JPH10269802A - 照明装置および映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の寿命を長くし、光の利用効率を向上し
て、消費電力の低減と装置の小型化を可能にすると共
に、照度分布を一様にする。 【解決手段】 発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ
より出射される赤，緑，青の各照明光は、それぞれカレ
イドスコープ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって一様化さ
れ、リレーレンズおよびフィールドレンズを経て、各色
毎の映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに照
射され、空間的に強度変調され、合成プリズム２０によ
って合成され、投射レンズ２５によってスクリーン２６
に拡大投影される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、均一な照明を行う
ための照明装置、および、この照明装置からの光を空間
的に変調してスクリーン等に投射することによって映像
を表示する映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、映像を鑑賞する目的に用いら
れる映像表示装置として、光源から出射された光を、映
像表示ライトバルブによって空間的に変調して、映像を
スクリーン等に投射する投射型映像表示装置がある。こ
の投射型映像表示装置の一つには、映像表示ライトバル
ブとして透過型の液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ
があり、小型軽量であることから実用化されている。

【０００３】従来の液晶プロジェクタでは、光源として
放電型のキセノンランプ，メタルハライドランプまたは
熱発光型のハロゲンランプ等の白色光源が用いられ、こ
の光源から出射された白色光は、紫外線（ＵＶ）および
赤外線（ＩＲ）をカットするＵＶ−ＩＲカットフィルタ
によって不要な光が取り除かれ、特定の波長成分の光を
透過または反射させるダイクロイックミラー等によっ
て、赤色（以下、Ｒとも記す。），緑色（以下、Ｇとも
記す。），青色（以下、Ｂとも記す。）の３原色の光に
分離されるようになっている。分離された各光は、３原
色に対応する各信号に応じて画像が形成された空間光変
調部としての３枚の液晶パネルをそれぞれ通過後、合成
光学系によって合成されてフルカラーの画像とされ、投
射レンズによって前方の透過型または反射型のスクリー
ンに拡大投影されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にキセノンランプ，メタルハライドランプ，ハロゲンラ
ンプ等のランプを用いた投射型映像表示装置では、ラン
プの消費電力が大きく、光利用効率を向上させるために
多くの光学部品を使用することにより装置の大きさも大
きくなるという問題点があった。また、ランプは、明る
さの経時変化が大きく、寿命が比較的短いことから、頻
繁にランプの交換が必要になるという問題点があった。

【０００５】更に、従来の投射型映像表示装置では、ラ
ンプの出射光に波長分布が存在するため、色分離した各
色の波長分布がランプの出射光の波長分布に依存し、良
好な色再現が難しいという問題点があった。

【０００６】また、液晶プロジェクタ等の投射型映像表
示装置では、表示輝度の向上と均一化が課題になってい
る。表示輝度の均一化には、映像表示ライトバルブに対
する照明光の照度の一様化が必要となる。しかしなが
ら、通常の液晶プロジェクタでは、例えば、メタルハラ
イドランプの放射光を放物面反射鏡で平行化し、直接、
液晶パネルを照射するので、表示画面にはランプの発光
むらに起因する色むらが生じ、また、表示画面の中央部
分が周辺部分に比べてかなり明るくなってしまい、ＣＲ
Ｔ（陰極線管）を直視する場合の映像に比べて表示品質
が劣るという問題点があった。

【０００７】表示輝度の向上には、光利用効率の向上と
ランプの改良が必要とされる。現在のレベルでは、光の
利用効率は数％にすぎず、光のほとんどを無駄にしてい
る。従って、これを改善すれば、表示輝度は向上し、消
費電力も低下する。最近では、明るさを確保するため
に、高出力のランプ（キセノンランプ，メタルハライド
ランプ）を用いながら、平行光を取り出しやすい点光源
の発光効率の高いランプの開発が行われている。しかし
ながら、ランプの発光効率を向上させると、電流が大き
くなり、寿命が短くなるという相反関係が存在するとい
う問題点がある。一方、光の利用効率に関しては、ラン
プの出射光に分光分布が存在するため、必要なＲ，Ｇ，
Ｂの３原色に色分離する際に捨てられる光の量が多く存
在するという問題点がある。

【０００８】また、従来の投射型映像表示装置では、光
の利用効率が低いことから、必要な明るさを得るために
は、大きなランプを用いなければならず、その結果、投
射型映像表示装置が大型化するという問題点があった。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、光源の寿命が長く、光の利用
効率を向上でき、消費電力の低減と装置の小型化を可能
にすると共に、照度分布の一様な照明装置を提供するこ
とにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、光源の寿命が長
く、光の利用効率を向上でき、消費電力の低減と装置の
小型化を可能にし、良好な色再現を可能とすると共に、
表示輝度の均一な映像表示装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の照明装置
は、被照明部に照射される光を出射する１以上の発光ダ
イオードを用いた光源と、この光源より出射された光の
被照明部における照度を一様化するための照度一様化光
学素子とを備えたものである。

【００１２】請求項６記載の映像表示装置は、照射され
る光を、表示する映像の情報に応じて空間的に変調し
て、画像を形成する空間変調手段と、この空間変調手段
に照射される光を出射する１以上の発光ダイオードを用
いた光源と、この光源より出射された光の空間変調手段
における照度を一様化するための照度一様化光学素子
と、空間変調手段によって変調された光を投射する投射
光学系とを備えたものである。

【００１３】請求項１記載の照明装置では、１以上の発
光ダイオードを用いた光源より出射される光は、照度一
様化光学素子によって、被照明部における照度が一様化
されるように被照明部に照射される。

【００１４】請求項６記載の映像表示装置では、１以上
の発光ダイオードを用いた光源より出射される光は、照
度一様化光学素子によって、空間変調手段における照度
が一様化されるように空間変調手段に照射され、この空
間変調手段によって、表示する映像の情報に応じて空間
的に変調されて、投射光学系によって投射される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る照明装置の構成を示す斜視図であ
る。本実施の形態に係る照明装置は、被照明部に照射さ
れる光を出射する光源としての１つの発光ダイオード１
１と、この発光ダイオード１１より出射された光の被照
明部における照度を一様化するための照度一様化光学素
子としてのロッド型光インテグレータ（以下、カレイド
スコープ（ＫＡＬＥＩＤＯＳＣＯＰＥ）と言う。）１２
とを備えている。カレイドスコープ１２は、ある程度の
長さを持つガラスロッドからなり、一端面（入射端面）
より入射された光を一様化して他端面（出射端面）より
出射するものである。このカレイドスコープ１２は、四
角柱状，六角柱状等、柱状であれば良いが、図１に示し
た例では、四角柱状としている。発光ダイオード１１
は、その発光面がカレイドスコープ１２の入射端面に対
向するように、カレイドスコープ１２の入射端面に接合
されている。なお、図１に示した照明装置では、カレイ
ドスコープ１２の入射端面の形状と略同形，同大の発光
ダイオード１１を用いたが、図２に示したように、カレ
イドスコープ１２の入射端面の形状と相似形で、入射端
面の形状よりも小さい発光ダイオード１１を用いても良
い。

【００１６】ここで、図５を参照して、カレイドスコー
プ１２における照度一様化の原理について説明する。カ
レイドスコープ１２では、入射端面１２ａにおいて光軸
１３に対して角度を持って入射した光が、カレイドスコ
ープ１２の側面で全反射を繰り返して出射端面１２ｂよ
り出射される。ここで、反射回数はカレイドスコープ１
２に対する入射角度によって異なり、その結果、反射回
数の異なる光が混じり合って、出射端面１２ｂでは一様
な出射光となる（文献「“光技術コンタクト”，Ｖｏ
ｌ．３３，Ｎｏ２，１９９５年，第４１〜４４ページ」
参照。）。

【００１７】本実施の形態に係る照明装置は、被照明部
において一様な照度を必要とする装置、例えば投射型の
映像表示装置に使用することができる。ここで、本出願
において、投射型の映像表示装置とは、液晶プロジェク
タ等のように空間的に変調された光をスクリーンに投射
する装置の他に、ヘッドマウントディスプレイ等のよう
に空間的に変調された光を人間の目に投射する虚像表示
型の映像表示装置や、更には、ステップ式投影露光装置
等のように空間的に変調された光を半導体ウェハ上のレ
ジストに投射する露光装置も含むものとする。

【００１８】本実施の形態に係る照明装置を鑑賞用の投
射型映像表示装置に使用する場合には、発光ダイオード
１１としては、可視光を出射するものが用いられる。本
実施の形態に係る照明装置を露光装置に使用する場合に
は、照明光は可視光である必要はなく、紫外光等でも良
く、この場合には、発光ダイオード１１としては、紫外
光等の必要な波長領域の光を出射するものが用いられ
る。

【００１９】本実施の形態に係る照明装置をフルカラー
の鑑賞用の投射型映像表示装置に使用する場合には、照
明光としてＲ，Ｇ，Ｂの３原色を用いるのが色再現性の
面から見て最も有効である。そこで、以下の説明では、
照明光としてＲ，Ｇ，Ｂの３原色を用いる場合について
説明する。

【００２０】発光ダイオード１１は、赤色発光用として
は、例えば、ＡｌＧａＰＡｓ系化合物半導体を用いたも
のを使用し、緑色発光用および青色発光用としては、例
えば、ＧａＮ系またはＺｎＳｅ系化合物半導体を用いた
ものを使用する。

【００２１】また、発光ダイオード１１は、いわゆるベ
アチップの形で使用する。現在、市販されている発光ダ
イオードの発光面の大きさは、０．２〜０．５ｍｍ角の
大きさであるが、本実施の形態に係る照明装置を鑑賞用
の投射型映像表示装置に利用する場合には、化合物半導
体の外部量子効率等、材料によって異なるが、本実施の
形態における発光ダイオード１１としては、数ｍｍ角程
度の大きさのものが好ましく、本実施の形態では、その
ような大きさのベアチップを作製して使用するものとす
る。

【００２２】発光ダイオード１１の発光面およびカレイ
ドスコープ１２の断面の形状は、例えば四角形，六角
形，円形等、任意であるが、本実施の形態に係る照明装
置を鑑賞用の投射型映像表示装置に利用する場合には、
共に、被照明部となるライトバルブの映像表示領域の形
状と相似形とするのが好ましい。このような形状とする
ことにより、ライトバルブの映像表示領域に照射される
光束の断面形状を、映像表示領域に対応する形状とする
ことができ、その結果、発光ダイオード１１から出射さ
れた光が有効に使用されることになり、光の利用効率が
向上する。また、発光ダイオード１１の発光面とカレイ
ドスコープ１２の断面を略同様の形状とすることによ
り、カレイドスコープ１２からの出射光としては、最高
の輝度と効率が得られる。従って、例えば、ライトバル
ブの映像表示領域の形状を現行のモニタと同様の縦横比
３：４とする場合には、発光ダイオード１１の発光面お
よびカレイドスコープ１２の断面の形状も縦横比３：４
に形成し、ライトバルブの映像表示領域の形状をハイビ
ジョンと同様の縦横比９：１６とする場合には、発光ダ
イオード１１の発光面およびカレイドスコープ１２の断
面の形状も縦横比９：１６に形成するのが好ましい。

【００２３】カレイドスコープ１２の材質は、光学ガラ
スである。カレイドスコープ１２の長さは、光の全反射
の回数を考慮した長さとなるが、数十ｍｍ〜数百ｍｍ程
度が好ましい。

【００２４】次に、図３および図４を参照して、本実施
の形態に係る照明装置における発光ダイオード１１とカ
レイドスコープ１２との接合方法の例について説明す
る。図３および図４は、発光ダイオード１１とカレイド
スコープ１２との接合部分を示す断面図である。図３に
示した例では、発光ダイオード１１の発光面とは反対側
の面側に、球面の一部をなすような形状の電極を兼ねた
反射鏡１５が設けられ、発光ダイオード１１の発光面と
反射鏡１５にそれぞれリード１６，１７が接続されてい
る。この例では、例えば、数ｍｍ角の発光ダイオード１
１のベアチップを反射鏡１５にマウントし、電極配線を
行った後、発光ダイオード１１の発光面がカレイドスコ
ープ１２の入射端面に対向するように、発光ダイオード
１１および反射鏡１５をカレイドスコープ１２の入射端
面に接合している。発光ダイオード１１のベアチップの
マウントには、現在一般に市販されている発光ダイオー
ドのマウント技術を用いることができる。

【００２５】図４に示した例では、発光ダイオード１１
の発光面とは反対側の面には、金属反射膜１９が形成さ
れ、発光ダイオード１１の発光面とその反対側の面にそ
れぞれリード１６，１７が接続されている。この例で
は、例えば、所定の大きさに形成された発光ダイオード
１１のベアチップに金属反射膜１９の形成および配線を
施した後、発光面がカレイドスコープ１２の入射端面に
対向するように配置し、エポキシ樹脂１８等によって、
直接、カレイドスコープ１２の入射端面に接合してい
る。

【００２６】次に、本実施の形態に係る照明装置の作用
について説明する。本実施の形態に係る照明装置では、
発光ダイオード１１より出射された光は、入射端面より
カレイドスコープ１２内部に入射し、カレイドスコープ
１２の側面で全反射を繰り返し、出射端面より一様な出
射光となって出射される。この出射光は、ライトバルブ
の映像表示領域等の被照明部に一様に照射される。

【００２７】本実施の形態に係る照明装置によれば、光
源として発光ダイオード１１を使用したので、光源の寿
命が長くなる。従って、光源の交換の手間を減らすこと
ができる。

【００２８】また、本実施の形態に係る照明装置をフル
カラーの鑑賞用の投射型映像表示装置に使用する場合に
は、光源として白色光源を使用する場合のように色分離
する際に捨てられる光がなくなり、光の利用効率を向上
することができる。その結果、光源として白色光源を使
用する場合に比べて、消費電力を少なくすることができ
る共に、映像表示装置の小型化が可能となる。

【００２９】ところで、光源として発光ダイオード１１
を使用することにより、上述のような効果が得られる
が、発光ダイオード１１の発光面側には、一部に電極部
が存在することから、発光面内で電流密度の大きさに差
が生じ、その結果、発光ダイオード１１の出射光に輝度
むらが生じる可能性がある。その結果、そのままでは、
被照明部における照度分布にむらが生じ、照明装置を鑑
賞型の映像表示装置に使用した場合には、表示される映
像において輝度むらや色むらを生じる可能性がある。し
かしながら、本実施の形態に係る照明装置では、発光ダ
イオード１１の出射光をカレイドスコープ１２を通して
照度の一様化を図っているので、被照明部における照度
分布を一様化することができ、上記不具合を解消するこ
とができる。

【００３０】また、本実施の形態に係る照明装置をフル
カラーの鑑賞用の投射型映像表示装置に使用する場合に
は、各色毎の発光ダイオードの出射光の波長領域が狭い
ことから、白色光源の出射光を色分離した場合のように
各色の波長分布が元の白色光源の出射光の波長分布に依
存するようなことがなく、各色毎の発光ダイオードの出
射光の合成によって表現できる色の範囲が広くなり、そ
の結果、良好な色再現が可能となる。

【００３１】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る
照明装置の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係
る照明装置は、光源として、１本のカレイドスコープ１
２の入射端面に対して、それぞれの発光面が平面的に配
置されるように複数個の発光ダイオード１１を設けた例
である。図６に示した例では、カレイドスコープ１２の
入射端面に対して、縦３列、横３列にして合計９個の発
光ダイオード１１を配置し、接合している。各発光ダイ
オード１１の形状は、カレイドスコープ１２の入射端面
の形状と相似形である。９個の発光ダイオード１１の集
合体の全体の形状は、図１に示した照明装置における発
光ダイオード１１の形状と略同様である。

【００３２】第１の実施の形態に係る照明装置では、光
源として一つの発光ダイオード１１を用いているので、
照明装置として高い輝度が要求される場合には、非常に
高輝度の発光ダイオード１１を使用する必要があるが、
本実施の形態に係る照明装置では、光源として複数の発
光ダイオード１１を用いているので、第１の実施の形態
に比べて輝度の低い発光ダイオード１１を使用して、同
等の照明装置を実現することができる。また、本実施の
形態に係る照明装置によれば、第１の実施の形態に比べ
て、より高輝度の照明装置を実現することも可能とな
る。更に、本実施の形態に係る照明装置によれば、多数
の発光ダイオード１１を用い、それらを選択的に発光さ
せることによって発光面の形状を任意に設定したり、発
光ダイオード１１毎の発光強度を変えることによって任
意の強度分布の照明光を得ることが可能となる。本実施
の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１
の実施の形態と同様である。

【００３３】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る
照明装置の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係
る照明装置は、１本のカレイドスコープ１２の入射端面
に１個の発光ダイオード１１を接合したものを、複数束
ねて構成したものである。図７に示した例では、入射端
面に発光ダイオード１１を接合したカレイドスコープ１
２を、縦３列、横３列にして合計９本束ねている。各発
光ダイオード１１の形状は、各カレイドスコープ１２の
入射端面の形状と相似形である。複数のカレイドスコー
プ１２は、例えば、エポキシ樹脂等によって貼り合わせ
ることによって束ねられている。本実施の形態に係る照
明装置の全体の形状は、図６に示した第２の実施の形態
に係る照明装置と同様になる。本実施の形態におけるそ
の他の構成、作用および効果は、第２の実施の形態と同
様である。

【００３４】図８は、本発明の第４の実施の形態に係る
照明装置の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係
る照明装置は、１本のカレイドスコープ１２の入射端面
に対して複数個の発光ダイオード１１を接合したもの
を、複数束ねて構成したものである。図８に示した例で
は、入射端面に対して、縦２列、横３列にして合計６個
の発光ダイオード１１を接合したカレイドスコープ１２
を、縦３列、横３列にして合計９本束ねている。複数の
カレイドスコープ１２は、例えば、エポキシ樹脂等によ
って貼り合わせることによって束ねられている。本実施
の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２
の実施の形態と同様である。

【００３５】ここで、第２ないし第４の実施の形態のよ
うに複数の発光ダイオード１１を平面的に配置して、各
発光ダイオード１１の発光強度を独立に制御することに
よる効果について、図９ないし図１１を参照して説明す
る。図９および図１０は、光源の発光状態と、光源から
出射された光を所定の光学系を通して被照明部に照射し
た場合の照明状態との関係を調べた実験の結果を示した
ものである。

【００３６】図９において、（ａ）は光源の発光面の形
状を縦横比３：４の長方形とし、発光面内で均一に発光
させた場合の発光状態を表し、（ｂ）はその場合におけ
る照明状態を表している。また、（ｃ）は光源の発光面
の形状を縦横比３：４の長方形とし、発光面内で発光強
度に分布を持たせた場合の発光状態を表し、（ｄ）はそ
の場合における照明状態を表している。なお、（ａ）に
おいて、符号Ａ０は均一な輝度の領域を表している。ま
た、（ｂ）において、符号Ａ１は輝度が相対値で１．３
以上１．４未満の領域、Ａ２は輝度が相対値で１．２以
上１．３未満の領域、Ａ３は輝度が相対値で１．１以上
１．２未満の領域、Ａ４は輝度が相対値で１．０以上
１．１未満の領域、Ａ５は輝度が相対値で０．９以上
１．０未満の領域を表している。また、（ｂ），（ｄ）
において、符号Ｂ１は照度が相対値で０．９以上１以下
の領域、Ｂ２は照度が相対値で０．８以上０．９未満の
領域、Ｂ３は照度が相対値で０．７以上０．８未満の領
域、Ｂ４は照度が相対値で０．３以上０．７未満の領
域、Ｂ５は照度が相対値で０．１以上０．３未満の領域
を表している。図９（ｃ）に示した例では、発光面内の
右半分と左半分で発光強度の分布を異ならせている。す
なわち、左半分では周辺に向けて緩やかに輝度を大きく
し、右半分では周辺部で急に輝度を大きくし、且つ右半
分における輝度の最大値を左半分における輝度の最大値
よりも大きくしている。

【００３７】同様に、図１０において、（ａ）は光源の
発光面の形状を縦横比９：１６の長方形とし、発光面内
で均一に発光させた場合の発光状態を表し、（ｂ）はそ
の場合における照明状態を表している。また、（ｃ）は
光源の発光面の形状を縦横比９：１６の長方形とし、発
光面内で発光強度に分布を持たせた場合の発光状態を表
し、（ｄ）はその場合における照明状態を表している。
これらの図において、符号Ａ０〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５の意
味は、図９の場合と同様である。図１０（ｃ）に示した
例では、発光面内の右半分と左半分で発光強度の分布を
異ならせている。すなわち、左半分では周辺に向けて緩
やかに輝度を大きくし、右半分では周辺部で急に輝度を
大きくし、且つ右半分における輝度の最大値を左半分に
おける輝度の最大値よりも大きくしている。

【００３８】図９（ａ），（ｂ）および図１０（ａ），
（ｂ）から分かるように、光源において発光面内で均一
に発光させた場合には、被照明部では、中央部分に比べ
て周辺部分が暗くなる。そこで、図９（ｃ）や図１０
（ｃ）に示したように、光源の発光強度に分布を持たせ
ることにより、図９（ｄ）や図１０（ｄ）に示したよう
に、被照明部における明るさのむらを少なくすることが
可能となる。

【００３９】光源の発光状態と被照明部における照明状
態との関係は、光源と被照明部との間の光学系等によっ
て異なるため、光源の発光状態は、第２ないし第４の実
施の形態に係る照明装置が使用される個々の装置に応じ
て適宜に設定するのが好ましい。ここで、図１１を参照
して、第２ないし第４の実施の形態に係る照明装置を、
鑑賞用の投射型映像表示装置に使用する場合について考
える。なお、図１１において、（ａ），（ｃ）は光源の
発光状態を表し、（ｂ），（ｄ）は、それぞれ、発光状
態が（ａ），（ｃ）のときの映像表示ライトバルブにお
ける上下方向の中心部分における水平方向の１ラインに
おける照度分布の例を表している。図１１に示した例で
は、（ａ）に示したように、発光ダイオード１１を縦６
列、横１０列にしての合計６０個配列して光源を構成
し、各発光ダイオード１１を均一に発光させた場合、映
像表示ライトバルブ上での照度分布は、（ｂ）に示した
ように、中央部分で照度が大きく周辺に向けて照度が徐
々に小さくなるものとする。このような場合には、
（ｃ）に示したように、中央部分から周辺に向けて徐々
に発光ダイオード１１の発光強度を大きくすることで、
理想的には、（ｄ）に示したように、平坦な照度分布と
することが可能となる。

【００４０】図１２は、本発明の第５の実施の形態に係
る照明装置の構成を示す斜視図である。本実施の形態に
係る照明装置は、１本のカレイドスコープ１２の入射端
面に対して、赤色発光ダイオード１１Ｒ，緑色発光ダイ
オード１１Ｇ，青色発光ダイオード１１Ｂを、それぞれ
複数個ずつ配列して接合したものである。各発光ダイオ
ード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの配列の方法としては、図
１３に示したようなモザイク配列や、図１４に示したよ
うなΔ配列等がある。

【００４１】本実施の形態に係る照明装置では、各発光
ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを同時に点灯させる
ことにより照度が一様化された白色照明光を得ることが
できる。また、本実施の形態に係る照明装置では、各発
光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを順次点灯させる
ことにより、それぞれ照度が一様化されて順次出力され
るＲ，Ｇ，Ｂの３原色の照明光を得ることができる。そ
して、このＲ，Ｇ，Ｂの３原色の照明光を用いて、後述
するような時分割色表示方式によるカラー画像の表示が
可能となる。本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第２の実施の形態と同様である。

【００４２】図１５は、本発明の第６の実施の形態に係
る映像表示装置の構成を示す説明図である。この映像表
示装置は、立方体形状の合成プリズム２０と、この合成
プリズム２０の一つの面２０Ｇに対向するように配設さ
れた緑用映像表示ライトバルブ２１Ｇと、合成プリズム
２０における面２０Ｇと直交する他の面２０Ｒに対向す
るように配設された赤用映像表示ライトバルブ２１Ｒ
と、合成プリズム２０における面２０Ｒと平行な他の面
２０Ｂに対向するように配設された青用映像表示ライト
バルブ２１Ｂとを備えている。各映像表示ライトバルブ
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、本発明における空間変調手
段に対応する。

【００４３】映像表示装置は、更に、各映像表示ライト
バルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの側方に配設され、各映
像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにそれぞれ
赤色照明光，緑色照明光，青色照明光を照射するための
赤色照明装置２２Ｒ，緑色照明装置２２Ｇ，青色照明装
置２２Ｂを備えている。赤色照明装置２２Ｒは、カレイ
ドスコープ１２Ｒの入射端面に赤色発光ダイオード１１
Ｒを接合したものである。同様に、緑色照明装置２２Ｇ
は、カレイドスコープ１２Ｇの入射端面に緑色発光ダイ
オード１１Ｇを接合したものであり、青色照明装置２２
Ｂは、カレイドスコープ１２Ｂの入射端面に青色発光ダ
イオード１１Ｂを接合したものである。なお、各照明装
置２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、第１ないし第４の実施の
形態のうちのいずれの形態のものでも良い。

【００４４】赤色照明装置２２Ｒと赤用映像表示ライト
バルブ２１Ｒの間には、赤色照明装置２２Ｒ側より順
に、赤用リレーレンズ２３Ｒおよび赤用フィールドレン
ズ２４Ｒが配設されている。同様に、緑色照明装置２２
Ｇと緑用映像表示ライトバルブ２１Ｇの間には、緑色照
明装置２２Ｇ側より順に、緑用リレーレンズ２３Ｇおよ
び緑用フィールドレンズ２４Ｇが配設されている。ま
た、青色照明装置２２Ｂと青用映像表示ライトバルブ２
１Ｂの間には、青色照明装置２２Ｂ側より順に、青用リ
レーレンズ２３Ｂおよび青用フィールドレンズ２４Ｂが
配設されている。映像表示装置は、更に、合成プリズム
２０における面２０Ｇと平行な面２０Ａに対向するよう
に配設され、各映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，
２１Ｂによって形成され、合成プリズム２０に合成され
た画像の光を、透過型（背面投射型映像表示装置の場
合）または反射型（前面投射型映像表示装置の場合）の
スクリーン２６に投射するための投射レンズ２５を備え
ている。映像表示装置における上記各構成要素は、適当
なホルダによって保持されて、図示しない筐体内に設置
されている。

【００４５】合成プリズム２０は、面２０Ｒより入射し
た赤色光のみを面２０Ａ側に反射する反射面２０ｒと、
面２０Ｂより入射した青色光のみを面２０Ａ側に反射す
る反射面２０ｂとを有するダイクロイックプリズムで構
成されている。

【００４６】映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２
１Ｂは、それぞれ光の透過率を制御可能な多数の画素を
有している。映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２
１Ｂとしては、例えば、液晶としてＴＮ（Twisted Nema
tic ；ツイストネマティック）型の液晶を用い、スイッ
チ素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トラ
ンジスタ）を用いた透過型液晶ライトバルブを使用す
る。

【００４７】リレーレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、
それぞれ、各カレイドスコープ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ
の出射端面の２次元的な像、すなわち２次光源の像を、
各映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ上に結
像するためのレンズであり、フィールドレンズ２４Ｒ，
２４Ｇ，２４Ｂは、それぞれ、リレーレンズ２３Ｒ，２
３Ｇ，２３Ｂの後側焦点面の像を投射レンズ２５の入射
瞳の位置に結像させるためのレンズである。また、投射
レンズ２５としては、例えばテレセントリック系に近い
ものが用いられる。

【００４８】発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの
発光面およびカレイドスコープ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ
の断面の形状は、映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１
Ｇ，２１Ｂの映像表示領域の形状と相似形とするのが好
ましい。

【００４９】図１６は、本実施の形態に係る映像表示装
置の回路構成を示すブロック図である。この図に示した
ように、本実施の形態に係る映像表示装置は、映像信号
ＶＳを入力し、それぞれ赤色画像，緑色画像，青色画像
に対応する赤用画像信号，緑用画像信号，青用画像信号
を生成する映像信号処理回路３１と、この映像信号処理
回路３１によって生成された赤用画像信号，緑用画像信
号，青用画像信号を一時的に記録するための赤用画像メ
モリ３２Ｒ，緑用画像メモリ３２Ｇ，青用画像メモリ３
２Ｂと、映像信号処理回路３１および赤用画像メモリ３
２Ｒに接続され、赤用映像表示ライトバルブ２１Ｒを駆
動する赤用ライトバルブ駆動回路３３Ｒと、映像信号処
理回路３１および緑用画像メモリ３２Ｇに接続され、緑
用映像表示ライトバルブ２１Ｇを駆動する緑用ライトバ
ルブ駆動回路３３Ｇと、映像信号処理回路３１および青
用画像メモリ３２Ｂに接続され、青用映像表示ライトバ
ルブ２１Ｂを駆動する青用ライトバルブ駆動回路３３Ｂ
とを備えている。

【００５０】映像表示装置は、更に、それぞれ赤色発光
ダイオード１１Ｒ，緑色発光ダイオード１１Ｇ，青色発
光ダイオード１１Ｂ（図では発光ダイオードをＬＥＤと
記す。）を駆動する赤色発光ダイオード駆動回路３４
Ｒ，緑色発光ダイオード駆動回路３４Ｇ，青色発光ダイ
オード駆動回路３４Ｂと、映像信号処理回路３１および
各発光ダイオード駆動回路３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを制
御するコントローラ３５とを備えている。コントローラ
３５は、例えばマイクロコンピュータによって構成され
る。

【００５１】各発光ダイオード駆動回路３４Ｒ，３４
Ｇ，３４Ｂには、可変抵抗によって各発光ダイオード１
１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの駆動電流を変える等により、各
発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂより出射される
光の輝度を独立に調節可能とする手段が設けられてい
る。

【００５２】次に、本実施の形態に係る映像表示装置の
作用について説明する。図２に示したように、映像信号
ＶＳは、映像信号処理回路３１に入力され、この映像信
号処理回路３１によって、赤用画像信号，緑用画像信
号，青用画像信号が生成され、それぞれ、赤用画像メモ
リ３２Ｒ，緑用画像メモリ３２Ｇ，青用画像メモリ３２
Ｂに一旦記録される。各ライトバルブ駆動回路３３Ｒ，
３３Ｇ，３３Ｂは、それぞれ、一定の周期で、各画像メ
モリ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂより各色用の画像信号を読
み出し、この画像信号に基づいて、各映像表示ライトバ
ルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを駆動する。

【００５３】一方、各発光ダイオード駆動回路３４Ｒ，
３４Ｇ，３４Ｂは、各発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，
１１Ｂが常時点灯するように、各発光ダイオード１１
Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを駆動する。

【００５４】図１５に示したように、赤色発光ダイオー
ド１１Ｒより出射されカレイドスコープ１２Ｒによって
一様化された赤色の照明光は、リレーレンズ２３Ｒ、フ
ィールドレンズ２４Ｒを経て、赤用映像表示ライトバル
ブ２１Ｒに照射され、赤用映像表示ライトバルブ２１Ｒ
によって空間的に強度変調されて合成プリズム２０に入
射する。同様に、緑色発光ダイオード１１Ｇより出射さ
れカレイドスコープ１２Ｇによって一様化された緑色の
照明光は、リレーレンズ２３Ｇ、フィールドレンズ２４
Ｇを経て、緑用映像表示ライトバルブ２１Ｇに照射さ
れ、緑用映像表示ライトバルブ２１Ｇによって空間的に
強度変調されて合成プリズム２０に入射する。また、青
色発光ダイオード１１Ｂより出射されカレイドスコープ
１２Ｂによって一様化された青色の照明光は、リレーレ
ンズ２３Ｂ、フィールドレンズ２４Ｂを経て、青用映像
表示ライトバルブ２１Ｂに照射され、青用映像表示ライ
トバルブ２１Ｂによって空間的に強度変調されて合成プ
リズム２０に入射する。

【００５５】各映像表示ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，
２１Ｂによって変調された各色の光は、合成プリズム２
０によって合成されて、面２０Ａより出射され、投射レ
ンズ２５によってスクリーン２６に拡大投影され、スク
リーン２６上にカラー映像が表示される。

【００５６】図１７は、カレイドスコープ１２（１２
Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを代表する。）、リレーレンズ２３
（２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを代表する。）およびフィー
ルドレンズ２４（２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂを代表す
る。）を含むカレイドスコープ照明系における光の状態
を表す説明図である。この図に示したように、カレイド
スコープ１２の出射端面の像は、フィールドレンズ２３
によって、被照明部である映像表示ライトバルブ２１
（２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを代表する。）に結像され、
これにより、照度が一様化された照明光が映像表示ライ
トバルブ２１上に照射される。なお、フィールドレンズ
２４は、リレーレンズ２３の後側焦点面の像を投射レン
ズ２５の入射瞳の位置２８に結像させる。

【００５７】以上説明したように、本実施の形態に係る
映像表示装置では、光源として発光ダイオードを使用し
たので、光源の寿命が長くなり、光源の交換の手間を減
らすことができる。また、各色毎の発光ダイオード１１
Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの出射光の波長領域は狭いので、白
色光源の出射光を色分離した場合のように各色の波長分
布が元の白色光源の出射光の波長分布に依存するような
ことがなく、各発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ
の出射光の合成によって表現できる色の範囲が広くな
り、その結果、良好な色再現が可能となる。

【００５８】また、発光ダイオードは、白色光源に比べ
て消費電力が少なく、且つ小型である。更に、光源とし
て発光ダイオードを使用することにより、光源として白
色光源を使用する場合のように色分離する際に捨てられ
る光がなくなり、光の利用効率を向上することができ
る。その結果、光源として白色光源を使用する場合に比
べて、消費電力を少なくすることができる共に、映像表
示装置の小型化が可能となる。

【００５９】また、本実施の形態に係る映像表示装置に
よれば、発光ダイオード１１の出射光をカレイドスコー
プ１２を通して照度の一様化を図っているので、輝度む
らや色むらの発生を防止して、映像表示ライトバルブ２
１の表示輝度を均一化することができ、表示品質を向上
させることができる。

【００６０】また、本実施の形態に係る映像表示装置に
おいて、発光ダイオード１１の発光面およびカレイドス
コープ１２の断面の形状を、映像表示ライトバルブ２１
の映像表示領域の形状と相似形とすることにより、画像
形成領域に照射される光束の断面形状を、画像形成領域
の形状に対応する形状とすることができ、光束の断面が
円形となる白色光源を使用する場合に比べて、光の利用
効率が向上し、その結果、より一層、消費電力の低減と
装置の小型化が可能になる。

【００６１】また、本実施の形態に係る映像表示装置に
よれば、各色毎の発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１
Ｂより出射される光の輝度を独立に調節することができ
るので、従来と比較して、色の調節範囲が広くなる。ま
た、色毎の発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの効
率が異なる場合には、予め、各発光ダイオード駆動回路
３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂにおいて、各発光ダイオード１
１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの駆動電流を変える等によって各
発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂより出射される
光の輝度を独立に調節して、白色画面の色温度を所定の
値に合わせておくことが可能となる。また、鑑賞者が、
任意に、各発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂより
出射される光の輝度を調節して、鑑賞者の嗜好に合った
色調整を行うことも可能となる。また、本実施の形態に
係る映像表示装置では、各発光ダイオード１１Ｒ，１１
Ｇ，１１Ｂより出射される光の輝度を独立に調節可能な
ことから、各色毎の発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１
１Ｂの発光面積を同一にしながら各色毎の輝度の調節が
可能となり、その結果、映像表示装置の光学系を簡単に
することができる。

【００６２】次に、図１８ないし図２０を参照して、本
発明の第７の実施の形態に係る映像表示装置について説
明する。図１８は、本実施の形態に係る映像表示装置の
構成を示す説明図である。本実施の形態に係る映像表示
装置は、時分割色表示方式によってカラー画像を表示す
るようにした例である。本実施の形態に係る映像表示装
置は、第６の実施の形態における各色毎の映像表示ライ
トバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを設けずに、代わり
に、合成プリズム２０と投射レンズ２５との間に、映像
表示ライトバルブ４１を設けている。

【００６３】図１９は、本実施の形態に係る映像表示装
置の回路構成を示すブロック図である。本実施の形態に
係る映像表示装置は、映像信号ＶＳを入力し、それぞれ
赤色画像，緑色画像，青色画像に対応する赤用画像信
号，緑用画像信号，青用画像信号を生成し、これらを順
次切り換えて出力する映像信号処理回路４２と、この映
像信号処理回路４２によって生成された赤用画像信号，
緑用画像信号，青用画像信号を一時的に記録するための
画像メモリ４３と、映像信号処理回路４２および画像メ
モリ４３に接続され、映像表示ライトバルブ４１を駆動
するライトバルブ駆動回路４４とを備えている。

【００６４】映像表示装置は、更に、それぞれ赤色発光
ダイオード１１Ｒ，緑色発光ダイオード１１Ｇ，青色発
光ダイオード１１Ｂ（図では発光ダイオードをＬＥＤと
記す。）を駆動する赤色発光ダイオード駆動回路３４
Ｒ，緑色発光ダイオード駆動回路３４Ｇ，青色発光ダイ
オード駆動回路３４Ｂと、映像信号処理回路４２、ライ
トバルブ駆動回路４４および各発光ダイオード駆動回路
３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを制御するコントローラ３５と
を備えている。

【００６５】次に、図２０のタイミングチャートを参照
して、本実施の形態に係る映像表示装置の動作について
説明する。コントローラ３５は、映像信号ＶＳを入力
し、この映像信号に同期し、１フレームまたは１フィー
ルドの期間を３等分するためのタイミング信号を生成
し、映像信号処理回路４２とライトバルブ駆動回路４４
に送る。映像信号処理回路４４は、このタイミング信号
に応じて、赤用画像信号，緑用画像信号，青用画像信号
を生成し、これらを順次切り換えて出力する。この画像
信号は、画像メモリ４３に一旦記録される。ライトバル
ブ駆動回路４４は、コントローラ３５からのタイミング
信号に応じて、画像メモリ４３より各色用の画像信号を
順次読み出し、この画像信号に基づいて、映像表示ライ
トバルブ４１を駆動する。その結果、映像表示ライトバ
ルブ４１では、図２０（ｄ）に示したように、１フレー
ムまたは１フィールドの期間中で、赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）用の各階調画像が、順次切り換えられ
て表示される。

【００６６】一方、コントローラ３５は、映像表示ライ
トバルブ４１において赤，緑，青用の各階調画像が表示
されるタイミングに同期して、発光ダイオード１１Ｒ，
１１Ｇ，１１Ｂが順次点灯するように、各発光ダイオー
ド駆動回路３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを制御する。その結
果、図２０（ａ）〜（ｃ）に示したように、映像表示ラ
イトバルブ４１において赤，緑，青用の各階調画像が表
示されるタイミングに同期して、発光ダイオード１１
Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ（図２０では、それぞれ、ＬＥＤ
Ｒ，ＬＥＤ Ｇ，ＬＥＤ Ｂと記す。）が点灯し、各色
の光が順次切り換えられて映像表示ライトバルブ４１に
照射される。

【００６７】このような動作により、赤，緑，青の各画
像が順次切り換えられて、スクリーン２６に投射される
が、人間の目の残像効果により、鑑賞者にはカラー画像
として認識される。本実施の形態におけるその他の構
成、作用および効果は第６の実施の形態と同様である。

【００６８】次に、図２１および図２２を参照して、本
発明の第８の実施の形態に係る映像表示装置について説
明する。本実施の形態に係る映像表示装置は、第７の実
施の形態と同様に時分割色表示方式を用いると共に、デ
ィジタル階調表示方式を用いてカラー画像を表示するよ
うにした例である。

【００６９】始めに、図２１を参照して、ディジタル階
調表示方式の原理について説明する。ディジタル階調表
示方式の原理は、図２１（ａ）に示したような表示した
い画像を、図２１（ｂ）〜（ｅ）に示したような重み付
けした複数のビット画像（２値画像）の和として表現す
ることである。なお、図２１（ａ）の上段は表示したい
階調画像の例を表し、図２１（ｂ）〜（ｅ）の上段は、
８：４：２：１に重み付けされた各ビット画像を表して
いる。図２１（ａ）〜（ｅ）の下段は、上段の画像にお
ける各画素の輝度を１６進数で表したものである。この
ディジタル階調表示方式では、光源と２値表示用の映像
表示ライトバルブの制御によって、１フレームの時間の
中で、重み付けしたビット画像群を表示し、人間の目の
残像効果を利用して、鑑賞者に階調を感じさせる。

【００７０】ディジタル階調表示におけるビット画像の
重み付けには、主に２つの方法がある。一つは、照明光
の明るさを一定とし、各ビット画像の表示時間の長さに
よって重み付けをするパルス幅変調階調表示であり、他
の一つは、各ビット画像の表示時間の長さを一定とし、
照明光の明るさによって重み付けをする光強度変調階調
表示である。また、２つの方法を併用することも可能で
ある。

【００７１】本実施の形態に係る映像表示装置の構成
は、図１９に示したものと略同様であるが、発光ダイオ
ード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、２値表示が可能なもの
であれば良い。

【００７２】次に、図２２のタイミングチャートを参照
して、本実施の形態に係る映像表示装置の動作について
説明する。図２２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、発光ダ
イオードの発光タイミングと発光量を表している。図２
２（ｄ）は、映像表示ライトバルブ４１の表示状態を表
している。ここでは、パルス幅変調階調表示と光強度変
調階調表示とを併用してディジタル階調表示を行う例に
ついて説明する。また、以下の説明では、赤色階調画像
を表現するために８：４：２：１に重み付けされた各ビ
ット画像を、それぞれ画像Ｒ８，Ｒ４，Ｒ２，Ｒ１と
し、緑色階調画像を表現するために８：４：２：１に重
み付けされた各ビット画像を、それぞれ画像Ｇ８，Ｇ
４，Ｇ２，Ｇ１とし、青色階調画像を表現するために
８：４：２：１に重み付けされた各ビット画像を、それ
ぞれ画像Ｂ８，Ｂ４，Ｂ２，Ｂ１とする。

【００７３】コントローラ３５は、映像信号ＶＳを入力
し、この映像信号ＶＳに同期した所定のタイミング信号
を生成し、映像信号処理回路４２とライトバルブ駆動回
路４４に送る。映像信号処理回路４２は、このタイミン
グ信号に応じて、各フレーム毎に、ビット画像Ｒ８，Ｇ
８，Ｂ８，Ｒ４，Ｒ２，Ｒ１，Ｇ４，Ｇ２，Ｇ１，Ｂ
４，Ｂ２，Ｂ１の画像信号を生成し、これらを順次切り
換えて出力する。この画像信号は、画像メモリ４３に一
旦記録される。ライトバルブ駆動回路４４は、コントロ
ーラ３５からのタイミング信号に応じて、画像メモリ４
３より各ビット画像の画像信号を順次読み出し、この画
像信号に基づいて、映像表示ライトバルブ４４を駆動す
る。本実施の形態では、図２２（ｄ）に示したように、
１フレーム中の先頭から２／５の期間を３等分してビッ
ト画像Ｒ８，Ｇ８，Ｂ８を順次表示し、１フレーム中の
残りの期間を９等分してビット画像Ｒ４，Ｒ２，Ｒ１，
Ｇ４，Ｇ２，Ｇ１，Ｂ４，Ｂ２，Ｂ１を順次表示するよ
うにしている。従って、ビット画像Ｒ８，Ｇ８，Ｂ８が
表示される期間は、他のビット画像が表示される期間の
２倍となる。

【００７４】また、コントローラ３５は、図２２（ａ）
〜（ｃ）に示したように、映像表示ライトバルブ４１に
おいて赤，緑，青用の各ビット画像が表示されるタイミ
ングに同期して、発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１
Ｂが順次点灯するように、各発光ダイオード駆動回路３
４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを制御する。また、コントローラ
３５は、ビット画像Ｒ８，Ｇ８，Ｂ８が表示される期間
とビット画像Ｒ４，Ｇ４，Ｂ４が表示される期間は、発
光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの発光量が等し
く、このときの発光量を１とした場合に、ビット画像Ｒ
２，Ｇ２，Ｂ２が表示される期間は発光量が１／２、ビ
ット画像Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１が表示される期間は発光量が
１／４となるように、各発光ダイオード駆動回路３４
Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを制御する。このような動作によ
り、１フレーム内で、各色毎に８：４：２：１に重み付
けされた複数のビット画像の光が、順次スクリーン２６
に投射され、人間の目の残像効果により、鑑賞者にはカ
ラー画像として認識される。本実施の形態におけるその
他の構成、作用および効果は、第７の実施の形態と同様
である。なお、発光ダイオードの応答速度は数μ秒と速
いため、第７または第８の実施の形態のような時分割色
表示方式を用いたカラー画像表示が可能となる。

【００７５】図２３は、本発明の第９の実施の形態に係
る映像表示装置の構成を示す説明図である。本実施の形
態に係る映像表示装置は、映像表示ライトバルブとして
反射型の液晶ライトバルブを使用して、時分割色表示方
式を用いてカラー画像を表示するようにした例である。
本実施の形態に係る映像表示装置は、図１８に示した映
像表示装置において、合成プリズム２０の代わりにダイ
クロイックミラー部５０を設け、フィールドレンズ２４
Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの代わりに、ダイクロイックミラー
部５０の出射側にフィールドレンズ５１を設け、更に、
透過型の液晶ライトバルブを使用した映像表示ライトバ
ルブ４１の代わりに、偏光ビームスプリッタ６０と、反
射型の液晶ライトバルブを使用した映像表示ライトバル
ブ６１とを設けたものである。

【００７６】ダイクロイックミラー部５０は、照明装置
２２Ｒからの赤色光のみをフィールドレンズ５１側に反
射するダイクロイックミラー５０Ｒと、照明装置２２Ｂ
からの青色光のみをフィールドレンズ５１側に反射する
ダイクロイックミラー５０Ｂとを、互いの中央部分にて
接合することによって構成されている。

【００７７】偏光ビームスプリッタ６０と映像表示ライ
トバルブ６１は、フィールドレンズ５１の出射光の光路
上に、この順序で配設されている。偏光ビームスプリッ
タ６０は、Ｐ偏光（偏光方向が入射面に対して平行な偏
光）を透過し、Ｓ偏光（偏光方向が入射面に対して垂直
な偏光）を反射する反射面６０ａを有している。本実施
の形態では、投射レンズ２５は、映像表示ライトバルブ
６１からの光が偏光ビームスプリッタ６０の反射面６０
ａで反射して進行する方向に配設されている。

【００７８】映像表示ライトバルブ６１としては、例え
ば、液晶の複屈折を利用した反射型液晶ライトバルブを
使用する。反射型液晶ライトバルブとしては、具体的に
は、例えば、ガラス基板上に作製されたポリシリコンＴ
ＦＴやアモルファスＴＦＴ、または結晶シリコン上に作
製されたＣＭＯＳ（相補形金属酸化膜半導体）やＳＲＡ
Ｍ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）等の
回路を組み込んだ基板を用いた反射型液晶パネルを使用
することができる。複屈折を有する液晶としては、ネマ
ティック液晶や強誘電性液晶等を使用することができ
る。

【００７９】本実施の形態に係る映像表示装置では、第
７または第８の実施の形態と同様に、時分割色表示方式
に従って、発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂおよ
び映像表示ライトバルブ６１を駆動する。各発光ダイオ
ード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂより出射された光は、リレ
ーレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、ダイクロイックミラ
ー部５０およびフィールドレンズ５１を経て、偏光ビー
ムスプリッタ６０に入射する。偏光ビームスプリッタ６
０では、入射した光のうちのＰ偏光成分のみが反射面６
０ａを透過して、映像表示ライトバルブ６１に入射す
る。反射型の液晶ライトバルブを使用した映像表示ライ
トバルブ６１は、入射した光を、複屈折を利用して、表
示する画像に応じて画素毎に偏光状態（偏光度）を変え
ることによって空間的に変調して、偏光ビームスプリッ
タ６０側に反射する。偏光ビームスプリッタ６０では、
映像表示ライトバルブ６１からの光のうちのＳ偏光成分
のみが反射面６０ａで反射されて投射レンズ２５に入射
し、透過型または反射型のスクリーン２６に拡大投影さ
れる。本実施の形態におけるその他の構成、作用および
効果は、第７または第８の実施の形態と同様である。

【００８０】図２４は、本発明の第１０の実施の形態に
係る映像表示装置の構成を示す説明図である。本実施の
形態に係る映像表示装置は、各色毎に、反射型の液晶ラ
イトバルブを使用した映像表示ライトバルブを設けた例
である。この映像表示装置は、直線上に配設された赤色
照明装置２２Ｒ，赤用リレーレンズ２３Ｒ，赤用フィー
ルドレンズ２４Ｒ，赤用偏光ビームスプリッタ７１およ
び赤用映像表示ライトバルブ６１Ｒを備えている。これ
らは、赤用映像表示ライトバルブ６１Ｒで反射された光
のうち赤用偏光ビームスプリッタ７１の反射面７１ａで
反射されるＳ偏光成分が、合成プリズム２０の面２０Ｒ
に入射するように配置されている。映像表示装置は、更
に、直線上に配設された緑色照明装置２２Ｇ，緑用リレ
ーレンズ２３Ｇ，緑用フィールドレンズ２４Ｇ，緑用偏
光ビームスプリッタ７２および緑用映像表示ライトバル
ブ６１Ｇを備えている。これらは、緑用映像表示ライト
バルブ６１Ｇで反射された光のうち緑用偏光ビームスプ
リッタ７２の反射面７２ａで反射されるＳ偏光成分が、
合成プリズム２０の面２０Ｇに入射するように配置され
ている。映像表示装置は、更に、直線上に配設された青
色照明装置２２Ｂ，青用リレーレンズ２３Ｂ，青用フィ
ールドレンズ２４Ｂ，青用偏光ビームスプリッタ７３お
よび青用映像表示ライトバルブ６１Ｂを備えている。こ
れらは、青用映像表示ライトバルブ６１Ｂで反射された
光のうち青用偏光ビームスプリッタ７３の反射面７３ａ
で反射されるＳ偏光成分が、合成プリズム２０の面２０
Ｇに入射するように配置されている。

【００８１】なお、各偏光ビームスプリッタ７１，７
２，７３と映像表示ライトバルブ６１Ｒ，６１Ｇ，６１
Ｂによる変調の原理は、第９の実施の形態において説明
した通りである。各色毎に変調された光は、第１の実施
の形態と同様にして、合成プリズム２０によって合成さ
れ、投射レンズ２５によってスクリーン２６に投射され
る。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効
果は、第６の実施の形態と同様である。

【００８２】図２５は、本発明の第１１の実施の形態に
係る映像表示装置の構成を示す説明図である。本実施の
形態に係る映像表示装置は、直線上に配設された照明装
置７５，リレーレンズ７６，フィールドレンズ７７，偏
光ビームスプリッタ６０および映像表示ライトバルブ６
１を備えている。偏光ビームスプリッタ６０は、Ｐ偏光
を透過し、Ｓ偏光を反射する反射面６０ａを有してい
る。本実施の形態では、投射レンズ２５は、映像表示ラ
イトバルブ６１からの光が偏光ビームスプリッタ６０の
反射面６０ａで反射して進行する方向に配設されてい
る。

【００８３】本実施の形態における照明装置７５は、図
１２ないし図１４に示したように、カレイドスコープ１
２の入射端面に対して、赤色発光ダイオード１１Ｒ，緑
色発光ダイオード１１Ｇ，青色発光ダイオード１１Ｂ
を、それぞれ複数個ずつ配列して接合したものである。

【００８４】本実施の形態に係る映像表示装置では、照
明装置７５における各発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，
１１Ｂを順次点灯させることにより、それぞれ照度が一
様化されて順次出力されるＲ，Ｇ，Ｂの３原色の照明光
を得ることができる。そして、このＲ，Ｇ，Ｂの３原色
の照明光を用いて、第９の実施の形態と同様にして、時
分割色表示方式によるカラー画像の表示が可能となる。
本実施の形態におけるその他の構成，作用および効果
は、第９の実施の形態と同様である。

【００８５】図２６は、本発明の第１２の実施の形態に
係る映像表示装置の構成を示す説明図である。本実施の
形態に係る映像表示装置は、虚像表示型の映像表示装置
の例であり、いわゆるヘッドマウントディスプレイの形
態を有するものである。この映像表示装置は、直線上に
配設された照明装置７５，リレーレンズ８１および透過
型の映像表示ライトバルブ８２を備えている。本実施の
形態に係る映像表示装置は、更に、映像表示ライトバル
ブ８２からの出射光の光路上に配設されたハーフミラー
８３と、映像表示ライトバルブ８２から出射されハーフ
ミラー８３で反射される光の光路上に配設されたハーフ
ミラーを兼ねた凹面鏡８４とを備えている。上記各構成
要素は、適当なホルダによって保持されて、筐体内に設
置されている。照明装置７５は、第１１の実施の形態と
同様に、図１２ないし図１４に示したように、カレイド
スコープ１２の入射端面に対して、赤色発光ダイオード
１１Ｒ，緑色発光ダイオード１１Ｇ，青色発光ダイオー
ド１１Ｂを、それぞれ複数個ずつ配列して接合したもの
である。

【００８６】本実施の形態に係る映像表示装置では、照
明装置７５における各発光ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，
１１Ｂを順次点灯させることにより、それぞれ照度が一
様化されて順次出力されるＲ，Ｇ，Ｂの３原色の照明光
を得ることができる。この３原色の照明光は、映像表示
ライトバルブ８２によって、順次、空間的に変調され
る。変調された光は、ハーフミラー８３で一部が反射さ
れて凹面鏡８４に入射し、ここで一部が反射されてハー
フミラー８３に入射し、更に、一部がハーフミラー８３
を透過して、観察者の目８５に投射される。これによ
り、観察者は、映像表示ライトバルブ８２によって生成
され、且つ拡大された虚像８６を、前方の景色と共に観
察することになる。

【００８７】ヘッドマウントディスプレイの形態を有す
る映像表示装置では、小型で且つ均一な照明光を与える
ことのできる照明装置が必要である。本実施の形態に係
る映像表示装置では、そのような照明装置として、発光
ダイオード１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂおよびカレイドスコ
ープ１２を有する照明装置７５を用いている。従って、
映像表示装置の小型化が可能となると共に、均一な照明
光によって映像の品質を向上させることができる。本実
施の形態におけるその他の構成，作用および効果は、第
１１の実施の形態と同様である。

【００８８】図２７は、本発明の第１３の実施の形態に
係る映像表示装置の構成を示す説明図である。本実施の
形態は、本発明を、半導体ウェハ上のフォトレジストに
対してマスクパターン（本発明における映像に対応す
る。）を投影露光するための露光装置に適用した例であ
る。本実施の形態に係る露光装置は、照明装置９１と、
この照明装置９１の出射光を集光して、所定のパターン
が形成されたマスク９３（本発明における空間変調手段
に対応する。）に照射するコンデンサレンズ９２と、マ
スク９３通過後の光を、半導体ウェハ９５上のフォトレ
ジストに投影する投影レンズ９４とを備えている。照明
装置９１は、カレイドスコープ１２の入射端面に発光ダ
イオード１１を接合したものであり、第１ないし第４の
実施の形態のうちのいずれの形態のものでも良い。な
お、本実施の形態では、発光ダイオード１１は、フォト
レジストに対して感度のある光（可視光や紫外光）を出
射するものとする。

【００８９】この露光装置では、照明装置９１から出射
された光は、コンデンサレンズ９２を経て、マスク９３
に照射される。マスク９３によって空間的に変調された
光は、投影レンズ９４によって、半導体ウェハ９５上の
フォトレジストに投影され、フォトレジストが露光され
る。なお、本実施の形態に係る露光装置は、等倍露光を
行う露光装置でも良いし、縮小投影露光を行うステップ
式投影露光装置でも良い。

【００９０】本実施の形態に係る露光装置によれば、光
源として、カレイドスコープ１２の入射端面に発光ダイ
オード１１を接合した照明装置９１を使用したので、光
源の寿命が長くなり、また、光の利用効率を向上でき、
消費電力を少なくすることができると共に露光装置の小
型化が可能となる。更に、マスク９３に対して照度が一
様化された照明光を照射することができ、露光の精度を
向上させることができる。

【００９１】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、例えば、第６ないし第１２の実施の形態におい
て、照度一様化光学素子として、カレイドスコープの代
わりに、フライアイレンズを使用しても良い。フライア
イレンズは、小さなレンズを並べたアレイ状のレンズで
ある（前出の文献「“光技術コンタクト”，Ｖｏｌ．３
３，Ｎｏ２，１９９５年，第４１〜４４ページ」参
照。）。

【００９２】図２８は、フライアイレンズの入射端面に
複数の発光ダイオードを配置した照明装置の一例を示す
側面図、図２９は、図２８におけるフライアイレンズの
断面図である。これらの図に示したように、フライアイ
レンズ１００は、小レンズ１０１を多数並べて構成され
ている。図２８に示した例では、フライアイレンズ１０
０の入射端面に、複数の発光ダイオード１１を配置して
いる。各発光ダイオード１１の発光面とは反対側の面側
には、それぞれ、球面の一部をなすような形状の反射鏡
１１１が設けられている。また、各発光ダイオード１１
の発光面の前方には、それぞれ、レンズ１１２が設けら
れている。これら複数の発光ダイオード１１、反射鏡１
１１およびレンズ１１２は、発光ダイオード１１の発光
面がフライアイレンズ１００の入射端面に対向するよう
に配置されている。図２８に示したような照明装置は、
第６ないし第１３の実施の形態における照明装置と置き
換えることが可能である。

【００９３】また、空間変調手段としては、実施の形態
で挙げたものに限らず、強誘電性液晶や高分子分散液晶
を用いた液晶ライトバルブでも良いし、更には、画素単
位で、機械的な動作によって光の反射，透過，回折等を
制御して、光を空間的に変調するものでも良い。

【００９４】また、第６ないし第１２の実施の形態で
は、発光ダイオードとして、赤色光、緑色光、青色光を
出射するものを用いたが、他の色の光を出射するものを
用いても良い。この場合、映像表示ライトバルブは、発
光ダイオードの出射光の色に対応した色信号に基づいて
駆動するようにする。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし５の
いずれかに記載の照明装置によれば、１以上の発光ダイ
オードを用いた光源より出射される光を、照度一様化光
学素子によって被照明部における照度が一様化されるよ
うにして、被照明部に照射するようにしたので、光源の
寿命が長くなり、消費電力の低減と装置の小型化が可能
になり、更に、照度分布を一様化することができるとい
う効果を奏する。

【００９６】また、請求項４記載の照明装置によれば、
発光ダイオードを、それぞれの発光面が平面的に配置さ
れるように複数個設け、それぞれの発光強度が独立に制
御されるようにしたので、請求項１記載の照明装置の効
果に加え、光源の発光強度に分布を持たせることによ
り、より均一な照明光を得ることが可能となるという効
果を奏する。

【００９７】請求項６ないし１２のいずれかに記載の映
像表示装置によれば、１以上の発光ダイオードを用いた
光源より出射される光を、照度一様化光学素子によって
空間変調手段における照度が一様化されるようにして、
空間変調手段に照射し、空間変調手段によって、表示す
る映像の情報に応じて空間的に変調し、投射光学系によ
って投射するようにしたので、光源の寿命が長くなり、
消費電力の低減と装置の小型化が可能になり、更に、良
好な色再現が可能になり、表示輝度を均一化することが
できるという効果を奏する。

【００９８】また、請求項９記載の映像表示装置によれ
ば、発光ダイオードを、それぞれの発光面が平面的に配
置されるように複数個設け、それぞれの発光強度が独立
に制御されるようにしたので、請求項６記載の映像表示
装置の効果に加え、より均一な照明光を得て、表示輝度
をより均一化することが可能となるという効果を奏す
る。

【００９９】また、請求項１１記載の映像表示装置によ
れば、光源が、カラー画像を構成するために、互いに異
なる波長領域の光を出射する複数の発光ダイオードを含
み、駆動手段によって、所定の周期で、互いに異なる波
長領域の光が順次出射されるように、複数の発光ダイオ
ードを駆動するようにしたので、請求項６記載の映像表
示装置の効果に加え、時分割色表示方式によるカラー画
像の表示が可能となる。

【０１００】また、請求項１２記載の映像表示装置によ
れば、照度一様化光学素子としてのロッド型光インテグ
レータの出射側の端面を、空間変調手段における画像形
成領域に対応する形状に形成したので、請求項６記載の
映像表示装置の効果に加え、光の利用効率を向上させる
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の構
成を示す斜視図である。

【図２】図１に示した照明装置の変形例を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置にお
ける発光ダイオードとカレイドスコープとの接合部分の
一例を示す断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置にお
ける発光ダイオードとカレイドスコープとの接合部分の
他の例を示す断面図である。

【図５】カレイドスコープにおける照度一様化の原理に
ついて説明するための説明図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の構
成を示す斜視図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る照明装置の構
成を示す斜視図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係る照明装置の構
成を示す斜視図である。

【図９】光源の発光状態と被照明部における照明状態と
の関係を調べた実験の結果を示す説明図である。

【図１０】光源の発光状態と被照明部における照明状態
との関係を調べた実験の結果を示す説明図である。

【図１１】光源の発光状態と映像表示ライトバルブにお
ける照度分布の例を示す説明図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る照明装置の
構成を示す斜視図である。

【図１３】図１２における発光ダイオードの配列の方法
の一例を示す説明図である。

【図１４】図１３における発光ダイオードの配列の方法
の他の例を示す説明図である。

【図１５】本発明の第６の実施の形態に係る映像表示装
置の構成を示す説明図である。

【図１６】本発明の第６の実施の形態に係る映像表示装
置の回路構成を示すブロック図である。

【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る映像表示装
置のカレイドスコープ照明系における光の状態を表す説
明図である。

【図１８】本発明の第７の実施の形態に係る映像表示装
置の構成を示す説明図である。

【図１９】本発明の第７の実施の形態に係る映像表示装
置の回路構成を示すブロック図である。

【図２０】本発明の第７の実施の形態に係る映像表示装
置の動作を示す説明図である。

【図２１】本発明の第８の実施の形態に係る映像表示装
置において使用するディジタル階調表示方式の原理につ
いて説明するための説明図である。

【図２２】本発明の第８の実施の形態に係る映像表示装
置の動作を示す説明図である。

【図２３】本発明の第９の実施の形態に係る映像表示装
置の構成を示す説明図である。

【図２４】本発明の第１０の実施の形態に係る映像表示
装置の構成を示す説明図である。

【図２５】本発明の第１１の実施の形態に係る映像表示
装置の構成を示す説明図である。

【図２６】本発明の第１２の実施の形態に係る映像表示
装置の構成を示す説明図である。

【図２７】本発明の第１３の実施の形態に係る映像表示
装置の構成を示す説明図である。

【図２８】本発明の第６ないし第１３の実施の形態にお
ける照明装置と置き換えることが可能な照明装置の一例
を示す側面図である。

【図２９】図２８におけるフライアイレンズの断面図で
ある。

【符号の説明】

１１，１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…発光ダイオード、１
２，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…カレイドスコープ、２０
…合成プリズム、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…映像表示ラ
イトバルブ、２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ…リレーレンズ、
２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ…フィールドレンズ、２５…投
射レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｎ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ Ａ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照明部に照射される光を出射する１以
   上の発光ダイオードを用いた光源と、 この光源より出射された光の前記被照明部における照度
   を一様化するための照度一様化光学素子とを備えたこと
   を特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記照度一様化光学素子は、１以上のロ
   ッド型光インテグレータであり、前記発光ダイオード
   は、その発光面が前記ロッド型光インテグレータの一端
   面に対向するように、前記ロッド型光インテグレータの
   一端面に接合されていることを特徴とする請求項１記載
   の照明装置。
3. 【請求項３】 前記照度一様化光学素子は、フライアイ
   レンズであり、前記発光ダイオードは、その発光面が前
   記フライアイレンズの一端面に対向するように配置され
   ていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記発光ダイオードは、それぞれの発光
   面が平面的に配置されるように複数個設けられ、且つそ
   れぞれの発光強度が独立に制御されることを特徴とする
   請求項１記載の照明装置。
5. 【請求項５】 前記光源は、カラー画像を構成するため
   に、互いに異なる波長領域の光を出射する複数の発光ダ
   イオードを含むことを特徴とする請求項１記載の照明装
   置。
6. 【請求項６】 照射される光を、表示する映像の情報に
   応じて空間的に変調して、画像を形成する空間変調手段
   と、 この空間変調手段に照射される光を出射する１以上の発
   光ダイオードを用いた光源と、 この光源より出射された光の前記空間変調手段における
   照度を一様化するための照度一様化光学素子と、 前記空間変調手段によって変調された光を投射する投射
   光学系とを備えたことを特徴とする映像表示装置。
7. 【請求項７】 前記照度一様化光学素子は、１以上のロ
   ッド型光インテグレータであり、前記発光ダイオード
   は、その発光面が前記ロッド型光インテグレータの一端
   面に対向するように、前記ロッド型光インテグレータの
   一端面に接合されていることを特徴とする請求項６記載
   の映像表示装置。
8. 【請求項８】 前記照度一様化光学素子は、フライアイ
   レンズであり、前記発光ダイオードは、その発光面が前
   記フライアイレンズの一端面に対向するように配置され
   ていることを特徴とする請求項６記載の映像表示装置。
9. 【請求項９】 前記発光ダイオードは、それぞれの発光
   面が平面的に配置されるように複数個設けられ、且つそ
   れぞれの発光強度が独立に制御されることを特徴とする
   請求項６記載の映像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記光源は、カラー画像を構成するた
    めに、互いに異なる波長領域の光を出射する複数の発光
    ダイオードを含むことを特徴とする請求項６記載の映像
    表示装置。
11. 【請求項１１】 所定の周期で、互いに異なる波長領域
    の光が順次出射されるように、前記複数の発光ダイオー
    ドを駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項
    １０記載の映像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記照度一様化光学素子は、１以上の
    ロッド型光インテグレータであり、このロッド型光イン
    テグレータの出射側の端面は、前記空間変調手段におけ
    る画像形成領域に対応する形状に形成されていることを
    特徴とする請求項６記載の映像表示装置。