JP2006349987A - 導光素子、照明装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間光変調装置と合わせて用いられ、空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することが可能な導光素子等を提供すること。
【解決手段】画像信号に応じて光を変調する空間光変調装置１２０の変調部１２２に光を供給するための導光素子１１０であって、入射側端部からの光を出射側端部へ導く導光部である中空ロッドインテグレータ１０２と、変調部１２２の入射面に当接可能に形成され、空間光変調装置１２０と中空ロッドインテグレータ１０２とを接続させる接続部と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、導光素子、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導光素子の技術に関する。

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を用いる画像表示装置においてロッドインテグレータを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２０００−１１２０３１号公報

光源として固体発光素子、例えば発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ」という。）を用いる場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各ＬＥＤに対してロッドインテグレータを設ける構成とすることが考えられる。３つの液晶型空間光変調装置を備えるいわゆる３板式液晶プロジェクタの場合、ロッドインテグレータで略均一にされた光は、色光ごとに設けられた液晶型空間光変調装置で変調される。かかる構成の場合、ロッドインテグレータと液晶型空間光変調装置との間での光の損失をできる限り低減するために、ロッドインテグレータは、液晶型空間光変調装置に接続させて設けられる。通常、液晶型空間光変調装置は、変調部を支持するための外枠部が変調部の周囲に設けられている。従来の構成では、光の損失の低減するためには、ロッドインテグレータの出射面を外枠部に当接させている。しかし、ロッドインテグレータと外枠部とを当接させる構成の場合、ロッドインテグレータと変調部との間に隙間が生じることにより、光の損失を生じてしまう。このように、従来の技術では、ロッドインテグレータと空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、空間光変調装置と合わせて用いられ、空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することが可能な導光素子、照明装置、及び光の損失を低減でき、明るい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、画像信号に応じて光を変調する空間光変調装置の変調部に光を供給するための導光素子であって、入射側端部からの光を出射側端部へ導く導光部と、変調部の入射面に当接可能に形成され、空間光変調装置と導光部とを接続させる接続部と、を有することを特徴とする導光素子を提供することができる。

導光素子と空間光変調装置とを接続する場合に、導光部は、接続部によって、変調部の入射面に接続される。導光部は、少なくとも被照射面へ光を導くものであれば良く、光束の強度分布を略均一にするものであっても良い。接続部を変調部の入射面に当接させる構成とすることにより、導光素子と変調部との間の隙間を無くすことが可能となる。導光素子と変調部との間の隙間を無くすことにより、導光素子と空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することができる。変調部の入射面に当接可能な接続部を用いることにより、変調部の入射面に合わせて導光部を形成することも、導光部の出射側端部に合わせて変調部を形成することも不要となる。このため、導光部、変調部のいずれについても、導光素子と空間光変調装置との接続を考慮した設計変更をすること無く、導光素子と空間光変調装置とを接続することが可能である。これにより、空間光変調装置と合わせて用いられ、空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することが可能な導光素子を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、接続部は、導光部の出射側端部に形成されることが望ましい。導光部の出射側端部に接続部を形成することにより、簡易な構成で、導光素子を空間光変調装置に接続することが可能となる。

また、本発明の好ましい態様によれば、接続部は、導光部からの光のうち特定の振動方向の偏光光を分離する偏光分離部であることが望ましい。接続部として偏光分離部を用いることにより、導光素子と空間光変調装置とを接続し、かつ導光部で略均一にされた光のうち特定の振動方向の偏光光のみを変調部へ入射させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、偏光分離部は、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板を有することが望ましい。反射型偏光板に入射した光のうち特定の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過し、変調部へ入射する。反射型偏光板に入射した光のうち他の振動方向の偏光光は、反射型偏光板で反射した後、導光部に戻る。導光部に戻った光は、例えば、導光部の入射側端部に設けられた反射ミラーで反射することにより、再び反射型偏光板の方向へ進行させることができる。再び反射型偏光板の方向へ進行した光のうち、特定の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過する。再び反射型偏光板の方向へ進行した光のうち、他の振動方向の偏光光は、反射型偏光板で反射され、上記の循環を繰り返す。このようにして、特定の振動方向の偏光光を次々と出射させることができる。反射型偏光板を用いることにより、他の振動方向の偏光光を再利用し、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。

また、本発明の好ましい態様としては、変調部を支持する外枠部を有する空間光変調装置と組み合わせて用いられ、接続部は、外枠部に当接可能に形成された斜面部を備えることが望ましい。斜面部は、例えば、導光部や偏光分離部に面取り加工を施すことによって形成することができる。接続部は、斜面部を備える構成とすることにより、斜面部の先端部を変調部に当接させることができる。また、導光素子を空間光変調装置に接続する場合、斜面部を外枠部に押し当てることで、導光部及び変調部のサイズに関わらず正確な位置へ導光素子を導くことが可能である。このため、導光素子と空間光変調装置との精緻な位置合わせを行うことなく導光素子を空間光変調装置に接合させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、変調部を支持する外枠部を有する空間光変調装置と組み合わせて用いられ、接続部は、外枠部にはめ込み可能に形成された段差部を備えることが望ましい。段差部は、例えば、導光部や偏光分離部に切削加工を施すことによって形成することができる。接続部は、段差部を備える構成とすることにより、接続部の一部を変調部に当接させることができる。また、導光素子を空間光変調装置に接続する場合、段差部を外枠部にはめ込むことで導光素子を空間光変調装置に接合させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、変調部を支持する外枠部を有する空間光変調装置と組み合わせて用いられ、偏光分離部は、外枠部に導光部を当接させることによって導光部と変調部との間に形成される空間と略同一の形状を有することが望ましい。偏光分離部として用いる偏光板や反射型偏光板は、空間光変調装置や、導光部であるロッドインテグレータと比較して、形状を自由に設定することができる。導光部と変調部との間に形成される空間と略同一の形状の偏光分離部を用いることにより、偏光分離部を変調部に当接させることができる。また、簡易な構成により、導光素子と変調部との間の隙間を無くすことが可能である。

また、本発明の好ましい態様としては、接続部は、透明部材を備える構造体を有し、構造体は、構造体の出射側端面が、変調部の入射面と略同一の形状で形成されることが望ましい。導光部からの光は、構造体を透過した後、変調部へ入射する。構造体の出射側端面を変調部の入射面と略同一の形状で形成することにより、構造体を外枠部にはめ込むことができる。構造体を外枠部にはめ込むことで、構造体を変調部に当接させることができる。また、導光素子と変調部との間の隙間を無くすことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、構造体は、ロッドインテグレータであることが望ましい。構造体としてロッドインテグレータを用いることにより、構造体であるロッドインテグレータにおいて光を均一化することが可能である。これにより、光を均一化することが可能となる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、上記の導光素子と、を有することを特徴とする照明装置を提供することができる。上記の導光素子を用いることにより、空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することができる。これにより、空間光変調装置と合わせて用いられ、空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減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、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、照明装置と空間光変調装置との接続部分における光の損失を低減することが可能である。これにより、光の損失を低減でき、明るい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の概略構成を示す。図１では、照明装置１００が、照明対象である空間光変調装置１２０と接続されている状態を示している。照明装置１００は、固体発光素子であるＬＥＤ１０１、及び導光素子１１０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。導光素子１１０は、中空ロッドインテグレータ１０２を備えている。中空ロッドインテグレータ１０２は、入射側端部からの光を出射側端部へ導く導光部である。また、中空ロッドインテグレータ１０２は、中空構造をなし、ＬＥＤ１０１からの光束の強度分布を略均一にする。ＬＥＤ１０１は、中空ロッドインテグレータ１０２の入射側端部に設けられている。図１では、照明装置１００の説明のために、中空ロッドインテグレータ１０２から離れた位置にＬＥＤ１０１を図示している。

中空ロッドインテグレータ１０２は、四角柱形状をなす４つの壁面により構成される。中空ロッドインテグレータ１０２の壁面は、例えば、硝子部材によって構成することができる。ＬＥＤ１０１からの光は、中空ロッドインテグレータ１０２の中空内部において、壁面で反射しながら空間光変調装置１２０の方向へ伝播する。中空ロッドインテグレータ１０２は、中空内部側の面に、反射面を設ける構成としても良い。反射面としては、例えば、基板にコーティングされた金属膜や誘電体多層膜を用いることができる。

中空ロッドインテグレータ１０２で強度分布が略均一にされた光は、空間光変調装置１２０に入射する。空間光変調装置１２０は、変調部１２２と、外枠部１２１とを有し、画像信号に応じた光を変調部１２２により変調する液晶型空間光変調装置である。変調部１２２は、液晶パネルを備える。外枠部１２１は、変調部１２２の周囲に設けられ、変調部１２２を支持している。導光素子１１０は、均一化された光を変調部１２２に供給する。

図２は、図１に示す構成のＹＺ断面を示す。中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部には、斜面部２１１が形成されている。斜面部２１１は、外枠部１２１に当接可能に形成されている。導光素子１１０は、斜面部２１１を外枠部１２１に当接させることで、空間光変調装置１２０に接合されている。外枠部１２１は、変調部１２２の外縁部を挟み込むことで変調部１２２を固定することから、変調部１２２とは段差をなすように設けられている。中空ロッドインテグレータ１０２の側から空間光変調装置１２０を見ると、外枠部１２１は、変調部１２２より手前に設けられている。このため、斜面部２１１を外枠部１２１に当接させることで、中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部のうち内壁面２１２側の部分は、変調部１２２の入射面に当接している。

中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部のうち変調部１２２の入射面に当接する部分には、不図示の平坦面が設けられることが望ましい。平坦面は、例えば０．２ｍｍの幅で設けられている。平坦面を設けることで、中空ロッドインテグレータ１０２を当接することによる変調部１２２への負荷を低減することができる。また、平坦面を設けることにより、中空ロッドインテグレータ１０２の出射側外縁を鋭利に尖らせる必要が無いことから、加工性を向上させることもできる。変調部１２２の入射面のうち中空ロッドインテグレータ１０２が当接する部分は、変調部１２２のうちの非表示領域であることが望ましい。これにより、中空ロッドインテグレータ１０２からの光を変調部１２２の表示領域の全体へ入射させることができる。

図３は、導光素子１１０のうち、中空ロッドインテグレータ１０２の出射側部分の斜視構成を示す。斜面部２１１は、四角柱形状の角を面取りしてできる平坦面と同様の形状を有する。また、斜面部２１１は、中空ロッドインテグレータ１０２の４つの壁面について形成されている。接続部３１０は、導光部である中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部のうち、４つの斜面部２１１が形成されている部分である。

接続部３１０は、外枠部１２１（図２参照）に当接可能に形成された４つの斜面部２１１を備えている。また、接続部３１０は、変調部１２２の入射面に当接可能に形成され、空間光変調装置１２０と導光部である中空ロッドインテグレータ１０２とを接続させる。中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部に接続部３１０を形成することにより、簡易な構成で、導光素子１１０を空間光変調装置１２０に接続することが可能となる。なお、接続部３１０は、４つの斜面部２１１を備える構成に限られない。例えば、中空ロッドインテグレータ１０２の４つの壁面のうち、互いに対向する２つの面について形成された２つの斜面部２１１を備えることとしても良い。

図４は、斜面部２１１を設けない従来の導光素子４１０を用いる照明装置４００と、空間光変調装置１２０とを接続する場合の不具合について説明するものである。出射側端部に斜面部２１１が設けられないことから、中空ロッドインテグレータ４０２は、空間光変調装置１２０のうち外枠部１２１のみに当接することとなる。この場合、変調部１２２に中空ロッドインテグレータ４０２が接合されず、中空ロッドインテグレータ４０２と変調部１２２との間の位置Ｐに隙間が生じる。このように、中空ロッドインテグレータ４０２と変調部１２２との間に隙間が生じることにより、光の損失を生じてしまう。

中空ロッドインテグレータ４０２と変調部１２２との間の隙間を無くすためには、中空ロッドインテグレータ４０２の出射側端部と略同一の形状の変調部１２２を用いることや、中空ロッドインテグレータ４０２が変調部１２２に当接するように外枠部１２１を変形することも考えられる。これに対して、空間光変調装置１２０は、さまざまなプロジェクタに適用させる汎用性を考慮した構成とする必要から、中空ロッドインテグレータ４０２の形状に合うように変調部１２２の形状を変更することは困難である。また、外枠部１２１は、変調部１２２の外縁部を挟み込むことで変調部１２２を固定するため、中空ロッドインテグレータ４０２が変調部１２２に当接するように外枠部１２１を変形することも難しい。

さらに、中空ロッドインテグレータ４０２の出射側端部を変調部１２２と略同一の形状とすることも考えられる。中空ロッドインテグレータ４０２は、光を伝播させる中空部分については、変調部１２２の入射面のうち画像を形成するための表示領域に合わせて形成する必要がある。また、中空ロッドインテグレータ４０２は、十分な強度を確保可能な厚みが決定されている。このため、中空ロッドインテグレータ４０２は、変調部１２２と略同一の形状の出射側端部を備えるように形成することが非常に困難である。

本実施例の照明装置１００は、接続部３１０を変調部１２２の入射面に当接させる構成とすることにより、導光素子１１０と変調部１２２との間の隙間を無くすことが可能となる。導光素子１１０と変調部１２２との間の隙間を無くすことにより、導光素子１１０と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができる。変調部１２２の入射面に当接可能な接続部３１０を用いることにより、変調部１２２の入射面に合わせて中空ロッドインテグレータ１０２を形成することも、中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部に合わせて変調部１２２を形成することも不要となる。

このため、中空ロッドインテグレータ１０２、変調部１２２のいずれについても、導光素子１１０と空間光変調装置１２０との接続を考慮した設計変更をすること無く、導光素子１１０と空間光変調装置１２０とを接続することが可能である。これにより、照明装置１００と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができるという効果を奏する。本発明の照明装置１００は、画像を表示する画像表示装置に用いる場合に有用である。

斜面部２１１は、中空ロッドインテグレータ１０２に面取り加工を施すことによって容易に形成することができる。また、導光素子１１０を空間光変調装置１２０に接続する場合、斜面部２１１を外枠部１２１に押し当てることで、中空ロッドインテグレータ１０２及び変調部１２２のサイズに関わらず正確な位置へ導光素子１１０を導くことが可能である。このため、導光素子１１０と空間光変調装置１２０との精緻な位置合わせを行うことなく導光素子１１０を空間光変調装置１２０に接合させることができる。

なお、導光部としては、中空構造の中空ロッドインテグレータ１０２を用いる構成に限られず、透明部材を備える中実構造のロッドインテグレータを用いることとしても良い。また、照明装置１００は、中空ロッドインテグレータ１０２の入射側端部に１つのＬＥＤを設ける構成に限られず、複数のＬＥＤを設ける構成としても良い。この場合、中空ロッドインテグレータ１０２の入射側端部に複数のＬＥＤを設けるほか、ロッドインテグレータ等を用いて、複数のＬＥＤからの光を中空ロッドインテグレータ１０２へ入射させる構成としても良い。複数のＬＥＤを用いることにより、さらに明るい照明光を得ることができる。さらに、ＬＥＤ１０１と中空ロッドインテグレータ１０２との間に、光束の強度分布を略均一にするための他の構成、例えばフライアイレンズを設けても良い。

図５は、本発明の実施例２に係る照明装置５００の構成を説明するものである。図５は、照明装置５００が、照明対象である空間光変調装置１２０と接続している状態を断面構成にて示している。本実施例の照明装置５００に設けられた導光素子５１０は、段差部５１１が設けられた中空ロッドインテグレータ５０２を備える。中空ロッドインテグレータ５０２は、入射側端部からの光を出射側端部へ導く導光部である。また、中空ロッドインテグレータ５０２は、中空構造をなし、ＬＥＤ１０１からの光束の強度分布を略均一にする。

段差部５１１は、中空ロッドインテグレータ１０２の出射側端部に形成されている。段差部５１１は、外枠部１２１にはめ込み可能に形成されている。導光素子１１０は、段差部５１１を外枠部１２１にはめ込むことで、空間光変調装置１２０に接合されている。段差部５１１は、外枠部１２１と変調部１２２とがなす段差に沿った形状をなしている。段差部５１１を外枠部１２１にはめ込むことで、中空ロッドインテグレータ５０２の出射側端部のうち内壁面２１２側の部分は、変調部１２２の入射面に当接している。

図６は、導光素子５１０のうち、中空ロッドインテグレータ５０２の出射側部分の斜視構成を示す。段差部５１１は、四角柱形状の隅をＸＹ面に沿って切削しさらにＸＺ面に沿って切削することにより形成される段差と、同様の形状を有する。また、段差部５１１は、中空ロッドインテグレータ５０２の４つの壁面について形成されている。接続部６１０は、導光部である中空ロッドインテグレータ５０２の出射側端部のうち、４つの段差部５１１が形成されている部分である。

接続部６１０は、外枠部１２１（図５参照）に当接可能に形成された４つの段差部５１１を備えている。また、接続部６１０は、変調部１２２の入射面に当接可能に形成され、空間光変調装置１２０と導光部である中空ロッドインテグレータ５０２とを接続させる。本実施例においても、接続部６１０は、４つの段差部５１１を備える構成に限らず、例えば、互いに対向する２つの段差部５１１を備える構成としても良い。

図７は、段差部５１１の形状について説明するものである。中空ロッドインテグレータ５０２の出射側端部であって、段差部５１１が形成される部分のＹ方向の長さをｗ１、変調部１２２のＹ方向の長さをｗ２とすると、ｗ１＜ｗ２の関係が成り立つ。また、段差部５１１が形成される部分のＸ方向の長さと変調部１２２のＸ方向の長さについても、同様の関係が成り立つ。

また、段差部５１１が形成されている部分のＺ方向の長さをｄ１、外枠部１２１と変調部１２２の入射面との間のＺ方向の長さをｄ２とすると、ｄ１≧ｄ２の関係が成り立つ。このような関係を備える段差部５１１を形成することにより、段差部５１１を外枠部１２１にはめ込み可能な形状とすることができる。段差部５１１は、例えば、中空ロッドインテグレータ５０２に切削加工を施すことによって形成することができる。

導光素子５１０を空間光変調装置１２０に接続する場合、段差部５１１を外枠部１２１にはめ込むことで導光素子５１０を空間光変調装置１２０に接合させることができる。これにより、上記の実施例１と同様に、照明装置５００と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができる。なお、図７に示す構成において、ｄ１＝ｄ２とした場合、段差部５１１を変調部１２２のみならず外枠部１２１にも当接させることが可能となる。この場合、導光素子５１０を空間光変調装置１２０に固定することがさらに容易となる。

図８は、本発明の実施例３に係る照明装置８００の構成を説明するものである。図８は、照明装置８００が、照明対象である空間光変調装置１２０と接続している状態を断面構成にて示している。本実施例の照明装置８００に設けられた導光素子８１０は、接続部として設けられた偏光板８３１を有することを特徴とする。導光素子８１０は、導光部である中空ロッドインテグレータ４０２と、中空ロッドインテグレータ４０２の出射側に設けられた偏光板８３１とを備える。

偏光板８３１は、中空ロッドインテグレータ４０２からの光のうち特定の振動方向の偏光光を分離する偏光分離部である。ＬＥＤ１０１は、ｐ偏光光及びｓ偏光光を含む光を供給する。偏光板８３１は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ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、例えばｓ偏光光を吸収することで、ｐ偏光光を分離する。中空ロッドインテグレータ４０２は、図４を用いて説明するように、従来から用いられる構成のものである。

また、偏光板８３１は、空間光変調装置１２０と導光部である中空ロッドインテグレータ４０２とを接続させる接続部である。偏光板８３１には、上記実施例１の中空ロッドインテグレータ１０２（図２参照）と同様に、斜面部８１１が設けられている。接続部として偏光板８３１を用いることにより、中空ロッドインテグレータ４０２で略均一にされた光のうち特定の振動方向の偏光光のみを変調部１２２へ入射させることができる。液晶型の空間光変調装置１２０は、入射光の偏光状態を変換することで変調を行う。光源からの光を空間光変調装置１２０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。従って、本実施例の照明装置８００は、液晶型の空間光変調装置１２０を用いる画像表示装置に有用である。例えば、ＬＥＤ１０１からの光を特定の振動方向の偏光光に変換した後中空ロッドインテグレータ４０２に入射させる場合、中空ロッドインテグレータ４０２において光の偏光状態が変化してしまう場合がある。中空ロッドインテグレータ４０２の出射側に偏光板８３１を設けることで、特定の振動方向の偏光光を空間光変調装置１２０へ入射させることができる。

図９は、斜面部８１１を設けない偏光板９３１を導光素子９１０に用いた照明装置９００と、空間光変調装置１２０とを接続する場合の不具合について説明するものである。導光素子９１０は、中空ロッドインテグレータ４０２の出射側端部と略同一の大きさで形成された平板状の偏光板９３１を有する。この場合も、変調部１２２に中空ロッドインテグレータ４０２が接合されず、図４に示す照明装置４００と同様に隙間９０９を生じてしまう。

図８に戻って、本実施例の照明装置８００は、偏光板８３１を変調部１２２の入射面に当接させることが可能であるから、導光素子９１０と変調部１２２との間の隙間を無くすことが可能である。これにより、上記実施例１と同様に、照明装置８００と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができる。なお、偏光板８３１は、ｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を吸収する構成に限らず、ｓ偏光光を透過し、ｐ偏光光を吸収するものとしても良い。いずれの透過特性の偏光板８３１を選択するかは、空間光変調装置１２０の特性に応じて適宜決定することができる。

図１０は、本実施例の変形例１に係る照明装置１０００の構成を説明するものである。本変形例の照明装置１０００に設けられた導光素子１０１０は、段差部１０１１が設けられた偏光板１０３１を有することを特徴とする。本変形例においても、上記実施例２と同様に、照明装置１０００と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができる。

図１１は、本実施例の変形例２に係る照明装置１１００の構成を説明するものである。本変形例の照明装置１１００は、図４に示した従来の照明装置４００に加えて、偏光板１１３１が設けられることを特徴とする。偏光分離部である偏光板１１３１は、導光部である中空ロッドインテグレータ４０２を外枠部１２１に当接させることによって中空ロッドインテグレータ４０２と変調部１２２との間に形成される空間と、略同一の形状を有する。

偏光板１１３１は、空間光変調装置１２０や、中空ロッドインテグレータ４０２と比較して、形状を自由に設定することができる。中空ロッドインテグレータ４０２と変調部１２２との間に形成される空間と略同一の形状の偏光板１１３１を用いることにより、偏光板１１３１を変調部１２２に当接させることができる。また、他の変形例と比較して簡易な構成を用いて、導光素子１１１０と変調部１２２との間の隙間を無くすことができる。

図１２は、本実施例の変形例３に係る照明装置１２００の構成を説明するものである。本変形例の照明装置１２００に設けられる導光素子１２１０は、反射型偏光板１２３１を有することを特徴とする。反射型偏光板１２３１は、中空ロッドインテグレータ４０２からの光のうち特定の振動方向の偏光光を分離する偏光分離部である。反射型偏光板１２３１は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ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、例えばｓ偏光光を反射することで、ｐ偏光光を分離する。

反射型偏光板１２３１としては、ワイヤグリッド型偏光板を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光板は、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構成を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光板は、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。ワイヤグリッド型偏光板を、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。

中空ロッドインテグレータ４０２の入射側端部には、開口反射ミラー１２３２が形成されている。ＬＥＤ１０１からの光は、集光レンズ１２３によって開口反射ミラー１２３２の開口部に集光される。開口反射ミラー１２３２は、ＬＥＤ１０１からの光を開口部から中空ロッドインテグレータ４０２の中空内部へ進行させる。また、開口反射ミラー１２３２は、反射型偏光板１２３１から開口反射ミラー１２３２の方向へ進行する光を、反射型偏光板１２３１の方向へ反射する。開口反射ミラー１２３２の、ＬＥＤ１０１とは反対側には、λ／４位相板１２３３が設けられている。

反射型偏光板１２３１に入射した光のうちｐ偏光光は、反射型偏光板１２３１を透過した後、変調部１２２に入射する。反射型偏光板１２３１に入射した光のうちｓ偏光光は、反射型偏光板１２３１で反射した後、開口反射ミラー１２３２の方向へ進行する。開口反射ミラー１２３２の方向へ進行したｓ偏光光は、λ／４位相板１２３３を通過することで円偏光に変換される。円偏光に変換された光は、開口反射ミラー１２３２で反射した後再びλ／４位相板１２３３を透過することにより、ｐ偏光光に変換される。このように、λ／４位相板１２３２に２回光を通過させることによって、光の振動方向を９０度回転させることができる。

反射型偏光板１２３１に入射したｐ偏光光は、反射型偏光板１２３１を透過し、変調部１２２に入射する。反射型偏光板１２３１へ入射した光のうちｓ偏光光は、反射型偏光板１２３１で反射され、上記の循環を繰り返す。このようにして、特定の振動方向の偏光光を次々と変調部１２２へ入射させることができる。反射型偏光板１２３１を用いることにより、他の振動方向の偏光光を再利用し、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。なお、λ／４位相板１２３３は開口反射ミラー１２３２と反射型偏光板１２３１との間に設けられていれば良く、開口反射ミラー１２３２と重ね合わせて設ける場合に限られない。

反射型偏光板１２３１には、上記実施例１の中空ロッドインテグレータ１０２（図２参照）と同様に、斜面部１２１１が設けられている。本変形例においても、上記実施例１と同様に、照明装置１２００と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができる。

図１３は、本発明の実施例４に係る照明装置１３００の構成を説明するものである。図１３は、照明装置１３００が、照明対象である空間光変調装置１２０と接続している状態を断面構成にて示している。本実施例の照明装置１３００に設けられた導光素子１３１０は、接続部として設けられたロッドインテグレータ１３４１を有することを特徴とする。導光素子１３１０は、導光部である中空ロッドインテグレータ４０２と、中空ロッドインテグレータ４０２の出射側に設けられたロッドインテグレータ１３４１とを備える。中空ロッドインテグレータ４０２からの光は、ロッドインテグレータ１３４１を透過した後、変調部１２２へ入射する。

ロッドインテグレータ１３４１は、透明部材を備える構造体である。ロッドインテグレータ１３４１は、直方体形状の透明な硝子部材からなる。ロッドインテグレータ１３４１に入射した光は、硝子部材と空気との界面において全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ１３４１の内部を進行する。これにより導光素子１３１０は、中空ロッドインテグレータ４０２及びロッドインテグレータ１３４１を用いて、光の強度分布を略均一にする。また、ロッドインテグレータ１３４１は、空間光変調装置１２０と導光部である中空ロッドインテグレータ４０２とを接続させる接続部として機能する。なお、ロッドインテグレータ１３４１は、空間光変調装置１２０と導光部である中空ロッドインテグレータ４０２とを接続させる目的のみのために設けることとしても良く、光を均一化させるための長さを有しない構成としても良い。

図１４は、ロッドインテグレータ１３４１の構成を説明するものである。構造体であるロッドインテグレータ１３４１は、出射側端面Ｓ１が、変調部１２２の入射面Ｓ２と略同一の矩形形状で形成されている。ロッドインテグレータ１３４１の出射側端面Ｓ１と変調部１２２の入射面Ｓ２とを略同一の形状とすることにより、ロッドインテグレータ１３４１を外枠部１２１にはめ込むことができる。ロッドインテグレータ１３４１を外枠部１２１にはめ込むことで、ロッドインテグレータ１３４１を変調部１２２に当接させることができる。また、導光素子１３１０と変調部１２２との間の隙間を無くすことができる。これにより、照明装置１３００と空間光変調装置１２０との接続部分における光の損失を低減することができる。

図１５は、本発明の実施例５に係る画像表示装置であるプロジェクタ１５００の概略構成を示す。プロジェクタ１５００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１５００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１５００は、Ｒ光を供給するＲ光用照明装置１００Ｒと、Ｇ光を供給するＧ光用照明装置１００Ｇと、Ｂ光を供給する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、照明対象である空間光変調装置１２０Ｒに供給する。空間光変調装置１２０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する液晶型空間光変調装置である。空間光変調装置１２０Ｒに入射した光のうちｐ偏光光は、変調によりｓ偏光光に変換される。空間光変調装置１２０Ｒ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１５０７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、照明対象である空間光変調装置１２０Ｇに供給する。空間光変調装置１２０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する液晶型空間光変調装置である。空間光変調装置１２０Ｇ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。空間光変調装置１２０Ｇ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１５０７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、照明対象である空間光変調装置１２０Ｂに供給する。空間光変調装置１２０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する液晶型空間光変調装置である。空間光変調装置１２０Ｂ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。空間光変調装置１２０Ｂ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１５０７に入射する。

クロスダイクロイックプリズム１５０７は、２つのダイクロイック膜１５０７ａ、１５０７ｂを有する。ダイクロイック膜１５０７ａ、１５０７ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜１５０７ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１５０７ｂ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１５０７は、空間光変調装置１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ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１５１０は、クロスダイクロイックプリズム１５０７で合成された光をスクリーン１５２０に投写する。

ダイクロイック膜１５０７ａ、１５０７ｂ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１５０７ａ、１５０７ｂ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１５０７に入射することが望ましい。また、ダイクロイック膜１５０７ａ、１５０７ｂ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１５０７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１５０７に入射させるために、例えば、空間光変調装置１２０Ｇとクロスダイクロイックプリズム１５０７との間にλ／２位相板を設けることとしても良い。

上記実施例１の照明装置１００と同様の構成を有する各色光用照明装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを用いることにより、光の損失を低減でき、明るい画像を表示することができる。なお、各実施例の照明装置は、ＬＥＤに代えて、例えばＥＬ素子や半導体レーザ等の他の固体発光素子や、固体発光素子以外の発光体、例えば、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１５００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、本発明に係る導光素子は、画像表示装置であるプロジェクタに用いることで明るい画像を表示する場合に適している。

本発明の実施例１に係る照明装置の概略構成を示す図。 図１に示す構成のＹＸ断面を示す図。 中空ロッドインテグレータの出射側部分の斜視構成を示す図。 従来の構成を説明する図。 本発明の実施例２に係る照明装置の構成を説明する図。 中空ロッドインテグレータの出射側部分の斜視構成を示す図。 段差部の形状について説明する図。 本発明の実施例３に係る照明装置の構成を説明する図。 従来の構成を説明する図。 実施例２の変形例１に係る照明装置の構成を説明する図。 実施例２の変形例２に係る照明装置の構成を説明する図。 実施例２の変形例３に係る照明装置の構成を説明する図。 実施例２の変形例４に係る照明装置の構成を説明する図。 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５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、１０２ 中空ロッドインテグレータ、１１０ 導光素子、１２０ 空間光変調装置、１２１ 外枠部、１２１ 変調部、２１１ 斜面部、２１２ 内壁面、３１０ 接続部、４００ 照明装置、４０２ 中空ロッドインテグレータ、４１０ 導光素子、５００ 照明装置、５０２ 中空ロッドインテグレータ、５１０ 導光素子、５１１ 段差部、６１０ 接続部、８００ 照明装置、８１０ 導光素子、８１１ 斜面部、８３１ 偏光板、９００ 照明装置、９０９ 隙間、９１０ 導光素子、９３１ 偏光板、１０００ 照明装置、１０１０ 導光素子、１０１１ 段差部、１０３１ 偏光板、１１００ 照明装置、１１１０ 導光素子、１１３１ 偏光板、１２００ 照明装置、１２１０ 導光素子、１２１１ 斜面部、１２３ 集光レンズ、１２３１ 反射型偏光板、１２３２ 開口反射ミラー、１２３３ λ／４位相板、１３００ 照明装置、１３１０ 導光素子、１３４１ ロッドインテグレータ、Ｓ１ 出射側端面、Ｓ２ 入射面、１５００ 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、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ 空間光変調装置、１５０７ クロスダイクロイックプリズム、１５０７ａ、１５０７ｂ ダイクロイック膜、１５１０ 投写光学系、１５２０ スクリーン

Claims (11)

1. 画像信号に応じて光を変調する空間光変調装置の変調部に光を供給するための導光素子であって、
   入射側端部からの光を出射側端部へ導く導光部と、
   前記変調部の入射面に当接可能に形成され、前記空間光変調装置と前記導光部とを接続させる接続部と、を有することを特徴とする導光素子。
2. 前記接続部は、前記導光部の前記出射側端部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の導光素子。
3. 前記接続部は、前記導光部からの光のうち特定の振動方向の偏光光を分離する偏光分離部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導光素子。
4. 前記偏光分離部は、前記特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記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板を有することを特徴とする請求項３に記載の導光素子。
5. 前記変調部を支持する外枠部を有する前記空間光変調装置と組み合わせて用いられ、
   前記接続部は、前記外枠部に当接可能に形成された斜面部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の導光素子。
6. 前記変調部を支持する外枠部を有する前記空間光変調装置と組み合わせて用いられ、
   前記接続部は、前記外枠部にはめ込み可能に形成された段差部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の導光素子。
7. 前記変調部を支持する外枠部を有する前記空間光変調装置と組み合わせて用いられ、
   前記偏光分離部は、前記外枠部に前記導光部を当接させることによって前記導光部と前記変調部との間に形成される空間と略同一の形状を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の導光素子。
8. 前記接続部は、透明部材を備える構造体を有し、
   前記構造体は、前記構造体の出射側端面が、前記変調部の入射面と略同一の形状で形成されることを特徴とする請求項１に記載の導光素子。
9. 前記構造体は、ロッドインテグレータであることを特徴とする請求項８に記載の導光素子。
10. 光を供給する光源部と、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の導光素子と、を有することを特徴とする照明装置。
11. 請求項１０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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