JP5601097B2 - 照射用装置およびプロジェクタ装置 - Google Patents

Description

この発明は照射用装置およびプロジェクタ装置に関する。

カラー画像を投射するプロジェクタ装置の１方式として、カラー画像を表示するのに必要となる３色、例えば、赤、緑、青の各画像を「単一面（液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）に形成」する所謂「単板方式」のものがある。

単板式のプロジェクタ装置の３色画像用の光源として面発光ＬＥＤを用いたプロジェクタ装置が市販され、普及しつつあるが、現状では面発光ＬＥＤの発光光量が十分に大きいというわけではなく、投射された画像の明るさが「やや暗い」という印象を否めない。

面発光ＬＥＤの「現状の発光光量」を前提として、投射画像の明るさを改善するには、光の利用効率、即ち、ＬＥＤから放射される総光量のうちで「投射画像の表示に用いられる光量」を増大させることが必要である。

単板式のプロジェクタ装置では、３色の画像が形成された単一面に、赤、緑、青等の３色の光を照射するために、これら３色の光を「色合成」する必要がある。

色合成される各色の光の利用効率を大きくとるために、従来、３色の各色光を放射する各面発光ＬＥＤの直近に「砲弾型のレンズを２〜３枚組み合わせたカップリングレンズ」を配置し、面発光ＬＥＤから放射された光を集めて「光の散逸」を抑制する方式が知られている。

面発光ＬＥＤは「発光面内での輝度ムラ」がないが、各面発光ＬＥＤごとにカップリングレンズを用いて集光した光を合成すると「合成された光束」に光量ムラが発生し、これを均すために別途インテグレート素子（ロッドインテグレータやフライアイレンズ等）が必要になる。

また、カップリングレンズは、３色の面発光ＬＥＤのそれぞれに必要で、カップリングレンズ自体もある程度の大きさを要するため「光源・色合成手段・カップリングレンズの組み合わせ」がかなり大きくなり、プロジェクタ装置の小型化が困難となりやすい。

光利用効率を高める別法として、透明な直方体状の媒質による光導体の入射側面にＬＥＤの発光面を密着させて発光面から放射される光を全て光導体内に取り込んで光導体内を伝搬させ、光導体の射出側面を色合成プリズムのプリズム面に密着させ、導光した光を色合成プリズムに入射させるものが特許文献１に記載されている。

面発光ＬＥＤは、発光を行なう素子自体は微小であるが、素子を駆動する駆動部を備えた「基板」は素子と一体で「素子自体の大きさ」に比して相当に大きく、３つの面発光ＬＥＤを「基板相互が干渉しない」ように組み合わせるのは必ずしも容易でない。

特許文献１には上記「基板相互の干渉」の問題が考慮されていない。

この発明は上述した事情に鑑み、単板式のプロジェクタ装置に用いられるコンパクトな照射用装置の実現およびこの照射用装置を用いたプロジェクタ装置の実現を課題とする。

この発明の照射用装置は「投射用のカラー画像を合成できる３色用の画像を単一面に形成する画像形成手段に、上記３色の光を合成して照射し、画像形成手段に形成された画像により変調されたカラー画像光束を、投射レンズによりスクリーン上に投射するプロジェクタ装置」に用いられて「照射用の３色合成光」を得る装置である。

「投射用のカラー画像を合成できる３色用の画像」は、例えば、前記赤・緑・青の３色の画像であり、これらは「液晶パネル（液晶ライトバルブとも言う。）」の各液晶画素のオン・オフ状態や、ＤＭＤの各微小ミラーのオン・オフにより形成される。これら３色用の画像は「単一面（液晶ライトバルブの液晶画素配列面やＤＭＤのミラー配列面）」に形成される。即ち、「画像形成手段」は単板型であり、プロジェクト装置は単板方式のカラープロジェクタ装置である。

請求項１記載の光照射用装置は、３個の光源と、色合成手段と、光ガイド手段とを有する。

「３個の光源」は何れも「面発光ＬＥＤ」であり、構造的には発光部をなす素子とこれを駆動する駆動部を備えた基板との一体品であり、その機械的な大きさは「基板サイズ」により定まる。基板まで含めた面発光ＬＥＤの大きさは、一般には互いに略同大である。

３個の光源は、それぞれ異なる色の光を放射する。これら異なる３色は、カラー画像を構成するのに必要な３色であり、例えば、前述の「赤、緑、青」である。

「光ガイド手段」は、面発光ＬＥＤの発光部と同大で矩形形状の導光部断面形状を持つ直方体状で、同一直線上に配される第１及び第２のライトトンネルを有する。
「色合成手段」は、第１のライトトンネルの光ガイド方向に、互いに分光特性が異なる分光フィルタ膜を有する２個のプリズムを組み合わせ、上記２種の分光フィルタ膜を直交させて組み合わせた色合成プリズムである。
例えば、上記３色をＡ・Ｂ・Ｃとして、一方の分光フィルタ膜が「Ａ光を透過させ、Ｂ光を反射」させ、他の分光フィルタ膜が「Ａ光とＢ光を透過させ、Ｃ光を反射」させるものを組み合わせて構成できる。

このような「分光特性が異なる２種の分光フィルタ膜を直交させて組み合わせ」て、色合成を行なう方法は、従来から広く知られており、これら公知の適宜のものを用いることができる。
「光ガイド手段」は、上記の如く第１および第２のライトトンネルを有する。
「ライトトンネル」は、形状としては直方体状で、直方体の相対する２面の一方が入射面、他方が射出面であり、入射面から入射した光は、直方体内を射出面へ向かって導光されつつ側面での反射を繰り返し、光強度を均一化して射出させる光学素子であり、種々のタイプのものが市販されてもいるが、その具体的な使用例としては特許文献２等に記載されている。

ライトトンネルの入・射出面間の導光部は「面発光ＬＥＤの発光部と同大」で矩形形状の断面形状を持つ。即ち、ライトトンネルの矩形形状の入射面・射出面は「面発光ＬＥＤの発光部と同一形状」である。

第１のライトトンネルの入射面に１個の面発光ＬＥＤの発光面が密接し、第１のライトトンネルの射出面に、色合成手段の入射面が相互に整合的に連接されている。
色合成手段の入射面と第１のライトトンネルの射出面とが「相互に整合的に連接する」とは、色合成手段とライトトンネルの境界に形態上の不整合がないことを意味する。
色合成手段の各プリズムのプリズム面には、２個の面発光ＬＥＤの発光面が、これら２個の面発光ＬＥＤの基板が互いに対向するようにして密接している。
第２のライトトンネルは、第１のライトトンネルと同一方向となるようにして、色合成手段の射出面側に、該射出面と整合的に連接し、プリズム面に発光面を密接させた２個の面発光ＬＥＤの、互いに対向する基板の端部から、第２のライトトンネルの射出面が露呈している。

３個の面発光ＬＥＤの基板相互が干渉しないようにして、色合成手段と第１及び第２のライトトンネルと３個の面発光ＬＥＤが一体とされている。

２個のプリズムを組み合わせた色合成手段は直方体状の色合成プリズムであり、その入射面に第１のライトトンネルが整合的に連接し、射出面には第２のライトトンネルが整合的に連接する。

従って、色合成プリズムと第１及び第２のライトトンネルの連接部は「同形・同大の矩形形状」であり、これら矩形形状がぴったりと合致して繋がることになる。

請求項１記載の照射用装置におけるライトトンネルは「２個」である。即ち、３つの面発光ＬＥＤに対して、２個のライトトンネルが用いられる。

以下、照射用装置の参考技術を説明する。
参考技術１の照射用装置は「色合成手段をプリズム状とし、各面発光ＬＥＤに対応して１個のライトトンネルを設け、各ライトトンネルの入射面を対応する面発光ＬＥＤの発光面に密接させ、射出面は色合成手段のプリズム面に連接させた構成」としたものである。

上記の如く、請求項１記載の照射用装置では、色合成手段がプリズム状であり、２個の面発光ＬＥＤの発光面を「色合成手段のプリズム面に密接」させた構成である。

参考技術２の照射用装置は、色合成手段を構成する「分光特性が異なる２種の分光フィルタ膜」を、中密状のライトトンネルの一部として該ライトトンネルと一体に形成した構成としたものである。即ち、この場合は、ライトトンネルと色合成手段が同体であって、両者間が「切れ目無く」繋がる。
参考技術３の照射用装置は、これに用いる１以上のライトトンネルが「鏡面仕上げされた６面を持つ四角柱内密ロッドと、そのロッドの断面と同形状の反射面をもつ内面反射型の中空ロッドの組合せで構成され、内密ロッドと中空ロッドとが嵌めあい状態でスライド可能で、ライトトンネルの全体長さが可変である」ものである。

即ち、ライトトンネルは直方体状であるが、これは「外観上」の形状であり、具体的には上記の「四角柱内密ロッド」のように全体が透明な媒質で形成されている形態や、直方体状空間の入射面部分と射出面部分とを開放して、残りの部分を４面の反射面で形成した「内面反射型の中空ロッド」で構成することもでき、上記の如くこれら２種のライトトンネルを「スライド可能に嵌め合わせた」ものとして構成することもできるのである。

上記「四角柱内密ロッド」は、ガラス、プラスチック等の透明体で構成でき、「内面反射型の中空ロッド」は、ガラスやプラスチック、あるいは金属、セラミックス等を用いたミラーを張り合わせて形成できる。

この発明のプロジェクタ装置は「投射用のカラー画像を合成できる３色用の画像を単一面に形成する画像形成手段に、３色の光を合成して照射し、画像形成手段に形成された画像により変調されたカラー画像光束を、投射レンズによりスクリーン上に投射するプロジェクタ装置」であって、照射用の３色合成光を得る照射用装置として上記請求項１記載のものを用いるカラープロジェクタ装置である（請求項２）。

以上に説明したように、この発明によれば新規な照射用装置およびプロジェクタ装置を実現できる。
この発明の照射用装置は、光利用効率を高めつつ全体をコンパクトに構成でき、この照射用装置を用いることにより投射画像の明るさを向上させ、かつコンパクトなプロジェクタ装置を実現できる。

照射用装置の参考例を説明するための図である。 照射用装置の実施の形態を説明するための図である。 照射用光学系の他の参考例を３例説明するための図である。 ライトトンネルの実施の１例を説明するための図である。 照射用装置のさらに他の参考例を説明するための図である。 プロジェクタ装置の実施の１形態を示す図である。 プロジェクタ装置の比較構成例（従来例）を示す図である。

以下、実施の形態を説明する。

図１は、照射用装置の参考例を説明するための図である。
この参考例を説明しつつ、用語や各部の機能等を説明する。

図１（ａ）において、符号１１、１２、１３は面発光ＬＥＤを示している。この例において、面発光ＬＥＤ１１、１２、１３はそれぞれ、赤色光、緑色光、青色光を放射する。

面発光ＬＥＤ１１を例にとって説明すると、図１（ｃ）は、面発光ＬＥＤ１１の外観を略示している。

面発光ＬＥＤ１１は、基板１１Ｂに、発光部１１０から発光を行なう素子１１Ａが搭載されてなる。素子１１Ａを駆動する駆動系は「図示を省略」されているが、基板１１Ｂに組み付けられている。
図１（ａ）に示した面発光ＬＥＤ１２および１３の構造も、面発光ＬＥＤ１１と全く同様であり、符号１２Ａ、１３Ａは発光を行なう素子、符号１２Ｂ、１２Ｃは基板を示している。なお、以下の説明においては便宜上、素子１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを「発光部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ」と呼ぶこともある。

図１（ｃ）に示したように、面発光ＬＥＤの「発光を行なう素子１１Ａ」の部分は小さいが、これを搭載されている基板１１Ｂはサイズが大きく、従って、照射用装置に３個の面発光ＬＥＤを組み付けるに際しては、各基板のサイズを考慮して組み付けなくてはならない。

図１（ａ）に戻ると、符号２１、２２、２３は「ライトトンネル」を示す。

また、符号３１、３２は、図示された断面形状が正方形をなすプリズムであって、これらプリズム３１、３２の内部には「分光フィルタ膜」が形成されている。

分光フィルタ膜Ｆ１はプリズム３１内に設けられ、「緑光」を透過させ、「青光」を反射する。分光フィルタ膜Ｆ２はプリズム３２内に設けられ、「緑光と青光」を透過させ、「赤光」を反射する。分光フィルタ膜Ｆ１とＦ２とは、図示のように互いに直交させて組み合わせられている。

分光フィルタ膜Ｆ１を形成されたプリズム３１と、分光フィルタ膜Ｆ２を形成されたプリズム３２とは、色合成手段を構成する。以下、この色合成手段を「色合成プリズム」とも言う。また分光フィルタ膜Ｆ１、Ｆ２を「ダイクロイック膜Ｆ１、Ｆ２」とも言う。

ライトトンネル２１、２２、２３は何れも同一形状の直方体であり前述の「鏡面仕上げされた６面を持つ四角柱内密ロッド」であり、ガラスにより形成されている。

ライトトンネル２１、２２、２３の鏡面仕上げされた６面のうちの「最も面積の少ない対向する２面」は、入射面および射出面をなし、残る４面が反射面をなす。

入射面および反射面は同一の「矩形形状」であり、この矩形形状は、図１（ｃ）に示す発光を行なう素子（発光部）１１Ａの発光面１１０と同一形状である。また、射出面形状も発光部１１０の形状と同一形状であり、同時にプリズム３１、３２の図１（ａ）の図面に直交する面と同一形状である。

ライトトンネル２１は、入射面を面発光ＬＥＤ１１の発光面に合致させて密着させ、射出面をプリズム３２の１側面（図１（ａ）で上方の面であり、その形状はライトトンネル２１の入・射出面と同一形状である。）に合致させて密着させている。

ライトトンネル２２は、入射面を面発光ＬＥＤ１２の発光面に合致させて密着させ、射出面をプリズム３１の１側面（図１（ａ）で左側の面であり、その形状はライトトンネル２２の入・射出面と同一形状である。）に合致させて密着させている。

ライトトンネル２３は、入射面を面発光ＬＥＤ１３の発光面に合致させて密着させ、射出面をプリズム３１の１側面（図１（ａ）で下方の面であり、その形状はライトトンネル２３の入・射出面と同一形状である。）に合致させて密着させている。

図１（ｄ）は、図１（ａ）に示す実施の形態における「色合成」の様子を説明するための図である。

面発光ＬＥＤ１１の発光部１１Ａの発光面から放射された赤光は、実質的にその全てがライトトンネル２１に取り込まれ、側面での反射を繰り返してプリズム３２に入射し、ダイクロイック膜Ｆ２により反射される。

面発光ＬＥＤ１２の発光部１２Ａの発光面から放射された緑光は、実質的にその全てがライトトンネル２２に取り込まれ、側面での反射を繰り返してプリズム３１に入射し、ダイクロイック膜Ｆ１を透過してプリズム３２に入射し、プリズム３２内のダイクロイック膜Ｆ２を透過する。

面発光ＬＥＤ１３の発光部１３Ａの発光面から放射された緑光は、実質的にその全てがライトトンネル２３に取り込まれ、側面での反射を繰り返してプリズム３１に入射し、ダイクロイック膜Ｆ１により反射されてプリズム３２に入射し、ダイクロイック膜Ｆ２を透過する。

従って、プリズム３２の「図で右側の面」から、赤・緑・青の３色光が「色合成」されて白色光ＬＷとなって射出する。なお、上に説明した実施の形態で、プリズム３１、３２を「ライトトンネル２１、２２、２３と同じ材質」で形成すれば、プリズム３１、３２の部分も「ライトトンネルの一部」をなしてライトトンネルの機能を果たす。

ダイクロイック膜は一般に「入射角特性」をもつため、上に説明した「色合成」では、１００％の効率での合成は困難であるが、６０〜７０％程度の効率で色合成できる。

面発光ＬＥＤの発光分布が「一様なランバート分布」であると、各ライトトンネルにおいては導光される光は「発光面からのランバート発光分布を維持されつつ伝搬」するので、色合成プリズムの出口（プリズム３２の右側面）に「恰も発光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの発光面が重って存在する如き状況」が得られる。

即ち、図１（ｅ）に符号ＳＯで示すような「発光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの発光面が重って存在する仮想的な光源」が得られる。

図１に、符号ＣＬで示すカップリングレンズは「色合成された３色光」をカップリングするが、色合成プリズムの出口（プリズム３２の右側面）において「３色光の光源が仮想的に重なった状態」で仮想的な光源を構成し、この仮想的な光源における発光分布は、光量は若干落ちているが）各面発光ＬＥＤの発光面と同等であり、輝度分布は均一であるから、この色合成プリズムの出口形状をカップリングレンズＣＬと「図示されないリレーレンズ」とによりそのまま「液晶パネル等の画像形成手段」に照射すれば、ムラの無い照明を実現でき、画像形成手段により変調された光束を投射レンズによりスクリーン上に投射することにより、明るさムラの少ない投射画像を得ることができる。

このような画像投射では、照射用装置での光の利用効率が良いので、投射画像の明るさを有効に向上させることができる。

図１（ｂ）に示すのは、図１（ａ）に示した形態の変形例である。
この例は、図１（ａ）の例におけるライトトンネル２１、２２、２３に替えて、前述の「内面反射型の中空ロッド」タイプのライトトンネル２１Ｍ、２２Ｍ、２３Ｍを用いた点のみが、図１（ａ）の形態と異なる。
このようなライトトンネル２１Ｍ、２２Ｍ、２３Ｍを用いても、図１（ａ）の例と同様の機能を持つ「照射用装置」を実現できるとこは容易に理解されるであろう。

図１に即して説明した例において、面発光ＬＥＤ１１〜１３、ライトトンネル２１（２１Ｍ）〜２３（２３Ｍ）、プリズム３１、３２は、相互に相対的な位置関係を定められて「図示されないケーシング等」に組み付けられて「一体」とされている。

図１の照射用装置は、投射用のカラー画像を合成できる３色用の画像を単一面に形成する画像形成手段に、３色の光を合成して照射し、画像形成手段に形成された画像により変調されたカラー画像光束を、投射レンズによりスクリーン上に投射するプロジェクタ装置に用いられ、照射用の３色合成光を得る照射用装置であって、３色の光を個別に放射する３個の光源１１、１２、１３と、これら３個の光源から放射された３色の光を合成する色合成手段３１（Ｆ１）、３２（Ｆ２）と、光ガイド手段２１（２１Ｍ）、２２（２２Ｍ）、２３（２３Ｍ）と、を有し、３個の光源１１、１２、１３は何れも面発光ＬＥＤで、色合成手段は、分光特性が異なる２種の分光フィルタ膜Ｆ１、Ｆ２を直交させて組み合わせたものであり、光ガイド手段は、面発光ＬＥＤの発光部と同大で矩形形状の導光部断面形状を持つ直方体状のライトトンネルを有し、３個の面発光ＬＥＤの発光面が、対応するライトトンネルの入射面に密接し、かつ、色合成手段と１以上のライトトンネルとが相互に整合的に連接し、色合成手段３１、３２とライトトンネル２１（２１Ｍ）〜２３（２３Ｍ）と３個の面発光ＬＥＤ１１〜１３が一体とされている。

図１（ａ）、（ｂ）に示す照射用装置の例では、色合成手段３１、３２がプリズム状で、各面発光ＬＥＤ１１〜１３に対応して１個のライトトンネル２１（２１Ｍ）〜２３（２３Ｍ）を有し、各ライトトンネルの、入射面は対応する面発光ＬＥＤの発光面に密接し、射出面は色合成手段のプリズム面に連接している。

図１（ａ）、（ｂ）に示す照射用装置の例では、面発光ＬＥＤ１１、１２、１３の基板１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂは、発光部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａに比してサイズが大きいが、基板相互は「干渉」していない。

これは、ライトトンネル２１、２２、２３の長さ、特にライトトンネル２２の長さが上記「干渉」を避けるように定められているからである。

即ち、図１に示す照射用装置の例では「１以上のライトトンネルの長さが、３個の面発光ＬＥＤの基板相互が干渉しないように設定」されているのである。

図１（ａ）、（ｂ）に示す例の場合、ライトトンネル２１、２３の長さは、これらの図に示す長さより短くしても、基板１１Ａ〜１１Ｃの間で「干渉」は生じない。

このように、ライトトンネル２１、２３の長さを短くしていって「ライトトンネル２１、２３の長さ」を０とした例がこの発明の場合であり、図２は、この発明の照射用装置の実施の形態である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては、図１（ａ）におけると同一の符号を付した。

この実施の形態では、色合成手段が「色合成プリズム」であって、プリズム３１、３２によりダイクロイック膜Ｆ１、Ｆ２を直交させて組み合わせたものであるが、面発光ＬＥＤ１１の発光部１１Ａの発光面が、プリズム３２のプリズム面に密接し、面発光ＬＥＤ１３の発光部１３Ａの発光面が、プリズム３２のプリズム面に密接している。

この場合も、ライトトンネル２２の長さが、基板１２Ｂと基板１１Ｂ、１３Ｂとの間の「干渉」を避けるように定められている。
この場合、面発光ＬＥＤ１１に対してはプリズム３２が、面発光ＬＥＤ１３に対してはプリズム３１と３２とが「ライトトンネル」として機能する。このために、プリズム３１、３２は「ライトトンネル２２と同じ材質」で形成する。

ライトトンネルの機能が十分に発揮されるためには、ライトトンネルは「ある程度の長さ」を持つことが好ましい。上記の如くプリズム３１、３２にライトトンネルの機能を果たさせるばあい、特に面発光ＬＥＤ１１からの赤光に対してはライトトンネルとして機能するプリズム３２による長さが十分でないことが考えられる。

そこで、図２の実施の形態では、プリズム３２の射出面側に、さらにライトトンネル２４を連接して設けている。

色合成プリズムにより色合成された光をさらにライトトンネル２４により伝搬させてライトトンネル２４の射出面部分に、前述した「発光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの発光面が重って存在する仮想的な光源」を実現できる。

ライトトンネル２４はまた、上記「仮想的な光源」をカップリングレンズＣＬに十分に近づける機能を担っている。
仮に、ライトトンネル２４の長さが短くなり、射出面が基板１１Ｂ、１３Ｂの右端よりもプリズム３２側に位置するようになると、カップリングレンズＣＬを上記射出面に近接させようとする場合に、カップリングレンズＣＬと基板１１Ｂ、１３Ｂとの機械的な干渉が生じ、カップリングレンズＣＬを上記「仮想的な光源」に近づけることが出来ず、十分な光を取り込むことができなかったり、あるいは十分な光を取り込むためにカップリングレンズＣＬのレンズ径が大きくなったりする問題が生じる。

図２の如く、ライトトンネル２４の長さを大きくして「ライトトンネル２４の射出面」が基板１１Ｂ、１３Ｂの（図の右側の）端部から露呈するようにすることにより、上記干渉の問題を有効に回避できる。

図３には、照射用装置の他の参考例を３例示す。
繁雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては図１におけると同一の符号を用いる。図３（ａ）に示す例は、色合成手段として「分光特性の異なるダイクロイック膜Ｆ１、Ｆ２を、同一のプリズム３３内で直交交差させた構成のもの」を用いた例であり、図示の如く、ライトトンネル２１はプリズム３３の上側の面に、ライトトンネル２２はプリズム３３の左側の面に、ライトトンネル２３はプリズム３３の下側の面に密着して連接している。プリズム３３の右側の面が射出面であって、この部分に前述の「色合成された光の仮想的な光源」が形成される。

色合成手段を１個のプリズム３３で構成でき、見掛け上の部品点数が減り、カップリングレンズＣＬの光軸に関して対称な配置が可能である。

図３（ｂ）、（ｃ）に示す例は、ライトトンネル自体に色合成手段の機能を持たせた例である。即ち、これらの例においては「分光特性の異なる２種の分光フィルタ膜」であるダイクロイック膜Ｆ１、Ｆ２を、ライトトンネルの１一部として形成している。

図３（ｂ）に示す例では、ライトトンネル２２０と２３０は、その一端側を４５度の傾斜を持つ斜面に形成して、これらの斜面を合わせるとともに、合わせられる斜面間にダイクロイック膜Ｆ１を形成した。
また、ライトトンネル２１０には、内部にダイクロイック膜Ｆ２を形成した。ライトトンネル２１０、２２０、２３０を、図３（ｂ）に示すように組み合わせることにより、プリズム状の色合成手段を用いることなく、ライトトンネル２１０、２２０、２３０の組み合わせで色合成を行なうことができる。

図３（ｃ）に示す例では、３つのライトトンネル２１１、２２１、２３１の合流部に、互いに直交して交差するダイクロイック膜Ｆ１、Ｆ２を設けた構成である。この場合には、図３（ａ）の場合と同様の作用を「プリズム３３無し」で実現できる。

即ち、図３（ｂ）、（ｃ）に示す例では、色合成手段を構成する、分光特性が異なる２種の分光フィルタ膜Ｆ１、Ｆ２が、中密状のライトトンネルの一部として、ライトトンネルと一体に形成されている。

図３（ｂ）、（ｃ）に示す例に用いられるライトトンネルは、他のライトトンネルと組み合わせられる部分、即ち、分光フィルタ膜を形成される部分は斜面であり、従ってライトトンネルの全体形状は「直方体形状」ではない。

ライトトンネルは、前述の如く「四角柱内密ロッド」や「内面反射型の中空ロッド」で構成することができ、図１〜図３に即して説明した実施の形態においては、図１（ｂ）のライトトンネル２１Ｍ、２２Ｍ、２３Ｍが「内面反射型の中空ロッド」であり、他の例では全て「四角柱内密ロッド」である。

図４は、上記「内面反射型の中空ロッド」と「四角柱内密ロッド」とを「スライド可能に嵌め合わせた」構成のライトトンネルを説明するための図である。
前述の如く、「四角柱内密ロッド」はガラス、プラスチック等の透明体で構成でき、「内面反射型の中空ロッド」はガラスやプラスチック、あるいは金属、セラミックス等を用いたミラーを張り合わせて形成できる。

図４（ａ）は、ガラス、プラスチック等の透明体で構成された四角柱内密ロッドによるライトトンネルＬＴ１を示し、図４（ｂ）は、内面反射型の中空ロッドによるライトトンネルＬＴ２を示している。
ライトトンネルＬＴ２は、ライトトンネルＬＴ１の断面と同形状の反射面を持ち、図４（ｃ）に示すように、ライトトンネルＬＴ１はライトトンネルＬＴ２内に嵌合される。

この嵌合は、ライトトンネルＬＴ１の側面（内分反射の反射面をなす。）が、ライトトンネルＬＴ２の内面反射面と同一面をなすように、所謂「印籠」的な嵌合であるが、ライトトンネルＬＴ１はライトトンネルＬＴ２に対して「スライド可能」である。

このようにライトトンネルＬＴ１をライトトンネルＬＴ２に対してスライドできるようにすると、ライトトンネルの導光路の長さを調整することができる。前述のように、ライトトンネルの長さは「面発光ＬＥＤの基板相互の干渉（や基板とカップリングレンズの干渉）」を避けるうえで重要なファクタであり、図４の例のようにライトトンネルの長さを可変できるようにすると、照射用装置の各要素の配置を調整するのに都合が良い。

即ち、面発光ＬＥＤの基板サイズ（＋ヒートシンクサイズ）が不明の場合に、組み付けの自由度がとれるし、機械的な寸法誤差を吸収するのにも便利である。

図５（ａ）は、図４に示したタイプのライトトンネルを用いた照射用装置の１参考例を示している。この参考例は、構造的には図１（ａ）に示したものと同様であるので、混同の恐れが無いと思われるものについては図１（ａ）におけると同一の符号を付してある。

即ち、図５（ａ）の参考例は、図１（ａ）の実施の形態におけるライトトンネル２１、２２、２３を、「内面反射型の中空ロッドと四角柱内密ロッドとをスライド可能に嵌め合わせた構成」のライトトンネル２１２、２２２、２３２に置き換えた例であり、図１（ａ）の例と同様にして、光源からの光を色合成して３色合成光を得ることができるが、ライトトンネルの長さを調整できるので、組み付けの自由度がとれ、機械的な寸法誤差を吸収するのも容易である。

「内面反射型の中空ロッドと四角柱内密ロッドとのスライド可能な嵌め合わせ」は、上記のものに限らず、図５（ｂ）に示すように、内面反射型の中空ロッドによるライトトンネルＬＴ２０により、四角柱内密ロッドによるライトトンネルＬＴ１１、ＬＴ１２を両端に連接した構造とすることもできる。この例では、ライトトンネルとしての長さの変化範囲を更に大きくとれる。

上の実施の形態において色合成手段として例示したプリズム３１、３２において、図面と直交する方向における２面は「粗し面」とすることもできるが、研磨面とすることにより「ライトトンネルの一部として機能」させることができ「光の散逸」を防ぐことができる。

また、ライトトンネルとプリズムとの境界面に「所要のコート」を施せば、ダイクロイック膜を透過し、あるいは反射した非利用光を、若干だが照明光に戻すことができる。特に光量不足の色が顕著であるような場合には有効な手段になりうる。

図６には、図１（ａ）に示すタイプの照射用装置を用いたプロジェクタ装置の１形態例を示す。

図において、符号６１で示す部分は図１（ａ）に示した照射用装置の部分を示す。
符号６１で示す部分を、図２に実施の形態を示した照射用装置に置き換え得ることは言うまでもない。
このように符号６１で示す部分を、図２に実施の形態を示した照射用装置で置き換えたプロジェクタ装置は、請求項２記載のプロジェクタ装置の実施の形態となる。

符号６２はカップリングレンズを示す。
レンズ６３、６４はカップリングレンズ６２と共にリレーレンズ系を構成し、照射用装置６１からの色合成された白色光を、画像形成手段（液晶パネルを想定している。）６５に照射する。

画像形成手段６５により強度変調された光束は、投射レンズを構成するレンズ６６、６７により図示されないスクリーン上に結像投射される。

図７には、比較例として、面発光ＬＥＤＬＳ１〜ＬＳ３（何れも基板は図示されていない。）からの光を別個のカップリングレンズＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３とダイクロイックフィルタＦ１０、Ｆ２０により色合成した後、集光レンズ７１によりインテグレート光学系７２に導光し、強度分布を均一化した後、レンズ７４〜７６で構成されるリレーレンズ系により画像形成手段（液晶パネルを想定している。）６５に照射する。

画像形成手段６５により強度変調された光束は、投射レンズを構成するレンズ６６、６７により図示されないスクリーン上に結像投射される。

図７の比較例と図６の例とを対比すれば明らかなように、図７の比較例では、集光レンズ７１とインテグレート光学系７２が必要であるが、図６の例ではこれらが不要であり、従って、プロジェクタ装置として小型化が可能である。
また、照射用光学系６１に変えて、図２に実施の形態を示した照射用装置を用いることにより、色合成を行なう部分も比較例よりも小型化できる。

このように、この発明の照射用装置は、面発光ＬＥＤの発光部が大きな基板の上に搭載されていても、発光部の発光面と色合成手段をライトトンネルでつなぐことにより、カップリング効率が高く、カップリングレンズの物体側で色合成でき、簡素に実現できる。

１１、１２、１３ 面発光ＬＥＤ
２１、２２、２３ ライトトンネル
３１、３２ プリズム
Ｆ１、Ｆ２ 分光フィルタ膜
ＣＬ カップリングレンズ

特表２００８-５３０５９６号公報 特開２０１０−１６９８２８号公報

Claims (2)

1. 投射用のカラー画像を合成できる３色用の画像を単一面に形成する画像形成手段に、上記３色の光を合成して照射し、上記画像形成手段に形成された画像により変調されたカラー画像光束を、投射レンズによりスクリーン上に投射するプロジェクタ装置に用いられ、照射用の３色合成光を得る照射用装置であって、
   ３色の光を個別に放射する３個の光源と、これら３個の光源から放射された３色の光を合成する色合成手段と、光ガイド手段とを有し、
   上記３個の光源は何れも面発光ＬＥＤであり、
   上記光ガイド手段は、面発光ＬＥＤの発光部と同大で矩形形状の導光部断面形状を持つ直方体状で、同一直線上に配される第１及び第２のライトトンネルを有し、
   上記色合成手段は、上記第１のライトトンネルの光ガイド方向に、互いに分光特性が異なる分光フィルタ膜を有する２個のプリズムを組み合わせ、上記２種の分光フィルタ膜を直交させて組み合わせた色合成プリズムであり、
   上記第１のライトトンネルの入射面に１個の面発光ＬＥＤの発光面が密接し、
   上記第１のライトトンネルの射出面に、上記色合成手段の入射面が相互に整合的に連接し、
   上記色合成手段の各プリズムのプリズム面に、２個の面発光ＬＥＤの発光面が、これら２個の面発光ＬＥＤの基板が互いに対向するようにして密接し、
   上記第２のライトトンネルは、上記第１のライトトンネルと同一方向となるようにして、上記色合成手段の射出面側に、該射出面と整合的に連接し、
   上記プリズム面に発光面を密接させた２個の面発光ＬＥＤの、互いに対向する基板の端部から、上記第２のライトトンネルの射出面が露呈し、
   上記３個の面発光ＬＥＤの基板相互が干渉しないようにして、上記色合成手段と第１及び第２のライトトンネルと３個の面発光ＬＥＤが一体とされていることを特徴とする照射用装置。
2. 投射用のカラー画像を合成できる３色用の画像を単一面に形成する画像形成手段に、上記３色の光を合成して照射し、上記画像形成手段に形成された画像により変調されたカラー画像光束を、投射レンズによりスクリーン上に投射するプロジェクタ装置であって、
   照射用の３色合成光を得る照射用装置として請求項１記載のものを用いるプロジェクタ装置。

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