照明单元、投影式显示单元及直视式显示单元

摘要

本发明公开了照明单元、投影式显示单元及直视式显示单元，该照明单元包括多个光源，均包括配置为从包括单个或多个发光斑的发光区发射光的固态发光器件。固态发光器件包括发射光束的单个芯片或多个芯片。在整个光源内设置有三个以上发光斑，以使得整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束。多个光源中的两个以上光源包括发出相同波段的光的相应发光斑。

说明书

技术领域

本发明涉及使用诸如激光二极管(LD)的固态发光器件的照明单元以及包括该照明单元的投影式显示单元和直视式显示单元。 

背景技术

近年来，将图像投影在屏幕上的投影仪不仅广泛用于办公室内，而且广泛用于家庭内。该投影仪通过将来自利用灯泡的光源的光进行调制生成图像光并通过将图像光投影在屏幕上来产生显示。近来，掌上型微型投影仪、包含微型投影仪的移动电话等开始普及(例如，参见日本未审查专利申请公开第2008-134324号)。 

发明内容

作为投影仪中使用的光源，高亮度放电灯是主流。然而，放电灯具有相对大的尺寸和较大的功耗，因此诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和有机EL(OLED)的的固态发光器件代替放电灯作为光源已受到了人们的关注。与放电灯相比，这些固态发光器件不仅在尺寸和功耗上更有优势，而且在高可靠性上也更有优势。 

这里，在这种投影仪中，使用三原色(即，红色(R)、绿色(G)及蓝色(B))的光来进行彩色显示。在配置成发射每个原色光的器件(固态发光器件内的芯片)内，颜色间的发光强度(亮度)可不同，在这种情况下，难以试图提高来自照明单元的照明光(照射光)的整体亮度。这是因为，例如当三种原色中的一种颜色(例如绿色)的发光强度比另外两种颜色(例如红色和蓝色)的发光强度相对低时，如果试图调整照明光的整体 白平衡，那么需要基于相对较低的发光强度进行调整。在这种情况下，期望提出一种提高照明光亮度的技术。 

期望提供能够提高照明光亮度的照明单元以及使用这种照明单元的投影式显示单元和直视式显示单元。 

根据本发明实施方式的照明单元包括：多个光源，均包括配置为从包括单个或多个发光斑的发光区发射光的固态发光器件，其中固态发光器件包括发射光束的单个芯片或多个芯片，在整个光源内设置有三个以上发光斑，以使得整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束，以及多个光源中的两个以上光源包括各自的发出相同波段的光的发光斑。 

根据本发明实施方式的投影式显示单元包括：照明光学系统；空间调制器件，根据输入图像信号调制来自照明光学系统的光，以生成成像光；以及投影光学系统，将通过空间调制器件生成的成像光投影，照明光学系统包括多个光源，每个所述光源均包括配置为从包括单个或多个发光斑的发光区发射光的固态发光器件，其中固态发光器件包括发射光束的单个芯片或多个芯片，在整个光源内设置有三个以上发光斑，以使得整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束，以及多个光源中的两个以上光源包括各自的发出相同波段的光的发光斑。 

根据本发明实施方式的直视式显示单元包括：照明光学系统；空间调制器件，根据输入图像信号调制来自照明光学系统的光，以生成成像光；以及投影光学系统，将通过空间调制器件生成的成像光投影；以及透射屏，显示从投影光学系统所投影的成像光，照明光学系统包括多个光源，每个所述光源均包括配置为从包括单个或多个发光斑的发光区发射光的固态发光器件，其中固态发光器件包括发射光束的单个芯片或多个芯片，在整个光源内设置有三个以上发光斑，以使得整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束，以及多个光源中的两个以上光源包括各自的发出相同波段的光的发光斑。 

在根据本发明实施方式的照明单元、投影式显示单元和直视式显示单元中，整个光源内设置三个以上的发光斑，以使得整个光源发射彼此不同 的两个以上波段的光束，并且多个光源中的两个以上光源包括各自的发射相同波段的光的发光斑。因此，当照明单元发射两个以上波段的光束作为照明光时，能够调整各个波段光间的相对发光强度。 

有利地，照明单元、投影式显示单元和直视式显示单元均进一步包括一个或多个传播方向角度变换器件，均将从固态发光器件入射的光的传播方向角度变换；以及积分器，使来自传播方向角度变换器件的光所照射到的预定照明区中的照明分布均匀化。此外，有利地，积分器包括第一复眼透镜，具有接收来自传播方向角度变换器件的光的单元；以及第二复眼透镜，具有接收来自第一复眼透镜的光的单元，由传播方向角度变换器件和第一复眼透镜和第二复眼透镜构成的光学系统具有使通过第一复眼透镜中的各个单元形成在第二复眼透镜上的各个光源图像的尺寸不超过第二复眼透镜中的一个单元的尺寸的光学放大率。在该实施方式中，入射到第二复眼透镜上的光有效地到达照明区。因此，跨接多个单元形成一个光源图像是不可能的，这使得能提高照明单元的光利用率。 

根据本发明实施方式的照明单元、投影式显示单元和直视式显示单元，整个光源内设置有三个以上的发光斑，以使得整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束，多个光源中的两个以上光源包括各自的发射相同波段的光的发光斑。当照明单元发射两个以上波段的光束作为照明光时，这使得能够调整各个波段光间的相对发光强度。因此能够提高照明光的亮度。 

应当理解，前述的一般描述和随后的详细描述为示例性的，用于提供对所要求保护的本发明的进一步说明。 

附图说明

包含附图以用于提供对本发明的进一步理解，并且将附图结合于本说明书并构成本说明书的一部分。附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。 

图1A和图1B是示出了根据本发明第一实施方式的投影仪的概略构造的示图； 

图2A和图2B是示出了图1A和图1B中的投影仪内的光路的示例的示图； 

图3是示出了图1A和图1B中所示的光源单元10-1的详细构造示例的示图； 

图4A和图4B是分别示出了图1A和图1B中的光源中的芯片为顶面发光型器件时的顶面构造和截面构造的示例的示图； 

图5A和图5B是分别示出了图1A和图1B中的光源中的芯片为顶面发光型器件时的顶面构造和截面构造的其他示例的示图； 

图6A和图6B是分别示出了图1A和图1B中的光源中的芯片为顶面发光型器件时的顶面构造和截面构造的另外其他示例的示图； 

图7A到图7C是示出了图1A和图1B中的光源的芯片为顶面发光型器件时发光斑的示例的示图； 

图8A和图8B是分别示出了图1A和图1B的光源中的芯片为端面发光型器件时从发光面一侧观看固态发光器件时的截面构造和构造的示例的示图； 

图9A和图9B是分别示出了图1A和图1B的光源中的芯片为端面发光型器件时从发光面一侧观看固态发光器件时的截面构造和构造的其他示例的示图； 

图10A到10C是分别示出了图1A和图1B的光源中的芯片为端面发光型器件时从发光面一侧观看固态发光器件时的截面构造和构造的另外其他示例的示图； 

图11A和图11B是示出了图7A至图7C中的光源在XY平面内旋转90度时的构造示例的示图； 

图12A和图12B是示出了图8A和图8B中的光源在XY平面内旋转90度时的构造示例的示图； 

图13A到图13C是示出了图9A和图9B中的光源在XY平面内旋转90度时的构造示例的示图； 

图14A和图14B是示出了图1A和图1B中的复眼透镜的概略构造的示图； 

图15A和图15B是示出了图1A和图1B中的各个光源中的各颜色发光斑的排列构造示例的示意图； 

图16A和图16B是示出了图1A和图1B中的光源中的发光斑的排列构造与FFP间的关系的示例的示图； 

图17是示出了图1A和图1B的投影仪中在后阶段呈现在复眼透镜上的光源图像的示例的示意图； 

图18是示出了图1A和图1B的照明区的尺寸的示意图； 

图19A到图19C是示出了根据第二实施方式的光源单元和相位差板阵列的构造示例的示图； 

图20是示出了图19A到图19C中的分色棱镜的操作示例的示图； 

图21是示出了图19A到图19C中的相位差板阵列的概略构造示例的示图； 

图22是示出了图19A到图19C中的积分器和相位差板阵列的操作示例的示图； 

图23是示出了图19A到图19C中的积分器的后阶段呈现在复眼透镜上的光源图像的示例的示意图； 

图24A和图24B是示出了根据变形例1的投影仪的概略构造的示图； 

图25A和图25B是示出了根据变形例2的投影仪的概略构造的示图； 

图26是示出了使用实施方式和变形例中任一个的照明光学系统的背投式显示单元的概略构造示例的示图； 

图27是示出了根据另一变形例的每个光源中的各彩色发光斑的排列构造示例的示意图。 

具体实施方式

下文中，将参照附图详细说明本发明的实施方式。将以下面的顺序给出该描述。 

1.第一实施方式(使用棱镜作为光源单元内的光路合成部的示例) 

2.第二实施方式(使用分色棱镜和相位差板阵列等作为光源单元内的光路合成部的示例) 

3.变形例 

变形例1(反射型器件用作空间调制器件的示例) 

变形例2(将积分器和聚光透镜从照明光学系统中省略的示例) 

其他变形例(背投式显示单元等的示例) 

[第一实施方式] 

[投影仪1的整体构成] 

图1A和图1B示出了根据本发明第一实施方式的投影仪(投影仪1)的概略构造。该投影仪1相当于本发明一个实施方式中的“投影显示单元”的具体示例，图1A示出了从上方(y轴方向上)观察投影仪1时的构造示例，图1B示出了从侧边(x轴方向上)观察投影仪1时的构造示例。图2A和图2B示出了图1A和图1B中的投影仪1内的光路的示例。图2A示出了从上方(y轴方向上)观察投影仪1时的光路的示例，图2B示出了从侧边(x轴方向上)观察投影仪1时的光路的示例。此外，图3示出了稍后将描述的图1A、图1B、图2A和图2B中所示的光源单元10-1的详细构造示例。 

通常y轴朝向垂直方向，而x轴为水平方向，然而，相反地，y轴可朝向水平方向，而x轴可为垂直方向。下文中，为了方便起见，假设y轴朝向垂直方向且x轴为水平方向来给出描述。下文中，“水平方向”指的是x轴方向，而“垂直方向”指的是y轴方向。 

投影仪1包括例如照明光学系统1A；空间调制器件60，被配置成通过基于输入图像信号对来自照明光学系统1A的光进行调制以生成图像光(成像光)；以及投影光学系统70，被配置成将空间调制器件60中生成的图像光投影到反射型屏幕2上。这里，照明光学系统1A相当于本发明一个实施方式中的“照明单元”的具体示例。 

[照明光学系统1A的构成] 

照明光学系统1A提供用于照射空间调制器件60的照明区60A(要照射的表面)的光束。可选地，还能够在照明光学系统1A的光穿过的区域中设置一些光学器件。例如，还能够在照明光学系统1A的光穿过的区域中设置被配置为将来自照明光学系统1A的光中的可见光之外的光削弱的滤光片等。 

照明光学系统1A具有例如光源单元10-1，该光源单元10-1包括两个光源10A和10D；两个光源10B和10C；耦合透镜(传播方向角度变换器件)20B和20C；光路合成器件30；积分器40和聚光透镜50，如图1A和图1B所示。例如，光源单元10-1除了具有上述光源10A和10D之外，还具有耦合透镜20A和20D(传播方向角度变换器件)和棱镜30C，如图3中所示的。棱镜30C相当于本发明一个实施方式中的“光路合成部”的具体示例。 

棱镜30C将来自光源单元10-1内的两个光源10A和10D的光合成。光路合成器件30将来自光源单元10-1的光(在分别从光源10A和10D发射出之后进行光路合成的光)和来自光源10B和10C的光合成，并包括例如两个分色镜30A和30B。积分器40使照明区60A内的光的照度分布均匀化，并包括例如一对复眼透镜40A和40B。 

耦合透镜20A、棱镜30C、光路合成器件30、积分器40和聚光透镜50从光源10A一侧顺次排列在光源10A的光轴上。耦合透镜20D、棱镜30C、光路合成器件30、积分器40和聚光透镜50从光源10D侧顺次排列在光源10D的光轴上。光源10B的光轴与光源10A和10D的光轴相交于分色镜30A处。耦合透镜20B和分色镜30A从光源10B侧顺次排列在光 源10B的光轴上。光源10C的光轴与光源10A和10D的光轴相交于分色镜30B处。耦合透镜20C和分色镜30B从光源10C侧顺次排列在光源10C的光轴上。这里，其中，耦合透镜(传播方向角度变换器件)20A、20B、20C和20D以及积分器40相当于本发明一个实施方式中的“光学部件”(从稍后将描述的固态发光器件侧入射的光穿过光学部件并从该光学部件出射)的具体示例。 

图1A和图1B示出了投影仪1的各构成要素(不包括光源10B和10C和耦合透镜20B和20C)排列在与z轴平行的线上的情况，然而，投影仪1的构成要素的一部分可排列在不平行于z轴的线上。例如，尽管未示出，但可将照明光学系统1A布置成为通过将整个照明光学系统1A从图1A和图1B的状态旋转90度而使照明光学系统1A的光轴朝向垂直于z轴的方向。然而，在这种情况下，需要设置被配置为将从照明光学系统1A输出的光导向空间调制器件60的光学器件(例如反射镜)。此外，例如，光源单元10-1和光路合成器件30可布置成通过将光源10A、耦合透镜20A和光路合成器件30从图1A和图1B的状态旋转90度而使这些光轴朝向垂直于z轴的方向。然而，在这种情况下，需要设置被配置为将从光路合成器件30输出的光导向积分器40的光学器件(例如反射镜)。 

[光源10A、10B、10C、10D：当芯片11A为上表面发光型器件时] 

光源10A、10B、10C和10D均具有例如固态发光器件11和用于支撑固态发光器件11的封装件12(用以装配固态发光器件11的基板)，如图4A和图4B到图6A和6B所示。换言之，每个光源10A、10B、10C和10D具有用作用以在基板上支撑固态发光器件11的封装件的功能。固态发光器件11被配置成从包括一个或多个点状发光斑或一个或多个非点状发光斑的发光区发射光。固态发光器件11可包括例如如图4A和4B中所示的配置成发射预定波段的光的单个芯片11A，或者可包括例如如图5A和5B和图6A和6B中所示的配置成发射相同波段或者彼此不同波段的光的多个芯片11A。当固态发光器件11包括多个芯片11A时，这些芯片11A可以排列成例如如图5A和图5B所示的水平方向上的一行，或者排列成 例如如图6A和图6B所示的水平方向和垂直方向上的格子状。固态发光器件11中所包含的芯片11A的数量在光源10A、10B、10C和10D间可以是不同的，或者在所有光源10A、10B、10C和10D中是相同的。 

如图4A所示，当固态发光器件11包括单个芯片11A时，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)例如等于单个芯片11A的尺寸(W_V1×W_H1)。另一方面，如图5A和图6A所示，当固态发光器件11包括多个芯片11A时，固态发光器件11的尺寸例如等于所有芯片11A聚集成一个时的尺寸。当多个芯片11A在水平方向排列成一行时，在图5A的示例中，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)为W_V1×2W_H1。当多个芯片11A在水平方向和垂直方向排列成格子状时，在图6A的示例中，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)为2W_V1×2W_H1。 

芯片11A包括发光二极管(LED)、有机EL发光器件(OLED)或激光二极管(LD)。每个光源10A、10B、10C和10D中所包含的所有芯片11A可由LED、OLED或LD构成。光源10A、10B、10C和10D中的至少一个所包含的芯片11A由LED构成而其他光源中所包含的芯片11A由OLED构成也是可行的。此外，光源10A、10B、10C和10D中的至少一个所包含的芯片11A由LED构成而其他光源中所包含的芯片11A由LD构成也是可行的。再者，光源10A、10B、10C和10D中的至少一个所包含的芯片11A由OLED构成而其他光源中所包含的芯片11A由LD构成也是可行的。然而，光源10A、10B、10C和10D整体中的至少一个芯片11A由LD构成是期望的。 

各个光源10A、10B、10C和10D中所包含的芯片11A被构造成例如在光源10A和10D、光源10B和光源10C间发射彼此不同波段的光。包含在光源10A和10D中的芯片11A被配置成发射波长例如大约为400nm～500nm的光(蓝光)。包含在光源10B内的芯片11A被配置成发射波长例如大约为500nm～600nm的光(绿光)。包含在光源10C内的芯片11A被配置成发射波长例如为大约600nm～700nm的光(红光)。光源10A和10D内所包含的芯片11A可被配置成发射蓝光以外的光(即，绿光或 红光)。此外，光源10B内所包含的芯片11A可被配置成发射绿光以外的光(即，蓝光或红光)。再者，光源10C内所包含的芯片11A可被配置成发射红光以外的光(即，绿光或蓝光)。稍后将对从包含在各个光源10A、10B、10C和10D中的芯片11A(各颜色发光斑)发射的光的颜色的具体示例(图15A和图15B等)进行描述。 

如图4A和图4B到图7A、图7B和图7C所示，芯片11A具有尺寸(P_V1×P_H1)小于芯片11A的尺寸(W_V×W_H)的发光斑11B。发光斑11B相当于电流流入芯片11A以驱动芯片11A时从芯片11A发出光的区域(发光区)。当芯片11A包括LED或OLED时，发光斑11B为非点状(平面状)，然而，当芯片11A包括LD时，发光斑11B为比包括LED或OLED的发光斑11B小的点状。 

当固态发光器件11包括单个芯片11A时，发光斑11B的数量例如为一个，如图7A所示。然而，当固态发光器件11具有单片结构时，如稍后将描述的，发光斑11B的数量为两个以上，并且以下同样适用。另一方面，如图7B和图7C所示，当固态发光器件11包括多个芯片11A时，发光斑11B的数量例如等于芯片11A的数量(然而，当固态发光器件11如上所述具有单片结构时，发光斑11B的数量大于芯片11A的数量)。这里，当固态发光器件11包括单个芯片11A时，固态发光器件11的发光区的尺寸(P_V×P_H)等于发光斑11B的尺寸(P_V1×P_H1)(然而，固态发光器件11如上所述具有单片结构的情况除外)。另一方面，当固态发光器件11包括多个芯片11A时，固态发光器件11的发光区的尺寸(P_V×P_H)等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时围圈的尺寸。当多个芯片11A在水平方向排列成一行时，在图7B的示例中，发光区的尺寸(P_V×P_H)大于P_V1×2P_H1而小于W_V×W_H。当多个芯片11A在水平方向和垂直方向排列成格子状时，在图7C的示例中，发光区的尺寸(P_V×P_H)大于2P_V1×2P_H1并小于W_V×W_H。 

[光源10A、10B、10C、10D：当芯片11A为端面发光型器件时] 

这里，在图4A和图4B到图7A到图7B中，示出了芯片11A为上表面发光型器件的情况，然而，芯片11A可以是端面发光型器件，下文中将 对此进行说明。在这种情况下，每个光源10A、10B、10C和10D具有例如罐式构造，在该构造中，将包括一个或多个端面发光芯片11A的固态发光器件11容纳在由管座13和罩14所封闭的内部空间内，如图8A和图8B到图13A、图13B和图13C所示。换言之，这里，每个光源10A、10B、10C和10D均为包括固态发光器件11的封装件。 

管座13与罩14一起构成各个光源10A、10B、10C和10D的封装件。管座13具有例如被配置成支撑热沉(sub-mount)15的支撑基板13A、设置在支撑基板13A的背面上的外边框基板13B以及多个连接端子13C。 

热沉15包括具有导电散热性质的材料。支撑基板13A和外边框基板13B均为一个或多个绝缘通孔和一个或多个导电通孔形成于其中的具有导电散热性质的基板。支撑基板13A和外边框基板13B具有例如圆板状，并且以双方的中心轴重合的方式层叠(图中未显示出)。外边框基板13B的直径被制造得大于支撑基板13A的直径。外边框基板13B的外边缘在外边框基板13B的中心轴的法线的平面内形成从外边框基板13B的中心轴辐射状突出的环形凸缘。该凸缘用于限定在制造过程期间将罩14插入支撑基板并装于支撑基板13中时的基准位置。 

多个连接端子13C至少穿过支撑基板13A。多个连接端子13C中至少一个端子除外的的端子(为了方便起见，下文中称为“端子α”)逐个地电连接到各个芯片11A的电极(图中未示意性示出)中。例如，端子α在外边框基板13B一侧明显凸出，而在支撑基板13A一侧稍微凸出。多个连接端子13C中端子α除外的端子(为了方便起见，下文中称为“端子β”)电连接到所有芯片11A的其他电极(图中未示意性示出)中。例如，端子β在外边框基板13B一侧明显凸出，而端子β的支撑基板13A一侧的端缘嵌入例如支撑基板13A中。各个连接端子13C在外边框基板13B一侧明显凸出的部分相当于插入例如基板等内的部分。另一方面，多个连接端子13C在支撑基板13A一侧稍微凸出的部分相当于通过配线16与各个芯片11A逐个电连接的那部分。多个连接端子13C的嵌入支撑基板13A的部分相当于通过例如支撑基板13A和热沉15与所有芯片11A电连接的 那部分。端子α由设置于支撑基板13A和外边框基板13B内的绝缘通孔支撑，并且通过通孔与支撑基板13A和外边框基板13B绝缘和分离。此外，每个端子α通过上述绝缘部件彼此绝缘和分离。另一方面，端子β由设置于支撑基板13A和外边框基板13B内的导电通孔支撑并且与该通孔电连接。 

罩14被配置成封装固态发光器件11。罩14具有例如上端和下端设置有开口的圆柱部14A。圆柱部14A的下端与支撑基板13A的侧表面相接触，且固态发光器件11位于圆柱部14A的内部空间。罩14具有被配置为用于覆盖圆柱部14A上端侧的开口的透光窗14B。透光窗14B设置在与固态发光器件11的发光面相对的位置，并具有使从固态发光器件11输出的光透过的功能。 

如上所述，当芯片11A包括端面发光型器件时，固态发光器件11被配置成从包括一个或多个点状发光斑或一个或多个非点状发光斑的发光区发射光。固态发光器件11可包括例如被配置成发射预定波段的光的单个芯片11A，或者可包括被配置成发射相同波段的光的多个芯片11A，或者可包括被配置成发射彼此不同波段的光的多个芯片11A。固态发光器件11包括多个芯片11A时，这些芯片11A排列成如图8A和图8B和图9A和9B所示的例如水平方向上的一行，或者排列成如图11A和图11B和图12A和图12B所示的例如垂直方向上的一行。固态发光器件11中所包含的芯片11A的数量在光源10A、10B、10C和10D间可以是彼此不同的，或者在所有光源10A、10B、10C和10D中是相同的。 

如图10B和图13B所示，当固态发光器件11包括单个芯片11A时，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)例如等于单个芯片11A的尺寸(W_V1×W_H1)。然而，当固态发光器件11具有例如如图10C和图13C所示的单片结构时，尺寸如下，并且同样适用于以下。即，在图10C的示例中，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)大于W_V1×2W_H1，以及在图13C的示例中，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)大于2W_V1×W_H1。另一方面，如图8B、图9B、图11B和图12B所示，当固态发光器件11包括多个芯片11A 时，固态发光器件11的尺寸例如等于所有芯片11A聚集成一个时的尺寸。当多个芯片11A在水平方向排列成一行时，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)在图8B的示例中大于W_V1×3W_H1，而在图9B的示例中大于W_V1×2W_H1。当多个芯片11A在垂直方向排成一行时，固态发光器件11的尺寸(W_V×W_H)在图11B的示例中大于3W_V1×W_H1，而在图12B的示例中大于2W_V1×W_H1。 

芯片11A包括例如激光二极管(LD)。各个光源10A、10B、10C和10D中所包含的所有芯片11A可包括LD。可替换地，光源10A、10B、10C和10D中至少一个光源中所包含的芯片11A可包括LD，而其他光源中所包含的芯片11A可包括LED和OLED。然而，在这种情况下，也是期望光源10A、10B、10C和10D整体中的至少一个芯片11A包括LD。 

如图8A和图8B到图16A和图16B所示，芯片11A具有尺寸(P_V1×P_H1)小于芯片11A的尺寸(W_V×W_H)的发光斑11B。发光斑11B相当于电流流入芯片11A以驱动芯片11A时从芯片11A发出光的区域(发光区)。当芯片11A包括LD时，发光斑11B为比包括LED或OLED的发光斑小的点状。 

如图10A和图13B所示，当固态发光器件11包括单个芯片11A时，发光斑11B的数量例如为一个。然而，当固态发光器件11具有例如如图10C和图13C所示的单片结构时，发光斑11B的数量为两个以上(此处为两个)，并且以下同样适用。另一方面，当固态发光器件11包括多个芯片11A时，发光斑11B的数量例如等于芯片11A的数量，如图8B、图9B、图11B和图12B所示。本文中，当固态发光器件11包括单个芯片11A时，固态发光器件11的发光区的尺寸(P_V×P_H)等于发光斑11B的尺寸(P_V1×P_H1)。然而，例如如图10C和图13C所示，当固态发光器件11具有单片结构时，尺寸将为如下，并且以下同样适用。即，在图10C的示例中，固态发光器件11的发光区的尺寸(P_V×P_H)大于P_V1×2P_H1而小于W_V×W_H。此外，在图13C的示例中，固态发光器件11的发光区的尺寸(P_V×P_H)大于2P_V1×P_H1且小于W_V×W_H。另一方面，当固态发光器件11包括多个芯片11A时，固态 发光器件11的发光区的尺寸(P_V×P_H)等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时围圈的尺寸。当多个芯片11A在水平方向排列成一行时，发光区的尺寸(P_V×P_H)在图8B的示例中大于P_V1×3P_H1且小于W_V×W_H。类似地，在图9B的示例中，发光区的尺寸(P_V×P_H)大于P_V1×2P_H1并小于W_V×W_H。当多个芯片11A在垂直方向排成一行时，在图11B的示例中，发光区的尺寸(P_V×P_H)大于P_V1×3P_H1并小于W_V×W_H。类似地，在图12B的示例中，发光区的尺寸(P_V×P_H)大于2P_V1×P_H1并小于W_V×W_H。 

如图3所示，耦合透镜20A例如将从光源10A发出的光变成基本平行的光，并将光源10A发出的光的传播方向角度(θ_H，θ_V)变换成平行光的传播方向角度或使传播方向角度(θ_H，θ_V)接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20A设置在从光源10A发出的光的传播方向角度内的光所入射的位置。如图2A和图2B所示，耦合透镜20B例如将从光源10B发出的光变成基本平行的光，并将从光源10B发出的光的传播方向角度(θ_H，θ_V)变换成等于平行光的传播方向角度或使传播方向角度(θ_H，θ_V)接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20B设置在从光源10B发出的光的传播方向角度内的光所入射的位置处。如图2A和图2B所示，耦合透镜20C例如将从光源10C发出的光变成基本平行的光，并将从光源10C发出的光的传播方向角度(θ_H，θ_V)变换成等于平行光的传播方向角度或使传播方向角度(θ_H，θ_V)接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20C设置在从光源10C发出的光的传播方向角度内的光所入射的位置处。如图3所示，耦合透镜20D例如将从光源10D发出的光变成基本平行的光，并将从光源10D发出的光的传播方向角度(θ_H，θ_V)变换成等于平行光的传播方向角度或使传播方向角度(θ_H，θ_V)接近于平行光的传播方向角度。耦合透镜20D设置在从光源10D发出的光的传播方向角度内的光所入射的位置处。即，以逐个的方式分别为光源10A、10B、10C和10D设置耦合透镜20A、20B、20C和20D。每个耦合透镜20A、20B、20C和20D可包括单个透镜或多个透镜。 

分色镜30A和30B包括具有波长选择性的一个反射镜。通过例如蒸发沉积多层干涉膜来构造上述反射镜。如图2A和图2B所示，分色镜30A 被配置成例如将入射到反射镜表面的光(从光源10B入射的光)从反射镜反射，以及将从反射镜的背面入射的光(从光源10A和10D(从光源单元10-1)入射的光)透射到反射镜的表面。另一方面，如图2A和图2B所示，分色镜30B被配置成将入射到反射镜表面入射的光(从光源10C入射的光)从反射镜反射，以及将从反射镜的背面入射的光(光源10A、10B和10D入射到分色镜30A的光)透射到反射镜的表面。因此，光路合成器件30被配置成将从光源10A、10B、10C和10D发射的各光束合成单个光束。 

例如，如图14A和图14B所示，复眼透镜40A和40B均由布置成预定阵列状态(这里，为具有四行和三列的矩阵状)的多个透镜(单元)构成。包含在复眼透镜40B内的多个单元42排列成与复眼透镜40A的各个单元41一一相对。复眼透镜40A设置在复眼透镜40B的焦点位置(或者基本为焦点位置)，并且复眼透镜40B设置在复眼透镜40A的焦点位置(或者基本为焦点位置)。因此，积分器40被配置成使光束在复眼透镜40A内被分割并被形成以在复眼透镜40B的图像侧的透镜平面附近形成聚焦点并且在该平面处形成二次光源面(光源图像)。该二次光源面位于与投影光学系统70的入射光瞳共轭的平面的位置处。然而，该二次光源面不必严格地位于与投影光学系统70的入射光瞳共轭的平面的位置处，并且位于设计可允许的范围内就足以。复眼透镜40A和40B可形成为一体。 

本文中，通常，从光源10A、10B、10C和10D发出的光束在垂直于其传播方向的平面内具有不均匀的强度分布。因此，如果照现在这样将这些光束被导向照明区60A(要照射的平面)，那么照明区60A内的照度分布会是不均匀的。与之相比，如果如上所述积分器40将从光源10A、10B、10C和10D发出的光束分成多个光束，然后以重叠的方式将各个光束导向照明区60A，那么就能够使照明区60A上的照度分布均匀。 

聚光透镜50被配置成将由积分器40形成的多个光源中的光束聚集并以重叠的方式照亮照明区60A。 

空间调制器件60被配置成基于对应于光源10A、10B、10C和10D的各个波长成分的彩色图像信号对来自照明光学系统1A的光束进行二维 调制，从而生成图像光。例如，如图2A和图2B所示，空间调制器件60为透射型器件，并且包括例如透射型液晶面板。 

[投影仪1的特征部分的构成] 

接下来将描述本实施方式中的投影仪1的特征。 

[特征1] 

首先，在本实施方式中，为光源10A、10B、10C和10D整体设置三个以上发光斑11B，以发出彼此不同的两个以上波段的光(在该实施方式中，为三个波段的红光、绿光和蓝光)。此外，在这些光源10A、10B、10C和10D中的两个以上光源(在该实施方式中，为两个光源10A和10D)间(通常)设置被配置成发出相同波段的光(在该实施方式中，为红光、绿光或蓝光)的发光斑11B。此外，设置了被配置成将分别从这两个以上光源(在该实施方式中，为两个光源10A和10D)发出的相同波段的光合成的光路合成部(在该实施方式中，为棱镜30C)。换言之，在该实施方式中，整个光源内设置三个以上的发光斑，以允许整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束，并且多个光源中的两个以上光源包括发出相同波段光的相应的发光斑。此外，设置了被配置成将分别从两个以上光源发出的相同波段的光束合成的光路合成部。 

具体地说，如例如图15A和图15B示意性所示，在四个光源10A、10B、10C和10D中设置红色发光斑11Br、绿色发光斑11Bg和蓝色发光斑11Bb。即，在图15A示出的示例中，在每个光源10A和10D中，固态发光器件11具有一个绿色发光斑11Bg。在光源10B中，固态发光器件11具有一个蓝色发光斑11Bb。在光源10C中，固态发光器件11具有一个红色发光斑11Br。在图15B示出的示例中，在每个光源10A和10D中，固态发光器件11具有两个绿色发光斑11Bg。在光源10B中，固态发光器件11具有一个蓝色发光斑11Bb。在光源10C中，固态发光器件11具有一个红色发光斑11Br。此外，在图15A和图15B所示的这些示例的每一个中，在光源单元10-1内设置有被配置成将从如上所述的两个以上光源(在该 实施方式中，为两个光源10A和10D)发出的如上所述的相同波段的光(在该实施方式中，为绿光)合成的光路合成部(在该实施方式中，为棱镜30C)。 

[特征2] 

此外，在本实施方式中，当在光源10A、10B、10C和10D中的至少一个内设置有包括LD的芯片11A内的多个发光斑11B时，期望构造为如下。即，首先，期望从每个发光斑11B发射的光的远场图案(FFP)的短轴的方向与垂直于先前描述的光学部件(这里为积分器40)的光轴(这里为z轴方向)的平面(这里为xy平面)内的短轴方向(这里为y轴方向)基本一致(优选地一致)(即，从每个发光斑发出的光的远场图案的短轴方向与垂直于光学部件的光轴的平面内的光学部件的短轴方向基本一致)。换言之，期望从每个发光斑11B发出的光的FFP的短轴方向与投影仪1的单元外形(例如，矩形外壳)的短轴方向基本一致(优选为一致)。当上述光源为被配置成发射彼此不同的两个以上的波段的光的光源时，期望从每个发光斑11B发射的光的远场图案的长轴方向在两个以上波段间基本彼此一致(优选为一致)。 

具体地说，在图16A示出的示例中，在上述的光源中，设置了包含LD的两个芯片11A-1和11A-2，并且设置了包括活性层110的发光斑(近场图案：NFP)11B-1和11B-2。另一方面，在图16B示出的示例中(先前描述的单片结构的示例)，在上述的光源中，设置了包括LD的一个芯片11A，并且在11A内设置了两个发光斑11B-1和11B-2。此外，这里假定从发光斑11B-1和11B-2发射相同波段的光或彼此不同的两个波段的光。在这种情况下，从各个发光斑11B-1和11B-2发射的光的远场图案(参见图中的参考符号P11和P12)的短轴方向(这里为y轴方向)分别与垂直于积分器40的光轴的平面内的短轴方向(这里为y轴方向)一致。同样，从各个发光斑11B-1和11B-2发射的光的远场图案的长轴方向(这里为x轴方向)在这些发光斑11B-1和11B-2之间彼此一致。 

[特征3] 

此外，在本实施方式中，优选的是，以由复眼透镜40A的每个单元41形成在复眼透镜40B上的每个光源图像S的尺寸不超过复眼透镜40B的一个单元42的尺寸的方式，来设定耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距和复眼透镜40A和40B的焦距。这由下列表达式(1)到(4)表示，此外，在图17中示意性示出了此。图17示出了复眼透镜40A和40B的每个单元具有纵横比不为1的情况，稍后将具体描述图17。 

h₁＝P₁×(f_FEL/f_CL1)≤h_FEL2…(1) 

h₂＝P₂×(f_FEL/f_CL2)≤h_FEL2…(2) 

h₃＝P₃×(f_FEL/f_CL3)≤h_FEL2…(3) 

h₄＝P₄×(f_FEL/f_CL4)≤h_FEL2…(4) 

其中， 

h₁：通过光源10A的光所形成的光源图像S(光源图像S₁)的尺寸， 

h₂：通过光源10B的光所形成的光源图像S(光源图像S₂)的尺寸， 

h₃：通过光源10C的光所形成的光源图像S(光源图像S₃)的尺寸， 

h₄：通过光源10D的光所形成的光源图像S(光源图像S₄)的尺寸， 

P₁：光源10A中所包含的固态发光器件11中的发光区的尺寸， 

P₂：光源10B中所包含的固态发光器件11中的发光区的尺寸， 

P₃：光源10C中所包含的固态发光器件11中的发光区的尺寸， 

P₄：光源10D中所包含的固态发光器件11中的发光区的尺寸， 

f_FEL：复眼透镜40A和40B的焦距， 

f_CL1：耦合透镜20A的焦距， 

f_CL2：耦合透镜20B的焦距， 

f_CL3：耦合透镜20C的焦距， 

f_CL4：耦合透镜20D的焦距，以及 

h_FEL2：复眼透镜40B的一个单元42的尺寸。 

当光源10A中所包括的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P₁等于芯片11A的发光斑11B的尺寸。同样地，当光源10B中所包括的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P₂等于芯片11A的发光斑11B的尺寸。当光源10C中所包括的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P₃等于芯片11A的发光斑11B的尺寸。当光源10D中所包括的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P₄等于芯片11A的发光斑11B的尺寸。当光源10A中所包括的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P₁等于所有芯片11A的发光斑11B以最小面积被包围时的围圈的尺寸。同样地，当光源10B中所包括的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P₂等于所有芯片11A的发光斑11B以最小面积被包围时的围圈的尺寸。当光源10C中所包括的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P₃等于所有芯片11A的发光斑11B以最小面积被包围时的围圈的尺寸。当光源10D中所包括的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P₄等于所有芯片11A的发光斑11B以最小面积被包围时的围圈的尺寸。此外，当耦合透镜20A包括多个透镜时，f_CL1被认为是各个透镜的合成焦距。同样地，当耦合透镜20B包括多个透镜时，f_CL2被认为是各个透镜的合成焦距。当耦合透镜20C包括多个透镜时，f_CL3被认为是各个透镜的合成焦距。当耦合透镜20D包括多个透镜时，f_CL4被认为是各个透镜的合成焦距。 

这里，基本上等同于上述表达式(1)到(4)的表达式是指下面的表达式(5)到(8)。当固态发光器件11的发光区的尺寸基本上等于固态发光器件11的尺寸时，表达式(5)到(8)尤其有用。 

h₁＝W₁×(f_FEL/f_CL1)≤h_FEL2…(5) 

h₂＝W₂×(f_FEL/f_CL2)≤h_FEL2…(6) 

h₃＝W₃×(f_FEL/f_CL3)≤h_FEL2…(7) 

h₄＝W₄×(f_FEL/f_CL4)≤h_FEL2…(8) 

其中 

W₁：光源10A中所包含的固态发光器件11的尺寸 

W₂：光源10B中所包含的固态发光器件11的尺寸 

W₃：光源10C中所包含的固态发光器件11的尺寸 

W₄：光源10D中所包含的固态发光器件11的尺寸 

当固态发光器件11包括单个芯片11A时，W等于该芯片11A的尺寸。当固态发光器件11包括多个芯片11A时，W等于将所有芯片11A看成单个芯片时芯片的尺寸。 

在本实施方式中，例如，如图14A和图14B所示，当复眼透镜40A和40B的各个单元41和42具有不为1的纵横比时，耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距和复眼透镜40A和40B的焦距优选满足下面八个关系表达式。而且，更优选地，将耦合透镜20A、20B、20C和20D的横向焦距和纵向焦距的比(f_CL1H/f_CL1V，f_CL2H/f_CL2V，f_CL3H/f_CL3V，f_CL4H/f_CL4V)(或变形比)设定为等于复眼透镜40B的各个单元42尺寸的纵横比的倒数(h_FEL2V/h_FEL2H)，并且将照明光学系统1A形成为变形光学系统。例如，复眼透镜40B的各个单元42具有在第一方向(例如水平方向)更长的形状时，使用焦距f_CL1V、f_CL2V、f_CL3V、和f_CL4V比焦距f_CL1H、f_CL2H、f_CL3H和f_CL4H长的耦合透镜作为耦合透镜20A、20B、20C和20D。当示意性表示出下列表达式(9)到(16)时，获得图17中那些表达式。 

h_1H＝P_1H×(f_FELH/f_CL1H)≤h_FEL2H…(9) 

h_2H＝P_2H×(f_FELH/f_CL2H)≤h_FEL2H…(10) 

h_3H＝P_3H×(f_FELH/f_CL3H)≤h_FEL2H…(11) 

h_4H＝P_4H×(f_FELH/f_CL4H)≤h_FEL2H…(12) 

h_1V＝P_1V×(f_FELV/f_CL1V)≤h_FEL2V…(13) 

h_2V＝P_2V×(f_FELV/f_CL2V)≤h_FEL2V…(14) 

h_3V＝P_3V×(f_FELV/f_CL3V)≤h_FEL2V…(15) 

h_4V＝P_4V×(f_FELV/f_CL4V)≤h_FEL2V…(16) 

其中， 

h_1H：由光源10A的光形成的光源图像S(光源图像S₁)在第一方向(例如水平方向)上的尺寸 

h_2H：由光源10B的光形成的光源图像S(光源图像S₂)在第一方向(例如水平方向)上的尺寸 

h_3H：由光源10C的光形成的光源图像S(光源图像S₃)在第一方向(例如水平方向)上的尺寸 

h_4H：由光源10D的光形成的光源图像S(光源图像S₄)在第一方向(例如水平方向)上的尺寸 

h_1V：由光源10A的光形成的光源图像S(光源图像S₁)在垂直于第一方向的第二方向(例如垂直方向)上的尺寸 

h_2V：由光源10B的光形成的光源图像S(光源图像S₂)在垂直于第一方向的第二方向(例如垂直方向)上的尺寸 

h_3V：由光源10C的光形成的光源图像S(光源图像S₃)在垂直于第一方向的第二方向(例如垂直方向)上的尺寸 

h_4V：由光源10D的光形成的光源图像S(光源图像S₄)在垂直于第一方向的第二方向(例如垂直方向)上的尺寸 

P_1H：光源10A内所包含的固态发光器件11的发光区在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

P_2H：光源10B内所包含的固态发光器件11的发光区在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

P_3H：光源10C内所包含的固态发光器件11的发光区在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

P_4H：光源10D内所包含的固态发光器件11的发光区在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

P_1V：光源10A内所包含的固态发光器件11的发光区在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

P_2V：光源10B内所包含的固态发光器件11的发光区在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

P_3V：光源10C内所包含的固态发光器件11的发光区在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

P_4V：光源10D内所包含的固态发光器件11的发光区在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

f_FELH：复眼透镜40A和40B在第一方向上的焦距 

f_FELV：复眼透镜40A和40B在第二方向上的焦距 

f_CL1H：耦合透镜20A在第一方向或与第一方向相对应的方向上的焦距 

f_CL2H：耦合透镜20B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的焦距 

f_CL3H：耦合透镜20C在第一方向或与第一方向相对应的方向上的焦距 

f_CL4H：耦合透镜20D在第一方向或与第一方向相对应的方向上的焦距 

f_CL1V：耦合透镜20A在第二方向或与第二方向相对应的方向上的焦距 

f_CL2V：耦合透镜20B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的焦距 

f_CL3V：耦合透镜20C在第二方向或与第二方向相对应的方向上的焦距 

f_CL4V：耦合透镜20D在第二方向或与第二方向相对应的方向上的焦距 

h_FEL2H：复眼透镜40B的一个单元42在第一方向上的尺寸 

h_FEL2V：复眼透镜40B的一个单元42在第二方向上的尺寸 

这里，“第一方向或与第一方向相对应的方向”在光源10A、10B、10C和10D以及耦合透镜20A、20B、20C和20D布置在积分器40的光轴上时指的是第一方向。“第一方向或与第一方向相对应的方向”在光源10A、10B、10C和10D以及耦合透镜20A、20B、20C和20D布置在偏离积分器40的光轴的光路上时，指的是与设置于光源10A、10B、10C和10D与积分器40间的光路上的光学器件的布局有关的与第一方向相对应的方向。 

此外，“第二方向或与第二方向相对应的方向”在光源10A、10B、10C和10D以及耦合透镜20A、20B、20C和20D布置在积分器40的光轴上时指的是第二方向。“第二方向或与第二方向相对应的方向”在光源10A、10B、10C和10D以及耦合透镜20A、20B、20C和20D布置在偏离积分器40的光轴的光路上时，指的是与设置于光源10A、10B、10C和10D与积分器40间的光路上的光学器件的布局有关的与第二方向相对应的方向。 

当光源10A中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_1H等于该芯片11A的发光斑11B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。同样，当光源10B中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_2H等于该芯片11A的发光斑11B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。当光源10C中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_3H等于该芯片11A的发光斑11B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。当光源10D中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_4H等于芯片11A的发光斑11B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。此外，当光源10A中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_1H等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。同样，当光源10B中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_2H等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第一方向或与第一方向相对应的方 向上的尺寸。当光源10C中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_3H等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。当光源10D中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_4H等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸。另一方面，当光源10A中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_1V等于该芯片11A的发光斑11B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。同样，当光源10B中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_2V等于该芯片11A的发光斑11B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。当光源10C中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_3V等于该芯片11A的发光斑11B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。当光源10D中所包含的固态发光器件11包括单个芯片11A时，P_4V等于该芯片11A的发光斑11B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。此外，当光源10A中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_1V等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。同样，当光源10B中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_2V等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。当光源10C中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_3V等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。当光源10D中所包含的固态发光器件11包括多个芯片11A时，P_4V等于以最小面积包围所有芯片11A的发光斑11B时的围圈在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸。 

在本实施方式中，当复眼透镜40A和40B的各个单元41和42具有不为1的纵横比时，复眼透镜40A和40B的各个单元41和42的纵横比和照明区60A的纵横比优选满足下面的关系表达式(表达式(17))。这里，照明区60A的纵横比H/V(参见图18)与空间调制器件60的分辨率相关联。例如，当空间调制器件60的分辨率为VGA(640×480)时，纵横比 为640/480，并且当空间调制器件60的分辨率为WVGA(800×480)时，纵横比为800/480。 

h_FEL1H/h_FEL1V＝H/V…(18) 

其中， 

h_FEL1H：复眼透镜40A的一个单元在第一方向上的尺寸 

h_FEL1V：复眼透镜40A的一个单元在第二方向上的尺寸 

H：照明区60A在第一方向上的尺寸 

V：照明区60A在第二方向上的尺寸 

[特征4] 

此外，在本实施方式中，以入射到耦合透镜20A、20B、20C和20D上的光束尺寸不超过耦合透镜20A、20B、20C和20D的尺寸的方式，来设定耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距和数值孔径。这由下面的表达式(19)到(22)来表示。 

其中 

入射到耦合透镜20A上的光束尺寸 

入射到耦合透镜20B上的光束尺寸 

入射到耦合透镜20C上的光束尺寸 

入射到耦合透镜20D上的光束尺寸 

NA₁：耦合透镜20上的数值孔径 

NA₂：耦合透镜20B的数值孔径 

NA₃：耦合透镜20C的数值孔径 

NA₄：耦合透镜20D的数值孔径 

h_CL1：耦合透镜20A的尺寸 

h_CL2：耦合透镜20B的尺寸 

h_CL3：耦合透镜20C的尺寸 

h_CL4：耦合透镜20D的尺寸 

在该实施方式中，当耦合透镜20A、20B、20C和20D的纵横比不为1时，耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距和数值孔径优选满足下面的表达式(表达式(23)到(30))。 

其中， 

入射到耦合透镜20A上的光束在第一方向(例如水平方向)或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20B上的光束在第一方向(例如水平方向)或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20C上的光束在第一方向(例如水平方向)或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20D上的光束在第一方向(例如水平方向)或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20A上的光束在第二方向(例如垂直方向)或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20B上的光束在第二方向(例如垂直方向)或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20C上的光束在第二方向(例如垂直方向)或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

入射到耦合透镜20D上的光束在第二方向(例如垂直方向)或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

NA_1H：耦合透镜20A在第一方向或与第一方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_2H：耦合透镜20B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_3H：耦合透镜20C在第一方向或与第一方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_4H：耦合透镜20D在第一方向或与第一方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_1V：耦合透镜20A在第二方向或与第二方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_2V：耦合透镜20B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_3V：耦合透镜20C在第二方向或与第二方向相对应的方向上的数值孔径 

NA_4V：耦合透镜20D在第二方向或与第二方向相对应的方向上的数值孔径 

h_CL1H：耦合透镜20A在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL2H：耦合透镜20B在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL3H：耦合透镜20C在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL4H：耦合透镜20D在第一方向或与第一方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL1V：耦合透镜20A在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL2V：耦合透镜20B在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL3V：耦合透镜20C在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

h_CL4V：耦合透镜20D在第二方向或与第二方向相对应的方向上的尺寸 

[投影仪1的操作和效果] 

接下来，将描述本实施方式中的投影仪1的操作和效果。 

首先，在该实施方式中，如例如图15A和图15B所示，光源10A、10B、10C和10D整体上设置有三个以上发光斑11B，以发射彼此不同的两个以上波段的光(这里，三个波段的红光、绿光和蓝光)。此外，在这些光源10A、10B、10C和10D中的两个以上光源(在该实施方式中，为两个光源10A和10D)间设置被配置成发出相同波段的光(在该实施方式中，为红光、绿光或蓝光)的发光斑11B。换言之，整个光源内设置有三个以上的发光斑，以使得整个光源发射彼此不同的两个以上波段的光束，并且多个光源中的两个以上光源包括发射相同波段的光的相应的发光斑。 

这里，在投影仪中，通常使用三原色的光(即，红光、绿光和蓝光)产生彩色显示。然而，在配置成发射各原色光的器件(固态发光器件内的芯片)内，存在发光强度(亮度)在颜色间彼此不同的情况，在这种情况下，难以试图提高当前可利用的照明单元(照明光学系统)的照明光的整体亮度，这是因为，例如当三种原色中的一种颜色(例如绿光)的发光强度比另外两种颜色(例如红光和蓝光)的发光强度相对低时，如果试图调整照明光的整体白平衡，则需要基于相对较低的发光强度进行调整。 

与之相比，在该实施方式中，光源10A、10B、10C和10D具有上述的构造，因此，当从照明光学系统1A发射的两个以上波段的光束(这里为红光、绿光和蓝光)作为照明光时，能够在各个波段的光之间调整相对发光强度。因此，与以往调整照明光的整体白平衡相比，能够避免基于相对较低的发光强度进行调整，因此能够提高照明光的亮度。 

同样，在该实施方式中，例如，如图16A和图16B所示，当在光源10A、10B、10C和10D中的至少一个光源内设置包括激光二极管的芯片11A内的多个发光斑11B时，当构造为如下时获得下面的操作和效果。即，首先，当分别使从各个发光斑11B发射的光的远场图案的短轴方向与垂直于积分器40光轴的平面内的短轴方向基本一致时，远场图案的短轴方向和投影仪1的单元外形的短轴方向基本彼此一致，因此，使得能够尝试进一步缩小整个投影仪1的尺寸。此外，当上述光源为被配置成发射彼此不同的两个以上波段的光的光源时，如果使从各个发光斑11B发射的光的远场图案的长轴方向在两个以上波段间基本彼此一致，那么当例如使用切割成I形的透镜时，可减少光损失。具体地说，当使用切割成I形的透镜时，切割成I形的部分损失了光学有效范围，然而，通过使激光二极管的发射角度的长轴方向与切割成I形的部分所在的方向(有效直径较大的方向)一致，能够减少光损失。 

而且，在该实施方式中，例如，如图17所示，当以由复眼透镜40A的各个单元41在复眼透镜40B上形成的各个光源图像S的尺寸不超过复眼透镜40B的一个单元42的尺寸的方式，来设定耦合透镜20A、20B、 20C和20D的焦距f_CL1、f_CL2、f_CL3、和f_CL4和复眼透镜40A和40B的焦距f_FEL时，将带来下面的操作和效果。这里，固态发光器件11被配置成从包括一个或多个点状发光斑或一个或多个非点状发光斑的发光区发光，并且该固态发光器件包括例如一个或多个发光二极管、一个或多个有机EL发光器件或一个或多个激光二极管。由于此，即使复眼透镜40B布置在复眼透镜40A的焦点位置上，由复眼透镜40A的各个单元41形成于复眼透镜40B上的各光源图像S不为点状，但是具有一定程度的尺寸(参见图17)。然而，在该实施方式中，不跨接多个单元而形成一个光源图像S，因此，入射到复眼透镜40B上的光有效到达照明区。因此，能够提高照明光学系统1A中的光利用率。 

此外，在该实施方式中，当复眼透镜40A和40B的各个单元的纵横比不为1时，如果鉴于该纵横比来设定耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距f_CL1H、f_CL2H、f_CL3H、f_CL4H、f_CL1V、f_CL2V、f_CL3V和f_CL4V和复眼透镜40A和40B的焦距f_FELH和f_FELV时，能够进一步提高照明光学系统1A中的光利用率。而且，在该实施方式中，当耦合透镜20A、20B、20C和20D的纵横比不为1时，如果鉴于该纵横比来设定耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距f_CL1H、f_CL2H、f_CL3H、f_CL4H、f_CL1V、f_CL2V、f_CL3V和f_CL4V和耦合透镜20A、20B、20C和20D的数值孔径NA_1H、NA_2H、NA_3H、NA_4H、NA_1V、NA_2V、NA_3V和NA_4V时，能够进一步提高照明光学系统1A中的光利用率。而且，在该实施方式中，当光源10A、10B、10C和10D的传播方向角度彼此不同时，如果鉴于各个传播方向角度来设定耦合透镜20A、20B、20C和20D的焦距f_CL1H、f_CL2H、f_CL3H、f_CL4H、f_CL1V、f_CL2V、f_CL3V、和f_CL4V和数值孔径NA_1H、NA_2H、NA_3H、NA_4H、NA_1V、NA_2V、NA_3V和NA_4V，那么能够进一步提高照明光学系统1A中的光利用率。 

随后，将说明本发明的其他实施方式(第二和第三实施方式)。与上述第一实施方式相同的部件将被赋予相同的参考符号，并适当地省略其说明。 

[第二实施方式] 

图19A到图19C示出了用于根据第二实施方式的投影仪的光源单元(光源单元10-2)和相位差板阵列90的构成示例。具体地说，图19A和图19B示出了该实施方式中的光源单元10-2的详细构造示例，图19C示出了该实施方式中相位差板阵列90的构造示例。该实施方式中的投影仪设置有替代光源单元10-1的光源单元10-2，并且在上述第一实施方式中的照明光学系统1中进一步设置相位差板阵列90。 

如图19A所示，例如，光源单元10-2具有光源10A和10D、耦合透镜20A和20D以及偏振光分束器30D。可替换地，如图19B所示，例如光源单元10-2具有光源10A和10D、偏振光分束器30D和耦合透镜20E。耦合透镜20E被配置成将从光源10A和10D发射并通过偏振光分束器30D入射的光变成基本上平行的光，并且还被配置成将从光源10A和10D发射的光的传播方向角度(θ_H，θ_V)变换成等于平行光的传播方向角度或接近于该角度。如图19C所示，例如，在积分器40和聚光透镜50(或者先前描述的照明区60A)之间设置相位差板阵列90。在该实施方式中，复眼透镜40B设置在复眼透镜40A的焦点位置之前，以及相位差板阵列90设置在复眼透镜40A的焦点位置上(或基本上为焦点位置)。耦合透镜20A和20D或者耦合透镜20E、偏振光分束器30D、积分器40和相位差板阵列90相当于该本发明一个实施方式中的“光路合成部”的具体示例，并且偏振光分束器30D相当于本发明一个实施方式中的“偏光分束器”的具体示例。 

偏振光分束器30D为对入射光的偏振具有各向异性的光学器件，并且被配置成将从光源10A和10D入射的光分离(例如反射)，以使S偏振分量和P偏振分量在不同的方向上传播。具体地说，如图20所示，例如，偏振光分束器30D被配置成将从光源10A入射的光内所含有的P偏振分量的光(P偏振光Lp)以入射角和出射角彼此相等(或基本上相等)的方式选择性地透射。偏振光分束器30D被配置成将从光源10D入射的光内所含有的S偏振分量的光(S偏振光Ls)以入射角和出射角彼此不同的方式选择性地反射。这里，从偏振光分束器30D发射的P偏振光Lp的传播 方向和S偏振光Ls的传播方向关于偏振光分束器30D的法线(光轴)优选为彼此相反，并且为关于该法线(光轴)为轴对称的方向。 

与上述示例相反，还可以将偏振光分束器30D配置成例如将从光源10A入射的光内所包含的S偏振分量的光以入射角和出射角彼此相等(或基本上相等)的方式选择性地透射。在这种情况下，还能够将偏振光分束器30D配置成例如将从光源10D入射的光内所包含的P偏振分量的光以入射角和出射角彼此不同的方式选择性地反射。 

如图21所示，相位差板阵列90具有例如相位差彼此不同的第一区域90A和第二区域90B。第一区域90A设置在被偏光分束器30D分离的S偏振分量(S偏振光Ls)和P偏振分量(P偏振光Lp)中的一个偏振分量入射的位置处，并被配置成在保持偏振方向的状态下将入射到第一区域90A上的光透射。另一方面，第二区域90B设置在被偏光分束器30D分离的S偏振分量(S偏振光Ls)和P偏振分量(P偏振光Lp)中与入射到第一区域90A上的偏振分量不同的偏振分量入射的位置处，并被配置成将入射到第二区域90B上的光转换成与入射到第一区域90A上的偏振光相同的偏振光。第一区域90A和第二区域90B均为在与偏振光分束器30D内分离(反射)方向垂直的方向上延伸的带状，并且以在与偏振光分束器30D内与分离(反射)方向平行的方向交替地设置。这里，当复眼透镜40A和40B的各个单元的纵横比不为1时，第一区域90A和第二区域90B优选均在与复眼透镜40A和40B的长边方向垂直的方向上延伸。 

彼此相邻的第一区域90A和第二区域90B的总宽度A_array等于例如复眼透镜40B的一个单元42的宽度。当第一区域90A和第二区域90B布置在例如如图21所示的水平方向上时，宽度A_array等于例如单元42的水平方向上的宽度(h_FEL2H)。当第一区域90A和第二区域90B布置于垂直方向上时，虽然未示出，但是宽度A_array等于例如单元42在垂直方向上的宽度(h_FEL2V)。第一区域90A的宽度h_AWP1和第二区域90B的宽度h_AWP2例如彼此相等。 

由于这种构造，在光源单元10-2内，例如如图22所示，从偏振光分束器30D发射的S偏振光Ls在积分器40内形成多个微小的光束并入射到相位差板阵列90的第一区域90A。然后，入射到第一区域90A上的S偏振光Ls穿过相位差板阵列90并出射，同时保持其偏振方向。另一方面，从偏振光分束器30D发射的P偏振光Lp在积分器40内形成多个微小的光束并入射到相位差板阵列90的第二区域90B。然后，入射到第二区域90B上的P偏振光Lp被转换成与入射到第一区域90A上的偏振光(这里为S偏振光Ls)相等的偏振光，然后从相位差板阵列90出射。与该示例相反，入射到第一区域90A上P偏振光Lp穿过相位差板阵列90并出射，同时保持其偏振方向也是可行，并且入射到第二区域90B上的S偏振光Ls被转换成P偏振光Lp，然后从相位差板阵列90出射也是可行。在任一情况下，相位差板阵列90被配置成主要发射P偏振光Lp和S偏振光Ls中的一个偏振光(图22的示例中，为S偏振光Ls)。 

而且，此时，从偏振光分束器30D出射的S偏振光Ls在复眼透镜40A中被分裂成微小的光束，并且每个被分裂的光束在相位差板阵列90的第一区域90A附近形成焦点并在该区域上形成二次光源面(光源图像SA)(参见图23)。同样，从偏振光分束器30D出射的P偏振光Lp在复眼透镜40A中被分裂成微小的光束，并且每个被分裂的光束在相位差板阵列90的第二区域90B附近形成焦点并在该区域上形成二次光源面(光源图像SB)(参见图23)。 

在该实施方式内的投影仪包括含有具有这样配置的光源单位10-2和相位差板阵列90的照明光学系统中，由于类似的操作，所以也能够获得与上述第一实施方式中的投影仪1相同的效果。 

[变形例] 

随后，将描述上述第一和第二实施方式共同的变形例(变形例1和2)。与这些实施方式中的部件相同的部件被赋予相同的参考符号，并且适当地省略其解释。 

[变形例1] 

图24A和图24B示出了根据变形例1的投影仪(投影仪3)的概略构造。投影仪3相当于本发明的“投影显示单元”的具体示例。这里，图24A示出了从上方(y轴方向上)观察投影仪3时的构造示例，图24B示出了从侧边(x轴方向)观察投影仪3时的构造示例。 

该变形例中的投影仪3的构造与包括照明光学系统1A的投影仪1的构造的不同之处在于，包括照明光学系统3A，并且使用反射型器件作为空间调制器件60。下文中，将主要解释与投影仪1不同的点，并且适当地省略对与投影仪1共同的点的解释。在该变形例的照明光学系统3A内，可设置光源单元10-1和10-2中的任一个。 

照明光学系统3A为聚光透镜50A代替照明光学系统1A中的聚光透镜50的系统。聚光透镜50A为被配置成将由积分器40形成的多个光源的光束变成平行光束并通过偏振光分束器51照射聚光透镜50B的透镜。 

如上所述，在该变形例中，空间调制器件60由例如诸如反射型液晶面板的反射型器件构成。因此，与投影仪1相比，投影仪3进一步包括聚光透镜50B和偏振光分束器51。偏振光分束器51为被配置成使特定的偏振光(例如P偏振光)选择性地透射而将其他偏振光(例如S偏振光)选择性地反射的光学部件。空间调制器件60被配置成在使每个偏振光(例如S偏振光或P偏振光)入射时和出射时彼此不同反射光的同时调制光。由于此，从照明光学系统3A入射的光(例如S偏振光)被选择性地反射，并入射到空间调制器件60，并且从空间调制器件60发射的图像光(例如P偏振光)选择性地穿过投影光学系统70并进入投影光学系统70一侧。聚光透镜50B为被配置成将由积分器40形成的多个光源的、经由聚光透镜50A和偏振光分束器51入射的光束聚集，并使该光束以重叠的方式照射照明区60的透镜。 

在具有这样构造的该变形例中的投影仪3中，由于操作相似，所以也能够获得与上述第一和第二实施方式中的投影仪相同的效果。 

具体地，尤其在该变形例中，在垂直于积分器40的光轴的平面(xy平面)内特别增加了x轴方向的长度。因此可以说，通过使投影仪3的单 元外形的短轴方向(y轴方向)与从各个发光斑11B发射的光的远场图案的短轴方向一致，尝试缩小投影仪3的整体尺寸这一优势很大。 

[变形例2] 

图25A和图25B示出了根据变形例2的投影仪(投影仪4)的概略构造。投影仪4相当于本发明一个实施方式中的“投影显示单元”的具体示例。这里，图25A示出了从上方(y轴方向)观察投影仪4时的构造示例，图25B示出了从侧边(x轴方向)观察投影仪4时的构造示例。 

该变形例中的投影仪4的构造与包括照明光学系统1A的投影仪1的构造的不同之处在于，包括照明光学系统4A。下文中，将主要解释与投影仪1不同的点，并且适当地省略与投影仪1共同的点的解释。在该变形例中的照明光学系统4A内，也可设置光源单元10-1和10-2中的任一个。 

照明光学系统4A具有照明光学系统1A内的积分器40和聚光器50被省略(不设置)的构造。即，照明光学系统4A具有光源单元10-1(或者光源单元10-2)、光源10B和10C、耦合透镜20B和20C以及光路合成器件30。 

如上所述，根据具体情况，也可以在照明光学系统内不设置积分器40或聚光器50。 

[其他变形例] 

使用上述的实施方式和变形例作为示例描述了本发明，然而，本发明并不局限于这些实施方式等，并且可有不同的变形。 

例如，在上述的实施方式等中，配置为照明光学系统1A、3A和4A包括被配置成使平行光进入复眼透镜40A的无限光学系统，然而，在该配置中也可以包括被配置成使会聚光(或发散光)入射到复眼透镜40A的有限光学系统。在这种情况下，用具有使从光源10A到10C发射的光会聚或分散功能的传播方向角度变换器件替换上述实施方式等中的耦合透镜20B和20C足以。然而，在这种情况下，优选以复眼透镜40A的各个单元41形成于复眼透镜40B上的各个光源图像S的尺寸不超过复眼透镜40B 的一个单元42的尺寸的方式，来设置包括上述传播方向角度变换器件和复眼透镜40A和40B的光学系统的光学放大率。具体而言，包括传播方向角度变换器件和复眼透镜40A和40B的光学系统的光学放大率优选满足下面的关系表达式。在这种情况下，同样当复眼透镜40A和40B的各个单元41和42的纵横比不为1时，照明光学系统1A、3A和4A优选为变形光学系统。 

h＝P×m≤h_FEL2

m：包括上述传播方向角度变换器件和复眼透镜40A和40B的光学系统的光学放大率。 

同样，上述的实施方式和变形例均用于投影式显示单元中。然而，可以将上述的实施方式和变形例用于其他的显示单元中。例如，如图26所示，可以将实施方式和变形例用于背投式显示单元7中。该背投式显示单元7包括分别含有照明光学系统1A、3A和4A的投影仪1、3和4中的任一个以及被配置成显示从投影仪1、3和4(投影光学系统70)中的任一个投影的图像光的透射型屏幕8。通过如上所述将照明光学系统1A、3A和4A中的任一个用作背投式显示单元7的照明光学系统，能够提高照明光(图像光、显示光)的亮度。 

此外，在照明光学系统内的多个光源中设置每种颜色的发光斑的方法以及从上述实施方式等内所说明的发光斑发射的光的颜色不被特定地限制，并且可以根据使用和目的选择性设置方法和颜色。即使如上所述设置该构造，但由于相似的操作，也能够获得与上述每个实施方式相同的效果。例如，在如图27所示的示例中，在每个光源10A和10B中，固态发光器件11具有两个绿色发光斑Bg。在光源10B中，固态发光器件11具有一个蓝色发光斑11Bb，而且在光源10C中，固态发光器件11具有一个红色发光斑11Br。此外，在光源单元10-1或光源单元10-2内设置被配置成如早先描述的将分别从两个以上光源(这里，为两个光源10A和10B)发射的相同波段的光(这里，为绿光)合成的光路合成部。即，尤其在图27示出的示例中，在上述两个以上光源(这里，为两个光源10A和10B)中 的至少一个光源内，固态发光器件11进一步具有被配置成发射与相同波段(这里，为绿光波段)不同的光(这里，为蓝光)的一个或多个发光斑(这里，为一个蓝色发光斑11Bb)。 

此外，在上述实施方式等中，空间调制器件60包括透射型或反射型器件，然而，这并不被限制，并且空间调制器件60还可以包括数字微镜器件。 

此外，在上面的实施方式中，已经具体参照照明光学系统和显示单元的各个部件(光学系统)描述了实施方式等。然而，照明光学系统和显示单元不需要包括所有部件，或者可以进一步包括其他部件。 

此外，在上面的实施方式中，照明单元被应用于诸如各实施方式等中的投影式显示单元的显示单元。然而，这并不被限定，并且实施方式和变形例可应用于诸如步进式曝光机的曝光设备。 

本发明包含于2010年11月29日向日本专利局提交的日本在先专利申请第2010-265379号的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。 

本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。