JP4013844B2 - 導光体、照明装置および投射型表示装置 - Google Patents
導光体、照明装置および投射型表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4013844B2 JP4013844B2 JP2003177947A JP2003177947A JP4013844B2 JP 4013844 B2 JP4013844 B2 JP 4013844B2 JP 2003177947 A JP2003177947 A JP 2003177947A JP 2003177947 A JP2003177947 A JP 2003177947A JP 4013844 B2 JP4013844 B2 JP 4013844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light guide
- incident
- prism
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光体、照明装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置の分野では、大型化，高精細化に対するニーズが高く、このような大画面表示を容易に実現できる手段として、従来より液晶プロジェクタやＤＭＤ等の投射型表示装置が知られている。
このような投射型表示装置では、通常、光源とライトバルブとの間にロッド状の導光体が配されている照明装置が用いられている。この照明装置は、導光体の内面反射を利用して、光源から出射された光の照度をライトバルブ上で均一化するようになっている。
【０００３】
この種の照明装置の例が、下記の特許文献１に開示されている。この文献に開示された照明装置は、光を出射する光源装置と、光源装置から出射された光の照度分布を均一にするロッド状の導光体と、導光体から出射された光が通過する第１のレンズ系と、所定の偏光方向を有する偏光を出射する偏光発生部と、偏光発生部から出射された偏光を所定の照明領域に入射させるための第２のレンズと、を備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６８００８号公報 （第４−５頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の照明装置においては、光源装置から出射された光の照度分布を均一にするために、ロッド状の導光体を用いている。この導光体において、より均一性の高い照度分布を得るには、導光体の長さをより長くする必要がある。しかしながら、導光体の長さを長くすると、照明装置が大きくなりすぎるという問題があった。
【０００６】
また、照明装置の寸法を小さくするために、図５に示すように、導光体を折り曲げると、導光体の折り曲げ部で光が、図５の矢印Ｅで示すように、光源装置方向に反射したり、図５の矢印Ｆで示すように、光が導光体から大きな出射角で出射されるように反射されたりして、所定の照明領域に入射されなくなる。つまり、光の照度分布を均一化する際の損失が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、折り曲げても入射光を損失することなく、かつその照度分布を均一化することができる導光体、それを用いた照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、第１の屈折率を有する第１の媒体からなる多角形プリズムと、光を前記多角形プリズムの第１の面に入射させる第１の導光体と、前記多角形プリズムの第２の面から出射された光が入射される第２の導光体と、を備え、前記多角形プリズムには、前記第１の面から入射した光を前記第２の面に向けて反射する反射手段が設けられ、前記第１の導光体と前記第１の面との間、および前記第２の導光体と前記第２の面との間に、前記第１の屈折率よりも屈折率が小さい第２の屈折率を有する第２の媒体が備えられ、前記第１の導光体および前記第２の導光体が、前記第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の媒体からなる柱状体であり、前記第１の導光体の前記第１の面と対向した面、および前記第２の導光体の前記第２の面と対向した面の略中央部に凸部が形成され、前記第１の導光体の前記凸部および前記第１の面と、前記第２の導光体の前記凸部および前記第２の面とが当接して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の導光体では、第１の導光体に入射した光が多角形プリズムの第１の面に入射する。多角形プリズムに入射した光の一部は、直接、第２の面に向かって伝搬するが、第２の面に入射する入射角が大きいことと、第１および第２の屈折率の違いとにより第２の面において反射手段に向かって全反射される。残りの光は第１の面から反射手段に向かって伝搬する。
また、反射手段に反射された光の一部は、第１の面に向かって伝搬するが、屈折率の大きな第１の媒体から屈折率の小さな第２の媒体に向かって伝搬しており、かつ第１の媒体と第２の媒体の屈折率から決まる臨界角より大きな入射角で入射するため、第１の面において第２の面に向かって全反射される。残りの光は反射手段から第２の面に向かって反射される。第２の面から出射された光は第２の導光体に入射される。光源から出射された光は、第１の導光体、多角形プリズムおよび第２の導光体を伝搬する際に、その照度分布を均一化され第２の導光体から出射される。
【００１０】
つまり、導光体を折り曲げることによりその長さを長くし、照度分布をより均一化した光を得ることができるとともに、導光体の配置の自由度が向上し、より狭い空間に導光体を配置することができる。
また、単に導光体を折り曲げたものと比較すると、光の出射方向が大きくなりすぎて照明に利用できなくなる光や、折り曲げ部で光の入射方向に反射されて利用できなくなる光をなくすことができる。そのため、導光体に入射された光の損失をなくすことができる。
【００１１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記多角形プリズムが三角プリズムであることが望ましい。
この構成によれば、三角プリズムは、最低限必要な光が入射する第１の面と、反射手段が設けられた面と、光が出射する第２の面とからのみ構成されている。そのため、無駄な空間を必要とせず導光体を小型化するのに好適である。
また、使用されない面を持たないため、その面から光が漏れることがなく、入射した光の利用効率が低下することがない。
【００１２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体および第２の導光体が、光反射面を内側に向けた反射体を筒状に形成するとともに、その内部を第２の媒体で満たしたものからなり、反射体が設けられていない面を入射面および出射面としてもよい。
この構成によれば、第１の導光体および第２の導光体に入射した光は、反射体に反射されてその照度分布が均一化される。反射体によって入射した全ての光が反射されるので、光が反射時に漏れることがない。そのため、第１の導光体および第２の導光体内で入射した光が損失することを防ぐことができる。
【００１３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体および第２の導光体が、第３の屈折率を有する第３の媒体からなる柱状体であり、第３の屈折率が、第１および第２の導光体の周囲の媒質の屈折率よりも大きく、第１の導光体と第１の面との間、および第２の導光体と第２の面との間に、第２の媒体が配置されていてもよい。
この構成によれば、上記第１および第２の導光体の長手軸線方向に対して大きな角度を持ち照明に利用できない光は、前記長手軸線方向と平行な境界面に小さな入射角で入射するため、全反射されないで透過する。それ以外の光は、屈折率の大きな第３の媒体から屈折率の小さな周囲の媒体に向かって伝搬しており、かつ第３の媒体と周囲の媒体の屈折率とから決まる臨界角よりも大きな入射角度で入射するため全反射される。
そのため、第２の導光体から出射された光のうち照明に利用できない光の割合が少なくなる。つまり、第２の導光体から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００１４】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体と第１の面との間、および第２の導光体と第２の面との間の間隔が、これら第１および第２の導光体内を伝搬する光の波長と第２の屈折率との積よりも広くしてもよい。
この構成によれば、第１の導光体と第１の面との間、および第２の導光体と第２の面との間の間隔が、光の波長と第２の屈折率との積よりも広く形成されている。そのため、上記間隔の長さがエバネッセント波の浸透深さよりも長く形成され、全反射する条件で入射した光が透過することを防ぐことができる。つまり、入射された光の利用効率を向上させることができる。
また、上記間隔から導光体の外部に漏れる光、および第１の出射面から上記間隔を通過して第２の入射面に大きな入射角で入射する上記被照明領域の照明に利用できない光の割合を減らすために、上記間隔を０．１ｍｍよりも狭くすることが望ましい。
【００１５】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体の第１の面と対向した面、および第２の導光体の第２の面と対向した面の略中央部に凸部が形成され、第１の導光体の凸部および第１の面と、第２の導光体の凸部および第２の面とが当接して配置されていてもよい。
この構成によれば、第１の導光体の凸部および第１の面と、第２の導光体の凸部および第２の面とが当接しているので、上記凸部の周囲の第１の導光体および第１の面の間、第２の導光体および第２の面の間には、間隔が形成される。光が第１の面および第２の面で全反射するのはその周縁部であるので、間隔が必要とされるのは周縁部であり、略中央部に間隔が形成されていなくても全反射されないという問題は発生しない。つまり、入射された光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。
また、凸部の高さを調節ことにより上記間隔を調節することができるため、上記間隔の調節が容易になり、導光体の製造が容易になる。
【００１６】
上記の構成を実現するために、第１の面と、第２の面と、第１の導光体および第２の導光体の入射面と、その出射面との少なくとも１つの面には、光の反射率を抑える反射防止手段が設けられていることが望ましい。より望ましくは、反射防止手段として反射防止膜を用いることが望ましい。
この構成によれば、第１の面と、第２の面と、第１の導光体および第２の導光体の入射面と、その出射面との少なくとも１つの面における光の反射が低減されるため、入射した光の利用効率を向上させることができる。なお、反射防止手段を設けても、全反射の臨界角より大きな角度で入射する光は上記光の透過面で全反射をおこすので、入射した光の利用効率を損なうことがない。
また、反射防止膜を反射防止手段として用いることにより、反射防止手段の配置スペースを小さくすることができ、より狭い空間に導光体を配置することができる。
【００１７】
本発明の照明装置は、光源と、該光源に対向する位置に上記本発明の導光体とを備えることができる。
照明装置の導光体に上記本発明の導光体を用いることにより、照明装置から出射される光の照度分布の均一性を向上させることと、照明装置の小型化を図ることを両立させることができる。
【００１８】
本発明の投射型表示装置は、上記本発明の照明装置と、照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えることができる。
投射型表示装置の照明装置に、本発明の照明装置を用いることにより、投射される画像の照度分布の均一性を向上させることと、投射型表示装置の小型化を図ることを両立させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は本発明の投射型表示装置１０の構成を示す概略図である。
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射されたＲ、Ｇ、Ｂの色光に対応した液晶ライトバルブ（光変調手段）３１、３２、３３と、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３５と、合成された光束をスクリーンＳに投射する投射レンズ（投射手段）４１とから概略構成されている。
【００２０】
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは基本的に全て同一構成であるので、ここでは照明装置１１ｒを一例として説明する。
図２は、ロッドインテグレータ５０の構成を示す概略図である。
照明装置１１ｒは、図１に示すように、Ｒの色光を出射可能なＬＥＤ（光源）１２ｒと、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光の照度分布を均一にするロッドインテグレータ（導光体）５０とを備えている。
ロッドインテグレータ５０は、図２に示すように、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光が入射する入射側ロッドレンズ（第１の導光体）５１と、入射側ロッドレンズ５１から出射された色光を折り曲げる三角プリズム（多角形プリズム）５２と、折り曲げられた色光を液晶ライトバルブ３１に向けて出射する出射側ロッドレンズ（第２の導光体）５３とを備えている。
【００２１】
入射側ロッドレンズ５１は、反射板（反射体）５４を反射面を内側に向けて４枚筒状に組み合わせて形成され、その内部には空気（第２の媒質）（屈折率は略１．０）が満たされている。出射側ロッドレンズ５３も同様に反射板５４を組み合わせて形成され、内部は空気で満たされている。
三角プリズム５２はガラス（第１の媒体）（屈折率はガラスの種類により異なり略１．４５〜略１．９２の間の値を取る）から形成されている。三角プリズム５２には、入射側ロッドレンズ５１に対向する入射面（第１の面）５５、出射側ロッドレンズ５３に対向する出射面（第２の面）５６、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６に隣接し反射膜（反射手段）５７ａが設けられた反射面５７が設けられている。プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６には、その面に入射する光の反射率を抑える反射防止膜５８が設けられている。この反射防止膜５８は、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６における全反射の臨界角（ガラスと空気の屈折率から決まる）未満の角度で入射する光の反射を抑え、臨界角より大きな角度で入射する光の全反射を妨げないものである。
なお、三角プリズム５２を形成する材質は、その屈折率が各ロッドレンズ５１、５３の内部を満たす物質の屈折率よりも大きいものであれば良く、例えば透明な樹脂を用いても良い。また、逆に入射側ロッドレンズ５１と出射側ロッドレンズ５３との内部を満たす物質は、その屈折率が三角プリズム５２を形成する材質の屈折率よりも小さければ良く、例えばシリコンジェルを用いても良い。また、三角プリズム５２は、反射防止膜５８がプリズム入射面５５およびプリズム出射面５６に設けられているものに限られることなく、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６のどちらか一方に設けられているものでもよい。
【００２２】
液晶ライトバルブ３１、３２、３３は液晶パネルと、入射側偏光板（図示せず）と、出射側偏光板（図示せず）とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム３５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００２３】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの作用は基本的に全て同一であるので、ここでは照明装置１１ｒを一例として説明する。
照明装置１１ｒにおいては、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光Ｒが、図１に示すように、入射側ロッドレンズ５１に入射する。入射側ロッドレンズ５１内に入射した色光は、反射板５４により反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて出射される。
入射側ロッドレンズ５１から出射された色光は、その大半がプリズム入射面５５における臨界角未満の入射角でプリズム入射面５５に入射し、反射防止膜５８を透過してプリズム入射面５５から三角プリズム５２内に伝搬する。三角プリズム５２内に伝搬した色光は、反射面５７の反射膜５７ａによりプリズム出射面５６に向けて反射され、プリズム出射面５６における臨界角未満の入射角でプリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射した色光は、反射防止膜５８を透過してプリズム出射面５６から出射側ロッドレンズ５３に向けて出射される。
プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ５３に入射されて反射板５４により反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて液晶ライトバルブ３１に向けて出射される。
【００２４】
また、入射側ロッドレンズ５１に入射した色光であって、図２の矢印Ａで示された経路を伝搬する色光は、反射面５７により反射されプリズム入射面５５に三角プリズム５２の内部側から入射する。プリズム入射面５５に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム入射面５５に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、プリズム出射面５６に向かって伝搬して出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ５３に入射し、その照度分布が均一化されて液晶ライトバルブ３１に向けて出射される。
【００２５】
さらに、図２の矢印Ｂで示された経路を伝搬する色光は、プリズム入射面５５から三角プリズム５２内に入射し、直接プリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム出射面５６に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、反射面５７に向かって伝搬する。反射面５７に入射した色光は、プリズム出射面５６に向かって反射されプリズム出射面５６から出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ５３に入射し、その照度分布が均一化されて液晶ライトバルブ３１に向けて出射される。
【００２６】
上述したように、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射された色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図１に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ３１、３２、３３に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３により変調されてクロスダイクロイックプリズム３５に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３５において合成されて投射レンズ４１に出射される。投射レンズ４１は、合成された各色光をスクリーンＳに向かって拡大投射する。
【００２７】
上記の構成によれば、ロッドインテグレータ５０を折り曲げることによりその長さを長くし、照度分布をより均一化した光を得ることができるとともに、ロッドインテグレータ５０の配置の自由度が向上しより狭い空間にロッドインテグレータ５０を配置することができる。
また、単にロッドインテグレータ５０を折り曲げたものと比較すると、光の出射方向が大きくなりすぎて液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できなくなる光や、折り曲げ部で光の入射方向に反射されて利用できなくなる光をなくすことができる。そのため、ロッドインテグレータ５０に入射された光の損失をなくすことができる。
【００２８】
三角プリズム５２は、最低限必要な色光が入射するプリズム入射面５５と、反射膜５７ａが設けられた反射面５７と、色光が出射するプリズム出射面５６とからのみ構成されている。そのため、不要な空間を必要とせずロッドインテグレータ５０を小型化するのに好適である。
また、使用されない面を持たないため、その面から光が漏れることがなく、ロッドインテグレータ５０に入射した光の利用効率が低下することがない。
【００２９】
反射防止膜５８を設けたことにより、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６における臨界角未満の角度で入射する光の反射が低減されるため、ロッドインテグレータ５０に入射した光の利用効率を向上させることができる。なお、反射防止膜５８を設けても、臨界角より大きな角度で入射する光の全反射を妨げないので、ロッドインテグレータ５０に入射した光の利用効率を損なうことがない。
【００３０】
入射側ロッドレンズ５１および出射側ロッドレンズ５３に入射した光は、反射板５４に反射されてその照度分布が均一化される。反射板５４によって入射した全ての光が反射されるので、光が反射時に漏れることがない。そのため、入射側ロッドレンズ５１および出射側ロッドレンズ５３内で入射した光が損失することを防ぐことができる。
【００３１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、ロッドインテグレータの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図３および図４を用いてロッドインテグレータ周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
【００３２】
図３は本発明のロッドインテグレータ６０の構成を示す概略図である。
ロッドインテグレータ（導光体）６０は、図３に示すように、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光が入射する入射側ロッドレンズ（第１の導光体）６１と、入射側ロッドレンズ６１から出射された色光を折り曲げる三角プリズム５２と、折り曲げられた色光を液晶ライトバルブ３１に向けて出射する出射側ロッドレンズ（第２の導光体）６３とを備えている。
【００３３】
入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ６３は、ガラス（第３の媒体）（屈折率はガラスの種類により異なり略１．４５〜略１．９２の間の値を取る）を用いて四角柱形状に形成されている。入射側ロッドレンズ６１のＬＥＤ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとに対向した面を、色光が入射する第１の入射面６６とするとともに、プリズム入射面５５と対向した面を、色光が出射する第１の出射面６７としている。出射側ロッドレンズ６３のプリズム出射面５６と対向した面を、色光が入射する第２の入射面６８とするとともに、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に対向した面を、色光が出射する第２の出射面６９としている。そして、これら第１の入射面６６と、第１の出射面６７と、第２の入射面６８と、第２の出射面６９とには、反射防止膜５８が設けられている。
なお、入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ６３は、反射防止膜５８が上述した第１の入射面６６と、第１の出射面６７と、第２の入射面６８と、第２の出射面６９との全ての面に設けられているものに限られることなく、これらの面のうち、少なくとも１つの面に設けられていてもよい。
【００３４】
また、第１の出射面６７およびプリズム入射面５５との間と、第２の入射面６８およびプリズム出射面５６との間とには間隔Ｌが設けられ、そこには空気が満たされている。間隔Ｌの寸法は、下限がそこを伝搬する色光の波長と空気の屈折率との積、上限が略０．１ｍｍの間に収まるように形成されている。
なお、入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ５３を形成する材質は、その周囲に存在する物質（ここでは空気）の屈折率よりも高い屈折率を有する材質であれば良く、例えば透明な樹脂でもよい。
また、間隔Ｌに満たされる物質としては、三角プリズム５２を形成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する物質であれば良く、例えばシリコンジェルでもよい。
【００３５】
図４はロッドインテグレータの変形例の構成を示す概略図である。
なお、図４に示すように、第１の出射面６７、および第２の入射面６８の略中央部には凸部６５が形成され、第１の出射面６７の凸部６５およびプリズム入射面５５と、第２の入射面６８の凸部６５およびプリズム出射面５６とが当接して配置されていてもよい。
【００３６】
次に、上記の構成からなるロッドインテグレータ６０における作用について説明する。
第１の入射面６６から反射防止膜５８を透過して入射側ロッドレンズ６１内に入射した色光は、入射側ロッドレンズ６１の長手軸線方向と平行な境界面により全反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて第１の出射面６７から反射防止膜５８を透過して出射される。
第１の出射面６７から出射された色光は、プリズム入射面５５における臨界角未満の入射角でプリズム入射面５５に入射し、反射防止膜５８を透過してプリズム入射面５５から三角プリズム５２内に伝搬する。三角プリズム内に伝搬した色光は、反射面５７の反射膜５７ａによりプリズム出射面５６に向けて反射され、プリズム出射面５６における臨界角未満の角度でプリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射した色光は、反射防止膜５８を透過してプリズム出射面５６から第２の入射面６８に向けて出射される。
プリズム出射面５６から出射された色光は、第２の入射面６８に入射されて反射防止膜５８を透過して、出射側ロッドレンズ６３内に伝搬する。出射側ロッドレンズ６３内に伝搬した光は、出射側ロッドレンズ６３の長手軸線方向と平行な境界面により全反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて第２の出射面６９から反射防止膜５８を透過して出射される。
【００３７】
また、入射側ロッドレンズ６１に入射した色光であって、図３の矢印Ｃで示された経路を伝搬する色光は、反射面５７により反射されプリズム入射面５５に三角プリズム５２の内部側から入射する。プリズム入射面５５に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム入射面５５に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、プリズム出射面５６に向かって伝搬して出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ６３に入射し、その照度分布が均一化されて出射される。
【００３８】
さらに、図３の矢印Ｄで示された経路を伝搬する色光は、プリズム入射面５５から三角プリズム５２内に入射し、直接プリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム出射面５６に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、反射面５７に向かって伝搬する。反射面５７に入射した色光は、プリズム出射面５６に向かって反射されプリズム出射面５６から出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ６３に入射し、その照度分布が均一化されて出射される。
【００３９】
上記の構成によれば、入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ６３の長手軸線方向に対して大きな角度を持ち液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できない光は、前記長手軸線方向と平行な境界面に小さな入射角で入射するため、上記境界面を透過して外部に漏れる。それ以外の光は、上記境界面に大きな入射角で入射することと、ガラスと空気との屈折率との違いとにより全反射される。
そのため、出射側ロッドレンズ６３から出射された光のうち液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できない光の割合が少なくなる。つまり、出射側ロッドレンズ６３から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００４０】
反射防止膜５８を設けたことにより、第１の入射面６６と第１の出射面６７と第２の入射面６８と第２の出射面６９とにおける臨界角未満の角度で入射する光の反射を低減されるため、ロッドインテグレータ６０に入射した光の利用効率を向上させることができる。なお、反射防止膜５８を設けても、臨界角より大きな角度で入射する光の全反射を妨げないので、ロッドインテグレータ６０に入射した光の利用効率を損なうことがない。
【００４１】
第１の出射面６７とプリズム入射面５５との間、および第２の入射面６８とプリズム出射面５６との間の間隔Ｌが、そこを透過する色光の波長と空気の屈折率との積よりも広く形成されている。そのため、上記間隔Ｌの長さがエバネッセント波の浸透深さよりも長く形成され、全反射する条件で入射した光が透過することを防ぐことができる。つまり、入射された光の利用効率の低下を防ぐことができる。
また、上記間隔Ｌを０．１ｍｍよりも狭くしているため、上記間隔Ｌからロッドインテグレータ６０の外部に漏れる光、第１の出射面６７から上記間隔Ｌを通過して第２の入射面６８に大きな入射角で入射する液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できない光の割合を減らすことができる。つまり、入射された光の利用効率の低下を防ぐことができる。
【００４２】
第１の出射面６７の凸部６５およびプリズム入射面５５と、第２の入射面６８の凸部６５およびプリズム出射面５６とが当接しているので、凸部６５の周囲の第１の出射面６７およびプリズム入射面５５の間、第２の入射面６８およびプリズム出射面５６の間には、間隔Ｌが形成される。色光がプリズム入射面５５およびプリズム出射面５６で全反射するのはその周縁部であるので、間隔Ｌが必要とされるのは上記周縁部であり、略中央部に間隔が形成されていなくても全反射されないという問題は発生しない。つまり、入射された光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。
また、凸部６５の高さを調節ことにより間隔Ｌを調節することができるため、間隔Ｌの調節が容易になり、ロッドインテグレータ６０の製造が容易になる。
【００４３】
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、上記の実施の形態においては、照明装置の光源がＬＥＤにより構成されているものに適応して説明したが、この光源がＬＥＤにより構成されているものに限られることなく、ハロゲンランプなど、その他各種の光源に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、ロッドインテグレータを略９０°曲げた形態に適応して説明したが、その曲げ角が略９０°のものに限られることなく、その他さまざまな角度でロッドインテグレータを曲げたものに適応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】 同、ロッドインテグレータの構成を示す概略図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態のロッドインテグレータの構成を示す概略図である。
【図４】 同、ロッドインテグレータの変形例を示す概略図である。
【図５】 従来のロッドインテグレータの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、 １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ・・・照明装置、 １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤ（光源）、 ３１、３２、３３・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ４１・・・投射レンズ（投射手段）、 ５０、６０・・・ロッドインテグレータ（導光体）、 ５１、６１・・・入射側ロッドレンズ（第１の導光体）、 ５２・・・三角プリズム（多角形プリズム）、 ５３、６３・・・出射側ロッドレンズ（第２の導光体）、 ５４・・・反射板（反射体）、 ５５・・・入射面（第１の面）、 ５６・・・出射面（第２の面）、 ５７ａ・・・反射膜（反射手段）、 ６５・・・凸部
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光体、照明装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置の分野では、大型化，高精細化に対するニーズが高く、このような大画面表示を容易に実現できる手段として、従来より液晶プロジェクタやＤＭＤ等の投射型表示装置が知られている。
このような投射型表示装置では、通常、光源とライトバルブとの間にロッド状の導光体が配されている照明装置が用いられている。この照明装置は、導光体の内面反射を利用して、光源から出射された光の照度をライトバルブ上で均一化するようになっている。
【０００３】
この種の照明装置の例が、下記の特許文献１に開示されている。この文献に開示された照明装置は、光を出射する光源装置と、光源装置から出射された光の照度分布を均一にするロッド状の導光体と、導光体から出射された光が通過する第１のレンズ系と、所定の偏光方向を有する偏光を出射する偏光発生部と、偏光発生部から出射された偏光を所定の照明領域に入射させるための第２のレンズと、を備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６８００８号公報 （第４−５頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の照明装置においては、光源装置から出射された光の照度分布を均一にするために、ロッド状の導光体を用いている。この導光体において、より均一性の高い照度分布を得るには、導光体の長さをより長くする必要がある。しかしながら、導光体の長さを長くすると、照明装置が大きくなりすぎるという問題があった。
【０００６】
また、照明装置の寸法を小さくするために、図５に示すように、導光体を折り曲げると、導光体の折り曲げ部で光が、図５の矢印Ｅで示すように、光源装置方向に反射したり、図５の矢印Ｆで示すように、光が導光体から大きな出射角で出射されるように反射されたりして、所定の照明領域に入射されなくなる。つまり、光の照度分布を均一化する際の損失が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、折り曲げても入射光を損失することなく、かつその照度分布を均一化することができる導光体、それを用いた照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、第１の屈折率を有する第１の媒体からなる多角形プリズムと、光を前記多角形プリズムの第１の面に入射させる第１の導光体と、前記多角形プリズムの第２の面から出射された光が入射される第２の導光体と、を備え、前記多角形プリズムには、前記第１の面から入射した光を前記第２の面に向けて反射する反射手段が設けられ、前記第１の導光体と前記第１の面との間、および前記第２の導光体と前記第２の面との間に、前記第１の屈折率よりも屈折率が小さい第２の屈折率を有する第２の媒体が備えられ、前記第１の導光体および前記第２の導光体が、前記第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の媒体からなる柱状体であり、前記第１の導光体の前記第１の面と対向した面、および前記第２の導光体の前記第２の面と対向した面の略中央部に凸部が形成され、前記第１の導光体の前記凸部および前記第１の面と、前記第２の導光体の前記凸部および前記第２の面とが当接して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の導光体では、第１の導光体に入射した光が多角形プリズムの第１の面に入射する。多角形プリズムに入射した光の一部は、直接、第２の面に向かって伝搬するが、第２の面に入射する入射角が大きいことと、第１および第２の屈折率の違いとにより第２の面において反射手段に向かって全反射される。残りの光は第１の面から反射手段に向かって伝搬する。
また、反射手段に反射された光の一部は、第１の面に向かって伝搬するが、屈折率の大きな第１の媒体から屈折率の小さな第２の媒体に向かって伝搬しており、かつ第１の媒体と第２の媒体の屈折率から決まる臨界角より大きな入射角で入射するため、第１の面において第２の面に向かって全反射される。残りの光は反射手段から第２の面に向かって反射される。第２の面から出射された光は第２の導光体に入射される。光源から出射された光は、第１の導光体、多角形プリズムおよび第２の導光体を伝搬する際に、その照度分布を均一化され第２の導光体から出射される。
【００１０】
つまり、導光体を折り曲げることによりその長さを長くし、照度分布をより均一化した光を得ることができるとともに、導光体の配置の自由度が向上し、より狭い空間に導光体を配置することができる。
また、単に導光体を折り曲げたものと比較すると、光の出射方向が大きくなりすぎて照明に利用できなくなる光や、折り曲げ部で光の入射方向に反射されて利用できなくなる光をなくすことができる。そのため、導光体に入射された光の損失をなくすことができる。
【００１１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記多角形プリズムが三角プリズムであることが望ましい。
この構成によれば、三角プリズムは、最低限必要な光が入射する第１の面と、反射手段が設けられた面と、光が出射する第２の面とからのみ構成されている。そのため、無駄な空間を必要とせず導光体を小型化するのに好適である。
また、使用されない面を持たないため、その面から光が漏れることがなく、入射した光の利用効率が低下することがない。
【００１２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体および第２の導光体が、光反射面を内側に向けた反射体を筒状に形成するとともに、その内部を第２の媒体で満たしたものからなり、反射体が設けられていない面を入射面および出射面としてもよい。
この構成によれば、第１の導光体および第２の導光体に入射した光は、反射体に反射されてその照度分布が均一化される。反射体によって入射した全ての光が反射されるので、光が反射時に漏れることがない。そのため、第１の導光体および第２の導光体内で入射した光が損失することを防ぐことができる。
【００１３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体および第２の導光体が、第３の屈折率を有する第３の媒体からなる柱状体であり、第３の屈折率が、第１および第２の導光体の周囲の媒質の屈折率よりも大きく、第１の導光体と第１の面との間、および第２の導光体と第２の面との間に、第２の媒体が配置されていてもよい。
この構成によれば、上記第１および第２の導光体の長手軸線方向に対して大きな角度を持ち照明に利用できない光は、前記長手軸線方向と平行な境界面に小さな入射角で入射するため、全反射されないで透過する。それ以外の光は、屈折率の大きな第３の媒体から屈折率の小さな周囲の媒体に向かって伝搬しており、かつ第３の媒体と周囲の媒体の屈折率とから決まる臨界角よりも大きな入射角度で入射するため全反射される。
そのため、第２の導光体から出射された光のうち照明に利用できない光の割合が少なくなる。つまり、第２の導光体から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００１４】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体と第１の面との間、および第２の導光体と第２の面との間の間隔が、これら第１および第２の導光体内を伝搬する光の波長と第２の屈折率との積よりも広くしてもよい。
この構成によれば、第１の導光体と第１の面との間、および第２の導光体と第２の面との間の間隔が、光の波長と第２の屈折率との積よりも広く形成されている。そのため、上記間隔の長さがエバネッセント波の浸透深さよりも長く形成され、全反射する条件で入射した光が透過することを防ぐことができる。つまり、入射された光の利用効率を向上させることができる。
また、上記間隔から導光体の外部に漏れる光、および第１の出射面から上記間隔を通過して第２の入射面に大きな入射角で入射する上記被照明領域の照明に利用できない光の割合を減らすために、上記間隔を０．１ｍｍよりも狭くすることが望ましい。
【００１５】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の導光体の第１の面と対向した面、および第２の導光体の第２の面と対向した面の略中央部に凸部が形成され、第１の導光体の凸部および第１の面と、第２の導光体の凸部および第２の面とが当接して配置されていてもよい。
この構成によれば、第１の導光体の凸部および第１の面と、第２の導光体の凸部および第２の面とが当接しているので、上記凸部の周囲の第１の導光体および第１の面の間、第２の導光体および第２の面の間には、間隔が形成される。光が第１の面および第２の面で全反射するのはその周縁部であるので、間隔が必要とされるのは周縁部であり、略中央部に間隔が形成されていなくても全反射されないという問題は発生しない。つまり、入射された光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。
また、凸部の高さを調節ことにより上記間隔を調節することができるため、上記間隔の調節が容易になり、導光体の製造が容易になる。
【００１６】
上記の構成を実現するために、第１の面と、第２の面と、第１の導光体および第２の導光体の入射面と、その出射面との少なくとも１つの面には、光の反射率を抑える反射防止手段が設けられていることが望ましい。より望ましくは、反射防止手段として反射防止膜を用いることが望ましい。
この構成によれば、第１の面と、第２の面と、第１の導光体および第２の導光体の入射面と、その出射面との少なくとも１つの面における光の反射が低減されるため、入射した光の利用効率を向上させることができる。なお、反射防止手段を設けても、全反射の臨界角より大きな角度で入射する光は上記光の透過面で全反射をおこすので、入射した光の利用効率を損なうことがない。
また、反射防止膜を反射防止手段として用いることにより、反射防止手段の配置スペースを小さくすることができ、より狭い空間に導光体を配置することができる。
【００１７】
本発明の照明装置は、光源と、該光源に対向する位置に上記本発明の導光体とを備えることができる。
照明装置の導光体に上記本発明の導光体を用いることにより、照明装置から出射される光の照度分布の均一性を向上させることと、照明装置の小型化を図ることを両立させることができる。
【００１８】
本発明の投射型表示装置は、上記本発明の照明装置と、照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えることができる。
投射型表示装置の照明装置に、本発明の照明装置を用いることにより、投射される画像の照度分布の均一性を向上させることと、投射型表示装置の小型化を図ることを両立させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は本発明の投射型表示装置１０の構成を示す概略図である。
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射されたＲ、Ｇ、Ｂの色光に対応した液晶ライトバルブ（光変調手段）３１、３２、３３と、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３５と、合成された光束をスクリーンＳに投射する投射レンズ（投射手段）４１とから概略構成されている。
【００２０】
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは基本的に全て同一構成であるので、ここでは照明装置１１ｒを一例として説明する。
図２は、ロッドインテグレータ５０の構成を示す概略図である。
照明装置１１ｒは、図１に示すように、Ｒの色光を出射可能なＬＥＤ（光源）１２ｒと、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光の照度分布を均一にするロッドインテグレータ（導光体）５０とを備えている。
ロッドインテグレータ５０は、図２に示すように、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光が入射する入射側ロッドレンズ（第１の導光体）５１と、入射側ロッドレンズ５１から出射された色光を折り曲げる三角プリズム（多角形プリズム）５２と、折り曲げられた色光を液晶ライトバルブ３１に向けて出射する出射側ロッドレンズ（第２の導光体）５３とを備えている。
【００２１】
入射側ロッドレンズ５１は、反射板（反射体）５４を反射面を内側に向けて４枚筒状に組み合わせて形成され、その内部には空気（第２の媒質）（屈折率は略１．０）が満たされている。出射側ロッドレンズ５３も同様に反射板５４を組み合わせて形成され、内部は空気で満たされている。
三角プリズム５２はガラス（第１の媒体）（屈折率はガラスの種類により異なり略１．４５〜略１．９２の間の値を取る）から形成されている。三角プリズム５２には、入射側ロッドレンズ５１に対向する入射面（第１の面）５５、出射側ロッドレンズ５３に対向する出射面（第２の面）５６、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６に隣接し反射膜（反射手段）５７ａが設けられた反射面５７が設けられている。プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６には、その面に入射する光の反射率を抑える反射防止膜５８が設けられている。この反射防止膜５８は、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６における全反射の臨界角（ガラスと空気の屈折率から決まる）未満の角度で入射する光の反射を抑え、臨界角より大きな角度で入射する光の全反射を妨げないものである。
なお、三角プリズム５２を形成する材質は、その屈折率が各ロッドレンズ５１、５３の内部を満たす物質の屈折率よりも大きいものであれば良く、例えば透明な樹脂を用いても良い。また、逆に入射側ロッドレンズ５１と出射側ロッドレンズ５３との内部を満たす物質は、その屈折率が三角プリズム５２を形成する材質の屈折率よりも小さければ良く、例えばシリコンジェルを用いても良い。また、三角プリズム５２は、反射防止膜５８がプリズム入射面５５およびプリズム出射面５６に設けられているものに限られることなく、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６のどちらか一方に設けられているものでもよい。
【００２２】
液晶ライトバルブ３１、３２、３３は液晶パネルと、入射側偏光板（図示せず）と、出射側偏光板（図示せず）とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム３５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００２３】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの作用は基本的に全て同一であるので、ここでは照明装置１１ｒを一例として説明する。
照明装置１１ｒにおいては、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光Ｒが、図１に示すように、入射側ロッドレンズ５１に入射する。入射側ロッドレンズ５１内に入射した色光は、反射板５４により反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて出射される。
入射側ロッドレンズ５１から出射された色光は、その大半がプリズム入射面５５における臨界角未満の入射角でプリズム入射面５５に入射し、反射防止膜５８を透過してプリズム入射面５５から三角プリズム５２内に伝搬する。三角プリズム５２内に伝搬した色光は、反射面５７の反射膜５７ａによりプリズム出射面５６に向けて反射され、プリズム出射面５６における臨界角未満の入射角でプリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射した色光は、反射防止膜５８を透過してプリズム出射面５６から出射側ロッドレンズ５３に向けて出射される。
プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ５３に入射されて反射板５４により反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて液晶ライトバルブ３１に向けて出射される。
【００２４】
また、入射側ロッドレンズ５１に入射した色光であって、図２の矢印Ａで示された経路を伝搬する色光は、反射面５７により反射されプリズム入射面５５に三角プリズム５２の内部側から入射する。プリズム入射面５５に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム入射面５５に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、プリズム出射面５６に向かって伝搬して出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ５３に入射し、その照度分布が均一化されて液晶ライトバルブ３１に向けて出射される。
【００２５】
さらに、図２の矢印Ｂで示された経路を伝搬する色光は、プリズム入射面５５から三角プリズム５２内に入射し、直接プリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム出射面５６に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、反射面５７に向かって伝搬する。反射面５７に入射した色光は、プリズム出射面５６に向かって反射されプリズム出射面５６から出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ５３に入射し、その照度分布が均一化されて液晶ライトバルブ３１に向けて出射される。
【００２６】
上述したように、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射された色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図１に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ３１、３２、３３に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３により変調されてクロスダイクロイックプリズム３５に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３５において合成されて投射レンズ４１に出射される。投射レンズ４１は、合成された各色光をスクリーンＳに向かって拡大投射する。
【００２７】
上記の構成によれば、ロッドインテグレータ５０を折り曲げることによりその長さを長くし、照度分布をより均一化した光を得ることができるとともに、ロッドインテグレータ５０の配置の自由度が向上しより狭い空間にロッドインテグレータ５０を配置することができる。
また、単にロッドインテグレータ５０を折り曲げたものと比較すると、光の出射方向が大きくなりすぎて液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できなくなる光や、折り曲げ部で光の入射方向に反射されて利用できなくなる光をなくすことができる。そのため、ロッドインテグレータ５０に入射された光の損失をなくすことができる。
【００２８】
三角プリズム５２は、最低限必要な色光が入射するプリズム入射面５５と、反射膜５７ａが設けられた反射面５７と、色光が出射するプリズム出射面５６とからのみ構成されている。そのため、不要な空間を必要とせずロッドインテグレータ５０を小型化するのに好適である。
また、使用されない面を持たないため、その面から光が漏れることがなく、ロッドインテグレータ５０に入射した光の利用効率が低下することがない。
【００２９】
反射防止膜５８を設けたことにより、プリズム入射面５５およびプリズム出射面５６における臨界角未満の角度で入射する光の反射が低減されるため、ロッドインテグレータ５０に入射した光の利用効率を向上させることができる。なお、反射防止膜５８を設けても、臨界角より大きな角度で入射する光の全反射を妨げないので、ロッドインテグレータ５０に入射した光の利用効率を損なうことがない。
【００３０】
入射側ロッドレンズ５１および出射側ロッドレンズ５３に入射した光は、反射板５４に反射されてその照度分布が均一化される。反射板５４によって入射した全ての光が反射されるので、光が反射時に漏れることがない。そのため、入射側ロッドレンズ５１および出射側ロッドレンズ５３内で入射した光が損失することを防ぐことができる。
【００３１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、ロッドインテグレータの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図３および図４を用いてロッドインテグレータ周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
【００３２】
図３は本発明のロッドインテグレータ６０の構成を示す概略図である。
ロッドインテグレータ（導光体）６０は、図３に示すように、ＬＥＤ１２ｒから出射された色光が入射する入射側ロッドレンズ（第１の導光体）６１と、入射側ロッドレンズ６１から出射された色光を折り曲げる三角プリズム５２と、折り曲げられた色光を液晶ライトバルブ３１に向けて出射する出射側ロッドレンズ（第２の導光体）６３とを備えている。
【００３３】
入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ６３は、ガラス（第３の媒体）（屈折率はガラスの種類により異なり略１．４５〜略１．９２の間の値を取る）を用いて四角柱形状に形成されている。入射側ロッドレンズ６１のＬＥＤ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとに対向した面を、色光が入射する第１の入射面６６とするとともに、プリズム入射面５５と対向した面を、色光が出射する第１の出射面６７としている。出射側ロッドレンズ６３のプリズム出射面５６と対向した面を、色光が入射する第２の入射面６８とするとともに、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に対向した面を、色光が出射する第２の出射面６９としている。そして、これら第１の入射面６６と、第１の出射面６７と、第２の入射面６８と、第２の出射面６９とには、反射防止膜５８が設けられている。
なお、入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ６３は、反射防止膜５８が上述した第１の入射面６６と、第１の出射面６７と、第２の入射面６８と、第２の出射面６９との全ての面に設けられているものに限られることなく、これらの面のうち、少なくとも１つの面に設けられていてもよい。
【００３４】
また、第１の出射面６７およびプリズム入射面５５との間と、第２の入射面６８およびプリズム出射面５６との間とには間隔Ｌが設けられ、そこには空気が満たされている。間隔Ｌの寸法は、下限がそこを伝搬する色光の波長と空気の屈折率との積、上限が略０．１ｍｍの間に収まるように形成されている。
なお、入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ５３を形成する材質は、その周囲に存在する物質（ここでは空気）の屈折率よりも高い屈折率を有する材質であれば良く、例えば透明な樹脂でもよい。
また、間隔Ｌに満たされる物質としては、三角プリズム５２を形成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する物質であれば良く、例えばシリコンジェルでもよい。
【００３５】
図４はロッドインテグレータの変形例の構成を示す概略図である。
なお、図４に示すように、第１の出射面６７、および第２の入射面６８の略中央部には凸部６５が形成され、第１の出射面６７の凸部６５およびプリズム入射面５５と、第２の入射面６８の凸部６５およびプリズム出射面５６とが当接して配置されていてもよい。
【００３６】
次に、上記の構成からなるロッドインテグレータ６０における作用について説明する。
第１の入射面６６から反射防止膜５８を透過して入射側ロッドレンズ６１内に入射した色光は、入射側ロッドレンズ６１の長手軸線方向と平行な境界面により全反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて第１の出射面６７から反射防止膜５８を透過して出射される。
第１の出射面６７から出射された色光は、プリズム入射面５５における臨界角未満の入射角でプリズム入射面５５に入射し、反射防止膜５８を透過してプリズム入射面５５から三角プリズム５２内に伝搬する。三角プリズム内に伝搬した色光は、反射面５７の反射膜５７ａによりプリズム出射面５６に向けて反射され、プリズム出射面５６における臨界角未満の角度でプリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射した色光は、反射防止膜５８を透過してプリズム出射面５６から第２の入射面６８に向けて出射される。
プリズム出射面５６から出射された色光は、第２の入射面６８に入射されて反射防止膜５８を透過して、出射側ロッドレンズ６３内に伝搬する。出射側ロッドレンズ６３内に伝搬した光は、出射側ロッドレンズ６３の長手軸線方向と平行な境界面により全反射されながら伝搬し、その照度分布が均一化されて第２の出射面６９から反射防止膜５８を透過して出射される。
【００３７】
また、入射側ロッドレンズ６１に入射した色光であって、図３の矢印Ｃで示された経路を伝搬する色光は、反射面５７により反射されプリズム入射面５５に三角プリズム５２の内部側から入射する。プリズム入射面５５に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム入射面５５に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、プリズム出射面５６に向かって伝搬して出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ６３に入射し、その照度分布が均一化されて出射される。
【００３８】
さらに、図３の矢印Ｄで示された経路を伝搬する色光は、プリズム入射面５５から三角プリズム５２内に入射し、直接プリズム出射面５６に入射する。プリズム出射面５６に入射する色光は、屈折率の大きいガラス側から屈折率の小さい空気側に向かって入射し、かつプリズム出射面５６に臨界角より大きい入射角で入射するため全反射され、反射面５７に向かって伝搬する。反射面５７に入射した色光は、プリズム出射面５６に向かって反射されプリズム出射面５６から出射される。プリズム出射面５６から出射された色光は、出射側ロッドレンズ６３に入射し、その照度分布が均一化されて出射される。
【００３９】
上記の構成によれば、入射側ロッドレンズ６１および出射側ロッドレンズ６３の長手軸線方向に対して大きな角度を持ち液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できない光は、前記長手軸線方向と平行な境界面に小さな入射角で入射するため、上記境界面を透過して外部に漏れる。それ以外の光は、上記境界面に大きな入射角で入射することと、ガラスと空気との屈折率との違いとにより全反射される。
そのため、出射側ロッドレンズ６３から出射された光のうち液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できない光の割合が少なくなる。つまり、出射側ロッドレンズ６３から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００４０】
反射防止膜５８を設けたことにより、第１の入射面６６と第１の出射面６７と第２の入射面６８と第２の出射面６９とにおける臨界角未満の角度で入射する光の反射を低減されるため、ロッドインテグレータ６０に入射した光の利用効率を向上させることができる。なお、反射防止膜５８を設けても、臨界角より大きな角度で入射する光の全反射を妨げないので、ロッドインテグレータ６０に入射した光の利用効率を損なうことがない。
【００４１】
第１の出射面６７とプリズム入射面５５との間、および第２の入射面６８とプリズム出射面５６との間の間隔Ｌが、そこを透過する色光の波長と空気の屈折率との積よりも広く形成されている。そのため、上記間隔Ｌの長さがエバネッセント波の浸透深さよりも長く形成され、全反射する条件で入射した光が透過することを防ぐことができる。つまり、入射された光の利用効率の低下を防ぐことができる。
また、上記間隔Ｌを０．１ｍｍよりも狭くしているため、上記間隔Ｌからロッドインテグレータ６０の外部に漏れる光、第１の出射面６７から上記間隔Ｌを通過して第２の入射面６８に大きな入射角で入射する液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できない光の割合を減らすことができる。つまり、入射された光の利用効率の低下を防ぐことができる。
【００４２】
第１の出射面６７の凸部６５およびプリズム入射面５５と、第２の入射面６８の凸部６５およびプリズム出射面５６とが当接しているので、凸部６５の周囲の第１の出射面６７およびプリズム入射面５５の間、第２の入射面６８およびプリズム出射面５６の間には、間隔Ｌが形成される。色光がプリズム入射面５５およびプリズム出射面５６で全反射するのはその周縁部であるので、間隔Ｌが必要とされるのは上記周縁部であり、略中央部に間隔が形成されていなくても全反射されないという問題は発生しない。つまり、入射された光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。
また、凸部６５の高さを調節ことにより間隔Ｌを調節することができるため、間隔Ｌの調節が容易になり、ロッドインテグレータ６０の製造が容易になる。
【００４３】
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、上記の実施の形態においては、照明装置の光源がＬＥＤにより構成されているものに適応して説明したが、この光源がＬＥＤにより構成されているものに限られることなく、ハロゲンランプなど、その他各種の光源に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、ロッドインテグレータを略９０°曲げた形態に適応して説明したが、その曲げ角が略９０°のものに限られることなく、その他さまざまな角度でロッドインテグレータを曲げたものに適応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】 同、ロッドインテグレータの構成を示す概略図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態のロッドインテグレータの構成を示す概略図である。
【図４】 同、ロッドインテグレータの変形例を示す概略図である。
【図５】 従来のロッドインテグレータの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、 １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ・・・照明装置、 １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤ（光源）、 ３１、３２、３３・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ４１・・・投射レンズ（投射手段）、 ５０、６０・・・ロッドインテグレータ（導光体）、 ５１、６１・・・入射側ロッドレンズ（第１の導光体）、 ５２・・・三角プリズム（多角形プリズム）、 ５３、６３・・・出射側ロッドレンズ（第２の導光体）、 ５４・・・反射板（反射体）、 ５５・・・入射面（第１の面）、 ５６・・・出射面（第２の面）、 ５７ａ・・・反射膜（反射手段）、 ６５・・・凸部
Claims (7)
- 光源と被照明領域との間に配置される導光体であって、
第１の屈折率を有する第１の媒体からなる多角形プリズムと、光を前記多角形プリズムの第１の面に入射させる第１の導光体と、前記多角形プリズムの第２の面から出射された光が入射される第２の導光体と、を備え、
前記多角形プリズムには、前記第１の面から入射した光を前記第２の面に向けて反射する反射手段が設けられ、
前記第１の導光体と前記第１の面との間、および前記第２の導光体と前記第２の面との間に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の媒体が備えられ、
前記第１の導光体および前記第２の導光体が、前記第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の媒体からなる柱状体であり、
前記第１の導光体の前記第１の面と対向した面、および前記第２の導光体の前記第２の面と対向した面の略中央部に凸部が形成され、前記第１の導光体の前記凸部および前記第１の面と、前記第２の導光体の前記凸部および前記第２の面とが当接して配置されている
ことを特徴とする導光体。 - 前記多角形プリズムが、三角プリズムであることを特徴とする請求項１記載の導光体。
- 前記第１の導光体と前記第１の面との離間した部分の間隔、および前記第２の導光体と前記第２の面との離間した部分の間隔が、前記第１および第２の導光体内を伝搬する光の波長と前記第２の屈折率との積よりも広いことを特徴とする請求項１又は２記載の導光体。
- 前記第１の面と、前記第２の面と、前記第１の導光体および前記第２の導光体の入射面と、その出射面との少なくとも１つの面には、光の反射率を抑える反射防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の導光体。
- 前記反射防止手段が、反射防止膜であることを特徴とする請求項４記載の導光体。
- 光源と、該光源に対向する位置に請求項１から５のいずれかに記載の導光体とを備えたことを特徴とする照明装置。
- 請求項６記載の照明装置と、該照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003177947A JP4013844B2 (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 導光体、照明装置および投射型表示装置 |
| US10/871,004 US20050018149A1 (en) | 2003-06-23 | 2004-06-21 | Light conducting unit, illumination apparatus, and projection type display apparatus |
| TW093117990A TWI289691B (en) | 2003-06-23 | 2004-06-21 | Light conducting unit, illumination apparatus, and projection type display apparatus |
| CNB2004100481953A CN100403156C (zh) | 2003-06-23 | 2004-06-21 | 导光体、照明装置及投影型显示装置 |
| DE602004010573T DE602004010573T2 (de) | 2003-06-23 | 2004-06-21 | Lichtleiteinheit, Beleuchtungsvorrichtung und Projektionsanzeigevorrichtung |
| EP04253700A EP1491923B1 (en) | 2003-06-23 | 2004-06-21 | Light conducting unit, illumination apparatus, and projection type display apparatus |
| US12/153,986 US7645042B2 (en) | 2003-06-23 | 2008-05-28 | Light conducting unit, illumination apparatus, and projection type display apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003177947A JP4013844B2 (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 導光体、照明装置および投射型表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005017338A JP2005017338A (ja) | 2005-01-20 |
| JP4013844B2 true JP4013844B2 (ja) | 2007-11-28 |
Family
ID=34179724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003177947A Expired - Fee Related JP4013844B2 (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 導光体、照明装置および投射型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4013844B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4577575B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2010-11-10 | カシオ計算機株式会社 | 導光装置及びプロジェクタ |
| JPWO2007126007A1 (ja) * | 2006-04-28 | 2009-09-10 | 吉田 和司 | 画像表示装置 |
| EP2579097A4 (en) * | 2010-05-28 | 2017-01-04 | NEC Display Solutions, Ltd. | Illuminating optical system and projection display device |
| JP2012230349A (ja) * | 2011-04-13 | 2012-11-22 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 反射光学素子および反射光学系 |
-
2003
- 2003-06-23 JP JP2003177947A patent/JP4013844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005017338A (ja) | 2005-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100709844B1 (ko) | 조명 장치 및 투사형 표시 장치 | |
| US7267441B2 (en) | Projection display | |
| US7267446B2 (en) | Projection display | |
| US20060139575A1 (en) | Optical collection and distribution system and method | |
| US7066601B2 (en) | Projection display having an illumination module and an optical modulator | |
| JP6000303B2 (ja) | 表示モジュール | |
| JP2002328430A (ja) | 画像表示装置 | |
| JP2006267579A (ja) | 光源装置、照明装置及びプロジェクタ | |
| TW201833653A (zh) | 投影系統 | |
| US20230251559A1 (en) | Light source optical system, light source device, light source unit, and image display apparatus | |
| WO2009110081A1 (ja) | 投光光学系、及びこれを用いた投写型表示装置 | |
| US8136951B2 (en) | Projection type display apparatus and optical unit with optical coupling lens | |
| JP4325135B2 (ja) | 照明装置およびプロジェクタ | |
| JP4013844B2 (ja) | 導光体、照明装置および投射型表示装置 | |
| JP2002062588A (ja) | 平滑化光学素子および照明光学系 | |
| US7528359B2 (en) | Projector | |
| KR20040083830A (ko) | 투사형 화상표시장치 | |
| JP4784083B2 (ja) | スクリーン及び画像表示装置 | |
| JP4085708B2 (ja) | 導光装置、照明装置、投射型表示装置 | |
| JP2017181603A (ja) | 光源ユニット | |
| JP2004184611A (ja) | 光学素子、照明装置、投射型表示装置 | |
| JP2006030535A (ja) | 照明装置及びプロジェクタ | |
| JP3976757B2 (ja) | 照明装置及び投射型表示装置 | |
| KR0132824B1 (ko) | 액정프로젝터 | |
| JP2022085838A (ja) | 光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050302 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050303 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070510 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070522 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070723 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070821 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070903 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4013844 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110921 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120921 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130921 Year of fee payment: 6 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |