(57)【要約】【課題】小型な構成によって光を十分に均一化することが可能な均一化光学素子等を提供すること。【解決手段】光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子１１０であって、第１の構造体１０４と、第１の構造体１０４の出射側に設けられた第２の構造体１０５と、を少なくとも有し、第１の構造体１０４及び第２の構造体１０５は、第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータ、又は、第１の方向に略直交する第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列され、第１の方向へ光を伝播させる複数のロッドインテグレータを備え、第１の構造体１０４が備えるロッドインテグレータ１１２の個数が、第２の構造体１０５が備えるロッドインテグレータ１１３の個数よりも少ない。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子であって、
第１の構造体と、前記第１の構造体の出射側に設けられた第２の構造体と、を少なくとも有し、
前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータ、又は、前記第１の方向に略直交する第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列され、前記第１の方向へ光を伝播させる複数のロッドインテグレータを備え、前記第１の構造体が備える前記ロッドインテグレータの個数が、前記第２の構造体が備える前記ロッドインテグレータの個数よりも少ないことを特徴とする均一化光学素子。
【請求項２】
出射側に設けられた第３の構造体を有し、
前記第３の構造体は、前記第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項１に記載の均一化光学素子。
【請求項３】
前記第１の構造体及び前記第２の構造体の間に設けられた第４の構造体を有し、
前記第１の構造体は、前記第２の方向及び前記第３の方向の少なくとも一方向に並列された複数のロッドインテグレータを備え、
前記第４の構造体は、前記第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項２に記載の均一化光学素子。
【請求項４】
前記第１の方向に並列された前記ロッドインテグレータ同士は、互いに接合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
【請求項５】
前記第２の方向及び前記第３の方向の少なくとも一方向に並列された前記ロッドインテグレータ同士の間に、前記ロッドインテグレータを構成する部材が有する屈折率より低い屈折率を有する部材の層が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
【請求項６】
前記第２の方向及び前記第３の方向の少なくとも一方向に並列された複数の前記ロッドインテグレータの中に、互いに大きさが異なる前記ロッドインテグレータが存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
【請求項７】
前記第１の方向へ進むに従い漸次広がるようなテーパ形状の前記ロッドインテグレータを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
【請求項８】
光を供給する光源部と、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の均一化光学素子と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項８に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、均一化光学素子、照明装置及び画像表示装置、特に、画像表示装置に用いられる均一化光学素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置であるプロジェクタの照明装置には、照度比を向上させるための構成として、光源からの光を略均一にするフライアイインテグレータやロッドインテグレータが用いられる。このうちロッドインテグレータは、光を内面で反射させながら伝播することにより、光源からの光を出射面で重畳させる。光源からの光を均一化して空間光変調装置へ入射させることにより、明るさムラが低減された画像を表示することが可能となる。例えば、光を伝播させる方向に対して略直交する方向に並列された複数のロッドインテグレータを用いる場合、単独のロッドインテグレータを用いる場合と比較して光の反射回数を飛躍的に増大させることが可能である。光の反射回数を飛躍的に増大させることにより、単独のロッドインテグレータを用いる場合よりもさらに光を均一化させることが可能となる。光を伝播させる方向に対して略直交する方向に並列された複数のロッドインテグレータを用いる技術としては、例えば、特許文献１に提案されるものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１４５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光を伝播させる方向に対して略直交する方向に並列された複数のロッドインテグレータを用いる場合、照明対象の全体に均一な光を供給するために、さらに単独のロッドインテグレータを用いて光を均一化させる。しかしながら、光を伝播させる方向に対して略直交する方向に並列されたロッドインテグレータごとに光束の強度が異なる場合、単独のロッドインテグレータを用いても十分に光を均一化することが困難である場合がある。光を十分に均一にするためには、複数のロッドインテグレータからの光を入射させるロッドインテグレータを、光の伝播方向へ長くする必要が生じる。このように、従来の技術では、小型な構成によって光を十分に均一化することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型な構成によって光を十分に均一化することが可能な均一化光学素子、照明装置、及び小型な構成で、かつ良好な光量分布の画像を表示することが可能な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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子であって、第１の構造体と、第１の構造体の出射側に設けられた第２の構造体と、を少なくとも有し、第１の構造体及び第２の構造体は、第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータ、又は、第１の方向に略直交する第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列され、第１の方向に光を伝播させる複数のロッドインテグレータを備え、第１の構造体が備えるロッドインテグレータの個数が、第２の構造体が備えるロッドインテグレータの個数よりも少ないことを特徴とする均一化光学素子を提供することができる。
【０００６】
例えば、第１の構造体に設けられたロッドインテグレータに対して、第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列された複数のロッドインテグレータからの光が入射したとする。第１の構造体に設けられたロッドインテグレータは、複数のロッドインテグレータからの光を平均化して出射することとなる。本発明の均一化光学素子は、第１の構造体に設けられたロッドインテグレータからの光が、第２の構造体に設けられた複数のロッドインテグレータに入射する。第２の構造体に設けられた複数のロッドインテグレータに光を入射させることにより、第１の構造体から出射した光を再び細分し、均一化する。複数のロッドインテグレータからの光を第１の構造体へ入射させるのみでは、第１の構造体へ入射する時点での光量ムラを十分に均一化することが困難である場合がある。本発明では、第２の構造体で光を再び細分して均一化することにより、第１の構造体のみを用いる場合よりも光を十分に均一化することが可能となる。さらに、第１の構造体のみを用いて光を十分に均一化する場合と比較して、均一化光学素子全体の、第１の方向の長さを短くすることが可能である。これにより、小型な構成によって光を十分に均一化することが可能な均一化光学素子を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、均一化光学素子は、出射側に設けられた第３の構造体を有し、第３の構造体は、第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータを備えることが望ましい。第２の構造体に設けられた複数のロッドインテグレータからの光は、第３の構造体に設けられた単独のロッドインテグレータによって均一化される。これにより、照明対象の全体に均一な光を供給することができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の構造体及び第２の構造体の間に設けられた第４の構造体を有し、第１の構造体は、第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列された複数のロッドインテグレータを備え、第４の構造体は、第１の方向に光を伝播させる単独のロッドインテグレータを備えることが望ましい。第１の構造体に設けられた複数のロッドインテグレータからの光は、第４の構造体に設けられた単独のロッドインテグレータによって均一化された後、さらに第２の構造体に設けられた複数のロッドインテグレータで細分される。これにより、光を十分に均一化することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の方向に並列されたロッドインテグレータ同士は、互いに接合されることが望ましい。これにより、ロッドインテグレータ同士を間隔を設けて配置する場合と比較して、均一化光学素子を小型にすることができる。また、ロッドインテグレータ間における光の損失を低減することもできる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列されたロッドインテグレータ同士の間に、ロッドインテグレータを構成する部材が有する屈折率より低い屈折率を有する部材の層が設けられることが望ましい。これにより、各ロッドインテグレータの界面で光を全反射させることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方向に並列された複数のロッドインテグレータの中に、互いに大きさが異なるロッドインテグレータが存在することが望ましい。これにより、光源部における光量分布の特性や照明用途によって、照明対象に供給する光の光量分布を適宜コントロールすることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、第１の方向へ進むに従って漸次広がるようなテーパ形状のロッドインテグレータを有することが望ましい。テーパ形状のロッドインテグレータを用いることにより、透明部材と空気との界面において光が全反射する際に、光軸に対する角度が小さくなるように光線角度を変換することができる。これにより、指向性の高い光を供給することができる。また、均一化光学素子の入射側端面を小型にし、出射側端面を大型にすることも可能となる。例えば、小型な光源部からの光を均一化して空間光変調装置の全体に供給することができる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、上記の均一化光学素子と、を有することを特徴とする照明装置を提供することができる。上記の均一化光学素子を用いることにより、小型な構成によって光を十分に均一化することができる。これにより、小型で十分に均一化された光を供給することが可能な照明装置を得られる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、上記の照明装置と、照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の照明装置を用いることにより、小型な構成によって光を十分に均一化することができる。これにより、小型な構成で、かつ良好な光量分布の画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る照明装置１００の概略構成を示す。照明装置１００は、固体発光素子であるＬＥＤ１０１を有する。ＬＥＤ１０１は、主にチップの表面から光を供給する面発光型の光源部である。ＬＥＤ１０１と均一化光学素子１１０との間には、レンズ１０２が設けられている。レンズ１０２は、ＬＥＤ１０１からの光を均一化光学素子１１０へ導く。均一化光学素子１１０は、光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする。
【００１７】
均一化光学素子１１０は、ＬＥＤ１０１側に設けられた入射側構造体１０３と、ＬＥＤ１０１側とは反対側に設けられた出射側構造体１０６と、を有する。入射側構造体１０３と出射側構造体１０６との間には、第１の構造体１０４、及び第２の構造体１０５が設けられている。第２の構造体１０５は、第１の構造体１０４の出射側に配置されている。ＬＥＤ１０１側から順に、入射側構造体１０３、第１の構造体１０４、第２の構造体１０５、及び出射側構造体１０６がＺ方向に並列している。
【００１８】
Ｚ方向は、光が伝播する第１の方向である。各構造体１０３、１０４、１０５、１０６は、一体となって四角柱形状の均一化光学素子１１０を構成している。入射側構造体１０３は、Ｘ方向及びＹ方向に並列された複数のロッドインテグレータ１１１を有する。Ｘ方向、Ｙ方向は、いずれも第１の方向であるＺ方向に略直交する方向であって、それぞれ第２の方向、第３の方向である。
【００１９】
図２は、入射側構造体１０３をＬＥＤ１０１側から見た平面構成を示す。入射側構造体１０３は、Ｘ方向に５つのロッドインテグレータ１１１、Ｙ方向に５つのロッドインテグレータ１１１が並列して構成されている。入射側構造体１０３は、ＹＺ平面及びＸＺ平面によって２５個のロッドインテグレータ１１１に等分された構成を有している。ロッドインテグレータ１１１は、四角柱形状の透明部材を有する。ロッドインテグレータ１１１は、光を透明部材の界面で反射させながら第１の方向であるＺ方向へ伝播させることにより、光を出射面で重畳させる。
【００２０】
第２の方向であるＸ方向、及び第３の方向であるＹ方向に並列された各ロッドインテグレータ１１１同士の間には、低屈折率層１２１が形成されている。低屈折率層１２１は、ロッドインテグレータ１１１を構成する透明部材が有する屈折率より小さい屈折率を有する部材、例えば低屈折率の接着部材が充填されている。この他、低屈折率層１２１としては、ロッドインテグレータ１１１同士の間に形成された空気層を用いても良い。かかる構成により、ロッドインテグレータ１１１へ入射した光をロッドインテグレータ１１１内で全反射させることが可能となる。なお、ロッドインテグレータ１１１の入射面は、略正方形である構成に限られず、例えば、Ｘ方向に長手方向を有する矩形形状としても良い。
【００２１】
図１に戻って、第１の構造体１０４は、単独のロッドインテグレータ１１２が設けられている。ロッドインテグレータ１１２は、直方体形状の透明部材を有する。図２の側面構成、及び図３に示す平面構成において、第１の構造体１０４が単独のロッドインテグレータ１１２を備えることを示している。ロッドインテグレータ１１２は、第１の方向であるＺ方向へ光を伝播させる。
【００２２】
第２の構造体１０５は、図４の平面構成に示すように、Ｘ方向に１０個のロッドインテグレータ１１３、Ｙ方向に１０個のロッドインテグレータ１１３が並列して構成されている。第２の構造体１０５は、ＹＺ平面及びＸＺ平面によって１００個のロッドインテグレータ１１３に等分された構成を有している。ロッドインテグレータ１１３は、第１の方向であるＺ方向へ光を伝播させる。また、入射側構造体１０３と同様に、各ロッドインテグレータ１１３同士の間には、低屈折率層１２４が形成されている。
【００２３】
図１に戻って、出射側構造体１０６は、第１の構造体１０４と同様に、単独のロッドインテグレータ１１４が設けられている。ロッドインテグレータ１１４は、直方体形状の透明部材を有する。出射側構造体１０６は、均一化光学素子１１０のうちＬＥＤ１０１側とは反対側の出射側に設けられた第３の構造体である。ロッドインテグレータ１１４は、第１の方向であるＺ方向へ光を伝播させる。このように、均一化光学素子１１０は、各構造体１０３、１０４、１０５、１０６を構成するロッドインテグレータ１１１、１１２、１１３、１１４に分割された構成を有している。
【００２４】
入射側構造体１０３を構成するロッドインテグレータ１１１の入射側の面には、ＬＥＤ１０１からの光の反射を防止する反射防止膜を設けることが望ましい。反射防止膜を設けることにより、ＬＥＤ１０１からの光を入射側構造体１０３の各ロッドインテグレータ１１１へ効率良く入射させることが可能となる。入射側構造体１０３を構成するロッドインテグレータ１１１の出射側の面と、第１の構造体１０４を構成するロッドインテグレータ１１２の入射側の面との間には、接着層１２２が設けられている。接着層１２２は、第１の方向であるＺ方向に並列されたロッドインテグレータ１１１とロッドインテグレータ１１２とを接合している。
【００２５】
接着層１２２を設けることにより、ロッドインテグレータ１１１とロッドインテグレータ１１２との間に空気が入り込むことによって生じる反射損失を低減し、ロッドインテグレータ１１１からの光を効率良くロッドインテグレータ１１２へ入射させることができる。また、接着層１２２は、ロッドインテグレータ１１１、１１２を構成する透明部材が有する屈折率と略同一の屈折率を有する透明接着剤により形成される。これにより、ロッドインテグレータ１１１からの光を接着層１２２で屈折させずそのままロッドインテグレータ１１２へ入射させることができる。
【００２６】
第１の構造体１０４を構成するロッドインテグレータ１１２の出射側の面と、第２の構造体１０５を構成するロッドインテグレータ１１３の入射側の面との間にも、接着層１２３が設けられている。第２の構造体１０５を構成するロッドインテグレータ１１３の出射側の面と、出射側構造体１０６を構成するロッドインテグレータ１１４の入射側の面との間にも、接着層１２５が設けられている。このように、第１の方向であるＺ方向に並列されたロッドインテグレータ同士は、互いに接合されている。
【００２７】
複数の構造体１０３、１０４、１０５、１０６を有する均一化光学素子１１０は、構造体同士の間にレンズを設ける構成とすることも考えられる。これに対して、Ｚ方向に並列するロッドインテグレータ同士を接合することにより、均一化光学素子１１０のＺ方向の長さを短くすることが可能である。また、Ｚ方向に並列するロッドインテグレータ同士を接合することで、ロッドインテグレータ間における光の損失を低減することもできる。
【００２８】
ＬＥＤ１０１からの光は、均一化光学素子１１０の入射側構造体１０３に入射することで、ロッドインテグレータ１１１ごとに均一化される。Ｘ方向及びＹ方向に並列された複数のロッドインテグレータ１１１を用いて光を均一化する場合、単独のロッドインテグレータを用いる場合よりも光の反射回数を飛躍的に増大させ、鏡像を増やすことが可能となる。次に、入射側構造体１０３の各ロッドインテグレータ１１１から第１の構造体１０４に入射した光は、単独のロッドインテグレータ１１２で混ざり合うことにより平均化される。
【００２９】
本実施例の均一化光学素子１１０は、さらに、第１の構造体１０４のロッドインテグレータ１１２からの光を、第２の構造体１０５に設けられた複数のロッドインテグレータ１１３に入射させる。複数のロッドインテグレータ１１３に光を入射させることにより、第１の構造体１０４から出射した光を再び細分し、ロッドインテグレータ１１３ごとに均一化する。そして、第２の構造体１０５の各ロッドインテグレータ１１３から出射側構造体１０６に入射した光は、単独のロッドインテグレータ１１４で混ざり合うことにより平均化される。このようにして、照明対象である空間光変調装置２００の全体に均一な光を供給することができる。複数のロッドインテグレータを備える構造体１０３、１０５は、鏡像を増やすことで均一化を図るのに対して、単独のロッドインテグレータを備える構造体１０４、１０６は、複数のロッドインテグレータからの光同士を混ぜ合わせて平均化する。
【００３０】
ここで、本実施例の均一化光学素子１１０を用いることによる効果を、従来の均一化光学素子を用いる場合との比較により説明する。図５に示す従来の均一化光学素子５１０は、複数のロッドインテグレータ５１１を備える入射側構造体５０３、及び単独のロッドインテグレータ５１４を備える出射側構造体５０６が設けられている。従来の構成において、均一化光学素子５１０の構成にさらに構造体が追加される場合も考えられる。但し、従来の構成は、光が伝播する向きへ進むに従いロッドインテグレータの個数が少なくなるのみであって多くなることは無い構成である点が、本実施例の均一化光学素子１１０とは異なる。本実施例の均一化光学素子１１０は、第１の構造体１０４及び第２の構造体１０５が設けられる部分において、光が伝播する向きへ進むとともにロッドインテグレータの個数が多くなるように構成されている。
【００３１】
図６は、図５に示す従来の均一化光学素子５１０の出射側端面における光の強度分布を説明するものである。比較例に用いる均一化光学素子５１０は、本実施例の均一化光学素子１１０と、Ｚ方向の長さが略同一であるとする。ＸＹ座標では、均一化光学素子５１０の出射側端面における光の強度分布を模式的に表している。ＸＹ座標で示す領域中、斜線を付した部分は、トーンを付した部分と比較して光の強度が小さいことを示している。また、ＸＹ座標の下隣りに記載するグラフは、Ｘ軸上における光の強度分布である。ＸＹ座標の右隣りに記載するグラフは、Ｙ軸上における光の強度分布である。ＸＹ座標で示す領域中斜線を付した部分は、トーンを付した部分と比較して極端に強度が小さい。このように、均一化光学素子５１０は、光の均一化が不十分であることがわかる。
【００３２】
図７は、本実施例の均一化光学素子１１０の出射側端面における光の強度分布を説明するものである。ＸＹ座標では、均一化光学素子１１０の出射側端面における光の強度分布を模式的に表している。均一化光学素子１１０の出射側端面は、全面にトーンを付しているように、略均一な強度分布を示す。Ｘ軸上、及びＹ軸上のいずれも、従来の均一化光学素子５１０の場合よりも強度分布が平均化されている。このように、本実施例の均一化光学素子１１０は、十分に光を均一化していることがわかる。
【００３３】
複数のロッドインテグレータからの光を第１の構造体１０４へ入射させるのみでは、第１の構造体１０４へ入射する時点での光量ムラを十分に均一化することが困難である場合がある。本発明では、第２の構造体１０５で光を再び細分して均一化することにより、第１の構造体１０４のみを用いる場合よりも光を十分に均一化することが可能となる。本実施例の均一化光学素子１１０の場合と同程度に光を均一化させる場合、従来の均一化光学素子５１０（図５参照）であれば、さらに、出射側構造体５０６に備えるロッドインテグレータ５１４のＺ方向への長さをさらに長くする必要がある。本実施例の均一化光学素子１１０であれば、従来の構成と比較して、均一化光学素子１１０全体のＺ方向の長さを短くすることが可能となる。これにより、小型な構成によって光を十分に均一化することができるという効果を奏する。
【００３４】
なお、入射側構造体１０３及び第２の構造体１０５は、Ｘ方向及びＹ方向に同数のロッドインテグレータを並列させる構成に限られない。例えば、Ｘ方向に５つのロッドインテグレータとＹ方向に４つのロッドインテグレータとを並列させるように、Ｘ方向とＹ方向とで異なる個数のロッドインテグレータを並列させることとしても良い。均一化光学素子１１０は、各構造体１０３、１０４、１０５、１０６とは異なる他の構造体を設ける構成としても良い。本発明において均一化光学素子は、光が伝播する向きへ進むとともにロッドインテグレータの個数が多くなるような第１の構造体１０４及び第２の構造体１０５が少なくとも設けられていれば良い。また、入射側構造体１０３及び出射側構造体１０６を設けることで、効率的に均一化を図ることができる。
【００３５】
入射側構造体１０３、第１の構造体１０４、及び第２の構造体１０５は、それぞれロッドインテグレータの個数を２５個、１個、１００個とする構成に限られない。第１の構造体１０４が備えるロッドインテグレータ１１２の個数が、第２の構造体１０５が備えるロッドインテグレータ１１３よりも少なければ良い。これにより、第１の構造体１０４のロッドインテグレータ１１２からの光を、第２の構造体１０５のロッドインテグレータ１１３によって細分し、均一化することが可能となる。入射側構造体１０３に設けられるロッドインテグレータ１１１の個数と、第２の構造体１０５に設けられるロッドインテグレータ１１３の個数との大小は、適宜設定することができる。
【００３６】
さらに、入射側構造体１０３及び第２の構造体１０５は、Ｘ方向及びＹ方向にロッドインテグレータを並列させる構成に限られない。入射側構造体１０３及び第２の構造体１０５は、第２の方向であるＸ方向、及び第３の方向であるＹ方向の少なくとも一方向に複数のロッドインテグレータを並列させる構成であれば良い。照明装置１００は、単独のＬＥＤ１０１からの光を均一化光学素子１１０へ入射させる構成に限られず、複数のＬＥＤからの光を入射させる構成としても良い。この場合、例えば、入射側構造体１０３に設けられたロッドインテグレータ１１１に対応させて複数のＬＥＤを設けることとしても良い。複数のＬＥＤを用いることにより、さらに明るい照明光を得ることができる。
【００３７】
なお、均一化光学素子が備える各構造体のいずれを第１の構造体、第２の構造体と捉えるかは上述の説明通りとしなくても良く、一義的に決定されないものとする。例えば、図１に示す均一化光学素子１１０において、構造体１０３を第１の構造体、構造体１０５を第２の構造体と定義することとしても良い。この場合、第１の構造体１０３が備えるロッドインテグレータ１１１の個数が、第２の構造体１０５が備えるロッドインテグレータ１１３の個数よりも少ないとする要件は、図１に示す均一化光学素子１１０の構成において満たされている。
【００３８】
第１の構造体１０３及び第２の構造体１０５に挟まれて設けられた構造体１０４は、単独のロッドインテグレータ１１２を備える第４の構造体である。第１の構造体１０３に設けられた複数のロッドインテグレータ１１１からの光は、第４の構造体１０４に設けられた単独のロッドインテグレータ１１２によって均一化された後、さらに第２の構造体１０５に設けられた複数のロッドインテグレータで細分される。第２の構造体１０５では、第１の構造体１０３より光を細かく細分することで十分に光が均一化される。従って、構造体１０３を第１の構造体、構造体１０５を第２の構造体として捉える場合も、光の十分な均一化が図られていることがわかる。
【実施例２】
【００３９】
図８は、本発明の実施例２に係る均一化光学素子８１０の構成を示す。均一化光学素子８１０は、第２の構造体８０５に、互いに大きさが異なるロッドインテグレータが存在することを特徴とする。第２の構造体８０５は、図９の平面構成に示すように、互いにＸＹ平面における大きさが異なるロッドインテグレータ８１３、８１４、８１５を有する。ＸＹ平面の中央に設けられた単独のロッドインテグレータ８１５は、他のロッドインテグレータ８１３、８１４と比較して最も大きい。また、ロッドインテグレータ８１５の周囲に設けられた２０個のロッドインテグレータ８１４は、他のロッドインテグレータ８１３、８１５と比較して最も小さい。ＸＹ平面の外縁に設けられた１６個のロッドインテグレータ８１３は、ロッドインテグレータ８１４及びロッドインテグレータ８１５の中間の大きさを有する。
【００４０】
第１の構造体１０４からの光は、小型のロッドインテグレータに入射した光ほど、鏡像を増やすことで均一化を図ることが可能である。ＸＹ平面における大きさが異なるロッドインテグレータ８１３、８１４、８１５を備えることにより、第２の構造体８０５における光の均一化を、ＸＹ平面における入射位置ごとにコントロールすることができる。これにより、例えば、照明対象における光量分布を、ＬＥＤ１０１の光量分布特性に応じて均一化することが可能となる。また、第２の構造体８０５における光量分布のコントロールにより、例えば、照明対象のうちの所定領域に強い光を供給することも可能となる。従って、ＬＥＤ１０１における光量分布の特性や照明用途によって、照明対象に供給する光の光量分布を適宜コントロールすることができる。
【００４１】
互いに大きさが異なるロッドインテグレータの配置及び大きさは、ＬＥＤ１０１における光量分布の特性や照明用途によって適宜変更することができる。また、本実施例の均一化光学素子８１０は、第２の構造体８０５のみに、互いに大きさが異なるロッドインテグレータを存在させることとしているが、これに限られない。互いに大きさが異なるロッドインテグレータは、他の構造体１０３、１０４、１０６に設けることとしても良い。また、複数の構造体に、互いに大きさが異なるロッドインテグレータを存在させても良い。
【実施例３】
【００４２】
図１０は、本発明の実施例３に係る均一化光学素子１０１０の構成を示す。均一化光学素子１０１０は、第１の方向であるＺ方向へ進むに従い漸次広がるようなテーパ形状のロッドインテグレータ１０１１を有することを特徴とする。入射側構造体１０１３は、テーパ形状のロッドインテグレータ１０１１によって構成されている。ロッドインテグレータ１０１１は、透明部材と低屈折率層１２１との界面において光が全反射する際に、光軸ＡＸに対する角度が小さくなるように光線角度を変換することができる。ロッドインテグレータ１０１１をテーパ形状とすることで、入射側構造体１０１３も、Ｚ方向へ進むに従い漸次広がるようなテーパ形状を有する。
【００４３】
テーパ形状のロッドインテグレータ１０１１を用いることで、光軸ＡＸに対する角度が小さく指向性の高い光を供給することが可能となる。例えば、画像表示装置であるプロジェクタは、空間光変調装置で変調可能な光の角度範囲、及び投写光学系で取り込むことが可能な光の角度範囲に限りがあることから、小さい光線角度の光が多いほど効率良く光を利用できるといえる。従って、均一化光学素子１０１０をプロジェクタに用いる場合、ロッドインテグレータ１０１１により小さい光線角度の光を増加させることにより、高い光利用効率で明るい画像を得ることが可能となる。
【００４４】
また、例えば、入射側構造体１０１３の入射側端面をＬＥＤのチップと略同一の正方形とし、出射側端面を照明対象である空間光変調装置と略相似である形状とすることも可能である。これにより、ＬＥＤからの光を空間光変調装置の全体に入射させることができる。なお、入射側構造体１０１３は、全てのロッドインテグレータをテーパ形状とする構成に限らず、テーパ形状のロッドインテグレータと四角柱形状のロッドインテグレータとを組み合わせることとしても良い。また、テーパ形状のロッドインテグレータは入射側構造体１０１３のみに設ける構成に限られず、他の構造体１０４、１０５、１０６に設けることとしても良い。さらに、複数の構造体に、テーパ形状のロッドインテグレータを設けても良い。
【実施例４】
【００４５】
図１１は、本発明の実施例４に係る画像表示装置であるプロジェクタ１１００の概略構成を示す。プロジェクタ１１００は、画像信号に応じた光をスクリーン１１１６に投写し、スクリーン１１１６に対してプロジェクタ１１００と同じ側から投写像を観察する、いわゆるフロント型プロジェクタである。プロジェクタ１１００は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用照明装置１００Ｒと、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用照明装置１００Ｇと、青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用照明装置１００Ｂと、を有する。各照明装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、上記実施例１の照明装置１００と同様の構成を有する。本実施例においては、上記実施例１と重複する説明は省略する。
【００４６】
Ｒ光用照明装置１００Ｒは、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒを有する。Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、Ｒ光を供給する。Ｒ光用照明装置１００Ｒは、Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲからのＲ光を、空間光変調装置１１１０Ｒに供給する。空間光変調装置１１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１１１０Ｒに入射した光のうち例えばｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。空間光変調装置１１１０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１１１２に入射する。
【００４７】
Ｇ光用照明装置１００Ｇは、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇを有する。Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、Ｇ光を供給する。Ｇ光用照明装置１００Ｇは、Ｇ光用ＬＥＤ１０１ＧからのＧ光を、空間光変調装置１１１０Ｇに供給する。空間光変調装置１１１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１１１０Ｇに入射した光のうち例えばｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。空間光変調装置１１１０Ｇでｓ偏光光に変換されたＧ光は、Ｒ光が入射する面とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１１２に入射する。
【００４８】
Ｂ光用照明装置１００Ｂは、Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂを有する。Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂは、Ｂ光を供給する。Ｂ光用照明装置１００Ｂは、Ｂ光用ＬＥＤ１０１ＢからのＢ光を、空間光変調装置１１１０Ｂに供給する。空間光変調装置１１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１１１０Ｂに入射した光のうち例えばｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。空間光変調装置１１１０Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、Ｒ光が入射する面及びＧ光が入射する面とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１１２に入射する。
【００４９】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１１２は、２つのダイクロイック膜１１１２ａ、１１１２ｂを有する。ダイクロイック膜１１１２ａ、１１１２ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜１１１２ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１１２ｂは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１１２は、空間光変調装置１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写光学系１１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１１２で合成された光をスクリーン１１１６に投写する。
【００５０】
ダイクロイック膜１１１２ａ、１１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１１１２ａ、１１１２ｂでそれぞれ反射させるべきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１１２に入射することが望ましい。また、ダイクロイック膜１１１２ａ、１１１２ｂを透過させるべきＧ光は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１１２に入射することが望ましい。ｓ偏光光に変換されたＧ光をクロスダイクロイックプリズム１１１２に入射させるために、例えば、空間光変調装置１１１０Ｇとクロスダイクロイックプリズム１１１２との間にλ／２位相板を設けることとしても良い。
【００５１】
各色光用照明装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを用いることにより、小型な構成により、十分に均一化された光を供給することができる。これにより、小型な構成で、かつ良好な光量分布の画像を表示することができる。なお、上記実施例では光源部としてＬＥＤを用いることとしているが、これに限られない。ＬＥＤに代えて、例えばＥＬ素子や半導体レーザ等の他の固体発光素子を用いても良い。光源部としては固体発光素子に限らず、固体発光素子以外の発光体、例えば、超高圧水銀ランプ等のランプを用いても良い。また、プロジェクタ１１００に用いる空間光変調装置は、透過型の液晶表示装置に限らず、反射型の液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いても良い。さらに、照明装置を設ける画像表示装置はプロジェクタに限らず、例えば空間光変調装置で変調された光を直視するディスプレイであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係る均一化光学素子は、画像表示装置であるプロジェクタに用いることで、小型な構成により良好な光量分布の画像を表示する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１に係る照明装置の概略構成を説明する図。
【図２】入射側構造体の平面構成を示す図。
【図３】第１の構造体の平面構成を示す図。
【図４】第２の構造体の平面構成を示す図。
【図５】従来の均一化光学素子の構成を説明する図。
【図６】従来の均一化光学素子の出射側端面における光の強度分布を説明する図。
【図７】本発明の均一化光学素子の出射側端面における光の強度分布を説明する図。
【図８】本発明の実施例２に係る均一化光学素子の構成を示す図。
【図９】第２の構造体の平面構成を示す図。
【図１０】本発明の実施例３に係る均一化光学素子の構成を示す図。
【図１１】本発明の実施例４に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１００  照明装置、１０１  ＬＥＤ、１０２  レンズ、１０３  入射側構造体、１０４  第１の構造体、１０５  第２の構造体、１０６  出射側構造体、１１０  均一化光学素子、１１１、１１２、１１３、１１４  ロッドインテグレータ、１２１、１２４  低屈折率層、１２２、１２３、１２５  接着層、２００  空間光変調装置、５０３  入射側構造体、５０６  出射側構造体、５１０  均一化光学素子、５１１、５１４  ロッドインテグレータ、８０５  第２の構造体、８１０  均一化光学素子、８１３、８１４、８１５  ロッドインテグレータ、１０１０  均一化光学素子、１０１１  ロッドインテグレータ、１０１３  入射側構造体、１１００  プロジェクタ、１００Ｒ  Ｒ光用照明装置、１００Ｇ  Ｇ光用照明装置、１００Ｂ  Ｂ光用照明装置、１０１Ｒ  Ｒ光用ＬＥＤ、１０１Ｇ  Ｇ光用ＬＥＤ、１０１Ｂ  Ｂ光用ＬＥＤ、１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂ  空間光変調装置、１１１２  クロスダイクロイックプリズム、１１１２ａ、１１１２ｂ  ダイクロイック膜、１１１４  投写光学系、１１１６  スクリーン
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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