JP5077086B2 - 照明光学系および画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、変調素子への照明光を出射する照明光学系および変調素子で変調された照明光を投影する画像投影装置に関する。

従来から、映像を鑑賞するための装置として、光源から出射された光を変調素子により変調して、画像をスクリーン等に投影する画像投影装置がある。この画像投影装置の照明光学系として、例えば、波長の異なる複数の発光ダイオード等の光源からの光をプリズムやダイクロイックミラー等の光合成部により合成して変調素子に導く構成のものが知られている。

従来の画像投影装置の照明光学系の例として、例えば非特許文献１に開示されているものについて図５を用いて説明する。図５は、従来の照明光学系の一部の構成を説明するための図である。図５に示すように、従来の照明光学系は、ダイクロイック面を直角略垂直に交差された二枚のダイクロイックミラー１２３ａ、１２３ｂと、ミラー１２５と、複数の光源１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂと、その前面にそれぞれ配置されたコリメータレンズ１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂと、コンデンサーレンズ１２４と、ロッドインテグレータ１２６とを備えている。このような、照明光学系において、光源１２１Ｂから出射された光はダイクロイックミラー１２３ａで反射し、さらにダイクロイックミラー１２３ｂで反射する。また、光源１２１Ｇから出射された光はダイクロイックミラー１２３ａを透過し、ダイクロイックミラー１２３ｂで反射する。また、光源１２１Ｒから出射された光はミラー１２５で反射し、ダイクロイックミラー１２３ｂを透過する。このようにして、光源１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂから出射された、すべての光は同一の光軸に合成され、コンデンサーレンズ１２４およびロッドインテグレータ１２６に入射される。このように、非特許文献１に記載の照明光学系はプリズムを備えることなく、複数の光源からの光を合成して出射する。図示はしていないが、合成された光は変調素子に導かれ、変調素子により変調されて、投影光学系によりスクリーンに拡大して投影される。

また、従来の他の照明光学系として、例えば特許文献１には、交差された２枚のダイクロイックミラーを有し、１つの光源として複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップがアレイ状に配置されたＬＥＤ光源を用いた照明光学系が開示されている。２枚のダイクロイックミラーを用いることで、ダイクロイックミラーの交差部においては、それらのギャップに起因する損失が生じるが、特許文献１の照明光学系においては、複数のＬＥＤチップを用いることにより、光源の出力を大きくているため、照明光学系から出射される光の出力が低くなりすぎることはなく、十分明るい光を出射することができる。

また、従来のさらに他の照明光学系として、例えば特許文献２には、２枚のダイクロイックミラーを交差させた光合成部を用いずに、プリズムを光合成部として用いている照明光学系が開示されている。一般的に、プリズムにおいては、２枚のダイクロイックミラーを用いた場合の交差部に生じるようなギャップが極めて小さいことから、損失を低減できるが、Ｐ偏光成分の反射を確保する事が困難であるという問題がある。つまり、光源として用いるＬＥＤが、ランダム偏光を発光する場合は、偏光成分による損失が発生するため、効率のよい色合成ができない。しかし、特許文献２に開示された照明光学系は、このような偏光成分による損失が少ないプリズムを備えて構成される。それにより、特許文献２に開示された照明光学系は、損失が少なく、効率のよい色合成が可能である。
SID 04 DIGEST 26.1:RGB LED Illuminator for Pocket−Sized Projectors 特開２００５−３１６４０６号公報 特開２００４−７００１８号公報

しかし、非特許文献１に開示された照明光学系では、各色光の合成において、各色光を反射する回数が多く、光路長が長くなり、大型化すると共に効率が悪くなるという問題がある。また、特許文献１に開示された照明光学系では、用いるＬＥＤの数が多くなるため、コストが高くなる上、電力消費量も増加するという問題がある。しかも、複数の光源を用いる場合、それらの光路の合成において損失が生じやすい。また、発光面積が同程度である単一のＬＥＤを用いる場合よりも、複数の光源を用いる場合の方が効率的にはかなり不利である。また、特許文献１に示された構成に、単一のＬＥＤを用いた場合は、ダイクロイックミラーの交差部におけるギャップによる損失が避けられない。また、特許文献２に開示された照明光学系は、プリズムを用いているが、プリズムはコストが高い上に重量が重い。したがって、照明光学系自体のコストも高くなるうえ、重たいという問題がある。しかも、Ｐ偏光成分の損失など、ダイクロイック特性による損失が避けられない。

また、各色光の各光源の出力が異なっているため、照明光学系において、これら各色光の光量バランスを調整する必要がある。具体的には、青色光、赤色光、緑色光の各ＬＥＤ光源のうち、青色光の光源の出力が、他の２つの光源に比べて高すぎることから、例えば、白色表示とするためには、青色光源にくらべて出力の低い赤色光源および緑色光源の発光デューティ比を大きくとる必要があり、パルス発光の特性が生かしきれていない。パルス発光を有効に用いるためには、照明光学系において、各色光の光量のバランスを調整できる構成とすることが望ましい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、低損失であり、各色光の光量のバランスがよく、小型化が可能な照明光学系およびそのような照明光学系を備えた画像投影装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様に係る照明光学系は、第１色光を発光する第１ＬＥＤ光源と、第２色光を発光する第２ＬＥＤ光源と、第３色光を発光する第３ＬＥＤ光源と、前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光を同一の光軸に合成する、光合成部とを備えた照明光学系であって、前記光合成部は、前記第１色光を透過し、前記第２色光を反射することにより前記第１色光および前記第２色光を合成する第１ダイクロイックミラーと、前記第１ダイクロイックミラーにより合成された前記第１色光および前記第２色光を透過し、前記第３色光を反射することにより前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光を合成する第２ダイクロイックミラーとを有し、前記第１ダイクロイックミラーの法線と、前記第２ダイクロイックミラーの法線とのなす角度が、６０度以上９０度未満である。

このように、第１ダイクロイックミラーおよび第２ダイクロイックミラーをそれぞれの法線のなす角度が６０度以上９０度未満となるように配置することで、第１色光の光路長を短くし、かつ他の色光の光路を確保することができる。これにより、第１色光の効率を向上させることができるため、各ＬＥＤ光源の発光効率の差により生じる各色光の光量のバランスをよくすることができ、小型化も可能である。また、第１ダイクロイックミラーおよび第２ダイクロイックミラーの交差部を光路とする必要はないことから、光量損失は生じない。また、光合成部をダイクロイックミラーによって構成することから、プリズムを使った場合のように重量が重くなることはない。

また、上述の照明光学系において、前記第１ダイクロイックミラーに入射する前記第２色光の光軸と、前記第２ダイクロイックミラーの法線とのなす角度が７５度以上であることが好ましい。

これにより、第１ダイクロイックミラーに入射する第２色光の光軸を第２ダイクロイックミラー面に略沿うように配置することができる。そのため、第１ダイクロイックミラーを、より第２ＬＥＤ光源側へと近づけることができるため、第１ＬＥＤ光源をより出射側に寄せることができ、第１色光の光路長を短くできる。

また、上述の照明光学系において、前記第２ＬＥＤ光源の発光効率は、前記第１ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源のいずれの発光効率よりも高く、前記第１ＬＥＤ光源から被照明部までの光路長をＬ１とし、前記第２ＬＥＤ光源から前記被照明部までの光路長をＬ２とし、前記第３ＬＥＤ光源から前記被照明部までの空気換算の光路長をＬ３とすると、
Ｌ３≦Ｌ１＜Ｌ２
の関係を満たすことが好ましい。

これにより、発光効率の高い第２色光の光路長に比べて、他の色光の光路長が短いことから、第２色光以外の色光の効率を向上させることができる。

また、上述の照明光学系において、前記第１ＬＥＤ光源の発光効率は、前記第３ＬＥＤ光源の発光効率よりも高いことが好ましい。

これにより、発光効率が低い第３色光の光路長が他の色光の光路長に比べて短くなるので、第３色光の効率を向上させることができる。

また、上述の照明光学系において、前記第２ＬＥＤ光源が発光する前記第２色光は青色光であり、前記第１ＬＥＤ光源が発光する前記第１色光は赤色光または緑色光であり、前記第３ＬＥＤ光源が発光する前記第３色光は赤色光または緑色光のうち、前記第２色光と異なる色光であることが好ましい。

これにより、最も発光効率のよい青色ＬＥＤ光源から出射される青色光を、最も効率の悪い光路に配置できる。したがって、適切な白表示を行う場合に、各色光の発光デューティ比をバランスよく、最適の大きさにできる。それにより、色度と明るさのパフォーマンスのよい照明光を出射できる。

また、上述の照明光学系において、前記第１色光は緑色光であり、前記第１色光の光軸と前記第１ダイクロイックミラーの法線とのなす角度が４５度未満であることが好ましい。

これにより、第１ダイクロイックミラーを透過する緑色光の損失を少なくできる。ここで、緑色光を透過し青色光を透過する第１ダイクロイックミラーにおいて、緑色光と青色光とは発光波長が比較的近いことから、緑色光の透過においてはカットオフ波長に対する入射角依存性の影響が大きい。つまり、入射角度が大きいと、ダイクロイックミラー特性の入射角依存性損失が大きくなり、色合成による損失が大きくなる。

また、上述の照明光学系において、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーは、互いに異なる屈折率を有する層が交互に積層された多層体を備え、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーの少なくとも一方の前記多層体のうち、屈折率の低い層の屈折率は１．８以上であることが好ましい。

これにより、第１ダイクロイックミラーおよび第２ダイクロイックミラーの少なくとも一方におけるカットオフ波長に対する入射角依存性を小さくすることができる。具体的には、多層体における各層の平均屈折率が高くなるような材料で構成されたダイクロイックミラーは、カットオフ波長に対する入射角依存性が小さい。ここで、第１ダイクロイックミラーおよび第２ダイクロイックミラーにおいて、２つの色光の一方を反射させ、他方を透過させる場合に、各色光の波長帯が接近している場合は、カットオフ波長に対する入射角依存性が小さいほうが好ましい。したがって、例えば緑色光および青色光の一方を反射させ、他方を透過させる、ダイクロイックミラーは、多層体のうち、屈折率の低い層の屈折率を１．８以上とすることが好ましい。

また、上述の照明光学系において、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源は、それぞれ単一であり、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源のそれぞれから入射された光を略平行光とするコリメータ光学系をそれぞれ有していることが好ましい。

これにより、それぞれのＬＥＤ光源から出射された光は、コリメータ光学系により、発光光束がコリメートされてから、各ダイクロイックミラーに入射する。そのため、ダイクロイックミラーにおける、カットオフ波長に対する入射角度依存性の影響が小さい。したがって、光量の損失が少ない。

また、上述の照明光学系において、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源における各前記コリメータ光学系は、互いに共通形状の部品を有していることが好ましい。

これにより、同一形状の部品を用いることができることから、コストダウンになる。

また、上述の照明光学系において、さらに、前記光合成部により同一の光軸に合成された前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光の光束を集光する集光光学系と、前記集光光学系の集光位置に入射端を有し、入射された光を均一な強度分布に変換して射出するロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータから射出された光を被照明部側に導くリレー光学系とを有することが好ましい。

これにより、変調素子の必要な領域に均質に効率よく照明光を照射できる。

また、上述の照明光学系において、前記第３ＬＥＤ光源のコリメータ光学系の焦点距離をＦＬとし、前記集光光学系の焦点距離をＦＣとし、前記第３ＬＥＤ光源から前記ロッドインテグレータの入射端までの空気換算の光路長をＰ３とすると、
１．８×（ＦＬ＋ＦＣ）≦Ｐ３≦２．２×（ＦＬ＋ＦＣ）
の関係を満たすことが好ましい。

これにより、最も効率を要求される色光が第３色光である場合に、第３ＬＥＤ光源の配置を最も効率のよい配置とすることができる。このような配置とすることで、コリメータ光学系と集光光学系により、第３ＬＥＤ光源の発光部と、ロッドインテグレータの入射端とを光学的に共役とすることができる。また、第３ＬＥＤ光源側とロッドインテグレータ側との両方を、テレセントリックな関係にできるので、角度分布幅をあまり広げずにロッドインテグレータに光束を入射させ、効率よく照明できる。

また、上述の照明光学系において、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源は、順次発光することが好ましい。

このように、各ＬＥＤ光源を順次発光させることで、色時分割によりカラー画像を表示できる。ＬＥＤ光源は、パルス発光させることにより、連続発光時より多くの電流を流し、明るく発光させることができるので、このような時分割照明に適している。

また、本発明の一態様に係る画像投影装置は、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を変調する変調素子と、変調された照明光を投影する投影光学系とを備えている。

これにより、色再現性、色バランスの良い明るい投影画像を得ることができる。

また、上述の画像投影装置において、前記照明光学系および前記投影光学系のうち少なくとも１つは、可変絞り機構を有し、前記可変絞りの開口状態に応じて、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源の発光光量比が異なることが好ましい。

これにより、絞りを調整することで変化する各色光の光量比を、各ＬＥＤ光源の発光光量比を絞りに応じて変化させることで補正し、安定した色再現が可能となる。なお、発光光量比を変化させるには、具体的には、各ＬＥＤ光源に投入する電流を変化させる、または各色光の発光デューティ比を変化させる等の方法がある。

なお、絞りを調整することで、各色光の光量比が変化する原因は、各色光の光路長条件が異なるため、各色光のＮ．Ａ．（Numerical Aperture：開口数）分布の状態が異なり、各色光の光学系の瞳内での強度分布が異なるためである。これにより、絞りを変化させると各色光の色バランスが変化する。

本発明によれば、低損失であり、各色光の光量のバランスがよく、小型化が可能な照明光学系およびそのような照明光学系を備えた画像投影装置を提供することができる。

以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

本発明の実施の形態に係る画像投影装置について説明する。まず、本発明の実施の形態に係る画像投影装置の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る画像投影装置の構成を説明するための図である。また、図２は本実施の形態に係る照明光学系の一部における各部材の配置を示した図である。

図１に示すように、実施の形態に係る画像投影装置１００は、照明光学系２と、全反射プリズム６と、変調素子であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）７と、投影光学系８と、コントローラ９と、絞り制御部１０と、ＤＭＤ駆動回路１１と、赤色ＬＥＤ駆動回路１２Ｒと、緑色ＬＥＤ駆動回路１２Ｇと、青色ＬＥＤ駆動回路１２Ｂとを備えて構成されている。

照明光学系２は、光源である赤色ＬＥＤ光源（第３ＬＥＤ光源）２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源（第１ＬＥＤ光源）２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源（第２ＬＥＤ光源）２１Ｂと、これらに対応する、複数のレンズにより構成される各コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂと、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂからの各色光を同一の光軸に合成するための光合成部である第１ダイクロイックミラー２３ａおよび第２ダイクロイックミラー２３ｂと、集光光学系２４と、ロッドインテグレータ２６と、リレー光学系２７と、可変絞り２８と、エントランスレンズ２９とを備えている。

赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂは、それぞれ赤色ＬＥＤ駆動回路１２Ｒ、緑色ＬＥＤ駆動回路１２Ｇおよび青色ＬＥＤ駆動回路１２Ｂに制御されて発光面から各色光を発光する。各ＬＥＤ光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの発光面の形状は、例えばアスペクト比が約１６：９の約４．６ｍｍ×約２．６ｍｍの長方形であり、ＤＭＤ７の表示領域（例えば、２０．７ｍｍ×１１．７ｍｍ）と略相似形である。コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂは赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂからの各色光を略平行光にして第１ダイクロイックミラー２３ａまたは第２ダイクロイックミラー２３ｂに入射させる。これら、コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂは、いずれも、例えば３枚の投影側に凸の正メニスカスレンズにより構成され、焦点距離は例えば約１５．２ｍｍとすればよい。コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂは、いずれも共通形状の部品により構成されることとすればよい。これにより、同一形状の部品を用いることができることから、コストダウンになる。

第１ダイクロイックミラー２３ａは、青色光を反射し、緑色光を透過する性質を有していればよい。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、赤色光を反射し、青色光および緑色光を透過する性質を有していればよい。より具体的には、第１ダイクロイックミラー２３ａは、緑色光を透過し、青色光を反射することにより緑色光および青色光の光軸を合成する。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは第１ダイクロイックミラー２３ａにより合成された緑色光および青色光を透過し、赤色光を反射することで、緑色光、青色光および赤色光の光軸を合成する。

ここで、第２ダイクロイックミラー２３ｂが反射する赤色光は、透過する青色光および緑色光のいずれに対しても発光波長が比較的離れているが、第１ダイクロイックミラー２３ａが反射する青色光は、透過する緑色光に対して発光波長が比較的近い。具体的には、青色光の発光波長は４６５ｎｍ程度であり、緑色光の発光波長は５２５ｎｍ程度であり、赤色光の発光波長は６２５ｎｍ程度である。このように、２つの色光の一方を反射させ、他方を透過させる場合に、各色光の波長帯が接近している場合は、カットオフ波長に対する入射角依存性が小さいほうが好ましい。したがって、このような場合は、第１ダイクロイックミラー２３ａは、青色光の反射帯域から緑色光の透過帯域へと遷移するカットオフ波長（透過率５０％）の入射角依存度ができるだけ小さいものが好ましい。したがって、第１ダイクロイックミラー２３ａは、緑色光におけるカットオフ波長に対する入射角依存性ができるだけ小さいものが好ましい。つまり、緑色光の入射角が大きくなっても、反射されずに透過されることが好ましい。そこで、より具体的に、第１ダイクロイックミラー２３ａの構成について、表１を用いて説明する。

表１は、第１ダイクロイックミラー２３ａの構成材料の一例を示すものである。第１ダイクロイックミラー２３ａ、異なる屈折率の材料が周期的に積層された多層体を有する構造である。表１には、第１ダイクロイックミラー２３ａの各層の材料構成を示している。第１ダイクロイックミラー２３ａは、０層〜２８層の構造であり、各層の物理膜厚の単位はｎｍである。表１に示すように、第１ダイクロイックミラー２３ａは、白板ガラス（０層）とＳｉＯ_２（２８層）との間に、屈折率が１．８であり、ＳｉＯ_２およびＮｂ_２Ｏ_５の混合材料により形成された低屈折率層と、屈折率が２．３であり、Ｎｂ_２Ｏ_５により形成された高屈折率層とが交互に形成されている。ここで、カットオフ波長に対する入射角依存性を小さくするためには、平均屈折率が高くなるような材料を用いて多層体を構成したほうがよい。つまり、低屈折率層の屈折率を高くすればよい。例えば、低屈折率層は屈折率が１．８以上とすることが好ましい。

このような構成の第１ダイクロイックミラー２３ａの透過率特性について図３を用いて説明する。図３は第１ダイクロイックミラーの透過率特性および各色光の発光波長を示したグラフである。図３の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）を示している。二点差鎖線は、第１ダイクロイックミラー２３ａに対して、入射角が３０度の入射光の透過率である。また、一点鎖線は、第１ダイクロイックミラー２３ａに対して、入射角が２０度の入射光の透過率である。また、細い実線は、第１ダイクロイックミラー２３ａに対して、入射角が４０度の入射光の透過率である。また、細い破線は青色光の発光波長を示しており、太い破線は緑色光の発光波長を示しており、太い実線は赤色光の発光波長を示している。図３からわかるように、緑色光および赤色光の波長帯域において、すべての入射角の透過率が、略１００％である。これは、緑色光および赤色光は、これらの入射角で入射しても第１ダイクロイックミラー２３ａにおいては、透過されることを示している。しかし、青色光の波長帯域においては、すべての入射角の透過率が低く、反射されることを示している。つまり、第１ダイクロイックミラー２３ａは、表１に示した構成とすることで十分であることがわかる。なお、入射角度が大きくなるほど、カットオフ波長の入射角依存性の影響を受けるので、緑色光の第１ダイクロイックミラー２３ａに対する入射角は４５度未満とすることが好ましい。なお、緑色光はコリメートされてから、第１ダイクロイックミラー２３ａに入射するが、入射時の緑色光は±１０度程度の角度分布を持っているので、効率よく色合成するために、本実施の形態においては、緑色光の入射角度を３０度としている。

集光光学系２４は、これら光軸が合成された緑色光、青色光および赤色光を集光して、ロッドインテグレータ２６へと入射させる。集光光学系２４は、例えば２枚の光源側に凸の正メニスカスレンズからなり、焦点距離は例えば約２６ｍｍである。

ロッドインテグレータ２６は、その入射端を集光光学系２４の集光位置に有し、集光光学系２４から出射された光の強度分布を均一にする。例えば断面が四角形の角柱形状のガラスであり、一方の端面から内部に入射された光を側面において繰り返し全反射させることで入射光の照度分布を均一にして出射させる。なお、ロッドインテグレータ２６は、中空構造であり、その内面が鏡面である構成のものでもよい。なお、ロッドインテグレータ２６の断面形状は、例えば約７．９ｍｍ×約４．４ｍｍであり、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂにおける光源像に合致するように配置されている。それにより、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂからの光は効率よくロッドインテグレータ２６に入射する。例えば、ロッドインテグレータ２６の入射端には、各コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂと集光光学系２４により、約７．９ｍｍ×約４．４ｍｍのＬＥＤ光源像が形成される。

ここで、図２を参照して、第１ダイクロイックミラー２３ａ、第２ダイクロイックミラー２３ｂ、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇ、青色ＬＥＤ光源２１Ｂ、コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、集光光学系２４およびロッドインテグレータ２６における、より具体的な配置について説明する。

本実施の形態においては、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇ、青色ＬＥＤ光源２１Ｂのうち、青色ＬＥＤ光源２１Ｂの発光効率が相対的に高いことから、青色ＬＥＤ光源２１Ｂの効率を下げてでも、他の色の効率を上げることとした。具体的には、赤色光の光路長は長くせずに、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ側とロッドインテグレータ２６側との両方を、テレセントリックな関係としている。また、緑色光は光路長が長くなり、テレセントリックな関係も多少崩れるが、それらを極力抑えることで、効率を確保している。また、青色光は光路長を長くとり、テレセントリックな関係も崩れているため、効率が落ちるが、白色表示の時の色バランス等を考慮するとトータルで照明光の明るさは増加する。

具体的には、第１ダイクロイックミラー２３ａの法線と、第２ダイクロイックミラー２３ｂの法線とのなす角度は６０度以上９０度未満である。より好ましくは、６０度以上８０度以下である。また、上述の照明光学系において、前記第１ダイクロイックミラーに入射する青色光の光軸と、第２ダイクロイックミラー２３ｂの法線とのなす角度が７５度以上とすることが好ましい。これにより、緑色光の光路長をより短縮できる。つまり、第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する青色光の光軸を第２ダイクロイックミラー２３ｂ面に略沿うように配置することができる。そのため、第１ダイクロイックミラー２３ａを、より青色ＬＥＤ光源２１Ｂ側へと近づけることができるため、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇをよりロッドインテグレータ２６側に近づけることができる。それにより、緑色光の光路長を短くできる。

図２に示すように、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇは、緑色光が第１ダイクロイックミラー２３ａおよび第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過する光路に配置される。より具体的には、緑色光は、第１ダイクロイックミラー２３ａに入射角３０度で入射し、透過している。青色ＬＥＤ光源２１Ｂから発光された青色光は、第１ダイクロイックミラー２３ａにおいて反射される。具体的には、青色光は、入射角３０度で第１ダイクロイックミラー２３ａに入射し、反射される。このような配置としたことで、緑色光と青色光とは同一光軸に合成される。第２ダイクロイックミラー２３ｂは、その法線が第１ダイクロイックミラー２３ａの法線と６７．５度となるように配置されている。したがって、第２ダイクロイックミラー２３ｂの法線は、青色ＬＥＤ光源２１Ｂから発光された青色光の光軸とは８２．５度の角度になる関係で配置されている。したがって、第１ダイクロイックミラー２３ａにより合成された青色光と緑色光との光軸は、第２ダイクロイックミラー２３ｂに入射角３７．５度で入射し、透過する。赤色ＬＥＤ光源２１Ｒから発光された赤色光は、第２ダイクロイックミラー２３ｂにおいて反射される。具体的には、赤色光は第２ダイクロイックミラー２３ｂに入射角３７．５度で入射し、反射される。これにより、赤色光は、同一光軸に合成された青色光および緑色光と、同一光軸に合成される。

本実施の形態においては、このように、第１ダイクロイックミラー２３ａおよび第２ダイクロイックミラー２３ｂの交差部に光が入射することがないので、光量損失が生じない。また、プリズムを用いる必要がないので、重量化および大型化しない上、偏光特性による損失も少ない。また、第１ダイクロイックミラー２３ａへの緑色光の入射角度を小さくできるため、第１ダイクロイックミラー２３ａでの入射角度に依存する損失も生じない。

また、青色ＬＥＤ光源２１Ｂの発光効率は、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒおよび緑色ＬＥＤ光源２１Ｇいずれの発光効率よりも高く、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇは赤色ＬＥＤ光源２１Ｒよりも発光効率が高い。このことから、各ＬＥＤ光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから被照明部間での空気換算の光路長を、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とした場合に、
Ｌ３≦Ｌ１＜Ｌ２
の関係を満たすことが好ましい。これにより、各ＬＥＤ光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの発光効率を考慮して、各色光の効率のバランスを調整することができる。なお、各ＬＥＤ光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから被照明部間での光路長とは、各ＬＥＤ光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからロッドインテグレータ２６の入射端までをいう。

例えば、ロッドインテグレータ２６の入射端から赤色ＬＥＤ光源２１Ｒまでの空気換算の光路長は、８３．４ｍｍであり、ロッドインテグレータ２６の入射端から緑色ＬＥＤ光源２１Ｇまでの空気換算の光路長は、９８．４ｍｍであり、ロッドインテグレータ２６の入射端から青色ＬＥＤ光源２１Ｂまでの空気換算の光路長は、１１５．５ｍｍとすればよい。

ここで、各色の光源像がロッドインテグレータ２６の入射端に形成されているが、赤色光に関しては、光源側とロッドインテグレータ２６側との両方をほぼテレセントリックな関係で結像され、角度の拡がりが抑えられ、以降の光学系での伝達ロスが少ない構成となっている。このようなテレセントリックな関係となる各部材の配置について図４を用いて説明する。

ここで、図４はロッドインテグレータとＬＥＤ光源の位置関係を示す図であって、図４（Ａ）は赤色ＬＥＤとロッドインテグレータの位置関係を示す図であり、図４（Ｂ）は緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤとロッドインテグレータの位置関係を示す図である。なお、図４においては、コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂおよび集光光学系２４は模式的に薄肉レンズで表している。図４（Ａ）に示すように、コリメータ光学系２２Ｒの焦点距離をＦＬとし、集光光学系２４の焦点距離をＦＣとすると、コリメータ光学系２２Ｒおよび赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ間の距離をＦＬとし、コリメータ光学系２２Ｒおよび集光光学系２４間の距離をＦＬ＋ＦＣとし、集光光学系２４およびロッドインテグレータ２６間の距離をＦＣとなる状態にすればよい。この場合、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ発光面に対して垂直に発光した光線は、ロッドインテグレータ２６に垂直に入射し、角度分布が広がることなく入射する。したがって、赤色ＬＥＤ光源からロッドインテグレータ２６の入射端までの空気換算の光路長をＰ３とすれば、
１．８×（ＦＬ＋ＦＣ）≦Ｐ３≦２．２×（ＦＬ＋ＦＣ）
の条件に合うように配置すればよい。これにより、赤色ＬＥＤ光源側とロッドインテグレータ２６側との両方をほぼテレセントリックな関係で結像される。このような配置とすることで、相対的に放射強度の強い、ＬＥＤ発光面に垂直に出射する光線の角度分布を広げることなく、Ｎ．Ａ．（Numerical Aperture：開口数）の値を大きくすることなくロッドインテグレータ２６に入射することができる。それにより、これらの光線をＤＭＤ７への照明光として十分利用できる。また、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒの像がロッドインテグレータ２６の入射面に結像され、効率よくロッドインテグレータ２６内へと導入される。

また、例えば、緑色光および青色光の各ＬＥＤ光源２１Ｇ、２１Ｂからロッドインテグレータ２６の入射端まで光路長は、赤色光の前記光路長に比べると長くなる。具体的には、各コリメータ光学系２２Ｇ、２２Ｂと集光光学系２４との距離が伸びる。この伸びた距離をαとすると、各ＬＥＤ光源２１Ｇ、２１Ｂと各コリメータ光学系２２Ｇ、２２Ｂと集光光学系２４との位置関係は、図４（Ｂ）に示すようになる。つまり、各コリメータ光学系２２Ｇ、２２Ｂおよび各ＬＥＤ光源２１Ｇ、２１Ｂ間の距離がＦＬであり、各コリメータ光学系２２Ｇ、２２Ｂと集光光学系２４間の距離がＦＬ＋ＦＣ＋αであり、集光光学系２４とロッドインテグレータ２６間の距離がＦＣとなる。これにより、各ＬＥＤ光源２１Ｇ、２１Ｂの発光面から垂直に出射した光線は、その出射位置（像高）に従い入射角δでロッドインテグレータ２６に入射する。これにより、ＤＭＤ７を照明する光線の角度分布がδ分増加することになる。そこで、緑色光、青色光の光路長はαだけ伸びているが、このαの値を小さくし、テレセントリックな状態からのずれ角δを小さくすることが好ましい。例えば、上述のように、緑色光の入射角度を３０度としていることから、第１ダイクロイックミラー２３ａの法線と緑色光の光軸とのなす角度は３０度である。この角度を小さくすることで、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇをよりロッドインテグレータ２６の近くに配置できる。

リレー光学系２７は、複数のリレーレンズで構成されていて、ロッドインテグレータ２６から出射された光を通過させ、可変絞り２８へと出射する。可変絞り２８は、絞りを調整するものであり、絞り動作をさせるための絞りモータ２８ａを備えている。つまり、可変絞り２８は、リレー光学系２７から出射された光の光束を規制する。例えば、絞りはＦ２．５と、Ｆ８とに切り換えることができればよい。明るさを優先する時は、絞り開口を開いてＦ２．５にし、より多くの光線がスクリーンに到達できるようにする。また、コントラストを優先する時は、絞り開口を閉じてＦ８にし、迷光成分をカットすることによりコントラストを改善できる。なお、リレー光学系２７および可変絞り２８の光軸は、ロッドインテグレータ２６の光軸と一致している。また、例えば、リレー光学系２７の倍率は約２．７倍で、ＤＭＤ７面に形成される光源像の大きさは、例えば約２１．３ｍｍ×約１１．９ｍｍである。

エントランスレンズ２９は全反射プリズム６に貼り合わされていて、可変絞り２８からの光をテレセントリックにする。なお、エントランスレンズ２９を設けず、全反射プリズム６の入射面を曲面に加工することで、全反射プリズム６にエントランスレンズ２９と同じ機能を持たせてもよい。

全反射プリズム６は、第１プリズム６ａおよび第２プリズム６ｂを備えており、これらの境界にはエアギャップが形成されていて、このエアギャップによって入射した光は、その入射角度によって、全反射されるか透過されるか決定される。エントランスレンズ２９から全反射プリズム６の第１プリズム６ａに入射した光は、前記エアギャップとの境界である臨界面６ｃにおいて全反射されるように全反射プリズム６は設置されている。そして、臨界面６ｃで反射された光は第１プリズム６ａ中を伝播して、全反射プリズム６の外部に出射され、ＤＭＤ７に照射されるように設置される。なお、ロッドインテグレータ２６の出射端とＤＭＤ７の表示領域とは共役であり、ロッドインテグレータ２６の出射端の形状とＤＭＤ７の表示領域の形状とは略相似形である。これにより、ＤＭＤ７の表示領域を効率よく照らすことができる。

ＤＭＤ７は変調素子である。ＤＭＤ７は表示する画像の画像信号に応じて、駆動される複数の微小ミラーを有している。これら微小ミラーのそれぞれは１画素に対応し、マトリクス状に配置されている。そして、全反射プリズム６から供給される光を画像信号に応じて変調する。具体的には、微小ミラーは、矩形の表示領域に対して４５度の角度をなす偏向軸を有し、画像信号に応じて±１２度傾斜する。これにより、微小ミラーに照射された光の反射方向を変化させることができる。微小ミラーの偏向方向は画像信号に応じて変化する。ＤＭＤ７の一方の傾斜状態で反射された光は、全反射プリズム６を経由して、投影光学系８を通過する方向に進行する。他方の傾斜した状態で反射された光は、全反射プリズム６を経由して、投影光学系８に入射しない方向あるいは投影光学系８を透過しない方向に反射される。なお、ＤＭＤ７の代わりに例えば反射型や透過型の液晶表示装置で変調素子を構成することも可能である。

投影光学系８は、ＤＭＤ７にて変調された光を、被投影面であるスクリーン（図示せず）上に拡大して投影するための光学系である。例えば、投影光学系８は、焦点距離は２２．６ｍｍから４５．２ｍｍまで変更可能な２倍ズームレンズで、同じ投射距離で画面サイズを２倍まで変更することができることとすればよい。また、投影光学系８は、絞りを調整する可変絞り８ａと、その可変絞り８ａを動作させるための絞りモータ８ｂとを備えて構成され、投影光学系８中において光の光束を規制する。例えば、絞りはＦ２．５と、Ｆ８とに切り換えることができればよい。明るさを優先する時は、絞り開口を開いてＦ２．５にし、より多くの光線がスクリーンに到達できるようにする。また、コントラストを優先する時は、絞り開口を閉じてＦ８にし、迷光成分をカットすることによりコントラストを改善できる。

絞り制御部１０は、コントローラ９からの指令に応じて絞りモータ２８ａおよび８ｂの動作を制御するものであり、それにより可変絞り２８および８ａの絞り量を調整する。ＤＭＤ駆動回路１１は、ＤＭＤ７の変調動作を制御する。ＤＭＤ７は上述したように、微小ミラーを有し、その微小ミラーの傾斜角度を変えることで、照射される光の反射方向を変化させることで、スクリーンに投影するか否かを選択するものである。そこで、ＤＭＤ駆動回路１１はコントローラ９からの指令により、所望の画像がスクリーンに投影されるように、ＤＭＤ７の各微小ミラーの傾斜方向を制御する。赤色ＬＥＤ駆動回路１２Ｒ、緑色ＬＥＤ駆動回路１２Ｇおよび青色ＬＥＤ駆動回路１２Ｂは、コントローラ９からの指令により、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂの発光を制御する。赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂは、パルス発光がなされているが、これらの発光デューティ比を調整することで、所望とする様々な色を表現することができる。コントローラ９からの指令により、赤色ＬＥＤ駆動回路１２Ｒ、緑色ＬＥＤ駆動回路１２Ｇおよび青色ＬＥＤ駆動回路１２Ｂは、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂの発光デューティ比を調整する。

コントローラ９は、絞り制御部１０、ＤＭＤ駆動回路１１、赤色ＬＥＤ駆動回路１２Ｒ、緑色ＬＥＤ駆動回路１２Ｇおよび青色ＬＥＤ駆動回路１２Ｂを制御して、画像投影装置１００全体の動作を制御する。

次に、実施の形態に係る画像投影装置１００の動作について説明する。コントローラ９は、映像信号を入力し、この映像信号に同期し、１フレームまたは１フィールドの期間を分割するためのタイミング信号を生成し、ＤＭＤ駆動回路１１に送る。ＤＭＤ駆動回路１１は、このタイミング信号に応じて、赤用画像信号、緑用画像信号、青用画像信号を生成して、各色用の画像信号を順次切り換えて出力し、この画像信号に基づいてＤＭＤ７を駆動する。その結果、ＤＭＤ７では、１フレームまたは１フィールドの期間中で、個々の微小ミラーが、順次駆動される。

一方、コントローラ９は、ＤＭＤ７の各微小ミラーの駆動タイミングに同期して、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂがそれぞれ順次点灯するように、赤色ＬＥＤ駆動回路１２Ｒ、緑色ＬＥＤ駆動回路１２Ｇおよび青色ＬＥＤ駆動回路１２Ｂを制御する。その結果、ＤＭＤ７において各微小ミラーの駆動タイミングに同期して、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂがそれぞれ点灯し、各色の光が順次切り換えられ、各コリメータ光学系２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを経て、第１ダイクロイックミラー２３ａまたは第２ダイクロイックミラー２３ｂにおいて透過・反射され、集光光学系２４、ロッドインテグレータ２６、リレー光学系２７を介して、全反射プリズム６を経て、ＤＭＤ７に結像される。ＤＭＤ７に結像された赤、緑、青の各画像が順次切り換えられ、投影光学系８によりスクリーンに投影される。また、コントローラ９は、絞り制御部１０を制御することで、絞りモータ２８ａ、８ｂを駆動させて、絞り２８、８ａの絞り量を調整し、画像のコントラストあるいは明るさ等を制御する。

なお、赤色ＬＥＤ光源２１Ｒ、緑色ＬＥＤ光源２１Ｇおよび青色ＬＥＤ光源２１Ｂの発光強度を制御して、例えば、いずれか２つのＬＥＤを同時に発光したり、特定のＬＥＤの発光強度を低下させたり、またすべてのＬＥＤの発光強度を低下させる等することで、輝度を制御してもよい。

なお、各色光の光路長が異なり、各色光における角度成分の分布状態が異なることから、絞りを調整することで各色光の相対的な光量比率が異なり、色調が変化する。例えば、発光デューティ比が青：緑：赤＝１：１：１のとき、絞りがＦ２．５での光量比が青：緑：赤＝０．９：１：１．１で所定の白を表現しているとする。これを、Ｆ８に絞ると、各色光の光量比が例えば、青：緑：赤＝０．８：１：１．２と変化し、そのままの発光状態では、青が少なく赤の多い、いわゆる色温度の低い白になり、Ｆ２．５の場合と同じ白を表現できない。この場合には、青の発光時の投入電流を０．９／０．８≒１．１倍にすることにより光量を１．１倍にし、赤の発光時の投入電流を１．１／１．２≒０．９倍にすることにより光量を０．９倍にすればよい。それにより、青：緑：赤＝０．９：１：１．１の光量比にすることができ、Ｆ２．５の場合と同じ白を表現できる。なお、投入電流を変える代わりに、発光デューティ比を青：緑：赤＝１．１：１：０．９としても同様の効果が得られる。

以下に、本実施の形態に係る画像投影装置と、前述の非特許文献１、特許文献１および特許文献２に記載の画像投影装置についてシミュレーションを行い、測定した結果を示す。なお、各画像投影装置のＬＥＤ光源には、Luminus社のＬＥＤ光源である、Phlatlight（登録商標）; PT120を想定した。そして、このＬＥＤ光源を定格電圧、推奨電流にて駆動した場合の明るさシミュレーションを行った。一例として、白表示の場合の色度を
（ｘ，ｙ）＝（０．３１４，０．３５１）
とした。なお、これはデジタルシネマにおいて基準とされる色度に順じている。このとき、本実施の形態に係る画像投影装置では、明るさが６４５ルーメンで、発光デューティ比は、
Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３４．６％：４８．１％：１７．３％
となった。

また、非特許文献１の構成に係る画像投影装置では、明るさが５８５ルーメンで、発光デューティ比は、
Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３４．９％：４８．６％：１６．５％
となった。この構成の場合、ＬＥＤ光源からロッドインテグレータまでの光路長が比較的長いため、光軸上での伝達効率は本実施の形態に係る画像投影装置と同等であるが、光軸から離れた箇所から発光される光束の伝達効率は低いため、本実施の形態に係る画像投影装置に比べて暗くなっている。

また、特許文献１の構成では、明るさが６２１ルーメンで、発光デューティ比は、
Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３５．９％：４８．０％：１６．１％
となった。この構成の場合、ＬＥＤ光源からロッドインテグレータまでの光路長において、赤色光の光路長は、本実施の形態に係る画像投影装置の構成と同等であり、この点について効率はよいが、交差されたダイクロイックミラーの交差部のギャップによる損失のため、本実施の形態に係る画像投影装置に比べて伝達効率は低く、暗くなっている。

また、特許文献２の構成では、明るさが６１２ルーメンで、発光デューティ比は、
Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３２．６％：５１．９％：１５．５％
となった。この構成の場合、ＬＥＤ光源からロッドインテグレータまでの光路長において、赤色光の光路長は、本実施の形態に係る画像投影装置の構成と同等であり、しかも、ダイクロイックミラーの交差部によるギャップがほとんど無く、この点について効率はよいが、ダイクロイックミラー特性による損失のため、本実施の形態に係る画像投影装置に比べて伝達効率は低く、暗くなっている。

以上のように、本実施の形態に係る画像投影装置は、上記従来の画像投影装置に比べて明るいという結果が得られた。

また、ＬＥＤ光源を定格で駆動させ、例えば、デジタルシネマが基準とする色度の白を表示させると、青が過剰となる傾向がある。そのため、その分、赤や緑の発光デューティ比が大きくなるが、あまり発光デューティ比が大きくなると、冷却が十分にできなくなり、発光効率の低下を招く。そこで、発光デューティ比は５０％以下に抑えることが望ましい。

また、青色光の発光デューティ比があまり小さくなると、時分割で階調表現している場合に十分に階調が表現できなくなる恐れがあるので、少なくとも青色光の発光デューティ比は２０％以上とすることが望ましい。また、青色光の発光デューティ比を十分に確保しようとすると、青色ＬＥＤ光源に供給する電流を減らすなどの低出力化が必要となる。また、青の発光デューティ比が大きくなると、その分、緑色光および赤色光の発光デューティ比が小さくなり、その結果、明るさが大幅に低下することとなる。

この点からも、本実施の形態に係る画像投影装置は、青色光の発光デューティ比が比較的に大きいため、上記従来の画像投影装置に比べて、より明るく、階調豊かな投影画像を得ることができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本実施の形態に係る画像投影装置の構成を説明するための図である。 本実施の形態に係る照明光学系の一部における各部材の配置を示した図である。 第１ダイクロイックミラーの透過率特性および各色光の発光波長を示したグラフである。 ロッドインテグレータとＬＥＤ光源の位置関係を示す図であって、図４（Ａ）は赤色ＬＥＤとロッドインテグレータの位置関係を示す図であり、図４（Ｂ）は緑色ＬＥＤとロッドインテグレータの位置関係を示す図である。 従来の照明光学系の一部の構成を説明するための図である。

符号の説明

２ 照明光学系
６ 全反射プリズム
６ａ 第１プリズム
６ｂ 第２プリズム
６ｃ 臨界面
７ ＤＭＤ
８ 投影光学系
８ａ、２８ 可変絞り
８ｂ、２８ａ 絞りモータ
９ コントローラ
１０ 絞り制御部
１１ ＤＭＤ駆動回路
１２Ｒ 赤色ＬＥＤ駆動回路
１２Ｇ 緑色ＬＥＤ駆動回路
１２Ｂ 青色ＬＥＤ駆動回路
２１Ｒ 赤色ＬＥＤ光源
２１Ｇ 緑色ＬＥＤ光源
２１Ｂ 青色ＬＥＤ光源
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ コリメータ光学系
２３ａ 第１ダイクロイックミラー
２３ｂ 第２ダイクロイックミラー
２６、１２６ ロッドインテグレータ
２４ 集光光学系
２７ リレー光学系
２８ 可変絞り
２８ａ 絞りモータ
２９ エントランスレンズ
１００ 画像投影装置
１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂ 光源
１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂ コリメータレンズ
１２３ａ、１２３ｂ ダイクロイックミラー
１２４ コンデンサーレンズ
１２５ ミラー

Claims (14)

1. 第１色光を発光する第１ＬＥＤ光源と、第２色光を発光する第２ＬＥＤ光源と、第３色光を発光する第３ＬＥＤ光源と、前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光を同一の光軸に合成する、光合成部とを備えた照明光学系であって、
   前記光合成部は、前記第１色光を透過し、前記第２色光を反射することにより前記第１色光および前記第２色光を合成する第１ダイクロイックミラーと、前記第１ダイクロイックミラーにより合成された前記第１色光および前記第２色光を透過し、前記第３色光を反射することにより前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光を合成する第２ダイクロイックミラーとを有し、
   前記第１ダイクロイックミラーの法線と、前記第２ダイクロイックミラーの法線とのなす角度が、６０度以上９０度未満であることを特徴とする照明光学系。
2. 前記第１ダイクロイックミラーに入射する前記第２色光の光軸と、前記第２ダイクロイックミラーの法線とのなす角度が７５度以上である請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記第２ＬＥＤ光源の発光効率は、前記第１ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源のいずれの発光効率よりも高く、
   前記第１ＬＥＤ光源から被照明部までの光路長をＬ１とし、前記第２ＬＥＤ光源から前記被照明部までの光路長をＬ２とし、前記第３ＬＥＤ光源から前記被照明部までの空気換算の光路長をＬ３とすると、
   Ｌ３≦Ｌ１＜Ｌ２
   の関係を満たす請求項１または請求項２に記載の照明光学系。
4. 前記第１ＬＥＤ光源の発光効率は、前記第３ＬＥＤ光源の発光効率よりも高い請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記第２ＬＥＤ光源が発光する前記第２色光は青色光であり、前記第１ＬＥＤ光源が発光する前記第１色光は赤色光または緑色光であり、前記第３ＬＥＤ光源が発光する前記第３色光は赤色光または緑色光のうち、前記第２色光と異なる色光である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明光学系。
6. 前記第１色光は緑色光であり、前記第１色光の光軸と前記第１ダイクロイックミラーの法線とのなす角度が４５度未満である請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーは、互いに異なる屈折率を有する層が交互に積層された多層体を備え、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーの少なくとも一方の前記多層体のうち、屈折率の低い層の屈折率は１．８以上である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の照明光学系。
8. 前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源は、それぞれ単一であり、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源のそれぞれから入射された光を略平行光とするコリメータ光学系をそれぞれ有している請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の照明光学系。
9. 前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源における各前記コリメータ光学系は、互いに共通形状の部品を有している請求項８に記載の照明光学系。
10. さらに、前記光合成部により同一の光軸に合成された前記第１色光、前記第２色光および前記第３色光の光束を集光する集光光学系と、
    前記集光光学系の集光位置に入射端を有し、入射された光を均一な強度分布に変換して射出するロッドインテグレータと、
    前記ロッドインテグレータから射出された光を被照明部側に導くリレー光学系とを有する請求項８または請求項９に記載の照明光学系。
11. 前記第３ＬＥＤ光源のコリメータ光学系の焦点距離をＦＬとし、前記集光光学系の焦点距離をＦＣとし、前記第３ＬＥＤ光源から前記ロッドインテグレータの入射端までの空気換算の光路長をＰ３とすると、
    １．８×（ＦＬ＋ＦＣ）≦Ｐ３≦２．２×（ＦＬ＋ＦＣ）
    の関係を満たす請求項１０に記載の照明光学系。
12. 前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源は、順次発光する請求項１ないし請求項１１に記載の照明光学系。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を変調する変調素子と、変調された照明光を投影する投影光学系とを備えた画像投影装置。
14. 前記照明光学系および前記投影光学系のうち少なくとも１つは、可変絞り機構を有し、前記可変絞りの開口状態に応じて、前記第１ＬＥＤ光源、前記第２ＬＥＤ光源および前記第３ＬＥＤ光源の発光光量比が異なる請求項１３に記載の画像投影装置。

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