JP2007094384A - 複数色光照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各色照明装置で指向性の異なる固体光源を用いつつ、各色照明装置で照度分布・分散角分布・分散角面内分布などに違いが生じるのを軽減できるようにし、これを用いる投写型映像表示装置において色ムラが生じるのを防止する複数色光照明装置及び投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】この投写型映像表示装置４Ａは３つの照明装置５１Ｒ−１，５１Ｇ，５１Ｂを備える。各照明装置５１は、ＬＥＤ１１と、テーパ型ロッドインテグレータ１２と、直方体形状ロッドインテグレータ１３と、を備えて成る。照明装置５１Ｒ−１は赤色光を出射し、照明装置５１Ｇは緑色光を出射し、照明装置５１Ｂは青色光を出射する。照明装置５１Ｒ−１は、フレネルレンズ１４を有している。照明装置５１Ｇ，５１Ｂはフレネルレンズ１４は備えていない。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数色光照明装置及び投写型映像表示装置に関する。

プロジェクタ用光源は、分散角が低い光の方が光学系における光利用効率が高いため、ＬＥＤ（発光ダイオード）の指向性を高めたものを使用する方が有利である。そのため、モールドレンズやフォトニック結晶などを用いて指向性改善を図っている（特許文献１参照）。
特開２００５−１４９９４３号公報

しかしながら、従来の光学系では、各色ＬＥＤの指向性を均一に高めることは困難である。例えば、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤに比べ、−３０°〜−６０°の分散角範囲及び３０°〜６０°の分散角範囲において光強度が高くなっている（例えば、特開２０００−２５３２６号公報参照）。指向性が異なるＬＥＤを光源とし、この光源の出射光を同一構造の照明系によって表示パネルに導いた場合、各色で照度分布（照明面内での明るさの偏り）、分散角分布（図１５（ａ）（ｂ）に示す分布状態）、分散角面内分布（照射面内の各箇所での分散角分布）に違いが生じるため、スクリーン上で色ムラが生じることになる。

この発明は、上記の事情に鑑み、各色照明装置で指向性の異なる固体光源を用いつつ、各色照明装置で照度分布・分散角分布・分散角面内分布の少なくとも一つにおいて違いが生じるのを軽減できるようにし、これを用いる投写型映像表示装置において色ムラが生じるのを防止することを目的とする。

この発明の複数色光照明装置は、上記の課題を解決するために、色光を出射する固体光源及び各固体光源からの色光を照明対象物に導く導光部材を備えた照明装置を、複数の異なる色光用に複数備えた複数色光照明装置であって、前記照明対象物に導かれる各色光における照度分布と分散角分布と分散角面内分布のうちの少なくとも一つが各照明装置間で近似するように、一つの照明装置又は幾つかの照明装置における光学特性を他の照明装置における光学特性と相違させたことを特徴とする（以下、この項において第１構成という）。

上記の構成であれば、前記照明対象物に導かれる各色光における照度分布と分散角分布と分散角面内分布のうちの少なくとも一つが各照明装置間で近似するように、一つの照明装置又は幾つかの照明装置における光学特性を他の照明装置における光学特性と相違させるので、各色照明装置で指向性の異なる固体光源を用いつつ、各色照明装置で照度分布・分散角分布・分散角面内分布の少なくとも一つにおいて違いが生じるのを軽減できる。

前記第１構成において、他の照明装置と相違させられる照明装置は、前記固体光源から前記照明対象物までの間のいずれかの箇所に、前記固体光源から出射される光の分散角を低減するレンズ部材を備えていてもよい（以下、この項において第２構成という）。また、上記構成において、前記レンズ部材は前記導光部材の光入射面から離間して配置されるとともに、前記光入射面から前記レンズ部材の配置位置にかけてそれらの周囲を覆う筒状ミラー部材が設けられていてもよい（以下、この項において第３構成という）。

前記第１構成乃至第３構成のいずれかの複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置のロッドインテグレータは、他の照明装置のロッドインテグレータのテーパ角度よりも大きなテーパ角度を有していてもよい。また、前記第１構成乃至第３構成のいずれかの複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置のロッドインテグレータは、他の照明装置のロッドインテグレータと同一の光入射面及び光出射面を有する一方、他の照明装置のロッドインテグレータよりも長いこととしてもよい。かかる構成において、各テーパ型のロッドインテグレータの光出射面側に直方体形状のロッドインテグレータが設けられていてもよい。

前記第１構成乃至第３構成のいずれかの複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置は、そのロッドインテグレータが他のロッドインテグレータにおける傾斜反射面よりも凸となる曲面反射領域を有していてもよい。かかる構成において、各テーパ型のロッドインテグレータの光出射面側に直方体形状のロッドインテグレータが設けられていてもよい。

前記第１構成乃至第３構成のいずれかの複数色光照明装置において、他の照明装置と相違させられる照明装置は、前記導光部材が集光作用を成すレンズ形状部分を有するか又は他の導光部材が有するレンズ形状部分の曲率と異なるレンズ形状部分を有していてもよい。かかる構成において、各導光部材は光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータとその光出射面側に設けられた直方体形状のロッドインテグレータとからなり、前記レンズ形状部分を、前記直方体形状のロッドインテグレータの光入射端若しくは光出射端又は前記テーパ型のロッドインテグレータの光出射端に有していてもよい。

前記第１構成乃至第３構成のいずれかの複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として透明体から成るロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置は、他の照明装置のロッドインテグレータの屈折率よりも小さい屈折率を有するロッドインテグレータを備えていてもよい。かかる構成において、各ロッドインテグレータは光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータであり、その光出射面側に直方体形状のロッドインテグレータが設けられていてもよい。

前記第１構成乃至第３構成のいずれかの複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータ及びその光出射側に設けられた直方体形状のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置の直方体形状のロッドインテグレータの長さは、他の照明装置の直方体形状のロッドインテグレータの長さと相違するようにしてもよい。

上述した複数色光照明装置のなかで直方体形状のロッドインテグレータを有する構成においては、他の照明装置と相違させられる照明装置における直方体形状のロッドインテグレータの長さは、他の照明装置における直方体形状のロッドインテグレータの長さと相違するようにしてもよい。

これら構成の複数色光照明装置において、赤色光用の照明装置と緑色光用の照明装置と青色光用の照明装置とを備えていてもよい（以下、この項において第１の３色構成という）。かかる構成において、赤色光用の照明装置における光学特性が、緑色光用の照明装置及び青色光用の照明装置における光学特性と相違することとしてもよい。

また、この発明の複数色光照明装置は、色光を出射する固体光源及び各固体光源からの色光を波長依存性によって特定方向に導く光学素子と、この光学素子から出射された光を照明対象物に導く導光部材としてのテーパ型のロッドインテグレータとを備えた複数色光照明装置であって、前記テーパ型のロッドインテグレータには、特定の色光に対してダイクロイックミラー面として機能するテーパ形状筒面が形成されており、前記テーパ形状筒面の入口は前記テーパ型のロッドインテグレータの光入射面よりも小さく形成されていることにより、前記照明対象物に導かれる各色光における分散角分布が各色光で近似するように構成されていることを特徴とする（以下、この項において第４構成という）。前記第４構成において、前記テーパ型のロッドインテグレータの光出射面側に直方体形状のロッドインテグレータが設けられていてもよい。また、この構成において、前記直方体形状のロッドインテグレータには、前記テーパ形状筒面の延長領域となる延長テーパ形状筒面が形成されていてもよい。また、これら構成において、赤色光用の固体光源と緑色光用の固体光源と青色光用の固体光源とを備えていてもよい（以下、この項において第２の３色構成という）。前記第２の３色構成において、前記テーパ形状筒面は赤色光を反射し他の色光は透過するように構成してもよい。

また、この発明の複数色光照明装置は、色光を出射する固体光源及び各固体光源からの色光を波長依存性によって特定方向に導く光学素子と、この光学素子から出射された光を照明対象物に導く導光部材を備えた複数色光照明装置であって、前記照明対象物に導かれる各色光における分散角分布が各色光で近似するように、特定の色光に対して低分散角化を生じさせる波長選択性の回折素子を、前記固体光源から前記照明対象物までの間のいずれかの箇所に配置したことを特徴とする（以下、この項において第５構成という）。この第５構成において、前記テーパ型のロッドインテグレータの光出射面側に直方体形状のロッドインテグレータが設けられていてもよい。これら構成において、赤色光用の固体光源と緑色光用の固体光源と青色光用の固体光源とを備えていてもよい（以下、この項において第３の３色構成という）。前記第３の３色構成において、前記回折素子は赤色光を低分散角化することとしてもよい。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第１の３色構成又はこれに従属する構成の複数色光照明装置と、各色光をそれぞれ変調するライトバルブと、各ライトバルブを経た変調光を特定方向に導いてカラー映像光を生成する光学素子と、前記カラー映像光を投写する投写部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第２の３色構成又は第３の３色構成又はこれらに従属する構成の複数色光照明装置と、前記導光部材の光出射側に設けられた単一のライトバルブと、前記単一のライトバルブにて得られたカラー映像光を投写する投写部と、を備えたことを特徴とする。かかる構成において、各色光を時分割で出射するとともに、前記ライトバルブを前記時分割のタイミングに応じて各色映像信号で駆動することとしてもよい。或いは、各色光を常時出射するとともに、前記ライトバルブはカラーフィルタを備えている構成としてもよい。

この発明によれば、各色照明装置で指向性の異なる固体光源を用いつつ、各色照明装置で照度分布・分散角分布・分散角面内分布などに違いが生じるのを軽減できるようにし、これを用いる投写型映像表示装置において色ムラが生じるのを防止するという効果を奏する。

以下、この発明の実施例を図１乃至図１４に基づいて説明していく。なお、以下の実施例においては、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤとの材料の違い（赤：AlInGaP 系、青・緑：InGaN 系）により、ＬＥＤ出射光の取り出し効率と指向性向上を両立することが難しいことに鑑みた例示を行っている（すなわち、他の照明装置と相違させられる照明装置は、赤色光用の照明装置としている）。勿論、赤色光以外の色光において他の色光と比べて指向性を向上することが困難である場合もあり得るので、そのような赤色光以外の色光を出射する照明装置を、他の照明装置と相違させられる照明装置とすることもできる。

〈実施例１〉
図１（ａ）は投写型映像表示装置４Ａの光学系を示した図である。この投写型映像表示装置４Ａは３つの照明装置５１Ｒ−１，５１Ｇ，５１Ｂを備える。各照明装置５１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）１１と、テーパ型ロッドインテグレータ１２と、直方体形状ロッドインテグレータ１３と、を備えて成る。

ＬＥＤ１１は、ＬＥＤチップ１１ａとヒートシンク１１ｂとから成る。照明装置５１Ｒ−１におけるＬＥＤチップ１１ａは赤色光を出射し、照明装置５１ＧにおけるＬＥＤチップ１１ａは緑色光を出射し、照明装置５１ＢにおけるＬＥＤチップ１１ａは青色光を出射する。

各照明装置５１から出射された各色光が各色用の液晶表示パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを透過することによって各色映像光が生成される。そして、各色映像光はクロスダイクロイックプリズム２（クロスダイクロイックミラーでもよい）によって合成されてフルカラー映像光となる。このフルカラー映像光は投写レンズ３によって投写される。

ここで、照明装置５１Ｒ−１は、テーパ型ロッドインテグレータ１２の光入射側に、内面が鏡面である筒部材（ミラー貼り合わせロッド）１５及びフレネルレンズ１４を有している。筒部材１５はフレネルレンズ１４の周囲から前記テーパ型ロッドインテグレータ１２の光入射面側の範囲に存在する。照明装置５１Ｇ，５１Ｂはフレネルレンズ１４や筒部材１５は備えていない。

図２（ｃ）は照明装置５１Ｒ−１（ロッドインテグレータ１３は省略）の拡大図である。また、図２（ａ）はフレネルレンズを備えない場合のＬＥＤ（緑色光ＬＥＤ１１及び青色光ＬＥＤ１１）の光の広がり（分散）の様子を示しており、図２（ｂ）はフレネルレンズ１４を備えた場合のＬＥＤ（赤色光ＬＥＤ１１）の光の分散角低減の様子を示している。高分散角（α°）で出射した光はフレネルレンズ１４を通過することで低分散角（β°）の光に変換される。勿論、フレネルレンズ１４の有効面以外に入射した光は有効に利用できないため、光利用効率は低下する可能性はあるが、テーパ型ロッドインテグレータ１２に入射した光のうちの有効な成分の指向性は他の波長領域（緑色、青色）と略均一となるため、色ムラの低減は可能である。また、図示のごとく、フレネルレンズ１４を前記筒部材１５で囲むこととしてもよく、この場合には光利用率の向上が図れる。また、フレネルレンズ１４の輪帯はＬＥＤ１１の形状に合わせて楕円形に加工してもよい。また、フレネルレンズ１４に限らず、分散角の低減効果が得られるメニスカスレンズ等を用いてもよいものである。

なお、直方体形状ロッドインテグレータ１３を省略した構成も採用することができる。テーパ型ロッドインテグレータ１２及び直方体形状ロッドインテグレータ１３はガラス等の透明体から成るものに限らず、内面がミラー面である中空構造のものを用いてもよい。フレネルレンズ１４をテーパ型ロッドインテグレータ１２の光入射面に近接させて筒部材１５を省略してもよい。また、図１（ｂ）に示しているように、フレネルレンズ１４はロッドインテグレータの途中箇所に存在していてもよい。また、フレネルレンズ１４は液晶表示パネルの手前側に存在していてもよい。

＜実施例２＞
図３（ａ）は照明装置５１Ｒ−２の一部を示した拡大図（ロッドインテグレータ１３は省略している）であり、図３（ｂ）は照明装置５１Ｒ，５１Ｇの一部を示した拡大図（ロッドインテグレータ１３は省略している）である。投写型映像表示装置としての全体構成は投写型映像表示装置４Ａと同様である。テーパ型ロッドインテグレータ１２の光出射面の形状は例えば液晶表示パネル１のアスペクト比と同じ又は略同じとしている（図では、横幅をｃとして示している）。テーパ型ロッドインテグレータ１２Ａの光入射面の形状も例えば液晶表示パネル１のアスペクト比と同じ又は略同じとすることができる。

ここで、照明装置５１Ｇ，５１Ｂにおけるテーパ型ロッドインテグレータ１２の光入射面の横幅をｂとし、照明装置５１Ｒ−２におけるテーパ型ロッドインテグレータ１２Ａの光入射面の横幅をａとすると、ａ＜ｂの関係が成立するようにしている。各テーパ型ロッドインテグレータの長さは同じである。そして、赤色光用のＬＥＤ１１′（Ｒ）は、他の色光用のＬＥＤ１１よりも発光面積が小さいものとなっている。赤色光源に対するテーパ型ロッドインテグレータ１２Ａの出射端面積と入射端面積の比は、緑色光源等に対するテーパ型ロッドインテグレータ１２の出射端面積と入射端面積との比よりも大きいため、高分散角の光が低分散角の光へ変換されることが促進される。これにより、テーパーロッドの指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となるため、色ムラの低減が可能である。なお、直方体形状ロッドインテグレータ１３を省略した構成も採用することができる。テーパ型ロッドインテグレータ１２，１２Ａ及び直方体形状ロッドインテグレータ１３はガラス等の透明体から成るものに限らず、内面がミラー面である中空構造のものを用いてもよい。なお、図３（ａ），（ｂ）に示した構成を別の表現で表すと、他の照明装置と相違させられる照明装置のテーパ型ロッドインテグレータのテーパ角度（Ｋ）は、他の照明装置のテーパ型ロッドインテグレータのテーパ角度（Ｌ）よりも大きい。

＜実施例３＞
図４（ａ）は投写型映像表示装置４Ｂを示した説明図である。投写型映像表示装置４Ｂの全体としての構成は投写型映像表示装置４Ａと同様である。図４（ｂ）は照明装置５１Ｒ−３及び曲面効果がもたらす低分散角化効果を示した説明図である。照明装置５１Ｒ−３におけるテーパ型ロッドインテグレータ１２Ｂは、他のテーパ型ロッドインテグレータ１２における傾斜反射面よりも凸となる曲面反射領域を有する。この曲面反射領域の曲面の接線は、光入射面に近い側ほど、テーパ型ロッドインテグレータ１２Ｂの光軸に対して大きな角度をなし、光入射面から遠いほど前記光軸に対して小さな角度をなすものである。これにより、ロッドインテグレータ１２Ｂは、図１４（ａ）に示した−３０°〜−６０°の分散角範囲及び３０°〜６０°の分散角範囲における光を前記光入射面に近い側の曲面で受けて、当該光を前記光軸にできるだけ平行となる光に変換する。このような曲面反射領域を有するテーパ型ロッドインテグレータ１２Ｂにより、ＬＥＤ出射光の高分散角成分に対して低分散角化を行うことができ、他の波長領域（緑色、青色）と同等の低分散角分布を得る。これにより、テーパーロッド出射光有効成分の指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となり、色ムラの低減が可能である。なお、直方体形状ロッドインテグレータ１３を省略した構成も採用することができる。テーパ型ロッドインテグレータ１２，１２Ｂ及び直方体形状ロッドインテグレータ１３はガラス等の透明体から成るものに限らず、内面がミラー面である中空構造のものを用いてもよい。

＜実施例４＞
図５（ａ）は投写型映像表示装置４Ｃを示した説明図である。投写型映像表示装置４Ｃの全体としての構成は投写型映像表示装置４Ａと同様である。図５（ｂ）は照明装置５１Ｒ−４及びレンズ効果がもたらす低分散角化効果を示した説明図である。照明装置５１Ｒ−４における直方体形状ロッドインテグレータ１３Ａの光出射端は、凸レンズ形状を有する。この凸レンズ形状により、ロッドインテグレータ出射端における高分散角の光が低分散角の光へと変換されるため、テーパーロッドの出射光有効成分の指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となり、色ムラの低減が可能である。なお、直方体形状ロッドインテグレータ１３Ａを省略し、テーパ型ロッドインテグレータ１２の光出射面に集光作用を成すレンズ形状を形成してもよい。また、図５（ｃ）に示すように、テーパ型ロッドインテグレータの光出射面にレンズ形状を形成し、その光出射側に直方体形状ロッドインテグレータを設けてもよい。また、図５（ｄ）に示すように、直方体形状ロッドインテグレータの光入射側にレンズ形状を形成してもよい。また、赤色光用以外のロッドインテグレータにおいてもレンズ形状を有していてもよい。そして、例えば、赤色光に対するレンズ形状の曲率を他の色光に対するレンズ形状の曲率よりも小さくすることで、ロッドインテグレータ出射端における高分散角な光が低分散角な光へと変換されるため、ロッドインテグレータの出射光有効成分の指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となり、色ムラの低減が可能である。また、レンズ形状は凸レンズ形状に限らず、フレネルレンズ形状などでも良い。なお、テーパ型ロッドインテグレータ１２はガラス等の透明体から成るものに限らず、内面がミラー面の中空構造のものを用いてもよい。

〈実施例５〉
図６（ａ）は照明装置５１Ｒ，５１Ｇの一部を示した拡大図（ロッドインテグレータ１３は省略している）であり、図６（ｂ）は照明装置５１Ｒ−５の一部を示した拡大図（ロッドインテグレータ１３は省略している）である。投写型映像表示装置としての全体構成は投写型映像表示装置４Ａと同様である。この実施例では、指向性の異なる波長領域の光（赤色光）を出射する照明装置５１Ｒ−５においては、低屈折率媒体からなるガラスを用いたテーパ型ロッドインテグレータ１２Ｃを備える。テーパ型ロッドインテグレータ１２の屈折率をｎ１、テーパ型ロッドインテグレータ１２Ｃの屈折率をｎ２とすると、ｎ２＜ｎ１が成立する。図７（ａ），図７（ｂ）は低屈折率媒体を備えることによる効果を図示している（なお、ｎ０＜ｎ２＜ｎ１である）。図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、屈折率の低い媒質に入射した光のほうが屈折率の高い媒質に入射した光よりも屈折角が小さい。従って、テーパ型ロッドインテグレータ１２Ｃ内で高分散角の光の反射回数を増加させることができるため、高分散角な光から低分散角な光への変換が促進される。これにより、テーパーロッド出射光有効成分の指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となるため、色ムラの低減が可能である。なお、直方体形状ロッドインテグレータ１３を省略した構成も採用することができる。また、直方体形状ロッドインテグレータ１３はガラス等の透明体から成るものに限らず、内面がミラー面である中空構造のものを用いてもよい。

＜実施例６＞
図８（ａ）は照明装置５１Ｒ−６を示した拡大図であり、図８（ｂ）は照明装置５１Ｇを示した拡大図であり、図８（ｃ）は照明装置５１Ｂを示した拡大図である。投写型映像表示装置としての全体構成は投写型映像表示装置４Ａと同様である。この実施例では、指向性の異なる波長領域の光（赤色光）がＬＥＤから出射される照明装置５１Ｒ−６における直方体形状ロッドインテグレータ１３Ｂは、他の照明装置における直方体形状ロッドインテグレータ１３よりも短い。このように、照明装置５１Ｒ−６においては、直方体形状ロッドインテグレータ１３Ｂによって他の波長領域（緑色、青色）と同等の照度分布と分散角面内分布を得る。なお、このように他と長さが相違する（短い又は長い）直方体形状ロッドインテグレータ１３を用いる構成において、実施例１のごとくフレネルレンズ１４を用いたり、実施例２のごとくテーパ型ロッドインテグレータ１２Ａを採用したり、実施例３のごとくテーパ型ロッドインテグレータ１２Ｂを採用したり、実施例４のごとく直方体形状ロッドインテグレータ１３Ａの光出射端にレンズ形状を持たせたりしてもよいものであり、これらの場合には更に分散角分布も他の波長領域（緑色、青色）と同等に調整できる。なお、図８（ａ）に示した照明装置５１Ｒ−６の代わりに、図８（ｄ）に示す照明装置５１Ｒ−６′を用いてもよい。この照明装置５１Ｒ−６′は、照明装置５１Ｇ及び照明装置５１Ｂにおけるテーパ型のロッドインテグレータ１２よりも長い形状のテーパ型のロッドインテグレータ１２Ｅを有する。これらロッドインテグレータにおける光入射面及び光出射面の形状及び大きさは同じである。全長が長いテーパ型のロッドインテグレータ１２Ｅ内では、高分散角の光の反射回数が増加するため、高分散角な光から低分散角な光への変換が促進される。

＜実施例７＞
図９は投写型映像表示装置４Ｄの光学系を示した図である。この投写型映像表示装置４Ｄは、各色光を出射するＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂからの色光を波長依存性によって特定方向に導くクロスダイクロイックプリズム３１を備える。クロスダイクロイックプリズム３１に代えて、クロスダイクロイックミラーを用いてもよいし、これら以外の構造で各色光を特定方向に導く光学素子を用いてもよい。クロスダイクロイックプリズム３１の光出射側には、テーパ型ロッドインテグレータ３３Ａが配置されている。また、テーパ型ロッドインテグレータ３３Ａの光出射側には直方体形状ロッドインテグレータ３４が配置されている。直方体形状ロッドインテグレータ３４から出射された光はレンズ３５にて反射型の表示パネル３６に導かれる。反射型の表示パネル３６に反射して得られる映像光は投写レンズ３７によって投写される。

このような構成の投写型映像表示装置４Ｄは、各色光（赤色光と緑色光と青色光）を時分割で出射するとともに、前記表示パネル３６を前記時分割のタイミングに応じて各色映像信号で駆動する。或いは、各色光（赤色光と緑色光と青色光）を常時出射するとともに、前記表示パネル３６としてカラーフィルタを備えるものを用いてもよい。勿論、反射型の表示パネル３６ではなく、透過型の表示パネルを用いてもよい。

テーパ型ロッドインテグレータ３３Ａは、図１０にも示すように、赤色光に対してダイクロイックミラー面として機能するテーパ形状筒面３３Ａａを有している。このテーパ形状筒面３３Ａａの入口はテーパ型ロッドインテグレータ３３Ａの光入射面よりも小さく形成されており、テーパ形状筒面３３Ａａの傾斜面（赤色光反射面）はテーパ型ロッドインテグレータ３３Ａの傾斜面（他の色光反射面）よりも傾斜は急峻になっている。これにより、赤色光のみ入射端面積の小さい（傾斜角が急峻な）テーパーロッドを用いたのと同じ効果が得られるため、他の波長領域（緑色、青色）よりも低分散角化が促進され、テーパーロッド出射光有効成分の指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となり、色ムラの低減が可能である。

テーパ型ロッドインテグレータ３３Ａは、例えば、断面台形状のガラス体の周囲面に赤色光を反射し他の色光は透過するダイクロイック膜（誘電体多層膜）を形成し、上記ガラス体に対応した空洞部を有する角筒状ガラス体内に挿入することで得られる。或いは、テーパ型ロッドインテグレータ３３Ａは、上記空洞部を有する角筒状ガラス体の内面にダイクロイック膜（誘電体多層膜）を形成した空洞部材とすることもできる。

図１１は、テーパ型ロッドインテグレータ３３Ｂ及び直方体形状ロッドインテグレータ３４Ａを示した説明図である。テーパ型ロッドインテグレータ３３Ｂは赤色光に対してダイクロイックミラー面として機能するテーパ形状筒面３３Ｂａを有している。このテーパ形状筒面３３Ｂａの入口はテーパ型ロッドインテグレータ３３Ｂの光入射面よりも小さく形成されている。そして、直方体形状ロッドインテグレータ３４Ａには、上記テーパ形状筒面３３Ｂａを延長させる形態でテーパ形状筒面３４Ａａが形成されている。

＜実施例８＞
図１２は投写型映像表示装置４Ｅの光学系を示した図である。この投写型映像表示装置４Ｅは、投写型映像表示装置４Ｄと同様の構成を有するが、通常のテーパ型ロッドインテグレータ３３を備えるとともに、クロスダイクロイックプリズム３１の光出射側とテーパ型ロッドインテグレータ３３の光入射面との間に、赤色光に対して低分散角化を生じさせる波長選択性の回折素子３２を設けており、この回折素子３２によって各色光の分散角分布を近似させるようにしている。すなわち、投写型映像表示装置４Ｅは、赤色光に対して低分散角化を生じさせる回折素子３２を設けているので、赤色光のみ低分散角化されることになり、テーパーロッド出射光有効成分の指向性が他の波長領域（緑色、青色）と略均一となり、色ムラの低減が可能である。なお、テーパ型ロッドインテグレータ３３ではなく直方体のロッドインテグレータとしてもよい。直方体形状ロッドインテグレータ３４が無い構成としてもよい。テーパ型ロッドインテグレータ３３及び直方体形状ロッドインテグレータ３４はガラスなどの透明体ではなく、中空構造のものでもよい。なお、波長選択性の回折素子としては、特開２００２−３５０６２５号公報に開示されたものが知られている。なお、波長選択性の回折素子は、ロッドインテグレータの途中箇所に存在していてもよい。また、波長選択性の回折素子はレンズ３５の手前、或いは、表示パネルの手前側に存在していてもよい。

以上説明した複数色光照明装置及び投写型映像表示装置において、例えば、図１３（ａ），図１３（ｂ）に示すように、偏光変換装置４０或いは偏光変換装置４１を備えてもよい。偏光変換装置４０は側面から入射された光をＳ偏光光に揃える。この偏光変換装置４０は、偏光ビームスプリッタを二つ並べた構造、或いは一つの偏光ビームスプリッタと当該偏光ビームスプリッタからの光を反射する反射部材とを並べた構造を有する。そして、一つの偏光ビームスプリッタの光出射側又は前記反射部材の光出射側のいずれかに位相差板（１／２λ板）を備えており、一方の偏光光を他方の偏光光に変換することによって偏光方向を揃える。勿論、Ｐ偏光光に揃えることもできる。なお、二つの偏光ビームスプリッタの間、或いは一つの偏光ビームスプリッタと反射部材との間に位相差板を配置した構造を採用してもよい。また、偏光変換装置４１は、ロッドインテグレータ１２の光出射面に対面する位置にＶ字状に誘電体多層膜（偏光分離膜）を有する。この誘電体多層膜の一方の面で反射されたＳ偏光光はその隣の反射面（或いは誘電体多層膜）によって反射され、同様に、誘電体多層膜の他方の面で反射されたＳ偏光光はその隣の反射面（或いは誘電体多層膜）によって反射される。誘電体多層膜を透過したＰ偏光光は位相差板（１／２λ板）によってＳ偏光光に変換される。勿論、光をＰ偏光光に揃えることもできる。

ここで、図１３（ａ）に示す照明装置を赤色照明装置として利用し、図１３（ｂ）に示す照明装置を緑色照明装置及び青色照明装置として利用してもよい。投写型映像表示装置としての全体構成は投写型映像表示装置４Ａと同様である。かかる構成は、図３（ａ），（ｂ）に示した構成と同様に、緑色照明装置及び青色照明装置におけるテーパ型ロッドインテグレータのテーパ角度よりも、赤色照明装置におけるテーパ型ロッドインテグレータのテーパ角度の方が大きい。勿論、緑色照明装置及び青色照明装置が偏光変換装置４１を備え、赤色照明装置が偏光変換装置４０を備えない構成も採用できる。

また、図１４に示すように、分散角依存性を持つ光学フィルターを赤色照明装置に設けてもよい。すなわち、大きな分散角を有する光ほど透過率が低下する光学フィルターを赤色照明装置が備えることにより、赤色照明装置から出射される光の分散角分布を他の照明装置と同様にすることができる。上記光学フィルターは、例えば、誘電体膜からなる。また、上記光学フィルターは、赤色照明装置における光路上であって、光の分散角が小さくされた後となる箇所、すなわち、画像表示パネルの手前位置、或いは、偏光ビームスプリッタの手前位置などに設けるのがよい。

この発明の実施形態の複数色光照明装置及び投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。 図１の複数色光照明装置を示した図であって、同図（ａ）はフレネルレンズを備えない緑色用の照明装置及び青色用の照明装置の一部を示し、同図（ｂ）はフレネルレンズの作用を示し、同図（ｃ）は赤色用の照明装置を示した拡大図である。 この発明の他の実施形態の複数色光照明装置を示した図であって、同図（ａ）は赤色用の照明装置を示した説明図であり、同図（ｂ）は緑色用の照明装置及び青色用の照明装置を示した説明図である。 同図（ａ）はこの発明の他の実施形態の複数色光照明装置及び投写型映像表示装置の光学系を示した説明図であり、同図（ｂ）は赤色用の照明装置の一部を示した拡大図である。 同図（ａ）はこの発明の他の実施形態の複数色光照明装置及び投写型映像表示装置の光学系を示した説明図であり、同図（ｂ）は赤色用の照明装置の一部を示した拡大図であり、図５（ｃ）は赤色用の照明装置の変形例を示した図であり、図５（ｄ）は赤色用の照明装置の変形例を示した図である。 この発明の他の実施形態の複数色光照明装置を示した図であって、同図（ａ）は緑色用の照明装置及び青色用の照明装置を示した説明図であり、同図（ｂ）は赤色用の照明装置を示した説明図である。 同図（ａ）（ｂ）は屈折率の違いによる屈折角の相違を説明する説明図である。 この発明の他の実施形態の複数色光照明装置を示した図であって、同図（ａ）は赤色用の照明装置を示した説明図であり、同図（ｂ）（ｃ）は緑色用の照明装置及び青色用の照明装置を示した説明図であり、図８（ｄ）赤色用の変形例を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の複数色光照明装置及び投写型映像表示装置を示した説明図である。 図９の投写型映像表示装置における複数色光照明装置のロッドインテグレータを示した説明図である。 図９の投写型映像表示装置の変形例を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の複数色光照明装置及び投写型映像表示装置を示した説明図である。 この発明の他の実施形態を示す図であって、同図（ａ）（ｂ）は偏光変換装置の適用例を示した説明図である。 図１４は光学フィルターの透過率特性を示したグラフである。 同図（ａ）は赤色ＬＥＤの分散角分布を示したグラフであり、同図（ｂ）は緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの分散角分布を示したグラフである。

符号の説明

１ 液晶表示パネル
２ クロスダイクロイックプリズム
３ 投写レンズ
４ 投写型映像表示装置
１１ ＬＥＤ
１２ テーパ型ロッドインテグレータ
１３ 直方体形状ロッドインテグレータ
５１ 照明装置

Claims (15)

1. 色光を出射する固体光源及び各固体光源からの色光を照明対象物に導く導光部材を備えた照明装置を、複数の異なる色光用に複数備えた複数色光照明装置であって、前記照明対象物に導かれる各色光における照度分布と分散角分布と分散角面内分布のうちの少なくとも一つが各照明装置間で近似するように、一つの照明装置又は幾つかの照明装置における光学特性を他の照明装置における光学特性と相違させたことを特徴とする複数色光照明装置。
2. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、他の照明装置と相違させられる照明装置は、前記固体光源から前記照明対象物までの間のいずれかの箇所に、前記固体光源から出射される光の分散角を低減するレンズ部材を備えたことを特徴とする複数色光照明装置。
3. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置のロッドインテグレータは、他の照明装置のロッドインテグレータのテーパ角度よりも大きなテーパ角度を有することを特徴とする複数色光照明装置。
4. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置のロッドインテグレータは、他の照明装置のロッドインテグレータと同一の光入射面及び光出射面を有する一方、他の照明装置のロッドインテグレータよりも長いことを特徴とする複数色光照明装置。
5. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置は、そのロッドインテグレータが他のロッドインテグレータにおける傾斜反射面よりも凸となる曲面反射領域を有することを特徴とする複数色光照明装置。
6. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、他の照明装置と相違させられる照明装置は、前記導光部材が集光作用を成すレンズ形状部分を有するか又は他の導光部材が有するレンズ形状部分の曲率と異なるレンズ形状部分を有することを特徴とする複数色光照明装置。
7. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として透明体から成るロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置は、他の照明装置のロッドインテグレータの屈折率よりも小さい屈折率を有するロッドインテグレータを備えていることを特徴とする複数色光照明装置。
8. 請求項１に記載の複数色光照明装置において、各照明装置は、前記導光部材として光入射面よりも光出射面が大であるテーパ型のロッドインテグレータ及びその光出射側に設けられた直方体形状のロッドインテグレータを備えており、他の照明装置と相違させられる照明装置の直方体形状のロッドインテグレータの長さは、他の照明装置の直方体形状のロッドインテグレータの長さと相違することを特徴とする複数色光照明装置。
9. 請求項３に記載の複数色光照明装置において、各テーパ型ロッドインテグレータの光出射側に直方体形状のロッドインテグレータが設けられており、他の照明装置と相違させられる照明装置における直方体形状のロッドインテグレータの長さは、他の照明装置における直方体形状のロッドインテグレータの長さと相違することを特徴とする複数色光照明装置。
10. 色光を出射する固体光源及び各固体光源からの色光を波長依存性によって特定方向に導く光学素子と、この光学素子から出射された光を照明対象物に導く導光部材としてのテーパ型のロッドインテグレータとを備えた複数色光照明装置であって、前記テーパ型のロッドインテグレータには、特定の色光に対してダイクロイックミラー面として機能するテーパ形状筒面が形成されており、前記テーパ形状筒面の入口は前記テーパ型のロッドインテグレータの光入射面よりも小さく形成されていることにより、前記照明対象物に導かれる各色光における分散角分布が各色光で近似するように構成されていることを特徴とする複数色光照明装置。
11. 色光を出射する固体光源及び各固体光源からの色光を波長依存性によって特定方向に導く光学素子と、この光学素子から出射された光を照明対象物に導く導光部材を備えた複数色光照明装置であって、前記照明対象物に導かれる各色光における分散角分布が各色光で近似するように、特定の色光に対して低分散角化を生じさせる波長選択性の回折素子を、前記固体光源から前記照明対象物までの間のいずれかの箇所に配置したことを特徴とする複数色光照明装置。
12. 請求項１に記載の複数色光照明装置を有し、この複数色光照明装置は赤色用の照明装置と緑色用の照明装置と青色用の照明装置とから成り、
    各色光をそれぞれ変調するライトバルブと、各ライトバルブを経た変調光を特定方向に導いてカラー映像光を生成する光学素子と、前記カラー映像光を投写する投写部と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
13. 請求項１０に記載の複数色光照明装置を有し、この複数色光照明装置は赤色用の照明装置と緑色用の照明装置と青色用の照明装置とから成り、
    前記導光部材の光出射側に設けられた単一のライトバルブと、前記単一のライトバルブにて得られたカラー映像光を投写する投写部と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
14. 請求項１３に記載の投写型映像表示装置において、各色光を時分割で出射するとともに、前記ライトバルブを前記時分割のタイミングに応じて各色映像信号で駆動することを特徴とする投写型映像表示装置。
15. 請求項１３に記載の投写型映像表示装置において、各色光を常時出射するとともに、前記ライトバルブはカラーフィルタを備えていることを特徴とする投写型映像表示装置。

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