JP2004335992A - 光源装置及びこの光源装置を適用した投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体発光素子アレイから出射した光の面内輝度の均一性を確保する。
【解決手段】 複数の半導体発光素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを基板１２上に二次元的に配列させた半導体発光素子アレイ１３と、前記半導体発光素子アレイ１３から出射した光を集光させる集光レンズ１４と、光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面１１ａｍ，１１ｂｍ，１１ｃｍを形成し、且つ、前記光入射口側の内部に前記半導体発光素子アレイ１３と前記集光レンズ１４とを前記光出射口に向かって順に配置すると共に、前記集光レンズ１４の集光角θ１に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記集光レンズ１４で集光した光を前記光出射口から出射させるライトガイド１１とを備えたことを特徴とする光源装置１０Ａを提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体発光素子アレイから出射した光の面内輝度の均一性を確保できる光源装置及びこの光源装置を適用した投射型表示装置に関するものである。

最近、ハイビジョン放送規格やコンピュータ・グラフィクスのＵＸＧＡ（Ultra eXtended Graphics Array ）規格などに代表される高精細カラー画像を大画面に表示するための投射型表示装置が盛んに利用されている。

上記した投射型表示装置は、カラー画像を表示する画像表示デバイスとして透過型又は反射型の空間光変調素子（例えば液晶パネル）を適用したものとか、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：ディジタル マイクロミラー デバイス）を適用したものなどがあり、更に、投射型表示装置内で使用する画像表示デバイスの個数によりＲＧＢ３色を時分割で表示する単板方式と、ＲＧＢ３色を分離して表示する多板方式などがあり、これらの組み合わせにより投射型表示装置として各種の構造形態が適用されているものの、上記のうちで最近注目を集めている単板のＤＭＤを適用した投射型表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、投射型表示装置に用いられる光源装置として、消費電力が少なく、発熱量も小さく、長寿命なＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）アレイを用いたものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−７８６０２号公報（第３−４頁、第１図） 特許第３３１９４３８号公報（第４−５頁、第２図）。

図１６は従来例１の画像表示装置を示したブロック図である。 図１６に示した従来例１の画像表示装置１００は、上記した特許文献１（特開２０００−７８６０２号公報）に開示されているものであり、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。

図１６に示した如く、従来例１の画像表示装置１００では、光源となるランプ１０１から出射された白色光が、色抽出手段となる回転自在なカラーホイール１０２によって赤色（Ｒ）光，緑色（Ｇ）光，青色（Ｂ）光に分離され、分離された各色光が微小可動ミラー（図示せず）を多数個取り付けたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）１０３に入射されている。ここで、ＤＭＤ１０３は、多数の微小可動ミラーが１チップ上に集積され、チップに入射した各色光に対して一つの微小可動ミラーごとに傾きを変化させることで、各色光を投射レンズ側に入射させるＯＮ状態と、各色光を投射レンズ側に入射させないＯＦＦ状態とを選択的に制御しているものである。

一方、Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号が時分割多重回路１０４に入力され、この時分割多重回路１０４内でカラーシーケンス制御回路１０５からのカラーシーケンス信号に従って、カラーホイール１０２で発生させる色の順序と同じ色順にＧ，Ｒ，Ｂ信号を時分割してＤＭＤ１０３に供給している。この際、カラーホイール１０２は３分割された１２０°の各ブロックに対して各４０°ごとにＲ，Ｇ，Ｂのフィルターを有したものである。

この後、Ｇ，Ｒ，Ｂの各色光は、Ｇ，Ｒ，Ｂの各信号で制御されたＤＭＤ１０３によって対応した期間でそれぞれ反射され、出力されたＧ，Ｒ，Ｂの光信号はスクリーンＳ上に順番に照射されてカラー画像として表示される。この際、人間の視覚反応時間より短い時間で各色の信号を高速に繰り返しながら時分割でＤＭＤ１０３に供給しているので、人間の視覚の中では、各色が時間積分され、白色を含むカラー画像として認識される。

上記した従来例１による画像表示装置１００は、光学系の構成が簡単なことや小型化に適していることから、多くの投射型表示装置に採用されつつある。

一方、このようなカラー画像を出力する投射型表示装置への光源として、ＬＥＤなどの半導体発光素子を用いることが検討されている。

図１７（ａ），（ｂ）に示した従来例２の光源装置２００は、上記した特許文献２（特許第３３１９４３８号公報）に開示されているものであり、ここでは特許文献２を参照して簡略に説明する。

図１７（ａ）に示したように、従来例２の光源装置２００では、ダイクロイックプリズム２０１のうちで互いに直交する３つの側面にそれぞれ対向して、Ｒ用基板２０２Ｒ上に複数の赤色ＬＥＤを２次元的に配列させた赤色ＬＥＤアレイ２０３Ｒ及びこの赤色ＬＥＤアレイ２０３Ｒと対向したレンズアレイ２０４Ｒと、Ｇ用基板２０２Ｇ上に複数の緑色ＬＥＤを２次元的に配列させた緑色ＬＥＤアレイ２０３Ｇ及びこの緑色ＬＥＤアレイ２０３Ｇと対向したレンズアレイ２０４Ｇと、Ｂ用基板２０２Ｂ上に複数の青色ＬＥＤを２次元的に配列させた青色ＬＥＤアレイ２０３Ｂ及びこの青色ＬＥＤアレイ２０３Ｂと対向したレンズアレイ２０４Ｂとが配置されている。

この際、図１７（ｂ）に示したように、例えば赤色ＬＥＤアレイ２０３Ｒは、赤色ＬＥＤが５×４列にマトリクス状に集積されると共に、各赤色ＬＥＤが同一タイミングで発光されている。そして、赤色ＬＥＤアレイ２０３Ｒから出射された赤色光は、レンズアレイ２０４Ｒによって、平行性の高い光に変換された後、ダイクロイックプリズム２０１に入射されている。

そして、赤色ＬＥＤアレイ２０３Ｒから出射した赤色光はダイクロイックプリズム２０１の赤反射ミラーで反射される。また、緑色ＬＥＤアレイ２０３Ｇから出射した緑色光はダイクロイックプリズム１０１を透過する。更に、青色ＬＥＤアレイ２０３Ｂから出射した青色光は青反射ミラーで反射される。このようにして、ダイクロイックプリズム１０１において、各色のＬＥＤアレイ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂが配置されていない側面から赤色光，緑色光及び青色光が合成されて白色光として射出されている。

ところで、上記した従来例１の画像表示装置１００において、白色光を出射するランプ１０１に代えて、上記した従来例２の光源装置２００に用いたような赤色ＬＥＤアレイ２０３Ｒ，緑色ＬＥＤアレイ２０３Ｇ，青色ＬＥＤアレイ２０３Ｂを適用すれば、低消費電力化，低発熱化，長寿命化などが図れるものの、下記するような新たな問題点が発生してしまう。

即ち、第１の問題点は、ＲＧＢ各色のＬＥＤアレイ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂに対応してＲ，Ｇ，Ｂごとにレンズアレイ２０４Ｒ，２０４Ｇ，２０４Ｂが必要な上に、コスト的にも非常に高価なダイクロイックプリズム２０１を用いる必要があり、投射型表示装置及び光源装置の低コスト化、小型化が難しい。

また、第２の問題点は、ＲＧＢ各色のＬＥＤアレイ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂ内の個々のＬＥＤ間の発光バラツキにより、発光輝度は面内で必ずしも同一にはならず、これが、Ｒ，Ｇ，Ｂで異なると、白色光を表示した時、色むらとなって現われ、画像表示品質を著しく落とすことになる。

そこで、一つ又は複数の基板上にＲＧＢ３色の半導体発光素子（例えばＬＥＤ）を発光輝度の割合に応じて複数配列させると共に、各色の半導体発光素子を各色ごとに時分割駆動させて、各色の半導体発光素子からの各色光の面内輝度の均一性の確保を図ることができる光源装置が望まれていると共に、この光源装置を適用した投射型表示装置も望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、複数の半導体発光素子を基板上に二次元的に配列させた半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子アレイから出射した光を集光させる集光レンズと、
光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面を形成し、且つ、前記光入射口側の内部に前記半導体発光素子アレイと前記集光レンズとを前記光出射口に向かって順に配置すると共に、前記集光レンズの集光角に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記集光レンズで集光した光を前記光出射口から出射させるライトガイドとを備えたことを特徴とする光源装置である。

また、第２の発明は、ダイクロイックプリズムのうちで互いに直交する３つの側面にそれぞれ対向して配置され、各側面ごとにそれぞれ異なる色で且つ同一の側面に対して同一色を発光する複数の半導体発光素子を基板上に二次元的に配列させた３色の半導体発光素子アレイと、
前記３色の半導体発光素子アレイから出射された各色光を前記ダイクロイックプリズム内に交差させて形成した第１，第２ダイクロイックミラーで波長帯を選択した後に、前記ダイクロイックプリズムの光出射面から出射させた各色光を集光する集光レンズと、
光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面を形成し、且つ、前記光入射口側の近傍に前記ダイクロイックプリズムを配置し、且つ、前記光入射口の内部に前記集光レンズを配置すると共に、前記集光レンズの集光角に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記集光レンズで集光した各色光を前記光出射口から出射させるライトガイドとを備えたことを特徴とする光源装置である。

また、第３の発明は、上記した第１又は第２の発明の光源装置において、
前記ライトガイドは、前記集光レンズで集光した光（又は各色光）を前記ミラー面で繰り返し反射させながら出射させるために前記内壁面の一部を絞り込んだ部位に続いて互いに対向した平行な内壁面を形成したことを特徴とする光源装置である。

また、第４の発明は、上記した第１〜第３のうちのいずれかの発明の光源装置と、
前記光源装置から出射した光（又は各色光）を画像表示デバイスに照射する画像表示光学系と、
前記画像表示デバイスに表示された画像光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする投射型表示装置である。

更に、第５の発明は、複数の半導体発光素子を基板上に二次元的に配列させた半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子アレイから出射した光を集光させるトロイダルレンズと、
光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面を形成し、且つ、前記光入射口側の内部に前記半導体発光素子アレイと前記トロイダルレンズとを前記光出射口に向かって順に配置すると共に、前記トロイダルレンズの集光角に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記トロイダルレンズで集光した光を前記光出射口から出射させるライトガイドと、
前記ライトガイドの光出射口側から出射した光を画像表示デバイスに照射する画像表示光学系と、
前記画像表示デバイスに表示された画像光を投射する投射光学系とを備え、
前記半導体発光素子アレイのアスペクト比のうちで水平方向成分を前記画像表示デバイスのアスペクト比のうちの水平方向成分よりも大きく設定した上で、前記半導体発光素子アレイのアスペクト比に対して前記ライトガイドの光出射口側のアスペクト比が前記画像表示デバイスのアスペクト比と略一致するように前記トロイダルレンズにより変換させたことを特徴とする投射型表示装置である。

以上詳述した本発明に係る光源装置及びこの光源装置を適用した投射型表示装置において、請求項１記載の光源装置によると、とくに、半導体発光素子アレイから出射させた光を集光レンズで集光する際に、ライトガイドの光入射口側の内部に半導体発光素子アレイと集光レンズとを光出射口に向かって順に配置すると共に、ライトガイドの内壁面の一部を集光レンズの集光角に略沿って絞り込んで集光レンズで集光した光を光出射口から出射させているために、半導体発光素子アレイから出射した光を高率良く集光させることができる。

また、請求項２記載の光源装置によると、とくに、３色の半導体発光素子アレイから出射させた各色光をダイクロイックプリズムを介して集光レンズで集光する際に、ライトガイドの光入射口側の近傍にダイクロイックプリズムを配置し、且つ、光入射口の内部に集光レンズを配置すると共に、ライトガイドの内壁面の一部を集光レンズの集光角に略沿って絞り込んで集光レンズで集光した各色光を光出射口から出射させているために、３色の半導体発光素子アレイから出射した各色光を高率良く集光させることができる。

また、請求項３記載の光源装置によると、請求項１又は請求項２記載の光源装置において、ライトガイドは、集光レンズで集光した光（又は各色光）をミラー面で繰り返し反射させながら出射させるために内壁面の一部を絞り込んだ部位に続いて互いに対向した平行な内壁面を形成したために、半導体発光素子アレイ（又は３色の半導体発光素子アレイ）から出射した光（又は各色光）による不均一分布を持つ光源像も、積分平均され、結果として、均一な強度分布を得ることができるので、半導体発光素子アレイ（又は３色の半導体発光素子アレイ）から出射した光（又は各色光）の面内輝度の均一性を確保できる。

また、請求項４記載の投射型表示装置によると、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の光源装置と、光源装置から出射した光を画像表示デバイスに照射する画像表示光学系と、画像表示デバイスに表示された画像光を投射する投射光学系とを備えたため、色むらのない画像をスクリーンに表示させることができる。

更に、請求項５記載の投射型表示装置によると、ライトガイドの光入射口側の内部に半導体発光素子アレイとトロイダルレンズとを光出射口に向かって順に配置すると共に、ライトガイドの内壁面の一部をトロイダルレンズの集光角に略沿って絞り込んでトロイダルレンズで集光した光を光出射口から出射させて、画像表示光学系の画像表示デバイスに照射して投射光学系により投射する際に、とくに、半導体発光素子アレイのアスペクト比のうちで水平方向成分を画像表示デバイスのアスペクト比のうちの水平方向成分よりも大きく設定した上で、半導体発光素子アレイのアスペクト比に対してライトガイドの光出射口側のアスペクト比が画像表示デバイスのアスペクト比と略一致するようにトロイダルレンズにより変換させたため、半導体発光素子アレイから出射した光の輝度を上げる場合、半導体発光素子アレイとトロイダルレンズとをライトガイドの入射口側に取り付けた光源装置の厚みを増すことなく小型化を図ることができるので、投射型表示装置も小型化を達成できると共に、色むらのない画像をスクリーンに表示させることができる。

以下に本発明に係る光源装置及びこの光源装置を適用した投射型表示装置の一実施例を図１乃至図１５を参照して実施例１〜実施例７の順に詳細に説明する。

図１は本発明に係る実施例１の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例１の投射型表示装置の外観を示した外観図、
図２は本発明に係る実施例１の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例１の投射型表示装置を示した構成図、
図３は本発明に係る実施例１の光源装置において、ＬＥＤアレイからの各色光をライトガイドの小形四角柱部内に形成したミラー面で繰り返し反射させる状態を示した図、
図４は本発明に係る実施例１の光源装置において、ＬＥＤアレイを構成する赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，青色ＬＥＤを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は斜視図、
図５は本発明に係る実施例１の光源装置において、ＬＥＤアレイを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は斜視図、
図６は本発明に係る実施例１の光源装置において、ライトガイドの大形四角柱部のアスペクト比と、小形四角柱部のアスペクト比とを説明するために示した斜視図である。

図１及び図２に示した如く、本発明に係る実施例１の投射型表示装置１Ａは、ライトガイド１１内で一つの矩形状基板１２上に取り付けた半導体発光素子アレイ１３から出射した光を集光レンズとして機能する凸レンズ１４で集光して出射させる光源装置１０Ａと、光源装置１０Ａから出射した光を画像表示デバイス（以下、ＤＭＤと記す）２９に照射する画像表示光学系２０と、ＤＭＤ２９に表示された画像光を投射する投射光学系３０とで概略構成されている。

即ち、上記した本発明に係る実施例１の光源装置１０Ａでは、ライトガイド１１の光入射口側に大形四角形状に大きく開口した大形四角柱部１１ａが形成され、この大形四角柱部１１ａに続いて光出射口側に向かって内壁面を絞り込んだ四角錐部１１ｂが形成され、更に、四角錐部１１ｂに続いて大形四角柱部１１ａに対して相似形で縮小させて光出射口側を小形四角形状に小さく開口した小形四角柱部１１ｃが一体的に形成されていると共に、大形四角柱部１１ａ及び四角錐部１１ｂ並びに小形四角柱部１１ｃの各内壁面に沿ってミラー面１１ａｍ，１１ｂｍ，１１ｃｍがアルミや銀などを用いて鏡面加工されている。この際、ライトガイド１１の光入射口から光出射口までの内壁面に沿って形成したミラー面１１ａｍ，１１ｂｍ，１１ｃｍのうちで、ミラー面１１ａｍは大形四角柱部１１ａの互いに対向する平行な内壁面に沿って形成され、また、ミラー面１１ｂｍは四角錐部１１ｂの互いに対向する傾斜した内壁面に沿って形成され、更に、ミラー面１１ｃｍは小形四角柱部１１ｃの互いに対向する平行な内壁面に沿って形成されていると共に、大形四角柱部１１ａと四角錐部１１ｂと小形四角柱部１１ｃとがそれぞれ接合する部位を隙間無く連続させて鏡面加工を施すことで、後述する半導体発光素子アレイ１３から出射した光の漏れを防止すると共に、半導体発光素子アレイ１３からの光が各ミラー面１１ａｍ，１１ｂｍ，１１ｃｍで全反射を繰り返しながらライトガイド１１の小形四角柱部１１ｃの光出射口側から高率良く出射できるようなっている。

尚、ライトガイド１１の内壁面に沿ってミラー面を形成した板状のミラー（図示せず）を貼り合わせても良い。

また、ライトガイド１１の光入射口側で大形四角柱部１１ａ内には、一つの矩形状基板１２上に赤（Ｒ）色光，緑（Ｇ）色光，青（Ｂ）色光をそれぞれ発光する半導体発光素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを発光輝度の割合に応じて水平方向と垂直方向とに二次元的に複数配列させた半導体発光素子アレイ１３が取り付けられていると共に、各半導体発光素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂから出射した各色光を集光するために集光レンズとして凸レンズ１４が取り付けられている。従って、ライトガイド１１の光入射口側の内部に半導体発光素子アレイ１３と凸レンズ１４とが光出射口側に向かって順に配置されている。

この際、半導体発光素子アレイ１３を構成する半導体発光素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとして、この実施例では赤（Ｒ）色光，緑（Ｇ）色光，青（Ｂ）色光をそれぞれ発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を用いており、以下、半導体発光素子アレイ１３をＬＥＤアレイ１３と呼称し、且つ、半導体発光素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂと呼称して説明する。尚、図示を省略するものの、半導体発光素子アレイとしては、ＲＧＢの半導体レーザーとか、ＲＧＢの有機エレクトロルミネッセンスなどを適用しても良い。

また、ＬＥＤアレイ１３は、矩形状基板１２を介して時分割駆動回路１７に接続されており、この時分割駆動回路１７によって後述する画像表示光学系２０内のＤＭＤ２９に表示する画像の１フィールド内を３分割して各色ごとにＬＥＤ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを時分割駆動している。

そして、光源装置１０Ａ内のＬＥＤアレイ１３からの各色光は、凸レンズ１４によって絞られた後に、画像表示光学系２０に入射される。

上記した画像表示光学系２０は、光源装置１０Ａを内蔵し、且つ、この光源装置１０Ａと対向して筐体２１（図１）の面２１ａに取り付けたレンズ鏡筒２２（図１）内にコリメータレンズ群２３〜２５が取り付けられ、且つ、筐体２１内に反射ミラー２６，２７と、レンズ２８と、多数の微小可動ミラーを１チップ上に集積させたＤＭＤ（Digital Micromirror Device：ディジタル マイクロミラー デバイス）２９とが取り付けられている。

そして、光源装置１０ＡのＬＥＤアレイ１３から時分割駆動により出射された赤色光，緑色光，青色光は、コリメータレンズ群２３〜２５を順に通過し、投射光学系３０の手前側に立体交差して取り付けた反射ミラー２６，２７，レンズ２８を通ってＤＭＤ２９に斜め方向から入射される。この際、ＤＭＤ２９は、時分割駆動回路１７と同期して多数の微小可動ミラー（図示せず）がミラー制御回路（図示せず）により選択的にＯＮ−ＯＦＦ制御されている。

そして、時分割駆動によりＲ，Ｇ，Ｂごとに変調された画像光が投射光学系３０によってスクリーン（図示せず）上に投射され、スクリーン上に投射された画像光は、時分割駆動による高速繰り返しにより人間の視覚内で積分され、フルカラーの画像として認識される。

上記した投射光学系３０は、筐体２１（図１）の面２１ａに対して直交する面２１ｂにレンズ鏡筒３１が取り付けられ、このレンズ鏡筒３１に投射レンズ３２が内蔵されている。

また、光源装置１０Ａ内でＬＥＤアレイ１３を構成する赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂから出射した赤色光，緑色光，青色光は、時分割駆動ごとに凸レンズ１４の集光角θ１に応じてビーム面積を絞られるが、この際、ライトガイド１１の四角錐部１１ｂの傾斜角θ２を凸レンズ１４の集光角θ１と略同じ角度に設定することで、ＬＥＤアレイ１３からの各色光が効率良く集光できるようになっており、これを言い換えると、凸レンズ１４の集光角θ１に略沿ってライトガイド１１の四角錐部１１ｂの内壁面が絞り込まれている。

従って、ＬＥＤアレイ１３から出射された各色光は、大部分がライトガイド１１の大形四角柱部１１ａ内を略平行に進んで凸レンズ１４に入射すると共に、一部が大形四角柱部１１ａ内の平行なミラー面１１ａｍで反射されて凸レンズ１４に入射する。この後、凸レンズ１４を通った各色光は、凸レンズ１４で絞られて大部分がライトガイド１１の四角錐部１１ｂの傾斜角θ２に沿って小形四角柱部１１ｃに向かって進行すると共に、一部が四角錘部１１ｂ内の傾斜したミラー面１１ｂｍで反射されながら小形四角柱部１１ｃに向かって進行する。更に、ライトガイド１１の小形四角柱部１１ｃ内に進入した各色光は、図３に拡大して示したように、小形四角柱部１１ｃ内の平行なミラー面１１ｃｍで全反射を繰り返しながら光出射口に進み、小形四角柱部１１ｃの光出射口側に設置したコリメータレンズ２３の作用により、コリメータレンズ２４の近傍に小形四角柱部１１ｃ内に形成した平行なミラー面１１ｃｍでの反射回数に対応した複数の像が形成される。これにより、ＬＥＤアレイ１３で時分割駆動される同じ色の複数のＬＥＤによる重畳照明となり、ＬＥＤアレイ１３から出射した光による不均一分布を持つ光源像も、積分平均され、結果として、均一な強度分布を得ることができるので、ＬＥＤアレイ１３から出射した光の面内輝度の均一性を確保できる。

この際、赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂを発光輝度の割合に応じて二次元的に配列させたＬＥＤアレイ１３は、一つの矩形状基板１２上にまだら模様に集積されているため、単色発光した場合には、不均一強度分布であり、三色同時点灯時には、分布度合いの異なりにより、色むらの多いまだら模様の照明光となってしまうが、上記したように重畳照明により、単色発光でも均一強度分布で、三色同時点灯時にも色むらの無い白色光を得ることができる。

この実施例１による時分割混色法では、三色同時点灯にはならないが、人間の視覚内でＲＧＢの積分が行われるため、大形四角柱部１１ａ及び四角錐部１１ｂ並びに小形四角柱部１１ｃの各内壁面に沿って形成したミラー面１１ａｍ，１１ｂｍ，１１ｃｍによるＬＥＤアレイ１３からの光への均一照明化は重要である。

次に、図４（ａ）〜（ｅ）に示した如く、ＬＥＤアレイ１３は、赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂをそれぞれ透明樹脂でパッケージして構成されるが、この実施例１では出射軸に対し長方形の断面を持ち、この断面の水平方向寸法ｘと垂直方向寸法ｙとによるアスペクト比ｘ：ｙを２：１に設定している。これにより、赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂを隙間無く密着して集積できると共に、各色のＬＥＤ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂからそれぞれ突出させた二本の電源供給端子が上下左右ともに等間隔に並び、配線を容易にする。また、赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂの４つの側面１３ａ〜１３ｄの外側と、電源供給端子の周辺を除いた底面１３ｅの外側とにミラー面が形成され、各ミラー面によって光の漏れを防ぎ、前方への出射光量を増やす役割を果たしている。尚、赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂを集積した時に隣りのＬＥＤのミラー面を活用する場合などは、上記した５つの面全てをミラー面にする必要はなく、いずれかの面がミラー面になっているだけでも良い。

次に、図５（ａ）〜（ｅ）に示した如く、赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂを二次元的に配列させたＬＥＤアレイ１３の水平方向寸法Ｘ１と垂直方向寸法Ｙ１とによるアスペクト比Ｘ１：Ｙ１は、通常、ＤＭＤ２９のミラー面２９ｍ｛図１１（ｄ）｝のアスペクト比Ｘ７：Ｙ７＝４：３もしくは１６：９に略対応して設定されている。これに伴って、ＬＥＤアレイ１３からＤＭＤ２９まで常に同じアスペクト比を維持しながら、各色光を伝達するために、図６に示したように、ライトガイド１１の大形四角柱部１１ａのアスペクト比Ｘ２：Ｙ２及び大形四角柱部１１ａに対して相似形で縮小させた小形四角柱部１１ｃのアスペクト比Ｘ３：Ｙ３も、ＤＭＤ２９のミラー面２９ｍ｛図１１（ｄ）｝のアスペクト比Ｘ７：Ｙ７に略対応して設定されている。これにより、ＬＥＤアレイ１３から出射した各色光がＤＭＤ２９に確実に到達することができる。

従って、上記により、光源装置１０ＡではＬＥＤアレイ１３から出射した光を高率良く集光させることができる。また、光源装置１０Ａを適用した投射型表示装置１Ａでは、カラー画像を色むらなく高画質でスクリーン（図示せず）上に投射できる。

図７は本発明に係る実施例２の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例２の投射型表示装置を示した構成図である。

図７に示した本発明に係る実施例２の光源装置１０Ｂ及びこの光源装置１０Ｂを適用した実施例２の投射型表示装置１Ｂは、先に説明した実施例１の光源装置１０Ａ及び実施例１の投射型表示装置１Ａと一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、実施例１と同じ構成部材に対しては同一の符号を付して図示すると共に、実施例１と異なる構成部材に新たな符号を付して、実施例１に対して異なる点についてのみ説明する。

即ち、図７に示した如く、実施例２の投射型表示装置１Ｂは、光源装置１０Ｂと、画像表示光学系２０と、投射光学系３０とで概略構成されており、光源装置１０Ｂのみが前記した実施例１に対して異なっている。

上記した光源装置１０Ｂでは、ライトガイド１１の光入射口側で大形四角柱部１１ａ内にＬＥＤアレイ１３が実施例１と同様に矩形状基板１２上に取り付けられているものの、ＬＥＤアレイ１３から出射した各色光を集光するために集光レンズとしてフレネルレンズ１５が取り付けられている点が実施例１に対して異なっている。従って、ライトガイド１１の光入射口側の内部にＬＥＤアレイ１３とフレネルレンズ１５とが光出射口側に向かって順に配置されている。

上記したフレネルレンズ１５は、数個又は多数個の輪帯状レンズを同心的に形成することで、先に実施例１で用いた凸レンズ１４（図２）よりもレンズ厚みを薄く設定できるので、光源装置１０Ｂを小型化できる。

この際、実施例２の光源装置１０Ｂでも、ＬＥＤアレイ１３を構成する赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂから出射した赤（Ｒ）色光，緑（Ｇ）色光，青（Ｒ）色光は、時分割駆動ごとにフレネルレンズ１５の集光角θ１’に応じてビーム面積を絞られるが、この際、ライトガイド１１の四角錐部１１ｂの傾斜角θ２’をフレネルレンズ１５の集光角θ１’と略同じ角度に設定することで、ＬＥＤアレイ１３からの各色光が効率良く集光できるようになっている。

上記に伴って、光源装置１０Ｂを適用した投射型表示装置１Ｂも小型化できる。勿論、光源装置１０Ｂ及びこの光源装置１０Ｂを適用した投射型表示装置１Ｂは、実施例１と同様な効果が得られるものである。

図８は本発明に係る実施例３の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例３の投射型表示装置を示した構成図、
図９は本発明に係る実施例３の光源装置を分解して示した分解斜視図、
図１０は本発明に係る実施例３の光源装置を一部破断して示した一部破断斜視図、
図１１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る実施例３の光源装置及び投射型表示装置において、ＬＥＤレンズアレイ，トロイダルレンズ，ライトガイド，ＤＭＤの各アスペクト比を説明するために示した斜視図である。

図８に示した本発明に係る実施例３の光源装置１０Ｃ及びこの光源装置１０Ｃを適用した実施例３の投射型表示装置１Ｃは、先に説明した実施例１，２の光源装置１０Ａ，１０Ｂ及び実施例１，２の投射型表示装置１Ａ，１Ｂと一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、実施例１，２と同じ構成部材に対しては同一の符号を付して図示すると共に、実施例１，２と異なる構成部材に新たな符号を付して、実施例１，２に対して異なる点についてのみ説明する。

即ち、図８に示した如く、実施例３の投射型表示装置１Ｃは、光源装置１０Ｃと、画像表示光学系２０と、投射光学系３０とで概略構成されており、光源装置１０Ｃのみが前記した実施例１，２に対して異なっている。

上記した光源装置１０Ｃでは、図８〜図１０に示した如く、ライトガイド１１の光入射口側で大形四角柱部１１ａ内にＬＥＤアレイ１３が実施例１，２と同様に矩形状基板１２上に取り付けられているものの、ＬＥＤアレイ１３から出射した各色光を集光するために集光レンズとしてトロイダルレンズ１６が取り付けられている点が実施例１，２に対して異なっている。従って、ライトガイド１１の光入射口側の内部にＬＥＤアレイ１３とトロイダルレンズ１６とが光出射口側に向かって順に配置されている。

上記したトロイダルレンズ１６は、レンズ面がドーナツ状で２軸性レンズであり、図９に示したように水平方向（横方向）の曲率半径Ｒｘと垂直方向（縦方向）の曲率半径Ｒｙとをそれぞれ異なる値に設定できるために、ＬＥＤアレイ１３のアスペクト比を後述するような値に設定できる。

即ち、一般的に光源装置の輝度を上げる場合、ＬＥＤアレイ１３を構成する赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂの集積個数を増やすことなるが、従来のアスペクト比のまま集積個数を増やすと、光源装置の厚みが増し、結果として光源装置の大型化につながる。

そこで、実施例３の光源装置１０Ｃにおいて、ＬＥＤアレイ１３を構成する赤色ＬＥＤ１３Ｒ，緑色ＬＥＤ１３Ｇ，青色ＬＥＤ１３Ｂの集積個数を増やす場合、ＬＥＤアレイ１３の水平方向と垂直方向とによるアスペクト比のうちで水平方向成分をＤＭＤ２９のミラー面２９ｍ｛図１１（ｄ）｝のアスペクト比のうちの水平方向成分よりも大きく取ることで、光源装置１０Ｃの厚みを増すことなく薄型化を図っている。この場合、ＬＥＤアレイ１３のアスペクト比に応じて、トロイダルレンズ１６の縦方向の曲率半径Ｒｘと横方向の曲率半径Ｒｙを変えて対応している。この際、当然ながら、トロイダルレンズ１６の集光角θ１”も変わるため、これに合わせてライトガイド１１の四角錐部１１ｂの傾斜角θ２”をトロイダルレンズ１６の集光角θ１”と略同じ角度に設定することで、ＬＥＤアレイ１３からの各色光が効率良く集光できるようになっている。

より具体的には、図１１（ａ）に示した如く、ＬＥＤアレイ１３の水平方向寸法Ｘ１’と垂直方向寸法Ｙ１’とによるアスペクト比Ｘ１’：Ｙ１’を例えば５：２に取っている。

また、図１１（ｄ）に示した如く、ＤＭＤ２９のミラー面２９ｍのアスペクト比Ｘ７：Ｙ７は例えば４：３に設定されている。

更に、図１１（ｂ）に示した如く、上記に対応して、トロイダルレンズ１６のアスペクト比Ｘ４：Ｙ４を５：２に設定すると共に、トロイダルレンズ１６の横方向と縦方向の曲率半径比率Ｒｘ：Ｒｙを０．５３３：１に設定すると、アスペクト比Ｘ１’：Ｙ１’を５：２に設定したＬＥＤアレイ１３からの各色光がトロイダルレンズ１６を通過した後のアスペクト比は４：３に変換される。

従って、図１１（ｃ）に示した如く、ＬＥＤアレイ１３及びトロイダルレンズ１６を収納したライトガイド１１の大形四角柱部１１ａの光入射口側のアスペクト比Ｘ５：Ｙ５は５：２であり、一方、光出射口となる小形四角柱部１１ｃのアスペクト比Ｘ６：Ｙ６はトロイダルレンズ１６による変換により４：３となる。そして、ライトガイド１１の小形四角柱部１１ｃの光出射口から出射した各色光は、アスペクト比４：３を維持しながらＤＭＤ２９のミラー面２９ｍに導かれ、ＤＭＤ２９のミラー面２９ｍのアスペクト比Ｘ７：Ｙ７＝４：３と一致して照射される。これにより、色むらのない均一な各色光を効率よく照射することが可能になる。

上記に伴って、光源装置１０Ｃを適用した投射型表示装置１Ｃは、カラー画像を色むらなく高画質でスクリーン（図示せず）上に投射できる。勿論、光源装置１０Ｃ及びこの光源装置１０Ｃを適用した投射型表示装置１Ｃも、実施例１と同様な効果が得られるものである。

図１２は本発明に係る実施例４の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例４の投射型表示装置を示した構成図である。

図１２に示した本発明に係る実施例４の光源装置１０Ｄ及びこの光源装置１０Ｄを適用した実施例４の投射型表示装置１Ｄは、先に説明した実施例１〜３の光源装置１０Ａ〜１０Ｃ及び実施例１〜３の投射型表示装置１Ａ〜１Ｃと一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、実施例１〜３と同じ構成部材に対しては同一の符号を付して図示すると共に、光源装置１０Ｄのみに新たな符号を付して、実施例１〜３に対して異なる点についてのみ説明する。

即ち、図１２に示した如く、実施例４の投射型表示装置１Ｄは、光源装置１０Ｄと、画像表示光学系２０と、投射光学系３０とで概略構成されており、光源装置１０Ｄのみが前記した実施例１〜３に対して異なっている。

上記した光源装置１０Ｄでは、ライトガイドの形状が実施例１〜３に対して一部変形されており、ライトガイド４１は光入射口側を大型四角形状に大きく開口して光出射口側に向かって内壁面を絞り込んだ四角錐部４１ａが形成され、この四角錐部４１ａに続いて光出射口側を小形四角形状に小さく開口した小形四角柱部４１ｂが一体的に形成されていると共に、四角錐部４１ａ及び小形四角柱部４１ｂの各内壁面に沿ってミラー面４１ａｍ，４１ｂｍがアルミや銀などを用いて鏡面加工されている。この際、ライトガイド４１の内壁面に沿って形成したミラー面４１ａｍ，４１ｂｍが接合する部位を隙間無く連続させて鏡面加工を施すことで、後述するＬＥＤアレイ４３から出射した光の漏れを防止すると共に、ＬＥＤアレイ４３からの光が各ミラー面４１ａｍ，４１ｂｍで全反射を繰り返しながらライトガイド４１の小形四角柱部４１ｂの光出射口側から高率良く出射できるようなっている。

尚、ライトガイド４１の内壁面に沿ってミラー面を形成した板状のミラー（図示せず）を貼り合わせても良い。

また、ライトガイド４１の光入射口側で四角錐部４１ａ内には、外形が矩形状で面内を球面状（又は非球面状）に形成した一つの球面状基板（又は一つの非球面状基板）４２上に赤（Ｒ）色光，緑（Ｇ）色光，青（Ｂ）色光をそれぞれ発光する赤色ＬＥＤ４３Ｒ，緑色ＬＥＤ４３Ｇ，青色ＬＥＤ４３Ｂを発光輝度の割合に応じて複数配列させたＬＥＤアレイ（半導体発光素子アレイ）４３が取り付けられており、これらの赤色ＬＥＤ４３Ｒ，緑色ＬＥＤ４３Ｇ，青色ＬＥＤ４３Ｂから出射された各色光は、球面（又は非球面）の中心軸に向かって集光している。従って、ライトガイド４１の四角錐部４１ａの傾斜角（図示せず）は、球面状（又は非球面状）に配列したＬＥＤアレイ４３からの光の集光角（図示せず）に略沿って設定されている。

また、ＬＥＤアレイ４３は、球面状基板（又は非球面状基板）４２を介して時分割駆動回路４４に接続されており、この時分割駆動回路４４によって画像表示光学系２０内のＤＭＤ２９に表示する画像の１フィールド内を３分割して各色ごとにＬＥＤ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂを時分割駆動している。

そして、光源装置１０Ｄ内のＬＥＤアレイ４３からの各色光は、四角錐部４１ａから小形四角柱部４１ｂに導かれて、小形四角柱部４１ｂの内壁面に形成されたミラー面４１ｂｍで全反射を繰り返しながら光出射口に進んだ後に画像表示光学系２０に入射され、この後、実施例１〜３と同様に画像表示光学系２０でＲ，Ｇ，Ｂごとに変調された画像光が投射光学系３０によってスクリーン（図示せず）上に投射され、スクリーン上に投射された画像光は、時分割駆動による高速繰り返しにより人間の視覚内で積分され、フルカラーの画像として認識される。

従って、上記により、光源装置１０ＤでもＬＥＤアレイ４３から出射した光を高率良く集光させることができる。また、光源装置１０Ｄを適用した投射型表示装置１Ｄでも、カラー画像を色むらなく高画質でスクリーン（図示せず）上に投射できる。

図１３は本発明に係る実施例５の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例５の投射型表示装置を示した構成図である。

図１３に示した本発明に係る実施例５の光源装置１０Ｅ及びこの光源装置１０Ｅを適用した実施例５の投射型表示装置１Ｅは、先に説明した実施例１〜４の光源装置１０Ａ〜１０Ｄ及び実施例１〜４の投射型表示装置１Ａ〜１Ｄと一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、実施例１〜４と同じ構成部材に対しては同一の符号を付して図示すると共に、光源装置１０Ｅのみに新たな符号を付して、実施例１〜４に対して異なる点についてのみ説明する。

即ち、図１３に示した如く、実施例５の投射型表示装置１Ｅは、光源装置１０Ｅと、画像表示光学系２０と、投射光学系３０とで概略構成されており、光源装置１０Ｅのみが前記した実施例１〜４に対して異なっている。

上記した光源装置１０Ｅでは、ライトガイドの形状が実施例１〜４に対して変形されており、光入射口側に大径円筒状に形成された第１ライトガイド５１が配置され、且つ、光出射口側に小径円筒状に形成された第２ライトガイド５２が配置されており、第１ライトガイド５１と第２ライトガイド５２とは所定の距離離れて分離して設けられている。この際、第１ライトガイド５１と第２ライトガイド５２との間の離間距離は、後述する凸レンズ５５の集光距離に略設定されており、且つ、第１ライトガイド５１と第２ライトガイド５２との間の離間区間は空間となっている。

また、第１，第２ライトガイド５１，５２の各内壁面に沿ってミラー面５１ｍ，５２ｍがアルミや銀などを用いて鏡面加工されている。

尚、上記した光源装置１０Ｅでは、第１ライトガイド５１と第２ライトガイド５２とを分離させた場合を説明したが、これに限ることなく、第１ライトガイド５１と第２ライトガイド５２とを実施例１と略同様な形状で一体化させても良い。

また、第１ライトガイド５１内の光入射口側には、外形が矩形状で面内をく字状に形成した一つのく字状基板５３上に赤（Ｒ）色光，緑（Ｇ）色光，青（Ｂ）色光をそれぞれ発光する赤色ＬＥＤ５４Ｒ，緑色ＬＥＤ５４Ｇ，青色ＬＥＤ５４Ｂを発光輝度の割合に応じて複数配列させたＬＥＤアレイ（半導体発光素子アレイ）５４が取り付けられており、これらの赤色ＬＥＤ５４Ｒ，緑色ＬＥＤ５４Ｇ，青色ＬＥＤ５４Ｂから出射された各色光は、第１ライトガイド５１内の光出射口に配置した集光レンズとなる凸レンズ５５により集光されて第２ライトガイド５２に導かれ、この後、第２ライトガイド５２の内壁面に形成されたミラー面５２ｍで全反射を繰り返しながら第２ライトガイド５２の光出射口側から高率良く出射できるようなっている。

また、ＬＥＤアレイ５４は、く字状基板５３を介して時分割駆動回路５６に接続されており、この時分割駆動回路５６によって画像表示光学系２０内のＤＭＤ２９に表示する画像の１フィールド内を３分割して各色ごとにＬＥＤ５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂを時分割駆動している。

そして、光源装置１０Ｅ内のＬＥＤアレイ５４からの各色光は、上記したように、第１ライトガイド５１内の光出射口に設けた凸レンズ５５で集光されて第２ライトガイド５２に導かれ、この第２ライトガイド５２の内壁面に形成されたミラー面５２ｍで全反射を繰り返しながら光出射口に進んだ後に画像表示光学系２０に入射され、この後、実施例１〜４と同様に画像表示光学系２０でＲ，Ｇ，Ｂごとに変調された画像光が投射光学系３０によってスクリーン（図示せず）上に投射され、スクリーン上に投射された画像光は、時分割駆動による高速繰り返しにより人間の視覚内で積分され、フルカラーの画像として認識される。

従って、上記により、光源装置１０ＥでもＬＥＤアレイ５３から出射した光を高率良く集光させることができる。また、光源装置１０Ｅを適用した投射型表示装置１Ｅでも、カラー画像を色むらなく高画質でスクリーン（図示せず）上に投射できる。

図１４は本発明に係る実施例６の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例６の投射型表示装置を示した構成図である。

図１４に示した本発明に係る実施例６の光源装置１０Ｆ及びこの光源装置１０Ｆを適用した実施例６の投射型表示装置１Ｆは、先に説明した実施例５の光源装置１０Ｅ及び実施例５の投射型表示装置１Ｆに対してＬＥＤアレイの配置が逆く字状に配置されている点が異なっており、光源装置１０Ｆのみに新たな符号を付して、実施例５に対して異なる点のみを説明する。

即ち、図１４に示した如く、実施例６の投射型表示装置１Ｆは、光源装置１０Ｆと、画像表示光学系２０と、投射光学系３０とで概略構成されている。

上記した光源装置１０Ｆでは、ライトガイドの形状が実施例５と同様に構成されており、光入射口側に大径円筒状に形成された第１ライトガイド６１が配置され、且つ、光出射口側に小径円筒状に形成された第２ライトガイド６２が配置されており、第１ライトガイド６１と第２ライトガイド６２とは所定の距離離れて分離して設けられている。この際、第１ライトガイド６１と第２ライトガイド６２との間の離間距離は、後述する凸レンズ６５の集光距離に略設定されており、且つ、第１ライトガイド６１と第２ライトガイド６２との間の離間区間は空間となっている。

また、第１，第２ライトガイド６１，６２の各内壁面に沿ってミラー面６１ｍ，６２ｍがアルミや銀などを用いて鏡面加工されている。

尚、上記した光源装置１０Ｆでは、第１ライトガイド６１と第２ライトガイド６２とを分離させた場合を説明したが、これに限ることなく、第１ライトガイド６１と第２ライトガイド６２とを実施例１と略同様な形状で一体化させても良い。

また、第１ライトガイド６１内の光入射口側には、外形が矩形状で面内を逆く字状に形成した一つの逆く字状基板６３上に赤（Ｒ）色光，緑（Ｇ）色光，青（Ｂ）色光をそれぞれ発光する赤色ＬＥＤ６４Ｒ，緑色ＬＥＤ６４Ｇ，青色ＬＥＤ６４Ｂを発光輝度の割合に応じて複数配列させたＬＥＤアレイ（半導体発光素子アレイ）６４が取り付けられており、これらの赤色ＬＥＤ６４Ｒ，緑色ＬＥＤ６４Ｇ，青色ＬＥＤ６４Ｂから出射された各色光は、第１ライトガイド６１内の光出射口に配置した集光レンズとなる凸レンズ６５により集光されて第２ライトガイド６２に導かれ、この後、第２ライトガイド６２の内壁面に形成されたミラー面６２ｍで全反射を繰り返しながら第２ライトガイド６２の光出射口側から高率良く出射できるようなっている。

また、ＬＥＤアレイ６４は、逆く字状基板６３を介して時分割駆動回路６６に接続されており、この時分割駆動回路６６によって画像表示光学系２０内のＤＭＤ２９に表示する画像の１フィールド内を３分割して各色ごとにＬＥＤ６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂを時分割駆動している。

そして、光源装置１０Ｆ内のＬＥＤアレイ６４からの各色光は、上記したように、第１ライトガイド６１内の光出射口に設けた凸レンズ６５で集光されて第２ライトガイド６２に導かれ、この第２ライトガイド６２の内壁面に形成されたミラー面６２ｍで全反射を繰り返しながら光出射口に進んだ後に画像表示光学系２０に入射され、この後、実施例５と同様に画像表示光学系２０でＲ，Ｇ，Ｂごとに変調された画像光が投射光学系３０によってスクリーン（図示せず）上に投射され、スクリーン上に投射された画像光は、時分割駆動による高速繰り返しにより人間の視覚内で積分され、フルカラーの画像として認識される。

従って、上記により、光源装置１０ＦでもＬＥＤアレイ６３から出射した光を高率良く集光させることができる。また、光源装置１０Ｆを適用した投射型表示装置１Ｆでも、カラー画像を色むらなく高画質でスクリーン（図示せず）上に投射できる。

図１５は本発明に係る実施例７の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例７の投射型表示装置を示した構成図である。

図１５に示した本発明に係る実施例７の光源装置１０Ｇ及びこの光源装置１０Ｇを適用した実施例７の投射型表示装置１Ｇは、先に説明した従来例２の光源装置２００（図１７）に対して照明の均一化を向上させると共に、先に説明した実施例１〜６の光源装置１０Ａ〜１０Ｆ及び実施例１〜６の投射型表示装置１Ａ〜１Ｆと一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、実施例１〜６と同じ構成部材に対しては同一の符号を付して図示すると共に、光源装置１０Ｇのみに新たな符号を付して、実施例１〜６に対して異なる点についてのみ説明する。

即ち、図１５に示した如く、実施例７の投射型表示装置１Ｇは、光源装置１０Ｇと、画像表示光学系２０と、投射光学系３０とで概略構成されており、光源装置１０Ｇのみが前記した実施例１〜６に対して異なっている。

上記した光源装置１０Ｇでは、ライトガイドの形状が実施例４と略同じ形状に形成されており、ライトガイド７１は光入射口側を大型四角形状に大きく開口して光出射口側に向かって内壁面を絞り込んだ四角錐部７１ａが形成され、この四角錐部７１ａに続いて光出射口側を小形四角形状に小さく開口した小形四角柱部７１ｂが一体的に形成されていると共に、四角錐部７１ａ及び小形四角柱部７１ｂの各内壁面に沿ってミラー面７１ａｍ，７１ｂｍがアルミや銀などを用いて鏡面加工されている。この際、ライトガイド７１の内壁面に沿って形成したミラー面７１ａｍ，７１ｂｍが接合する部位を隙間無く連続させて鏡面加工を施すことで、後述する３色のＬＥＤアレイ７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂから出射した光の漏れを防止すると共に、３色のＬＥＤアレイ７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂからの各色光が各ミラー面７１ａｍ，７１ｂｍで全反射を繰り返しながらライトガイド７４内の小形四角柱部７１ｂの光出射口側から高率良く出射できるようなっている。

尚、ライトガイド７１の内壁面に沿ってミラー面を形成した板状のミラー（図示せず）を貼り合わせても良い。

また、ライトガイド７１の四角錐部７１ａの光入射口側の近傍には、立方体形状のダイクロイックプリズム７２が設置されている。そして、ダイクロイックプリズム７２のうちで互い直交する３つの側面にそれぞれ対向して、Ｒ用基板７３Ｒ上に複数の赤色ＬＥＤを２次元的に配列させた赤色ＬＥＤアレイ７４Ｒと、Ｇ用基板７３Ｇ上に複数の緑色ＬＥＤを２次元的に配列させた緑色ＬＥＤアレイ７４Ｇと、Ｂ用基板７３Ｂ上に複数の青色ＬＥＤを２次元的に配列させた青色ＬＥＤアレイ７４Ｂとが配置されている。従って、ダイクロイックプリズム７２のうちで互い直交する３つの側面には、各側面ごとにそれぞれ異なる色で且つ同一の側面に対して同一色を発光する複数の赤色ＬＥＤ，（緑色ＬＥＤ），（青色ＬＥＤ）を基板上に二次元的に配列させた赤色ＬＥＤアレイ７４Ｒ，（緑色ＬＥＤ）アレイ７４Ｇ），（青色ＬＥＤアレイ７４Ｂ）がそれぞ対向することになる。

更に、ダイクロイックプリズム７２において、各色のＬＥＤアレイ７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂが配置されていない側面が赤色光，緑色光及び青色光を出射する光出射面となっている。

この際、ダイクロイックプリズム７２内には、赤色ＬＥＤアレイ７４Ｒから出射された赤色光を反射させ且つ緑色ＬＥＤアレイ７４Ｇから出射された緑色光を透過させる第１ダイクロイックミラー７２ｒと、青色ＬＥＤアレイ７４Ｂから出射された青色光を反射させ且つ緑色ＬＥＤアレイ７４Ｇから出射された緑色光を透過させる第２ダイクロイックミラー７２ｂとがそれぞれ±４５°傾斜して中央部で十字状に交差している。

また、ダイクロイックプリズム７２の光出射面側でライトガイド７１の四角錐部７１ａ内に集光レンズとなる凸レンズ７５が設置されている。

更に、赤色ＬＥＤアレイ７４Ｒ，緑色ＬＥＤアレイ７４Ｇ，青色ＬＥＤアレイ７４Ｂは、Ｒ用基板７３Ｒ，Ｇ用基板７３Ｇ，Ｂ用基板７３Ｂを介して時分割駆動回路７６に接続されており、この時分割駆動回路７６によって画像表示光学系２０内のＤＭＤ２９に表示する画像の１フィールド内を３分割して各色ごとにＬＥＤアレイ７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂを時分割駆動している。

そして、赤色ＬＥＤアレイ７４Ｒから出射された赤色光は、ダイクロイックプリズム７２内の第１ダイクロイックミラー７２ｒによって赤色光の波長帯が選択的に反射されることにより光出射面に向かう。同様に、青色ＬＥＤアレイ７４Ｂから出射された青色光は、ダイクロイックプリズム７２内の第２ダイクロイックミラー７２ｂによって青色光の波長帯が選択的に反射されることにより光出射面に向かう。更に、緑色ＬＥＤアレイ７４Ｇから出射された緑色光は、ダイクロイックプリズム７２内の第１，第２ダイクロイックミラー７２ｒ，７２ｂを透過して光出射面に向かう。これにより、ダイクロイックプリズム７２の互いに直交する側面のうち３面に配置された赤色ＬＥＤアレイ７４Ｒ，緑色ＬＥＤアレイ７４Ｇ，青色ＬＥＤアレイ７４Ｂからの各色光は、ダイクロイックプリズム７２において同一の光出射面から出射される。

この後、ダイクロイックプリズム７２から出た赤色光，緑色光，青色光は、時分割駆動ごとに凸レンズ７５の集光角（図示せず）に応じてビーム面積を絞られるが、この際、ライトガイド７１の四角錐部７１ａの傾斜角（図示せず）を凸レンズ７５の集光角と略同じ角度に設定することで、３色のＬＥＤアレイ７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂからの各色光が効率良く集光できるようになっており、これを言い換えると、凸レンズ７５の集光角に略沿ってライトガイド７１の四角錐部７１ａの内壁面が絞り込まれている。

そして、凸レンズ７５で集光されて絞られた各色光は、ライトガイド７１の四角錐部７１ａに沿って導かれたた後に小形四角柱部７１ｂの内壁面に形成したミラー面７１ｂｍで全反射を繰り返すことにより、均一照度の出射光となり、画像表示光学系２０に入射され、この後、実施例１〜６と同様に画像表示光学系２０でＲ，Ｇ，Ｂごとに変調された画像光が投射光学系３０によってスクリーン（図示せず）上に投射され、スクリーン上に投射された画像光は、時分割駆動による高速繰り返しにより人間の視覚内で積分され、フルカラーの画像として認識される。

従って、上記により、光源装置１０Ｇでは３色のＬＥＤアレイ７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂから出射した各色光を高率良く集光させることができる。また、光源装置１０Ｇを適用した投射型表示装置１Ｇでは、カラー画像を色むらなく高画質でスクリーン（図示せず）上に投射できる。

尚、実施例１〜実施例７の光源装置１０Ａ〜１０Ｆは、ＤＭＤ２９を適用した実施例１〜実施例７の投射型表示装置１Ａ〜１Ｆとして説明したが、他のライトバルブ方式である、透過型液晶パネルや、反射型液晶パネルにも適用することも可能である。

また、実施例１〜実施例７の光源装置１０Ａ〜１０Ｆは、展示用ディスプレイの照明やカラー画像の撮影用照明装置などにも応用できる。更に、液晶モニタのバックライトにも適用することも可能である。この場合、バックライトが各色の光を照射するので、カラーフィルタは不要になり、１画素でマルチカラーを表現することができる。従って、さらに高解像度で色再現性の高いモニタを提供することができる。

本発明に係る実施例１の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例１の投射型表示装置の外観を示した外観図である。 本発明に係る実施例１の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例１の投射型表示装置を示した構成図である。 本発明に係る実施例１の光源装置において、ＬＥＤアレイからの各色光をライトガイドの小形四角柱部内に形成したミラー面で繰り返し反射させる状態を示した図である。 本発明に係る実施例１の光源装置において、ＬＥＤアレイを構成する赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，青色ＬＥＤを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は斜視図である。 本発明に係る実施例１の光源装置において、ＬＥＤアレイを示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は斜視図である。 本発明に係る実施例１の光源装置において、ライトガイドの大形四角柱部のアスペクト比と、小形四角柱部のアスペクト比とを説明するために示した斜視図である。 本発明に係る実施例２の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例２の投射型表示装置を示した構成図である。 本発明に係る実施例３の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例３の投射型表示装置を示した構成図である。 本発明に係る実施例３の光源装置を分解して示した分解斜視図である。 本発明に係る実施例３の光源装置を一部破断して示した一部破断斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係る実施例３の光源装置及び投射型表示装置において、ＬＥＤレンズアレイ，トロイダルレンズ，ライトガイド，ＤＭＤの各アスペクト比を説明するために示した斜視図である。 本発明に係る実施例４の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例４の投射型表示装置を示した構成図である。 本発明に係る実施例５の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例５の投射型表示装置を示した構成図である。 本発明に係る実施例６の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例６の投射型表示装置を示した構成図である。 本発明に係る実施例７の光源装置及びこの光源装置を適用した実施例７の投射型表示装置を示した構成図である。 従来例１の画像表示装置を示したブロック図である。 従来例２としてＲＧＢ３色のＬＥＤアレイを用いた光源装置を説明する図であり、（ａ）は光源装置を上面から見た平面図であり、（ｂ）は赤色ＬＥＤアレイを側面から見た側面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｇ…実施例１〜実施例７の投射型表示装置、
１０Ａ〜１０Ｆ…実施例１〜実施例７の光源装置、
１１…ライトガイド、
１１ａ…大形四角柱部、１１ｂ…四角錐部、１１ｃ…小形四角柱部、
１１ａｍ，１１ｂｍ，１１ｃｍ…ミラー面、
１２…矩形状基板、
１３…半導体発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）、
１３Ｒ…赤色ＬＥＤ、１３Ｇ…緑色ＬＥＤ、１３Ｂ…青色ＬＥＤ、
１４…凸レンズ、１５…フレネルレンズ、１６…トロイダルレンズ、
１７…時分割駆動回路、
２０…画像表示光学系、
２１…筐体、２２…レンズ鏡筒、２３〜２５…コリメータレンズ群、
２６，２７…反射ミラー、２８…レンズ、
２９…画像表示デバイス（ＤＭＤ）、２９ｍ…ミラー面、
３０…投射光学系、
３１…レンズ鏡筒、３２…投射レンズ。

４１…ライトガイド、４１ａ…四角錐部、４１ｂ…小形四角柱部、
４１ａｍ，４１ｂｍ…ミラー面、
４２…球面状基板（又は非球面状基板）、
４３…半導体発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）、
４３Ｒ…赤色ＬＥＤ、４３Ｇ…緑色ＬＥＤ、４３Ｂ…青色ＬＥＤ、
４４…時分割駆動回路、
５１…第１ライトガイド、５２…第２ライトガイド、５１ｍ，５２ｍ…ミラー面、
５３…く字状基板、
５４…半導体発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）、
５４Ｒ…赤色ＬＥＤ、５４Ｇ…緑色ＬＥＤ、５４Ｂ…青色ＬＥＤ、
５５…凸レンズ、５６…時分割駆動回路、
６１…第１ライトガイド、６２…第２ライトガイド、６１ｍ，６２ｍ…ミラー面、
６３…逆く字状基板、
６４…半導体発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）、
６４Ｒ…赤色ＬＥＤ、６４Ｇ…緑色ＬＥＤ、６４Ｂ…青色ＬＥＤ、
６５…凸レンズ、６６…時分割駆動回路、
７１…ライトガイド、７１ａ…四角錐部、７１ｂ…小形四角柱部、
７１ａｍ，７１ｂｍ…ミラー面、
７２…ダイクロイックプリズム、７２ｒ，７２ｂ…第１，第２ダイクロイックミラー、
７３Ｒ…Ｒ用基板、７３Ｇ…Ｇ用基板、７３Ｂ…Ｂ用基板、
７４Ｒ…赤色ＬＥＤアレイ、７４Ｇ…緑色ＬＥＤアレイ、７４Ｂ…青色ＬＥＤアレイ、 ７５…凸レンズ、７６…時分割駆動回路。

Claims (5)

1. 複数の半導体発光素子を基板上に二次元的に配列させた半導体発光素子アレイと、
   前記半導体発光素子アレイから出射した光を集光させる集光レンズと、
   光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面を形成し、且つ、前記光入射口側の内部に前記半導体発光素子アレイと前記集光レンズとを前記光出射口に向かって順に配置すると共に、前記集光レンズの集光角に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記集光レンズで集光した光を前記光出射口から出射させるライトガイドとを備えたことを特徴とする光源装置。
2. ダイクロイックプリズムのうちで互いに直交する３つの側面にそれぞれ対向して配置され、各側面ごとにそれぞれ異なる色で且つ同一の側面に対して同一色を発光する複数の半導体発光素子を基板上に二次元的に配列させた３色の半導体発光素子アレイと、
   前記３色の半導体発光素子アレイから出射された各色光を前記ダイクロイックプリズム内に交差させて形成した第１，第２ダイクロイックミラーで波長帯を選択した後に、前記ダイクロイックプリズムの光出射面から出射させた各色光を集光する集光レンズと、
   光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面を形成し、且つ、前記光入射口側の近傍に前記ダイクロイックプリズムを配置し、且つ、前記光入射口の内部に前記集光レンズを配置すると共に、前記集光レンズの集光角に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記集光レンズで集光した各色光を前記光出射口から出射させるライトガイドとを備えたことを特徴とする光源装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の光源装置において、
   前記ライトガイドは、前記集光レンズで集光した光（又は各色光）を前記ミラー面で繰り返し反射させながら出射させるために前記内壁面の一部を絞り込んだ部位に続いて互いに対向した平行な内壁面を形成したことを特徴とする光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のうちいずれか１項記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射した光（又は各色光）を画像表示デバイスに照射する画像表示光学系と、
   前記画像表示デバイスに表示された画像光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
5. 複数の半導体発光素子を基板上に二次元的に配列させた半導体発光素子アレイと、
   前記半導体発光素子アレイから出射した光を集光させるトロイダルレンズと、
   光入射口から光出射口までの内壁面に沿ってミラー面を形成し、且つ、前記光入射口側の内部に前記半導体発光素子アレイと前記トロイダルレンズとを前記光出射口に向かって順に配置すると共に、前記トロイダルレンズの集光角に略沿って前記内壁面の一部を絞り込んで前記トロイダルレンズで集光した光を前記光出射口から出射させるライトガイドと、
   前記ライトガイドの光出射口側から出射した光を画像表示デバイスに照射する画像表示光学系と、
   前記画像表示デバイスに表示された画像光を投射する投射光学系とを備え、
   前記半導体発光素子アレイのアスペクト比のうちで水平方向成分を前記画像表示デバイスのアスペクト比のうちの水平方向成分よりも大きく設定した上で、前記半導体発光素子アレイのアスペクト比に対して前記ライトガイドの光出射口側のアスペクト比が前記画像表示デバイスのアスペクト比と略一致するように前記トロイダルレンズにより変換させたことを特徴とする投射型表示装置。
   

Images