JP2006317651A - 均一化光学素子、照明装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給するための均一化光学素子、照明装置等を提供すること。
【解決手段】光束の強度分布を略均一にする均一化部であるロッドインテグレータ１２２と、ロッドインテグレータ１２２の一方の端面に設けられ、第１の振動方向の偏光光を透過し、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する第１の反射型偏光板１２１と、ロッドインテグレータ１２２の、第１の反射型偏光板１２１が設けられた端面とは異なる他方の端面に設けられ、第１の振動方向の偏光光を透過し、第２の振動方向の偏光光を反射する第２の反射型偏光板１２５と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、均一化光学素子、照明装置及び画像表示装置、特に、液晶型空間光変調装置と組み合わせて用いられる均一化光学素子及び照明装置の技術に関する。

画像表示装置であるプロジェクタの照明装置には、照度比を向上させるための構成として、光源からの光を略均一にするフライアイインテグレータやロッドインテグレータが用いられる。このうちロッドインテグレータは、光を内面で反射させながら伝播することにより、光源からの光を出射面で重畳させる。光源からの光を均一化して空間光変調装置へ入射させることにより、明るさムラが低減された画像を表示することが可能となる。また、光源からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置としては、例えば、液晶型空間光変調装置が用いられる。液晶型空間光変調装置は、入射光の偏光状態を変換することで変調を行う。光源からの光を液晶型空間光変調装置で変調可能な特定の振動方向の偏光光に変換することで、明るい投写像を得ることが可能になる。光源からの光を特定の振動方向の偏光光に変換するための構成と、ロッドインテグレータとを組み合わせて用いる技術としては、例えば、特許文献１に提案されるものがある。

特開２０００−１３１６４７号公報

特許文献１に提案される技術では、光源からの光は、偏光ビームスプリッタを用いて特定の振動方向の偏光光に変換された後ロッドインテグレータで均一化される。光源からの光は、ロッドインテグレータにおいて反射を繰り返すことにより、例えば、直線偏光から楕円偏光へ変化することが考えられる。このため、偏光ビームスプリッタにより光源からの光を特定の振動方向の偏光光に変換したとしても、ロッドインテグレータにおいて光の偏光状態が変化してしまう場合がある。ロッドインテグレータにて光の偏光状態が変化することとなると、光源からの光を高い効率で利用することが困難となることから、照明効率やコントラストが低下してしまう。また、ロッドインテグレータでの反射回数を少なくすると、光の均一化が不十分となる。このように、従来の技術では、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することが困難であるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給するための均一化光学素子、照明装置、及び、その均一化光学素子や照明装置を用いることで、明るく明るさムラが低減された画像を表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光束の強度分布を略均一にする均一化部と、均一化部の一方の端面に設けられ、第１の振動方向の偏光光を透過し、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する第１の反射型偏光板と、均一化部の、第１の反射型偏光板が設けられた端面とは異なる他方の端面に設けられ、第１の振動方向の偏光光を透過し、第２の振動方向の偏光光を反射する第２の反射型偏光板と、を有することを特徴とする均一化光学素子を提供することができる。

例えば、第１の反射型偏光板の側から均一化光学素子へ光を入射させると、第１の反射型偏光板は、第１の反射型偏光板へ入射した光のうち第１の振動方向の偏光光を均一化部の方向へ透過させる。その後第２の反射型偏光板へ入射した光のうち、第１の振動方向の偏光光は、第２の反射型偏光板を透過した後、均一化光学素子から出射する。第２の反射型偏光板へ入射した光のうち第２の振動方向の偏光光は、第２の反射型偏光板で反射する。第２の反射型偏光板で反射した光は、均一化部の内部をそれまでとは逆方向へ伝播し、第１の反射型偏光板へ入射する。均一化部から第１の反射型偏光板へ入射した光のうち第２の振動方向の偏光光は、第１の反射型偏光板で反射した後、再び均一化部の内部を第２の反射型偏光板の方向へ伝播する。第１の反射型偏光板から第２の反射型偏光板の方向へ進行した光のうち、第１の振動方向の偏光光は、第２の反射型偏光板を透過する。第１の反射型偏光板から第２の反射型偏光板の方向へ進行した光のうち、第２の振動方向の偏光光は、上述の循環を繰り返す。第２の振動方向の偏光光を再利用することにより、第１の振動方向の偏光光を次々と出射させることができる。

均一化光学素子は、均一化部を用いることにより、入射する光束の強度分布を略均一にする。また、均一化光学素子は、第２の反射型偏光板を用いることにより、均一化部を伝播するうちに光の偏光状態が変化するような場合であっても、特定の振動方向の偏光光である第１の振動方向の偏光光のみを出射させることができる。例えば、均一化部にロッドインテグレータを用いる場合、反射の頻度が高くなるほど十分に光を均一化できる一方、光の偏光状態が変化する度合いが大きくなる。本発明は、第１の振動方向の偏光光のみを出射させる構成とすることにより、光を十分に均一にするとともに、第１の振動方向の偏光光のみを出射させることが可能である。さらに、第１の反射型偏光板を用いて第２の振動方向の偏光光を再利用することにより、第１の振動方向の偏光光を効率良く出射させることができる。これにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給するための均一化光学素子を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、均一化部は、ロッドインテグレータを備えることが望ましい。ロッドインテグレータは、光を内面で反射させながら伝播することにより、光源からの光を出射面で重畳させる。ロッドインテグレータを用いることにより、入射する光束の強度分布を略均一にすることが可能である。これにより、入射する光束の強度分布を略均一にすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数のロッドインテグレータを備えることが望ましい。第１の反射型偏光板を透過した光は、複数設けられたロッドインテグレータごとに反射しながら伝播する。複数のロッドインテグレータを用いると、単独のロッドインテグレータを用いる場合よりも光が反射する頻度を増加させ、光束の強度分布を十分に均一化することが可能になる。これにより、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数のロッドインテグレータからの光束の強度分布を略均一にするロッドインテグレータを備えることが望ましい。かかる構成により、複数のロッドインテグレータからの光を全体として均一化することが可能になる。これにより、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を第１の振動方向の偏光光に変換する偏光変換部と、偏光変換部からの光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子と、を有し、均一化光学素子は、上記の均一化光学素子であることを特徴とする照明装置を提供することができる。上記の均一化光学素子へ第１の振動方向の偏光光を供給することにより、高い照度比で、第１の振動方向の偏光光を効率良く出射させることが可能である。これにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することが可能な照明装置を得られる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を、第１の振動方向の偏光光に変換する偏光変換部と、偏光変換部からの光束の強度分布を略均一にする均一化部と、均一化部の、偏光変換部が設けられた側とは反対側の端面に設けられ、均一化部からの光のうち、第１の振動方向の偏光光を透過し、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板と、を有し、偏光変換部は、反射型偏光板から偏光変換部の方向へ進行した光を反射することにより、均一化部の方向へ進行させる反射部を備えることを特徴とする照明装置を提供することができる。

偏光変換部からの第１の振動方向の偏光光は、均一化部を透過した後、反射型偏光板へ入射する。反射型偏光板へ入射した光のうち、第１の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過した後、照明装置から出射する。反射型偏光板へ入射した光のうち第２の振動方向の偏光光は、反射型偏光板で反射した後、均一化部の内部をそれまでとは逆方向である偏光変換部の方向へ伝播する。反射部は、偏光変換部の方向へ進行した光を、均一化部の方向へ反射する。反射部から均一化部の方向へ進行した光は、再び均一化部の内部を反射型偏光板の方向へ伝播する。反射型偏光板の方向へ進行した光のうち、第１の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過する。第１の反射型偏光板から第２の反射型偏光板の方向へ進行した光のうち、第２の振動方向の偏光光は、上述の循環を繰り返す。第２の振動方向の偏光光を再利用することにより、第１の振動方向の偏光光を次々と出射させることができる。

照明装置は、均一化部を用いることにより、入射する光束の強度分布を略均一にする。また、照明装置は、反射型偏光板を用いることにより、均一化部を伝播するうちに光の偏光状態が変化するような場合であっても、特定の振動方向の偏光光である第１の振動方向の偏光光のみを出射させることができる。例えば、均一化部にロッドインテグレータを用いる場合、反射の頻度が高くなるほど十分に光を均一化できる一方、偏光状態が変化する。本発明は、第１の振動方向の偏光光のみを出射させる構成とすることにより、光を十分に均一にするとともに、第１の振動方向の偏光光のみを出射させることが可能である。さらに、反射部を用いて第２の振動方向の偏光光を再利用することにより、第１の振動方向の偏光光を効率良く出射させることができる。これにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給可能な照明装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、均一化部は、ロッドインテグレータを備えることが望ましい。ロッドインテグレータを用いることにより、入射する光束の強度分布を略均一にすることが可能である。これにより、入射する光束の強度分布を略均一にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数のロッドインテグレータを備えることが望ましい。偏光変換部からの光は、複数設けられたロッドインテグレータごとに反射しながら伝播する。複数のロッドインテグレータを用いると、単独のロッドインテグレータを用いる場合よりも光が反射する頻度を増加させ、光束の強度分布を十分に均一化することが可能になる。これにより、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数のロッドインテグレータからの光束の強度分布を略均一にするロッドインテグレータを備えることが望ましい。かかる構成により、複数のロッドインテグレータからの光をさらに均一化することが可能になる。これにより、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、偏光変換部をアレイ状に配置して構成されることが望ましい。これにより、複数の光源部を用いる構成とし、容易に明るい照明光を得ることができる。

さらに、本発明によれば、上記の照明装置と、照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の照明装置を用いることにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することが可能である。これにより、明るく明るさムラが低減された画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る照明装置１００の上面構成を示す。照明装置１００は、固体光源である発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ」という。）１０１を有する。ＬＥＤ１０１は、主にチップの表面から光を供給する面発光型の光源部である。ＬＥＤ１０１は、光軸ＡＸ方向であるＺ軸方向へ光を供給する。ＬＥＤ１１からの光が入射する位置には、偏光変換素子１０２が設けられている。偏光変換素子１０２は、光源部であるＬＥＤ１０１からの光を、第１の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光に変換する。ＬＥＤ１０１と偏光変換素子１０２との間の光路には、集光レンズＬＮが設けられている。集光レンズＬＮは、ＬＥＤ１０１からの光を収束させて偏光変換素子１０２へ入射させる。なお、集光レンズＬＮに代えて、他の構成、例えば、コリメータレンズやリフレクタを用いることとしても良い。

偏光変換素子１０２は、偏光分離膜１１１、反射膜１１２、λ／２位相板１１３を有する。ＬＥＤ１０１から偏光変換素子１０２へ入射する光は、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光と、第１の振動方向に対して略直交する第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光とを含む、偏光状態がランダムな光である。偏光変換素子１０２の偏光分離膜１１１に入射した光のうちｐ偏光光は、偏光分離膜１１１を透過して、偏光変換素子１０２から出射する。

偏光分離膜１１１に入射した光のうちｓ偏光光は、偏光分離膜１１１で反射して光路を折り曲げられた後、反射膜１１２の方向へ進行する。反射膜１１２に入射したｓ偏光光は、反射膜１１２での反射により光路が折り曲げられた後、出射方向であるＺ軸方向へ進行する。λ／２位相板１１３は、反射膜１１２で反射した光が入射する位置に設けられている。λ／２位相板１１３に入射したｓ偏光光は、ｐ偏光光に変換されて、λ／２位相板１１３から出射する。偏光変換素子１０２は、このようにして、ＬＥＤ１０１からの光をｐ偏光光に変換する。なお、偏光変換素子１０２の入射面には、ＬＥＤ１０１からの光の反射を防止する反射防止膜を設けることが望ましい。反射防止膜を設けることにより、ＬＥＤ１０１からの光を偏光変換素子１０２へ効率良く入射させることが可能となる。

偏光変換素子１０２の出射側には、均一化光学素子１０３が設けられている。均一化光学素子１０３は、偏光変換部である偏光変換素子１０２からの光束の強度分布を略均一にする。均一化光学素子１０３は、第１の反射型偏光板１２１、ロッドインテグレータ１２２、及び、第２の反射型偏光板１２５を有する。図１の上面構成、及び図２の側面構成に示すように、偏光変換素子１０２及び均一化光学素子１０３は、１つの直方体形状をなすように互いに結合されている。

図３は、均一化光学素子１０３の斜視構成を示す。第１の反射型偏光板１２１及び第２の反射型偏光板１２５は、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光を透過し、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光を反射する。第１の反射型偏光板１２１は、ロッドインテグレータ１２２の一方の端面である、偏光変換素子１０２側の面に設けられている。第２の反射型偏光板１２５は、ロッドインテグレータ１２２の、第１の反射型偏光板１２１が設けられた端面とは異なる他方の端面である、被照射面Ｉ側の面に設けられている。

第１の反射型偏光板１２１、第２の反射型偏光板１２５としては、光学的に透明な硝子部材からなる基板の上に、金属、例えばアルミニウムで構成されるワイヤを格子状に設けたワイヤグリッド型偏光子を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光子は、振動方向がワイヤに略垂直である偏光光を透過し、振動方向がワイヤに略平行である偏光光を反射する。特定の振動方向の偏光光の振動方向に対してワイヤが略垂直となるようにワイヤグリッド型偏光子を設けることにより、特定の振動方向の偏光光のみを透過させることができる。ロッドインテグレータ１２２は、第１の反射型偏光板１２１からの光束の強度分布を略均一にする均一化部である。ロッドインテグレータ１２２は、直方体形状の透明部材を有する。ロッドインテグレータ１２２は、光を透明部材と空気との界面で反射させながら伝播することにより、光を出射面で重畳させる。

図１に戻って、偏光変換素子１０２と均一化光学素子１０３とが接する部分のうち、λ／２位相板１１３が設けられる部分以外の部分には、透明部材層１１４が形成されている。透明部材層１１４は、インデックスマッチングオイル等の屈折率整合液等を充填することにより構成されている。透明部材層１１４を設けることで、偏光変換素子１０２と均一化光学素子１０３との間に空気が入り込むことによって生じる反射損失を低減し、偏光変換素子１０２からの光を効率良く均一化光学素子１０３へ入射させることができる。

ＬＥＤ１０１からの光を効率良く被照射面Ｉに入射させるためには、第２の反射型偏光板１２５の形状と、被照射面Ｉの形状とが略同一、若しくは互いに略相似であることが望ましい。かかる構成により、第２の反射型偏光板１２５から出射する光によって被照射面Ｉの全体を効率良く照明することが可能となる。本実施例では、偏光変換素子１０２及び均一化光学素子１０３が１つの直方体形状をなすように結合されていることから、偏光変換素子１０２のＬＥＤ１０１側の面、第１の反射型偏光板１２１、ロッドインテグレータ１２２の両端面も、被照射面Ｉと略同一、若しくは略相似である形状を有している。

第１の反射型偏光板１２１の側から均一化光学素子１０３へ入射したｐ偏光光は、第１の反射型偏光板１２１を透過し、ロッドインテグレータ１２２へ入射する。第１の反射型偏光板１２１からロッドインテグレータ１２２へ入射した光は、ロッドインテグレータ１２２の内部を伝播した後、第２の反射型偏光板１２５へ入射する。第２の反射型偏光板１２５へ入射した光のうち、ｐ偏光光は、第２の反射型偏光板１２５を透過した後、被照射面Ｉへ供給される。

第２の反射型偏光板１２５へ入射した光のうちｓ偏光光は、第２の反射型偏光板１２５で反射する。第２の反射型偏光板１２５で反射したｓ偏光光は、ロッドインテグレータ１２２の内部をそれまでとは逆方向であるマイナスＺ方向へ伝播し、第１の反射型偏光板１２１へ入射する。ロッドインテグレータ１２２から第１の反射型偏光板１２１へ入射した光のうちｓ偏光光は、第１の反射型偏光板１２１で反射した後、再びロッドインテグレータ１２２の内部を第２の反射型偏光板１２５の方向へ伝播する。

第１の反射型偏光板１２１から第２の反射型偏光板１２５の方向へ進行した光のうち、ｐ偏光光は、第２の反射型偏光板１２５を透過する。第１の反射型偏光板１２１から第２の反射型偏光板１２５の方向へ進行した光のうち、ｓ偏光光は、上述の循環を繰り返す。このように、照明装置１００は、第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光を再利用することにより、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光を次々と出射させることができる。

照明装置１００は、均一化光学素子１０３に設けられたロッドインテグレータ１２２により、入射する光束の強度分布を略均一にする。ロッドインテグレータ１２２は、反射の頻度が高くなるほど十分に光を均一化できる一方、光の偏光状態が変化する度合いが大きくなる。均一化光学素子１０３に第２の反射型偏光板１２５を設けることにより、ロッドインテグレータ１２２を伝播するうちにｐ偏光光が楕円偏光に変化するような場合であっても、被照射面Ｉへはｐ偏光光のみを供給することができる。

照明装置１００は、均一化光学素子１０３を用いることにより、光を十分に均一にするとともに、特定の振動方向の偏光光のみを出射させることが可能である。さらに、第２の反射型偏光板１２５で反射されたｓ偏光光については、均一化光学素子１０３に設けられた第１の反射型偏光板１２１を用いて再利用することにより、特定の振動方向の偏光光を効率良く出射させることができる。これにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することができるという効果を奏する。

図４は、本実施例の変形例１に係る照明装置４００の上面構成を示す。本変形例の照明装置４００は、２つのロッドインテグレータ４２２、４２３を備える均一化光学素子４０３を有することを特徴とする。２つのうちの一方のロッドインテグレータ４２２は、偏光分離膜１１１を透過した光が進行する位置に設けられている。他方のロッドインテグレータ４２３は、λ／２位相板１１３を透過した光が進行する位置に設けられている。２つのロッドインテグレータ４２２、４２３は、光軸ＡＸに対して略直交する方向であるＸ軸方向に並列させて設けられている。ＬＥＤ１０１からの光を効率良く被照射面Ｉに入射させるために、２つのロッドインテグレータ４２２、４２３の出射側端面を合わせた領域の形状を、被照射面Ｉと略同一、若しくは互いに略相似である形状とすることができる。

ロッドインテグレータ４２２は、偏光分離膜１１１、透明部材層１１４、及び第１の反射型偏光板１２１を透過した光を伝播させる。ロッドインテグレータ４２３は、偏光分離膜１１１及び反射膜１１２で反射し、λ／２位相板１１３及び第１の反射型偏光板１２１を透過した光を伝播させる。ロッドインテグレータ４２２とロッドインテグレータ４２３との間には、ロッドインテグレータ４２２、４２３を構成する透明部材の屈折率より小さい屈折率を有する接着部材が充填されている。この他、ロッドインテグレータ４２２とロッドインテグレータ４２３との間に空気層を設ける構成としても良い。かかる構成により、ロッドインテグレータ４２２へ入射した光をロッドインテグレータ４２２内で全反射させ、かつロッドインテグレータ４２３へ入射した光をロッドインテグレータ４２３内で全反射させることが可能となる。均一化光学素子４０３は、単独のロッドインテグレータ１２２を用いる上記の均一化光学素子１０３（図１参照）と比較して、光が反射する頻度を増加させ、光束の強度分布を十分に均一化することが可能になる。これにより、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

なお、光軸ＡＸに対して略直交する方向に並列させるロッドインテグレータは、複数であれば良く、２つである場合に限られない。また、ロッドインテグレータは、Ｘ軸方向のほか、光軸ＡＸに対して略直交する方向であるＹ軸方向へ並列させることとしても良い。さらに、ロッドインテグレータは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の二方向について、アレイ状に配列させることとしても良い。さらに、光軸ＡＸに対して略直交する方向に並列させるロッドインテグレータは、偏光分離膜１１１を透過した光が進行する位置と、λ／２位相板１１３を透過した光が進行する位置とに設ける構成に限られない。偏光変換素子１０２の構成とは何ら関わり無く配置された複数のロッドインテグレータを用いることとしても良い。

図５は、本実施例の変形例２に係る照明装置５００の上面構成を示す。本変形例の照明装置５００は、光軸ＡＸに対して略直交する方向に並列させて設けられた複数のロッドインテグレータ４２２、４２３からの光束の強度分布を略均一にするロッドインテグレータ５２４を備える均一化光学素子５０３を有することを特徴とする。ロッドインテグレータ４２２とロッドインテグレータ４２３との間には、上記の変形例１と同様に、低屈折率の接着部材の層や空気層が形成されている。ロッドインテグレータ４２２とロッドインテグレータ５２４との間、及びロッドインテグレータ４２３とロッドインテグレータ５２４との間には、ロッドインテグレータ４２２、４２３やロッドインテグレータ５２４を構成する透明部材と略同一の屈折率を有する接着部材が充填されている。これにより、ロッドインテグレータ４２２、４２３とロッドインテグレータ５２４との間に空気が入り込むことによって生じる反射損失を低減し、ロッドインテグレータ４２２、４２３からの光をロッドインテグレータ５２４へ効率良く入射させることができる。均一化光学素子５０３は、ロッドインテグレータ５２４を用いることにより、複数のロッドインテグレータ４２２、４２３からの光を全体として均一化することが可能である。これにより、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

図６は、本実施例の変形例３に係る照明装置６００の上面構成を示す。本変形例の照明装置６００は、偏光変換部である偏光変換素子１０２をアレイ状に配置して構成される偏光変換素子アレイ６０２を有することを特徴とする。図６の上面構成及び図７の側面構成に示すように、偏光変換素子アレイ６０２は、Ｘ軸方向について２つ、Ｙ軸方向について２つの偏光変換素子１０２をアレイ状に配置している。偏光変換素子アレイ６０２は、４つの偏光変換素子１０２をアレイ状に配置することにより、ＬＥＤ１０１側の面が、被照射面Ｉと略同一、若しくは略相似である形状をなしている。

均一化光学素子６０３は、１つの偏光変換素子１０２に対して２つのロッドインテグレータ４２２、４２３を設けている。均一化光学素子６０３は、偏光変換素子アレイ６０２の構成に対応して、Ｘ軸方向へ４つ、Ｙ軸方向へ２つのロッドインテグレータをアレイ状に配列している。ロッドインテグレータ同士の間には、上記の変形例１と同様に、低屈折率の接着部材の層や空気層が形成されている。これにより、複数のＬＥＤ１０１を用いる構成とし、容易に明るい照明光を得ることができる。

なお、上記変形例１の説明と同様に、複数のロッドインテグレータは、偏光変換素子アレイ６０２の構成とは何ら関わり無く配置することとしても良い。また、照明装置６００は、偏光変換素子アレイ６０２と単独のロッドインテグレータとを組み合わせる構成としても良い。さらに、上記変形例２の説明と同様に、複数のロッドインテグレータからの光束を略均一にするロッドインテグレータを用いることとしても良い。

照明装置６００は、１つの偏光変換素子１０２に対して１つのＬＥＤ１０１を用いる構成に限られず、１つの偏光変換素子１０２に対して複数のＬＥＤ１０１を用いる構成としても良い。これにより、さらに多くのＬＥＤ１０１を用いて、明るい光を供給することが可能となる。本変形例のみならず、上記の各照明装置においても、１つの偏光変換素子１０２に対して複数のＬＥＤ１０１を用いることとしても良い。

なお、均一化部であるロッドインテグレータは、直方体形状の透明部材を有するものに限られない。例えば、図８の斜視構成に示すように、中空構造を有するロッドインテグレータ８２２を用いることとしても良い。ロッドインテグレータ８２２の内面には、高反射性部材、例えばアルミニウム等の金属部材で構成された反射面８２３が設けられている。ロッドインテグレータ８２２に入射した光は、反射面８２３において反射を繰り返しながらロッドインテグレータ８２２の内部を進行する。中空構造を有するロッドインテグレータ８２２を用いる場合、上記の透明部材層１１４（図１参照）に代えて、反射防止膜を設けることが望ましい。これにより、偏光変換素子１０２からの光をロッドインテグレータ８２２へ効率良く入射させることが可能となる。さらに、均一化部としては、透明部材と反射面とを組み合わせたロッドインテグレータを用いることとしても良い。

さらに、均一化部としては、図９の斜視構成に示すように、テーパ形状を有するロッドインテグレータ９２２を用いても良い。ロッドインテグレータ９２２は、本実施例のロッドインテグレータと同様に、透明部材から構成されている。また、ロッドインテグレータ９２２は、出射側端面Ｓ２が入射側端面Ｓ１より大きく、出射側へ向かって漸次大きくなるようなテーパ形状を有する。かかる形状のロッドインテグレータ９２２を用いると、透明部材と空気との界面において光が全反射する際に、光軸に対する角度が小さくなるように光線角度を変換することができる。

例えば、プロジェクタは、各空間光変調装置で変調可能な光の角度範囲、及び投写光学系で取り込むことが可能な光の角度範囲に限りがあることから、小さい光線角度の光が多いほど効率良く光を利用できるといえる。従って、照明装置をプロジェクタに用いる場合、ロッドインテグレータ９２２により小さい光線角度の光を増加させることにより、高い光利用効率で明るい画像を得ることが可能となる。また、テーパ形状のロッドインテグレータ９２２を用いる場合、例えば、入射側端面Ｓ１を偏光変換素子１０２に合わせた任意の形状とし、出射側端面Ｓ２を被照射面Ｉと略相似である形状とすることも可能である。これにより、任意の形状の偏光変換素子１０２を用いる場合であっても、ＬＥＤ１０１からの光を効率良く被照射面Ｉへ入射させることができる。

図１０は、本発明の実施例２に係る照明装置１０００の上面構成を示す。照明装置１０００は、上記実施例１の照明装置１００に設けられる第１の反射型偏光板１２１（図１参照）に代えて、反射部１０１５を備えることを特徴とする。上記実施例１の照明装置１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。偏光変換素子１００２は、偏光分離膜１１１、反射膜１１２、λ／２位相板１１３により、ＬＥＤ１０１からの光を、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光に変換する。

偏光変換素子１００２は、さらに、反射部１０１５を有する。反射部１０１５は、反射型偏光板１２５から偏光変換素子１００２の方向へ進行した光を反射することにより、ロッドインテグレータ１２２の方向へ進行させる。反射部１０１５としては、高反射性部材、例えばアルミニウム等の金属部材で構成することができる。反射部１０１５は、図１０の上面構成、及び図１１の側面構成に示すように、偏光変換素子１００２のうち、入射面及び出射面以外の全ての面に設けられている。偏光変換素子１００２の出射側には、均一化部であるロッドインテグレータ１２２が設けられている。反射型偏光板１２１は、均一化部であるロッドインテグレータ１２２の、偏光変換素子１００２が設けられた側とは反対側の端面に設けられている。

図１０に示すように、偏光変換素子１００２は、ＬＥＤ１０１からの光を第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光に変換する。偏光変換素子１００２からロッドインテグレータ１２２へ入射した光は、ロッドインテグレータ１２２の内部を伝播した後、反射型偏光板１２５へ入射する。反射型偏光板１２５へ入射した光のうち、ｐ偏光光は、反射型偏光板１２５を透過した後、被照射面Ｉへ供給される。

反射型偏光板１２５へ入射した光のうちｓ偏光光は、反射型偏光板１２５で反射する。反射型偏光板１２５で反射したｓ偏光光は、ロッドインテグレータ１２２の内部をそれまでとは逆方向であるマイナスＺ方向へ伝播し、偏光変換素子１００２へ入射する。ロッドインテグレータ１２２から偏光変換素子１００２へ入射した光Ｌは、例えば、偏光分離膜１１１で反射した後反射部１０１５の方向へ進行する。

偏光変換素子１００２内で反射部１０１５、偏光分離膜１１１、反射膜１１２での反射を繰り返した後ロッドインテグレータ１２２の方向へ進行した光は、再びロッドインテグレータ１２２の内部を第２の反射型偏光板１２５の方向へ伝播する。ロッドインテグレータ１２２から偏光変換素子１００２へ入射する光の損失をできるだけ少なくするために、偏光変換素子１００２のうち入射面及び出射面以外の全ての面に反射部１０１５を設けることが望ましい。

偏光変換素子１００２から反射型偏光板１２５の方向へ進行した光のうち、ｐ偏光光は、反射型偏光板１２５を透過する。偏光変換素子１００２から反射型偏光板１２５の方向へ進行した光のうち、ｓ偏光光は、上述の循環を繰り返す。このように、照明装置１０００は、第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光を再利用することにより、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光を次々と出射させることができる。なお、反射型偏光板１２５からＬＥＤ１０１の方向へ進行した光を、ＬＥＤ１０１の反射電極における反射により偏光変換素子１００２の方向へ進行させることとしても良い。かかる構成により、ＬＥＤ１０１の方向へ進行した光についても再利用することが可能となる。

照明装置１０００は、ロッドインテグレータ１２２により、入射する光束の強度分布を略均一にする。ロッドインテグレータ１２２は、反射の頻度が高くなるほど十分に光を均一化できる一方、光の偏光状態が変化する度合いが大きくなる。反射型偏光板１２５を設けることにより、ロッドインテグレータ１２２を伝播するうちにｐ偏光光が楕円偏光に変化するような場合であっても、被照射面Ｉへはｐ偏光光のみを供給することができる。

照明装置１０００は、ロッドインテグレータ１２２及び反射型偏光板１２５を用いることにより、光を十分に均一にするとともに、特定の振動方向の偏光光のみを出射させることが可能である。さらに、反射型偏光板１２５で反射されたｓ偏光光については、反射部１０１５を用いて再利用することにより、特定の振動方向の偏光光を効率良く出射させることができる。これにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することができるという効果を奏する。

偏光変換部としては、図１２に示すように、入射面に開口反射ミラー１２１５が設けられた偏光変換素子１２０２を用いることとしても良い。開口反射ミラー１２１５は、図１３の平面構成に示すように、中央部に円形の開口部１２１６が設けられた反射ミラーである。開口反射ミラー１２１５は、偏光変換素子１２０２の内部へ向けて設けられている。例えば、偏光変換素子１２０２の入射面にＬＥＤ１０１の像を形成する場合には、開口部１２１６は、ＬＥＤ１０１の像の形状に合わせて形成される。ＬＥＤ１０１からの光の反射を防止するための反射防止膜は、偏光変換素子１２０２の入射面のうち、開口部１２１６の部分に設けられている。

ＬＥＤ１０１からの光は、開口部１２１６から偏光変換素子１２０２へ入射する。また、開口反射ミラー１２１５は、反射型偏光板１２５で反射しＬＥＤ１０１の方向へ進行した光を反射することにより、ロッドインテグレータ１２２の方向へ進行させる。開口反射ミラー１２１５を設けることにより、反射型偏光板１２５から偏光変換素子１２０２の方向へ進行した光の損失を低減し、反射型偏光板１２５で反射された光をさらに効率良く再利用することができる。

図１４は、本実施例の変形例１に係る照明装置１４００の上面構成を示す。本変形例の照明装置１４００は、上記の照明装置４００（図４参照）と同様に、２つのロッドインテグレータ４２２、４２３を備えることを特徴とする。ロッドインテグレータ４２２とロッドインテグレータ４２３との間には、上記の照明装置４００と同様に、低屈折率の接着部材の層や空気層が形成されている。照明装置１４００は、単独のロッドインテグレータ１２２を用いる上記の照明装置１０００（図１０参照）と比較して、光が反射する頻度を増加させ、光束の強度分布を十分に均一化することが可能になる。これにより、上記の照明装置４００と同様に、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。本実施例においても、偏光変換素子１００２の構成とは何ら関わり無く配置された複数のロッドインテグレータを用いることとしても良い。

図１５は、本実施例の変形例２に係る照明装置１５００の上面構成を示す。本変形例の照明装置１５００は、上記の照明装置５００（図５参照）と同様に、複数のロッドインテグレータ４２２、４２３からの光束の強度分布を略均一にするロッドインテグレータ５２４を備えることを特徴とする。ロッドインテグレータ４２２、４２３とロッドインテグレータ５２４との間には、上記の照明装置５００と同様に、ロッドインテグレータ４２２、４２３やロッドインテグレータ５２４を構成する透明部材と略同一の屈折率を有する接着部材が充填されている。これにより、上記の照明装置５００と同様に、入射する光束の強度分布をさらに均一にすることができる。

図１６は、本実施例の変形例３に係る照明装置１６００の上面構成を示す。本変形例の照明装置１６００は、上記の照明装置６００（図６参照）と同様に、偏光変換部である偏光変換素子をアレイ状に配置して構成される偏光変換素子アレイ１６１２を有することを特徴とする。ロッドインテグレータ同士の間には、上記の照明装置６００と同様に、低屈折率の接着部材の層や空気層が形成されている。これにより、複数のＬＥＤ１０１を用いる構成とし、容易に明るい照明光を得ることができる。照明装置１６００は、偏光変換素子アレイ１６１２と単独のロッドインテグレータとを組み合わせる構成や、複数のロッドインテグレータからの光束を略均一にするロッドインテグレータを用いることとしても良い。本実施例の各照明装置は、１つの偏光変換素子１００２に対して複数のＬＥＤ１０１を用いることとしても良い。

図１７は、本発明の実施例３に係る画像表示装置であるプロジェクタ１７００の概略構成を示す。プロジェクタ１７００は、画像信号に応じた光をスクリーンに投写し、スクリーンに対してプロジェクタ１７００と同じ側から投写像を観察する、いわゆるフロント型プロジェクタである。プロジェクタ１７００は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用照明装置１００Ｒと、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用照明装置１００Ｇと、青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用照明装置１００Ｂと、を有する。各照明装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、上記実施例１の照明装置１００と同様の構成を有する。本実施例においては、上記実施例１と重複する説明は省略する。

Ｒ光用照明装置１００Ｒは、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒを有する。Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、Ｒ光を供給する。Ｒ光用照明装置１００Ｒは、Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲからのＲ光を、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光に変換して、照明対象である液晶型空間光変調装置１７０Ｒに供給する。液晶型空間光変調装置１７０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。液晶型空間光変調装置１７０Ｒに入射したｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。液晶型空間光変調装置１７０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１７２に入射する。

Ｇ光用照明装置１００Ｇは、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇを有する。Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、Ｇ光を供給する。Ｇ光用照明装置１００Ｇは、Ｇ光用ＬＥＤ１０１ＧからのＧ光を、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光に変換して、照明対象である液晶型空間光変調装置１７０Ｇに供給する。液晶型空間光変調装置１７０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。液晶型空間光変調装置１７０Ｇに入射したｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。液晶型空間光変調装置１７０Ｇでｓ偏光光に変換されたＧ光は、Ｒ光が入射する面とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１７２に入射する。

Ｂ光用照明装置１００Ｂは、Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂを有する。Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂは、Ｂ光を供給する。Ｂ光用照明装置１００Ｂは、Ｂ光用ＬＥＤ１０１ＢからのＢ光を、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光に変換して、照明対象である液晶型空間光変調装置１７０Ｂに供給する。液晶型空間光変調装置１７０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。液晶型空間光変調装置１７０Ｂに入射したｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。液晶型空間光変調装置１７０Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、Ｒ光が入射する面及びＧ光が入射する面とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１７２に入射する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１７２は、２つのダイクロイック膜１７２ａ、１７２ｂを有する。ダイクロイック膜１７２ａ、１７２ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜１７２ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１７２ｂは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１７２は、液晶型空間光変調装置１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写光学系１７４は、クロスダイクロイックプリズム１７２で合成された光をスクリーン１７６に投写する。

ダイクロイック膜１７２ａ、１７２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１７２ａ、１７２ｂでそれぞれ反射させるべきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１７２に入射することが望ましい。また、ダイクロイック膜１７２ａ、１７２ｂを透過させるべきＧ光は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１７２に入射することが望ましい。ｓ偏光光に変換されたＧ光をクロスダイクロイックプリズム１７２に入射させるために、例えば、液晶型空間光変調装置１７０Ｇとクロスダイクロイックプリズム１７２との間にλ／２位相板を設けることとしても良い。

各色光用照明装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを用いることにより、高い照度比で、特定の振動方向の偏光光を高い効率で供給することができる。これにより、明るく明るさムラが低減された画像を表示することができる。なお、上記実施例では光源部としてＬＥＤを用いることとしているが、これに限られない。ＬＥＤに代えて、例えばＥＬ素子や半導体レーザ等の他の固体光源を用いても良い。光源部としては固体光源に限らず、超高圧水銀ランプ等のランプを用いても良い。また、プロジェクタ１７００に用いる空間光変調装置は、透過型の液晶表示装置に限らず、反射型の液晶表示装置を用いても良い。さらに、照明装置を設ける画像表示装置はプロジェクタに限らず、例えば空間光変調装置で変調された光を直視するディスプレイであっても良い。

以上のように、本発明に係る均一化光学素子及び照明装置は、画像表示装置であるプロジェクタに用いる場合に有用であり、特に、特定の振動方向の偏光光を変調するプロジェクタに適している。

本発明の実施例１に係る照明装置の上面構成を示す図。 照明装置の側面構成を示す図。 均一化光学素子の斜視構成を示す図。 実施例１の変形例１に係る照明装置の上面構成を示す図。 実施例１の変形例２に係る照明装置の上面構成を示す図。 実施例１の変形例３に係る照明装置の上面構成を示す図。 照明装置の側面構成を示す図。 中空構造を有するロッドインテグレータの構成を説明する図。 テーパ形状を有するロッドインテグレータの構成を説明する図。 本発明の実施例２に係る照明装置の上面構成を示す図。 照明装置の側面構成を示す図。 開口反射ミラーが設けられた偏光変換素子の構成を説明する図。 開口反射ミラーが設けられた偏光変換素子の入射面の構成を示す図。 実施例２の変形例１に係る照明装置の上面構成を示す図。 実施例２の変形例２に係る照明装置の上面構成を示す図。 実施例２の変形例３に係る照明装置の上面構成を示す図。 本発明の実施例３に係るプロジェクタの概略構成を示す図。

符号の説明

１００ 照明装置、１０１ ＬＥＤ、１０２ 偏光変換素子、１０３ 均一化光学素子、１１１ 偏光分離膜、１１２ 反射膜、１１３ λ／２位相板、１１４ 透明部材層、１２１ 反射型偏光板、１２２ ロッドインテグレータ、１２５ 反射型偏光板、ＡＸ 光軸、Ｉ 被照射面、ＬＮ 集光レンズ、４００ 照明装置、４０３ 均一化光学素子、４２２、４２３ ロッドインテグレータ、５００ 照明装置、５０３ 均一化光学素子、５２４ ロッドインテグレータ、６００ 照明装置、６０２ 偏光変換素子アレイ、６０３ 均一化光学素子、８２２ ロッドインテグレータ、８２３ 反射面、９２２ ロッドインテグレータ、Ｓ１ 入射型端面、Ｓ２ 出射側端面、１０００ 照明装置、１００２ 偏光変換素子、１０１５ 反射部、１２０２ 偏光変換素子、１２１５ 開口反射ミラー、１２１６ 開口部、１４００ 照明装置、１５００ 照明装置、１６００ 照明装置、１６１２ 偏光変換素子アレイ、１７００ プロジェクタ、１００Ｒ Ｒ光用照明装置、１００Ｇ Ｇ光用照明装置、１００Ｂ Ｂ光用照明装置、１０１Ｒ Ｒ光用ＬＥＤ、１０１Ｇ Ｇ光用ＬＥＤ、１０１Ｂ Ｂ光用ＬＥＤ、１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂ 液晶型空間光変調装置、１７２ クロスダイクロイックプリズム、１７２ａ、１７２ｂ ダイクロイック膜、１７４ 投写光学系、１７６ スクリーン

Claims (11)

1. 光束の強度分布を略均一にする均一化部と、
   前記均一化部の一方の端面に設けられ、第１の振動方向の偏光光を透過し、前記第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する第１の反射型偏光板と、
   前記均一化部の、前記第１の反射型偏光板が設けられた前記端面とは異なる他方の端面に設けられ、前記第１の振動方向の偏光光を透過し、前記第２の振動方向の偏光光を反射する第２の反射型偏光板と、を有することを特徴とする均一化光学素子。
2. 前記均一化部は、ロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項１に記載の均一化光学素子。
3. 光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数の前記ロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項２に記載の均一化光学素子。
4. 前記光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数の前記ロッドインテグレータからの光束の強度分布を略均一にするロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項３に記載の均一化光学素子。
5. 光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を第１の振動方向の偏光光に変換する偏光変換部と、
   前記偏光変換部からの光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子と、を有し、
   前記均一化光学素子は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の均一化光学素子であることを特徴とする照明装置。
6. 光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を、第１の振動方向の偏光光に変換する偏光変換部と、
   前記偏光変換部からの光束の強度分布を略均一にする均一化部と、
   前記均一化部の、前記偏光変換部が設けられた側とは反対側の端面に設けられ、前記均一化部からの光のうち、前記第１の振動方向の偏光光を透過し、前記第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板と、を有し、
   前記偏光変換部は、前記反射型偏光板から前記偏光変換部の方向へ進行した光を反射することにより、前記均一化部の方向へ進行させる反射部を備えることを特徴とする照明装置。
7. 前記均一化部は、ロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数の前記ロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記光軸に対して略直交する方向に並列させて設けられた複数の前記ロッドインテグレータからの光束の強度分布を略均一にするロッドインテグレータを備えることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 前記偏光変換部をアレイ状に配置して構成されることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 請求項５〜１０のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置。

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