JP2006330492A - 導光体、照明装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 光源とロッド系とを直接的に接合するような光学系において、製造が容易であり、且つ光利用効率を従来よりも向上させることができる導光体、照明装置およびプロジェクタを提供する。
【解決手段】 光源と被照明領域との間に配置される導光体１２０であって、導光体１２０における光源との対向面である入射端面１２０ａに、光源の少なくとも一部を収納する凹部１２１ａが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導光体、照明装置およびプロジェクタに関するものである。

近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まっている。そして、固体光源、特にＬＥＤ等の半導体に電流を注入して得る発光体が新しいプロジェクタ用光源として期待されている。しかし、その固体光源は既存のランプ光源（超高圧水銀灯）に比較して十分な発光効率が得られず、ランプ光源からの置き換えは困難な状況になっている。

プロジェクタでは、光源と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角との積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）として表すことができる。この面積と立体角との積は、光学系において保存される。空間光変調装置が有効に変調可能な光の取り込み角度には限りがある。このため、光源の空間的な広がり（エテンデュー）が大きくなると、光源からの光束を有効に用いることが困難となる。

そこで、プロジェクタにおいては、光利用効率を高めるためにエテンデューを増大させない照明光学系が必要となる。この照明光学系の構成要素としてロッド系（導光体）を用いた照度の均一化を兼ねた構造が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＬＥＤ等の固体光源は屈折率の高い材料に保護されている構造となっている場合が多い。そして、固体光源とロッド系等との間に空気層が介在することにより光取り出し効率が低下すること、及び、ロッド系への光導入の損失が増大することを防止するために光源に直接ロッド系などの光学要素を付加する構造が考えられている。
特開２００４−１８４６１１号公報

しかしながら、プロジェクタにおいて、光利用効率を高めるためには、ロッド系と光源とを適切にアライメントする必要がある。そこで、光学系を小型化しつつ光線の平行化を図るためにテーパ形状のロッドが用いられた場合、そのロッドにおける光源との接合部が光源の接合部とほぼ同じサイズとなるため、そのアライメントは容易ではない。

また、通常、ＬＥＤ光源は発光面のみならず側面からの光を出射する。そこで、ＬＥＤ光源の表面にロッドを接合すると、ＬＥＤ光源の側面から出射された光をロッドに導入することは困難であり、光利用効率を低下させているという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光源とロッド系とを直接的に接合するような光学系において、製造が容易であり、且つ光利用効率を従来よりも向上させることができる導光体、照明装置およびプロジェクタの提供を目的とする。
また、本発明は、ＬＥＤ等の固体光源の発光面をロッド系に直接的に接合するような光学系において、製造が容易であり、且つ光利用効率を従来よりも向上させることができる導光体、照明装置およびプロジェクタの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の導光体は、光源と被照明領域との間に配置される導光体であって、前記導光体における前記光源との対向面に、該光源の少なくとも一部を収納する凹部が設けられていることを特徴とする。
これにより、導光体の凹部に光源の少なくとも一部を収納できる。したがって、本発明によれば、光源の少なくとも一部を導光体の凹部に挿入することだけで、その光源と導光体とをアライメント（位置合わせ）することができる。そこで、本発明の導光体は、光源との関係について、高精度に且つ簡便に位置合わせすることができる。また、高精度の位置合わせにより、光利用効率を高めることができる。さらにまた、光源における側面から出射された光についても、導光体の凹部の内周面からその導光体の内部に入射させることができ、光利用効率をさらに高めることができる。

また、本発明の導光体は、前記凹部の断面形状がテーパ形状であることが好ましい。
本発明によれば、導光体の凹部に光源の発光面側を押し込んでいくと、凹部のテーパ形状（斜面）に沿って、光源の発光面と凹部の底面とが自動的にアライメントされる。したがって、製造時間の短縮を図りながら、簡便に且つ高精度に光源と導光体とをアライメントすることができる。

また、本発明の導光体は、前記導光体における前記光源との対向面に直交する方向に沿った側面が、該対向面から離れるに連れて徐々に幅広となるテーパ状に形成されていることが好ましい。
本発明によれば、導光体の側面がテーパ形状に形成されているので、光源から射出された光をできるだけ平行化してから導光体から出すことができる。したがって、導光体内での反射回数が不必要に増加することによる反射ロスを少なくすることができ、光利用効率の高い照明光を得ることが可能となる。

上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、光を出射する光源と、前記光源から射出された光の照度分布を均一化する導光体とを有してなる照明装置であって、前記導光体には、凹部が設けられており、前記凹部には、前記光源の少なくとも一部が収納されていることを特徴とする。
これにより、本発明に係る照明装置の製造においては、光源の少なくとも一部を導光体の凹部に挿入することだけで、その光源と導光体とをアライメント（位置合わせ）することができる。そこで、本発明の照明装置は、その製造時において、光源と導光体とを高精度に且つ簡便に位置合わせできるので、光利用効率を高めながら、製造コスト及び製造時間を低減することができる。

また、本発明の照明装置は、前記凹部が前記導光体の光入射面に配置されており、前記光源の光出射面と前記凹部の底面とが対向するように、前記光源及び導光体が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、光源の光出射面と導光体の底面とのアライメントを高精度に且つ簡便に行うことができる。

また、本発明の照明装置は、前記凹部の断面形状がテーパ形状であることが好ましい。
本発明によれば、本発明に係る照明装置の製造時において、導光体の凹部に光源の発光面側を押し込んでいくと、凹部のテーパ形状（斜面）に沿って、光源の発光面と凹部の底面とが自動的にアライメントされる。したがって、製造時間の短縮を図りながら、簡便に且つ高精度に光源と導光体とをアライメントすることができる。

また、本発明の照明装置は、前記凹部にはマッチングオイルが充填されており、前記光源の少なくとも一部と前記凹部の底面又は内側面とは前記マッチングオイルを介して接触していることが好ましい。
本発明によれば、例えば、導光体の凹部にマッチングオイルを充填した後に、その凹部に光源の発光面側を押し込んでいく。したがって、マッチングオイルにより摩擦抵抗などを大幅に低減させながら、凹部のテーパ形状（斜面）に沿って、光源の発光面側を押し込んでいくことができる。したがって、さらに簡便に且つ高精度に、光源と導光体とをアライメントすることができる。

また、本発明の照明装置は、前記凹部の底面の大きさ及び形状と前記光源の光出射面の大きさ及び形状とが、ほぼ同一であることが好ましい。
本発明によれば、導光体と光源とを、さらに高精度にアライメントすることができる。

また、本発明の照明装置は、前記光源が前記導光体についての対向面のみならず側面からも光を出射するものであり、前記導光体は、前記光源の側面から出射された光の少なくとも一部を前記凹部の内側面から入射するものであることが好ましい。
本発明によれば、光源の側面から出射された光をも導光体内に導くことができる。したがって、さらに光利用効率が高く明るい照明装置を提供することができる。

また、本発明の照明装置は、前記導光体の光入射面に、反射膜と開口部とが形成されており、前記開口部に前記凹部が配置されているものであることが好ましい。
本発明によれば、例えば、導光体の光出射面の側から光入射面の側に逆行する光を、反射膜で反射して、光出射面から出射させることができる。したがって、さらに光利用効率が高く明るい照明装置を提供することができる。

上記目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、前記空間光変調装置により変調された光を投射する投射光学系とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、従来のプロジェクタと比較して、低消費電力でありながら、明るく高品位な画像を投射できるプロジェクタを、低コストで提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下で参照する各図面においては、図面を見易くするために、各構成要素の縮尺を適宜変更して表示している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る導光体の一例を示す斜視図である。本実施形態の導光体１２０は、光源と被照明領域との間に配置されるものであって、光源から射出された光の照度分布を均一化して被照明領域に導くものである。導光体１２０は、例えば、ガラス、樹脂などの光透光性を有する材料で構成されている。

導光体１２０は、１つの入射端面（光入射面）１２０ａと、１つの出射端面（光出射面）１２０ｂと、４つのテーパ部（側面）１２０ｃとを有している。そして、導光体１２０は、入射端面１２０ａと出射端面１２０ｂとが対向しているとともに、入射端面１２０ａから出射端面１２０ｂに向かって断面積が漸次大きくなるテーパ形状となっている。

さらに、導光体１２０の入射端面１２０には、窪みである凹部１２１ａが形成されている。凹部１２１ａは、底に向かって断面積が漸次小さくなるテーパ形状となっている。この凹部１２１ａは、ＬＥＤなどの光源の少なくとも一部を収納するものである。そして、導光体１２０における光源との対向面である入射端面１２０ａが光源の光出射面に（マッチングオイル等を介して）接触することとなる。

凹部１２１ａの底面の大きさ及び形状は、その凹部１２１ａに収納される光源の少なくとも一部（例えば光出射面）の大きさ及び形状に、ほぼ同一になるように形成されている。例えば、光源であるＬＥＤが立方体形状であって、その厚さが数百μｍ、縦横１ｍｍのサイズである場合、凹部１２１ａの底面は縦横約１ｍｍの正方形とする。凹部１２１ａは切削等の除去加工、又はガラスプレス等の型形成によって簡便に製造することができる。

図２は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の一例を示す断面図である。本実施形態の照明装置は、光源１１と、図１に示す導光体１２０とを有して構成されている。また、光源１１は、基板１０に取り付けられており、基板１０からワイヤボンディングにより電流を供給される。

図２（ａ）は本照明装置の製造途中の状態を示している。図２（ｂ）は本照明装置の完成時の状態を示している。図２（ａ）に示す状態（又はこれ以前の状態）において、凹部１２１ａにはマッチングオイルが満たされている。そして、基板１０に取り付けられている光源１１を、導光体１２０における凹部１２１ａへ押し込んでいく。すると、光源１１は、凹部１２１ａのテーパ形状の側面（斜面）に沿って移動する（図２（ａ）の矢印参照）。これにより、光源１１の発光面１１ａと凹部１２１ａの底面とが自動的にアライメントされる。すなわち、光源１１の発光面１１ａと凹部１２１ａの底面とがマッチングオイルを介して対向して接触するように、精密に配置される。

これらにより、本実施形態の照明装置によれば、その製造過程において、導光体１２０の凹部１２１ａに光源１１の少なくとも一部を押し込むので、導光体１２０と光源１１とを高精度に且つ簡便にアライメントすることができ、製造時間を短縮することができる。また、本実施形態の照明装置は、高精度にアライメントすることができるので、光利用効率を高めることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、光源１１の側面１１ｂの全部又は一部が凹部１２１ａ内に配置されているので、光源１１の側面１１ｂから出射された光Ｌ１についても導光体１２０内に入射させることができ、光Ｌ２とすることができる。これにより、本実施形態の照明装置は、光利用効率をさらに高めることができ、より明るい照明装置を構成できる。

本実施形態の照明装置において、光源１１と導光体１２０との固定は、一端が基板１０の光源１１側の面に固着され、他端が導光体１２０のテーパ部１２０ｃに固着された保持部材（図示せず）で実現してもよい。また、テーパ部１２０ｃには反射膜が配置されていることとして、その反射膜を介して保持部材の他端が固着されていることとしてもよい。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る照明装置の一例を示す断面図である。図３において、図１又は図２の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態の照明装置は、光源１１と、導光体２２０とを有して構成されている。

導光体２２０は、入射端面２２０ａと出射端面２２０ｂとを有している。そして、導光体２２０は、側面はテーパ形状ではなく、入射端面２２０ａと出射端面２２０ｂとの間において断面がほほ均一となっている。また、入射端面２２０ａには、図１の導光体１２０の凹部１２１ａに相当する凹部２２１ａが設けられている。さらに、入射端面２２０ａにおける凹部２２１ａの周囲には反射膜２２２は配置されている。換言すれば、反射膜２２２で囲まれた開口部に、凹部２２１ａが配置されている。

そして、凹部２２１ａは、底に向かって断面積が漸次小さくなるテーパ形状となっている。凹部２２１ａには、光源１１の一部が収納されている。また、凹部２２１ａには、マッチングオイルが充填されており、光源１１と凹部２２１ａとのアライメントは第１実施形態の場合と同様に行うことができる。

本実施形態の照明装置によれば、導光体２２０の出射端面２２０ｂの側から入射端面２２０ａの側に逆行する光を、反射膜２２２で反射して、出射端面から出射する光Ｌ２０とすることができる。したがって、光源１１から出射された光Ｌ１０について、さらに光利用効率を高めることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図４から図６を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクタ１は、図４に示すように、光源から射出されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色光を、空間光変調装置によりそれぞれ空間変調して、ダイクロイックプリズム３０により合成して、カラー画像を表示する三板式のカラープロジェクタである。

図４は、本実施形態に係るプロジェクタ１の概略を示す図である。
プロジェクタ１は、図４に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの異なる色光を射出する照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと、それぞれの照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出されたＲ、Ｇ、Ｂの輝度を画像信号に応じて変調する透過型液晶ライトバルブ（空間光変調装置）２０ｒ、２０ｇ、２０ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像とするダイクロイックプリズム３０と、ダイクロイックプリズム３０から射出されたカラー画像をスクリーン５０に投射する投射レンズ４０（投射光学系）とを備えている。

照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂは、図５に示すように、光を供給する赤色ＬＥＤ（光源）１１ｒ、緑色ＬＥＤ（光源）１１ｇ、青色ＬＥＤ（光源）１１ｂと、これらＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出された光の照度分布を均一化するテーパロッド（導光素子）１２と、テーパロッド１２の出射端面１２ｂに配されたλ／４板（位相板）１３と、テーパロッド１２及びλ／４板１３を透過した光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光素子１４とを備えている。ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、各色２つずつ並列に配置されている。λ／４板１３は、各ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出されたそれぞれの光の波長に対して１／４波長の位相差を発生させるものである。

ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂには、反射型偏光素子１４で反射され当該ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの方向へ進行する光をテーパロッド１２の方向へ反射させる反射部１５が設けられている。
反射部１５は、高い光反射率を有する部材、例えば、アルミニウムや銀等の金属部材によって構成されている。この反射部１５を金属部材で構成すると、反射部１５を耐熱性に優れた構成となる。なお、ＬＥＤを駆動する電極が反射部１５として機能しても良い。

テーパロッド（導光素子）１２は、図１の導光体１２０に相当するものである。
テーパロッド１２は、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂと反射型偏光素子１４との間に配され、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの個数に対応して設けられている。また、テーパロッド１２は、図６に示すように、入射端面１２ａから出射端面１２ｂに向かって断面積が漸次大きくなるテーパ状に形成されており、テーパ部１２ｃと平行ロッド部１２ｄとからなっている。すなわち、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに近接する部分がテーパ状に形成されている。この構成により、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出された光をテーパ部１２ｃで略平行化及び均一化した後、平行ロッド部１２ｄによって、各テーパ部からの光の照度分布の均一化を行っている。
また、テーパロッド１２の入射端面１２ａには、図５及び図６に示すように、凹部が形成されている。テーパロッド１２の入射端面１２ａの凹部の底面にＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの出射端面１６が直接接触し、出射端面１２ｂがλ／４板１３の入射端面１３ａに直接接触している。
なお、テーパロッド１２は、例えば、ガラスや樹脂などの光透過性を有する材料から構成されている。

反射型偏光素子１４は、図５に示すように、λ／４板１３の入射端面１３ｂに直接接触している。このように、テーパロッド１２，λ／４板１３，反射型偏光素子１４を順に直接接触するように配置することにより、これらの間から光が漏れることを防止することができるので、光利用効率の低下を防止することが可能となっている。

また、反射型偏光素子１４は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光を透過し、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光を反射する。反射型偏光素子１４で反射されたｓ偏光光は、λ／４板１３を透過することにより円偏光に変換される。そして、λ／４板１３を透過した光は、テーパロッド１２を透過してＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに戻るようになっている。そして、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに戻った光は、反射部１５で反射されて再びテーパロッド１２の方向へ進行する。テーパロッド１２を透過して再びλ／４板１３に入射する光のうち円偏光は、例えば、直線偏光であるｐ偏光光に変換される。特定の振動方向の偏光光であるｐ偏光光は、反射型偏光素子１４を透過することが可能となっている。これに対して、再度、λ／４板１３を透過することにより特定の振動方向とは異なる他の振動方向に変換された直線偏光は、反射型偏光素子１４で反射され、上述の循環を繰り返すようになっている。

また、反射型偏光素子１４としては、ワイヤグリッド型偏光フィルタを採用している。このワイヤグリッド型偏光フィルタは、構造複屈折型偏光板の一種であり、透明基板上に形成された金属薄膜に、所定方向に延びる微細なリブ（図示略）が形成された構造を有している。この金属薄膜は、アルミニウムやタングステン等を用いて、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。また微細なリブは、２光束干渉露光法や、電子線描画法、Ｘ線リソグラフィー法等と、エッチングとを組み合わせることによって形成することができる。そして、この微細なリブのピッチは、反射すべき光の波長より短く形成されている。これにより、微細なリブと平行方向の直線偏光を反射し、垂直方向の直線偏光を透過することができるようになっている。このワイヤグリッド型偏光フィルタは、構造が単純なので容易に製造することができる。また、無機素材で構成されるため、極めて耐熱性に優れるとともに、光吸収をほとんど生じない。
なお、反射型偏光素子１４として、上述したワイヤグリッド型偏光フィルタに限らず、複屈折性を有する薄膜と複屈折性を有さない薄膜とを複数積層した多層積層型偏光板を用いても良い。

ダイクロイックプリズム３０は、図４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からなり、その内部には、青色光を反射する誘電体多層膜（青色光反射ダイクロイック膜３１）及び赤色光を反射する誘電体多層膜（赤色光反射ダイクロイック膜３２）が断面Ｘ字状に形成されている。そして、透過型液晶ライトバルブ２０ｇからの緑色光を透過し、透過型液晶ライトバルブ２０ｒからの赤色光と透過型液晶ライトバルブ２０ｂからの青色光とを折り曲げてこれらの３色の光を合成し、カラー画像を形成する。

次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ１を用いて、画像をスクリーン５０に投射する方法について説明する。
なお、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出された各色光についての作用は同一であるので、ＬＥＤ１１ｒから射出された赤色光についての作用を説明し、その他の緑色光、青色光についての作用は説明を省略する。

まず、ＬＥＤ１１ｒに電流が供給されると、図４に示すように、ＬＥＤ１１ｒから赤色光がテーパロッド１２に向けて射出される。
テーパロッド１２の入射端面１２ａから内部に入射した赤色光は、図７に示すように、テーパロッド１２内で全反射を繰り返すことにより、その照度分布が均一化され出射端面１２ｂに向けて伝搬する。また、赤色光が出射端面１２ｂに向けて伝搬しながら、テーパロッド１２内で全反射するたびにコリメート化（平行光化）される。その後、赤色光は、出射端面１２ｂからλ／４板１３に入射される。

λ／４板１３を透過し、反射型偏光素子１４に入射された赤色光は、図７に示すように、反射型偏光素子１４の入射端面より入射される。反射型偏光素子１４に入射した赤色光は、リブ（図示略）の延在方向に平行な方向に振動するｓ偏光が反射され、リブ（図示略）の延在方向に垂直な方向（リブが配列する方向）に振動するｐ偏光が透過する。

反射型偏光素子１４に反射された赤色光のｓ偏光は、テーパロッド１２内をＬＥＤ１１ｒに向けて伝搬し、ＬＥＤ１１ｒに入射する。ＬＥＤ１１ｒに入射した赤色光は、反射部１５により再びテーパロッド１２の入射端面１２ａに向けて反射される。
このように、反射型偏光素子１４を透過しないｓ偏光は、反射型偏光素子１４と反射部１５との間のテーパロッド１２内を行き来するが、２回λ／４板１３を透過することにより、位相がλ／２変化することになる。このため、反射型偏光素子１４で反射された直線偏光のうち一部の直線偏光を再度反射型偏光素子１４に入射させるまでに偏光軸が９０度回転して、ｐ偏光に変換することになる。このようにしてｐ偏光に変換された光は、反射型偏光素子１４を透過することになる。

上述のようにして、反射型偏光素子１４を透過した赤色光のｐ偏光は、透過型液晶ライトバルブ２０ｒに入射され、プロジェクタ１に入力された映像信号に基づいて変調され、ダイクロイックプリズム３０に向けて射出される。
ダイクロイックプリズム３０には、同様に、映像信号に基づいて変調された緑色光のｐ偏光及び青色光のｐ偏光も入射される。これらの色光が、青色光を反射する青色光反射ダイクロイック膜３１と赤色光を反射するＲ光反射ダイクロイック膜３２とによって合成されてカラー画像を表す光が形成され、投射レンズ４０に向けて射出される。投射レンズ４０は、カラー画像を表す光をスクリーン５０に向けて拡大投射して、カラー画像を表示する。

本実施形態に係るプロジェクタ１及び照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂによれば、テーパロッド１２の入射端面１２ａに凹部が形成されており、その凹部にＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの一部が収納されている。これにより、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂとテーパロッド１２とのアライメントを容易に且つ高精度に行うことができ、製造時間の短縮を図りながら光利用効率の高いプロジェクタ１及び照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを提供することができる。

また、本実施形態に係るプロジェクタ１及び照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂによれば、テーパロッド１２の出射端面１２ｂに反射型偏光素子１４が配されているため、反射型偏光素子１４において反射された光を効率良くＬＥＤ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに戻すことができる。これにより、反射型偏光素子１４と反射部１５との間の光路を偏光光が循環（リサイクル）する過程において、反射型偏光素子１４で特定の振動方向の偏光光を次々と取り出すことができる。この結果、高い光利用効率で特定の振動方向の偏光光を得ることができる。これにより、特定の振動方向の偏光光を効率良く供給でき、透過型液晶ライトバルブ２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを用いるプロジェクタ１に好適な照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを得られるという効果を奏する。さらに、照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを用いることにより、照明光の消光比を落とすことなく光利用効率を高めることができ、明るい画像のプロジェクタ１を得られるという効果を奏する。
また、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに近接する部分がテーパ状に形成されているため、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出された光をできるだけ平行化してからテーパロッド１２内を進行することができるため、テーパロッド１２内での反射回数が不必要に増加することによる反射ロスを少なくすることができ、光利用効率の高い照明光を得ることが可能となる。
また、λ／４板１３を用いることにより、テーパロッド１２内を循環する光の所望の直線偏光成分を、さらに効率良く取り出すことができるという効果を奏する。なお、本実施形態ではＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、各色２つずつ並列に配置されている例を示したが、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを各色１つずつ配置し、テーパロッド１２は各ＬＥＤに対応するように設けても良い。また、テーパロッド１２は、入射端面１２ａから順にテーパ部１２ｃと平行ロッド部１２ｄからなっている例を示したが、テーパロッド１２の少なくとも一部にテーパ部１２ｃを有していればよい。さらに、テーパロッド１２はテーパ部１２ｃのみからなっていても良い。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態について、図８を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第３実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタ６０において、第３実施形態と異なる点は、第４実施形態では、反射型偏光素子１４を透過した偏光光を集光させる集光光学系６１を備えている点である。

集光光学系６１としては、テレセントリック光学系を用いる。
図８は、本実施形態の集光光学系６１の構成を示す側面図である。集光光学系６１は、各色変調用の透過型液晶ライトバルブ２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの画素面に結像するものであって、開口絞り６２に対向して配置された前段レンズ群６３及び後段レンズ群６４からなる結像レンズである。前段レンズ群６３及び後段レンズ群６４は、複数の凸レンズ及び凹レンズを含んで構成され、両側テレセントリック性を有している。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔及び枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図８の例に限定されるものではない。
本実施形態に係るプロジェクタ６０によれば、集光光学系６１は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正が良く、各色変調用の透過型液晶ライトバルブ２０ｒ、２０ｇ、２０ｂに均一で安定した照明光を伝達することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態について、図９を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ７０において、第３実施形態と異なる点は、第５実施形態では、反射型偏光素子１４を透過した偏光光を集光させる集光光学系７１を備えている点である。

集光光学系７１としては、フライアイ光学系を用いる。
図９は、本実施形態の集光光学系７１の構成を示す側面図である。集光光学系７１は、反射型偏光素子１４の出射端面１４ｂに配された第１のフライアイレンズ７２と、この第１のフライアイレンズ７２に離間して配された第２のフライアイレンズ７３とを備えている。
照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された照明光は、第１のフライアイレンズ７２及び第２のフライアイレンズ７３を通過することにより照度分布が均一化されて、透過型液晶ライトバルブ２０ｒ、２０ｇ、２０ｂに結像する。

本実施形態に係るプロジェクタ７０によれば、フライアイ光学系により、照明装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された照明光は、極めて均一な波面分割と結像を低損失で行われることになる。すなわち、輝度ムラを抑えるとともに、消光比の高い照明光を得ることが可能となる。
また、上記第４，第５実施形態の集光光学系６１，７１を用いることにより、反射型偏光素子１４の出射端面１４ｂから射出された出射光が拡散にしないように、その出射方向を規制し集光するため、画面の各領域における画像コントラストが略同一となり、良好な画像表示品質を有するプロジェクタ６０，７０を提供することができる。

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、上記実施形態のマッチングオイルとしては、導光体１２０，２２０と同等の屈折率を有する液状体を適用することができる。具体的には、マッチングオイルとして、シリコーンジェルを採用することができる。屈折率が導光体１２０，２２０と同等のシリコーンジェルを用いることにより、照明装置の光取り出し効率を向上させることができる。シリコーンジェル以外にも、光学結合用のマッチングオイルである落花生油やプロモナフタレン（屈折率１．６６）、ヨウ化メチレン（屈折率１．７４）、グリセリン（屈折率１．４７）等の採用が考えられる。なお、光源（ＬＥＤ等）は発光にともなって発熱するため、引火点の低い液状体材料をマッチングオイルとして使用することは好ましくないが、グリセリンの引火点は１７６℃と比較的高く、使用可能性が高い。また、代替フロン、ノンフロン冷媒であるＨＣＦＣ、ＨＦＣ等をマッチングオイルとして採用できる可能性もある。

上述したマッチングオイルをなす液状体は、可視光に対して透明であり光吸収が少ないことから、照明装置の光取り出し効率を低下させることがない。また導光体１２０，２２０と同等の屈折率を有するため、導光体１２０，２２０の入射端面１２０ａ，２２０ａにおける全反射率を低下させて、照明装置の光取り出し効率を向上させることができる。さらに液状体は、気体に比べて熱伝導率が高く、固体では不可能な対流を生じるため、光源の放熱効率を向上させることができる。これにより、光源を高出力化することが可能になり、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。

また、上記実施形態のプロジェクタでは、λ／４板１３を用いなくても、反射型偏光素子１４と反射部１５との間の光路を偏光光が循環（リサイクル）する工程を繰り返すことにより、特定の振動方向の偏光光を取り出すことができる。

また、導光体１２０，２２０又はテーパロッド１２としては、内面を反射面とする中空構造としても良い。
また、各色のＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを２つ設けて説明したが、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは１つであっても良く、また、３つ以上であっても良い。ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂが並列またはマトリックス状に複数ある照明装置８０の場合、これら複数のＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに対応してテーパロッド８１が設けられている。そして、複数のテーパロッド８１の出射端面８１ｂには、図１０に示すように、導光ロッド（光学素子）８２が配され、複数のテーパロッド８１から射出された光の照度分布を均一化しつつ一括して反射型偏光素子１４に入射させるようになっている。

この構成の場合、複数のＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに対応して複数のテーパロッド８１を設けることにより、複数のＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出された光を効率良くテーパロッド８１に供給することができる。また、導光ロッド８２を設けることにより、複数のテーパロッド８１から射出された光の照度分布を均一化しつつ一括して反射型偏光素子１４に導くことができる。
また、テーパロッド１２の入射端面１２ａに、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの出射端面１６が直接接触するように配置させたが離間させても良く、この構成の場合、ＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの出射端面１６とテーパロッド１２の入射端面１２ａとの間に、テーパロッド１２と同等の屈折率を有するシリコン樹脂、マッチングオイル等を充填すれば良い。

また、上記実施形態のプロジェクタでは、投射光学系として投射レンズ４０を用いたが、それに限らず曲面ミラーを用いたミラー系であっても良い。

また、上記実施形態のプロジェクタでは、空間光変調装置として透過型液晶ライトバルブを用いたが、反射型液晶ライトバルブを用いても良い。さらには、空間光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いても良い。

本発明の第１実施形態に係る導光体の一例を示す斜視図である。 図１の導光体を備えた照明装置の一例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の一例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタを示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る照明装置を示す要部断面図である。 図４の導光素子を示す斜視図である。 図４の導光素子の作用を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの集光光学系の側面図である。 本発明の第５実施形態に係るプロジェクタの集光光学系の側面図である。 本発明の各実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す側面図である。

符号の説明

１，６０，７０…プロジェクタ、１０…基板、１１…光源、１１ａ…発光面、１１ｂ…側面、１２０，２２０…導光体、１２０ａ，２２０ａ…入射端面（光入射面）、１２０ｂ，２２０ｂ…出射端面（光出射面）、１２０ｃ…テーパ部（側面）、１２１ａ，２２１ａ…凹部、２２２…反射膜

Claims (11)

1. 光源と被照明領域との間に配置される導光体であって、
   前記導光体における前記光源との対向面に、該光源の少なくとも一部を収納する凹部が設けられていることを特徴とする導光体。
2. 前記凹部の断面形状は、テーパ形状であることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 前記導光体における前記光源との対向面に直交する方向に沿った側面は、該対向面から離れるに連れて徐々に幅広となるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導光体。
4. 光を出射する光源と、
   前記光源から射出された光の照度分布を均一化する導光体とを有してなる照明装置であって、
   前記導光体には、凹部が設けられており、
   前記凹部には、前記光源の少なくとも一部が収納されていることを特徴とする照明装置。
5. 前記凹部は、前記導光体の光入射面に配置されており、
   前記光源の光出射面と前記凹部の底面とが対向するように、前記光源及び導光体が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記凹部の断面形状は、テーパ形状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の照明装置。
7. 前記凹部には、マッチングオイルが充填されており、
   前記光源の少なくとも一部と前記凹部の底面又は内側面とは、前記マッチングオイルを介して接触していることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記凹部の底面の大きさ及び形状と前記光源の光出射面の大きさ及び形状とは、ほぼ同一であることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記光源は、前記導光体についての対向面のみならず側面からも光を出射するものであり、
   前記導光体は、前記光源の側面から出射された光の少なくとも一部を前記凹部の内側面から入射するものであることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記導光体の光入射面には、反射膜と開口部とが形成されており、
    前記開口部に前記凹部が配置されていることを特徴とする請求項４から９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 請求項４から１０のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
    前記空間光変調装置により変調された光を投射する投射光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
    

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