(57)【要約】【課題】  再帰反射光の配向分布を広げることなく、照明光の偏光成分をコントロールすることで光の利用効率が高く、安価で高輝度の画像が得られる照明装置を提供する。【解決手段】  発光素子と、発光素子が発光する光を受光する入射面、および入射面に対向し、光を出射させる出射面を有するロッド型インテグレータと、ロッド型インテグレータの出射面に配置される反射型偏光子と、を備える照明装置において、ロッド型インテグレータは、中心部から外周部に向かって、屈折率が小さくなるように構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
該発光素子が発光する光を受光する入射面、および該入射面に対向し、光を出射させる出射面を有するロッド型インテグレータと、該ロッド型インテグレータの出射面に配置される反射型偏光子と、を備える照明装置において、
前記ロッド型インテグレータは、中心部から外周部に向かって、屈折率が小さくな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２】
前記ロッド型インテグレータの屈折率は、放物状に変化することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記反射型偏光子は、ワイヤーグリッド型の偏光子であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関し、特には、小型プロジェクタに好適に使用され、高効率、高輝度で付加価値の高い照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小型の投射型映像表示装置（ピコプロジェクタ）に対応させた照明装置がある。
近年、かかる照明装置においては、光源と、光源からの光を効率よくかつ均一な照度分布で集光するための光学素子としての、ロッド型のオプティカルインテグレータ（以下、ロッド型インテグレータ）と、反射型液晶パネルと、投射光学系とを備えたものがある。
【０００３】
また、上記照明装置において、ロッド型インテグレータの出射面側に反射型偏光子を設けたものが開示されている（特許文献１〜３）。
さらに、図７に示す照明装置のように、パッケージ２の反射面に高反射率膜が形成された光源３（ＬＥＤ）にロッド型インテグレータ４を組み付ける構成とした光源モジュール１を備えたものが開示されている（特許文献４）。
かかる照明装置においては、光源３から出た光はロッド型インテグレータ４を通過し、ロッド型インテグレータ４の出射面側に配置した反射型偏光子５において偏光が整えられ出射される構成としている。なお、図７には、光源３から出射した光のうち、代表的な成分（一方の偏光成分、他方の偏光成分、再帰反射成分）の挙動を、３種類の矢印で模式的に示してある（図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４１１９３号公報
【特許文献２】特開２００３−９８４８３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１３８６２７号公報
【特許文献４】特開２０１０−１７１１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これにより、光源３から放出された照明光の偏光成分を反射型偏光子５によって整えられ、ロッド型インテグレータ４から出射する光をライトバルブ（反射型液晶パネル）に対して効率よく入射することが可能となった。ところが、反射型偏光子５は、入射角度が大きいと効率（透過率およびコントラスト）が悪化する傾向があり、ロッド型インテグレータ４から出射する光の配向分布（出射角度に対する光強度分布）によっては、照明装置としての最終的な光利用効率は変わらないといった課題があった。
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、再帰反射光の配向分布を広げることなく、照明光の偏光成分をコントロールすることで光の利用効率が高く、安価で高輝度の画像が得られる照明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】
本発明の第１の特徴は、発光素子と、発光素子が発光する光を受光する入射面、および入射面に対向し、光を出射させる出射面を有するロッド型インテグレータと、ロッド型インテグレータの出射面に配置される反射型偏光子と、を備える照明装置において、ロッド型インテグレータは、中心部から外周部に向かって、屈折率が小さくなるように構成されていることを要旨とする。
【０００７】
また本発明の第２の特徴は、ロッド型インテグレータの屈折率は、放物状に変化することを要旨とする。
【０００８】
さらに本発明の第３の特徴は、反射型偏光子は、ワイヤーグリッド型の偏光子であることを要旨とする。
【０００９】
ロッド型インテグレータに放物線状の屈折率分布特性を有するものを採用することによって、反射型偏光子から出射する光量を多くすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射型偏光子と組み合わせて使用するロッド型インテグレータとして、中心部から外周部に向かって屈性率が小さくなるような屈折率分布特性を有するものを採用することによって、反射型偏光子から出射する光量を多くすることができ、これにより、ピコプロジェクタの高輝度化、低消費電力化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかる照明装置の実施形態の一例を示す、模式的断面図である。
【図２】本発明にかかる照明装置におけるＧＲＩＮインテグレータの屈折率分布を模式的に示した説明図である。
【図３】従前のロッド型インテグレータの屈折率分布を模式的に示した説明図である。
【図４】（ａ）ピッチ１／８のときのＧＲＩＮインテグレータと従前のロッド型インテグレータとの出射光の角度に対する光強度分布を示した図、（ｂ）ピッチ１／４のときのＧＲＩＮインテグレータと従前のロッド型インテグレータとの出射光の角度に対する光強度分布を示した図である。
【図５】反射型偏光子の入射角に依存する特性を示した図である。
【図６】ＧＲＩＮインテグレータの出射面にハーフミラーを配置した構成において、ハーフミラーから出射する光の配向分布を解析した結果を示す図である。
【図７】従前の照明装置の一例を示した模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる照明装置を実施するための実施形態を挙げ、添付図を参照しながら詳細に説明する。
図１に照明装置１０の模式的断面図を示す。
照明装置１０は、基板１１上に配置された反射部１２と、反射部１２中央に設けた発光素子１３（以下、ＬＥＤ１３）と、ＬＥＤ１３の出射光軸中央方向に軸心（光軸）を一致させるように配置したロッド型インテグレータ１４と、ロッド型インテグレータ１４のＬＥＤ１３配置側の光の入射面と対向する出射面に配置された反射型偏光子１５とを備えている。
【００１３】
基板１１上の反射部１２には、中央にＬＥＤ１３を設置するための凹部１２ａが設けられる。凹部１２ａには、底部１２ｂ中央に設置されるＬＥＤ１３を取り囲んで、ＬＥＤ１３から発せられる光の反射面としての斜面部１２ｃが形成される。
ＬＥＤ１３から発せられる光は、斜面部１２ｃに反射して後述するロット型インテグレータ１４に入射される構成である。なお、反射部１２は、光反射機能の他、ＬＥＤ１３から放出される熱を放散する機能も有する。
【００１４】
次に、ロッド型インテグレータ１４について説明する。
ロッド型インテグレータ１４は、ここでは、屈折率分布型（ＧＲＩＮ：Gradient  index
lens）レンズを用いることができる。以後、ロッド型インテグレータ１４は、ＧＲＩＮインテグレータ１４と称することとする。
ＧＲＩＮインテグレータ１４は、中心部（光軸）から外周部に向かって屈折率が小さくなるように、放射方向に屈折率の勾配を有する素材（セルフォック（登録商標）：日本板硝子（株））からなる。この素材は、屈折率が半径の関数として放物線的に変化し、以下のような式で表される。
ｎｒ＝ｎ０［１−Ａ／２・ｒ２］………（１）
ここで、ｎｒ：光軸からの距離ｒでの屈折率、ｎ０：光軸での設計屈折率、Ａ：正の定数。
放物線的な屈折率分布のために、前面（入射面）からの入射光線は、ロッドレンズに沿って正弦波的な光路をとる（図２参照）。正弦波的光路の周期は、レンズの「ピッチ」と称され、屈折率分布型レンズの結像作用の重要なパラメータの一つである。ピッチは次式で与えられる。
Ｐ＝２π／√Ａ……………………………（２）
そして、ここでのＧＲＩＮインテグレータ１４のレンズ長は、例えばＰ＝１／２となるように寸法設定されている。
なお、図３には、参考までに通常のロッド型インテグレータについてロッド内の光軸を中心として、光軸からの距離に対応した屈折率分布を示している。屈折率分布は場所によらず、略一定となっている。
【００１５】
次に反射型偏光子１５としては、周知のものを用いることができる。ここでは、いわゆるワイヤーグリッド型の偏光子を用いている。ワイヤーグリッド型偏光子は、樹脂フィルムをベースとして、多数のワイヤが狭ピッチ（ｅｘ．１００〜１５０ｎｍ）で配設されている。ワイヤに平行な偏波は反射し、ワイヤに垂直な偏波は透過する。
【００１６】
以上のような構成の照明装置１０において、基板１１上に配置された反射部１２中央のＬＥＤ１３から出射された光は、直接、ＧＲＩＮインテグレータ１４のＬＥＤ１３配置側の入射面に直接入射すると同時に、反射部１２の凹部１２ａの斜面部１２ｃからの反射光が入射する。
ＧＲＩＮインテグレータ１４に入射した光は、ＧＲＩＮインテグレータ１４の軸方向に進行し、出射面から反射型偏光子１５に入射される。
【００１７】
ＧＲＩＮインテグレータ１４を光が通過する際、前述したように、ＧＲＩＮインテグレータ１４の素材は、屈折率が半径の関数として放物線的に変化する屈折率分布のために（図２参照）、前面からの入射光線は、ロッドレンズに沿って正弦波的な光路をとる。
図４（ａ）、図４（ｂ）では、従前のロッド型インテグレータとＧＲＩＮインテグレータ１４との出射光の角度に対する光強度分布を示している。  
図４（ａ）では、ピッチが１／８の場合を示し、図４（ｂ）ではピッチが１／４場合を示している（なお、ロッド型インテグレータは、その外観形状をＧＲＩＮインテグレータ１４と一致させている）。
図４（ａ）のピッチが１／８の場合では、出射角度が０度、すなわちＧＲＩＮインテグレータ１４の光軸中心を通る光の強度が、従前のロッド型インテグレータと比較して大きくなるとともに、出射角度が０度での光の強度を頂点に、出射方向が傾斜する（出射角度の絶対値が大きくなる）ほど強度が減衰している。図４（ｂ）のピッチが１／４の場合では、出射角度が０度での光の強度が、従前のロッド型インテグレータと比較して大きくなるとともに、出射角度が一定の範囲（−２０度〜＋２０度）で光の強度が略一定に維持されている。
【００１８】
以上のような出射光が反射型偏光子１５に入射される際、反射型偏光子１５において、入射光のうち一方の偏光成分ｂ１は透過する。他方の偏光成分ｂ２ａはＧＲＩＮインテグレータ１４内に反射され、再び、ＧＲＩＮインテグレータ１４の入射面からの再起反射光ｂ２ｂとなって、ＧＲＩＮインテグレータ１４を進行する。この再帰反射光ｂ２ｂが、反射型偏光子１５において透過した一方の偏光成分ｂ１と同じ偏光面となれば、この再帰反射光ｂ２ｂは、反射型偏光子１５を透過することができる。
【００１９】
そして、以上のような出射光が入射される反射型偏光子１５は、図５で示されるように、入射角に依存する特性を有することが判っている。ここでは、実線が透過率を示し、破線がコントラストを示している。透過率は入射角度が０度から大きくなるほど（絶対値が大きくなるほど）低下する傾向にあり、他方、コントラストは、波長によって入射角依存性の程度が異なり、最大値を示す入射角度が０゜からずれるなど必ずしも厳密ではないが、全体としては、透過率と同様に入射角度が大きくなるほど低下する傾向にあるといえる。
【００２０】
以上の入射角依存性を示す反射型偏光子１５に、上述したＧＲＩＮインテグレータ１４を通過した光が入射すると、反射型偏光子から出射する直線偏光の光量が相乗的に高められることが容易に諒解されよう。
【００２１】
ここで参考までに、図６にＧＲＩＮインテグレータ１４の出射面にハーフミラーを配置した構成において、ハーフミラーから出射する光の配向分布を解析した結果を示す。反射型偏光子をハーフミラーに置き換えたのは、ハーフミラーの機能は、偏光方向によらず、入射した光の半分の光をインテグレータに戻す光学素子であり、ハーフミラーに置き換えても、インテグレータに屈折分布を持たせた効果を確認できるものと考えられるからである。
図から判るように、ハーフミラーから出射する光は、ＧＲＩＮインテグレータを用いることによって、狭小な配向分布となる（狭小な配向分布が維持される）と共に、出射光量が増大することが判る。
【符号の説明】
【００２２】
１０    照明装置
１１    基板
１２    反射部
１２ａ  凹部
１２ｂ  底部
１２ｃ  斜面部
１３    ＬＥＤ
１４    ＧＲＩＮインテグレータ
１５    反射型偏光子
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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