JP2004020724A

JP2004020724A - Light guide device, illumination device, optical device, projection display device

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Publication number: JP2004020724A
Application number: JP2002172976A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Sakata; 坂田　秀文; Takashi Takeda; 武田　高司
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP4085708B2

Abstract

【課題】簡単な構成で導出する光の出射角度を狭くすることが可能で、さらに光源からの光を均一な照度分布にて導出することが可能な導光装置を提供する。
【解決手段】本発明の導光装置１は、入射した光を出射側へ導くロッドレンズ３を備え、ロッドレンズ３には回折格子４が設けられ、回折格子４は、ロッドレンズ３の入射側８に相対的に近い位置において、格子間隔が相対的に小さく構成され、出射側９に相対的に近い位置において、格子間隔が相対的に大きく構成されている。したがって、入射側８に近い位置において、入射角度θ１で回折格子４に入射した光は相対的に大きな角度で回折し、例えば反射角度θ２で反射される一方、出射側９に近い位置において、入射角度θ２で回折格子４に入射した光は相対的に小さな角度で回折し、θ２よりも大きな反射角度θ３で反射される。
【選択図】　　図１Provided is a light guide device capable of narrowing an emission angle of light derived with a simple configuration and capable of deriving light from a light source with a uniform illuminance distribution.
A light guide device of the present invention includes a rod lens that guides incident light to an emission side. The rod lens is provided with a diffraction grating, and the diffraction grating is formed on the incident side of the rod lens. At a position relatively close to 8, the lattice spacing is relatively small, and at a position relatively close to the emission side 9, the lattice spacing is relatively large. Therefore, light incident on the diffraction grating 4 at an incident angle θ1 at a position close to the incident side 8 is diffracted at a relatively large angle, for example, reflected at a reflection angle θ2, while incident at a position close to the output side 9. Light incident on the diffraction grating 4 at an angle θ2 is diffracted at a relatively small angle and reflected at a reflection angle θ3 larger than θ2.
[Selection] Figure 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光装置、照明装置、光学装置、及び投射型表示装置に関し、特に当該導光装置から出射する光の角度範囲を狭くするための構成を備えた導光装置と、それを備える照明装置及び光学装置と、その照明装置を備える投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達は目覚しく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系からなる映像源から出射される画像を、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射するプロジェクタが知られている。
【０００３】
プロジェクタ用の照明装置としては、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の光源を具備するものが知られているが、この光源から出射される光は一般に不均一な照度分布を持っている。したがって、被照明領域、具体的には光変調装置としての液晶ライトバルブの表示面における照度分布を均一化するために、ロッド状導光体からなる均一照明系を照明装置に具備させたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなロッド状導光体からなる均一照明系を用いた場合、該均一照明系からの出射光について均一な照度分布を得るためには、ある程度長い距離の導光体が必要とされ、照明装置ひいてはプロジェクタが大型化してしまう等の問題が生じる場合がある。また、上述のような均一照明系からの光の出射角度は、該均一照明系への光の入射角度によりほぼ決まるため、出射角度が大きなものも含まれ、液晶ライトバルブ等の被照明領域に対する照明効率が低下する場合がある。さらに、均一照明系からの光が広い角度範囲で液晶ライトバルブ等に入射し、これを光源として画像を投射表示するプロジェクタ等においては、光源光の角度範囲が広いことに起因するコントラスト低下等の表示特性低下も生じる場合があった。
【０００５】
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、簡単な構成で導出する光の出射角度を狭くすることが可能で、さらに光源からの光を均一な照度分布にて導出することが可能な導光装置と、該導光装置を備えた照明装置及び光学装置と、この照明装置を備えた高輝度で信頼性の高い投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、本発明の導光装置は、入射した光を出射側へ導く導光部を備える導光装置であって、導光部には偏向部が設けられ、該偏向部は、当該偏向部への入射角と異なる角度で光を偏向するものであって、導光部の入射側において相対的に大きい偏向角で光を偏向する一方、導光部の出射側において相対的に小さい角度で光を偏向する構成であることを特徴とする。なお、本明細書に言う入射角及び反射角は、法線方向に対する角度を意味するものとしている。
【０００７】
このような導光装置によると、広い角度分布を持って入射された光を、狭い角度範囲で出射することができるとともに、均一な照度分布で出射することが可能となる。すなわち、導光部の入射側に相対的に大きい反射角で光を反射させる偏向部を配設し、導光部の出射側に相対的に小さい反射角で光を反射させる偏向部を配設したために、導光部の出射側に近づく程、光の角度範囲が狭くなり（すなわち集光され）、より均一な照度分布を得ることができ、その結果、当該導光装置から導出される光の出射角度が狭くなり、例えば当該導光装置の出射側近傍に配設する液晶ライトバルブ等の被照明領域に対する照明効率を向上させることが可能となる。なお、導光部の入射側とは、光が入射する側に相対的に近い側を意味し、導光部の出射側とは、光が入射する側に相対的に遠い側（すなわち、出射する側に相対的に近い側）を意味するものである。
【０００８】
具体的には、偏向部を回折格子を含む構成とすることができ、該回折格子の格子間隔を、導光部の入射側で相対的に小さく構成する一方、導光部の出射側で相対的に大きく構成することができる。回折格子は、その格子間隔が小さい程、回折角が大きくなるため、導光部の出射側に相対的に近い側において、格子間隔を相対的に大きく構成することにより、導光部の出射側に近づく程、光の角度範囲が狭くなり、より指向性の良い光を当該導光装置から出射させることが可能となる。しかも、このような回折格子を形成することのみで、角度範囲が狭く、照度分布の均一な光を得ることができ、非常に簡便で、当該導光装置が大型化することもない。また、偏向部は凸レンズにて構成することもできる。この場合、凸レンズの屈折率を、導光部の入射側で相対的に小さく、出射側に近づくにつれ相対的に大きく構成すればよい。
【０００９】
本発明の導光装置において、導光部は棒状の導光体若しくは管状の導光体（いわゆるロッドレンズ）から構成することができる。その場合、ロッドレンズの形状としては、出射側端面は被照明領域と光学的に共役である（相似形である）ことが好ましく、入射側端面と出射側端面とは必ずしも相似形である必要はない。また、入射側から出射側に向けて同一の径を有するものであってもよいが、先拡がりの形状（いわゆるテーパ形状）としてもよい。先拡がりの形状とした場合、ロッドレンズへの光の入射角に対して出射角を変化させることも可能となり、本発明の偏向部の効果と相俟って一層角度範囲が狭く、照度分布の均一な光を導出することが可能となる。ロッドレンズを単独で用いた場合、反射を繰り返すことによって徐々に光線の角度が変換されるため、ある程度の長さが必要であるが、本発明の構成によるとロッドレンズが短くても同じ効果が得られるため、光学エンジンの小型化が容易となる。
【００１０】
次に、導光部を棒状の導光体から構成するとともに、該導光体を屈折率の異なる２以上の部材を含む構成とし、導光部の入射側に相対的に屈折率の小さい部材を配設する一方、出射側に近づくにつれ屈折率の大きい部材を配設することもできる。この場合、棒状導光体と屈折率の異なる部材が偏向部を構成することとなり、当該偏向部において入射角と異なる角度で光を出射させることが可能となり、さらに導光体の出射側に相対的に近い側において、屈折率の相対的に大きい部材にて偏向部を構成したため、導光体の出射側に近づく程、光の角度範囲が狭くなり、より均一な照度分布の光を当該導光装置から出射させることが可能となる。なお、この場合、偏向部は例えば導光体の外面若しくは棒状導光体内部に配設することができるが、導光体外面に配設するのが簡便で好ましい。
【００１１】
一方、導光部を、筒状の導光体から構成するとともに、偏向部を、導光体の筒状内部の媒質と屈折率の異なる２以上の部材を含む構成とし、導光部の入射側に相対的に屈折率の小さい偏向部を配設する一方、導光部の出射側に相対的に屈折率の小さい偏向部を配設するものとすることができる。この場合も、筒状内部の媒質と屈折率の異なる部材にて偏向部を構成したために、当該偏向部において入射角と異なる角度で光を出射させることが可能であって、さらに導光体の出射側に相対的に近い側において、屈折率の相対的に大きい部材にて偏向部を構成したため、導光体の出射側に近づく程、光の角度範囲が狭くなり、より均一な照度分布の光を当該導光装置から出射させることが可能となる。
【００１２】
次に、本発明の照明装置は、上記記載の導光装置と、該導光装置の入射側に配設された光源とを具備してなることを特徴とする。このような照明装置によると、例えば導光装置の出射側近傍に設けた被照明体に対する照明効率が非常に高くなり、その照度分布も均一なものとなり、例えば投射型表示装置であるプロジェクタ用の照明装置として非常に適したものとなる。すなわち、角度範囲の狭い光を出射可能な照明装置によりプロジェクタ等の表示装置の光源を構成することで、コントラスト低下等が生じ難く、優れた表示特性を提供可能となる。
【００１３】
また、本発明の光学装置は、上記記載の導光装置と、該導光装置の入射側に配設された光源とを具備してなることを特徴とする。このような光学装置は非常に優れた集光性を有し、均一な照度分布で対象物を照射することが可能となる。具体的に、本発明の光学装置としては、例えば半導体装置製造用の露光機や、表面形状を特定するための表面形状測定機等を例示することができる。
【００１４】
さらに、本発明の投射型表示装置は、上記記載の照明装置と、該照明装置から出射される光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを具備してなることを特徴とする。このような投射型表示装置は、照明効率が非常に高く、照度分布も均一な照明装置を備えて構成されるため、表示特性が非常に優れたものとなる。
【００１５】
【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３を参照して説明する。
図１は本発明に係る導光装置１を備えた照明装置１０の概略構成図で、図２は導光装置１を模式的に示す斜視図である。図１中符号２は光源で、図１及び図２中符号３はロッドレンズ（導光体）、４は回折格子、５は金属製反射膜である。
【００１６】
照明装置１０は、図１に示すように、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた光源２と、ロッドレンズ３とから概略構成され、光源２から出射された光は、ロッドレンズ３の入射側８から入射し、ロッドレンズ３にて出射側９に導かれるものとされている。本実施形態の場合、光の導光途上であって、ロッドレンズ３の内面には図１及び図２に示すようにＡｌ等の金属製反射膜（反射本体部）５が形成され、さらに金属製反射膜５の内面側には回折格子４が配設されている。なお、これら回折格子４及び金属製反射膜５は偏向部を構成し、該偏向部により光は反射を伴いつつロッドレンズ３内を導光される。
【００１７】
回折格子４は、ロッドレンズ３の内面で位置毎に異なる格子間隔で配設されており、したがって回折格子４及び金属製反射膜５からなる偏向部において、反射角度がロッドレンズ３の位置毎に異なるものとなる。特に、本実施形態では入射側８に相対的に近い位置において、格子間隔が相対的に小さく構成され、出射側９に相対的に近い位置において、格子間隔が相対的に大きく構成されている。したがって、例えば入射側８に近い位置において、入射角度θ１で回折格子４に入射した光は相対的に大きな角度で回折し、例えば反射角度θ２で反射される一方、出射側９に近い位置において、入射角度θ２で回折格子４に入射した光は相対的に小さな角度で回折し、θ２よりも大きな反射角度θ３で反射される（図面中θ３、θ４の関係についても同様）。図１では断面の形状が矩形の場合を示したが、鋸歯状のように非対称な断面形状にすることも可能である。この場合特定の回折次数に光を分配することができ、よりコリメートされた光を得ることができる。
【００１８】
本実施形態のようにＬＥＤにて構成された光源２からの光は広い角度範囲に放射される。光源２から大きな角度で入射された光は、ロッドレンズ３内の入射側８に近い位置の回折格子４にて回折される一方、光源２から小さな角度で入射された光は、ロッドレンズ３内の出射側９に近い位置の回折格子４にて回折される。したがって、ロッドレンズ３の出射側９に近づく程、偏向部からの反射角度が大きくなるため、本実施形態の導光装置１により平行光に近い光を得ることが可能となる。
【００１９】
すなわち、以上のような構成の回折格子４及び金属製反射膜５を具備してなるロッドレンズ３を含む導光装置１によると、入射時には角度範囲の広い光を、狭い角度範囲で出射することが可能となり、さらには図６に示すように、入射時には照度分布が不均一であった光を、出射側端面においては均一な照度分布で出射することも可能となる。その結果、ＬＥＤ等の光源から光を集光して平行光に近い光を導出することが可能となる。
【００２０】
なお、回折格子４は例えば筒状のガラス部材の内面に凹凸を付与することにより得ることができ、該筒状のガラス部材の外面に金属製反射膜５を形成することにより、本実施形態のロッドレンズ３を得ることができる。図１に示したロッドレンズ３は、入射側８から出射側９に向けて断面が同一寸法の四角柱状の筒状部材として構成されている。入射端面及び出射端面の形状は、例えば被照明体の被照明領域と相似形に構成することが好ましく、本実施形態では例えば縦横比が３：４の長方形となっている。
【００２１】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を、図３を参照して説明する。
本実施形態の照明装置１０１は、筒状のロッドレンズ３の外面に、偏向部としての金属製反射膜５が形成されるとともに、ロッドレンズ３の内面に、同じく偏向部として位置毎に偏向角の異なる屈折部材４０を形成した構成を具備してなる導光装置１１と、光源２とを含む例である。
【００２２】
屈折部材４０は、断面が略かまぼこ状のレンズ形状をしており、レンズの中心は光源２が配置されたロッドレンズの入射面よりも出射側に配置してある。　図８に示すように、光源２からの拡散光は屈折部材４０に対して斜めから入射するが、レンズの界面には垂直に近い角度で入射するため入射時のレンズでの屈折は小さい。レンズ内に入射した光は導光体の内面に形成した反射面５で反射し、レンズから再び導光体内部へ出射する。その際、レンズの屈折作用により光源２から小さい角度でレンズに入射した光は、大きい角度で入射した光に対して大きく曲げられる。その結果、光源２の持つ角度分布よりも狭い角度分布に変換することが可能である。したがって、第２実施形態の照明装置１０１によっても、第１実施形態と同様、導光装置１１によって平行光に近い光を得ることが可能となる。
【００２３】
すなわち、以上のような構成の屈折部材４０及び金属製反射膜５を具備してなるロッドレンズ３を含む導光装置１１によると、入射時には角度範囲の広い光を、狭い角度範囲で出射することが可能となり、さらには入射時には照度分布が不均一であった光を、均一な照度分布で出射することも可能となる。その結果、ＬＥＤ等の光源から光を集光して平行光に近い光を導出することが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態においては屈折部材４０を断面視略かまぼこ状に構成し、レンズの中心がロッドレンズ３の入射側８よりも出射側９に位置してなる構成としたが、内面にベタ状の膜を構成し、入射側８から相対的に屈折率の大きい材料にて膜を形成するものとすることもできる。
【００２５】
具体的には、図９に示すように、ロッドレンズ３の導光途上において略中心部よりも入射側であって、該ロッドレンズ３の内面に沿って屈折用膜４３を形成し、この屈折用膜４３を入射側４４において屈折率の小さな材料にて構成し、出射側４５において屈折率の大きな材料にて構成した。また、図１０に示すように、ロッドレンズ３の導光途上において略中心部よりも入射側であって、該ロッドレンズ３の内部に挿入された屈折用部材４６を形成し、この屈折用部材４６を入射側４７において屈折率の小さな材料にて構成し、出射側４８において屈折率の大きな材料にて構成したものを採用することができる。
【００２６】
さらに、図１１に示すように、導光体としての棒状部材２１について入射側８と出射側９とで異なる部材にて構成することもでき、具体的には、棒状部材２１の入射側２２を、出射側２３に比して屈折率の小さい材料にて構成するものとすることができる。このように、いずれの場合にも、導光体の入射側８と出射側９とにおいて屈折率の異なる材料を偏光部として形成することにより、出射側９において均一な照度分布で、平行光に近い光を得ることが可能となる。
【００２７】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を、図４を参照して説明する。
本実施形態の照明装置１０２は、屈折率の高い透光性の棒状部材２０を含んで構成されたロッドレンズ３を含み、ロッドレンズ３の外面には図１に示した第１実施形態と同様の回折格子４が形成された導光装置１２と、光源２とを含む例である。
【００２８】
この場合、棒状部材２０を透過した光は、回折格子４にて反射されるが、第１実施形態と同様、入射側８に相対的に近い位置において、格子間隔が相対的に小さく構成され、出射側９に相対的に近い位置において、格子間隔が相対的に大きく構成されている。したがって、ロッドレンズ３の出射側９に近づく程、回折格子４にて反射される光の反射角度が大きくなり、この第３実施形態に係る導光装置１によっても平行光に近い光を得ることが可能となる。
【００２９】
なお、図３に示した屈折部材を用いた導光装置１１についても、図４の第３実施形態と同様に、棒状部材の外面に屈折部材をそれぞれ配設する構成とすることもできる。この場合、各屈折部材は棒状部材と屈折率の異なる材料にて構成されることは言うまでもない。
【００３０】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を、図５を参照して説明する。
本実施形態の照明装置１０３は、図１に示した第１実施形態のロッドレンズ３を先拡がりのテーパ形状とした例である。このようにロッドレンズ３を先拡がりの形状とした場合、図面上破線で示したように、テーパ形状に沿って光の角度範囲を狭めることが可能となり、回折格子４による出射角の狭角化と相俟って、一層平行光に近い光を得ることが可能となる。なお、図３に示した照明装置１０１に具備される導光装置１１、図４に示した照明装置１０２に具備される導光装置１２についても、同様のテーパ形状のロッドレンズ３を適用することも可能である。また、テーパ形状のロッドレンズの替わりに、放物線ミラーや楕円ミラーを用いても同様の効果が得られる。
【００３１】
［投射型表示装置］
図７は、上記実施の形態で示した各照明装置を光源として用いた投射型表示装置９１の要部を示す概略構成図である。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し、図中符号９２はＬＥＤアレイ（面状光源）、９３はロッドレンズアレイ（均一照明手段）、９４はＰＢＳアレイ、９５は液晶ライトバルブ（光変調手段）、９６は投射レンズ、である。
【００３２】
投射型表示装置９１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な複数のＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂ（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９２と、ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂ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９８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９３と、ロッドレンズアレイ９３から入射される光の偏光変換を行うＰＢＳアレイ９４と、ＰＢＳアレイ９４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９５と、液晶ライトバルブ９５によって合成された画像をスクリーン９９に拡大投射する投射レンズ９６とから概略構成されている。このうち、ＬＥＤアレイ９２とロッドレンズアレイ９３とは、上記実施形態の各照明装置の構成を採用してなるものである。
【００３３】
ＰＢＳアレイ９４は、偏光分離膜９４ａと反射膜９４ｂとを有する複数のＰＢＳと１／２波長板９４ｃ（位相差板）とが組み合わされたものであって、ＬＥＤアレイ９２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ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂとＰＢＳアレイ９４との位置関係は、これらＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂから出射される光が最初に偏光分離膜９４ａに入射されるように配置されている。
【００３４】
液晶ライトバルブ９５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９３１が使用され、液晶セル９３１の外面には入射側偏光板９３２、出射側偏光板９３３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９５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９２、ロッドレンズアレイ９３、ＰＢＳアレイ９４、液晶ライトバルブ９５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。
【００３５】
本実施の形態の投射型表示装置９１では、１フレームを時分割し、ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂから時間順次にＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出射させ、各ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂから色光を出射するタイミングと液晶ライトバルブ９５を駆動するタイミングとを同期させることにより、各ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂから出射される色光に対応させて液晶ライトバルブ９５を時間順次に駆動し、各ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂ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。
【００３６】
このような投射型照明装置９１は、ＬＥＤアレイ９２とロッドレンズアレイ９３とについて、上記実施形態の照明装置の構成を採用してなるため、照明効率が高く、表示特性に優れた照明装置となる。また、照度分布が均一なため、液晶ライトバルブの耐久性も向上し、ひいては当該投射型表示装置の耐久性向上にも繋がる。
【００３７】
次に、投射型照明装置の変形例を、図１２を参照して説明する。図１２は、投射型表示装置の概略構成を示す拡大図であって、図７の投射型表示装置９１が色順次駆動方式の単板方式の例であったのに対し、図１２の投射型表示装置８３６では２板方式の例を示す。
【００３８】
図７の投射型表示装置９１では、光源としてＲ、Ｇ、Ｂの異なる色の色光を発光し得るＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂを同一面内に配列したＬＥＤアレイ９２を用いたのに対し、図１２の投射型液晶表示装置８３６では、Ｒの色光を発光し得るＬＥＤ８７ｒとＧの色光を発光し得るＬＥＤ８７ｇとを同一面内に配列したＬＥＤアレイ８２、Ｂの色光を発光し得るＬＥＤ８７ｂを同一面内に配列したＬＥＤアレイ８２ｂ、の２個を面状光源として用いている。そして、各ＬＥＤアレイ８２，８２ｂの出射側には、図７で用いたのと同様のロッドレンズ８８からなるロッドレンズアレイ８３が配置されている。これら各色光毎のＬＥＤアレイ８２，８２ｂとロッドレンズアレイ８３は、上記実施形態の照明装置の構成を採用している。
【００３９】
各ロッドレンズアレイ８３の出射側にＰＢＳアレイ８４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８５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ８５によって変調された３つの色光が、ダイクロイックミラー８２５に入射するように構成されている。このダイクロイックミラー８２５は、Ｂの色光のみを反射し、Ｒ，Ｇの色光を透過することで各色光を分離するものとしている。このダイクロイックミラー８２５により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８６によりスクリーン８９上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００４０】
このような投射型照明装置８３６においても、ＬＥＤアレイ８２とロッドレンズアレイ８３とについて、上記実施形態の照明装置の構成を採用してなるため、照明効率が高く、表示特性に優れた照明装置となる。また、照度分布が均一なため、液晶ライトバルブの耐久性も向上し、ひいては当該投射型表示装置の耐久性向上にも繋がる。
【００４１】
さらに、図１３は投射型表示装置の更に異なる変形例について、その概略構成を示す拡大図であって、この場合の投射型表示装置７３６は３板方式の例である。図１３の投射型液晶表示装置７３６では、Ｒの色光を発光し得るＬＥＤ７７ｒを同一面内に配列したＬＥＤアレイ７２ｒ、Ｇの色光を発光し得るＬＥＤ７７ｇを同一面内に配列したＬＥＤアレイ７２ｇ、Ｂの色光を発光し得るＬＥＤ７７ｂを同一面内に配列したＬＥＤアレイ７２ｂ、の３個を面状光源として用いている。そして、各ＬＥＤアレイ７２ｒ，７２ｇ，７２ｂの出射側には、図７で用いたものと同様のロッドレンズ７８からなるロッドレンズアレイ７３が配置されている。これら各色光毎のＬＥＤアレイ７２ｒ，７２ｇ，７２ｂとロッドレンズアレイ７３は、上記実施形態の各照明装置の構成を採用している。
【００４２】
各ロッドレンズアレイ７３の出射側にＰＢＳアレイ７４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７５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ７５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７２５（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７２５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７６によりスクリーン７９上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００４３】
このような投射型照明装置７３６においても、ＬＥＤアレイ７２とロッドレンズアレイ７３とについて、上記実施形態の照明装置の構成を採用してなるため、照明効率が高く、表示特性に優れた照明装置となる。また、照度分布が均一なため、液晶ライトバルブの耐久性も向上し、ひいては当該投射型表示装置の耐久性向上にも繋がる。
【００４４】
以上、本発明に係る実施の形態を示したが、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、本実施形態においてはロッドレンズを直方体状にて形成したが、被照明体の構成により例えば円柱状にて形成することも可能である。また、本実施形態の照明装置は、投射型表示装置の光源としてのみではなく、例えば半導体装置の製造時に用いる露光機として、或いは対象物の表面形状を特定するための表面形状測定機等として用いることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の導光装置によれば、導光部に設けた偏向部が、当該偏向部への入射角と異なる角度で光を反射するものであって、導光部の入射側において、偏向部による光の偏向角が大きく、導光部の出射側において偏向部による偏向角が相対的に小さくなるように大きい反射角で光を反射するべく構成したため、平行光に近い光を、さらには照度分布の均一な光を導出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の導光装置を備えた照明装置を示す概略構成図である。
【図２】導光装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の導光装置を備えた照明装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る第３の実施形態の導光装置を備えた照明装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る第４の実施形態の導光装置を備えた照明装置を示す概略構成図である。
【図６】第１の実施形態の導光装置について導光前後の照度分布について示す説明図である。
【図７】本発明の投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図８】図３の要部を拡大して示す拡大説明図である。
【図９】図３の照明装置の変形例について示す概略構成図である。
【図１０】図３の照明装置の変形例について更に異なる例を示す概略構成図である。
【図１１】図３の照明装置の変形例について更に異なる例を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の投射型表示装置の一変形例を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の投射型表示装置の一変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　導光装置
２　光源
３　ロッドレンズ（導光体）
４　回折格子
５　金属製反射膜
１０　照明装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide device, an illumination device, an optical device, and a projection display device, and more particularly, to a light guide device having a configuration for narrowing the angle range of light emitted from the light guide device, and the light guide device. The present invention relates to an illumination device, an optical device, and a projection display device including the illumination device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the development of information equipment has been remarkable, and the demand for high-resolution, low power consumption and thin display devices has been increasing, and research and development have been promoted. Among them, the liquid crystal display device is expected as a display device that can electrically control the alignment of liquid crystal molecules to change the optical characteristics and can meet the above-mentioned needs. As one form of such a liquid crystal display device, a projector that enlarges and projects an image emitted from a video source including an optical system using a liquid crystal light valve onto a screen through a projection lens is known.
[0003]
As a lighting device for a projector, for example, a lighting device having a light source such as a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or a halogen lamp is known, but light emitted from the light source generally has a non-uniform illuminance distribution. . Therefore, in order to uniformize the illuminance distribution on the illuminated area, specifically, the display surface of the liquid crystal light valve as the light modulation device, the illumination device is provided with a uniform illumination system composed of a rod-shaped light guide. Are known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a uniform illumination system composed of such rod-shaped light guides is used, a light guide with a long distance is required in order to obtain a uniform illuminance distribution for the light emitted from the uniform illumination system. In some cases, the lighting device and thus the projector becomes large. In addition, the light emission angle from the uniform illumination system as described above is almost determined by the incident angle of the light to the uniform illumination system, and therefore includes those with a large emission angle. Lighting efficiency may be reduced. Furthermore, in projectors that project light by using light from a uniform illumination system as a light source and incident on a liquid crystal light valve or the like in a wide angle range, the contrast is reduced due to the wide angle range of the light source light. In some cases, the display characteristics deteriorated.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to narrow the light emission angle derived with a simple configuration, and further derive the light from the light source with a uniform illuminance distribution. It is an object of the present invention to provide a light guide device that can be used, an illumination device and an optical device including the light guide device, and a projection display device that includes the illumination device and has high luminance and high reliability.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a light guide device of the present invention is a light guide device including a light guide unit that guides incident light to an output side, and the light guide unit includes a deflection unit, and the deflection unit The unit deflects light at an angle different from the incident angle to the deflecting unit, and deflects light at a relatively large deflection angle on the incident side of the light guide unit, while on the exit side of the light guide unit. It is characterized in that the light is deflected at a relatively small angle. In addition, the incident angle and the reflection angle referred to in this specification mean an angle with respect to the normal direction.
[0007]
According to such a light guide device, it is possible to emit light having a wide angular distribution in a narrow angle range and to emit a uniform illuminance distribution. That is, a deflection unit that reflects light with a relatively large reflection angle is disposed on the incident side of the light guide unit, and a deflection unit that reflects light with a relatively small reflection angle is disposed on the emission side of the light guide unit. Therefore, the closer to the exit side of the light guide unit, the narrower the light angle range (that is, the light is collected), and a more uniform illuminance distribution can be obtained. As a result, the light derived from the light guide device The light emission angle becomes narrower, and for example, it is possible to improve the illumination efficiency for an illuminated area such as a liquid crystal light valve disposed in the vicinity of the light emission side of the light guide device. In addition, the incident side of the light guide unit means a side relatively close to the light incident side, and the emission side of the light guide unit is a side relatively far from the light incident side (that is, the emission side). Means the side that is relatively close to the side that performs.
[0008]
Specifically, the deflecting unit can be configured to include a diffraction grating, and the grating interval of the diffraction grating is configured to be relatively small on the incident side of the light guide unit, while relative to the output side of the light guide unit. Can be made large. The diffraction grating has a larger diffraction angle as the grating interval is smaller. Therefore, by configuring the grating interval to be relatively large on the side relatively close to the emission side of the light guide unit, the emission side of the light guide unit is configured. As the angle approaches, the angle range of light becomes narrower, and light with better directivity can be emitted from the light guide device. Moreover, only by forming such a diffraction grating, it is possible to obtain light with a narrow angle range and uniform illuminance distribution, which is very simple and does not increase the size of the light guide device. Further, the deflecting unit can be configured by a convex lens. In this case, the refractive index of the convex lens may be configured to be relatively small on the incident side of the light guide and relatively large as it approaches the output side.
[0009]
In the light guide device of the present invention, the light guide section can be constituted by a rod-shaped light guide or a tubular light guide (so-called rod lens). In that case, as the shape of the rod lens, it is preferable that the exit side end face is optically conjugate with the illuminated area (similar shape), and the entrance side end face and the exit side end face need not necessarily be similar. Absent. Further, they may have the same diameter from the incident side toward the emission side, but may have a pre-expanded shape (so-called tapered shape). In the case of a diverging shape, it is also possible to change the emission angle with respect to the incident angle of the light to the rod lens, combined with the effect of the deflection unit of the present invention, the angle range is further narrowed, and the illuminance distribution It becomes possible to derive uniform light. When the rod lens is used alone, the angle of the light beam is gradually changed by repeating the reflection, so that a certain length is required, but according to the configuration of the present invention, the same effect can be obtained even if the rod lens is short. As a result, the optical engine can be easily downsized.
[0010]
Next, the light guide is composed of a rod-shaped light guide, and the light guide is configured to include two or more members having different refractive indexes, and a member having a relatively small refractive index on the incident side of the light guide. On the other hand, it is also possible to arrange a member having a large refractive index as it approaches the exit side. In this case, a member having a refractive index different from that of the rod-shaped light guide constitutes a deflection unit, and light can be emitted at an angle different from the incident angle in the deflection unit, and further relative to the emission side of the light guide. Since the deflecting unit is composed of a member having a relatively high refractive index on the near side, the angle range of light becomes narrower as it approaches the exit side of the light guide, and light with a more uniform illuminance distribution is guided. The light can be emitted from the optical device. In this case, the deflecting unit can be disposed on the outer surface of the light guide or inside the rod-shaped light guide, for example, but it is convenient and preferable to be disposed on the outer surface of the light guide.
[0011]
On the other hand, the light guide unit is composed of a cylindrical light guide, and the deflecting unit is configured to include two or more members having a refractive index different from that of the medium in the cylindrical shape of the light guide. A deflecting unit having a relatively low refractive index may be provided on the side, while a deflecting unit having a relatively low refractive index may be provided on the exit side of the light guide unit. Also in this case, since the deflection unit is configured by a member having a refractive index different from that of the medium in the cylindrical shape, it is possible to emit light at an angle different from the incident angle in the deflection unit. Since the deflecting unit is configured with a member having a relatively large refractive index on the side relatively close to the emission side, the angle range of light becomes narrower as it approaches the emission side of the light guide, and a more uniform illumination distribution Light can be emitted from the light guide device.
[0012]
Next, an illuminating device of the present invention comprises the above-described light guide device and a light source disposed on the incident side of the light guide device. According to such an illuminating device, for example, the illumination efficiency for an object to be illuminated provided in the vicinity of the exit side of the light guide device becomes very high, and the illuminance distribution becomes uniform, for example, for a projector that is a projection display device It becomes very suitable as a lighting device. That is, by configuring a light source of a display device such as a projector by using an illumination device that can emit light with a narrow angle range, it is possible to provide excellent display characteristics that hardly cause a decrease in contrast.
[0013]
An optical device according to the present invention includes the light guide device described above and a light source disposed on an incident side of the light guide device. Such an optical device has a very excellent light collecting property, and can irradiate an object with a uniform illuminance distribution. Specifically, examples of the optical apparatus of the present invention include an exposure machine for manufacturing a semiconductor device and a surface shape measuring machine for specifying the surface shape.
[0014]
Furthermore, a projection display device according to the present invention includes the above-described illumination device, a light modulation device that modulates light emitted from the illumination device, and a projection device that projects light modulated by the light modulation device. It is characterized by comprising. Such a projection display device is provided with an illumination device that has a very high illumination efficiency and a uniform illuminance distribution, and therefore has excellent display characteristics.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an illumination device 10 including a light guide device 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing the light guide device 1. Reference numeral 2 in FIG. 1 is a light source, reference numeral 3 in FIGS. 1 and 2 is a rod lens (light guide), 4 is a diffraction grating, and 5 is a metallic reflection film.
[0016]
As shown in FIG. 1, the illuminating device 10 is schematically composed of, for example, a light source 2 including a light emitting diode (LED) and a rod lens 3, and light emitted from the light source 2 is incident on the incident side 8 of the rod lens 3. And is led to the exit side 9 by the rod lens 3. In the case of the present embodiment, while light is being guided, a metal reflective film (reflective body) 5 such as Al is formed on the inner surface of the rod lens 3 as shown in FIGS. A diffraction grating 4 is disposed on the inner surface side of the reflection film 5. The diffraction grating 4 and the metal reflection film 5 constitute a deflection unit, and light is guided through the rod lens 3 while being reflected by the deflection unit.
[0017]
The diffraction grating 4 is disposed on the inner surface of the rod lens 3 at different grating intervals for each position. Therefore, in the deflecting portion including the diffraction grating 4 and the metal reflection film 5, the reflection angle is different for each position of the rod lens 3. It will be different. In particular, in the present embodiment, the grating interval is configured to be relatively small at a position relatively close to the incident side 8, and the grating interval is configured to be relatively large at a position relatively close to the exit side 9. Therefore, for example, at a position close to the incident side 8, the light incident on the diffraction grating 4 at the incident angle θ 1 is diffracted at a relatively large angle, for example, reflected at the reflection angle θ 2, while at a position close to the output side 9 Light incident on the diffraction grating 4 at the incident angle θ2 is diffracted at a relatively small angle and reflected at a reflection angle θ3 larger than θ2 (the same applies to the relationship between θ3 and θ4 in the drawing). Although FIG. 1 shows a case where the cross-sectional shape is a rectangle, an asymmetrical cross-sectional shape such as a sawtooth shape may be used. In this case, light can be distributed to a specific diffraction order, and more collimated light can be obtained.
[0018]
The light from the light source 2 comprised by LED like this embodiment is radiated | emitted in a wide angle range. The light incident from the light source 2 at a large angle is diffracted by the diffraction grating 4 at a position near the incident side 8 in the rod lens 3, while the light incident from the light source 2 at a small angle is in the rod lens 3. Is diffracted by the diffraction grating 4 at a position close to the light exit side 9. Therefore, the closer to the exit side 9 of the rod lens 3, the larger the reflection angle from the deflecting unit, so that light close to parallel light can be obtained by the light guide device 1 of the present embodiment.
[0019]
That is, according to the light guide device 1 including the rod lens 3 having the diffraction grating 4 and the metal reflection film 5 having the above-described configuration, light having a wide angle range is emitted in a narrow angle range when incident. Further, as shown in FIG. 6, it is also possible to emit light having a non-uniform illuminance distribution at the time of incidence with a uniform illuminance distribution on the emission side end face. As a result, it is possible to collect light from a light source such as an LED and derive light close to parallel light.
[0020]
The diffraction grating 4 can be obtained, for example, by providing irregularities on the inner surface of the cylindrical glass member, and by forming a metal reflective film 5 on the outer surface of the cylindrical glass member, The rod lens 3 can be obtained. The rod lens 3 shown in FIG. 1 is configured as a rectangular column-shaped cylindrical member having the same cross section from the incident side 8 toward the emission side 9. The shapes of the incident end face and the outgoing end face are preferably configured to be similar to the illuminated area of the illuminated body, for example, and in this embodiment, the shape is, for example, a rectangle with an aspect ratio of 3: 4.
[0021]
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
In the illuminating device 101 of this embodiment, a metallic reflective film 5 as a deflection unit is formed on the outer surface of a cylindrical rod lens 3, and a deflection angle is also provided on the inner surface of the rod lens 3 as a deflection unit for each position. This is an example including a light guide device 11 having a configuration in which different refractive members 40 are formed, and a light source 2.
[0022]
The refracting member 40 has a lens shape with a substantially semi-cylindrical cross section, and the center of the lens is disposed on the exit side of the entrance surface of the rod lens on which the light source 2 is disposed. As shown in FIG. 8, the diffused light from the light source 2 is incident on the refracting member 40 from an oblique direction. The light that has entered the lens is reflected by the reflecting surface 5 formed on the inner surface of the light guide, and is emitted from the lens again into the light guide. At that time, light incident on the lens at a small angle from the light source 2 due to the refractive action of the lens is greatly bent with respect to light incident at a large angle. As a result, it is possible to convert to an angular distribution narrower than the angular distribution of the light source 2. Therefore, also with the illuminating device 101 of 2nd Embodiment, it becomes possible to obtain the light close | similar to parallel light with the light guide device 11 similarly to 1st Embodiment.
[0023]
That is, according to the light guide device 11 including the rod lens 3 having the refractive member 40 and the metal reflection film 5 configured as described above, light having a wide angle range is emitted in a narrow angle range when incident. Further, it is possible to emit light having a non-uniform illuminance distribution at the time of incidence with a uniform illuminance distribution. As a result, it is possible to collect light from a light source such as an LED and derive light close to parallel light.
[0024]
In the present embodiment, the refracting member 40 is configured to have an approximately semi-cylindrical shape when viewed in cross section, and the center of the lens is positioned on the exit side 9 rather than the entrance side 8 of the rod lens 3. The film may be formed of a material having a relatively high refractive index from the incident side 8.
[0025]
Specifically, as shown in FIG. 9, a refractive film 43 is formed on the incident side of the rod lens 3 along the inner surface of the rod lens 3 on the incident side of the rod lens 3 along the light guiding path. The film 43 is made of a material having a small refractive index on the incident side 44 and made of a material having a large refractive index on the outgoing side 45. Further, as shown in FIG. 10, a refractive member 46 is formed on the incident side of the rod lens 3 in the light guide direction, which is on the incident side of the rod lens 3 and is inserted into the rod lens 3. It is possible to adopt a configuration in which 46 is made of a material having a low refractive index on the incident side 47 and made of a material having a high refractive index on the outgoing side 48.
[0026]
Further, as shown in FIG. 11, the rod-shaped member 21 as the light guide can be configured by different members on the incident side 8 and the emission side 9, specifically, the incident side 22 of the rod-shaped member 21 Further, it can be made of a material having a smaller refractive index than that of the emission side 23. As described above, in any case, by forming materials having different refractive indexes on the incident side 8 and the emission side 9 of the light guide as polarization portions, the light intensity can be converted into parallel light with a uniform illuminance distribution on the emission side 9. It is possible to obtain near light.
[0027]
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The illumination device 102 of the present embodiment includes a rod lens 3 configured to include a light-transmitting rod-shaped member 20 having a high refractive index, and the outer surface of the rod lens 3 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. This is an example including the light guide device 12 on which the diffraction grating 4 is formed and the light source 2.
[0028]
In this case, although the light transmitted through the rod-shaped member 20 is reflected by the diffraction grating 4, the grating interval is configured to be relatively small at a position relatively close to the incident side 8 as in the first embodiment. At a position relatively close to the emission side 9, the lattice spacing is configured to be relatively large. Therefore, the closer to the exit side 9 of the rod lens 3, the larger the reflection angle of the light reflected by the diffraction grating 4, and the light guide device 1 according to the third embodiment also obtains light close to parallel light. Is possible.
[0029]
Note that the light guide device 11 using the refractive member shown in FIG. 3 can also be configured such that the refractive member is disposed on the outer surface of the rod-like member, as in the third embodiment of FIG. In this case, it goes without saying that each refractive member is made of a material having a refractive index different from that of the rod-shaped member.
[0030]
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The illuminating device 103 of this embodiment is an example which made the rod lens 3 of 1st Embodiment shown in FIG. Thus, when the rod lens 3 has a flared shape, the angle range of light can be narrowed along the taper shape as shown by the broken line in the drawing, and the emission angle is narrowed by the diffraction grating 4. In combination with this, it is possible to obtain light closer to parallel light. The same tapered rod lens 3 is applied to the light guide device 11 included in the illumination device 101 illustrated in FIG. 3 and the light guide device 12 included in the illumination device 102 illustrated in FIG. 4. Is also possible. The same effect can be obtained by using a parabolic mirror or an elliptical mirror instead of the tapered rod lens.
[0031]
[Projection type display device]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projection display device 91 using each illumination device shown in the above embodiment as a light source. In the present embodiment, an example of a color-sequentially driven projection type color liquid crystal display device is shown. In the figure, reference numeral 92 denotes an LED array (planar light source), 93 denotes a rod lens array (uniform illumination means), and 94 denotes a PBS array. , 95 are liquid crystal light valves (light modulation means), and 96 is a projection lens.
[0032]
The projection display device 91 includes an LED array 92 in which a plurality of LEDs 97r, 97g, and 97b (solid light emitting elements) capable of emitting R, G, and B color lights are arranged in a planar shape or a curved surface, and the LEDs 97r, 97g, A rod lens array 93 in which a plurality of rod lenses 98 for uniformizing the illuminance of each color light emitted from 97b is arranged in a planar shape or a curved surface, and polarization conversion of light incident from the rod lens array 93 is performed. An outline of the PBS array 94, a liquid crystal light valve 95 that synthesizes an image by modulating each color light incident from the PBS array 94, and a projection lens 96 that enlarges and projects the image synthesized by the liquid crystal light valve 95 on the screen 99. It is configured. Among these, the LED array 92 and the rod lens array 93 are configured by adopting the configuration of each illumination device of the above embodiment.
[0033]
The PBS array 94 is a combination of a plurality of PBSs having a polarization separation film 94a and a reflection film 94b and a half-wave plate 94c (phase difference plate), and is included in the light from the LED array 92. One of p-polarized light and s-polarized light (linearly polarized light) is polarized and converted to the other polarized light. Therefore, the positional relationship between the LEDs 97r, 97g, and 97b and the PBS array 94 is arranged such that light emitted from the LEDs 97r, 97g, and 97b is first incident on the polarization separation film 94a.
[0034]
The liquid crystal light valve 95 uses a TN mode active matrix transmissive liquid crystal cell 931 that uses a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) as a pixel switching element. The incident side polarizing plate 932 and the outgoing side polarizing plate 933 are provided so that their transmission axes are orthogonal to each other. For example, in the off state, s-polarized light incident on the liquid crystal light valve 95 is converted into p-polarized light and emitted, while in the on state, light is blocked. The LED array 92, the rod lens array 93, the PBS array 94, and the liquid crystal light valve 95 may be arranged apart from each other. However, in order to reduce the size and thickness of the apparatus, all may be arranged in close contact. desirable.
[0035]
In the projection display device 91 according to the present embodiment, one frame is time-divided, and each color light of R, G, and B is emitted sequentially from the LEDs 97r, 97g, and 97b, and each color light is emitted from the LEDs 97r, 97g, and 97b. By synchronizing the timing to drive the liquid crystal light valve 95 with the timing to drive the liquid crystal light valve 95, the liquid crystal light valve 95 is sequentially driven in time corresponding to the color light emitted from each LED 97r, 97g, 97b, and each LED 97r, 97g, 97b is driven. The color image can be synthesized by outputting an image signal corresponding to the color light emitted from the.
[0036]
Such a projection-type lighting device 91 adopts the configuration of the lighting device of the above-described embodiment for the LED array 92 and the rod lens array 93, so that the lighting device has high illumination efficiency and excellent display characteristics. . In addition, since the illuminance distribution is uniform, the durability of the liquid crystal light valve is also improved, and as a result, the durability of the projection display device is improved.
[0037]
Next, a modification of the projection illumination device will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an enlarged view showing a schematic configuration of the projection type display device, and the projection type display device 91 of FIG. 7 is an example of a single plate type of a color sequential drive type, whereas the projection type of FIG. The display device 836 shows an example of a two-plate system.
[0038]
In the projection type display device 91 of FIG. 7, an LED array 92 in which LEDs 97r, 97g, and 97b capable of emitting light of different colors of R, G, and B are arranged on the same plane is used as the light source. In the projection type liquid crystal display device 836, the LED array 82 in which the LED 87r capable of emitting R color light and the LED 87g capable of emitting G color light are arranged in the same plane, and the LED 87b capable of emitting B color light in the same plane. Two of the LED arrays 82b arranged in the above are used as planar light sources. And the rod lens array 83 which consists of the rod lens 88 similar to what was used in FIG. 7 is arrange | positioned at the radiation | emission side of each LED array 82 and 82b. The LED arrays 82 and 82b and the rod lens array 83 for each color light adopt the configuration of the illumination device of the above embodiment.
[0039]
A PBS array 84 is provided on the emission side of each rod lens array 83, and further, a liquid crystal light valve 85 for modulating each color light of R, G, B is provided. Then, the three color lights modulated by the respective liquid crystal light valves 85 are configured to enter the dichroic mirror 825. The dichroic mirror 825 reflects only the B color light and transmits the R and G color lights to separate the color lights. The dichroic mirror 825 combines the three color lights Lr, Lg, and Lb to form light representing a color image. The color synthesized light is projected onto the screen 89 by the projection lens 86, and an enlarged image is displayed.
[0040]
Also in such a projection type illumination device 836, the LED array 82 and the rod lens array 83 employ the configuration of the illumination device of the above embodiment, so that the illumination device has high illumination efficiency and excellent display characteristics. Become. In addition, since the illuminance distribution is uniform, the durability of the liquid crystal light valve is also improved, and as a result, the durability of the projection display device is improved.
[0041]
Further, FIG. 13 is an enlarged view showing a schematic configuration of still another modified example of the projection display device, and the projection display device 736 in this case is an example of a three-plate system. In the projection type liquid crystal display device 736 of FIG. 13, an LED array 72r in which LEDs 77r capable of emitting R colored light are arranged in the same plane, an LED array 72g in which LEDs 77g capable of emitting G colored light are arranged in the same plane, B The three LED arrays 72b in which LEDs 77b capable of emitting the same color light are arranged in the same plane are used as a planar light source. A rod lens array 73 composed of rod lenses 78 similar to that used in FIG. 7 is arranged on the emission side of each LED array 72r, 72g, 72b. The LED arrays 72r, 72g, 72b and the rod lens array 73 for each color light adopt the configuration of each illumination device of the above embodiment.
[0042]
A PBS array 74 is provided on the emission side of each rod lens array 73, and further, a liquid crystal light valve 75 for modulating each color light of R, G, B is provided. Then, the three color lights modulated by the respective liquid crystal light valves 75 are configured to enter the cross dichroic prism 725 (color synthesis means). The prism 725 has four right-angle prisms bonded together, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a cross shape on the inner surface. These dielectric multilayer films combine the three color lights Lr, Lg, and Lb to form light representing a color image. The color synthesized light is projected onto the screen 79 by the projection lens 76, and an enlarged image is displayed.
[0043]
Also in such a projection type illumination device 736, the LED array 72 and the rod lens array 73 adopt the configuration of the illumination device of the above embodiment, so that the illumination device has high illumination efficiency and excellent display characteristics. Become. In addition, since the illuminance distribution is uniform, the durability of the liquid crystal light valve is also improved, and as a result, the durability of the projection display device is improved.
[0044]
Although the embodiment according to the present invention has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. is there. For example, in this embodiment, the rod lens is formed in a rectangular parallelepiped shape. In addition, the illumination device according to the present embodiment is used not only as a light source of a projection display device, but also as an exposure machine used at the time of manufacturing a semiconductor device, or as a surface shape measuring machine for specifying the surface shape of an object. It is also possible.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the light guide device of the present invention, the deflecting unit provided in the light guide unit reflects light at an angle different from the incident angle to the deflecting unit. Since it is configured to reflect light with a large reflection angle so that the deflection angle of the light by the deflection unit is large on the incident side of the optical unit and the deflection angle by the deflection unit is relatively small on the emission side of the light guide unit, it is parallel. It is possible to derive light close to light and light with a uniform illuminance distribution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination device including a light guide device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a light guide device.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination device including a light guide device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an illumination device including a light guide device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination device including a light guide device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an illuminance distribution before and after light guide in the light guide device of the first embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of a projection display device of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged explanatory view showing a main part of FIG. 3 in an enlarged manner.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a modification of the illumination device of FIG. 3;
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing still another example of the modification of the lighting device of FIG.
11 is a schematic configuration diagram showing still another example of the modification of the illumination device of FIG. 3. FIG.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a modification of the projection display device of the present invention.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a modification of the projection display device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Light guide device
2 Light source
3 Rod lens (light guide)
4 Diffraction grating
5 Metal reflective film
10 Lighting device

Claims

A light guide device including a light guide unit that guides incident light to an emission side, wherein the light guide unit is provided with a deflection unit, and the deflection unit is configured so that the angle of the light beam is inclined from a normal line. The light is deflected at an angle different from the incident angle to the deflecting unit, and the light is deflected at a relatively large deflection angle on the incident side of the light guide unit, while the light is relatively deflected on the output side of the light guide unit. A light guide device characterized by deflecting light at a small angle.

The deflection unit is configured to include a diffraction grating, and the grating interval of the diffraction grating is configured to be relatively small on the incident side of the light guide unit, and relatively large on the output side of the light guide unit. The light guide device according to claim 1, wherein the light guide device is a light guide device.

The light guide device according to claim 1, wherein the deflecting unit is a convex lens, and the center of the convex lens is located on the exit side of the incident side of the light guide unit.

The light guide device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light guide section includes a rod-shaped light guide or a tubular light guide.

The light guide is composed of a cylindrical light guide, and the deflection unit is configured to include two or more members having a refractive index different from that of the medium inside the light guide. A deflecting unit having a relatively low refractive index is disposed on the incident side of the light guide unit, while a deflecting unit having a relatively large refractive index is disposed on the exit side of the light guide unit. The light guide device according to claim 1.

The light guide section is composed of a rod-shaped light guide body, and the light guide body includes two or more members having different refractive indexes, and the incident side of the light guide section has a relatively refractive index. The light guide device according to claim 1, wherein the refractive index increases as it approaches the exit side.

The light guide section is composed of a rod-shaped light guide body, and the light guide body includes two or more members having different refractive indexes, and the center side of the light guide section has a relative refractive index. The light guide device according to claim 1, wherein the refractive index decreases toward the outside.

An illumination device comprising: the light guide device according to claim 1; and a light source disposed on an incident side of the light guide device.

An optical device comprising: the light guide device according to claim 1; and a light source disposed on an incident side of the light guide device.

9. A projection comprising: the illumination device according to claim 8; a light modulation device that modulates light emitted from the illumination device; and a projection device that projects light modulated by the light modulation device. Type display device.