JP4910354B2 - 均一化光学素子、照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、均一化光学素子、照明装置及びプロジェクタ、特に、プロジェクタに用いら
れる均一化光学素子の技術に関する。

プロジェクタの照明装置には、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、良好な光量分布の画像を表示するこ
とが可能となる。プロジェクタにロッドインテグレータを用いる技術は、例えば、特許文
献１及び２に提案されている。

特開２０００−１８０９６２号公報 特開平１０−２６９８０２号公報

ロッドインテグレータにより光の十分な均一化を図るためには、ロッドインテグレータ
での光の反射回数を増加させることが必要となる。光の反射回数を増加させるためには、
光を伝播させる方向へ長いロッドインテグレータを形成する必要が生じる。従来の技術で
は、十分に均一化された光を得るには、長いロッドインテグレータを用いるために光学系
が大型になってしまうという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので
あり、小型な光学系に用いることができ、かつ十分に均一化された光を得ることが可能な
均一化光学素子、その均一化光学素子を用いた照明装置、及びプロジェクタを提供するこ
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、光を伝播させること
により光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子であって、光を入射させる第１の導
光部と、光を出射方向へ導く第２の導光部と、反射により光を迂回させながら、第１の導
光部から第２の導光部、又は第２の導光部から第１の導光部へ光を導く迂回導光部と、を
有し、第１の導光部及び第２の導光部は、少なくとも２回光を通過させることを特徴とす
る均一化光学素子を提供することができる。

第１の導光部へ入射した光は、直接迂回導光部へ、又は第２の導光部を経て迂回導光部
へ入射する。迂回導光部は、第１の導光部からの光を第２の導光部へ、又は第２の導光部
からの光を第１の導光部へ導く。迂回導光部を介することで、光は、第１の導光部及び第
２の導光部を少なくとも２回通過し、第２の導光部から出射方向へ導かれる。本発明の均
一化光学素子は、光を第１の導光部、第２の導光部、迂回導光部の内面で反射させながら
伝播することにより、光束の強度分布を略均一にする。第１の導光部及び第２の導光部に
て少なくとも２回光を通過させる構成とすることで、均一化光学素子は、従来用いられる
棒状のロッドインテグレータと比較して、光を伝播させる方向について短い形状とするこ
とが可能である。これにより、小型な光学系に用いることができ、かつ十分に均一化され
た光を得ることが可能な均一化光学素子を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の導光部及び第２の導光部として機能する
構造体を有し、迂回導光部は、構造体からの光を迂回させ、構造体へ導くことが望ましい
。構造体へ入射した光は、迂回導光部から再び構造体へ入射した後、出射方向へ導かれる
。これにより、構造体へ少なくとも２回光を通過させることが可能となる。また、第１の
導光部及び第２の導光部として機能する構造体を用いることで、均一化光学素子を小型に
することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の導光部は、第１の振動方向の偏光光を透
過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する第１の偏光分離
部を有し、第１の偏光分離部を透過した光を迂回導光部へ導き、第２の導光部は、第１の
振動方向の偏光光を透過させ、第２の振動方向の偏光光を反射する第２の偏光分離部を有
し、第２の偏光分離部で反射した光を迂回導光部へ導き、第２の偏光分離部を透過した光
を出射方向へ導くことが望ましい。

第１の導光部へ入射した光のうち、例えばｐ偏光光は、第１の偏光分離部を透過した後
、直接迂回導光部へ、又は第２の導光部を経て迂回導光部へ入射する。第１の導光部から
直接、又は迂回導光部を経て第２の導光部へ入射した光のうち、ｓ偏光に変換された光は
、第２の偏光分離部で反射した後、迂回導光部へ入射する。そして、迂回導光部、及び第
１の導光部を進行し、第２の導光部へ再び入射した光のうち、ｐ偏光に変換された光は、
第２の偏光分離部を透過した後、出射方向へ導かれる。これにより、第１の導光部及び第
２の導光部へ、少なくとも２回光を通過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、第１の導光部及び第２の導光部として機能する
構造体を有し、構造体は、第１の偏光分離部及び第２の偏光分離部として機能する構造体
用偏光分離部を有し、構造体用偏光分離部で反射した迂回導光部からの光を迂回導光部へ
導き、構造体用偏光分離部を透過した迂回導光部からの光を出射方向へ導くことが望まし
い。構造体へ入射した光のうち、例えばｐ偏光光は、構造体用偏光分離部を透過した後、
迂回導光部へ入射する。迂回導光部を経て再び構造体へ入射した光のうち、ｓ偏光光に変
換された光は、構造体用偏光分離部で反射した後、迂回導光部へ入射する。そして、迂回
導光部からさらに構造体へ入射した光のうち、ｐ偏光光に変換された光は、構造体用偏光
分離部を透過した後、出射方向へ導かれる。これにより、構造体にて少なくとも３回光を
通過させることが可能となる。また、第１の導光部及び第２の導光部として機能する構造
体を用いることで、均一化光学素子を小型にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の導光部の入射側に設けられ、光を第１の
振動方向の偏光光に変換する偏光変換部を有することが望ましい。偏光変換部を用いるこ
とにより、第１の導光部へ第１の振動方向の偏光光を供給することが可能となる。これに
より、光を効率良く利用することが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の偏光分離部と、第２の偏光分離部との間
の光路中に設けられた位相板を有することが望ましい。例えば、位相板としてλ／２位相
板を用いると、λ／２位相板に光を通過させるごとに、光の振動方向を９０度回転させ、
第１の振動方向の偏光光と第２の振動方向の偏光光とを互いに変換することができる。第
２の偏光分離部で一度反射された光を、偏光状態を変換した後再び第２の導光部に入射さ
せることにより、光を出射方向へ効率良く導くことが可能となる。これにより、光を効率
良く導くことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第２の偏光分離部からの光を出射方向へ導く出
射側導光部を有することが望ましい。これにより、光をさらに均一化することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の導光部と迂回導光部との間、及び第２の
導光部と迂回導光部との間の少なくとも一方に設けられた第３の導光部を有することが望
ましい。これにより、光をさらに均一化することができる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、上記の均一化光学素子と、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。上記の均一化光学素子を用いること
により、光学系を小型とし、かつ十分に均一化された光を得ることができる。これにより
、小型で、かつ十分に均一化された光を供給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プロジェクタ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、光学系を小型とし、かつ十分に均一化された光
を供給することができる。これにより、小型で、かつ良好な光量分布の画像を表示するこ
とが可能なプロジェクタを得られる。

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。照明装置１００は
、光源部であるＬＥＤ１０１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。ＬＥＤ１０１と均一化光学素子１１０との間には、レンズ
ＬＮが設けられている。レンズＬＮは、ＬＥＤ１０１からの光を均一化光学素子１１０へ
導く。なお、レンズＬＮに代えて、例えば、リフレクタを用いる構成としても良い。

均一化光学素子１１０は、構造体１０２、迂回導光部１０３、及び出射側導光部１０４
を備えている。均一化光学素子１１０は、光を伝播させることにより光束の強度分布を略
均一にする。構造体１０２は、正方形形状の平面を持つ直方体形状を有している。また、
構造体１０２は、正方形の対角線に沿った面により構造体１０２を等分させた形状の、２
つのプリズム体１１１、１１２を貼り合わせて構成されている。各プリズム体１１１、１
１２は、直角二等辺三角形形状の平面を持つ三角柱形状を有している。構造体１０２は、
第１の導光部及び第２の導光部として機能する。

さらに、４つのプリズム体１１２、１１３、１１４、１１５は、正方形形状の平面を持
つ直方体形状をなすように貼り合わされている。４つのプリズム体１１２、１１３、１１
４、１１５は、構造体１０２の正方形形状の対角線を一辺とする正方形形状を形成する。
迂回導光部１０３は、このうち３つのプリズム体１１３、１１４、１１５により構成され
ている。

出射側導光部１０４は、構造体１０２のうち、照明対象物Ｉ側の面に接合させて設けら
れている。出射側導光部１０４は、長方形形状の平面を持つ直方体形状を有している。各
プリズム体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、及び出射側導光部１０４は、いず
れも透明部材、例えば石英部材により構成されている。均一化光学素子１１０は、透明部
材で構成される各部において、透明部材と外部との界面で光を反射させることにより、光
を伝播させる。また、各プリズム体１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、及び出射
側導光部１０４は、各部を構成する透明部材と略同一の屈折率の接着剤を用いて貼り合わ
されている。これにより、各部同士の境界において光を屈折させず、そのまま光を進行さ
せることができる。

均一化光学素子１１０のうち構造体１０２は、ＬＥＤ１０１からの光が入射する位置に
設けられている。第１の導光部として機能する構造体１０２は、ＬＥＤ１０１からの光を
均一化光学素子１１０へ入射させる。構造体１０２の入射側の面には、ＬＥＤ１０１から
の光の反射を防止する反射防止膜を設けることが望ましい。反射防止膜を設けることによ
り、ＬＥＤ１０１からの光を均一化光学素子１１０へ効率良く入射させることが可能とな
る。

構造体１０２へ入射した光は、構造体１０２を透過して、プリズム体１１３へ入射する
。プリズム体１１３へ入射した光のうち、プリズム体１１３と外部との界面へ臨界角以上
の角度で入射した光は、界面で全反射することにより、プリズム体１１４の方向へ進行す
る。プリズム体１１４へ入射した光のうち、プリズム体１１４と外部との界面へ臨界角以
上の角度で入射した光は、界面で全反射することにより、プリズム体１１５の方向へ進行
する。

プリズム体１１５へ入射した光のうち、プリズム体１１５と外部との界面へ臨界角以上
の角度で入射した光は、界面で全反射することにより、構造体１０２の方向へ進行する。
このように、迂回導光部１０３は、構造体１０２からの光を反射により迂回させながら、
構造体１０２へ導く。迂回導光部１０３からの光は、構造体１０２のうち、ＬＥＤ１０１
側の面に隣接する面から、構造体１０２へ入射する。迂回導光部１０３から構造体１０２
へ入射した光は、構造体１０２及び出射側導光部１０４を透過した後、照明対象物Ｉへ入
射する。第２の導光部として機能する構造体１０２は、光を出射方向である照明対象物Ｉ
の方向へ導く。均一化光学素子１１０は、光を各部の内面で反射させながら伝播すること
により、ＬＥＤ１０１からの光を照明対象物Ｉ上の照射面にて重畳させる。照明装置１０
０は、光束の強度分布が均一化された光を照明対象物Ｉに供給することができる。

均一化光学素子１１０は、迂回導光部１０３により、構造体１０２にＬＥＤ１０１から
の光を少なくとも２回通過させることが可能である。構造体１０２にて少なくとも２回光
を通過させる構成とすることで、均一化光学素子１１０は、従来用いられる棒状のロッド
インテグレータと比較して、光を伝播させる方向について短い形状とすることが可能であ
る。これにより、照明装置１００を小型にし、かつ十分に均一化された光を供給すること
ができるという効果を奏する。また、第１の導光部及び第２の導光部として機能する構造
体１０２を用いることで、第１の導光部と第２の導光部とを別に設ける場合よりさらに、
均一化光学素子１１０を小型にすることができる。本発明の照明装置１００は、プロジェ
クタに用いる場合に有用である。

迂回導光部１０３の界面での全反射により光を伝播させる構成とすることで、迂回導光
部１０３での光の伝播による光の損失を低減することができる。なお、迂回導光部１０３
を構成する各プリズム体１１３、１１４、１１５の、外部との界面に反射面を形成するこ
ととしても良い。反射面を形成することで、迂回導光部１０３の界面での反射により、光
を伝播させることができる。さらに、出射側導光部１０４についても、外部との界面に反
射面を形成することとしても良い。

均一化光学素子１１０は、各部を構成する透明部材と略同一の屈折率の接着剤を用いて
各部を貼り合わせる構成に限られない。例えば、プリズム体１１２、１１３、１１４、１
１５は、各部を構成する透明部材より小さい屈折率の接着剤を用いて貼り合わせることと
しても良い。各部の境界面に低屈折率層を形成することにより、境界面に対して臨界角以
上の角度で入射する光を全反射させることが可能となる。これにより、境界面に対して臨
界角以上の角度の光の進行方向を変換させ、光の利用効率の向上を図ることとしても良い
。

図２は、本発明の実施例２に係る照明装置２００の概略構成を示す。本実施例の照明装
置２００は、均一化光学素子２１０での光の伝播において偏光変換が伴うことを特徴とす
る。上記実施例１の照明装置１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。均一化光学素子２１０は、光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一
にする。均一化光学素子２１０のうち、構造体１０２のＬＥＤ１０１側の面には、偏光変
換部２０１が設けられている。偏光変換部２０１は、ＬＥＤ１０１からの光を第１の振動
方向の偏光光、例えば、ｐ偏光光に変換する。また、偏光変換部２０１は、第１の導光部
として機能する構造体１０２の入射側に設けられている。

偏光変換部２０１は、２つの直方体プリズムを並列させて構成されている。ＬＥＤ１０
１からの光が入射する一方の直方体プリズムには、偏光分離膜２１１が設けられている。
偏光分離膜２１１が設けられている直方体プリズムと構造体１０２との間には、透明層２
１３が形成されている。透明層２１３は、直方体プリズムを構成する部材、及び構造体１
０２を構成する部材と略同一の屈折率の透明部材により構成されている。他方の直方体プ
リズムには、反射膜２１２が設けられている。反射膜２１２が設けられている直方体プリ
ズムと構造体１０２との間には、λ／２位相板２１４が設けられている。

構造体１０２の２つのプリズム体１１１、１１２の間には、構造体用偏光分離部２０２
が形成されている。構造体用偏光分離部２０２は、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光
光を透過させ、第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光を反射する。構造体用偏光分離部
２０２は、第１の偏光分離部及び第２の偏光分離部として機能する。構造体１０２と、迂
回導光部１０３のプリズム体１１５との間には、λ／２位相板２０３が設けられている。

図３は、ＬＥＤ１０１からの光が照明装置２００から出射するまでの振舞いを説明する
ものである。ＬＥＤ１０１から偏光変換部２０１へ入射する光は、第１の振動方向の偏光
光であるｐ偏光光と、第１の振動方向に対して略直交する第２の振動方向の偏光光である
ｓ偏光光とを含む、偏光状態がランダムな光である。偏光変換部２０１の偏光分離膜２１
１に入射した光のうちｐ偏光光Ｌ１は、偏光分離膜２１１及び透明層２１３を透過した後
、構造体１０２へ入射する。偏光分離膜２１１に入射した光のうちｓ偏光光Ｌ２は、偏光
分離膜２１１で反射して光路を折り曲げられた後、反射膜２１２の方向へ進行する。

反射膜２１２に入射したｓ偏光光Ｌ２は、反射膜２１２での反射により光路が折り曲げ
られた後、λ／２位相板２１４へ入射する。λ／２位相板２１４へ入射したｓ偏光光Ｌ２
は、光の振動方向が９０度回転されることにより、ｐ偏光光に変換される。そして、λ／
２位相板２１４からのｐ偏光光は、構造体１０２へ入射する。偏光変換部２０１は、この
ようにして、ＬＥＤ１０１からの光をｐ偏光光に変換する。なお、偏光変換部２０１の入
射面には、ＬＥＤ１０１からの光の反射を防止する反射防止膜を設けることが望ましい。
反射防止膜を設けることにより、ＬＥＤ１０１からの光を偏光変換部２０１へ効率良く入
射させることが可能となる。

偏光変換部２０１から構造体１０２へ入射したｐ偏光光Ｌ３は、構造体用偏光分離部２
０２を透過した後、迂回導光部１０３内を伝播する。構造体１０２は、第１の偏光分離部
として機能する構造体用偏光分離部２０２を透過した光Ｌ３を、迂回導光部１０３へ導く
。迂回導光部１０３内を伝播したｐ偏光光Ｌ３は、λ／２位相板２０３へ入射することに
より、ｓ偏光光に変換される。λ／２位相板２０３からのｓ偏光光Ｌ４は、構造体１０２
内の構造体用偏光分離部２０２で反射され、再び迂回導光部１０３へ導かれる。構造体１
０２は、第２の偏光分離部として機能する構造体用偏光分離部２０２で反射した光Ｌ４を
、迂回導光部１０３へ導く。

迂回導光部１０３内を伝播したｓ偏光光Ｌ４は、λ／２位相板２０３へ入射することに
より、今度はｐ偏光光に変換される。構造体１０２が第１の導光部、及び第２の導光部と
して機能することから、迂回導光部１０３と構造体１０２との間に設けられたλ／２位相
板２０３は、第１の導光部と第２の導光部との間の光路中に設けたとみなすことができる
。λ／２位相板２０３からのｐ偏光光Ｌ５は、構造体１０２内の構造体用偏光分離部２０
２を透過し、出射側導光部１０４を伝播した後、照明装置２００から出射する。構造体１
０２は、第２の偏光分離部として機能する構造体用偏光分離部２０２を透過した光Ｌ５を
出射方向へ導く。このようにして、照明装置２００は、均一化光学素子２１０の構造体１
０２にて、少なくとも３回光を通過させることが可能となる。これにより、均一化された
光を供給することができる。また、第１の導光部及び第２の導光部として機能する構造体
１０２を用いることで、均一化光学素子２１０を小型にすることができる。

本実施例の照明装置２００は、ｐ偏光に変換された光を供給する。照明装置２００は、
入射光の偏光状態を変換することで変調を行う液晶型空間光変調装置に対して、液晶型空
間光変調装置で変調可能な特定の振動方向の偏光光を供給することが可能である。照明装
置２００は、特に、液晶型空間光変調装置と併せて用いる場合に有用である。光源からの
光を液晶型空間光変調装置で変調可能な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。

なお、λ／２位相板２０３の位置は、構造体１０２とプリズム体１１５との間に限られ
ない。λ／２位相板２０３は、構造体１０２とプリズム１１３との間や、迂回導光部１０
３の内部に設けることとしても良い。また、均一化光学素子２１０は、偏光変換部２０１
によりｓ偏光に変換された光を伝播させることとしても良い。この場合、偏光分離膜２１
１、及び構造体用偏光分離部２０２は、ｓ偏光光を透過し、ｐ偏光光を反射する構成とす
ることができる。

また、構造体１０２のＬＥＤ１０１側の面に、偏光変換部２０１を設ける構成に限られ
ない。均一化光学素子２１０は、構造体１０２へ第１の振動方向の偏光光を入射させる構
成であれば良い。例えば、偏光変換部２０１に代えて、第１の振動方向の偏光光を透過さ
せ、第２の振動方向の偏光光を反射させる反射型偏光板を用いても良い。さらに、反射型
偏光板を用いる場合には、ＬＥＤ１０１に反射部を設け、反射型偏光板にて反射した偏光
光を反射型偏光板に向けて反射させる構成としても良い。

図４は、本発明の実施例３に係る照明装置３００の概略構成を示す。本実施例の照明装
置３００は、第１の導光部である第１構造体１０２と、第２の導光部である第２構造体３
０１とを有することを特徴とする。上記実施例１の照明装置１００と同一の部分には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。均一化光学素子３１０は、光を伝播させること
により光束の強度分布を略均一にする。

ＬＥＤ１０１は、照明対象物Ｉの方向である出射方向と略同じ向きに光を進行させるよ
うに配置される。第２構造体３０１は、第１構造体１０２の出射方向側であって、第１構
造体１０２と出射側導光部１０４との間に設けられている。第２構造体３０１は、２つの
プリズム体３１１、３１２を貼り合わせて構成されている。第２構造体３０１は、第１構
造体１０２と同様の構成を有する。第１構造体１０２と第２構造体３０１との間には、λ
／２位相板２０３が設けられている。第１構造体１０２の２つのプリズム体１１１、１１
２の間には、第１の偏光分離部２０２が形成されている。第２構造体３０１の２つのプリ
ズム体３１１、３１２の間には、第２の偏光分離部３０２が形成されている。第１の偏光
分離部２０２、及び第２の偏光分離部３０２は、第１の振動方向の偏光光であるｐ偏光光
を透過させ、第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光を反射する。

さらに、４つのプリズム体１１２、３１２、３１３、３１４は、正方形形状の平面を持
つ直方体形状をなすように貼り合わされている。４つのプリズム体１１２、３１２、３１
３、３１４は、第１構造体１０２、又は第２構造体３０１の正方形形状の対角線を一辺と
する正方形形状を形成する。迂回導光部３０３は、このうち２つのプリズム体３１３、３
１４により構成されている。迂回導光部３０３は、反射により光を迂回させながら、第２
構造体３０１から第１構造体１０２へ光を導く。出射側導光部１０４は、第２の導光部で
ある第２構造体３０１からの光を出射方向である照明対象物Ｉの方向へ導く。

図５は、ＬＥＤ１０１からの光が照明装置３００から出射するまでの振舞いを説明する
ものである。偏光変換部２０１から第１構造体１０２へ入射したｐ偏光光Ｌ３は、第１の
偏光分離部２０２を透過した後、λ／２位相板２０３へ入射する。ｐ偏光光Ｌ３は、λ／
２位相板２０３でｓ偏光光に変換される。λ／２位相板２０３からのｓ偏光光Ｌ４は、第
２構造体３０１内の第２の偏光分離部３０２で反射した後、迂回導光部３０３のプリズム
体３１３へ入射する。第２の導光部である第２構造体３０１は、第２の偏光分離部３０２
で反射した光を迂回導光部３０３へ導く。第１の導光部である第１構造体１０２は、第１
の偏光分離部２０２を透過した光を、λ／２位相板２０３、及び第２構造体３０１を介し
て、迂回導光部３０３へ導く。

迂回導光部３０３内を伝播したｓ偏光光Ｌ４は、第１構造体１０２内の第１の偏光分離
部２０２で反射した後、λ／２位相板２０３へ入射する。ｓ偏光光Ｌ４は、λ／２位相板
２０３でｐ偏光光に変換される。λ／２位相板２０３からのｐ偏光光Ｌ５は、第２構造体
３０１内の第２の偏光分離部３０２を透過する。第２構造体３０１を透過した光Ｌ５は、
出射側導光部１０４内を伝播した後、照明装置３００から出射する。第２の導光部である
第２構造体３０１は、第２の偏光分離部３０２を透過した光を出射方向へ導く。このよう
にして、照明装置３００は、均一化光学素子３１０の第１構造体１０２及び第２構造体３
０１へ、少なくとも２回光を通過させることが可能となる。これにより、均一化された光
を供給することができる。

図６は、実施例３の変形例１に係る照明装置４００の概略構成を示す。本変形例の照明
装置４００は、上記の照明装置３００の各部の配置を変化させたものである。均一化光学
素子４１０は、光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする。ＬＥＤ１０１
は、照明対象物Ｉの方向である出射方向とは逆向きに光を進行させるように配置される。
第１構造体１０２及び第２構造体３０１は、出射方向に対して略直交する方向に並列され
ている。４つのプリズム体１１２、３１３、３１４、３１２は、正方形形状の平面を持つ
直方体形状をなすように貼り合わされている。迂回導光部３０３は、このうち２つのプリ
ズム体３１３、３１４により構成されている。迂回導光部３０３は、反射により光を迂回
させながら、第１構造体１０２から第２構造体３０１へ光を導く。λ／２位相板２０３は
、プリズム体３１４と第２構造体３０１との間に設けられている。

図７は、ＬＥＤ１０１からの光が照明装置４００から出射するまでの振舞いを説明する
ものである。偏光変換部２０１から第１構造体１０２へ入射したｐ偏光光Ｌ３は、第１の
偏光分離部２０２を透過した後、迂回導光部３０３のプリズム体３１３へ入射する。迂回
導光部３０３内にて伝播の方向が出射方向へ変換された後、ｐ偏光光Ｌ３は、λ／２位相
板２０３へ入射する。ｐ偏光光Ｌ３は、λ／２位相板２０３でｓ偏光光に変換される。λ
／２位相板２０３からのｓ偏光光Ｌ４は、第２構造体３０１内の第２の偏光分離部３０２
で反射した後、第１構造体１０２へ入射する。

第１構造体１０２へ入射したｓ偏光光Ｌ４は、第１の偏光分離部２０２で反射した後、
迂回導光部３０３のプリズム体３１３へ入射する。迂回導光部３０３内を伝播したｓ偏光
光Ｌ４は、迂回導光部３０３内にて伝播の方向が出射方向へ変換された後、λ／２位相板
２０３へ入射する。ｓ偏光光Ｌ４は、λ／２位相板２０３でｐ偏光光に変換される。λ／
２位相板２０３からのｐ偏光光Ｌ５は、第２構造体３０１内の第２の偏光分離部３０２を
透過する。第２構造体３０１を透過した光Ｌ５は、出射側導光部１０４内を伝播した後、
照明装置４００から出射する。なお、λ／２位相板２０３は、第１構造体１０２と第２構
造体３０１との間の光路中に設けられていれば良く、プリズム体３１４と第２構造体３０
１との間に設けられる構成に限られない。

図８は、実施例３の変形例２に係る照明装置５００の概略構成を示す。本変形例の照明
装置５００は、上記の照明装置３００の各部の配置を変化させたものである。均一化光学
素子５１０は、光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする。ＬＥＤ１０１
は、照明対象物Ｉの方向である出射方向に略直交する方向に光を進行させるように配置さ
れる。第１構造体１０２及び第２構造体３０１は、出射方向に対して斜めの方向に並列さ
れている。４つのプリズム体１１２、５１１、３１２、５１２は、正方形形状の平面を持
つ直方体形状をなすように貼り合わされている。本変形例において、出射方向に対して斜
めに配置される２つのプリズム体５１１、５１２は、迂回導光部として機能する。λ／２
位相板２０３は、プリズム体５１１と第２構造体３０１との間に設けられている。

図９は、ＬＥＤ１０１からの光が照明装置５００から出射するまでの振舞いを説明する
ものである。偏光変換部２０１から第１構造体１０２へ入射したｐ偏光光Ｌ３は、プリズ
ム体５１１を透過した後、λ／２位相板２０３へ入射する。ｐ偏光光Ｌ３は、λ／２位相
板２０３でｓ偏光光に変換される。λ／２位相板２０３からのｓ偏光光Ｌ４は、第２構造
体３０１内の第２の偏光分離部３０２で反射した後、プリズム体５１２を透過した後、第
１構造体１０２へ入射する。

第１構造体１０２へ入射したｓ偏光光Ｌ４は、第１の偏光分離部２０２で反射し、プリ
ズム体５１１を透過した後、λ／２位相板２０３へ入射する。ｓ偏光光Ｌ４は、λ／２位
相板２０３でｐ偏光光に変換される。λ／２位相板２０３からのｐ偏光光Ｌ５は、第２構
造体３０１内の第２の偏光分離部３０２を透過する。第２構造体３０１を透過した光Ｌ５
は、出射側導光部１０４内を伝播した後、照明装置５００から出射する。

図１０は、実施例３の変形例３に係る照明装置６００の概略構成を示す。本変形例の照
明装置６００は、上記変形例１の照明装置４００の構成に第３の導光部である２つの構造
体６０１、６０２を追加したものである。均一化光学素子６１０は、光を伝播させること
により光束の強度分布を略均一にする。第３の導光部である２つの構造体６０１、６０２
は、第１の導光部である第１構造体１０２と迂回導光部３０３との間、第２の導光部であ
る第２構造体３０１と迂回導光部３０３との間に、それぞれ設けられている。各構造体６
０１、６０２は、透明部材により構成され、直方体形状を有している。

図１１は、ＬＥＤ１０１からの光が照明装置６００から出射するまでの振舞いを説明す
るものである。本変形例の照明装置６００における光の振舞いは、上記変形例１の照明装
置４００の場合と同様である。本変形例の照明装置４００は、第３の導光部である構造体
６０１、６０２の内面にて光を反射させることにより、さらに光の均一化を図ることがで
きる。なお、第３の導光部である構造体６０１、６０２は、第１構造体１０２と迂回導光
部３０３との間、第２構造体３０１と迂回導光部３０３との間の双方に設ける場合に限ら
れず、いずれか一方のみを設ける構成としても良い。さらに、上記変形例１の照明装置４
００に限らず、他の変形例の照明装置について、第３の導光部を追加させても良い。

図１２は、本発明の実施例４に係るプロジェクタ７００の概略構成を示す。プロジェク
タ７００は、画像信号に応じた光をスクリーン７０４に投写し、スクリーン７０４に対し
てプロジェクタ７００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７００は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用照
明装置２００Ｒと、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用照明装置２００
Ｇと、青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用照明装置２００Ｂと、を有す
る。各照明装置２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、上記実施例２の照明装置２００と同様
の構成を有する。本実施例においては、上記実施例２と重複する説明は省略する。

Ｒ光用照明装置２００Ｒ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２００Ｒは、Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲからのＲ光を、空
間光変調装置７０１Ｒに供給する。空間光変調装置７０１Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて
変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置７０１Ｒに入射した光のうち例え
ば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７０１Ｒ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７０２に入射する。

Ｇ光用照明装置２００Ｇ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２００Ｇは、Ｇ光用ＬＥＤ１０１ＧからのＧ光を、空
間光変調装置７０１Ｇに供給する。空間光変調装置７０１Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて
変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置７０１Ｇに入射した光のうち例え
ば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７０１Ｇ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７
０２に入射する。

Ｂ光用照明装置２００Ｂ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２００Ｂは、Ｂ光用ＬＥＤ１０１ＢからのＢ光を、空
間光変調装置７０１Ｂに供給する。空間光変調装置７０１Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて
変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置７０１Ｂに入射した光のうち例え
ば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７０１Ｂ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７０２に入射する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム７０２は、２つのダイクロイック膜
７０２ａ、７０２ｂを有する。ダイクロイック膜７０２ａ、７０２ｂは、Ｘ字型に直交し
て配置される。ダイクロイック膜７０２ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロ
イック膜７０２ｂ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７０２は、空間光変調装置７０１Ｒ、７０１Ｇ、７０１Ｂ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７０３は、クロスダイクロイックプリズム
７０２で合成された光をスクリーン７０４に投写する。

ダイクロイック膜７０２ａ、７０２ｂ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７０２ａ、７０２ｂ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７０２に入射することが望ましい。また、
ダイクロイック膜７０２ａ、７０２ｂ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７０２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７０２に入射させるために、例えば、空間光変調装置７０
１Ｇとクロスダイクロイックプリズム７０２との間にλ／２位相板を設けることとしても
良い。

各色光用照明装置２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂを用いることにより、光学系を小型と
し、かつ十分に均一化された光を供給することができる。これにより、小型で、かつ良好
な光量分布の画像を表示することができる。なお、上記実施例では光源部としてＬＥＤを
用いることとしているが、これに限られない。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を用いても良い。光源部としては固体発光素子に限らず、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７００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
の液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いても良い。さらに、照明装置を設けるプ
ロジェクタは、例えば、空間光変調装置で変調された光をスクリーンにて透過させること
で画像を表示するリアプロジェクタであっても良い。

以上のように、本発明に係る均一化光学素子は、小型なプロジェクタにて良好な光量分
布の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。 本発明の実施例２に係る照明装置の概略構成を示す図。 ＬＥＤからの光が照明装置から出射するまでの振舞いを説明する図。 本発明の実施例３に係る照明装置の概略構成を示す図。 ＬＥＤからの光が照明装置から出射するまでの振舞いを説明する図。 実施例３の変形例１に係る照明装置の概略構成を示す図。 ＬＥＤからの光が照明装置から出射するまでの振舞いを説明する図。 実施例３の変形例２に係る照明装置の概略構成を示す図。 ＬＥＤからの光が照明装置から出射するまでの振舞いを説明する図。 実施例３の変形例３に係る照明装置の概略構成を示す図。 ＬＥＤからの光が照明装置から出射するまでの振舞いを説明する図。 本発明の実施例４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、１０１ ＬＥＤ、１０２ 構造体、１０３ 迂回導光部、１０４
出射側導光部、１１０ 均一化光学素子、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ プ
リズム体、ＬＮ レンズ、Ｉ 照明対象物、２００ 照明装置、２０１ 偏光変換部、２
０２ 構造体用偏光分離部、２０３ λ／２位相板、２１０ 均一化光学素子、２１１
偏光分離膜、２１２ 反射膜、２１３ 透明層、２１４ λ／２位相板、３００ 照明装
置、１０２ 第１構造体、２０２ 第１の偏光分離部、３０１ 第２構造体、３０２ 第
２の偏光分離部、３０３ 迂回導光部、３１０ 均一化光学素子、３１１、３１２、３１
３、３１４ プリズム体、４００ 照明装置、４１０ 均一化光学素子、５００ 照明装
置、５１０ 均一化光学素子、５１１、５１２ プリズム体、６００ 照明装置、６０１
、６０２ 構造体、６１０ 均一化光学素子、７００ プロジェクタ、１０１Ｒ Ｒ光用
ＬＥＤ、１０１Ｇ Ｇ光用ＬＥＤ、１０１Ｂ Ｂ光用ＬＥＤ、２００Ｒ Ｒ光用照明装置
、２００Ｇ Ｇ光用照明装置、２００Ｂ Ｂ光用照明装置、７０１Ｒ、７０１Ｇ、７０１
Ｂ 空間光変調装置、７０２ クロスダイクロイックプリズム、７０２ａ、７０２ｂ ダ
イクロイック膜、７０３ 投写光学系、７０４ スクリーン

Claims (9)

1. 光を伝播させることにより光束の強度分布を略均一にする均一化光学素子であって、 光を入射させる第１の導光部と、
   光を出射方向へ導く第２の導光部と、
   反射により光を迂回させながら、前記第１の導光部から前記第２の導光部、又は前記第２の導光部から前記第１の導光部へ光を導く迂回導光部と、を有し、
   前記第１の導光部及び前記第２の導光部は、少なくとも２回光を通過させ、
   前記第１の導光部は、第１の振動方向の偏光光を透過させ、前記第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する第１の偏光分離部を有し、前記第１の偏光分離部を透過した光を前記迂回導光部へ導き、
   前記第２の導光部は、前記第１の振動方向の偏光光を透過させ、前記第２の振動方向の偏光光を反射する第２の偏光分離部を有し、前記第２の偏光分離部で反射した光を前記迂回導光部へ導き、前記第２の偏光分離部を透過した光を前記出射方向へ導くことを特徴とする均一化光学素子。
2. 前記第１の導光部及び前記第２の導光部として機能する構造体を有し、
   前記迂回導光部は、前記構造体からの光を迂回させ、前記構造体へ導き、
   前記構造体として、少なくとも２回光を通過させることを特徴とする請求項１に記載の均一化光学素子。
3. 前記第１の導光部及び前記第２の導光部として機能する構造体を有し、
   前記構造体は、前記第１の偏光分離部及び前記第２の偏光分離部として機能する構造体用偏光分離部を有し、前記構造体用偏光分離部で反射した前記迂回導光部からの光を前記迂回導光部へ導き、前記構造体用偏光分離部を透過した前記迂回導光部からの光を前記出射方向へ導くことを特徴とする請求項１に記載の均一化光学素子。
4. 前記第１の導光部の入射側に設けられ、光を前記第１の振動方向の偏光光に変換する偏光変換部を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の均一化光学素子。
5. 前記第１の偏光分離部と、前記第２の偏光分離部との間の光路中に設けられた位相板を有することを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
6. 前記第２の導光部からの光を前記出射方向へ導く出射側導光部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
7. 前記第１の導光部と前記迂回導光部との間、及び前記第２の導光部と前記迂回導光部との間の少なくとも一方に設けられた第３の導光部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の均一化光学素子。
8. 光を供給する光源部と、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の均一化光学素子と、を有することを特徴とする照明装置。
9. 請求項８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プロジェクタ。

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