CN100510947C - 照明装置及投射式影像显示装置 - Google Patents

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CN100510947C CNB2005100559007A CN200510055900A CN100510947C CN 100510947 C CN100510947 C CN 100510947C CN B2005100559007 A CNB2005100559007 A CN B2005100559007A CN 200510055900 A CN200510055900 A CN 200510055900A CN 100510947 C CN100510947 C CN 100510947C
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Abstract

一种照明装置及投射式影像显示装置，聚集构成作为光源的LED阵列的各个LED元件(31)光的蝇眼目镜，具有使聚集的光通过光学***并能照射作为光阀的DMD(数字微镜元件)的矩形受光面、被形成为矩形的单位镜头(33)。由于相对于受光面一边需要具有大致45°方位角并将光向受光面入射，所以应作为配置单位镜头(33)的区域，将单位镜头(33)的一边相对于由光学***决定的正方形有效区域(30)的一边倾斜45°。当单位镜头(33)的长宽比为2以下时，单位镜头(33)，若以其短边的长度为V，则沿与有效区域(30)垂直的两边保持
Figure 200510055900.7_AB_0
×V的间距(P)排列。由此，可实现投射光的光量与光源散热效果的平衡。

Description

照明装置及投射式影像显示装置
技术领域
本发明涉及投射显示将投射用光进行调制而获得的光像的投射式影像显示装置及适合于该投射式影像显示装置的照明装置。
背景技术
众所周知，以往就有将根据图像信号、按像素调制光源的光而获得的光影像投射到屏幕等进行显示的投射式影像显示装置(例如专利文献1)。专利文献1所公开的投射式影像显示装置，作为调制来自光源入射光的元件(被称为光阀)，使用的是透光型元件LCD(液晶显示元件)。另外，该传统的装置，为了提高投射光的光量，作为光源，使用的是排列多个LED(发光二极管)元件的LED阵列，并且具有用于将各LED元件的发射光聚焦为实质的平行光而配置在各LED元件前面的聚焦镜头组。
【专利文献1】特开平10—123512号公报
但是，为了进一步提高投射光的光量，作为光阀，理想的是使用以DMD(数字微镜元件)为代表的光反射型元件。使用光反射型元件的装置，与使用LCD的装置不同，具有没有偏光依赖性(即，作为入射光不必使用偏光)的优点。因此，用使用光反射型元件的装置，即使使用同一光量的光源，也可以获得高光量的投射光像。
但是，作为光阀，在使用DMD时，需要相对于DMD受光面的一边具有略呈45°的方位角、使光入射到受光面上。因此，在使用LED阵列作为光源时，为了聚焦各LED元件产生的光束，作为应面对LED阵列配置的蝇眼目镜各单位镜头的排列，例如可以假设为图6(a)的形态。即，面对LED元件31的蝇眼目镜(fly eye lens)单位镜头33，被形成为对应于DMD受光面的矩形，且作为应配置单位镜头33的区域，在由光学系规定的正方形有效区域30内，其一边被配置为相对于有效区域30的一边倾斜45°。
但是，在图6(a)所示的排列中，在有效区域30内有没配置单位镜头33的区域，也就是说留有浪费的区域，并且为了相互之间无间隙地配置单位镜头33，也要将面对的LED元件31紧密排列，这样就具有损失热的散热效率变坏的问题。若LED阵列的损失热散热效率恶化，则有LED阵列的温度明显上升的危险。这是对推进装置小型化产生阻碍的主要原因。
发明内容
本发明鉴于上述问题而开发，其目的在于提供一种能实现投射光的光量与光源的散热效果平衡的投射式影像显示装置及适用于该投射式影像显示装置的照明装置。
为了实现上述目的，本发明之1的照明装置，具有：单位光源组排列构成的光源、镜头阵列、和照射光学***；其中，镜头阵列，具有与所述单位光源组面对排列的聚光镜头组和与所述聚光镜头组面对排列的单位镜头组，其中单位镜头组的单位镜头为矩形，各个所述单位镜头组进行聚光；所述光，是与各个所述聚光镜头组对面的所述单位光源组所产生的、并透过与单位镜头组相面对的所述聚光镜头组的光；照射光学***，将令通过所述各个单位镜头组的所述光源的光在照射面上重叠并倾斜入射在照射面上，进行聚光；所述单位镜头组中的单位镜头具有间隙地排列在有效区域内，该有效区域，是作为应配置该单位镜头组的区域并且是由所述照射光学***决定的矩形，所述单位镜头组中的单位镜头的一边，相对于所述有效区域的一边倾斜45°。
根据本发明之1，利用面对单位光源组排列的聚光镜头，能获得被聚焦的光束。并且，利用面对聚光镜头组排列在有效区域内的矩形单位镜头组下游的照射光学***，从重合且与照射面倾斜方向入射各个具有矩形截面形状的光束。以此，将积聚了单位光源光量的光量截面矩形的光对照射面照射。
并且，由于各单位镜头的矩形一边相对于有效区域一边倾斜45°，所以重合的光束具有相对于照射面上的照射光矩形截面一边的大致45°的方位角并向照射面倾斜入射。因此，本发明之1的照明装置，适合于在照射面上配置了具有作为光阀的微镜的反射型装置的投射式影像显示装置。
并且，由于在单位镜头组之间设有间隙，所以能将相面对的单位光源组相互间具有距离地排列。因此，能实现分散单位光源组产生的热，所以，可提高光源的散热效果。当矩形的单位镜头组在有效区域内倾斜45°排列时，即使是以相互间无缝隙的高密度排列时，通常在有效区域中单位镜头组周围的部分，会产生没有用于单位镜头组排列的区域、也就是说浪费区域。利用将单位镜头组保持间隙地排列，可以向浪费区域分散排列单位镜头组。
如此，利用使单位镜头组具有间隙地排列，能以排列的形式，确保照射光的光量并提高光源的散热效果。并且，一般说来，利用使单位镜头组具有间隙地排列，能实现对照射面的照射光的光量与光源散热效果的平衡。另外，在本发明中，所谓「单位镜头组具有间隙地排列」，是指各单位镜头不仅和与其邻接的其他单位镜头全部保持间隔的状态，如图4(b)及图5(b)上的实例所示，也包括与其他镜头的一部分保持间隔的状态。
根据本发明之1所述的照明装置，本发明之2的照明装置，在所述单位镜头组的各个长宽比为不足2时，将该单位镜头组的中的单位镜头短边长度作为V并以沿所述有效区域的垂直的两边具有的间距排列所述单位镜头组中的单位镜头。
根据本发明之2，由于各个长宽比不足2的单位镜头组，相对于各短边的长度V，沿有效区域的垂直的两边具有的间距排列，所以单位镜头组能利用上述浪费区域并能在有效区域内高效率地分散排列。其结果是，既能确保照射光的光量又能提高光源的散热效果。
根据本发明之1所述的照明装置，本发明之3的照明装置，所述单位镜头组的各个长宽比超过2，将该单位镜头组中的单位镜头的长边的长度作为H并以沿所述有效区域的垂直的两边具有(
Figure C200510055900D0007165746QIETU
)×H的间距排列所述单位镜头组中的单位镜头。
根据本发明之3，由于各个长宽比超过2的单位镜头组、相对于长边的长度H、沿上述有效区域的垂直的两边保持(
Figure C200510055900D0007165746QIETU
)×H间距地排列，所以单位镜头组能利用上述浪费区域并能在有效区域内高效率地分散排列。其结果是，既能确保照射光的光量又能提高光源的散热效果。
本发明之4是一种照明装置，具有：单位光源组排列构成的光源、镜头阵列、和照射光学***；其中，镜头阵列，具有与所述单位光源组面对排列的聚光镜头组和与所述聚光镜头组面对排列的单位镜头组，其中单位镜头组的单位镜头为矩形，各个所述单位镜头组进行聚光；所述光，是与各个所述聚光镜头组对面的所述单位光源组所产生的、并透过与单位镜头组相面对的所述聚光镜头组的光；照射光学***，将令通过所述各个单位镜头组的所述光源的光在照射面上重叠并倾斜入射在照射面上，进行聚光，所述单位镜头组中的单位镜头排列在有效区域内，该有效区域，是作为应配置该单位镜头组的区域并且是由所述照射光学***决定的矩形，所述单位镜头组的各个一边，相对于所述有效区域的一边倾斜45°；在所述单位镜头组的各个长宽比为2时，将该单位镜头组的各个短边长度作为V并以沿与所述有效区域垂直的两边具有
Figure C200510055900D0008165809QIETU
的间距、排列所述单位镜头组中的单位镜头。
根据本发明之4，以与本发明之1所述理由相同的理由，能获得适用于在照射面上配置具有微镜作为光阀的反射型装置的投射式影像显示装置。并且，由于其相对于各短边长度V，沿与上述有效区域垂直的两边保持
Figure C200510055900D0008165809QIETU
的间距来排列各个长宽比为2的单位镜头组，所以能在有效区域内相互无间隙地广泛地排列单位镜头组。即，能不浪费地利用有效区域并提高照射光的光量。这意味着用相同尺寸的照明装置可以提高照射光的光量。该排列不浪费地利用了有效区域，并且照射光的光量优先于散热效果，在各单位镜头的长宽比为2时，考虑照射光的光量和散热效果平衡的排列中，提供了一个选择渠道。
根据本发明之1～4中任意一项所述的照明装置，本发明之5的照明装置，以与所述单位镜头组中的单位镜头相同的间距排列所述单位光源组中的单位光源。
根据本发明之5，由于单位光源组以与单位镜头组相同的间距排列，所以，单位光源、聚光镜头及单位镜头的位置关系变得单纯。因此容易进行光学设计。
根据本发明之1～5中任意一项所述的照明装置，本发明之6的照明装置，以与所述单位镜头组中的单位镜头相同的间距排列所述聚光镜头组中的聚光镜头。
根据本发明之6，由于以与单位镜头组相同的间距排列聚光镜头组，所以，单位光源、聚光镜头及单位镜头的位置关系变的单纯。因此容易进行光学设计。
根据本发明之1～6中任意一项所述的照明装置，本发明之7的照明装置，所述单位镜头组是一体化的成型品。
根据本发明之7，由于单位镜头组是一体化的成型品，所以容易获得高尺寸精度的单位镜头组。并且能简化组装时的调整。
根据本发明之1～7中任意一项所述的照明装置，本发明之8的照明装置，所述各聚光镜头，具有相互面对的多个镜头组，且在所述聚光镜头组中，排列所述多个镜头组中的至少一个而构成的组，是一体化的成型品。
根据本发明之8，由于具有各聚光镜头相互面对的多个镜头组，也就是说具有组合镜头，所以容易进行用于将单位光源的光大幅度聚光且向规定方向、例如实质地向平行方向高精度引导的光学设计。并且，在聚光镜头组当中，排列上述多个镜头组中的至少一个而构成的组，是一体化的成型品。因此，容易获得尺寸精度高的聚光镜头组。另外，能简化组装时的调整。
关于在聚光镜头组当中，排列多个镜头组中的至少一个而构成的组，是一体化的成型品时，可以举出以下实例。第1例是，当多个镜头组为第1及第2镜头组时，其中排列第1镜头构成的组是一体化的成型品。第2例是，当多个镜头组为第1～第3镜头组时，其中排列了第1镜头构成的组是一体化的成型品，并且排列了第2镜头的组是另外一体化的成型品。第3例是，当多个镜头组为第1～第3镜头组时，是排列了第1镜头构成的组和排列了第2镜头构成的组是一体化的成型品。
根据本发明之1～8中任意一项所述的照明装置，本发明之9的照明装置，所述光源，分别具有产生波长不同3色光的第1～第3光源；所述照射光学***，具有色合成机构，该色合成机构，***在从所述第1～第3光源到所述照射面的光路中，以合成所述3色光。
根据本发明之9，第1～第3光源分别产生波长不同的3色光，且***在到照射面至光路中的彩色合成机构能合成3色光。因此，可以在照射面上获得有色的照射光。
根据本发明之9所述的照明装置，本发明之10的照明装置，所述3色，是红色、绿色及蓝色。
根据发明10，由于第1～第3光源产生的3色光为红色、绿色及蓝色，所以本发明适用于投影自然色的彩色图像的投射式影像显示装置。
根据本发明之9或10所述的照明装置，本发明之11的照明装置，还具有使所述第1～第3光源按时间分割依次点亮的光源控制部。
根据本发明之11，由于光源控制部能按时间分割依次点亮各个发出3色光的第1～第3光源，所以能在照射面上配置与第1～第3光源点亮动作同步且对照射光施加调制的光阀，以此能构成投射有色光学图像的投射式影像显示装置。即，本发明之11所述的照明装置，适用于投射有色光学图像的投射式影像显示装置。
根据本发明之1～11中任意一项所述的照明装置，本发明之12的照明装置，所述单位光源组中的单位光源是发光二极管。
根据本发明之12，由于单位光源是低廉的发光二极管，所以能廉价地制造光源。
根据本发明之1～11中任意一项所述的照明装置，本发明之13的照明装置，所述单位光源组中的单位光源是激光光源。
根据本发明之13，由于单位光源是激光光源，所以能从单位光源获得高指向性的光。其结果是，由于对聚光镜头不要求具有强聚光性，所以能简化聚光镜头组的结构。
本发明之14的投射式影像显示装置，具有权利要求1～13中任意一项所述的照明装置、配置于所述照明装置的所述照射面上的光阀、投射从所述光阀发出的出射光的投射光学***。
根据本发明之14，能利用光阀调制来自照明装置的照射光，并能利用投射光学***投射以此获得的出射光。并且，由于照明装置是本发明的照明装置，所以能实现投影光的光量与光源散热效果的平衡。
根据本发明之14所述的投射式影像显示装置，本发明之15的投射式影像显示装置，所述光阀是微小偏光镜光学元件。
根据本发明之15，由于光阀是微小偏光镜光学元件，所以能使光源的光量相同并能提高投射光像的光量。
根据本发明之15所述的投射式影像显示装置，本发明之16的投射式影像显示装置，所述光阀是DMD。
根据本发明之16，由于光阀是市场大量出售的DMD，所以能节约制造成本。
(发明效果)
根据以上所述的本发明的照明装置，能实现对照射面的投影光光量与光源散热效果的平衡(本发明之1～13)。并且，根据本发明的投射式影像显示装置，能实现投影光光量与光源散热效果的平衡(本发明之14～16)。因此，本发明的照明装置及投射式影像显示装置，能期待以高投射光量实现小型投射式影像显示装置。
附图说明
图1是本发明一实施例的投射式影像显示装置的主要部分结构图。
图2是图1投射式影像显示装置的DMD功能说明图。
图3是图1投射式影像显示装置的照明光学***动作原理说明图。
图4是在图1投射式影像显示装置上排列单位镜头实例与参考例比较的主视图。
图5是在图1投射式影像显示装置上排列单位镜头其他实例与参考例比较的主视图。
图6是图4排列实例与其他参考例比较的主视图。
图7是聚光镜头组其他实施例的概略结构图。
图中：1R、1G、1B—LED(发光二极管)阵列(光源)，2R、2G、2B—聚光镜头，3R、3G、3B—第1蝇眼目镜，4—双向色棱镜(色合成机构)，5—第2蝇眼目镜，6—第1聚光透镜，7—第2聚光透镜，8—TIR棱镜，9—DMD(数字微镜元件)，10—投射镜头，30—有效区域，31—LED元件(单位光源)，33—单位镜头，91—受光面(照射面)，100—投射式影像显示装置，201—光源控制部，202—光阀控制部，H—长边，V—短边，P—间距，PS—图像信号。
具体实施方式
图1是本发明一实施例的投射式影像显示装置的主要部分结构图。该投射式影像显示装置100，具有：LED(发光二极管)阵列1R、1G、1B，和聚光镜头组2R、2G、2B，和第1蝇眼目镜3R、3G、3B，和双向色棱镜4，和第2蝇眼目镜5，和第1聚光透镜6，和第2聚光透镜7，和TIR棱镜8，和DMD(数字微镜元件)9，和投射镜头10，和光源控制部201，以及图像信号存储部203。
LED阵列1R、1G、1B的整体、或各单体相当于本发明光源的具体实例。另外，LED阵列1R、1G、1B，在以整体作为本发明光源的具体实例时，其各单体也作为本发明光源的第1～第3光源、即作为第1、第2及第3光源的具体实例。
另外，聚光镜头组2R、2G、2B及第1蝇眼目镜3R、3G、3B，作为本发明镜头阵列的具体实例。并且，形成通过第1蝇眼目镜3R、3G、3B的光到达DMD9的路径的双向色棱镜4、第2蝇眼目镜5、第1聚光透镜6、第2聚光透镜7、及TIR棱镜8，作为本发明照射光学***的具体实例。其中，双向色棱镜4，作为本发明色合成机构的具体实例。并且，DMD9作为本发明光阀的具体实例。另外，投射镜头10，作为本发明投影光学***的具体实例。另外，沿光路径从LED阵列1R、1G、1B到TIR棱镜8为止的装置部分，即，用于向DMD9照射光的装置部分，为将DMD9作为照射面的本发明照明装置的具体实例。
LED阵列1R、1G、1B，是将分别产生红色(以下，简称R)、绿色(以下，简称G)、蓝色(以下，简称B)光的LED排列为矩阵状。聚光镜头组2R、2G、2B被配置为能分别面对LED阵列1R、1G、1B，并将面对的LED阵列1R、1G、1B所产生的散射光宽幅聚光，并实质地射出平行的光束。构成聚光镜头组2R、2G、2B的各个镜头，分别面对构成LED阵列1R、1G、1B的LED。另外，构成LED阵列1R、1G、1B的各个LED，作为本发明单位光源的具体实例。
第1蝇眼目镜3R、3G、3B，同样地被配置为能分别面对LED阵列1R、1G、1B，并将面对的LED阵列1R、1G、1B所产生的、透过聚光镜头组2R、2G、2B的光聚光。第1蝇眼目镜3R、3G、3B的任意一个都具有矩阵状排列的单位镜头，且各单位镜头一一与各LED相对向。另外，各单位镜头，对应于DMD9的形状而呈矩形，通过各单位镜头的矩形光束，被下游的照明光学***引导到DMD9。
双向色棱镜4，具有被接合成立方体或矩形体的4个直角棱镜。在接合部，形成有将透过第1蝇眼目镜3B的B光相对于45度入射角直角反射并透过R及G光的第1双向色镜部41、及将R光相对于45度入射角直角反射并透过G及B光的第2双向色镜部42。因此，透过第1蝇眼目镜3R、3G、3B的3色光，都向第2蝇眼目镜5入射。
第2蝇眼目镜5，与第1蝇眼目镜3R、3G、3B一样，具有被排列成矩阵状的矩形单位镜头，各单位镜头分别将透过第1蝇眼目镜3R、3G、3B的各单位镜头的光聚焦。因此，第2蝇眼目镜5的单位镜头，其尺寸及排列都被设定得与第1蝇眼目镜3R、3G、3B的各单位镜头相似。理想的是从容易设计的观点出发，如图1所示，将第2蝇眼目镜5的单位镜头组设为与第1蝇眼目镜3R、3G、3B的各单位镜头组相同的尺寸及排列。另外，在第1蝇眼目镜3R、3G、3B及第2蝇眼目镜5上，虽然各单位镜头被描画为单一的凸镜，但本发明并不限定于此。
透过第2蝇眼目镜5的光，在第1聚光透镜6及第2聚光透镜7被聚焦，并由TIR棱镜8使前进通路拐弯，而被引导到DMD9。第1聚光透镜6，将透过第2蝇眼目镜5的单位镜头的光束重叠地照射在DMD9上。另一方面，第2聚光透镜7也将相互重叠入射的光束高精度地引导到DMD9上。TIR棱镜8，通过TIR面81全反射透过第2聚光透镜7的光，以将其引导到DMD9。
图2是DMD9的功能说明图。将使用以半导体处理工艺为基础的微加工技术的微尺寸促动器、传感器等的可动·可变形机构及其驱动电路(或控制电路)集成化的微小装置，被称为MEMS(Micro Electro MechanicalSystem)。DMD9是MEMS的一种。在DMD9上，如图2(a)及图2(b)所示，在具有接受入射光21的受光面91发挥作用的半导体基板的一主面上，排列了对应于应显示图像像素数的微镜头(即，微小尺寸的镜头)92。各微反射镜92，绕相对于沿受光面91两边的轴94、95倾斜45°的旋转轴93转动。在微反射镜92转动的同时，其反射面，以平行于受光面91的位置为基准，例如在—10°～+10°的范围倾斜动作。
如图2(b)所示，当微反射镜92的转动位置例如为—10°时，将透过TIR棱镜8以后并具有入射角θ且对受光面91倾斜入射的光21，向受光面91的法线90方向反射。在该例中，入射角θ被设定为20°。向法线90方向反射的出射光22，没有被TIR棱镜8的TIR面81全反射，透过TIR面81而向投射镜头10入射(图1)。
另一方面，如图2(c)所示，当微反射镜92的转动位置例如为+10°时，将入射光21向大于法线90之外的方向反射。此时，被反射的出射光22，没有向TIR棱镜8的TIR面81入射，或即使入射了也没有向投射镜头10入射(图1)。如此，在来自DMD9受光面91的出射光22当中，在出射角
Figure C200510055900D0014082506QIETU
范围内的光能有选择地向投射镜头10入射。
各微反射镜92的转动位置，是由光阀控制部202根据图像信号PS分别地控制。以将出射光22向投射镜头10入射的微反射镜92的转动位置(例如—10°)为ON状态，以不入射的转动位置(例如+10°)为OFF状态，光阀控制部202，根据接受的图像信号PS，分别ON·OFF控制对应于各画面像素的微反射镜92。这种控制形式，理想的是PWM(脉冲调幅)形式。在利用PWM控制时，某像素的辉度越高，则光阀控制部202就越加长对应于该像素微反射镜92的ON状态的时间。以此，能根据图像信号表现各像素的协调。
光源控制部201，按时间分割依次点亮产生3色光的LED阵列1R、1G、1B。光阀控制部202，与光源控制部201的点亮控制同步，根据图像信号PS进行微反射镜92的控制。其结果是，作为投射镜头10的出射光23，能出射向无图示的外部屏幕放映的彩色光像。另外，图像信号PS，不仅可以是活动图像信号，也可以是静止图像信号。
因此，返回图2、矩形受光面91的长宽比、即、短边V0与长边H0之比(＝H0/V0)，其对应于所表示的图像长宽比。例如，在显示按作为电视播放标准规格NTSC处理的图像时，受光面91的长宽比被设定为4/3，当显示按高解像度电视(HDTV；即宽视野TV)播放标准规格处理的图像时，设定为16/9，在显示以个人电脑用显示器的SXGA标准处理的图像时，设定为5/4。
光阀控制部202，也能以实时从外部接受图像信号PS，当具备图像信号存储部203时，也可以从图像信号存储部203读出。作为图像信号存储部203，除了可以采用RAM等的半导体存储器或小型硬盘等的磁记录媒体以外，也可以采用各种形式。另外，光阀控制部202及光源控制部201，也可以由不需要软件的硬件构成，也可以由根据软件而动作的微机构成。
如图2(a)及图2(d)所示，理想的是入射光21沿与转动轴93前进的面向受光面91入射。换言之，理想的是入射光21具有以轴94或轴95为基准的45°方位角φ，并向受光面91入射。为了在微反射镜92处于ON状态时反射入射光21并作为出射光22而向投射镜头10入射，方位角φ需要在包含45°的范围内。也就是说以具有允许范围内的方位角φ且入射光21能向受光面91入射的方式构成从双向色棱镜4到TIR棱镜8的照射光学***。同样，对入射角θ也存在某允许范围。因此，构成了具有该允许范围内的入射角θ且入射光21能向受光面91入射的上述照射光学***。
图3是简化了蝇眼目镜3(以下，在表示3R、3G、3B时，只附加符号3)的形状及位置、及DMD9受光面91的形状及位置关系的说明图。在图3中，简化了行进方向因双向色棱镜4及TIR棱镜8的改变并描绘了光路。在某平面Q—Q上配置了受光面91，在与其平行的平面P—P上配置了第1蝇眼目镜3。并且，假设包括通过受光面91中心的法线90、及通过同一受光面91中心转动轴93的平面X—X。图3(a)，沿平面P—P、平面Q—Q及平面X—X的任何面都平行的方向、换言之从沿平面P—P与平面X—X的交线或平面Q—Q与平面X—X的交线方向，模式地描绘了照射光学***等的配置。另外，图3(b)是平面P—P上的第1蝇眼目镜3的主视图，图3(c)是平面Q—Q上的DMD9的主视图。
第1蝇眼目镜3，例如具有9个矩形单位镜头，透过这些单位镜头的光束，被第2蝇眼目镜5至第2聚光透镜7的光学***重叠在受光面91上。因此，各单位镜头的形状被设定为近似受光面91的形状。即，各单位镜头和受光面91，被设定为同一长宽比。
利用上述光学***的配置等，将朝受光面91的入射光21的入射角θ设定在某范围θmin～θmax的范围，该范围被设定为能收纳于上述允许范围内。透过蝇眼目镜3各单位镜头的光束，为了具有θmin～θmax范围的入射角θ并向受光面91入射，各单位镜头距平面X—X的距离，必须在对应于θmin～θmax入射角范围的Dmin～Dmax范围内。
另外，为了有效地利用投射镜头10的口径，希望将各单位镜头排列在沿平面X—X且与Dmin～Dmax相等的宽度W之中。因此，上述照射光学***，作为配置各单位镜头所获得的区域，被规定为正方形有效区域30。另外，为了简化说明，在图3中出示的是第1蝇眼目镜3位于的平面P—P与DMD9位于的平面Q—Q平行的实例，但因光的路径一般也有平面P—P与平面Q—Q不平行的场合。在该场合下，根据用图3的说明容易理解，有效区域为大致的正方形。因此，如图1所示，即使在光路径中***双向色棱镜4及TIR棱镜8，同样地能根据照射光学***的结构决定正方形的有效区域30。
但是，如上所述，入射光21的方位角φ必须在包含45°的范围内。因此，如图3(b)所示，构成第1蝇眼目镜3的矩形的各单位镜头，其一边被形成能相对于有效区域30的一边向45°倾斜。此时，如图3(b)所示，当将构成第1蝇眼目镜3的各单位镜头相互之间不设间隙地紧密排列时，则与其对应，构成LED阵列1(以下，在代表1R、1G、1B时，只附加符号1。但是在图面上不表示。)的LED元件彼此之间间隔变狭窄。其结果是，LED阵列1的散热效率恶化，且有LED阵列1的温升显著的危险。
根据本实施例的投射式影像显示装置100，如以下参照图4及图5所说明的，构成第1蝇眼目镜3的单位镜头，按某规则保持间隔地排列。投射式影像显示装置100，能以此一边维持LED阵列1的光量(以此，一边维持对受光面91的照射光的光量、及维持来自投射镜头10的投射光的光量)一边提高散热效果。
图4表示受光面91的长宽比(＝H0/V0)为2以下、且与其相随、构成第1蝇眼目镜3的矩形单位镜头33的长宽比(＝H/V)为2以下时，单位镜头33的理想排列。此时，以H作为单位镜头33长边的长度，以V作为短边的长度。如上所述，H/V＝H0/V0的关系成立。另外，在以下的图4～图6中，在构成第1蝇眼目镜3的各个单位镜头上附加了符号33，在构成LED阵列1的各个LED元件上附加了符号31。
如图4(a)所示，即使在将长宽比为2以下的单位镜头33相互无间隙地以最高密度排列时，通常在有效区域30当中的单位镜头33组周围部分，会产生没有利用于单位镜头33排列的区域，也就是浪费区域。对此，在投射式影像显示装置100上，如图4(b)所示，沿有效区域30垂直的两边保持
Figure C200510055900D0008165809QIETU
的间距P地排列单位镜头33。以此，既能保持与图4(a)相同的单位镜头33个数，又能利用浪费区域而以最低的密度在有效区域30内分散排列单位镜头33。
在图4(b)中，形成于有效区域30的边和与其相接且相互邻接的两个单位镜头33之间的等边三角形空隙的斜边长度a及b，是短边V的倍。另一方面，斜边a及b都与排列间距P一致。因此，在图4(b)中，间距P与
Figure C200510055900D0008165809QIETU
一致。
另外，当受光面91的长宽比(＝H0/V0)等于2时，在图4(b)中，相互间没有间隙地排列了单位镜头33。此时，在被形成的有效区域30之中是使LED阵列1的光量最大的排列，在LED阵列1的光量与损失热散热效果的平衡中，是光量优先于散热效果的排列。
图5表示受光面91的长宽比(＝H0/V0)超过2、且与其相随、构成第1蝇眼目镜3的矩形单位镜头33的长宽比(＝H/V)也超过2时，单位镜头33的理想排列。如图5(a)所示，即使在将长宽比超过2的单位镜头33相互无间隙地以最高密度排列时，通常在有效区域30当中的单位镜头33组周围部分，产生上述浪费区域。
与此相对，在投射式影像显示装置100上，如图5(b)所示，沿有效区域30垂直的两边具有(1/√2)×H的间距P地排列单位镜头33。以此，既能保持与图5(a)相同的单位镜头33个数，又能利用浪费区域而以最低的密度在有效区域30内分散排列单位镜头33。在图5(b)中，形成于有效区域30的一角和与其相接且相互邻接的单位镜头33之间的等边三角形空隙的等边长度c及d，是长边H的(
Figure C200510055900D0017170048QIETU
)倍。另一方面，斜边c及d，都与排列间距P一致。因此，在图5(b)中，间距P与(
Figure C200510055900D0017170048QIETU
)×H一致。
在图4(b)及图5(b)的排列中，由于对于各个图4(a)及图5(a)的排列，相同地保持了单位镜头33的个数，所以也能相同地保持构成LED阵列1的LED元件31的个数。并且，由于在相同的有效区域30内配置了相同的各单位镜头33，所以能保持相同的受光面91上的照射光的光量、以及来自从投射镜头10的投影光的光量。另一方面，由于单位镜头33以最低密度分散排列，所以面对单位镜头33的LED元件31，也以最低密度被分散排列。以此，可以提高LED阵列1的散热效果。如此，可以采用图4(b)及图5(b)的排列，以维持受光面91的照射光的光量、及来自投射镜头10的投射光光量，并提高作为光源的LED阵列1的散热效率。以此，对照明装置及投射式影像显示装置100的小型化作出贡献。
图6是用于说明当在有效区域30内排列了没有达到能排列的最大限度数量的单位镜头33时，采用图4(b)实施例优点的说明图。在图6中，单位镜头33的长宽比为2以下。在图6(a)中，紧密地排列了不足最大限度数量的单位镜头33。另一方面，在图6(b)中，以图4(b)的状态排列了与图6(a)相同数量的单位镜头33。在图6(b)中，分散排列了单位镜头33，并且与图6(a)相比缩小了有效区域30。如此，采用图4(b)或图5(b)的排列，也能实现有效区域30的小型化、及照明装置和投射式影像显示装置100的小型化。
作为其他的实施例，本发明也可以采用以下的实例。
(1)在上述的实施例中，构成第1蝇眼目镜3的单位镜头33，如图4(b)或图5(b)所示地排列。对此，也可以例如在图4(b)上，在单位镜头33之间留有间隙并将间距P设定为
Figure C200510055900D0018170113QIETU
。同样，也可以在图5(b)上，在单位镜头33之间留有间隙并将间距P设定为不足(
Figure C200510055900D0017170048QIETU
)×H。在该实施例中，与图4(a)或图5(a)的实例相比，既能维持同等的光量，又能相应地获得散热效果的提高。
并且一般，蝇眼目镜3，在有效区域30内，也可以保持间隙地排列不足能排列最大限度个数的单位镜头33。各单位镜头33，可以与全部和其邻接的其他单位镜头33保持间隔，也可以如图4(b)或图5(b)的实例所示，与其他镜头的一部分保持间隔。在如此的实例中，可以实现对受光面91照射光的光量(即，从投射镜头10的投影光的光量)与LED阵列1R、1G、1B等光源散热效果的平衡。
(2)在上述的实施例中，使用DMD9作为根据图像信号调制入射光21以出射光像的元件的光阀。对此，作为光阀，也可以使用具备利用相对于矩形受光面的一边具有以45°为中心范围的方位角、使入射光21倾斜入射而适合于使用的微镜的一般反射型装置，即一般微小偏光镜头光学元件。并且，只要是利用相对于矩形受光面的一边具有以45°为中心范围的方位角并使入射光21倾斜入射而适合于使用的装置，也可以使用包含透光型的一般光阀。但是DMD是微小偏光镜头光学元件中被大量出售的元件，具有容易采购的优点。因此，利用DMD可以节约制造成本。
(3)在上述实施例中，作为光源使用了LED阵列1R、1G、1B。对此，作为构成光源的单位光源，不局限于LED元件31，例如也可以使用激光元件，并且也可以使用一般的固体发光元件。由于容易购买到小型固体发光元件，所以适合于照明装置及投射式影像显示装置100的小型化，并且具有寿命长、易于处理等的优点。其中，LED元件31便宜，可以节约光源的制造成本。另外，激光元件，由于产生高指向性的光，所以不要求聚光镜头组2R、2G、2B具有高聚光性。因此，可以简化聚光镜头组2R、2G、2B的构造。
(4)在上述实施例中，使用图1的结构，作为形成由第1蝇眼目镜3R、3G、3B到DMD9的光路径的照射光学***。但是，作为简化照射光学***原理如图3的实例所示，只要能对矩形受光面91倾斜入射地使照射光学***将通过各个单位镜头33的光源光聚光即可，并不局限于图1所示的实例。
(5)在上述实施例中，使用了能产生3色光的LED阵列1R、1G、1B作为光源。对此，也可以使用白色LED阵列等产生白色光的光源作为光源。此时，作为投影光23，能获得单色的光像。并且，在该场合下，可以从照射光学***去掉双向色棱镜4。并且，不仅对应于三原色R、G、B，也可以使用产生相互颜色不同(即，波长不同)3色的LED阵列。以此，能投射出与自然色彩图像不同的有色光学图像。
(6)在上述实施例中，表示了在第1蝇眼目镜3R、3G、3B与第2蝇眼目镜5之间，单位镜头的形状及配置相同的实例。如上所述，单位镜头的形状及配置没有必要一定相同。与其相随，第1蝇眼目镜3R、3G、3B的单位镜头中心、与LED阵列1R、1G、1B的LED元件之间的位置关系，也没有必要一定在正面看时一致。在第1蝇眼目镜3R、3G、3B与第2蝇眼目镜5之间，有时也希望根据单位镜头形状及配置的关系，将LED元件和与其面对的第1蝇眼目镜3R、3G、3B的单位镜头中心，相互错开位置配置。
同样，构成聚光镜头组2R、2G、2B的各个镜头中心位置、与构成第1蝇眼目镜3R、3G、3B的各个镜头中心位置，没有必要一定在正面看时一致。但是，构成LED阵列1R、1G、1B的各个LED元件的位置、与构成聚光镜头组2R、2G、2B的各个镜头中心位置、及构成第1蝇眼目镜3R、3G、3B的各个单位镜头的中心位置，最好是在正面看时相互一致。以此，使相互的位置关系简单化，并容易进行光学设计。
(7)第1蝇眼目镜3R、3G、3B，最好是将各个单位镜头一体化的成型品。以此，容易获得尺寸精度该的第1蝇眼目镜3R、3G、3B。同样，也适用于第2蝇眼目镜5。
(8)聚光镜头组2R、2G、2B，如图7所示，也可以由所谓组合镜头构成。即，作为聚光镜头组2R、2G、2B构成要素被矩阵排列的各个镜头，也可以具有相互面对的多个镜头组。以此，能容易地进行用于宽幅度地聚集LED产生的光并实质地向平行方向高精度引导的光学设计。并且，在多个镜头组当中，至少有一个排列为矩阵状的组，是一体化的成型品，以此能容易获得尺寸精度高的聚光镜头组。
(9)如上所述，有效区域30，为了有效地活用投射镜头10的口径，通常照射光学***被设计为正方形。但是，图4(b)或图5(b)的排列，有效区域30即使是非正方形的矩形，也能有效地将单位镜头33分散地配置于有效区域30内。

Claims (15)

1.一种照明装置，其特征在于，
具有：单位光源组排列构成的光源、镜头阵列和照射光学***；其中，
镜头阵列，具有与所述单位光源组面对排列的聚光镜头组和与所述聚光镜头组面对排列的单位镜头组，其中单位镜头组的单位镜头为矩形，各个所述单位镜头组进行聚光；所述光，是与各个所述聚光镜头组对面的所述单位光源组所产生的、并透过与单位镜头组相面对的所述聚光镜头组的光；
照射光学***，将令通过所述各个单位镜头组的所述光源的光在照射面上重叠并倾斜入射在照射面上进行聚光；
所述单位镜头组中的单位镜头具有间隙地排列在有效区域内；该有效区域，是作为应配置该单位镜头组的区域并且是由所述照射光学***决定的矩形，所述单位镜头组中的单位镜头的一边，相对于所述有效区域的一边倾斜45°，
在所述单位镜头组中的单位镜头的长宽比为不足2时，将该单位镜头组中的单位镜头的短边长度作为V并以沿所述有效区域的垂直的两边具有
Figure C200510055900C0002134216QIETU
×V的间距排列所述单位镜头组中的单位镜头。
2.一种照明装置，其特征在于，
具有：单位光源组排列构成的光源、镜头阵列和照射光学***；其中，
镜头阵列，具有与所述单位光源组面对排列的聚光镜头组和与所述聚光镜头组面对排列的单位镜头组，其中单位镜头组的单位镜头为矩形，各个所述单位镜头组进行聚光；所述光，是与各个所述聚光镜头组对面的所述单位光源组所产生的、并透过与单位镜头组相面对的所述聚光镜头组的光；
照射光学***，将令通过所述各个单位镜头组的所述光源的光在照射面上重叠并倾斜入射在照射面上进行聚光；
所述单位镜头组中的单位镜头具有间隙地排列在有效区域内；该有效区域，是作为应配置该单位镜头组的区域并且是由所述照射光学***决定的矩形，所述单位镜头组中的单位镜头的一边，相对于所述有效区域的一边倾斜45°，
所述单位镜头组中的单位镜头的长宽比超过2，将该单位镜头组中的单位镜头的长边的长度作为H并以沿所述有效区域的垂直的两边具有(1/
Figure C200510055900C0002134216QIETU
)×H的间距排列所述单位镜头组中的单位镜头。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：以与所述单位镜头组中的单位镜头相同的间距排列所述单位光源组中的单位光源。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：以与所述单位镜头组中的单位镜头相同的间距排列所述单位光源组中的单位光源。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的照明装置，其特征在于：以与所述单位镜头组中的单位镜头相同的间距排列所述聚光镜头组中的聚光镜头。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的照明装置，其特征在于：所述单位镜头组是一体化的成型品。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的照明装置，其特征在于：各所述聚光镜头组，具有相互面对的多个镜头组；且在所述聚光镜头组中，所述多个镜头组中的至少一个镜头组是一体化的成型品。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的照明装置，其特征在于：所述光源，分别具有产生波长不同3色光的第1～第3光源，
所述照射光学***，具有色合成机构，该色合成机构，***在从所述第1～第3光源到所述照射面的光路中，以合成所述3色光。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于：所述3色，是红色、绿色及蓝色。
10.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于：还具有使所述第1～第3光源按时间分割依次点亮的光源控制部。
11.根据权利要求1～4中任意一项所述的照明装置，其特征在于：所述单位光源组中的单位光源是发光二极管。
12.根据权利要求1～4中任意一项所述的照明装置，其特征在于：所述单位光源组中的单位光源是激光光源。
13.一种投射式影像显示装置，其特征在于，具有：
权利要求1～4中任意一项所述的照明装置、
配置于所述照明装置的所述照射面上的光阀、
投射从所述光阀发出的出射光的投射光学***。
14.根据权利要求13所述的投射式影像显示装置，其特征在于：所述光阀是微小偏光镜光学元件。
15.根据权利要求14所述的投射式影像显示装置，其特征在于：所述光阀是DMD。
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