、Ｒ，Ｇ，Ｂ波長のビームを照射する各々の照明
ユニット１，１１を複数備えても良い。図２に示された
ように、複数の照明ユニット１，１１を水平方向に平行
に配するか、図３に示されたように、複数の照明ユニッ
ト１，１’，１１，１１’を上下方向に複層構造に配す
る。前記複層構造の照明ユニット１，１’，１０，１
０’は対向配置可能である。かかる水平構造または複層
構造は各波長に対応する照明ユニット別に同一に構成可
能である。一方、図３において、図２と同じ参照番号を
使用する構成要素は前述のものと同一の機能を行うの
で、ここでは詳細な説明を省略する。未説明符号３０’
は第２光路変換器であり、前記複層構造の場合、上層の
照明ユニット１，１１及び下層の照明ユニット１’，１
１’から出射された光に共用可能に配される。
【００３４】本発明の他の実施形態を示す図４を参照す
れば、照明ユニット２１，３１は、前記少なくとも一つ
以上のホログラム光素子が前記発光素子または発光素子
アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから照射された光を集束
する第３ホログラム光素子２３と、前記第３ホログラム
光素子２３から出射された光を平行光に変える第４ホロ
グラム光素子２５と、前記第４ホログラム光素子２５か
ら出射された光をその断面積が縮小可能に回折する第５
ホログラム光素子２８とを含んでなる。ここで、前記実
施形態と比較して、前記少なくとも一つ以上のホログラ
ム光素子の構成のみ異なるだけであり、他の構成には実
質的な違いがなく、図２でのものと同一の機能を行う構
成要素には同じ参照番号を使用する。
【００３５】前記第３ホログラム光素子２３により集束
された光が前記第４ホログラム光素子２５を介して平行
光として出射される時のビーム断面積が前記発光素子ま
たは発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出射さ
れる時のビーム断面積に比べて縮小されていることが分
かる。このように、１次的に縮小されたビームが前記第
５ホログラム光素子２８により回折された後、第１光路
変換器２０’から反射される時にビームの断面積が一層
縮小されて進む。
【００３６】前記発光素子または発光素子アレイ、第３
ないし第５ホログラム光素子２３，２５，２８を備えて
なる照明ユニット２１，３１が水平方向に複数さらに配
されても良い。例えば、図４に示されたように、第５及
び第６照明ユニット２１，３１が水平方向に平行に配さ
れる時、前記第５ホログラム光素子２８は隣り合う第５
ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記隣り合
う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨げな
い。換言すれば、前記第５照明ユニット２１に含まれた
第５ホログラム光素子２８は、前記第４照明ユニット３
１から出射される光ビームの進路を妨げないように前記
第４照明ユニット３１に含まれた第５ホログラム光素子
２８とは異なる平面に配される。これにより、前記第１
光路変換器２０’は、前記各照明ユニット２１，３１に
対応して独立的に配される。
【００３７】前記複数の照明ユニット２１，３１が水平
方向に配されるほかに、前述の通り、上下方向に複層構
造に配されても良い。また、複層構造に配置時に、対向
配置されても良い。
【００３８】ここで、前記発光素子または発光素子アレ
イ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと前記第３ホログラム光素子
２３との間には前記発光素子または発光素子アレイ１０
ａ，１０ｂ，１０ｃから出射された光を平行光に変える
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
レイなどの平行光形成手段１３をさらに備えても良い。
また、前記照明ユニット２１，３１から出射される光の
進路を変える第１及び第２光路変換器２０’，３０’を
さらに備えても良い。
【００３９】前記第１光路変換器２０，２０’は、前記
第３ないし第５ホログラム光素子２３，２５，２８によ
りビームの断面積が縮小されて入射する光の進路を変え
る、例えば反射ミラーなどが使用可能である。
【００４０】また、前記第２光路変換器３０，３０’
は、入射光を選択的に透過または反射させることにより
相異なる光路に入射した光を同じ光路に向わせる。前記
第２光路変換器３０，３０’は、図５に示されたよう
に、前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃからの光を各々波長に応じて反射または透過
させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ３０
ａ，３０ｂ，３０ｃを含むことができる。例えば、前記
第１発光素子または発光素子アレイ１０ａからＲ波長の
ビームが、第２発光素子または発光素子アレイ１０ｂか
らＧ波長のビームが、そして第３発光素子または発光素
子アレイ１０ｃからＢ波長のビームが照射可能である。
【００４１】そして、前記第１ダイクロイックフィルタ
３０ａは、Ｒ波長のビームのみ反射させて残りの波長の
Ｇ，Ｂビームは透過させ、前記第２ダイクロイックフィ
ルタ３０ｂは、Ｇ波長のビームのみ反射させて残りの波
長のＲ，Ｂビームは透過させる。また、前記第３ダイク
ロイックフィルタ３０ｃは、Ｂ波長のビームは反射さ
せ、残りの波長のＲ，Ｇビームは透過させる。従って、
前記照明ユニット１，１１，２１，３１及び第１光路変
換器２０，２０’を通ったＲビームが前記第１ダイクロ
イックフィルタ３０ａに入射すれば、図中のＡ方向に反
射されて行く。また、照明ユニット１，１１，２１，３
１及び第１光路変換器２０，２０’を通ったＧビームが
前記第２ダイクロイックフィルタ３０ｂに入射すれば、
前記第２ダイクロイックフィルタ３０ｂにより反射され
て前記第１ダイクロイックフィルタ３０ａを通過しつつ
図中のＡ方向に直進する。また、前記照明ユニット１，
１１，２１，３１及び第１光路変換器２０，２０’を通
ったＢビームが前記第３ダイクロイックフィルタ３０ｃ
に入射すれば、前記第３ダイクロイックミラー３０ｃに
より反射され、前記第２及び第１ダイクロイックフィル
タ３０ｂ，３０ａを通過して図中のＡ方向に直進する。
このようにして相異なる経路のＲ，Ｇ，Ｂの３色ビーム
が同じ経路に進む。
【００４２】これとは異なって、前記第２光路変換器と
して、図６に示されたように、入射光の偏光方向に応じ
て選択的に反射または透過させるコレステリックバンド
モジュレーションフィルタ３５が使用しても良い。前記
コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５
は、所定波長の光に対して、例えば右円偏光は反射させ
て左円偏光は透過させることにより光路を変えることが
でき、逆に、右円偏光は透過させて左円偏光は反射させ
ることができる。前記コレステリックバンドモジュレー
ションフィルタ３５は、Ｒ波長のビーム、Ｇ波長のビー
ム、Ｂ波長のビームに対して各々円偏光の偏光方向に応
じて選択的に透過または反射させる第１、第２及び第３
コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５
ａ，３５ｂ，３５ｃを含むことができる。
【００４３】一方、前記第１、第２及び第３コレステリ
ックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，
３５ｃには各々、右円偏光及び左円偏光をどちらも使用
可能にして光効率を向上させるために、各々のフィルタ
に対応する波長に対して右円偏光を反射させて左円偏光
を透過させる第１鏡面３７と、右円偏光を透過させて左
円偏光を反射させる第２鏡面３８とが適宜配される。こ
こで、右円偏光に対しては＋、左円偏光に対しては−を
附する。例えば、Ｒ＋は右円偏光のＲビームを、そして
Ｒ−は左円偏光のＲビームを表わす。
【００４４】前記照明ユニット１，１１，２１，３１及
び第１光路変換器２０，２０’を通ったＲ，Ｇ，Ｂビー
ムが各々前記第１、第２及び第３コレステリックバンド
モジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃへ向
かう、前記第１、第２及び第３コレステリックバンドモ
ジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、光
の入射方向から第１鏡面３７及び第２鏡面３８が対角線
方向に備えられる。ここで、Ｒビームの進路について説
明する。前記第１光路変換器２０，２０’により反射さ
れたＲビームのうち右円偏光のビームＲ＋が最初に前記
第１鏡面３７に出合えば、この第１鏡面３７により反射
された後に進路上で第２鏡面３８に出合った時、そのま
ま透過されて図中のＡ’方向に進む。一方、Ｒ＋ビーム
が最初に前記第２鏡面３８に出合えば、この第２鏡面３
８を通って透過された後に前記第１鏡面３７により反射
され、図中のＡ’方向に進む。また、前記第１光路変換
器２０，２０’により反射されたＲビームのうち左円偏
光のビームＲ−が最初に前記第１鏡面３７に出合えば、
この第１鏡面３７を通って透過され、進路上で第２鏡面
３８に出合った時に反射されてＡ’方向に進む一方、最
初に前記第２鏡面３８に出合えば、この第２鏡面３８に
より反射されてＡ’方向に向かう。
【００４５】前記のような作用は、Ｇビームの右円偏光
Ｇ＋及び左円偏光Ｇ−、Ｂビームの右円偏光Ｂ＋及び左
円偏光Ｂ−に対して同様に適用され、結局、いずれも同
じ方向Ａ’に進ませる。前記第１、第２及び第３コレス
テリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５
ｂ，３５ｃは、各々に対応する波長のビームに対しての
み選択的に透過または反射され、他の波長のビームに対
しては偏光方向に関係なくいずれも透過させる。このよ
うにして、右円偏光及び左円偏光がどちらも有効に使用
可能であるので、光効率面で極めて有利である。
【００４６】これとは異なって、前記第２光路変換器
は、図７に示されたように、Ｘプリズム６０またはＸ型
ダイクロイックフィルタフィルムを含むことができる。
この時、前記第１、第２及び第３発光素子または発光素
子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、前記Ｘプリズム６
０またはＸ型ダイクロイックフィルタフィルムを中心と
して所定角度だけ離隔されて配される。前記Ｘプリズム
６０は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々に対応する照明ユニット１，１
１に対して対向配置された第１、第２及び第３入射面６
１，６２，６３と、一つの出射面６４とを有する。そし
て、Ｘ字状に交差されて入射光をその波長に応じて選択
的に透過または反射させることにより光路を変える第３
及び第４鏡面６０ａ，６０ｂを含む。例えば、前記第３
鏡面６０ａは、Ｒビームを反射させて他の波長のＧ、Ｂ
ビームは透過させる一方、前記第４鏡面６０ｂは、Ｂビ
ームを反射させて他の波長のＲ、Ｇビームは透過させ
る。
【００４７】前記第１ないし第３発光素子または発光素
子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから各々出射されて前
記少なくとも一つ以上のホログラム光素子１５，１８ま
たは２３，２５，２８及び第１光路変換器２０，２０’
を通ったＲ、Ｇ、Ｂの３色ビームは各々、前記Ｘプリズ
ム６０の対応する第１ないし第３入射面６１，６２６３
に入射する。このように、相異なる経路に各々入射した
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームは前記第３及び第４鏡面６０
ａ，６０ｂを介して透過または反射され、前記出射面６
４を介して同じ方向に進む。
【００４８】前述した実施形態により前記照明ユニット
１，１１，２１，３１が各種に配置でき、その配置に見
合うように第２光路変換器３０，３５，６０を選択して
構成できる。また、前記実施形態において、少なくとも
一つ以上のホログラム光素子は同じ機能をする少なくと
も一つ以上の回折光学素子に取り替えても良い。
【００４９】一方、本発明は前記の如き照明系を採用し
たプロジェクタを提供する。
【００５０】本発明に係る照明系を採用したプロジェク
タは、図８に示されたように、光を照射する照明系６５
と、この照明系６５から出射されたＲ，Ｇ，Ｂの３色ビ
ームを用いて画像を形成するディスプレイ素子７０及び
前記ディスプレイ素子７０により形成された画像をスク
リーン８０側に向わせる投射レンズユニット７５を含む
プロジェクタにおいて、前記照明系は、所定波長の光ビ
ームを照射する少なくとも一つ以上の発光素子、及び前
記発光素子から出射された光ビームの断面積が縮小可能
に少なくとも一つ以上のホログラム光素子を備えた照明
ユニットと、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素
子を介して入射する入射光の進路を変える第１光路変換
器を含む。
【００５１】前記照明系６５は、図２ないし図７を参照
して説明した照明系より構成され、図８においては図面
符号６５として示される。前記発光素子または発光素子
アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしては、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機エレク
トロルミネセンス（ＥＬ）または電界効果素子（ＦＥ
Ｄ）などが使用可能である。前記発光素子または発光素
子アレイは各々、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを出射する第
１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１
０ｂ，１０ｃを含み、十分な光量が確保可能に同じ構成
を有する照明ユニット１，１１が水平方向または上下方
向にさらに備えられても良い。
【００５２】そして、前記少なくとも一つ以上のホログ
ラム光素子１５，１８または２３，２５，２８は、同じ
機能を行う回折光学素子に取り替えでき、これによって
も本発明の目的を達成できる。
【００５３】一方、前記第１ないし第３発光素子または
発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが一列に配され
た場合、前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子１
５，１８または２３，２５，２８及び第１光路変換器２
０，２０’を通ったＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームはいずれも
平行に、且つ、同じ方向に出射される。これを入射光の
波長に応じて選択的に透過または反射させてＲ，Ｇ，Ｂ
の３色ビームの進路を変えるために、前記第２光路変換
器は第１ないし第３ダイクロイックフィルタ３０ａ，３
０ｂ，３０ｃにより構成できる。
【００５４】前記第１ないし第３ダイクロイックフィル
タ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを介して同じ方向に進むＲ，
Ｇ，Ｂの３色ビームを均一に分布させるフライアイレン
ズ６７と、前記ディスプレイ素子７０側に光を集束する
リレイレンズ６８とがさらに備えられても良い。従っ
て、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを利用して前記ディスプレ
イ素子７０によりカラー画像を形成する。前記ディスプ
レイ素子７０は画像信号に基づきマイクロミラーのオン
−オフの切り換え動作によりカラー画像を具現する可動
ミラー装置であっても良く、入射光を偏光変調させてカ
ラー画像を具現する液晶表示素子であっても良い。
【００５５】ここでは、前記第２光路変換器として第１
ないし第３ダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３
０ｃを使用した例を説明したが、これに限定されること
なく、前述の通り、入射光の円偏光の方向に応じて透過
または反射させるコレステリックバンドモジュレーショ
ンフィルタ３５を使用しても良い。
【００５６】また、光の波長に応じて入射光を反射また
は透過させることにより相異なる方向から入射するＲ，
Ｇ，Ｂの３色ビームを同じ方向に進ませるために光路を
変えるＸプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィル
タが使用可能である。この時には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビ
ームを照射する第１ないし第３発光素子または発光素子
アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、図７に示されたよう
に、前記Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィ
ルタを中心として所定角度だけ離隔されて配される。こ
のように構成された照明系が前記第１ないし第３発光素
子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及びダ
イクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含む照
明系に代えて構成可能である。
【００５７】前記照明系６５から出射されるＲ，Ｇ，Ｂ
の３色ビームは前記フライアイレンズ６７及びリレイレ
ンズ６８を通って前記ディスプレイ素子７０に入射し、
カラー画像が形成される。そして、このカラー画像は前
記投射レンズユニット７５により拡大されてスクリーン
８０に結ばれる。
【００５８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る照明系
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することにより
色純度が向上され、より広い分布を有するカラーガマッ
トが確保できる。さらに、ホログラム光素子または回折
光学素子により出射される光ビームの断面積を最小化さ
せることにより、照明系をコンパック化でき、且つ、光
損失を低減できる。なおかつ、従来のランプ光源に比べ
て熱の発生が小さく、且つ、寿命が延びる利点もある。
【００５９】のみならず、本発明に係る照明系を採用し
たプロジェクタにおいては、発光素子をもった照明系に
よるタイムシーケンシャル駆動が可能なのでカラーホイ
ールが不要であり、カラーホイールの回転速度より速い
オン−オフ切り換え作動が可能なので高いフレームレー
トを具現できるほか、電力の消耗も低減できる。従っ
て、本発明に係る照明系を採用したプロジェクタは、高
鮮明度及び高画質の画面を提供することができる。
【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】 本発明の一実施形態による照明系の概略的な
構成図である。
【図３】 本発明の一実施形態による照明系の概略的な
構成図である。
【図４】 本発明の他の実施形態による照明系の概略的
な構成図である。
【図５】 本発明に係る照明系において、光路変換器の
各種の実施形態を示す図面である。
【図６】 本発明に係る照明系において、光路変換器の
各種の実施形態を示す図面である。
【図７】 本発明に係る照明系において、光路変換器の
各種の実施形態を示す図面である。
【図８】 本発明に係る照明系を採用したプロジェクタ
の概略的な構成図である。
【符号の説明】
１，１１ 照明ユニット １０ａ 発光素子 １３ 平行光形成手段 １５ 第１ホログラム光素子 １８ 第２ホログラム光素子 ２０ 第１光路変換器 ３０ 第２光路変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｌ Ｍ Ｆターム(参考） 2H049 CA05 CA08 CA09 CA18 CA22 2H052 BA01 BA02 BA03 BA08 BA14 2H099 AA11 BA09 BA17 CA17 DA09 2K103 AA16 BA01 BC03 BC09 BC24 BC26 BC32 BC45 CA46 5F041 AA14 AA47 DA82 DB08 EE25 FF11 FF16

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定波長の光ビームを照射する少なくと
    も一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射された
    光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上のホ
    ログラム光素子を備えた照明ユニットと、 前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入
    射する入射光の進路を変える第１光路変換器とを含むこ
    とを特徴とする照明系。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも一つ以上の発光素子がア
    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。
  3. 【請求項３】 前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオー
    ド、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むこと
    を特徴とする請求項１または２に記載の照明系。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも一つ以上のホログラム光
    素子は、 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビー
    ムの進行方向を変える第１ホログラム光素子と、 前記第１ホログラム光素子により進行方向が変えられて
    入射したビームの回折角度が減少可能に設計された第２
    ホログラム光素子とを備え、入射光が前記第１光路変換
    器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であ
    ることを特徴とする請求項３に記載の照明系。
  5. 【請求項５】 前記第１ホログラム光素子は、 入射光が前記第２ホログラム光素子を向かって所定角度
    斜め平行に入射するように設計されたことを特徴とする
    請求項４に記載の照明系。
  6. 【請求項６】 前記第１光路変換器は、反射ミラーであ
    ることを特徴とする請求項４または５に記載の照明系。
  7. 【請求項７】 前記第１光路変換器を通ったビームを選
    択的に透過または反射させることにより光の進路を変え
    る第２光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求
    項４または５に記載の照明系。
  8. 【請求項８】 相異なる波長のビームを照射する複数の
    照明ユニットが水平方向に一列に配されることを特徴と
    する請求項７に記載の照明系。
  9. 【請求項９】 前記第２光路変換器は、 前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射
    または透過させるダイクロイックフィルタであることを
    特徴とする請求項８に記載の照明系。
  10. 【請求項１０】 前記第２光路変換器は、 前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長
    に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモ
    ジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項
    ８に記載の照明系。
  11. 【請求項１１】 前記コレステリックバンドモジュレー
    ションフィルタは、 所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏
    光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円
    偏光を反射させる第２鏡面とを有することを特徴とする
    請求項１０に記載の照明系。
  12. 【請求項１２】 相異なる波長の光ビームを照射する複
    数の照明ユニットが所定角度だけ離隔されて配されるこ
    とを特徴とする請求項７に記載の照明系。
  13. 【請求項１３】 前記第２光路変換器は、 ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであるこ
    とを特徴とする請求項１２に記載の照明系。
  14. 【請求項１４】 前記照明ユニットは、複層構造に配さ
    れることを特徴とする請求項１、２、８または１２に記
    載の照明系。
  15. 【請求項１５】 前記発光素子または発光素子アレイか
    ら照射された光を平行光に変える平行光形成手段がさら
    に備えられることを特徴とする請求項１、２、８または
    １２に記載の照明系。
  16. 【請求項１６】 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１５に記載の照明系。
  17. 【請求項１７】 所定波長の光ビームを照射する少なく
    とも一つ以上の発光素子または発光素子アレイと、 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビー
    ムを集束する第３ホログラム光素子と、 前記第３ホログラム光素子を通って入射したビームをそ
    の断面積が減少された平行光に変える第４ホログラム光
    素子と、 前記第４ホログラム光素子により平行に入射したビーム
    の回折角度が減少可能に設計された第５ホログラム光素
    子と、 前記第５ホログラム光素子を介して入射する入射光の進
    路を変える第１光路変換器とを含むことを特徴とする照
    明系。
  18. 【請求項１８】 前記発光素子または発光素子アレイは
    ＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうち
    いずれか一つを含むことを特徴とする請求項１７に記載
    の照明系。
  19. 【請求項１９】 前記第１光路変換器は、反射ミラーで
    あることを特徴とする請求項１７または１８に記載の照
    明系。
  20. 【請求項２０】 前記第１光路変換器を通ったビームを
    選択的に透過または反射させることにより光進路を変え
    る第２光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求
    項１７または１８に記載の照明系。
  21. 【請求項２１】 相異なる波長のビームを照射する複数
    の発光素子または発光素子アレイが水平方向に一列に配
    されることを特徴とする請求項２０に記載の照明系。
  22. 【請求項２２】 前記第２光路変換器は、 前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射
    または透過させるダイクロイックフィルタであることを
    特徴とする請求項２１に記載の照明系。
  23. 【請求項２３】 前記第２光路変換器は、 前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長
    に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモ
    ジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項
    ２１に記載の照明系。
  24. 【請求項２４】 前記コレステリックバンドモジュレー
    ションフィルタは、 所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏
    光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円
    偏光を反射させる第２鏡面とを有することを特徴とする
    請求項２３に記載の照明系。
  25. 【請求項２５】 相異なる波長の光ビームを照射する複
    数の発光素子または発光素子アレイが所定角度だけ離隔
    されて配されることを特徴とする請求項２０に記載の照
    明系。
  26. 【請求項２６】 前記第２光路変換器は、 ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであるこ
    とを特徴とする請求項２５に記載の照明系。
  27. 【請求項２７】 前記発光素子または発光素子アレイ、
    第１ないし第３ホログラム光素子及び第１光路変換器が
    複層構造に配されて十分な光量が確保可能であることを
    特徴とする請求項１７、１８、２１または２５に記載の
    照明系。
  28. 【請求項２８】 前記複層構造は、対称構造よりなるこ
    とを特徴とする請求項２７に記載の照明系。
  29. 【請求項２９】 前記第５ホログラム光素子は、隣り合
    う第５ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記
    隣り合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨
    げないことを特徴とする請求項１７または１８に記載の
    照明系。
  30. 【請求項３０】 前記発光素子または発光素子アレイか
    ら照射された光を平行光に変えるための平行光形成手段
    がさらに備えられることを特徴とする請求項１７、１
    ８、２１または２５に記載の照明系。
  31. 【請求項３１】 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３０に記載の照明系。
  32. 【請求項３２】 所定波長の光ビームを照射する少なく
    とも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射され
    た光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上の
    ホログラム光素子を備えた少なくとも一つの照明ユニッ
    トと、 前記少なくとも一つ以上のホログラム光素子を介して入
    射する入射光の進路を変える第１光路変換器と、 前記第１光路変換器から入射する光を入力映像信号に基
    づき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
    特徴とするプロジェクタ。
  33. 【請求項３３】 前記少なくとも一つ以上の発光素子
    は、アレイ構造よりなることを特徴とする請求項３２に
    記載のプロジェクタ。
  34. 【請求項３４】 前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオ
    ード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むこ
    とを特徴とする請求項３２または３３に記載のプロジェ
    クタ。
  35. 【請求項３５】 前記少なくとも一つ以上のホログラム
    光素子は、 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビー
    ムの進行方向を変える第１ホログラム光素子と、 前記第１ホログラム光素子により進行方向が変えられて
    入射したビームの回折角度が減少可能に設計された第２
    ホログラム光素子とを備え、入射光が前記第１光路変換
    器により反射される時にビームの断面積が縮小可能であ
    ることを特徴とする請求項３４に記載のプロジェクタ。
  36. 【請求項３６】 前記第１ホログラム光素子は、 入射光が前記第２ホログラム光素子を向かって所定角度
    斜め平行に入射するように設計されたことを特徴とする
    請求項３５に記載のプロジェクタ。
  37. 【請求項３７】 前記少なくとも一つ以上のホログラム
    光素子は、 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビー
    ムを集束する第３ホログラム光素子と、 前記第３ホログラム光素子を通って入射したビームをそ
    の断面積が減少された平行光に変える第４ホログラム光
    素子と、 前記第４ホログラム光素子により平行に入射したビーム
    の回折角度が減少可能に設計された第５ホログラム光素
    子とを備えることを特徴とする請求項３４に記載のプロ
    ジェクタ。
  38. 【請求項３８】 前記第５ホログラム光素子は、隣り合
    う第３ホログラム光素子とは異なる平面に配され、前記
    隣り合う第３ホログラム光素子からのビームの進路を妨
    げないことを特徴とする請求項３７に記載のプロジェク
    タ。
  39. 【請求項３９】 前記第１光路変換器は、反射ミラーで
    あることを特徴とする請求項３５または３７に記載のプ
    ロジェクタ。
  40. 【請求項４０】 前記第１光路変換器を通ったビームを
    選択的に透過または反射させることにより光路を変える
    第２光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項
    ３５または３７に記載のプロジェクタ。
  41. 【請求項４１】 相異なる波長のビームを照射する複数
    の照明ユニットが水平方向に一列に配されることを特徴
    とする請求項４０に記載のプロジェクタ。
  42. 【請求項４２】 前記第２光路変換器は、 前記第１光路変換器を通ったビームを波長に応じて反射
    または透過させるダイクロイックフィルタであることを
    特徴とする請求項４１に記載のプロジェクタ。
  43. 【請求項４３】 前記第２光路変換器は、 前記第１光路変換器を通ったビームを偏光方向及び波長
    に応じて反射または透過させるコレステリックバンドモ
    ジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項
    ４１に記載のプロジェクタ。
  44. 【請求項４４】 前記コレステリックバンドモジュレー
    ションフィルタは、 所定波長のビームに対して右円偏光を反射させて左円偏
    光を透過させる第１鏡面と、右円偏光を透過させて左円
    偏光を反射させる第２鏡面とを有することを特徴とする
    請求項４３に記載のプロジェクタ。
  45. 【請求項４５】 相異なる波長の光ビームを照射する複
    数の照明ユニットが所定角度だけ離隔されて配されるこ
    とを特徴とする請求項４０に記載のプロジェクタ。
  46. 【請求項４６】 前記第２光路変換器は、 ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであるこ
    とを特徴とする請求項４５に記載のプロジェクタ。
  47. 【請求項４７】 前記照明ユニットは、複層構造に配さ
    れることを特徴とする請求項３２、３３、４１または４
    ５に記載のプロジェクタ。
  48. 【請求項４８】 前記発光素子または発光素子アレイか
    ら照射された光を平行光に変える平行光形成手段がさら
    に備えられることを特徴とする請求項３２、３３、４１
    または４５に記載のプロジェクタ。
  49. 【請求項４９】 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４８に記載のプロジェクタ。
  50. 【請求項５０】 所定波長の光ビームを照射する少なく
    とも一つ以上の発光素子及び前記発光素子から出射され
    た光ビームの断面積を減少させる少なくとも一つ以上の
    回折光学素子を備えた少なくとも一つの照明ユニット
    と、 前記少なくとも一つ以上の回折光学素子を介して入射す
    る入射光の進路を変える第１光路変換器とを含むことを
    特徴とする照明系。
  51. 【請求項５１】 前記少なくとも一つ以上の発光素子が
    アレイ構造よりなることを特徴とする請求項５０に記載
    の照明系。
  52. 【請求項５２】 前記発光素子はＬＥＤ、レーザダイオ
    ード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうちいずれか一つを含むこ
    とを特徴とする請求項５０または５１に記載の照明系。
  53. 【請求項５３】 前記少なくとも一つ以上の回折光学素
    子は、 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビー
    ムの進行方向を変える第１回折光学素子と、 前記第１回折光学素子により進行方向が変えられて入射
    したビームの回折角度が減少可能に設計された第２回折
    光学素子とを備え、入射光が前記第１光路変換器により
    反射される時にビームの断面積が縮小可能であることを
    特徴とする請求項５２に記載の照明系。
  54. 【請求項５４】 前記少なくとも一つ以上の回折光学素
    子は、 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビー
    ムを集束する第３回折光学素子と、 前記第３回折光学素子を通って入射したビームをその断
    面積が減少された平行光に変える第４回折光学素子と、 前記第４回折光学素子により平行に入射したビームの回
    折角度が減少可能に設計された第５回折光学素子とを備
    えることを特徴とする請求項５２に記載の照明系。
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