JP2004341424A - 導光体、照明装置、投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロッド状の導光体端面に複数の光源を配置した照明装置において、光源光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止して、光軸方向への照明光率を高めることを目的とする。
【解決手段】導光体２０の一端面に、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応して複数の光入射面２０Ａ，２０Ｂを設ける。このとき、入射光を光軸Ｙに略平行な方向に屈折させるべく、光軸Ｙに対する入射光の傾き角θ１（θａ，θｂ）と、光軸に対する光入射面の法線の傾き角θ２（θＡ，θＢ）とが、この光入射面の屈折率をｎとして、ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ・ｃｏｓθ１の関係を満たすようにする。
【選択図】 図４
【解決手段】導光体２０の一端面に、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応して複数の光入射面２０Ａ，２０Ｂを設ける。このとき、入射光を光軸Ｙに略平行な方向に屈折させるべく、光軸Ｙに対する入射光の傾き角θ１（θａ，θｂ）と、光軸に対する光入射面の法線の傾き角θ２（θＡ，θＢ）とが、この光入射面の屈折率をｎとして、ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ・ｃｏｓθ１の関係を満たすようにする。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光体及びこの導光体を備えた照明装置並び投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、投射型表示装置の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが検討されている。ＬＥＤは小型，軽量，長寿命であり、応答速度が極めて速く、駆動電流の制御によって自由に光量調整できる。このため、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤ光源を用い、各光源の点灯タイミングに合わせてライトバルブを時分割駆動することで、小型で光利用効率の高い単板式のプロジェクタを実現できる。
このような投射型表示装置では、照明光率を高めるために、各光源から出射された光をライトバルブ側に効率的に導光する手段が必要となる。このような導光手段としては、一般にロッドレンズ等が用いられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６８００８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１４は、上述の単板式投射型表示装置の照明光学系の一例を模式的に示したものである。照明装置は複数の光源（ここでは、便宜的に２種類のＬＥＤアレイ光源１００１Ａ，１００１Ｂ）と、導光手段であるロッドレンズ１０００とを備えている。
【０００５】
このようにロッドレンズ１０００の入射面１０００Ａ側に複数の光源を配置した場合、光軸Ｙから外れた光源からの光はロッドレンズ１０００に対して斜めに（即ち、入射面１０００Ａの法線に対して一定の角度θｉを有して）入射されるため、その分、入射角度分布にオフセットθｅが生じる。この結果、図１５に示すように、光出射面１０００Ｅ内における光の出射角度分布にもオフセットθｅが生じ、その出射角度範囲は光の放射角度をαとしてθｅ−α〜θｅ＋αの範囲となる。しかし、ライトバルブ１００５では、この内、有限の飲込み角θ０の範囲内（液晶でいえば例えば−１６°〜１６°）の光しか表示に利用できないため、それ以外の光（図１５の斜線部分で示す）はロスとなる。このため、光源光が光入射面１０００Ａに垂直に入射された場合（図１５において点線で示す）に比べて光利用効率が小さく、暗い表示となってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、光源光の光利用効率を高めることのできる導光体、及びこの導光体を備えた照明装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の導光体は、一方の端面側に配置された複数の光源からの光を、所定の光軸上に配された他方の端面側に導光可能な導光体であって、上記一方の端面に、光源から入射された光を上記光軸に略平行な方向に屈折又は回折させる光入射面が各光源に対応して複数設けられたことを特徴とする。
【０００８】
上述のように導光体の一端面に複数の光源を配置した場合には、これらの光源の内、少なくとも一つの光源の光は導光体に対して斜めに（即ち、光軸と交差する方向から）入射されることとなるが、本構成によれば、光軸に対して交差する方向から入射される光源光の出射角度分布にオフセットが生じない、若しくは、オフセットが生じても従来よりも小さい値となるため、光の利用効率を高めることができる。また、光軸に対する光入射面の傾斜角度を調整することで、光利用効率を損なうことなく光の入射方向を任意に設定できるため、光源の配置の自由度が高まる。なお、本明細書では、光の方向とは、その光の角度分布において強度が最大となる角度方向をいう。
【０００９】
また、本発明の照明装置はこのような導光体を備えて構成される。すなわち、本照明装置は、複数の光源と、一端面側から入射された各光源の光を、所定の光軸上に配された他方の端面側に導光可能な導光体とを備え、上記導光体の一端面に、入射光を上記光軸に略平行な方向に屈折又は回折させる光入射面が各光源に対応して複数設けられたことを特徴とする。本構成によれば、光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、光軸に平行な方向に効率よく光を出射することができる。
【００１０】
このような導光体は、例えば中実のロッドレンズの一端面（光入射側の端面）を切削して複数の光入射面を形成したり、或いは、中空のロッドレンズ（管状のロッドレンズ）の一端面側に、入射光を屈折させるためのプリズム体を配置することで得られる。この場合、光軸に対して交差する方向から（即ち、光軸に対して斜めに）光を入射する光源に対応して設けられた光入射面を、その法線方向が上記光軸に対して傾いて配置されるようにし、上記光軸に対する上記入射光の傾き方向と、上記光軸に対する上記光入射面の法線の傾き方向とが光軸を挟んで逆方向となるようにすることで、この光源光の光路を光軸に略平行な方向に曲げることができる。
【００１１】
ここで、入射光の光軸に対する傾き方向とは、入射光の中心軸と光軸とを含む平面（Ｘ，Ｙ平面）内において上記中心軸が光軸に対して鋭角に交差する方向をいい、例えばＺ軸方向から見た場合にそれが時計回りの方向か、反時計回りの方向かで区別する。同様に、光入射面の法線の光軸に対する傾き方向とは、法線と光軸とを含む平面内において上記法線が光軸に対して鋭角に交差する方向をいい、Ｚ軸方向から見た場合にそれが時計回りの方向か、反時計回りの方向かで区別する。そして、入射光の傾き方向と光入射面の法線の傾き方向とが逆方向とは、光軸，入射光の中心軸，光入射面の法線とを含む平面（ＸＹ平面）内において、上記中心軸と法線との内の一方が、Ｚ軸方向から見て光軸に対して時計回りの方向に傾き、他方が反時計回りの方向に傾いており、光軸Ｙからの各傾き角の正負が互いに逆の関係となることをいう。
【００１２】
具体的には、光軸に対する入射光の傾き角θ１と、光軸に対する光入射面の法線の傾き角θ２とが、この光入射面の屈折率をｎとして、ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ・ｃｏｓθ１の関係を満たすようにすることで、上記光源光の光路と光軸とを略完全に平行とすることができる。
なお、中空ロッドレンズを用いる場合には、この一端面側にプリズム体を配置する以外に、例えば入射光を屈折させるためのホログラム素子を配置してもよく、これによっても同様の効果が得られる。
【００１３】
ところで、光軸に対して斜めに入射される光源が２つ以上ある場合には、導光体には、光軸に対して傾斜した光入射面が複数設けられ、これらを隣接して配置することで、導光体の一端面は凹面状又は凸面状に形成されることとなる。仮に上記端面を凸面とすると、光軸から外れた光源は、他の光源との干渉を避けるために、対応する光入射面に対して光軸を挟んで反対側に配置する必要がある。このため、光源と導光体とは大きく離れた位置に配置されることとなり、装置が大型化されてしまう。これに対して、上記端面を凹面とした場合には、光軸から外れた光源とこれに対応する光入射面とは光軸に対して同じ側に配置されるため、この光源が他の光源と干渉することがない。このため、光源を導光体に近接して配置でき、装置を小型化することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の照明装置は、光入射面は、ブレーズ化された回折格子であることを特徴とする。本構成によれば、光入射面で回折された回折光を１次回折光のみとすることができ、光軸に平行な方向に効率よく光を出射することができる。
【００１５】
また、本発明の投射型表示装置は、上述の照明装置と、上記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。本構成によれば、光軸上に配置された光変調装置において表示に利用できる光量が実質的に大きくなるため、従来よりも明るい表示が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照しながら本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置について説明する。図１は本実施形態の投射型表示装置の全体構成を示す概略図、図２は本投射型表示装置に備えられた光源の一構成例を示す概略斜視図、図３，図４はそれぞれ本投射型表示装置に備えられた導光体の構造を示す斜視図及び平面図、図５は本導光体からの光の出射角度分布を示す図である。
なお、本投射型表示装置では、導光体を含むシステム全体の光軸（本発明における所定の光軸）をＹ軸としている。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の投射型表示装置は、それぞれ異なる色光を出射可能な複数の光源１０Ａ，１０Ｂと、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応して設けられたロッド状の導光体２０とを有する照明装置と、導光体２０から出射された色光をそれぞれ変調してカラー画像を出力する光変調装置４０と、光変調装置４０から出力された画像光をスクリーン６０に拡大投影する投射レンズ（投射手段）５０とを備えている。なお、図１において符号１５Ａ，１５Ｂ，３１，３２はそれぞれ集光レンズである。
【００１８】
光源１０Ａ，１０Ｂは例えば赤色光，緑色光，青色光等の色光を出射可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１１からなり、これらの光源１０Ａ，１０Ｂは点灯制御回路（図示略）により単位時間（例えば１フレーム期間）内に時間順次で点灯されるようになっている。なお、図２では、１０×７個のＬＥＤ１１によって一つの光源を構成しているが、ＬＥＤの個数はこれに限定されず、一個の発光素子から構成してもよい。
【００１９】
導光体２０は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された直方体状の中実のロッドレンズであり、図３に示すように、光軸Ｙ上に配された一方の端面（図示左側の端面）が光入射面２０Ａ，２０Ｂ、他方の端面（図示右側の端面）が光出射面２０Ｅとなっている。このロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは側面において全反射を繰り返しながら光出射面２０Ｅ側に導光される。そして、光入射面２０Ａ，２０Ｂにおける光の密度分布に関係なく光出射面２０Ｅの全面から均一な密度分布で光が出射され、その結果、光の照度（輝度分布）が均一化されるようになっている。
【００２０】
この導光体２０の光入射面２０Ａ，２０Ｂは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に屈折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。そして、この２つの光入射面２０Ａ，２０Ｂが隣接配置されて凹面状の端面が形成されている。なお、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙに対して同じ側に近接して配置されている。例えば、光源１０Ａと光入射面２０Ａとは共に光軸Ｙに対して図示上側に配置され、光源１０Ｂと光入射面２０Ｂとは共に光源Ｙに対して図示下側に配置されている。
【００２１】
各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する光源光に対するレンズ２０の屈折率をｎとして下式（１）のように設定されている。
ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／（ｎ・ｃｏｓθ１） ・・・（１）
【００２２】
このような導光体２０の光入射面２０Ａに光源１０Ａから光が入射されると、図４に示すように、光軸Ｙに対して斜めに入射された色光は屈折によりその光路を光軸と平行な方向に修正される。このため、光の出射角度範囲は、図５に示すように、光源光の放射角度をαとして−α〜αの範囲となり、入射角度分布にはオフセットが生じない。
【００２３】
光変調装置４０は、例えばアクティブマトリクス型の透過型液晶装置である。この光変調装置４０は駆動制御回路（図示略）により各光源の点灯タイミングと同期して駆動され、導光体２０から出射された各色光を変調して対応する色の画像光を単位時間内に時間順次に形成するようになっている。これら各色の画像光は投射レンズ５０によってスクリーン６０上に拡大投影され、カラー画像として視認される。なお、光利用効率を高めるために、光変調装置４０と導光体２０との間に、光の偏光方向を一方向に揃えるＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）アレイを設けてもよい。
【００２４】
したがって、本実施形態によれば、導光体２０の光入射面に、入射光を光軸Ｙに略平行な方向に屈折させる光入射面２０Ａ，２０Ｂが各光源１０Ａ，１０Ｂに対応して設けられているため、各光源光の出射角度分布にオフセットが生じない、若しくは、オフセットが生じても従来よりも小さい値となる。このため、光軸Ｙに平行な方向に効率よく光を出射することができ、光変調装置４０において表示に利用できる光量が実質的に大きくなる結果、従来のものよりも明るい表示が可能となる。
【００２５】
また、光軸Ｙに対する光入射面２０Ａ，２０Ｂの傾斜角度θＡ，θＢを調整することで、光利用効率を損なうことなく光の入射方向を任意に設定できる。これにより、光源１０Ａ，１０Ｂを比較的自由に配置することが可能となり、光学設計の自由度が高まる。
【００２６】
［変形例］
次に、図６〜図１１を参照しながら本発明の変形例に係る投射型表示装置について説明する。なお、以下に示す各変形例は上記第１実施形態における導光体の構成を変形したものであり、各変形例において上記第１実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
まず、図６を参照しながら第１変形例について説明する。
本変形例の導光体２１は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中空ロッドレンズ（管状のロッドレンズ）２１１の光入射側の端面に、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応した２つの光入射面２１Ａ，２１Ｂを有するプリズム体２１０を取り付けたものである。ロッドレンズ２１１の内面には高反射率の金属反射膜が設けられており、ロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは、反射膜によって内面反射を繰り返しながら、出射面２１Ｅ側に導光されるようになっている。
【００２８】
プリズム体２１０は例えば２つの三角プリズム２１０Ａ，２１０Ｂからなる。各プリズム２１０Ａ，２１０Ｂの光入射面２１Ａ，２１Ｂは、その法線方向が光軸Ｙに対して傾けて配置されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する三角プリズムの屈折率をそれぞれｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００２９】
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００３０】
次に、図７を参照しながら第２変形例について説明する。
本変形例は、上記第１実施形態の構成において導光体の光入射面を凸面状に形成したものである。すなわち、本変形例では、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中実ロッドレンズ（導光体）２２の一方の端面に２つの光入射面２２Ａ，２２Ｂが設けられ、これらの光入射面２２Ａ，２２Ｂが隣接配置されて凸面状の端面が形成されている。なお、図７において符号２２Ｅはこの導光体２２の光出射面である。
【００３１】
これらの光入射面２２Ａ，２２Ｂは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に屈折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する三角プリズムの屈折率をそれぞれｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。
【００３２】
なお、上述の構成では、例えば光源１０Ｂから光軸に対して図示上側に配置された光入射面に光を入射する場合、この光源１０Ｂは上記光入射面２２Ｂよりも図示下側の位置に配置される必要がある。同様に、光源１０Ａは光入射面２２Ａよりも図示上側に配置される必要がある。しかし、光源１０Ａ，１０Ｂを上記第１実施形態のように導光体２２に近接して配置した場合、これらの光源１０Ａ，１０Ｂが光軸近傍で干渉する。このため、本変形例ではこれを避けるために、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙを挟んで反対側の位置に配置されている。例えば、光源１０Ａは光軸Ｙに対して図示上側に配置される一方、光入射面２２Ａは光軸Ｙに対して図示下側に配置されている。また、光源１０Ｂは光軸Ｙに対して図示下側に配置される一方、光入射面２２Ｂは光源Ｙに対して図示上側に配置されている。このため、各光源からの光は光入射面に対してクロスして入射されることとなる。
【００３３】
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００３４】
次に、図８を参照しながら第３変形例について説明する。
本変形例は、上記第１変形例の構成において導光体の光入射面を凸面状に形成したものである。すなわち、本変形例の導光体２３は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中空ロッドレンズ（管状のロッドレンズ）２３１の光入射側の端面に、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応した複数２つの光入射面２３Ａ，２３Ｂを有するプリズム体２３０を取り付けたものである。ロッドレンズ２３１の内面には高反射率の金属反射膜が設けられており、ロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは、反射膜によって内面反射を繰り返しながら、出射面２３Ｅ側に導光されるようになっている。
【００３５】
プリズム体２３０は単一の三角プリズムからなり、このプリズムの上記中空ロッドレンズ２３１への取り付け面以外の２つの端面がそれぞれ光入射面２３Ａ，２３Ｂとして構成されている。すなわち、これらの光入射面２３Ａ，２３Ｂにより凸面状の端面が形成されている。
各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する光源に対するプリズムの屈折率をｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。
【００３６】
これ以外は上記第１変形例と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００３７】
次に、図９を参照しながら第４変形例について説明する。
本変形例は、導光体の一端面側に光源を三つ（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）設け、この導光体端面に各光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対応して３つの光入射面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを設けたものである。すなわち、本変形例では、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中実ロッドレンズ（導光体）２４の一方の端面に３つの光入射面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが設けられ、これらの光入射面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが隣接配置されて凹面状の端面が形成されている。なお、図９において符号２４Ｅはこの導光体２４の光出射面である。
【００３８】
なお、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙに対して同じ側に近接して配置されている。例えば、光源１０Ａと光入射面２４Ａとは共に光軸Ｙに対して図示上側に配置され、光源１０Ｂと光入射面２４Ｂとは共に光源Ｙに対して図示下側に配置されている。また、光源１０Ｃは光軸Ｙ上に配置されており、光入射面２４Ｃはこれに合わせて光軸Ｙ上に配置されている。
【００３９】
各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ，θＣ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ，θｃ）、対応する光源の色光に対するレンズ２４の屈折率をｎとして上式（１）と同様に規定することができる。なお、光源１０Ｃからの光は光軸方向に対して平行に入射されるため、光入射面２４Ｃの傾斜角度は０°となる。
【００４０】
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００４１】
次に、図１０を参照しながら第５変形例について説明する。
本変形例は、上記第４変形例の構成において、光入射側の導光体端面を凸面状に形成したものである。すなわち、本変形例では、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中実ロッドレンズ（導光体）２５の一方の端面に３つの光入射面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが設けられ、これらの光入射面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが隣接配置されて凸面状の端面が形成されている。なお、図１０において符号２５Ｅはこの導光体２５の光出射面である。
【００４２】
これらの光入射面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に屈折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ，θＣ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ，θｃ）、対応する光源の色光に対するレンズ２４の屈折率をｎとして上式（１）と同様に規定することができる。
【００４３】
なお、本変形例では、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙを挟んで反対側の位置に配置されている。例えば、光源１０Ａは光軸Ｙに対して図示上側に配置される一方、光入射面２５Ａは光軸Ｙに対して図示下側に配置されている。また、光源１０Ｂは光軸Ｙに対して図示下側に配置される一方、光入射面２５Ｂは光源Ｙに対して図示上側に配置されている。このため、各光源からの光は光入射面に対してクロスして入射されることとなる。また、また、光源１０Ｃは光軸Ｙ上に配置されており、光入射面２４Ｃはこれに合わせて光軸Ｙ上に配置されている。
【００４４】
これ以外は上記第４変形例と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００４５】
次に、図１１を参照しながら第６変形例について説明する。
本変形例は、上記第４変形例の構成において、導光体の光入射面をプリズム体としたものである。すなわち、本変形例の導光体２６は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中空ロッドレンズ（管状のロッドレンズ）２６１の光入射側の端面に、２つの三角プリズム２６０Ａ，２６０Ｂからなるプリズム体２６０を取り付けたものである。ロッドレンズ２６１の内面には高反射率の金属反射膜が設けられており、ロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは、反射膜によって内面反射を繰り返しながら、出射面２６Ｅ側に導光されるようになっている。
【００４６】
本変形例では、各プリズム２６０Ａ，２６０Ｂの光入射側の端面がそれぞれ光源１０Ａ，１０Ｂに対応する光入射面２６Ａ，２６Ｂとなる。また、光源１０Ｃは光軸Ｙ上に配置されており、その入射光を屈折させる必要がないため、この光源１０Ｃの光が入射される領域にはプリズムが配置されない。したがって、このプリズムの配置されない中空ロッドレンズ２６１の光入射側の端面が光源１０Ｃに対応する光入射面２６Ｃとなる。
【００４７】
各プリズム２６０Ａ，２６０Ｂの光入射面２６Ａ，２６Ｂは、その法線方向が光軸Ｙに対して傾けて配置されており、各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する三角プリズムの屈折率をそれぞれｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。そして、これらの光入射面２６Ａ，２６Ｂ及びロッドレンズ端面である光入射面２６Ｃにより導光体端面が凹面状に形成されている。
【００４８】
これ以外は上記第４変形例と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００４９】
次に、図１２，図１３を参照しながら第７変形例について説明する。
本変形例では、上記第１実施形態の構成においてロッドレンズ（導光体）２７の光入射側の端面に回折格子を形成し、各光源１０Ａ，１０Ｂからの入射光を光軸Ｙ方向に回折させるようにしている。すなわち、本変形例では、光入射側の端面において、光軸Ｙよりも図示上側の領域に光源１０Ａからの入射光に対応した複数のブレーズ化回折面（光入射面）２７Ａが形成され、図示下側の領域に光源１０Ｂからの入射光に対応した複数のブレーズ化回折面（光入射面）２７Ｂが形成されている。なお、図１２において符号２７Ｅはこの導光体２７の光出射面である。
【００５０】
これらの回折面２７Ａ，２７Ｂは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に回折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する回折面の法線のなす角度）θＡ，θＢや格子間隔等は、対応する光源光の波長や入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）θａ，θｂ等に基づいて最適に設定される。
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００５１】
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
また、本変形例では、光入射面がブレーズ化された回折格子であるため、光入射面で回折された回折光を１次回折光のみとすることができる。すなわち、本変形例では、上記構成に代えて、ロッドレンズ２７の光入射端面を図１３のようなブレーズ化しない単なる溝状の回折格子とすることも可能である。しかし、この場合、光軸Ｙに平行な＋１次回折光Ｌ１以外に、光軸Ｙに平行にならない−１次回折光Ｌ−１や０次回折光Ｌ０のような光が生じ、光利用効率が低下してしまう。これに対して、本変形例のように光入射面をブレーズ化した場合には、これらの不要な回折光Ｌ−１，Ｌ０をなくして１次回折光Ｌ１のみとすることができるため、光軸Ｙ方向への回折効率が高まり、明るい照明が実現される。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態及び変形例では光源の数を２つ又は３つとしたが、本発明はこれに限定されず、４つ以上としてもよい。
【００５３】
また、上記構成では光源からの光の入射角と光入射面の光軸Ｙに対する傾き角度とを式（１）に基づいて規定したが、必ずしも正確に式（１）に従う必要はない。少なくとも光軸に対する入射光の傾き方向と、光軸に対する光入射面の法線の傾き方向とが逆方向（即ち、Ｚ軸方向から見た場合に、光軸を挟んで一方が時計回りの方向に傾き、他方が反時計回りの方向に傾いており、光軸Ｙからの各傾き角の正負が互いに逆の関係）であれば、従来のもの（即ち、光入射面の法線方向が光軸に平行な導光体）よりも光源光の光路を光軸Ｙに対してより平行に近づけることができる。このため、出射角度分布にオフセットが生じても従来より小さい値となるため、光軸Ｙ方向への照明効率は高くなる。
【００５４】
また、上記構成では、光軸Ｙに対して異なる傾斜角度を有する複数の光入射面が隣接配置されることで、導光体の光入射側の端面が屈曲した凹面又は凸面とされている。しかし、各光入射面を滑らかに連続して配置することで、これを凹曲面又は凸曲面とすることも可能である。この場合、光入射面は、導光体端面における式（１）を満たす平面領域、或いは、この平面領域とこれに連続する曲面領域の一部として構成される。上述のように本発明では、光軸に対する光入射面の法線の傾き方向が光軸に対する入射光の傾き方向と逆方向であれば光利用効率が改善されるため、導光体端面に式（１）を完全には満たさない領域ができても、従来よりは高効率な照明が可能となる。同様に、導光体端面を平面部を有しない凹曲面又は凸曲面することも可能である。この場合、光入射面は導光体端面の所定の曲面領域として構成される。
【００５５】
さらに、上記実施形態及び変形例ではいずれも光軸に対して傾いて配置されたレンズ面の屈折を利用して光路を修正しているが、この代わりに光源光をホログラム素子によって屈折させてもよい。例えば上記第１変形例の構成において、面内に光源１０Ａから斜めに入射された光を光軸Ｙに平行な方向に屈折させる屈折領域と、光源１０Ｂから斜めに入射された光を光軸方向に屈折させる屈折領域とを有するホログラム素子を、光源１０Ａ，１０Ｂと中空ロッドレンズとの間に配置することで同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の全体構成図。
【図２】同、投射型表示装置に備えられる光源の構成を示す図である。
【図３】同、投射型表示装置に備えられる導光体の斜視図である。
【図４】同、投射型表示装置に備えられる導光体の平面図である。
【図５】同、導光体から出射される光の出射角度分布を示す図である。
【図６】本発明の第１変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第３変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第４変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第６変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の第７変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１３】同、導光体の他の構成を示す平面図である。
【図１４】従来の導光体の構成を示す平面図である。
【図１５】同、導光体から出射される光の出射角度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…光源、２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７…導光体、２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２７Ａ，２７Ｂ…光入射面、４０…光変調装置、５０…投射手段、Ｙ…光軸（ロッドの中心軸）
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光体及びこの導光体を備えた照明装置並び投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、投射型表示装置の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが検討されている。ＬＥＤは小型，軽量，長寿命であり、応答速度が極めて速く、駆動電流の制御によって自由に光量調整できる。このため、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤ光源を用い、各光源の点灯タイミングに合わせてライトバルブを時分割駆動することで、小型で光利用効率の高い単板式のプロジェクタを実現できる。
このような投射型表示装置では、照明光率を高めるために、各光源から出射された光をライトバルブ側に効率的に導光する手段が必要となる。このような導光手段としては、一般にロッドレンズ等が用いられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６８００８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１４は、上述の単板式投射型表示装置の照明光学系の一例を模式的に示したものである。照明装置は複数の光源（ここでは、便宜的に２種類のＬＥＤアレイ光源１００１Ａ，１００１Ｂ）と、導光手段であるロッドレンズ１０００とを備えている。
【０００５】
このようにロッドレンズ１０００の入射面１０００Ａ側に複数の光源を配置した場合、光軸Ｙから外れた光源からの光はロッドレンズ１０００に対して斜めに（即ち、入射面１０００Ａの法線に対して一定の角度θｉを有して）入射されるため、その分、入射角度分布にオフセットθｅが生じる。この結果、図１５に示すように、光出射面１０００Ｅ内における光の出射角度分布にもオフセットθｅが生じ、その出射角度範囲は光の放射角度をαとしてθｅ−α〜θｅ＋αの範囲となる。しかし、ライトバルブ１００５では、この内、有限の飲込み角θ０の範囲内（液晶でいえば例えば−１６°〜１６°）の光しか表示に利用できないため、それ以外の光（図１５の斜線部分で示す）はロスとなる。このため、光源光が光入射面１０００Ａに垂直に入射された場合（図１５において点線で示す）に比べて光利用効率が小さく、暗い表示となってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、光源光の光利用効率を高めることのできる導光体、及びこの導光体を備えた照明装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の導光体は、一方の端面側に配置された複数の光源からの光を、所定の光軸上に配された他方の端面側に導光可能な導光体であって、上記一方の端面に、光源から入射された光を上記光軸に略平行な方向に屈折又は回折させる光入射面が各光源に対応して複数設けられたことを特徴とする。
【０００８】
上述のように導光体の一端面に複数の光源を配置した場合には、これらの光源の内、少なくとも一つの光源の光は導光体に対して斜めに（即ち、光軸と交差する方向から）入射されることとなるが、本構成によれば、光軸に対して交差する方向から入射される光源光の出射角度分布にオフセットが生じない、若しくは、オフセットが生じても従来よりも小さい値となるため、光の利用効率を高めることができる。また、光軸に対する光入射面の傾斜角度を調整することで、光利用効率を損なうことなく光の入射方向を任意に設定できるため、光源の配置の自由度が高まる。なお、本明細書では、光の方向とは、その光の角度分布において強度が最大となる角度方向をいう。
【０００９】
また、本発明の照明装置はこのような導光体を備えて構成される。すなわち、本照明装置は、複数の光源と、一端面側から入射された各光源の光を、所定の光軸上に配された他方の端面側に導光可能な導光体とを備え、上記導光体の一端面に、入射光を上記光軸に略平行な方向に屈折又は回折させる光入射面が各光源に対応して複数設けられたことを特徴とする。本構成によれば、光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、光軸に平行な方向に効率よく光を出射することができる。
【００１０】
このような導光体は、例えば中実のロッドレンズの一端面（光入射側の端面）を切削して複数の光入射面を形成したり、或いは、中空のロッドレンズ（管状のロッドレンズ）の一端面側に、入射光を屈折させるためのプリズム体を配置することで得られる。この場合、光軸に対して交差する方向から（即ち、光軸に対して斜めに）光を入射する光源に対応して設けられた光入射面を、その法線方向が上記光軸に対して傾いて配置されるようにし、上記光軸に対する上記入射光の傾き方向と、上記光軸に対する上記光入射面の法線の傾き方向とが光軸を挟んで逆方向となるようにすることで、この光源光の光路を光軸に略平行な方向に曲げることができる。
【００１１】
ここで、入射光の光軸に対する傾き方向とは、入射光の中心軸と光軸とを含む平面（Ｘ，Ｙ平面）内において上記中心軸が光軸に対して鋭角に交差する方向をいい、例えばＺ軸方向から見た場合にそれが時計回りの方向か、反時計回りの方向かで区別する。同様に、光入射面の法線の光軸に対する傾き方向とは、法線と光軸とを含む平面内において上記法線が光軸に対して鋭角に交差する方向をいい、Ｚ軸方向から見た場合にそれが時計回りの方向か、反時計回りの方向かで区別する。そして、入射光の傾き方向と光入射面の法線の傾き方向とが逆方向とは、光軸，入射光の中心軸，光入射面の法線とを含む平面（ＸＹ平面）内において、上記中心軸と法線との内の一方が、Ｚ軸方向から見て光軸に対して時計回りの方向に傾き、他方が反時計回りの方向に傾いており、光軸Ｙからの各傾き角の正負が互いに逆の関係となることをいう。
【００１２】
具体的には、光軸に対する入射光の傾き角θ１と、光軸に対する光入射面の法線の傾き角θ２とが、この光入射面の屈折率をｎとして、ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ・ｃｏｓθ１の関係を満たすようにすることで、上記光源光の光路と光軸とを略完全に平行とすることができる。
なお、中空ロッドレンズを用いる場合には、この一端面側にプリズム体を配置する以外に、例えば入射光を屈折させるためのホログラム素子を配置してもよく、これによっても同様の効果が得られる。
【００１３】
ところで、光軸に対して斜めに入射される光源が２つ以上ある場合には、導光体には、光軸に対して傾斜した光入射面が複数設けられ、これらを隣接して配置することで、導光体の一端面は凹面状又は凸面状に形成されることとなる。仮に上記端面を凸面とすると、光軸から外れた光源は、他の光源との干渉を避けるために、対応する光入射面に対して光軸を挟んで反対側に配置する必要がある。このため、光源と導光体とは大きく離れた位置に配置されることとなり、装置が大型化されてしまう。これに対して、上記端面を凹面とした場合には、光軸から外れた光源とこれに対応する光入射面とは光軸に対して同じ側に配置されるため、この光源が他の光源と干渉することがない。このため、光源を導光体に近接して配置でき、装置を小型化することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の照明装置は、光入射面は、ブレーズ化された回折格子であることを特徴とする。本構成によれば、光入射面で回折された回折光を１次回折光のみとすることができ、光軸に平行な方向に効率よく光を出射することができる。
【００１５】
また、本発明の投射型表示装置は、上述の照明装置と、上記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。本構成によれば、光軸上に配置された光変調装置において表示に利用できる光量が実質的に大きくなるため、従来よりも明るい表示が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照しながら本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置について説明する。図１は本実施形態の投射型表示装置の全体構成を示す概略図、図２は本投射型表示装置に備えられた光源の一構成例を示す概略斜視図、図３，図４はそれぞれ本投射型表示装置に備えられた導光体の構造を示す斜視図及び平面図、図５は本導光体からの光の出射角度分布を示す図である。
なお、本投射型表示装置では、導光体を含むシステム全体の光軸（本発明における所定の光軸）をＹ軸としている。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の投射型表示装置は、それぞれ異なる色光を出射可能な複数の光源１０Ａ，１０Ｂと、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応して設けられたロッド状の導光体２０とを有する照明装置と、導光体２０から出射された色光をそれぞれ変調してカラー画像を出力する光変調装置４０と、光変調装置４０から出力された画像光をスクリーン６０に拡大投影する投射レンズ（投射手段）５０とを備えている。なお、図１において符号１５Ａ，１５Ｂ，３１，３２はそれぞれ集光レンズである。
【００１８】
光源１０Ａ，１０Ｂは例えば赤色光，緑色光，青色光等の色光を出射可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子１１からなり、これらの光源１０Ａ，１０Ｂは点灯制御回路（図示略）により単位時間（例えば１フレーム期間）内に時間順次で点灯されるようになっている。なお、図２では、１０×７個のＬＥＤ１１によって一つの光源を構成しているが、ＬＥＤの個数はこれに限定されず、一個の発光素子から構成してもよい。
【００１９】
導光体２０は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された直方体状の中実のロッドレンズであり、図３に示すように、光軸Ｙ上に配された一方の端面（図示左側の端面）が光入射面２０Ａ，２０Ｂ、他方の端面（図示右側の端面）が光出射面２０Ｅとなっている。このロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは側面において全反射を繰り返しながら光出射面２０Ｅ側に導光される。そして、光入射面２０Ａ，２０Ｂにおける光の密度分布に関係なく光出射面２０Ｅの全面から均一な密度分布で光が出射され、その結果、光の照度（輝度分布）が均一化されるようになっている。
【００２０】
この導光体２０の光入射面２０Ａ，２０Ｂは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に屈折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。そして、この２つの光入射面２０Ａ，２０Ｂが隣接配置されて凹面状の端面が形成されている。なお、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙに対して同じ側に近接して配置されている。例えば、光源１０Ａと光入射面２０Ａとは共に光軸Ｙに対して図示上側に配置され、光源１０Ｂと光入射面２０Ｂとは共に光源Ｙに対して図示下側に配置されている。
【００２１】
各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する光源光に対するレンズ２０の屈折率をｎとして下式（１）のように設定されている。
ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／（ｎ・ｃｏｓθ１） ・・・（１）
【００２２】
このような導光体２０の光入射面２０Ａに光源１０Ａから光が入射されると、図４に示すように、光軸Ｙに対して斜めに入射された色光は屈折によりその光路を光軸と平行な方向に修正される。このため、光の出射角度範囲は、図５に示すように、光源光の放射角度をαとして−α〜αの範囲となり、入射角度分布にはオフセットが生じない。
【００２３】
光変調装置４０は、例えばアクティブマトリクス型の透過型液晶装置である。この光変調装置４０は駆動制御回路（図示略）により各光源の点灯タイミングと同期して駆動され、導光体２０から出射された各色光を変調して対応する色の画像光を単位時間内に時間順次に形成するようになっている。これら各色の画像光は投射レンズ５０によってスクリーン６０上に拡大投影され、カラー画像として視認される。なお、光利用効率を高めるために、光変調装置４０と導光体２０との間に、光の偏光方向を一方向に揃えるＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）アレイを設けてもよい。
【００２４】
したがって、本実施形態によれば、導光体２０の光入射面に、入射光を光軸Ｙに略平行な方向に屈折させる光入射面２０Ａ，２０Ｂが各光源１０Ａ，１０Ｂに対応して設けられているため、各光源光の出射角度分布にオフセットが生じない、若しくは、オフセットが生じても従来よりも小さい値となる。このため、光軸Ｙに平行な方向に効率よく光を出射することができ、光変調装置４０において表示に利用できる光量が実質的に大きくなる結果、従来のものよりも明るい表示が可能となる。
【００２５】
また、光軸Ｙに対する光入射面２０Ａ，２０Ｂの傾斜角度θＡ，θＢを調整することで、光利用効率を損なうことなく光の入射方向を任意に設定できる。これにより、光源１０Ａ，１０Ｂを比較的自由に配置することが可能となり、光学設計の自由度が高まる。
【００２６】
［変形例］
次に、図６〜図１１を参照しながら本発明の変形例に係る投射型表示装置について説明する。なお、以下に示す各変形例は上記第１実施形態における導光体の構成を変形したものであり、各変形例において上記第１実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
まず、図６を参照しながら第１変形例について説明する。
本変形例の導光体２１は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中空ロッドレンズ（管状のロッドレンズ）２１１の光入射側の端面に、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応した２つの光入射面２１Ａ，２１Ｂを有するプリズム体２１０を取り付けたものである。ロッドレンズ２１１の内面には高反射率の金属反射膜が設けられており、ロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは、反射膜によって内面反射を繰り返しながら、出射面２１Ｅ側に導光されるようになっている。
【００２８】
プリズム体２１０は例えば２つの三角プリズム２１０Ａ，２１０Ｂからなる。各プリズム２１０Ａ，２１０Ｂの光入射面２１Ａ，２１Ｂは、その法線方向が光軸Ｙに対して傾けて配置されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する三角プリズムの屈折率をそれぞれｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００２９】
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００３０】
次に、図７を参照しながら第２変形例について説明する。
本変形例は、上記第１実施形態の構成において導光体の光入射面を凸面状に形成したものである。すなわち、本変形例では、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中実ロッドレンズ（導光体）２２の一方の端面に２つの光入射面２２Ａ，２２Ｂが設けられ、これらの光入射面２２Ａ，２２Ｂが隣接配置されて凸面状の端面が形成されている。なお、図７において符号２２Ｅはこの導光体２２の光出射面である。
【００３１】
これらの光入射面２２Ａ，２２Ｂは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に屈折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する三角プリズムの屈折率をそれぞれｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。
【００３２】
なお、上述の構成では、例えば光源１０Ｂから光軸に対して図示上側に配置された光入射面に光を入射する場合、この光源１０Ｂは上記光入射面２２Ｂよりも図示下側の位置に配置される必要がある。同様に、光源１０Ａは光入射面２２Ａよりも図示上側に配置される必要がある。しかし、光源１０Ａ，１０Ｂを上記第１実施形態のように導光体２２に近接して配置した場合、これらの光源１０Ａ，１０Ｂが光軸近傍で干渉する。このため、本変形例ではこれを避けるために、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙを挟んで反対側の位置に配置されている。例えば、光源１０Ａは光軸Ｙに対して図示上側に配置される一方、光入射面２２Ａは光軸Ｙに対して図示下側に配置されている。また、光源１０Ｂは光軸Ｙに対して図示下側に配置される一方、光入射面２２Ｂは光源Ｙに対して図示上側に配置されている。このため、各光源からの光は光入射面に対してクロスして入射されることとなる。
【００３３】
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００３４】
次に、図８を参照しながら第３変形例について説明する。
本変形例は、上記第１変形例の構成において導光体の光入射面を凸面状に形成したものである。すなわち、本変形例の導光体２３は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中空ロッドレンズ（管状のロッドレンズ）２３１の光入射側の端面に、各光源１０Ａ，１０Ｂに対応した複数２つの光入射面２３Ａ，２３Ｂを有するプリズム体２３０を取り付けたものである。ロッドレンズ２３１の内面には高反射率の金属反射膜が設けられており、ロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは、反射膜によって内面反射を繰り返しながら、出射面２３Ｅ側に導光されるようになっている。
【００３５】
プリズム体２３０は単一の三角プリズムからなり、このプリズムの上記中空ロッドレンズ２３１への取り付け面以外の２つの端面がそれぞれ光入射面２３Ａ，２３Ｂとして構成されている。すなわち、これらの光入射面２３Ａ，２３Ｂにより凸面状の端面が形成されている。
各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する光源に対するプリズムの屈折率をｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。
【００３６】
これ以外は上記第１変形例と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００３７】
次に、図９を参照しながら第４変形例について説明する。
本変形例は、導光体の一端面側に光源を三つ（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）設け、この導光体端面に各光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対応して３つの光入射面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを設けたものである。すなわち、本変形例では、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中実ロッドレンズ（導光体）２４の一方の端面に３つの光入射面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが設けられ、これらの光入射面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが隣接配置されて凹面状の端面が形成されている。なお、図９において符号２４Ｅはこの導光体２４の光出射面である。
【００３８】
なお、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙに対して同じ側に近接して配置されている。例えば、光源１０Ａと光入射面２４Ａとは共に光軸Ｙに対して図示上側に配置され、光源１０Ｂと光入射面２４Ｂとは共に光源Ｙに対して図示下側に配置されている。また、光源１０Ｃは光軸Ｙ上に配置されており、光入射面２４Ｃはこれに合わせて光軸Ｙ上に配置されている。
【００３９】
各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ，θＣ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ，θｃ）、対応する光源の色光に対するレンズ２４の屈折率をｎとして上式（１）と同様に規定することができる。なお、光源１０Ｃからの光は光軸方向に対して平行に入射されるため、光入射面２４Ｃの傾斜角度は０°となる。
【００４０】
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００４１】
次に、図１０を参照しながら第５変形例について説明する。
本変形例は、上記第４変形例の構成において、光入射側の導光体端面を凸面状に形成したものである。すなわち、本変形例では、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中実ロッドレンズ（導光体）２５の一方の端面に３つの光入射面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが設けられ、これらの光入射面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが隣接配置されて凸面状の端面が形成されている。なお、図１０において符号２５Ｅはこの導光体２５の光出射面である。
【００４２】
これらの光入射面２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に屈折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ，θＣ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ，θｃ）、対応する光源の色光に対するレンズ２４の屈折率をｎとして上式（１）と同様に規定することができる。
【００４３】
なお、本変形例では、対応関係にある光源と光入射面とは光軸Ｙを挟んで反対側の位置に配置されている。例えば、光源１０Ａは光軸Ｙに対して図示上側に配置される一方、光入射面２５Ａは光軸Ｙに対して図示下側に配置されている。また、光源１０Ｂは光軸Ｙに対して図示下側に配置される一方、光入射面２５Ｂは光源Ｙに対して図示上側に配置されている。このため、各光源からの光は光入射面に対してクロスして入射されることとなる。また、また、光源１０Ｃは光軸Ｙ上に配置されており、光入射面２４Ｃはこれに合わせて光軸Ｙ上に配置されている。
【００４４】
これ以外は上記第４変形例と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００４５】
次に、図１１を参照しながら第６変形例について説明する。
本変形例は、上記第４変形例の構成において、導光体の光入射面をプリズム体としたものである。すなわち、本変形例の導光体２６は、その中心軸が光軸Ｙ上に配された中空ロッドレンズ（管状のロッドレンズ）２６１の光入射側の端面に、２つの三角プリズム２６０Ａ，２６０Ｂからなるプリズム体２６０を取り付けたものである。ロッドレンズ２６１の内面には高反射率の金属反射膜が設けられており、ロッドレンズ内に入射された光は、直進、或いは、反射膜によって内面反射を繰り返しながら、出射面２６Ｅ側に導光されるようになっている。
【００４６】
本変形例では、各プリズム２６０Ａ，２６０Ｂの光入射側の端面がそれぞれ光源１０Ａ，１０Ｂに対応する光入射面２６Ａ，２６Ｂとなる。また、光源１０Ｃは光軸Ｙ上に配置されており、その入射光を屈折させる必要がないため、この光源１０Ｃの光が入射される領域にはプリズムが配置されない。したがって、このプリズムの配置されない中空ロッドレンズ２６１の光入射側の端面が光源１０Ｃに対応する光入射面２６Ｃとなる。
【００４７】
各プリズム２６０Ａ，２６０Ｂの光入射面２６Ａ，２６Ｂは、その法線方向が光軸Ｙに対して傾けて配置されており、各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する光入射面の法線のなす角度）θ２（θＡ，θＢ）は、対応する光源の入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）をθ１（θａ，θｂ）、対応する三角プリズムの屈折率をそれぞれｎとして、上式（１）と同様に規定することができる。そして、これらの光入射面２６Ａ，２６Ｂ及びロッドレンズ端面である光入射面２６Ｃにより導光体端面が凹面状に形成されている。
【００４８】
これ以外は上記第４変形例と同様である。
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
【００４９】
次に、図１２，図１３を参照しながら第７変形例について説明する。
本変形例では、上記第１実施形態の構成においてロッドレンズ（導光体）２７の光入射側の端面に回折格子を形成し、各光源１０Ａ，１０Ｂからの入射光を光軸Ｙ方向に回折させるようにしている。すなわち、本変形例では、光入射側の端面において、光軸Ｙよりも図示上側の領域に光源１０Ａからの入射光に対応した複数のブレーズ化回折面（光入射面）２７Ａが形成され、図示下側の領域に光源１０Ｂからの入射光に対応した複数のブレーズ化回折面（光入射面）２７Ｂが形成されている。なお、図１２において符号２７Ｅはこの導光体２７の光出射面である。
【００５０】
これらの回折面２７Ａ，２７Ｂは、対応する光源から入射された光の光路を光軸Ｙに平行な方向に回折させるべく、その法線方向が光軸Ｙと交差する方向に配されている。各光入射面の傾斜角度（光軸Ｙに対する回折面の法線のなす角度）θＡ，θＢや格子間隔等は、対応する光源光の波長や入射角度（光軸Ｙに対する入射光のなす角度）θａ，θｂ等に基づいて最適に設定される。
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００５１】
したがって、本変形例でも光の出射角度分布にオフセットが生じることを防止でき、明るい表示を実現することができる。
また、本変形例では、光入射面がブレーズ化された回折格子であるため、光入射面で回折された回折光を１次回折光のみとすることができる。すなわち、本変形例では、上記構成に代えて、ロッドレンズ２７の光入射端面を図１３のようなブレーズ化しない単なる溝状の回折格子とすることも可能である。しかし、この場合、光軸Ｙに平行な＋１次回折光Ｌ１以外に、光軸Ｙに平行にならない−１次回折光Ｌ−１や０次回折光Ｌ０のような光が生じ、光利用効率が低下してしまう。これに対して、本変形例のように光入射面をブレーズ化した場合には、これらの不要な回折光Ｌ−１，Ｌ０をなくして１次回折光Ｌ１のみとすることができるため、光軸Ｙ方向への回折効率が高まり、明るい照明が実現される。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態及び変形例では光源の数を２つ又は３つとしたが、本発明はこれに限定されず、４つ以上としてもよい。
【００５３】
また、上記構成では光源からの光の入射角と光入射面の光軸Ｙに対する傾き角度とを式（１）に基づいて規定したが、必ずしも正確に式（１）に従う必要はない。少なくとも光軸に対する入射光の傾き方向と、光軸に対する光入射面の法線の傾き方向とが逆方向（即ち、Ｚ軸方向から見た場合に、光軸を挟んで一方が時計回りの方向に傾き、他方が反時計回りの方向に傾いており、光軸Ｙからの各傾き角の正負が互いに逆の関係）であれば、従来のもの（即ち、光入射面の法線方向が光軸に平行な導光体）よりも光源光の光路を光軸Ｙに対してより平行に近づけることができる。このため、出射角度分布にオフセットが生じても従来より小さい値となるため、光軸Ｙ方向への照明効率は高くなる。
【００５４】
また、上記構成では、光軸Ｙに対して異なる傾斜角度を有する複数の光入射面が隣接配置されることで、導光体の光入射側の端面が屈曲した凹面又は凸面とされている。しかし、各光入射面を滑らかに連続して配置することで、これを凹曲面又は凸曲面とすることも可能である。この場合、光入射面は、導光体端面における式（１）を満たす平面領域、或いは、この平面領域とこれに連続する曲面領域の一部として構成される。上述のように本発明では、光軸に対する光入射面の法線の傾き方向が光軸に対する入射光の傾き方向と逆方向であれば光利用効率が改善されるため、導光体端面に式（１）を完全には満たさない領域ができても、従来よりは高効率な照明が可能となる。同様に、導光体端面を平面部を有しない凹曲面又は凸曲面することも可能である。この場合、光入射面は導光体端面の所定の曲面領域として構成される。
【００５５】
さらに、上記実施形態及び変形例ではいずれも光軸に対して傾いて配置されたレンズ面の屈折を利用して光路を修正しているが、この代わりに光源光をホログラム素子によって屈折させてもよい。例えば上記第１変形例の構成において、面内に光源１０Ａから斜めに入射された光を光軸Ｙに平行な方向に屈折させる屈折領域と、光源１０Ｂから斜めに入射された光を光軸方向に屈折させる屈折領域とを有するホログラム素子を、光源１０Ａ，１０Ｂと中空ロッドレンズとの間に配置することで同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の全体構成図。
【図２】同、投射型表示装置に備えられる光源の構成を示す図である。
【図３】同、投射型表示装置に備えられる導光体の斜視図である。
【図４】同、投射型表示装置に備えられる導光体の平面図である。
【図５】同、導光体から出射される光の出射角度分布を示す図である。
【図６】本発明の第１変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第３変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第４変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第６変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の第７変形例に係る導光体の構成を示す平面図である。
【図１３】同、導光体の他の構成を示す平面図である。
【図１４】従来の導光体の構成を示す平面図である。
【図１５】同、導光体から出射される光の出射角度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…光源、２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７…導光体、２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２７Ａ，２７Ｂ…光入射面、４０…光変調装置、５０…投射手段、Ｙ…光軸（ロッドの中心軸）
Claims (7)
- 一方の端面側に配置された複数の光源からの光を、所定の光軸上に配された他方の端面側に導光可能な導光体であって、
上記一方の端面に、光源から入射された光を上記光軸に略平行な方向に屈折又は回折させる光入射面が各光源に対応して複数設けられたことを特徴とする、導光体。 - 複数の光源と、
一端面側から入射された各光源の光を、所定の光軸上に配された他方の端面側に導光可能な導光体とを備え、
上記導光体の一端面に、入射光を上記光軸に略平行な方向に屈折又は回折させる光入射面が各光源に対応して複数設けられたことを特徴とする、照明装置。 - 上記光軸に対して交差する方向から光を入射する光源に対応して設けられた光入射面は、その法線方向が上記光軸に対して傾いて配置され、
上記光軸に対する上記入射光の傾き方向と、上記光軸に対する上記光入射面の法線の傾き方向とが光軸を挟んで逆方向であることを特徴とする、請求項２記載の照明装置。 - 上記光軸に対する上記入射光の傾き角θ１と、上記光軸に対する上記光入射面の法線の傾き角θ２とが、上記光入射面の屈折率をｎとして、ｔａｎθ２＝ｓｉｎθ１／（ｎ・ｃｏｓθ１）の関係を満たすことを特徴とする、請求項３記載の照明装置。
- 上記複数の光入射面によって上記導光体の一端面が凹面状に形成され、光源とこれに対応する導光体の光入射面とが上記光軸に対して同じ側に配置されたことを特徴とする、請求項３又は４記載の照明装置。
- 上記光入射面にブレーズ化された回折格子が設けられたことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
- 請求項２〜６のいずれかの項に記載の照明装置と、
上記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、
変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
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