JP2007041567A

JP2007041567A - 照明装置及び画像表示装置

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Publication number: JP2007041567A
Application number: JP2006177162A
Authority: JP
Inventors: Ken Kobayashi; 建小林; Kazuya Akiyama; 和哉秋山; Tetsuji Suzuki; 鉄二鈴木
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】画像表示装置において用いられる照明装置であって、照明光の輝度を十分に高く維持し、かつ、表示画像のホワイトバラスを良好に維持することを可能としながら、特に、光源として固体発光素子を用いる場合においても、この光源の寿命を十分に長寿命に維持することができるようにする。また、画像表示装置における信号処理を困難化することがないようにする。
【解決手段】同一波長の光を発する複数の光源２Ｇ_１，２Ｇ_２と、各光源２Ｇ_１，２Ｇ_２の点灯を制御する制御手段４と、各光源２Ｇ_１，２Ｇ_２からの光のうちの少なくとも一について光路を変換させ各光源２Ｇ_１，２Ｇ_２からの光を同一の空間光変調素子１Ｇに導く光路変換手段１０とを備える。制御手段４は、各光源２Ｇ_１，２Ｇ_２を時分割的に点灯するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置等において空間光変調素子を照明するための照明装置及びこのような照明装置を有して構成される画像表示装置に関する。

従来、複数の空間光変調素子を備え、これら空間光変調素子を照明装置により照明し、各空間光変調素子を経た変調光を結像させて画像表示を行う画像表示装置が提案されている。

各空間光変調素子は、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分をそれぞれ表示し、これら画像に応じて照明光を変調させる。照明装置は、赤色成分の画像の表示する空間光変調素子を赤色の照明光で照明し、緑色成分の画像の表示する空間光変調素子を緑色の照明光で照明し、青色成分の画像の表示する空間光変調素子を青色の照明光で照明する。

各空間光変調素子により変調された変調光は、色合成されて結像され、例えば、スクリーン上などに画像を表示する。

このような画像表示装置の照明装置として、特許文献１に記載されているように、光源として、赤色光、緑色光及び青色光を発する固体発光素子を用いたものが提案されている。固体発光素子とは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）、電界発光素子（ＥＬ）などである。

この照明装置を有する画像表示装置においては、図１２に示すように、赤色用、緑色用及び青色用の各固体発光素子１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂは、それぞれが独立した駆動回路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂにより制御されて発光する。これら駆動回路１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂは、コントローラ１０３によって制御されている。

赤色用の固体発光素子１０１ｒから発せられた照明光は、リレーレンズ１０４ｒ、フィールドレンズ１０５ｒ及び偏光子１０６ｒを経て、赤色用の透過型空間光変調素子１０７ｒに入射される。赤色の照明光は、透過型空間光変調素子１０７ｒによって赤色成分の画像信号に応じて偏光変調され、検光子１０８ｒを経て、赤色の画像光として、色合成プリズム１０９に入射される。

また、緑色用の固体発光素子１０１ｇから発せられた照明光は、リレーレンズ１０４ｇ、フィールドレンズ１０５ｇ及び偏光子１０６ｇを経て、緑色用の透過型空間光変調素子１０７ｇに入射される。緑色の照明光は、透過型空間光変調素子１０７ｇによって緑色成分の画像信号に応じて偏光変調され、検光子１０８ｇを経て、緑色の画像光として、色合成プリズム１０９に入射される。

そして、青色用の固体発光素子１０１ｂから発せられた照明光は、リレーレンズ１０４ｂ、フィールドレンズ１０５ｂ及び偏光子１０６ｂを経て、青色用の透過型空間光変調素子１０７ｂに入射される。青色の照明光は、透過型空間光変調素子１０７ｂによって青色成分の画像信号に応じて偏光変調され、検光子１０８ｂを経て、青色の画像光として、色合成プリズム１０９に入射される。

色合成プリズム１０９に入射された赤色、緑色及び青色の画像光は、色合成されて、投射レンズ１１０に入射される。この投射レンズ１１０は、各色の画像光を図示しないスクリーン上に投射し、拡大して結像させて、画像表示を行う。

このような画像表示装置においては、図１３に示すように、赤色用、緑色用及び青色用の固体発光素子１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂをそれぞれ連続駆動させることにより、カラー画像を表示することができる。また、特許文献１に記載されているように、この画像表示装置においては、図１４に示すように、各固体発光素子１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂを順次時分割的に駆動させることによっても、人間の視覚における残像効果を利用することにより、カラー画像を表示することができる。

また、特許文献２には、４色の異なる色を発する固体発光素子を用いた照明装置を有する画像表示装置が記載されている。特許文献２によれば、この画像表示装置においては、４色によって画像を構成するので、表示画像のホワイトバランスが良好になるとしている。また、４色の固体発光素子のうちの色が近似する２つの固体発光素子は、順次時分割的に駆動させることにより、これら固体発光素子の輝度差による影響を回避することとしている。

特開平１０−３２６０８０号公報特開２００４−３２５４７７公報

ところで、前述のような照明装置に用いる固体発光素子の寿命は、その発光層の温度（ジャンクション温度）に依存している。一般に、ジャンクション温度が１００°Ｃを超えると、固体発光素子の寿命は、著しく短くなる。そのため、固体発光素子においては、ジャンクション温度が１００°Ｃを超えることとなるような高い電力を投入することはできず、また、発光効率が低いため、表示画像を十分な輝度を有するものとすることが困難となっている。

特許文献１に記載の画像表示装置においては、赤色用、緑色用及び青色用の固体発光素子１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂを順次時分割的に発光させるので、これら固体発光素子１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂにおけるジャンクション温度の上昇が抑えられて寿命が長くなるとは思われるが、１フィールドあたりの各色用固体発光素子１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂの発光期間が短かくなるため、表示画像の輝度を高めることができない。

また、緑色用の固体発光素子１０１ｇの発光効率は、赤色用及び青色用の固体発光素子１０１ｒ，１０１ｂよりも低いため、表示画像の輝度を維持しつつホワイトバランスを最適とすることが困難である。すなわち、表示画像のホワイトバランスを保つには、赤色用及び青色用の固体発光素子１０１ｒ，１０１ｂの発光パワーを低くしなければならず、表示画像全体の輝度が低下してしまうこととなる。

そして、特許文献２に記載の画像表示装置においては、４色の異なる色を発する固体発光素子を用いて空間光変調素子を照明しているため、空間光変調素子により表示される画像として、４つの色成分に対応したものを用意しなければならない。ところが、一般的に使用される画像信号は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３色の成分によって構成されており、この画像信号に基づいて第４の色成分に対応する画像信号を生成しなければならず、複雑な信号処理を行わなければならない。

また、この特許文献２においては、色が近似する２つの固体発光素子の時分割的な駆動について、各固体発光素子の発光周期をジャンクション温度の上昇を抑えるために最適化するという発想は開示されておらず、固体発光素子の寿命を長くするという効果は想定されていない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、画像表示装置等において空間光変調素子を照明するために用いられる照明装置において、照明光の輝度を十分に高く維持し、かつ、表示画像のホワイトバラスを良好に維持することを可能としながら、特に、光源として固体発光素子を用いる場合においても、この光源の寿命を十分に長寿命に維持することができるようになされ、また、画像表示装置における信号処理を困難化することのない照明装置を提供し、このような照明装置を用いた画像表示装置を提供することを目的とするものである。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
同一波長の光を発する複数の光源と、各光源の点灯を制御する制御手段と、各光源からの光のうちの少なくとも一について光路を変換させ各光源からの光を同一の空間光変調素子に導く光路変換手段とを備え、制御手段は、各光源を時分割的に点灯するように制御することを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有する照明装置において、光路変換手段は、光源からの光を反射させる反射板を有し、この反射板を光源からの光の光路に対して該光源の点灯周期に同期させて移動させることにより、該光源からの光の光路を時分割的に変換させることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する照明装置において、環境温度を検出する温度検出手段を備え、制御手段は、温度検出手段により検出された環境温度に基づいて各光源の点灯周波数を制御することによって、各光源の発光部温度を所定の温度以下に抑えることを特徴とするものである。

また、本発明に係る画像表示装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成４〕
複数の空間光変調素子と、各空間光変調素子に対応して設けられ対応する空間光変調素子を照明する照明装置と、照明装置より発せられ各空間光変調素子を経た変調光を合成して結像させる結像手段とを備え、各照明装置のうちの少なくとも一は、構成１乃至構成３のいずれか一を有する照明装置であることを特徴とするものである。

本発明に係る照明装置においては、同一波長の光を発する複数の光源が時分割的に点灯するように制御される。

すなわち、この照明装置においては、休止期間を設けて光源を駆動するため、この光源が固体発光素子である場合であっても、ジャンクション温度の上昇を抑えることができ、連続駆動よりも高い電力投入が可能となり、照明光の輝度を向上させることができる。なお、このようなジャンクション温度の上昇を抑える効果を得るためには、各光源を互いに等しい点灯周期及び点灯時間で点灯させることがより好ましい。

また、環境温度を検出し、制御手段により環境温度に基づいて各光源の点灯周波数を制御するようにすれば、各光源の発光部温度を所定の温度以下に抑えることができる。

したがって、この照明装置においては、発光効率の低い緑色用の固体発光素子についても、ジャンクション温度の上昇を抑えつつ、照明光の輝度を向上させることができる。緑色用の固体発光素子からの照明光の輝度を向上させることができるので、他の色（赤色及び青色）の照明光の輝度を低下させることなく、画像表示装置における表示画像のホワイトバラスを良好に維持することができる。なお、この照明装置において、各光源を、常に、少なくともいずれか一の光源が点灯しているように制御すれば、発光期間が連続し、最大限の照明光の輝度を維持することができる。

そして、この照明装置においては、光源を連続駆動する場合と同等の電力を投入するようにした場合には、余分な発熱を抑制することができ、光源の寿命を長くすることができるとともに、総合的に消費電力を低下させることができる。

さらに、この照明装置においては、複数の光源は同一波長を発するので、この照明装置により照明される空間光変調素子は、一の色成分に対応する画像信号を表示するものであり、画像表示装置における信号処理が困難化されることがない。

すなわち、本発明は、画像表示装置等において空間光変調素子を照明するために用いられる照明装置において、照明光の輝度を十分に高く維持し、かつ、表示画像のホワイトバラスを良好に維持することを可能としながら、特に、光源として固体発光素子を用いる場合においても、この光源の寿命を十分に長寿命に維持することができるようになされ、また、画像表示装置における信号処理を困難化することのない照明装置を提供することができ、そして、このような照明装置を用いた画像表示装置を提供することができるものである。

以下、本発明に係る照明装置及びこの照明装置を用いた画像表示装置の構成について詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す平面図である。

この画像表示装置は、図１に示すように、複数の空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備え、これら空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂをこれら空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに対応された照明装置により照明し、各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを経た変調光を色合成して結像させ、画像表示を行う画像表示装置である。

各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分をそれぞれ表示し、これら画像に応じて照明光を偏光変調させる。この実施の形態においては、各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、透過型のものであり、入射された照明光を変調して透過させる。

各照明装置は、赤色成分の画像の表示する空間光変調素子１Ｒを赤色の照明光で照明し、緑色成分の画像の表示する空間光変調素子１Ｇを緑色の照明光で照明し、青色成分の画像の表示する空間光変調素子１Ｂを青色の照明光で照明する。

この画像表示装置の照明装置は、光源として、赤色光、緑色光及び青色光を発する固体発光素子２Ｒ，２Ｇ_１，２Ｇ_２，２Ｂを用いている。固体発光素子とは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）、電界発光素子（ＥＬ）などである。固体発光素子２Ｒ，２Ｇ_１，２Ｇ_２，２Ｂが発光ダイオードである場合、これら固体発光素子２Ｒ，２Ｇ_１，２Ｇ_２，２Ｂをなす材料は、赤色用がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、または、ＧａＡｓＰ、緑色用がＩｎＧａＮ、または、ＡｌＧａＩｎＰ、青色用がＩｎＧａＮなどである。

これら照明装置のうち、緑色用の空間光変調素子１Ｇを照明する緑色用の照明装置は、光源として第１及び第２の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を備えており、この照明装置が本発明に係る照明装置の実施形態となる。これら第１及び第２の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２は、同一の波長の照明光を発する。

この画像表示装置においては、赤色用、緑色用及び青色用の各固体発光素子２Ｒ，２Ｇ_１，２Ｇ_２，２Ｂは、それぞれが独立した駆動回路３Ｒ，３Ｇ_１，３Ｇ_２，３Ｂにより制御されて発光する。これら駆動回路３Ｒ，３Ｇ_１，３Ｇ_２，３Ｂは、制御手段となる同期コントローラ４によって制御されている。

赤色用の固体発光素子２Ｒから発せられた照明光は、リレーレンズ５Ｒ、フィールドレンズ６Ｒ及び偏光子７Ｒを経て、赤色用の透過型空間光変調素子１Ｒに入射される。赤色の照明光は、透過型空間光変調素子１Ｒによって赤色成分の画像信号に応じて偏光変調され、検光子８Ｒを経て、赤色の画像光として、色合成プリズム９に入射される。

また、青色用の固体発光素子２Ｂから発せられた照明光は、リレーレンズ５Ｂ、フィールドレンズ６Ｂ及び偏光子７Ｂを経て、青色用の透過型空間光変調素子１Ｂに入射される。青色の照明光は、透過型空間光変調素子１Ｂによって青色成分の画像信号に応じて偏光変調され、検光子８Ｂを経て、青色の画像光として、色合成プリズム９に入射される。

そして、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光は、リレーレンズ５Ｇ_１及びフィールドレンズ６Ｇ_１を経て、光路変換手段となる回転ホイール１０の表面側に入射される。また、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光は、リレーレンズ５Ｇ_２及びフィールドレンズ６Ｇ_２を経て、回転ホイール１０の裏面側に入射される。これら第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸は、互いに直交する方向となっている。

回転ホイール１０は、円盤状に構成され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置において、これら各光軸に対して主面部を４５°の角度として配置されている。

図２は、回転ホイール１０の構成を示す正面図である。

この回転ホイール１０は、図２に示すように、それぞれが扇形の透過部１０ａと反射部（反射板）１０ｂとによって、円盤状に形成されている。これら透過部１０ａ及び反射部１０ｂは、図２中の（ａ）に示すように、それぞれを中心角１８０°の扇形として各１面によって円盤状を構成するものとしてもよく、または、図２中の（ｂ）に示すように、それぞれを中心角９０°の扇形として各２面によって円盤状を構成するものとしてもよく、あるいは、それぞれを中心角〔３６０／２ｎ〕°（∵ｎ：自然数）の扇形として各ｎ面によって円盤状を構成するものとしてもよい。

なお、反射部１０ｂとしては、アルミニウムや銀などの金属膜に増反射膜を施したものなどを使用することができ、また、誘電体膜によるローパス、ハイパス、または、バンドパスフィルタ（ダイクロイックミラー）を用いてもよい。

この回転ホイール１０は、図１に示すように、モータ１１によって回転操作される。このモータ１１は、同期コントローラ４によって制御されるモータ駆動回路１２によって回転駆動される。回転ホイール１０は、回転操作されることにより、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光路を時分割的に変換（偏向）させる。

すなわち、回転ホイール１０が回転操作され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置に透過部１０ａが位置するときには、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光がこの透過部１０ａを透過する。そして、回転ホイール１０が回転操作され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置に反射部１０ｂが位置するときには、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光がこの反射部１０ｂによって反射されて光路を変換される。

第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられ回転ホイール１０の透過部１０ａを透過した照明光、または、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられ回転ホイール１０の反射部１０ｂにより反射された照明光は、偏光子７Ｇを経て、緑色用の透過型空間光変調素子１Ｇに入射される。緑色の照明光は、透過型空間光変調素子１Ｇによって緑色成分の画像信号に応じて偏光変調され、検光子８Ｇを経て、緑色の画像光として、色合成プリズム９に入射される。

色合成プリズム９に入射された赤色、緑色及び青色の画像光は、色合成されて、結像手段となる投射レンズ１３に入射される。この投射レンズ１３は、各色の画像光を図示しないスクリーン上に投射し、拡大して結像させて、画像表示を行う。

図３は、この画像表示装置における各光源の点灯状態を示すタイミングチャートである。

この画像表示装置においては、同期コントローラ４は、図３に示すように、赤色用及び青色用の固体発光素子２Ｒ，２Ｂをそれぞれ連続駆動させるとともに、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を、順次時分割的に駆動させる。同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を時分割的に点灯させる。この実施の形態においては、同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を交互に点灯させ、常に、少なくともいずれか一方の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が点灯しているように制御する。また、この同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を、互いに等しい点灯周期及び点灯時間で点灯させる。

そして、回転ホイール１０の反射部１０ｂは、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２からの照明光の光路に対して移動され、第２の緑色用固体発光素子２Ｇ_２の点灯期間に同期して進入され、第１の緑色用固体発光素子２Ｇ_１の点灯期間に同期して退出される。

このようにして、緑色用の透過型空間光変調素子１Ｇには、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２からの照明光のうちのいずれか一方が常に入射され、また、赤色用の透過型空間光変調素子１Ｒには、赤色用の固体発光素子２Ｒからの照明光が常に入射され、青色用の透過型空間光変調素子１Ｂには、青色用の固体発光素子２Ｂからの照明光が常に入射されて、カラー画像の表示が行われる。

この画像表示装置の照明装置においては、同一波長の光を発する複数の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が時分割的に交互に点灯され、常に、少なくともいずれか一の光源が点灯しているように制御される。したがって、各固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２は、休止期間を設けて駆動され、ジャンクション温度の上昇が抑えられるので、連続駆動よりも高い電力投入が可能となり、照明光の輝度を向上させることができる。各固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２は、互いに等しい点灯周期及び点灯時間で点灯されるので、ジャンクション温度の上昇が効果的に抑えられる。

したがって、この画像表示装置においては、発光効率の低い緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２について、ジャンクション温度の上昇を抑えつつ、照明光の輝度を向上させることができ、他の色（赤色及び青色）の照明光の輝度を低下させることなく、表示画像のホワイトバラスを良好に維持することができる。

また、この画像表示装置においては、各照明装置の光源は、常に、少なくともいずれか一の光源が点灯しているように制御されるので、発光期間が連続しており、最大限の照明光の輝度を維持することができる。そして、この画像表示装置において、光源を連続駆動する場合と同等の電力を投入するようにした場合には、余分な発熱を抑制し、光源の寿命を長くすることができるとともに、総合的に消費電力を低下させることができる。

さらに、この画像表示装置においては、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が同一波長を発するので、これら固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２により照明される空間光変調素子１Ｇは、一の色成分に対応する画像信号を表示するので、画像表示装置における信号処理が困難化されることがない。

〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す平面図である。

本発明に係る画像表示装置は、前述の実施の形態のように光変調素子として透過型光変調素子を用いた構成に限定されず、光変調素子として反射型光変調素子（いわゆる「ＬＣＯＳ」や「ＤＭＤ」など）を用いた構成としてもよい。

この画像表示装置は、図４に示すように、複数の空間光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを備え、これら空間光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂをこれら空間光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに対応された照明装置により照明し、各空間光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを経た変調光を色合成して結像させ、画像表示を行う。各空間光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分をそれぞれ表示し、これら画像に応じて照明光を偏光変調させる。この実施の形態においては、各空間光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、反射型のものであり、入射された照明光を変調して反射させる。

各照明装置は、赤色成分の画像の表示する空間光変調素子２１Ｒを赤色の照明光で照明し、緑色成分の画像の表示する空間光変調素子２１Ｇを緑色の照明光で照明し、青色成分の画像の表示する空間光変調素子２１Ｂを青色の照明光で照明する。

この画像表示装置の照明装置は、光源として、赤色光、緑色光及び青色光を発する固体発光素子２Ｒ，２Ｇ_１，２Ｇ_２，２Ｂを用いている。これら照明装置のうち、緑色用の空間光変調素子２１Ｇを照明する緑色用の照明装置は、光源として第１及び第２の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を備えており、この照明装置が本発明に係る照明装置の実施形態となる。これら第１及び第２の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２は、同一の波長の照明光を発する。

赤色用の固体発光素子２Ｒから発せられた照明光は、コリメータレンズ１４Ｒを経て、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１５Ｒ，１６Ｒを経て照度分布を均一化され、偏光変換素子１７Ｒにより、偏光方向を一定方向に揃えられる。そして、この照明光は、フィールドレンズ１８Ｒ及び偏光子１９Ｒを経て、偏光ビームスプリッタ２０Ｒに入射される。

この偏光ビームスプリッタ２０Ｒに入射した照明光は、この照明光の光軸に対して４５°の傾斜となされた偏光反射膜によって反射され、偏光ビームスプリッタ２０Ｒより出射されて、赤色用の透過型空間光変調素子２１Ｒに入射される。赤色の照明光は、透過型空間光変調素子２１Ｒによって赤色成分の画像信号に応じて偏光変調され、赤色の画像光として反射され、偏光ビームスプリッタ２０Ｒに再入射する。偏光ビームスプリッタ２０Ｒに再入射した画像光は、偏光反射膜を透過し、この偏光ビームスプリッタ２０Ｒより出射されて、検光子２２Ｒを経て、色合成プリズム９に入射される。

また、青色用の固体発光素子２Ｂから発せられた照明光は、コリメータレンズ１４Ｂを経て、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１５Ｂ，１６Ｂを経て照度分布を均一化され、偏光変換素子１７Ｂにより、偏光方向を一定方向に揃えられる。そして、この照明光は、フィールドレンズ１８Ｂ及び偏光子１９Ｂを経て、偏光ビームスプリッタ２０Ｂに入射される。

この偏光ビームスプリッタ２０Ｂに入射した照明光は、この照明光の光軸に対して４５°の傾斜となされた偏光反射膜によって反射され、偏光ビームスプリッタ２０Ｂより出射されて、青色用の透過型空間光変調素子２１Ｂに入射される。青色の照明光は、透過型空間光変調素子２１Ｂによって青色成分の画像信号に応じて偏光変調され、青色の画像光として反射され、偏光ビームスプリッタ２０Ｂに再入射する。偏光ビームスプリッタ２０Ｂに再入射した画像光は、偏光反射膜を透過し、この偏光ビームスプリッタ２０Ｂより出射されて、検光子２２Ｂを経て、色合成プリズム９に入射される。

そして、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光は、コリメータレンズ１４Ｇ_１を経て、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１５Ｇ_１，１６Ｇ_１を経て照度分布を均一化され、偏光変換素子１７Ｇ_１により、偏光方向を一定方向に揃えられる。そして、この照明光は、フィールドレンズ１８Ｇ_１を経て、光路変換手段となる回転ホイール１０の表面側に入射される。また、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光は、コリメータレンズ１４Ｇ_２を経て、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１５Ｇ_２，１６Ｇ_２を経て照度分布を均一化され、偏光変換素子１７Ｇ_２により、偏光方向を一定方向に揃えられる。そして、この照明光は、フィールドレンズ１８Ｇ_２を経て、光路変換手段となる回転ホイール１０の裏面側に入射される。これら第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸は、互いに直交する方向となっている。

回転ホイール１０は、前述の第１の実施の形態におけるものと同様に、それぞれが扇形の透過部１０ａ及び反射部１０ｂを有して円盤状に構成され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置において、これら各光軸に対して主面部を４５°の角度として配置されている。

この回転ホイール１０は、モータ１１によって回転操作される。このモータ１１は、同期コントローラ４によって制御されるモータ駆動回路１２によって回転駆動される。回転ホイール１０は、回転操作されることにより、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光路を時分割的に変換させる。

第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられ回転ホイール１０の透過部１０ａを透過した照明光、または、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられ回転ホイール１０の反射部１０ｂにより反射された照明光は、偏光子１９Ｇを経て、偏光ビームスプリッタ２０Ｇに入射される。

この偏光ビームスプリッタ２０Ｇに入射した照明光は、この照明光の光軸に対して４５°の傾斜となされた偏光反射膜によって反射され、偏光ビームスプリッタ２０Ｇより出射されて、緑色用の透過型空間光変調素子２１Ｇに入射される。緑色の照明光は、透過型空間光変調素子２１Ｇによって緑色成分の画像信号に応じて偏光変調され、緑色の画像光として反射され、偏光ビームスプリッタ２０Ｇに再入射する。偏光ビームスプリッタ２０Ｇに再入射した画像光は、偏光反射膜を透過し、この偏光ビームスプリッタ２０Ｇより出射されて、検光子２２Ｇを経て、色合成プリズム９に入射される。

この画像表示装置においても、同期コントローラ４は、赤色用及び青色用の固体発光素子２Ｒ，２Ｂをそれぞれ連続駆動させるとともに、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を、順次時分割的に駆動させる。同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を時分割的に点灯させる。この実施の形態においては、同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を交互に点灯させ、常に、少なくともいずれか一方の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が点灯しているように制御する。また、この同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を、互いに等しい点灯周期及び点灯時間で点灯させる。

このようにして、緑色用の透過型空間光変調素子２１Ｇには、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２からの照明光のうちのいずれか一方が常に入射され、また、赤色用の透過型空間光変調素子２１Ｒには、赤色用の固体発光素子２Ｒからの照明光が常に入射され、青色用の透過型空間光変調素子２１Ｂには、青色用の固体発光素子２Ｂからの照明光が常に入射されて、カラー画像の表示が行われる。

なお、この画像表示装置において、各照明装置においては、第１及び第２のフライアイイレンズアレイに代えて、ロッドインテグレータ、ライトトンネル（ライトパイプ）インテグレータを用いてもよい。

この画像表示装置の照明装置においても、同一波長の光を発する複数の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が時分割的に交互に点灯され、常に、少なくともいずれか一の光源が点灯しているように制御される。したがって、各固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２は、休止期間を設けて駆動され、ジャンクション温度の上昇が抑えられるので、連続駆動よりも高い電力投入が可能となり、照明光の輝度を向上させることができる。各固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２は、互いに等しい点灯周期及び点灯時間で点灯されるので、ジャンクション温度の上昇が効果的に抑えられる。

さらに、この画像表示装置においては、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が同一波長を発するので、これら固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２により照明される空間光変調素子２１Ｇは、一の色成分に対応する画像信号を表示するので、画像表示装置における信号処理が困難化されることがない。

〔第３の実施の形態〕
前述の各実施の形態においては、本発明に係る照明装置における光路変換手段として、それぞれが扇形の透過部１０ａ及び反射部１０ｂを有して円盤状に構成された回転ホイール１０を用いているが、本発明における光路変換手段は、回転ホイール１０に限定されない。

図５は、本発明に係る画像表示装置の第３の実施の形態における構成を示す平面図である。

すなわち、この画像表示装置は、図５に示すように、前述の第１、または、第２の実施の形態と同様に構成し、光路変換手段として、回転ホイール１０に代えて、回動操作される反射板２３を用いて構成してもよい。

図６は、この画像表示装置における光路変換手段となる反射板２３の構成を示す正面図である。

この反射板２３は、図６に示すように、平板状に形成され、一側部に沿った支軸２４を中心に回動操作可能に支持されている。この支軸２４には、回転モータ２５が取付けられている。この反射板２３は、支軸２４を介して、回転モータ２５により、支軸２４を中心として回動操作される。回転モータ２５は、前述の実施の形態と同様に、同期コントローラ４によって制御されるモータ駆動回路１２によって回転駆動される。反射板２３は、回動操作されることにより、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光路を時分割的に変換させる。

すなわち、反射板２３が回動操作され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置においてこれら各光軸に対して主面部を４５°の角度とする状態となされたときには、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光が、この反射板２３によって反射されて光路を変換される。そして、反射板２３が回動操作され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置より退出されたときには、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光がこの位置を通過する。

第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光、または、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられ反射板２３により反射された照明光は、緑色用の空間光変調素子１Ｇ，２１Ｇを経て、色合成プリズム９に入射される。

そして、反射板２３は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２からの照明光の光路に対して移動され、第２の緑色用固体発光素子２Ｇ_２の点灯期間に同期して進入され、第１の緑色用固体発光素子２Ｇ_１の点灯期間に同期して退出される。

このようにして、緑色用の空間光変調素子１Ｇ，２１Ｇには、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２からの照明光のうちのいずれか一方が常に入射され、また、赤色用の透過型空間光変調素子２１Ｒには、赤色用の固体発光素子２Ｒからの照明光が常に入射され、青色用の透過型空間光変調素子２１Ｂには、青色用の固体発光素子２Ｂからの照明光が常に入射されて、カラー画像の表示が行われる。

図７は、この画像表示装置における光路変換手段の他の構成例（回転モータを用いたもの）を示す正面図である。

さらに、反射板２３は、図７に示すように、平板状に形成され、主面部に垂直な支軸２６を側縁部に有するものとしてもよい。この支軸２６には、回転モータ２５が取付けられている。この反射板２３は、支軸２６を介して、回転モータ２５により、支軸２６を中心として、主面部に沿う平面内で回動操作される。回転モータ２５は、前述の実施の形態と同様に、同期コントローラ４によって制御されるモータ駆動回路１２によって回転駆動される。反射板２３は、回動操作されることにより、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光路を時分割的に変換させる。

この場合にも、同期コントローラ４は、赤色用及び青色用の固体発光素子２Ｒ，２Ｂをそれぞれ連続駆動させるとともに、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を、順次時分割的に駆動させる。同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を時分割的に交互に点灯させ、常に、少なくともいずれか一方の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２が点灯しているように制御する。また、この同期コントローラ４は、各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を、互いに等しい点灯周期及び点灯時間で点灯させる。

図８は、この画像表示装置における光路変換手段のさらに他の構成例（リニアモータを用いたもの）を示す正面図である。

さらに、反射板２３は、図８に示すように、平板状に形成され、側縁部にリニアモータ２７が取付けられたものとしてもよい。この反射板２３は、リニアモータ２７により、側縁部に沿って、主面部に沿う平面内で移動操作（スライド操作）される。リニアモータ２７は、前述の実施の形態と同様に、同期コントローラ４によって制御されるモータ駆動回路１２によって回転駆動される。反射板２３は、移動操作されることにより、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光路を時分割的に変換させる。

すなわち、反射板２３が移動操作され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置においてこれら各光軸に対して主面部を４５°の角度とする状態となされたときには、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光が、この反射板２３によって反射されて光路を変換される。そして、反射板２３が移動操作され、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２から発せられた照明光の光軸が交差する位置より退出されたときには、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光がこの位置を通過する。

なお、本発明に係る照明装置において、光路変換手段としては、前述の各実施の形態に示したように、反射部（反射板）を有するものに限定されず、偏光膜を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光を偏光膜に対するＰ偏光状態としておき、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光を偏光膜に対するＳ偏光状態としておく。すると、第１の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１から発せられた照明光は偏光膜を透過し、第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_２から発せられた照明光は偏光膜により反射されて、これら各緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２からの照明光の光路が合成されて、同一の緑色用の空間光変調素子１Ｇ，２１Ｇを照明する。

〔第４の実施の形態〕
本発明に係る照明装置は、前述の各実施の形態のように、複数の光源として第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２を有する構成に限定されず、複数の光源として、複数の赤色用の固体発光素子、または、複数の青色用の固体発光素子を有するものとして構成してもよい。

また、本発明に係る画像表示装置は、前述の各実施の形態のように、緑色用の照明装置のみが複数の光源を有するものとなっている構成に限定されず、赤色用の照明装置のみが複数の光源を有するものとなっている構成としてもよく、または、青色用の照明装置のみが複数の光源を有するものとなっている構成としてもよい。さらに、本発明に係る画像表示装置は、緑色用及び赤色用の照明装置が複数の光源を有するものとなっている構成、赤色用及び青色用の照明装置が複数の光源を有するものとなっている構成、または、青色用及び緑色用の照明装置が複数の光源を有するものとなっている構成、あるいは、赤、緑、青の各色用照明装置が全て複数の光源を有するものとなっている構成としてもよい。

また、本発明に係る照明装置においては、光源として固体発光素子を有する構成に限定されず、光源として、放電ランプ等の発光手段を有する構成としてもよい。

さらに、本発明に係る照明装置は、前述の各実施の形態におけるように、複数の光源として２個の光源を有する構成に限定されず、３個以上の光源を有する構成としてもよい。

図９は、３個以上の光源を有する本発明に係る照明装置の構成を示す平面図である。

本発明に係る照明装置を３個以上の光源を有する構成とする場合には、図９に示すように、これら光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3・・・Ｌmの数をｍとした場合に、〔ｍ−１〕個の光路変換手段Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3・・・Ｌ(m-1)を設け、これら光源のうちのいずれか一から出射された照明光が同一の空間光変調素子Ｐを照明するようにする。これら各光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3・・・Ｌmから発せられた照明光の光軸は、一の光源Ｌmから発せられた照明光の光軸に対し、他の全ての光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3・・・Ｌ(m-1)から発せられた照明光の光軸が直交する方向となっている。

これら各光路変換手段Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3・・・Ｌ(m-1)を、前述の実施の形態と同様に、回転ホイールとして構成する場合には、各回転ホイールにおける反射部は、中心角〔３６０／（ｍ・ｎ）〕°（∵ｎ：自然数）の扇形として均等（等角度間隔）にｎ箇所に設けたものとなる。そして、各回転ホイールは、反射部を互いに〔３６０／（ｍ・ｎ）〕°ずつずらした状態を維持しつつ、同一速度で回転操作される。各回転ホイールをこのように回転操作することにより、各回転ホイールのうちのいずれか一のみが反射部を光路に進入させている状態と、全ての回転ホイールが反射部を光路から退出させている状態とが繰り返されることになる。

各回転ホイールのうちのいずれか一のみが反射部を光路に進入させているときには、反射部を光路に進入させている回転ホイールに対応する光源のみを点灯させ、全ての回転ホイールが反射部を光路から退出させているときには、対応する回転ホイールのない光源Ｌmのみを点灯させる。このように、回転ホイールの回転と各光源の点灯とを同期させることにより、各光源のうちのいずれか一のみから発せられた照明光が空間光変調素子Ｐに到達することとなる。

〔第５の実施の形態〕
本発明に係る照明装置は、前述の各実施の形態において、環境温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段により検出された環境温度に基づいて、複数の光源の点灯周波数が制御されるように構成することができる。

図１０は、本発明に係る画像表示装置の第５の実施の形態における構成を示す平面図である。

すなわち、この照明装置は、図１０に示すように、温度検出手段となる外気温度モニタ３０を有している。この外気温度モニタ３０は、環境温度（外気温）を検出する。外気温度モニタ３０による検出結果は、演算機３１を介して、制御手段となる同期コントローラ４に送られる。他の構成は、前述の第１の実施の形態における構成と同様である。

なお、図１０においては、前述の第１の実施の形態における照明装置に外気温度モニタ３０を追加した構成を示しているが、前述の第２乃至第４の実施の形態における照明装置についても、同様に外気温度モニタ３０を追加することができる。

同期コントローラ４は、外気温度モニタ３０により検出された環境温度に基づいて、複数の光源（例えば、第１及び第２の緑色用の固体発光素子２Ｇ_１，２Ｇ_２）の点灯周波数を制御する。同期コントローラ４は、この制御により、複数の光源の発光部温度（ジャンクション温度）を所定の温度以下に抑える。

図１１は、固体発光素子（ＬＥＤ）の点灯時間と熱抵抗値との関係を示すグラフ（特性曲線）である。

例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）については、図１１に示すように、点灯時間が１．０×１０^−３秒を超えると熱抵抗値が急激に上昇し、点灯時間が１．０×１０^−１秒を超えると、熱抵抗値は、１．２５（°Ｃ／Ｗ）程度で飽和する。そして、発光ダイオードのジャンクション温度は、環境温度（外気温）にも影響を受け、以下の式によって示すことができる。
〔ジャンクション温度〕＝〔環境温度〕＋〔平均点灯温度〕＋〔点灯温度〕

２個の発光ダイオードを互いに等しい周期で交互に点灯させ、常にいずれか一方が点灯しているように制御した場合には、デューティ比は５０％となり、点灯周波数を１００Ｈｚ、駆動電力を１００Ｗ、環境温度を２５°Ｃとした場合には、ジャンクション温度は、以下のように算出される。
２５（°Ｃ）＋５０（Ｗ）×１．２５（°Ｃ／Ｗ）＋１００（Ｗ）×０．５（°Ｃ／Ｗ）＝２５＋６２．５＋５０≒１３７．５（°Ｃ）

この場合に、同期コントローラ４が点灯周波数を制御することによって、ジャンクション温度が１００°Ｃ以下となるようにするには、点灯温度が１２．５°Ｃ以下となるようにすればよく、点灯周波数を約１．７ｋＨｚ以上とすればよい。

また、前述の条件において、環境温度が３５°Ｃである場合には、ジャンクション温度が１００°Ｃ以下となるようにするには、点灯温度を２．５°Ｃ以下とする必要があり、点灯周波数を１００ｋＨｚ以上とする必要がある。

このように、この照明装置においては、同期コントローラ４が、環境温度に基づいて複数の光源の点灯周波数を制御することによって、固体発光素子のジャンクション温度が所定温度以下に抑えられ、照明光の高輝度化と光源の長寿命化とを両立させることができる。

本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す平面図である。前記画像表示装置における回転ホイールの構成を示す正面図である。前記画像表示装置における各光源の点灯状態を示すタイミングチャートである。本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す平面図である。本発明に係る画像表示装置の第３の実施の形態における構成を示す平面図である。前記画像表示装置における光路変換手段の構成を示す正面図である。前記画像表示装置における光路変換手段の他の構成例（回転モータを用いたもの）を示す正面図である。前記画像表示装置における光路変換手段のさらに他の構成例（リニアモータを用いたもの）を示す正面図である。３個以上の光源を有する本発明に係る照明装置の構成を示す平面図である。本発明に係る画像表示装置の第５の実施の形態における構成を示す平面図である。固体発光素子（ＬＥＤ）の点灯時間と熱抵抗値との関係を示すグラフ（特性曲線）である。従来の画像表示装置の構成を示す平面図である。従来の画像表示装置における各光源の点灯状態を示すタイミングチャートである。従来の画像表示装置における各光源の点灯状態の他の例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１Ｒ赤色用の透過型空間光変調素子
１Ｇ緑色用の透過型空間光変調素子
１Ｂ青色用の透過型空間光変調素子
２Ｒ赤色用の固体発光素子
２Ｇ_１第１の緑色用の固体発光素子
２Ｇ_２第１の緑色用の固体発光素子
２Ｂ青色用の固体発光素子
４同期コントローラ
１０回転ホイール
１３投射レンズ
２１Ｒ赤色用の反射型空間光変調素子
２１Ｇ緑色用の反射型空間光変調素子
２１Ｂ青色用の反射型空間光変調素子
２３反射板
３０外気温度モニタ

Claims

同一波長の光を発する複数の光源と、
前記各光源の点灯を制御する制御手段と、
前記各光源からの光のうちの少なくとも一について光路を変換させ、前記各光源からの光を同一の空間光変調素子に導く光路変換手段と
を備え、
前記制御手段は、前記各光源を時分割的に点灯するように制御する
ことを特徴とする照明装置。
前記光路変換手段は、前記光源からの光を反射させる反射板を有し、この反射板を前記光源からの光の光路に対して該光源の点灯周期に同期させて移動させることにより、該光源からの光の光路を時分割的に変換させる
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
環境温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された環境温度に基づいて前記各光源の点灯周波数を制御することによって、前記各光源の発光部温度を所定の温度以下に抑える
ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の照明装置。
複数の空間光変調素子と、
前記各空間光変調素子に対応して設けられ、対応する空間光変調素子を照明する照明装置と、
前記照明装置より発せられ前記各空間光変調素子を経た変調光を合成して結像させる結像手段と
を備え、
前記各照明装置のうちの少なくとも一は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の照明装置である
ことを特徴とする画像表示装置。