光学素子、照明装置および画像表示装置
【課題】光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れる光学素子と、それを用いた照明装置及び画像表示装置を実現する。
【解決手段】複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な複数色を一組とする発光デバイスから構成される光源２２と、光源からの光に対して透明な部材からなり光源の面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と該第一の面に対向する第二の面とを有し該２つの面を底面とするロッドレンズ３１が２次元配列したロッドレンズアレイ３と、からなる光学素子１において、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の第一面側に、複数色を一組とする発光デバイスから構成される光源２２が配置されている構成とした。これにより光源２２からの出射光を各ロッドレンズ３１で照度均一化することにより、ロッドレンズアレイ３の第二の面３３で各色光毎に照度を均一化することができる。
【解決手段】複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な複数色を一組とする発光デバイスから構成される光源２２と、光源からの光に対して透明な部材からなり光源の面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と該第一の面に対向する第二の面とを有し該２つの面を底面とするロッドレンズ３１が２次元配列したロッドレンズアレイ３と、からなる光学素子１において、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の第一面側に、複数色を一組とする発光デバイスから構成される光源２２が配置されている構成とした。これにより光源２２からの出射光を各ロッドレンズ３１で照度均一化することにより、ロッドレンズアレイ３の第二の面３３で各色光毎に照度を均一化することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置の構成に関し、特に画像表示装置およびその照明系に用いられる光学素子と、その光学素子を用いた照明装置、および、前記光学素子または前記照明装置を備えた小型、軽量、薄型の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ライトバルブ等の光変調装置を用いて映像光を合成し、合成された映像光を投射レンズ等からなる投射光学系を通じてスクリーンに拡大投射する投射型画像表示装置が従来から知られている。
図１１は、従来の投射型画像表示装置の一例を示す概略構成図である。図１１において、図中の符号１１０は光源、１１３，１１４はダイクロイックミラー、１１５，１１６，１１７は反射ミラー、１２２，１２３，１２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、１２５はクロスダイクロイックプリズム、１２６は投射レンズを示している。光源１１０はメタルハライド等のランプ１１１とランプの光を反射するリフレクタ１１２とからなる。青色光・緑色光反射用のダイクロイックミラー１１３は、光源１１０からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射させる。透過した赤色光ＬＲは反射ミラー１１５で反射されて、赤色光用液晶ライトバルブ１２２に入射する。一方、ダイクロイックミラー１１３で反射した色光のうち、緑色光ＬＧは緑色光反射用のダイクロイックミラー１１４によって反射し、緑色光用液晶ライトバルブ１２３に入射する。一方、青色光ＬＢはダイクロイックミラー１１４も透過して、反射ミラー１１６，１１７を経て青色光用液晶ライトバルブ１２４に入射する。
【０００３】
各液晶ライトバルブ１２２，１２３，１２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム１２５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ１２６により投射スクリーン１２７上に投射され、拡大された画像が表示される。
【０００４】
上述したように、従来の投射型画像表示装置においては、光源から出射された光をダイクロイックミラー１１３，１１４を用いて３つの色光に分離し、各々の色光を３つの液晶ライトバルブ１２２，１２３，１２４を用いてそれぞれ変調した後、ダイクロイックプリズム１２５により再度合成し、投射レンズ１２６でスクリーン１２７上に投射する構成を採用していた。そのため、多数の光学部品が必要であり、根本的に装置の小型化、軽量化、薄型化を図るのが困難であった。
【０００５】
この問題を解決すべく、例えば特許文献１（特開２００３−２９５３１５公報）には、赤色、緑色、青色（以下、赤色をＲ，緑色をＧ，青色をＢと略記する）の各色光を出射可能な複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode（以下、ＬＥＤと略記する））が平面状または曲面状に配列されたＬＥＤアレイと、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤから出射される各色光の照度を均一化するための複数のロッドレンズが平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイと、ロッドレンズアレイから出射される光の偏光変換を行う偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと略記する）と、ＰＢＳアレイから出射される各色光を変調して画像を合成する液晶ライトバルブと、液晶ライトバルブによって合成された画像をスクリーンに拡大投射する投射レンズとから構成されている投射型画像表示装置が提案されている。
また、特許文献２（特開２００３−３２９９７８公報）には、光出射方向に対して後方側に反射板を備えたＬＥＤアレイと、位相差板と、テーパロッドレンズアレイと、ロッドレンズアレイと、反射型偏光板とを備えて、偏光変換を行う薄型照明装置が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９５３１５公報
【特許文献２】特開２００３−３２９９７８公報
【非特許文献１】「プロジェクターの最新技術」（シーエムシー出版）、ｐ７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１に記載の従来技術では、各色光毎にロッドレンズで照度均一化を行っているので、ロッドレンズの出射端面では、そのロッドレンズを通ってきた１個または複数個のＬＥＤチップから出射された色光については照度の均一化がなされているが、ロッドレンズ出射後のライトバルブ上において各色光が均一になっているとは限らないという課題がある。
また、特許文献２に記載の従来技術では、反射型偏光板として、アルミニウムなどの光反射性を有する金属からなる多数のリブが入射光の波長よりも小さいピッチでガラス基板２５上に形成されたグリッド偏光子やフィルム多層積層型偏光板など、いわゆる反射型偏光板素子を必要としており薄型化の弊害となっている。
【０００８】
本発明は、上記の従来技術の課題を解決するためになされたものであって、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れる光学素子と、この光学素子を用いた小型、薄型、軽量の画像表示装置もしくは照明装置、およびこの照明装置を備えた小型、薄型、軽量の画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、「複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源」と、「前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイ」と、からなる光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されている」ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の手段は、「複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源」と、「前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイ」と、からなる光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されている」ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の手段は、「複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源」と、「前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の開口面と、前記第一の開口面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の開口面とを有し、その２つの開口面を底面とする中空ロッドレンズの側面には光源光を反射する膜もしくは構造が形成されており、それらの中空ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイ」と、からなる光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各中空ロッドレンズの第一開口面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されている」ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の少なくとも３色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源である」ことを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第１または第２の手段の光学素子において、「前記光源と前記ロッドレンズの間が、前記光源からの光に対して透明な部材により充填または接着されている」ことを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第１乃至第３のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズの第一の面および第二の面を繋ぐ面であるロッドレンズの側面に、前記光源からの光を反射する膜もしくは構造が形成されている」ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの第二面側に偏光子を設置した」ことを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第７の手段の光学素子において、「前記偏光子が反射型偏光子である」ことを特徴とする。
さらに本発明の第９の手段は、第８の手段の光学素子において、「前記偏光子が、前記ロッドレンズアレイの第二の面に形成されている」ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１０の手段は、第１乃至第９のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズが一体に成型されている」ことを特徴とする。
また、本発明の第１１の手段は、第１乃至第１０のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっている」ことを特徴とする。
さらに本発明の第１２の手段は、第１乃至第１１のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記光源が単一基板に配置されている」ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１３の手段は、第１乃至第１２のいずれか１つの手段の光学素子において、「同一色を発光する光源の同一電極が結線されている」ことを特徴とする。
また、本発明の第１４の手段は、第１乃至第１３のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一の面と第二の面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面が、曲面である」ことを特徴とする。
さらに本発明の第１５の手段は、照明装置であって、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子を用いたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１６の手段は、画像表示装置であって、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の第１７の手段は、投射型の画像表示装置であって、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記変調された光を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする。
さらに本発明の第１８の手段は、画像表示装置であって、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備え、前記光学素子のロッドレンズアレイの各ロッドレンズからの光出力を１画素の出力とすることを特徴とする。
また、本発明の第１９の手段は、第１８の手段の画像表示装置と、該画像表示装置の画像を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の手段の光学素子では、ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されているので、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのロッドレンズで照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイの第二の面（出射端面）で各色光ごとに照度を均一化することができる。
【００１８】
第２の手段の光学素子では、テーパー付きのロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されているので、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのテーパー付きロッドレンズで照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイの第二の面（出射端面）で各色光ごとに照度を均一化することができ、かつ光線の放射角を小さくすることができる。
【００１９】
第３の手段の光学素子では、中空ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイの各中空ロッドレンズの第一開口面側に、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されているので、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つの中空ロッドレンズで照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイ出射端面で各色光ごとに照度を均一化することができる。また、中空ロッドレンズにすることにより、成形型の作成を容易にすることができる。また、材質をガラスや樹脂などの透明部材以外に金属も使用できるようにすることにより、材質の選択性を広げることができる。
【００２０】
第４の手段の光学素子では、第１乃至第３のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、複数色を一組とする光源として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の少なくとも３色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源を用いることにより、フルカラー対応可能な光学素子を提供することができる。
また、第５の手段の光学素子では、第１または第２の手段の構成および効果に加えて、光源とロッドレンズの間が光源光に対し透明な部材により充填されることにより、半導体発光デバイス（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ）と空気との界面を無くし、界面での全反射を抑制することによりＬＥＤチップからの光の取り出し効率を向上させることができる。
さらに第６の手段の光学素子では、第１乃至第３のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズの側面に光源光を反射する膜もしくは構造を形成することにより、小さい入射角でロッドレンズ側面に入射した光線をロッドレンズ内にとどめ、光利用効率を向上させることができる。
【００２１】
第７の手段の光学素子では、第１乃至第６のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの第二面側に偏光子を設置し、偏光を揃えることにより、液晶で構成されるライトバルブを用いた画像表示装置の照明光学系に適用することができる。
また、第８の手段の光学素子では、第７の手段の構成および効果に加えて、偏光子を反射型偏光子とすることにより、偏光子を通過しなかった光線を再びロッドレンズに戻し、再利用することができ、光利用効率を向上させることができる。
さらに第９の手段の光学素子では、第８の手段の構成および効果に加えて、偏光子が、ロッドレンズアレイの第二の面（出射端面）に形成されていることにより、より薄型化することができる。
【００２２】
第１０の手段の光学素子では、第１乃至第９のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズが一体に成型されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
また、第１１の手段の光学素子では、第１乃至第１０のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっていることにより、良好なホワイトバランスを得ることができる。
さらに第１２の手段の光学素子では、第１乃至第１１のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、光源が単一基板に配置されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
【００２３】
第１３の手段の光学素子では、第１乃至第１２のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、同一色を発光する光源の同一電極が結線されていることにより、光源の配線を簡略化することができる。
また、第１４の手段の光学素子では、第１乃至第１３のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一の面と第二の面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面が、曲面であることにより、この曲面を適当な曲面にすることにより、発散角の大きな光線も全反射条件を満足させ、ロッドレンズの側面に反射膜または構造を形成せずに光利用効率を向上させることができる。また、ロッドレンズからの出射角度をより狭くすることができる。
さらに第１５の手段の照明装置では、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子を用いたことにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、照度が均一の照明装置を得ることができる。
【００２４】
第１６の手段の画像表示装置では、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段とを備えたことにより、小型、薄型、軽量の画像表示装置を実現することができる。
また、第１７の手段の画像表示装置では、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記変調された光を拡大投影するレンズとを備えたことにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
さらに第１８の手段の画像表示装置では、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備え、前記光学素子のロッドレンズアレイの各ロッドレンズからの光出力を１画素の出力とすることにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、画像形成が可能な画像表示装置を実現することができる。
また、第１９の手段の画像表示装置では、第１８の手段の画像表示装置と、前記変調された光により前記画像表示装置上に形成された画像を拡大投影するレンズとを備えたことにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の構成、動作および作用効果を詳細に説明する。
本発明に係る光学素子は、１つの光源が赤，緑，青（以下、Ｒ，Ｇ，Ｂと略記する）を発光する発光部を少なくとも１個ずつ含み、Ｒ，Ｇ，Ｂの色光を時間順次に出射可能であり、その光源が平面状または曲面状に配列された面状光源と、前記面状光源から出射される色光の照度を均一化して出射する均一照明手段とから構成されている。そして、本発明に係る照明装置は、前記光学素子を備えた構成であり、さらに、本発明に係る画像表示装置は、前記照明装置と、該照明装置の前記光源から均一照明手段を経て時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動されるライトバルブからなる光変調手段とを備えた構成となっている。また、画像表示装置が投射型の場合は、前記照明装置と、該照明装置の前記光源から均一照明手段を経て時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動されるライトバルブからなる光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた構成となっている。
【００２６】
前記面状光源の具体的な形態としては、Ｒ，Ｇ，Ｂの複数の色光をそれぞれ出射可能な発光素子（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ））を少なくとも１個ずつ含む半導体発光デバイス（ＬＥＤ群）を１つの光源単位とし、そのＬＥＤ群を平面状または曲面状に配列したＬＥＤアレイを用いることができる。現在、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光について高出力のＬＥＤが提供されており、この種のＬＥＤをアレイ状に平面的または曲面的に配列することによって、薄型で画像表示装置（特に投射型画像表示装置）に好適な面状光源を得ることができる。
【００２７】
前記均一照明手段の具体的な形態としては、複数のロッドレンズが平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイを用いることが望ましい。投射型画像表示装置に用いる均一照明手段としてはフライアイインテグレータがよく知られているが、フライアイインテグレータの場合、２つのフライアイレンズ間、もしくはフライアイインテグレータとライトバルブとの間に空間が必要であり、これが装置の小型化、薄型化の障害となる。それに比べて、複数のロッドレンズが平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイの場合、フライアイインテグレータと照度均一化の原理が異なり、入射光がロッドレンズ内で内面反射を繰り返すことにより出射端面で既に照度が均一化された光が得られる。よって、フライアイインテグレータのような空間は必要なく、面状光源や後段のライトバルブ等に密着させることができ、小型化、薄型化により有利となる。
【００２８】
さらに、前記面状光源から入射される光の偏光状態を一方向に揃える偏光変換手段を備えることが望ましい。具体的な形態としては、光源本体の光出射方向に対して後方側に設けられた反射板を備え、前記均一照明手段の出射端面に、所定の振動方向の偏光を透過させるとともに前記振動方向と異なる振動方向の偏光を反射させる反射型偏光子機能が重畳されている構成とするとよい。このように偏光変換手段を備えることにより、面状光源からの出射光をライトバルブで表示に寄与する一偏光方向の偏光に揃えることができるので、光の利用効率を高めることができる。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
以下、本発明の第１の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。本実施例では、色順次駆動方式の投射型画像表示装置の例を示す。図１は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、４は偏光子、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）、７はスクリーンである。
【００３０】
図１の光源部分（照明装置）の詳細を図２に示す。なお、図２では基板２１の図示を省略している。
一つのロッドレンズ３１にカップリングされる半導体発光デバイスの発光素子（ここではＬＥＤとする）は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を出射可能なＬＥＤ（赤）２３、ＬＥＤ（緑）２４、ＬＥＤ（青）２５からなり、具体的にはそれぞれ赤１個、緑２個、青１個のＬＥＤチップを含むＬＥＤ群２２を１つの光源単位としている。そのＬＥＤ群２２を平面状または曲面状の単一基板２１上に配列させたＬＥＤアレイ（光源）２と、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射される各色光の照度を均一化するためのロッドレンズ３１が複数個平面的に配列され、樹脂またはガラスにより一体に成型されたロッドレンズアレイ３とで、光学素子１が構成され、この光学素子１の出射端面側に偏光子４を配置して照明装置を構成している。そして、投射型画像表示装置は、この照明装置と、該照明装置のロッドレンズアレイ３から出射した各色光を変調して画像を合成する液晶ライトバルブ５と、液晶ライトバルブ５によって合成された画像をスクリーン７に拡大投射する投射レンズ６とから概略構成されている。
【００３１】
ここで、ＬＥＤ群２２のＬＥＤチップを赤色１個、緑色２個、青色１個としたのは、非特許文献１（「プロジェクターの最新技術」（シーエムシー出版）のｐ７７）を参考とした。色度座標（０．７００，０．２９９）、（０．２０６，０．７０９）、（０．１５２，０．０２６）の３原色のＬＥＤ光源を使った場合、色温度９０００Ｋの白色を得るためには、その光束比が、
赤：緑：青＝２１：７６：４
となるので、緑色を２個用いた。しかし、これはＬＥＤの個数が問題ではなく、光束比が問題となるので、必要な光束比が得られるＬＥＤの個数を設定すればよい。また、フルカラーを必要としない場合は、２色の光源を用いることも可能である。一方、より高精細な色表現を必要とする場合は４色以上の光源を用いることも可能である。
【００３２】
ＬＥＤアレイ２は図示せぬ光源駆動回路（光源駆動手段）に接続されており、この光源駆動回路によってＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５が発光するタイミングが制御され、各ＬＥＤ２３，２４，２５から例えばＲ，Ｇ，Ｂ、Ｒ，Ｇ，Ｂ、・・・というように時間順次に色光を発光可能な構成となっている。このとき、同色のＬＥＤの同一端子は基板２１上で結線することにより配線を簡略化することができる。
【００３３】
ロッドレンズアレイ３は、ＬＥＤ基板２１に透明樹脂性接着剤などにより接着されている。ＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３の接続部の詳細を図３に示す。図１、図３とも左側の面（光源側の面）が入射端面３２、右側の面（ライトバルブ側）が出射端面３３となっている。図３（ａ）に示すロッドレンズ３１の入射端面３２は平面であるが、平面である必要はなく、図３（ｂ）に示すような円弧状の形態も考えられる。このとき、ロッドレンズ３１とＬＥＤ群２２の間に透明樹脂３４を封入することにより、ＬＥＤ群２２内での全反射が抑制され、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５からの光の取り出し効率を改善することができる。封入に用いる透明樹脂３４は接着剤そのものでもよいが、シリコン樹脂など、光や熱による劣化の少ない透明媒質を充填することにより、長時間使用しても封止樹脂の劣化による透過率の低下を抑制することができる。
また、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の出射面側も平面である必要はなく、図１３に示すように、曲面（レンズ面）であってもよい。なお、図１４は横軸にロッドレンズの長さ、縦軸に広がり角が１５度以内にカップリングされる光線の割合を示したグラフである。出射面側が平面（Ｒ＝∞）の場合と、レンズ面でその曲率半径ＲがＲ＝３ｍｍの場合とＲ＝５ｍｍの場合が示してある。ロッドレンズ３１の出射面側をレンズ面にすることにより、ロッドレンズ３１の長さを短くすることができる。
【００３４】
ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射された光は、充填材または透明樹脂性の接着剤を介してロッドレンズアレイ３の入射端面３２に到達しロッドレンズ３１にカップリングされる。カップリングされた光線は各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返し、出射端面３３から出射される時点では照度が均一化されている。ロッドレンズアレイ３から出射した光線は、偏光子４により偏光方向が一方向に揃えられ、液晶ライトバルブ５に入射する。このとき、第一の面（入射端面３２）および第二の面（出射端面３３）を繋ぐ面、つまりロッドレンズ３１の側面に光源光の波長の光線を反射する反射膜または構造を形成することにより、光源からの出射光の光利用効率を向上させることができる。また、図５に示すように、ロッドレンズ３１の側面を適当な曲面にすることにより、光軸に対し大きい角度で出射した光線に対しても側面が全反射条件を満たし、反射膜または反射構造が無くてもロッドレンズ３１を透過してしまうロスを低減でき、光利用効率を向上させることができる。また、ロッドレンズ３１の側面を曲面にすることにより、出射光の発散角を狭く抑えることもできる。
【００３５】
液晶ライトバルブ５には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮモードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用され、液晶セルの外面には入射側偏光板、出射側偏光板がその透過軸が互いに直交するように配置されて設けられている。例えば、オフ状態では液晶ライトバルブ５に入射されたｓ偏光がｐ偏光に変換されて出射される。一方、オン状態では光が遮断されるようになっている。以上のＬＥＤアレイ２、ロッドレンズアレイ３、偏光子４、液晶ライトバルブ５は離間して配置しても良いが、装置の小型化、薄型化のためには全てを密着させて配置することが望ましい。
【００３６】
液晶ライトバルブ５は図示せぬ液晶ライトバルブ駆動回路（光変調駆動手段）に接続されており、この液晶ライトバルブ駆動回路によって、入射される各色光に対応させて液晶ライトバルブ５を時間順次に駆動することが可能な構造になっている。また、本実施例の投射型画像表示装置においては、図示しない同期信号発生回路（同期信号発生手段）が備えられており、この同期信号発生回路により、同期信号を発生させ、光源駆動回路および液晶ライトバルブ駆動回路に入力することにより、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から色光を出射するタイミングと、その色光に対応して液晶ライトバルブ５を駆動するタイミングとを同期させることができる構造になっている。
【００３７】
すなわち、本実施例の投射型画像表示装置では、１フレームを時分割し、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から時間順次にＲ，Ｇ，Ｂの各色光を出射させ、各ＬＥＤ２３，２４，２５から色光を出射するタイミングと液晶ライトバルブ５を駆動するタイミングとを同期させることにより、各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射される色光に対応させて液晶ライトバルブ５を時間順次に駆動し、各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射される色光に対応する画像信号を出力することにより、カラー画像を合成することが可能な構成になっている。
【００３８】
以下に具体的数値データを示す。図４はＬＥＤ群２２の発光部の一例を示す平面図であり、図４に示すように、上記ＬＥＤ群２２内の各ＬＥＤ（ＬＥＤチップ）２３，２４，２５の１辺を０．１ｍｍとし、４個のＬＥＤ（ＬＥＤ２３（赤用）１個、ＬＥＤ２４（緑用）２個、ＬＥＤ２５（青用）１個）が集まって０．２ｍｍ角の発光部を有するとする。この光源に対し入射端面が０．２ｍｍ角、出射端面が１ｍｍ角、入射端面と出射端面の間隔が６ｍｍ、側面が平面で反射率が１００％のテーパー状のロッドレンズ３１にカップリングさせた場合、出射端面から出射する光線の約７０％が発散角１５度以下であるという計算結果が得られており、非常に薄型で指向性のよい照明装置が得られる。ここで、各ロッドレンズ３１の側面の形状を図２に示すような単なるテーパー状ではなく、図５に示すような適当な曲面にすることにより、さらにカップリング効率を向上させ、指向性も改善できる。このロッドレンズ３１を４×６のアレイ状に配置することで、約０．３インチの液晶ライトバルブ５に対する照明装置となる。これに適当な投射レンズ６を付けることにより、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器に組み込むことが可能な投影モジュールを提供することができる。
【００３９】
また、上記のロッドレンズアレイ３のような微細アレイ構造の金型について、最近の精密加工機（例えば、ファナック社製：ロボナノα−０ｉＢ）を用いることにより、加工可能であることが確認されている。
【００４０】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例を、図６〜図８を参照して説明する。本実施例では、色順次駆動方式の投射型画像表示装置の別の例を示す。図６は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）、７はスクリーンである。本実施例と第一の実施例とでは、光学素子１のＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３の出射端部の構成が異なる。ＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３の出射端部までの詳細を図７に示す。
【００４１】
まず、図７に示すように、ＬＥＤアレイ２の各ＬＥＤ群２２の背面には、反射面２６が形成されている。これは、金属膜の蒸着や誘電体多層膜の蒸着により形成してもよいが、ＬＥＤ基板２１自体を金属により形成し、ＬＥＤ群２２の周辺部を鏡面加工したものでもかまわない。
【００４２】
次に、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３の表面に反射型の偏光子４１が形成されている。偏光子４１の構造を図８に示す。ガラスで成型したロッドレンズアレイ３の出射端面３３に、屈折率の高い誘電体膜４２と屈折率の低い誘電体膜４３を交互に積層し、エッチングによりストライプ状の周期構造を形成する。例えば、高屈折率材料をＴａＯ５（屈折率：ｎ≒２．２）、低屈折材料をＳｉＯ２（屈折率：ｎ≒１．４４）とし、ストライプ構造のピッチｐ、Filling Factor（ランド幅Δ／ピッチｐ）、層厚Ｌを最適化することにより、ｐ偏光が透過しｓ偏光が反射する反射型偏光子として機能する。ここで、高屈折率材料の屈折率がさらに高いものを選び、層数を増やすことにより、より広い波長範囲で反射型偏光子の機能を有する構造を作成することができる。また、誘電体多層膜ではなく、アルミニウムなどの光反射性を有する金属からなる多数のリブ（光反射体）を入射光の波長よりも小さいピッチでロッドレンズアレイ３の出射端面３３上に形成してもよい。この場合も誘電体膜のときと同様にして、金属薄膜をロッドレンズアレイ３の出射端面３３に蒸着し、それをエッチングすることにより形成することができる。
【００４３】
このような構成にすることにより、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射された光は、ロッドレンズアレイ３にカップリングされた後、各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返して出射端面３３に到達する。このとき、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３に形成された反射型偏光子４１により、一方の偏光成分はそのまま反射型偏光子４１を透過し、液晶ライトバルブ５に向かう。それと直交する方向の偏光成分は、反射型偏光子４１により反射されＬＥＤ群２２方向に戻り、ＬＥＤ群２２の背面および周辺の反射面２６により反射され、再び各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返して出射端面３３に到達する。これらの光線は複数回のロッドレンズ内の反射により偏光方向が回転するため、反射型偏光子４１により一部が透過して液晶ライトバルブ５に向かう。これが何度も繰り返され、偏光方向の揃った照明光を高い利用効率で得ることができる。なお、液晶ライトバルブ５以降の構成、動作は第一の実施例と同様である。
【００４４】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例を図９を参照して説明する。本実施例も色順次駆動方式の投射型表示装置であるが、ライトバルブとして液晶型ではなく、ミラー型を用いているところが異なる。図９は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、８は偏向プリズム、９はミラー型ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）である。
【００４５】
ＬＥＤアレイ２からロッドレンズアレイ３までの光学素子１の部分（照明装置）の構成、動作は第一または第二の実施例と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図９において、ロッドレンズアレイ３から出射した光線は、２個の三角プリズム８１，８２を空気層を有するように構成した偏向プリズム８に入射し、三角プリズム８１の斜面８４により全反射され、ミラー型ライトバルブ９に所定の角度で入射する。ミラー型ライトバルブ９には、画素スイッチング用素子として半導体プロセスにより形成されたミラーアレーを用いることができる。一般的にはテキサスインスツルメンツ社製のデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）がよく知られている。例えば、オフ状態ではミラーの傾きはゼロ度で、投射レンズ６にカップリングされないが、オン状態では光線が投射レンズ６方向に反射されるようにミラーが所定の傾きを有するため、ミラー反射光は三角プリズム８１の斜面８３の全反射条件から外れ、偏向プリズム８を透過し、投射レンズ６で図示しないスクリーンに結像される。本実施例のように光変調手段としてミラー型ライトバルブ９を用いた場合、偏光を用いない構成を採れるため、必ずしも偏光変換の必要がなく、照明光を有効に投射レンズ６に導くことができるので、光利用効率の高い、明るい投射型画像表示装置を提供することができる。
【００４６】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例を図１０を参照して説明する。図１０は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、４は偏光子、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）である。本実施例の投射型画像表示装置の概略構成は図１と同様であるが、光学素子１のロッドレンズアレイ３の構成が異なる。ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射された光は、ロッドレンズアレイ３の入射開口からロッドレンズ３１にカップリングされる。カップリングされた光線は各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返し、出射端面から出射される時点では照度が均一化されている。ロッドレンズアレイ３から出射した光線は、偏光子４により偏光方向が一方向に揃えられ液晶ライトバルブ５に入射する。以降は実施例１と同様である。
【００４７】
これまでの実施例のロッドレンズ３１は、導光部分が媒質で満たされていたが、本実施例のロッドレンズアレイ３は、各ロッドレンズ３１の部分（導光部分）が中空である。したがって、ロッドレンズ３１を透明樹脂だけでなく、金属で作ることも可能である。すなわち、図１０のロッドレンズアレイ３の斜線部分を金属で形成し、テーパー状の中空部分をロッドレンズ３１とすることができる。その場合、ロッドレンズ３１の側面（金属面）３５を鏡面加工することにより簡単に反射面ができるという利点が有る。また、樹脂で成型する場合も、前出の精密化工機を用いなくとも、金型の作成が容易にできるという利点がある。具体的には、テーパーの付いた刃物を作り、その刃物でさいの目に切削することにより金型を作成することができる。
【００４８】
［実施例５］
次に、本発明の第５の実施例を図１２を参照して説明する。図１２は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、６は投射レンズ（投射手段）である。本実施例では、ロッドレンズ３１およびＬＥＤ群２２は、画像を形成する画素数だけ存在する。例えば、ＶＧＡ画像では約３０万個（６４０×４８０）となる。各ＬＥＤ群２２内の各ＬＥＤ素子（前述したＲ，Ｇ，Ｂの各色光を出射可能なＬＥＤ（赤）２３、ＬＥＤ（緑）２４、ＬＥＤ（青）２５）は、図示せぬ光源駆動回路（光源駆動手段）に接続されており、画像信号に対応して各ＬＥＤ２３，２４，２５の発光量が制御され、各ロッドレンズ３１内で混色され、対応した画素の色光を出射し、カラー画像を合成することが可能な構成になっている。つまり、光学素子１自体が光変調手段を有する構成となっている。そして、その画像が投射レンズ６で図示しないスクリーンに結像される。
本実施例のように、光学素子１の発光手段（ＬＥＤ群）２２が光変調手段となっている構成では、別途光変調手段を必要とせず、また、偏光を用いない構成を採れるため、必ずしも偏光変換の必要がなく、さらに、時間順次発光をする必要がないため、部品点数が少なく、光利用効率の高い、明るい投射型画像表示装置を提供することができる。
【００４９】
以上、実施例に基づいて説明したとおり、本発明では、図１〜９に示したように、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）２３，２４，２５からなる、複数色を一組とする光源（ＬＥＤ群）２２をアレイ状に配置し、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのロッドレンズ３１で照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３で各色光ごとに照度を均一化することができ、小型、薄型、軽量でライトバルブ５（又は９）上で照度が均一の光学素子および照明装置を得ることができる。
また、本発明では、図１、図２に示したように、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）２３，２４，２５からなる、複数色を一組とする光源（ＬＥＤ群）２２をアレイ状に配置し、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのテーパー付きロッドレンズ３１で照度均一化することにより、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３で各色光ごとに照度が均一化し、小型薄型でかつ光線の放射角が小さく、ライトバルブ５（又は９）上で照度が均一の光学素子および照明装置を得ることができる。
さらに本発明では、図１０に示したように、ロッドレンズアレイ３を中空ロッドレンズで構成することにより、型の作成を容易にすることができる。また、材質をガラスや樹脂などの透明部材以外に金属も使用できるようになり、材質の選択性を広げることができる。
【００５０】
本発明では、上記の構成に加え、複数色を一組とする光源として、Ｒ，Ｇ，Ｂの少なくとも３個を一組とすることにより、フルカラー対応可能な照明装置を提供することができる。
また、本発明では、図３に示したように、光源（ＬＥＤ群）２２とロッドレンズ３１の間が光源光に対し透明な部材３４により充填されることにより、ＬＥＤ郡２２と空気との界面を無くし、界面での全反射を抑制することによりＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５からの光の取り出し効率を向上させることができる。
さらに本発明では、ロッドレンズ３１の側面に光源光を反射する膜もしくは構造を形成することにより、小さい角度でロッドレンズの側面に入射した光線をロッドレンズ内にとどめ、光利用効率を向上させることができる。
【００５１】
本発明では、光学素子のロッドレンズアレイ３の出射端面３３側に偏光子４を設置し、偏光を揃えることにより、液晶で構成されるライトバルブ５を用いた画像表示装置用の照明装置として適用することができる。
また、本発明では、偏光子を反射型偏光子とすることにより、偏光子を通過しなかった光線を再びロッドレンズ内に戻し、再利用することができ、光利用効率を向上させることができる。
さらに本発明では、図６、図７に示したように、直接ロッドレンズアレイ３の出射端面３３に偏光子４１を形成することにより、光学素子および照明装置をより薄型化することができる。
【００５２】
本発明では、上記の構成に加えて、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１が一体に成型されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
また、本発明では、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっていることにより、良好なホワイトバランスを得ることができる。
さらに本発明では、光源（ＬＥＤ群２２）が単一基板２１に配置されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
【００５３】
本発明では、上記の構成に加えて、同一色を発光する光源の同一電極が基板２１上で結線されていることにより、光源の配線を簡略化することができる。
また、本発明では、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の第一面と第二面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面を、図５に示すように曲面とすることにより、この曲面を適当な曲面にすることにより、発散角の大きな光線も全反射条件を満足させ、ロッドレンズの側面に反射膜または構造を形成せずに光利用効率を向上させることができる。また、ロッドレンズ３１からの出射角度をより狭くすることができる。
さらに本発明では、以上の構成を備えることにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、照度が均一の照明装置を得ることができる。
【００５４】
本発明では、以上の構成および効果を有する照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段（液晶ライトバルブ５又はミラー型ライトバルブ９等）とを備えたことにより、光の利用効率に優れ、小型、薄型、軽量の画像表示装置を実現することができ、さらに投射レンズを設けることにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
さらに本発明では、上記構成の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備えることにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、画像形成が可能な画像表示装置を得ることができ、さらに投射レンズを設けることにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
また、本発明の画像表示装置は、プロジェクタ等に限らず、背面投射型の薄型、軽量のプロジェクションテレビ等に応用でき、また、投射型に限らず、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置にも応用することができる。さらに本発明の画像表示装置は、小型、薄型、軽量で、光の利用効率に優れているので、携帯電話、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、電子手帳、電子書籍、ノートパソコンなどの携帯機器、小型機器等に内蔵することができる。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば面状光源としてはＬＥＤの他、半導体レーザー、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子なども使用できる。
また、各光源内の各色の発光素子（ＬＥＤ等）の数も、赤１個、緑２個、青１個に限定されるものではなく、発光素子（ＬＥＤ等）の出射可能出力とホワイトバランスの関係から各色適当な素子数で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す投射型画像表示装置の概略要部断面図である。
【図３】図１に示す投射型画像表示装置のＬＥＤアレイとロッドレンズアレイの接続部の詳細を示す図である。
【図４】ＬＥＤ群の発光部の一例を示す平面図である。
【図５】ロッドレンズアレイの別の構成例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図７】図６に示す投射型画像表示装置のＬＥＤアレイとロッドレンズアレイの構成例を示す概略要部断面図である。
【図８】図７に示すロッドレンズアレイの出射端面に設けた偏光子の構造の一例を示す概略要部斜視図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１１】従来技術の一例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１３】（ａ）はロッドレンズアレイの別の構成例を示す概略要部斜視図、（ｂ）はロッドレンズアレイの一つのロッドレンズの形状例を示す断面図である。
【図１４】横軸にロッドレンズの長さ、縦軸に広がり角が１５度以内にカップリングされる光線の割合を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１：光学素子
２：ＬＥＤアレイ（面状光源）
３：ロッドレンズアレイ（均一照明手段）
４：偏光子
５：液晶ライトバルブ（光変調手段）
６：投射レンズ（投射手段）
７：スクリーン
８：偏向プリズム
９：ミラー型ライトバルブ
２１：基板
２２：ＬＥＤ群（光源）
２３，２４，２５：ＬＥＤ（発光素子）
２６：反射面
３１：ロッドレンズ
３２：入射端面（第一の面）
３３：出射端面（第二の面）
３４：透明樹脂
４１：反射型の偏光子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置の構成に関し、特に画像表示装置およびその照明系に用いられる光学素子と、その光学素子を用いた照明装置、および、前記光学素子または前記照明装置を備えた小型、軽量、薄型の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ライトバルブ等の光変調装置を用いて映像光を合成し、合成された映像光を投射レンズ等からなる投射光学系を通じてスクリーンに拡大投射する投射型画像表示装置が従来から知られている。
図１１は、従来の投射型画像表示装置の一例を示す概略構成図である。図１１において、図中の符号１１０は光源、１１３，１１４はダイクロイックミラー、１１５，１１６，１１７は反射ミラー、１２２，１２３，１２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、１２５はクロスダイクロイックプリズム、１２６は投射レンズを示している。光源１１０はメタルハライド等のランプ１１１とランプの光を反射するリフレクタ１１２とからなる。青色光・緑色光反射用のダイクロイックミラー１１３は、光源１１０からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射させる。透過した赤色光ＬＲは反射ミラー１１５で反射されて、赤色光用液晶ライトバルブ１２２に入射する。一方、ダイクロイックミラー１１３で反射した色光のうち、緑色光ＬＧは緑色光反射用のダイクロイックミラー１１４によって反射し、緑色光用液晶ライトバルブ１２３に入射する。一方、青色光ＬＢはダイクロイックミラー１１４も透過して、反射ミラー１１６，１１７を経て青色光用液晶ライトバルブ１２４に入射する。
【０００３】
各液晶ライトバルブ１２２，１２３，１２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム１２５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ１２６により投射スクリーン１２７上に投射され、拡大された画像が表示される。
【０００４】
上述したように、従来の投射型画像表示装置においては、光源から出射された光をダイクロイックミラー１１３，１１４を用いて３つの色光に分離し、各々の色光を３つの液晶ライトバルブ１２２，１２３，１２４を用いてそれぞれ変調した後、ダイクロイックプリズム１２５により再度合成し、投射レンズ１２６でスクリーン１２７上に投射する構成を採用していた。そのため、多数の光学部品が必要であり、根本的に装置の小型化、軽量化、薄型化を図るのが困難であった。
【０００５】
この問題を解決すべく、例えば特許文献１（特開２００３−２９５３１５公報）には、赤色、緑色、青色（以下、赤色をＲ，緑色をＧ，青色をＢと略記する）の各色光を出射可能な複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode（以下、ＬＥＤと略記する））が平面状または曲面状に配列されたＬＥＤアレイと、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤから出射される各色光の照度を均一化するための複数のロッドレンズが平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイと、ロッドレンズアレイから出射される光の偏光変換を行う偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと略記する）と、ＰＢＳアレイから出射される各色光を変調して画像を合成する液晶ライトバルブと、液晶ライトバルブによって合成された画像をスクリーンに拡大投射する投射レンズとから構成されている投射型画像表示装置が提案されている。
また、特許文献２（特開２００３−３２９９７８公報）には、光出射方向に対して後方側に反射板を備えたＬＥＤアレイと、位相差板と、テーパロッドレンズアレイと、ロッドレンズアレイと、反射型偏光板とを備えて、偏光変換を行う薄型照明装置が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９５３１５公報
【特許文献２】特開２００３−３２９９７８公報
【非特許文献１】「プロジェクターの最新技術」（シーエムシー出版）、ｐ７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１に記載の従来技術では、各色光毎にロッドレンズで照度均一化を行っているので、ロッドレンズの出射端面では、そのロッドレンズを通ってきた１個または複数個のＬＥＤチップから出射された色光については照度の均一化がなされているが、ロッドレンズ出射後のライトバルブ上において各色光が均一になっているとは限らないという課題がある。
また、特許文献２に記載の従来技術では、反射型偏光板として、アルミニウムなどの光反射性を有する金属からなる多数のリブが入射光の波長よりも小さいピッチでガラス基板２５上に形成されたグリッド偏光子やフィルム多層積層型偏光板など、いわゆる反射型偏光板素子を必要としており薄型化の弊害となっている。
【０００８】
本発明は、上記の従来技術の課題を解決するためになされたものであって、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れる光学素子と、この光学素子を用いた小型、薄型、軽量の画像表示装置もしくは照明装置、およびこの照明装置を備えた小型、薄型、軽量の画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、「複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源」と、「前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイ」と、からなる光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されている」ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の手段は、「複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源」と、「前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイ」と、からなる光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されている」ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の手段は、「複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源」と、「前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の開口面と、前記第一の開口面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の開口面とを有し、その２つの開口面を底面とする中空ロッドレンズの側面には光源光を反射する膜もしくは構造が形成されており、それらの中空ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイ」と、からなる光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各中空ロッドレンズの第一開口面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されている」ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の少なくとも３色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源である」ことを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第１または第２の手段の光学素子において、「前記光源と前記ロッドレンズの間が、前記光源からの光に対して透明な部材により充填または接着されている」ことを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第１乃至第３のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズの第一の面および第二の面を繋ぐ面であるロッドレンズの側面に、前記光源からの光を反射する膜もしくは構造が形成されている」ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの第二面側に偏光子を設置した」ことを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第７の手段の光学素子において、「前記偏光子が反射型偏光子である」ことを特徴とする。
さらに本発明の第９の手段は、第８の手段の光学素子において、「前記偏光子が、前記ロッドレンズアレイの第二の面に形成されている」ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１０の手段は、第１乃至第９のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズが一体に成型されている」ことを特徴とする。
また、本発明の第１１の手段は、第１乃至第１０のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっている」ことを特徴とする。
さらに本発明の第１２の手段は、第１乃至第１１のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記光源が単一基板に配置されている」ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１３の手段は、第１乃至第１２のいずれか１つの手段の光学素子において、「同一色を発光する光源の同一電極が結線されている」ことを特徴とする。
また、本発明の第１４の手段は、第１乃至第１３のいずれか１つの手段の光学素子において、「前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一の面と第二の面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面が、曲面である」ことを特徴とする。
さらに本発明の第１５の手段は、照明装置であって、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子を用いたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１６の手段は、画像表示装置であって、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の第１７の手段は、投射型の画像表示装置であって、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記変調された光を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする。
さらに本発明の第１８の手段は、画像表示装置であって、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備え、前記光学素子のロッドレンズアレイの各ロッドレンズからの光出力を１画素の出力とすることを特徴とする。
また、本発明の第１９の手段は、第１８の手段の画像表示装置と、該画像表示装置の画像を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の手段の光学素子では、ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されているので、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのロッドレンズで照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイの第二の面（出射端面）で各色光ごとに照度を均一化することができる。
【００１８】
第２の手段の光学素子では、テーパー付きのロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されているので、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのテーパー付きロッドレンズで照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイの第二の面（出射端面）で各色光ごとに照度を均一化することができ、かつ光線の放射角を小さくすることができる。
【００１９】
第３の手段の光学素子では、中空ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイの各中空ロッドレンズの第一開口面側に、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されているので、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つの中空ロッドレンズで照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイ出射端面で各色光ごとに照度を均一化することができる。また、中空ロッドレンズにすることにより、成形型の作成を容易にすることができる。また、材質をガラスや樹脂などの透明部材以外に金属も使用できるようにすることにより、材質の選択性を広げることができる。
【００２０】
第４の手段の光学素子では、第１乃至第３のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、複数色を一組とする光源として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の少なくとも３色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源を用いることにより、フルカラー対応可能な光学素子を提供することができる。
また、第５の手段の光学素子では、第１または第２の手段の構成および効果に加えて、光源とロッドレンズの間が光源光に対し透明な部材により充填されることにより、半導体発光デバイス（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ）と空気との界面を無くし、界面での全反射を抑制することによりＬＥＤチップからの光の取り出し効率を向上させることができる。
さらに第６の手段の光学素子では、第１乃至第３のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズの側面に光源光を反射する膜もしくは構造を形成することにより、小さい入射角でロッドレンズ側面に入射した光線をロッドレンズ内にとどめ、光利用効率を向上させることができる。
【００２１】
第７の手段の光学素子では、第１乃至第６のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの第二面側に偏光子を設置し、偏光を揃えることにより、液晶で構成されるライトバルブを用いた画像表示装置の照明光学系に適用することができる。
また、第８の手段の光学素子では、第７の手段の構成および効果に加えて、偏光子を反射型偏光子とすることにより、偏光子を通過しなかった光線を再びロッドレンズに戻し、再利用することができ、光利用効率を向上させることができる。
さらに第９の手段の光学素子では、第８の手段の構成および効果に加えて、偏光子が、ロッドレンズアレイの第二の面（出射端面）に形成されていることにより、より薄型化することができる。
【００２２】
第１０の手段の光学素子では、第１乃至第９のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズが一体に成型されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
また、第１１の手段の光学素子では、第１乃至第１０のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっていることにより、良好なホワイトバランスを得ることができる。
さらに第１２の手段の光学素子では、第１乃至第１１のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、光源が単一基板に配置されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
【００２３】
第１３の手段の光学素子では、第１乃至第１２のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、同一色を発光する光源の同一電極が結線されていることにより、光源の配線を簡略化することができる。
また、第１４の手段の光学素子では、第１乃至第１３のいずれか１つの手段の構成および効果に加えて、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一の面と第二の面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面が、曲面であることにより、この曲面を適当な曲面にすることにより、発散角の大きな光線も全反射条件を満足させ、ロッドレンズの側面に反射膜または構造を形成せずに光利用効率を向上させることができる。また、ロッドレンズからの出射角度をより狭くすることができる。
さらに第１５の手段の照明装置では、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子を用いたことにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、照度が均一の照明装置を得ることができる。
【００２４】
第１６の手段の画像表示装置では、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段とを備えたことにより、小型、薄型、軽量の画像表示装置を実現することができる。
また、第１７の手段の画像表示装置では、第１５の手段の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記変調された光を拡大投影するレンズとを備えたことにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
さらに第１８の手段の画像表示装置では、第１乃至第１４のいずれか１つの手段の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備え、前記光学素子のロッドレンズアレイの各ロッドレンズからの光出力を１画素の出力とすることにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、画像形成が可能な画像表示装置を実現することができる。
また、第１９の手段の画像表示装置では、第１８の手段の画像表示装置と、前記変調された光により前記画像表示装置上に形成された画像を拡大投影するレンズとを備えたことにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の構成、動作および作用効果を詳細に説明する。
本発明に係る光学素子は、１つの光源が赤，緑，青（以下、Ｒ，Ｇ，Ｂと略記する）を発光する発光部を少なくとも１個ずつ含み、Ｒ，Ｇ，Ｂの色光を時間順次に出射可能であり、その光源が平面状または曲面状に配列された面状光源と、前記面状光源から出射される色光の照度を均一化して出射する均一照明手段とから構成されている。そして、本発明に係る照明装置は、前記光学素子を備えた構成であり、さらに、本発明に係る画像表示装置は、前記照明装置と、該照明装置の前記光源から均一照明手段を経て時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動されるライトバルブからなる光変調手段とを備えた構成となっている。また、画像表示装置が投射型の場合は、前記照明装置と、該照明装置の前記光源から均一照明手段を経て時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動されるライトバルブからなる光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた構成となっている。
【００２６】
前記面状光源の具体的な形態としては、Ｒ，Ｇ，Ｂの複数の色光をそれぞれ出射可能な発光素子（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ））を少なくとも１個ずつ含む半導体発光デバイス（ＬＥＤ群）を１つの光源単位とし、そのＬＥＤ群を平面状または曲面状に配列したＬＥＤアレイを用いることができる。現在、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光について高出力のＬＥＤが提供されており、この種のＬＥＤをアレイ状に平面的または曲面的に配列することによって、薄型で画像表示装置（特に投射型画像表示装置）に好適な面状光源を得ることができる。
【００２７】
前記均一照明手段の具体的な形態としては、複数のロッドレンズが平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイを用いることが望ましい。投射型画像表示装置に用いる均一照明手段としてはフライアイインテグレータがよく知られているが、フライアイインテグレータの場合、２つのフライアイレンズ間、もしくはフライアイインテグレータとライトバルブとの間に空間が必要であり、これが装置の小型化、薄型化の障害となる。それに比べて、複数のロッドレンズが平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイの場合、フライアイインテグレータと照度均一化の原理が異なり、入射光がロッドレンズ内で内面反射を繰り返すことにより出射端面で既に照度が均一化された光が得られる。よって、フライアイインテグレータのような空間は必要なく、面状光源や後段のライトバルブ等に密着させることができ、小型化、薄型化により有利となる。
【００２８】
さらに、前記面状光源から入射される光の偏光状態を一方向に揃える偏光変換手段を備えることが望ましい。具体的な形態としては、光源本体の光出射方向に対して後方側に設けられた反射板を備え、前記均一照明手段の出射端面に、所定の振動方向の偏光を透過させるとともに前記振動方向と異なる振動方向の偏光を反射させる反射型偏光子機能が重畳されている構成とするとよい。このように偏光変換手段を備えることにより、面状光源からの出射光をライトバルブで表示に寄与する一偏光方向の偏光に揃えることができるので、光の利用効率を高めることができる。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
以下、本発明の第１の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。本実施例では、色順次駆動方式の投射型画像表示装置の例を示す。図１は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、４は偏光子、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）、７はスクリーンである。
【００３０】
図１の光源部分（照明装置）の詳細を図２に示す。なお、図２では基板２１の図示を省略している。
一つのロッドレンズ３１にカップリングされる半導体発光デバイスの発光素子（ここではＬＥＤとする）は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を出射可能なＬＥＤ（赤）２３、ＬＥＤ（緑）２４、ＬＥＤ（青）２５からなり、具体的にはそれぞれ赤１個、緑２個、青１個のＬＥＤチップを含むＬＥＤ群２２を１つの光源単位としている。そのＬＥＤ群２２を平面状または曲面状の単一基板２１上に配列させたＬＥＤアレイ（光源）２と、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射される各色光の照度を均一化するためのロッドレンズ３１が複数個平面的に配列され、樹脂またはガラスにより一体に成型されたロッドレンズアレイ３とで、光学素子１が構成され、この光学素子１の出射端面側に偏光子４を配置して照明装置を構成している。そして、投射型画像表示装置は、この照明装置と、該照明装置のロッドレンズアレイ３から出射した各色光を変調して画像を合成する液晶ライトバルブ５と、液晶ライトバルブ５によって合成された画像をスクリーン７に拡大投射する投射レンズ６とから概略構成されている。
【００３１】
ここで、ＬＥＤ群２２のＬＥＤチップを赤色１個、緑色２個、青色１個としたのは、非特許文献１（「プロジェクターの最新技術」（シーエムシー出版）のｐ７７）を参考とした。色度座標（０．７００，０．２９９）、（０．２０６，０．７０９）、（０．１５２，０．０２６）の３原色のＬＥＤ光源を使った場合、色温度９０００Ｋの白色を得るためには、その光束比が、
赤：緑：青＝２１：７６：４
となるので、緑色を２個用いた。しかし、これはＬＥＤの個数が問題ではなく、光束比が問題となるので、必要な光束比が得られるＬＥＤの個数を設定すればよい。また、フルカラーを必要としない場合は、２色の光源を用いることも可能である。一方、より高精細な色表現を必要とする場合は４色以上の光源を用いることも可能である。
【００３２】
ＬＥＤアレイ２は図示せぬ光源駆動回路（光源駆動手段）に接続されており、この光源駆動回路によってＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５が発光するタイミングが制御され、各ＬＥＤ２３，２４，２５から例えばＲ，Ｇ，Ｂ、Ｒ，Ｇ，Ｂ、・・・というように時間順次に色光を発光可能な構成となっている。このとき、同色のＬＥＤの同一端子は基板２１上で結線することにより配線を簡略化することができる。
【００３３】
ロッドレンズアレイ３は、ＬＥＤ基板２１に透明樹脂性接着剤などにより接着されている。ＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３の接続部の詳細を図３に示す。図１、図３とも左側の面（光源側の面）が入射端面３２、右側の面（ライトバルブ側）が出射端面３３となっている。図３（ａ）に示すロッドレンズ３１の入射端面３２は平面であるが、平面である必要はなく、図３（ｂ）に示すような円弧状の形態も考えられる。このとき、ロッドレンズ３１とＬＥＤ群２２の間に透明樹脂３４を封入することにより、ＬＥＤ群２２内での全反射が抑制され、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５からの光の取り出し効率を改善することができる。封入に用いる透明樹脂３４は接着剤そのものでもよいが、シリコン樹脂など、光や熱による劣化の少ない透明媒質を充填することにより、長時間使用しても封止樹脂の劣化による透過率の低下を抑制することができる。
また、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の出射面側も平面である必要はなく、図１３に示すように、曲面（レンズ面）であってもよい。なお、図１４は横軸にロッドレンズの長さ、縦軸に広がり角が１５度以内にカップリングされる光線の割合を示したグラフである。出射面側が平面（Ｒ＝∞）の場合と、レンズ面でその曲率半径ＲがＲ＝３ｍｍの場合とＲ＝５ｍｍの場合が示してある。ロッドレンズ３１の出射面側をレンズ面にすることにより、ロッドレンズ３１の長さを短くすることができる。
【００３４】
ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射された光は、充填材または透明樹脂性の接着剤を介してロッドレンズアレイ３の入射端面３２に到達しロッドレンズ３１にカップリングされる。カップリングされた光線は各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返し、出射端面３３から出射される時点では照度が均一化されている。ロッドレンズアレイ３から出射した光線は、偏光子４により偏光方向が一方向に揃えられ、液晶ライトバルブ５に入射する。このとき、第一の面（入射端面３２）および第二の面（出射端面３３）を繋ぐ面、つまりロッドレンズ３１の側面に光源光の波長の光線を反射する反射膜または構造を形成することにより、光源からの出射光の光利用効率を向上させることができる。また、図５に示すように、ロッドレンズ３１の側面を適当な曲面にすることにより、光軸に対し大きい角度で出射した光線に対しても側面が全反射条件を満たし、反射膜または反射構造が無くてもロッドレンズ３１を透過してしまうロスを低減でき、光利用効率を向上させることができる。また、ロッドレンズ３１の側面を曲面にすることにより、出射光の発散角を狭く抑えることもできる。
【００３５】
液晶ライトバルブ５には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮモードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用され、液晶セルの外面には入射側偏光板、出射側偏光板がその透過軸が互いに直交するように配置されて設けられている。例えば、オフ状態では液晶ライトバルブ５に入射されたｓ偏光がｐ偏光に変換されて出射される。一方、オン状態では光が遮断されるようになっている。以上のＬＥＤアレイ２、ロッドレンズアレイ３、偏光子４、液晶ライトバルブ５は離間して配置しても良いが、装置の小型化、薄型化のためには全てを密着させて配置することが望ましい。
【００３６】
液晶ライトバルブ５は図示せぬ液晶ライトバルブ駆動回路（光変調駆動手段）に接続されており、この液晶ライトバルブ駆動回路によって、入射される各色光に対応させて液晶ライトバルブ５を時間順次に駆動することが可能な構造になっている。また、本実施例の投射型画像表示装置においては、図示しない同期信号発生回路（同期信号発生手段）が備えられており、この同期信号発生回路により、同期信号を発生させ、光源駆動回路および液晶ライトバルブ駆動回路に入力することにより、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から色光を出射するタイミングと、その色光に対応して液晶ライトバルブ５を駆動するタイミングとを同期させることができる構造になっている。
【００３７】
すなわち、本実施例の投射型画像表示装置では、１フレームを時分割し、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から時間順次にＲ，Ｇ，Ｂの各色光を出射させ、各ＬＥＤ２３，２４，２５から色光を出射するタイミングと液晶ライトバルブ５を駆動するタイミングとを同期させることにより、各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射される色光に対応させて液晶ライトバルブ５を時間順次に駆動し、各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射される色光に対応する画像信号を出力することにより、カラー画像を合成することが可能な構成になっている。
【００３８】
以下に具体的数値データを示す。図４はＬＥＤ群２２の発光部の一例を示す平面図であり、図４に示すように、上記ＬＥＤ群２２内の各ＬＥＤ（ＬＥＤチップ）２３，２４，２５の１辺を０．１ｍｍとし、４個のＬＥＤ（ＬＥＤ２３（赤用）１個、ＬＥＤ２４（緑用）２個、ＬＥＤ２５（青用）１個）が集まって０．２ｍｍ角の発光部を有するとする。この光源に対し入射端面が０．２ｍｍ角、出射端面が１ｍｍ角、入射端面と出射端面の間隔が６ｍｍ、側面が平面で反射率が１００％のテーパー状のロッドレンズ３１にカップリングさせた場合、出射端面から出射する光線の約７０％が発散角１５度以下であるという計算結果が得られており、非常に薄型で指向性のよい照明装置が得られる。ここで、各ロッドレンズ３１の側面の形状を図２に示すような単なるテーパー状ではなく、図５に示すような適当な曲面にすることにより、さらにカップリング効率を向上させ、指向性も改善できる。このロッドレンズ３１を４×６のアレイ状に配置することで、約０．３インチの液晶ライトバルブ５に対する照明装置となる。これに適当な投射レンズ６を付けることにより、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器に組み込むことが可能な投影モジュールを提供することができる。
【００３９】
また、上記のロッドレンズアレイ３のような微細アレイ構造の金型について、最近の精密加工機（例えば、ファナック社製：ロボナノα−０ｉＢ）を用いることにより、加工可能であることが確認されている。
【００４０】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例を、図６〜図８を参照して説明する。本実施例では、色順次駆動方式の投射型画像表示装置の別の例を示す。図６は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）、７はスクリーンである。本実施例と第一の実施例とでは、光学素子１のＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３の出射端部の構成が異なる。ＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３の出射端部までの詳細を図７に示す。
【００４１】
まず、図７に示すように、ＬＥＤアレイ２の各ＬＥＤ群２２の背面には、反射面２６が形成されている。これは、金属膜の蒸着や誘電体多層膜の蒸着により形成してもよいが、ＬＥＤ基板２１自体を金属により形成し、ＬＥＤ群２２の周辺部を鏡面加工したものでもかまわない。
【００４２】
次に、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３の表面に反射型の偏光子４１が形成されている。偏光子４１の構造を図８に示す。ガラスで成型したロッドレンズアレイ３の出射端面３３に、屈折率の高い誘電体膜４２と屈折率の低い誘電体膜４３を交互に積層し、エッチングによりストライプ状の周期構造を形成する。例えば、高屈折率材料をＴａＯ５（屈折率：ｎ≒２．２）、低屈折材料をＳｉＯ２（屈折率：ｎ≒１．４４）とし、ストライプ構造のピッチｐ、Filling Factor（ランド幅Δ／ピッチｐ）、層厚Ｌを最適化することにより、ｐ偏光が透過しｓ偏光が反射する反射型偏光子として機能する。ここで、高屈折率材料の屈折率がさらに高いものを選び、層数を増やすことにより、より広い波長範囲で反射型偏光子の機能を有する構造を作成することができる。また、誘電体多層膜ではなく、アルミニウムなどの光反射性を有する金属からなる多数のリブ（光反射体）を入射光の波長よりも小さいピッチでロッドレンズアレイ３の出射端面３３上に形成してもよい。この場合も誘電体膜のときと同様にして、金属薄膜をロッドレンズアレイ３の出射端面３３に蒸着し、それをエッチングすることにより形成することができる。
【００４３】
このような構成にすることにより、ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射された光は、ロッドレンズアレイ３にカップリングされた後、各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返して出射端面３３に到達する。このとき、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３に形成された反射型偏光子４１により、一方の偏光成分はそのまま反射型偏光子４１を透過し、液晶ライトバルブ５に向かう。それと直交する方向の偏光成分は、反射型偏光子４１により反射されＬＥＤ群２２方向に戻り、ＬＥＤ群２２の背面および周辺の反射面２６により反射され、再び各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返して出射端面３３に到達する。これらの光線は複数回のロッドレンズ内の反射により偏光方向が回転するため、反射型偏光子４１により一部が透過して液晶ライトバルブ５に向かう。これが何度も繰り返され、偏光方向の揃った照明光を高い利用効率で得ることができる。なお、液晶ライトバルブ５以降の構成、動作は第一の実施例と同様である。
【００４４】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例を図９を参照して説明する。本実施例も色順次駆動方式の投射型表示装置であるが、ライトバルブとして液晶型ではなく、ミラー型を用いているところが異なる。図９は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、８は偏向プリズム、９はミラー型ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）である。
【００４５】
ＬＥＤアレイ２からロッドレンズアレイ３までの光学素子１の部分（照明装置）の構成、動作は第一または第二の実施例と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図９において、ロッドレンズアレイ３から出射した光線は、２個の三角プリズム８１，８２を空気層を有するように構成した偏向プリズム８に入射し、三角プリズム８１の斜面８４により全反射され、ミラー型ライトバルブ９に所定の角度で入射する。ミラー型ライトバルブ９には、画素スイッチング用素子として半導体プロセスにより形成されたミラーアレーを用いることができる。一般的にはテキサスインスツルメンツ社製のデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）がよく知られている。例えば、オフ状態ではミラーの傾きはゼロ度で、投射レンズ６にカップリングされないが、オン状態では光線が投射レンズ６方向に反射されるようにミラーが所定の傾きを有するため、ミラー反射光は三角プリズム８１の斜面８３の全反射条件から外れ、偏向プリズム８を透過し、投射レンズ６で図示しないスクリーンに結像される。本実施例のように光変調手段としてミラー型ライトバルブ９を用いた場合、偏光を用いない構成を採れるため、必ずしも偏光変換の必要がなく、照明光を有効に投射レンズ６に導くことができるので、光利用効率の高い、明るい投射型画像表示装置を提供することができる。
【００４６】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例を図１０を参照して説明する。図１０は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、４は偏光子、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ（投射手段）である。本実施例の投射型画像表示装置の概略構成は図１と同様であるが、光学素子１のロッドレンズアレイ３の構成が異なる。ＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５から出射された光は、ロッドレンズアレイ３の入射開口からロッドレンズ３１にカップリングされる。カップリングされた光線は各ロッドレンズ３１で内面反射を繰り返し、出射端面から出射される時点では照度が均一化されている。ロッドレンズアレイ３から出射した光線は、偏光子４により偏光方向が一方向に揃えられ液晶ライトバルブ５に入射する。以降は実施例１と同様である。
【００４７】
これまでの実施例のロッドレンズ３１は、導光部分が媒質で満たされていたが、本実施例のロッドレンズアレイ３は、各ロッドレンズ３１の部分（導光部分）が中空である。したがって、ロッドレンズ３１を透明樹脂だけでなく、金属で作ることも可能である。すなわち、図１０のロッドレンズアレイ３の斜線部分を金属で形成し、テーパー状の中空部分をロッドレンズ３１とすることができる。その場合、ロッドレンズ３１の側面（金属面）３５を鏡面加工することにより簡単に反射面ができるという利点が有る。また、樹脂で成型する場合も、前出の精密化工機を用いなくとも、金型の作成が容易にできるという利点がある。具体的には、テーパーの付いた刃物を作り、その刃物でさいの目に切削することにより金型を作成することができる。
【００４８】
［実施例５］
次に、本発明の第５の実施例を図１２を参照して説明する。図１２は投射型画像表示装置の全体構成を示す概略構成図であって、図中の符号１は光学素子、２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、６は投射レンズ（投射手段）である。本実施例では、ロッドレンズ３１およびＬＥＤ群２２は、画像を形成する画素数だけ存在する。例えば、ＶＧＡ画像では約３０万個（６４０×４８０）となる。各ＬＥＤ群２２内の各ＬＥＤ素子（前述したＲ，Ｇ，Ｂの各色光を出射可能なＬＥＤ（赤）２３、ＬＥＤ（緑）２４、ＬＥＤ（青）２５）は、図示せぬ光源駆動回路（光源駆動手段）に接続されており、画像信号に対応して各ＬＥＤ２３，２４，２５の発光量が制御され、各ロッドレンズ３１内で混色され、対応した画素の色光を出射し、カラー画像を合成することが可能な構成になっている。つまり、光学素子１自体が光変調手段を有する構成となっている。そして、その画像が投射レンズ６で図示しないスクリーンに結像される。
本実施例のように、光学素子１の発光手段（ＬＥＤ群）２２が光変調手段となっている構成では、別途光変調手段を必要とせず、また、偏光を用いない構成を採れるため、必ずしも偏光変換の必要がなく、さらに、時間順次発光をする必要がないため、部品点数が少なく、光利用効率の高い、明るい投射型画像表示装置を提供することができる。
【００４９】
以上、実施例に基づいて説明したとおり、本発明では、図１〜９に示したように、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）２３，２４，２５からなる、複数色を一組とする光源（ＬＥＤ群）２２をアレイ状に配置し、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのロッドレンズ３１で照度を均一化することにより、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３で各色光ごとに照度を均一化することができ、小型、薄型、軽量でライトバルブ５（又は９）上で照度が均一の光学素子および照明装置を得ることができる。
また、本発明では、図１、図２に示したように、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）２３，２４，２５からなる、複数色を一組とする光源（ＬＥＤ群）２２をアレイ状に配置し、それぞれの光源からの出射光をそれぞれ一つのテーパー付きロッドレンズ３１で照度均一化することにより、ロッドレンズアレイ３の出射端面３３で各色光ごとに照度が均一化し、小型薄型でかつ光線の放射角が小さく、ライトバルブ５（又は９）上で照度が均一の光学素子および照明装置を得ることができる。
さらに本発明では、図１０に示したように、ロッドレンズアレイ３を中空ロッドレンズで構成することにより、型の作成を容易にすることができる。また、材質をガラスや樹脂などの透明部材以外に金属も使用できるようになり、材質の選択性を広げることができる。
【００５０】
本発明では、上記の構成に加え、複数色を一組とする光源として、Ｒ，Ｇ，Ｂの少なくとも３個を一組とすることにより、フルカラー対応可能な照明装置を提供することができる。
また、本発明では、図３に示したように、光源（ＬＥＤ群）２２とロッドレンズ３１の間が光源光に対し透明な部材３４により充填されることにより、ＬＥＤ郡２２と空気との界面を無くし、界面での全反射を抑制することによりＬＥＤ群２２の各ＬＥＤ２３，２４，２５からの光の取り出し効率を向上させることができる。
さらに本発明では、ロッドレンズ３１の側面に光源光を反射する膜もしくは構造を形成することにより、小さい角度でロッドレンズの側面に入射した光線をロッドレンズ内にとどめ、光利用効率を向上させることができる。
【００５１】
本発明では、光学素子のロッドレンズアレイ３の出射端面３３側に偏光子４を設置し、偏光を揃えることにより、液晶で構成されるライトバルブ５を用いた画像表示装置用の照明装置として適用することができる。
また、本発明では、偏光子を反射型偏光子とすることにより、偏光子を通過しなかった光線を再びロッドレンズ内に戻し、再利用することができ、光利用効率を向上させることができる。
さらに本発明では、図６、図７に示したように、直接ロッドレンズアレイ３の出射端面３３に偏光子４１を形成することにより、光学素子および照明装置をより薄型化することができる。
【００５２】
本発明では、上記の構成に加えて、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１が一体に成型されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
また、本発明では、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっていることにより、良好なホワイトバランスを得ることができる。
さらに本発明では、光源（ＬＥＤ群２２）が単一基板２１に配置されていることにより、生産性を高め低コスト化することができる。
【００５３】
本発明では、上記の構成に加えて、同一色を発光する光源の同一電極が基板２１上で結線されていることにより、光源の配線を簡略化することができる。
また、本発明では、ロッドレンズアレイ３の各ロッドレンズ３１の第一面と第二面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面を、図５に示すように曲面とすることにより、この曲面を適当な曲面にすることにより、発散角の大きな光線も全反射条件を満足させ、ロッドレンズの側面に反射膜または構造を形成せずに光利用効率を向上させることができる。また、ロッドレンズ３１からの出射角度をより狭くすることができる。
さらに本発明では、以上の構成を備えることにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、照度が均一の照明装置を得ることができる。
【００５４】
本発明では、以上の構成および効果を有する照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段（液晶ライトバルブ５又はミラー型ライトバルブ９等）とを備えたことにより、光の利用効率に優れ、小型、薄型、軽量の画像表示装置を実現することができ、さらに投射レンズを設けることにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
さらに本発明では、上記構成の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備えることにより、光の利用効率に優れ、簡単な構成で小型化、薄型化、軽量化が図れ、画像形成が可能な画像表示装置を得ることができ、さらに投射レンズを設けることにより、小型、薄型、軽量の投射型画像表示装置を実現することができる。
また、本発明の画像表示装置は、プロジェクタ等に限らず、背面投射型の薄型、軽量のプロジェクションテレビ等に応用でき、また、投射型に限らず、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置にも応用することができる。さらに本発明の画像表示装置は、小型、薄型、軽量で、光の利用効率に優れているので、携帯電話、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、電子手帳、電子書籍、ノートパソコンなどの携帯機器、小型機器等に内蔵することができる。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば面状光源としてはＬＥＤの他、半導体レーザー、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子なども使用できる。
また、各光源内の各色の発光素子（ＬＥＤ等）の数も、赤１個、緑２個、青１個に限定されるものではなく、発光素子（ＬＥＤ等）の出射可能出力とホワイトバランスの関係から各色適当な素子数で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す投射型画像表示装置の概略要部断面図である。
【図３】図１に示す投射型画像表示装置のＬＥＤアレイとロッドレンズアレイの接続部の詳細を示す図である。
【図４】ＬＥＤ群の発光部の一例を示す平面図である。
【図５】ロッドレンズアレイの別の構成例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図７】図６に示す投射型画像表示装置のＬＥＤアレイとロッドレンズアレイの構成例を示す概略要部断面図である。
【図８】図７に示すロッドレンズアレイの出射端面に設けた偏光子の構造の一例を示す概略要部斜視図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１１】従来技術の一例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施例を示す投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図１３】（ａ）はロッドレンズアレイの別の構成例を示す概略要部斜視図、（ｂ）はロッドレンズアレイの一つのロッドレンズの形状例を示す断面図である。
【図１４】横軸にロッドレンズの長さ、縦軸に広がり角が１５度以内にカップリングされる光線の割合を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１：光学素子
２：ＬＥＤアレイ（面状光源）
３：ロッドレンズアレイ（均一照明手段）
４：偏光子
５：液晶ライトバルブ（光変調手段）
６：投射レンズ（投射手段）
７：スクリーン
８：偏向プリズム
９：ミラー型ライトバルブ
２１：基板
２２：ＬＥＤ群（光源）
２３，２４，２５：ＬＥＤ（発光素子）
２６：反射面
３１：ロッドレンズ
３２：入射端面（第一の面）
３３：出射端面（第二の面）
３４：透明樹脂
４１：反射型の偏光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源と、
前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイと、
からなる光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源と、
前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイと、
からなる光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源と、
前記光源の面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の開口面と、前記第一の開口面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の開口面とを有し、その２つの開口面を底面とする中空ロッドレンズの側面には光源光を反射する膜もしくは構造が形成されており、それらの中空ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイと、
からなる光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各中空ロッドレンズの第一開口面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源は、赤色、緑色、青色の少なくとも３色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の光学素子において、
前記光源と前記ロッドレンズの間が、前記光源からの光に対して透明な部材により充填または接着されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズの第一の面および第二の面を繋ぐ面であるロッドレンズの側面に、前記光源からの光を反射する膜もしくは構造が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの第二面側に偏光子を設置したことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項７記載の光学素子において、
前記偏光子が反射型偏光子であることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項８記載の光学素子において、
前記偏光子が、前記ロッドレンズアレイの第二の面に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズが一体に成型されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっていることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記光源が単一基板に配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学素子において、
同一色を発光する光源の同一電極が結線されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一の面と第二の面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面が、曲面であることを特徴とする光学素子。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光学素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記変調された光を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備え、前記光学素子のロッドレンズアレイの各ロッドレンズからの光出力を１画素の出力とすることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の画像表示装置と、該画像表示装置の画像を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源と、
前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイと、
からなる光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源と、
前記光源からの光に対して透明な部材からなり、前記光源の発光部面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の面と、前記第一の面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の面とを有し、その２つの面を底面とするロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイと、
からなる光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
複数の色光を発光可能で所望の素子を選択発光可能な、複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源と、
前記光源の面積と同等またはそれ以上の面積を持つ第一の開口面と、前記第一の開口面よりも大きい面積を持ち前記第一の面に対向する第二の開口面とを有し、その２つの開口面を底面とする中空ロッドレンズの側面には光源光を反射する膜もしくは構造が形成されており、それらの中空ロッドレンズが２次元配列したロッドレンズアレイと、
からなる光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各中空ロッドレンズの第一開口面側に、前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源が配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記複数色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源は、赤色、緑色、青色の少なくとも３色を一組とする半導体発光デバイスから構成される光源であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の光学素子において、
前記光源と前記ロッドレンズの間が、前記光源からの光に対して透明な部材により充填または接着されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズの第一の面および第二の面を繋ぐ面であるロッドレンズの側面に、前記光源からの光を反射する膜もしくは構造が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの第二面側に偏光子を設置したことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項７記載の光学素子において、
前記偏光子が反射型偏光子であることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項８記載の光学素子において、
前記偏光子が、前記ロッドレンズアレイの第二の面に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズが一体に成型されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一面側に配置される光源は、所望のホワイトバランスを得る光量比率になっていることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記光源が単一基板に配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学素子において、
同一色を発光する光源の同一電極が結線されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの第一の面と第二の面、もしくは第一の開口と第二の開口を繋ぐ面が、曲面であることを特徴とする光学素子。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光学素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の照明装置と、該照明装置からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記変調された光を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光学素子と、該光学素子の光源を画像情報に応じて変調発光させる変調発光手段を備え、前記光学素子のロッドレンズアレイの各ロッドレンズからの光出力を１画素の出力とすることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の画像表示装置と、該画像表示装置の画像を拡大投影するレンズとを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２８８１６９（Ｐ２００７−２８８１６９Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６９２５７（Ｐ２００７−６９２５７）
【出願日】平成１９年３月１６日（２００７．３．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１６日（２００７．３．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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