JP2011248327A - 照明装置及びそれを備えた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、複数の光源から出射された光を効率良く合成でき、かつ、光の損失を抑えつつ、出力の大きな光を出射できる照明装置及びそれを備えた投射型表示装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、第１の光源１０１及び第２の光源１０４と、第１の光源１０１及び第２の光源１０４から出射された光を集光する集光レンズ１０３及び１０６と、第１の光源１０１及び第２の光源１０４から出射される光束を折り曲げる直角プリズム１１１及び１１２と、第１の光源１０１及び第２の光源１０４から出射された光を合成する合成ロッドインテグレータ１２０とを備える。直角プリズムの出射面１１８及び１１９と、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１との間には、所定の空気間隙が設けられる。また、集光レンズ１０３及び１０６の焦点１０７及び１０８が、直角プリズムの入射面１１５及び１１６上に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は多灯合成方式でロッドインテグレータを用いた照明装置に関するものであり、特に、映像表示素子を用いた高輝度な投写型表示装置に関するものである。

大画面を表示する一つの方法として、映像信号に応じた光学像を形成する映像素子を光で照明し、その光学像を投写レンズにより投写拡大する投写型表示装置が知られている。映像素子としては、液晶パネルやデジタル・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）が用いられる。このような投写型表示装置では、投写画像の高輝度化に対する要望が強い。

投写型表示装置において投写画像の明るさを向上させるためには、光源に用いるランプの消費電力を大きくすればよい。しかし十分なランプの寿命を確保しつつ、消費電力を大きくすると、発光体の形状が長く、太くなり、光学系の光利用効率が低下するという問題がある。ランプ以外にＬＥＤを用いる場合においては、所定の消費電力より電力を大きくしようとしても、ＬＥＤ自体が許容する電流値の限界が高くなく、光源の寿命を確保することが出来ない。さらにＬＥＤの許容する範囲に発熱を抑えることが困難になる、という問題もある。そこで、ＬＥＤ等の比較的消費電力の小さい複数の光源を用いて上記問題を改善し、投写型表示装置の明るさを効率よく向上させる試みがなされている。

特許文献１では、図６に示す通り、ロッドインテグレータを用いて、２つの光源４０１及び４０２の光出力を合成することで高輝度化を実現している。合成ロッド４０３の入射面４０４に接するように、プリズム４０５及び４０６が配置されている。プリズム４０５と、光源４０１との間には、光源４０１から出射された平行な光が合成ロッド４０３の入射面４０４上に焦点を結ぶように、集光レンズ４０７が配置されている。同様に、プリズム４０６と、光源４０２との間には、光源４０２から出射された平行な光が合成ロッド４０３の入射面４０４上に焦点を結ぶように、集光レンズ４０８が配置されている。光源４０１から出射された光は、集光レンズ４０７を経てプリズム４０５に入射した後、斜面４０９によって反射され、合成ロッド４０３の入射面４０４上にスポットを形成する。同様に、光源４０２から出射された光は、集光レンズ４０８を経てプリズム４０６に入射した後、斜面４１０によって反射され、合成ロッド４０３の入射面４０４上にスポットを形成する。そして、光源４０１及び４０２から出射された光は、合成ロッド４０３内で反射を繰り返すことで、混合される。これによって、合成ロッド４０３の出射面４１１から、均一な照度分布を有する光が出射される。

特許文献２では、図７に示す通り、２つの光源５０１及び５０２から出射された光は、三角プリズム５０３の第１面５０４及び第２面５０５に垂直に入射する。光源５０１から出射された光は、第１面５０４を透過した後、第２面５０５によって全反射され、合成ロッド５０６に入射する。一方、光源５０２から出射された光は第２面５０５を透過後、第１面５０４にて全反射されて合成ロッド５０６に入射する。このとき、全反射された後の光の進行方向が互いに平行になるよう、三角プリズム５０３の頂角は６０゜が望ましいとされている。

特表２００１−５１２５８４号公報 特開２００８−１９１６５３号公報

実際のところ、光源から出射される光には、所定の集光角があることから以下のような課題がある。特許文献１では、プリズム４０５及び４０６に入射した光は、合成ロッド４０３の入射面４０４上に焦点を結ぶ。そのため、入射面４０４上に形成される光源像が入射面４０４に対して十分小さい場合は有効に働くが、光源像が大きくなる光源、つまりアーク長の長い放電ランプや高出力ＬＥＤなどでは入射開口で蹴られてしまうので、十分に光を利用できなかった。特許文献２でも同様に、入射面に対して十分に小さい光源像を形成する光源の場合は問題ないが、光源像が大きい場合や合成ロッドに入射される光の集光角が大きい場合には、光源像を形成する光のうち最周辺近傍の光線を利用することが出来なかった。これらの結果、光源から出射される光を効率良く照明として利用することができないという問題があった。

それ故に、本発明では、複数の光源から出射された光を効率良く合成でき、かつ、光の損失を抑えつつ、出力の大きな光を出射できる照明装置及びそれを備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための照明装置は、複数の光源と、光源から出射された光を集光する複数の集光レンズと、光源の少なくとも１つから出射される光束を折り曲げる直角プリズムと、複数の光源から出射された光を合成する合成ロッドインテグレータとを備える。直角プリズムの出射面と、合成ロッドインテグレータの入射面との間には、所定の空気間隙が設けられる。また、集光レンズの焦点が直角プリズムの入射面上に位置する。

また、上記の照明装置では、光源から出射される光が直角プリズムの入射面に垂直に入射するように構成しても良い。

また、上記の照明装置において、直角プリズムが屈折率１．５以上の高屈折材料で形成しても良い。

また、上記の照明装置では、直角プリズムにおいて入射面、出射面及び斜面以外の２面が平行となるように構成しても良い。

また、上記の照明装置において、以下の条件を満足するように構成しても良い。
｜ｎ１ＳＩＮ（π／２−２θｉ＋ＳＩＮ−1（（ＳＩＮ（θｃ））／ｎ１））｜＜１
ここで、
θｉ：直角プリズムに入射される光束の軸と、直角プリズムの斜面に下ろした垂線とが成す角度
θｃ：集光レンズから出射され、最も大きな角度で直角プリズムの入射面に至る光線と、集光レンズの光軸とがなす角度
ｎ１：直角プリズムの材料の屈折率
である。

ただしθｃは、光軸１０９に対して、時計回りの角度を＋で示し、反時計周りの角度を−で示したとき、−θｃから＋θｃまでの範囲をとる。

また、上記の照明装置において、直角プリズム入射面と入射面に対向する斜面とが成す角を４５度にしても良い。

また、上記の照明装置では、合成ロッドインテグレータに対して、複数の直角プリズムが配置され、複数の直角プリズムの出射面の面積の和は合成ロッドインテグレータの入射面の面積に等しくなるように構成しても良い。

また、上記の照明装置では、直角プリズムに入射する光が紫外線及び赤外線を含まない構成としても良い。

また、上記の照明装置では、複数の光源が固体光源で構成されても良い。

さらに、上記課題を解決するための投写型表示装置は、上記の照明装置と、照明装置から出射された光が入射され、当該入射された光を映像信号に応じて変調する画像表示素子と、画像表示素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える。

本発明によると、光源から出射された光は、直角プリズムの入射面近傍に光源像を形成する。そして、直角プリズムに入射した光は、入射角度を維持しながら、直角プリズム内を通過し、合成ロッドインテグレータの入射面まで伝播される。これによって、複数の光源から出射された光が効率よく合成され、光の損失が少なくかつ出力が大きな光が出射される照明装置およびそれを用いた投射型表示装置を得ることができる。

第１の実施形態に係る照明装置の構成図 図１に示す照明装置の直角プリズム周辺の拡大図 第２の実施形態に係る照明装置の構成図 第２の実施形態に係る投写型表示装置の拡大図 第３の実施形態に係る照明装置の構成図 従来の投写型表示装置に用いる照明装置の構成図 従来の投写型表示装置に用いる照明装置の構成図

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置の構成図であり、図２は、図１に示す照明装置の直角プリズム周辺の拡大図である。

照明装置１は、複数の光源から出射される光を合成して均一な照明を行うものであり、第１の光源１０１及び第２の光源１０４と、集光レンズ１０３及び１０６と、直角プリズム１１１及び１１２と、合成ロッドインテグレータ１２０とを備える。

第１の光源１０１及び第２の光源１０４は、各々、基板上に実装されたＬＥＤよりなる。

集光レンズ１０３は、第１の光源１０１の前方に配置され、第１の光源１０１から出射された光を集光する。集光レンズ１０６は、第２の光源１０４の前方に配置され、第２の光源１０４から出射された光を集光する。ここで、第１の集光レンズ１０３の焦点１０７と、第２の集光レンズ１０６の焦点１０８とは、それぞれ、直角プリズム１１１の入射面１１５上と、直角プリズム１１２の入射面１１６上とに位置する。

直角プリズム１１１は、第１の光源１０１から出射された光を合成ロッドインテグレータ１２０に導く。第１の光源１０１から出射された光は、直角プリズム１１１の入射面１１５に垂直に入射した後、斜面１１３によって折り曲げられる。直角プリズム１１２は、第２の光源１０２から出射された光を合成ロッドインテグレータ１２０に導く。同様に、第２の光源１０４から出射された光は、直角プリズム１１２の入射面１１６に垂直に入射した後、斜面１１４によって折り曲げられる。尚、直角プリズム１１１及び１１２の各々において、斜面１１３及び１１４は、入射面１０７及び１０８に対して、各々正確に４５゜の傾きを有する。また、直角プリズム１１１及び１１２の各々において、入射面、出射面及び斜面以外の２面は平行である。更に、直角プリズム１１１及び１１２は、高屈折率の光学ガラスで形成されている。

合成ロッドインテグレータ１２０は、直角プリズム１１１及び１１２から出射された光を合成する。合成ロッドインテグレータ１２０は、ガラスよりなる四角柱の光学素子である。入射面１２１に対して斜め方向から入射した光は、合成ロッドインテグレータ１２０の内部で全反射を繰り返す。様々な入射角を有する光が全反射を繰り返しながら伝搬することによって合成され、出射面１２２からは強度分布が均一な光が出射される。

このように、合成ロッドインテグレータ１２０内では、全反射を繰り返すことで光が伝搬される。従って、合成ロッドインテグレータ１２０に反射ミラーコートを設ける必要がない。この結果、反射時に光が吸収されることに起因する合成ロッドインテグレータの発熱を抑えることが可能となり、更に、照明装置の製造コストの削減に繋がる。

直角プリズム１１１及び１１２は、それぞれの入射面１１５及び１１６が逆方向を向くように配置されている。また、図２に示すように、直角プリズム１１１の出射面１１８と、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１との間には、所定の空気間隔が設けられている。図示はしていないが、他方の直角プリズム１１２の出射面１１９と合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１との間にも同様に、所定の空気間隔が設けられている。

ここで、直角プリズム１１１の出射面１１８と、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１とが接している場合、大きな入射角で出射面１１８に入射した光は、その入射角をほぼ維持したまま、合成ロッドインテグレータ１２０に入射し、全反射を繰り返した後、出射面１２２から大きな出射角で出射される。したがって、斜面１１３から出射面１１８へと向かう光のうち、入射角が大きな成分が照明として有効に用いられない。

これに対して、本実施形態に係る照明装置１では、直角プリズム１１１の出射面１１８と、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１との間に、直角プリズム１１１より屈折率が低い空気層が存在する。これによって、臨界角より大きな角度で直角プリズム１１１の出射面１１８に入射した光線は、当該出射面１１８によって全反射される。そして、出射面１１８で全反射された光は、斜面１１３や入射面１１５で全反射された後、再度出射面１１８に到達する。このとき、出射面１１８に到達した光は、出射面１１８に対する入射角が臨界角以下になっているため、当該出射面１１８を透過する。そして、出射面１１８を透過した光は、合成ロッドインテグレータ１２０の出射面１２２から比較的小さな出射角で出射されるため、照明として有効に用いられる。このように、直角プリズム１１１１、１１２と合成ロッドインテグレータ１２０との間に空気間隔を設けることによって、本来は照明として有効に用いられない光を、有効に利用できるようになる。

また、第１の集光レンズ１０３の焦点１０７と、第２の集光レンズ１０６の焦点１０８とは、それぞれ、直角プリズム１１１の入射面１１５上と、直角プリズム１１２の入射面１１６上とに位置する。これによって、直角プリズム１１１の入射面１１５と、直角プリズム１１２の入射面１１６上とに形成される光源像が大きくなった場合でも、光源像を形成する光線の全てが、入射面１１５及び１１６に入射することができる。この結果、光源像の大きな光源を利用することができると共に、第１の光源１０１及び第２の光源１０４から出射される光を効率的に用いることができる。

また、直角プリズム１１１の出射面１１８の面積と、直角プリズム１１２の出射面１１９の面積との和は、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１の面積と等しい値に設定されている。これによって、第１の光源１０１及び第２の光源１０４から出射される光は、効率的に合成ロッドインテグレータ１２０に導かれる。

ここで、合成ロッドインテグレータ１２０内において、光源から出射された光を全反射して効率よく導くための望ましい条件について、以下に説明する。

図２において、直角プリズム１１１の出射面１１８に到達する光のうち、光線１２３は、出射面１１８で全反射されないと、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１に非常に大きな角度で入射することになる。このように、非常に大きな入射角で入射面１２１に入射した光線は、照明として有効に用いることができない。尚、図２に記載された他の光線は、斜面１１３によって全反射された後、出射面１１８を透過して合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１に入射する。以上より、光線１２３は、三角柱状プリズム１１１の出射面１１８、斜面１１３で順に全反射された後、出射面１１８で全反射されずに出射面１１８から出射されことが必要である。具体的には、下記の式（１）を満たす必要がある。
｜ｎ１ＳＩＮ（π／２−２θｉ＋ＳＩＮ^-1（（ＳＩＮ（θｃ））／ｎ１）｜＜１ ・・・（１）
ここで、
θｉ：直角プリズム１１１に入射する光束の中心軸と、直角プリズム１１１の斜面に下ろした垂線とが成す角度、
θｃ：集光レンズから出射され、最も大きな角度で直角プリズムの入射面に至る光線と、集光レンズの光軸とがなす角度
ｎ１：前記直角プリズムの材料の屈折率、
である。

尚、集光レンズ１０３から出射される光は集光レンズ１０３の光軸１０９に対して回転対称であるのでθｃは方向性を有する。具体的には、光軸１０９に対して、時計回りの角度を＋で示し、反時計周りの角度を−で示したとき、入射面１２５に入射する光線の角度は−θｃから＋θｃまでの範囲をとる。

ここで、式（１）を満たさない場合は、例えば、図２において、光線１２３が直角プリズム１１１の出射面１１８で最終的に透過せずに全反射し、再度、直角プリズム１１１の入射面１２５から光源側に戻り有効な光とならない。あるいは、直角プリズム１１１の斜面１１３で全反射されずに透過し、合成ロッドインテグレータ１２０に入射しないので無効な光となる。

一方、直角プリズム１１１の出射面１１８と、合成ロッドインテグレータ１２０の入射面１２１との間には、所定の空気間隔が設けられ、かつ、式（１）の関係を満たして直角プリズム１１１及び１１２に入射した光は、全て合成ロッドインテグレータ１２０の出射面１２２から比較的小さな出射角で出射されるため、照明として有効に用いられる。

尚、−θｃのコーン角を有する光線１２４が、合成ロッドインテグレータ１２０に入射した光線１２４’と入射面１２１とが成す角θ１と、＋θｃのコーン角を有する光線１２３が、合成ロッドインテグレータ１２０に入射した光線１２３’と入射面１２１とが成す角θ２とが等しいことが望ましい。

ここで、θｉ、θｃ及びｎ１について、具体的な値を例示して説明する。

θｉ＝４５°、θｃ＝−３０゜〜＋３０゜、ｎ１＝１．８の条件を与えた場合、ｎ１ＳＩＮ（π／２−２θｉ＋ＳＩＮ^-1（（ＳＩＮ（θｃ））／ｎ１）の値は、−０．４８〜＋０．４８となり、その絶対値は０．４８以下となり、式（１）を満たす。従って、この条件では、直角プリズム１１１の出射面１１８から出射される光線は、照明として有効に用いられる。

一方、θｉ＝５５°、θｃ＝−３０゜〜＋３０゜、ｎ１＝１．８の条件を与えた場合、ｎ１ＳＩＮ（π／２−２θｉ＋ＳＩＮ−1（（ＳＩＮ（θｃ））／ｎ１）の値は、−１．０４〜−０．１４となり、その絶対値は１．０４以下となり、式（１）を満たさない。また、θｉ＝３５°、θｃ＝−３０゜〜＋３０゜、ｎ１＝１．８の条件を与えた場合、ｎ１ＳＩＮ（π／２−２θｉ＋ＳＩＮ^-1（（ＳＩＮ（θｃ））／ｎ１）の値は、＋０．１４〜＋１．０４となり、その絶対値は１．０４以下となり、式（１）を満たさない。従って、これらの条件では、直角プリズム１１１の出射面１１８から出射される光線の一部が、照明として有効に用いられなくなる。

以上より、直角プリズム１１１出射面１１８からの出射はθｉ＝４５°で対称の値となることが分かる。従って、本実施形態では、θｉを４５°に設定している。これによって、θｃ及びｎ１の設定範囲をもっとも広くすることができる。この結果、例えば、ロッドインテグレータ、直角プリズム、集光レンズ等の選択や各々のレイアウトに対する自由度が高くなる。

上記の検証は、直角プリズムの入射面１１５に入射する光のうち、合成ロッドインテグレータ１２０に近い位置に入射する光線で行った。一方、直角プリズムの入射面１１５に入射する光のうち、合成ロッドインテグレータ１２０から最も離れた位置に入射した光線１２５は、斜面１１３に反射された後、入射面１１５で全反射されて出射面１１８に至る。当該光線１２５についても、上記の検証と同様の条件を満たすことで、当該光線１２５が照明として有効に利用される。

θｉ、θｃ及びｎ１は上述した値に限定されるものではなく、照明装置の大きさ、照明装置と他部品との干渉、照明装置のコスト、構成部品の入手の容易性などすべてを考慮して設定することが可能である。

尚、本実施形態では光源をＬＥＤで構成したが、放電ランプに楕円形状の反射面を備えたリフレクターランプや、放電ランプに放物面、焦点距離の長い楕円面もしくは集光レンズなどを組み合わせた構成や、レーザー（ＬＤ）光源に集光レンズなどを組み合わせた構成を採用しても良い。ただし、放電ランプである高圧水銀灯などを光源とした場合には、高屈折率材料で構成される直角プリズムが、紫外線や赤外線を吸収して、発熱、熱膨張を起こし、破壊するおそれがある。従って、光源から出射された光が直角プリズムに入射する前に、フィルター等を用いて、光源から出射された光から紫外線や赤外線を除去することが望ましい。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態における照明装置の構成図である。

第２の実施形態に係る照明装置は、赤・緑・青の３色の光から白色光を合成している点で、第１の実施形態と相違する。具体的には、第２の実施形態に係る照明装置は、第１の光源と、第２の光源とを有する。尚、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

第１の光源２０１は、赤色光を発するＬＥＤ２１１と、緑色光を発するＬＥＤ２０２と、青色光を発するＬＥＤ２０９と、ＬＥＤ２０２、２０９及び２１１から出射された光を平行光に変換するコリメータレンズ２０３、２１０及び２１２と、青色光のみを反射する青反射ダイクロイックミラー２０４と、赤色光のみを透過する赤透過ダイクロイックミラー２０５とから構成される。

ＬＥＤ２０２から出射された緑色光は、ＬＥＤ２０２の発光面上に焦点が位置するコリメータレンズ２０３により略平行光に変換される。そして、平行光に変換された緑色光は、青反射ダイクロイックミラー２０４を透過した後、赤透過ダイクロイックミラー２０５で反射される。そして、反射された緑色光は、集光レンズ２０６によって直角プリズム２０７の入射面２３３に集光され、直角プリズム２０７に入射する。ＬＥＤ２０９から出射された青色光は、ＬＥＤ２０９の発光面上に焦点が位置するコリメータレンズ２１０により略平行光に変換される。そして、平行光に変換された青色光は、青反射ダイクロイックミラー２０４で反射された後、赤透過ダイクロイックミラー２０５で反射される。そして、反射された青色光は、集光レンズ２０６によって、緑色光と同様に、直角プリズム２０７の入射面２３３に集光され、直角プリズム２０７に入射する。ＬＥＤ２１１から出射された赤色光は、ＬＥＤ２１１の発光面上に焦点が位置するコリメータレンズ２１２により略平行光に変換される。そして、平行光に変換された赤色光は、赤透過ダイクロイックミラー２０５を透過した後、集光レンズ２０６によって直角プリズム２０７の入射面２３３に集光され、直角プリズム２０７に入射する。

第２の光源２１３は、赤色光を発するＬＥＤ２２２と、緑色光を発するＬＥＤ２１４と、青色光を発するＬＥＤ２２０と、ＬＥＤ２１４、２２０及び２２２から出射された光を平行光に変換するコリメータレンズ２１５、２２１及び２２３と、青色光のみを反射する青反射ダイクロイックミラー２１６と、赤色光のみを透過する赤透過ダイクロイックミラー２１７とから構成される。

ＬＥＤ２１４から出射された緑色光は、ＬＥＤ２１４の発光面上に焦点が位置するコリメータレンズ２１５により略平行光に変換される。そして、平行光に変換された緑色光は、青反射ダイクロイックミラー２１６を透過した後、赤透過ダイクロイックミラー２１７で反射される。そして、反射された緑色光は、集光レンズ２１８によって直角プリズム２３５の入射面２３６に集光され、直角プリズム２３５に入射する。ＬＥＤ２２０から出射された青色光は、ＬＥＤ２２０の発光面上に焦点が位置するコリメータレンズ２２１により略平行光に変換される。そして、平行光に変換された青色光は、青反射ダイクロイックミラー２１６で反射された後、赤透過ダイクロイックミラー２１７で反射される。そして、反射された青色光は、集光レンズ２１８によって、緑色光と同様に、直角プリズム２３５の入射面２３６に集光され、直角プリズム２３５に入射する。ＬＥＤ２２２から出射された赤色光は、ＬＥＤ２２２の発光面上に焦点が位置するコリメータレンズ２２３により略平行光に変換される。そして、平行光に変換された赤色光は、赤透過ダイクロイックミラー２１７を透過した後、集光レンズ２１８によって直角プリズム２３５の入射面２３６に集光され、直角プリズム２３５に入射する。

ここで、照明装置２においても、直角プリズム２０７の出射面２３４及び直角プリズム２３５の出射面２３７と、合成ロッドインテグレータ２３１の入射面２３９との間に所定の空気間隔を有する。また、第１の集光レンズ２０６の集光点２０８と、第２の集光レンズ２１８の集光点２３８とが、それぞれ、直角プリズム２０７の入射面２３３上と、直角プリズム２３５の入射面２３６上とに位置する。

第１の光源２０１及び第２の光源２１３では、図示しない駆動回路により、緑色光を発するＬＥＤ、赤色光を発するＬＥＤ、青色光を発するＬＥＤが、繰り返し順番に点灯される。この結果、合成ロッドインテグレータ２３１の出射面２２４から出射される光によって、単色毎の照明が可能となる。尚、ＬＥＤをすべて駆動して白色光を出力したり、各ＬＥＤの出力を独立して調整することで、緑、赤及び青色以外の色の光を出力することも可能である。

図４は、第２の実施形態に係る投射型表示装置の構成図である。

投射型表示装置２０は、図３に示した照明装置２と、リレーレンズ２２５と、フィールドレンズ２２６と、液晶パネル２２７と、入射偏光板２２８と、出射側偏光板２２９と、投写レンズ２３０とを備える。

合成ロッドインテグレータ２３１の出射面２２４から出射された光は、リレーレンズ２２５及びフィールドレンズ２２６に導かれて、画像表示素子である液晶パネル２２７に入射される。液晶パネル２２７は、入射偏光板２２８及び出射側偏光板２２９で挟まれることで、投射型表示装置内に保持されている。液晶パネル２２７は、外部信号によって、２次元的に配列された画素毎に独立して制御される。これによって、入射偏光板、液晶パネル及び出射側偏光板を通過する光の透過率は、外部信号によって、画素毎に制御される。そして、出射側偏光板を透過した光は、投写レンズ２３０によって、図示しないスクリーン上に画像として投写される。

尚、第２の実施形態では、画像表示素子として液晶パネルを用いたが、反射型デバイスであるデジタル・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）や反射型液晶デバイスを用いても良い。

また、第２の実施形態では、緑色光、青色光及び赤色光の中心軸を揃えるために、ダイクロイックミラーを順に並べたミラー順次タイプを用いたが、ダイクロイックミラーを交差して構成するクロスミラータイプを用いても良い。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態の照明装置の構成図である。

第３の実施形態に係る照明装置３は、直角プリズムを１本のみ用いる点で第１の実施形態と異なる。より詳細には、第２の光源３０４から出射された光は、直角プリズム３１１が設けられていない部分の合成ロッドインテグレータ３２０の入射面３２１に直接入射する。

図５に示すように、照明装置３においても、第１の光源３０１と第２の光源３０４との干渉や、第１の光源３０１から出射される光の光路と、第２の光源３０４から出射される光の光路との干渉を避けることができる。

このように第３の実施形態に係る照明装置３では、第２の光源３０４から出射される光は直に合成ロッドインテグレータ３２０に入射する。この結果、第１の実施形態に比べて、直角プリズムの数を少なくして、照明装置３の製造コストを削減することが可能となる。更に、第２の光源３０４から出射された光には、合成ロッドインテグレータ３２０に入射するまでに、直角プリズムを透過する際の光の内部吸収が発生しないという利点がある。

尚、上記第１〜３の実施形態では、２つの光源を用いているが、光源の数は複数であれば特に限定されず、例えば、第１〜３の実施形態において、３以上の光源を用いても良い。

尚、上記第１及び３の実施形態でも、第２の実施形態と同様に、第１及び３の実施形態に係る照明装置を用いて、投写型表示装置を構成しても良い。

本願発明は、例えば、ＬＥＤ等の比較的消費電力の小さい複数の光源を用いた照明装置及びそれを用いた投写型表示装置に利用することができる。

１０１、２０１、３０１ 第１の光源
１０２、１０５、２０２、２０９、２１１ ＬＥＤ
１０３、１０６、２０３、２０６、２１０、２１２、３０７、３０８ 集光レンズ
１０４、２１３、３０４ 第２の光源
１０７、１０８ 焦点
１１１、１１２、２０７、２３５、３１１ 直角プリズム
１１３、１１４、２１９、２３７ 直角プリズムの斜面
１０９、１１０、２３２ 光軸
１１５、１１６、２０８、２３６ 直角プリズムの入射面
１１８、１１９、２３３、２３９ 直角プリズムの出射面
１２０、２３１、３２０ 合成ロッドインテグレータ
１２１、２３９、３２１ 合成ロッドインテグレータの入射面
１２２、２２４ 合成ロッドインテグレータの出射面
１２３、１２４、１２５ 光線
２０４ 青反射ダイクロイックミラー
２０５ 赤透過ダイクロイックミラー
２２５ リレーレンズ
２２６ フィールドレンズ
２２７ 液晶パネル
２２８ 入射偏光板
２２９ 出射側偏光板
２３０ 投写レンズ
３０９、３１０ 斜面

Claims (10)

1. 複数の光源と、
   前記光源から出射された光を集光する複数の集光レンズと、
   前記光源の少なくとも１つから出射される光束を折り曲げる直角プリズムと、
   前記複数の光源から出射された光を合成する合成ロッドインテグレータとを備え、
   前記直角プリズムの出射面と、前記合成ロッドインテグレータの入射面との間には、所定の空気間隙が設けられ
   前記集光レンズの焦点が前記直角プリズムの入射面上に位置する、照明装置。
2. 前記光源から出射される光は前記直角プリズムの入射面に垂直に入射することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記直角プリズムは屈折率１．５以上の高屈折材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
4. 前記直角プリズムにおいて入射面、出射面及び斜面以外の２面は平行であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
5. 以下の条件を満足する、請求項１に記載の照明装置。
   ｜ｎ１ＳＩＮ（π／２−２θｉ＋ＳＩＮ^-1（（ＳＩＮ（θｃ））／ｎ１））｜＜１
   ここで、
   θｉ：直角プリズムに入射される光束の中心軸と、直角プリズムの斜面に下ろした垂線とが成す角度、
   θｃ：集光レンズから出射され、最も大きな角度で直角プリズムの入射面に至る光線と、集光レンズの光軸とがなす角度
   ｎ１：前記直角プリズムの材料の屈折率
   である。
6. 前記直角プリズムは、入射面と斜面とが成す角度は４５°であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
7. 前記合成ロッドインテグレータに対して、複数の前記直角プリズムが配置され、
   前記複数の直角プリズムの出射面の面積の和は、前記合成ロッドインテグレータの入射面の面積に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
8. 前記直角プリズムに入射する光は紫外線及び赤外線を含まないことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
9. 前記複数の光源は固体光源であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
10. 請求項１に記載の照明装置と、
    前記照明装置から出射された光が入射され、当該入射された光を映像信号に応じて変調する画像表示素子と、
    前記画像表示素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える、投写型表示装置。

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