(57)【要約】【課題】光源からの光を入射端５から入射し、側壁面３で繰り返して反射して射出端６から射出するライトパイプ１において、光の指向性が高く、輝度分布の均一な照明光を、光の利用効率を向上させて射出する。【解決手段】導光体２には、導光体２の長手方向に導光体２の内部空間を仕切る透光性の仕切り部１２が構成され、仕切り部１２の入射端５側の領域の表面に回折部４が形成され、射出端６から射出される光の射出角度βが、入射端５から導入される光の入射角度αよりも小さくなるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁面が反射面の筒状の導光体からなり、入射端から光を導入し前記側壁面で繰り返して反射させて射出端から前記光を射出するライトパイプにおいて、
前記導光体には、前記導光体の少なくとも前記入射端側の内部空間を前記導光体の長手方向に仕切る透光性の仕切り部が構成され、
前記仕切り部の前記入射端側の領域の表面に回折部が形成され、
前記射出端から射出される光の射出角が、前記入射端から導入される光の入射角よりも小さくなることを特徴とするライトパイプ。
【請求項２】
前記仕切り部は、２枚の透光性板が直交するように断面が十字形状を有し、前記内部空間を４分割しており、
前記回折部は、前記２枚の透光性板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のライトパイプ。
【請求項３】
前記回折部は複数の溝を有し、
前記複数の溝の間隔は、前記入射端に近づくほど狭くなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のライトパイプ。
【請求項４】
前記回折部は複数の溝を有し、
前記複数の溝の間隔は、前記直交する２枚の透光性板において、互いに異なることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のライトパイプ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトパイプと、前記ライトパイプの前記入射端に設置された発光素子とを備えた照明光学系。
【請求項６】
前記入射端は前記仕切り部により分割されており、
前記分割された夫々の入射端に対応して、複数の前記発光素子が設置されていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記発光素子の発光面の形状は、前記入射端において、前記側壁面と前記仕切り部で囲まれた形状と略同一であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記入射端は前記仕切り部により４分割されており、前記分割された４つの入射端には赤、緑、青、白の各発光色の発光素子が設置されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記入射端は前記仕切り部により４分割されており、前記分割された４つの入射端には赤、緑、緑、青の各発光色の発光素子が設置されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記請求項５〜９のいずれか１項に記載される照明光学系と、前記照明光学系から射出される照明光を画像光に変換する光変調部と、前記画像光を投影する投影部を備えた画像投影装置。
【請求項１１】
前記照明光学系は、３原色に夫々対応して有し、
前記夫々の照明光学系から射出される光を合成する光合成部と、
前記光合成部により合成した光を変調する前記光変調部と、
前記光変調部により変調した光を投影する前記投影部と、を有する請求項１０に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一端から光を導入し、他端からその光を射出するライトパイプ、及びこれを用いた照明光学系及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光を液晶表示素子やＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍａｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）素子等の光変調素子に照射し、スクリーン上に画像を投影する画像投影装置が普及している。光変調素子に照射する光源として、ハロゲンランプや高圧水銀ランプ等が用いられてきた。しかし、これらの光源は大電力が必要なことや、温度が上昇するので冷却装置が必要であるために、重量や体積が大きくなり、装置全体をコンパクトに構成することの妨げとなった。一方、近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の輝度及び発光効率が向上している。ＬＥＤは、駆動電圧が低く、小型軽量であるために、画像投影装置の光源に利用できれば、装置全体の小型化、軽量化を図ることができる。
【０００３】
しかし、ＬＥＤから射出される光は指向性が低く、リフレクタや集光レンズ系が必要なことや、光が射出される方向の輝度は必ずしも均一ではない。射出光の指向性が低いと、画像投影に利用できる光の割合が低下し、投影面が暗くなる。また、射出方向に対して輝度むらが存在すると、投影面に輝度むらが生じて、画像品質が低下する。特許文献１は、このような不具合を、ロッドインテグレータ（以下、ライトパイプという。）を用いて改善しようというものである。
【０００４】
図７は、特許文献１に記載される照明用光源装置５０の断面構造を示す。照明用光源装置５０は、ライトパイプ５１と、ライトパイプ５１の光入射開口５４に設けた白色ＬＥＤ５２とから構成されている。白色ＬＥＤ５２は、ライトパイプ５１の端部よりも発光点５３を光案内通路５６の内側に設置し、発光点５３から発光する光を効率よく光射出開口５５まで導くことができる。また、ライトパイプ５１を中空の筒状としたので、中実の柱状のライトパイプを用いる場合よりも、光の内面反射の回数が増える。そのため、光が光射出開口５５から射出される際に、より均一な強度の照明光を得ることができる、というものである。
【０００５】
図８は、特許文献２に記載される照明装置６０の断面構造を示す。複数のテーパロッド６３と、その先に、これらの複数のテーパロッド６３の射出側開口部を集合したロッド６４と、すり鉢状の各テーパロッド６３の底に設置されるＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂ及び各ＬＥＤを搭載した基板６７とからなるＬＥＤアレイ６２から構成されている。各ＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂで発光した光は、テーパロッド６３の壁面により反射されて射出角が狭くなり、ロッド６４の射出端から射出される。ＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂの複数の光源から発光した各色の光が合成されて、より指向性の高い白色光を射出させることができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８３９１８号公報
【特許文献２】特開２００３−３３０１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載される照明用光源装置５０において、例えば、白色ＬＥＤ５２の発光点５３において発光した光の射出角をθとする。発光点５３で発光した光は、ライトパイプ５１の内表面５７で繰り返して反射され、光射出開口５５に進む。しかし、内表面５７で光が反射する場合、入射角と反射角は等しい。即ち、白色ＬＥＤ５２から射出された光が光射出開口５５から射出するときは、上記射出角が維持される。従って、光射出開口５５から射出される光の射出角をφとすると、この射出角φは発光角θとほとんど同じとなる。従って、図７に示される照明用光源装置５０では、ライトパイプ５１から射出する光の指向性は、光源であるＬＥＤ５２から射出する光の指向性とさほど変わらない。従って、光の利用効率を低下させないための追加の工夫も必要となる。特に、プロジェクタに用いた場合、投影レンズの許容入射角はＬＥＤの発光角より小さいため、許容入射角より大きな射出角でライトパイプから射出された光は、投影レンズから投影されず、損失となる。
【０００８】
特許文献２に記載される照明装置６０では、各ＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂで発光した光は、リフレクタの機能を有するテーパロッド６３により指向性が高くなって射出される。しかし、各ＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂにおいて発光した光は各テーパロッド６３内で繰り返し反射されず、また、テーパロッド６３の先に設けたロッド６４は口径が大きいので、テーパロッド６３から射出された光の繰り返し反射回数は少ない。例えば各ＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂから射出された光に射出角依存性がある場合は、ロッド６４から射出される射出光の角度依存性がそのまま保持され、投影される画像に色むらとして現れる。同様に、各ＬＥＤ６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂ間で発光色が異なる場合、ロッド６４から射出される光に色分布が発生する恐れがある。色分布が発生すると投影画像の品質が低下するので、ロッド６４と光変調素子との間に、光混合手段を更に設ける等の対策が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【００１０】
請求項１に係る発明においては、側壁面が反射面の筒状の導光体からなり、入射端から光を導入し前記側壁面で繰り返して反射させて射出端から前記光を射出するライトパイプにおいて、前記導光体には、前記導光体の少なくとも前記入射端側の内部空間を前記導光体の長手方向に仕切る透光性の仕切り部が構成され、前記仕切り部の前記入射端側の領域の表面に回折部が形成され、前記射出端から射出される光の射出角が、前記入射端から導入される光の入射角よりも小さくなることを特徴とするライトパイプとした。
【００１１】
請求項２に係る発明においては、前記仕切り部は、２枚の透光性板が直交するように断面が十字形状を有し、前記内部空間を４分割しており、前記回折部は、前記２枚の透光性板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のライトパイプとした。
【００１２】
請求項３に係る発明においては、前記回折部は複数の溝を有し、前記複数の溝の間隔は、前記入射端に近づくほど狭くなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のライトパイプとした。
【００１３】
請求項４に係る発明においては、前記回折部は複数の溝を有し、前記複数の溝の間隔は、前記直交する２枚の透光性板において、互いに異なることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のライトパイプとした。
【００１４】
請求項５に係る発明においては、請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトパイプと、前記ライトパイプの前記入射端に設置された発光素子とを備えた照明光学系とした。
【００１５】
請求項６に係る発明においては、前記入射端は前記仕切り部により分割されており、前記分割された夫々の入射端に対応して、複数の前記発光素子が設置されていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学系とした。
【００１６】
請求項７に係る発明においては、前記発光素子の発光面の形状は、前記入射端において、前記側壁面と前記仕切り部で囲まれた形状と略同一であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の照明光学系とした。
【００１７】
請求項８に係る発明においては、前記入射端は前記仕切り部により４分割されており、前記分割された４つの入射端には赤、緑、青、白の各発光色の発光素子が設置されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の照明光学系とした。
【００１８】
請求項９に係る発明においては、前記入射端は前記仕切り部により４分割されており、前記分割された４つの入射端には赤、緑、緑、青の各発光色の発光素子が設置されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の照明光学系とした。
【００１９】
請求項１０に係る発明においては、前記請求項５〜９のいずれか１項に記載される照明光学系と、前記照明光学系から射出される照明光を画像光に変換する光変調部と、前記画像光を投影する投影部を備えた画像投影装置とした。
【００２０】
請求項１１に係る発明においては、前記照明光学系は、３原色に夫々対応して有し、前記夫々の照明光学系から射出される光を合成する光合成部と、前記光合成部により合成した光を変調する前記光変調部と、前記光変調部により変調した光を投影する前記投影部と、を有する請求項１０に記載の画像投影装置とした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るライトパイプは、入射端から光を導入し側壁面で繰り返して反射させて射出端から光を射出させたものであり、導光体には少なくともその入射端側の内部空間を導光体の長手方向に仕切る透光性の仕切り部を構成し、その仕切り部の入射端側の領域の表面に回折部を形成し、射出端から射出される光の射出角が、入射端から導入される光の入射角よりも小さくなるようにした。これにより、入射した光の指向性よりも高い指向性を付与し、射出端における輝度の均一性を向上させた光を射出させることができ、結果として光の利用効率を向上させることができる、という利点を有する。
【００２２】
また、仕切り部は、２枚の透光性板が直交するように断面が十字形状を有し、内部空間を４分割しており、回折部は、２枚の透光性板の表面に形成されている。これにより、４分割された内部空間に異なる色の光が入射した場合でも、各色の光は互いに他の領域に透過して混合され、かつ、指向性の高い光を射出することができる、という利点を有している。
【００２３】
また、回折部は複数の溝を有し、この複数の溝の間隔は、入射端に近づくほど狭くなるようにした。ライトパイプの入射端の領域に入射した光は、発光素子からの発光角が大きいほど入射端近くの回折部に入射する。入射端近くの回折部は、射出端側の回折部よりも溝の間隔が狭いため、より強い回折作用を受けて回折される。つまり、発光角の大きな光線ほど、略平行光に近づく大きな偏角作用を受けることができるので、結果的に射出光の指向性をより高めることができる。
【００２４】
また、回折部は複数の溝を有し、この複数の溝の間隔は、直交する２枚の透光性板において互いに異なるようにした。これにより、例えば、十字形の仕切り部の垂直方向と水平方向の光の透過条件を個別に設定することが可能となり、垂直方向と水平方向に異なった射出角を与えつつ指向性を高めた光を射出することができる、という利点を有する。
【００２５】
また、上記ライトパイプと、このライトパイプの入射端に設置した発光素子とを備えた照明光学系とした。これにより、小型軽量であり、指向性が高く、輝度むらの少ない光を照射することができる、という利点を有している。
【００２６】
また、入射端は上記仕切り板より分割されており、この分割された夫々の入射端に対応して、複数の発光素子を設置した照明光学系とした。これにより、同一色の発光素子を配置すれば指向性の高い輝度の高い光を、異なる色の発光素子を設置すれば、加法混色された指向性の高い輝度むらの少ない光を照射することができる、という利点を有している。
【００２７】
また、発光素子の発光面の形状を、ライトパイプの入射端の形状と略同一とする照明光学系とした。これにより、ライトパイプの射出面の面積を必要最小限とすることができ発光素子から射出される光の利用効率を向上させることができる、という利点を有する。
【００２８】
また、入射端は上記仕切り部により４分割されており、分割された４つの入射端には、赤、緑、緑、青の各発光色の発光素子を、或いは、赤、緑、青、白の各発光色の発光素子を設置した照明光学系とした。これにより、視感度特性に合致したすべての色の光を照射することができる、あるいは、強い白色光の光とともに、全ての色の光を照射することができる、という利点を有している。
【００２９】
また、上記照明光学系と、この照明光学系から射出される照明光を画像光に変換する光変調部と、この画像光を投影する投影部を設けた画像投影装置とした。これにより、軽量、小型の画像投影装置を構成することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るライトパイプの模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るライトパイプの説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るライトパイプの模式的な縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る照明光学系の説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る画像投影装置の模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る画像投影装置の模式的な断面図である。
【図７】従来公知の照明用光源装置の断面図である。
【図８】従来公知の照明光学系の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の構成を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るライトパイプ１の構成を表す模式的な縦断面図である。ライトパイプ１は、筒型の形状を有する導光体２から構成されている。導光体２の内部空間には透光性の仕切り部１２が形成されている。導光体２の側壁面３は光を反射する反射面により構成されている。導光体２は、入射端５から光を入射し、射出端６から当該入射した光を射出する。仕切り部１２の入射端５側の上面には、回折部４が形成されている。入射角度αで入射した光は、回折部４において射出端６側に透過する。この回折部４においては、回折部４の透過条件に従って、入射角γ１で入射した光のうち、幾つかの次数の光は、入射角γ１よりも大きな角度の透過角γ２で透過させることができる。回折部４以外の仕切り部１２では、入射角γ３と透過角γ４とは等しい。また、導光体２の側壁面３に入射した光の入射角と反射角とは等しい。これにより、射出角度βは入射角度αよりも小さくなる。なお、以下、広がりを持って入射する光束のうちの最大角度を入射角度αとし、広がりを持って射出する光束のうちの最大角度を射出角度βとする。
【００３２】
導光体２として、ガラス等の無機材料や、プラスチック等の樹脂材料、金属材料、セラミックス等を使用する。導光体２の側壁面３には、例えばＡｇやＡｌ等の金属膜や誘電体膜の反射膜を設けている。なお、反射膜は導光体２の外表面に設けても良く、導光体２に入射した入射光の一部は内表面で反射され、内表面を透過した光は外表面の反射膜で反射される。導光体２の内部に設けた仕切り部１２は、透光性のガラス等の無機材料や透光性のプラスチック等の樹脂材料を使用することができる。導光体２は、円筒形の形状であってもよいし、多角の筒状形状であってもよい。仕切り部１２は、１枚であっても、多数枚であってもよい。また、２枚の透光性板が直交するように断面が十字形状であってもよいし、断面が＊形状であってもよい。仕切り部１２は、入射端５から射出端６まで延在する場合の他に、入射端５から射出端６まで延在せず、途中まで形成するものであってもよい。また、均一な面光源が必要な装置に応じて、その形状を設定する。例えば、表示有効面が四角形の光変調素子に光を照射する場合には、導光体２の短手方向の断面を四角形にする。これにより、指向性が高く面内輝度分布の均一性の高い射出光を得ることができる。
【００３３】
回折部４は、仕切り部１２の入射端５側の領域に形成する。回折部４は、仕切り部１２の上面又は下面のいずれか一方、又は両面に形成し、凹形状やＶ字形状の溝、或いは凸形状や断面が三角形或いは鋸歯状の突条により構成する。回折部４の形状は、利用したい一つもしくは複数の次数の効率を最も高めるように決めるのが好ましい。これらの溝や突条は、回折格子やホログラムのパターンとすることができる。また、回折部４が形成される仕切り部１２の表面に薄い金属膜等を設けて半透過性とし、回折部４において一部の光が透過回折され、残りの光が反射回折されるようにしてもよい。
【００３４】
図２は、本発明の実施形態に係るライトパイプ１の回折部４を表す説明図である。図２（ａ）は、ライトパイプ１の入射端５側の領域の模式的な部分断面図であり、図２（ｂ）は、ライトパイプ１の入射端５側の領域の模式的な斜視図である。
【００３５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ライトパイプ１は四角形の筒形状からなる導光体２により構成されている。導光体２の内部には、横透光性板１３ａ及び縦透光性板１３ｂの２枚の基板が直交するように断面が十字形状の仕切り部１２が設置されている。導光体２の側壁面３は反射面により構成されている。横透光性板１３ａ及び縦透光性板１３ｂの入射端５側の領域の上面及び側面（以下、まとめて一方の表面という。）には回折部４が形成されている。回折部４は、多数の溝１５から構成されている。溝１５は、導光体２の長手方向に直交する方向に形成されている。溝１５の間隔は、射出端６側の間隔Ｐ２よりも入射端５側の間隔Ｐ１のほうが狭い。つまり、溝１５の間隔は、入射端５に近づくほど狭くなる。これにより、入射端５の近傍において、大きな入射角度αで入射した光は直接、もしくは反射面３で反射された後に横透光性板１３ａ及び縦透光性板１３ｂに入射するが、入射端５から離れるに従い、より大きな回折が得られるため、横透光性板１３ａ及び縦透光性板１３ｂを透過する透過角が大きくなる。そして、導光体２の長手方向により平行に近い透過光に変換される。即ち、射出端６から入射角度αよりも小さな射出角度βで射出される。
【００３６】
特に、導光体２の入射端５に入射する光のうち、入射角度αが大きいほど入射端５近くの回折部４に入射する。入射端５近くの回折部４は、射出端６側の回折部４よりも回折溝１５の間隔が狭いので、より強い回折作用を受けて回折され、射出端６側により大きく曲げられる。なお、導光体２の長手方向における回折部４の長さをＬＧとし、入射端５のうち分割された１つの入射端の幅をＷとして、ＬＧ＝Ｗ／（ｔａｎ（β／２））とすれば、射出角度βより大きい角度で入射した光は必ず回折部４に入射するので、射出端６から、小さな射出角度βで射出させることができる。
【００３７】
従って、導光体２の長手方向に直交する方向の断面積を、入射端５側で小さく、射出端６側で大きくする必要がなく、射出端６の射出面積を小さく構成することができるので、点光源に近く、かつ、射出面において輝度分布が均一な指向性の高い光を射出することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、溝１５は横透光性板１３ａと縦透光性板１３ｂにおいて同一のピッチで形成したが、これに限定されない。例えば、横透光性板１３ａに形成する溝１５のピッチと、縦透光性板１３ｂに形成する溝１５のピッチとを異なるように形成することができる。また、溝１５として、平行な溝に代えて、ホログラムの回折パターンとすることができる。特に、入射端５から入射する光が点光源のような、放射方向の強度分布を有する場合に有効である。また、例えば回折格子のピッチの例としては、入射角度αが８０°で入射端へ入射する光を射出端より射出する角度として射出角度βを１５°以下に指向性を高めたい場合、屈折率ｎを１、壁面への入射角度をθｉｎ、壁面での反射角度をθとするならばｐ（ｎｓｉｎθ−ｓｉｎθｉｎ) =ｍλ（ｍは整数）の式よりｍを１として０．６７μｍ程度のピッチサイズが必要になる。さらに数回の回折による反射が行われる場合、数回の回折による反射の合計にて射出角１５°以下になるようにピッチを施してもよい。
【００３９】
図３は、本発明の他の実施形態に係るライトパイプ１の構成を表す模式的な縦断面図である。図１と異なる部分は、仕切り部１２’が、入射端５から射出端６に向けて導光体２の途中まで形成されている点である。その他の構成は図１に示したライトパイプ１と同様である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００４０】
ライトパイプ１は、筒型の形状を有する導光体２から構成されている。導光体２の内部空間には透光性の仕切り部１２’が形成されている。仕切り部１２’は、導光体２の入射端５側から射出端６に向けて途中まで形成されている。つまり、導光体２の入射端５側の内部空間を導光体２の長手方向に仕切るように形成されている。導光体２の側壁面３は光を反射する反射面により構成されている。導光体２は、入射端５から光を入射し、射出端６から当該入射した光を射出する。仕切り部１２の入射端５側の上面には、回折部４が形成されている。入射角度αで入射した光は、回折部４において射出端６側に透過する。この回折部４においては、回折部４の透過条件に従って、入射角γ１で入射した光のうち、ある特定の次数の光は、入射角γ１よりも大きな角度の透過角γ２で透過する。回折部４以外の仕切り部１２’や、導光体２の側壁面３においては、入射角γ３と反射角γ４（仕切り部１２’の回折部４が形成されていない領域を光が透過する場合には透過角γ４）とは等しい。
【００４１】
その他の構成は図１又は図２と同様なので、説明を省略する。ライトパイプ１をこのように構成することにより、射出端６からは、指向性が高く、輝度分布の均一性の高い光を射出させることができる。特に、射出端６から仕切り部１２’の端部が離れているので、射出光は仕切り部１２’の端部の影響を受け難く、輝度分布の均一性を向上させることができる。また、ライトパイプ１の重量を軽くすることができる。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態に係る照明光学系１０の説明図である。図４（ａ）は、照明光学系１０を表す模式的な縦断面図であり、図４（ｂ）〜図４（ｄ）は、発光素子１１のレイアウトを表す平面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、導光体２からなるライトパイプ１の入射端５に発光素子１１を設置している。導光体２の側壁面３により囲まれる空間は、導光体２の長手方向に直交する方向においてほぼ同一の断面形状を備えている。導光体２の少なくとも入射端５側の内部空間は、透光性の仕切り部１２により２分割されている。なお、ライトパイプ１は図１又は図２において説明したと同様なので、説明を省略する。また、ライトパイプ１は図３において説明したと同様に、仕切り部１２を導光体２の途中まで形成し、仕切り部１２の端部と射出端６との間に間隔を設けてもよい。
【００４４】
発光素子１１は、基体８と、基体８に設置されたＬＥＤ７ａとＬＥＤ７ｂとから構成されている。ＬＥＤ７ａの光の射出面９ａは、仕切り部１２により分割された下側の入射端５ａの形状と略同一の形状を有し、ＬＥＤ７ｂの光の射出面９ｂは、仕切り部１２により分割された上側の入射端５ｂの形状と略同一の形状を有している。各ＬＥＤ７ａ、７ｂの各射出面９ａ、９ｂは夫々上下の入射端５ａ、５ｂに密着して設置されている。そのために、各射出面９ａ、９ｂから射出される光は、外部に漏れることなく導光体２の内部に導入される。導光体２の内部に導入された光は、回折部４により射出端６側に透過し、指向性が高く、かつ、射出端６において輝度分布の均一な射出光に変換される。また、射出面９ａ、９ｂから指向性の広い領域の光も射出光として利用できるので、光の利用効率を向上させることができる。
【００４５】
図４（ａ）に示す本実施形態は、仕切り部１２により導光体２の内部空間が２分割される場合であるが、これに代えて、図２に示したような、４分割或いは更に多分割するものであってもよい。また、ＬＥＤ７ａとＬＥＤ７ｂとは発光色が同色でも異なるものであってもよい。また、導光体２の内部に設置する仕切り部１２が、図２に示すような断面が十字形状を有し、導光体２の内部空間を４分割する場合に、４つに分割された入射端に、同色発光の４つのＬＥＤを設置してもよいし、互いに異なる発光色のＬＥＤを設置してもよい。
【００４６】
図４（ｂ）は、導光体２の内部空間を１枚の透光性板からなる仕切り部１２により２分割した場合の、導光体２側から見た発光素子１１の平面図である。発光素子１１は、基体８の上に設置したＬＥＤ７ａとＬＥＤ７ｂが設置されている。各ＬＥＤ７ａ、７ｂの光の射出面は、導光体２の分割された入射端５ａ、５ｂと略同一の形状を有している。ＬＥＤ７ａ、７ｂの発光を青色と黄色、赤色と緑色などの補色関係とすれば、射出端６から白色光を射出させることができる。
【００４７】
図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、導光体２の入射端５側の内部空間を断面が十字形状を有する透光性板からなる仕切り部１２により４分割した場合の、導光体２側から見た発光素子１１の平面図である。図４（ｃ）に示すように、発光素子１１は、基体８の上に設置した、赤色発光のＬＥＤ７Ｒ、緑色発光のＬＥＤ７Ｇ、青色発光のＬＥＤ７Ｂが設置されている。各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの光の射出面は、導光体２の分割された４つの入射端と略同一の形状を有している。各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの３原色の発光により、全ての色を射出させることができる。また、２個の緑色発光のＬＥＤ７Ｇを使用することにより、視感度特性に合致した光を射出させることができる。
【００４８】
また、図４（ｄ）に示すように、基体８に、赤色発光のＬＥＤ７Ｒ、緑色発光のＬＥＤ７Ｇ、青色発光のＬＥＤ７Ｂ、白色発光のＬＥＤ７Ｗを設置することができる。赤色、緑色、青色加法混色により白色光を得るとともに、更に白色発光のＬＥＤ７Ｗを設置しているので、全ての色を射出することができる事に加えて、明るい白色光を得ることができる。
【００４９】
図５は、本発明の実施形態に係る画像投影装置２０を表す模式的な断面図である。画像投影装置２０は、光合成部２２と、光合成部２２の３つの辺に設けた光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、３つの光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの夫々に対応して設けた３つのリレーレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂと、この３つのリレーレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂの夫々に対応して設けた３つの照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと、投影部２３から構成されている。ここで、光合成部２２はダイクロイックプリズムにより構成されている。光変調部２１Ｒは赤色の画像を表示する液晶表示素子、光変調部２１Ｇは緑色の画像を表示する液晶表示素子、光変調部２１Ｂは青色の画像を表示する液晶表示素子により構成されている。３つの照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの夫々は、導光体２からなるライトパイプ１の入射端５に、赤色発光のＬＥＤ７ａ、７ｂからなる赤色発光素子１１Ｒ、緑色発光のＬＥＤからなる緑色発光素子１１Ｇ、及び、青色発光のＬＥＤからなる青色発光素子１１Ｂを備えている。投影部２３は、画像投影用の投影レンズ系により構成されている。
【００５０】
各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの射出端６は、各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの表示有効領域の形状と相似する面形状を有している。各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの表示有効領域が四角形を有し、当該四角形の縦横の長さの比が例えば３対４の場合には、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂも四角形を有し、当該四角形の射出端６の縦横比も３対４に設定されている。導光体２の内部には断面が十字形状の仕切り部１２が設置され、当該仕切り部１２の入射端５の表面には多数の溝からなる回折部４が形成されている。多数の溝のピッチは入射端５側に近づくにつれて狭くなる。また、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの十字形状を構成する横透光性板１３ａの表面に形成される多数の溝と、縦透光性板１３ｂの表面に形成される多数の溝とは、隣り合う溝の間隔が異なる。また、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにおいても、各発光素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの発光色に合わせて、溝の間隔は異なるように形成されている。
【００５１】
各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの夫々から射出された光は、各リレーレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂを介して略平行もしくは投影レンズの開口数にマッチングさせた光束として各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに照射される。各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、入射した照明光を各色に対応する画像光に変換する。各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから射出された画像光は、光合成部２２により加法混色され、投影部２３を介して、スクリーン等に投影される。このように構成することにより、光効率が高く、軽量でコンパクトな画像投影装置２０を構成することが可能となる。
【００５２】
なお、上記実施形態においては、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと間にリレーレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂを設けたが、これらのリレーレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂを除去して、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに対応する各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに近接配置することができる。この場合は、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの射出端６の形状と各光変調部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの有効表示領域の形状とをほぼ同じ面形状とすることができる。また、各照明光学系１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの導光体２内の仕切り部１２は、その端部と射出端６との間に間隔を設けるようにしてもよい。
【００５３】
図６は、本発明の他の実施形態に係る画像投影装置２０を表す模式的な断面図である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。図６において、画像投影装置２０は、照明光学系１０と、リレーレンズ２４と、反射型の光変調部２１と、光変調部２１から反射される画像光を投影する投影部２３から構成されている。照明光学系１０は、導光体２と、導光体２内に設けた仕切り部１２と、導光体２の入射端５に設けた発光素子１１から構成されている。発光素子１１は、基体８と、基体８の上に設けた赤色発光のＬＥＤ７Ｒと、緑色発光のＬＥＤ７Ｇ（図示しない）と、青色発光のＬＥＤ７Ｂから構成されている。各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂは基体８に集積して設置され、ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの全体の発光面は、入射端５の入射面の形状とほぼ同じ形状を備え、導光体２の端部に密着設置されている。そのため、各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの光は、外部に漏れない。各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの色の光は、仕切り部１２の回折部４及び側壁面３において反射を繰り返し、射出端６の射出面では、輝度分布が均一で指向性の高い射出光に変換される。
【００５４】
光変調部２１は、ＤＭＤ素子により構成されている。ＤＭＤ素子は、多数のマイクロミラーが画像信号に応じて回転可能に構成されている。照明光学系１０から射出された光は、リレーレンズ２４を介してＤＭＤ素子に照射され、ＤＭＤ素子の多数のマイクロミラーにより表示画像に応じて反射され、レンズ系から構成される投影部２３を介してスクリーン等に投影される。
【００５５】
ＤＭＤ素子は次の様に動作する。発光素子１１を駆動する光源駆動回路は、各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを時分割駆動して、赤色、緑色、青色の光を順次発光させる。ＤＭＤ素子を駆動する表示駆動回路は、上記時分割駆動に同期して、ＤＭＤ素子に赤色の画像、緑色の画像、青色の画像を順次表示させる。これにより、投影部２３からは、赤色、緑色、青色の各画像が順次投影され、観察者はこれら各色を時間平均された画像としてみることになる。なお、光の混色方法として、図５に示すように、異なる色の照明光学系１０、例えば赤色、緑色及び青色の各照明光学系１０を用いて、光合成部２２により合成して混色し、この合成した光を、リレーレンズ２４を介して反射型の光変調部２１に照射し、光変調部２１により変調した光を投影する投影部２３により画像光を投影するようにしてもよい。また、図６において、照明光学系１０と光変調部２１との間隙にリレーレンズ２４を設けたが、これリレーレンズ２４を省くことができる。また、光変調部２１として、ＤＭＤ素子に代えて、反射型液晶表示素子を使用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  ライトパイプ
２  導光体
３  側壁面
４  回折部
５  入射端
６  射出端
７  ＬＥＤ
８  基体
９  射出面
１０  照明光学系
２０  画像投影装置
【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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