JP2005099328A - 照明装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型軽量化および低価格化と図ることができる照明装置およびそれを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 光を出射する固体光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、固体光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射された光の照度分布を均一化するロッドレンズ１３と、照度分布を均一化された光の一方の偏光を透過し他方の偏光を反射する反射型偏光分離手段１７と、を備え、固体光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂがロッドレンズ１３の光入射面１３ａに埋め込まれていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明装置およびプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタ（投射型表示装置）では、その光源として、古くはハロゲンランプ、近年は高輝度高効率である高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）が多く用いられてきた。放電型のランプであるＵＨＰを用いた光源は高圧の電源回路を要し、大型で重く、プロジェクタの小型軽量化の妨げになっていた。また、ハロゲンランプよりは寿命が長いものの依然短寿命である他、光源の制御（高速の点灯、消灯、変調）が略不可能で、また立ち上げに数分という長い時間を要していた。

そこで最近、新しい光源としてＬＥＤ発光体が注目されている。ＬＥＤは超小型・超軽量、長寿命である。また、駆動電流の制御によって、点灯・消灯、出射光量の調整が自由にできる。この点でプロジェクタの光源としても有望であり、既に小型・携帯用の小画面プロジェクタへの応用開発が始まっている。
また、光変調手段に液晶パネルを用いる液晶プロジェクタでは、一方向に偏光を揃え、５０％以下となる光の利用効率を原理的に２倍の１００％に近づける偏光変換技術が用いられている。さらに、光源の照度ムラを解消するために、光量分布を均一にするインテグレータの挿入が不可欠となり、さまざまな技術が提案されている（例えば、特許文献１から３）。
特開平０６−２６５８２３号公報 特開平０６−２８９３８７号公報 特開２００３−５７４４５号公報

上記の特許文献１および２では、偏光変換およびインテグレータ手段としてフライアイレンズレンズとＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）とを組み合わせた方式が提案されている。この方式では、２枚のフライアイレンズの間にＰＢＳアレイを挿入した構成を取り、その光の利用効率は、５０％×１．７倍程度という高い値を得ることができる。
しかしながら、偏光変換に用いるＰＢＳアレイは高価かつ大型であるため、プロジェクタの小型軽量化および低価格化には適さないという問題があった。

上記の特許文献３では、偏光変換およびインテグレータ手段としてロッドレンズと反射型偏光分離手段とを組み合わせた方式が提案されている。この方式では、ロッドレンズの開口部に光を集光させる集光手段が別途必要になり、部品コストが高くなっていた。また、集光された光のスポットとロッドレンズの開口部とのアライメントが光の利用効率に大きく影響を与えるため、精緻なアライメントが必要となり組立てコストが高くなって、プロジェクタの低価格化には適さないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型軽量化および低価格化と図ることができる照明装置およびそれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、光を出射する固体光源と、固体光源から出射された光の照度分布を均一化する導光体と、照度分布を均一化された光の一方の偏光を透過し他方の偏光を反射する反射型偏光分離手段と、を備え、固体光源が導光体の光入射面に埋め込まれていることを特徴とする。

すなわち、本発明の照明装置は、固体光源が導光体の光入射面に埋め込まれているため、固体光源から出射された光は全て導光体内に入射されることになる。そのため、導光体の組立てに精緻なアライメントを行わなくても、光の利用効率を高く維持することができ、精密アライメントを行わない分だけ低価格化することができる。
また、従来のように、固体光源と導光体との間に集光手段を配置しなくてもよいため、部品点数の削減が図れることにより、照明装置の小型軽量化および低価格化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、光入射面に第１の反射手段が設けられ、第１の反射手段が反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光を反射させることが望ましい。
この構成によれば、反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光は、第１の反射手段により反射され、再び反射型偏光分離手段に向けて伝搬する。第１の反射手段と反射型偏光分離手段との間を反射する他方の偏光は、導光体内で反射される際にその偏光方向が回転するため、反射を繰り返すうちに反射型偏光手段から取り出される。そのため、固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光体の光入射面には凹部が形成され、凹部の中には導光体と少なくとも同等以上の屈折率を有する充填部材が配置され、固体光源が充填部材内に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、固体光源から出射された光は、凹部から導光体に伝搬する時に、両者の屈折率が同等のときには直進し、屈折率が異なる時には屈折して平行光化されて伝搬する。そのため、照明装置から出射される光の平行光化率を悪くても同等、もしくは平行光化率をより高めることができる。その結果、照明装置から出射される光は、プロジェクタに用いて好適な光となる。
また、例えば透明無垢材を導光体として用いた場合、導光体の側面に臨界角よりも小さい角度で入射する入射光が減少するため、導光体から漏れる光が減少する。つまり、固体光源から出射された光に対する、利用可能な光の割合を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の反射手段と反射型偏光分離手段との間に１／４波長層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、反射型偏光分離手段により反射された他方の偏光が１／４波長層を透過すると、例えば右回りの円偏光に変換される。右回りの円偏光は、第１の反射手段に反射されるときに左回りの円偏光に変換される。反射された左回りの円偏光は再び１／４波長層に入射して一方の偏光に変換されて反射型偏光分離手段に向けてしゅっしゃされる。そのため、反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光を積極的に一方の偏光に変換させることができ、他方の偏光を反射型偏光分離手段から一方の偏光として取り出しやすくすることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光体の側面に第２の反射手段が設けられていてもよい。
この構成によれば、導光体の側面に第２の反射手段を設けたことにより、上記側面に塵などが付着しても、透明無垢材で形成された導光体のように、そこから光が漏れ出すことがない。そのため、照明装置の組立て時および使用時に導光体側面に塵などが付着しないように配慮する必要が無くなり、照明装置を容易に製造することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光体の光入射面に、入射した光を前記導光体の光出射面に向けて反射するリフレクタ部が形成されていてもよい。
この構成によれば、固体光源から略側方に出射し、リフレクタ部に入射した光は、導光体の光出射面方向に反射される。そのため、照明装置の光出射方向に対して角度の小さい光、つまり、プロジェクタに用いて好適な光を増やすことができる。
また、例えば透明無垢材を導光体に用いた場合、導光体の側面に臨界角より小さい角度で入射する入射光を減少させることができるため、導光体から漏れ出す光を減少させることができる。そのため、固体光源から出射した光の利用効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、リフレクタ部の光反射面に１／４波長層が設けられていてもよい。
この構成によれば、反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光を積極的に一方の偏光に変換させることができ、他方の偏光を反射型偏光分離手段から一方の偏光として取り出しやすくすることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光体内に第１の反射手段が配置され、第１の反射手段には貫通孔が形成されていてもよい。
この構成によれば、固体光源から出射された光は、上記貫通孔を伝搬して反射型偏光分離手段に入射する。入射した光の内、一方の偏光は透過して出射し、他方の偏光は反射され、第１の反射手段と反射型偏光分離手段との間の導光体内で反射を繰り返す。他方の偏光は、導光体内で反射される際にその偏光方向が回転するため、反射を繰り返すうちに反射型偏光手段から取り出される。そのため、固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
また、例えば導光体の光入射面にリフレクタを形成しても、第１の反射手段を平面状に形成することができるため、反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光をその平行度を崩すことなく反射することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、基板上に固体光源が実装され、基板の固体光源が実装された実装面に第１の反射手段が設けられていてもよい。また、上記第１の反射手段が、入射した光を散乱させる散乱面であってもよい。
この構成によれば、基板の実装面に第１の反射手段を設けたことにより、反射型偏光分離手段などにより反射され、実装面に入射して吸収されていた光を反射型偏光分離手段に向けて反射することができる。そのため、固体光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
また、上記第１の反射手段として散乱面を用いることにより、基板に入射した光を反射型偏光分離手段に向けて散乱させることができる。そのため、散乱面に大きな角度で入射する光をさまざまな反射角度で反射させることができ、プロジェクタ用の照明として好適な光の割合を増やすことができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、実装面に１／４波長層が形成されていてもよい。
この構成によれば、反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光を積極的に一方の偏光に変換させることができ、他方の偏光を反射型偏光分離手段から一方の偏光として取り出しやすくすることができる。

本発明のプロジェクタは、照明装置と、照明装置からの光を変調する光変調手段と、光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えたプロジェクタであって、照明装置が、上記本発明の照明装置であることを特徴とする。

すなわち、本発明のプロジェクタは、上記本発明の照明装置を用いているので、プロジェクタの小型軽量化および低価格化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、照明装置には白色光を出射する固体光源が備えられ、光変調手段には、カラーフィルタが備えられていてもよい。
この構成によれば、白色光を出射する固体光源を備えた１つの照明装置、およびカラーフィルタを備えた１つの光変調手段を備えた単板式のプロジェクタの構成を取ることにより、プロジェクタの小型軽量化および低価格化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、１つのロ導光体の光入射面に異なる色光を出射する複数の固体光源が配置され、光変調手段には、カラーフィルタが備えられていてもよい。
この構成によれば、異なる色光を出射する複数の固体光源を備えた１つの照明装置、およびカラーフィルタを備えた光変調手段を用いることにより、カラー画像を合成することができる。そのため、プロジェクタの小型軽量化および低価格化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、１つの導光体の光入射面に異なる色光を出射する複数の固体光源が配置され、異なる色光を出射する固体光源が交番発光することを特徴とする請求項１２に記載のプロジェクタ。
この構成によれば、異なる色光を出射する固体光源が交番発光する１つの照明装置を用いることにより、カラー画像を合成することができる。そのため、プロジェクタの小型軽量化および低価格化を図ることができる。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明における第１の実施の形態について図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るプロジェクタの全体構成を示す概略図である。なお、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。
本実施の形態のプロジェクタ１は３板式の液晶プロジェクタであり、図１に示すように、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を出射可能な照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと、出射された各色光を変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調手段）２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像にするダイクロイッククロスプリズム３０と、合成されたカラー画像を投射する投射レンズ（投射手段）４０と、から概略構成されている。

図２は、本実施の形態に係る照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、その構成が同一でＲＧＢの各色光を出射する固体光源（ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ）が異なるだけなので、照明装置１０Ｒの構成について説明し、照明装置１０Ｇ、１０Ｂについては説明を省略する。
照明装置１０Ｒは、図２に示すように、Ｒの色光を出射するＬＥＤチップ（固体光源）１１ｒと、ＬＥＤチップ１１ｒを載置する基板１２と、ＬＥＤチップ１１ｒの出射光の照度分布を均一化するロッドレンズ（導光体）１３と、から概略構成されている。
基板１２は金属板（例えば熱伝導率の高いＡｌ板）と絶縁層とを積層して形成された板と、ＬＥＤチップ１１ｒに電力を供給するために絶縁層上に形成された配線（図示せず）とから概略形成されている。そのため、ＬＥＤチップ１１ｒで発生した熱を金属板を介して効率良く放熱することができる。

ロッドレンズ１３は、例えばガラスや石英、透明樹脂などの透明材料を用いて角柱状に形成されている。ロッドレンズ１３の光入射側端面（光入射面）１３ａには、略中央部に凹曲面である凹部１４が形成され、凹部１４の周囲には、ＡｇやＡｌなどを蒸着した反射膜（第１の反射膜）１５が形成されている。ロッドレンズ１３の光出射側端面（光出射面）１３ｂには、例えば水晶板や高分子材料を一軸延伸した位相差フィルムなどからなる１／４波長層１６と、例えばワイヤグリッドアレイなどからなる反射型偏光分離層（反射型偏光分離手段）１７と、が配置されている。

基板１２とロッドレンズ１３とは、ＬＥＤチップ１１ｒが凹部１４内に収まるように密着して配置されている。密閉された凹部１４の内部には、例えばシリコンゲルのようなロッドレンズ１３よりも屈折率の高い透明な充填材（充填部材）１４ａが充填されている。なお、本実施の形態においては、充填材１４ａとしてロッドレンズ１３よりも屈折率の高いものを用いて説明するが、ロッドレンズ１３と同等の屈折率を有する充填材１４ａも用いることができる。
なお、反射膜１５は、ロッドレンズ１３の光入射側端面１３ａに形成する他に、基板１２上に形成してもよい。基板１２上に反射膜１５を形成するのは、ロッドレンズ１３に形成するよりも容易であるため、価格の低いプロジェクタ１に用いて好適である。また、基板１２上に反射膜１５を形成する場合、ＡｇやＡｌなどを蒸着した反射膜１５だけでなく、基板１２の光が入射する面を粗にして、入射した光を散乱させる散乱面（第１の反射膜）を形成してもよい。散乱面は入射した光をさまざまな方向に反射するため、後述する液晶ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂへの利用に不適な角度成分の光も、利用可能な角度成分の光として反射することができる。
なお、１／４波長層１６は、上述のように、ロッドレンズ１３の光出射側端面１３ｂに配置されていてもよいが、基板１２上に形成された反射層１５の光入射面側に配置されていてもよい。基板１２の反射層１５上に１／４波長層１６を形成するのは、ロッドレンズ１３に形成するよりも容易であるため、価格の低いプロジェクタ１に用いて好適である。

なお、ロッドレンズ１３は、上述した透明材料の無垢材からなるものでもよいが、このロッドレンズ１３の側面に、Ａｇ、Ａｌなどを蒸着した側面反射膜（第２の反射膜）を形成したものでもよい。側面反射膜を形成したロッドレンズは、その側面での光の反射は全反射でないので、側面に埃などの付着物があっても光が漏れ出さない。そのため、ＬＥＤチップ１１ｒから出射された光の利用効率の低下を防ぐことができる。また、ロッドレンズ１３の側面への埃などの付着が許容されるので、プロジェクタ１の組立てが容易になり、低価格化を図ることができる。

図３は、基板とロッドレンズとの別の接合方法を示す工程図である。
なお、基板１２とロッドレンズ１３との接合部の構造は上述した構造に限られることなく、ＬＥＤチップ１１ｒの周囲が少なくともロッドレンズ１３と同等以上の屈折率を有する樹脂からなるパッケージ１４′で覆われていてもよい。この構成は、例えば次の工程により形成することができる。まず、図３に（ａ）示すように、ＬＥＤチップ１１ｒを覆うようにして、上記樹脂で凸曲面を有するパッケージ１４′を形成する。そして、図３（ｂ）に示すように、熱を加えるなどしてロッドレンズ１３を軟化させ、ＬＥＤチップ１１ｒを内部に埋め込んだパッケージ１４′をロッドレンズ１３の光入射側端面１３ａに埋め込むことにより上記構成の接合部を形成することができる。なお、図３においては、反射層１５を基板１２上に形成した実施例を用いている。

液晶ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。そして、液晶ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの光出射面には、図１に示すように、偏光板１８が配置されている。
ダイクロイッククロスプリズム３０は、図１に示すように、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面３０ａ、３０ｂには誘電体多層膜からなる光反射膜（図示略）が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面３０ａには、液晶ライトバルブ２０Ｒで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ２０Ｇ、２０Ｂで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられ、貼り合わせ面３０ｂには、液晶ライトバルブ２０Ｂで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。

次に、上記の構成からなるプロジェクタ１における作用について説明する。
まず、本発明の特徴部である照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにおける作用について説明する。
照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、その作用が同一なので、照明装置１０Ｒの作用について説明し、照明装置１０Ｇ、１０Ｂについては説明を省略する。
照明装置１０Ｒは、図１および図２に示すように、ＬＥＤチップ１１ｒに電力が供給されると、ＬＥＤチップ１１ｒから色光Ｒが出射される。色光Ｒは充填材１４ａを伝搬してロッドレンズ１３との境界面である凹部１４の面に入射する。充填材１４ａはロッドレンズ１３よりも屈折率が高いため、色光Ｒは上記境界面において光出射側端面１３ｂ側に屈折してロッドレンズ１３内に伝搬する。

ロッドレンズ１３内を伝搬する色光Ｒは、ロッドレンズ１３内で全反射を繰り返すことによりその照度分布を均一化され、光出射側端面１３ｂから出射される。照度分布を均一化された色光Ｒは１／４波長層１６に入射するが、ＬＥＤチップ１１ｒから出射された色光Ｒはランダム偏光であるため、１／４波長層１６を透過してもランダム偏光のまま出射される。そして色光Ｒは反射型偏光分離層１７に入射し、ｐ偏光（一方の偏光）はそのまま反射型偏光分離層１７を透過して液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射され、ｓ偏光（他方の偏光）は反射型偏光分離層１７により反射される。
反射されたｓ偏光は１／４波長層１６に入射し、例えば右回りの円偏光に変換されてロッドレンズ１３に向けて出射される。ロッドレンズ１３内を伝搬した右回りの円偏光は、反射層１５に入射して再び反射型偏光分離層１７に向けて反射される。また、反射層１５に反射された際に、右回りの円偏光は左回りの円偏光に変換される。左回りの円偏光は、ロッドレンズ１３を伝搬して１／４波長層１６に入射し、ｐ偏光に変換される。ｐ偏光は反射型偏光分離層１７を透過することができるので、そのまま透過し、液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射される。

照明装置１０Ｒにより代表して説明したように、各照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光のｐ偏光は、図１に示すように、液晶ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ全面に均一な照度分布で入射される。
液晶ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂに入射された各色光は変調されて、ダイクロイッククロスプリズム３０に入射され、カラー画像に合成されて投射レンズ４０によってスクリーン５０に投射される。

上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂがロッドレンズ１３の光入射側端面１３ａに形成された凹部１４内に配置されているため、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射される色光を全てロッドレンズ１３内に入射することができる。そのため、ロッドレンズ１３の組立ての際に精緻なアライメントを行わなくても、出射光の利用効率を高く維持することができ、精密アライメントを行わない分だけ低価格化することができる。
また、従来のように、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂとロッドレンズ１３との間に集光手段を配置しなくてもよいため、部品点数の削減が図れることにより、照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ、およびプロジェクタ１の小型軽量化および低価格化を図ることができる。

ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは凹部１４内に配置され、凹部１４内にはロッドレンズ１３より屈折率の高い充填材１４ａで満たされているため、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射された色光は、凹部１４からロッドレンズに伝搬する時に平行光化されて伝搬する。そのため、照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射される色光の平行光化率をより高めることができる。その結果、照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射される色光は、プロジェクタ１に用いて好適な光となる。
また、本実施の形態のロッドレンズ１３（透明材料の無垢材をそのまま用いるロッドレンズ）の場合、ロッドレンズ１３の側面に臨界角よりも小さい角度で入射する入射光が減少するため、ロッドレンズ１３から漏れる色光が減少する。つまり、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射された色光に対する、利用可能な色光の割合を向上させることができる。

反射型偏光分離層１７に反射されたｓ偏光は、１／４波長層１６と反射層１７とによりｐ偏光に変換されるため、反射型偏光分離層１７を透過して画像の投影に寄与することができる。そのため、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射された色光に対する、利用可能な色光の割合を向上させることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明における第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
本実施の形態に係るプロジェクタの基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図４を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図４は、本実施の形態に係る照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂは、その構成が同一でＲＧＢの各色光を出射する固体光源（ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ）が異なるだけなので、照明装置６０Ｒの構成について説明し、照明装置６０Ｇ、６０Ｂについては説明を省略する。
照明装置６０Ｒのロッドレンズ１３は、図４に示すように、その光入射側端面１３ａがＬＥＤチップ１１ｒから入射した光を光出射側端面１３ｂに向けて反射する形状に形成され、リフレクタ部６１とされている。リフレクタ部６１には、ＡｇやＡｌなどを蒸着した反射膜（第１の反射手段）６２が形成されている。

なお、本実施の形態においては、１／４波長層１６がロッドレンズ１３の光出射面１３ｂに配置されているが、この実施の形態に限られることなく、１／４波長層１６をリフレクタ部６１の反射膜６２上および凹部１４上に配置してもよい。この場合、１／４波長層１６として高分子材料を一軸延伸した位相差フィルムなどしか使用できないが、ロッドレンズ１３に対する膜付けが光入射側端面１３ａのみとなり、生産性を向上させることができる。

次に、上記の構成からなる照明装置６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂにおける作用について説明する。
照明装置６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂは、その作用が同一なので、照明装置６０Ｒの作用について説明し、照明装置６０Ｇ、６０Ｂについては説明を省略する。
照明装置６０Ｒは、図４に示すように、ＬＥＤチップ１１ｒに電力が供給されると、ＬＥＤチップ１１ｒから色光Ｒが出射される。色光Ｒは充填材１４ａを伝搬してロッドレンズ１３との境界面である凹部１４の面に入射する。充填材１４ａはロッドレンズ１３よりも屈折率が高いため、色光Ｒは上記境界面において光出射側端面１３ｂ側に屈折してロッドレンズ１３内に伝搬する。
ロッドレンズ１３内に伝搬した色光Ｒのうち、リフレクタ部６１に入射した色光Ｒは、反射層６２により光出射側端面１３ｂに向けて反射される。ロッドレンズ１３内を伝搬する色光Ｒは、ロッドレンズ１３内で全反射を繰り返すことによりその照度分布を均一化され、光出射側端面１３ｂから出射される。

照度分布を均一化された色光Ｒは１／４波長層１６を透過して反射型偏光分離層１７に入射する。色光Ｒのｐ偏光はそのまま反射型偏光分離層１７を透過して液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射され、ｓ偏光は反射型偏光分離層１７により反射される。
反射されたｓ偏光は１／４波長層１６に入射し、例えば右回りの円偏光に変換されてロッドレンズ１３に向けて出射される。ロッドレンズ１３内を伝搬した右回りの円偏光は、リフレクタ部６１の反射層６２に反射される。また、右回りの円偏光は、反射層６２に反射された際に左回りの円偏光に変換される。左回りの円偏光は、ロッドレンズ１３を伝搬して１／４波長層１６に入射し、ｐ偏光に変換される。ｐ偏光は反射型偏光分離層１７を透過することができるので、そのまま透過し、液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射される。

上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから略側方に出射し、リフレクタ部６１に入射した色光は、ロッドレンズ１３の光出射側端面１３ｂに向けて反射される。反射された色光は、照明装置６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂの光出射方向に対して角度の小さい光、つまり、平行光となる。そのため、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射された色光に対する平行光の割合を増やすことができる。
また、本実施の形態のように透明無垢材をロッドレンズ１３に用いた場合、ロッドレンズ１３の側面に臨界角より小さい角度で入射する入射光を減少させることができるため、ロッドレンズ１３から漏れ出す光を減少させることができる。そのため、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射した色光の利用効率を向上させることができる。

〔第３の実施の形態〕
次に、本発明における第３の実施の形態について図５を参照して説明する。
本実施の形態に係るプロジェクタの基本構成は、第２の実施の形態と同様であるが、第２の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図５を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図５は、本実施の形態に係る照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂは、その構成が同一でＲＧＢの各色光を出射する固体光源（ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ）が異なるだけなので、照明装置７０Ｒの構成について説明し、照明装置７０Ｇ、７０Ｂについては説明を省略する。
照明装置７０Ｒのロッドレンズ１３は、図５に示すように、ロッドレンズ１３の略中央に反射層（第１の反射層）７１が配置され、反射層７１には、略中央部に色光Ｒを伝搬させるための伝搬部（貫通孔）７２が形成されている。
反射膜７１は、例えば２つのロッドレンズを用意し、一方のロッドレンズの端面にＡｇやＡｌなどを蒸着して反射膜７２を形成し、上記２つのロッドレンズを接合してロッドレンズ１３を形成することにより形成することができる。

次に、上記の構成からなる照明装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂにおける作用について説明する。
照明装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂは、その作用が同一なので、照明装置７０Ｒの作用について説明し、照明装置７０Ｇ、７０Ｂについては説明を省略する。
照明装置７０Ｒは、図５に示すように、ＬＥＤチップ１１ｒに電力が供給されると、ＬＥＤチップ１１ｒから色光Ｒが出射される。色光Ｒは充填材１４ａを伝搬してロッドレンズ１３との境界面である凹部１４の面に入射し、上記境界面において光出射側端面１３ｂ側に屈折してロッドレンズ１３内に伝搬する。
ロッドレンズ１３内に伝搬した色光Ｒのうち、リフレクタ部６１に入射した色光Ｒは、反射層６２により光出射側端面１３ｂに向けて反射される。また、反射層７１の伝搬部７２に入射した色光Ｒは、そのまま反射層７１を透過して１／４波長層１６に入射する。
反射層７１によりＬＥＤチップ１１ｒ側に反射された色光Ｒは、再びリフレクタ部６１に入射して光出射側端面１３ｂに向けて反射される。

伝搬部７２を透過して照度分布を均一化された色光Ｒは１／４波長層１６を透過して反射型偏光分離層１７に入射する。色光Ｒのｐ偏光はそのまま反射型偏光分離層１７を透過して液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射され、ｓ偏光は反射型偏光分離層１７により反射される。
反射されたｓ偏光は１／４波長層１６に入射し、例えば右回りの円偏光に変換されてロッドレンズ１３に向けて出射される。ロッドレンズ１３内を伝搬した右回りの円偏光は、反射層７１に入射し１／４波長層１６に向けて反射される。また、右回りの円偏光は、反射層６２に反射された際に左回りの円偏光に変換される。左回りの円偏光は、ロッドレンズ１３を伝搬して１／４波長層１６に入射し、ｐ偏光に変換される。ｐ偏光は反射型偏光分離層１７を透過することができるので、そのまま透過し、液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射される。

上記の構成によれば、反射型偏光分離層１７に反射された色光は、その大半が反射層７１に反射され、再び反射型偏光分離層１７に入射する。反射層７１は、リフレクタ部６１に形成された反射層６２と異なり、略平面状に形成されているため、入射した色光の平行度を崩すことなく反射できる。そのため、反射型偏光分離層１７から出射する色光の平行度の低下を防止することができる。

〔第４の実施の形態〕
次に、本発明における第４の実施の形態について図６を参照して説明する。
本実施の形態に係るプロジェクタの基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図６を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図６は、本実施の形態に係るプロジェクタの全体構成を示す概略図である。
本実施の形態のプロジェクタ２は、単板式の液晶プロジェクタであり、図６に示すように、白色光を出射可能な照明装置８０と、出射された白色光を変調してカラー画像を形成する液晶ライトバルブ（光変調手段）２０と、カラー画像を投射する投射レンズ４０と、から概略構成されている。

照明装置８０は、図６に示すように、白色光を出射するＬＥＤチップ（固体光源）１１ｗと、ＬＥＤチップ１１ｗを載置する基板１２と、ＬＥＤチップ１１ｗの出射光の照度分布を均一化するロッドレンズ１３と、から概略構成されている。
ロッドレンズ１３の光出射側端面１３ｂには、例えば水晶板や高分子材料を一軸延伸した位相差フィルムなどからなる１／４波長層１６が配置されている。

液晶ライトバルブ２０には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。そして、液晶ライトバルブ２０の光入射面には、図６に示すように、白色光をＲＧＢの各色光に変換するカラーフィルタ８１が配置され、液晶ライトバルブ２０の光出射面には、偏光板１８が配置されている。

次に、上記の構成からなるプロジェクタ２における作用について説明する。まず、本発明の特徴部である照明装置８０における作用について説明する。
照明装置８０は、図６に示すように、ＬＥＤチップ１１ｗに電力が供給されると、ＬＥＤチップ１１ｗから白色光が出射される。白色光は充填材１４ａを伝搬してロッドレンズ１３との境界面である凹部１４の面に入射する。充填材１４ａはロッドレンズ１３よりも屈折率が高いため、白色光は上記境界面において光出射側端面１３ｂ側に屈折してロッドレンズ１３内に伝搬する。

ロッドレンズ１３内を伝搬する白色光は、ロッドレンズ１３内で全反射を繰り返すことによりその照度分布を均一化され、光出射側端面１３ｂから出射される。照度分布を均一化された白色光は反射型偏光分離層１７に入射し、ｐ偏光はそのまま反射型偏光分離層１７を透過して液晶ライトバルブ２０に向けて出射され、ｓ偏光は反射型偏光分離層１７により反射される。
反射されたｓ偏光は、反射型偏光分離層１７と反射層１５との間のロッドレンズ１３内を繰り返し反射する毎に、ｓ偏光の変更方向が徐々に回転してやがてｐ偏光に変換される。ｐ偏光は反射型偏光分離層１７を透過することができるので、そのまま透過し、液晶ライトバルブ２０Ｒに向けて出射される。

照明装置８０から出射された白色光のｐ偏光は、図６に示すように、液晶ライトバルブ２０全面に均一な照度分布で入射される。
液晶ライトバルブ２０に入射された白色光は、まず、カラーフィルタ８１によりＲＧＢの各色光に変換され、その後液晶ライトバルブ２０により変調されカラー画像が形成される。合成されたカラー画像は、次に投射レンズ４０によってスクリーン５０に投射される。

上記の構成によれば、白色光を出射するＬＥＤチップ１１ｗを備えた１つの照明装置８０、およびカラーフィルタ８１を備えた１つの液晶ライトバルブ２０を備えた単板式プロジェクタ２の構成を取ることにより、プロジェクタの小型軽量化および低価格化を図ることができる。

図７は、本発明における照明装置の別の構成を示す概略構成図であり、図８は、図７の照明装置の正面図である。
なお、本実施の形態では白色光を出射するＬＥＤチップ１１ｗを用いて説明したが、この他にも、図７および図８に示すように、ロッドレンズ１３の光入射側端面１３ａに、それぞれＲＧＢの色光を出射するＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを配置してもよい。

なお、光入射側端面１３ａにＬＥＤチップ１１ｗの代わりにＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを配置した場合、上述の実施の形態のようにカラーフィルタ８１を用いて、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを同時に連続発光させてもよいが、カラーフィルタ８１を用いずに、ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを交番発光させてもよい。この場合、カラーフィルタ８１を用いる必要がなくなるため、プロジェクタ２のさらなる低価格化を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記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において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を正面投射型のフロントプロジェクタに適応して説明したが、この発明はフロントプロジェクタに限られることなく、背面投射型のリアプロジェクタなど、その他各種のプロジェクタに適応できるものである。

本発明によるプロジェクタの全体構成を示す概略図である。 本発明による照明装置の構成を示す概略図である。 照明装置の基板とロッドレンズとの別の接合方法を示す工程図である。 本発明による照明装置の別の構成を示す概略図である。 本発明による照明装置の別の構成を示す概略図である。 本発明によるプロジェクタの別の全体構成を示す概略図である。 本発明による照明装置の別の構成を示す概略構成図である。 図７の照明装置の正面図である。

符号の説明

１、２・・・プロジェクタ、 １０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ、６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ、７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ、８０・・・照明装置、 １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、１１ｗ・・・ＬＥＤチップ（固体光源）、 １２・・・基板、 １３・・・ロッドレンズ（導光体）、 １３ａ・・・光入射側端面（光入射面）、 １３ｂ・・・光出射側端面（光出射面）、 １４・・・凹部、 １４ａ・・・充填材（充填部材）、 １５・・・反射膜（第１の反射膜）、 １６・・・１／４波長層、 １７・・・反射型偏光分離層（反射型偏光分離手段）、 ２０、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ４０・・・投射レンズ（投射手段）、 ６１・・・リフレクタ部、６２・・・反射膜（第１の反射手段）、 ７１・・・反射層（第１の反射層）、 ７２・・・伝搬部（貫通孔）、 ８１・・・カラーフィルタ

Claims (15)

1. 光を出射する固体光源と、該固体光源から出射された光の照度分布を均一化する導光体と、前記照度分布を均一化された光の一方の偏光を透過し他方の偏光を反射する反射型偏光分離手段と、を備え、
   前記固体光源が、前記導光体の光入射面に埋め込まれていることを特徴とする照明装置。
2. 前記光入射面に第１の反射手段が設けられ、
   該第１の反射手段が、前記反射型偏光分離手段に反射された他方の偏光を反射することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記導光体の光入射面には凹部が形成され、
   該凹部の中には前記導光体と少なくとも同等以上の屈折率を有する充填部材が配置され、
   前記固体光源が、前記充填部材内に配置されてい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。
4. 前記第１の反射手段と前記反射型偏光分離手段との間に１／４波長層が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
5. 前記導光体の側面に、第２の反射手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記導光体の光入射面に、入射した光を前記導光体の光出射面に向けて反射するリフレクタ部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記リフレクタ部の光反射面に、前記１／４波長層が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記導光体内に前記第１の反射手段が配置され、
   前記第１の反射手段には、貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
9. 基板上に前記固体光源が実装され、
   前記基板の前記固体光源が実装された実装面に、前記第１の反射手段が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。
10. 前記第１の反射手段が、入射した光を散乱させる散乱面であることを特徴とする請求項９記載の照明装置。
11. 前記実装面に、１／４波長層が形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の照明装置。
12. 照明装置と、該照明装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えたプロジェクタであって、
    前記照明装置が、請求項１から１１のいずれかに記載の照明装置であることを特徴とするプロジェクタ。
13. 前記照明装置には、白色光を出射する固体光源が備えられ、
    前記光変調手段には、カラーフィルタが備えられていることを特徴とする請求項１２記載のプロジェクタ。
14. １つの前記導光体の光入射面に異なる色光を出射する複数の固体光源が配置され、
    前記光変調手段には、カラーフィルタが備えられていることを特徴とする請求項１２記載のプロジェクタ。
15. １つの前記導光体の光入射面に異なる色光を出射する複数の固体光源が配置され、
    異なる色光を出射する前記固体光源が交番発光することを特徴とする請求項１２に記載のプロジェクタ。

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