JP2016065909A - 光積分器および、それを用いた映像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光積分器は、光の入射面と、出射面と、入射面と出射面とをつなぐ側面を備え、その内部は、屈折率1の導光部材で満たされており、その導光部材は、光を散乱させる屈折率1とは異なる屈折率2の散乱粒子を含有し、入射面から入射した光は、入射面側から出射面方向へ導光部材の内部の散乱粒子で散乱されながら伝播すると共に、散乱された散乱光の一部は、側面の内面反射により光検出器の内部に閉じ込められながら伝播することで、出射面へと導光される。
【選択図】 図1
Description
約2回反射する程度の長さがあると、散乱粒子008の充填率を調整することで、混色性と均質性を満たす事ができる。
また、TIR側面は、表面粗さを小さくすることが望ましい。TIR側面の表面粗さを小さくすることで反射側面からの漏れ光を低減し、高光量出力を可能とする。
まず、媒質1の材質として、光を伝搬する観点から透明性の高い材料が選択される。本実施例ではアクリル系の光硬化樹脂を使用するが、透明度の高い材料であれば特に限定はなく、例えば、エポキシ系の熱硬化性の樹脂やアクリルやポリカーボネイト等の熱可塑性樹脂や、ガラス等を使用してもよい。
媒質2は、媒質1中に、媒質1と異なる屈折率の粒子を混合させることによって効率良く得ることができる。媒質2の材質として、本実施例では、架橋ポリスチレン微粒子を使用するが、透明度の高い材料であれば、その他の材質のプラスチック粒子やガラス粒子等、他の材料を使用してもよい。
媒質2の粒径は、0.5μm以上、5μm以下であることが望ましい。これは、前述のように、粒径が小さいと光が散乱しすぎて光の取り出し効率が低下してしまい、粒径が大きいと光が散乱しにくいためである。また、粒径は略均一である方が望ましいが、90%以上の粒子が上記粒径範囲内に含まれていれば効果は得られるため問題ない。
媒質1と媒質2を一体化する工法としては、例えば液状の媒質1を用意し、次いで媒質1と媒質2を混合させ、それを所定の形状に光硬化させて製作する方法があるが、熱プレス、射出成形、削りだし等、他の工法でも製作可能である。中でも液状の媒質1を用いると、媒質2を容易に混合させることができるため、より好ましく、媒質1に媒質2を混合させた状態も液状であると、所定の形状に加工しやすいためさらに好ましい。
本実施例の光積分器の表面粗さ(Ra;算術平均粗さ)は、側面の長さ方向では小さくすることが望ましい。これは光が側面にあたったときに側面の長さ方向で面が荒れていると、臨界角を超えて光が側面から抜けてしまうためである。長さ方向に垂直な方向では、光の伝搬に悪影響のない範囲で面が荒れていてもよい。また光入射面や光出射面については、光の拡散が高まる効果が見込めるため、光の出射に悪影響のない範囲で面が荒れていてもよい。以上の観点から側面の光軸方向の表面粗さは0μm超〜2.0μmであると良く、0μm超〜1.0μmであるとより良く、0μm超〜0.5μmであるとさらに良い。光入射面及び光出射面の表面粗さは、上記側面の表面粗さ以上であって、0.01μm〜10μmであると良く、0.5μm〜5μmであるとより良く、0.5μm〜3μmであるとさらに良い。尚、側面の光軸に対して垂直方向の表面粗さは0μm超であって、上限は上述した光入射面及び光出射面の表面粗さで列挙した値以下であると良い。
タ025を進行し、所定方向の直線偏光の光に選択される。
光源012は、赤、緑、青の波長帯の光を出射する赤チップ031、緑チップ032、青チップ033が1個の筐体内に搭載されたマルチチップ光源である。
映像投射装置011が動作中である限り、色座標の誤差が無い場合は、所定の時間を置いて(図中135)、再度光検出手段021で光量を検知する(図中132)調整フローを繰り返す。
光量の差が所定の設定値より小さい場合は、光源012か光検出器001のどちらかが劣化したものと想定し、初期の光量I0(R)、I0(G)、I0(B)をIT2とIT0の比率に応じて初期光量の設定を光量I0(R)、I0(G)、I0(B)に変更してデータテーブル120の設定値を更新する(図中142)。
映像投射装置011が動作中である限り、色座標の誤差が無い場合は、所定の時間を置いて(図中135)、再度光検出手段021で光量を検知する(図中132)調整フローを繰り返す。
反射面308は、光検出手段021に光が進行するように設けた反射面である。反射レンズ面305や反射面308などは、一般的に誘電体多層膜か、または、アルミニウムや銀合金等の金属コートで実現できる。
平均輝度:測定121点の正面輝度の平均値
Uniformity:測定121点の正面輝度の最小値/最大値
混色性:測定121点の色度の最大値−最小値
測定の結果、平均輝度34,400cd/m2、Uniformity90.7%、色度xの混色性0.020色度yの混色性0.024であり、十分な明るさを確保したうえで光の均一化を達成できた。
002、003 入出射面
004〜007 TIR側面
008 散乱粒子
011 映像投射装置
012 光源
014 映像生成装置
015 表示エリア
018 レンズユニット
019 出射窓
021 光検出手段
022 光進路
101 表示装置
Claims (12)
- 光を拡散させる光積分器であって、
該光積分器は、光を入射する入射面と、前記光を出射する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ側面を備え、
前記光積分器の内部は、屈折率N1の導光部材で満たされており、
該導光部材は、光を散乱させる前記屈折率N1とは異なる屈折率N2の散乱粒子を含有し、
前記入射面から入射した前記光は、前記入射面側から前記出射面方向へ前記導光部材の内部の前記散乱粒子で散乱されながら伝播し、
前記散乱された散乱光の一部は、前記側面で内面反射して前記出射面へと導光される光積分器。 - 前記入射面と前記出射面とが略平行に対向してなる請求項1に記載の光積分器。
- 前記入射面と前記出射面とが略同一形状である請求項1又は2に記載の光積分器。
- 前記側面が前記入射面と略垂直である請求項1〜3のいずれかに記載の光積分器。
- 前記側面における光軸方向の表面粗さ(Ra)が、0<Ra≦0.5μmを満たす請求項1〜4のいずれかに記載の光積分器。
- 前記側面における光軸方向の表面粗さ(Ra)が、前記散乱粒子の平均粒径の1/2以下である請求項1〜5のいずれかに記載の光積分器。
- 前記側面における光軸方向の表面粗さ(Ra)が、前記側面における光軸と垂直方向の表面粗さ(Ra)よりも小さい請求項1〜6のいずれかに記載の光積分器
- 前記入射面の表面粗さ(Ra)及び/又は出射面の表面粗さ(Ra)が、前記側面における光軸方向の表面粗さ(Ra)より大きい請求項1〜7のいずれかに記載の光積分器。
- 前記入射面と前記出射面間の前記側面の長さが、前記入射面及び前記出射面の最大径の3倍よりも長い請求項1〜8のいずれかに記載の光積分器。
- 前記入射面に、2つ以上の発光点を有する光源からの光が入射される請求項1〜9のいずれかに記載の光積分器。
- 前記入射面に、3つ以上の発光点を有する光源からの光が入射され、前記3つ以上の発光点のうち、任意の3つの発光点が、非同軸に配置される請求項10に記載の光積分器。
- 映像を外部に投射する映像投射装置であって、
少なくとも2個以上の発光点を有する光源と、
前記光源から出射した光が入射する請求項1から11のいずれかの光積分器と、
映像を生成する映像生成装置と、
前記光積分器から出射する光を映像生成装置に照明するレンズ手段と、
前記映像生成装置から出射した映像を外部に投射する投射手段と、
を少なくとも備えた、映像投射装置。
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