JP2010511187A - Ｌｅｄ利用照明モジュールを備えた投射型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

照明モジュール及び照明モジュールからの光を投映スクリーン上に投影する少なくとも１つの投映レンズを有する投射型ディスプレイ装置が提供される。照明モジュール（１００）は、少なくとも２つの照明ユニットを有し、各照明ユニットは、発光ダイオードと、発光ダイオードの前に配置された視準ファンネルとから成る。２つのファンネルの出力領域は、互いに少なくとも部分的にオーバーラップしている。このため、光視準及び光混合は、同一構造体内で可能であり、それによりエテンデュー保存型照明モジュールが得られる。

Description

本発明は、照明モジュール及び照明モジュールからの光を投映スクリーン上に投影する少なくとも１つの画像投映レンズを有する投射型ディスプレイ装置に関する。又、本発明は、投射型ディスプレイ装置に用いられる画像光発生システムに関する。

投射型ディスプレイ装置は、画像を投映スクリーン上に投影するディスプレイ装置である。投射型ディスプレイ装置の例としては、例えば、リヤプロジェクション型テレビジョン受信機及びコンピュータ用イメージプロジェクタが挙げられる。

投射型ディスプレイ装置は、１つ又は２つ以上の画像形成デバイスを照明する光源を有するのが典型的である。光源からの照明光は、画像形成デバイスで反射され、又はこれを透過し、この反射光又は透過照明光は、投映レンズ系によりスクリーン上に投影されるのが典型的である。

画像形成デバイスの例としては、透過型及び反射型ＬＣＤパネル、例えばＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon：シリコン上に実装された液晶）パネル、ディジタルマイクロミラーパネル、例えばテキサス州プラノ所在のテキサス・インスツルメント（Texas Instruments）社によって供給されている通称がＤＬＰ（登録商標）のパネルが挙げられる。

現在、ＵＨＰ（超高性能）ランプが、投射型ディスプレイ装置の光源として従来通り用いられている。

しかしながら、発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野における最近の技術進歩により、高輝度ＬＥＤが得られ、将来、ＬＥＤからの輝度は、一段と増大することが見込まれ、それによりＬＥＤを利用した投射型ディスプレイ装置は、ＵＨＰ利用投射型ディスプレイ装置に対する魅力のある代替手段となっている。

画像形成デバイスを照明する光の極限輝度は、ディスプレイ装置のルーメン出力を決定し、画像形成デバイスを照明する光の極限輝度は、照明光のエテンデューに依存し、即ち、光源出力パワーが所与である場合、エテンデューを増加させると、その結果として生じる光は、輝度が低下し、即ち、単位面積当たりに画像形成デバイスを照明する光パワーが減少する。
光源の光線束密度が保存されることが重要である。

光学系のエテンデューεは、公式ε＝Ａ・Ωによって計算され、この式において、Ａは、エミッタ又はレシーバの面積、Ωは、発光又は受光の立体角（単位はステラジアン）である。

次式のように、輝度（Ｂ）は、単位面積（Ａ）当たり且つ単位立体角（Ω）当たりに放出されるルーメンの大きさ（Φ）として定義される。

ＬＥＤ利用投射型ディスプレイ装置が、米国特許出願公開第２００６／０１３９５８０（Ａ１）号明細書に開示されており、光源は、光を光収集システム中に放出する複数個の発光ダイオードを有し、光収集システムは、ＬＥＤからの光を実質的にテレセントリック照明ビームに変換する。ビームは、次に、集積トンネルを通過して実質的に一様な輝度の断面プロフィールを備えたビームを形成する。

米国特許出願公開第２００６／０１３９５８０（Ａ１）号明細書

ＬＥＤは、光を大きな立体角（例えば、ランバートの半球発光）で放出するのが典型的である。このため、ＬＥＤによって放出された光をできるだけ多く収集するために、典型的には並置レンズ又は視準ファンネルから成る光収集システムが、発光ダイオードの各々の前に配置される。しかしながら、この結果、集積トンネルの断面積は、発光ダイオードの面積の合計よりも実質的に大きくなる。
このため、発光ダイオードから集積トンネルへのエテンデューが大幅に増大する。

さらに、集積トンネルから出たビームが実質的に一様な輝度の断面プロフィールを有するようにするために、このトンネルの長さは、相当な長さでなければならず、それにより、コンパクトな投射型ディスプレイ装置を製作する可能性が制限される。

本発明の目的は、この問題を少なくとも部分的に解決すると共に集積トンネルを不要にするＬＥＤ利用投射型ディスプレイ装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、エテンデュー保存型光源を有するＬＥＤ利用投射型ディスプレイ装置を提供することにある。

上記目的及び他の目的は、特許請求の範囲に記載された投射型ディスプレイ装置によって少なくとも部分的に達成される。

本発明者は、少なくとも部分的に互いに嵌合状態で配置され、選択的に透過性及び反射性の側壁を備えた数個の別々の視準器のインテリジェントな又は巧妙な配置を利用した光視準及び混合構造体を用いると、光源のエテンデューを本質的には増大させないで、発光ダイオードからの光を視準すると共に別々の発光ダイオードからの光を本質的に均一に混合することができるということを発見した。

このため、本発明は、第１の態様では、照明モジュール及び照明モジュールからの光を投映スクリーン上に投影する少なくとも１つの投映レンズを有する投射型ディスプレイ装置に関する。

照明モジュールは、少なくとも２つの照明ユニットを有し、各照明ユニットは、対応の発光ダイオードの前に配置された視準ファンネルを有する。

各視準ファンネルは、対応の発光ダイオードに向かって配置された入力領域、入力領域よりも大きい出力領域、及び入力領域と出力領域を互いに連結する側壁を有する。

各視準ファンネルの側壁は、対応の発光ダイオードからの光に対して反射性である。

視準ファンネルの各々の出力領域は、少なくとも２つの視準ファンネルの少なくとも他方の出力領域と少なくとも部分的にオーバーラップしている。

入力領域と少なくとも２つの視準ファンネルの他方の出力領域との間の光路中に配置されている視準ファンネルの各々の側壁の部分は、前記他方の視準ファンネルに対応した発光ダイオードからの光に対して透過性である。

発光ダイオードの各１つからの光を別個の対応の視準ファンネルによって視準するのが良い。別々の視準ファンネルを部分的に互いに嵌合させた状態で配置できるので、全出力面積は、各視準ファンネルの出力面積にファンネルの個数を掛け算して得られた面積よりも小さい。このため、照明モジュールから出た光の輝度（Ｂ）は、全出力面積（Ａ）を小さく保つことができるので高くなる。

さらに、別々のファンネルの出力領域が少なくとも部分的にオーバーラップしているので、良好な光混合が、照明モジュール内で起こる。

本発明で用いられる照明モジュールでは、発光ダイオードからの光は、先行技術の場合のように光を一構造体中で視準させ、次に光を次の構造体中で混合する（又は、その逆の関係が成り立つ）のではなく、同一構造体中で視準すると共に混合する。これにより、本発明の投射型ディスプレイ装置の設計が単純化されることは明らかであり、集積トンネルの必要性が減少し又はそれどころかなくなる。

好ましい実施形態では、本発明の投射型ディスプレイ装置は、照明モジュールと照明モジュールによって照明されるべき記少なくとも１つの投映レンズとの間のビーム路中に配置された画像形成デバイスを更に有する。画像形成デバイスは、照明モジュールからの光を空間変調して投映レンズによって投影されるべき画像光を形成する。

画像形成デバイスは、反射型画像形成デバイスであっても良く、透過型画像形成デバイスであっても良い。画像形成デバイスは、画像形成デバイスを照明する光を部分的に選択的に反射し又は透過し、光（即ち、画像光）の選択的に反射され又は透過された部分が、投影できる画像を形成するようになっている。

本発明の実施形態では、照明モジュールは、少なくとも３つ、例えば少なくとも４つの照明ユニットを有するのが良い。

３つの照明ユニットを有する照明モジュールでは、白色光放出照明モジュール、例えばＲＧＢ（赤色‐緑色‐青色）が得られる。４つの照明ユニットを有する照明モジュールでは、ＲＧＢＡ（赤色‐緑色‐青色‐アンバー）を得ることができる。このような照明モジュールは、可変色性の高い光を生じさせることができる。

本発明の実施形態では、１つの他の照明ユニットの視準ファンネル内に配置された視準レンズの側壁の部分は、他の照明ユニットの発光ダイオードからの光に対して透過性であるダイクロイックフィルタを備えている。

選択的な透過及び反射を取り扱うようフィルタを配置できるので、視準構造体の設計に自由度が与えられる。というのは、フィルタを視準器の側壁を形成する材料上に配置でき又はそれどころか視準器の側壁を形成する材料を構成することができるからである。

選択的反射及び選択的透過を得るため、側壁の上述の部分は、所望の特性を備えたフィルタ材料を備え、典型的にはこれで被覆され、或いはこのようなフィルタ材料から成る。

本発明の実施形態では、ダイクロイックフィルタは、屈折率が互いに異なる２つ又は３つ以上の材料の層を交互に配置したものから成るのが良い。

このようなフィルタは、干渉スタックを利用しており、このようなフィルタは、選択的透過性及び選択的反射性フィルタとして非常に好適である。というのは、これらフィルタは、種々の波長の光を選択的に反射したり透過したりするよう容易に構成でき、又、干渉等波長に対する吸収度が非常に低いからである。

本発明の実施形態では、視準レンズのそれぞれ１つの出力領域は、視準ファンネルの少なくとも他方の出力領域と完全にオーバーラップしている。

視準器の出力領域が完全にオーバーラップしている場合、光源からの光の全ては、光を生じさせている照明ユニットの発光ダイオードがどれであるかにかかわらず、同一領域を通って視準構造体から出ることになる。このため、光の形状、方向及び強度断面は、照明ユニットの発光ダイオード全てについて本質的に同一である。これにより、非常に良好な色混合が得られる。

本発明の実施形態では、光集積光学素子を照明モジュールと少なくとも１つの投映レンズとの間のビーム路中に配置するのが良い。該当する場合には、光集積光学素子は、照明モジュールと画像形成デバイスとの間でビーム路中に配置される。

照明モジュールからの光を一段と集積するために必要ならば集積光学素子を用いるのが良く、その結果、強度及び色分布は、照明モジュールからの光ビームの断面全体にわたり本質的に均一である。

例えば、光集積光学素子は、フライアイ型インテグレータであるのが良い。

フライアイ型インテグレータを用いると、照明モジュールからの光ビームの断面の特定の部分からの光を本質的に投映レンズ全体上に又は存在している場合には画像形成デバイス上に投影することができ、その結果、投映レンズ又は画像形成デバイスの非常に一様な照明が得られる。

本発明の実施形態では、光集積光学素子は、照明モジュール上に配置された集積トンネルであるのが良い。

照明モジュール上に直接配置された集積トンネルは、非常にコンパクトな構造体から非常に一様な強度及び色の分布を生じさせる。

本発明は又、第２の態様では、本明細書において説明した照明モジュール及び照明モジュールによって照明され、照明モジュールからの光を空間変調して画像光を形成するよう構成された画像形成デバイスを有する投射型ディスプレイ装置用の画像光発生システムに関する。

次に、本発明の現時点において好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して本発明の上記態様及び他の態様について詳細に説明する。

本発明の投射型ディスプレイ装置に用いられる照明モジュールの一実施形態を示す図である。 本発明の投射型ディスプレイ装置に用いられる照明モジュールの別の実施形態を示す図である。 本発明の投射型ディスプレイ装置に用いられる照明モジュールの更に別の実施形態を示す図である。 本発明の投射型ディスプレイ装置の一実施形態を示す図である。 本発明の投射型ディスプレイ装置の別の実施形態を示す図である。 本発明の投射型ディスプレイ装置の更に別の実施形態を示す図である。

本発明は、一態様では、照明モジュール及び照明モジュールからの光を投映スクリーン上に投影する少なくとも１つの投映レンズを有する投射型ディスプレイ装置に関する。代表的には、投射型ディスプレイ装置は、照明モジュールと少なくとも１つの投映レンズとの間でビーム路中に配置された画像形成デバイスを更に有する。

本発明は、別の態様では、投射型ディスプレイ装置用の画像形成システムに関する。このような画像形成システムは、照明モジュール及び照明モジュールからの光によって照射され、照明光を、次に投映スクリーン上に投射可能な画像光に空間変調するよう構成された画像形成デバイスを有する。

このため、照明システム及び画像形成デバイスに関する本明細書における説明は、投射型ディスプレイ装置と画像光発生システムの両方に当てはまる。

代表的な投射型ディスプレイ装置では、１つ又は２つ以上の光源からの照明光は、１つ又は２つ以上の画像形成デバイスに入射する（即ち、照明する）。しかる後、画像形成デバイスからの光は、投映スクリーン上に投射される。画像形成デバイスは、透過型デバイスであるのが良く、この場合、画像形成デバイスを透過した光は、投映スクリーン上に投射され、或いは、変形例として、画像形成デバイスは、反射型画像形成デバイスであっても良く、この場合、画像形成デバイスで反射された光は、投映スクリーン上に投影される。

画像形成デバイスからの光は、代表的には、画像形成デバイスと投映スクリーンとの間に配置された投映光学素子、例えばレンズ系によって投影される（合焦されて差し向けられる）。

画像形成デバイスを適切に照明するために、照明モジュールと画像形成デバイスとの間でビーム路中に光学要素、例えばリレーレンズ系、光インテグレータ等を配置するのが良い。

反射型の画像形成デバイスとしては、ＬＣＤ型のもの、例えばＬＣｏＳ（シリコン上に実装された液晶）又はディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）型のもの、例えばＤＬＰ（登録商標）並びに画像形成デバイスによって選択的に反射された光が画像光を構成する当業者に知られている他の任意の形式のものが挙げられるが、これらには限定されない。

透過型の画像形成デバイスとしては、画像形成デバイスを選択的に透過した光が画像光を構成する透過型液晶セルが挙げられるが、これには限定されない。

以下の説明は、ＬＣＤ型とＤＭＤ型の画像形成デバイスに関するが、本発明の範囲をこれら２つの形式の画像形成デバイスにのみ限定するものではなく、本明細書において説明する照明モジュールは、投射型システムにより投影された画像を形成する他の形式のデバイスに使用できる。

次に、図１ａを参照して照明モジュールを詳細に説明するが、図１ａは、各々が発光ダイオード及び視準ファンネルから成る２つの照明ユニットを有する単純化された実施形態を示している。

当業者であれば認識されると共に以下に説明するように、照明モジュールの好ましい実施形態では、照明モジュールは、３つ以上の発光ダイオード及び３つ以上の視準器、例えば３つ、４つ又は５つの発光ダイオード及び視準器に極めて好ましい。

本発明の投射型ディスプレイ装置又は画像発生システムに用いるのに適した照明モジュール１００は、第１の照明ユニット１０３及び第２の照明ユニット１０４を有している。

照明ユニット１０３，１０４の各々は、発光ダイオード１１３，１１４の前に対応関係をなして配置された視準ファンネル１３０，１４０を有している。

本明細書で用いる「〜の前に」及び「〜の後ろに」という用語は、本発明のディスプレイ装置を通る光の主方向に配置された或る１つの物体と別の物体の相対位置を説明するための相対的な用語であり、光の主方向は、光源から、光源からの光が最終的に照明する投映スクリーンに向かう方向である。

光源は、複数個の発光ダイオード１１３，１１４によって構成され、これら発光ダイオードは、互いに異なる波長スペクトルの光を放出し、即ち、互いに異なる色又は色温度の光を放出する。

第１の発光ダイオード１１３は、第１の波長スペクトル（例えば、第１の色）の光を放出し、第２の発光ダイオード１１４は、第２の波長スペクトル（例えば、第２の色）の光を放出する。

発光ダイオード１１３，１１４は、代表的には、基板（図示せず）上に並んで配置され、光を基板の法線に沿う平均方向を持つ本質的に同一の全体的方向に放出する。

複数個の発光ダイオードは、代表的には別個独立にアドレス指定可能であり、したがって照明モジュール１００内の第１の発光ダイオード１１３からの光の強度を第２の発光ダイオード１１４からの光の強度とは別個独立に制御することができるようになっている。

本明細書で用いる「発光ダイオード」という用語は、種々のあらゆる形式の発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、このようなＬＥＤとしては、有機系ＬＥＤ、例えばポリマー系ＬＥＤや無機系ＬＥＤが挙げられ、これらＬＥＤは、動作モードでは、紫外光から赤外光までの任意の波長又は波長間隔の光を放出する。発光ダイオードは又、本願との関係において、レーザダイオード、即ちレーザ光を放出する発光ダイオードを含む。

発光ダイオード１１３，１１４の各々の前には、光視準ファンネル１３０，１４０が配置され、このような光視準ファンネルは、その対応の発光ダイオード１１３，１１４によって放出された光の少なくとも一部を受け取り、この受け取った光を視準するようになっている。

本明細書で用いる「視準器」及び「視準ファンネル」という用語は、電磁（ＥＭ）放射線、例えばＵＶからＩＲまでの光を受け取り、そして受け取ったＥＭ放射線の角度的拡がりを減少させることができる光学要素を意味している。

視準ファンネル１３０，１４０の各々は、受け入れ領域１３１，１４１、出力領域１３２，１４２及び受け入れ領域と出力領域をそれぞれ互いに連結する側壁１３３，１４３を有している。出力領域１３２，１４２は、それぞれ対応の受け入れ領域１３１，１４１よりも大きい。

側壁１３３，１４３は、受け入れ領域１３１，１４１から出力領域１３２，１４２に向かって外方に全体としてテーパしている。このため、視準器１３０，１４０の各々は、ファンネル（漏斗）のような形をしている。

第１の視準ファンネル１３０は、第１の照明ユニットを形成するよう第１の発光ダイオード１１３の前に配置されている。第１の視準ファンネル１３０の側壁１３３は、第１の発光ダイオード１１３からの光に対して反射性である。このため、第１の発光ダイオードからの光は、第１の視準ファンネル中で視準される。

第２の視準ファンネル１４０が、第２の発光ダイオード１１４の前に配置されている。第２の視準ファンネルの側壁１４３は、第２の発光ダイオード１１４からの光に対して反射性である。このため、第２の発光ダイオードからの光は、第２の視準ファンネル中で視準される。

第１の視準ファンネル１３０の出力領域１３２は、第２の視準ファンネル１４０の出力領域１４２とオーバーラップしている。

このため、第１の視準ファンネルの側壁１３３の一部分１３５は、第２の視準器１４０内に配置され、即ち、第２の視準ファンネル１４０の受け入れ領域１４１と出力領域１４２との間で光路中に配置され、その結果、第２の視準ファンネル１４０の側壁１４３の一部分１４５は、第１の視準ファンネル１３０内に配置されている。

第２の視準ファンネル１４０内に、特に、受け入れ領域１４１と出力領域１４２との間のビーム路中に配置された第１の視準ファンネル１３０の側壁１３３の部分１３５は、これが第２の発光ダイオード１１４からの光に対して透過性であり、即ち、第２の波長スペクトルの光に対して透過性であるが第１の発光ダイオード１１３からの光に対しては反射性であり、即ち第１の波長スペクトルの光に対しては反射性であるように配置されている。

同様に、第１の視準ファンネル１３０内に、特に、受け入れ領域１３１と出力領域１３２との間のビーム路中に配置された第２の視準ファンネル１４０の側壁１４３の部分１４５は、これが第１の発光ダイオード１１３からの光に対して透過性であり、即ち、第１の波長スペクトルの光に対して透過性であるが第２の発光ダイオード１１４からの光に対しては反射性であり、即ち第２の波長スペクトルの光に対しては反射性であるように配置されている。

その結果、第１の発光ダイオード１１３からの光は、第１の視準ファンネル１３０がたとえ部分的に第２の視準ファンネル１４０内に配置されていても、第２の発光ダイオード１１３の光とは本質的に無関係に視準されることになり、又この逆の関係が成り立つ。

部分１３５，１４５の選択的透過特性及び反射特性は、側壁のこれら部分に或る１つの色の光を反射するが、別の色の光を透過させるフィルタを設けることによって達成できる。

或る１つの波長スペクトルの光に対しては透過性であり、別の波長スペクトルに対しては反射性であるようなフィルタは、例えばダイクロイックフィルタという総称で知られている。本明細書で用いる「ダイクロイックフィルタ」という用語は、１つ又は２つ以上の波長又は波長範囲の電磁放射線を反射し、他の波長又は波長範囲の放射線を透過するフィルタを意味している。

ダイクロイックフィルタは、高域型であっても良く、低域型であっても良く、帯域型であっても良く、帯域阻止型であっても良い。

本発明に用いられるダイクロイックフィルタの好ましい例としては、いわゆる干渉スタックが挙げられる。干渉スタックは、屈折率及び（又は）厚さの互いに異なる材料の層を交互に配置したものから成る多層スタックである。

干渉スタックの一例は、Ｔａ₂Ｏ₅の層とＳｉＯ₂の層を交互に配置したものから成り、各層の厚さは、代表的には、空気の波長の１／４を屈折率で除算した値にほぼ等しく、空気の波長は、ダイクロイックフィルタが反射する光の主波長に等しい。

当業者に知られ、本発明に用いるのに適したダイクロイックフィルタの他の例は、コレステリック結晶、いわゆるフォトニック結晶又はホログラフィック層を利用したこのようなフィルタである。

さらに、ダイクロイックフィルタは、非理想型であって良く、即ち、フィルタが光を反射する波長範囲の光の１００％を反射しなくても良く且つ（或いは）フィルタが光を透過する波長範囲の光の１００％を透過しなくても良い。

「第１の波長スペクトルの光に対して反射性であるが第２の波長スペクトルの波長に対しては透過性であるフィルタ」という表現は、「第１の波長スペクトルの光を少なくとも部分的に反射し、第２の波長スペクトルの光を少なくとも部分的に透過するフィルタ」である。

さらに、このようなフィルタは、２つの波長スペクトルの光を反射する一方で、第３の波長スペクトルを透過し、例えば、赤色光及び緑色光を反射する一方で、青色光を透過するよう設計されているのが良い。

代表的には、フィルタは、側壁に施された被膜として具体化されるが、それ自体側壁を構成していても良い。

少なくとも１つの波長間隔の光に対して反射性である視準器の側壁は、自立型壁要素、２つの固体相互間のインタフェース又は固体とその周りの雰囲気との間のインタフェースによって構成されても良い。

本発明に用いられる照明モジュールの好ましい実施形態では、光源は、多くの互いに異なる色の光を生じさせることができる。したがって、光源は、３つ又は４つ以上の色の光を放出する３つ又は４つ以上の発光ダイオードを有することが好ましい。このような照明ユニットの例としては、例えば赤色光、緑色光及び青色光並びにこれらの任意の組み合わせを放出することができる三色照明ユニット、例えば赤色光、緑色光、青色光及びアンバ色光並びにこれらの任意の組み合わせを放出することができる４色照明ユニット、例えば赤色光、黄色光、緑色光、青緑色光及び青色光並びにこれらの任意の組み合わせを放出することができる５色照明ユニットが挙げられる。

照明モジュールの上述の実施形態は、図１ｂに示されているように３つ又は４つ以上の照明ユニットを有するよう改造可能であり、この場合、第３の発光ダイオード１１５及び第３の視準ファンネル１５０から成る第３の照明ユニット１０５も又設けられる。上述の２つの視準ファンネル１３０，１４０の場合と同様、第３の視準ファンネルの側壁１５３は、視準ファンネルの別の１つの中に配置された部分１５５が、その別の視準ファンネルに対応した発光ダイオードからの光に対して透過性であるように配置されている。

本発明に用いられる好ましい実施形態としての照明モジュール２００が、図２に示されている。照明モジュール２００は、４つの別個独立にアドレス指定可能な発光ダイオード２１１，２１２，２１３，２１４を有し、各発光ダイオードは、２×２ＬＥＤマトリックスの状態に並んで配置され、例えばＲＧＢＡ（赤色、緑色、青色、アンバ）ＬＥＤチップを形成する別個の波長スペクトル（即ち、色）の光を放出し、照明モジュール２００は、光源の前に配置された視準構造体を更に有している。

視準構造体２２０は、第１のＶ字形異形面２３０及び第２のＶ字形異形面２４０を有し、この第２のＶ字形異形面は、４本の別々の交線２５１，２５２，２５３，２５４を形成するよう第１のＶ字形異形面２３０と交差している。

Ｖ字形異形面２３０，２４０の各々は、第１のレッグ２３１，２４１、第２のレッグ２３２，２４２及び第１のレッグ２３１，２４１を第２のレッグ２３２，２４２に連結しているエッジ２３５，２４５を有している。

Ｖ字形異形面２３０，２４０のエッジ２３５，２４５は、光視準要素２２０の光受け入れ側２２１に向かって、即ち、発光ダイオードに向かって配置されている。

第１の異形面２３０の第１のレッグ２３１は、第１の発光ダイオード２１１及び第２の発光ダイオード２１２の前に配置されている。第１の異形面２３０の第２のレッグ２３２は、第３の発光ダイオード２１３及び第４の発光ダイオード２１４の前に配置されている。

第２の異形面２４０の第１のレッグ２４１は、第１の発光ダイオード２１１及び第３の発光ダイオード２１３の前に配置されている。第２の異形面２４０の第２のレッグ２４２は、第２の発光ダイオード２１２及び第４の発光ダイオード２１４の前に配置されている。

さらに、第１の発光ダイオード２１１は、第１の異形面２３０の第１のレッグ２３１と第２の異形面２４０の第１のレッグ２４１との間で交線２５１の後ろに配置されている。第２の発光ダイオード２１２は、第１の異形面２３０の第１のレッグ２３１と第２の異形面２４０の第２のレッグ２４２との間で交線２５２の後ろに配置されている。第３の発光ダイオード２１３は、第１の異形面２３０の第２のレッグ２３２と第２の異形面２４０の第１のレッグ２４１との間で交線２５３の後ろに配置されている。第４の発光ダイオード２１４は、第１の異形面２３０の第２のレッグ２３２と第２の異形面２４０の第２のレッグ２４２との間で交線２５４の後ろに配置されている。

第１のＶ字形異形面２３０の第１のレッグ２３１は、第１及び第２の発光ダイオード２１１，２１２によって放出された光に対して透過性であるが、第１及び第２の発光ダイオードと反対側に位置するダイオード、即ち、第３及び第４の発光ダイオード２１３，２１４によって放出された光に対しては反射性である。

第１のＶ字形異形面２３０の第２のレッグ２３２は、第３及び第４の発光ダイオード２１３，２１４によって放出された光に対して透過性であるが、第３及び第４の発光ダイオードと反対側に位置するダイオード、即ち、第１及び第２の発光ダイオード２１１，２１２によって放出された光に対しては反射性である。

第２のＶ字形異形面２４０の第１のレッグ２４１は、第１及び第３の発光ダイオード２１１，２１３によって放出された光に対して透過性であるが、第２及び第４の発光ダイオード２１２，２１４によって放出された光に対しては反射性である。

第２のＶ字形異形面２４０の第２のレッグ２４２は、第３及び第４の発光ダイオード２１２，２１４によって放出された光に対して透過性であるが、第１及び第３の発光ダイオード２１１，２１３によって放出された光に対しては反射性である。

Ｖ字形異形面のレッグは、その広がり全体にわたり透過及び反射に関して同一の特性を備える必要はない。例えば、フィルタは、レッグの互いに異なる領域において幾つかの互いに異なる特性を有することが可能である。

第１の発光ダイオード２１１からの光は、第１のＶ字形異形面２３０の第１のレッグ２３１を通過すると共に第２のＶ字形異形面２４０の第１のレッグ２４１を通過するが、第１のＶ字形異形要素の第２のレッグ２３２及び第２のＶ字形異形要素１３０の第２のレッグ２４２に対しては反射されることになる。第１のＶ字形異形要素の第２のレッグ２３２及び第２のＶ字形異形要素１３０の第２のレッグ２４２は、第１の発光ダイオード２１１から遠ざかる方向に傾斜しているので、その光は、これらで反射されて視準構造体２２０の出力側２２２に向けられ、この発光ダイオードからの光は、視準されることになる。

視準構造体の垂直側部を包囲してジャケット２６０が配置されている。このため、視準構造体を出た光の本質的全てが、出力側２２２を通過することになる。デバイスの光利用効率を一段と増大させるためには、ジャケット２６０の内面は、このような側壁に当たった光が反射されて視準構造体２２０中に戻され、最終的に出力側２２２を通って視準構造体から出るよう反射性であるのが良い。このような反射性内面は、最も高い効率を得るのに好ましくは全スペクトル反射性である。

第１の発光ダイオード２１１からの光を視準する第１の視準ファンネルは、第１のＶ字形異形面の第２のレッグ２３２、第２のＶ字形異形面の第２の壁又はレッグ２４２及びジャケット２６０の内壁によって形成され、第１のファンネルは、第１の発光ダイオード２１１と一緒になって、第１の照明ユニットを形成している。

第２の発光ダイオード２１２からの光を視準する第２の視準ファンネルは、第１のＶ字形異形面の第２のレッグ２３２、第２のＶ字形異形面の第１のレッグ２４２及びジャケット２６０の内壁によって形成され、第２のファンネルは、第２の発光ダイオード２１２と一緒になって、第２の照明ユニットを形成している。

第３の発光ダイオード２１３からの光を視準する第３の視準ファンネルは、第１のＶ字形異形面の第１のレッグ２３１、第２のＶ字形異形面の第２のレッグ２４２及びジャケット２６０の内壁によって形成され、第３のファンネルは、第３の発光ダイオード２１３と一緒になって、第３の照明ユニットを形成している。

第４の発光ダイオード２１４からの光を視準する第４の視準ファンネルは、第１のＶ字形異形面の第１のレッグ２３１、第２のＶ字形異形面の第１のレッグ２４２及びジャケット２６０の内壁によって形成され、第４のファンネルは、第４の発光ダイオード２１４と一緒になって、第４の照明ユニットを形成している。

４つ全ての発光ダイオードからの光は、本質的に互いに別個独立に視準され、そして光視準構造体２２０の出力側２２２を通って光視準構造体２２０から出る。４つ全ての発光ダイオードからの光は、同一の領域を通って視準構造体から出るので、良好な色混合が行われる。視準及び混合は、同一構造体内で行われる。

以下において、本発明の投射型ディスプレイ装置について説明する。当業者であれば認識されるように、本発明において特定され、上述の例には限定されない任意の照明モジュールは、以下に説明する次の投射型ディスプレイ装置の任意のものに使用できる。

一実施形態としての投射型ディスプレイ装置３００が、図３に示されており、この投射型ディスプレイ装置は、本明細書において説明したような照明モジュール３０１及び透過型ＬＣ（液晶）利用画像形成デバイス３０２を有し、これらは一緒になって、画像光発生システムを形成している。

照明モジュールは、光を選択的に透過させる画像形成デバイス３０２を照明する。

投射型ディスプレイ装置３００は、照明モジュール３０１からの光放出を制御すると共に画像形成デバイス３０２を通る光の透過を制御する１つ又は２つ以上の制御ユニット３０３を更に有している。

ディスプレイ装置３００は、画像形成デバイス３０２を透過した光を投映スクリーン３０５上に合焦させる投映レンズ系３０４を更に有している。

別の実施形態としての投射型ディスプレイ装置４００が、図４に示されており、この投射型ディスプレイ装置は、本明細書において説明したような照明モジュール４０１及び反射型ＬＣｏＳ（シリコン上に実装された液晶）利用画像形成デバイス４０２を有している。

ディスプレイ装置４００は、照明モジュール４０１からの光放出を制御すると共にＬＣｏＳデバイス４０２の画素のオンオフ状態を制御する１つ又は２つ以上の制御ユニット４０３を更に有している。

照明モジュール４０１からの光は、一連のリレー光学素子４０４及び偏光ビームスプリッタ４０５を介してＬＣｏＳデバイス４０２を照明する。ビームスプリッタからの光は、直線偏光され、オン状態のＬＣｏＳデバイスの画素に関して、光は、逆偏光のビームスプリッタ４０５内に反射される。この反射光は、ビームスプリッタ４０５を通過して投映レンズ系４０７を介して投映スクリーン４０６に向かって進む。

さらに別の実施形態としての投射型ディスプレイ装置５００が、図５に示されており、この投射型ディスプレイ装置は、本明細書において説明したような照明モジュール５０１及び反射型ディジタルマイクロミラー（ＤＭＡ）利用画像形成デバイス５０２を有している。

ディスプレイ装置５００は、照明モジュール５０１からの光放出を制御すると共にＬＣｏＳデバイス５０２の画素のオンオフ状態を制御する１つ又は２つ以上の制御ユニット５０３を更に有している。

照明モジュール５０１からの光は、一連のリレー光学素子５０４及びミラー５０５を介してＤＭＡデバイス５０２を照明する。

オン状態のＤＭＤデバイスの画素に関して、光は、反射され、投映レンズ系５０７を介して投映スクリーン５０６に向かって進む。

さらに、この実施形態に示されているが、本発明の投射型ディスプレイの実施形態の全てに利用できることとして、光集積光学素子５０８を照明モジュール５０１と画像形成デバイス５０２との間の光路中に配置することができる。光集積光学素子５０８の機能は、必要ならば、照明モジュールからの光を一段と均一にすることにあり、その結果、本質的に画像形成デバイス全体を同一強度及び同一カラーコンテントの光で照明できるようになる。好ましい実施形態では、光集積光学素子５０８は、フライアイ型インテグレータから成る。フライアイ型インテグレータは、代表的には、それ自体の法線がそれ自体を通る光の方向に沿って整列した平面上に配置されているレンズ５０９の少なくとも１つの第１のアレイを有し、代表的には、更に、第１のアレイ５０９の前に配置された第２のこのようなアレイ５１０を有している。２つのレンズアレイ５０９，５１０相互間の距離は、本質的に、アレイのレンズの焦点距離に一致する。レンズアレイ５０９，５１０の前には、焦点距離Ｆが画像形成デバイスまでの距離に一致した収束レンズ又はレンズ系５１１が配置されている。この形態では、第１のレンズアレイ５０９の各レンズは、照明モジュールから出た光の或る特定の部分を選び出し、この部分をマイクロディスプレイパネル全体上に投影する。

これがうまくいくようにするため、照明モジュールを出てフライアイ型インテグレータに入る光の角度的拡がりは、十分に小さく、代表的には、約３０°未満であることが必要である。３０°未満の角度的拡がりは、本発明に用いられている照明モジュールによって容易に得ることができる。このため、照明モジュールとインテグレータとの間で光路中に配置されるべき追加の視準光学素子が絶対に必要であるというわけではない。

変形例として、照明モジュールからの光を一段と均一にするために、集積トンネル、即ち反射性側壁を備えた透過型トンネル（中空又は透過材料で作られている）を有する集積光学素子を照明モジュールの前に例えば照明モジュールに取り付けて配置しても良い。

このような集積トンネルは、トンネルの側壁が互いに平行な円筒形の形をしていても良く、或いは、ファンネルのような形をしていても良く、その結果、トンネルの断面は、照明モジュールからの距離につれて増大するようになる。ファンネル状トンネルを用いることにより、光の視準度を一段と調整して画像形成デバイスのサイズに良好にマッチさせることができると共に（或いは）投映レンズの受光角に良好にマッチさせることができる。

当業者であれば認識されるように、本発明は、上述の好ましい実施形態には何ら限定されない。それとは逆に、多くの改造及び変形が、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で可能である。例えば、上述の実施形態を記載した図では、視準器の側壁は、側壁の表面と基板の法線とのなす角度が一定であるという意味で、基板からの距離とは無関係に、真っ直ぐであるものとして示されている。

しかしながら、本発明は、これには限定されない。事実、場合によっては、側壁の表面と基板の法線とのなす角度が、基板からの距離につれて変化し、特に減少することが有利な場合がある。例えば、視準器の側壁は、視準器の断面がパラボラ（放物線）の断面に似るように湾曲状態であるのが良い。このような一例は、合成二次曲面型視準器と通称されている形状の視準器である。このような形式の視準器の場合、同一の視準度を得るためには、視準器の高さを直線壁型視準器と比較して減少させるのが良い。このため、上述の実施形態の１つと関連して上記において用いられた「Ｖ字形異形面」という用語は又、「Ｕ字形異形面」を含むべきであることが考えられる。

さらに、図示すると共に上述した投射型ディスプレイ装置の実施形態は、本発明に用いられている照明モジュールを用いることができる投射型ディスプレイ装置の例示であるに過ぎない。当業者であれば認識されるように、本発明の範囲は、本明細書において説明したような照明モジュールが画像形成デバイスを照明するよう用いられる全ての投射型ディスプレイ装置を含む。

Claims (11)

1. 照明モジュール及び前記照明モジュールからの光を投映スクリーン上に投影する少なくとも１つの投映レンズを有する投射型ディスプレイ装置であって、
   前記照明モジュールが、少なくとも２つの照明ユニットを有し、各照明ユニットは、対応の発光ダイオードの前に配置された視準ファンネルを有し、
   各視準ファンネルは、前記対応の発光ダイオードに向かって配置された入力領域、前記入力領域よりも大きい出力領域、及び前記入力領域と前記出力領域を互いに連結する側壁を有し、
   各視準ファンネルの前記側壁は、前記対応の発光ダイオードからの光に対して反射性であり、
   前記視準ファンネルの各々の前記出力領域は、前記少なくとも２つの視準ファンネルの少なくとも他方の出力領域と少なくとも部分的にオーバーラップし、
   前記入力領域と前記少なくとも２つの視準ファンネルの他方の前記出力領域との間の光路中に配置されている前記視準ファンネルの各々の側壁の部分は、前記他方の１つの視準ファンネルに対応した前記発光オードからの光に対して透過性である、
   ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
2. 前記照明モジュールと前記照明モジュールによって照明されるべき記少なくとも１つの投映レンズとの間のビーム路中に配置された画像形成デバイスを更に有し、前記画像形成デバイスは、前記照明モジュールからの光を空間変調して前記投映レンズによって投影されるべき画像光を形成する、
   請求項１記載の投射型ディスプレイ装置。
3. 前記照明モジュールは、少なくとも３つ、例えば少なくとも４つの照明ユニットを有する、
   請求項１又は２記載の投射型ディスプレイ装置。
4. 前記視準レンズの前記側壁の前記部分は、前記他の照明ユニットの前記発光ダイオードからの光に対して透過性であるダイクロイックフィルタを備えている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の投射型ディスプレイ装置。
5. 前記ダイクロイックフィルタは、屈折率が互いに異なる２つ又は３つ以上の材料の層を交互に配置したものから成る、
   請求項４記載の投射型ディスプレイ装置。
6. 前記視準レンズのそれぞれ１つの前記出力領域は、前記視準ファンネルの少なくとも他方の前記出力領域と完全にオーバーラップしている、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の投射型ディスプレイ装置。
7. 光集積光学素子が、前記照明モジュールと前記少なくとも１つの投映レンズとの間のビーム路中に配置されている、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の投射型ディスプレイ装置。
8. 前記光集積光学素子は、フライアイ型インテグレータから成る、
   請求項７記載の投射型ディスプレイ装置。
9. 前記光集積光学素子は、前記照明モジュール上に配置された集積トンネルから成る、
   請求項７記載の投射型ディスプレイ装置。
10. 前記照明モジュールは、四角形配列状態の４つの光源と、前記光源の前に配置された視準構造体とを有し、前記視準構造体は、前記光源からの光を受け入れる受け入れ側及びこれと反対側の出力側を有し、
    前記視準構造体は、２つの互いに交差したＶ字形異形面を有し、前記Ｖ字形異形面のエッジは、前記受け入れ側に向かって配置され、
    前記視準構造体は、前記光源の各々が前記２つのＶ字形異形面相互間の別々の交線の後ろに配置されるよう前記光源の前に配置され、
    前記Ｖ字形異形面の各レッグは、前記レッグの後ろに配置された一対の隣り合う光源からの光に対して透過性であるが反対側の対をなす隣り合う光源からの光に対しては反射性であるダイクロイックフィルタを備えている、
    請求項１ないし９のいずれか１項に記載の投射型ディスプレイ装置。
11. 照明モジュール及び前記照明モジュールによって照明され、前記照明モジュールからの光を空間変調して画像光を形成するよう構成された画像形成デバイスを有する投射型ディスプレイ装置用の画像光発生システムであって、前記照明モジュールは、
    少なくとも２つの照明ユニットを有し、各照明ユニットは、対応の発光ダイオードの前に配置された視準ファンネルを有し、
    各視準ファンネルは、前記対応の発光ダイオードに向かって配置された入力領域、前記入力領域よりも大きい出力領域、及び前記入力領域と前記出力領域を互いに連結する側壁を有し、
    各視準ファンネルの前記側壁は、前記対応の発光ダイオードからの光に対して反射性であり、
    前記視準ファンネルの各々の前記出力領域は、前記少なくとも２つの視準ファンネルの少なくとも他方の出力領域と少なくとも部分的にオーバーラップしており、
    前記入力領域と前記少なくとも２つの視準ファンネルの他方の前記出力領域との間の光路中に配置されている前記視準ファンネルの各々の側壁の部分は、前記１つの他の視準ファンネルに対応した前記発光オードからの光に対して透過性である、
    ことを特徴とする画像光発生システム。

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