JP4082083B2 - 照明装置および投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関し、特に小型、薄型の照明装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブ等の光変調装置を用いて映像光を合成し、合成された映像光を投射レンズ等からなる投射光学系を通じてスクリーンに拡大投射する投射型表示装置が従来から知られている。この種の投射型表示装置に用いられる照明装置において、メタルハライドランプ等の光源から出射される光は通常、中央部が明るく、周縁部が暗いという不均一な照度分布を持っている。よって、投射型表示装置用の照明装置には、被照明領域、具体的には液晶ライトバルブにおける照度分布を均一化するために、２枚のフライアイレンズからなるフライアイインテグレータ、もしくはロッド状導光体（以下、ロッドレンズと言うこともある）からなるロッドインテグレータ等の均一照明手段が備えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投射型表示装置は、上記の照明装置の他、色分離光学系、色合成光学系等の多くの光学系を備えたものであり、装置自身が比較的大型であった。そこで近年、投射型表示装置の普及に伴って装置の小型化、薄型化が求められている。
【０００４】
上記の均一照明手段のうち、フライアイインテグレータは、複数のレンズによって入射光を一旦複数の部分光束に分け、これらの部分光束を被照明領域（液晶ライトバルブ）上で重畳することにより照度分布が均一化された照明光を得るものである。したがって、２つのフライアイレンズ間の距離、およびフライアイインテグレータとライトバルブとの距離をある程度空ける必要があり、このことが装置の小型化、薄型化の障害となっていた。また、距離を短くするためにはレンズの偏心を大きく取る必要があり、レンズの加工が難しくなるという問題があった。さらに、２つのフライアイレンズ間の境界が不要散乱を引き起こすという問題もあった。
【０００５】
一方、ロッドインテグレータは、入射光がロッドレンズ内で複数回、内面反射を繰り返すことによって照度分布の均一化がなされるものであり、入射光の内面反射の回数が多くなる程、より均一化された光が得られる。入射光の内面反射の回数を多くするためには、ロッドレンズの径を小さくするか、長さを長くする必要がある。しかしながら、ロッドレンズの径を小さくするのは、光源の大きさや被照明領域であるライトバルブの大きさから制限を受け、やたらと小さくすることはできない。また、ロッドレンズの長さを長くすると、照明装置が大型化してしまい、装置の小型化、薄型化の障害となってしまう。
【０００６】
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、小型、薄型の投射型液晶表示装置と、これに用いて好適な照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源と、前記光源からの入射光の照度を均一化して出射する均一照明手段とを備えた照明装置であって、前記均一照明手段が、前記入射光の角度分布を狭め、かつ前記入射光の照度分布を均一化する機能を有する回折光学素子を備えたことを特徴とする。
【０００８】
従来の均一照明手段がフライアイインテグレータやロッドインテグレータからなり、いずれにしてもレンズによる屈折を利用したものであるのに対し、本発明の均一照明手段は回折光学素子を備え、入射光の回折現象を利用するものである。すなわち、本発明の場合、回折光学素子による回折を利用して入射光を偏向させるので、レンズによる屈折を用いた場合よりも入射光を大きな角度で容易に曲げることができる。その結果、短い距離で入射光の照度分布の均一化が可能となり、照明装置の小型化、薄型化を実現することができる。
【０００９】
また、この均一照明手段は、限られた領域から広い角度で出射する光源光を回折光学素子のサイズまで広げることができ、かつ、光軸に対して平行に近い角度で光が出射するように入射光の角度分布を狭める機能を有している。これにより、例えば投射型表示装置に採用した場合に液晶ライトバルブに対して法線方向に近い方向から光を入射させることができ、コントラストを向上させる効果が得られる。
【００１０】
前記回折光学素子は、例えば、少なくとも入射端面に回折格子が設けられた棒状の導光体または内面あるいは外面が反射面とされた管状の導光体で構成することができる。
ここで言う「棒状の導光体」または「内面あるいは外面が反射面とされた管状の導光体」は、いわゆる従来からのロッドレンズである。また、管状の導光体の場合、「内面あるいは外面が反射面とされた」とは、反射面を設ける個所は管の内面でも外面でも良いが、いずれの場合も光が反射する側は管の内側という意味である。この構成によれば、ロッドレンズの入射端面に回折格子を設けるだけで、本発明の均一照明手段に好適な回折光学素子を容易に作製することができる。また、回折格子の凹凸のピッチを変えることで入射光の偏向角を容易に調整することができる。この構成では、回折光学素子の加工がそれ程難しいことはないし、回折光学素子の内部で光の散乱や損失が生じることもない。
【００１１】
その場合、前記回折光学素子の出射端面側にも回折格子を設けることが望ましい。
この構成によれば、入射端面側の回折格子によって出射端面のある程度広い領域まで広げた光を、出射端面側の回折格子によって光軸に対して平行に近い角度に偏向させることができる。
【００１２】
前記導光体が、入射端面側から出射端面側に向けて同径のものでもよいが、先拡がりのテーパ状としてもよい。
ロッドレンズが先拡がりのテーパ状である場合、光がレンズ内面で反射するたびに光軸に近い方向に曲げられるので、光軸に対してより平行に近い角度の光を得ることができる。
【００１３】
前記光源としては、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）等の固体発光素子を複数、平面状または曲面状に配列した面状光源を用いることができる。
この構成によれば、小型、薄型の照明装置を容易に実現することができる。
【００１４】
本発明の投射型表示装置は、上記本発明の照明装置と、前記照明装置からの光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、上記本発明の照明装置を備えたことにより、小型、薄型の投射型表示装置を実現することができる。また、照明装置から角度分布が狭く、照度分布が均一化された光が照射されるので、明るさムラが少なく、高コントラストの画像を再現することができる。
【００１６】
本発明の他の投射型表示装置は、異なる色の色光を時間順次に出射可能な複数の光源が平面状または曲面状に配列された面状光源と、前記面状光源からの入射光の角度分布を狭め、かつ前記入射光の照度分布を均一化する機能を有する回折光学素子を備えた均一照明手段と、前記光源から前記均一照明手段を経て時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動されるライトバルブからなる光変調手段と、前記光変調手段によって変調された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
この投射型表示装置は、「色順次駆動（カラーシーケンシャル）方式」と呼ばれる駆動方式を採用したものである。したがって、各色光毎の３個のライトバルブを用いる従来の３板方式の投射型表示装置と異なり、ライトバルブが１個で済み（単板方式となる）、さらに光変調手段への照明光学系も１系統で済む。そして、色分離光学系や色合成光学系が不要となるため、部品点数を大きく削減できるとともに装置構成を簡単にでき、コスト低減を図ることができる。
【００１８】
本発明のさらに他の投射型表示装置は、互いに異なる色の色光を出射可能な複数の面状光源と、前記複数の面状光源の各々の出射側に設けられ、各面状光源からの入射光の角度分布を狭め、かつ前記入射光の照度分布を均一化する機能を有する回折光学素子を備えた複数の均一照明手段と、前記複数の均一照明手段の各々の出射側に設けられ、前記光源から前記均一照明手段を経て出射される各色光を変調するライトバルブからなる複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段により変調された色光を合成する色合成手段と、前記色合成手段により合成された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この投射型表示装置は、上で述べた装置と異なり、複数のライトバルブを必要とするものである。しかしながら、従来の装置とは異なり、複数の光源が互いに異なる色の色光を出射するように構成され、各色光毎にライトバルブが設けられているので、色分離手段を必要としない。その分、従来の装置に比べて装置構成が簡単になる。また、上で述べた装置のように光源とライトバルブの駆動を同期させる必要はないため、駆動が複雑にならず、ライトバルブの応答速度もそれ程速いものを必要としなくて済む。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。
本実施の形態では、色順次駆動方式の投射型カラー液晶表示装置の例を示す。図１は投射型表示装置１の全体構成を示す概略図であって、図中符号２はＬＥＤアレイ（面状光源）、３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、４はＰＢＳアレイ、５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６は投射レンズ、である。
【００２１】
本実施の形態の投射型表示装置１は、図１に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な複数のＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂ（固体発光素子）が平面状または曲面状に配列されたＬＥＤアレイ２と、ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから出射される各色光の照度を均一化するための複数のロッドレンズ８が平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイ３と、ロッドレンズアレイ３から入射される光の偏光変換を行うＰＢＳアレイ４と、ＰＢＳアレイ４から入射される各色光を変調して画像を合成する液晶ライトバルブ５と、液晶ライトバルブ５によって合成された画像をスクリーン９に拡大投射する投射レンズ６とから概略構成されている。このうち、本実施の形態の照明装置は、図２に示すＬＥＤアレイ２とロッドレンズアレイ３とによって構成されている。
【００２２】
ＬＥＤアレイ２は光源駆動回路１０に接続されており、この光源駆動回路１０によって各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂが発光するタイミングが制御され、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから例えばＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、…というように時間順次に色光を発光可能な構成となっている。
【００２３】
ロッドレンズアレイ３は、図２に示すように、楔形のガラス柱からなるロッドレンズ８（回折光学素子）が複数、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂに対応して平面状または曲面状に配置されたものである。図２において、ロッドレンズ８の左側の面が入射端面８ａ、右側の面が出射端面８ｂとなっている。図３は一つのロッドレンズ８を取りだして示す断面図である。ロッドレンズ８は入射端面８ａ側から出射端面８ｂ側に向けて先拡がりのテーパ状の形状であり、入射端面８ａ、出射端面８ｂの双方に回折格子９ａ，９ｂがそれぞれ形成されている。各回折格子９ａ、９ｂの溝のピッチは、例えばロッドレンズ８の両端面の中央部で大きく、周縁部で小さくなっている。例えば最小のピッチが１μｍ程度、最大の溝深さが０．３５μｍ程度である。また、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂと各ロッドレンズ８は必ずしも１：１に対応している必要はなく、例えば複数個のＬＥＤに１個のロッドレンズが対応していても良い。
【００２４】
各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから出射された光は、ロッドレンズアレイ３の入射端面に到達した時点ではＬＥＤの中心部の照度が高く、周縁部の照度が低いという照度分布を有している。ところが、各ロッドレンズ８の入射端面８ａの回折格子９ａにおいて、ＬＥＤ中央部にあたる光束がより外側に拡がるように大きい角度で回折される。そして、入射光はロッドレンズ８の内面で反射を繰り返し、出射端面８ｂから出射される時点では照度が均一化された状態となっている。さらに、出射端面８ｂ側の回折格子９ｂによって光軸に対して平行に近い角度に回折されて出射される。
【００２５】
すなわち、入射端面８ａ側の回折格子９ａと出射端面８ｂ側の回折格子９ｂとでは機能が若干異なっている。入射端面８ａ側の回折格子９ａは主に照度均一化手段として機能する一方、出射端面８ｂ側の回折格子９ｂは角度変換素子として光がより平行に近くなるようにする機能を有する。角度分布が狭くなることによって投射レンズでけられる光の量が減り、光の利用効率が高くなる。用途によって、光源の明るさが充分に足りている場合には、回折格子は入射端面側のみでも充分である。
【００２６】
また本実施の形態の場合、ロッドレンズ８が先拡がりのテーパ状となっているので、光がレンズ内面で反射するたびに光軸に近い方向に曲げられるので、光軸に対してより平行に近い角度の光を得ることができる。
【００２７】
ＰＢＳアレイ４は、偏光分離膜４ａと反射膜４ｂとを有する複数のＰＢＳと１／２波長板４ｃ（位相差板）とが組み合わされたものであって、ＬＥＤアレイ２からの光に含まれるｐ偏光、ｓ偏光（直線偏光）のうちの一方を偏光変換して他方の偏光に揃えるものである。よって、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂとＰＢＳアレイ４との位置関係は、これらＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから出射される光が最初に偏光分離膜４ａに入射されるように配置されている。
【００２８】
液晶ライトバルブ５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３１が使用され、液晶セル３１の外面には入射側偏光板３２、出射側偏光板３３がその透過軸が互いに直交するように配置されて設けられている。例えば、オフ状態では液晶ライトバルブ５に入射されたｓ偏光がｐ偏光に変換されて出射される一方、オン状態では光が遮断されるようになっている。以上のＬＥＤアレイ２、ロッドレンズアレイ３、ＰＢＳアレイ４、液晶ライトバルブ５は離間して配置しても良いが、装置の小型化、薄型化のためには全てを密着させて配置することが望ましい。
【００２９】
図１に示すように、液晶ライトバルブ５は液晶ライトバルブ駆動回路１１に接続されており、この液晶ライトバルブ駆動回路１１によって、入射される各色光に対応させて液晶ライトバルブ５を時間順次に駆動することが可能な構造になっている。また、本実施の形態の投射型表示装置１においては、同期信号発生回路１２が備えられており、この同期信号発生回路１２により、同期信号ＳＹＮＣを発生させ、光源駆動回路１０および液晶ライトバルブ駆動回路１１に入力することにより、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから色光を出射するタイミングと、その色光に対応して液晶ライトバルブ５を駆動するタイミングとを同期させることができる構造になっている。
【００３０】
すなわち、本実施の形態の投射型表示装置１では、１フレームを時分割し、ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから時間順次にＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出射させ、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから色光を出射するタイミングと液晶ライトバルブ５を駆動するタイミングとを同期させることにより、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから出射される色光に対応させて液晶ライトバルブ５を時間順次に駆動し、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから出射される色光に対応する画像信号を出力することにより、カラー画像を合成することが可能な構成になっている。
【００３１】
本実施の形態の投射型表示装置は、いわゆる「色順次駆動（カラーシーケンシャル）方式」と呼ばれる駆動方式を採用したものである。したがって、各色光毎の３個の液晶ライトバルブを用いる従来の３板方式の投射型表示装置と異なり、液晶ライトバルブが１個で済み（単板方式となる）、さらに光変調手段への照明光学系も１系統で済む。そして、色分離光学系や色合成光学系が不要となるため、部品点数を大きく削減できるとともに装置構成を簡単にでき、コスト低減を図ることができる。
【００３２】
特にロッドレンズアレイ３では、回折格子９ａ，９ｂによる光の回折現象を利用して入射光を偏向させているので、単なるロッドレンズを用いた場合よりも入射光を大きな角度で容易に曲げることができる。その結果、短い距離で入射光の照度分布の均一化が可能となり、照明装置の小型化、薄型化、ひいては投射型表示装置の小型化、薄型化を実現することができる。また、ロッドレンズアレイ３の作用によって照明装置から角度分布が狭く、照度分布が均一化された光が照射されるので、明るさムラが少なく、高コントラストの画像を再現することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、入射端面８ａ、出射端面８ｂの双方に回折格子９ａ，９ｂを設けたテーパ状のロッドレンズ８のみを用いてロッドレンズアレイ３を構成したが、この構成に代えて、図４に示すようなロッドレンズアレイを用いてもよい。すなわち、図４に示すロッドレンズアレイ２１は、図２で示したロッドレンズアレイ３の出射端面８ｂ側に、入射端面２２ａ側と出射端面２２ｂ側とで同径の棒状のロッドレンズ２２をさらに接続した構成のものである。この構成によれば、図２で示したロッドレンズアレイ３が薄型ではあっても照度分布の均一化や角度分布の低減がまだ不充分である場合に、付加したロッドレンズアレイ２１の作用によって照明装置の厚みをそれ程増すことなく、照度分布の均一化機能をより向上させることができる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を、図５〜図７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の実施の形態と全く同様であり、ロッドレンズアレイ（均一照明手段）の構成が異なるのみである。よって、投射型表示装置全体の説明は省略し、ロッドレンズアレイのみ説明する。
【００３５】
第１の実施の形態では、テーパ状のロッドレンズでロッドレンズアレイを構成したのに対し、本実施の形態では、図５に示すように、入射端面側と出射端面側とで同径の棒状のロッドレンズ５１を用いてロッドレンズアレイ５０を構成している。すなわち、本実施の形態のロッドレンズアレイ５０は、ガラス柱からなるロッドレンズ５１（回折光学素子）が複数、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂに対応して平面状または曲面状に配置されたものである。図５において、ロッドレンズ５１の左側の面が入射端面５１ａ、右側の面が出射端面５１ｂとなっている。
【００３６】
図６は一つのロッドレンズ５１を取りだして示す断面図である。ロッドレンズ５１の入射端面５１ａ、出射端面５１ｂの双方に回折格子５２ａ，５２ｂがそれぞれ形成されている。なお本実施の形態でも、各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂと各ロッドレンズ５１は必ずしも１：１に対応している必要はなく、例えば複数個のＬＥＤに１個のロッドレンズが対応していても良い。
【００３７】
各ＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂから出射された光は、ロッドレンズアレイ５０の入射端面に到達した時点ではＬＥＤの中心部の照度が高く、周縁部の照度が低いという照度分布を有している。ところが、各ロッドレンズ５１の入射端面５１ａの回折格子５２ａにおいて、ＬＥＤ中央部にあたる光束がより外側に拡がるように大きい角度で回折される。そして、入射光はロッドレンズ５１の内面で反射を繰り返し、出射端面５１ｂから出射される時点では照度が均一化された状態となっている。さらに、出射端面５１ｂ側の回折格子５２ｂによって光軸に対して平行に近い角度に回折されて出射される。
【００３８】
また、図６に示した単なる溝状の回折格子５２ａ，５２ｂに代えて、例えば図７に示すように、ブレーズ化した回折格子５３ａ，５３ｂを設けるようにしてもよい。この場合、特定の次数に回折光を集中させることができるため、光の制御、すなわち光の照度分布の均一化が行いやすくなる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を、図８、図９を参照して説明する。
第１、第２の実施の形態では、均一照明手段としてロッドレンズアレイを用いた例を挙げたが、本実施の形態では、均一照明手段にロッドレンズアレイを用いない例について説明する。
【００４０】
本実施の形態では、第１、第２の実施の形態で挙げた回折格子を有するロッドレンズに代えて、図８に示すように、ロッドレンズを使わずに２枚の回折格子５４ａ，５４ｂのみでその間は空間として均一照明手段を構成している。また図９に示すように、２枚のレンズ５５の各々の曲面上に回折格子５６ａ，５６ｂを設け、さらに回折格子５６ａ，５６ｂをブレーズ化したものを用いることもできる。本実施の形態においても、上記構成の均一照明手段を備えたことによって、入射光の角度分布を狭めるとともに光の照度分布を均一化する機能を奏することができる。
【００４１】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を、図１０を参照して説明する。
本実施の形態も投射型カラー液晶表示装置の例であるが、第１〜第３の実施の形態が色順次駆動方式の単板方式の例であったのに対し、本実施の形態では３板方式の例を示す。図１０は、投射型表示装置の概略構成を示す拡大図である。なお、図１０において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４２】
第１の実施の形態では、光源としてＲ、Ｇ、Ｂの異なる色の色光を発光し得るＬＥＤ７ｒ，７ｇ，７ｂを同一面内に配列したＬＥＤアレイ２を用いたのに対し、本実施の形態の投射型液晶表示装置３６では、図１０に示すように、Ｒの色光を発光し得るＬＥＤ７ｒを同一面内に配列したＬＥＤアレイ２ｒ、Ｇの色光を発光し得るＬＥＤ７ｇを同一面内に配列したＬＥＤアレイ２ｇ、Ｂの色光を発光し得るＬＥＤ７ｂを同一面内に配列したＬＥＤアレイ２ｂ、の３個を面状光源として用いている。そして、各ＬＥＤアレイ２ｒ，２ｇ，２ｂの出射側には、第１の実施の形態で用いたのと同様の回折格子９ａ，９ｂ（図１０では図示略）を有するロッドレンズ８からなるロッドレンズアレイ３が配置されている。これら各色光毎のＬＥＤアレイ２ｒ，２ｇ，２ｂとロッドレンズアレイ３によって本実施の形態の照明装置は構成されている。したがって、本実施の形態の投射型表示装置は各色光毎に３系統の照明装置を有している。
【００４３】
各ロッドレンズアレイ３の出射側にＰＢＳアレイ４が設けられ、さらにＲ、Ｇ、Ｂの各色光を変調する液晶ライトバルブ５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ５によって変調された３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム２５（色合成手段）に入射するように構成されている。このプリズム２５は４つの直角プリズムが貼り合わされたものであり、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。これらの誘電体多層膜によって３つの色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが合成されてカラー画像を表す光が形成される。色合成された光は投射レンズ６によりスクリーン９上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００４４】
本実施の形態の投射型表示装置は、第１の実施の形態の装置と異なり、３個の液晶ライトバルブ５を必要とするものである。しかしながら、従来の装置とは異なり、３つの照明装置が互いに異なる色の色光を出射するように構成され、各色光毎に液晶ライトバルブ５が設けられているので、従来の装置におけるダイクロイックミラーのような色分離手段を必要としない。その分、従来の装置に比べて装置構成が簡単になる。また、第１の実施の形態の装置のようにＬＥＤアレイ２ｒ，２ｇ，２ｂと液晶ライトバルブ５の駆動を同期させる必要はないため、駆動が複雑にならず、液晶ライトバルブの応答速度もそれ程速いものを必要としなくて済む。
【００４５】
そして、本実施の形態においても、回折格子を有するロッドレンズアレイ３を用いたことによって、単なるロッドレンズを用いた場合よりも大きな角度で入射光を容易に曲げることができるため、短い距離で入射光の照度分布の均一化が可能となり、照明装置の小型化、薄型化、ひいては投射型表示装置の小型化、薄型化を実現できる、明るさムラが少なく、高コントラストの画像を再現できる、といった第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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。例えば本発明の均一照明手段に用いる回折光学素子としては、入射光の回折現象を用いて入射光を偏向させるものであればよい。例えば、上記実施の形態で用いた回折格子を有するロッドレンズの他、平面あるいは曲面上に回折格子を形成したレンズなども使用することができる。また、偏光変換手段、光変調手段、色合成手段等に用いる光学部品としては一般的な例を挙げたが、上述の機能を備えたものでありさえすれば、上記実施の形態で挙げたものの他に適宜選択して構わない。明るさが重視されない用途では偏光変換手段を省いた構成としてもよい。また、投射型表示装置の構成として、均一照明手段と偏光変換手段の配置は上記実施の形態と逆であっても良い。上記実施の形態では本発明の照明装置を投射型表示装置に用いた例を示したが、直視型の表示装置に用いることもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、均一照明手段において回折光学素子による回折を利用して入射光を偏向させるので、単なるレンズを用いた場合よりも大きな角度で入射光を容易に曲げることができ、短い距離で入射光の照度分布の均一化が可能となり、照明装置の小型化、薄型化を実現することができる。そして、この照明装置の採用により、小型、薄型の投射型表示装置を実現することができる。また、照明装置から角度分布が狭く、照度分布が均一化された光が照射されるので、明るさムラが少なく、高コントラストの画像を再現することができる。
【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構成図である。
【図２】 同、投射型表示装置を構成する照明装置の構成を示す断面図である。
【図３】 同、照明装置を構成する回折格子を備えた一つのロッドレンズを示す断面図である。
【図４】 同、照明装置の変形例を示す断面図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の投射型表示装置を構成する照明装置の構成を示す断面図である。
【図６】 同、照明装置を構成する回折格子を備えた一つのロッドレンズを示す断面図である。
【図７】 同、ロッドレンズの変形例を示す断面図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態における均一照明手段の構成を示す断面図である。
【図９】 同、均一照明手段の変形例を示す断面図である。
【図１０】 本発明の第４の実施の形態の投射型表示装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，３６ 投射型表示装置
２ ＬＥＤアレイ（面状光源）
３，５０ ロッドレンズアレイ（均一照明手段）
４ ＰＢＳアレイ
５ 液晶ライトバルブ（光変調手段）
６ 投射レンズ
７ｒ，７ｇ，７ｂ ＬＥＤ（光源）
８，２２，５１ ロッドレンズ
９ スクリーン
９ａ，９ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ，５６ａ，５６ｂ 回折格子
２５ クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）

Claims (6)

1. 光源と、前記光源からの入射光の照度を均一化して出射する均一照明手段とを備えた照明装置であって、
   前記均一照明手段が、前記入射光の角度分布を狭めるとともに、前記入射光の照度分布を均一化する機能を有する回折光学素子を備え、
   前記回折光学素子が、棒状の導光体もしくは内面あるいは外面が反射面とされた管状の導光体からなり、
   前記導光体の入射端面および出射端面に回折格子がそれぞれ設けられ、
   前記入射端面側の回折格子は前記入射光の照度分布を均一化する機能を有し、前記出射端面側の回折格子は前記入射光の角度分布を狭める機能を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記導光体が、入射端面側から出射端面側に向けて先拡がりのテーパ状とされたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源が、複数の固体発光素子が平面状または曲面状に配列された面状光源からなることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置からの光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
5. 異なる色の色光を時間順次に出射可能な複数の光源が平面状または曲面状に配列された面状光源と、前記面状光源からの入射光の角度分布を狭め、かつ前記入射光の照度分布を均一化する機能を有する回折光学素子を備えた均一照明手段と、前記光源から前記均一照明手段を経て時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動されるライトバルブからなる光変調手段と、前記光変調手段によって変調された光を投射する投射レンズとを備え、
   前記回折光学素子が、棒状の導光体もしくは内面あるいは外面が反射面とされた管状の導光体からなり、
   前記導光体の入射端面および出射端面に回折格子がそれぞれ設けられ、
   前記入射端面側の回折格子は前記入射光の照度分布を均一化する機能を有し、前記出射端面側の回折格子は前記入射光の角度分布を狭める機能を有することを特徴とする投射型表示装置。
6. 互いに異なる色の色光を出射可能な複数の面状光源と、前記複数の面状光源の各々の出射側に設けられ、各面状光源からの入射光の角度分布を狭め、かつ前記入射光の照度分布を均一化する機能を有する回折光学素子を備えた複数の均一照明手段と、前記複数の均一照明手段の各々の出射側に設けられ、前記光源から前記均一照明手段を経て出射される各色光を変調するライトバルブからなる複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段により変調された色光を合成する色合成手段と、前記色合成手段により合成された光を投射する投射レンズとを備え、
   前記回折光学素子が、棒状の導光体もしくは内面あるいは外面が反射面とされた管状の導光体からなり、
   前記導光体の入射端面および出射端面に回折格子がそれぞれ設けられ、
   前記入射端面側の回折格子は前記入射光の照度分布を均一化する機能を有し、前記出射端面側の回折格子は前記入射光の角度分布を狭める機能を有することを特徴とする投射型表示装置。

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