JP2018205591A - 光線分割素子、光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体光源の個体差による輝度のバラつきの影響を十分に低減することができる光線分割素子を提供する。【解決手段】入射光線を複数の光線に等分割する光線分割素子であって、全反射面１０と、全反射面１０に対向して設けられ、全反射面１０とともに導光路を形成する射出面２０と、を備え、入射光線がその進行につれて全反射面１０で全反射され、射出面２０で一部が反射されて導光路を一方向に伝搬し、複数の光線が射出面２０から射出される導光部材１を有する。射出面２０の全反射面１０側から入射する光の透過率が一方向の位置により異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、光線分割素子、光源装置および投写型表示装置に関する。

近年、信頼性や安定性などの理由から、投写型表示装置の光源として、レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源が用いられるようになってきた。
固体光源を用いた光源装置の一例が、特許文献１に記載されている。この光源装置は、第１固体光源群、第２固体光源群、第１反射部、第２反射部及び集光光学系を有する。
第１固体光源群は、互いに平行に配置された２個の第１固体光源アレイからなる。第２固体光源群は、互いに平行に配置された３個の第２固体光源アレイからなる。第１固体光源アレイ及び第２固体光源アレイはいずれも、一次元に配列された５個の固体光源からなる。

第１固体光源群の光軸方向は、第２固体光源群の光軸方向と直交する。第１反射部は、第１固体光源群から射出された光線を、第２固体光源群から射出された光線の進行方向に合わせるように反射する。第１反射部からの反射光線及び第２固体光源群の射出光線は、第２反射部に入射する。
第２反射部には、第１固体光源アレイの光線と第２固体光源アレイの光線とが同一面内で交互に配置された状態の光線群が入射する。第２反射部は、同一の固体光源アレイからの光線の間隔が狭くなるように、各固体光源アレイからの光線を反射する。
第２反射部からの反射光線は、集光光学系に入射する。集光光学系は、非球面の平凸レンズからなり、第２反射部からの反射光線を所定の位置に集光する。この集光光学系の射出光線が、光源装置の出力光である。

固体光源を用いた光源装置の別の例が、特許文献２に記載されている。この光源装置は、複数の固体光源を備えた光源部と、光源部の射出光を反射して所定の位置に集光する非球面反射面と、非球面反射面からの反射光を所定の位置に向けて反射する平面反射部と、を有する。この平面反射部からの反射光が、光源装置の出力光である。

次に、特許文献１や特許文献２に記載の光源装置を備えた投写型表示装置の構成を簡単に説明する。
投写型表示装置は、光源装置、照明光学系、光変調装置及び投写光学系を有する。光源装置は、白色光を射出するように構成される。この光源装置からの白色光は、照明光学系を介して光変調装置に供給される。
照明光学系では、光源装置からの白色光は、赤色光、青色光及び緑色光に分離される。光変調装置では、赤色用光変調装置が赤色光を変調して赤色画像を形成し、青色用光変調装置が青色光を変調して青色画像を形成し、緑色用光変調装置が緑色光を変調して緑色画像を形成する。投写光学系は、これら赤色画像、青色画像及び緑色画像を互い重ねたカラー映像を拡大投写する。

特開２０１２−１１８３０２号公報 特開２０１４−８５６２３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の光源装置には、以下のような問題がある。
一般に、固体光源の輝度には個体差がある。特許文献１や特許文献２に記載の光源装置では、個体差による固体光源の輝度のバラつきのため、輝度分布が均一な照明光を得ることが困難であり、その結果、投写映像の輝度ムラや色ムラを生じる場合がある。
なお、拡散板とインテグレータ素子（ロッドインテグレータやフライアイレンズなど）を用いて照明光の輝度分布の均一化を図る方法が知られているが、この方法をそのまま使用するだけでは、個体差による固体光源の輝度のバラつきの影響を十分に低減することは困難である。その理由としては、入射する光線の数が十分でないことが挙げられる。拡散板に入射する光線の数が多ければ多いほど、輝度分布の均一化に必要な十分な拡散光が得られると考えられる。しかしながら、固体光源の出射光線をそのまま拡散板に入射させる構成では、固体光源の数が少なく、入射する光線の数が少ない場合に、十分な拡散光とすることができない場合がある。

本発明の目的は、上記問題を解決し、個体差による固体光源の輝度のバラつきの影響を十分に低減することができる、光線分割素子、光源装置及び投写型表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
入射光線を複数の光線に等分割する光線分割素子であって、
全反射面と、該全反射面に対向して設けられ、前記全反射面とともに導光路を形成する射出面と、を備え、前記入射光線がその進行につれて前記全反射面で全反射され、前記射出面で一部が反射されて前記導光路を一方向に伝搬し、前記複数の光線が前記射出面から射出される導光部材を有し、
前記射出面の前記全反射面側から入射する光の透過率が前記一方向の位置により異なる、光線分割素子が提供される。

本発明の別の態様によれば、
上記光線分割素子と、
一次元又は二次元に配列された複数の固体光源を備え、各固体光源から射出した射出光線がそれぞれ前記光線分割素子に入射するように配置された固体光源群と、を有し、
前記光線分割素子は、前記各固体光源の射出光線をそれぞれ複数の光線に等分割する、光源装置が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、
上記光源装置と、
前記光源装置の射出光を変調して画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された画像を投写面上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置が提供される。

本発明によれば、固体光源の個体差による輝度のバラつきの影響を十分に低減することができるので、輝度分布が均一な照明光を提供することができる。

本発明の第１の実施形態による光線分割素子の側面図である。 本発明の第１の実施形態による光線分割素子の正面図である。 本発明の第２の実施形態による光線分割素子の側面図である。 本発明の第３の実施形態である光源装置の側面図である。 本発明の第３の実施形態である光源装置の構成を説明するための斜視図である。 本発明の第４の実施形態である光源装置の側面図である。 本発明の第４の実施形態である光源装置の構成を説明するための斜視図である。 本発明の第５の実施形態である光源装置の側面図である。 本発明の第５の実施形態である光源装置の構成を説明するための斜視図である。 本発明の第６の実施形態である光源装置の側面図である。 本発明の第６の実施形態である光源装置の構成を説明するための斜視図である。 本発明の第７の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。 本発明の第８の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。 本発明の光源装置を備えた投写型表示装置の一実施形態を示すブロック図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による光線分割素子の側面図である。
図１に示すように、本実施形態の光線分割素子は、入射光線を複数の光線に等分割する素子であって、四角柱のプリズム１からなる。プリズム１は、互いに対向する２つの面１０、２０と、これら面１０、２０に隣接する面３０を備える。

全反射膜１１が面１０上に形成されている。全反射膜１１が形成された面１０を、全反射面と呼ぶことができる（以下、「全反射面１０」と称す。）。面２０は、射出面であって、面１０とともに導光路を形成する（以下、「射出面２０」と称す。）。全反射面１０と射出面２０は、平行である。
面３０は、入射面である（以下、「入射面３０」と称す。）。固体光源１００から射出した光線が、入射光線として入射面３０に供給される。固体光源１００の光軸と入射面３０とのなす角度は９０°である。固体光源１００の光軸と全反射面１０とのなす角度は４５°である。固体光源１００として、ＬＥＤやＬＤなどを用いることができる。

入射面３０からプリズム１内に入射した光線は、全反射面１０と射出面２０で交互に反射されて導光路を一方向（図１中、矢印Ａで示す方向）に伝搬する。射出面２０の全反射面１０側から入射する光の透過率は、方向Ａにおける位置により異なる。具体的には、射出面２０は、透過率が異なる４つの射出領域２１〜２４に区画されている。射出領域２１〜２４は方向Ａに並ぶように設けられている。プリズム１は、導光部材と呼ぶことができる。

図２に、射出領域２１〜２４の正面図を示す。射出領域２１〜２４はいずれも長方形形状である。射出領域２１〜２４の透過率はそれぞれ、２５％、３３％、５０％、１００％である。
射出領域２１には、全反射面１０側から入射する光の２５％を透過し、残りの７５％を反射する半透過反射膜が形成されている。射出領域２２には、全反射面１０側から入射する光の３３％を透過し、残りの６７％を反射する半透過反射膜が形成されている。射出領域２３には、全反射面１０側から入射する光の５０％を透過し、残りの５０％を反射する半透過反射膜が形成されている。射出領域２４は、全反射面１０側から入射する光の１００％を透過する特性を有する。射出領域２４に、反射防止膜を設けても良い。

射出領域２１〜２３に用いられる半透過反射膜は、例えば、誘電体多層膜からなる。誘電体多層膜は、屈折率の低い誘電体膜と屈折率の高い誘電体膜とを交互に積層したものである。この誘電体多層膜によれば、誘電体膜の厚さや層数を変化させることで、所望の透過率（反射率）を得ることができる。
なお、射出領域の数は４つに限定されない。射出領域の数は、複数であれば良い。射出領域の数をｎ（２以上の整数）とすると、入射面３０側からｋ番目の射出領域の透過率は、１／（ｎ−（ｋ−１））×１００（％）であることが望ましい。ただし、射出領域の透過率をこの値に厳密に合わせる必要はない。入射光線を略同じ光量の複数の光線に分割することができれば良いので、射出領域の透過率は上記の値から多少ずれていても良い。

次に、プリズム１の光線分割動作について説明する。
プリズム１では、固体光源１００からの入射光線は、入射面３０を通過し、入射角度４５°で全反射面１０に入射する。全反射面１０では、入射光線は反射角度４５°で反射され、その反射光線は射出面２０の射出領域２１に入射する。全反射面１０からの反射光線の射出領域２１への入射角度は４５°である。

射出領域２１では、全反射面１０からの反射光線の２５％が透過し、残りの７５％が反射される。射出領域２１での反射角度は４５°である。射出領域２１で反射された光は、入射角度４５°で全反射面１０に入射する。全反射面１０では、射出領域２１からの入射光線は反射角度４５°で反射され、その反射光線は射出面２０の射出領域２２に入射する。全反射面１０からの反射光線の射出領域２２への入射角度は４５°である。
射出領域２２では、全反射面１０からの反射光線の３３％が透過し、残りの６７％が反射される。射出領域２２での反射角度は４５°である。射出領域２２で反射された光は、入射角度４５°で全反射面１０に入射する。全反射面１０では、射出領域２２からの入射光線は反射角度４５°で反射され、その反射光線は射出面２０の射出領域２３に入射する。全反射面１０からの反射光線の射出領域２３への入射角度は４５°である。

射出領域２３では、全反射面１０からの反射光線の５０％が透過し、残りの５０％が反射される。射出領域２３での反射角度は４５°である。射出領域２３で反射された光は、入射角度４５°で全反射面１０に入射する。全反射面１０では、射出領域２３からの入射光線は反射角度４５°で反射され、その反射光線は射出面２０の射出領域２４に入射する。全反射面１０からの反射光線の射出領域２３への入射角度は４５°である。射出領域２４では、全反射面１０からの反射光線の１００％が透過する。
射出領域２１〜２４の射出光線は互いに平行であり、いずれの射出光線も、固体光源１００の射出光線の２５％の光量を有する。すなわち、プリズム１は、固体光源１００からの入射光線を同じ光量の４つの平行な射出光線に分割する。なお、複数の固体光源１００を入射面３０と対向するように配置した場合、プリズム１は、各固体光源１００からの入射光線をそれぞれ、同じ光量の４つの平行な光線に分割する。

本実施形態のプリズム１（光線分割素子）によれば、入射光線を同じ光量の複数の平行な光線に分割できるので、以下のような効果を奏する。
例えば、プリズム１が入射光線をｎ本の光線に等分割するように構成されている場合、一次元に配列されたｍ個の固体光源１００を入射面３０と対向して配置すれば、ｎ行ｍ列の平行な光線が射出面２０から射出される。例えば、ｍ個の固体光源１００の輝度が互いに異なる場合、ｎ行ｍ列の平行な光線のうち、同じ列のｎ本の光線の光量は互いに同じであるが、同じ行のｍ本の光線の光量は互いに異なる。すなわち、射出面２０は、ｎ行ｍ列の光源を備えた面光源に相当し、列方向において、光線（光源）の光量（輝度）の均一化を図ることができる。

なお、本実施形態のプリズム１（光線分割素子）において、方向Ａにおける光線の間隔をａとするとき、全反射面１０と射出面２０との間隔は、

で与えられる。換言すると、全反射面１０と射出面２０との間隔を上記式（１）に従って設定すれば、Ａ方向における光線の間隔をａに設定することができる。この場合、一次元に配列されたｍ個の固体光源１００の間隔をａに設定すれば、ｎ行ｍ列の光線の行方向及び列方向の各光線間隔をａとすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態による光線分割素子の側面図である。
図３に示すように、光線分割素子は、入射光線を複数の光線に等分割する素子であって、全反射ミラー５０と、射出面を構成する半透過反射ミラー４０とを備えた導光部材２を有する。半透過反射ミラー４０は、全反射ミラー５０に対向して設けられており、全反射ミラー５０とともに導光路を形成する。固体光源１００から射出した光線は、入射光線として導光路に供給される。入射光線は、全反射ミラー５０と半透過反射ミラー４０で交互に反射されて導光路を一方向（図３中、矢印Ｂで示す方向）に伝搬する。

半透過反射ミラー４０の全反射ミラー５０側から入射する光の透過率は、方向Ｂにおける位置により異なる。具体的には、半透過反射ミラー４０は、透過率が異なる４つの射出領域４１〜４４に区画されている。射出領域４１〜４４は方向Ｂに沿って設けられている。
射出領域４１には、全反射ミラー５０側から入射する光の２５％を透過し、残りの７５％を反射する半透過反射膜が形成されている。射出領域４２には、全反射ミラー５０側から入射する光の３３％を透過し、残りの６７％を反射する半透過反射膜が形成されている。射出領域４３には、全反射ミラー５０側から入射する光の５０％を透過し、残りの５０％を反射する半透過反射膜が形成されている。射出領域４４は、全反射ミラー５０側から入射する光の１００％を透過する特性を有する。射出領域４４に、反射防止膜を設けても良い。

射出領域４１〜４３に用いられる半透過反射膜は、第１の実施形態で説明した射出領域２１〜２３に用いられる半透過反射膜と同様、誘電体多層膜を用いて形成することができる。なお、射出領域の数は４つに限定されない。射出領域の数は、２以上であれば良い。射出領域の数をｎ（２以上の整数）とすると、入射光線が入射する側からｋ番目の射出領域の透過率は、１／（ｎ−（ｋ−１））×１００（％）である。
本実施形態の光線分割素子においても、第１の実施形態と同様の光線分割動作が行われる。よって、本実施形態の光線分割素子２も、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３の実施形態）
図４及び図５は、本発明の第３の実施形態である光源装置の構成を説明するための図であって、図４は側面図、図５は斜視図である。
図４及び図５を参照すると、本実施形態の光源装置は、プリズム１と、一次元に配列された４個の固体光源１００とを有する。プリズム１は、第１の実施形態で説明したとおりの構成であるので、ここでは、その詳細な構成の説明は省略する。図４及び図５において、便宜上、全反射膜１１や射出領域２１〜２４は省略されている。

４個の固体光源１００は、プリズム１の入射面３０に対向するように配置されている。なお、固体光源１００の数は４つに限定されない。固体光源１００の数は２以上であれば良い。
各固体光源１００から射出した射出光線がそれぞれ入射光線としてプリズム１の入射面３０に入射する。各固体光源１００の光軸と入射面３０とのなす角度は９０°である。各固体光源１００の光軸と全反射面１０とのなす角度は４５°である。

プリズム１では、入射面３０からプリズム１内に入射した光線は、全反射面１０と射出面２０で交互に反射されて導光路を一方向（図４中、矢印Ａで示す方向）に伝搬する。プリズム１は、各固体光源１００からの入射光線をそれぞれ、同じ光量の４本の平行な光線に分割するので、射出面２０からは、４行４列の平行な光線が射出される。例えば、各固体光源１００の輝度が異なる場合、４行４列の光線のうち、同じ列の４本の光線の光量は互いに同じであるが、同じ行の４本の光線の光量は互いに異なる。すなわち、入射面３０は、４行４列の光源に相当し、列方向において、光線（光源）の光量（輝度）の均一化を図ることができる。
各固体光源１００の間隔はａである。全反射面１０と射出面２０との間隔は、前述の式１で与えられる。この場合、射出面２０から射出された４行４列の光線の間隔は、列方向および行方向ともにａになる。これにより、等間隔の４行４列の光線を得ることができる。

（第４の実施形態）
図６及び図７は、本発明の第４の実施形態である光源装置の構成を説明するための図であって、図６は側面図、図７は斜視図である。
図６及び図７を参照すると、本実施形態の光源装置は、光線分割素子である導光部材２と、一次元に配列された４個の固体光源１００とを有する。導光部材２は、第２の実施形態で説明したとおりの構成であるので、ここでは、その詳細な構成の説明は省略する。図６及び図７において、便宜上、射出領域４１〜４４は省略されている。

４個の固体光源１００は、導光部材２の入射側に配置されている。なお、固体光源１００の数は４つに限定されない。固体光源１００の数は２以上であれば良い。
各固体光源１００から射出した射出光線がそれぞれ入射光線として導光部材２に入射する。各固体光源１００の光軸と全反射ミラー５０とのなす角度は４５°である。導光部材２では、入射光線は、全反射ミラー５０と半透過反射ミラー４０で交互に反射されて導光路を一方向（図６中、矢印Ｂで示す方向）に伝搬する。導光部材２は、各固体光源１００からの入射光線をそれぞれ、同じ光量の４本の平行な光線に分割するので、射出面である半透過反射ミラー４０から４行４列の平行な光線が射出される。４行４列の光線のうち、同じ列の４本の光線の光量は互いに同じであるが、同じ行の４本の光線の光量は互いに異なる。すなわち、半透過反射ミラー４０は、４行４列の光源に相当し、列方向において、光線（光源）の光量（輝度）の均一化を図ることができる。

各固体光源１００の間隔はａである。全反射ミラー５０と半透過反射ミラー４０との間隔は、前述の式１で与えられる。この場合、半透過反射ミラー４０から射出された４行４列の光線の間隔は、列方向および行方向ともにａになる。これにより、等間隔の４行４列の光線を得ることができる。

（第５の実施形態）
図８及び図９は、本発明の第５の実施形態である光源装置の構成を説明するための図であって、図８は側面図、図９は斜視図である。
図８及び図９を参照すると、本実施形態の光源装置は、プリズム１と、固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂとを有する。プリズム１は、第１の実施形態で説明したとおりの構成であるので、ここでは、その詳細な構成の説明は省略する。図８及び図９において、便宜上、全反射膜１１や射出領域２１〜２４は省略されている。入射面３０はｘｙ平面と平行であり、全反射面１０及び射出面２０はいずれもｙｚ平面と平行である。

固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂはｘ軸方向に並べて配置されている。固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂはいずれも、ｙ軸方向に一次元に配列された４個の固体光源１００からなる。固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂ全体で、４行２列の固体光源１００の配置形態を提供する。なお、固体光源１００の配置形態は４行２列に限定されない。固体光源１００は、ｎ行ｍ列の配置形態であれば良い（ｎ、ｍは２以上の整数）。ただし、各固体光源１００の射出光線が入射面３０に入射する範囲で、ｎ、ｍを設定する。
固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂは、プリズム１の入射面３０に対向するように配置されている。各固体光源１００から射出した射出光線がそれぞれ入射光線としてプリズム１の入射面３０に入射する。各固体光源１００の光軸と入射面３０とのなす角度は９０°である。各固体光源１００の光軸と全反射面１０とのなす角度は４５°である。

プリズム１では、入射面３０からプリズム１内に入射した光線は、全反射面１０と射出面２０で交互に反射されて導光路を一方向（図８中、矢印Ａで示す方向）に伝搬する。固体光源アレイ１００Ａについて、プリズム１は、各固体光源１００からの入射光線をそれぞれ、同じ光量の４本の平行な光線に分割することができるので、射出面２０は、４行４列の平行な光線を射出することができる。同様に、固体光源アレイ１００Ｂについて、プリズム１は、各固体光源１００からの入射光線をそれぞれ、同じ光量の４本の平行な光線に分割することができるので、射出面２０は、４行４列の平行な光線を射出することができる。

固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂそれぞれにおける各固体光源１００の間隔をａとし、固体光源アレイ１００Ａと固体光源アレイ１００Ｂとの間で隣接する固体光源１００の間隔（固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂの間隔）をｂとする。全反射面１０と射出面２０との間隔は、前述の式１で与えられる。
間隔ａ、ｂが（ａ／２）＜ｂ＜（２ａ／３）の条件を満たす場合、固体光源アレイ１００Ａからの光線と固体光源アレイ１００Ｂからの光線とが、互いの光線が互い違いになるように配列された光線群が射出面２０から射出される。すなわち、固体光源アレイ１００Ａ、１００Ｂ全体で、射出面２０は、８行４列の光線群を射出する。ここで、列方向はｚ軸方向に一致し、行方向はｙ軸方向に一致する。偶数行の光線群は固体光源アレイ１００Ａに対応し、奇数行の光線群は固体光源アレイ１００Ｂに対応する。

固体光源アレイ１００Ａからの各光線を等分割した光線群と、固体光源アレイ１００Ｂからの各光線を等分割した光線群とを互い違いに混在させることで、より均一な照明光を得ることが可能となる。

（第６の実施形態）
図１０及び図１１は、本発明の第６の実施形態である光源装置の構成を説明するための図であって、図１０は側面図、図１１は斜視図である。
図１０及び図１１に示す光源装置は、プリズム１を第２の実施形態で説明した導光部材２に置き換えた以外は、第５の実施形態の光源装置と同様の構成である。図１０及び図１１において、便宜上、射出領域４１〜４４は省略されている。
本実施形態の光源装置も、第５の実施形態と同様の光線分割動作が行われる。よって、本実施形態の光源装置も、第５の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。
図１２に示す光源装置は、第３の実施形態で説明した構成に加えて、集光レンズ３、拡散板４及びロッドインテグレータ５を有する。集光レンズ３、拡散板４及びロッドインテグレータ５は、プリズム１から射出した複数の光線の輝度分布を均一化する光学部材（照明光学系の一部）である。

ロッドインテグレータ５は、柱状の導光部からなる。導光部の両端面の一方が入射面、他方が射出面である。導光部に入射した光が側面において反射を繰り返して進むことで、射出面内の光強度分布が均一になるように構成されている。ガラス等の透明の材質で構成された中実の導光部を備えるものが、ロッドレンズと呼ばれ、４枚のミラーを貼り合わせた中空の導光部を備えるものが、ライトトンネルと呼ばれている。ロッドインテグレータ５として、ロッドレンズやライトトンネルを用いることができる。
集光レンズ３は、プリズム１とロッドインテグレータ５との間に配置されている。集光レンズ３は、プリズム１の射出面２０から射出した光線をロッドインテグレータ５の入射面に集光する。

拡散板４は、集光レンズ３とロッドインテグレータ５との間に配置されている。拡散板４は、集光レンズ３で集光された光線を拡散させる。
本実施形態の光源装置によれば、固体光源１００から射出した光線は、プリズム１にて複数の光線に等分割され、各分割光線が拡散板４にて拡散される。このように、固体光源１００の射出光線を複数に等分割して拡散させることで、固体光源１００の射出光線をそのまま拡散板４で拡散させる場合と比較して、より高い拡散効果を得ることができる。よって、固体光源の個体差による輝度のバラつきの影響を十分に低減でき、照明光の輝度分布の均一化を図ることができる。
また、プリズム１の射出面２０から射出される各光線の、水平方向及び垂直方向における間隔は同じである。よって、集光レンズ３の光軸に垂直な面内において、射出面２０からの光線群を、集光レンズ３の光軸を中心とする点対称な２次元配列にすることができる。この場合、ロッドインテグレータ５への光線群の入射角度範囲を水平方向と垂直方向とでほぼ同じにすることができ、水平方向及び垂直方向の両方向の輝度分布の均一化を図ることができる。

なお、本実施形態の光源装置において、ロッドインテグレータ５に代えて、フライアイレンズを用いても良い。ただし、フライアイレンズを用いた光源装置を投写型表示装置に適用する場合は、画像形成素子として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示素子を使用することが望ましい。
また、本実施形態の光源装置において、プリズム１に代えて、第２、第４の実施形態で説明した導光部材２を用いても良い。

（第８の実施形態）
図１３は、本発明の第８の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。
図１３に示す光源装置は、プリズム１及び固体光源１００からなる部分を第５の実施形態で説明した構成に代えた以外は、第７の実施形態と同様の構成である。

本実施形態の光源装置においても、第７の実施形態と同様の作用効果を奏する。
加えて、固体光源アレイ１００Ａからの各光線を等分割した光線群と、固体光源アレイ１００Ｂからの各光線を等分割した光線群とを互い違いに混在させることで、拡散板３での拡散効果を高めることができる。その結果、第７の実施形態と比較して、さらに均一な照明光を得ることができる。
さらに、拡散板３での拡散効果を高めたことで、より拡散角度が小さな拡散板を採用することができる。拡散角度が小さな拡散板を採用することで、ロッドインテグレータ５に取り込まれる光線の損失を軽減することができ、その結果、より高効率で、より高輝度な照明光を得ることができる。

なお、本実施形態の光源装置において、ロッドインテグレータ５に代えて、フライアイレンズを用いても良い。ただし、フライアイレンズを用いた光源装置を投写型表示装置に適用する場合は、画像形成素子として、ＬＣＤなどの映像表示素子を使用することが望ましい。
また、本実施形態の光源装置において、プリズム１に代えて、第２、第４の実施形態で説明した導光部材２を用いても良い。

上述した第１乃至第８の実施形態は本発明の一例であり、その構成及び動作については、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が理解し得る変更又は改善を適用することができる。
なお、固体光源１００の数が５個以下の場合、又は、奇数である場合は、第７の実施形態のように、固体光源１００を一列に配列した配列形態を用いることが望ましい。固体光源１００の数が６個以上で、かつ、偶数である場合は、第８の実施形態のように固体光源１００を二列に配列した配列形態を用いることが望ましい。

（投写型表示装置）
次に、本発明の光源装置を用いた投写型表示装置の構成を説明する。
本実施形態の投写型表示装置は、上述した第３乃至第８の実施形態のいずれかに記載された光源装置と、この光源装置から射出された光を変調して画像を形成する表示デバイスと、この表示デバイスで形成された画像を投写する投写レンズと、を有する。表示デバイスは、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）やＬＣＤなどである。
投写型表示装置は、一つの表示デバイスに、複数の色の画像（例えば、赤色画像、緑色画像及び青色画像）を時分割で表示する構造であっても良い。また、投写型表示装置は、２以上の表示デバイスを用いて、表示デバイス毎に異なる色の画像を表示して、各色の画像を重ねて表示する構造であっても良い。

図１４は、本発明の光源装置を備えた投写型表示装置の一実施形態を示すブロック図である。
投写型表示装置１１００は、光源装置１１０１と、光学エンジン部１１０２と、画像形成ユニット１１０３と、投写レンズ（投写光学系）１１０４とを有する。光源装置１１０１は、上述した第１乃至第８の実施形態のいずれかに記載された光源装置から構成される。ここでは、光源装置１１０１は、白色光を射出するように構成されている。光源装置１１０１の射出光（白色照明光）は、光学エンジン部１１０２を介して画像形成ユニット１１０３に供給される。光学エンジン部１１０２は、光源装置１１０１から射出された照明光を結像させるリレーレンズや、照明光の光路を変更する反射ミラーなどを有する。

画像形成ユニット１１０３は、画像信号に応じて光を変調する表示デバイス１１０５〜１１０７とプリズム１１０８を有する。表示デバイス１１０５〜１１０７はそれぞれ、光学エンジン部１１０２から出射された光に基づいて画像を形成する機能を有する。ここでは、表示デバイス１１０５〜１１０７として、反射型表示素子であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が用いられている。

プリズム１１０８は、カラープリズムやＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズムなどを含む。カラープリズムは、光学エンジン部１１０２からの照明光を赤、緑及び青の色光に分離してそれぞれ表示デバイス１１０５〜１１０７に供給すると共に、表示デバイス１１０５〜１１０７で形成された各色の画像光を合成する。例えば、表示デバイス１１０５が赤色画像を形成し、表示デバイス１１０６が緑色画像を形成し、表示デバイス１１０７が青色画像を形成する。ＴＩＲプリズムは、光学エンジン部１１０２からの照明光をカラープリズムへ導くと共に、カラープリズムで合成された画像光を投写レンズ１１０４へ出力する。
投写レンズ１１０４は、画像形成ユニット１１０３から出射された画像光をスクリーン１１０９などに拡大投写する。

上記の投写型表示装置１１００において、光源装置１１０１は、赤色光源装置、青色光源装置及び緑色光源装置を有し、それぞれの光源装置の射出光を合成して白色光を得る構造であっても良い。この場合、赤色光源装置、青色光源装置及び緑色光源装置がそれぞれ、前述の第１乃至第８の実施形態のいずれかに記載された光源装置からなる。
なお、赤色光源装置及び緑色光源装置に代えて、蛍光体を用いた光源装置を用いても良い。この蛍光体を用いた光源装置において、励起光源として、前述の第１乃至第８の実施形態のいずれかに記載された光源装置が用いられる。

１ プリズム
１０ 全反射面
１１ 全反射膜
２０ 射出面
２１〜２４ 射出領域
３０ 入射面
１００ 固体光源

Claims (10)

1. 入射光線を複数の光線に等分割する光線分割素子であって、
   全反射面と、該全反射面に対向して設けられ、前記全反射面とともに導光路を形成する射出面と、を備え、前記入射光線がその進行につれて前記全反射面で全反射され、前記射出面で一部が反射されて前記導光路を一方向に伝搬し、前記複数の光線が前記射出面から射出される導光部材を有し、
   前記射出面の前記全反射面側から入射する光の透過率が前記一方向の位置により異なる、光線分割素子。
2. 請求項１に記載の光線分割素子において、
   前記射出面は、前記一方向に配列された複数の半透過反射膜を備え、各半透過反射膜の透過率が互いに異なる、光線分割素子。
3. 請求項２に記載の光線分割素子において、
   前記複数の半透過反射膜の透過率は、前記入射光線が入射する側からの距離が長いほど大きくなる、光線分割素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光線分割素子において、
   前記射出面は、前記一方向にｎ個（ｎは２以上の整数）の射出領域に区画されており、
   前記入射光線が入射する側からｋ番目の射出領域の透過率が、１／（ｎ−（ｋ−１））×１００（％）である、光線分割素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光線分割素子において、
   前記一方向における前記複数の光線の間隔をａとするとき、前記全反射面と前記射出面との間隔が
   

   

   で与えられる、光線分割素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光線分割素子において、
   前記導光部材は、四角柱のプリズムからなり、
   前記プリズムは、互いに対向する第１の面および第２の面と、該第１および第２の面に隣接する第３の面を備え、
   前記第１の面が前記全反射面であり、前記第２の面が前記射出面であり、前記入射光線が前記第３の面から入射する、光線分割素子。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光線分割素子と、
   一次元又は二次元に配列された複数の固体光源を備え、各固体光源から射出した射出光線がそれぞれ前記光線分割素子に入射するように配置された固体光源群と、を有し、
   前記光線分割素子は、前記各固体光源の射出光線をそれぞれ複数の光線に等分割する、光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置において、
   前記光線分割素子の前記射出面から射出された前記複数の光線の輝度分布を均一化する光学部材を、さらに有する、光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置において、
   前記光学部材は、
   柱状の導光部を備え、該導光部の一方の面である入射面から入射した光が前記導光部内を伝搬して前記導光部の他方の面である射出面から射出されるロッドインテグレータと、
   前記光線分割素子から射出された前記複数の光線を前記ロッドインテグレータの前記入射面に集光する集光レンズと、
   前記集光レンズと前記ロッドインテグレータとの間に設けられた拡散板と、を有する、光源装置。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置の射出光を変調して画像を形成する画像形成部と、
    前記画像形成部で形成された画像を投写面上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置。

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