JP2006258900A

JP2006258900A - 折り曲げ型ロッドインテグレータ及び照明装置及び投写型映像表示装置

Info

Publication number: JP2006258900A
Application number: JP2005072909A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yokote; 恵紘横手
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【目的】ロッド内に入射した光の利用効率を向上できる折り曲げ型ロッドインテグレータ及び照明装置及び投写型映像表示装置を提供する。
【構成】折り曲げ型ロッドインテグレータ３は、第１の直線型ロッドインテグレータ３１と、三角プリズム３２と、第２の直線型ロッドインテグレータ３３とからなる。前記三角プリズム３２の傾斜面にはミラー３４が設けられている。第１の直線型ロッドインテグレータ３１の光出射面と三角プリズム３２の光入射面とは対面しており、これら面間に透明接着剤から成る低屈折率領域Ａが形成されている。また、三角プリズム３２の光出射面と第２の直線型ロッドインテグレータ３３の光入射面とは対面しており、これら面間にも透明接着剤から成る低屈折率領域Ａが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、折り曲げ型ロッドインテグレータ及びこのロッドインテグレータを用いた照明装置及びこの照明装置を用いた投写型映像表示装置に関する。

従来より、光源の光強度分布の不均一性を解消するために、光インテグレート効果を有するロッドインテグレータが用いられている。また、ロッドインテグレータの光入射面の光軸と光出射面の光軸とを９０°で交差させた折り曲げ型ロッドインテグレータが知られている。図７（ａ）（ｂ）は、従来の折り曲げ型ロッドインテグレータ１００を示した側面図である。この折り曲げ型ロッドインテグレータ１００は、ガラス材料によって一体成形されたものである。折り曲げ型ロッドインテグレータ１００は、光入射面１０１と反射面（反射ミラー）１０２と光出射面１０３とを備えており、前記光入射面１０１と光出射面１０３は直交する。前記入射面１０１から入射された光はロッド内面及び前記反射面１０２で繰り返し反射されて前記光出射面１０３から出射するので、当該光出射面１０３の前方側に存在する照射対象物上の光強度は略均一になる。

なお、偏光分離膜装置において、プリズム間に当該プリズムの屈折率よりも小さい屈折率の透明接着剤を介在させた構造が知られており（特許文献１参照）、また、ガラスの屈折率と略同じ屈折率の透明接着剤を用いた小型の一体型光結像組立体（特許文献２参照）が知られている。

特開平１１−１４８３１号公報特開２００４−３４３７４３号公報

しかしながら、上記従来の折り曲げ型ロッドインテグレータ１００では、図７（ａ）及び（ｂ）に示したように、前記光入射面１０１から入射した光のなかで前記光出射面１０３に至らずにロッド外に漏れ出る光が存在するため、光利用効率が低いという課題があった。

この発明は、上記事情に鑑み、入射した光の利用効率を向上することができる折り曲げ型ロッドインテグレータ、この折り曲げ型ロッドインテグレータを用いた照明装置、及びこの照明装置を用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の折り曲げ型ロッドインテグレータは、上記の課題を解決するために、光入射側端面及び光出射側端面を有する直線型ロッドインテグレータと、第１面が前記直線型ロッドインテグレータの端面に対面する一方、第２面が前記端面に対して非平行となるように配置された三角プリズムと、を備えて成り、前記端面と第１面との間には前記三角プリズムの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域が形成されていることを特徴とする（以下、この項において第１構成という）。

上記の構成であれば、前記低屈折率領域の存在によって前記三角プリズム内で光の全反射を生じさせることができ、ロッド外に光が漏れ出るのを極力回避することができる。

上記第１構成の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記低屈折率領域はエアギャップであってもよい（以下、この項において第２構成という）。或いは、上記第１構成の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記低屈折率領域は透明材料から成っていてもよい（以下、この項において第３構成という）。前記第３構成において、前記透明材料は透明接着剤であり、前記直線型ロッドインテグレータ及び前記三角プリズムは前記透明接着剤によって互いに固定されていてもよい。

また、第２構成において、前記エアギャップに接着剤が点状に散在的に位置しており、前記直線型ロッドインテグレータ及び前記三角プリズムは前記点状の接着剤によって互いに固定されていてもよい。かかる構成において、前記点状の接着剤は透明接着剤であってもよい。

これら構成の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記直線型ロッドインテグレータはテーパ形状を有していてもよい。これら構成の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記三角プリズムを構成している透明素材の屈折率をｎ₁とし、低屈折率領域の屈折率をｎ₂とし、前記透明素材内の有効光線分散角をθ_gとすると( θ_gは折り曲げ型ロッドインテグレータから出射される光を受け取る受け手側光学部材の特性（Ｆナンバー等）によって定まる）、ｎ₂≦ｎ₁・ｓｉｎ（θ_g）の式を満足するのがよい。

また、これら構成の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記三角プリズムの前記第２面には他の直線型ロッドインテグレータの端面が対面しており、前記端面と第２面との間には前記三角プリズムの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域が形成されていてもよい。

また、この発明の照明装置は、光源と、この光源からの出射光を受け取るように配置された上述のいずれかに記載の折り曲げ型ロッドインテグレータと、から成ることを特徴とする（以下、この項において第１照明装置という）。

第１照明装置において、前記光源は、所定の色光を出射する色光源であってもよい（以下、この項において第２照明装置という）。また、第１照明装置において、前記光源は白色光源であってもよい（以下、この項において第３照明装置という）。また、第１照明装置において、前記光源は、赤色光源と、青色光源と、緑色光源と、各色光源からの各色光を略同一方向に導く光学部材と、から成っていてもよい（以下、この項において第４照明装置という）。

第４照明装置において、照明中は赤色光と緑色光と青色光が常時出射されるように構成されていてもよい（以下、この項において第５照明装置という）。第４照明装置において、照明中赤色光と緑色光と青色光が所定時間ずつ順次に出射されるように構成されていてもよい（以下、この項において第６照明装置という）。

また、この発明の投写型映像表示装置は、赤色光を出射する第２照明装置と、青色光を出射する第２照明装置と、緑色光を出射する第２照明装置と、各照明装置からの光を受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブを経た各色映像光を合成して投写する手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第３照明装置又は第５照明装置と、一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、第６照明装置と、一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、ロッドに入射した光の利用効率を向上することができるという効果を奏する。

以下、この発明の実施例を図１乃至図６に基づいて説明していく。

図１は単板式の投写型映像表示装置６の光学系を示した図である。この投写型映像表示装置６は３つのＬＥＤ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備える（以下、個々のＬＥＤ光源を特定しないで示すときには、符号”１”を用いる）。ＬＥＤ光源１Ｒは赤色光を出射し、ＬＥＤ光源１Ｇは緑色光を出射し、ＬＥＤ光源１Ｂは青色光を出射する。これらＬＥＤ光源１は一つのＬＥＤから成るものでもよいし、複数のＬＥＤ（ＬＥＤアレイ）から成るものでもよい。ＬＥＤ光源１Ｇはクロスダイクロイックプリズム２を挟んで折り曲げ型ロッドインテグレータ３の光入射面に対面して設けられ、ＬＥＤ光源１ＲとＬＥＤ光源１Ｂはクロスダイクロイックプリズム２を挟んで互いに対面して配置されている。

各ＬＥＤ光源１から出射された色光はクロスダイクロイックプリズム２によってロッドインテグレータ３の光入射領域に導かれる。ロッドインテグレータ３は各ＬＥＤ光源１からの各色光をロッド内面にて反射させて液晶パネル４に導くので、各色光の光強度分布は液晶パネル４（照明対象物）上でほぼ均一化されることになる。

液晶パネル４は、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いはＲＧＢカラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の液晶パネル４を用いる場合には、全ＬＥＤ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを同時点灯して白色光を液晶パネル４に導く。前記ＲＧＢカラーフィルタを備えない構造の液晶パネル４を用いる場合には、ＬＥＤ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを時分割で順次に所定時間点灯させると共に、この所定時間点灯のタイミングに同期させて液晶パネル４に各色の映像信号を供給する。

液晶パネル４を透過することで変調された光（映像光）は、投写レンズ５によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

折り曲げ型ロッドインテグレータ３は、第１の直線型ロッドインテグレータ３１と、三角プリズム３２と、第２の直線型ロッドインテグレータ３３とからなる。第１の直線型ロッドインテグレータ３１及び第２の直線型ロッドインテグレータ３３は直方体のガラスロッドから成る。前記三角プリズム３２は、直角に交わる光入射面及び光出射面（各面は方形状である）を有しており、且つこれら面に対して４５°の角度で交わる傾斜面を有する。前記傾斜面にはミラー３４が設けられている。第１の直線型ロッドインテグレータ３１の光出射面と三角プリズム３２の光入射面とは対面しており、これら面間に透明接着剤（例えば、AC Rシリーズ：屈折率調整（低屈折率）接着剤製品名AC R220B 製造・販売元Addison Clear Wave LLC）から成る低屈折率領域Ａが形成されている。また、三角プリズム３２の光出射面と第２の直線型ロッドインテグレータ３３の光入射面とは対面しており、これら面間にも透明接着剤から成る低屈折率領域Ａが形成されている。

ここで、前記三角プリズム３２を構成しているガラスの屈折率をｎ₁とし、低屈折率領域Ａの屈折率をｎ₂とする（ロッドインテグレータ３１・３３は前記三角プリズム３２と同一屈折率のものでもよいし、異なる屈折率のものでもよい）。また、ガラス内の有効光線分散角をθ_glassとする（図３（ｃ）参照）。そして、この実施形態では、以下の第１式を満足するように、低屈折率領域Ａの屈折率ｎ₂を設定している。ここで、折り曲げ型ロッドインテグレータ３を投写型映像表示装置に利用することを考慮した場合、有効光線分散角θ_glassは、投写レンズ５のＦナンバーに起因する有効分散角θ_airに対して第２式の関係をもつ（第２式中、ｎ_airは空気の屈折率である）。すなわち、投写レンズ５において有効利用できない分散角を有する光については、全反射の要件を満足させる必要は特にないといえる。

(数１)
ｎ₂≦ｎ₁・ｓｉｎ（θ_glass）・第１式
ｎ₁・ｓｉｎ（９０°−θ_glass）＝ｎ_air・ｓｉｎ（θ_air）・第２式

前述した低屈折率領域Ａを有することにより、図３（ａ）に示すように、ミラー３４に反射して三角プリズム３２の光入射領域に戻ろうとする光線Ｑは、当該光入射領域にて全反射し、第２の直線型ロッドインテグレータ３３の光出射面から出射する。また、図３（ｂ）に示すように、ミラー３４に反射することなしに三角プリズム３２の光出射領域に至ろうとする光線Ｒは、当該光出射領域にて全反射し、更にミラー３４に反射して前記光出射領域を通り、第２の直線型のロッドインテグレータ３３の光出射面から出射する。図３（ｃ）は折り曲げ型ロッドインテグレータ３を直線的に想定とした場合における前記ミラー３４以降の光の進行を点線で示した説明図である。図３（ｃ）から分かるように、この発明の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいては、全体を直線型としたロッドインテグレータと反射パターンが同等であり、折り曲げによる均一性（光インテグレート効果）の乱れは殆ど生じない。

上記の構成例では、第１の直線型ロッドインテグレータ３１を直方体形状のロッドインテグレータとしたが、これに限るものではなく、図２に示しているように、光入射領域よりも光出射領域の面積を大きくしたテーパ形状を有するロッドインテグレータ３１Ａを用いてもよい。また、これとは逆に、光入射領域よりも光出射領域の面積を小さくしたテーパ形状を採用してもよい。また、第２の直線型のロッドインテグレータ３３についても同様にテーパ形状を採用してもよい。

以上の説明において、投写型映像表示装置６は透過型の液晶パネルを用いることとしたが、これに限らず、反射型の液晶パネルを用いてもよいし、これら液晶パネルに替えて、画素となる多数の微小ミラーを個々に駆動するタイプの表示パネルを用いることとしてもよい。また、固体発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）に限るものではなく、有機／無機のエレクトロルミネッセンスなどを用いることができる。

また、投写型映像表示装置としては、図１に示したものに限らず、図４及び図５に示した構成等を採用できる。図４の投写型映像表示装置は、図１に示した投写型映像表示装置６において、第２の直線型ロッドインテグレータ３３を省略した構造であり、三角プリズム３ｂの光出射面が折り曲げ型ロッドインテグレータの光出射面となる。なお、三角プリズム３ｂの光出射面に透明接着剤から成る低屈折率領域Ａを設けておいてもよいが、透明接着剤を設けなくても前記光出射面における空気との境界領域が低屈折率領域Ａを成すことになる。また、図１及び図４の構成において、液晶表示パネル４としてフルカラー映像パネルを備える場合には、直線型ロッドインテグレータ３１の光入射面に白色光源を配置してもよいものである。

図５に示す投写型映像表示装置は、各色映像光を合成する手段であるクロスダイクロイックプリズム１０を備える。クロスダイクロイックプリズム１０の３つの光入射面には、赤色用の液晶表示パネル４Ｒと緑色用の液晶表示パネル４Ｇと青色用の液晶表示パネル４Ｂが配置されており、各液晶表示パネルに各色光が導かれるように赤色光照明装置と青色光照明装置と緑色光照明装置とを配置している。各色光照明装置は、折り曲げ型ロッドインテグレータ３とその光入射面側に設けられた各色のＬＥＤ光源１（１Ｒ，１Ｂ，１Ｇ）とから成る。折り曲げ型ロッドインテグレータ３の光出射面は各映像表示パネルに対面する。

また、上記の例では、直線型ロッドインテグレータと三角プリズムとを透明接着剤で接着することによって両者の固定と低屈折率領域Ａの形成を行ったが、これに限るものではなく、例えば、枠状の固定部材によって直線型ロッドインテグレータと三角プリズムとを固定し、これらの両端面の間に形成されるエアギャップを低屈折率領域Ａとしてもよい。また、図６に示すように、端面に接着剤Ｓを点状に散在的に配置し、この接着剤Ｓによって直線型ロッドインテグレータ３１（３３）と三角プリズム３２とを接着固定した場合でも、エアギャップによる低屈折率領域Ａを得ることができる。前記接着剤Ｓとしては、透明接着材を用いるのがよい。

また、光源は固体発光素子に限定されるものではない。また、投写レンズに代えて投写用の曲面ミラーを備えてもよい。また、クロスダイクロイックプリズムに代えてクロスダイクロイックミラーを用いることもできる。

この発明の折り曲げ型ロッドインテグレータを有した投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。テーパ型の折り曲げ型ロッドインテグレータを示した断面図である。同図（ａ）（ｂ）（ｃ）は折り曲げ型ロッドインテグレータの作用を示した説明図である。この発明の他の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。この発明の他の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。ロッドと三角プリズムの端面に接着剤を点状に散在的に配置してこれらを固定する構成を示した斜視図である。同図（ａ）（ｂ）は従来の折り曲げ型ロッドインテグレータの作用を示した説明図である。

符号の説明

１ＬＥＤ光源
３折り曲げ型ロッドインテグレータ
３１第１の直線型ロッドインテグレータ
３２三角プリズム
３３第２の直線型ロッドインテグレータ
３４反射面
６投写型映像表示装置

Claims

光入射側端面及び光出射側端面を有する直線型ロッドインテグレータと、第１面が前記直線型ロッドインテグレータの端面に対面する一方、第２面が前記端面に対して非平行となるように配置された三角プリズムと、を備えて成り、前記端面と第１面との間には前記三角プリズムの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域が形成されていることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項１に記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記低屈折率領域はエアギャップであることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項１に記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記低屈折率領域は透明材料から成ることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項３に記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記透明材料は透明接着剤であり、前記直線型ロッドインテグレータ及び前記三角プリズムは前記透明接着剤によって互いに固定されていることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項２に記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記エアギャップに接着剤が点状に散在的に位置しており、前記直線型ロッドインテグレータ及び前記三角プリズムは前記点状の接着剤によって互いに固定されていることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項５に記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記点状の接着剤は透明接着剤であることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記直線型ロッドインテグレータはテーパ形状を有することを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記三角プリズムを構成している透明素材の屈折率をｎ₁とし、低屈折率領域の屈折率をｎ₂とし、前記透明素材内の有効光線分散角をθ_gとすると( θ_gは折り曲げ型ロッドインテグレータから出射される光を受け取る受け手側光学部材の特性（Ｆナンバー等）によって定まる）、ｎ₂≦ｎ₁・ｓｉｎ（θ_g）の式を満足することを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の折り曲げ型ロッドインテグレータにおいて、前記三角プリズムの前記第２面には他の直線型ロッドインテグレータの端面が対面しており、前記端面と第２面との間には前記三角プリズムの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域が形成されていることを特徴とする折り曲げ型ロッドインテグレータ。
光源と、この光源からの出射光を受け取るように配置された請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の折り曲げ型ロッドインテグレータと、から成ることを特徴とする照明装置。
請求項１０に記載の照明装置において、前記光源は、所定の色光を出射する色光源であることを特徴とする照明装置。
請求項１０に記載の照明装置において、前記光源は白色光源であることを特徴とする照明装置。
請求項１０に記載の照明装置において、前記光源は、赤色光源と、青色光源と、緑色光源と、各色光源からの各色光を略同一方向に導く光学部材と、から成ることを特徴とする照明装置。
請求項１３に記載の照明装置において、照明中は赤色光と緑色光と青色光が常時出射され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１３に記載の照明装置において、照明中は赤色光と緑色光と青色光が所定時間ずつ順次に出射されるように構成されていることを特徴とする照明装置。
赤色光を出射する請求項１１に記載の照明装置と、青色光を出射する請求項１１に記載の照明装置と、緑色光を出射する請求項１１に記載の照明装置と、各照明装置からの光を受けるように設けられたライトバルブと、各ライトバルブ経た各色映像光を合成して投写する手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１２又は請求項１４に記載の照明装置と、一つのフルカラーライトバルブと、前記フルカラーライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１５に記載の照明装置と、一つのライトバルブと、各色光の出射タイミングに同期して前記ライトバルブに各色用の映像信号を供給する手段と、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。