JP2005234578A - 照明系及びこれを採用したプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーホイール無しにカラー画像が具現できる照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】 少なくとも一つの発光素子４０と、前記発光素子４０から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズ４５と、前記フォーカシングレンズ４５により集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面４８を有する導波路５０とを含むことを特徴とする照明系、及び前記照明系と、前記導波路から入射するビームを処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【選択図】 図５

Description

本発明は照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムに係り、特に、カラーホイールなしにカラー画像を具現できる照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムに関する。

図１を参照すれば、従来のプロジェクションシステムは、光源１００と、この光源１００から出射したビームを集束せしめる第１のリレイレンズ１０２と、入射光をＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームに分離するカラーホイール１０５と、前記カラーホイール１０５を通ったビームを均一ならしめるフライアイレンズ１０７と、前記フライアイレンズ１０７を通ったビームを集束せしめる第２のリレイレンズ１１０と、前記カラーホイール１０５を介して順次に入射するＲ，Ｇ，Ｂの３色によりカラー画像を形成するディスプレー素子１１２及び前記ディスプレー素子１１２により形成された画像をスクリーン１１８に向わせる投射レンズ系１１５とを含んでなる。

前記光源１００としては、キセノンランプ、金属−ハロゲンランプ、ＵＨＰランプなどが使われるが、これらのランプは余計な赤外線及び紫外線を多量放出する。これにより多量の熱が生じ、この熱を冷やすための冷却ファンが使われるが、この冷却ファンは騷音発生の原因となる。また、ランプ光源のスペクトル分布を見れば、全波長に亘って広く分布していて狭いカラーガマットを有するためにカラー選択の幅が狭まり、色純度が不良であるだけではなく、寿命が短くランプの安定した使用が限られるといった問題点がある。

一方、従来のプロジェクションシステムでは、カラー画像を具現するために前記カラーホイール１０５を駆動モーター（図示せず）により高速回転させてＲ，Ｇ，Ｂを順次前記ディスプレー素子１１２に照明する方式によりカラー画像を具現する。前記カラーホイール１０５はＲ，Ｇ，Ｂの３色フィルタがホイールの全体に亘って等分配置され、１画面が形成される間にカラーホイールが回転し、前記ディスプレー素子１１２の応答速度に応じて前記カラーホイール１０５の回転時に１カラーずつ順次使用するために、２／３の光損失が起こる。また、望ましいカラー具現のために、前記カラーホイール１０５の各カラーの境界部分において所定間隔のギャップが形成されており、この部分でも光損失が起こる。

のみならず、前記カラーホイール１０５は高速回転するために騷音が生じ、機械的な運動により安定性にとって不利であるだけではなく、駆動モーターの機械的な限界のために一定以上の速度が得難いためにカラーブレーキアップ現象が招かれる。さらに、カラーホイールそのもののコストが極めて高価であり、これは製造コスト高につながる。

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、所定波長の光を照射する発光素子を有する照明系を利用して色純度及びカラーガマットを向上させ、且つ、カラーホイール無しにカラー画像が具現できる照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供するところにその目的がある。

また、少なくとも一本以上の導波路を備え、光ビームを断面積の縮小された状態でこの導波路を介して光損失なしに案内することにより、コンパクト化でき、且つ、光効率が高められた照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームの光路を変える少なくとも一つのホログラム光素子と、前記ホログラム光素子を通ったビームを案内する導波路とを含むことを特徴とする。

前記少なくとも一つの発光素子がアレイ構造よりなることを特徴とする。前記発光素子または発光素子アレイは、ＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうち何れか一つよりなることを特徴とする。前記導波路内を進んで出射したビームを一方向に平行ならしめるプリズムアレイをさらに含むことを特徴とする。前記ホログラム光素子は、前記導波路の上部または下部に配されることを特徴とする。

前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを平行ならしめる平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする。前記平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする。前記プリズムアレイを通ったビームの進路を変える光路変換器をさらに備えることを特徴とする。

相異なる波長のビームを照射する複数の発光素子または発光素子アレイが水平方向に一列に配されることを特徴とする。前記光路変換器は、前記プリズムアレイを通ったビームを波長に応じて反射または透過せしめるダイクロイックフィルタであることを特徴とする。前記光路変換器は、前記プリズムアレイを通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする。

前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、所定波長のビームに対して左円偏光を反射させて右円偏光を透過せしめる第１の鏡面と、左円偏光を透過させて右円偏光を反射せしめる第２の鏡面とを有することを特徴とする。前記光路変換器は、ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする。前記発光素子または発光素子アレイ、ホログラム光素子、導波路が複数層構造にてさらに配されることを特徴とする。前記プリズムアレイは、前記導波路の出射側の端部に導波路と一体に形成されることを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、相異なる波長の光ビームを照射する発光素子と、前記発光素子から照射されたビームの光路を変える前記発光素子の各々に対応するホログラム光素子と、前記ホログラム光素子を介して入射したビームを同方向に案内する導波路とを含むことを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束するフォーカシングレンズと、前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する、所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路とを含むことを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームの光路を変える少なくとも一つの回折光学素子と、前記回折光学素子を通ったビームを案内する導波路とを含むことを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクションシステムは、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から出射した光ビームの進路を変える少なくとも一つのホログラム光素子と、前記少なくとも一つのホログラム光素子を通ったビームを案内する導波路と、前記導波路から入射する光を入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクションシステムは、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズと、前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路と、前記導波路から入射するビームを入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。

前記プリズムアレイまたは光路変換器から出射したビームの強度を均一ならしめるフライアイレンズと、このフライアイレンズを通ったビームを前記ディスプレー素子側に集束せしめるリレイレンズとをさらに含むことを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクションシステムは、相異なる波長の光ビームを照射する発光素子と、前記発光素子から照射されたビームの光路を変える前記発光素子の各々に対応するホログラム光素子等と、前記ホログラム光素子を介して入射したビームを同方向に案内する導波路と、前記導波路から入射するビームを入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。

以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態について説明する。図２を参照すれば、本発明の第１の実施の形態による照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子１０と、前記少なくとも一つの発光素子１０から照射されたビームの経路を変えるホログラム光素子１５と、前記ホログラム光素子１５を通ったビームを案内する導波路２０とを備える。

前記少なくとも一つの発光素子１０としては、ＬＥＤ、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使用できる。また、前記の如き複数の発光素子が２次元的に配列されたアレイ構造として使用できる。前記少なくとも一つの発光素子または発光素子アレイ１０は相異なる波長のビームを照射するように構成できる。例えば、図４に示されたように、Ｒ波長のビームを照射する第１の発光素子１０ａ、Ｇ波長のビームを照射する第２の発光素子１０ｂ及びＢ波長のビームを照射する第３の発光素子１０ｃを含むことができる。

また、前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから照射される光ビームを平行ならしめるコリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイなどの平行光形成手段１３をさらに備えることができる。そして、前記平行光形成手段１３により平行ならしめられたビームを前記導波路２０内において全反射可能な所定の角度にて入射せしめるホログラム光素子１５が備えられる。前記ホログラム光素子１５は、ビームを前記導波路２０内に入射する時に所定角度だけ回折させて入射せしめることにより、前記導波路２０内におけるビームの断面積を縮小せしめる。すなわち、前記ホログラム光素子１５に入射するビームの断面積に比べて前記ホログラム光素子１５を通った後に前記導波路２０内を進むビームの断面積の方が狭まっているということが分かる。これにより、照明系の全体的な体積を減らせるだけではなく、光損失をも減らせる。

前記ホログラム光素子１５は、前記導波路２０の上部または下部に設置可能である。但し、前記ホログラム光素子１５を通った前記導波路２０の一端部から出射したビームが導波路２０の下部面から全反射されて上部面に入射する時、前記ホログラム光素子１５に戻らないように回折角またはホログラムの長さを調節しなければならない。一方、前記ホログラム光素子１５はこれと同じ機能を有する回折光学素子に置き換え可能である。

また、前記導波路２０の出射側の端部には導波路２０を通って出射した色々な方向のビームを一方向に平行ならしめるプリズムアレイ２５が配される。すなわち、前記導波路２０内を進むビームは相異なる方向に出射した後、前記プリズムアレイ２５により一方向に集束されつつ平行に進む。ここでは、前記プリズムアレイ２５が前記導波路２０とは別体となっている例を説明したが、これに限定されることなく、前記プリズムアレイを前記導波路２０の出射側の端部に一体に形成しても良い。図３Ａに示されたように、前記導波路２０の出射側の端部に所定角度だけ斜めに形成された傾斜面２６をもたせてプリズムアレイと同じ機能を行わせても良い。あるいは、図３Ｂ及び図３Ｃのように、前記導波路２０の出射側の端部に少なくとも一つのプリズム面２７，２８をもたせてプリズムアレイを構成しても良い。以上のように、前記導波路２０と一体型のプリズムアレイ２６，２７，２８または別体型のプリズムアレイ２５を利用し、前記導波路２０を介して色々な方向に進むビームを一方向に平行ならしめて進める。これにより、前記発光素子１０から照射されたビームの断面積が前記ホログラム光素子１５及び導波路２０により縮小されて前記プリズムアレイ２５，２６，２７，２８を通る。

さらに、十分な光量を確保するために、前記発光素子または発光素子アレイ１０を複数備え、これに対応するホログラム光素子１５′及び導波路２０′を複数備えても良い。この時、前記導波路２０，２０′は、隣り合う導波路とは異なる平面に階段状に配されて互いのビームの進路を妨げない。

一方、前記プリズムアレイ２５，２６，２７，２８を通ったビームの進路を変える光路変換器３０がさらに備えられても良いが、これについての具体的な例は後述する。

本発明の第２の実施の形態による照明系は、図５を参照すれば、前記少なくとも一つの発光素子または発光素子アレイ４０と、ビームの進路を案内する導波路５０と、前記導波路５０の入射側の端部側にビームを集束せしめるフォーカシングレンズ４５とを備えてなる。前記発光素子または発光素子アレイ４０としては、前述の如く、ＬＥＤ、ＬＤ、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使用できる。

前記導波路５０の入射側の端部は、前記フォーカシングレンズ４５により集束されたビームが反射して前記導波路５０の内部を全反射するように、所定角度だけ斜めに形成された傾斜面４８を有する。望ましくは、前記傾斜面４８は、略４５°の角度だけ斜めに形成される。ここで、ビームは前記フォーカシングレンズ４５により前記導波路５０の入射側の端部の一点に集束するので、前記導波路５０を一層薄めることができる。従って、前記導波路５０内を進むビームの断面積を一層縮小できる。

また、前記発光素子または発光素子アレイ４０は複数備えられて一列に配置できる。ここで、前記複数の発光素子または発光素子アレイの各々に対応するフォーカシングレンズ４５，４５′，４５″が階段状に相異なる平面に配され、前記フォーカシングレンズ４５，４５′，４５″により各々集束されたビームは相異なる平面に配された導波路５０，５０′，５０″を介して各々案内される。これにより、光量が十分に確保できる。前記複数の発光素子または発光素子アレイ４０は一列に配するが、相異なる波長のビームを照射する発光素子または発光素子アレイを前記の如き方式により構成しても良い。

前記発光素子または発光素子アレイ４０及びフォーカシングレンズ４５，４５′，４５″の間に前記発光素子または発光素子アレイ４０から照射されたビームを平行ならしめる第１の平行光形成手段４３がさらに備えられても良い。そして、前記導波路５０，５０′，５０″の出射側の端部にも導波路５０，５０′，５０″内を進んで出射したビームを平行ならしめる第２の平行光形成手段５５が備えられる。前記第１及び第２の平行光形成手段４３，５５はコリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであっても良い。これらに、前記第２の平行光形成手段５５を通ったビームの進路を変える光路変換器５８がさらに備えられても良い。

図６ないし図８は、前記光路変換器３０，５８の色々な具体例を示すものである。ここで、光路変換器の例は前記第１の実施の形態及び第２の実施の形態に同一に適用可能であるが、前記第１の実施の形態における図面符号を代表的に使用して説明する。

前述の如く、前記発光素子または発光素子アレイ１０は各々Ｒ，Ｇ，Ｂ波長のビームを照射する第１，第２及び第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを含むことができ、図６及び図７に示されたように、水平方向に一列に配置できる。また、十分な光量を確保するために、Ｒ，Ｇ，Ｂ波長のビームを照射する第１ないし第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを各々複数さらに備えることもできる。複数の発光素子または発光素子アレイを水平方向に平行に配する方法のほかに、上下方向の複数層構造に配しても良い。前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが複数備えられる場合、各々の発光素子または発光素子アレイに対応するホログラム光素子１５またはフォーカシングレンズ４５、及び導波路２０，５０がそれに対応して複数備えられるということは言うまでもない。前記複数層構造の場合、前記発光素子１０、ホログラム光素子１５またはフォーカシングレンズ４５、及び導波路２０，５０などを備えた層が向かい合いつつ対称に配される。このような水平構造または複数層構造は各波長に対応する発光素子または発光素子アレイ別に同じ構造にて繰り返して構成できる。

前記光路変換器３０，５８は、入射光を選択的に透過または反射せしめることにより相異なる光路に入射した光を同じ光路に向わせる。前記光路変換器３０，５８は、図６に示されたように、前記第１ないし第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの光を各々波長に応じて反射または透過せしめる第１，第２及び第３のダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含むことができる。例えば、前記第１の発光素子または発光素子アレイ１０ａからＲ波長のビームが、第２の発光素子または発光素子アレイ１０ｂからＧ波長のビームが、そして第３の発光素子または発光素子アレイ１０ｃからＢ波長のビームが照射可能である。

そして、前記第１のダイクロイックフィルタ３０ａはＲ波長のビームのみ反射し、残りの波長のＧ，Ｂビームは透過させ、前記第２のダイクロイックフィルタ３０ｂはＧ波長のビームのみ反射し、残りの波長のＲ，Ｂビームは透過せしめる。また、前記第３のダイクロイックフィルタ３０ｃは、Ｂ波長のビームは反射し、残りの波長のＲ，Ｇビームは透過せしめる。従って、前記プリズムアレイ２５を通ったビームが前記第１のダイクロイックフィルタ３０ａに入射すれば、図中のＡ方向に反射されて行く。また、前記プリズムアレイ２５を通ったＧビームが前記第２のダイクロイックフィルタ３０ｂに入射すれば、前記第２のダイクロイックフィルタ３０ｂにより反射されて前記第１のダイクロイックフィルタ３０ａを通って図中のＡの方向に直進する。また、前記プリズムアレイ２５を通ったＢビームが前記第３のダイクロイックフィルタ３０ｃに入射すれば、前記第３のダイクロイックミラー３０ｃにより反射され、前記第２及び第１のダイクロイックフィルタ３０ｂ，３０ａを通って図中のＡの方向に直進する。このようにして相異なる経路のＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームを同じ経路に進める。

これとは異なって、前記光路変換器として、図７に示されたように、入射光の偏光方向に応じて選択的に入射光を反射または透過せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５を使用できる。前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５は、所定波長の光に対し、例えば左円偏光は反射させて右円偏光は透過せしめることにより光路を変えることができ、逆に、左円偏光は透過させて右円偏光は反射せしめることもできる。前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５は、Ｒ波長のビーム、Ｇ波長のビーム、Ｂ波長のビームに対して各々円偏光の偏光方向に応じて選択的に透過または反射せしめる第１，第２及び第３のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃを含むことができる。

一方、前記第１，第２及び第３のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃには各々、左円偏光及び右円偏光をどちらも使用可能にして光効率を高めるために、各々のフィルタに対応する波長に対して左円偏光を反射させて右円偏光を透過せしめる第１の鏡面３７と、左円偏光を透過させて右円偏光を反射せしめる第２の鏡面３８とが適宜配される。ここで、左円偏光に対しては＋、右円偏光に対しては−を付けて表記する。例えば、Ｒ＋は左円偏光のＲビームを、Ｒ−は右円偏光のＲビームを表わす。

前記発光素子または発光素子アレイ１０を通ったＲ，Ｇ，Ｂビームが各々前記第１，第２及び第３のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃに向かう。前記第１，第２及び第３のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、光が入射する方向から第１の鏡面３７及び第２の鏡面３８が対角線方向に備えられる。ここで、Ｒビームの進路について説明する。前記プリズムアレイ２５を通ったＲビームのうち左円偏光のビームＲ＋が最初に前記第１の鏡面３７に出合えば、この第１の鏡面３７により反射されてから進路上において第２の鏡面３８に出合った時にそのまま透過されて図中のＡ′の方向に進む。一方、Ｒ＋のビームが最初に前記第２の鏡面３８に出合えば、この第２の鏡面３８を透過してから前記第１の鏡面３７により反射されて図中のＡ′の方向に進む。また、前記プリズムアレイ２５を通ったＲビームのうち右円偏光のビームＲ−が最初に前記第１の鏡面３７に出合えば、この第１の鏡面３７を透過し、進路上において第２の鏡面３８に出合った時に反射されてＡ′の方向に進む一方、最初に前記第２の鏡面３８に出合えば、この第２の鏡面３８により反射されてＡ′の方向に向かう。

前記の如き作用はＧビームの左円偏光Ｇ＋及び右円偏光Ｇ−、Ｂビームの左円偏光Ｂ＋及び右円偏光Ｂ−に対しても同様に適用され、結局、いずれも同方向（Ａ′）に進められる。前記第１，第２及び第３のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、各々に対応する波長のビームのみを選択的に透過または反射させ、他の波長のビームに対しては偏光方向に関係なくいずれも透過せしめる。このようにして左円偏光及び右円偏光がどちらも有効に使用可能であるので、光効率の面で極めて有利である。

これとは異なって、前記光路変換器は、図８に示されたように、Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタフィルムを含むことができる。この時、前記第１，第２及び第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは前記Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタフィルムを中心として所定角度をもって離隔されて配される。前記Ｘプリズム６０は、Ｒ，Ｇ，Ｂ波長のビームを照射する第１，第２及び第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、ホログラム光素子１５及び導波路２０と対向して位置した第１，第２及び第３の入射面６１，６２，６３と、一つの出射面６４とを有する。そして、Ｘ字形に交差されて入射光をその波長に応じて選択的に透過または反射せしめることにより光路を変える第３及び第４の鏡面６０ａ，６０ｂを含む。例えば、前記第３の鏡面６０ａは、Ｒビームを反射させて他の波長のＧ，Ｂビームを透過せしめる一方、前記第４の鏡面６０ｂは、Ｂビームを反射させて他の波長のＲ，Ｇビームを透過せしめる。

前記第１ないし第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから各々出射されて前記ホログラム光素子１５、導波路２０及びプリズムアレイ２５，２６，２７，２８を通ったＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは各々前記Ｘプリズム６０の対応する第１ないし第３の入射面６１，６２，６３に入射する。このように相異なる経路に入射したＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは前記第３及び第４の鏡面６０ａ，６０ｂを透過またはそこから反射されて前記出射面６４内を同方向に進む。

前述の実施の形態により、前記発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを各々に配置でき、その配置に見合うように光路変換器３０，３５，６０を選択して構成できる。また、前記実施の形態における少なくとも一つのホログラム光素子１５は同じ機能を有する少なくとも一つの回折光学素子に置き換え可能である。また、前述した第２の実施の形態に対しても前記ダイクロイックフィルタ、コレステリックバンドモジュレーションフィルタ及びＸプリズム、Ｘ型ダイクロイックフィルタフィルムのうち何れか一つが選択されて同様に適用できる。

本発明の第３の実施の形態によれば、図９に示されたように、各々Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを照射する第４，第５及び第６の発光素子または発光素子アレイ６５，６６，６７と、前記第４ないし第６の発光素子または発光素子アレイ６５，６６，６７から照射されたビームを平行ならしめる平行光形成手段７０と、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビーム各々の光路を所定角度だけ変える第４ないし第６のホログラム光素子７５，７６，７７と、前記ホログラム光素子７５，７６，７７を通って入射したビームを全反射させて進める導波路８０と、前記導波路８０の出射側の端部に設けられたプリズムアレイ８５とを含んでなる。

前記平行光形成手段７０は、フレネルレンズアレイまたはコリメーティングレンズアレイであっても良い。前記平行光形成手段７０により平行に出射したＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは各々に対応する第４ないし第６のホログラム光素子７５，７６，７７を介して前記導波路８０内において全反射可能な角度にて入射する。前記プリズムアレイ８５は、前記導波路８０の出射側の端部に一体に形成されており、前記導波路８０を介して相異なる方向に進むビームを一方向に平行に出射せしめる。前記プリズムアレイ８５は、このように前記導波路８０と一体型のものもあれば、前述の如く前記導波路８０と別体型のものもある。また、十分な光量を確保するために、発光素子または発光素子アレイ６５′，６６′，６７′をさらに備えても良い。前記発光素子または発光素子アレイ６５′，６６′，６７′に対応する平行光形成手段７０′、ホログラム光素子７５′，７６′，７７′、導波路８０′及びプリズムアレイ８５′が前述の如き構造にてさらに配される。ここで、前記ホログラム光素子７５′，７６′，７７′及び導波路８０′は、隣り合うホログラム光素子７５，７６，７７及び導波路８０が設けられた平面とは異なる平面に配され、互いの光路が重畳されない。

前記第３の実施の形態によれば、前記第４ないし第６の発光素子または発光素子アレイ６５，６６，６７からＲ，Ｇ，Ｂビームが順次オン／オフされて出射することにより、光損失無しにカラー画像が形成可能になる。そして、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームが前記導波路８０内を同一経路に進むので、別途の光路変換器を備えなくても良い。

一方、本発明は、前記の如き照明系を採用したプロジェクションシステムを提供する。本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムは、図１０に示されたように、光を照射する照明系９０と、この照明系９０から出射したＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームを利用して画像を形成するディスプレー素子９５及び前記ディスプレー素子９５により形成された画像をスクリーン９８に向わせる投射レンズユニット９７を含むプロジェクションシステムにおいて、前記照明系９０は、図２に示されたように、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子１０と、前記発光素子１０から出射した光ビームの経路を変える少なくとも一つのホログラム光素子１５と、前記少なくとも一つのホログラム光素子１５を介して入射する入射光を案内する導波路２０とを含んでなる。

前記照明系は、図２ないし図９を参照して説明した第１ないし第３の実施の形態による照明系のうち一つよりなり、図１０中の９０にて表わされる。図２及び図４を参照すれば、前記発光素子または発光素子アレイ１０としては、ＬＥＤ、ＬＤ、有機ＥＬまたはＦＥＤなどが使用できる。前記発光素子または発光素子アレイ１０は各々Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを出射する第１ないし第３発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを含み、十分な光量が確保可能なように発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、ホログラム光素子１５、導波路２０などが同じ構造にて水平方向または上下方向にさらに備えられる。ここで、前記少なくとも一つのホログラム光素子１５は同じ機能を有する回折光学素子に置き換え可能であり、これによっても本発明の目的は達成できる。

また、前記導波路２０内を進んで出射したビームを一方向に平行ならしめるプリズムアレイ２５をさらに備えても良い。前記プリズムアレイ２５は、前記導波路２０とは別体型のものもあれば、前記導波路２０の出射側の端部と一体型に形成されるものもある（図３Ａないし図３Ｃ参照）。これに加えて、前記プリズムアレイ２５，２６，２７，２８を介して同方向に進むＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームを均一ならしめるフライアイレンズ９２及び前記ディスプレー素子９５側に光を集束せしめるリレイレンズ９３がさらに備えられても良い。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを利用して前記ディスプレー素子９５によりカラー画像を形成する。前記ディスプレー素子９５は、画像信号に基づきマイクロミラーのオン−オフ切り換え動作によりカラー画像を具現する可動ミラー装置であっても良く、入射光を偏光変調させてカラー画像を具現する液晶表示素子であっても良い。

これらに加えて、前記照明系９０は、前記プリズムアレイ２５，２６，２７，２８の後方に相異なる方向から入射するビームの進路を変えて一方向に集束せしめる光路変換器３０をさらに備えても良い。

前記光路変換器は、前述の如く、入射光の波長に応じて選択的に透過または反射せしめることによりＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームの進路を変える第１ないし第３のダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含むことができる。前記第１ないし第３のダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内を同方向に進むＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは、前記フライアイレンズ９２及びリレイレンズ９３により均一に集束されて前記ディスプレー素子９５によりカラー画像を形成する。

ここでは、前記光路変換器として第１ないし第３のダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを使用した例を説明したが、これに限定されることなく、前述の如く、入射光の円偏光の方向に応じて透過または反射せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５を使用しても良い。また、光の波長に応じて入射光を反射または透過せしめることにより相異なる方向から入射するＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームが同方向に進むように光路を変えるＸプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタが使用できる。この時には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームを照射する第１ないし第３の発光素子または発光素子アレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、図８に示されたように、前記Ｘプリズム６０またはＸ型ダイクロイックフィルタを中心として所定角度をもって離隔されて配される。

さらに他の実施形態として、前記照明系９０が、図５に示されたように、発光素子または発光素子アレイ４０、前記発光素子または発光素子アレイ４０から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズ４５及び前記フォーカシングレンズ４５により集束されたビームが全反射可能に所定角度だけ斜めに形成された反射面４８を有する導波路５０を備えても良い。そして、前記導波路５０内を進んで出射したビームを平行ならしめるコリメーティングレンズまたはフレネルレンズなどの平行光形成手段５５がさらに備えられる。

前記平行光形成手段５５により平行ならしめられたビームは前記フライアイレンズアレイ９２により均一になり、前記リレイレンズ９３により前記ディスプレー素子９５に集束する。ここで、前記平行光形成手段５５の後方に前記第１ないし第３のダイクロイックフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、コレステリックバンドモジュレーションフィルタ３５、ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタ６０などの光路変換器が挿入可能であるということは前述の通りであるため、これについての詳細な説明は省く。

また、本発明に係るプロジェクションシステムは、図９に示されたように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームが前記第４ないし第６のホログラム光素子７５，７６，７７を介して同導波路８０に入射して同方向に進む構造の照明系を採用することができる。この場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ビームが一本の導波路８０を介して同光路に進むので、別途の光路変換器を備えなくても良い。従って、プロジェクションシステムのコンパクト化が可能になる。

前記の如き色々な実施の形態による照明系９０から出射されるＲ，Ｇ，Ｂの３色ビームは、前記フライアイレンズ９２及びリレイレンズ９３を通って前記ディスプレー素子９５に入射してカラー画像が形成される。そして、このカラー画像は、前記投射レンズユニット９７により拡大されてスクリーン９８に結像される。

［発明の効果］
本発明に係る照明系は、所望の波長帯の狭いスペクトルを有する光を照射する発光素子または発光素子アレイを利用することで色純度が向上し、より広い分布を有するカラーガマットを確保できるだけではなく、ホログラム光素子または回折光学素子、及び導波路によりビームの断面積を縮小せしめることにより照明系をコンパック化でき、しかも光損失を低減できる。また、フォーカシングレンズにより一点に集束されたビームを導波路内に進めることでビームの断面積が一層縮小し、従来のランプ光源に比べて熱の発生が少ないほか、寿命が延びるという利点もある。

のみならず、本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムでは、発光素子または発光素子アレイを有する照明系によるタイムシーケンシャル駆動が可能であることから、カラーホイールが不要であり、カラーホイールの回転速度より高速のオン−オフ切り換え作動が可能であることから、高いフレームレートが具現できて電力の消耗も省ける。よって、本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムは、高鮮明度及び高画質の画面を提供することができる。

従来のプロジェクションシステムの概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態による照明系の正面図である。 本発明の第１の実施の形態による照明系において使われる導波路の色々な実施形態を示す図面である。 本発明の第１の実施の形態による照明系において使われる導波路の色々な実施形態を示す図面である。 本発明の第１の実施の形態による照明系において使われる導波路の色々な実施形態を示す図面である。 図２の平面図である。 本発明の第２の実施の形態による照明系の概略構成図である。 本発明の照明系において使われる光路変換器の色々な実施形態を示す図である。 本発明の照明系において使われる光路変換器の色々な実施形態を示す図である。 本発明の照明系において使われる光路変換器の色々な実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態による照明系の構成図である。 本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムの概略構成図である。

符号の説明

１０，４０ 発光素子（発光素子アレイ）
４３ 第１の平行光形成手段
４５，４５′，４５″ フォーカシングレンズ
４８ 傾斜面（入射面、反射面）
２０，２０′，５０，５０′，５０″，８０，８０′ 導波路
５５ 第２の平行光形成手段
３０，３５，５８，６０ 光路変換器
１０，５５，７０，７０′ 平行光形成手段
１５，１５′ ホログラム光電子
２５〜２８，８５，８５′ プリズムアレイ
３０ａ 第１のダイクロイックフィルタ（ダイクロイックフィルタ、光路変換器）
３０ｂ 第２のダイクロイックフィルタ（ダイクロイックフィルタ、光路変換器）
３０ｃ 第３のダイクロイックフィルタ（ダイクロイックフィルタ、光路変換器）
３５ コレステリックバンドモジュレーションフィルタ（光路変換器）
３７ 第１の鏡面
３８ 第２の鏡面
６０ Ｘプリズム（光路変換器）
９０ 照明系
９２，１０７ フライアイレンズ
９３，１１０ リレイレンズ
９５，１１２ ディスプレー素子
９７ 投射レンズユニット
９８，１１８ スクリーン

Claims (23)

1. 所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、
   前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束するフォーカシングレンズと、
   前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する、所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路とを含むことを特徴とする照明系。
2. 前記少なくとも一つの発光素子がアレイ構造よりなることを特徴とする請求項１に記載の照明系。
3. 前記発光素子または発光素子アレイは、ＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の照明系。
4. 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを平行ならしめる第１の平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする請求項３に記載の照明系。
5. 前記導波路内を進んで出射したビームを平行ならしめる第２の平行光形成手段をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の照明系。
6. 前記第１及び第２の平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする請求項４または５に記載の照明系。
7. 前記第２の平行光形成手段を通ったビームを選択的に透過または反射せしめることにより光の進路を変える光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の照明系。
8. 相異なる波長のビームを照射する複数の前記発光素子または発光素子アレイが水平方向に一列に配されることを特徴とする請求項７に記載の照明系。
9. 前記光路変換器は、
   前記第２の平行光形成手段を通ったビームを波長に応じて反射または透過せしめるダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の照明系。
10. 前記光路変換器は、
    前記第２の平行光形成手段を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の照明系。
11. 前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、
    所定波長のビームに対して左円偏光を反射させて右円偏光を透過せしめる第１の鏡面と、左円偏光を透過させて右円偏光を反射せしめる第２の鏡面とを有することを特徴とする請求項１０に記載の照明系。
12. 相異なる波長の光ビームを照射する複数の前記発光素子または発光素子アレイが所定角度にて離隔されて配されることを特徴とする請求項７に記載の照明系。
13. 前記光路変換器は、
    ＸプリズムまたはＸ型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項１２に記載の照明系。
14. 前記発光素子または発光素子アレイ、前記フォーカシングレンズ及び前記導波路が複数層構造にてさらに配されて十分な光量が確保可能であることを特徴とする請求項１、２、８及び１２のうち何れか一項に記載の照明系。
15. 前記複数層構造は、対称構造であることを特徴とする請求項１４に記載の照明系。
16. 所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、
    前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズと、
    前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路と、
    前記導波路から入射するビームを入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、
    前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
17. 前記少なくとも一つの発光素子は、アレイ構造よりなることを特徴とする請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
18. 前記発光素子または発光素子アレイは、ＬＥＤ、レーザダイオード、有機ＥＬ及びＦＥＤのうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項１７に記載のプロジェクションシステム。
19. 前記発光素子または発光素子アレイから照射された光を平行ならしめる第１の平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする請求項１８に記載のプロジェクションシステム。
20. 前記導波路内を進んで出射したビームを平行ならしめる第２の平行光形成手段をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のプロジェクションシステム。
21. 前記第２の平行光形成手段から出射したビームの強度を均一ならしめるフライアイレンズと、該フライアイレンズを通ったビームを前記ディスプレー素子側に集束せしめるリレイレンズとをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のプロジェクションシステム。
22. 前記第２の平行光形成手段及び前記フライアイレンズの間に前記第２の平行光形成手段を通ったビームを選択的に透過または反射せしめることにより光の進路を変える光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項１９または２０に記載のプロジェクションシステム。
23. 前記第１及び第２の平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする請求項２１に記載のプロジェクションシステム。

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