(57)【要約】【課題】多原色の光源を採用した光学系においても、小さな構成で照度分布の均一性を向上させることができる投写型表示装置を得ること。【解決手段】光源４と、光源４から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、を有するとともに、光強度均一化素子から出射された光束を用いて画像の投写表示を行う投写型表示装置において、光強度均一化素子６は、強度分布を均一化する光強度均一化部６１，６２が光軸１ａ方向に接合されて構成されるとともに、光強度均一化部６１は光軸１ａ方向に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状を有し光強度均一化部６２は光軸１ａ方向に向かって断面形状の面積が増加するテーパー形状を有している。【選択図】        図１
2010122581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、を有するとともに、前記光強度均一化素子から出射された光束を用いて画像の投写表示を行う投写型表示装置において、
前記光強度均一化素子は、前記強度分布を均一化する光強度均一化部が光軸方向に複数接合されて構成されるとともに、前記光強度均一化部の少なくとも１つは前記光軸方向に向かって断面形状の面積が増加または減少するテーパー形状を有していることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記テーパー形状を有した光強度均一化部は、内面で光束を反射する管状部材を備えて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記テーパー形状を有した光強度均一化部は、内部で光束を反射する透明な多角柱状部材を備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記光強度均一化素子は、各光強度均一化部同士が一体化して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の投写型表示装置。 
【請求項５】
前記光源は、多原色の光を出射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記光源は、ランプ光源であり、
前記光強度均一化素子の入射面は、前記ランプ光源から前記光強度均一化素子へ送られる全ての光束を入射できる大きさを有した面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン上に画像を投写表示する投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置では、スクリーン上に均一な光強度の明るい画像を表示することが望まれている。このため、光源から発生した光束を、光強度（照度分布）の均一性を保ちつつ、効率良くスクリーンまで導く必要がある。従来の投写型表示装置は、ライトパイプ（筒状光学素子）を用いて光源からの光束をライトバルブまで導いていた。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の投写型表示装置は、入射口側に断面積が連続的に減少するように形成されたテーパー部と、出射口側に断面形状が一定になるように形成された平行部と、を有したライトトンネル（ライトパイプ）を備えている。ライトパイプは、入射してきた光をライトパイプ内で繰り返し反射して出射する光強度均一化素子であり、ライトパイプ内では様々な波長の光が混じりあうこととなる。このため、光強度の均一化には、ライトパイプ内での光の反射回数が大きく寄与し、ライトパイプの長さが重要となる。換言すると、ライトパイプは、その長さによって光強度の均一性が決まる。このため、投写型表示装置を作製する場合には、投写型表示装置に必要な光強度均一性に基づいて、ライトパイプの長さが決定される。
【０００４】
ところで、投写型表示装置では、寿命が長くメンテナンス作業が不要となり、かつ色再現範囲を広くすることができるという利点を有するという理由から、レーザ光源やＬＥＤ光源のような多原色の光源を採用する光学系が提案されている。このような多原色の光源を採用した場合、光束を十分に混色させるためには、ライトパイプでの光強度の均一化が要求される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５２１１２号公報（段落００３４、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、テーパー部を設けても、光強度均一化の効果についてはほとんど変わらないので、光強度を均一化するためにはライトパイプを長くする必要があった。ライトパイプを長くすると、投写型表示装置の構成が大きくなるとともにレイアウトに大きな影響を与え、さらにコスト高になるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多原色の光源を採用した光学系においても、小さな構成で照度分布の均一性を向上させることができる投写型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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、を有するとともに、前記光強度均一化素子から出射された光束を用いて画像の投写表示を行う投写型表示装置において、前記光強度均一化素子は、前記強度分布を均一化する光強度均一化部が光軸方向に複数接合されて構成されるとともに、前記光強度均一化部の少なくとも１つは前記光軸方向に向かって断面形状の面積が増加または減少するテーパー形状を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、光強度均一化素子が複数の光強度均一化部で構成されるとともに、光強度均一化部のうち少なくとも１つが光軸方向に向かってテーパー形状を有しているので、多原色の光源を採用した光学系においても、小さな構成で照度分布の均一性を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る投写型表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。投写型表示装置１は、ライトバルブを用いてスクリーン上に画像を投写する投写型の画像表示装置である。投写型表示装置１は、後述の光強度均一化素子６を形状の異なる複数の光強度均一化部で構成するとともに、光強度均一化部の少なくとも１つを光軸方向（光の入射側から出射側）に向かって断面形状の面積が連続的に減少または増加するテーパー形状としておく。
【００１２】
投写型表示装置１は、光源４と、光強度均一化素子６と、照明光学系７と、反射型ライトバルブ（反射型光変調素子）２と、照明光学系７により照明された反射型ライトバルブ２の被照明面（画像形成領域）２ｂの画像をスクリーン（図示せず）に投写する投写光学系３とを有している。
【００１３】
光源４は、複数色（図１においては３色）のレーザ光源４１と、レーザ光源４１から出射された光束を１〜複数枚のレンズまたはミラーで集光する複数（図１においては３枚）の集光光学系４２と、集光光学系４２から出射された光束を光強度均一化素子６に導く複数本（図１においては３本）の光ファイバ４３とから構成されている。
【００１４】
光源４では、１つのレーザ光源４１に、１つの集光光学系４２と１本の光ファイバ４３を対応させている。したがって、各レーザ光源４１から出射された光束は、それぞれのレーザ光源４１に対応する集光光学系４２と光ファイバ４３を介して光強度均一化素子６に導かれる。
【００１５】
照明光学系７は、被照明面２ｂに光束を照射するための光学系であり、レンズ７１，７２と、第１ミラー７３と、第２ミラー７４とを含んで構成されている。なお、図１では照明光学系７を２枚のレンズおよび２枚のミラーで構成した場合を示したが、レンズやミラーの枚数は２枚に限定されるものではなく何枚であってもよい。照明光学系７は、レンズ７１，７２、第１ミラー７３、第２ミラー７４によって、光強度均一化素子６から出射した光束を反射型ライトバルブ２に導いている。
【００１６】
光強度均一化素子６は、光源４が出射した光束の光強度および色ムラを均一化する（照度ムラおよび色ムラを低減する）機能を有している。光強度均一化素子６は、光の入射側から出射側に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状を有した光強度均一化部６１と、光の入射側から出射側に向かって断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した光強度均一化部６２とから構成されている。光強度均一化部６１，６２は、一体化されて形成されている。光強度均一化部６１は、光の入射口である入射面（入射端面）６１ａが光ファイバ４３側を向き、光の出射口である出射面（出射端面）６１ｂが光強度均一化部６２を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。また、光強度均一化部６２は、光の入射口である入射面６２ａが光強度均一化部６１側を向き、光の出射口である出射面６２ｂが照明光学系７を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。入射面６１ａ、出射面６１ｂ、入射面６２ａ、出射面６２ｂは、それぞれ光軸１ａと垂直な面である。
【００１７】
光強度均一化部６１，６２は、例えばガラス又は樹脂等の透明材料で作られた素子である。光強度均一化部６１，６２は、側壁内側が全反射面となるように構成された多角形柱状のロッド（断面形状が多角形の柱状部材）、または光反射面を内側にして筒状に組み合わされた断面形状が多角形のライトパイプ（管状部材）などを含んで構成されている。光強度均一化部６１，６２は、光強度均一化部６１，６２が多角柱状のロッドである場合には、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射端（出射面６１ｂ，６２ｂ）から光を出射させる。また、光強度均一化部６１，６２は、光強度均一化部６１，６２が多角形のライトパイプである場合には、内側を向く表面鏡の反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射面６１ｂ，６２ｂから光を出射させる。
【００１８】
光強度均一化素子６は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子６の出射面６２ｂの近傍に重畳照射され、これにより光強度均一化素子６の出射面６２ｂの近傍で略均一な強度分布が得られる。この略均一な強度分布を有する出射面６２ｂからの出射光は、照明光学系７によって反射型ライトバルブ２へと導かれ、反射型ライトバルブ２の被照明面２ｂを照明する。
【００１９】
反射型ライトバルブ２は、照明光学系７からの入射光束を投写光学系３に向けて反射（光軸１ａ方向に反射）する素子であり、投写光学系３は、反射型ライトバルブ２が反射した光束（画像）をスクリーン上に画像投写する。
【００２０】
つぎに、照明光学系７内の光路における光伝播について説明する。図２は、照明光学系内の光伝播を説明するための図である。図２では、照明光学系７の作用、光強度均一化素子６と反射型ライトバルブ２の関係を概念的に示している。
【００２１】
本実施の形態においては、照明光学系７は光強度均一化部６２の出射面６２ｂと反射型ライトバルブ２の被照明面２ｂとが光学的に共役な関係となるよう構成されている。換言すると、複数の光強度均一化部のうち最も照明光学系７側に配置された光強度均一化部６２の出射面６２ｂの断面形状を、反射型ライトバルブ２の被照明面２ｂの形状と略相似形に形成しておく。反射型ライトバルブ２は、例えばＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）（登録商標）素子などの反射型の光変調素子、反射型液晶表示素子あるいは透過型液晶表示素子等である。本実施の形態では、反射型ライトバルブ２が、ＤＭＤ（登録商標）素子である場合について説明する。
【００２２】
例えば、光強度均一化素子６の出射面６２ｂの面積はＳ１であり、反射型ライトバルブ２の被照明面２ｂの面積はＳ２である。図２に示すように、光強度均一化素子６から出射される光束の立体角がΩ１であり、反射型ライトバルブ２の被照明面２ｂにおける入射光束の立体角がΩ２であるとすると、出射面６２ｂと被照明面２ｂのそれぞれの面積と立体角との積は一定に保たれる。すなわち、Ｓ１×Ω１＝Ｓ２×Ω２が成立する。
【００２３】
反射型ライトバルブ２は、各画素に対応する可動式のマイクロミラーを多数（例えば、数十万個）平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各マイクロミラーの傾角（チルト）を変化させるように構成されている。反射型ライトバルブ２は、マイクロミラーの配列された面（マイクロミラーが形成された基板の表面）を基準面とした場合に、この基準面に対してマイクロミラーを一定の方向に所定の角度α（例えば、１２度）だけ傾けることによって、入射光束を投写光学系３に向けて反射する。投写光学系３に入射した光束はスクリーン（図示せず）上の画像投写に利用される。また、反射型ライトバルブ２は、マイクロミラーを基準面として設けられた光吸収板（図示せず）に向けて入射光束を反射する。換言すると、反射型ライトバルブ２は、基準面に対してマイクロミラーを一定の方向に所定の角度β（例えば、マイナス１２度）だけ傾けることによって、入射光束を光吸収板に向けて反射する。光吸収板に入射した光束は、スクリーン上の画像投写に利用されない。
【００２４】
つぎに、本実施の形態に係る光強度均一化素子６の詳細な作用について説明する。図３は、光強度均一化素子の断面図である。図３では、光強度均一化素子６を、光軸１ａ（直線）を含む平面で切断した場合の断面構成を示している。光強度均一化素子６は、光束の強度分布を均一化する光強度均一化部６１，６２が光軸１ａ方向に接合されて構成されている。また、光強度均一化部６１，６２には、光強度均一化部６１，６２の接合面で光束の強度分布の均一化特性が変化するよう形状の異なる光強度均一化部６１，６２を用いている。
【００２５】
光強度均一化部６１を光軸１ａと垂直な面で切断した場合の、光強度均一化部６１の入射面側の断面形状（入射面６１ａ）および出射面側の断面形状（出射面６１ｂ）は、それぞれ２．５ｍｍ×１．３５ｍｍの矩形、１ｍｍ×０．６３ｍｍの矩形である。また、光強度均一化部６２を光軸１ａと垂直な面で切断した場合の、光強度均一化部６２の入射面側の断面形状（入射面６２ａ）および出射面側の断面形状（出射面６２ｂ）は、それぞれ１×０．６３ｍｍ、５.８×３.７ｍｍの矩形である。また、光強度均一化部６１および光強度均一化部６２は、光軸１ａ方向の長さがそれぞれ４０ｍｍ、３０ｍｍである。また、光強度均一化部６１，６２は、ともに屈折率１．５２のガラスロッドで形成されている。図３では、光強度均一化素子６内を通過する光線６４Ａおよび６４ＢをＦ値０．８８（片側２６度の拡がり角）を持つ光束の最外周の光線として示している。
【００２６】
図３において、光線６４Ａおよび光線６４Ｂの光強度均一化素子６内における反射回数は、光強度均一化部６１において２１回であり、光強度均一化部６２において６回であり、光強度均一化素子６の全体では合計２７回となる。
【００２７】
ここで、光強度均一化素子６を従来の単一な形状で形成した場合について説明する。図４は、従来の光強度均一化素子の断面図である。従来の光強度均一化素子１０６は、光軸１ａを含む平面で切断した場合の断面と光軸１ａと垂直な面で切断した場合の断面とがともに矩形状である。光強度均一化素子１０６は、光強度均一化部６２と同じ形状の断面積（５．８ｍｍ×３.７ｍｍ）であり、光軸１ａ方向の長さは光強度均一化部６１と光強度均一化部６２を合わせた７０ｍｍであるとする。この場合、光強度均一化素子１０６内を通過する光線１６４Ａと光線１６４Ｂの光強度均一化素子１０６内での反射回数は６回となる。このように、従来の光強度均一化素子１０６は、本実施の形態の光強度均一化素子６（図３の光強度均一化素子６）と比べて反射回数が大きく減少しているので、十分な光強度均一化効果を得ることができない。従来の光強度均一化素子１０６に十分な光強度均一化効果を与えるためには、光強度均一化素子１０６の長さを、光強度均一化素子６の４倍（２８０ｍｍ）にする必要があり、光強度均一化素子１０６のレイアウトに多大な影響を与えてしまうことになる。
【００２８】
図３に示した光強度均一化部６２の出射面６２ｂおよび、図４に示した光強度均一化素子１０６の出射面１０６ｂの断面形状は例えば５．８ｍｍ×３.７ｍｍである。この断面形状のサイズは、反射型ライトバルブ２と光強度均一化素子６，１０６の光学的な関係において決定される大きさであり、光強度均一化素子６，１０６に同じ照明光学系７を使用する限りこの大きさに決定される。
【００２９】
光線６４Ａ，６４Ｂは、光強度均一化素子６内での反射回数が少ないと、光強度均一化素子６からの出射する光束の光強度が十分に均一化されない。さらに、本実施の形態では、投写型表示装置１に３原色のレーザ光源４１を採用するとともに、光ファイバ４３を用いて光強度均一化素子６に導く構成を採用している。ここで、光強度均一化素子６の入射面６１ａにおける光ファイバ４３の配置例について説明する。図５は、光ファイバの配置例を説明するための図である。図５では、光ファイバ４３を光路と垂直な平面で切断した場合の断面図（入射面６１ａ）を示している。
【００３０】
例えば、赤色、緑色、青色の各レーザ光源４１から出射される光束を導く光ファイバ４３として、赤色用の光ファイバ４３Ｒ、緑色用の光ファイバ４３Ｇ、青色用の光ファイバ４３Ｂの計３本を用いる。この場合、光強度均一化素子６の入射面６１ａには、例えば図５に示すように、３色の光束が分離した状態となるよう、赤色用の光ファイバ４３Ｒ、緑色用の光ファイバ４３Ｇ、青色用の光ファイバ４３Ｂが配置される。光強度均一化素子６は、３色の光束を混色するとともに、光束の光強度を均一化するという作用も必要となるので、従来のランプ光源を用いた光学系よりもさらに光強度均一化の効果が必要になる場合が多い。
【００３１】
本実施の形態の投写型表示装置１では、光源に３原色のレーザ光源４１を採用した場合であっても、２つの光強度均一化部６１，６２で光強度均一化素子６を構成しているので光強度均一化の効果を容易に高めることが可能になる。換言すると、光源に従来のランプ光源を採用した場合よりも光強度均一化素子６における光強度均一化の効果を高める必要がある場合であっても、光強度均一化の効果を容易に高めることが可能となる。
【００３２】
なお、図３では光強度均一化素子６における光強度均一化部６１と光強度均一化部６２を、屈折率１．５２のガラスロッドで構成した場合について説明したが、光強度均一化部６１，６２は他の構成であってもよい。
【００３３】
図６は、光強度均一化素子の他の構成例を示す図である。図６の光強度均一化素子６では、光強度均一化素子６における光強度均一化部６１と光強度均一化部６２を、光反射面（表面鏡の反射面）を内側にして筒状に組み合わせたライトパイプで構成している。
【００３４】
光強度均一化部６１および光強度均一化部６２をライトパイプで構成した場合、光強度均一化素子６の入射面６１ａへの入射角度を保存しながら、内側を向く表面鏡の反射作用を利用して光強度均一化部６１，６２内を光伝播させることになる。これにより、図３に示したようなガラスロッドの光強度均一化部６１，６２と比較して、光強度均一化素子６を短く構成することが可能となる。
【００３５】
図６では、図３と同様に、光強度均一化部６１を光軸１ａと垂直な面で切断した場合の、光強度均一化部６１の入射面側の断面形状（入射面６１ａ）および出射面側の断面形状（出射面６１ｂ）を、それぞれ２．５ｍｍ×１．３５ｍｍの矩形、１ｍｍ×０．６３ｍｍの矩形で構成した場合を示している。また、光強度均一化部６２を光軸１ａと垂直な面で切断した場合の、光強度均一化部６２の入射面側の断面形状（入射面６２ａ）および出射面側の断面形状（出射面６２ｂ）は、それぞれ１ｍｍ×０．６３ｍｍ、５.８ｍｍ×３.７ｍｍの矩形である。また、図６でも図３と同様に、光強度均一化素子６内を通過する光線６４Ａおよび６４Ｂは、Ｆ値０．８８（片側２６度の拡がり角）を持つ最外周の光線として示している。
【００３６】
また、図６に示した光強度均一化部６１および光強度均一化部６２は、光軸１ａ方向の長さがそれぞれ２０ｍｍ、１０ｍｍである。図６において、光線６４Ａおよび光線６４Ｂの光強度均一化素子６内における反射回数は、光強度均一化部６１において２３回であり、光強度均一化部６２において４回であり、光強度均一化素子６の全体では合計２７回となる。
【００３７】
このように、光強度均一化素子６をガラスロッドで構成した場合、７０ｍｍの光路長で２７回反射するのに対し、光強度均一化素子６をライトパイプで構成した場合、３０ｍｍの光路長で２７回反射する。したがって、光強度均一化素子６をライトパイプで構成した場合、光強度均一化素子６をガラスロッドで構成した場合よりも短い光路長で２７回の反射が可能となる。このため、光強度均一化素子６をライトパイプで構成した場合、光強度均一化素子６をガラスロッドで構成した場合よりも短い光路長で光強度の均一化に関して同等の効果を有することになる。
【００３８】
光強度均一化素子６を、光強度均一化素子６の材料と空気界面との全反射作用を利用して反射させるガラスロッドや樹脂ロッドで構成した場合、空気界面との反射による光量の損失はなく、光利用効率を高めることが可能となる。
【００３９】
また、光強度均一化素子６を、内側を向く表面鏡の反射作用を利用するライトパイプで構成した場合、光路長が短くなるととともに、光強度均一化部６１と光強度均一化部６２の結合および冷却保持が容易になる。
【００４０】
また、本実施の形態では、光強度均一化素子６を光強度均一化部６１と光強度均一化部６２の２つで構成した例について説明したが、図７、図８および図９に示すように、光強度均一化素子６を３つ又は４つ以上の光強度均一化部で構成してもよい。
【００４１】
図７〜図９は、３つの光強度均一化部で構成された光強度均一化素子の構成を示す図である。図７は、光強度均一化素子を３つの光強度均一化部で構成した場合の第１の構成例を示す図であり、図８は、光強度均一化素子を３つの光強度均一化部で構成した場合の第２の構成例を示す図であり、図９は、光強度均一化素子を３つの光強度均一化部で構成した場合の第３の構成例を示す図である。
【００４２】
図７〜図９に示す光強度均一化素子６は、３つの光強度均一化部６１，６２，６３で構成されている。図７の光強度均一化部６１は、図３で説明した光強度均一化部６１と同様の構成（テーパー形状）を有しており、光強度均一化部６３は、図３で説明した光強度均一化部６２と同様の構成（テーパー形状）を有している。また、ここでの光強度均一化部６２は、図４で説明した光強度均一化素子１０６と同様の構成（光軸１ａに平行な側面）を有している。
【００４３】
光強度均一化部６１は、入射面６１ａが光ファイバ４３側を向き、出射面６１ｂが光強度均一化部６２を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。また、光強度均一化部６２は、入射面６２ａが光強度均一化部６１側を向き、出射面６２ｂが光強度均一化部６３を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。また、光強度均一化部６３は、入射面６３ａが光強度均一化部６２側を向き、出射面６３ｂが照明光学系７を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。また、出射面６１ｂは、入射面６２ａと同じ形状であり、出射面６２ｂは、入射面６３ａと同じ形状である。
【００４４】
図７の光強度均一化素子６は、入射側から出射側に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状を有した部材（光強度均一化部６１）、断面形状の面積が一定である角柱状の平行部材（光強度均一化部６２）、断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した部材（光強度均一化部６３）によって構成されている。光強度均一化素子６の中央部（光強度均一化部６１と光強度均一化部６３の間）に、光軸１ａ方向に平行な側面を有した光強度均一化部６２を設けているので、光強度均一化部６１により変化させた伝播する光束の反射角を断面形状の大きさを変化させず維持することができる。これにより、光強度均一化部６２では、光強度均一化素子６の断面形状を任意の大きさ（出射面６１ｂと同じ大きさ）に保ちながら光線の反射回数を増やすことが可能となる。
【００４５】
図８の光強度均一化部６１は、図３で説明した光強度均一化部６１と同様の構成を有しており、光強度均一化部６２は、図３で説明した光強度均一化部６２と同様の構成を有している。また、ここでの光強度均一化部６３は、図４で説明した光強度均一化部１０６と同様の構成を有している。
【００４６】
また、図８に示した光強度均一化素子６の光強度均一化部６１〜６３は、図７に示した光強度均一化素子６の光強度均一化部６１〜６３と同様の位置に配置されている。すなわち、光強度均一化部６１〜６３は、入射面６１ａ〜６３ａが光ファイバ４３側を向き、出射面６１ｂ〜６３ｂが照明光学系７側を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。また、出射面６１ｂは、入射面６２ａと同じ形状であり、出射面６２ｂは、入射面６３ａと同じ形状である。
【００４７】
図８の光強度均一化素子６は、入射側から出射側に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状を有した部材（光強度均一化部６１）、断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した部材（光強度均一化部６２）、断面形状の面積が一定である角柱状の平行部材（光強度均一化部６３）によって構成されている。光強度均一化素子６の光線出射端の近傍（出射面６２ｂ側）に、光軸１ａ方向に平行な側面を有した光強度均一化部６３を設けているので、光強度均一化部６１，６２により変化させた伝播する光束の反射角を断面形状の大きさを変化させず維持することができる。これにより、光強度均一化部６１，６２から光線を出射する場合（図３の光強度均一化素子６）よりも、大きな出射角度の光束（光線）を光強度均一化部６３から出射することが可能となる。
【００４８】
図９の光強度均一化部６１，６３は、図４で説明した光強度均一化部１０６と同様の構成を有しており、光強度均一化部６２は、図３で説明した光強度均一化部６２と同様の構成を有している。
【００４９】
また、図９に示した光強度均一化素子６の光強度均一化部６１〜６３は、図７に示した光強度均一化素子６の光強度均一化部６１〜６３と同様の位置に配置されている。すなわち、光強度均一化部６１〜６３は、入射面６１ａ〜６３ａが光ファイバ４３側を向き、出射面６１ｂ〜６３ｂが照明光学系７側を向くよう光強度均一化素子６内に配設されている。また、出射面６１ｂは、入射面６２ａと同じ形状であり、出射面６２ｂは、入射面６３ａと同じ形状である。
【００５０】
図９の光強度均一化素子６は、入射側から出射側に向かって断面形状の面積が一定である角柱状の平行部材（光強度均一化部６１）、断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した部材（光強度均一化部６２）、断面形状の面積が一定である角柱状の平行部材（光強度均一化部６３）によって構成されている。このように、図９の光強度均一化素子６は、断面形状の異なる単一な光強度均一化部６１，６３を組み合わせる場合に、光強度均一化部６１，６３の間に断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した光強度均一化部６２が配置されている。これにより、光強度均一化素子６から出射される光束の広がり角を調節することが可能となる。また、光束を効率良く光強度均一化素子６内で伝播させることが可能となる。
【００５１】
なお、図７〜図９の光強度均一化素子６は、各光強度均一化部６１〜６３をガラスロッドで構成してもよいし、ライトパイプで構成してもよいし、ガラスロッドとライトパイプを組み合わせて構成してもよい。また、各光強度均一化部６１〜６３の長さは、上述した構成例に限らず、投写型表示装置１に要求される光強度均一化の効果（光強度均一化度合）、レイアウトからの制約またはコスト等に応じて決定されるものである。したがって、光強度均一化素子６の照明光学系７側の光強度均一化部（図３、図６における光強度均一化部６２や図７、図８における光強度均一化部６３）の断面形状は反射型ライトバルブ２と照明光学系７の性能から決定されるが、その他の断面形状（例えば、図３、図６、図７における光強度均一化部６１、および図８における光強度均一化部６１，６２）は、投写型表示装置１に求める光強度均一化性能や光ファイバ４３の配置等を鑑みて決定すればよい。
【００５２】
また、図３に示した光強度均一化部６１，６２の何れか一方を、ライトパイプで構成してもよいし、図６に示した光強度均一化部６１，６２の何れか一方を、ガラスロッドで構成してもよい。光強度均一化部６１，６２の何れか一方をライトパイプで構成することによって光強度均一化部６１と光強度均一化部６２の結合が容易になるとともに、光強度均一化素子６の光路長を短く構成することが可能となる。また、光強度均一化部６１，６２の何れか一方をガラスロッドで構成することによって光利用効率を良好に保つことが可能になる。
【００５３】
また、本実施の形態では、投写型表示装置１の光源４（多原色の光源）としてレーザ光源４１を用いる場合について説明したが、多原色の光源として発光ダイオードを用いてもよい。この場合であっても、光源４としてレーザ光源４１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、図３や図６で説明したように、２つの光強度均一化部６１，６２で光強度均一化素子６を構成する場合に、各光強度均一化部６１，６２がともにテーパー形状を有している場合について説明したが、光強度均一化部６１，６２の何れか一方のみの形状をテーパー形状とし、他方の形状を図４に示した角柱状としてもよい。また、光強度均一化素子６を３つ以上の光強度均一化部で構成する場合であっても光強度均一化素子６は少なくとも１つの光強度均一化部をテーパー形状で構成しておけばよい。
【００５５】
このように実施の形態１によれば、光強度均一化素子６を複数の光強度均一化部（光強度均一化部６１，６２や光強度均一化部６１〜６３）で構成しているので、コンパクトな構成で光強度および色ムラの均一化効果を高めることが可能となる。したがって、多原色の光源を採用した光学系においても、小さな構成で照度分布（光強度および色ムラの）の均一性を向上させることが可能となる。
【００５６】
また、光強度均一化素子６内の複数の光強度均一化部を異なる形状で構成しているので、同一形状の光強度均一化部で光強度均一化素子６を構成する場合よりもコンパクトな構成で光強度および色ムラの均一化効果を高めることが可能となる。
【００５７】
また、光強度均一化素子６の少なくとも１つの光強度均一化部を光の入射側から出射側に向かって断面形状の面積が連続的に減少または増加するテーパー形状としているので、光強度均一化素子６内を光が伝播する際の反射角または、光強度均一化素子６から光が出射する際の光束の角度を変化させることができる。したがって、光源にレーザ光源やＬＥＤ光源などの多原色の光源を採用した場合でも、コンパクトな構成で照度分布の均一性を向上できる。
【００５８】
また、光強度均一化素子６の少なくとも１つの光強度均一化部を管状部材にしてその内面で光束を反射させるように光強度均一化素子６を構成した場合には、光強度均一化部の結合、冷却および保持が容易になるとともに、光強度均一化素子６の光路長を短く構成できるので光学系をコンパクトに構成することが可能となる。
【００５９】
また、光強度均一化素子６の少なくとも１つの光強度均一化部を透明材料の多角柱状部材で構成したので、光強度均一化素子６の設計が容易になるとともに光利用効率を高めることが可能となる。また、光強度均一化素子６は、複数の光強度均一化部を一体化して形成されているので、安価に光強度均一化素子６を得ることが可能となる。
【００６０】
また、複数の光強度均一化部のうち最も照明光学系７側に配置された光強度均一化部の断面形状を、反射型ライトバルブ２の被照明面２ｂの形状と略相似形としているので、光利用効率が高くなり、照度分布が良好な光学系を構成することが可能となる。
【００６１】
また、光源をレーザ光源４１で構成したので、寿命が長く色再現性がよい明るい光学系を構成することができる。また、光源から出射された光束を光ファイバ４３を用いて光強度均一化素子６に導く構成としたので、光学系の配置に柔軟性を待たせることが可能になるとともに、光学系での光束の取り込み効率を高めることが可能となる。
【００６２】
実施の形態２．
つぎに、図１０および図１１を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、光源に白色光を用いるとともに、光強度均一化素子の入射端面の面積を大きく構成しておく。具体的には、光強度均一化素子の入射端面を、入射面６１ａよりも面積の大きな入射面９１ａにしておく。
【００６３】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。図１０の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００６４】
実施の形態２に係る投写型表示装置１は、ランプ光源８と、光強度均一化素子９と、照明光学系７と、反射型ライトバルブ（反射型光変調素子）２と、投写光学系３とを有している。
【００６５】
ランプ光源８は、白色光を照射する発光体８ａと、この発光体８ａの周囲に設けられた楕円面鏡８ｂとを含んで構成されている。楕円面鏡８ｂは、楕円の第１中心に対応する第１焦点から照射された光束を反射して、楕円の第２中心に対応する第２焦点に収束させる。発光体８ａは、楕円面鏡８ｂの第１焦点近傍に設置されており、この発光体８ａから出射された光束は、楕円面鏡８ｂの第２焦点近傍に収束される。
【００６６】
楕円面鏡８ｂの第２焦点近傍に集光された光束は、楕円面鏡８ｂの第２焦点近傍に配置された光強度均一化素子９の入射面９１ａに集光されるよう導かれる。光強度均一化素子９は、実施の形態１の光強度均一化素子６と同様に、ランプ光源８が出射した光束の光強度および色ムラを均一化する機能を有している。また、光強度均一化素子９は、光の入射側から出射側に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状を有した光強度均一化部９１と、光の入射側から出射側に向かって断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した光強度均一化部９２とから構成されている。光強度均一化部９１，９２は、例えば一体化されて形成されている。光強度均一化部９１は、光の入射口である入射面（入射端面）９１ａがランプ光源８側を向き、光の出射口である出射面（出射端面）９１ｂが光強度均一化部９２を向くよう光強度均一化素子９内に配設されている。また、光強度均一化部９２は、光の入射口である入射面９２ａが光強度均一化部９１側を向き、光の出射口である出射面９２ｂが照明光学系７を向くよう光強度均一化素子９内に配設されている。入射面９１ａ、出射面９１ｂ、入射面９２ａ、出射面９２ｂは、それぞれ光軸１ａと垂直な面である。
【００６７】
光強度均一化部９１，９２は、実施の形態１で説明した光強度均一化部６１，６２と同様の構成を有しており、多角形柱状のガラスロッドまたはライトパイプなどを含んで構成されている。なお、光強度均一化素子９よりも後段の構成は、実施の形態１の投写型表示装置１と同様の構成であるので、ここでの説明を割愛する。
【００６８】
投写型表示装置１の光源にランプ光源８を用いた場合、光強度均一化素子９の入射端面（実施の形態１の入射面６１ａ）における光束の分布は図１１の上段に示した分布のようになる。具体的には、入射面６１ａの中心部には密度の濃い光束が分布し、外周部になるにしたがって同心円状に密度の低い光速が分布することとなる。そして、同心円状に分布した光束は、入射面６１ａよりも大きな面積の分布となるので、光束が光強度均一化素子６へ入射する際にロスが発生してしまう。したがって、本実施の形態では、光強度均一化素子９の入射端面（入射面９１ａ）を大きな面積で構成する。例えば、図１１の下段に示すように、入射面９１ａを入射面９１ａにおける光束の分布面積よりも大きな面積で構成しておく。換言すると、入射面９１ａを、ランプ光源８から光強度均一化素子９へ送られる全ての光束を入射できる大きさを有した面としておく。これにより、同心円状に分布した光束を全て入射面９１ａに入射させることが可能となる。
【００６９】
このように実施の形態２によれば、光強度均一化部９１の入射断面形状を大きくすることによって、ランプ光源８のような光束の強度分布面積が大きい光源を用いた場合であっても、光源を効率良く光強度均一化素子９内に導くことが可能となる。さらに、実施の形態１と同様に、入射側から出射側に向かって断面形状の面積が減少するテーパー形状を有した光強度均一化部９１によって光強度均一化素子９内を伝播する光束の反射角を変化させることができる。また、入射側から出射側に向かって断面形状の面積が増加するテーパー形状を有した光強度均一化部９２によって光強度均一化素子９から出射する光束の角度を調整することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明に係る投写型表示装置は、スクリーン上への画像の投写表示に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１に係る投写型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図２】照明光学系内の光伝播を説明するための図である。
【図３】光強度均一化素子の断面図である。
【図４】従来の光強度均一化素子の断面図である。
【図５】光ファイバの配置例を説明するための図である。
【図６】光強度均一化素子の他の構成例を示す図である。
【図７】光強度均一化素子を３つの光強度均一化部で構成した場合の第１の構成例を示す図である。
【図８】光強度均一化素子を３つの光強度均一化部で構成した場合の第２の構成例を示す図である。
【図９】光強度均一化素子を３つの光強度均一化部で構成した場合の第３の構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る投写型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る光強度均一化素子の入射面と光束の分布を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  投写型表示装置
１ａ  光軸
２  反射型ライトバルブ
２ｂ  被照明面
３  投写光学系
４  光源
６，９  光強度均一化素子
７  照明光学系
８  ランプ光源
８ａ  発光体
８ｂ  楕円面鏡
４１  レーザ光源
４２  集光光学系
４３  光ファイバ
６１〜６３，９１，９２  光強度均一化部
６１ａ，６２ａ，６３ａ，９１ａ，９２ａ  入射面
６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，９１ｂ，９２ｂ  出射面
６４Ａ，６４Ｂ  光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010122581.tif 000010
【図９】
2010122581.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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