JP2006154812A - 照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型光源から照射された光を合成するプリズムを備えた照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置を提供する。
【解決手段】 相異なる波長の第１光、第２光、第３光及び第４光をそれぞれ照射する第１、第２、第３及び第４光源ユニットから照明された第１光、第２光、第３光及び第４光それぞれ合成するように六面体状によりなり、第１入射面、第２入射面、第３入射面及び第４入射面と、第１光、第２光、第３光及び第４光が出射される一出射面と、第１入射面を介して入射された第１光は出射面側に反射させ、第２光、第３光及び第４光は透過させる第１二色ミラーと、第２入射面を介して入射された第２光は出射面側に反射させ、第１光、第３及び第４光は透過させる第２二色ミラーと、第４入射面を介して入射された第４光は出射面側に反射させ、第１光、第２光及び第３光は透過させる第３二色ミラーとを備える色合成プリズムを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光を照明する照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置に係り、詳細には、小型光源から照射された光を合成するプリズムの構造が改善された照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置に関する。

一般的に、照明ユニットは、一方向に光を照射する光源と、この光源から照射されたビームを伝達する照明光学系とから構成され、自発光能力のない液晶表示素子またはデジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）素子のような画像形成素子を利用して画像を具現する画像投射装置などに広く採用される。

最近になり、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザダイオードのような小型発光素子を光源として採用した照明ユニット及び画像投射装置が開発されている。

ここで、小型発光素子は、赤色、青色、緑色の波長の光をそれぞれ照明できるので、１パネル方式のカラー画像投射装置に採用するとき、カラー画像具現のための別途のカラーホイール構造が不要であるという利点がある。一方、各色相の光を照明するためには、複数の小型発光素子が備わることと、各色相の光を合成するための構成とが要求される。

図１を参照するに、従来の照明ユニットは、赤色、青色、緑色波長の光をそれぞれ照明し、相異なる位置に配置された第１ＬＥＤ光源１１、第２ＬＥＤ光源１２及び第３ＬＥＤ光源１３と、この第１ＬＥＤ光源１１、第２ＬＥＤ光源１２及び第３ＬＥＤ光源１３から照射された光を同一経路に進めさせるトリクロイックプリズム２０とを備える。

トリクロイックプリズム２０は、相互接合された３つの第１プリズムＰ_１、第２プリズムＰ_２及び第３プリズムＰ_３と、第１プリズムＰ_１と第３プリズムＰ_３との間に設けられた第１カラーフィルタ２１と、第２プリズムＰ_２と第３プリズムＰ_３との間に設けられた第２カラーフィルタ２５とを備える。第１カラーフィルタ２１及び第２カラーフィルタ２５は、入射光を波長によって選択的に透過または反射させる。例えば、第１カラーフィルタ２１は、赤色波長の第１光Ｒは反射させ、緑色波長の第２光Ｇと青色波長の第３光Ｂとは透過させる。そして、第２カラーフィルタ２５は、第３光Ｂは反射させ、第１光Ｒ及び第２光Ｇは透過させる。

従って、前記第１プリズムＰ_１に入射された第１光Ｒは、第１プリズムＰ_１の出射面２０ａで臨界角全反射原理によって全反射され、第１カラーフィルタ２１に入射される。この第１光Ｒは、第１カラーフィルタ２１で反射された後、第１プリズムＰ_１の出射面２０ａを透過して進む。そして、第２光Ｇは、第２カラーフィルタ２５及び第１カラーフィルタ２１を順に透過し、前記第１光Ｒと同じ経路に進む。最後に、第３光Ｂは、第３プリズムＰ_３の第１プリズムＰ_１と対面する一面２０ｂで臨界角全反射原理によって全反射され、第２カラーフィルタ２５側に向かい、第２カラーフィルタ２５で反射された後、第１プリズムＰ_１及び第３プリズムＰ３を透過して第１光Ｒ及び第２光Ｇと同じ経路に進む。従って、相異なる位置に置かれた第１ＬＥＤ光源１１、第２ＬＥＤ光源１２及び第３ＬＥＤ光源１３から照明された第１光Ｒ、第２光Ｇ及び第３光Ｂが合成され、同じ進路に進ませる。

一方、前記の照明ユニットは、第３光Ｂを第３プリズムＰ_３の一面２０ｂで全反射させるために、第１プリズムＰ_１と第３プリズムＰ_３の光学的配置時に、エアーギャップＧ_ａｉｒが形成されるように所定間隔離隔されねばならない。すなわち、臨界角全反射原理を利用しようとする場合、第３プリズムＰ_３の一面２０ｂと第３光Ｂとの間の角度だけではなく、第３プリズムＰ_３の屈折率とその周辺の屈折率との差を有させねばならないからである。

従って、前記のトリクロイックプリズム２０を利用し、多数の光源から照明された光を合成しようとする場合、トリクロイックプリズム２０の光学的配置が困難であるという短所がある。

また、トリクロイックプリズム２０を利用して光を合成する場合、その光学的配置の限界上、相異なる波長の光、すなわち、赤色、青色、緑色の光をそれぞれ照明する第１光源、第２光源及び第３光源以外に、別途の光源、例えば黄色、マゼンタ、シアンのような光を照明する光源をさらに備え難いという問題点がある。従って、具現可能な色範囲が制限されるという短所がある。

従って、前記の照明ユニットを採用した画像投射装置は、三色の組み合わせによって画像を具現するので、表現可能な色範囲が四色光源を利用する場合に制限されるという短所がある。
日本特許公開２００２−３４１４３９号公報 日本特許公開２００２−１６２５９６号公報 日本特許公開平成３−１８８４３４号公報

本発明は、前記のような問題点を勘案して案出され、色表現範囲が拡張されるように色合成プリズムの構造が改善された照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置を提供するところに目的がある。

前記の目的を達成するために、本発明による照明ユニットは、第１波長領域から第４波長領域の光をそれぞれ照射する第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットと、前記第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットから照明された第１波長領域から第４波長領域の光それぞれを同一経路に進めさせるように入射光を合成する六面体状の色合成プリズムとを備え、前記色合成プリズムは、前記第１波長領域及び第２波長領域の光がそれぞれ入射される部分であり、相互対面するように位置する第１入射面及び第２入射面と、前記第３波長領域の光が入射される部分であり、前記第１入射面及び第２入射面と隣接するように配置される第３入射面と、前記第４波長領域の光が入射される部分であり、前記第１入射面、第２入射面及び第３入射面と隣接するように配置される第４入射面と、前記第１入射面、第３入射面及び第４入射面と隣接して前記第２入射面と対面する面であり、前記第１波長領域から第４波長領域の光が出射される一出射面と、前記第１入射面を介して入射された第１波長領域の光は前記出射面側に反射させ、他の波長領域の光は透過させる第１二色ミラーと、前記第２入射面を介して入射された第２波長領域の光は前記出射面側に反射させ、他の波長領域の光は透過させる第２二色ミラーと、前記第４入射面を介して入射された第４波長領域の光は前記出射面側に反射させ、他の波長領域の光は透過させる第３二色ミラーとを備えることを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明による画像投射装置は、前記の構造の照明ユニットと、前記照明ユニットから入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを備えることを特徴とする。

本発明による照明ユニットは、六面体状の色合成プリズムを利用して四色光または五色光を合成して単一経路に照明することにより、従来のトリクロイックプリズム構造に比べて光学的配置が容易であり、色表現範囲を広めることが可能であり、多様なカラーの光を照明できるという利点がある。

また、光源ユニットを構成するにあたり、レンズの代わりに反射面を利用して視準させることにより、レンズ使用時に引き起こされるエタンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）のような原理的制約による効率低下のような問題を根本的に解決できる。

また、本発明による画像投射装置は、前記の照明ユニットを採用することにより、その構成をコンパクト化でき、相異なる波長の光を照明する第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットまたは第１光源から第５光源ユニットを利用してカラー光を照明することにより、別途のカラーホイール装置なしにも、カラー画像を具現できる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。

図２から図５を参照するに、本発明の第１実施形態による照明ユニットは、それぞれ相異なる波長の光を照射する複数の光源ユニット１００と、光源ユニット１００から照明された光それぞれを同一経路に進めさせるように入射光を合成する色合成プリズム２００とを備える。

光源ユニット１００は、配置位置及び照射する光の波長差により、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０に区分される。この第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０は、相異なる波長の第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４、例えば青色、赤色、緑色、シアン色波長の光をそれぞれ照射する。

色合成プリズム２００は、前記第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４それぞれを同一経路に進めさせるように入射光を合成し、六面体状、例えば正六面体状の外形を有する。また、図３に図示されているように、８個のプリズム単位の組み合わせにより構成され、後述する第１二色ミラー２７１、第２二色ミラー２７３及び第３二色ミラー２７５を内部に形成できるようになっている。

この色合成プリズム２００は、その外形をなす六面のうちの四面が第１入射面２１０、第２入射面２２０、第３入射面２３０及び第４入射面２４０としてそれぞれ利用され、一面が合成された光の出射面２６０として利用される。そして、色合成プリズム２００は、第１入射面２１０、第２入射面２２０、第３入射面２３０及び第４入射面２４０を介して入射された前記第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４を、出射面２６０を介して出射させるために、内部に第１二色ミラー２７１、第２二色ミラー２７３及び第３二色ミラー２７５が形成される。

図２を参照するに、第１入射面２１０は、色合成プリズム２００の右側面であり、第１光Ｌ_１が入射される部分である。第２入射面２２０は、第１入射面２１０に対して離隔された状態で対面するように配置される面、すなわち色合成プリズム２００の左側面であり、第２光Ｌ_２が入射される部分である。第３入射面２３０は、第１入射面２１０及び第２入射面２２０と隣接するように配置される面、すなわち色合成プリズム２００の底面であり、第３光Ｌ_３が入射される部分である。第４入射面２４０は、第１入射面２１０、第２入射面２２０及び第３入射面２３０と隣接するように配置される面、すなわち色合成プリズム２００の正面であり、第４光Ｌ_４が入射される部分である。

出射面２６０は、第１入射面２１０、第３入射面２３０及び第４入射面２４０と隣接して第２入射面２２０と対面する面、すなわち図２の色合成プリズム２００の上部面であり、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４が出射される部分である。

第１二色ミラー２７１は、第１入射面２１０を介して入射された第１光Ｌ_１は出射面２６０側に反射させ、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４は透過させて出射面２６０側に向かわせる。このために、第１二色ミラー２７１は、第１光Ｌ_１を反射させる面が、第１入射面２１０及び出射面２６０に対して傾斜するように対面する位置の前記六面体の対角方向の切断面上に配置される。図６を参照するに、第１二色ミラー２７１は、青色波長とシアン色波長との間の所定波長を基準に、長い波長領域の光は透過させ、短い波長領域の光は反射させるようにカラーコーティングされている。従って、ほぼ４６０ｎｍ波長の青色光である第１光Ｌ_１は反射させ、これより長い波長を有する赤色、緑色、シアン色波長の第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４それぞれは透過させる。

第２二色ミラー２７３は、第２入射面２２０を介して入射された第２光Ｌ_２は出射面２６０側に反射させ、第１光Ｌ_１、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４は透過させて出射面２６０側に向かわせるようにカラーコーティング形成される。このために、第２二色ミラー２７３は、第２光Ｌ_２を反射させる面が、第２入射面２２０及び出射面２６０に対して傾斜するように対面する位置の前記六面体の対角方向の切断面上に配置される。図７を参照するに、第２二色ミラー２７３は、緑色波長と赤色波長との間の所定波長を基準に、長い波長領域の光は反射させ、短い波長領域の光は透過させる。従って、ほぼ６３０ｎｍ波長の赤色光である第２光Ｌ_２は反射させ、これより短い波長を有する青色、緑色、シアン色波長の第１光Ｌ_１、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４それぞれは透過させる。

第３二色ミラー２７５は、第４入射面２４０を介して入射された第４光Ｌ_４は出射面２６０側に反射させ、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３は透過させて出射面２６０側に向かわせるようにカラーコーティング形成される。このために、第３二色ミラー２７５は、第４光Ｌ_４を反射させる面が、第４入射面２４０及び出射面２６０に対して傾斜するように対面する位置の前記六面体の対角方向の切断面上に配置される。図８を参照するに、第３二色ミラー２７５は、青色波長と緑色波長との間の所定波長の光は反射させ、これより短くいか、または長い波長領域の光は透過させる。すなわち、ほぼ５００ｎｍ波長のシアン色光である第４光Ｌ_４は反射させ、それ以外の光である青色、赤色、緑色波長の第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３それぞれは透過させる。

第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０それぞれは、図９及び図１０に図示されているように、少なくとも一つ以上の光モジュール１５０により構成される。

図面を参照するに、光モジュール１５０は、反射面を有するコリメータ１６０と、所定波長の光を照射する光源１７０とを備える。コリメータ１６０は、放物面の形状の第１反射面１６１と、四角形の断面を有するガラスロッド１６５とを備える。光源１７０は、少なくとも１つのＬＥＤ、レーザダイオードなどから構成される小型光源であり、その発光部分が第１反射面１６１の焦点Ｆ及びその周辺に位置する。第１反射面１６１は、ガラスロッド１６５の一部を放物面形態に加工し、その外面に反射コーティングを施すことにより形成される。また、コリメータ１６０は、第１反射面１６１と対面する位置の光源１７０から直接照射された光が通過する領域Ｇを除外した領域に、反射コーティングによって形成された第２反射面１６３をさらに備えられる。

従って、光源１７０から照射された光のうち、所定放射角の範囲内の光は、第１反射面１６１で反射された後に平行光になる。この平行光は、ガラスロッド１６５の内部を通過した後、出光面１６７を介して進む。一方、光源１７０の発光部分は、１つの点をなすのではなくして所定面積を有するので、この発光部分の全体が第１反射面１６１の焦点位置Ｆに配置されるというのではない。従って、光源１７０から照射されて第１反射面１６１で反射された光の一部は、第２反射面１６３に進む。このとき、第２反射面１６３は、入射された光を反射させて出光面１６７側に向かわせる。本実施例による光モジュール１５０は、光源１７０から照明された光をレンズの代わりに第１反射面１６１を利用して視準させることにより、レンズ使用時に引き起こされるエタンデュのような原理的制約による効率低下などの問題を根本的に解決できる。

前記の実施例において、ガラスロッド１６５を利用したコリメータ１６０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガラスロッド１６５の代わりに、中空の光トンネル（図示せず）の一側に放物反射面を形成し、その内部を反射処理することによって反射面を形成することも可能である。

また、本発明による照明ユニットは、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０を構成するにあたり、図２に図示されているように、複数の光モジュール１５０を備え、それらをアレイ状に配列可能である。その場合、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０それぞれをなすアレイ状の光モジュールは、青色、赤色、緑色、シアン色波長の光を照明する。従って、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０を同時または順に駆動して光を照射することにより、青色、赤色、緑色、シアン色波長の光を照射すると共に、それらの組み合わせからなるフルルカラーの光が照明可能である。従って、後述する画像投射装置に適用するとき、カラー具現のためのカラーホイール装置なしにも、カラー光を照明できる。

前記のように構成された本発明の第１実施形態による照明ユニットは、色合成プリズムの構造を変更し、第１二色ミラー２７１、第２二色ミラー２７３及び第３二色ミラー２７５を内部に設けることにより、相異なる波長領域の第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４を照明する第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０、第３光源ユニット１３０及び第４光源ユニット１４０を採用でき、色表現の範囲を拡大させられる。

併せて、本実施例において、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４それぞれが赤色、青色、緑色、シアン色の光を照明することを例に挙げて説明したが、それに限定されるというものではない。すなわち、第１二色ミラー２７１、第２二色ミラー２７３及び第３二色ミラー２７５の配置を変更することにより、多様な変形実施が可能である。

図１１は、図２の照明ユニットによって合成された光のカラー表現の範囲を示したグラフである。図面を参照して説明すれば、比較例は、赤色、青色、緑色波長の三色光を利用したものであり、実施形態は、赤色、青色、緑色、シアン色波長の四色光を利用し、それらを互いに比較してみれば、実施例による照明ユニットのカラー表現の範囲が比較例に比べて広くなっていることが分かる。

図１２を参照するに、本発明の第２実施形態による照明ユニットは、それぞれ相異なる波長の光を照射する複数の光源ユニット１００’と、光源ユニット１００’から照明された光それぞれを同一経路に進めさせるように入射光を合成する色合成プリズム２００’とを備える。

本実施例は、第１実施形態と比較してみるとき、光源ユニット１００’が第５光Ｌ_５を照射する第５光源ユニット１７０をさらに備え、色合成プリズム２００’が第５光Ｌ_５が入射される第５入射面２５０と、第４二色ミラー２７７とをさらに備え、色表現の範囲をさらに拡大させているという点に特徴がある。

第５光源ユニット１７０から照明される第５光Ｌ_５は、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４と異なる波長領域の光である。この第５光Ｌ_５の例としては、マゼンタ光を挙げることができる。第５入射面２５０は、第５光Ｌ_５が入射される部分であり、第１入射面２１０、第２入射面２２０及び第３入射面２３０及び出射面２６０と隣接して第４入射面２４０と対面する。第４二色ミラー２７７は、第５入射面２５０を介して入射された第５光Ｌ_５は出射面２６０側に反射させ、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３及び第４光Ｌ_４は透過させるようにカラーコーティングされている。このように、相異なる波長領域の第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３、第４光Ｌ_４及び第５光Ｌ_５に対して色を合成して照明することにより、色表現範囲をさらに拡大可能である。

併せて、本実施例において第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２、第３光Ｌ_３、第４光Ｌ_４及び第５光Ｌ_５それぞれが赤色、青色、緑色、シアン色、マゼンタ色の光を照明することを例に挙げて説明したが、それに限定されるというものではない。すなわち、第１二色ミラー２７１、第２二色ミラー２７３、第３二色ミラー２７５及び第４二色ミラー２７７の配置を変更することにより、多様な変形実施が可能である。

図１３を参照するに、本発明の第１実施形態による画像投射装置は、照明ユニット５００と、この照明ユニット５００側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子５５０と、画像形成素子５５０で形成された画像をスクリーン５７０に拡大投射させる投射レンズユニット５６０とを備える。

照明ユニット５００は、複数の光源ユニットと、該光源ユニットから照射された複数の光を合成する合成プリズムとを備え、相異なる位置に配置された光源ユニットから照射された光を合成して照明し、図２から図１２を参照して説明された本発明の第１実施形態及び第２実施形態による照明ユニットの構成と実質上同一なので、その詳細な説明は省略する。一方、照明ユニット５００を構成する複数の光源ユニットは、順次にオン／オフ駆動されつつ、赤色、青色、緑色、シアン色波長の四色光または赤色、青色、緑色、シアン色、マゼンタ色の五色光を順次に照射する。従って、１パネル構造の画像形成素子を利用した画像投射装置を構成するにあたり、カラー画像具現に利用されるカラーホイール（図示せず）などの構成を照明ユニット５００が代替可能である。

画像形成素子５５０は、入射された均一な照明光を画素単位で選択的に反射させて画像を形成する。この画像形成素子５５０は、反射型液晶表示素子、透過型液晶表示素子またはＤＭＤなどから構成される。ここで、反射型または透過型液晶表示素子は、入射光の偏光特性を利用して画像を具現する一方、ＤＭＤの場合は偏光特性を利用しない。従って、画像形成素子５５０としてＤＭＤを採用した場合は、別途の偏光変換素子、またはポラライザの採用が不要である。

一方、本実施例は、ＤＭＤを画像形成素子５５０として採用したものを例に挙げて表している。前記ＤＭＤは、独立的に駆動される二次元配列構造のマイクロミラーアレイを備え、入力された画像信号により、各画素別反射光の角度を独立的に設定することによって画像を形成する。その場合、入射光の進路を変換するための手段として、照明ユニット５００、画像形成素子５５０及び投射レンズユニット５６０間に配置されるビームスプリッタ５４０をより備えることが望ましい。ビームスプリッタ５４０は、照明ユニット５００側から入射されたビームは画像形成素子５５０側に向かわせ、画像形成素子５５０側から入射されたビームはスクリーン５７０側に向かわせるように入射ビームの経路を変換する。このビームスプリッタ５４０は、臨界角全反射特性を利用してビームの経路を変換する構造の臨界角プリズムであることが望ましい。

投射レンズユニット５６０は、ビームスプリッタ５４０に対面するように配置され、画像形成素子５５０で形成され、ビームスプリッタ５４０を経由して入射された画像を拡大してスクリーン５７０側に投射させる。

また、本実施例による画像投射装置は、照明ユニット５００とビームスプリッタ５４０との間に配置され、照明ユニット５００から入射された光を均一光にする光インテグレータ５２０をさらに備えることが望ましい。光インテグレータ５２０は、内部に入射された光を全反射させつつ伝達する直六面体構造のガラスロッド５２１により構成可能である。この場合、光源ユニット５００とガラスロッド５２１との間には、入射光を集束させるコンデンシングレンズユニット５１０がさらに備わっていることが望ましい。このコンデンシングレンズユニット５１０は、１枚以上のレンズにより構成され、入射された平行光を集束させてガラスロッド５２１に入射させる。

また、本実施例による画像投射装置は、ガラスロッド５２１とビームスプリッタ５４０との間に配置されるリレイレンズユニット５３０をさらに備えることが望ましい。このリレイレンズユニット５３０は、ガラスロッド５２１から出力された均一光を結像位置であるＤＭＤでリレイする１枚以上のレンズから構成される。

図１４を参照するに、本発明の第２実施形態による画像投射装置は、照明ユニット６００と、この照明ユニット６００側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子６５０と、画像形成素子６５０で形成された画像をスクリーン６７０に拡大投射させる投射レンズユニット６６０とを備える。

照明ユニット６００は、図２から図１２を参照して説明された本発明の第１実施形態及び第２実施形態による照明ユニットの構成と実質上同一なので、その詳細な説明は省略する。

画像形成素子６５０は、入射された均一な照明光を画素単位で選択的に反射させて画像を形成する。本実施例は、入射光の偏光特性を利用して画像を具現する反射型液晶表示素子を画像形成素子６５０として採用したものを例に挙げて表している。

この場合、入射光の進路を変換するための手段として、照明ユニット６００、画像形成素子６５０及び投射レンズユニット６６０間に配置される偏光ビームスプリッタ６４０をさらに備えることが望ましい。偏光ビームスプリッタ６４０は、照明ユニット６００側から入射されたビームは画像形成素子６５０側に向かわせ、画像形成素子６５０側から入射されたビームはスクリーン６７０側に向かわせるように入射ビームの経路を変換する。このために、照明ユニット６００と偏光ビームスプリッタ６４０との間に配置され、入射光の偏光方向を変換して特定偏光の光を偏光ビームスプリッタ６４０側に向かわせる偏光変換素子６３０をさらに備えることが望ましい。この偏光変換素子６３０は、複数の小型偏光ビームスプリッタと、１／４波長板とを備えて構成され、入射された無偏光の光ほとんどを特定偏光の光に変える。この偏光変換素子６３０自体の構成は公知されているので、その詳細な説明は省略する。

また、本実施例による画像投射装置は、照明ユニット６００から入射された光を均一光にする光インテグレータ６２０をさらに備えることが望ましい。光インテグレータ６２０は、互いに隣接するように配列された凸状またはシリンドリカル状の複数のレンズセルをそれぞれ備える少なくとも１枚のレンズを備えるフライアイレンズアレイにより構成可能である。

図１５を参照するに、本発明の第３実施形態による画像投射装置は、照明ユニット７００と、この照明ユニット７００側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子７４０と、画像形成素子７４０で形成された画像をスクリーン７７０に拡大投射させる投射レンズユニット７６０とを備える。

照明ユニット７００は、図２から図１２を参照して説明された本発明の第１実施形態及び第２実施形態による照明ユニットの構成と実質上同一なので、その詳細な説明は省略する。

画像形成素子７４０は、入射された均一な照明光を画素単位で選択的に反射させて画像を形成する。本実施例は、入射光の偏光特性を利用して画像を具現する透過型液晶表示素子を画像形成素子７４０として採用したことを例に挙げて表している。この場合、入射光の進路を変換するための手段が不要であるので、前述の第１実施形態及び第２実施形態による画像投射装置とは異なり、ビームスプリッタが不要であるという利点がある。

一方、前記の透過型液晶表示素子は、偏光特性を利用して画像を形成するので、このために照明ユニット７００と画像形成素子７４０との間に偏光変換素子７３０をさらに備えていることが望ましい。また、本実施例による画像投射装置は、照明ユニット７００から入射された光を均一光にする光インテグレータ７２０をさらに備えることが望ましい。光インテグレータ７２０は、互いに隣接するように配列された凸状またはシリンドリカル状の複数のレンズセルをそれぞれ備える少なくとも１枚のレンズを備えるフライアイレンズアレイにより構成可能である。

前記の実施形態は、例示的なものに過ぎず、当技術分野の当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他実施例が可能である。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想により決まるものである。

本発明の照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置は、例えば画像投射関連の技術分野に効果的に適用可能である。

従来の照明ユニットの光学的配置を示した図である。 本発明の第１実施形態による照明ユニットの光学的配置を示した概略的な斜視図である。 図２の色分離プリズムの分離斜視図である。 図２の正面図である。 図２の右側面図である。 第１二色ミラーの波長変化による反射率特性を示したグラフである。 第２二色ミラーの波長変化による反射率特性を示したグラフである。 第３二色ミラーの波長変化による反射率特性を示したグラフである。 図２の光源ユニットを示した斜視図である。 図２の光源ユニットを示した側面図である。 図２の照明ユニットによって合成された光のカラー表現の範囲を示したグラフである。 本発明の第２実施形態による照明ユニットの光学的配置を示した概略的な斜視図である。 本発明の第１実施形態による画像投射装置の光学的配置を示した概略的な図である。 本発明の第２実施形態による画像投射装置の光学的配置を示した概略的な図である。 本発明の第３実施形態による画像投射装置の光学的配置を示した概略的な図である。

符号の説明

１００ 光源ユニット
１１０ 第１光源ユニット
１２０ 第２光源ユニット
１３０ 第３光源ユニット
１４０ 第４光源ユニット
２００ 色合成プリズム
２１０ 第１入射面
２２０ 第２入射面
２３０ 第３入射面
２４０ 第４入射面
２６０ 出射面
２７１ 第１二色ミラー
２７３ 第２二色ミラー
２７５ 第３二色ミラー
５００ 照明ユニット
５１０ コンデンシングレンズユニット
５２０ 光インテグレータ
５２１ ガラスロッド
５３０ リレイレンズユニット
５４０ ビームスプリッタ
５５０ 画像形成素子
５６０ 投射レンズユニット
５７０ スクリーン

Claims (23)

1. 相異なる波長領域の第１光、第２光、第３光及び第４光をそれぞれ照射する第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットと、
   前記第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットから照明された第１光、第２光、第３光及び第４光それぞれを同一経路に進めさせるように入射光を合成する六面体状の色合成プリズムとを備え、
   前記色合成プリズムは、
   前記第１光及び第２光がそれぞれ入射される部分であり、相互対面するように位置する第１入射面及び第２入射面と、
   前記第３光が入射される部分であり、前記第１入射面及び第２入射面と隣接するように配置される第３入射面と、
   前記第４光が入射される部分であり、前記第１入射面、第２入射面及び第３入射面と隣接するように配置される第４入射面と、
   前記第１、第２及び第４入射面と隣接して前記第３入射面と対面する面であり、前記第１光、第２光、第３光及び第４光が出射される一出射面と、
   前記第１入射面を介して入射された第１光は前記出射面側に反射させ、第２光、第３光及び第４光は透過させる第１二色ミラーと、
   前記第２入射面を介して入射された第２光は前記出射面側に反射させ、第１光、第３及び第４光は透過させる第２二色ミラーと、
   前記第４入射面を介して入射された第４光は前記出射面側に反射させ、第１光、第２光及び第３光は透過させる第３二色ミラーとを備えることを特徴とする照明ユニット。
2. 前記第１二色ミラー、第２二色ミラー及び第３二色ミラーそれぞれは、
   前記第１光、第２光及び第４光をそれぞれ反射させる反射面が、前記出射面に対して傾斜するように対面する位置の前記六面体の対角方向の切断面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットそれぞれは、
   反射面を有するコリメータと、前記反射面内に位置し、所定波長の光を照射する光源とを備えて平行光を照明する光モジュールを少なくとも一つ以上備えることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
4. 前記光源は、
   一つまたは複数個がアレイをなすＬＥＤ光源またはレーザダイオードからなることを特徴とする請求項３に記載の照明ユニット。
5. 前記第１光は青色光であり、
   前記第１二色ミラーは、前記青色光を反射させることができるようにカラーコーティングされたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の照明ユニット。
6. 前記第２光は赤色光であり、
   前記第２二色ミラーは、前記赤色光を反射させることができるようにカラーコーティングされたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の照明ユニット。
7. 前記第４光はシアン色光であり、
   前記第３二色ミラーは、前記シアン色光を反射させることができるようにカラーコーティングされたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の照明ユニット。
8. 第１光、第２光、第３光及び第４光と異なる波長領域の第５光を照明する第５光源ユニットをさらに備え、
   前記色合成プリズムは、
   前記第５光が入射される部分であり、前記第１入射面、第２入射面及び第３入射面及び前記出射面と隣接して前記第４入射面と対面する第５入射面と、前記第５入射面を介して入射された第５光は前記出射面側に反射させ、第１光、第２光、第３光及び第４光は透過させる第４二色ミラーとをさらに備え、前記第１二色ミラー、第２二色ミラー及び第３二色ミラーは、前記第５光を透過させることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の照明ユニット。
9. 前記第５光はマゼンタ光であり、
   前記第４二色ミラーは、前記マゼンタ光を反射させるようにカラーコーティングされたことを特徴とする請求項８に記載の照明ユニット。
10. 請求項１に記載の照明ユニットと、
    前記照明ユニット側から入射された光から入力された映像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、
    前記画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを備えることを特徴とする画像投射装置。
11. 前記第１二色ミラー、第２二色ミラー及び第３二色ミラーそれぞれは、
    前記第１光、第２光及び第４光をそれぞれ反射させる反射面が、前記出射面に対して傾斜するように対面する位置の前記六面体の対角方向の切断面上に配置されたことを特徴とする請求項１０に記載の画像投射装置。
12. 前記第１光源ユニット、第２光源ユニット、第３光源ユニット及び第４光源ユニットそれぞれは、
    反射面を有するコリメータと、前記反射面内に位置し、所定波長の光を照射する光源とを備えて平行光を照明する光モジュールを少なくとも一つ以上備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の画像投射装置。
13. 前記光源は、
    一つまたは複数個がアレイをなすＬＥＤ光源またはレーザダイオードからなることを特徴とする請求項１２に記載の画像投射装置。
14. 前記第１光、第２光及び第４光それぞれは青色、赤色、シアン色光であり、
    前記第１二色ミラー、第２二色ミラー及び第３二色ミラーは、前記青色光、赤色光及びシアン色光それぞれを反射させるようにカラーコーティングされたことを特徴とする請求項１０から請求項１３のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。
15. 第１光、第２光、第３光及び第４光と異なる波長領域の第５光を照明する第５光源ユニットをさらに備え、
    前記色合成プリズムは、
    前記第５光が入射される部分であり、前記第１入射面、第２入射面及び第３入射面及び前記出射面と隣接して前記第４入射面と対面する第５入射面と、前記第５入射面を介して入射された第５光は前記出射面側に反射させ、第１光、第２光、第３光及び第４光は透過させる第４二色ミラーとをさらに備え、前記第１二色ミラー、第２二色ミラー及び第３二色ミラーは、前記第５光を透過させることを特徴とする請求項１０から請求項１４のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。
16. 前記第５光はマゼンタ光であり、
    前記第４二色ミラーは、前記マゼンタ光を反射させるようにカラーコーティングされたことを特徴とする請求項１５に記載の画像投射装置。
17. 前記照明ユニットと前記画像形成素子との間に配置され、前記照明ユニットから入射された光を均一光にする光インテグレータをさらに備えることを特徴とする請求項１０から請求項１６のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。
18. 前記光インテグレータは、
    内部に入射された光を全反射させつつ伝達する直六面体構造のガラスロッドであることを特徴とする請求項１７に記載の画像投射装置。
19. 前記光インテグレータは、
    互いに隣接するように配列された凸状またはシリンドリカル状の複数のレンズセルをそれぞれ備える少なくとも１枚のレンズを備えるフライアイレンズアレイであることを特徴とする請求項１７に記載の画像投射装置。
20. 前記画像形成素子は、前記光インテグレータから出射された均一光を選択的に反射させて画像を形成する反射型画像形成素子であり、
    前記照明ユニットと前記画像形成素子との間に配置され、前記照明ユニットから入射された光は前記画像形成素子側に向かわせ、前記画像形成素子側から反射された光はスクリーン側に向かわせるように入射ビームの経路を変換するビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項１７から請求項１９のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。
21. 前記反射型画像形成素子は、デジタルマイクロミラー素子であり、
    前記ビームスプリッタは、前記光インテグレータ側から入射された光は前記デジタルマイクロミラー素子側に全反射させ、前記デジタルマイクロミラー素子側から入射された光は透過させる内部全反射ミラーであることを特徴とする請求項２０に記載の画像投射装置。
22. 前記照明ユニットと前記ビームスプリッタとの間に配置され、入射光の偏光方向を変換して特定偏光の光を前記ビームスプリッタ側に向かわせる偏光変換素子をさらに備え、
    前記反射型画像形成素子は、反射型液晶表示素子であり、
    前記ビームスプリッタは、入射光を偏光方向によって透過または反射させる偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項２０に記載の画像投射装置。
23. 前記照明ユニットと前記画像形成素子との間に配置され、入射光の偏光方向を変換して特定偏光の光を前記画像形成素子側に向かわせる偏光変換素子をさらに備え、
    前記画像形成素子は、
    前記光インテグレータから出射された均一した一偏光の光を選択的に透過させて画像を形成する透過型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１７から請求項２２のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。

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