CN1667500A - 照明装置、图像显示装置和投影机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供可以供给高辉度的光利用效率高的照明光的照明装置，该照明装置具有：供给光的第1固体发光元件和第2固体发光元件至少2个固体发光元件；通过使第1振动方向的偏振光透过或反射、使与第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过、而用于将第1振动方向的偏振光和第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部；以及将来自偏振光合成部的偏振光向第1振动方向的偏振光或第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件。

Description

照明装置、图像显示装置和投影机

本申请享受事先于2004年3月10日提出的日本国专利申请第2004-67230号和2004年3月29日提出的日本国专利申请第2004-95605号的优先权并结合了其全部内容。

技术领域

本发明涉及照明装置、图像显示装置和投影机，特别是涉及投影机所使用的照明装置的技术。

背景技术

发光二极管(以下称为LED)与超高压水银灯等相比，通常具有寿命长且光的转换效率高的优点。因此，照明装置的光源越来越多地使用LED。这里，单个的LED，发光量比超高压水银灯等要小。另外，投影机等的光源需要比较大的光量。例如，在特开2001-305657号公报中介绍了将LED用作投影机的光源时为增大光量而采用阵列化的方案。

在将多个LED进行阵列化配置时，可以与LED的数量成比例地增加光量。这里，在投影机中，在包含光源和空间光调制装置的光学系统中，可以将存在有效的光束的空间的广度作为面积与立体角的积(エテンデユ一，Geometrical Extent，表示聚光能力)来表示。该面积与立体角的积保存(保持)在光学系统中。因此，当光源的空间的广度增大时，入射到空间光调制装置中的光束所存在的空间的广度也增大。然而，由于在空间光调制装置可以取入的角度有限，所以，难以有效地使用来自光源的光束。在使多个LED阵列化而增加光量时，光源的面积(空间的广度)也增大。因此，在投影机中，即使只将LED阵列化使光量增加，由于保持广度，也难以有效地使用来自光源的所有的光束。

此外，在使用单独的液晶型空间光调制装置的所谓的单板式的投影机中，有时采用在各像素分别照射红色光(以下称为R光)、绿色光(以下称为G光)、蓝色光(以下称为B光)的方法。单板式投影机与对每种色光采用空间光调制装置的所谓3板式投影机相比，具有简单且小型的结构的优点。在采用单独的液晶型空间光调制装置显示全彩色像的所谓的单板式的情况下，例如，专利第2622185号说明书中所提出的那样，可以考虑采用设置R光用像素、G光用像素、B光用像素而对各色光用像素分别照射R光、G光、B光的结构。

按照专利第2622185号说明书所公开的结构，来自光源的白色光通过分别有选择地使R光、G光、B光透过、反射的滤色器被分离为R光、G光、B光。并且，对于R光用像素、G光用像素、B光用像素的3个像素配置1个微透镜。这里，使经过各色光用滤色器的光分别具有角度。这样，由滤色器分离的R光就入射到对应的R光用的1个像素上。由滤色器分离的G光就入射到对应的G光用的1个像素上。进而，由滤色器分离的B光就入射到B光用的1个像素上。这样，就由3个像素表现R光、G光、B光。在这样的结构中，由于用各色光用滤色器对白色光进行色分离，所以照明光学系统大型化而难以得到具有均匀的强度分布的明亮的图像。这样，在现有的技术中，就存在难以提供高辉度(亮度)且光利用效率高的照明光以及得到具有均匀的强度分布的明亮的图像的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供可以供给高辉度的光利用效率高的照明光的照明装置、可以得到具有均匀的强度分布的明亮的图像的小型的图像显示装置和具备这些照明装置或图像显示装置的投影机。

为了解决上述问题，本发明提供的照明装置，其特征在于，具有：供给光的第1固体发光元件和第2固体发光元件至少2个固体发光元件；通过使第1振动方向的偏振光透过或反射、使与第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过、而用于将第1振动方向的偏振光和第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部；以及将来自偏振光合成部的偏振光向第1振动方向的偏振光或第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件。第1固体发光元件射出例如包括作为第1振动方向的偏振光的p偏振光的随机偏振光。另外，第2固体发光元件射出例如包括作为第2振动方向的偏振光的s偏振光的随机偏振光。偏振光合成部可以使用例如具有透过p偏振光而反射s偏振光的偏振膜的偏振分光器。这时，偏振光合成部构成为透过来自第1固体发光元件的p偏振光而反射来自第2固体发光元件的s偏振光，将它们导引到同一照明方向。此外，从照明的方向看时，第1固体发光元件和第2固体发光元件配置在光学等效的位置上。由此，可以不增加固体发光元件的发光区域的面积而将来自至少2个固体发光元件的光导引到同一照明方向的光路中。此外，相位调制元件具有将来自偏振光合成部的偏振光调制成一致的第1振动方向或第2振动方向的功能。由此，可以向照明方向供给偏振方向调制成一致的高辉度的光利用效率高的照明光。

进而，优选地当使用2个固体发光元件时，将第1固体发光元件和第2固体发光元件交替地点亮。固体发光元件例如LED通过间歇式地驱动可以减小温度上升。减小了温度上升，可以增大注入电流。增大的注入电流的量可以增加光束量。因此，通过间歇地驱动2个LED可以增加各LED的光束量，从而可以得到高辉度的照明光。这时，与交替地间歇式地驱动2个固体发光元件的定时同步地驱动相位调制元件。由此，可以得到更高辉度的照明光。另外，固体发光元件的数量不限于2个，也可以是3个或3个以上的结构。

另外，按照本发明的优选的方式，优选地具有设置在至少2个固体发光元件与偏振光合成部之间的透过来自固体发光元件的光之中的第1振动方向或第2振动方向的偏振光而反射其它振动方向的偏振光的反射型偏振片、以及将由反射型偏振片反射的向固体发光元件的方向行进的光向偏振光合成部的方向反射的反射部。考虑反射型偏振片透过特定的振动方向的偏振光、例如p偏振光而反射与p偏振光不同的其它振动方向的偏振光、例如s偏振光的情况。透过反射型偏振片的p偏振光从偏振光合成部射出。对此，由反射型偏振片反射的偏振光向固体发光元件的方向返回。在固体发光元件上形成有将入射光反射的反射部。由反射部反射的偏振光再次入射到反射型偏振片上。通过这样地在反射型偏振片与反射部间的反复反射，相位发生变化，变化为p偏振光的光从反射型偏振片射出。如果不考虑光的吸收、损失，反复反射的光最后全部变为p偏振光而射出。由此，可以高效率地使用来自固体发光元件的光。

进而，优选地在固体发光元件与反射型偏振片之间设置波长板，例如λ/4波长板。当光2次往复通过λ/4波长板后，振动方向旋转90°。例如，s偏振光2次通过λ/4波长板就变换为p偏振光。这样，就可以更有效地从反射型偏振片射出p偏振光。

此外，按照本发明的优选的方式，优选地具有将从偏振光合成部向与照明方向不同的方向射出的偏振光向偏振光合成部的方向反射的反射镜；以及将由反射镜反射的向固体发光元件的方向行进的光向偏振光合成部的方向反射的反射部。由此，在反射镜与固体发光元件之间反复反射的光，相位发生变化。并且，例如成为p方向的光通过偏振光合成部向照明方向射出。由此，可以高效率地使用来自固体发光元件的光，从而可以得到高辉度的照明光。

此外，按照本发明的优选的方式，优选相位调制元件是液晶型的调制元件。液晶型的调制元件例如液晶面板根据输入信号调制入射光并射出。因此，可以很容易将例如s偏振光变换为p偏振光。这样，本照明装置就可以供给偏振成分调制成一致的照明光。

此外，按照本发明，提供的投影机，其特征在于，具有：照明装置，其包括，供给光的第1固体发光元件和第2固体发光元件至少2个固体发光元件、通过使第1振动方向的偏振光透过或反射并使与第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过而用于将第1振动方向的偏振光和第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部、将来自偏振光合成部的偏振光向第1振动方向的偏振光或第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件；将来自照明装置的照明光根据图像信号进行调制的空间光调制装置；以及将被调制的光投影的投影透镜。本投影机具有高辉度的光利用效率高的照明装置。因此，可以得到明亮的高质量的投影像。

此外，按照本发明，提供的图像显示装置，其特征在于，具有：供给光的至少2个固体发光元件；通过使第1振动方向的偏振光透过或反射、使与第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过、而用于将第1振动方向的偏振光和第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部；将来自偏振光合成部的偏振光向第1振动方向的偏振光或第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件；用于使来自固体发光元件的光的强度分布大致均匀的棒状积分器；使来自棒状积分器的光之中的特定的波长区域的光透过、将与特定的波长区域不同的其它波长区域的光反射的滤色器；在棒状积分器的相位调制元件侧的端面形成的、将由滤色器反射而向固体发光元件的方向行进的光反射的反射部；以及将来自棒状积分器的光根据图像信号进行调制的空间光调制装置。

本发明具有至少2个固体发光元件。优选固体发光元件是供给所谓的白色光的光源。这里，所谓白色光，是指包含光谱分布为宽的波长区域的光和光谱分布分别在R光、G光、B光处具有峰值波长的光这两者的光。并且，有选择地将例如2个固体发光元件中的一方的光源点亮而使另一方熄灭。这样，就可以使供给1个固体发光元件的电流大于指定值。因此，与现有技术相比，可以用明亮的光照明空间光调制装置。另外，偏振光合成部透过第1振动方向的偏振光、例如p偏振光。此外，偏振光合成部反射第2振动方向的偏振光、例如s偏振光。因此，偏振光合成部向照明方向交替地射出p偏振光和s偏振光。相位调制元件将来自偏振光合成部的偏振光向第1振动方向的偏振光或第2振动方向的偏振光变换。例如，相位调制元件在从偏振光合成部射出p偏振光时原样地透过p偏振光。对此，相位调制元件在从偏振光合成部射出s偏振光时使相位旋转90°，变换为p偏振光。作为相位调制元件，可以使用例如液晶面板。这样，可以向照明方向供给特定的振动方向的、例如p偏振光。进而，振动方向调制成一致的偏振光入射到棒状积分器上。入射光通过在棒状积分器内反复反射，强度分布被大致均匀化而射出。进而，在棒状积分器的照明方向侧形成透过特定的波长区域的光而反射与特定的波长区域不同的其它波长区域的光的滤色器。例如，考虑是透过R光而反射G光和白光的R光用滤色器。来自棒状积分器的光之中入射到R光用滤色器上的R光原样地透过。对此，来自棒状积分器的光之中入射到R光用滤色器上的G光、B光反射。在棒状积分器的光源侧的端面形成反射由滤色器反射的向固体发光元件的方向行进的光的反射部。因此，在棒状积分器内向固体发光元件的方向行进的G光、B光由反射部再次反射。被反射的G光、B光在棒状积分器内行进，到达滤色器。而且，入射到与第1次入射的滤色器不同的滤色器上，例如入射到G光用滤色器或B光用滤色器上。由此，G光或B光便透过滤色器而向照明方向射出。第2次没有透过滤色器的光再次反复进行同样的步骤。这样，最后除了光学部件吸收的成分外，所有的光都可以射出棒状积分器。结果，可以用均匀的强度分布的明亮的光照明空间光调制装置。因此，可以实现获得均匀的强度分布的明亮的图像的小型的图像显示装置。

此外，按照本发明的优选的方式，优选地至少2个固体发光元件由第1固体发光元件和第2固体发光元件构成，将第1固体发光元件和第2固体发光元件交替地间歇式地点亮。通过将2个固体发光元件交替地间歇式地点亮，可以使供给1个固体发光元件的电流值比单个连续点亮时增大。因此，可以获得比现有技术明亮的图像。

另外，按照本发明的优选的方式，优选地至少2个固体发光元件由第1固体发光元件和第2固体发光元件构成，将第1固体发光元件连续点亮，而当来自第1固体发光元件的光的强度小于等于指定值时，将第1固体发光元件熄灭，点亮第2固体发光元件。例如，用比现有技术大的电流值驱动第1固体发光元件。由此，可以得到比现有技术明亮的图像。这样用大的电流值驱动固体发光元件时，点亮寿命将缩短。在方式中，当第1固体发光元件的点亮寿命结束时，切换到第2固体发光元件。然后，用比现有技术大的电流值连续地点亮第2固体发光元件。因此，可以得到明亮的图像。

此外，按照本发明的优选的方式，优选地偏振光合成部具有无机偏振片。由此，可将无机偏振片用例如铝等金属简单地形成偏振片。另外，偏振片对偏振分离的角度依赖性比偏振分光器小。因此，可以有效地进行偏振分离，结果，可以提高光的利用效率。

另外，按照本发明的优选的方式，优选地至少2个固体发光元件具有3个或3个以上的固体发光元件。由此，可以得到更明亮的图像。

另外，按照本发明的优选的方式，优选地棒状积分器是内面形成反射面的中空形状。由此，可以使角度大于全反射角度的光在内面反复进行反射。因此，可以进一步提高光的利用效率。

进而，按照本发明，提供的投影机，其特征在于，具有：图像显示装置，其包括，供给光的至少2个固体发光元件、通过使第1振动方向的偏振光透过或反射并使与第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过而用于将第1振动方向的偏振光和第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部、将来自偏振光合成部的偏振光向第1振动方向的偏振光或第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件、用于使来自固体发光元件的光的强度分布大致均匀的棒状积分器、使来自棒状积分器的光之中的特定的波长区域的光透过而将与特定的波长区域不同的其它波长区域的光反射的滤色器、在棒状积分器的上述相位调制元件侧的端面形成的将由滤色器反射而向上述固体发光元件的方向行进的光反射的反射部、以及将来自棒状积分器的光根据图像信号进行调制的空间光调制装置；以及将来自图像显示装置的光投影的投影透镜。本投影机，具有上述的图像显示装置。因此，可以用小型的投影机获得明亮的投影像。

附图说明

图1是实施例1的照明装置的概要结构图。

图2A是现有技术的照明装置的驱动定时图。

图2B和图2C是实施例1的照明装置的驱动定时图。

图3是实施例1的照明装置的变形例的概要结构图。

图4是实施例1的照明装置的另一变形例的概要结构图。

图5是实施例2的照明装置的概要结构图。

图6是实施例3的投影机的概要结构图。

图7是实施例4的投影机的概要结构图。

图8A和图8B是实施例4的点亮定时的说明图。

图9是实施例5的投影机的概要结构图。

图10是实施例6的投影机的概要结构图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明进一步进行详细说明。

图1表示本发明的实施例1的照明装置100的概要结构。照明装置100具有作为第1固体发光元件的第1LED101a和作为第2固体发光元件的第2LED101b。第1LED101a和第2LED101b都射出同一波长区域的光、例如G光。首先，说明来自第1LED101a的G光。来自第1LED101a的G光入射到准直透镜CLa上。准直透镜CLa将入射光变换为大致平行光而射出。大致平行光入射到作为偏振光合成部的偏振分光器104上。作为波长板的λ/4波长板102a和第1反射型偏振片103a用光学透明的粘接剂固定在偏振分光器104的第1LED101a侧的面上。

第1反射型偏振片103a透过第1振动方向或第2振动方向的偏振光、例如p偏振光而反射其它振动方向的偏振光、例如s偏振光。作为第1反射型偏振片103a，可以使用在由光学透明的玻璃部件构成的基板上将由金属、例如铝构成的金属丝设置成格子状的金属丝网型偏振器。金属丝网型偏振器透过振动方向与金属丝大致垂直的偏振光而反射振动方向与金属丝大致平行的偏振光。通过将金属丝网型偏振器设置成金属丝与特定的振动方向的偏振光的振动方向大致垂直，可以仅使特定的振动方向的偏振光透过。在本实施例中，第1反射型偏振片103a透过例如p偏振光。

透过的p偏振光入射到偏振分光器104上。偏振分光器104，其偏振膜105相对于光轴AX形成约45°角。偏振膜105透过p偏振光而反射s偏振光。因此，透过第1反射型偏振片103a的p偏振光透过偏振分光器104而向照明方向IL射出。

另外，与由第1反射型偏振片103a反射的p偏振光不同的成分、例如s偏振光透过作为波长板的λ/4波长板102a而向第1LED101a的方向返回。第1LED101a具有将由第1反射型偏振片103a反射的向第1LED101a的方向行进的光向作为偏振光合成部的偏振分光器104的方向反射的反射部101r。反射部101r兼备具有反射性的金属电极的功能。由反射部101r反射的s偏振光再次透过λ/4波长板102a。偏振光往复2次通过λ/4波长板102a后，振动方向就旋转90°。结果，s偏振光2次通过λ/4波长板102a之后就被变换为p偏振光。被变换的p偏振光透过第1反射型偏振片103a，从偏振分光器104射出。这样，通过在第1反射型偏振片103a与反射部101r之间的反复反射，相位发生变化，成为p偏振光的光从反射型偏振片103a射出。如果不考虑光的吸收、损失，则反复反射的光最后全部成为p偏振光而射出。这样，便可高效地使用来自第1LED101a的光。

下面，说明作为第2固体发光元件的第2LED101b。如上所述，第2LED101b射出与第1LED101a相同波长区域的G光。来自第2LED101b的G光入射到准直透镜CLb上。准直透镜CLb将入射光变换为大致平行光而射出。大致平行光入射到作为偏振光合成部的偏振分光器104上。作为波长板的λ/4波长板102b和第2反射型偏振片103b用光学透明的粘接剂固定到偏振分光器104的第2LED101b侧的面上。

第2反射型偏振片103b透过例如s偏振光而反射p偏振光。透过第2反射型偏振片103b的s偏振光入射到偏振分光器104上。偏振膜105透过p偏振光而反射s偏振光。因此，透过第2反射型偏振片103b的s偏振光由偏振分光器104的偏振膜105反射后向照明方向IL射出。

另外，由第2反射型偏振片103b反射的p偏振光透过作为波长板的λ/4波长板102b向第2LED101b的方向返回。第2LED101b具有将由第2反射型偏振片103b反射的向第2LED101b的方向行进的光向作为偏振光合成部的偏振分光器104的方向反射的反射部101r。由反射部101r反射的p偏振光再次透过λ/4波长板102b。往复2次通过λ/4波长板102b时，其振动方向旋转90°。结果，p偏振光2次通过λ/4波长板102b后被变换为s偏振光。被变换的s偏振光透过第2反射型偏振片103b。并且，透过的s偏振光由偏振分光器104的偏振膜105反射而射出。通过这样地在第2反射型偏振片103b与反射部101R之间反复反射，相位发生变化而成为s偏振光的光从第2反射型偏振片103b射出。如果不考虑光的吸收、损失，则反复反射的光最后就成为s偏振光而射出。这样，便可高效率地使用来自第2LED101b的光。另外，从照明方向IL看照明装置100时，第1LED101a和第2LED101b配置在光学等效的位置上。这样，不会使固体发光元件的发光区域的面积增加，而可以将来自至少2个固体发光元件101a、101b的光导引到同一照明方向IL的光路上。

另外，也可以使用以往应用多个偏振分光器阵列的偏振变换元件取代反射型偏振片。当使用偏振分光器阵列时，发光区域的面积将增加。因此，在满足预先确定的指定的广度时，可以使用偏振分光器阵列。

另外，即使在不使用作为波长板的λ/4波长板102a、102b时，虽然偏振变换效率多少会降低，但也可以得到高辉度的光利用效率高的照明光。

作为相位调制元件的液晶型的调制元件，例如，液晶面板106根据输入信号调制入射光而射出。另外，液晶面板106不需要偏振片等，可以使用例如TN模式的液晶面板。液晶面板106可以将例如s偏振光容易地变换为p偏振光。这样，本照明装置可供给偏振成分一致的照明光。这样，便可向照明方向IL供给偏振成分一致的高辉度的光利用效率高的照明光。

另外，优选地使第1LED101a和第2LED101b交替地点亮和熄灭。固体发光元件，例如LED通过间歇式地驱动可以降低温度上升。降低的温度上升则增大注入电流。增大了注入电流就增加了光束量。因此，通过间歇式地驱动2个LED101a、101b可以增加各LED的光束量，从而可以得到高辉度的照明光。

图2A表示现有技术中的驱动1个LED时的点亮时间(横轴：时间t)与注入电流(纵轴：电流I)的关系。图2B表示第1LED101a的点亮时间与注入电流的关系。此外，图2C表示第2LED101b的点亮时间与注入电流的关系。如图2B、图2C所示，当将2个LED101a、101b交替地间歇式地点亮时，与现有技术相比可以使各LED的点亮时间减少为1/2。点亮时间缩短之后，与现有技术相比可以使注入电流增大为2倍。结果，可以得到高辉度的照明光。

另外，也可以使向LED101a、101b的注入电流采用与现有技术相同的电流值I。这时，通过间歇式地驱动可以降低发热量，从而可以提高LED101a、101b的发光效率。因此，这种情况下也可以得到高辉度的照明光。

此外，使交替地间歇式地驱动2个LED101a、101b的定时同步地驱动作为相位调制元件的液晶面板106。例如，当第1LED101a点亮时，液晶面板106为截止状态，p偏振光原样地透过。对此，当第1LED101a熄灭而第2LED101b点亮时，液晶面板106为导通状态，使p偏振光旋转90°变换为s偏振光而透过。这样，便可得到例如调制成一致的p偏振光的高辉度的照明光。另外，液晶面板106也可以采用在截止状态使相位旋转而在导通状态使偏振光原样地透过的结构。

进而，作为相位调制元件，也可以使用PLZT等的强电介质。PLZT是具有电光效应(ELectro-optic Effect：EO效应)的材料，当给这些晶体或陶瓷施加电场后折射率发生变化。通过折射率的变化可以使相位旋转。

此外，作为固体发光元件的LED的数量不限于2个，也可以构成3个或3个以上。例如，图3是使用3个LED101a、101b、101c的照明装置300的结构例。从LED101a、101b到液晶面板106的结构与上述照明装置100相同。此外，还具有第3LED101c、偏振分光器114、偏振膜115和液晶面板116。构成为利用与上述第2LED101b相同的光学系统从第3LED101c有效地导引出s偏振光。并且，最后通过液晶面板116变换为p偏振光。由此，可以得到更高辉度的照明光。另外，在本变形例的情况下，1个LED的点亮时间可以是T/3。

此外，作为其它变形例，图4表示使用4个LED的照明装置400的概要结构。照明装置400由2组照明装置100相对组合构成。各自的来自照明装置100的G光分别由3角棱镜401a、401b导向棒状透镜401。在本变形例的情况下，1个LED的点亮时间可以是T/2。按照本变形例，可以得到更高辉度的照明光。

图5表示本发明的实施例2的照明装置500的概要结构。对于与上述实施例1相同的部分标以相同的符号，并省略其重复的说明。本实施例使用反射镜501取代反射型偏振片。反射镜501固定在偏振分光器104的向与照明方向IL不同的方向射出的面上。来自第1LED101a的光入射到偏振分光器104的偏振膜105上。例如，偏振膜105透过p偏振光而反射s偏振光。由偏振膜105反射的s偏振光光路弯曲90°后入射到反射镜501上。并且，由反射镜501反射的s偏振光由偏振膜105向第1LED101a的方向反射。被反射的s偏振光透过λ/4波长板102a、准直透镜CLa，由反射部101r反射。并且，被反射的s偏振光再次透过λ/4波长板102a。s偏振光通过2次透过λ/4波长板102a被变换为p偏振光。变换的p偏振光透过偏振膜105从偏振分光器104射出。

下面，说明来自第2LED101b的光。来自第2LED101b的光入射到偏振分光器104的偏振膜105上。由偏振膜105反射的s偏振光光路弯曲90°后从偏振分光器104射出。对此，透过偏振膜105的p偏振光入射到反射镜501上。并且，由反射镜501反射的p偏振光透过偏振膜105。透过的s偏振光透过λ/4波长板102b、准直透镜CLb，由反射部101r反射。被反射的s偏振光再次透过λ/4波长板102b。并且，p偏振光2次透过λ/4波长板后被变换为s偏振光。变换的s偏振光由偏振膜105反射从偏振分光器104射出。

并且，与上述实施例1同样，交替地间歇式地驱动第1LED101a、第2LED101b。同时，与间歇式驱动的定时同步地切换液晶面板106的导通和截止。由此，可得到调制成一致的高辉度的光利用效率高的偏振方向的例如p偏振的照明光。

图6表示本发明的实施例3的投影机600的概要结构。投影机600具有供给作为第1色光的R光的第1光源部601R、供给作为第2色光的G光的作为上述实施例1中所述的照明装置100的第2光源部和供给作为第3色光的B光的第3光源部601B。各光源部都是由LED构成的固体发光元件。

来自第1光源部601R的R光透过准直透镜602R，入射到偏振变换元件603R上。偏振变换元件603R将R光变换为具有特定的振动方向的偏振光、例如p偏振光。经过偏振变换的R光入射到作为第1色光用空间光调制装置的R光用空间光调制装置610R上。R光用空间光调制装置610R是根据图像信号调制R光的透过型的液晶显示装置。R光用空间光调制装置610R具有液晶面板615R、第1偏振片616R和第2偏振片617R。

第1偏振片616R使变换为p偏振光的R光透过而入射到液晶面板615R上。液晶面板615R根据图像信号调制p偏振光，将其变换为s偏振光。第2偏振片617R射出由液晶面板615R变换为s偏振光的R光。这样，R光用空间光调制装置610R就调制来自第1光源部601R的R光。由R光用空间光调制装置610R变换为s偏振光的R光入射到十字分色棱镜612上。

来自作为第2光源部的照明装置100的G光入射到偏振变换元件603G上。偏振变换元件603G将G光变换为具有特定的振动方向的偏振光、例如s偏振光。经过偏振变换的G光入射到作为第2色光用空间光调制装置的G光用空间光调制装置610G上。G光用空间光调制装置610G是根据图像信号调制G光的透过型的液晶显示装置。G光用空间光调制装置610G具有液晶面板615G、第1偏振片616G和第2偏振片617G。

第1偏振片616G透过被变换为s偏振光的G光，入射到液晶面板615G上。液晶面板615G根据图像信号调制s偏振光，将其变换为p偏振光。第2偏振片617G射出由液晶面板615G变换为p偏振光的G光。这样，G光用空间光调制装置610G就调制来自第2光源部100的G光。由G光用空间光调制装置610G变换为p偏振光的G光入射到十字分色棱镜612上。

来自第3光源部601B的B光透过准直透镜602B，入射到偏振变换元件603B上。偏振变换元件603B将B光变换为具有特定的振动方向的偏振光、例如p偏振光。经过偏振变换的B光入射到作为第3色光用空间光调制装置的B光用空间光调制装置610b上。B光用空间光调制装置610b是根据图像信号调制B光的透过型的液晶显示装置。B光用空间光调制装置610B具有液晶面板615B、第1偏振片616B和第2偏振片617B。

第1偏振片616B使被变换为p偏振光的B光透过而入射到液晶面板615B上。液晶面板615B根据图像信号调制p偏振光，将其变换为s偏振光。第2偏振片617B射出由液晶面板615B变换为s偏振光的B光。这样，B光用空间光调制装置610B就调制来自第3光源部601B的B光。由B光用空间光调制装置610B变换为s偏振光的B光入射到十字分色棱镜612上。

十字分色棱镜612具有2个分色膜612a、612b。2个分色膜612a、612b交叉地配置成X形。分色膜612a反射作为s偏振光的R光而透过作为p偏振光的G光。分色膜612b反射作为s偏振光的B光而透过作为p偏振光的G光。这样，十字分色棱镜612对分别由第1色光用空间光调制装置610R、第2色光用空间光调制装置610G、第3色光用空间光调制装置610B调制的R光、G光、B光进行合成。投影透镜630将由十字分色棱镜612合成的光投影到屏幕640上。

投影机600使用了光利用效率高的供给高辉度的光的照明装置100。因此，可以得到明亮的高质量的良好的投影像。特别是在上述结构中，为了通过投影R光、G光、B光而得到整体上白色的投影图像，需要使G光的光束量约为全体的光束量的60％～80％。因此，当作为单个的固体发光元件的LED射出的光束量相同时，需要将照明装置100的LED配置得比第1光源部601R或第3光源部601B的LED多。在本实施例中，照明装置100间歇式地驱动2个LED101a、101b。因此，如实施例1所述的那样，来自作为第2光源部的照明装置100的G光的光束量能够比来自由单个的LED构成的第1光源部601R或第3光源部601B的光束量大。此外，作为第2光源部的照明装置100的发光面积与单个的LED时相同。因此，对于G光来说，可以不增加广度而得到高辉度的照明光。结果，可以得到良好的投影像。

图7表示本发明的实施例4的投影机700的概要结构。作为第1固体发光元件的第1LED701a和作为第2固体发光元件的第2LED701b供给白色光。这里，所谓白色光，包括光谱分布连续的宽的波长区域的光和光谱分布在R光、G光、B光处分别离散地具有峰值波长的光。第1LED701a和第2LED701b的结构相同。因此，以第1LED701a为例进行说明。从第1LED701a射出的光由反射器702a向偏振分光器704侧反射。此外，具有正的光焦度(refracting power，折射能力)的聚焦透镜703a使从第1LED701a直接入射的光和由反射器702a反射的光向后述的开口部708的位置聚焦。由此，来自第1LED701a的光向偏振分光器704的指定面入射。来自第2LED701b的光也与来自第1LED701a的光一样向偏振分光器704的另一面入射。

作为偏振光合成部的偏振分光器704由将2个三角棱镜粘接而构成。在粘接面上，形成有由电介质多层膜构成的偏振膜704a。偏振膜704a透过作为第1振动方向的偏振光的例如p偏振光。此外，偏振膜704a反射作为与第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光的例如s偏振光。由此，偏振分光器704使来自第1LED701a的光中的p偏振光成分透过而向照明方向射出。此外，偏振分光器704反射来自第2LED701b的光中的s偏振光成分而使其向照明方向射出。另外，也可以是偏振膜704a反射p偏振光而透过s偏振光的结构。

从偏振分光器704射出的p偏振光和s偏振光向作为相位调制元件的液晶面板705入射。液晶面板705具有廉价易于使用的优点。如后面所述，当第1LED701a点亮时，第2LED701b熄灭。另外，当第1LED701a熄灭时，第2LED701b点亮。并且，液晶面板705根据输入信号使入射光的振动方向旋转90°。例如，当来自第1LED701a的p偏振光入射时，液晶面板705不使其振动方向旋转而原样地作为p偏振光透过。对此，当来自第2LED701B的s偏振光时，液晶面板705根据输入信号使其振动方向旋转90°，将其变换为p偏振光而透过。由此，当透过液晶面板705后，可以得到振动方向一致的p偏振光。

透过液晶面板705的p偏振光从具有固体棒状积分器的功能的三角棱镜706的一方的面入射。在三角棱镜706的入射面上形成有开口部708。在开口部708的周围设置了作为反射部的反射镜707。聚焦透镜703a、703b，如上述那样向开口部708附近聚焦光。因此，来自第1LED701a、第2LED701b的光有效地向三角棱镜706入射。入射到三角棱镜706上的p偏振光由斜面反射后光路弯曲90°。光路弯曲后的p偏振光向棒状积分器709入射。棒状积分器709是内面形成反射面的中空形状。三角棱镜706固定到棒状积分器709的一方的端面上。由三角棱镜706和棒状积分器709作为一体的积分光学元件发挥作用。入射的光通过在棒状积分器709内反复反射，强度分布大致均匀化而射出。特别是通过使用中空形状的棒状积分器709，可以使用角度比全反射角度大的光在内面反复进行反射。因此，可以进一步提高光的利用效率。

在棒状积分器709的照明方向侧，形成透过特定的波长区域的光而反射与特定的波长区域不同的其它波长区域的光的滤色器710。以R光用滤色器、G光用滤色器、B光用滤色器的3个滤色器为1组，滤色器710由多个组的滤色器构成。R光用滤色器透过R光而反射其它的色光。G光用滤色器透过G光而反射其它的色光。B光用滤色器透过B光而反射其它的色光。并且，各色光用滤色器分别与空间光调制装置711的各像素对应地形成。

来自棒状积分器709的光之中入射到R光用滤色器上的R光原样地透过。对此，来自棒状积分器709的光之中入射到R光用滤色器上的G光、B光反射。如上所述，在棒状积分器709和三角棱镜706的光源侧的端面上形成有反射由滤色器710反射而向第1LED701a的方向行进的光的作为反射部的反射镜707。

在棒状积分器709内向固体发光元件的方向行进的G光、B光被反射镜707再次反射。被反射的G光、B光在棒状积分器709内行进，到达滤色器710。这里，G光、B光入射到与第1次入射的滤色器710不同的滤色器710、例如G光用滤色器或B光用滤色器上。由此，G光或B光透过滤色器710而向照明方向射出。第2次未透过滤色器710的光再次反复进行相同的步骤。由此，最后除了光学部件吸收的成分外，所有的光都可以从棒状积分器709射出。结果，可以用具有均匀的强度分布的明亮的光照明空间光调制装置711。通过使用这样的滤色器710的光的再循环，与现有技术相比，可以将光的利用效率提高到例如约1.6倍。

空间光调制装置711根据图像信号调制入射光而射出。空间光调制装置711可以使用例如透过型的液晶面板。这样，可以用小型装置得到具有均匀的强度分布的明亮的图像。另外，从第1LED701a、第2LED701b到空间光调制装置711构成图像显示装置。

投影透镜712将由空间光调制装置711调制的图像放大并投影到屏幕713上。由此，可以得到明亮的具有均匀的强度分布的全彩色投影像。

下面，参照图8a、图8B说明第1LED701a、第2LED701b的点亮定时。在本实施例中，如上所述，有选择地将2个LED701a、701b的一方点亮而使另一方熄灭。这样，可以使供给1个LED的电流大于指定值。因此，与现有技术相比，可以用明亮的光照明空间光调制装置711。例如，图8A分别表示横轴为点亮时间T、纵轴为任意的光强度In。在图8A中，首先，将第1LED701a连续地点亮画斜线的点亮时间T1。然后，当来自第1LED701a的光的强度小于等于指定值时，例如第1LED701a的点亮寿命结束时，就使第1LED701a熄灭，将第2LED701b点亮。并且，用比现有技术大的电流值驱动第1LED701a、第2LED701b。在本实施例中，例如用额定电流值的约1.3倍的电流值进行驱动。由此，便可得到比现有技术明亮的图像。这样用大的电流值驱动作为固体发光元件的LED时，点亮寿命将缩短。在本实施例中，第1LED701a的点亮寿命结束时，切换到第2LED701b。并且，将第2LED701B连续地点亮。因此，可以用与现有的具有单个的LED的光源相同的点亮寿命时间Tend得到明亮的图像。

下面，参照图8B说明点亮定时的其它例子。在将第1LED701a点亮画斜线的时间T3之后，使第2LED701b点亮时间T4。并且，将第1LED701a和第2LED701b交替地间歇式地点亮。通过将2个固体发光元件交替地间歇式点亮，可以使供给1个作为固体发光元件的LED的电流值比单个连续地点亮时要大。因此，可以用与现有的具有单个的LED的光源相同的点亮寿命时间Tend得到明亮的图像。这里，空间光调制装置711用60Hz的信号驱动图像信号的1帧。因此，可以将作为相位调制元件的液晶面板705的切换周期和LED的点亮切换周期采用例如60Hz。

图9表示本发明的实施例5的投影机900的概要结构。在本实施例中，与上述实施例4不同的地方是使用了3个LED。对于与实施例4相同的部分标以相同的符号，并省略重复的说明。在本实施例中，具有第1LED901a、第2LED901b、第3LE得901c这3个LED。各LED都供给白色光。与实施例4一样，在第1LED901a的附近配置了反射器902a和聚焦透镜903a。在第2LED901b的附近配置了反射器902b和聚焦透镜903b。反射器902a、902b和聚焦透镜903a、903b具有将来自LED901a、901b的光向开口部708附近聚焦的光焦度。来自第1LED901a和第2LED901b的光由偏振分光器9合成而射出。被合成的光由作为偏振变换元件的液晶面板905调制成s偏振光。调制成s偏振光的光向偏振分光器914入射。

此外，来自第3LED901c的光由反射器902c和聚焦透镜903c聚焦到开口部708附近。来自第3LED901c的光也向偏振分光器914入射。偏振分光器914透过p偏振光而反射s偏振光。作为偏振变换元件的液晶面板915将入射光调制成例如p偏振光而射出。

被调制成p偏振光的来自3个LED901a、901b、901c的白色光在与实施例4中说明的相同的光路中行进，向空间光调制装置711入射。在本实施例中，将3个LED901a、901b、901c交替地间歇式地点亮。由此，与实施例4相比，可以缩短1个LED的点亮时间。结果，可以进一步增大例如在1个LED流动的电流值，所以，可以获得更明亮的照明。此外，如使用图8A说明的那样，也可以直到点亮寿命结束将各LED901a、901b、901c顺序点亮。

图10表示本发明的实施例6的投影机1000的概要结构。在本实施例中，与上述实施例4不同的地方是使用反射型偏振片取代了偏振分光器。对于与实施例4相同的部分标以相同的符号，并省略重复的说明。

作为反射型偏振片，可以使用无机偏振片1004。作为无机偏振片1004的例子，有金属制成的例如铝制的偏振片。反射型的无机偏振片与偏振分光器相比，偏振分离特性对入射角度的依赖性小。由此，就可以有效地使用来自LED的光。此外，可以用铝等金属简单地形成无机偏振片1004。

按照本发明，可以用小型的投影机获得明亮的具有均匀的强度分布的投影像。此外，供给白色光的各LED可以是具有R光芯片、G光芯片和B光芯片的类型和使用荧光体射出白色光的类型。而且，相位调制装置不限于液晶面板。例如，也可以使用高速地切换磁性偏振的调制元件。此外，作为空间光调制装置不限于设置透过型液晶显示装置的投影机，例如，也可以是使用反射型液晶显示装置的投影机。

Claims (12)

1.一种照明装置，其特征在于，具有：

供给光的第1固体发光元件和第2固体发光元件的至少2个固体发光元件；

用于通过将第1振动方向的偏振光透过或反射、将与上述第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过、而将上述第1振动方向的偏振光和上述第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部；

以及

将来自上述偏振光合成部的偏振光向上述第1振动方向的偏振光或上述第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件。

2.按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，具有：

设置在至少2个上述固体发光元件与上述偏振光合成部之间的、将来自上述固体发光元件的光之中的上述第1振动方向或上述第2振动方向的偏振光透过而反射其它振动方向的偏振光的反射型偏振片；以及

将由上述反射型偏振片反射的向上述固体发光元件的方向行进的光向上述偏振光合成部的方向反射的反射部。

3.按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，具有：

将从上述偏振光合成部向与上述照明方向不同的方向射出的偏振光向上述偏振光合成部的方向反射的反射镜；以及

将由上述反射镜反射的向上述固体发光元件的方向行进的光向上述偏振光合成部的方向反射的反射部。

4.按权利要求1～3的任意一项所述的照明装置，其特征在于：上述相位调制元件是液晶型的调制元件。

5.一种投影机，其特征在于，具有：

照明装置，其包括：供给光的第1固体发光元件和第2固体发光元件的至少2个固体发光元件、用于通过将第1振动方向的偏振光透过或反射并将与上述第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过而将上述第1振动方向的偏振光和上述第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部、和将来自上述偏振光合成部的偏振光向上述第1振动方向的偏振光或上述第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件；

将来自上述照明装置的照明光根据图像信号进行调制的空间光调制装置；以及

对被调制的光进行投影的投影透镜。

6.一种图像显示装置，其特征在于，具有：

供给光的至少2个固体发光元件；

用于通过将第1振动方向的偏振光透过或反射、将与上述第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过、而将上述第1振动方向的偏振光和上述第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部；

将来自上述偏振光合成部的偏振光向上述第1振动方向的偏振光或上述第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件；

用于使来自上述固体发光元件的光的强度分布大致均匀的棒状积分器；

将来自上述棒状积分器的光之中的特定的波长区域的光透过、将与上述特定的波长区域不同的其它波长区域的光反射的滤色器；

在上述棒状积分器的上述相位调制元件侧的端面形成的、将由上述滤色器反射而向上述固体发光元件的方向行进的光反射的反射部；以及

将来自上述棒状积分器的光根据图像信号进行调制的空间光调制装置。

7.按权利要求6所述的图像显示装置，其特征在于：

至少2个上述固体发光元件由第1固体发光元件和第2固体发光元件构成；

将上述第1固体发光元件和上述第2固体发光元件交替地间歇式地点亮。

8.按权利要求6所述的图像显示装置，其特征在于：

至少2个上述固体发光元件由第1固体发光元件和第2固体发光元件构成；

将上述第1固体发光元件连续点亮，当来自上述第1固体发光元件的光的强度小于等于指定值时，将上述第1固体发光元件熄灭，而将上述第2固体发光元件点亮。

9.按权利要求6所述的图像显示装置，其特征在于：上述偏振光合成部具有无机偏振片。

10.按权利要求6所述的图像显示装置，其特征在于：至少2个上述固体发光元件具有3个或3个以上的上述固体发光元件。

11.按权利要求6所述的图像显示装置，其特征在于：上述棒状积分器是内面形成有反射面的中空形状。

12.一种投影机，其特征在于，具有：

图像显示装置，其包括：供给光的至少2个固体发光元件、用于通过将第1振动方向的偏振光透过或反射并将与上述第1振动方向大致正交的第2振动方向的偏振光反射或透过而将上述第1振动方向的偏振光和上述第2振动方向的偏振光导引到照明方向的偏振光合成部、将来自上述偏振光合成部的偏振光向上述第1振动方向的偏振光或上述第2振动方向的偏振光变换的相位调制元件、用于使来自上述固体发光元件的光的强度分布大致均匀的棒状积分器、将来自上述棒状积分器的光之中的特定的波长区域的光透过而将与上述特定的波长区域不同的其它波长区域的光反射的滤色器、在上述棒状积分器的上述相位调制元件侧的端面形成的将由上述滤色器反射而向上述固体发光元件的方向行进的光反射的反射部、和对来自上述棒状积分器的光根据图像信号进行调制的空间光调制装置；以及

对来自上述图像显示装置的光进行投影的投影透镜。

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