JP2008003270A - 照明装置及びそれを用いた投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲温度条件や光源駆動条件の変化により生じる光源の光量の変化及び発光主波長の変化を検出し、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することによって、色再現範囲の全域において常に安定した明るさ及び色度を実現する照明装置及び投写型画像表示装置を提供する。
【解決手段】複数色の発光素子と、前記複数色の各発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータと、画像を形成するライトバルブと、投写レンズで構成され、前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータの間に配置した集光レンズに照明光の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を密着あるいは近傍に備え、さらに前記射出光の発光強度を検出可能な検出素子とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及びそれを用いた投写型画像表示装置に関する。

近年、映像表示装置であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｅｖｉｃｅ）ディスプレーやＬＣＤテレビのバックライト光源、あるいは投写型画像表示装置であるプロジェクタの照明用光源として、従来の冷陰極管や超高圧水銀灯に替わって高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザを用い、色再現範囲の拡大が図られている。

このＬＥＤやレーザのような半導体光源の場合は、その発光スペクトルが冷陰極管や超高圧水銀灯とは異なり、比較的狭い波長範囲に集中した特性を有しており、照明用光源としてＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の３原色の組み合わせで使用されることが多い。

このような半導体光源は、周囲環境の温度変化や、光源自身の温度変化、あるいは駆動条件、即ち駆動電流量によって発光出力が変化することが知られている。ここでいう発光出力とは、光量、即ち明るさと、発光主波長である。これらが変化することによって、各原色の色度及び輝度が変化し、画面全体の輝度と色温度、即ち白色の色度が変化する。

そこで、例えば特許文献１に、光検出器を用いてフィードバック制御することにより、特に白の色度の安定化を図る技術が提案されている。

具体的には、投写レンズからスクリーンに投写された光の反射光を共通のセンサーで検出する第１の構成、投写レンズと映像を変調するライトバルブとの間に光分岐部を備えて共通のセンサーで検出する第２の構成、映像を変調する各色用のライトバルブと各光源との間に光分岐部を備えて、各色用センサーで検出する第３の構成、投写レンズの方向又は前記投写レンズ以外の方向に反射させる可動ミラーがマトリクス状に配置されたＤＭＤ素子をライトバルブとして備え、投写レンズ以外の方向に反射される光を検出する第４の構成を用いた投写型画像表示装置が提案されている。
特開２００４−２２６６３１号公報

以上に示した従来の投写型画像表示装置の第１の検出構成では、一般照明光の影響をなくして暗室とした上でスクリーンに白色を投写する必要があるために自動検出ができないこと、スクリーンの配光特性の影響、即ち投写される各色の反射特性の影響を受けやすいという課題がある。

また、第２の検出構成の一つは、投写レンズとライトバルブ間に光分岐部としてプリズムを用いており、投写レンズのバックフォーカスを長くとる必要があり、短い距離で大きな投写画像を得るためには不利になる。さらに、回折素子を光分岐部として用いたもう一つの第２の検出構成では、偏光光を変調するライトバルブに限定され、さらに解像度劣化、コントラスト劣化の要因ともなる。

また、第３の検出構成では、光源とライトバルブとの間に回折素子を用いているが、各色用の回折素子のバラツキ及び各色用のセンサーの精度バラツキが課題となる。

さらに、前記第２及び第３の検出構成では、映像に白色を表示する信号を入力する、あるいは内部信号として備えている必要があるため、白色以外の映像を表示しながらの調整は不可能である。

また、第４の検出構成では、各色光源からＤＭＤへの入射角度が異なるために、光源の配光特性が理想的に均一である必要があり実用的でなく、さらに、投写レンズ以外の方向に反射される光との記載から検出するためにスクリーン上で黒色表示にする必要があり、自動検出するためには映像表示中に黒色表示を挿入しなければならない。

本発明は、上記のような従来の問題を解決するものであり、コストの増加を抑えつつ、色均一性及び輝度均一性を良好にするための光検出器を用いてフィードバック制御する検出構成を備えた、照明装置及び投写型画像表示装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の照明装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータを備え、前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータの間に配置した集光レンズに、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を密着、あるいは近傍に備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の照明装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系の後段に第１のレンズアレーと第２のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、前記第１のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。

本発明の投写型画像表示装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を投写する投写レンズと、前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータとを備え、前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を密着、あるいは近傍に備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の投写型画像表示装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を投写する投写レンズと、前記色合成光学系の後段に第１のレンズアレーと第２のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、前記第１のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、周囲温度条件や光源駆動条件の変化により生じる光源の光量の変化、及び発光主波長の変化を適宜検出し、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することによって、色再現範囲の全域において常に安定した明るさ及び色度を実現できる。また、調整用の信号等を入力する、あるいは内部信号として備える必要がないという特徴を有する。

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置の色合成光学系は、高価な色合成プリズムを用いることなく、ダイクロイックミラーにより構成し、集光レンズ系を複数枚のレンズで構成している。このことにより、コストの増加を抑えつつ、色均一性及び輝度均一性を良好にするための機構的な保持精度を確保し易くすることができる。

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置においては、色合成光学系の後段に合成光の発光強度を適宜検出可能な検出素子を配置していることを特徴とする。この構成によれば、各色光源からの射出光は光学的に同一の経路を通る光を同一の検出位置で検出することができるので、光学経路によるバラツキ及び各色別の検出素子を用いた場合の検出素子のバラツキをなくすことができる。

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置においては、光分岐部の後段にロッドインテグレータを備えることが望ましい。あるいは、光分岐部は、レンズアレーからなるインテグレータの有効部以外に備えることが望ましい。この構成によれば、光分岐部で投写光の一部を取り出すために生じるスクリーンの輝度むらを抑えることができる。また、光拡散手段には、摺りガラスあるいは表面を摺りガラス状に加工したプラスチック、基板表面にオパール層を備えたガラスあるいはプラスチック、ランダムに配置された凹凸パターンを備えたガラス、フィルムあるいはプラスチックであることを特徴とする。この構成によれば、強度むらのある光であっても拡散することでセンサーに入射する光の光量バラツキを抑制することができる。

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置においては、複数色の発光素子として、少なくとも赤色、青色、緑色の半導体発光素子を配置していることを特徴とする。

また、第１のダイクロイックミラー及び第２のダイクロイックミラーの少なくともいずれかは、面内の一方向に光学膜厚を変化させていることが好ましい。この構成によれば、ダイクロイックミラーへの入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。

また、半導体発光素子と前記ダイクロイックミラーの間に配置された集光レンズの少なくとも１つの面が非球面形状であることが好ましい。この構成によれば、収差補正が容易になる。

また、半導体発光素子は、発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、又は半導体レーザ素子であることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る投写型画像表示装置の光学系概念図である。図２は、図１に示す光検出部３の拡大概念図である。図において、１−Ｇは緑色半導体発光素子、１−Ｒは赤色半導体発光素子、１−Ｂは青色半導体発光素子である。半導体発光素子としては、例えば発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、半導体レーザ素子が挙げられる。

１０１から１０４は、各色の半導体発光素子から射出される光を、後述するロッドインテグレータ９の入射面９ａ付近に半導体発光素子の光源像をつくる集光レンズ系である。１０１は第１集光レンズ、１０２は第２集光レンズ、１０３は第３集光レンズ、１０４は第４集光レンズである。２は光分岐部であり、頂点位置のずれた位置を有効部とするレンズからなり、さらに第４集光レンズ１０４に密着して備えている。３は光検出部であり、図２に上面拡大図と正面拡大図を示している。図２中、４はセンサー、５は拡散手段である。１０は第１のダイクロイックミラー、１１は第２のダイクロイックミラーである。９はロッドインテグレータである。１２は全反射ミラーである。

２０１は第１リレーレンズ、２０２は第２リレーレンズ、２０３はフィールドレンズである。７は全反射プリズム、８は反射型ライトバルブ、６は投写レンズである。

図１において、第１集光レンズ１０１と第２集光レンズ１０２は、半導体発光素子１−Ｇと第１のダイクロイックミラー１０との間、半導体発光素子１−Ｒと第１のダイクロイックミラー１０との間、及び半導体発光素子１−Ｂと全反射ミラー１２との間にそれぞれ配置されている。

第３集光レンズ１０３は、第１のダイクロイックミラー１０と第２のダイクロイックミラー１１との間、及び全反射ミラー１２と第２のダイクロイックミラー１１との間にそれぞれ配置されている。

なお、図１の例では、小型化のために、半導体発光素子１−Ｂを集光する第２集光レンズ１０２と第３集光レンズ１０３の間に、全反射ミラー１２を配置しているが、これを省いた構成であってもよい。

第１のダイクロイックミラー１０は、第２集光レンズ１０２と第３集光レンズ１０３の間に配置されている。第１のダイクロイックミラー１０は、緑を透過させ、赤を反射する特性を有している。

また、第１のダイクロイックミラー１０は、面内の一方向に光学膜厚を変化させている。即ち、光軸から周辺部側に離れるにつれて変化する入射角度に応じて光学膜厚が変化していることになる。このことにより、入射角度が４５度とは異なる周辺部の分光特性を、入射角度４５度の光軸上の分光特性にできる限り近づけるようにしている。

このように構成することにより、第１のダイクロイックミラー１０への入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させているので、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。

第２のダイクロイックミラー１１は、第３集光レンズ１０３と第４集光レンズ１０４との間に配置されている。第２のダイクロイックミラー１１は、緑及び赤を透過させ、青を反射する特性を有している。

また、第２のダイクロイックミラー１１は、面内の一方向に光学膜厚を変化させている。即ち、光軸から周辺部側に離れるにつれて変化する入射角度に応じて光学膜厚が変化していることになる。このことにより、入射角度が４５度とは異なる周辺部の分光特性を、入射角度４５度の光軸上の分光特性にできる限り近づけるようにしている。

このように構成することにより、第２のダイクロイックミラー１１への入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させているので、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。

つまり、後述する光検出部３で検出する光と投写光の色の違いがでないようにしている。

但し、第２のダイクロイックミラー１１では第１のダイクロイックミラー１０を通る光束に比べ、平行光に近くなることが多いため、必ずしも前記のような面内の一方向に光学膜厚を変化させたミラーを用いなくてもよい場合もある。さらに、半導体発光素子の青、緑、赤の配置を制限するものではないので、配置に合わせてダイクロイックミラーの仕様を変更すれば良い。

また、第１集光レンズ１０１及び第２集光レンズ１０２は、少なくともどちらかの面に非球面の形状を備えた１枚の非球面レンズで構成することもできる。

また、集光レンズの枚数は、図１の例に限るものではないが、ロッドインテグレータ９の入射面９ａ付近に半導体発光素子の光源像をつくる必要がある。

ここで、本実施の形態は、集光レンズ系を複数枚のレンズで構成し、集光レンズ間にダイクロイックミラーからなる色合成系を挿入した構成を取ることにより、各レンズの焦点距離を長くとり、色ムラ及び輝度ムラに敏感にならないようにすることで部品精度及び保持精度を確保し易くしている。

次に、本実施の形態の動作を、図１を参照しながら説明する。各色の半導体発光素子１−Ｇ、１−Ｒから射出した緑、赤の各光束は、第１集光レンズ１０１と第２集光レンズ１０２により集光され、第１のダイクロイックミラー１０に入射する。第１のダイクロイックミラー１０により、半導体発光素子１−Ｇから射出される緑光と、半導体発光素子１−Ｒから射出される赤光とが色合成され、第３集光レンズ１０３を介して第２のダイクロイックミラー１１に入射する。

一方、半導体発光素子１−Ｂからの射出光は、第１集光レンズ１０１と第２集光レンズ１０２により集光され、全反射ミラー１２と第３集光レンズ１０３を介して第２のダイクロイックミラー１１に入射する。第２のダイクロイックミラー１１により、緑、赤、青が白色合成される。また、第１集光レンズ１０１から第４集光レンズ１０４の集光レンズ系により、ロッドインテグレータ９の入射面９ａ付近に半導体発光素子の光源像がつくられる。

白色合成された各色の光束は、ロッドインテグレータ９に入射し、半導体発光素子の光源像は、前記ロッドインテグレータ９の内面で適宜反射し、分割して形成され、入射した光束が不均一な照度分布であっても均一性に優れた照明光束として射出される。ロッドインテグレータ９から射出された光束は、第１リレーレンズ２０１、第２リレーレンズ２０２、フィールドレンズ２０３及び全反射プリズム７を介して反射型ライトバルブを照明する。

反射型ライトバルブ８により、光学像を形成する変調光が射出される。反射型ライトバルブ８からの光束は、全反射プリズム７を経て投写レンズ６に至ることになる。そして、投写レンズ６は、反射型ライトバルブ８の形成した光学像を投写することになる。

また、反射型ライトバルブ８は、微細なミラーの集合体であるデジタルミラーデバイスからなり、駆動回路（図示せず）から出力される電気信号によって画像を表示する。反射型ライトバルブ８に表示された画像は、全反射プリズム７及び投写レンズ６を介して拡大投写され、スクリーン（図示せず）に投写されることになる。

一方、第４集光レンズ１０４に密着して備えられた光分岐部２により、白色合成された光束の一部は光検出部３に向けて射出される。また、一部分岐された投写有効光束は、ロッドインテグレータ９により、均一性に優れた照明光束として射出されるので、一部分岐されたことにより生じる投写光の不均一性はなくなる。さらに光検出部３は投写光束の有効域外に備えられている。

また、光分岐部２により射出された光束は図２中、拡散手段５により拡散され、配光特性が急峻でなくなり、位置ずれによる検出バラツキを抑えることができる。拡散手段５から射出した光束は、センサー４に入射する。センサー４は、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーであり、その光量を示す信号を出力する。また、制御部３０において、出力された信号値と、あらかじめＲ、Ｇ、Ｂの光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで、各色の所望の光量を維持するようにフィードバック制御を行う。継続的かつ定期的に前記フィードバックを実施することにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれることになり、安定した白色バランスを得ることができる。

なお、本実施の形態では投写型画像表示装置の例で説明したが、光の進行順に各色の半導体発光素子からフィールドレンズ２０３までの構成を少なくとも備えた装置を照明装置として用いれば、高輝度かつ均一な光を照射できる照明装置を実現できる。このことは以下の実施の形態においても同様である。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る投写型画像表示装置の光学系概念図である。実施の形態１の図１に示した投写型画像表示装置と同一構成のものは、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図１に示した構成の第１集光レンズ１０１から第４集光レンズ１０４の集光レンズ系とは異なり、第１集光レンズ１０５から第４集光レンズ１０８の集光レンズ系から射出される光束はほぼ平行光となる。これは、後述するレンズアレーを使用したインテグレータの性能を良好とするためである。

ここで、本実施の形態は、実施の形態１と同様に集光レンズ系を複数枚のレンズで構成し、集光レンズ間にダイクロイックミラーからなる色合成系を挿入した構成を取ることにより、各レンズの焦点距離を長くとり、色ムラ及び輝度ムラに敏感にならないようにすることで部品精度及び保持精度を確保し易くしている。

また、第１のダイクロイックミラー１３は、実施の形態１と同様に、光軸から周辺部にかけて光学膜厚を変化させてある。このように構成することにより、ダイクロイックミラーへの入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させておくことにより、色ムラ、輝度ムラの発生を防止することができる。第２のダイクロイックミラー１４についても、面内の一方向に光学膜厚を変化させている。即ち、光軸から周辺部側に離れるにつれて変化する入射角度に応じて光学膜厚が変化していることになる。このことにより、入射角度が４５度とは異なる周辺部の分光特性を、入射角度４５度の光軸上の分光特性にできる限り近づけるようにしている。

このように構成することにより、第２のダイクロイックミラー１４への入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させているので、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。

つまり、後述する光検出部３で検出する光と投写光の色の違いが出ないようにしている。

但し、第２のダイクロイックミラー１４では第１のダイクロイックミラー１３を通る光束に比べ、平行光に近くなることが多いため、必ずしも前記のような面内の一方向に光学膜厚を変化させたミラーを用いなくてもよい場合もある。さらに、半導体発光素子の青、緑、赤の配置を制限するものではないので、配置に合わせてダイクロイックミラーの仕様を変更すれば良い。

第４集光レンズ１０８からほぼ平行光として射出した光束は、第１のレンズアレー９０と第２のレンズアレー９１で構成されるレンズアレー型インテグレータにより、第１のレンズアレー９０に入射する光束が不均一な照度分布であっても、後述する反射型ライトバルブ９上で重畳され、結果として均一性に優れた照明光束を得ることができる。第１のレンズアレー９０と第２のレンズアレー９１の各レンズアレーより射出された光束は、第１リレーレンズ２０４、フィールドレンズ２０５及び全反射プリズム７を介して反射型ライトバルブ８を照明する。以降、実施の形態１の記述同様に投写レンズ６を介して拡大投写されスクリーン（図示せず）に投写されることになる。

一方、第１のレンズアレー９０の有効域以外に頂点位置のずれた位置を有効部とするレンズからなる光分岐部２０を備えたことにより、白色合成された光束の一部は光検出部３に向けて射出される。第４集光レンズ１０８から射出される光束の有効域は円形であるが、レンズアレーは矩形のレンズ群よりなるため、周辺部で使用できない領域がある。その領域の光束を光検出しようとするものであり、投写系には影響を与えない。さらに、光検出部３は、第２のレンズアレー９１の有効域外に設置されている。

光分岐部２０により射出された光束は、図２中、拡散手段５により拡散され、配光特性が急峻でなくなり、位置ずれによる検出バラツキを抑えることができる。

また、拡散手段５から射出した光束は、センサー４に入射する。センサー４は、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーであり、その光量を示す信号を出力する。また、制御部３０において、出力された信号値と、あらかじめＲ、Ｇ、Ｂの光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで各色の所望の光量を維持するようにフィードバック制御を行う。継続的かつ定期的に前記フィードバックを実施することにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれることになり、安定した白色バランスを得ることができる。

なお、本実施の形態では投写型画像表示装置の例で説明したが、光の進行順に各色の半導体発光素子からフィールドレンズ２０３までの構成を少なくとも備えた装置を照明装置として用いれば、高輝度かつ均一な光を照射できる照明装置を実現できる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係る投写型画像表示装置の光学系概念図である。実施の形態１の図１に示した投写型画像表示装置と同一構成のものは、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図１に示した構成の第１集光レンズ１０１から第４集光レンズ１０４の集光レンズ系とは異なり、第１集光レンズ３０１と第２集光レンズ３０２と第３集光レンズ３０３の３枚で構成されている。集光レンズの曲面を非球面形状とすることによって集光効率をほぼ同等とすることができ、小さく構成することができる。但し、非球面形状とするレンズ曲面の数を限定するものではない。一方、各色の光束は、第２集光レンズ３０２と第３集光レンズ３０３との間に挿入した第１のダイクロイックミラー１６と第２のダイクロイックミラー１７を交差させＸ字状に配置した色合成光学系で色合成される。前記色合成の構成により、実施の形態１、実施の形態２で示した色合成系の約１／２に小さく構成することができる。以上の構成により、集光レンズ系及び色合成系を小さくすることが可能となる。

色合成された各色の光束は、ロッドインテグレータ９に入射し、半導体発光素子の光源像は、前記ロッドインテグレータ９の内面で適宜反射し、分割して形成され、入射した光束が不均一な照度分布であっても均一性に優れた照明光束として射出される。ロッドインテグレータ９から射出された光束は、第１リレーレンズ２０１、第２リレーレンズ２０２、フィールドレンズ２０３及び全反射プリズム７を介して反射型ライトバルブを照明する。

反射型ライトバルブ８により、光学像を形成する変調光が射出される。反射型ライトバルブ８からの光束は、全反射プリズム７を経て投写レンズ６に至ることになる。そして、投写レンズ６は、反射型ライトバルブ８の形成した光学像を投写することになる。

また、反射型ライトバルブ８は、微細なミラーの集合体であるデジタルミラーデバイスからなり、駆動回路（図示せず）から出力される電気信号によって画像を表示する。反射型ライトバルブ８に表示された画像は、全反射プリズム７及び投写レンズ６を介して拡大投写され、スクリーン（図示せず）に投写されることになる。

一方、第３集光レンズ３０３に密着して備えられた光分岐部２１により、色合成された光束の一部は光検出部３に向けて射出される。また、一部分岐された投写有効光束は、ロッドインテグレータ９により、均一性に優れた照明光束として射出されるので、一部分岐されたことにより生じる投写光の不均一性はなくなる。さらに光検出部３は投写光束の有効域外に備えられている。

また、光分岐部２１により射出された光束は図２中、拡散手段５により拡散され、配光特性が急峻でなくなり、位置ずれによる検出バラツキを抑えることができる。拡散手段５から射出した光束は、センサー４に入射する。センサー４は、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーであり、その光量を示す信号を出力する。また、制御部３０において、出力された信号値と、あらかじめＲ、Ｇ、Ｂの光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで、各色の所望の光量を維持するようにフィードバック制御を行う。継続的かつ定期的に前記フィードバックを実施することにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれることになり、安定した白色バランスを得ることができる。

なお、本実施の形態では投写型画像表示装置の例で説明したが、光の進行順に各色の半導体発光素子からフィールドレンズ２０３までの構成を少なくとも備えた装置を照明装置として用いれば、高輝度かつ均一な光を照射できる照明装置を実現できる。

以上のように、本発明によれば、半導体発光素子に光量の変化及び発光主波長の変化があった場合でも、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することが可能となるので、色再現範囲の全域において常に安定した明るさ及び色度を実現する照明装置や投写型画像表示装置として有用である。

本発明の実施の形態１に係る投写型画像表示装置の光学系概念図 本発明の実施の形態１、２および３に係る光検出部の拡大概念図 本発明の実施の形態２に係る投写型画像表示装置の光学系概念図 本発明の実施の形態３に係る投写型画像表示装置の光学系概念図

符号の説明

１−Ｒ 赤色半導体発光素子
１−Ｇ 緑色半導体発光素子
１−Ｂ 青色半導体発光素子
２、２０、２１ 光分岐部
３ 光検出部
４ センサー
５ 拡散手段
６ 投写レンズ
７ 全反射プリズム
８ 反射型ライトバルブ
９ ロッドインテグレータ
９ａ ロッドインテグレータ入射面
１０、１３、１６ 第１のダイクロイックミラー
１１、１４、１７ 第２のダイクロイックミラー
１２、１５ 全反射ミラー
３０ 制御部
９０ 第１レンズアレー
９１ 第２レンズアレー
１０１、１０５、３０１ 第１集光レンズ
１０２、１０６、３０２ 第２集光レンズ
１０３、１０７、３０３ 第３集光レンズ
１０４、１０８ 第４集光レンズ
２０１、２０４ 第１リレーレンズ
２０２ 第２リレーレンズ
２０３、２０５ フィールドレンズ

Claims (22)

1. 複数の各色の発光素子と、
   前記複数の各色の発光素子からそれぞれ射出される光束を色合成する色合成光学系と、
   前記色合成光学系の後段に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部と、
   前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータを備え、
   前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに、前記光分岐部を密着、あるいは近傍に備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記色合成光学系の後段に第１のレンズアレーと第２のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、
   前記第１のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記光分岐部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光分岐部は、レンズ、プリズム、全反射ミラー、又は回折素子のいずれかである請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記各色共通の検出素子の前段に光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記光拡散手段に、摺りガラスあるいは表面を摺りガラス状に加工したプラスチック、基板表面にオパール層を備えたガラスあるいはプラスチック、ランダムに配置された凹凸パターンを備えたガラス、フィルムあるいはプラスチックのいずれかを備えたことを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 前記色合成光学系は、前記発光素子側から順に、少なくとも第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーの２枚のダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記色合成光学系は、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーを交差させＸ字状に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
9. 前記第１のダイクロイックミラー及び前記第２のダイクロイックミラーの少なくとも１枚のダイクロイックミラーに面内の一方向に膜厚を変化させた光学膜を備えたことを特徴とする請求項７、８に記載の照明装置。
10. 前記複数の各色の発光素子は、赤色、青色、緑色の半導体発光素子である請求項１から９のいずれかに記載の照明装置。
11. 前記発光素子は、発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、又は半導体レーザ素子のいずれかである請求項１０に記載の照明装置。
12. 複数の各色の発光素子と、
    前記複数の各色の発光素子からそれぞれ射出される光束を色合成する色合成光学系と、
    画像を形成するライトバルブと、
    前記ライトバルブに形成された画像を投写する投写レンズと、
    前記色合成光学系の後段に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部と、
    前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
13. 前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータを備え、
    前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに、前記光分岐部を密着、あるいは近傍に備えたことを特徴とする請求項１２に記載の投写型画像表示装置。
14. 前記色合成光学系の後段に第１のレンズアレーと第２のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、
    前記第１のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記光分岐部を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の投写型画像表示装置。
15. 前記光分岐部は、レンズ、プリズム、全反射ミラー、又は回折素子のいずれかである請求項１２から１４のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
16. 前記各色共通の検出素子の前段に光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
17. 前記光拡散手段に、摺りガラスあるいは表面を摺りガラス状に加工したプラスチック、基板表面にオパール層を備えたガラスあるいはプラスチック、ランダムに配置された凹凸パターンを備えたガラス、フィルムあるいはプラスチックのいずれかを備えたことを特徴とする請求項１６記載の投写型画像表示装置。
18. 前記色合成光学系は、前記発光素子側から順に、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーの２枚のダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
19. 前記色合成光学系は、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーを交差させＸ字状に配置したことを特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
20. 前記第１のダイクロイックミラー及び前記第２のダイクロイックミラーの少なくとも１枚のダイクロイックミラーに面内の一方向に膜厚を変化させた光学膜を備えたことを特徴とする請求項１９に記載の投写型画像表示装置。
21. 前記複数色の発光素子は、赤色、青色、緑色の半導体発光素子である請求項１２から２０のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
22. 前記発光素子は、発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、又は半導体レーザ素子のいずれかである請求項２１に記載の投写型画像表示装置。

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