WO2013157211A1 - 投射装置 - Google Patents

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WO2013157211A1
WO2013157211A1 PCT/JP2013/002317 JP2013002317W WO2013157211A1 WO 2013157211 A1 WO2013157211 A1 WO 2013157211A1 JP 2013002317 W JP2013002317 W JP 2013002317W WO 2013157211 A1 WO2013157211 A1 WO 2013157211A1
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WO
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light
light emitting
projection
emitting device
optical system
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/002317
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English (en)
French (fr)
Inventor
友嗣 大野
雅雄 今井
鈴木　尚文
瑞穂 冨山
Original Assignee
日本電気株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/149—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes

Definitions

  • the present invention relates to a projection apparatus, and more particularly to a projection apparatus that projects an image or video.
  • Patent Document 1 is configured to include three sets of lighting devices of red, green, and blue, a light modulation device, and a projection lens that are configured as a set of an LED and a condenser lens system.
  • a video projection device is described.
  • Patent Document 2 discloses a projection including an array light source (LED array or LD array), a cylindrical microlens array, a diaphragm, a reduction optical system, a polarization converter, a microlens array, and a liquid crystal modulator. A type color display device is described.
  • Such projectors are required to have higher brightness in order to use the projector in a bright place or project it on a large screen.
  • LEDs have low directivity of emitted light, when used in projectors, only light within a certain angle range can be used and efficiency is low. In order to efficiently use the light emitted from the LED in the projector, it is an effective means to increase the directivity of the LED.
  • An object of the present invention is to provide an LED projector with high brightness.
  • a projection device includes a light emitting device that emits light, and a projection unit that projects light emitted from the light emitting device, and the light emitting device emits light. It has a light emitting element and a diffusing element for diffusing light.
  • an LED projector with high brightness can be provided.
  • FIG. 1 is a layout diagram schematically illustrating a configuration of a projection device according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows typically the structure of the light-emitting device used for the projection apparatus of the 1st Embodiment of this invention. It is an arrangement figure showing typically composition of a projection device of a 2nd embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows typically the structure of the light-emitting device used for the projection apparatus of the 3rd Embodiment of this invention. It is a perspective view which shows typically the structure of the light-emitting device used for the projection apparatus of the 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a layout diagram showing the configuration of the projection apparatus according to the first embodiment.
  • the projector shown in FIG. 1 is a projector that projects light onto a screen to form an image on the screen.
  • a projector 500 includes light emitting devices 501R, 501G, and 501B, illumination optical systems 502R, 502G, and 502B, liquid crystal panels (spatial light modulation elements) 503R, 503G, and 503B, a cross dichroic prism 504, and projection optics.
  • the light emitted from the light emitting device enters the illumination optical system, the liquid crystal panel, the cross dichroic prism, and the projection optical system in this order.
  • the illumination optical system includes a plurality of lenses such as a rod integrator and a relay lens
  • the projection optical system includes a plurality of lenses such as a focus lens and a zoom lens.
  • Each of the light emitting devices 501R, 501G and 501B has the structure of the light emitting device 10 shown in FIG. Note that in an actual light-emitting device, the thickness of each layer is very thin and the difference in thickness between the layers is large, so it is difficult to illustrate each layer with an accurate scale and ratio. For this reason, in the drawings, the layers are not schematically drawn but are shown schematically.
  • the light emitting device 10 of this embodiment includes a light emitting element 1 and a diffusion element 3 provided on the light emitting element 1.
  • each element is not in close contact, but may be in close contact.
  • each light emitting element 1 of the light emitting devices 501R, 501G, and 501B generates light having different wavelengths.
  • red (R) light is emitted from the light emitting device 501R
  • green (G) light is emitted from the light emitting device 501G
  • blue (B) light is emitted from the light emitting device 501B.
  • the liquid crystal panel is used as the spatial light modulation element.
  • the spatial light modulation element is not limited to the liquid crystal panel, and can be appropriately changed to, for example, a magneto-optical spatial light modulator or DMD (Digital Micromirror Device). It is.
  • the light emitting element 1 is, for example, an LED, and emits light to the diffusing element 3.
  • the light emitted from the light emitting element 1 is non-polarized light and visible light.
  • the diffusion element 3 diffuses the light incident from the light emitting element 1.
  • the diffusing element for example, an internal particle type, surface shape type, or different refractive index medium laminated type element can be used. More preferably, a diffusing element having a property (angle selectivity) of diffusing light incident at a specific incident angle and transmitting light incident at other incident angles without diffusing is desirable. As a more preferable form, a diffusion element having a property of preserving the polarization of incident light (polarization preservability) in addition to angle selectivity is desirable.
  • the light emitting device 10 In the light emitting device 10, the light emitted from the light emitting element 1 enters the diffusion element 3.
  • the diffusion element 3 diffuses incident light and emits it.
  • the diffused light (diffused light) enters the illumination optical system. At this time, it is divided into transmitted light and reflected light.
  • the reflected light enters the diffusing element 3 and is diffused.
  • the diffused light is reflected by the light emitting element 1, enters the diffusing element 3 again, is diffused, and reaches the illumination optical system.
  • the above-described process is repeated, and the reflected light can be reused. As a result, the light utilization rate is increased and the brightness of the projector is increased.
  • the diffusing element 3 has angle selectivity.
  • the light emitted from the light emitting element 1 enters the diffusion element 3.
  • the diffusion element 3 does not diffuse light in the front direction, but diffuses light incident at a specific incident angle.
  • the transmitted light and diffused light from the diffusing element enter the illumination optical system. At this time, it is divided into transmitted light and reflected light.
  • the reflected light enters the diffusing element 3 and is transmitted or diffused according to the incident angle.
  • the transmitted light and diffused light are reflected by the light emitting element 1, enter the diffusing element 3 again, are transmitted or diffused, and reach the illumination optical system.
  • the above-described process is repeated, and light from a light-emitting element having a large incident angle, which is particularly low in utilization efficiency, can be converted into light having a small incident angle that can be efficiently used.
  • the light use efficiency increases and the brightness of the projector increases.
  • Light emitted from the light emitting devices 501R, 501G, and 501B is incident on the illumination optical systems 502R, 502G, and 502B, respectively.
  • Each of the illumination optical systems 502R, 502G, and 502B guides each color light generated from the light emitting devices 501R, 501G, and 501B to each of the liquid crystal panels 503R, 503G, and 503B while making the illuminance distribution uniform.
  • the liquid crystal panels 503R, 503G, and 503B modulate each incident color light according to the video signal and emit it.
  • the light emitted from the liquid crystal panels 503R, 503G, and 503B is incident on the cross dichroic prism 504.
  • the cross dichroic prism 504 combines and outputs the modulated lights emitted from the liquid crystal panels 503R, 503G, and 503B.
  • the light emitted from the cross dichroic prism 504 enters the projection optical system 505.
  • the projection optical system 505 projects the combined light emitted from the cross dichroic prism 504 onto the screen 600 and displays an image corresponding to the video signal on the screen 600.
  • the directivity of the light emitting device is increased, the light use efficiency in the optical system in the projector is increased, so that a projector with higher luminance can be provided.
  • FIG. 3 is a layout diagram showing the configuration of the projection apparatus of the present embodiment.
  • the projection device shown in FIG. 3 is a projector that projects light onto a screen to form an image on the screen.
  • the projector 500A includes light emitting devices 501R, 501G, and 501B, an illumination optical system 506, a liquid crystal panel (spatial light modulation element) 507, and a projection optical system 508.
  • the light emitted from the light emitting device enters the illumination optical system, the liquid crystal panel, and the projection optical system in this order.
  • the illumination optical system includes a plurality of lenses such as a rod integrator and a relay lens
  • the projection optical system includes a plurality of lenses such as a focus lens and a zoom lens.
  • Each of the light emitting devices 501R, 501G, and 501B has the structure of the light emitting device 10 shown in FIG. 2 as in the first embodiment.
  • the light emitting elements 1 of the light emitting devices 501R, 501G, and 501B generate light having different wavelengths.
  • red (R) light is emitted from the light emitting device 501R
  • green (G) light is emitted from the light emitting device 501G
  • blue (B) light is emitted from the light emitting device 501B.
  • the liquid crystal panel is used as the spatial light modulation element.
  • the modulation element is not limited to the liquid crystal panel, and can be appropriately changed to, for example, a magneto-optical spatial light modulator or DMD (Digital Micromirror Device). .
  • DMD Digital Micromirror Device
  • the light emitting device 10 operates as described in the first embodiment, and finally, transmitted light within a specific angle range, that is, light with high directivity is emitted from the light emitting device.
  • the illumination optical system 506 emits each color light generated from the light emitting devices 501R, 501G, and 501B to the liquid crystal panel 507 while making the illuminance distribution uniform.
  • the liquid crystal panel 507 modulates and emits each incident color light according to the video signal.
  • Light emitted from the liquid crystal panel 507 enters the projection optical system 508.
  • the projection optical system 508 projects the modulated light emitted from the liquid crystal panel 507 onto the screen 600 and displays an image corresponding to the video signal on the screen 600.
  • Each color light is combined by a time division method or a space division method.
  • the directivity of the light emitting device is increased, the light use efficiency in the optical system in the projector is increased, so that a projector with higher luminance can be provided.
  • the size of the projector can be reduced as compared with the first embodiment.
  • the projection device of this embodiment has the same configuration as the projector shown in the first embodiment or the second embodiment, except that the configuration of the light emitting device is different.
  • FIG. 4 shows the configuration of the light emitting device 10 of the present embodiment.
  • the light emitting device 10 of this embodiment includes a light emitting element 1, a diffusion element 3 provided on the light emitting element 1, and an angle control filter 4 provided on the diffusion element 3.
  • the angle control filter 4 transmits light within a specific incident angle range and reflects light at other incident angles.
  • Examples of the angle control filter 4 include a dielectric multilayer film that is a laminate of a plurality of optical thin films having different refractive indexes.
  • the light emitting device 10 of this embodiment the light emitted from the light emitting element 1 enters the diffusion element 3.
  • the diffusion element 3 diffuses light, and the diffused light enters the angle control filter 4.
  • the angle control filter 4 the light incident at an angle within a specific incident angle range among the diffused light from the diffusing element 3 is transmitted, and the light incident at other angles is reflected to the light emitting element side.
  • the reflected light from the angle control filter 4 is diffused by the diffusing element 3 and then enters the light emitting element 1.
  • the reflected light from the light emitting element 1 is again diffused by the diffusing element 3 and then enters the angle control filter.
  • the above-described process is repeated, and light outside the transmission angle range of the angle control filter 4 is converted to light within the angle range, and the incident light can have high directivity.
  • the incident light can have high directivity.
  • the diffusing element 3 has angle selectivity
  • light that does not need to be diffused for example, light within the transmission angle range of the angle control filter, is not diffused, and light loss due to diffusion occurs. Absent.
  • the projection device of the present embodiment has the same configuration as the projector shown in the first embodiment or the second embodiment, except that the configuration of the light emitting device is different.
  • FIG. 5 shows a configuration of the light emitting device 10 of the present embodiment.
  • the light emitting device 10 according to the present embodiment includes a light emitting element 1, a retardation plate 2 provided on the light emitting element 1, a diffusion element 3 provided on the retardation plate 2, and a diffusion element 3.
  • An angle control filter 4 provided and a reflective polarizer 6 provided on the angle control filter 4 are provided.
  • the light emitting element 1 is, for example, an LED, and emits light to the phase difference plate 2.
  • emitted from the light emitting element 1 is non-polarized light, and assumes that it is visible light.
  • the phase difference plate 2 is a polarization state conversion element that changes the polarization state of light. More specifically, the phase difference plate 2 converts linearly polarized light into circularly polarized light by generating a 1 ⁇ 4 wavelength phase difference in the electric field component in the orthogonal direction for polarized light having a certain wavelength ⁇ and oscillating. Or a ⁇ / 4 plate that converts circularly polarized light into linearly polarized light.
  • the retardation plate 2 is more preferably a zero-order ⁇ / 4 plate.
  • Examples of the phase difference plate 2 include an inorganic anisotropic crystal such as sapphire and quartz, an anisotropic film such as polycarbonate, and a photonic crystal element composed of a fine dielectric multilayer film.
  • the reflective polarizer 6 transmits specific polarized light and reflects other polarized light.
  • a wire grid polarizer in which metals are arranged in a lattice pattern, a photonic crystal polarizer composed of a fine dielectric multilayer film, and a multilayer isotropic film are anisotropic.
  • Organic multilayer polarizers composed of a conductive film.
  • angle control element 5 and the reflective polarizer 6 may be interchanged.
  • the non-polarized light emitted from the light emitting element 1 enters the diffusing element 3 through the phase difference plate 2.
  • the light transmitted through the diffusing element 3 enters the angle control filter 4.
  • the angle control filter 4 light having an incident angle within a specific range is transmitted, and other light is reflected.
  • the light transmitted through the angle control filter 4 is reflected by the reflective polarizer 6, and specific polarized light is transmitted, and the other light is reflected.
  • the light reflected by the angle control filter 4 remains unpolarized and is diffused by the diffusing element 3 and reflected by the light emitting element 1.
  • the light reflected by the reflective polarizer 6 is diffused by the diffusing element 3 while maintaining the polarization state, becomes circularly polarized by the phase difference plate 2, and is reflected by the light emitting element 1.
  • the circularly polarized light component is transmitted as linearly polarized light.
  • the light transmitted through the phase difference plate 2 is diffused by the diffusing element 3, the light having an incident angle within a specific range is transmitted by the angle control filter 4, and the other light is reflected.
  • the transmitted light is reflected by the reflective polarizer 6 and specific polarized light is transmitted, and the other light is reflected. By repeating these, finally, it is possible to obtain transmitted light within a specific angle range with specific polarization.
  • the light from the light emitting element 1 can be efficiently converted into specific polarized light by giving the diffusion element 3 the property of preserving the polarization of the incident light (polarization preserving property). .
  • the light that can be used in the projector is light with a specific polarization and within a specific angle range, the light that is aligned with the specific polarization by adding a phase difference plate and a reflective polarizer is more efficient in the projector. Can be used. Therefore, a projector with higher luminance can be provided.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a diffusing element according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the diffusing element 3 ⁇ / b> B of this embodiment includes a substrate 31, a plurality of convex portions (that is, a laminate) 34 formed by laminating a high refractive index medium 32 and a low refractive index medium 33. It is periodically arranged on the top.
  • the light emitted from the light emitting element 1 is incident on the diffusing element 3B.
  • the upper surface of the substrate 31 is the XY plane, and the direction orthogonal to the XY plane is the Z direction.
  • the substrate 31 is formed of a substantially transparent material in the wavelength band of the light emitted from the light emitting element 1.
  • the material of the substrate 31 include optical glass such as quartz glass and borosilicate crown, inorganic crystals such as sapphire and quartz, and transparent plastics such as polyetherimide resin and polystyrene resin. Note that a substrate is not always necessary, and a light emitting element may be used instead of the substrate. Further, the light from the light emitting element 1 may be incident from the convex portion 34 side without passing through the substrate.
  • Each convex portion 34 on the substrate 31 has a rectangular parallelepiped shape that extends in the Y direction, which is the first direction in the upper surface of the substrate 31.
  • the length of the projection 34 in the X direction is preferably about 10 to 50 ⁇ m, and the length in the Y direction is preferably 100 ⁇ m or more.
  • the plurality of convex portions 34 are arranged in parallel with an interval (gap) in the X direction which is a second direction different from the first direction.
  • the gap between the plurality of convex portions is set to 1 ⁇ m or more, and is preferably about 10 to 50 ⁇ m.
  • the arrangement of the plurality of convex portions may be periodic or aperiodic.
  • the high refractive index medium 32 has a refractive index larger than that of the low refractive index medium 33.
  • the material of the high refractive index medium 32 and the low refractive index medium 33 is not particularly limited.
  • oxides such as silicon oxide, titanium oxide, and aluminum oxide, nitrides such as silicon nitride, magnesium fluoride, and calcium fluoride are used.
  • plastic dielectric materials such as fluoride, polyetherimide resin, and polystyrene resin, and organic substances.
  • different materials may be used for the high refractive index medium.
  • different materials may be used for the low refractive index medium.
  • a different material may be used for each convex portion.
  • the order of stacking the high refractive index medium 32 and the low refractive index medium 33 is not limited.
  • a third refractive index medium having a refractive index different from that of the high refractive index medium 32 and the low refractive index medium 33 may be laminated in the same manner as the high refractive index medium 32 and the low refractive index medium 33.
  • an AR film Anti-Reflection coat
  • FIG. 7 is a view for explaining a method of manufacturing the diffusing element 3B shown in FIG.
  • the manufacturing method demonstrated below is only an example, Comprising: It is not limited to this.
  • a high refractive index medium 32 and a low refractive index medium 3 are formed on a substrate 31.
  • the method of lamination is not limited, but examples thereof include a sol-gel method and a method such as spin coating and repeated curing.
  • a gap is formed to make a convex portion 34 of the laminated medium.
  • a method for forming the gap drawing with a laser marker, a method of forming a resist and performing an etching process, or the like can be used.
  • a method such as formation of a multilayer film having a convex portion using an imprint method can also be used.
  • FIG. 8 schematically shows the operating principle of the diffusing element 3.
  • FIG. 8A shows the operation principle when the incident angle of light with respect to the YZ plane is small.
  • the incident light passes through the gap between the convex portions or transmits in the Z direction while refracting the convex portions.
  • the width of the convex portions and the width between the convex portions according to the wavelength of light of the light emitting element 1, slight diffraction caused by the plurality of convex portions can be ignored, and as a result, diffusion is hardly generated.
  • the length of the convex portion 34 in the X direction is preferably about 10 to 50 ⁇ m
  • the length in the Y direction is preferably 100 ⁇ m or more.
  • the gap between the plurality of convex portions may be 1 ⁇ m or more, more preferably about 10 to 50 ⁇ m.
  • the incident angle of the light from the light emitting element 1 with respect to the YZ plane is large, the incident light enters the convex portion from the side surface of the convex portion 34.
  • Light incident on the convex portion from the side surface is diffracted by the plurality of media 32 and 33 having different refractive indexes, and diffused transmitted light and reflected light are generated.
  • the diffusibility increases as the incident angle increases.
  • the diffusing element 3B has a rectangular parallelepiped shape extending in the Y direction, the light diffuses two-dimensionally in the XZ plane.
  • the thickness of either the high refractive index medium 32 or the low refractive index medium 33 needs to be thicker than the wavelength of the incident light so that diffraction occurs.
  • incident light is assumed to be visible light, the present invention can be applied to light other than visible light, and can be appropriately changed in design according to desired light.
  • a diffusing element having a property (angle selectivity) in which the diffusibility is small when the incident angle is small and the diffusivity increases as the incident angle increases. can do.
  • the polarization state of incident light can be preserved (polarization preservation) by using diffraction as the principle of diffusion and by extending the protrusions in the Y direction and arranging them at intervals in the X direction.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing a diffusion element 3C according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the diffusion element 3C has a structure in which a dielectric 35 is inserted between the convex portions of the diffusion element 3B shown in the second embodiment.
  • the material of the dielectric 35 is not particularly limited.
  • an oxide such as silicon oxide, titanium oxide or aluminum oxide, a nitride such as silicon nitride, a fluoride such as magnesium fluoride or calcium fluoride, or a polyetherimide resin or Examples thereof include plastic dielectric materials such as polystyrene resin and organic substances.
  • Each dielectric 35 may be inserted with a dielectric of a different material.
  • the relationship between the refractive index of the dielectric 35 and the substrate 31 is not particularly limited, but is more preferably substantially equal.
  • the relationship of the refractive index between the dielectric 35 and each medium of the stacked portion 34 is not particularly limited, but it is more preferable that the refractive index is approximately equal to one of the high refractive index medium and the low refractive index medium.
  • an AR film can be laminated on the upper or lower portion of the dielectric 35.
  • the diffusion element of the present embodiment is formed in the same manner as in the fifth embodiment until the step of forming the convex portion 34, and finally formed by a method in which the dielectric 35 is poured into the gap and cured.
  • a diffusion element can be manufactured.
  • the diffusion element 3D of this embodiment functions as a diffusion element based on the same principle as that of the fifth embodiment. Furthermore, by inserting the dielectric 35 between the convex portions, the refraction angle of the light incident on the gap between the convex portions changes, and the traveling direction changes.
  • the dielectric 35 is inserted, There is an effect that it is possible to control the diffusibility more easily.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing a diffusion element 3D according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the diffusing element 3D has a structure having a protrusion 36 in each medium of the convex part 34 of the diffusing element 3B shown in the fifth embodiment.
  • the protrusion 36 is provided so as to extend in the first direction (Y direction), which is the direction in which the protrusion 34 extends.
  • the convex portions 34 are arranged at intervals (gap) in a second direction (X direction) different from the first direction.
  • One protrusion 36 may be provided on one protrusion 34, or a plurality of protrusions 36 may be provided.
  • the protrusion part 36 may be provided along the end side of the convex part 34 as shown in drawing, and may be extended and provided along the 1st direction in the area
  • the shape of the protruding portion 36 may be a triangular convex shape as shown in the drawing, or may be a quadrangular convex shape or a hemispherical shape, for example.
  • the height of the protrusion is preferably about 10 nm to 3 ⁇ m. Note that a substrate is not necessarily required, and a light emitting element may be used instead of the substrate.
  • the diffusing element according to the present embodiment first, an arrangement member 36 ′ for forming a protrusion is arranged on a substrate. Thereafter, the diffusion element of this embodiment can be manufactured by the same method as that of the fifth embodiment.
  • the diffusing element of this embodiment functions as a diffusing element based on the same principle as in the fifth embodiment. Due to the protrusion 34 having the protrusion 36, diffraction occurs also in the protrusion 36. The light diffracted by the protrusion 36 is further diffracted by the protrusion 34. Thereby, the diffusibility of the transmitted light can be increased.
  • the projecting portion 36 makes it more diffusive.
  • the effect is that it is possible to increase the size.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a diffusing element 3E according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the protrusions 34 having the protrusions 36 of the diffusing element 3D shown in the seventh embodiment are not in contact with each other in the second direction (X direction) and are in contact with each other in the first direction (Y direction). It has the structure.
  • One protrusion 36 may be provided on one protrusion 34, or a plurality of protrusions 36 may be provided.
  • the shape of the protrusion 36 may be a triangular convex shape as shown in the drawing, or may be a quadrangular convex shape or a hemispherical shape, for example.
  • the height of the protrusion is preferably about 10 nm to 3 ⁇ m.
  • the diffusing element first, an arrangement member 36 ′ for forming a protrusion is arranged on a substrate. Thereafter, the diffusion element of this embodiment can be manufactured by alternately laminating the medium on the substrate 31 in the order of the high refractive index medium 32 and the low refractive index medium 33.
  • the diffusing element of this embodiment functions as a diffusing element based on the same principle as in the seventh embodiment.
  • the protruding portion 36 in the convex portion 34 it functions as a diffusion element even if there is no gap.
  • the diffusing element of the present embodiment having the protrusions 36, in addition to the effect that the diffusibility can be increased, it is not necessary to form a gap, so that the manufacture is easy. There is an effect.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing the diffusing element 3 according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the diffusion element 3F of the present embodiment has a structure in which the diffusion element 3B and the diffusion element 3B ′ shown in the fifth embodiment are stacked so that the extending directions of the convex portions of the diffusion elements are orthogonal to each other.
  • the diffusion element 3F Light from the light emitting element 1 is incident on the diffusion element 3F from the substrate side. 12 shows the fifth embodiment as the diffusion elements 3B and 3B ′.
  • the diffusion elements of other embodiments may be used, and the diffusion elements 3B and 3B ′ may be different from each other. But you can.
  • the substrate does not necessarily have to be on the light emitting element side, and the light incident on the light emitting element 1 may be incident from the convex portion side.
  • the diffusion elements 3B and 3B ′ may be stacked without using a substrate.
  • the diffusion element 3F of this embodiment will be described.
  • the diffusing element 3B when the incident angle of the light incident on the diffusing element 3F from the light emitting element 1 with respect to the YZ plane is small, the incident light passes through the air or is transmitted in the Z direction while being refracted by the convex portion. Does not occur.
  • the diffusion element 3B when the incident angle of light from the light emitting element 1 with respect to the YZ plane is large, the diffusion element 3B diffuses the diffraction two-dimensionally in the XZ plane as a principle of diffusion.
  • the light emitted from the diffusing element 3B enters the diffusing element 3B ′, and the light does not diffuse when the incident angle with respect to the XZ plane is small.
  • light having a large incident angle with respect to the XZ plane is diffused.
  • the diffusion direction at this time is a two-dimensional direction in the YZ plane. That is, the light finally emitted from the diffusion element 3F is diffused in the three-dimensional direction.
  • the diffusibility is small when the incident angle is small, and the diffusibility increases as the incident angle increases. Therefore, the diffusibility can be sufficiently increased even at a large incident angle near 90 degrees.
  • the polarization state of incident light can be preserved by using diffraction as the principle of diffusion, and by extending the protrusions in the Y direction and arranging them at intervals in the X direction.
  • a diffusion element having diffusibility in a three-dimensional direction can be provided by combining the diffusion element 3B and the diffusion element 3B ′ whose extending directions are orthogonal to each other.
  • the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.
  • the numerical values, materials, and the like in the above-described embodiments are illustrative, and can be implemented with appropriate changes.
  • the said light-emitting device is a projection apparatus of Additional remark 1 or 2 which has an angle control filter which permeate
  • the said projection part modulates and radiate
  • the projection apparatus according to any one of appendices 1 to 3, further comprising: a modulation element; and a projection optical system that projects light from the modulation element.
  • the said light-emitting device is a projection apparatus in any one of Additional remark 1 to 7 which has a reflection type polarizer which permeate
  • the said light-emitting device is a projection apparatus in any one of Claim 1 to 8 which further has a phase difference plate which gives a phase difference to incident light and controls a polarization state.
  • the diffusing element includes a plurality of laminated bodies in which two or more types of media each having different refractive indexes are laminated, and the plurality of laminated bodies are incident from a light source.
  • Each layer of the said laminated body is a projection apparatus of Additional remark 10 which has the protrusion part provided so that it might extend in the 1st direction of the board
  • the projection device according to supplementary note 11 wherein the plurality of stacked bodies are arranged in contact with each other.
  • the projection apparatus of Additional remark 10 or 11 which has a dielectric material between these several laminated bodies.
  • the projection apparatus in any one of Additional remark 10 to 13 in which the thickness of the at least 1 type of medium of the said laminated body is formed thicker than the wavelength of incident light.
  • the projection apparatus in any one of Additional remark 10 to 13 in which the thickness of the at least 1 type of medium of the said laminated body is formed thicker than the wavelength of visible light.
  • the plurality of stacked bodies are provided to extend in a first direction of a substrate surface on which the stacked bodies are mounted, and are spaced apart from each other in a second direction intersecting the first direction.
  • the projection device according to any one of supplementary notes 10 to 15, wherein (Supplementary note 17) The projection device according to supplementary note 16, wherein the plurality of stacked bodies are arranged at regular intervals in the second direction. (Supplementary Note 18) Two diffusion elements according to Supplementary Note 16 are provided, and the stacking direction of the first diffusion element stack is stacked in a direction different from the extension direction of the second diffusion element stack. Projection device arranged.

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Abstract

　本発明の投射装置は、光を出射する発光装置と、前記発光装置から出射された光を投射する投射部と、を備え、前記発光装置は、光を出射する発光素子と、光を拡散させる拡散素子とを有する。

Description

投射装置
　本発明は、投射装置に関し、特に、画像や映像を投射する投影装置に関する。
　近年、発光素子としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を有する発光装置を用いたプロジェクタが注目されている。
　例えば、特許文献１には、ＬＥＤとコンデンサーレンズ系を一組として構成された、赤色・緑色・青色の三組の照明装置と、光変調装置と、投射レンズと、を有して構成される映像投射装置が記載されている。
　特許文献２には、アレイ光源（ＬＥＤアレイやＬＤアレイ）と、シリンドリカルマイクロレンズアレイと、絞りと、縮小光学系と、偏光変換器と、マイクロレンズアレイと、液晶変調器とを備えている投射型カラー表示装置が記載されている。
特開２００８－０３２９０７号公報 特開２００７－０５８１６３号公報
　このようなプロジェクタにおいては、プロジェクタを、明るい場所で使用したり、大画面スクリーンに投影して使用したりするために、より輝度を高くすることが求められている。
　ＬＥＤは出射する光の指向性が低いことから、プロジェクタに使用すると、ある角度範囲内の光しか使用できず、効率が低い。ＬＥＤから出射する光をプロジェクタで効率的に使用するためには、ＬＥＤの指向性を高めることが有効な手段である。
　本発明の目的は、輝度の高いＬＥＤプロジェクタを提供することである。
　上記目的を達成するために本発明に係る投射装置は、光を出射する発光装置と、前記発光装置から出射された光を投射する投射部と、を備え、前記発光装置は、光を出射する発光素子と、光を拡散させる拡散素子とを有する。
　本発明によれば、輝度の高いＬＥＤプロジェクタを提供することができる。
本発明の第１の実施形態の投射装置の構成を模式的に示す配置図である。 本発明の第１の実施形態の投射装置に用いる発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の投射装置の構成を模式的に示す配置図である。 本発明の第３の実施形態の投射装置に用いる発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態の投射装置に用いる発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の第５の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の動作原理を模式的に示す断面図である。 本発明の第６の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第７の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第８の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第９の実施形態の投射装置に用いる拡散素子の構成を模式的に示す斜視図である。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態の投射装置の構成を示す配置図である。図１に示す投射装置は、光をスクリーンに投射してスクリーン上に画像を形成するプロジェクタである。
　図１において、プロジェクタ５００は、発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂと、照明光学系５０２Ｒ、５０２Ｇおよび５０２Ｂと、液晶パネル（空間光変調素子）５０３Ｒ、５０３Ｇおよび５０３Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５０４と、投射光学系５０５とを備える。
　発光装置から出射された光は、照明光学系、液晶パネル、クロスダイクロイックプリズム、投射光学系の順に入射する。例えば、照明光学系はロッドインテグレータとリレーレンズといった複数のレンズから成り、投射光学系はフォーカスレンズとズームレンズ等の複数のレンズから成る。
　発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂのそれぞれは、図２に示した発光装置１０の構造を有する。なお、実際の発光装置では、各層の厚さが非常に薄く、また各層の厚さの違いが大きいので、各層を正確なスケールや比率で図示するのは困難である。このため、図面では各層が実際の比率通りに描かれておらず、模式的に示されている。
　図２に示すように本実施形態の発光装置１０は、発光素子１と、発光素子１の上に設けられた拡散素子３とを有する。なお、図２では、各素子は密着されていないが、密着されていてもよい。
　発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂのそれぞれの発光素子１は、波長がそれぞれ異なる光を発生するものとする。以下、発光装置５０１Ｒから赤色（Ｒ）光が出射され、発光装置５０１Ｇから緑色（Ｇ）光が出射され、発光装置５０１Ｂから青色（Ｂ）光が出射されるものとする。
　なお、図１では、液晶パネルを空間光変調素子として用いたが、空間光変調素子は液晶パネルに限らず、例えば、磁気光学式空間光変調器やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）などに適宜変更可能である。
　発光素子１は、例えば、ＬＥＤであり、光を拡散素子３に出射する。本実施形態では、発光素子１から出射される光は非偏光であり、可視光である。
　拡散素子３は、発光素子１から入射した光を拡散させる。拡散素子としては、例えば、内部粒子型、表面形状型または異屈折率媒体積層型の素子を使用できる。より好ましくは、特定の入射角度で入射した光を拡散させ、それ以外の入射角で入射した光は拡散させずに透過させる性質（角度選択性）を有する拡散素子が望ましい。さらに好ましい形態として、角度選択性に加えて、入射した光の偏光を保存させる性質（偏光保存性）を有する拡散素子が望ましい。
　次に、以上のように構成されたプロジェクタ５００の動作について説明する。
　まず、発光装置１０の動作を説明する。発光装置１０において、発光素子１から出射された光は、拡散素子３に入射する。拡散素子３は、入射した光を拡散して出射する。拡散された光（拡散光）は照明光学系に入射する。このとき、透過する光と反射する光に別れる。反射された光は、拡散素子３に入射し、拡散される。拡散光は、発光素子１で反射され、再度拡散素子３に入射し、拡散され、照明光学系に到達する。発光装置１０および照明光学系では、上述の過程が繰り返され、反射されてくる光を再利用することができるので、結果として光の利用率が高まり、プロジェクタの輝度が高くなる。
　また、より好ましい形態として、拡散素子３が角度選択性を有する場合を説明する。発光装置１０において、発光素子１から出射された光は、拡散素子３に入射する。拡散素子３は、正面方向の光は拡散せず、特定の入射角度で入射した光を拡散する。拡散素子からの透過光と拡散光は照明光学系に入射する。このとき、透過する光と反射する光に別れる。反射された光は、拡散素子３に入射し、入射角度に応じて透過もしくは拡散される。透過光と拡散光は、発光素子１で反射され、再度拡散素子３に入射し、透過もしくは拡散され、照明光学系に到達する。発光装置１０および照明光学系では、上述の過程が繰り返され、特に利用効率の低い入射角度が大きい発光素子からの光を、効率的に利用可能な入射角度が小さい光に変換することができ、結果として光の利用効率が高まり、プロジェクタの輝度が高くなる。
　次に、発光装置１０を出た後の光の動作について説明する。発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂから出射された光は、照明光学系５０２Ｒ、５０２Ｇおよび５０２Ｂにそれぞれ入射する。照明光学系５０２Ｒ、５０２Ｇおよび５０２Ｂのそれぞれは、発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂから発生した各色光を、液晶パネル５０３Ｒ、５０３Ｇおよび５０３Ｂのそれぞれに、照度分布を一様にしながら導いて入射する。
　液晶パネル５０３Ｒ、５０３Ｇおよび５０３Ｂは、入射された各色光を映像信号に応じて変調して出射する。
　液晶パネル５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂから出射した光は、クロスダイクロイックプリズム５０４に入射する。クロスダイクロイックプリズム５０４は、液晶パネル５０３Ｒ、５０３Ｇおよび５０３Ｂのそれぞれから出射された各変調光を合成して出射する。
　クロスダイクロイックプリズム５０４から出射した光は、投射光学系５０５に入射する。投射光学系５０５は、クロスダイクロイックプリズム５０４から出射された合成光をスクリーン６００に投射して、スクリーン６００上に映像信号に応じた映像を表示する。
　本実施形態は、上述の通り、発光装置の指向性が高まることで、プロジェクタ内の光学系での光の利用効率が高まるので、より輝度の高いプロジェクタを提供することができる。
　（第２の実施形態）
　図３は、本実施形態の投射装置の構成を示す配置図である。図３に示す投射装置は、光をスクリーンに投射してスクリーン上に画像を形成するプロジェクタである。
　図３において、プロジェクタ５００Ａは、発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂと、照明光学系５０６と、液晶パネル（空間光変調素子）５０７と、投射光学系５０８とを有する。
　発光装置から出射された光は、照明光学系、液晶パネル、投射光学系の順に入射する。例えば、照明光学系はロッドインテグレータとリレーレンズといった複数のレンズから成り、投射光学系はフォーカスレンズとズームレンズといった複数のレンズから成る。
　発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂのそれぞれは、第１の実施形態と同様に図２に示した発光装置１０の構造を有する。発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂのそれぞれの発光素子１は、波長がそれぞれ異なる光を発生するものとする。以下、発光装置５０１Ｒから赤色（Ｒ）光が出射され、発光装置５０１Ｇから緑色（Ｇ）光が出射され、発光装置５０１Ｂから青色（Ｂ）光が出射されるものとする。
　なお、図３では、液晶パネルを空間光変調素子として用いたが、変調素子は液晶パネルに限らず、例えば、磁気光学式空間光変調器やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）などに適宜変更可能である。
　次に、以上のように構成されたプロジェクタ５００Ａの動作について説明する。
　まず、発光装置１０は、第１の実施形態で説明したように動作し、最終的には、特定の角度範囲内の透過光、すなわち指向性の高い光が発光装置から出射される。
　照明光学系５０６は、発光装置５０１Ｒ、５０１Ｇおよび５０１Ｂから発生した各色光を液晶パネル５０７に照度分布を一様にしながら出射する。
　液晶パネル５０７は、入射した色光毎に、映像信号に応じて変調して出射する。液晶パネル５０７から出射した光は、投射光学系５０８に入射する。投射光学系５０８は、液晶パネル５０７から出射された変調光をスクリーン６００に投射して、スクリーン６００上に、映像信号に応じた映像を表示する。時分割方式もしくは空間分割方式で各色光は合成される。
　本実施形態は、上述の通り、発光装置の指向性が高まることで、プロジェクタ内の光学系での光の利用効率が高まるので、より輝度の高いプロジェクタを提供することができる。また、第１の実施形態に比べて、プロジェクタのサイズを小さくすることができる。
　（第３の実施形態）
　第１もしくは第２の実施形態で用いた発光装置の構造として、角度制御フィルタを加えた第３の実施形態について説明する。本実施形態の投射装置は、発光装置の構成が異なる以外は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態に示したプロジェクタと同様の構成を有する。
　図４に本実施形態の発光装置１０の構成を示す。本実施形態の発光装置１０は、発光素子１と、発光素子１の上に設けられた拡散素子３と、拡散素子３の上に設けられた角度制御フィルタ４とを有する。
　角度制御フィルタ４は、特定の入射角度範囲内の光を透過させ、それ以外の入射角の光を反射させる。角度制御フィルタ４として、例えば、異なる屈折率を有する複数の光学薄膜の積層体である誘電体多層膜が挙げられる。
　次に、本実施形態の発光装置１０の動作を説明する。発光装置１０において、発光素子１から出射された光は、拡散素子３に入射する。拡散素子３は、光を拡散し、拡散された光は角度制御フィルタ４に入射する。角度制御フィルタ４では、拡散素子３からの拡散光のうち、特定の入射角度範囲内の角度で入射した光が透過し、それ以外の角度で入射した光は、発光素子側に反射される。角度制御フィルタ４での反射光は、拡散素子３で拡散された後、発光素子１に入射する。発光素子１からの反射光は、再度、拡散素子３で拡散された後、角度制御フィルタに入射する。
　発光装置１０では、上述の過程が繰り返され、角度制御フィルタ４の透過角度範囲外の光が角度範囲内の光に変換され、入射した光により高い指向性をもたせることができる。より高い指向性をもたせることで、プロジェクタ内の光学系での光の利用効率を高めることができる。よって、より輝度の高いプロジェクタを提供することができる。
　また、より好ましい形態として、拡散素子３が角度選択性を有する場合は、拡散する必要のない光、例えば、角度制御フィルタの透過角度範囲内の光は拡散しないので、拡散による光の損失が生じない。
　（第４の実施形態）
　第１もしくは第２の実施形態で用いた発光装置の構造として、位相差板、角度制御フィルタ、反射型偏光子を加えた第４の実施形態について説明する。本実施の形態の投射装置は、発光装置の構成が異なる以外は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態に示したプロジェクタと同様の構成を有する。
　図５に本実施形態の発光装置１０の構成を示す。本実施形態の発光装置１０は、発光素子１と、発光素子１の上に設けられた位相差板２と、位相差板２の上に設けられた拡散素子３と、拡散素子３の上に設けられた角度制御フィルタ４と、角度制御フィルタ４の上に設けられた反射型偏光子６とを有する。
　発光素子１は、例えば、ＬＥＤであり、光を位相差板２に出射する。なお、発光素子１から出射される光は、本実施形態では、非偏光であり、可視光であるとする。
　位相差板２は、光の偏光状態を変化させる偏光状態変換素子である。より具体的には、位相差板２は、ある波長λを有し振動する偏光について、直交な方向の電場成分に１／４波長の位相差を生じさせることで、直線偏光を円偏光に変換、または円偏光を直線偏光に変換する、λ／４板である。また、位相差板２は、位相差がゼロ次のλ／４板であることがより好ましい。位相差板２としては、サファイアや水晶のような無機の異方性結晶、ポリカーボネートのような異方性フィルム、および、微細な誘電体多層膜で構成されるフォトニック結晶素子などが挙げられる。
　反射型偏光子６は、特定の偏光を透過させ、それ以外の偏光を反射させる。反射型偏光子６としては、例えば、金属が格子状に配置されたワイヤグリッド偏光子、微細な誘電体多層膜で構成されるフォトニック結晶偏光子、および、多層の等方性フィルムと異方性フィルムで構成される有機多層膜偏光子などが挙げられる。
　なお、構成する順番を適宜、変更することができる。例えば、角度制御素子５と反射型偏光子６を入れ替えてもよい。
　以上のように構成された発光装置１０において、発光素子１から出射された非偏光は、位相差板２を介して拡散素子３に入射する。拡散素子３を透過した光は、角度制御フィルタ４に入射する。角度制御フィルタ４では、特定範囲内の入射角度の光が透過し、それ以外の光は反射される。角度制御フィルタ４を透過した光は、反射型偏光子６で、特定の偏光が透過し、それ以外の光は反射される。角度制御フィルタ４で反射された光は非偏光のまま、拡散素子３で拡散され、発光素子１で反射される。反射型偏光子６で反射された光は、偏光状態を保ったまま、拡散素子３で拡散され、位相差板２で円偏光となり、発光素子１で反射される。発光素子１で反射されて、位相差板２に入射する光のうち、円偏光成分は直線偏光となって透過する。位相差板２を透過した光は、拡散素子３で拡散され、角度制御フィルタ４で、特定範囲内の入射角度の光が透過し、それ以外の光は反射される。透過した光は、反射型偏光子６で、特定の偏光が透過し、それ以外の光は反射される。これらが繰り返されることで、最終的に、特定の偏光で特定の角度範囲内の透過光を得ることができる。
　より好ましい形態として、拡散素子３に、入射した光の偏光を保存させる性質（偏光保存性）を持たせることで、発光素子１からの光を、効率的に特定の偏光に変換することができる。
　プロジェクタ内で利用できる光は、特定の偏光かつ特定の角度範囲内の光であることから、位相差板と反射型偏光子を加えることで特定の偏光に揃えた光を、プロジェクタ内でより効率的に利用できる。よって、より輝度の高いプロジェクタを提供することができる。
　（第５の実施形態）
　第５の実施形態として、第１から第４の実施形態で用いた拡散素子とは異なる拡散素子の形態について説明する。その他の構成は、第１の実施形態から第４の実施形態に示したプロジェクタと同様である。
　図６は、本発明の第５の実施形態の拡散素子を模式的に示す斜視図である。図６に示すように本実施形態の拡散素子３Ｂは、基板３１と、高屈折率媒体３２と低屈折率媒体３３が積層して成る複数の凸部（すなわち、積層体）３４が、基板３１上に周期的に配置されている。拡散素子３Ｂには、発光素子１から出射した光が入射する。なお、以下では、基板３１の上面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面と直交する方向をＺ方向とする。
　基板３１は、発光素子１から出射される光の波長帯域において、実質的に透明な材料で形成される。基板３１の材料としては、例えば、石英ガラスおよびホウケイ酸クラウン等の光学ガラス、サファイアおよび水晶等の無機物結晶、ポリエーテルイミド樹脂およびポリスチレン樹脂等の透明プラスチックが挙げられる。なお、基板は必ずしも必要ではなく、基板の代わりに発光素子であってもよい。また、発光素子１からの光の入射は、凸部３４側から基板を介さず入射してもよい。
　基板３１上の各凸部３４は、基板３１の上面内の第１方向であるＹ方向に延伸された直方体形状を有する。凸部３４のＸ方向の長さは１０～５０μｍ程度、Ｙ方向の長さは１００μｍ以上が好ましい。また、複数の凸部３４は、第１方向とは異なる第２方向であるＸ方向に並列に間隔（ギャップ）を置いて配置されている。複数の凸部間のギャップは１μｍ以上で設けられており、１０～５０μｍ程度がより好ましい。複数の凸部の配置は周期的であってもよいし、非周期的であってもよい。
　高屈折率媒体３２は、低屈折率媒体３３の屈折率より大きい屈折率を有している。高屈折率媒体３２、低屈折率媒体３３の材料は特に限定されないが、例えば、酸化シリコン、酸化チタンまたは酸化アルミニウム等の酸化物、窒化シリコン等の窒化物、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等のフッ化物、ポリエーテルイミド樹脂またはポリスチレン樹脂のようなプラスチックの誘電体材料や有機物が挙げられる。
　同じ凸部内で、高屈折率媒体に異なる材料が使用されていてもよい。同様に、低屈折率媒体に異なる材料が使用されていてもよい。また、凸部ごとに、異なる材料であってもよい。なお、高屈折率媒体３２、低屈折率媒体３３の積層の順番は制限されない。さらには、高屈折率媒体３２、低屈折率媒体３３と異なる屈折率を有する第３の屈折率媒体が高屈折率媒体３２、低屈折率媒体３３と同様に積層されていてもよい。例えば、基板３１の界面や、凸部３４の上部または下部にＡＲ膜（Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｏａｔ）を積層することができる。
　図７は、図６に示す拡散素子３Ｂを製造する方法を説明するための図である。なお、以下で説明する製造方法は、単なる一例であって、これに限定されるものではない。
　先ず、図７（ａ）に示すように、基板３１の上に、高屈折率媒体３２、低屈折率媒体３
３の順に交互に積層させていく。積層の仕方は問わないが、例えばゾルゲル法やスピンコートと硬化処理の繰り返し等の方法が挙げられる。
　その後、図７（ｂ）に示すように、ギャップを形成し、積層媒体の凸部３４を作る。ギャップの形成方法として、レーザマーカによる描画や、レジストを形成させてエッチング処理を行う方法等を用いることができる。上記の方法以外にも、インプリント法を利用した凸部を有する多層膜形成等の方法を用いることもできる。
　次に、図８に拡散素子３の動作原理を模式的に示す。図８（ａ）は、光のＹＺ面に対する入射角度が小さいときの動作原理を示す。このとき、入射光は凸部間のギャップ中を通過するか、凸部を屈折しながらＺ方向に透過する。発光素子１の光の波長に応じて凸部の幅および凸部間の幅を適切に設計することにより、複数の凸部により生じるわずかな回折は無視でき、結果として、拡散がほぼ生じない。具体的には、上述した通り、凸部３４のＸ方向の長さは１０～５０μｍ程度、Ｙ方向の長さは１００μｍ以上が好ましい。また、複数の凸部間のギャップは１μｍ以上、より好ましくは１０～５０μｍ程度の寸法とすればよい。
　一方、図８（ｂ）に示すように、発光素子１からの光のＹＺ面に対する入射角度が大きいとき、入射光は凸部３４の側面から凸部中に入射する。側面から凸部中に入射した光は、屈折率の異なる複数の媒体３２、３３において回折し、拡散した透過光および反射光が生じる。このとき、回折の原理に基づき、入射角度が大きくなると拡散性も大きくなる。また、拡散素子３ＢはＹ方向に延伸された直方体形状を有するため、光はＸＺ面内の二次元的に拡散する。なお、少なくとも高屈折率媒体３２もしくは低屈折率媒体３３のどちらかの媒体の厚みは、回折が生じるように入射光の波長よりも厚い必要がある。入射光は可視光が想定されるが、本発明は可視光以外の光にも適応可能であり、所望の光に応じて適宜設計変更が可能である。
　以上説明したように、本実施形態の拡散素子によれば、入射角が小さいときは拡散性が小さく、入射角が大きくなるに従い拡散性が大きくなる性質（角度選択性）を有する拡散素子を提供することができる。
　また、拡散の原理として回折を用いること、および凸部をＹ方向に延伸し、Ｘ方向に間隔を置いて配置することにより、入射光の偏光状態を保存（偏光保存性）することができる。
　（第６の実施形態）
　第６の実施形態として、さらに拡散素子の別の形態について説明する。その他の構成は、第１の実施形態もしくは第４の実施形態に示したプロジェクタと同様である。
　図９を参照して、本発明の第６の実施形態である拡散素子及びその製造方法について説明する。第５の実施形態と同様のものには同じ符号を付す。また、図面では各層が実際の比率通りに描かれておらず、模式的に示されている。図９は、本発明の第６の実施形態の拡散素子３Ｃを模式的に示す斜視図である。拡散素子３Ｃは、第２の実施形態で示した拡散素子３Ｂの凸部の間に、誘電体３５が挿入された構造を有する。
　誘電体３５の材料は特に限定されないが、例えば、酸化シリコン、酸化チタンまたは酸化アルミニウム等の酸化物、窒化シリコン等の窒化物、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等のフッ化物またはポリエーテルイミド樹脂またはポリスチレン樹脂等のプラスチックの誘電体材料や有機物が挙げられる。
　それぞれの誘電体３５は異なる材料の誘電体が挿入されていてもよい。誘電体３５と基板３１の屈折率の関係は、特に限定されないが、ほぼ等しいことがより好ましい。また、誘電体３５と積層部３４の各媒体との屈折率の関係は、特に限定されないが、高屈折率媒体と低屈折率媒体のいずれかの屈折率とほぼ等しいことがより好ましい。また、誘電体３５の上部または下部にＡＲ膜を積層することができる。
　次に製造方法について説明する。本実施形態の拡散素子は、凸部３４を形成する工程までは第５の実施形態と同様に形成し、最後に誘電体３５をギャップに流し込み硬化させるといった方法で形成させることによって本実施形態の拡散素子を製造できる。
　本実施形態の拡散素子３Ｄは、第５の実施形態と同様の原理により、拡散素子として機能する。さらに、凸部の間に誘電体３５が挿入されることにより、凸部間のギャップに入射した光の屈折角が変化し、進行方向が変化する。
　以上説明したように、本実施形態の拡散素子によれば、角度選択性と偏光保存性を有する拡散素子を提供することができるという効果に加えて、誘電体３５が挿入されていることにより、拡散性の制御をより容易に行うことが可能であるという効果を奏する。
　（第７の実施形態）
　次に、図１０を参照して、本発明の第７の実施形態である拡散素子及びその製造方法について説明する。第５の実施形態と同様のものには同じ符号を付す。また、図面では各層が実際の比率通りに描かれておらず、模式的に示されている。
　図１０は、本発明の第７の実施形態の拡散素子３Ｄを模式的に示す斜視図である。拡散素子３Ｄは、第５の実施形態で示した拡散素子３Ｂの凸部３４の各媒体中に、突出部３６を有した構造を有している。突出部３６は、凸部３４が延伸する方向である第１方向（Ｙ方向）に延びるように設けられている。複数の凸部３４が並列に設けられている場合、凸部３４は第１方向とは異なる第２方向（Ｘ方向）に間隔（ギャップ）を置いて配置されている。突出部３６は、ひとつの凸部３４に一つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。また、突出部３６は、図面に示すように凸部３４の端辺に沿って設けられていてもよいし、端辺でない領域に第１方向に沿って延在して設けられてもよい。またさらに、突出部３６の形状は、図面に示すような三角形の凸状のような形状でもよいし、例えば四角形の凸状のような形状や半球状でもよい。突出部の高さは１０ｎｍ～３μｍ程度が好ましい。なお、基板は必ずしも必要なく、基板の代わりに発光素子でもよい。
　次に製造方法について説明する。本実施形態の拡散素子は、まず基板上に突出部形成用の配置部材３６’を配置する。その後、第５の実施形態と同様の方法により、本実施形態の拡散素子を製造できる。
　本実施形態の拡散素子は、第５の実施形態と同様の原理により、拡散素子として機能する。凸部３４が、突出部３６を有することにより、突出部３６においても回折が生じる。突出部３６で回折した光は凸部３４でさらに回折する。それにより、透過する光の拡散性を大きくすることができる。
　以上説明したように、本実施形態の拡散素子によれば、角度選択性と偏光保存性を有する拡散素子を提供することができるという効果に加えて、突出部３６を有することにより、より拡散性を大きくすることが可能であるという効果を奏する。
　（第８の実施形態）
　次に、図１１を参照して、本発明の第８の実施形態である拡散素子及びその製造方法について説明する。第８の実施形態と同様のものには同じ符号を付す。また、図面では各層が実際の比率通りに描かれておらず、模式的に示されている。
　図１１は、本発明の第５の実施形態の拡散素子３Ｅを模式的に示す斜視図である。拡散素子３Ｅは、第７の実施形態で示した拡散素子３Ｄの突出部３６を有する凸部３４が、第２方向（Ｘ方向）に間隔をおかず、第１方向（Ｙ方向）で互いに当接した構造を有している。突出部３６はひとつの凸部３４に一つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。突出部３６の形状は、図面に示すような三角形の凸状のような形状でもよいし、例えば四角形の凸状のような形状や半球状でもよい。突出部の高さは１０ｎｍ～３μｍ程度が好ましい。
　次に製造方法について説明する。本実施形態の拡散素子は、まず基板上に突出部形成用の配置部材３６’を配置する。その後、基板３１の上に、媒体を高屈折率媒体３２、低屈折率媒体３３の順に交互に積層させていくことにより、本実施形態の拡散素子を製造できる。
　本実施形態の拡散素子は、第７の実施形態と同様の原理により、拡散素子として機能する。凸部３４中に突出部３６を有していることにより、ギャップがなくても拡散素子として機能する。
　以上説明したように、本実施形態の拡散素子によれば、突出部３６を有することにより、より拡散性を大きくできるという効果に加えて、ギャップを形成する必要がないので製造が容易であるという効果を奏する。
　（第９の実施形態）
　次に、図１２を参照して、本発明の第９の実施形態である拡散素子について説明する。第５の実施形態と同様のものには同じ符号を付す。また、図面では各層が実際の比率通りに描かれておらず、模式的に示されている。なお、図１２では、各素子は密着されていないが、密着されていてもよい。
　図１２は、本発明の第９の実施形態の拡散素子３を模式的に示す斜視図である。本実施形態の拡散素子３Ｆは、第５の実施形態で示した拡散素子３Ｂと拡散素子３Ｂ'が、各拡散素子の凸部の延伸方向を直交させるように積層された構造を有する。
　拡散素子３Ｆには、基板側から発光素子１の光が入射する。なお、図１２では拡散素子３Ｂ、３Ｂ'として第５の実施形態のものを示したが、その他の実施形態の拡散素子でもよく、また拡散素子３Ｂ、３Ｂ'がそれぞれ異なった実施形態の拡散素子でもよい。また、拡散素子３Ｂ、３Ｂ'の積層方向は必ずしも基板が発光素子側にある必要はなく、発光素子１の光の入射は凸部側から入射してもよい。拡散素子３Ｂ、３Ｂ'は、基板を介さずに積層されていてもよい。
　次に、本実施形態の拡散素子３Ｆの動作を説明する。まず拡散素子３Ｂでは、発光素子１から拡散素子３Ｆに入射した光のＹＺ面に対する入射角度が小さいとき、入射光は空気中を通過するか、凸部を屈折しながらＺ方向に透過するので拡散は生じない。一方、発光素子１からの光のＹＺ面に対する入射角度が大きいとき、拡散素子３Ｂで、回折を拡散の原理としてＸＺ面内に二次元的に拡散する。
　次に、拡散素子３Ｂから出射した光は拡散素子３Ｂ'に入射し、ＸＺ面に対する入射角度が小さいとき、光は拡散しない。一方、ＸＺ面に対する入射角度が大きい光が拡散される。このときの拡散の方向は、ＹＺ面内の二次元方向である。すなわち、最終的に拡散素子３Ｆを出射した光は、３次元方向に拡散されている。
　以上説明したように、本実施形態の拡散素子によれば、これまで説明してきた原理と同様の理由により、入射角が小さいときは拡散性が小さく、入射角が大きくなるに従い拡散性が大きくなるので、９０度付近の大きな入射角でも十分に拡散性を大きくすることができる。
　また拡散の原理として回折を用いること、および凸部をＹ方向に延伸し、Ｘ方向に間隔を置いて配置することにより、入射光の偏光状態を保存することができる。
　さらに、本実施形態によると、拡散素子３Ｂと延伸方向を直交させた拡散素子３Ｂ'を組み合わせることで、三次元方向の拡散性を有する拡散素子を提供できる。
　なお、本実施形態では、各拡散素子の凸部の延伸方向を直交させるように積層したが、直交（９０度）に限られるものではない。直交（９０度）から多少ずれていたとしても３次元方向の拡散性を有する拡散素子を提供することができる。また、望ましくは直交ではあるものの、延伸方向が交差するように配置されるのであれば、３次元方向の拡散性を得ることができる。
　以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態における数値、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。
（付記１）光を出射する発光装置と、前記発光装置から出射された光を投射する投射部と、を備え、前記発光装置は、光を出射する発光素子と、光を拡散させる拡散素子とを有する投射装置。
（付記２）前記拡散素子は、特定の入射角度の光を拡散させる拡散素子である付記１に記載の投射装置。
（付記３）前記発光装置は、さらに、特定の入射角度の光を透過させ、それ以外の光は反射させる角度制御フィルタを有する付記１もしくは２に記載の投射装置。
（付記４）前記投射部は、前記発光装置から出射された光の照度分布を一様にして出射する照明光学系と、前記照明光学系からの光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、前記変調素子からの光を投射する投射光学系と、を備える付記１から３のいずれかに記載の投射装置。
（付記５）前記変調素子は、液晶パネルである付記４に記載の投射装置。
（付記６）前記発光装置を複数有する付記１から５のいずれか一項に記載の投射装置。
（付記７）前記発光装置と前記照明光学系と前記変調素子とから成る組を複数備え、前記変調素子から出射された光が入射し、前記複数の発光装置からのそれぞれの光を合成して前記投射光学系に出射するクロスダイクロイックプリズムを備える付記６に記載の投射装置。
（付記８）前記発光装置は、さらに、特定の偏光を透過させ、それ以外の偏光を反射させる反射型偏光子を有する付記１から７のいずれかに記載の投射装置。
（付記９）前記発光装置は、さらに、入射光に位相差を与えて偏光状態を制御する位相差板、を有する請求項１から８のいずれかに記載の投射装置。
（付記１０）前記拡散素子は、各々屈折率の異なる２種類以上の媒体が積層されて成る組が、１組以上積層された積層体を複数備え、前記複数の積層体は、光源からの入射光に対して互いに並列に配置されている付記１から９のいずれかに記載の投射装置。
（付記１１）前記積層体の各層は、該積層体が搭載される基板面の第１の方向に延びるように設けられた突出部を有している付記１０に記載の投射装置。
（付記１２）前記複数の積層体が互いに当接して配置されている付記１１に記載の投射装置。
（付記１３）前記複数の積層体の間に、誘電体材料を有している付記１０もしくは１１に記載の投射装置。
（付記１４）前記積層体の少なくとも一種の前記媒体の厚みが、入射光の波長よりも厚く形成されている付記１０から１３のいずれかに記載の投射装置。
（付記１５）前記積層体の少なくとも一種の前記媒体の厚みが、可視光の波長よりも厚く形成されている付記１０から１３のいずれかに記載の投射装置。
（付記１６）前記複数の積層体は、該積層体が搭載される基板面の第１の方向に延在して設けられ、前記第１の方向とは交差する第２の方向に間隔を置いて配置されている付記１０から１５のいずれかに記載の投射装置。
（付記１７）前記複数の積層体は、前記第２の方向に周期的な間隔を置いて配置されている付記１６に記載の投射装置。
（付記１８）付記１６に記載の拡散素子を２つ備え、第１の拡散素子の積層体の延在方向は、第２の拡散素子の積層体の延在方向と異なる方向となるように積み重ねて配置されている投射装置。
　本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。また、この出願は、２０１２年４月１７日に出願された日本出願特願２０１２－０９３５１６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　発光装置を用いた投射装置に広く適用することができる。
　１０、１０Ｂ　　光変調器
　１　　発光素子
　２　　位相差板
　３、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ　　拡散素子
　４　　角度制御フィルタ
　５　　光学素子
　６　　反射型偏光子
　３１　　基板
　３２　　高屈折率媒体
　３３　　低屈折率媒体
　３４　　凸部
　３６　　突出部
　３６’　配置部材
　５００、５００Ａ　　プロジェクタ
　５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ　　発光装置
　５０２Ｒ、５０２Ｇ、５０２Ｂ　　照明光学系
　５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂ　　液晶パネル
　５０４　　クロスダイクロイックプリズム
　５０５　　投射光学系
　５０６　　照明光学系
　５０７　　液晶パネル
　５０８　　投射光学系
　６００　　スクリーン

Claims (10)

  1. 光を出射する発光装置と、
    前記発光装置から出射された光を投射する投射部と、を備え、
    前記発光装置は、光を出射する発光素子と、光を拡散させる拡散素子とを有する投射装置。
  2. 前記拡散素子は、特定の入射角度の光を拡散させる拡散素子である、請求項１に記載の投射装置。
  3. 前記発光装置は、さらに、特定の入射角度の光を透過させ、それ以外の光は反射する角度制御フィルタを備える、請求項１もしくは２に記載の投射装置。
  4. 前記投射部は、
    前記発光装置から出射された光の照度分布を一様にして出射する照明光学系と、
    前記照明光学系からの光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、
    前記変調素子からの光を投射する投射光学系と、
    を備える、請求項１から３のいずれかに記載の投射装置。
  5. 前記変調素子は液晶パネルである、請求項４に記載の投射装置。
  6. 前記発光装置を複数有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の投射装置。
  7. 前記発光装置と前記照明光学系と前記変調素子とから成る組を複数備え、
    前記変調素子から出射された光が入射し、前記複数の発光装置からのそれぞれの光を合成して前記投射光学系に出射するクロスダイクロイックプリズムを備える請求項６に記載の投射装置。
  8. 前記発光装置は、さらに、特定の偏光を透過させ、それ以外の偏光を反射する反射型偏光子を備える、請求項１から７のいずれかに記載の投射装置。
  9. 前記発光装置は、さらに、入射光に位相差を与えて偏光状態を制御する位相差板を備える、請求項１から８のいずれかに記載の投射装置。
  10. 前記拡散素子は、各々屈折率の異なる２種類以上の媒体が積層されて成る組が、１組以上積層された積層体を複数備え、
    前記複数の積層体は、光源からの入射光に対して互いに並列に配置されている
    請求項１から９のいずれかに記載の投射装置。
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