(57)【要約】【目的】  入射した光の分散角を小さくすることができるロッドインテグレータ及びこのロッドインテグレータを用いた照明装置及びこの照明装置を用いた投写型映像表示装置を提供する。【構成】  ロッドインテグレータ１２は、光導入ブロック１３と、この光導入ブロック１３の光出射面の中央に設けられた第１ロッドインテグレータ部１４と、前記光導入ブロック１３の光出射面の縁側に設けられた第２ロッドインテグレータ部１５と、から成る。これら部材（１３，１４，１５）は直方体の透明ガラスから成る。光導入ブロック１３は、ＬＥＤ１１から出射された光のうち、中央側の光を光出射面の中央側に導き、周辺側の光を光出射面の周辺側に導く。前記光導入ブロック１３の光出射面には、入射した光を低分散角化して出射する光学作用面１３ａが形成されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導入面及び光出射面を有する光導入ブロックと、前記光導入ブロックの光出射面の側に設けられたロッドインテグレータ部とから成り、前記光導入ブロックの光出射面の少なくとも非中央領域には、入射した光を低分散角化して出射する光学作用面が形成されていることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロッドインテグレータにおいて、前記ロッドインテグレータ部は、前記光導入ブロックの光出射面の中央又は略中央に設けられた第１ロッドインテグレータ部と、前記非中央領域に設けられた第２ロッドインテグレータ部と、から成ることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロッドインテグレータにおいて、前記第２ロッドインテグレータ部は複数の分割ロッドインテグレータ部から成ることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項４】
請求項３に記載のロッドインテグレータにおいて、前記分割ロッドインテグレータ部と第１ロッドインテグレータ部とは同一形状を有するロッドインテグレータ部であることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のロッドインテグレータにおいて、前記光学作用面は前記第２ロッドインテグレータ部が対面することになる前記光導入ブロックの光出射面に形成されていることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のロッドインテグレータにおいて、前記光学作用面は前記光導入ブロックの光出射面の全面に形成されていることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のロッドインテグレータにおいて、前記光学作用面は、前記光導入ブロック自体に形成された多数の微細な凹凸から成るか又は多数の微細な凹凸を有する透明プレートから成ることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のロッドインテグレータにおいて、前記光導入ブロックの光導入面は、平坦面であるか又は光源が入り込む凹形状部が形成されていることを特徴とするロッドインテグレータ。
【請求項９】
光源と、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のロッドインテグレータと、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置において、前記光源は、所定の色光を出射する色光源であることを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明装置において、前記光源は白色光源であることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
第１の色光を出射する請求項１０に記載の照明装置と、第２の色光を出射する請求項１０に記載の照明装置と、第３の色光を出射する請求項１０に記載の照明装置と、各色光源からの各色光を略同一方向に導く光学部材と、から成ることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明装置において、照明中は第１の色光と第２の色光と第３の色光が常時出射されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の照明装置において、照明中は第１の色光と第２の色光と第３の色光が時分割で出射されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
第１の色光を出射する請求項１０に記載の照明装置と、第２の色光を出射する請求項１０に記載の照明装置と、第３の色光を出射する請求項１０に記載の照明装置と、各照明装置からの光を受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブ経た各色映像光を合成して投写する手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１６】
請求項１１又は請求項１３に記載の照明装置と、一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の照明装置と、一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロッドインテグレータ及びこのロッドインテグレータを用いた照明装置及びこの照明装置を用いた投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光源の光強度分布の不均一性を解消するために、光インテグレート効果を有するロッドインテグレータが用いられている（特許文献１参照）。また、ロッドインテグレータの光入射面よりも光出射面を大きくしたテーパ型のロッドインテグレータを用いることにより、ロッド出射光の低分散角化を図ることが考えられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図３（ｂ）に示すように、例えば、ＬＥＤ１０１から出射される光のうち、領域Ｂへ入射する光の分散角は大きく、ロッドインテグレータ１００では、前記領域Ｂへ入射した光の高分散角が維持されてしまう。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑み、低分散角化が図れるロッドインテグレータ、このロッドインテグレータを用いた照明装置、及びこの照明装置を用いた投写型映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】
【０００６】
この発明のロッドインテグレータは、上記の課題を解決するために、光導入面及び光出射面を有する光導入ブロックと、前記光導入ブロックの光出射面の側に設けられたロッドインテグレータ部とから成り、前記光導入ブロックの光出射面の少なくとも非中央領域には、入射した光を低分散角化して出射する光学作用面が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成であれば、前記光導入ブロックの光出射面の少なくとも非中央領域には、入射した光を低分散角化して出射する光学作用面が形成されているので、ロッドインテグレータから出射される光の低分散角化が図れる。
【０００８】
上記構成のロッドインテグレータにおいて、前記ロッドインテグレータ部は、前記光導入ブロックの光出射面の中央又は略中央に設けられた第１ロッドインテグレータ部と、前記非中央領域に設けられた第２ロッドインテグレータ部と、から成っていてもよい。かかる構成であれば、ロッドインテグレータの全体における断面形状が大きくても各ロッドインテグレータは細身となるので、前記ロッドインテグレータ部内での光の反射回数を多くすることができ、光インテグレート効果を高めることができる。かかる構成のロッドインテグレータにおいて、前記第２ロッドインテグレータ部は複数の分割ロッドインテグレータ部から成っていてもよい。かかる構成において、前記分割ロッドインテグレータ部と第１ロッドインテグレータ部とは同一形状であってもよい。
【０００９】
これら構成のロッドインテグレータにおいて、前記光学作用面は前記光導入ブロックの光出射面の全面に形成されていてもよい。或いは、前記第１ロッドインテグレータ部と第２ロッドインテグレータ部とを有する構成においては、前記光学作用面は前記第２ロッドインテグレータ部が対面することになる前記光導入ブロックの光出射面に形成されていてもよい。
【００１０】
これら構成のロッドインテグレータにおいて、前記光学作用面は、前記光導入ブロック自体に形成された多数の微細な凹凸から成るか又は多数の微細な凹凸を有する透明プレートから成っていてもよい。
【００１１】
また、これら構成のロッドインテグレータにおいて、前記光導入ブロックの光導入面は、平坦面であるか又は光源が入り込む凹形状部が形成されていてもよい。
【００１２】
また、この発明の照明装置は、光源と、上述したのいずれかのロッドインテグレータと、を備えたことを特徴とする（以下、この項において第１照明装置という）。前記第１照明装置において、前記光源は、所定の色光を出射する色光源であってもよい（以下、この項において第２照明装置という）。また、前記第１照明装置において、前記光源は白色光源であってもよい（以下、この項において第３照明装置という）。
【００１３】
また、この発明の照明装置は、第１の色光を出射する前記第２照明装置と、第２の色光を出射する前記第２照明装置と、第３の色光を出射する前記第３照明装置と、各色光源からの各色光を略同一方向に導く光学部材と、から成ることを特徴とする（以下、この項において第４照明装置という）。この第４照明装置において、照明中は第１の色光と第２の色光と第３の色光が常時出射されるように構成されていてもよい（以下、この項において第５照明装置という）。或いは、前記第４照明装置において、照明中は第１の色光と第２の色光と第３の色光が時分割で出射されるように構成されていてもよい（以下、この項において第６照明装置という）。
【００１４】
また、この発明の投写型映像表示装置は、第１の色光を出射する前記第２照明装置と、第２の色光を出射する前記第２照明装置と、第３の色光を出射する前記第３照明装置と、各照明装置からの光を受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブ経た各色映像光を合成して投写する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第３照明装置又は前記第５照明装置と、一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第６照明装置と、一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、前記ロッドインテグレータ部内での光の反射回数を多くして光インテグレート効果を高めることができる。また、前記光学作用面を備える構成であれば、ロッドに入射する光の分散角を小さくすることができ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】
【００１８】
以下、この発明の実施例を図１乃至図８に基づいて説明していく。
【００１９】
図１は投写型映像表示装置４の光学系を示した図である。この投写型映像表示装置４は３つの照明装置５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを備える（以下、個々の照明装置を特定しないで示すときには、符号”５１”を用いる）。各照明装置５１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）１１と、ロッドインテグレータ１２と、を備えて成る。照明装置１Ｒは赤色光を出射し、照明装置１Ｇは緑色光を出射し、照明装置１Ｂは青色光を出射する。
【００２０】
ＬＥＤ１１は、ＬＥＤチップとＬＥＤ基板とヒートシンク（放熱板）とを備えて成る。照明装置５１ＲにおけるＬＥＤ１１は赤色光を出射し、照明装置５１ＧにおけるＬＥＤ１１は緑色光を出射し、照明装置５１ＢにおけるＬＥＤ１１は青色光を出射する。
【００２１】
ロッドインテグレータ１２は、ＬＥＤ１１から出射された光の強度が照明対象物（例えば、液晶表示パネル）の面上で均一となるように光インテグレートを行う。ロッドインテグレータ１２の詳細については後述する。
【００２２】
液晶表示パネル１Ｒ，１Ｂ，１Ｇには図示しないドライバから各色用の液晶駆動信号（映像信号）が供給される。各液晶表示パネル１を透過することで変調された各色映像光は、クロスダイクロイックプリズム２によって合成されてフルカラー映像光となる。このフルカラー映像光は、投写レンズ３によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。
【００２３】
前記ロッドインテグレータ１２は、図２（ａ）（ｂ）にも示すように、光導入ブロック１３と、この光導入ブロック１３の光出射面の中央に設けられた第１ロッドインテグレータ部１４と、前記光導入ブロック１３の光出射面の縁側に設けられた第２ロッドインテグレータ部１５と、から成る。これら部材（１３，１４，１５）は直方体の透明ガラスから成る。ＬＥＤ１１は、前方の略全方位に光を出射する。ＬＥＤ１１は、光導入ブロック１３の光入射面（フラット面）上にエアギャップを介して配置される。光導入ブロック１３は、ＬＥＤ１１から出射された光のうち、中央側の光を光出射面の中央側に導き、周辺側の光を光出射面の周辺側に導く。第１ロッドインテグレータ部１４と第２ロッドインテグレータ部１５の辺（縦辺及び横辺）の長さの比は、３：５としている。
【００２４】
第２ロッドインテグレータ部１５は、１６個の分割ロッドインテグレータ部１５ａ…から成る。各分割ロッドインテグレータ部１５ａは独立しており、或る分割ロッドインテグレータ部１５ａ内を通る光が隣の分割ロッドインテグレータ部１５ａに入り込むことはない。
【００２５】
前記光導入ブロック１３の光出射面には、入射した光を低分散角化して出射する光学作用面１３ａが形成されている。この光学作用面１３ａは前記光出射面の全面に形成されていてもよいが、この実施例では、第２ロッドインテグレータ部１５が対面する領域にだけ形成している。光学作用面１３ａは、図５に示すように、屈折を生じさせる多数の微細な凹凸（例えば、プリズム状或いはフレネルレンズ状の凹凸）から成る。光学作用面１３ａを有することにより、光導入ブロック１３から出射しようとする光の分散角が小さくなる。すなわち、光導入ブロック１３から出射しようとする光の分散角が小さくなるように、光学作用面１３ａの凹凸部の傾斜角度等が設計されている。なお、光導入ブロック１３自体に光学作用面１３ａを形成せずに、多数の微細な凹凸を有する透明プレートを光導入ブロック１３の光出射面の側に配置してもよい。
【００２６】
上記のロッドインテグレータ１５の低分散角化の作用を図３（ａ）に示している。なお、比較のため、図３（ｂ）には、従来のロッドインテグレータ１００における光束反射作用を示している。ＬＥＤ１１から出射される光のうち、周辺側の出射光ほど分散角は大きい。本願のロッドインテグレータ１５においては、光導入ブロック１３の光出射面の縁側に低分散角化のための光学作用面１３ａを有するので、周辺側出射光の分散角を小さくすることができる。なお、この例では、中央側出射光の分散角は元々小さいとして前記光学作用面１３ａを形成していないが、光導入ブロック１３の中央部にも光学作用面１３ａを形成し、中央側出射光の分散角を更に小さくするようにしてもよい。また、ロッドインテグレータ１５を構成している各ロッド部は、従来の単一構成のロッドインテグレータ１００に比べて細身となり、ロッドインテグレータ１００内での光反射回数に比べ、各ロッド部内での光反射回数は増加し、各ロッド部内でのインテグレート効果も向上する。
【００２７】
光学作用面１３ａが形成される領域に相当する領域Ｂに到来する光には、光導入ブロック１３内を進んで直接に領域Ｂに到来する光（第１光束Ａ１：図３参照）と、光導入ブロック１３（ロッドインテグレータ１００）の側面で一回反射して領域Ｂに到来する光（第２光束Ａ２：図３参照）とがある。図５において、第１光束は黒塗り矢印で示しており、第２光束は白抜き矢印で示している。光学作用面１３ａの凹凸における傾斜面１３ａ1 は第１光束Ａ１の低分散角化に適した傾斜角度を有し、傾斜面１３ａ2 は第２光束Ａ２の低分散角化に適した傾斜角度を有している。
【００２８】
図4 はロッドインテグレータ１２Ａを備える照明装置を示した説明図である。前記ロッドインテグレータ１２Ａにおける光導入ブロック１３Ａは、その光出射面に曲面（球面或いは非球面）形状の凹部を有する。また、ＬＥＤ１１ＡはそのＬＥＤチップを覆うドーム形状のレンズキャップ部を備える。前記レンズキャップ部は前記凹部内にセットされる。前記ＬＥＤ１１Ａを利用する場合には、前記光導入ブロック１３Ａを用いることにより、図２に示した構成と同様、ＬＥＤ１１Ａから出射された光を光導入ブロック１３Ａにてロッドインテグレータ部１４，１５に導くことができる。
【００２９】
図６は、ロッドインテグレータ１２Ｂを示した斜視図である。なお、同図（ａ）はロッドインテグレータ部１４，１５Ａを光導入ブロック１３から幾分離間させた状態を示しており、同図（ｂ）はロッドインテグレータ部１４を取り外した状態を示している。ロッドインテグレータ１２Ｂにおける第２ロッドインテグレータ部１５Ａは、断面枠状の一体形状を有する。先述したロッドインテグレータ１２に比べ、ロッドインテグレータ１２Ｂの部品数は少なくなる。
【００３０】
図７は、ロッドインテグレータ１２Ｃを示した斜視図である。ロッドインテグレータ１２Ｃは、光導入ブロック１３Ｂと第１ロッドインテグレータ部１４Ａと第２ロッドインテグレータ部１５Ｂとから成る。第２ロッドインテグレータ部１５Ｂは８個の分割ロッドインテグレータ部１５ａ…から成る。そして、第１ロッドインテグレータ部１４Ａは分割ロッドインテグレータ部１５ａ…と同一の形状を有している。かかる構成のロッドインテグレータ１２Ｃであれば、第１ロッドインテグレータ部１４Ａは分割ロッドインテグレータ部１５ａ…とが共通部品化されることになり、部品種類の削減によって低コスト化が図りやすくなる。
【００３１】
図８は光導入ブロック１３Ｂの光出射面における９つの領域を示している。各領域の大きさは第１ロッドインテグレータ部１４Ａ及び分割ロッドインテグレータ部１５ａの光入射領域の大きさに一致する。前記９つの領域におけるそれぞれの総光量をＹ１〜Ｙ９とする。このとき、望ましくは、Ｙ１＝Ｙ２＝Ｙ３＝Ｙ４＝Ｙ５＝Ｙ６＝Ｙ７＝Ｙ８＝Ｙ９が成立するのがよい。別言すれば、各領域の総光量が極力一致するように、光導入ブロック１３Ｂの形状や大きさ、更にはＬＥＤの光出射態様が設計されるのがよい。各領域の総光量が極力一致すればよく、各領域の面内において輝度ムラが存在していても構わない。なお、例えば、図２に示した光導入ブロック１３の周囲側（光学作用面１３ａ）においては、１６個の分割領域においてそれぞれの領域の総光量が等しく、且つ、各領域の総光量の９倍の総光量を中央側領域（第１ロッドインテグレータ部１４の光入射領域）が持てばよい。
【００３２】
図９はロッドインテグレータ１２Ｄを備える照明装置を示した説明図である。前記ロッドインテグレータ１２Ｄは、光導入ブロック１３Ｃとその光出射面に設けられた一つのロッドインテグレータ部１６とから成る。光導入ブロック１３Ｃの光出射面の非中央領域には光学作用面１３ａが形成されている。勿論、光導入ブロック１３Ｃの光出射面の全領域に光学作用面１３ａが形成されていてもよい。光導入ブロック１３Ｃの厚みを２ｍｍ程度（望ましくは２ｍｍ以下）とするのがよい。光導入ブロック１３，１３Ｂにおいても同様に厚みが２ｍｍ程度（望ましくは２ｍｍ以下）であってもよい。光導入ブロック１３Ａにおいては、例えばその凹部の形成位置での厚みが２ｍｍ程度（望ましくは２ｍｍ以下）であってもよい。
【００３３】
また、以上説明したロッドインテグレータ（ロッドインテグレータ部）は、直方体形状に限るものではない。
【００３４】
白色光を出射するＬＥＤを用いると共に、上述したいずれかの照明装置の光出射側にＲＧＢカラーフィルタを備えるフルカラーの液晶表示パネルを配置することで、いわゆる単板型の投写型映像表示装置を構成することができる。
【００３５】
また、図１等に示した各色光を出射する照明装置からの色光（赤色光と青色光と緑色光）をクロスダイクロイックプリズム或いはクロスダイクロイックミラーによって同一方向に導く構成の照明装置を採用できる。この構成の照明装置を用いる投写型映像表示装置で用いられる液晶表示パネルは、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いはＲＧＢカラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の液晶表示パネルを用いる場合には、全照明装置を同時点灯して白色光を液晶表示パネルに導く。前記ＲＧＢカラーフィルタを備えない構造の液晶表示パネルを用いる場合には、各照明装置を時分割で順次に所定時間点灯させると共に、この所定時間点灯のタイミングに同期させて液晶表示パネルに各色の映像信号を供給する。
【００３６】
以上の説明において、投写型映像表示装置は透過型の液晶パネルを用いることとしたが、これに限らず、反射型の液晶パネルを用いてもよいし、これら液晶パネルに替えて、画素となる多数の微小ミラーを個々に駆動するタイプの表示パネルを用いることとしてもよい。
【００３７】
また、以上説明した照明装置において、ロッドインテグレータ部として中空構造のロッドインテグレータ部を用いることもできる。投写レンズに代えて投写用の曲面ミラーを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の照明装置を備えた３板式の投写型映像表示装置を示した説明図である。
【図２】図１の照明装置を示した斜視図であって、同図（ａ）は光導入ブロックをロッドインテグレータ部から離間させて示した図であり、同図（ｂ）は光導入ブロック及びロッドインテグレータ部を透視的に示した図である。
【図３】同図（ａ）は図１の照明装置の光導入ブロック内及びロッドインテグレータ部内を通る光束を示した説明図であり、同図（ｂ）は参考のために従来のテーパ無しロッドインテグレータ内を通る光束を示した説明図である。
【図４】この発明の他の実施形態の照明装置を示した説明図である。
【図５】光学作用面の説明図である。
【図６】この発明の他の実施形態の照明装置を示した斜視図であり、同図（ａ）は光導入ブロックをロッドインテグレータ部から離間させて示した図であり、同図（ｂ）は第１ロッドインテグレータ部を取り外した状態の図である。
【図７】この発明の他の実施形態の照明装置を示した斜視図である。
【図８】光導入ブロックの光出射面における領域を示した説明図である。
【図９】この発明の他の実施形態の照明装置を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
２    クロスダイクロイックプリズム
４    投写型映像表示装置
１１，１１Ａ  ＬＥＤ
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ  ロッドインテグレータ
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ  光導入ブロック
１４，１４Ａ  第１ロッドインテグレータ部
１５，１５Ａ，１５Ｂ  第２ロッドインテグレータ部
１５ａ  分割ロッドインテグレータ部
１６  ロッドインテグレータ部
【図１】
2006267713.tif 000003
【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】
2006267713.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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