JP2004020724A

JP2004020724A - 導光装置、照明装置、光学装置、投射型表示装置

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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

Claims

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、前記導光部には偏向部が設けられ、該偏向部は、光線の角度を法線からの傾きとすると、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、前記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、前記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導光装置。
前記偏向部が回折格子を含んで構成され、該回折格子の格子間隔が、前記導光部の入射側で相対的に小さく構成される一方、前記導光部の出射側で相対的に大きく構成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
前記偏向部が凸レンズであって、その凸レンズの中心が前記導光部の入射側よりも出射側に位置することを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
前記導光部が、棒状の導光体若しくは管状の導光体から構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導光装置。
前記導光部が筒状の導光体から構成され、前記偏向部が該導光体の筒状内部の媒質と屈折率の異なる２以上の部材を含んで構成されるものであって、前記導光部の入射側に相対的に屈折率の小さい偏向部が配設される一方、前記導光部の出射側に相対的に屈折率の大きい偏向部が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
前記導光部が棒状の導光体から構成され、前記導光体が屈折率の異なる２以上の部材を含んで構成されるものであって、前記導光部の入射側が相対的に屈折率が小さく、出射側に近づくにつれ屈折率が大きくなることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
前記導光部が棒状の導光体から構成され、前記導光体が屈折率の異なる２以上の部材を含んで構成されるものであって、前記導光部の中心側が相対的に屈折率が大きく、外側に向かって屈折率が小さくなることを特徴とする請求項１又は６に記載の導光装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の導光装置と、前記導光装置の入射側に配設された光源とを具備することを特徴とする照明装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の導光装置と、前記導光装置の入射側に配設された光源とを具備することを特徴とする光学装置。
請求項８に記載の照明装置と、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備えたことを特徴とする投射型表示装置。