(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源素子と、配光分布均一化部材と、導光部材とを、前記光源素子から出射する光の進行方向にこの順に有する光源装置であって、
前記配光分布均一化部材は、所定の一方向とこれに直交する方向とで異なる拡散作用を持ち、
前記導光部材は、前記配光分布均一化部材により拡散された光が入射する曲面からなる入射面と、前記入射面と対向する位置にあって前記入射面から入射される光を反射する反射面を有し、
前記入射面は、前記導光部材に入射する光を平行光とし、
前記反射面による反射光を照明対象に照射する光源装置。
【請求項２】
前記入射面は、前記光源に向かって凸の曲面である請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記導光部材は、光の進行方向に対して交差する方向の断面形状が長方形であり、
前記配光分布均一化部材は、前記長方形の長辺方向に拡散作用を有していて前記長辺方向の配光分布の高低差を小さくする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】
前記反射面は、前記導光部材の前記短辺方向において傾斜している請求項３記載の光源装置。
【請求項５】
前記反射面による反射光の到達位置に機能性光学部材がある請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
前記機能性光学部材は光の向きを変える部材である請求項５記載の光源装置。
【請求項７】
前記光源素子から出射される光束の配光分布はガウス分布である請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
光源素子と光ファイバーを有し、前記光源素子が出射し前記光ファイバーが導く光を前記配光分布均一化部材に入射する請求項１乃至７のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
前記配光分布均一化部材は拡散板である請求項１乃至８のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１０】
前記配光分布均一化部材はプリズムアレイである請求項１乃至８のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１１】
前記配光分布均一化部材はレンチキュラーアレイである請求項１乃至８のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１２】
前記配光分布均一化部材は回折格子である請求項１乃至８のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の光源装置を用いた画像表示装置であって、前記光源装置で照明される画像表示素子を有し、前記画像表示素子によって表示される画像を投射する投射光学系を有する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタや虚像表示装置などの各種画像表示装置では、表示される画像に照明光を照射し、スクリーンなどに投射するために、光源装置を用いるものがある。光源装置を用いた画像表示装置によれば、プロジェクタのスクリーンなどの画像表示面や、観察面が所定の照度で照明されて、所望の明るさの画像が表示される。
【０００３】
画像表示装置では、高品質の画像を表示するために、上記画像表示面や観察面の照度分布が均一であることが望ましい。
【０００４】
特許文献１には、光源と、導光部材であるライトパイプと、拡散板とを有し、光源、ライトパイプ、拡散板をこの順に配置した照明光学装置が記載されている。前記ライトパイプから出射する光束が入射するレンズとして、互いの光学パワーが直交するように配置された２つのシリンドリカルレンズを有する。前記２つのシリンドリカルレンズの光学パワーは、空間変調部の表示面における一の方向と他の方向で互いに異なっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡単な構成で、画像表示面や観察面の照度分布を均一にできる光源装置および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】
【０００６】
本発明に係る光源装置は、
光源素子と、配光分布均一化部材と、導光部材とを、前記光源素子から出射する光の進行方向にこの順に有する光源装置であって、
前記配光分布均一化部材は、所定の一方向とこれに直交する方向とで異なる拡散作用を持ち、
前記導光部材は、前記配光分布均一化部材により拡散された光が入射する曲面からなる入射面と、前記入射面と対向する位置にあって前記入射面から入射される光を反射する反射面を有し、
前記入射面は、前記導光部材に入射する光を平行光とし、
前記反射面による反射光を照明対象に照射することを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、導光部材の構成を工夫したことによって、簡単な構成で、画像表示面や観察面の照度分布を均一にすることができる照明装置および画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る光源装置の実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は導光部材の後面図である。
【図２】図１の導光部材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は後面図、（ｃ）は横断面図である。
【図３】光源装置の光源素子としてレーザ光源を用いた場合の光の配光分布を示す図である。
【図４】光源装置の光源素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合の光の配光分布を示す図である。
【図５】光源素子の照明光を、光ファイバーを用いて伝送する光源装置の実施形態を示す光学配置図である。
【図６】光源素子と導光部材との間に光ファイバーを配置した場合の光路図である。
【図７】カラー対応の光源素子と光ファイバーを用いた光源装置の実施形態を示す光学配置図である。
【図８】導光部材にガウスビームが入射したときの光の配光分布を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は後面図である。
【図９】導光部材にガウスビームが入射したときの光の伝搬を示す平面図である。
【図１０】導光部材にガウスビームが入射したときの光の伝搬を示す図で、（ａ）は後面図、（ｂ）は平面図である。
【図１１】光源から出射されるガウスビームが配光分布均一化部材で均一化され、導光部材を伝播する様子を示す後面図である。
【図１２】導光部材の反射面により反射されて導光部材内を伝搬する光の経路を示す平面図である。
【図１３】配光分布均一化部材である光拡散部材による光拡散作用を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は後面図である。
【図１４】配光分布均一化部材の一例を示す斜視図である。
【図１５】配光分布均一化部材の他の例であるプリズムアレイの斜視図で、（ａ）は一次元のプリズムアレイを、（ｂ）は二次元のプリズムアレイをそれぞれ示す。
【図１６】配光分布均一化部材のさらに他の例であるレンチキュラーアレイの斜視図で、（ａ）は一次元のレンチキュラーアレイを、（ｂ）は二次元のレンチキュラーアレイをそれぞれ示す。
【図１７】配光分布均一化部材のさらに他の例である回折格子を示す斜視図である。
【図１８】光源装置を用いた画像表示装置の実施形態を示す図で、（ａ）は導光部材の後面側から視た後面図、（ｂ）は平面図である。
【図１９】図１８の画像表示装置の効果を説明するためのグラフで、（ａ）は導光部材の照度分布を、（ｂ）は導光部材の短辺の照度分布を、（ｃ）は導光部材の長辺の照度分布を示す。
【図２０】比較例として、図１８の画像表示装置から配光分布均一化部材を除去した場合の効果を説明するためのグラフで、（ａ）は導光部材の照度分布を、（ｂ）は導光部材の短辺の照度分布を、（ｃ）は導光部材の長辺方向の照度分布を示す。
【図２１】画像表示装置としてのプロジェクタの例を示す光学配置図である。
【図２２】画像表示装置としての虚像表示装置の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明に係る照明装置および画像表示装置の実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、光源素子１と、光源素子１の出射光の配光分布均一化部材である光拡散部材２と、光拡散部材２からの光が入射し、この入射光を導光して出射する導光部材３と、を備える光源装置を示す。
【００１１】
光源素子１は、白色光を出射するものであり、例えば、レーザダイオード（以下「ＬＤ」という）、ライトエミッティングダイオード（以下「ＬＥＤ」という）などの固体光源素子が好適である。光源素子１としてＬＥＤを用いた場合、光源の配光分布はランバート分布となり、ＬＤの場合にはガウス分布となる。
【００１２】
図１、図２に示すように、導光部材３は、外形が略角柱状の部材であり、長さ方向に対して直交する方向の線に沿った横断面形状は、図２（ｃ）に示すように長方形である。導光部材３の、照明光の出射面を前面３３、出射面と反対側の面を後面３４とする。図１（ａ）、図２（ａ）の紙面上、上側の面が前面３３、下側の面が後面３４である。導光部材３の前記長方形の横断面における短辺方向は、導光部材３を上面から見た方向すなわち平面方向から見た導光部材３の厚さ方向であり、前記横断面における長辺方向は、前面３３または後面３４から見た導光部材３の幅方向である。
【００１３】
前記長方形の横断面における短辺方向は水平方向であり、この方向を図３、図４に示すようにｘ方向とする。前記長方形の横断面における長辺方向は、ｘ方向に直交する垂直方向であって、この方向を図３、図４に示すようにｙ方向とする。ｘ方向とy方向に直交する方向であって、導光部材３の長さ方向をｚ方向とする。ｚ方向は光の進行方向すなわち光軸方向である。
【００１４】
光拡散部材２は、光源素子１と導光部材３との間に設けられ、所定の一方向とこれに直交する方向とで異なる拡散作用を有する光学素子である。図１１、図１３は光拡散部材２による光の拡散を示しており、光源素子１から出射される光を、前記長方形の横断面における長辺方向すなわちｙ方向にのみ光を拡散する。光拡散部材２は、このような光拡散作用を備えていることによって、配光分布均一化部材としての役割を有している。
【００１５】
光拡散部材２の具体例として、拡散板、プリズムアレイ、レンチキュラーアレイ、回折格子などが挙げられる。これらの具体例については後述する。
【００１６】
導光部材３は、光拡散部材２により拡散される光の入射面３１、入射面３１から入射する光を導光する導光部３２、導光される光を反射する反射面３５を有する。入射面３１は、光源素子１に向かって凸の曲面である。
【００１７】
導光部材３は、ガラスやプラスチックなどの透明な材料からなる。入射面３１とこれに続く導光部材３の一部は、コリメート機能部３０になっている。入射面３１は、コリメート機能部３０の屈折率と相まって光源素子１からの光を平行光とするような曲率の曲面である。コリメート機能部３０は、導光部材３と一体成形して作製することができるが、導光部材３とは別部材として作製し、導光部材３に密着させて接着してもよい。後者の場合、コリメート機能部３０と導光部材３とで材料を変えることができる。
【００１８】
反射面３５は、図１（ａ）に示すように、導光部材３の長さ方向において入射面３１と対向する位置にあり、導光部材３の平面方向から見て導光部材３の前面３３の面積が後面３４よりも小さくなる向きに傾斜している。したがって、導光部材３内を進行する光は、反射面３５によって反射され導光部材３の後面３４に向かって進行する。反射面３５による反射光が至る導光部材３の後面３４には、前記反射光進路をさらに導光部材３の前面３３側に向かって変更する光機能性素子が配置されている。
【００１９】
前記光機能性素子によって向きが変更された光は導光部材３の前面３３から出射し、この出射光が光源装置から出射される照明光となる。この照明光が出射される導光部材３の前面３３側の照明光の通路には、例えば、図２１に示す画像表示素子５が配置され、画像表示素子５に照明光が照射される。
【００２０】
以上のように構成されている光源装置によれば、光源素子１から出射される光は、導光部材３の入射面３１から導光部材３に入射することにより平行光となって導光部３２内を進行する。前記平行光は反射面３５で反射されて導光部材３の後面３４に到達し、後面３４の光機能性素子によってさらに向きが変更されて前面３３から外部に出射される。
【００２１】
［配光分布の均一化］
図２に示すように、導光部材３の導光部３２の光進行方向に対して直交する方向の横断面形状は長方形である。配光分布均一化部材である光拡散部材２は、前記長方形の長辺方向において、導光部材３に入射する光の配光分布を均一化する。導光部材３の反射面３５は前記長方形の短辺方向における光の配光分布を均一化する機能をもっている。以下、配光分布の均一化について説明する。
【００２２】
光源素子１がレーザ光源の場合、出射される光の配光分布はガウス分布である。レーザ光源から出た光の強度を、光軸（ｚ軸）上のある位置で測定すると、図３に示すように、ｘ方向、ｙ方向が対称的なガウス分布が得られる。
【００２３】
光源素子１がＬＥＤを用いる場合、図４に示すように、ｘ方向とｙ方向とでガウス分布が異なる。図４の例におけるガウス分布は、ｘ方向で広く、ｙ方向で狭い。光源素子１を、光軸を中心に回転させれば、ガウス分布も回転する。以下、ガウス分布の強度分布を単にガウスビームと記すことにする。
【００２４】
［光源装置の変形例］
図５に示すように、光源装置は、光ファイバー８を有していてもよい。光ファイバー８の一端８１側に、固体光源素子からなる光源素子１とカップリング光学系６が光学的に接続されている。光源素子１から出射される照明光は、カップリング光学系６を介して光ファイバー８の一端８１から光ファイバー８内に導かれる。光は、光ファイバー８内を進行し、光ファイバー８の他端８２から出射する。
【００２５】
光ファイバー８の他端８２は実質的に光源とみなすことができる。そこで、図６に示すように、光ファイバー８の他端８２から出射する光を、光拡散部材２を介して導光部材３の入射面３１から導光部材３に導入することにより、図１、図２に示す実施形態と同様の光源装置として機能させることができる。光ファイバー８はシングルモードファイバーが好ましい。図５、６では光ファイバー８の径を誇張して太く描いてある。
【００２６】
光源装置を、カラー化した画像表示装置などに対応させるためには白色の光源を得る必要がある。図７はその例を示す。図７に示すように、赤、緑、青の各色の光を出射する例えばＬＥＤを、それぞれ光源素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂとして用いている。各光源素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから出射される光はそれぞれコリメートレンズ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂによって平行光束に変換されてクロスダイクロイックプリズム１０に入射される。クロスダイクロイックプリズム１０は三色の光を合成し白色光として出射する。クロスダイクロイックプリズム１０の出射面の前方にはカップリングレンズ１１が配置され、カップリングレンズ１１はクロスダイクロイックプリズム１０から出射される平行光を収束させて光ファイバー８に入射する。クロスダイクロイックプリズム１０の代わりにクロスダイクロイックミラーを用いてもよい。
【００２７】
導光部材３に対する光源素子１の設置位置は、曲面からなる入射面３１を含むコリメート機能部３０の焦点位置である。光源装置が光ファイバー８を有する場合は、光ファイバー８の出射端である前記他端８２を、コリメート機能部３０の焦点位置に配置する。配光分布均一化部材である光拡散部材２は、光源素子１と前記入射面３１との間に設置し、光源素子１に近い位置に置くことが好ましい。光拡散部材２から出た光をコリメートしやすくするためである。
【００２８】
［配光分布とその均一化］
導光部材３にガウスビームが入射したときの様子を図８に示す。図８（ａ）は導光部材３の平面図すなわち前記横断面の短辺方向を見た図、（ｂ）は導光部材３の後面図すなわち前記横断面の長辺方向を見た図である。迷光を防ぐために、導光部材３の入射側にアパーチャ１２を設けている。アパーチャ１２により、ガウスビームの裾野が遮断される。アパーチャ１２の開口は、導光部材３の前記横断面の短辺方向と長辺方向の大きさが、短辺方向と長辺方向の長さに対応して設定されていて、ガウスビームが回転対称の場合、短辺と長辺では、短辺の方が多く遮断される。アパーチャ１２で切られる位置でのガウスビームの強度は最小値になる。アパーチャ１２の開口を通るガウスビームの最大値と前記最小値との高低差は、短辺で小さく、長辺で大きい。
【００２９】
導光部材３の前記短辺方向においてガウスビームが伝播される様子を図９に示す。導光部材３に入射するガウスビームの裾野は既にアパーチャ１２で切られている。導光部材３に入射し、導光部材３内を進行する光は、光軸方向に対して傾けて設けられている反射面３５により反射される。反射面３５は、導光部材３の前記横断面の短辺方向において傾斜しており、この傾斜の向きは導光部材３の前面側の面積を小さくする向きであるため、反射面３５で反射される光は導光部材３の前面３４に投射される。反射面３５は、図２（ｃ）に示す導光部材３の横断面の面積よりも広い面積であるため、前面３４における投射領域は広くなり、それに伴いガウスビームも引き伸ばされる。
【００３０】
反射面３５の反射率を１００％と仮定すると、ガウスビーム全体の強度は反射面３５による反射の前後で変わらない。したがって、導光部材３の前面３４における光の投射領域でガウスビームが引き伸ばされることになり、導光部材３の前面３４におけるガウスビームの高低差は、反射面３５での高低差と比較して小さくなる。
【００３１】
図９に示す曲線Ａ１は反射面３５に入射するガウスビームの前記短辺方向の配光分布であり、ガウスビームの最大値と最小値との高低差が大きい。図９に示す曲線Ａ２は反射面３５で反射され、導光部材３の前面３４に投射されるガウスビームの配光分布である。曲線Ａ２は前面３４において広がり、中心部における光強度の最大値と周辺部における光強度の最小値との差が小さくなっている。これにより、導光部材３の前記横断面の短辺方向における配光分布の均一化がなされる。
【００３２】
導光部材３の前記横断面の長辺でのガウスビームの伝播の様子を図１０に示す。図１０では、反射面３５を明確にするため、導光部材３の前記横断面の短辺方向を見た図も（ｂ）に併せて描いている。
【００３３】
前記アパーチャ１２で裾野が遮断されたガウスビームは導光部材３に入射して導光部材３内を進行し、反射面３５で反射され、導光部材３の後面３４に至り、さらに導光部材３の前面３３に到達する。しかし、ガウスビームの広がり方向は、反射面５と平行であるため、ガウスビームの広がりは変わらない。図１０（ａ）に示すガウスビームＡは反射面３５に入射する前記長辺方向のガウスビームであり、ガウスビームＢは反射面３５で反射され導光部材３の前面３３から出射する前記長辺方向のガウスビームである。
【００３４】
図１０に示すように、前記長辺方向におけるガウスビームの高低差は大きい。より正確には、短辺方向の影響を受けるため、図１０に示す導光部材３の後面３４において、ガウスビームの中央部ではビーム強度が大きいが、ビームの周辺部に向かうに従いビーム強度は小さくなる。従って、この長辺方向で配光分布の均一化が必要となる。
【００３５】
本実施形態は、この長辺方向について、あるいは長辺方向についてのみ、配光分布の均一化を行うためのものである。光源素子１から出射するガウスビームが配光分布均一化部材としての光拡散部材２で均一化され、導光部材３を伝播する様子を図１１に模式的に示す。光拡散部材２は、光拡散部材２に入射する光を長辺方向に拡散し、長辺方向の配光分布を均一化する。図１１において、光拡散部材２に入射する光の配光分布を符号Ｃで、光拡散部材２で長辺方向に拡散され均一化された光の配光分布を符号Ｄで示す。光拡散部材２で長辺方向に拡散され均一化された光は、導光部材３に導入され、導光部材３内を進行し、反射面３５で反射され、導光部材３の後面３４で進行方向を変更されて導光部材３の前面３３から出射する。導光部材３内での前記長辺方向における配光分布は、符号Ｄで示す均一化された配光分布に変わりがない。
【００３６】
導光部材３の長辺の後面３４を反射面とすることにより、図１２に示すように、反射面３５による反射光を前面３３まで伝播させることも可能である。前記後面３４を反射面とするには、後面３４をミラーコーティングする、あるいは全反射面にするとよい。また、後面３４を反射面とするために、マイクロメートルあるいはナノメートルサイズの微細構造を用いて、反射角の制御を行ってもよい。例えば、ブレーズド回折格子を用いることによって後面３４を反射面とすることができる。
【００３７】
［配光分布均一化部材の具体例］
次に、図１３乃至図１７を参照して、配光分布均一化部材としての光拡散部材２およびその具体例について説明する。
【００３８】
光拡散部材２は、光源素子１から出射した光のうち、特定の方向、本実施形態では長辺の方向にのみを拡散するもので、かかる拡散状態を図１３に示す。図１３に示すように、光拡散部材２は、光源素子１に対向し、光が入射される入射面２１と、入射面２１に対向し、前記長辺の方向にのみ光を拡散しながら出射する出射面２２と、を有する。
【００３９】
図１４は、配光分布均一化部材の具体例として拡散板２Ａを示す。拡散板２Ａは、光の拡散に方向性を出させるために、表面に溝２００が無数に形成されている。溝２００の方向は略一方向すなわち前記長辺方向であり、長辺方向にのみ光を拡散させる。無数の溝２００が前記短辺方向に不規則に並んでいる。溝２００は、この例では出射面２２に配置されているが、これに限定されない。すなわち、溝２００が入射面２１に設けられる形態、あるいは溝２００が入射面２１と拡散面２２の双方に設けられる形態でもよく、いずれの形態でも出射面２２から出射する光を拡散させることができる。
【００４０】
図１５（ａ）および（ｂ）は、配光分布均一化部材の具体例としてプリズムアレイを用いた２つの例を示す。図１５（ａ）は、屋根型のプリズム２０１が出射面２２に配列された一次元のプリズムアレイ２Ｂの例を示す。プリズム２０１は屋根型の稜線が長辺方向に伸びていて、複数のプリズム２０１が短辺方向に配列されている。図１５（ｂ）は、屋根型のプリズム２０２が出射面２２配列された二次元のプリズムアレイ２Ｃの例を示す。プリズム２０２は屋根型の稜線が長辺方向に伸びていて、複数のプリズム２０１が長辺方向と短辺方向に配列されている。
【００４１】
図１５（ａ）、（ｂ）に示すプリズム２０１のアレイ、プリズム２０２のアレイは、これらの例では出射面２２に設けられているが、これに限定されない。すなわち、プリズム２０１、２０２のアレイが入射面２１に設けられる形態、入射面２１と拡散面２２の双方に設けられる形態でもよく、いずれの形態でも出射面２２から出射する光を拡散させることができる。
【００４２】
図１６は、配光分布均一化部材の具体例としてレンチキュラーアレイを用いた２つの例を示す。図１６（ａ）は、レンチキュラー２０３が出射面２２の長辺方向に配列された一次元のレンチキュラーアレイ２Ｄを示す。図１６（ｂ）は、レンチキュラー２０４が出射面２２の長辺および短辺方向に配列された二次元のレンチキュラーアレイ２Ｅを示す。
【００４３】
レンチキュラー２０３、２０４のアレイは、これらの例では出射面２２に設けられているが、これに限定されない。すなわち、レンチキュラー２０３、２０４が入射面２１に設けられる形態、あるいは入射面２１と拡散面２２の双方に設けられる形態でもよく、いずれの形態でも出射面２２から出射する光を拡散させることができる。
【００４４】
図１７は、配光分布均一化部材の具体例として回折格子２Ｆを用いた例を示す。回折格子２Ｆは、スリット２０５が出射面２２の長辺方向に向いていて、複数のスリット２０５が短辺方向に配列されている。
【００４５】
スリット２０５のアレイは、この例では出射面２２に設けられているが、これに限定されない。すなわち、スリット２０５が入射面２１に設けられる形態、あるいは入射面２１と出射面２２の双方に設けられる形態でもよく、いずれの形態でも出射面２２から出射する光を拡散させることができる。また、出射面２２の長辺方向および短辺方向に沿ってスリットを配列する構成でもよい。
【００４６】
配光分布均一化部材のさらに他の具体例として、ホログラムを用いることもできる。
【００４７】
［画像表示装置の構成例］
上述した光源装置を用いた画像表示装置の構成例を図１８に示す。図１８（ａ）は導光部材３の長辺方向を見た図、（ｂ）は短辺方向を見た図である。光源装置は、上述したとおり、光源素子１、配光分布均一化部材である光拡散部材２、曲面からなる入射面３１を備えた導光部材３を有してなる。この光源装置に加えて、導光部材３の前面３３に配置されたガラス基板４と、ガラス基板４に微小間隔をおいて対向配置された画像表示素子５とを備える。光源装置は画像表示素子５に照明光を照射して画像表示素子５を照明する。
【００４８】
画像表示素子５として、液晶表示素子、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）その他、周知の画像表示素子を用いることができる。光源装置から画像表示素子５に照射した照明光を投射光学系に導いて、画像表示素子５に表示されている画像をスクリーンに投射することができる。画像表示素子５に表示されている画像を、虚像表示光学系を介して観察するようにすることもできる。これら光源装置の応用例は後で説明する。
【００４９】
図１８に示すように、導光部材３の幅すなわち前記長辺方向の寸法をｗ、長さをＬ、厚みすなわち前記短辺方向の寸法をｈとすると、本実施例では、これらを以下の値で形成した。
・幅Ｗ＝７ｍｍ
・長さＬ＝１５．５ｍｍ
・厚みｈ＝２．５ｍｍ
また、導光部材３の材質はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂である。
【００５０】
導光部材３の反射面３５の傾き角は９°である。
【００５１】
本実施例では導光部材３におけるコリメート機能部３０の材質をＢＫ７とした。コリメート機能部３０における入射面３１の曲率半径は１５．５ｍｍであり、コリメート機能部３０における入射面３１の反対側は平面であり、コリメート機能部３０の厚みは１．３ｍｍである。
【００５２】
また、導光部材３は、曲面部３０まで部分的に０．７３ｍｍ延びた形になっている。導光部材３の後面３４、特に反射面３５による反射光の到達位置は、微細構造を設けることにより、通常の反射面のように入射角と反射角が等しい反射ではなく、光の向きを特定の向きに変えるようにしている。前記反射光の到達位置に機能性光学部材を配置して、反射面３５による反射光を特定の向きにすなわち導光部材３の前面３３に向かって変更するようにしてもよい。導光部材３の前面３３は光の透過面である。
【００５３】
導光部材３に入射した光は、傾斜した反射面３５で反射され、後面３４でさらに反射され、後面３３およびガラス基板４を透過して、画像表示素子５の観察面に到達する。
【００５４】
配光分布均一化部材である光拡散部材２は、導光部材３側に、長辺方向に光を拡散する拡散面を設けている。光拡散部材２は、光源素子１から１０ｍｍの位置に設けている。光源素子１から射出される光は、ＮＡ＝０．１であり、光源素子１から射出される光のガウス分布は回転対称である。
【００５５】
以上説明した実施例について、光線追跡シミュレーションにより効果の確認を行った。使用したソフトウェアは、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ、Ｉｎｃ．ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ、８．２．０である。
【００５６】
図１９は、本発明の前記実施例について効果確認を行った結果を示す。図１９（ａ）は、画像表示素子５の観察面における二次元照度分布を、図１９（ｂ）は導光部材３の短辺方向の断面プロファイルを、図１９（ｃ）は導光部材３の長辺の断面プロファイルを示す。ここでいう短辺、長辺とは、導光部材３の短辺、長辺であって、前記断面の短辺、長辺ではない。
【００５７】
図２０は、比較例として、配光分布均一化部材を除去した場合の、二次元照度分布および断面プロファイルを示す。図２０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する。
【００５８】
配光分布均一化部材を用いた結果を示す図１９（ｃ）において、横軸±０．２ｍｍで、照度の高低差は０．３４である。一方、配光分布均一化部材を用いない結果を示す図２０（ｃ）においては、照度の高低差は、０．６であり、配光分布均一化部材を用いることにより、照度分布が均一化されることが分かる。
【００５９】
［照明装置の応用例］
本発明に係る照明装置の応用として、プロジェクタ、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置が挙げられる。画像表示装置において、表示される画像の照度の均一性は重要である。画面の周辺部において照度が低い場合、視野が狭まったように見え、見づらい画像となる。本照明装置を画像表示装置に適用することにより、その課題を解決することができる。
【００６０】
プロジェクタの応用例を図２１に示す。図２１において、光源の部分は図７について説明した白色の光源を得るための構成と同じで、赤、緑、青の各色の光を出射する光源素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、コリメートレンズ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１０を有する。クロスダイクロイックプリズム１０から出射される白色光は、カップリングレンズ１１、配光分布均一化部材である光拡散部材２を経て導光部材３に入射される。光拡散部材２、導光部材３は前述の実施例の通りに構成されていて、導光部材３から照明光が出射される。
【００６１】
カップリングレンズ１１と光拡散部材２との間に、図７について説明した光ファイバー８が配置されていてもよい。
【００６２】
導光部材３の前面３３に対向して画像表示素子５が配置され、導光部材３から出射される照明光が画像表示素子５に照射される。図２１に示す例では、画像表示素子５は光透過型の素子で、画像表示素子５を透過した光は投射光学系４０に入射し、投射光学系４０は、画像表示素子５に表示されている画像をスクリーンなどに投影する。画像表示素子５は、ＤＭＤ，液晶表示素子、空間光変調素子などから適宜選択することができる。画像表示素子５は、光透過型であってもよいし、反射型であってもよい。
【００６３】
本発明に係る照明装置を眼鏡型画像表示装置に応用した例を図２２に示す。眼鏡のツルの部分に、光源、照明装置、画像表示素子５などをユニットとして搭載し、画像表示素子５に表示される映像光を出射する。眼鏡のレンズの５１が反射面となり、画像表示素子５に表示される画像の虚像５５を、レンズ５１を通して観察するようにしたものである。図２２の例は片側のみに画像を表示して片側の目で画像を観察するものであるが、両側に画像を表示して両側の目で画像を観察するものであってもよい。
【００６４】
上述した画像表示装置実施形態によれば、画像表示面に照射する照明光の照度分布を均一にすることができ、高画質の画像を表示することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１    光源素子
２    配光分布均一化部材である光拡散部材
３    導光部材
５    画像表示素子
８    光ファイバー
３０    コリメート機能部
３１    入射面
３２    導光部
３５    反射面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６６】
【特許文献１】特開２００７−１２５３０号公報
【図１】
0006631839.tif 000002
【図２】
0006631839.tif 000003
【図３】
0006631839.tif 000004
【図４】
0006631839.tif 000005
【図５】
0006631839.tif 000006
【図６】
0006631839.tif 000007
【図７】
0006631839.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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