JP2007335183A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる高輝度化を図るのが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】二次元状に配列された複数の発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂと複数の小レンズ２２を有するレンズアレイ２０とを有し、実質的に赤外光を射出しないＬＤ光源１０と、光路後段に向けて細くなるような略角錐形状を有し、ＬＤ光源１０からの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面３４から当該集光した光を射出する導光部材３０とを備える照明装置１００。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置及びプロジェクタに関する。

近年、大画面画像を実現するシステムとして、液晶装置を用いたプロジェクタやマイクロミラーを用いたプロジェクタなどが広く用いられている。このようなプロジェクタに用いられる照明装置としては、例えばショートアーク型の高圧水銀ランプを備える照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）ショートアーク型の高圧水銀ランプは、電極間距離を短くしているため、点光源に近く高輝度であるという特長を有する。

特開２００２−３５２７６８号公報

ところで、近年のプロジェクタの高輝度化にともない、さらに高輝度な照明装置を実現したいという要望がある。しかしながら、従来の照明装置においては、ランプの出力を高くすると熱負荷が増加してしまうため、照明装置のさらなる高輝度化を図るのが容易ではない。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、さらなる高輝度化を図るのが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、そのような高輝度な照明装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、二次元状に配列された複数の発光部を有し、実質的に赤外光を射出しない固体光源と、光路後段に向けて細くなるような略円錐形状又は略角錐形状を有し、前記固体光源からの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面から当該集光した光を射出する導光部材とを備えることを特徴とする。

このため、本発明の照明装置によれば、二次元状に配列された複数の発光部を有する固体光源を備えているため、固体光源からの光量を増やすことで高輝度な照明装置を実現することが可能となる。
また、本発明の照明装置によれば、固体光源が実質的に赤外光を射出しないため、固体光源からの光量を増やしてさらに導光部材によって集光したとしても、熱負荷の増加を極力抑制することが可能となる。
したがって、本発明の照明装置は、さらなる高輝度化を図るのが可能な照明装置となる。

また、本発明の照明装置によれば、導光部材の光射出面の位置及び面積（大きさ）は時間的に変動しないため、高圧水銀ランプのようにランプの点灯時間に応じてアーク位置やアーク長が変動することに起因して起こる投写画像の照度むらなどの問題の発生を防止することが可能となる。

なお、この明細書において「実質的に赤外光を射出しない固体光源」とは、赤外光を全く射出しない固体光源だけではなく、可視光に混じって赤外光を僅かながら射出する固体光源も含むものである。すなわち、実質的に赤外光を射出しない固体光源には、導光部材によって集光したとしても導光部材又は他の光学要素に対して熱負荷による影響が無い又はその影響が少ない程度の赤外光を射出するような固体光源も含まれる。

固体光源として一般的に用いられるＬＤ光源やＬＥＤ光源は、実質的に紫外光を射出することがないため、本発明の照明装置をプロジェクタに用いることにより、プロジェクタ内に配置される有機部品が劣化するのを抑制することが可能となる。

本発明の照明装置においては、導光部材は、光路後段に向けて細くなるような略円錐形状を有していてもよいし、光路後段に向けて細くなるような略角錐形状を有していてもよい。
導光部材が光路後段に向けて細くなるような略円錐形状を有する場合には、導光部材の加工が比較的容易となり、製造コストを低減することが可能となるという利点がある。
また、導光部材が光路後段に向けて細くなるような略角錐形状を有する場合には、導光部材の側面が平面となるため、後述する音響波供給装置を配設するのが比較的容易となるという利点がある。

本発明の照明装置においては、前記固体光源は、各発光部に対応して配設され、各発光部からの光の角度を変換して射出する角度変換素子をさらに有することが好ましい。

このように構成することにより、角度変換素子の機能によって固体光源の各発光部から射出される発散光の角度を変換することが可能となる。これにより、導光部材に入射する光を全反射条件を満たすように変換することが可能となるため、導光部材における光損失をなくすことが可能となる。

本発明の照明装置においては、前記導光部材の光射出側に配置され、前記導光部材からの光をより均一な強度分布を有する光に変換するインテグレータ光学系をさらに備えることが好ましい。

本発明の照明装置によれば、上記したように、導光部材の光射出面が略点光源となるため、これをインテグレータ光学系と組み合わせることにより、被照明領域に照射される光の面内光強度分布をより均一なものとすることが可能となる。

本発明の照明装置においては、前記インテグレータ光学系としては、レンズアレイからなるレンズインテグレータ光学系やインテグレータロッドからなるロッドインテグレータ光学系などを好適に用いることができる。

本発明の照明装置においては、前記導光部材における光射出面の面積は、０．０１ｍｍ^２〜２ｍｍ^２の範囲内であることが好ましい。

導光部材における光射出面の面積が０．０１ｍｍ^２未満である場合には、導光部材の光射出面におけるパワー密度が比較的大きなものとなってしまうため、固体光源が実質的に赤外光を射出しないといえども熱負荷が比較的大きなものとなってしまう可能性がある。また、導光部材における光射出面の面積が２ｍｍ^２を超えたものである場合には、導光部材の後段に配置される光学要素（例えばインテグレータ光学系）との適合性が低下する。
このような観点から言えば、導光部材における光射出面の面積は、０．０５ｍｍ^２〜１ｍｍ^２の範囲内であることがより好ましく、０．１ｍｍ^２〜０．５ｍｍ^２の範囲内であることがさらに好ましい。

本発明の照明装置においては、前記導光部材は、サファイア、水晶又は石英ガラスからなることが好ましい。

このように構成することにより、導光部材を比較的耐熱性の高いものとすることが可能となる。
導光部材がサファイア又は水晶からなる場合には、これらの材料は熱伝導性に非常に優れているため、導光部材の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。
導光部材が石英ガラスからなる場合には、石英ガラスは複屈折が小さいため、導光部材を通過する光束の品質低下を抑制することができ、照明装置から射出される光束の品質低下を抑制することができる。

本発明の照明装置においては、前記固体光源は、二次元状に配列された複数の発光部を有するＬＤ光源であることが好ましい。

本発明の照明装置においては、前記固体光源は、二次元状に配列された複数の発光部を有するＬＥＤ光源であることも好ましい。

ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの固体光源は、可視光のみを射出するように構成することが容易であり、実質的に赤外光を射出しない固体光源として好適に用いることができる。

なお、本発明の照明装置においては、固体光源として、ＬＤ光源やＬＥＤ光源だけではなく、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）からなる光源も好適に用いることができる。

本発明の照明装置においては、前記導光部材に配設され、前記導光部材に対して超音波からなる音響波を供給することにより前記導光部材に定在波を形成する音響波供給装置と、前記定在波の周期が６０Ｈｚ以上の周波数で変調されるように前記音響波供給装置を制御する制御装置とをさらに備えることが好ましい。

固体光源としてＬＤ光源を用いた場合には、レーザ光は可干渉性を有するため、ＬＤ光源からの光が互いに干渉してスペックルノイズが発生してしまい、被照明領域においてスペックルノイズに起因した照度むらが発生する場合がある。
しかしながら、本発明の照明装置によれば、導光部材に定在波を形成する音響波供給装置を備えているため、ＬＤ光源からの光が互いに干渉してスペックルノイズが発生したとしても、このようなスペックルノイズを人間の目に見えない速さで高速変調することで被照明領域におけるスペックルノイズに起因した照度むらを低減することが可能となる

本発明の照明装置においては、前記音響波供給装置は、前記導光部材に対して密着して配設されていることが好ましい。

このように構成することにより、導光部材に音響波を効率的に供給することが可能となり、少ないエネルギーでかつ大きな効果をもって被照明領域におけるスペックルノイズに起因した照度むらを低減することが可能となる。

本発明の照明装置においては、前記音響波供給装置は、前記導光部材の媒質の屈折率よりも小さな屈折率を有する超音波良伝達物質を介して前記導光部材に配設されていることが好ましい。

このように構成することによっても、導光部材に音響波を効率的に供給することが可能となり、少ないエネルギーでかつ大きな効果をもって被照明領域におけるスペックルノイズに起因した照度むらを低減することが可能となる。
また、超音波良伝達物質の屈折率が導光部材の屈折率よりも小さいため、ＬＤ光源からの光が導光部材と超音波良伝達物質との界面においても全反射され、光漏れをなくすことが可能となる。このため、迷光の発生を抑制することが可能となり、光利用効率の低下を抑制することが可能となる。

超音波良伝達物質としては、医療・美容分野等で用いられるジェルを好ましく例示することができる。なお、長期安定性を考慮すると、蒸気圧の小さな物質からなるジェルを用いることがより好ましい。

本発明のプロジェクタは、上記した本発明の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置により変調された光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタは、上記した本発明の照明装置を備えているため、高輝度なプロジェクタとなる。

以下、本発明の照明装置及びプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の光学系を示す図である。図２は、実施形態１に係る照明装置１００を説明するために示す図である。図２（ａ）は照明装置１００の要部を示す図であり、図２（ｂ）は導光部材３０の斜視図である。図３は、インテグレータ光学系５０を説明するために示す図である。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離して被照明領域に導光する色分離導光光学系２００と、色分離導光光学系２００で分離された３つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された色光を合成するクロスダイクロイックプリズム５００と、クロスダイクロイックプリズム５００によって合成された光をスクリーンＳＣＲ等の投写面に投写する投写光学系６００とを備えたプロジェクタである。

実施形態１に係る照明装置１００は、図１及び図２に示すように、赤色光、緑色光及び青色光を射出するＬＤ光源１０と、ＬＤ光源１０からの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面３４から当該集光した光を射出する導光部材３０と、導光部材３０に配設される音響波供給装置４０と、音響波供給装置４０を制御する制御装置（図示せず。）と、導光部材３０の光射出側に配置されるインテグレータ光学系５０とを有する。

ＬＤ光源１０は、赤色光を射出する発光部１２ｒと、緑色光を射出する発光部１２ｇと、青色光を射出する発光部１２ｂと、ＬＤ基板１４と、放熱部（図示せず。）と、各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂの光射出側に配置されるレンズアレイ２０とを有する。各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは、二次元状に配列されており、実質的に赤外光及び紫外光を射出しないように構成されている。発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂのそれぞれは、例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内における所定の波長の光を射出するように構成されている。

レンズアレイ２０は、ＬＤ光源１０における各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに対応して複数の小レンズ２２が配列された構成を有している。レンズアレイ２０は、各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂからの光を、導光部材３０に入射した際に全反射条件を満たすような角度成分を有する光（発散光）に変換して射出する角度変換素子としての機能を有する。

導光部材３０は、図２に示すように、光路後段に向けて細くなるような略角錐形状を有している。導光部材３０の光入射面３２は、ＬＤ光源１０の大きさに対応した形状を有している。導光部材３０の光射出面３４の面積は、例えば０．５ｍｍ^２である。導光部材３０は、例えばサファイアからなる。
導光部材３０は、レンズアレイ２０からの光を内面で多重反射させることにより、レンズアレイ２０からの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面３４から当該集光した光を射出する機能を有する光学部材である。

音響波供給装置４０は、超音波良伝達物質としてのジェルｇを介して導光部材３０の側面に配設されている。そして、導光部材３０に対して超音波からなる音響波を供給することにより導光部材３０に定在波を形成する。

ジェルｇとしては、導光部材３０の媒質の屈折率よりも小さい屈折率を有するものを用いている。
また、ジェルｇとしては、医療・美容分野等で用いられるジェルを好ましく例示することができる。なお、長期安定性を考慮すると、蒸気圧の小さな物質からなるジェルを用いることがより好ましい。

制御装置（図示せず。）は、定在波の周期が６０Ｈｚ以上の周波数で変調されるように音響波供給装置４０を制御して、音響波供給装置４０から供給される超音波の周波数を６０Ｈｚ以上の周波数で変調する。その結果、例えば、発振周波数が２０万Ｈｚである超音波を３００Ｈｚの変調周波数で変調することにより、１５万Ｈｚ〜２５万Ｈｚの範囲で高速変調された超音波からなる音響波を導光部材３０に対して供給することが可能となる。なお、当該発振周波数及び当該変調周波数の値は、所定範囲内から適宜選択することが可能である。

インテグレータ光学系５０は、レンズアレイからなるレンズインテグレータ光学系である。インテグレータ光学系５０は、図３に示すように、導光部材３０からの光を第１レンズアレイ６２に向けて射出する凸レンズ６０と、凸レンズ６０からの光を複数の部分光束に分割する複数の第１小レンズ６３を有する第１レンズアレイ６２と、各第１小レンズ６３に対応する複数の第２小レンズ６５を有する第２レンズアレイ６４と、第２レンズアレイ６４からの光を被照明領域で重畳させる重畳レンズ６６とを有している。

凸レンズ６０は、例えば非球面レンズからなり、導光部材３０からの光の角度を変換して射出する機能を有する。

第１レンズアレイ６２は、凸レンズ６０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ６３がシステム光軸に垂直な面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有している。各第１小レンズ６３の輪郭形状は、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。

第２レンズアレイ６４は、重畳レンズ６６とともに、第１レンズアレイ６２の各第１小レンズ６３の像を液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ６４は、第１レンズアレイ６２と略同様な構成を有し、複数の第２小レンズ６５がシステム光軸に垂直な面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有している。

重畳レンズ６６は、第１レンズアレイ６２及び第２レンズアレイ６４を経た複数の部分光束を集光して液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ６６の光軸と照明装置１００のシステム光軸とが略一致するように、重畳レンズ６６が配置されている。なお、図１及び図３に示す重畳レンズ６６は１枚のレンズで構成されているが、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

色分離導光光学系２００は、図１に示すように、ダイクロイックミラー２１０，２２０と、反射ミラー２３０，２４０，２５０と、入射側レンズ２６０と、リレーレンズ２７０とを有している。色分離導光光学系２００は、重畳レンズ６６から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導く機能を有している。

ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。光路前段に配置されるダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射し、その他の色光成分を透過させるミラーである。光路後段に配置されるダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射し、青色光成分を透過させるミラーである。

ダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光成分は、反射ミラー２３０により曲折され、集光レンズ３００Ｒを介して赤色光用の液晶装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。

集光レンズ３００Ｒは、重畳レンズ６６からの各部分光束を各主光線に対して略平行な光束に変換するために設けられている。他の液晶装置４００Ｇ，４００Ｂの光路前段に配置された集光レンズ３００Ｇ，３００Ｂも、集光レンズ３００Ｒと同様に構成されている。

ダイクロイックミラー２１０を透過した緑色光成分及び青色光成分のうち緑色光成分は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。一方、青色光成分は、ダイクロイックミラー２２０を透過し、入射側レンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０及び集光レンズ３００Ｂを通過して青色光用の液晶装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶装置４００Ｂまで導く機能を有している。

なお、青色光の光路にこのような入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクタ１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、入射側レンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０，２５０を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、照明光束を画像情報に応じて変調するものであり、照明装置１００の照明対象となる。
液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に従って、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

また、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂが介在配置され、各液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂが介在配置されている。これら入射側偏光板４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂ、液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ及び射出側偏光板４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂによって入射する各色光の光変調が行われる。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂから射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で大画面画像を形成する。

以上のように構成された実施形態１に係る照明装置１００によれば、二次元状に配列された複数の発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを有するＬＤ光源１０を備えているため、ＬＤ光源１０からの光量を増やすことで高輝度な照明装置を実現することが可能となる。
また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ＬＤ光源１０が実質的に赤外光を射出しないため、ＬＤ光源１０からの光量を増やしてさらに導光部材３０によって集光したとしても、熱負荷の増加を極力抑制することが可能となる。
したがって、実施形態１に係る照明装置１００は、さらなる高輝度化を図るのが可能な照明装置となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、導光部材３０の光射出面３４の位置及び面積（大きさ）は変化しないため、高圧水銀ランプのようにランプの点灯時間に応じてアーク位置やアーク長が変化することに起因して起こる投写画像の照度むらなどの問題の発生を防止することが可能となる。

また、実施形態１に係る照明装置１００によれば、ＬＤ光源１０が実質的に紫外光を射出しないため、プロジェクタ１０００内に配置される有機部品（例えば入射側偏光板４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂや射出側偏光板４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂなど。）が劣化するのを抑制することが可能となる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、導光部材３０は、光路後段に向けて細くなるような略角錐形状を有している。これにより、導光部材３０の側面が平面となるため、音響波供給装置４０を配設するのが比較的容易となるという利点がある。

実施形態１に係る照明装置１００においては、ＬＤ光源１０は、各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに対応して配設され、各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂからの光の角度を変換して射出するレンズアレイ２０をさらに有するため、レンズアレイ２０における複数の小レンズ２２の機能によってＬＤ光源１０の各発光部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから射出される発散光の角度を変換することが可能となる。これにより、導光部材３０に入射する光を全反射条件を満たすように変換することが可能となるため、導光部材３０における光損失をなくすことが可能となる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、導光部材３０からの光をより均一な強度分布を有する光に変換するインテグレータ光学系５０をさらに備えている。実施形態１に係る照明装置１００によれば、上記したように、導光部材３０の光射出面３４が略点光源となるため、これをインテグレータ光学系５０と組み合わせることにより、被照明領域に照射される光の面内光強度分布をより均一なものとすることが可能となる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、導光部材３０における光射出面３４の面積は、０．５ｍｍ^２である。導光部材３０における光射出面３４の面積が０．０１ｍｍ^２以上であるため、導光部材３０の光射出面３４におけるパワー密度が比較的大きなものとなってしまうこともなく、その結果、熱負荷が比較的大きなものとなってしまうこともなくなる。また、導光部材３０における光射出面３４の面積が２ｍｍ^２未満であるため、導光部材３０の後段に配置されるインテグレータ光学系５０との適合性が低下することもない。

実施形態１に係る照明装置１００においては、導光部材３０はサファイアからなるため、比較的耐熱性の高いものとなる。また、サファイアは熱伝導性に非常に優れているため、導光部材３０の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、導光部材３０に定在波を形成する音響波供給装置４０と、音響波供給装置４０を制御する制御装置とをさらに備えるため、例えば時刻Ｔ_１においてＬＤ光源１０Ｒにおける各発光部１２Ｒからの光が互いに干渉して被照明領域にスペックルノイズが発生したとしても、時刻Ｔ_２（時刻Ｔ_１から所定時間経過した時刻）においては時刻Ｔ_１のときとは異なる干渉パターンのスペックルノイズが発生するため、所定時間で平均化してみればスペックルノイズが目立たなくなる。すなわち、被照明領域にスペックルノイズが発生したとしても、このようなスペックルノイズを人間の目に見えない速さで高速変調することで被照明領域におけるスペックルノイズに起因した照度むらを低減することが可能となる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、音響波供給装置４０は、ジェルｇを介して導光部材３０に配設されているため、導光部材３０に音響波を効率的に供給することが可能となり、少ないエネルギーでかつ大きな効果をもって被照明領域におけるスペックルノイズに起因した照度むらを低減することが可能となる。

実施形態１に係る照明装置１００においては、ジェルｇの屈折率が導光部材３０の媒質の屈折率よりも小さいため、ＬＤ光源１０（レンズアレイ２０）からの光が導光部材３０とジェルｇとの界面においても全反射され、光漏れをなくすことが可能となる。このため、迷光の発生を抑制することが可能となり、光利用効率の低下を抑制することが可能となる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００は、上記した実施形態１に係る照明装置１００を備えているため、高輝度なプロジェクタとなる。

［実施形態２］
図４は、実施形態２に係るプロジェクタ１００２の光学系を示す図である。なお、図４において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態２に係るプロジェクタ１００２は、図４に示すように、照明装置としてそれぞれが異なる色光を射出する３つの照明装置を備える点及び色分離導光光学系を備えていない点で、実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは異なっている。

すなわち、実施形態２に係るプロジェクタ１００２においては、図４に示すように、照明装置として、赤色光を射出するＬＤ光源１０Ｒを有する照明装置１０２Ｒと、緑色光を射出するＬＤ光源１０Ｇを有する照明装置１０２Ｇと、青色光を射出するＬＤ光源１０Ｂを有する照明装置１０２Ｂとを備えている。

赤色光用の照明装置１０２Ｒは、赤色光を射出するＬＤ光源１０Ｒと、ＬＤ光源１０Ｒからの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面から当該集光した光を射出する導光部材３０Ｒと、導光部材３０Ｒに配設される音響波供給装置４０Ｒと、音響波供給装置４０Ｒを制御する制御装置（図示せず。）と、導光部材３０Ｒの光射出側に配置されるインテグレータ光学系５０Ｒとを有する。

ＬＤ光源１０Ｒは、赤色光を射出する発光部１２ｒと、ＬＤ基板と、放熱部（図示せず。）と、レンズアレイ２０Ｒとを有する。発光部１２ｒは、二次元状に配列されており、実質的に赤外光及び紫外光を射出しないように構成されている。

なお、レンズアレイ２０Ｒ、導光部材３０Ｒ、音響波供給装置４０Ｒ及びインテグレータ光学系５０Ｒについては、実施形態１で説明したものとほぼ同じであるため、詳細な説明は省略する。

緑色光用の照明装置１０２Ｇは、緑色光を射出するＬＤ光源１０Ｇを有する。ＬＤ光源１０Ｇは、緑色光を射出する発光部１２ｇが二次元状に配列されており、実質的に赤外光及び紫外光を射出しないように構成されている。照明装置１０２ＧにおけるＬＤ光源１０Ｇ以外の構成は、照明装置１０２Ｒの場合と同様である。

青色光用の照明装置１０２Ｂは、青色光を射出するＬＤ光源１０Ｂを有する。ＬＤ光源１０Ｂは、青色光を射出する発光部１２ｂが二次元状に配列されており、実質的に赤外光及び紫外光を射出しないように構成されている。照明装置１０２ＢにおけるＬＤ光源１０Ｂ以外の構成は、照明装置１０２Ｒの場合と同様である。

これら３つの照明装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが、３つの液晶装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの前段にそれぞれ配置されている。

このように、実施形態２に係るプロジェクタ１００２は、実施形態１に係るプロジェクタ１０００とは、照明装置としてそれぞれが異なる色光を射出する３つの照明装置を備える点及び色分離導光光学系を備えていない点で異なるが、実施形態１に係る照明装置１００と同様の構成を有する照明装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを備えているため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００の場合と同様に、高輝度なプロジェクタとなる。

［実施形態３］
図５は、実施形態３に係るプロジェクタ１００４の光学系を示す図である。なお、図５において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態３に係るプロジェクタ１００４は、図５に示すように、照明装置１０４と、照明装置１０４からの光を被照明領域に導光するリレー光学系２８０と、リレー光学系２８０からの光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としてのマイクロミラー型光変調装置４３０と、マイクロミラー型光変調装置４３０によって変調された光をスクリーンＳＣＲ等の投写面に投写する投写光学系６１０とを備えたプロジェクタである。

実施形態３に係る照明装置１０４は、赤色光、青色光及び緑色光を射出するＬＥＤ光源１１０と、ＬＥＤ光源１１０からの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面１３４から当該集光した光を射出する導光部材１３０と、導光部材１３０の光射出側に配置されるインテグレータ光学系７０とを有する。

ＬＥＤ光源１１０は、赤色光を射出する発光部１１２ｒと、緑色光を射出する発光部１１２ｇと、青色光を射出する発光部１１２ｂと、ＬＥＤ基板１１４と、放熱部（図示せず。）と、各発光部１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂの光射出側に配置されるレンズアレイ１２０とを有する。各発光部１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂは、二次元状に配列されており、実質的に赤外光及び紫外光を射出しないように構成されている。発光部１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂのそれぞれは、例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内における所定の波長の光を射出するように構成されている。

なお、ＬＥＤ光源１１０は、図示しない時分割駆動回路に接続されており、時分割駆動回路によってマイクロミラー型光変調装置４３０に表示する画像における例えば１フレーム又は１フィールドの周期で発光部１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂを時分割駆動している。

レンズアレイ１２０及び導光部材１３０の構成は、実施形態１で説明したレンズアレイ２０及び導光部材３０と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

インテグレータ光学系７０は、インテグレータロッドからなるロッドインテグレータ光学系である。インテグレータ光学系７０は、導光部材１３０からの光を集束光に変換して射出する集光レンズ８０と、集光レンズ８０からの光をより均一な強度分布を有する光に変換するインテグレータロッド８２とを有している。

集光レンズ８０は、導光部材１３０からの光をインテグレータロッド８２の光入射面近傍に集光させる機能を有している。なお、集光レンズ８０は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

インテグレータロッド８２は、集光レンズ８０からの光を内面で多重反射させることにより、集光レンズ８０からの光をより均一な強度分布を有する光に変換する機能を有する光学部材である。インテグレータロッド８２は内面全反射タイプの中実のガラスロッドであるが、これに替えて、４枚の反射ミラーにおける反射面を内側に向けて貼り合わせた筒状のライトトンネルなどを用いてもよい。

インテグレータロッド８２の光射出面の形状は、マイクロミラー型光変調装置４３０の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。ただし、照明装置１０４のシステム光軸はマイクロミラー型光変調装置４３０の中心軸に対して傾斜して配置されているので、マイクロミラー型光変調装置４３０に照射される光は、この傾斜に応じて歪んだ輪郭形状を有することとなる。したがって、このような場合におけるインテグレータロッド８２の光射出面の形状としては、マイクロミラー型光変調装置４３０に照射される光の輪郭の歪みを補正するような形状とすることがより好ましい。

リレー光学系２８０は、リレーレンズ２８２と、反射ミラー２８４と、集光レンズ２８６とを有し、照明装置１０４からの照明光束をマイクロミラー型光変調装置４３０の画像形成領域に導く機能を有している。

リレーレンズ２８２は、集光レンズ２８６とともに、照明装置１０４からの照明光束を発散させずにマイクロミラー型光変調装置４３０の画像形成領域近傍に結像させる機能を有している。なお、リレーレンズ２８２は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

反射ミラー２８４は、照明装置１０４のシステム光軸に対して傾斜して配置され、リレーレンズ２８２からの照明光束を曲折し、マイクロミラー型光変調装置４３０へと導光する。これにより、プロジェクタをコンパクトにすることができる。

集光レンズ２８６は、リレーレンズ２８２及び反射ミラー２８４からの照明光束をマイクロミラー型光変調装置４３０の画像形成領域にほぼ重畳させ、かつ、マイクロミラー型光変調装置４３０によって変調された光を投写光学系６１０とともに拡大投写するものである。

マイクロミラー型光変調装置４３０は、リレー光学系２８０からの光を画像情報に応じて各画素に対応するマイクロミラーで反射することにより、画像を表す画像光を投写光学系６１０へと射出する機能を有する反射方向制御型光変調装置である。マイクロミラー型光変調装置４３０としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

マイクロミラー型光変調装置４３０から射出される画像光は、投写光学系６１０によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で大画面画像を形成する。

マイクロミラー型光変調装置４３０と投写光学系６１０とは、それぞれの中心軸が一致するように配置されている。なお、実施形態３に係るプロジェクタ１００４をあおり投写の構成を有するプロジェクタとする場合には、マイクロミラー型光変調装置４３０の中心軸に対して投写光学系６１０の投写光軸６１０ａｘがあおり方向にずれるように構成することが好ましい。

以上のように構成された実施形態３に係る照明装置１０４及びプロジェクタ１００４によれば、二次元状に配列された複数の発光部１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂを有するＬＥＤ光源１１０を備えているため、ＬＥＤ光源１１０からの光量を増やすことで高輝度な照明装置を実現することが可能となる。また、ＬＥＤ光源１１０が実質的に赤外光を射出しないため、ＬＥＤ光源１１０からの光量を増やしてさらに導光部材１３０によって集光したとしても、熱負荷の増加を極力抑制することが可能となる。
したがって、実施形態３に係る照明装置１０４は、さらなる高輝度化を図るのが可能な照明装置となる。また、実施形態３に係るプロジェクタ１００４は、高輝度なプロジェクタとなる。

以上、本発明の照明装置及びプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態の照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ，１０４においては、光路後段に向けて細くなるような略角錐形状を有する導光部材を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光路後段に向けて細くなるような略円錐形状を有する導光部材を用いてもよい。

（２）上記各実施形態の照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ，１０４においては、サファイアからなる導光部材を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水晶又は石英ガラスからなる導光部材を用いてもよい。

（３）上記実施形態１及び２に係る照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂにおいては、音響波供給装置は、ジェルｇを介して導光部材に配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光部材に対して密着して配設されていることも好ましい。また、上記実施形態１及び２に係る照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂにおいては、音響波供給装置は導光部材の側面に配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光部材の側面以外の部分に配設されていてもよい。さらにまた、上記実施形態１及び２に係る照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂにおいては、１つの導光部材に対して１つの音響波供給装置が配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つの導光部材に対して複数の音響波供給装置が配設されていてもよい。

（４）上記各実施形態の照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ，１０４においては、レンズアレイと導光部材とが離隔して配置されている場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レンズアレイと導光部材とが接着層を介して接着されていてもよい。

（５）上記各実施形態の照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ，１０４においては、角度変換素子としてＬＤ光源又はＬＥＤ光源の各発光部（ＬＤ基板又はＬＥＤ基板）とは別体として配設され、複数の小レンズを有するレンズアレイ２０，２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，１２０を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＬＤ光源又はＬＥＤ光源の各発光部（ＬＤ基板又はＬＥＤ基板）と一体となって配設される複数の小レンズからなる角度変換素子を用いてもよい。

（６）上記実施形態３に係る照明装置１０４においては、インテグレータロッド８２に代えて、偏光変換機能をさらに有する偏光変換ロッドを用いてもよい。偏光変換ロッドとしては、例えば、インテグレータロッドの光射出面にλ／４板及び反射型偏光板が配置されたものや、インテグレータロッドの光入射側に偏光変換素子が配設されたものなど、公知の偏光変換ロッドを用いることができる。このような偏光変換ロッドを用いた照明装置は、液晶装置のように偏光方向を制御する電気光学変調装置を用いたプロジェクタにおいて特に好適なものとなる。

（７）上記実施形態１及び２に係る照明装置１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂにおいては、固体光源としてＬＤ光源を用い、上記実施形態３に係る照明装置１０４においては、固体光源としてＬＥＤ光源を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、有機ＥＬ光源も好適に用いることができる。

（８）上記実施形態１及び２に係るプロジェクタ１０００，１００２は透過型のプロジェクタであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶装置等のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶装置のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。

（９）上記実施形態１及び２に係るプロジェクタ１０００，１００２においては、３つの液晶装置を用いたプロジェクタを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ、２つ又は４つ以上の液晶装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。

（１０）上記実施形態３に係るプロジェクタ１００４においては、１つのマイクロミラー型光変調装置を用いたプロジェクタを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のマイクロミラー型光変調装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。

（１１）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクタに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクタに適用する場合にも可能である。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００の光学系を示す図。 実施形態１に係る照明装置１００を説明するために示す図。 インテグレータ光学系５０を説明するために示す図。 実施形態２に係るプロジェクタ１００２の光学系を示す図。 実施形態３に係るプロジェクタ１００４の光学系を示す図。

符号の説明

１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…ＬＤ光源、１２ｒ，１２ｇ，１２ｂ，１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂ…発光部、１４…ＬＤ基板、２０，２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，１２０…レンズアレイ、２２…小レンズ、３０，３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ，１３０…導光部材、３２…（導光部材の）光入射面、３４，１３４…（導光部材の）光射出面、４０，４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…音響波供給装置、５０，５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ，７０…インテグレータ光学系、６０…凸レンズ、６２…第１レンズアレイ、６３…第１小レンズ、６４…第２レンズアレイ、６５…第２小レンズ、６６…重畳レンズ、８０…集光レンズ、８２…インテグレータロッド、１００，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ，１０４…照明装置、１１０…ＬＥＤ光源、１１２…発光部、１１４…ＬＥＤ基板、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０，２８４…反射ミラー、２６０…入射側レンズ、２７０，２８２…リレーレンズ、２８０…リレー光学系、２８６，３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶装置、４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂ…入射側偏光板、４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂ…射出側偏光板、４３０…マイクロミラー型光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００，６１０…投写光学系、６１０ａｘ…投写光軸、１０００，１００２，１００４…プロジェクタ、ｇ…ジェル、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (11)

1. 二次元状に配列された複数の発光部を有し、実質的に赤外光を射出しない固体光源と、 光路後段に向けて細くなるような略円錐形状又は略角錐形状を有し、前記固体光源からの光を集光して、略点光源となる小面積の光射出面から当該集光した光を射出する導光部材とを備えることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記固体光源は、各発光部に対応して配設され、各発光部からの光の角度を変換して射出する角度変換素子をさらに有することを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置において、
   前記導光部材の光射出側に配置され、前記導光部材からの光をより均一な強度分布を有する光に変換するインテグレータ光学系をさらに備えることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置において、
   前記導光部材における光射出面の面積は、０．０１ｍｍ^２〜２ｍｍ^２の範囲内であることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置において、
   前記導光部材は、サファイア、水晶又は石英ガラスからなることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、
   前記固体光源は、二次元状に配列された複数の発光部を有するＬＤ光源であることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置において、
   前記固体光源は、二次元状に配列された複数の発光部を有するＬＥＤ光源であることを特徴とする照明装置。
8. 請求項６に記載の照明装置において、
   前記導光部材に配設され、前記導光部材に対して超音波からなる音響波を供給することにより前記導光部材に定在波を形成する音響波供給装置と、
   前記定在波の周期が６０Ｈｚ以上の周波数で変調されるように前記音響波供給装置を制御する制御装置とをさらに備えることを特徴とする照明装置。
9. 請求項８に記載の照明装置において、
   前記音響波供給装置は、前記導光部材に対して密着して配設されていることを特徴とする照明装置。
10. 請求項８に記載の照明装置において、
    前記音響波供給装置は、前記導光部材の媒質の屈折率よりも小さな屈折率を有する超音波良伝達物質を介して前記導光部材に配設されていることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置と、
    前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
    前記電気光学変調装置により変調された光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。