(57)【要約】【課題】複数のランプから発せられる放射光の合成に際して、集光効率を向上させることが可能な照明光学装置を提供する。【解決手段】ロッドインテグレータ１０は、照明分布が均一な照明光を出射する。光導入部２０は、第１入射面に照射された光の一部をロッドインテグレータ１０の入射面に導き、他の一部を第２入射面から放出し、また、第２入射面に照射された光の一部をロッドインテグレータ１０の入射面に導き、他の一部を第１入射面から放出する。第１集光部３２ａは、第１入射面から放出された光を集光して、第１入射面に照射する。第２集光部３２ｂは、第２入射面から放出された光を集光して、第２入射面に照射する。【選択図】図１
2011209697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の入射面に入射した入射光の照明むらを解消し、自身の出射面から照明分布が均一な照明光を出射するロッドインテグレータと、
自身の第１入射面に照射された第１入射光の一部を前記ロッドインテグレータの入射面に導き、前記第１入射光のうちの残りの一部を通過させて自身の第２入射面から放出し、前記第２入射面に照射された第２入射光の一部を前記ロッドインテグレータの入射面に導き、前記第２入射光のうちの残りの一部を通過させて前記第１入射面から放出する光導入部と、
前記光導入部を中心に、対向する位置に設けられた第１光源及び第２光源と、
前記第１光源が直接発する光、及び前記光導入部を通過して前記第１入射面から放出された光を集光して、前記第１入射面に照射する第１集光部と、
前記第２光源が直接発する光、及び前記光導入部を通過して前記第２入射面から放出された光を集光して、前記第２入射面に照射する第２集光部とを備えること、を特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記光導入部は、
第１直角台形プリズム、及び第２直角台形プリズムからなり、
前記第１入射面は、前記第１直角台形プリズムにおける第１台形の長辺を含み、前記第１光源に対向し、
前記第２入射面は、前記第２直角台形プリズムにおける第２台形の長辺を含み、前記第２光源に対向し、
前記第１台形の斜辺を含む第１反射面と前記第１入射面とのなす角度、及び、前記第２台形の斜辺を含む第２反射面と前記第２入射面とのなす角度が略４５°であり、
前記第１台形の直角に挟まれる辺を含む第１出射面、及び、前記第２台形の直角に挟まれる辺を含む第２出射面が、前記ロッドインテグレータの入射面と接し、
前記第１台形の短辺を含む第１通過面と、前記第２台形の短辺を含む第２通過面とが互いに接し、前記第１入射光の一部、及び前記第２入射光の一部を通過させること、を特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記光導入部は、
前記第１直角台形プリズム、及び前記第２直角台形プリズムとが、前記第１通過面と、前記第２通過面とにおいて繋がって、一体となった構造であること、を特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記第１集光部、及び前記第２集光部における集光スポットサイズが、前記ロッドインテグレータの入射面の１／２のサイズよりも大きいこと、を特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記照明光学装置は、さらに、
入射した光を利用できる範囲である、前記第１入射面、及び前記第２入射面の有効面外に、当該有効面から外れた光を反射する反射部材を備えること、を特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記ロッドインテグレータは、テーパ状又はフレア状であり、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項７】
請求項１に記載の照明光学装置を複数個有し、それぞれの前記ロッドインテグレータを子ロッドインテグレータとして、それらの出射面を新たに設けた１つの親ロッドインテグレータの入射面に揃えて結合するように配置した照明光学装置。
【請求項８】
前記子ロッドインテグレータ、及び前記親ロッドインテグレータのうちの少なくとも１つは、テーパ状又はフレア状であり、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なることを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
【請求項９】
請求項７に記載の照明光学装置において、前記複数の子ロッドインテグレータのうちの１つを削除し、前記親ロッドインテグレータで代用したことを特徴とする照明光学装置。
【請求項１０】
前記子ロッドインテグレータ、及び前記親ロッドインテグレータのうちの少なくとも１つは、テーパ状又はフレア状であり、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なることを特徴とする請求項９に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いた投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置に用いられる照明光学装置に関し、より特定的には、複数の光源から発せられる放射光の合成に際して、集光効率を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ(Digital Light Processing)プロジェクタ等の投写型表示装置の普及が進んでいる。
投写型表示装置には、投写画像の明るさが求められるので、主に高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、及びキセノンランプ等の比較的輝度が高い光源が使用される。また投写画像の明るさを向上させるためには、光源に与える電力を大きくすれば良いが、１個あたりのランプに与える電力を大きくするとランプの寿命が短くなるという問題がある。
【０００３】
そこで、比較的消費電力の小さい複数のランプを用いて、複数のランプから発せられる放射光を合成することにより、ランプの寿命を短くすることなく投写画像の明るさを効率良く向上させることができる。
【０００４】
また、投写型表示装置には、投写画像の均一性も求められる。投写画像の均一性を確保するためには、レンズアレイを用いる方法や、ロッドインテグレータを用いる方法が知られている。例えば、２個の光源と、２個のリフレクタと、１個のロッドインテグレータとを用いて、投写画像の明るさを向上させると同時に、投写画像の均一性を確保する光源装置が、特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１の光源装置によれば、２個の光源からの放射光は、それぞれ対応するリフレクタによって集光され、対応するロッドインテグレータの入射面に入射される。また各入射面に入射した光線は、他の入射面とロッドインテグレータの側面とで全反射を繰り返すことにより入射時に存在した照明ムラが解消され、均一で高輝度な照明光が、ロッドインテグレータの出射面から出力される（特許文献１の図１参照）。
一方、ロッドインテグレータの入射面のサイズは、一般的な光源のスポットを複数配置するには小さすぎる。そこで光源の発光体サイズを小さくすることによりスポットサイズを小さくして、集光効率を向上させることは有効な手段である。しかしながら、発光体サイズを小さくすると、光源の寿命が短くなることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４４８２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ロッドインテグレータ自体のサイズを大きくして入射面のサイズを大きくすれば、一般的な光源のスポットを複数配置することが可能となる。しかしながら、ロッドインテグレータ自体のサイズを大きくすると、これに合わせて表示デバイス（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Digital Mirror Device））のサイズも大きくしなければ、投写画像の明るさが低下することが知られている。表示デバイスのサイズを大きくすることは、コストを大幅に引き上げることに直結するため、好ましい解決手段ではない。
【０００８】
また特許文献１の光源装置では、一方の入射面に入射され、かつ他方の入射面において反射される光線のみが有効であり、その他の光線は全てロスになる。従って、入射面のうち実質的に有効な部分の割合が小さいので、ロッドインテグレータのサイズの割に集光効率が低い。
【０００９】
それ故に、本発明は、複数のランプから発せられる放射光の合成に際して、集光効率を向上させることが可能な照明光学装置、及び、当該照明光学装置を用いた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】
【００１０】
本発明は、照明光学装置、及び、当該照明光学装置を用いた投写型表示装置に向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の照明光学装置は、ロッドインテグレータと、光導入部と、第１光源及び第２光源と、第１集光部と、第２集光部とを備える。ロッドインテグレータは、自身の入射面に入射した入射光の照明むらを解消し、自身の出射面から照明分布が均一な照明光を出射する。光導入部は、自身の第１入射面に照射された第１入射光の一部を前記ロッドインテグレータの入射面に導き、前記第１入射光のうちの残りの一部を通過させて自身の第２入射面から放出し、前記第２入射面に照射された第２入射光の一部を前記ロッドインテグレータの入射面に導き、前記第２入射光のうちの残りの一部を通過させて前記第１入射面から放出する。第１光源及び第２光源は、前記光導入部を中心に、対向する位置に設けられる。第１集光部は、前記第１光源が直接発する光、及び前記光導入部を通過して前記第１入射面から放出された光を集光して、前記第１入射面に照射する。第２集光部は、前記第２光源が直接発する光、及び前記光導入部を通過して前記第２入射面から放出された光を集光して、前記第２入射面に照射する。
【００１１】
好ましくは、第１直角台形プリズム、及び第２直角台形プリズムからなり、前記第１入射面は、前記第１直角台形プリズムにおける第１台形の長辺を含み、前記第１光源に対向し、前記第２入射面は、前記第２直角台形プリズムにおける第２台形の長辺を含み、前記第２光源に対向し、前記第１台形の斜辺を含む第１反射面と前記第１入射面とのなす角度、及び、前記第２台形の斜辺を含む第２反射面と前記第２入射面とのなす角度が略４５°であり、前記第１台形の直角に挟まれる辺を含む第１出射面、及び、前記第２台形の直角に挟まれる辺を含む第２出射面が、前記ロッドインテグレータの入射面と接し、前記第１台形の短辺を含む第１通過面と、前記第２台形の短辺を含む第２通過面とが互いに接し、前記第１入射光の一部、及び前記第２入射光の一部を通過させるとよい。
【００１２】
好ましくは、前記光導入部は、前記第１直角台形プリズム、及び前記第２直角台形プリズムとが、前記第１通過面と、前記第２通過面とにおいて繋がって、一体となった構造であるとよい。
好ましくは、前記第１集光部、及び前記第２集光部における集光スポットサイズが、前記ロッドインテグレータの入射面の１／２のサイズよりも大きいとよい。
【００１３】
好ましくは、前記照明光学装置は、さらに、入射した光を利用できる範囲である、前記第１入射面、及び前記第２入射面の有効面外に、当該有効面から外れた光を反射する反射部材を備えるとよい。
好ましくは、前記ロッドインテグレータは、テーパ状又はフレア状であり、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なるとよい。
【００１４】
好ましくは、上記に記載の照明光学装置を複数個有し、それぞれの前記ロッドインテグレータを子ロッドインテグレータとして、それらの出射面を新たに設けた１つの親ロッドインテグレータの入射面に揃えて結合するように配置するとよい。
好ましくは、前記子ロッドインテグレータ、及び前記親ロッドインテグレータのうちの少なくとも１つは、テーパ状又はフレア状であり、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なるとよい。
【００１５】
好ましくは、上記に記載の照明光学装置において、前記複数の子ロッドインテグレータのうちの１つを削除し、前記親ロッドインテグレータで代用するとよい。
好ましくは、前記子ロッドインテグレータ、及び前記親ロッドインテグレータのうちの少なくとも１つは、テーパ状又はフレア状であり、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なるとよい。
また上記課題を解決するために、本発明の投写型表示装置は、上記何れかの照明光学装置を用いた投写型表示装置である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明においては、光導入部の入射面に照射された入射光のうち、ロッドインテグレータの入射面へ導けなかった残りの一部を通過させて、反対側の入射面から放出し、放出された光は、反対側の集光部により集光されて、新たな入射光として、再び光導入部の入射面に照射され、有効光として明るさ向上に寄与することができる。
【００１７】
このような構成によれば、ロッドインテグレータの入射面のサイズを大きくすることなく、光導入部の入射面のサイズを大きくできるので、光源に与える電力を大きくしたり光源の発光体サイズを小さくして光源の寿命を短くすることも、ロッドインテグレータ自体のサイズと表示デバイスのサイズとを大きくしてコストを大幅に引き上げることもせずに、集光効率を向上させることができる。
【００１８】
また、直角台形プリズムの鋭角部は、ある程度面取りを施しても効率低下がほとんど発生しないように設計することが可能であるため、取り扱いが容易である。
また、上記照明光学装置を複数個用意し、それぞれのロッドインテグレータを子ロッドインテグレータとして、それらの出射面を新たに設けた１つの親ロッドインテグレータの入射面に揃えて結合するように配置すれば、光源の数を３個以上にすることができるので、光源の寿命を短くすることもコストを大幅に引き上げることもせずに、さらに投写画像の明るさを向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１における照明光学装置１の概略を示す図
【図２】図１におけるロッドインテグレータ１０、及び光導入部２０の拡大図
【図３】本発明による効果を説明するための図
【図４】変形例１における照明光学装置２の概略を示す図
【図５】変形例２における照明光学装置３の概略を示す図
【図６】変形例２における照明光学装置４の概略を示す図
【図７】変形例３における光源ユニット１３０の概略を示す図
【図８】変形例４における光導入部１２０の概略を示す図
【図９】実施の形態２における照明光学装置５の概略を示す図
【図１０】変形例５における照明光学装置６の概略を示す図
【図１１】実施の形態３における投写型表示装置９の概略を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態１］
＜構成＞
図１は、実施の形態１における照明光学装置１の概略を示す図である。
図１において、照明光学装置１は、ロッドインテグレータ１０、光導入部２０、第１光源ユニット３０ａ、及び第２光源ユニット３０ｂにより構成される。
ロッドインテグレータ１０は、自身の入射面１１（図２中における左側の面）に入射した入射光が媒体内で全反射を繰り返すことにより、入射光の照明むらを解消し、自身の出射面１２（図２中における右側の面）から照明分布が均一な照明光を出射するものである。
【００２１】
光導入部２０は、第１直角台形プリズム２１ａ、及び第２直角台形プリズム２１ｂからなる。ここで第１直角台形プリズム２１ａの第１入射面２２ａ（図２中における下側の面）に照射された第１入射光の一部をロッドインテグレータ１０の入射面１１に導き、第１入射光のうちの残りの一部を通過させて、第２直角台形プリズム２１ｂの第２入射面２２ｂ（図２中における上側の面）から放出する。また第２入射面２２ｂに照射された第２入射光の一部をロッドインテグレータ１０の入射面１１に導き、第２入射光のうちの残りの一部を通過させて第１入射面２２ａから放出する。
【００２２】
ロッドインテグレータ１０、第１直角台形プリズム２１ａ、及び第２直角台形プリズム２１ｂの材質は、耐熱性を優先すれば石英ガラスが良く、コストを優先すればＢＫ７材やＳＫ５材等を用いると良いので、光源の放射エネルギーの程度に応じて使い分けると良い。
第１光源ユニット３０ａは、第１光源３１ａと第１集光部３２ａとを含み、同様に第２光源ユニット３０ｂは、第２光源３１ｂと第２集光部３２ｂとを含む。
第１光源３１ａ、及び第２光源３１ｂは、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、及びキセノンランプ等の比較的輝度が高い放電ランプであり、光導入部２０を中心に、互いに対向する位置に設けられている。
【００２３】
第１集光部３２ａ、及び第２集光部３２ｂは、例えば、断面が楕円形状の一部である反射面を備える凹面鏡である。第１集光部３２ａは、第１焦点に置かれた第１光源３１ａが直接発する放射光を集光して、光導入部２０の略中央に第２焦点が置かれた光導入部２０の第１入射面２２ａに照射するとともに、光導入部２０を通過して第１入射面２２ａから放出された光を集光して、第１入射面２２ａに照射する。同様に、第２集光部３２ｂは、第１焦点に置かれた第２光源３１ｂが直接発する放射光を集光して、略中央に第２焦点が置かれた光導入部２０の第２入射面２２ｂに照射するとともに、光導入部２０を通過して第２入射面２２ｂから放出された光を集光して、第２入射面２２ｂに照射する。
【００２４】
図２は、図１におけるロッドインテグレータ１０、及び光導入部２０の拡大図である。
図２を用いて、光導入部２０の具体的な構造の一例を説明する。
図２に示す第１直角台形プリズム２１ａは、第１入射面２２ａ、第１反射面２３ａ、第１出射面２４ａ、及び第１通過面２５ａを有している。同様に第２直角台形プリズム２１ｂは、第２入射面２２ｂ、第２反射面２３ｂ、第２出射面２４ｂ、及び第２通過面２５ｂを有している。
【００２５】
第１入射面２２ａは、第１直角台形プリズム２１ａにおける台形（以下「第１台形」と記す）の長辺を含み、第１光源３１ａに対向している。同様に、第２入射面２２ｂは、第２直角台形プリズム２１ｂにおける台形（以下「第２台形」と記す）の長辺を含み、第２光源３１ｂに対向している。従って、第１直角台形プリズム２１ａと第２直角台形プリズム２１ｂとは、入射面（第１入射面２２ａ、第２入射面２２ｂ）が互いに逆向きに配置されている。
【００２６】
第１反射面２３ａは、第１台形の斜辺を含み、同様に、第２反射面２３ｂは、第２台形の斜辺を含み、両者には反射コートが施されている。
第１反射面２３ａと第１入射面２２ａとのなす角度、及び、第２反射面２３ｂと第２入射面２２ｂとのなす角度は略４５°であり、光源ユニットから入射した光を９０°折り曲げてロッドインテグレータに導くことができる。
なお、直角台形プリズムを高屈折率（屈折率ｎ＝１．７以上）の材質で生成すれば、反射面（第１反射面２３ａ、第２反射面２３ｂ）が全反射となるので、反射コートを無くすことができる。
【００２７】
第１出射面２４ａは、第１台形の直角に挟まれる辺を含み、同様に、第２出射面２４ｂは、第２台形の直角に挟まれる辺を含み、両者はロッドインテグレータ１０の入射面１１と密接している。
第１通過面２５ａは、第１台形の短辺を含み、同様に、第２通過面２５ｂは、第２台形の短辺を含み、第１通過面２５ａと第２通過面２５ｂとが互いに接し、第１入射面２２ａに照射された第１入射光の一部、及び第２入射面２２ｂに照射された第２入射光の一部を通過させる。
【００２８】
なお、第１光源ユニット３０ａにおける放射光の集光位置は、第１入射面２２ａから第１出射面２４ａまでの光路間に設定し、かつ第２光源ユニット３０ｂにおける放射光の集光位置は、第２入射面２２ｂから第２出射面２４ｂまでの光路間に設定することが望ましい。
ここで第１出射面２４ａ、及び第２出射面２４ｂのサイズは、ロッドインテグレータ１０の入射面１１の１／２のサイズのよりも大きく設定しており、第１直角台形プリズム２１ａ、及び第２直角台形プリズム２１ｂを有効外の領域で機械的に保持することができる。またこのようにした場合には、第１光源ユニット３０ａにおける放射光の集光位置は第１出射面２４ａの近傍が望ましく、同様に、第２光源ユニット３０ｂにおける放射光の集光位置は第２出射面２４ｂの近傍が望ましい。
【００２９】
また、第１集光部３２ａ、及び第２集光部３２ｂにおける集光スポットサイズを、ロッドインテグレータ１０の入射面１１の１／２のサイズのよりも大きくすることができる。ここで、集光スポットサイズは、光線の全エネルギーの８０％が捕捉できる面積で定義するものとする。
なお、第１出射面２４ａ、及び第２出射面２４ｂのサイズをロッドインテグレータ１０の入射面１１の１／２のサイズと一致させるように設計してもかまわないが、４５°鋭角部のカケが効率低下に影響しやすいので、直角台形プリズムの固定等の際の取り扱いには十分に注意が必要である。またこのようにした場合には、第１光源ユニット３０ａにおける放射光の集光位置は、第１入射面２２ａから第１反射面２３ａまでの光路間に設定し、かつ、第２光源ユニット３０ｂにおける放射光の集光位置は、第２入射面２２ｂから第２反射面２３ｂまでの光路間に設定することが望ましい。
【００３０】
図３は、本発明による効果を説明するための図である。第１光源ユニット３０ａのうち光源中心３３ａ以外から放射された光線の一部である光線３４ａは、第１入射面２２ａから入射するが第１反射面２３ａに到達せずに、第１通過面２５ａ、及び第２通過面２５ｂを通過して（場合によっては、さらに第１出射面２４ａ、又は第２出射面２４ｂで全反射されて）、第２入射面２２ｂから出射され、光線３５ａとなる。光線３５ａは対向側の第２光源ユニット３０ｂに向かい、第２集光部３２ｂの凹面鏡で２回反射され光線３６ａとなる。光線３６ａは、第２入射面２２ｂから入射し、一部が第２反射面２３ｂにより反射されてロッドインテグレータ１０に導かれ、残りの一部が、上記と同様の経路を繰り返し通過するうちに、ある確率でロッドインテグレータ１０に導かれる。
【００３１】
上記本実施の形態の構成によれば、利用されなかった光線が再利用されるため、ロッドインテグレータに導かれる光量を増加させることができる。
したがって、ロッドインテグレータの入射面のサイズの割に、光導入部の入射面のサイズを大きくできるので、集光スポットサイズを無理に小さくすることなく集光効率を向上させることができる。
【００３２】
＜効果の検証＞
表１は、従来の構成と本実施の形態の構成において、１万本の光線を光源より放射したときに、ロッドインテグレータ出射面から出射される有効光線の本数を計算した結果を示す。
【表１】
2011209697.tif 000003
ここで、光源は高圧水銀ランプとし、アーク長は１．２ｍｍとした。またロッドインテグレータの断面サイズを６ｍｍ×８ｍｍとした。
表１によれば、本実施の形態の構成は、従来の構成に対して、１．０６４倍（＝７２０６／６７７０）の有効光線が得られている。また、対向側光源を設置することにより光線が再利用され、有効光線が１．０５３倍（＝７２０６／６８４０）に増えていることがわかる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、光導入部２０を２個の直角台形プリズムで構成しているが、
第１直角台形プリズム２１ａと第２直角台形プリズム２１ｂとが、第１通過面２５ａと第２通過面２５ｂとにおいて、一体となった構造であってもよい。
また、第１反射面２３ａと第１入射面２２ａとのなす角度、及び、第２反射面２３ｂと第２入射面２２ｂとのなす角度は４５°が最も効果的であると思われるが、必ずしも４５°でなくても同様の効果が得られ有効である。また同様の効果が得られれば、直角台形プリズムの形状を他の形状に変形させてもかまわない。
【００３４】
［変形例１］
図４は、変形例１における照明光学装置２の概略を示す図である。
図４に示すように、変形例１における照明光学装置２は、照明光学装置１の構成に加え、入射した光を利用できる範囲である、第１入射面２２ａ、及び第２入射面２２ｂの各有効面外に、それぞれ各有効面から外れた光を反射する第１反射部材２６ａ、及び第２反射部材２６ｂを備える。
【００３５】
第１反射部材２６ａにより反射された光線は、第１光源３１ａの方向に進み、第１光源３１ａの発光部の温度を上昇させることにより発光効率改善に寄与することができる。同様に、第２反射部材２６ｂにより反射された光線は、第２光源３１ｂの方向に進み、第２光源３１ｂの発光部の温度を上昇させることにより発光効率改善に寄与することができる。
また反射部材としては、鏡面処理された高輝度アルミニウム材等を用いることができる。
【００３６】
［変形例２］
投写型表示装置の画面アスペクト比とロッドインテグレータ出射面のアスペクト比はほぼ同等にすべきであるが、ロッドインテグレータ入射面のアスペクト比は効率計算結果に応じて変えても良い。
例えば、投写型表示装置のアスペクト比が縦横３：４の場合、１つの光源に割り当てられるロッドインテグレータの入射面の開口サイズは縦横３：２となるが、円形の集光スポットを取り込むには効率が悪い。したがってロッドインテグレータをテーパ状又はフレア状にして、１つの光源に割り当てられるロッドインテグレータの入射面のサイズを正方形に近づけても良い。ここで注意すべきは、テーパ状にすることによりロッドインテグレータ出射後の角度分布に歪みが生じ、ロッドインテグレータ出射以降の光学系にてロスの発生原因となるため、バランスよく設定する必要がある。
【００３７】
図５は、変形例２における照明光学装置３の概略を示す図である。
図５に示すように、変形例２における照明光学装置３は、照明光学装置１の構成のロッドインテグレータ１０を、ロッドインテグレータ１１０に置き換えたものである。
ロッドインテグレータ１１０はテーパ状であり、入射面と出射面とのサイズが異なっており、出射面及び入射面に平行な断面の形状が長方形であり、当該断面の形状が、入射面に近づく程長方形の短辺が長くなって正方形に近づいてゆき、入射面の形状が略正方形になっている。
【００３８】
図６は、変形例２における照明光学装置４の概略を示す図である。
図６に示すように、変形例２における照明光学装置４は、照明光学装置１の構成のロッドインテグレータ１０を、ロッドインテグレータ２１０に置き換えたものである。
ロッドインテグレータ２１０はフレア状であり、入射面と出射面とのサイズが異なっており、出射面及び入射面に平行な断面の形状が長方形であり、当該断面の形状が、入射面に近づく程長方形の長辺が短くなって正方形に近づいてゆき、入射面の形状が略正方形になっている。
【００３９】
［変形例３］
図７は、変形例３における光源ユニット１３０の概略を示す図である。
上述のように、楕円面形状の反射面を備える凹面鏡を用い、第一焦点に光源を配置すれば、第二焦点に集光させることが出来るが、より高い集光度を得るためには、図７に示すように、楕円面を変形させた高次非球面凹面鏡１３１と、中心部に凹形状を有する非球面集光レンズ１３２の組み合わせとすると良い。
【００４０】
［変形例４］
図８は、変形例４における光導入部１２０の概略を示す図である。
図８に示すように、光導入部１２０は、２つの直角台形プリズム１２１ａ、１２１ｂの台形の面を、互い違いに積み重ねるように配置され、互いに入射面が逆向きとなる。
２つの直角台形プリズム１２１ａ、１２１ｂの光軸は互いに平行であり、従来例と比較して効率改善が可能である。しかしながら、実施の形態１のように光軸が一致しているわけではないため、実施の形態１の構成よりも光線の再利用の確率が小さくなる。
【００４１】
［実施の形態２］
図９は、実施の形態２における照明光学装置５の概略を示す図である。
図９に示すように、照明光学装置５は、実施の形態１の照明光学装置１を２個有し（１ａ、１ｂ）、それぞれのロッドインテグレータ１０を子ロッドインテグレータ３１０、４１０に置き換えて、それらの出射面３１２、４１２を、新たに設けた１つの親ロッドインテグレータ５１０の入射面５１１に揃えて結合するように配置したものである。
【００４２】
ここで子ロッドインテグレータ３１０と、子ロッドインテグレータ４１０は長さが異なり、平行に並べて配置され、出射面の位置が揃えられている。また、子ロッドインテグレータ３１０の出射面３１２、及び子ロッドインテグレータ４１０の出射面４１２は、親ロッドインテグレータ５１０の入射面５１１と接触するように配置されている。また、出射面３１２と出射面４１２とを合わせたサイズと、入射面５１１のサイズは、ほぼ等しくなるように設定されている。なお、子ロッドインテグレータ３１０、４１０、及び親ロッドインテグレータ５１０のうちの少なくとも１つは、変形例２と同様にテーパ形状又はフレア形状にし、自身の入射面と自身の出射面とのサイズが異なるようにしてもよい。
【００４３】
親ロッドインテグレータ５１０に入射した光は媒体内で全反射を繰り返し、親ロッドインテグレータ５１０の出射面５１２では均一な照度分布となって出射される。これにより、複数の光源からの光を無駄なく合成することができ、より明るい照明光学装置を得ることが出来る。
なお、本実施の形態は４灯合成であるが、実施の形態１の照明光学装置をｎ個用意して、上記と同様に接続すれば、２×ｎ灯の光源を合成することができる。
【００４４】
［変形例５］
図１０は、変形例５における照明光学装置６の概略を示す図である。
図１０に示すように、照明光学装置６は、実施の形態２の照明光学装置５から、子ロッドインテグレータ４１０を削除して、親ロッドインテグレータ５１０で代用したものである。
子ロッドインテグレータ４１０を削除された側の照明光学装置の光導入部１２０の第１出射面２４ａと第２出射面２４ｂは、親ロッドインテグレータ５１０の入射面５１１に接するように配置される。従って、実施の形態２において、子ロッドインテグレータ４１０の長さをゼロにしたものと考えることもできる。
【００４５】
［実施の形態３］
図１１は、実施の形態３における投写型表示装置９の概略を示す図である。
図１１に示すように、実施の形態３における投写型表示装置９は、実施の形態１の照明光学装置１、カラーホイール９１、レンズ群９２、ＤＭＤ９３、及び投写レンズ９４を含む。
カラーホイール９１は赤・緑・青の光の３原色のうち、各々１色のみを通過する３種類のカラーフィルターが順番に切り替わるように配置された回転体であり、照明光学装置１から発せられた白色光が光の３原色に時分割されて通過する。
【００４６】
レンズ群９２は、複数のレンズの組み合わせからなり、カラーホイール９１を通過した赤・緑・青の光を、ＤＭＤ９３上に適切なサイズで照射されるように導く。
ＤＭＤ９３は、多数のマイクロミラーを平面に配列した表示素子の一種であり、時分割されて照射される赤・緑・青の光を、外部からの画像制御信号に基づいて、画素単位で表示状態と非表示状態と切り替えることにより、出力映像を生成する。
投写レンズ９４は、ＤＭＤ９３により生成された出力映像を、スクリーン（図示せず）上に結像させる。
なお、各実施の形態、及び各変形例は矛盾が生じない限り、適宜組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の照明光学装置は、液晶プロジェクタや、ＤＬＰプロジェクタ等の投写型表示装置に利用可能であり、複数の光源から発せられる放射光の合成に際して集光効率を向上させることができ、光源の寿命を短くすることもコストを大幅に引き上げることもせずに、投写画像の明るさを向上させることが可能なので、大変有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１〜８    照明光学装置
９        投写型表示装置
１０      ロッドインテグレータ
１１      入射面
１２      出射面
２０      光導入部
２１ａ    第１直角台形プリズム
２１ｂ    第２直角台形プリズム
２２ａ    第１入射面
２２ｂ    第２入射面
２３ａ    第１反射面
２３ｂ    第２反射面
２４ａ    第１出射面
２４ｂ    第２出射面
２５ａ    第１通過面
２５ｂ    第２通過面
２６ａ    第１反射部材
２６ｂ    第２反射部材
３０ａ    第１光源ユニット
３０ｂ    第２光源ユニット
３１ａ    第１光源
３１ｂ    第２光源
３２ａ    第１集光部
３２ｂ    第２集光部
９１      カラーホイール
９２      レンズ群
９３      ＤＭＤ
９４      投写レンズ
１１０    ロッドインテグレータ
１２０    光導入部
１２１ａ、１２１ｂ    直角台形プリズム
１３０    光源ユニット
１３１    高次非球面凹面鏡
１３２    非球面集光レンズ
２１０    ロッドインテグレータ
３１０    子ロッドインテグレータ
３１２    出射面
４１０    子ロッドインテグレータ
４１２    出射面
５１０    親ロッドインテグレータ
５１１    入射面
５１２    出射面
【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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