JP4550721B2 - 照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置 - Google Patents

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に広く採用されている。

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時に、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っていることと、各色相の光を合成するための構成とが要求される。

図１は、従来照明ユニットの光学的配置を示した図である。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２ＬＥＤ２光源１２及び第３ＬＥＤ光源１３と、この第１ＬＥＤ光源１１、第２ＬＥＤ２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るトリクロイック（ｔｒｉｃｈｒｏｉｃ）プリズム２０とを備える。

トリクロイックプリズム２０は、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、第１プリズムＰ_１で入射された第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を透過して進行する。そして、第２光Ｇは、第２カラーフィルタ２１及び第１カラーフィルタ２１を順に透過し、前記第１光Ｒと同じ経路に進行する。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と対面する面２０ｂから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Ｐ_３を透過して第１光Ｒ及び第２光Ｇと同じ経路に進行する。従って、相異なる位置に置かれた第１ＬＥＤ光源１１、第２ＬＥＤ２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、同じ経路に進行する。

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との間でなす角度だけではなく、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ねばならないためである。

ここで、第２プリズムＰ_２は、第２ＬＥＤ光源１２から第１プリズムＰ_１の出射面までの光路の長さを、第１ＬＥＤ光源１１及び第３ＬＥＤ光源１３から第１プリズムＰ_１の出射面２０ａまでの光路の長さと同じにするために備わっている。一方、狭い角度分布を有する光源を採用した照明ユニットは、複数の光それぞれの光路が同じでなくとも、光損失がほとんどない。

それにもかかわらず、第２プリズムＰ_２をさらに備える場合、トリクロイックプリズム２０の全体サイズが大きくなって小型化が困難であり、第２プリズムＰ_２の使用により光損失がさらに一層大きくなるという問題点がある。また、製造コストが上昇するという短所がある。
日本特許公開平成４−３３８７３９号公報 日本特許公開平成８−４３７６３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、色合成プリズムの構成を単純化しつつも、全体の光効率を向上させられる構造の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、相異なる波長領域の第１光、第２光及び第３光をそれぞれ照射する第１光源ユニット、第２光源ユニット及び第３光源ユニットと、前記第１光源ユニットから照明された第１光が入射される第１入射面と、前記第１入射面に対して傾斜するように配置され、入射光の入射角によって光を透過または反射させる第１出射／反射面と、前記第１出射／反射面で反射された第１光と前記第２光源ユニットから照明された第２光とが入射される第２入射面とを備えた第１三角プリズムと、前記第３光源ユニットから照明された第３光が入射される第３入射面と、前記第３入射面に対して傾斜するように配置され、入射光の入射角によって光を透過または反射させる第２出射／反射面と、前記第１出射／反射面に対して所定間隔離隔された状態で対面するように配置され、前記第２出射／反射面で反射された第３光、前記第１出射／反射面を透過した第１光及び第２光が入射される第４入射面とを備えた第２三角プリズムと、前記第２入射面に形成され、前記第１三角プリズムの内部から入射された第１光は反射させて前記第２光は透過させ、前記第１光及び第２光を前記第１出射／反射面に向かわせる第１カラーフィルタと、前記第４入射面に形成され、前記第２三角プリズムの内部から入射された第３光は反射させて前記第１出射／反射面から出射された第１光及び第２光は透過させ、前記第１光、第２光及び第３光を前記第２出射／反射面に向かわせる第２カラーフィルタと、を備え、前記第１光は、他のプリズムを通さず、直接、前記第１入射面に入射され、前記第２光は、他のプリズムを通さず、直接、前記第１カラーフィルタが設けられた前記第２入射面に入射され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、２つの三角プリズムを利用して色合成プリズムを構成することにより、従来の３つの三角プリズムを採用したトリクロイックプリズム構造に比べてその構造を単純化でき、全体サイズを小型化できる。これにより、製造コストを下げることができる。また、３つのプリズム構造を採用した場合に比べて光損失を減らすことができ、全体光効率を高めることができる。また、光源ユニットを構成するにおいて、反射面を利用して視準させる場合は、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などの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、その構成をさらにコンパクト化でき、光効率を高めることができる。

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を詳細に説明する。

図２は、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図である。図２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、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が同一経路に進行す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及び第３光源ユニット１３０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及び第３光源ユニット１３０は、相異なる波長の第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３、例えば、青色、赤色、緑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及び第３光Ｌ_３それぞれが同一経路に進行するように入射光を合成する。このために、色合成プリズム２００は、第１三角プリズム２１０及び第２三角プリズム２２０と、第１カラーフィルタ２３１及び第２カラーフィルタ２３５とを備える。

第１三角プリズム２１０は、第１入射面２１１及び第２入射面２１５と、第１出射／反射面２１３とを備える。第１入射面２１１は、第１光源ユニット１１０と対面するように配置され、第１光源ユニット１１０から照明された第１光Ｌ_１が入射される。第１出射／反射面２１３は、第１入射面２１１に対して傾斜するように配置され、入射光の入射角によって光を透過または反射させる。すなわち、第１出射／反射面２１３は、臨界角全反射原理により、臨界角θ_Ｃ以上の角度で入射された光は反射させ、臨界角θ_Ｃより小さな角度で入射された光は透過させる。このために、第１三角プリズム２１０は、周辺媒質、例えば空気の屈折率より高い屈折率を有する透明材質から構成される。また、第１入射面２１１を介して入射された第１光Ｌ_１が第１出射／反射面２１３に対して臨界角θ_Ｃより大きい角度で入射されるように、第１出射／反射面２１３は、第１入射面２１１に対して傾斜配置されている。従って、第１入射面２１１を介して第１出射／反射面２１３に直接入射された第１光Ｌ_１は、第１出射／反射面２１３で反射され、第２入射面２１５側に向かう。

第２入射面２１５は、第２光源ユニット１２０と対面するように配置される。従って、第２光源ユニット１２０から照明された第２光Ｌ_２がこの第２入射面２１５を介して第１三角プリズム２１０の内部に入射される。また、第１入射面２１１を介して第１三角プリズム２１０の内部に入射され、第１出射／反射面２１３で反射された第１光Ｌ_１が第２入射面２１５に入射される。この入射された第１光Ｌ_１は、第１カラーフィルタ２３１で反射され、第２入射面２１５を介して第１三角プリズム２１０の内部に入射された第２光Ｌ_２と共に第１出射／反射面２１３側に向かう。ここで、第２入射面２１５を経由して第１出射／反射面２１３に入射された第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２が第１出射／反射面２１３にその臨界角θ_Ｃより小さな角度で入射されるように第２入射面２１５が配置される。従って、第２入射面２１５を経由して第１出射／反射面２１３に入射された第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２は、第１出射面２１３を透過し、第２三角プリズム２２０側に進行する。

第１カラーフィルタ２３１は、第２入射面２１５に形成され、第１三角プリズム２１０の内部から入射された第１光Ｌ_１は反射させ、第２光Ｌ_２は透過させ、前記第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２を第１出射／反射面２１３に向かわせる。

例えば、第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２それぞれが青色と緑色波長領域の光である場合、第１カラーフィルタ２３１は、青色波長と緑色波長との間の所定波長を基にして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、青色光である第１光Ｌ_１は反射させ、緑色波長の第２光Ｌ_２は透過させる。

第２三角プリズム２２０は、第３入射面２２１及び第４入射面２２５と、第２出射／反射面２２３とを備える。第３入射面２２１は、第３光源ユニット１３０と対面するように配置され、第３光源ユニット１３０から照明された第３光Ｌ_３が入射される。第２出射／反射面２２３は、第３入射面２２１に対して傾斜するように配置され、入射光の入射角によって光を透過または反射させる。すなわち、第２出射／反射面２２３は、臨界角全反射原理により、臨界角以上の角度で入射された光は反射させ、臨界角より小さな角度で入射された光は透過させる。このために、第２三角プリズム２２０は、周辺媒質、例えば空気の屈折率より高い屈折率を有する透明材質から構成される。また、第３入射面２２１を介して入射された第３光Ｌ_３が第２出射／反射面２２３に対して臨界角より大きい角度で入射されるように、第２出射／反射面２２３は、第３入射面２２１に対して傾斜配置されている。従って、第３入射面２２１を介して第２出射／反射面２２３に直接入射された第３光Ｌ_３は、第２出射／反射面２２３で反射され、第４入射面２２５側に向かう。

第４入射面２２５は、第１出射／反射面２１３の外周にエアーギャップＧ_ａｉｒが形成されるように、第１出射／反射面２１３に対して所定間隔離隔された状態で対面するように配置される。従って、第１三角プリズム２１０とその周辺媒質との間に屈折率差を有させることにより、第１出射／反射面２１３での臨界角全反射原理を利用し、入射光を透過または反射させられる。第４入射面２２５には、第１出射／反射面２１３を透過して入射された第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２と、第２出射／反射面２２３で反射された第３光Ｌ_３とが入射される。ここで、入射された第３光Ｌ_３は、第２カラーフィルタ２３５で反射され、第２出射／反射面２２３側に向かい、第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２は、第２カラーフィルタ２３５を透過し、第２出射／反射面２２３側に向かう。

ここで、第４入射面２２５を経由して第２出射／反射面２２３に入射された光が、第２出射／反射面２２３にその臨界角より小さな角度で入射されるように、第４入射面２２５が配置される。従って、第４入射面２２５を経由して第２出射／反射面２２３に入射された第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３は、第２出射／反射面２２３を透過して照明光として利用される。

第２カラーフィルタ２３５は、第４入射面２２５に形成され、第２三角プリズム２２０の内部から入射された第３光Ｌ_３は反射させて第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２は透過させ、前記第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３を第２出射／反射面２２３に向かわせる。

例えば、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３それぞれが青色、緑色、赤色波長領域の光である場合、第２カラーフィルタ２３５は、緑色波長と赤色波長との間の所定波長を基準として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ようにカラーコーティングされている。従って、第１光Ｌ_１及び第２光Ｌ_２は透過させ、これより長い波長を有する赤色波長の第３光Ｌ_３は反射させる。

前記のように構成された色合成プリズム２００は、２つの三角プリズム２１０，２２０を採用することにより、従来のトリクロイックプリズム構造に比べてその構造を単純化でき、全体サイズを小型化でき、製造コストを下げることができる。また、３つのプリズム構造を採用した場合に比べて光損失を減らすことができ、全体光効率を高めることができるという利点がある。

第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０及び第３光源ユニット１３０それぞれは、図３及び図４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１４０から構成可能である。

図面を参照するに、光モジュール１４０は、反射面を有するコリメータ１５０と、所定波長の光を照射する光源１６０とを備える。コリメータ１５０は、放物面形状の第１反射面１５１と、四角形の断面を有するガラスロッド１５５とを備える。光源１６０は、少なくとも１つのＬＥＤ、レーザダイオードなどで構成される小型光源であり、その発光部分が第１反射面１５１の焦点Ｆ及びその周辺に位置する。第１反射面１５１は、ガラスロッド１５５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行うことにより形成される。また、コリメータ１５０は、第１反射面１５１と対面する位置の光源１６０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１５３をさらに備えられる。

従って、光源１６０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１５１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１５５の内部を通過した後、出光面１５７を介して進む。一方、光源１６０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、この発光部分全体が第１反射面１５１の焦点位置Ｆに配置されることは不可能である。従って、光源１６０から照射され、第１反射面１５１で反射された光の一部は、第２反射面１５３に進む。このとき、第２反射面１５３は、入射された光を反射させて出光面１５７側に向かわせる。本実施形態による光モジュール１４０は、光源１６０から照明された光をレンズの代わりに第１反射面１５１を利用して視準させることにより、レンズを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が低下するというような問題を根本的に解決できる。

前記の実施形態において、ガラスロッド１５５を利用したコリメータ１５０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１５５の代わりに空洞の光トンネル（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り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及び第３光源ユニット１３０を構成するにおいて、図５に図示されているように、複数の光モジュール１４０を備え、それらをアレイ状に配列できる。その場合、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０及び第３光源ユニット１３０それぞれをなすアレイ状の光モジュールは、青色、緑色、赤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及び第３光源ユニット１３０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、緑色、赤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カラーの光を照明できる。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。

一方、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０及び第３光源ユニット１３０それぞれは、図６に図示されているように構成されることも可能である。図面を参照するに、第１光源ユニット１１０、第２光源ユニット１２０及び第３光源ユニット１３０それぞれは、所定波長の光を照射する光源１７０と、この光源１７０から照射された光を集束させるマイクロレンズ１８０とを備える。ここで、光源１７０は、少なくとも１つのＬＥＤまたはレーザダイオードなどで構成される小型光源である。マイクロレンズ１８０は、光源１７０に備わったＬＥＤまたはレーザダイオードに対応する所に位置する一つまたは複数のレンズ１８１の組み合わせによりなる。

本実施形態において、第１光Ｌ_１、第２光Ｌ_２及び第３光Ｌ_３それぞれが青色、緑色、赤色の光を照明することを例に挙げて説明したが、それに限定されるものではない。すなわち、第１カラーフィルタ２３１及び第２カラーフィルタ２３５を変更することによって多様な変形実施が可能である。

図７は、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図である。図７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、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が同一経路に進むように入射光を合成する色合成プリズム２００’とを備える。

本実施形態は、第１実施形態と比較してみるとき、色合成プリズム２００’として補正プリズム２４０をさらに備えるという点に特徴がある。

補正プリズム２４０は、第２光源ユニット１２０と第１三角プリズム２１０の第２入射面２１５との間に配置され、第２光源ユニット１２０から照明された第２光Ｌ_２を屈折透過させることにより角度を補正する。このために、補正プリズム２４０は、第５入射面２４１と、出射面２４５とを備える。第５入射面２４１は、第２光源ユニット１２０と対面するように配置され、この第５入射面２４１を介して第２光源ユニット１２０から照明された第２光Ｌ_２が入射される。出射面２４５は、第５入射面２４１に対して傾斜するように配置され、第５入射面２４１を介して入射された第２光Ｌ_２を屈折透過させる。このように補正プリズム２４０をさらに備えた場合は、第１三角プリズム２１０及び第２三角プリズム２２０間に形成された凹部分に第２光源ユニット１２０の設置時に引き起こされうる空間上の制約を克服できる。すなわち、第１三角プリズム２１０と第２三角プリズム２２０との間の凹空間に補正プリズム２４０を位置させ、その補正プリズムの一外面に第２光源ユニット１２０を設置することにより、第２光源ユニット１２０の光学的配置が容易であるという利点がある。

図８は、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。図８を参照するに、本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、この光源ユニットから照射された複数の光を合成する色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するものであり、図２から図７を参照して説明された本発明の第１実施形態例及び第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、青色、緑色、赤色波長の三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デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）などで構成される。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、本実施形態は、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って各画素別反射光の角度を独立的に設定することにより画像を形成する。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をさらに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側に向かう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で形成されてビームスプリッタ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、本実施形態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方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がさらに備わったことが望ましい。このコンデンシングレンズユニット５１０は、１枚以上のレンズから構成され、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、本実施形態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にリレイする１枚以上のレンズから構成される。

図９は、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面である。図９を参照するに、本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７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。本実施形態は、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たものである。

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側に向かう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Ａ。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、本実施形態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ル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から構成可能である。

図１０は、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。図１０を参照するに、本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７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。本実施形態は、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が不要なので、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をさらに備えたことが望ましい。また、本実施形態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ル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から構成可能である。

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形態が可能である。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図である。 図２の光源ユニットの第１実施形態を示した斜視図である。 図３の光源ユニットを示した側面図である。 図２の光源ユニットの第２実施形態を示した斜視図である。 図２の光源ユニットの第３実施形態を示した概略的な断面図である。 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断面図である。 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
２００ 色合成プリズム
２１０ 第１三角プリズム
２１１ 第１入射面
２１３ 第１出射／反射面
２１５ 第２入射面
２２０ 第２三角プリズム
２２１ 第３入射面
２２３ 第２出射／反射面
２２５ 第４入射面
２３１ 第１カラーフィルタ
２３５ 第２カラーフィルタ
Ｌ_１ 第１光
Ｌ_２ 第２光
Ｌ_３ 第３光

Claims (12)

1. 相異なる波長領域の第１光、第２光及び第３光をそれぞれ照射する第１光源ユニット、第２光源ユニット及び第３光源ユニットと、
   前記第１光源ユニットから照明された第１光が入射される第１入射面と、前記第１入射面に対して傾斜するように配置され、入射光の入射角によって光を透過または反射させる第１出射／反射面と、前記第１出射／反射面で反射された第１光と前記第２光源ユニットから照明された第２光とが入射される第２入射面とを備えた第１三角プリズムと、
   前記第３光源ユニットから照明された第３光が入射される第３入射面と、前記第３入射面に対して傾斜するように配置され、入射光の入射角によって光を透過または反射させる第２出射／反射面と、前記第１出射／反射面に対して所定間隔離隔された状態で対面するように配置され、前記第２出射／反射面で反射された第３光、前記第１出射／反射面を透過した第１光及び第２光が入射される第４入射面とを備えた第２三角プリズムと、
   前記第２入射面に形成され、前記第１三角プリズムの内部から入射された第１光は反射させて前記第２光は透過させ、前記第１光及び第２光を前記第１出射／反射面に向かわせる第１カラーフィルタと、
   前記第４入射面に形成され、前記第２三角プリズムの内部から入射された第３光は反射させて前記第１出射／反射面から出射された第１光及び第２光は透過させ、前記第１光、第２光及び第３光を前記第２出射／反射面に向かわせる第２カラーフィルタと、を備え、
   前記第１光は、他のプリズムを通さず、直接、前記第１入射面に入射され、前記第２光は、他のプリズムを通さず、直接、前記第１カラーフィルタが設けられた前記第２入射面に入射されることを特徴とする照明ユニット。
2. 前記第１光源ユニット、第２光源ユニット及び第３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。
3. 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２に記載の照明ユニット。
4. 前記第１光源ユニット、第２光源ユニット及び第３光源ユニットそれぞれは、
   所定波長の光を照射する光源と、
   前記光源から照射された光を集光させて平行光とするマイクロレンズとを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。
5. 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。
6. 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とをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
7. 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方体構造のガラスロッドであることを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。
8. 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ル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６に記載の画像投射装置。
9. 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う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６に記載の画像投射装置。
10. 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方向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９に記載の画像投射装置。
11. 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９に記載の画像投射装置。
12. 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な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６に記載の画像投射装置。

Images