CN100403156C - 导光体、照明装置及投影型显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种设置在光源和被照明区域之间的导光体，它具有由具有第1折射率的第1介质形成的多角形棱镜、使光线入射至所述多角形棱镜的第1面的第1导光体、和从所述多角形棱镜的第2面射出的光所入射的第2导光体，其中，在所述多角形棱镜上设置有将从所述第1面的入射光朝向所述第2面反射的反射装置，为了使从所述光源射出的光经该第1导光体、多角形棱镜和第2导光体传播时对其照度进行均匀化，在所述第1面和所述第2面上具有比所述第1折射率小的第2折射率的第2介质。

Description

导光体、照明装置及投影型显示装置

技术领域

本发明涉及导光体、照明装置及投影型显示装置。

背景技术

作为第一方面的背景技术，在显示装置的领域中对大型化和高清晰化的要求很高。作为可以容易地实现这种大画面的装置，传统地，已知采用液晶投影机或DMD等投影型显示装置。

在这种投影型显示装置中，通常使用在光源与光阀之间设置有棒状的导光体的照明装置。该照明装置利用导光体的内面反射、使从光源射出的光的照度在光阀上进行均匀化。

该种照明装置例如在日本专利申请文献特开2002-268008中进行了公开。由该文献所公开的该照明装置具有：射出光的光源装置、对从该光源装置射出的光的照度分布进行均匀化的棒状的导光体、由该导光体射出的光从其中通过的第1透镜组、射出具有预定的偏振方向的偏振光的偏振发生部、和用于将从该偏振发生部射出的偏振光入射至预定的照明区域的第2透镜。

如上所述，在传统的照明装置中，为了使从光源装置射出的光的照度分布均匀化，使用棒状的导光体。在该导光体方面，为了获得均匀度更高的照度，该导光体的长度需要更长一些。但是，如果使该导光体的长度更长，则会造成照明装置变得过大的问题。

此外，为了使得照明装置的尺寸较小，如图5所示，当使导光体弯折时，在该导光体的弯折部处，光线如图5的箭头E所示向光源装置方向反射、或者如图5的箭头F所示，从该导光体以较大的射出角射出的光线被反射而不能入射至预定的照明区域。总之，在对光的照度分布进行均匀化时的损失较大。

对于第2背景技术，作为液晶投影机用光源装置，例如日本专利申请特开2000-56266中所公开的，在来自灯的光分割成P偏振光以及S偏振光以后入射至棒状积分器的一端，在其另一端射出的光中只有S偏振光通过在该棒状积分器的另一端设置的具有空间分布的相差板而变换成P偏振光，从而可以有效地进行偏振光变换。

此外，对于其它的光源装置，例如日本专利申请特开2000-75407中所公开的，来自一对灯的光分别入射至在棒状积分器的端部上形成的顶角约为60°的棱镜部上所设置的一对入射面上，并且，通过在相对的所述入射面的内面侧的全反射而向棒状积分器内部传播。

但是，在上述光源装置中，难以确保任一棒状积分器长度。也就是说，以棒状积分器的入射端作为基准，相对于其轴向以一预定值以上的钝角配置灯，以致于不得不将与该棒状积分器的轴向相关的光源装置的尺寸设置成较大、从而不能容易地将该棒状积分器的尺寸设置成较长。因此，通过该棒状积分器进行的照明光的均匀化处于一定的水平之下，或者不得不将光源装置的总体尺寸设置成较大而减小了设计自由度。

此外，在上述光源装置中，由于在棒状积分器的射出端的正面方向上配置有作为照明对象的空间光调制元件，同上述原因，与棒状积分器的轴向有关的光源装置或者投影机的尺寸变大，难以使棒状积分器的尺寸变长。

发明内容

为了解决上述问题而提出了本发明，其第1目的在于提供一种即使弯折也不会损失入射光并且能使其照度分布均匀化的导光体、以及使用该导光体的照明装置和投影型显示装置；其第2目的在于提供一种可以通过棒状积分器而充分地实现照明光的均匀化并且可以提高例如光源装置的尺寸小型化等的设计自由度的照明装置、以及组装有该照明装置的投影型显示装置。

为了实现上述目的，本发明的第1实施例提供了一种设置在光源和被照明区域之间的导光体，它具有由具有第1折射率的第1介质形成的多角形棱镜、使光线入射至所述多角形棱镜的第1面的第1导光体、和从所述多角形棱镜的第2面射出的光所入射的第2导光体，其中，在所述多角形棱镜上设置有将从所述第1面入射的光朝向所述第2面反射的反射装置，为了使从所述光源射出的光经该第1导光体、所述多角形棱镜和所述第2导光体传播时对其照度分布进行均匀化，在所述第1面和所述第2面上具备具有比所述第1折射率小的第2折射率的第2介质。

即，在本发明的实施例中，入射至第1导光体的光入射到多角形棱镜的第1面上。入射到多角形棱镜的光的一部分直接朝第2面传播，但是当入射至第2面的入射角较大时，根据第1和第2折射率的不同而在第2面上朝向该反射装置全反射。其余的光从第1面朝向反射装置传播。

此外，由反射装置反射的光的一部分朝向第1面传播，由折射率大的第1介质朝向折射率小的第2介质传播，并且以大于由第1介质和第2介质的折射率所确定的临界角的入射角入射，所以在第1面处朝向第2面全反射。其余的光由反射装置朝向第2面反射。从第2面所射出的光入射至第2导光体。从光源射出的光经该第1导光体、多角形棱镜和第2导光体传播时对其照度分布进行均匀化而从第2导光体射出。

总之，通过使导光体弯折而可以使其长度更长、并可以获得照度分布更均匀的光；同时，可以改善导光体的配置自由度并可以将该导光体配置在较狭窄的空间中。

此外，与仅使导光体弯折时相比较，可以消除由于光线的射出方向过大而不能利用其进行照明的光、或者由于在弯折部朝向光的入射方向反射而不能利用的光。因此，可以防止朝向导光体入射的光的损失。

为实现上述结构，更具体地，所述多角形棱镜优选地为三角棱镜。

通过该结构，三角棱镜可仅由最低限度的必要部件，即光所入射的第1面、设置有反射装置的面以及光所射出的第2面构成。因此，不必要设置所不需要的空间而适于导光体的小型化。

此外，由于不具有不被使用的面，所以不会造成光从该面泄漏，从而不会降低入射光的利用效率。

为实现上述结构，更具体地，所述第1导光体和所述第2导光体由将光反射面朝向内侧的反射体形成筒状、并在其内部充满第2介质而形成；未设置上述反射体的面可作为入射面和射出面。

通过该结构，入射至所述第1导光体和所述第2导光体的光经反射体反射并使其照度分布均匀化。由于通过反射体对所有入射的光进行反射，所以不会造成光反射时的泄漏。因此，可以防止在所述第1导光体和所述第2导光体内部入射的光的损失。

为实现上述结构，更具体地，所述第1导光体和所述第2导光体为由具有第3折射率的第3介质形成的柱状体，所述第3折射率比所述第1和第2导光体周围的介质的折射率大，在所述第1导光体和所述第1面之间以及所述第2导光体和所述第2面之间设置有所述第2介质。

通过该结构，相对于所述第1和第2导光体的纵向轴线方向成较大的角度而不能用于照明的光由于在与上述纵向轴线方向平行的边界面处以较小的入射角入射，不进行全反射而透过。其它的光线从折射率较大的第3介质朝向折射率较小的周围介质传播，并且由于以大于由第3介质和周围介质的折射率所确定的临界角的入射角入射而被全反射。

因此，从第2导光体射出的光中不能用于照明的光的比例很小。也就是说，可以提高从第2导光体射出的光的利用效率。

为实现上述结构，更具体地，在所述第1导光体和所述第1面之间以及所述第2导光体和所述第2面之间的间隔可大于在所述第1和第2导光体内传播的光的波长与所述第2折射率的积。

通过该结构，在所述第1导光体和所述第1面之间以及所述第2导光体和所述第2面之间的间隔形成为大于光的波长与所述第2折射率的积。因此，上述间隔的长度形成为比损耗波的浸透深度更长、可以防止以全反射条件入射的光透过。换句话说，可以提高入射光的利用效率。

此外，为了使得从上述间隔向导光体的外部泄漏的光、从第1射出面通过上述间隔在第2入射面处以较大的入射角入射的不能为上述照明区域的照明所利用的光的比例减小，优选地使上述间隔比0.1mm更狭窄。

为实现上述结构，更具体地，可以在所述第1导光体的和所述第1面相对的面的大致中央部位形成有第1凸部，在所述第2导光体的和所述第2面相对的面的大致中央部位形成有第2凸部，所述第1凸部可与所述第1面触接、所述第2凸部可与所述第2面触接。

通过该结构，因为第1导光体的凸部与第1面、以及第2导光体的凸部与第2面触接，在凸部的周围的第1导光体和第1面之间、以及第2导光体和第2面之间形成有间隔。由于光在第1面和第2面处的全反射发生在其周边缘部，所以需要形成有间隔的位置为上述周边缘部，而在大致中央部位即使没有形成间隔也不会发生全反射。换句话说，可以防止入射光的利用效率降低。

此外，由于可以通过调节凸部的高度来调节间隔的大小，所以可以容易地调节该间隔，从而可以容易地制造导光体。

为实现上述结构，优选地，在所述第1面、所述第2面、所述第1导光体和所述第2导光体的入射面以及其射出面中的至少一个面上设置有用于抑制光反射的反射防止装置。更优选地，所述反射防止装置为反射防止膜。

通过该结构，因为在所述第1面、所述第2面、所述第1导光体和所述第2导光体的入射面以及其射出面中的至少一个面上的光的反射减少，从而可以提高入射光的利用效率。而且，即使设置了反射防止装置，由于以大于全反射临界角的角度所入射的光在上述光的透过面上进行全反射，而不会损害光的利用效率。

此外，通过使用反射防止膜作为反射防止装置，可以减小反射防止装置的设置空间，并可以将导光体设置在更狭窄的空间中。

本发明的第2实施例提供了具有光源、和根据上述本发明所述的在该光源与被照明区域之间的导光体的照明装置。

通过使用上述本发明所述的导光体作为该照明装置的导光体，可以提高由该照明装置所射出的光的照度分布均匀度，并可以实现该照明装置的小型化。

本发明的第3实施例提供了一种投影型显示装置，它具有根据上述本发明所述的照明装置、对从该照明装置射出的光进行调制的光调制装置、以及对由该光调制装置调制的光进行投影的投影装置。

通过使用本发明所述的照明装置作为该投影型显示装置的照明装置，可以提高所投影的图像的照度分布的均匀度，并可以实现该投影型显示装置的小型化。

本发明的第4实施例提供了一种照明装置，它具有：(a)射出照明用的光源光的光源、(b)将来自所述光源的光源光会聚在预定角度范围内的聚光装置、以及(c)光均匀化装置，该光均匀化装置为具有透光性的柱状体，并且在其至少一端上具有相对该柱状体的轴向成约45°的倾斜角的倾斜端面，使经过所述聚光装置的光源光通过所述柱状体中时在所述倾斜端面处进行全反射。

根据该实施例，因为由具有透光性的柱状体所形成的光均匀化装置使通过该柱状体中的光源光在相对该柱状体的侧面成大致45°的倾斜角的倾斜端面处进行全反射，所以，可以在不使用通过涂覆所形成的反射膜的情况下使入射至该光均匀化装置时的光源光或者从该光均匀化装置射出的光源光沿与该柱状体的轴向大致垂直的方向行进。因此，可以容易地防止包含该光均匀化装置和光源的光源装置与该柱状体轴向相关的尺寸的增大，并可以使经过该光均匀化装置的光源光充分地均匀化。此时，该具有透光性的柱状体具有作为进行光源光的波面分割以及重叠的棒状积分器的功能，并且可以使得在倾斜端面附近入射至该倾斜端面前后的光源光在柱状体侧面的内面发生全反射，因此，实际上延长了棒状积分器，从而可以进一步改善光源光的均匀化。

此外，在本实施例中，所述具有透光性的柱状体为具有相互平行的第1对侧面、和与所述第1对侧面相垂直并且相互平行的第2对侧面的柱状体，所述倾斜端面与所述第1对侧面相垂直并且相对于所述第2对侧面成大致45°的倾斜角。在该情况下，可以容易地实现对矩形画面等的被照明物体的照明。

此外，在本实施例中，所述具有透光性的柱状体在四角柱的棒状积分器主体部的至少一端上具有与斜边相对应的侧面形成为所述倾斜端面的直角棱镜部分。

此外，在本实施例中，所述具有透光性的柱状体由具有对应于所述预定角度范围和所述倾斜角度在所述倾斜端面实现全反射的折射率的玻璃材料形成。在该情况下，可以使得光源光在倾斜端面没有损失地被反射而对液晶光阀等进行有效的照明。

此外，在本实施例中，所述聚光装置在所述第2对的第2侧面通过与所述倾斜端面相对的透过窗面部分将来自所述光源的光源光向所述光均匀化装置引导。在该情况下，与所述倾斜端面相对的透过窗面部分作为光源光的入射口，从该处入射的光源光可被封闭在该具有透光性的柱状体中有效地进行波面分割以及重叠而均匀化，而从该四角柱的其它端侧射出。

此外，在本实施例中，所述聚光装置将来自所述光源的光源光中的至少主要部分通过所述透过窗面部分而直接或间接地入射至所述倾斜端面。在该情况下，可以使来自光源的光源光没有损失地入射至所述倾斜端面，并可以有效地进行液晶光阀等的照明。

此外，在本发明具体实施例中，所述光均匀化装置使通过所述柱状体中的光源光在所述倾斜端面处反射、并且在所述第2对的第2侧面通过与所述倾斜端面相对的透过窗面部分而向外部射出。在该情况下，与所述倾斜端面相对的透过窗面部分作为光源光的出射口，可以使通过该透光性的柱状体而从射出***出的光源光有效地均匀化。

此外，在本发明具体实施例中，所述光源为例如LED、有机EL元件等的固体光源。在该情况下，可以任意地控制光源光的波长及亮度、并且可以使光源尺寸小型化并降低所消耗的电力。

本发明的第5实施例提供了第1投影型显示装置，它具有(a)上述照明装置，(b)通过从该照明装置射出的照明光进行照明的空间光调制装置、以及(c)对来自该空间光调制装置的像光进行投影的投影光学***。在此，该空间光调制装置包含液晶光阀、数字微镜元件(DMD)等显示元件。

由于上述第1投影型显示装置使用了具有上述特征的本发明的照明装置，进而照明装置可以防止投影光学***的尺寸的增大，并且可以对光源光进行充分地均匀化、而以高亮度进行高画质的图像投影。

此外，本发明的第6实施例提供了第2投影型显示装置，它具有(a)分别与上述照明装置相当的各(颜)色的照明装置，(b)通过从该各色的照明装置射出的各色的照明光进行照明的各色的空间光调制装置、以及(c)合成来自该各色的空间光调制装置分别调制的各色的像光而射出的光合成光学***、以及(d)对经所述光合成光学***合成的像光进行投影的投影光学***。

由于上述第2投影型显示装置使用了具有上述特征的本发明的照明装置，各照明装置进而可以防止投影光学***的尺寸的增大，并且可以对光源光进行充分地均匀化、而以高亮度进行高画质的彩色图像投影。

附图说明

图1是示出了本发明的第1实施例的投影型显示装置的示意图；

图2是示出了本发明的第1实施例的棒状积分器的结构的示意图；

图3是示出了本发明的第2实施例的棒状积分器的结构的示意图；

图4是示出本发明的第2实施例的棒状积分器的变形示例的示意图；

图5是示出传统的棒状积分器的结构的示意图；

图6是示出本发明的第3实施例的投影型显示装置的构造的示意图；

图7A和图7B分别为积分器光学***的平面图及侧面图；

图8为说明图7A和图7B中的积分器光学***中的直角棱镜部分的图；

图9为说明本发明的第4实施例的投影型显示装置的主要部分的图；

图10为说明本发明的第5实施例的投影型显示装置的主要部分的图；

图11为说明本发明的第6实施例的投影型显示装置的图；

图12A和图12B分别为积分器的平面图及侧面图；

图13A-图13C为说明第7实施例的投影型显示装置的主要部分的图。

具体实施形式

(第1实施例)

下面参照图1和图2说明本发明的第1实施例。

图1是示出本发明的投影型显示装置10的结构的示意图。

如图1所示，该实施例的投影型显示装置10大致由以下部件构成：分别可以射出各色光R、G，B的照明装置11r、11g、11b；对应于由该照明装置11r、11g、11b所分别射出的各色光R、G、B的液晶光阀(光调制装置)31、32、33；用于合成由液晶光阀31、32、33所调制的各色光的十字分色棱镜35；以及将所合成的光束向屏幕S投影的投影透镜(投影装置)41。

由于照明装置11r、11g、11b基本上具有相同的结构，所以在此以照明装置11r为例进行说明。

图2为示出棒状积分器50的结构的示意图。

如图1所示，照明装置11r具有可以射出R色光的LED(光源)12r、以及对由LED12r所射出的色光的照度分布进行均匀化的棒状积分器(导光体)50。

如图2所示，棒状积分器50具有由LED12r射出的色光所入射的入射侧棒状透镜(第1导光体)51、对由入射侧棒状透镜51射出的色光进行折曲的三角棱镜(多角形棱镜)52、以及将所折曲的色光向液晶光阀31射出的射出侧棒状透镜(第2导光体)53。

通过将其反射面朝向内侧的4枚反射板(反射体)54组合成筒状而形成入射侧棒状透镜51，并在其内部充满有空气(第2介质)(折射率约为1.0)。射出侧棒状透镜53同样地也是通过组合反射板54而形成，并在其内部充满有空气。

三角棱镜52由玻璃(第1介质)(折射率的值随玻璃种类不同而不同，为约1.45-约1.92)形成。在该三角棱镜52处，设置有与入射侧棒状透镜51相对的入射面(第1面)55、与射出侧棒状透镜53相对的射出面(第2面)56、以及与该棱镜入射面55和棱镜射出面56相邻接并设置有反射膜(反射装置)57a的反射面57。在该棱镜入射面55和棱镜射出面56上设置有用于抑制入射至其面上的光的反射率的反射防止膜58。该反射防止膜58可以抑制以小于在该棱镜入射面55和棱镜射出面56上全反射的临界角(由玻璃和空气的折射率决定)的角度所入射的光的反射，而不妨碍以大于该临界角的角度所入射的光的全反射。

而且，用于形成三角棱镜52的材料优选地为其折射率比各棒状透镜51、53内部所充满的物质的折射率大的材料，例如可以使用透明树脂。此外，相反地，在入射侧棒状透镜51和射出侧棒状透镜53的内部所充满的物质其折射率比形成三角棱镜52的材料的折射率小时也是可以的，例如可以使用硅胶。此外，对于三角棱镜52，反射防止膜58并不仅限于设置在棱镜入射面55和棱镜射出面56上，还可以仅设置在棱镜入射面55和棱镜射出面56中的任一面上。

液晶光阀31、32、33由液晶面板、入射侧偏振板(未示出)和射出侧偏振板(未示出)构成。在液晶面板上，使用用作为像素开关用元件的薄膜晶体管(以下简称为TFT)的TN(扭曲向列)模式的有源矩阵方式的透射型液晶单元。

十字分色棱镜35由4个直角棱镜粘合而成，在其内面反射红色光的电介质多层膜和反射蓝色光的电介质多层膜形成为十字状。

下面说明如上述结构的投影型显示装置10的作用。

因为照明装置11r、11g、11b的作用基本上全部相同，所以在此以照明装置11r作为例子进行说明。

在照明装置11r中，如图1所示，由LED12r所射出的色光R入射至入射侧棒状透镜51。入射至该入射侧棒状透镜51内的色光由反射板54反射并传播、并使其照度分布均匀化而射出。

由入射侧棒状透镜51射出的色光的一大半在棱镜入射面55处以小于临界角的入射角而入射至棱镜入射面55，透过反射防止膜58而从棱镜入射面55向三角棱镜52内传播。在三角棱镜52内传播的色光通过反射面57的反射膜57a而朝向棱镜射出面56反射、并在棱镜射出面56处以小于临界角的入射角而入射至棱镜射出面56。入射至棱镜射出面56的色光透过反射防止膜58由棱镜射出面56朝向射出侧棒状透镜53射出。

由棱镜射出面56射出的色光入射至射出侧棒状透镜53、由反射板54反射并传播、并使其照度分布均匀化而朝向液晶光阀31射出。

此外，作为向入射侧棒状透镜51射入的色光，以如图2的箭头A所示的路径所传播的色光经反射面57反射而由三角棱镜52的内部一侧朝向棱镜入射面55入射。朝向棱镜入射面55入射的色光由折射率较大的玻璃侧朝向折射率较小的空气侧入射、并且由于在棱镜入射面55处以比临界角大的入射角入射而被全反射、朝向棱镜射出面56传播而被射出。由棱镜射出面56射出的色光入射至射出侧棒状透镜53、并使其照度分布均匀化而朝向液晶光阀31射出。

此外，以如图2的箭头B所示的路径所传播的色光从棱镜入射面55朝向三角棱镜52的内部入射、直接入射至棱镜射出面56。入射至棱镜射出面56的色光由折射率较大的玻璃侧朝向折射率较小的空气侧入射、并且由于在棱镜射出面56处以比临界角大的入射角入射而被全反射、并朝向反射面57传播。朝反射面57入射的色光朝向棱镜射出面56反射而从棱镜射出面56射出。从棱镜射出面56射出的色光入射至射出侧棒状透镜53、并使其照度分布均匀化而朝向液晶光阀31射出。

如上所述，分别从照明装置11r、11g、11b所射出的色光R、G、B，如图1所示，向对应于各色光的液晶光阀31、32、33入射。所入射的各色光通过液晶光阀31、32、33调制而朝向十字分色棱镜35射出。经调制后的各色光在十字分色棱镜35处经合成而向投影透镜41射出。该投影透镜41将所合成的各色光向屏幕S进行扩放投影。

当采用上述结构时，通过使棒状积分器50弯折而可以使其长度更长、并可以获得照度分布更均匀的光；同时，可以改善棒状积分器50的配置自由度并可以将该棒状积分器50配置在较狭窄的空间中。

此外，与仅使棒状积分器50弯折时相比较，可以消除由于光线的射出方向过大而不能利用其进行液晶光阀31、32、33的照明的光、或者由于在弯折部朝向光的入射方向反射而不能利用的光。因此，可以防止朝向棒状积分器50入射的光的损失。

三角棱镜52可仅由最低限度的必要部件，即色光所入射的棱镜入射面55、设置有反射膜57a的反射面57以及色光所射出的棱镜射出面56构成。因此，不必要设置所不需要的空间而适于棒状积分器50的小型化。

此外，由于不具有不被使用的面，所以不会造成光从该面泄漏，从而不会降低入射至棒状积分器50的光的利用效率。

通过设置反射防止膜58，使得在棱镜入射面55和棱镜射出面56上以小于临界角的角度所入射的光的反射减少，从而可以提高入射至棒状积分器50的光的利用效率。而且，即使设置了反射防止膜58，由于不防碍以大于该临界角的角度所入射的光的全反射，而不会损害入射至棒状积分器50的光的利用效率。

入射至入射侧棒状透镜51和射出侧棒状透镜53的光经反射板54反射并使其照度分布均匀化。由于通过反射板54对所有入射的光进行反射，所以不会造成光反射时的泄漏。因此，可以防止在入射侧棒状透镜51和射出侧棒状透镜53内部入射的光的损失。

(第2实施例)

下面参照图3和图4说明本发明的第2实施例。

本实施例的投影型显示装置的基本结构与第1实施例中相同，但是与第1实施例相比其棒状积分器的结构不同。因此，在本实施例中，只利用图3和图4说明棒状积分器的周边部件而省略对液晶光阀等的说明。

图3是示出了本发明的棒状积分器60的结构的示意图。

如图3所示，棒状积分器(导光体)60具有由LED12r射出的色光所入射的入射侧棒状透镜(第1导光体)61、对由入射侧棒状透镜61射出的色光进行折曲的三角棱镜(多角形棱镜)52、以及将所折曲的色光向液晶光阀31射出的射出侧棒状透镜(第2导光体)63。

入射侧棒状透镜61和射出侧棒状透镜63采用玻璃(第3介质)(折射率的值随玻璃种类不同而不同，为约1.45-约1.92)而形成为四角柱状。与入射侧棒状透镜61的LED12r、12g、12b相对的面作为色光所入射的第1入射面66、而与棱镜入射面55相对的面作为色光射出的第1射出面67。与射出侧棒状透镜63的棱镜射出面56相对的面作为色光所入射的第2入射面68、而与液晶光阀31、32、33相对的面作为色光射出的第2射出面69。并且，在该第1入射面66、第1射出面67、第2入射面68、以及第2射出面69上设置有反射防止膜58。

此外，对于入射侧棒状透镜61和射出侧棒状透镜63，并不限于在上述所有第1入射面66、第1射出面67、第2入射面68、以及第2射出面69上设置有反射防止膜58，也可以至少在上述面中的其中一面上设置该反射防止膜。

此外，在第1射出面67和棱镜入射面55之间、以及在第2入射面68和棱镜射出面56之间设置间隔L并在其中充满空气。该间隔L的尺寸形成为其下限为在其中传播的色光的波长与空气的折射率的积、而其上限为约0.1mm。

此外，形成入射侧棒状透镜61和射出侧棒状透镜63的材料优选地为具有比其周围存在的物质(在此为空气)的折射率高的折射率的材料，例如可以使用透明树脂。

此外，充满间隔L的物质可以是其折射率比形成三角棱镜52的材料的折射率低的物质，例如可以是硅胶。

图4是示出棒状积分器的变形示例的示意图。

此外，如图4所示，可以设置成在第1射出面67以及第2入射面68的大致中央部位分别形成有第1凸部65a和第2凸部65b，而第1射出面67的第1凸部65a与棱镜入射面55、以及第2入射面68的第2凸部65b与棱镜射出面56分别触接。

下面说明如上述结构的棒状积分器60的作用。

从第1入射面66至透过反射防止膜58的入射至入射侧棒状透镜61的色光，通过与入射侧棒状透镜61的长方向轴线方向平行的边界面全反射而传播、并使其照度分布均匀化而从第1射出面67透过反射防止膜58射出。

从第1射出面67射出的色光在棱镜入射面55处以小于临界角的入射角而入射至棱镜入射面55、并透过反射防止膜58从棱镜入射面55向三角棱镜52内部传播。在该三角棱镜内部传播的色光通过反射面57的反射膜57a向棱镜射出面56反射，在棱镜射出面56处以小于临界角的角度而入射至棱镜射出面56。入射至棱镜射出面56的色光透过反射防止膜58从该棱镜射出面56向第2入射面68射出。

由棱镜射出面56射出的色光入射至第2入射面68并透过反射防止膜58在射出侧棒状透镜63内传播。在该射出侧棒状透镜63内传播的色光通过与射出侧棒状透镜63的长方向轴线方向平行的边界面全反射而传播、并使其照度分布均匀化而从第2射出面69透过反射防止膜58射出。

此外，作为向入射侧棒状透镜61射入的色光，以如图3的箭头C所示的路径所传播的色光经反射面57反射而由三角棱镜52的内部一侧朝向棱镜入射面55入射。朝向棱镜入射面55入射的色光由折射率较大的玻璃侧朝向折射率较小的空气侧入射、并且由于在棱镜入射面55处以比临界角大的入射角入射而被全反射、朝向棱镜射出面56传播而被射出。由棱镜射出面56射出的色光入射至射出侧棒状透镜63、并使其照度分布均匀化而射出。

此外，以如图3的箭头D所示的路径所传播的色光从棱镜入射面55朝向三角棱镜52的内部入射、直接入射至棱镜射出面56。入射至棱镜射出面56的色光由折射率较大的玻璃侧朝向折射率较小的空气侧入射、并且由于在棱镜射出面56处以比临界角大的入射角入射而被全反射、并朝向反射面57传播。朝反射面57入射的色光朝向棱镜射出面56反射而从棱镜射出面56射出。从棱镜射出面56射出的色光入射至射出侧棒状透镜63、并使其照度分布均匀化而射出。

当采用上述结构时，相对于入射侧棒状透镜61和射出侧棒状透镜63的长方向轴线方向成较大的角度而不能用于液晶光阀31、32、33的照明的光由于在与上述长方向轴线方向平行的边界面处以较小的入射角入射，而透过上述边界面泄漏至外部。其它的光线由于在上述边界面处以较大的入射角入射、并且和玻璃以及空气的折射率不同而被全反射。

因此，从射出侧棒状透镜63射出的光中不能用于液晶光阀31、32、33的照明的光的比例很小。也就是说，可以提高从射出侧棒状透镜63射出的光的利用效率。

通过设置反射防止膜58，使得在第1入射面66、第1射出面67、第2入射面68、以及第2射出面69上以小于临界角的角度所入射的光的反射减少，从而可以提高入射至棒状积分器60的光的利用效率。而且，即使设置了反射防止膜58，由于不防碍以大于该临界角的角度所入射的光的全反射，而不会损害入射至棒状积分器60的光的利用效率。

在第1射出面67和棱镜入射面55之间、以及在第2入射面68和棱镜射出面56之间的间隔L形成为比透过该间隔的色光的波长与空气的折射率的积更大(宽)。因此，上述间隔L的长度形成为比损耗波的浸透深度更长、可以防止以全反射条件入射的光透过。换句话说，可以防止入射光的利用效率降低。

此外，由于上述间隔L比0.1mm更狭窄、可以使得从上述间隔L向棒状积分器60的外部泄漏的光、从第1射出面67通过上述间隔L在第2入射面68处以较大的入射角入射的所不能为液晶光阀31、32、33的照明利用的光的比例减小。换句话说，可以防止入射光的利用效率降低。

因为第1射出面67的凸部65与棱镜入射面55、以及第2入射面68的凸部65与棱镜射出面56触接，在凸部65的周围的第1射出面67和棱镜入射面55之间、以及第2入射面68和棱镜射出面56之间形成有间隔L。由于色光在棱镜入射面55和棱镜射出面56处的全反射发生在其周边缘部，所以需要形成有间隔L的位置为上述周边缘部，而在大致中央部位即使没有形成间隔也不会发生全反射。换句话说，可以防止入射光的利用效率降低。

而且，由于可以通过调节凸部65的高度来调节间隔L的大小，所以可以容易地调节该间隔L，从而可以容易地制造棒状积分器60。

此外，本发明的技术范围并不限于上述实施例，还可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变形。

例如，在上述实施例中，相应于由LED构成的照明装置的光源进行了说明，但是该光源并不限于由LED构成，还可以适用于其它各种光源例如卤素灯等。

此外，在上述实施例中，相应于棒状积分器弯折成大致90°的情况进行了说明，但是其弯折角并不限于大致90°，还可适用于以其它各种角度对棒状积分器进行弯折。

(第3实施例)

图6是概念性地示出本发明的第3实施例的投影型显示装置(投影机)的构造的框图。该投影机110具有照明装置120、光调制装置130、投影透镜140和控制装置150。在此，照明装置120具有G光照明装置121、B光照明装置123、R光照明装置125和光源驱动装置127。此外，光调制装置130具有作为空间光调制装置的3个液晶光阀131、133和135、作为光合成光学***的十字分色棱镜137、以及向各液晶光阀131、133和135输出驱动信号的元件驱动装置138。

G光照明装置121具有G光用光源单元121a、第1聚光透镜121b、积分器光学***121c和第2聚光透镜121d。其中，G光用光源单元121a由称为固体光源的多个LED121f在电路板121g上以适当的2维排列安装而构成，并具有在各LED121c的正面分别配置有用于光束整形的透镜元件的光学部件121h。各个LED121f分别用于发生包含在三原色中的绿色(G)的范围内的G光。由LED121f发出的G光即第1光源光LG在经过光学部件121h和第1聚光透镜121b后，入射至作为光均匀化装置的积分器光学***121c的入射口IP。这时，来自各LED121f的G光由第1聚光透镜121b适当地聚光成光束、而通过该第1聚光透镜121b没有浪费地回收、而重叠地入射至积分器光学***121c的入射口IP。经过积分器光学***121c而从其射出口OP射出的第1照明光LG’通过第2聚光透镜121d而入射至光调制装置130中的G光用液晶光阀131。如此，液晶光阀131上的被照射区域(图像信息形成区域)被G光均匀地照明。如上所述，LED121f的顶部透镜、光学部件121h、以及第1聚光透镜121b构成了用于将第1光源光LG会聚至所希望的程度的聚光装置。

下面参照图7A-图8说明积分器光学***121c的结构及其功能。其中，图7A为积分器光学***121c的平面图，图7B为积分器光学***121c的侧面图。图8为积分器光学***121c一端的放大视图。

所述积分器光学***121c为通过加工玻璃而制成的具有透光性的柱状体部件，并具有在四角柱的一端以45°的倾斜角所切割成的外形。即，该积分器光学***121c由具有矩形截面的四角柱状的棒状积分器主体部161、和在该棒状积分器主体部161一端所设置的直角棱镜163构成。其中该棒状积分器主体部161具有相对的第1对侧面161a、161b，以及垂直于该两侧面161a、161b而形成的第2对侧面161d、161e。一方面，直角棱镜163具有作为与其斜边相对应的侧面的倾斜端面163a。该倾斜端面163a垂直于第1对侧面161a、161b，并且与第2对侧面中的一侧面161d成45°的倾斜角，可以对通过作为透过窗面部分的入射口IP的光源光LG全反射。

入射至积分器光学***121c的入射口IP的光源光LG直接入射至相对的倾斜端面163a、或者在直角棱镜163的一对端面部分163c、163d等处反射后而入射至该倾斜端面163a。入射至该倾斜端面163a的光源光LG在该倾斜端面163a处被全反射而没有损失地使光程弯折、并被引导至该棒状积分器主体部161。此时，光源光LG入射至入射口IP即边缘EG1、EG2和EG3的内侧。而且，光源光LG从相对该棒状积分器主体部161的侧面161d与直角棱镜163的倾斜端面163a的交线EG4更靠近倾斜端面163a的一侧入射。结果，光源光LG在入射口IP处入射至边界线B1的内侧。此外，在光源光LG入射至倾斜端面163a前后，在入射至构成直角棱镜部分163的端面部分163c、163d等的内面时，光源光LG在这些内面上被全反射。也就是说，直角棱镜部分163也起到积分器的功能。

如图8所示，由入射口IP入射至直角棱镜部分163的光源光LG中与光轴平行的光线L1经过设置在该直角棱镜部分163上的倾斜端面163a全反射弯折90°而入射至棒状积分器主体部161、并沿着该棒状积分器主体部161的轴向前进。此外，入射至直角棱镜部分163的光源光LG具有一定的角度范围。相对于光轴具有上限倾角的光线L2经入射口IP折射而与光线L1同样地被倾斜端面163a全反射。此外，相对于光轴具有另一上限倾角的光线L3经入射口IP折射而与光线L2同样地被倾斜端面163a全反射。

现在考虑入射至直角棱镜部分163的各光线L1-L3由倾斜端面163a全反射的条件。在此考虑最难以发生全反射的光线L3。将从空气中入射至入射口IP的入射角设为a、棒状积分器主体部161以及直角棱镜部分163的折射率设为n，则玻璃中即直角棱镜部分163内的折射角b可以为：b＝sin^-1((sin a)/n)。另一方面在倾斜端面163a处入射角θ＝(45°-b)的与全反射有关的临界角θc为：θc＝sin^-1(1/n)。当θ大于θc时，光线L3通过倾斜端面163a被全反射。具体地，当玻璃的折射率为n＝1.7581、对应于光源光LG的角度范围的入射角为a＝18°时，折射角为b＝10.1°，最小的入射角θ＝34.9°。一方面，因为临界角θc＝34.7°，所以所有的光线L1-L3被倾斜端面163a全反射。也就是说，可以只通过调节直角棱镜部分163的折射率，而不用在倾斜端面163a处设置反射膜，就可以将由入射口IP处入射的光源光LG通过直角棱镜部分163反射而引导至棒状积分器主体部161。而且，当在倾斜端面163a处形成电介质或Al等的反射膜时，需要防止反射膜蔓延形成在该倾斜端面163a的周围，从而使得直角棱镜部分163即积分器光学***121c的制造成本增大。

返回至图6，B光照明装置123具有B光用光源单元123a、第1聚光透镜123b、积分器光学***123c和第2聚光透镜123d。其中，B光用光源单元123a具有和G光用光源单元121a相同的结构，但是，在电路板123g上的各个LED123f分别用于发生包含在三原色中的绿色(B)的范围内的B光、由该B光构成的第2光源光LB经光学部件121h和第1聚光透镜123b而入射至积分器光学***123c。该积分器光学***123c与G光用积分器光学***121c(参照图7A、图7B及图8)具有相同的结构，所以在此省略详细说明。经过该积分器光学***123c的第2光源光LB’通过波面分割与重叠而没有损失地均匀化、并通过第2聚光透镜123d而入射至光调制装置130中的B光用液晶光阀133。如此，液晶光阀133上的被照射区域(图像信息形成区域)被B光均匀地照明。

R光照明装置125具有R光用光源单元125a、第1聚光透镜125b、积分器光学***125c和第2聚光透镜125d。其中，R光用光源单元125a具有和G光用光源单元121a相同的结构，但是，在电路板125g上的各个LED125f分别用于发生包含在三原色中的红色(R)的范围内的R光、由该R光构成的第3光源光LR经光学部件125h和第1聚光透镜125b而入射至积分器光学***125c。该积分器光学***125c与G光用积分器光学***121c(参照图7A、图7B及图8)具有相同的结构。经过该积分器光学***125c的第3光源光LR’通过波面分割与重叠而没有损失地均匀化、并通过第2聚光透镜125d而入射至光调制装置130中的R光用液晶光阀135。如此，液晶光阀135上的被照射区域(图像信息形成区域)被R光均匀地照明。

此外，在图示的例子中，虽然在各色的光源单元121a-125a与积分器光学***121c-125c之间设置有第1聚光透镜121b-125b，而在积分器光学***121c-125c与各色的液晶光阀131-135之间设置有第2聚光透镜121d-125d，但是，该第1聚光透镜121b-125b与第2聚光透镜121d-125d可以通过变更积分器光学***121c-125c的尺寸而适当地省去。此外，可以在例如光源单元121a-125a与第1聚光透镜121b-125b之间设置用于将入射至液晶光阀131-135的照明光统一成S偏振或P偏振的偏振变换元件。

由各色光照明装置121、123、125分别入射至各液晶光阀131、133、135的光通过液晶光阀131、133、135而进行二维调制。通过该各液晶光阀131、133、135的各色光在十字分色棱镜137处合成而从其一侧面射出。由该十字分色棱镜137所射出的合成光的像入射至作为投影光学***的投影透镜140而以适当的放大率投影在屏幕(未示出)上。换言之，通过投影机110，使得由各液晶光阀131、133、135形成的各色光G、B、R的图像所合成的彩色图像作为活动图像或静止图像投影在屏幕上。此外，尽管在图中省略，在各液晶光阀131、133、135的周边处，为了对这些液晶光阀131、133、135以偏振光照明而读出，设置有偏振板。

控制装置150向光源驱动装置127输出控制信号，使构成设置在各色光照明装置121、123、125上的第1-第3光源单元121a、123a和125a的各个LED121f、123f、125f以适当的时序发光。此外，控制装置150向元件驱动装置138输出控制信号、对应于在各液晶光阀131、133、135上投影图像的亮度而形成2维偏振特性分布。

下面说明在图6中示出的投影机110的工作。

由设置在照明装置120上的GBR光照明装置121、123、125射出的各色照明光分别入射至对应的液晶光阀131、133和135。该各液晶光阀131、133和135具有通过对应于来自外部的图像信号而动作的元件驱动装置138而调制的2维折射率分布，并对各色照明光在2维空间上以像素单位进行调制。如此，由各液晶光阀131、133和135所调制的照明光即像光在经过十字分色棱镜137合成后入射至作为投影光学***的投影透镜140而投影在屏幕上。在该情况下，由于在GBR光照明装置121、123、125上设置的积分器光学***121c-125c将各色的光源光LG-LR通过直角棱镜163全反射而传播至棒状积分器主体部161，而可以改善照明装置120的设置或尺寸的任意性、从而可以使得照明装置120设计成小型化。此外，棒状积分器主体部161具有作为进行光源光LG-LR的波面分割以及重叠的棒状透镜的功能，并且在直角棱镜163处不仅倾斜端面163a还有端面部分163c、163d等发生全反射。因此，实际上延长了棒状透镜，从而可以进一步改善光源光LG-LR即照明光LG’-LR’的均匀化。

(第4实施例)

下面说明本发明的第4实施例所涉及的投影型显示装置(投影机)。

该第4实施例的投影机为第3实施例的投影机的变形，所以省略对共同部分的说明而仅说明不同部分。

图9为说明第4实施例的投影机的主要部分的图。在该情况下，在构成照明装置的积分器光学***521c的入射口IP侧设置有棒状积分器主体部161、而在射出口OP侧设置有直角棱镜163。积分器光学***521c的形状本身与图7A和图7B以及图8所示的第3实施例中的相同。该照明装置可以利用在直角棱镜163上设置的倾斜端面163a而将光源光LG从与液晶光阀131的光轴垂直的方向导入。而且，在该情况下，虽然只说明G光照明装置521，其它的B光照明装置以及R光照明装置也具有与G光照明装置521相同的结构、并且具有与图示的积分器光学***521c同样的积分器光学***。

(第5实施例)

以下说明本发明第5实施例的投影型显示装置(投影机)。

该第5实施例的投影机为第3实施例的投影机的变形。

图10为说明第5实施例的投影机的主要部分的图。

在该情况下，如同在构成照明装置的积分器光学***621c的入射口IP和射出口OP侧两侧之间夹持有棒状积分器主体部161地设置有直角棱镜163。在该照明装置中，可以利用设置在一对的直角棱镜163上的一对倾斜端面163a沿与液晶光阀131的光轴平行地偏移的方向导入光源光LG。而且，在该情况下，虽然只说明G光照明装置621，其它的B光照明装置以及R光照明装置也具有与G光照明装置621相同的结构、并且具有与图示的积分器光学***621c同样的积分器光学***。

(第6实施例)

下面说明本发明的第6实施例所涉及的投影型显示装置(投影机)。该投影机采用了SCR(sequentical color recapture)技术(连续色彩重复捕捉技术/连续色彩补偿技术)。

图11为说明第6实施例的投影机的全体构造的图。

该投影机300由沿***光轴SA顺序地设置的光源装置371、SCR用积分器373、SCR用色轮375、中继光学***377、反射镜379、物镜381、数字微镜元件(DMD)383以及投影透镜385构成。

光源装置371由在内面具有旋转椭圆体的反射面的椭圆反射镜371a、和例如为金属囱化物灯或高压水银灯等的光源灯371b构成。光源灯371b设置在椭圆反射镜371a的第1焦点F1处，从该光源装置371射出的光源光会聚在该椭圆反射镜371a的第2焦点F2处，从而导入至具有与该第2焦点F2相一致地设置的光入射孔373a的积分器373的内部。从该积分器373的光入射孔373a入射的光源光通过在内部重复反射进行波面分割而从射出口373b通过重叠而作为均匀化的照明光射出。由该积分器373射出的照明光入射至色轮375。该色轮375可以通过未示出的电机驱动而旋转，在与该积分器373的射出口373b相对设置的滤色面375a上，G、B、R的3色线状滤色器形成为螺旋形。该滤色面375a将从积分器373射出的照明光按时间序列分割成GBR的3色光射出。此时，由滤色面375a射出的透射光以外的色光由滤色面375a反射而返回至积分器373。返回至积分器373的再利用光在该积分器373中被反射而到达另一端并被在光入射孔373a周围所设置的镜面363h反射而在积分器373中逆行，从而再次照明滤色面375a。这种光源光的再利用技术称为“SCR”技术。中继光学***377将通过色轮375的来自积分器373的射出口373b的光的像形成在DMD383上，从而实现DMD383的均匀的照明。该DMD383为具有通过对应于提供入射的照明光的图像信号而以对应于各像素的微镜反射、将显示图像的像光向投影透镜385的方向射出的功能的反射方向控制型空间光调制装置。由该DMD383射出的像光通过物镜381以及投影透镜385而投影在屏幕(未示出)上。

图12A为图11所示积分器373的平面图，而图12B为图11所示积分器373的侧面图。

该积分器373与图6所示的第3实施例的积分器光学***121c具有基本上相同的外形。即，该积分器373由四角柱状棒状积分器主体部361、和在该棒状积分器主体部361一端所设置的直角棱镜部分363构成。在该直角棱镜部分363的入射侧形成有电介质或Al等形成的反射膜363h，并在该反射膜363h的中央形成有用于引进来自光源装置371的光源光的光入射孔373a。通过光入射孔373a而入射至直角棱镜部分363的光源光在倾斜端面363a处全反射而使光程弯折、在棒状积分器主体部361中行进而从射出口373b射出。一方面，虽然由色轮375所反射而入射至射出口373b的光源光在棒状积分器主体部361中逆行而入射至直角棱镜部分363，但是在由倾斜端面363a全反射后通过反射膜363h而返回至棒状积分器主体部361。同样在本实施例中，只通过调节直角棱镜部分363的折射率而不用在倾斜端面363a上设置反射膜，也可以将由光入射孔373a入射的光源光在直角棱镜部分363处进行100％的反射而传播至相垂直的棒状积分器主体部361。

(第7实施例)

下面说明本发明的第7实施例所涉及的投影型显示装置(投影机)。该第7实施例的投影机为第3实施例的投影机的变形

图13A-图13C为说明作为第7实施例的投影机的主要部分的积分器光学***的平面图、侧面图以及端面图。该积分器光学***421c为和图7A和图7B所示的积分器光学***121c相同的通过加工玻璃而制成的柱状体部件。但是，与第3实施例的情况不同，与光轴OA相垂直的截面形成为梯形，朝向一端变细的四角锥台状的前端部具有相对于光轴OA倾斜45°的倾斜端面463。入射至该积分器光学***421c的入射口IP的光源光直接入射至相对的倾斜端面163a、或者经直角棱镜部分463的端面部分等反射后而入射至倾斜端面163a。入射至倾斜端面163a的光源光在该倾斜端面163a处被全反射而没有损失地使光程弯折、并被引导至该棒状积分器主体部461。在该情况下，不仅该棒状积分器主体部461、直角棱镜部分463也具有积分器功能。

虽然以上通过实施例而说明了本发明，但是本发明并不限于上述实施例。例如，在图7A和图7B的积分器光学***121c中，可以将具有与入射口IP的开口同一尺寸或更大尺寸的矩形截面的积分器连接到入射口IP上。

Claims (8)

1.一种导光体，设置在光源和被照明区域之间，具有由具有第1折射率的第1介质形成的多角形棱镜、使光入射至所述多角形棱镜的第1面的第1导光体、和从所述多角形棱镜的第2面射出的光所入射的第2导光体，其中，在所述多角形棱镜上设置有将从所述第1面入射的光朝向所述第2面反射的反射装置，在所述第1面和所述第2面上具备具有其折射率比所述第1折射率小的第2折射率的第2介质，

所述第1导光体和所述第2导光体为由具有第3折射率的第3介质形成的柱状体，

所述第3折射率比所述第1和所述第2导光体周围的介质的折射率大，

在所述第1导光体和所述第1面之间以及所述第2导光体和所述第2面之间设置有所述第2介质。

2.根据权利要求1所述的导光体，其特征在于，所述多角形棱镜为三角棱镜。

3.根据权利要求1所述的导光体，其特征在于，在所述第1导光体和所述第1面之间以及所述第2导光体和所述第2面之间的间隔大于在所述第1和第2导光体内传播的光的波长与所述第2折射率的积。

4.根据权利要求1所述的导光体，其特征在于，在所述第1导光体的和所述第1面相对的面的基本中央部位形成有第1凸部，在所述第2导光体的和所述第2面相对的面的基本中央部位形成有第2凸部，所述第1凸部与所述第1面触接、所述第2凸部与所述第2面触接。

5.根据权利要求1所述的导光体，其特征在于，在所述第1面、所述第2面、所述第1导光体和所述第2导光体的入射面以及其射出面中的至少一个面上设置有用于抑制光反射的反射防止装置。

6.根据权利要求5所述的导光体，其特征在于，所述反射防止装置为反射防止膜。

7.一种照明装置，具有光源、和根据权利要求1所述的在该光源与被照明区域之间的导光体。

8.一种投影型显示装置，具有根据权利要求7所述的照明装置、对从该照明装置射出的光进行调制的光调制装置、以及对由该光调制装置调制的光进行投影的投影装置。

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