JPH09304608A - 光路変換光学素子、光路変換器並びに当該光学素子を用いた光投射器及び画像表示装置 - Google Patents
光路変換光学素子、光路変換器並びに当該光学素子を用いた光投射器及び画像表示装置Info
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- JPH09304608A JPH09304608A JP8144912A JP14491296A JPH09304608A JP H09304608 A JPH09304608 A JP H09304608A JP 8144912 A JP8144912 A JP 8144912A JP 14491296 A JP14491296 A JP 14491296A JP H09304608 A JPH09304608 A JP H09304608A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の広がり角を大きくすることなく、光強度
分布や輝度分布を均一化する。 【解決手段】 プリズムアレイ平板32に形成された第
1のプリズムアレイ34とプリズムアレイ平板35に形
成された第2のプリズムアレイ37を対向させる。光軸
と平行な光線rが第1のプリズムアレイを透過すると、
この光線rは屈折して第2のプリズムアレイ37に入射
する。第2のプリズムアレイ37で屈折した光は元の光
線と平行な光線rとなる。従って、光路変換光学素子3
1を通過した光線rは光軸と垂直な方向へシフトした光
線rとなる。この結果、光は第1のプリズムアレイ34
によって分割されてシャッフルされ、光強度分布が均一
化される。
分布や輝度分布を均一化する。 【解決手段】 プリズムアレイ平板32に形成された第
1のプリズムアレイ34とプリズムアレイ平板35に形
成された第2のプリズムアレイ37を対向させる。光軸
と平行な光線rが第1のプリズムアレイを透過すると、
この光線rは屈折して第2のプリズムアレイ37に入射
する。第2のプリズムアレイ37で屈折した光は元の光
線と平行な光線rとなる。従って、光路変換光学素子3
1を通過した光線rは光軸と垂直な方向へシフトした光
線rとなる。この結果、光は第1のプリズムアレイ34
によって分割されてシャッフルされ、光強度分布が均一
化される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光路変換光学素子、
光路変換器並びに当該光学素子を用いた光投射器及び画
像表示装置に関する。
光路変換器並びに当該光学素子を用いた光投射器及び画
像表示装置に関する。
【0002】
(第1の従来例)従来よりよく知られている液晶プロジ
ェクタ1の構造を図1に示す。この液晶プロジェクタ1
はインテグレータレンズ5を用いて輝度分布の均一化を
図っており、その原理を図2に示している。
ェクタ1の構造を図1に示す。この液晶プロジェクタ1
はインテグレータレンズ5を用いて輝度分布の均一化を
図っており、その原理を図2に示している。
【0003】この液晶プロジェクタ1にあっては、ラン
プ2及び放物面状をしたリフレクタ3からなるバックラ
イト光源4の前方にインテグレータレンズ(レンズアレ
イ)5、フィールドレンズ6及びコンデンサレンズ7が
配置され、その前方には表裏両面に偏光板9を重ねた液
晶表示パネル8が配置され、その前方には投影レンズ1
0が配置されている。
プ2及び放物面状をしたリフレクタ3からなるバックラ
イト光源4の前方にインテグレータレンズ(レンズアレ
イ)5、フィールドレンズ6及びコンデンサレンズ7が
配置され、その前方には表裏両面に偏光板9を重ねた液
晶表示パネル8が配置され、その前方には投影レンズ1
0が配置されている。
【0004】しかして、図1のような構造の液晶プロジ
ェクタ1においては、ランプ2から後方へ出射されてリ
フレクタ3で反射された光線rは略平行光としてインテ
グレータレンズ5に入射する。このインテグレータレン
ズ5に入射する前の光線rの光軸と垂直な方向(X軸方
向)における光強度分布は図2(b)に示すように光軸
上で最大となり、光軸から外れるに従って急激に減少し
ている。すなわち、中心部で明るく、周辺部で暗くなっ
ている。フィールドレンズ6はインテグレータレンズ5
の各レンズ素子領域の焦点よりも若干前方に配置され、
コンデンサレンズ7はフィールドレンズ6の焦点位置に
配置されている。このため、インテグレータレンズ5の
各レンズ素子領域を通過した光線rは、図2(a)に示
すように、インテグレータレンズ5の各レンズ素子領域
で集光された後、発散光としてフィールドレンズ6に入
射し、コンデンサレンズ7の全体に照射される。そし
て、コンデンサレンズ7でコリメートされた光線rは液
晶表示パネル8を通過し、液晶表示パネル8により生成
された画像が投影レンズ10を通してスクリーン11上
に投影される。
ェクタ1においては、ランプ2から後方へ出射されてリ
フレクタ3で反射された光線rは略平行光としてインテ
グレータレンズ5に入射する。このインテグレータレン
ズ5に入射する前の光線rの光軸と垂直な方向(X軸方
向)における光強度分布は図2(b)に示すように光軸
上で最大となり、光軸から外れるに従って急激に減少し
ている。すなわち、中心部で明るく、周辺部で暗くなっ
ている。フィールドレンズ6はインテグレータレンズ5
の各レンズ素子領域の焦点よりも若干前方に配置され、
コンデンサレンズ7はフィールドレンズ6の焦点位置に
配置されている。このため、インテグレータレンズ5の
各レンズ素子領域を通過した光線rは、図2(a)に示
すように、インテグレータレンズ5の各レンズ素子領域
で集光された後、発散光としてフィールドレンズ6に入
射し、コンデンサレンズ7の全体に照射される。そし
て、コンデンサレンズ7でコリメートされた光線rは液
晶表示パネル8を通過し、液晶表示パネル8により生成
された画像が投影レンズ10を通してスクリーン11上
に投影される。
【0005】このようにインテグレータレンズ5の異な
るレンズ素子領域を通過した光強度の異なる光線rがコ
ンデンサレンズ7で合成されるので、図2(b)のよう
に光強度分布が不均一であった光線rは、インテグレー
タレンズ5、フィールドレンズ6及びコンデンサレンズ
7からなる光学系を通過することにより、図2(c)に
示すように均一な光強度分布を有する光線rに変換され
た後、液晶表示パネル8に入射させられる。その結果、
スクリーン11に投影される投影画像の輝度分布も一様
となる。
るレンズ素子領域を通過した光強度の異なる光線rがコ
ンデンサレンズ7で合成されるので、図2(b)のよう
に光強度分布が不均一であった光線rは、インテグレー
タレンズ5、フィールドレンズ6及びコンデンサレンズ
7からなる光学系を通過することにより、図2(c)に
示すように均一な光強度分布を有する光線rに変換され
た後、液晶表示パネル8に入射させられる。その結果、
スクリーン11に投影される投影画像の輝度分布も一様
となる。
【0006】(第2の従来例)また、輝度アップを目的
としてマイクロレンズを用いた画像表示装置16が提案
されている。この画像表示装置16は、図3に示すよう
に、液晶表示パネル8にマイクロレンズアレイ17を対
向させたものである。液晶表示パネル8は、TFT18
を駆動するための配線等が設けられているブラックマト
リクス領域19や透明電極20等を形成されたガラス基
板21と共通全面電極を形成されたガラス基板22との
間に液晶材料23を封止したものであって、ブラックマ
トリクス領域19によって囲まれた透明電極20の部分
が画素開口24となっており、マイクロレンズアレイ1
7の各レンズ25は液晶表示パネル8の各画素開口24
に対向するように配置されている。
としてマイクロレンズを用いた画像表示装置16が提案
されている。この画像表示装置16は、図3に示すよう
に、液晶表示パネル8にマイクロレンズアレイ17を対
向させたものである。液晶表示パネル8は、TFT18
を駆動するための配線等が設けられているブラックマト
リクス領域19や透明電極20等を形成されたガラス基
板21と共通全面電極を形成されたガラス基板22との
間に液晶材料23を封止したものであって、ブラックマ
トリクス領域19によって囲まれた透明電極20の部分
が画素開口24となっており、マイクロレンズアレイ1
7の各レンズ25は液晶表示パネル8の各画素開口24
に対向するように配置されている。
【0007】しかして、マイクロレンズアレイ17を用
いない場合には、図4に示すように、液晶表示パネル8
に入射した光線rの一部はブラックマトリクス領域19
によって遮られるため、光の利用効率が低下し、画像表
示装置16の輝度が低下する。これに対し、マイクロレ
ンズアレイ17を用いると、図5に示すように、マイク
ロレンズアレイ17の各レンズ25に入射した光線rは
液晶表示パネル8の各画素開口24内に集光され、液晶
表示パネル8に入射した光がすべて画素開口24を透過
できることになる。このため、マイクロレンズアレイ1
7の利用によって光の利用効率を向上させることがで
き、画像表示装置16の輝度を高くすることができる。
いない場合には、図4に示すように、液晶表示パネル8
に入射した光線rの一部はブラックマトリクス領域19
によって遮られるため、光の利用効率が低下し、画像表
示装置16の輝度が低下する。これに対し、マイクロレ
ンズアレイ17を用いると、図5に示すように、マイク
ロレンズアレイ17の各レンズ25に入射した光線rは
液晶表示パネル8の各画素開口24内に集光され、液晶
表示パネル8に入射した光がすべて画素開口24を透過
できることになる。このため、マイクロレンズアレイ1
7の利用によって光の利用効率を向上させることがで
き、画像表示装置16の輝度を高くすることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したような従
来技術に鑑みれば、図2(a)に示したような光学系と
液晶表示パネル8との間にマイクロレンズアレイ17を
挿入すれば、輝度分布が高く、かつ均一な輝度分布を有
する画像表示装置16を製作することができると考えら
れる。
来技術に鑑みれば、図2(a)に示したような光学系と
液晶表示パネル8との間にマイクロレンズアレイ17を
挿入すれば、輝度分布が高く、かつ均一な輝度分布を有
する画像表示装置16を製作することができると考えら
れる。
【0009】しかしながら、インテグレータレンズ5、
フィールドレンズ6及びコンデンサレンズ7からなる光
学系を用いると、コンデンサレンズ7を通過した後の光
の広がり角θが大きくなる(図2(a)参照)ので、図
5に破線で示す光線rのように、ブラックマトリクス領
域19に遮断されるようになり、マイクロレンズアレイ
17によって画素開口24へ有効に集光できなくなる。
フィールドレンズ6及びコンデンサレンズ7からなる光
学系を用いると、コンデンサレンズ7を通過した後の光
の広がり角θが大きくなる(図2(a)参照)ので、図
5に破線で示す光線rのように、ブラックマトリクス領
域19に遮断されるようになり、マイクロレンズアレイ
17によって画素開口24へ有効に集光できなくなる。
【0010】また、図2(a)に示したような光学系を
用いると、光学系が複雑になり、特にフィールドレンズ
6が必要となるので、画像表示装置16がコスト高にな
るという問題があった。
用いると、光学系が複雑になり、特にフィールドレンズ
6が必要となるので、画像表示装置16がコスト高にな
るという問題があった。
【0011】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、光の広がり
角を大きくすることなく、光強度分布を均一にすること
ができる光学素子を提供することにある。さらに、当該
光学素子を用いた重要な応用を提案することにある。
れたものであり、その目的とするところは、光の広がり
角を大きくすることなく、光強度分布を均一にすること
ができる光学素子を提供することにある。さらに、当該
光学素子を用いた重要な応用を提案することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の光路変
換光学素子は、複数のプリズムを配列した2つのプリズ
ムアレイからなり、両プリズムアレイは、プリズム配列
方向が互いにほぼ平行となるように配置されていること
を特徴としている。
換光学素子は、複数のプリズムを配列した2つのプリズ
ムアレイからなり、両プリズムアレイは、プリズム配列
方向が互いにほぼ平行となるように配置されていること
を特徴としている。
【0013】請求項2に記載の実施態様は、請求項1記
載の光路変換光学素子において、前記2つのプリズムア
レイが平板の表裏面に形成されていることを特徴として
いる。
載の光路変換光学素子において、前記2つのプリズムア
レイが平板の表裏面に形成されていることを特徴として
いる。
【0014】請求項3に記載の実施態様は、請求項2記
載の光路変換光学素子において、光入射側に位置するプ
リズムアレイによって光路変換された光線が、前記平板
の側面で全反射するように当該プリズムアレイの形状及
び前記平板の屈折率が設定されていることを特徴として
いる。
載の光路変換光学素子において、光入射側に位置するプ
リズムアレイによって光路変換された光線が、前記平板
の側面で全反射するように当該プリズムアレイの形状及
び前記平板の屈折率が設定されていることを特徴として
いる。
【0015】請求項4に記載の実施態様は、請求項1記
載の光路変換光学素子において、第1の屈折率を有する
第1の部分と第2の屈折率を有する第2の部分との境界
によって一方のプリズムアレイが構成され、第2の部分
の表面によって他方のプリズムアレイが構成されている
ことを特徴としている。
載の光路変換光学素子において、第1の屈折率を有する
第1の部分と第2の屈折率を有する第2の部分との境界
によって一方のプリズムアレイが構成され、第2の部分
の表面によって他方のプリズムアレイが構成されている
ことを特徴としている。
【0016】請求項5に記載の実施態様は、請求項4記
載の光路変換光学素子において、光入射側に位置するプ
リズムアレイによって光路変換された光線が、前記第2
の部分の側面で全反射するように当該プリズムアレイの
形状及び前記第2の部分の屈折率が設定されていること
を特徴としている。
載の光路変換光学素子において、光入射側に位置するプ
リズムアレイによって光路変換された光線が、前記第2
の部分の側面で全反射するように当該プリズムアレイの
形状及び前記第2の部分の屈折率が設定されていること
を特徴としている。
【0017】請求項6に記載の実施態様は、請求項1記
載の光路変換光学素子において、一方の面が平面で他方
の面が前記プリズムアレイとなった2枚の平板からな
り、一方の平板の平面側と他方の平板のプリズムアレイ
側とを対向させて配置し、光入射側に位置するプリズム
アレイのプリズム底角を35゜〜45゜とし、光出射側
に位置するプリズムアレイのプリズム底角を60゜〜7
0゜とすることを特徴としている。
載の光路変換光学素子において、一方の面が平面で他方
の面が前記プリズムアレイとなった2枚の平板からな
り、一方の平板の平面側と他方の平板のプリズムアレイ
側とを対向させて配置し、光入射側に位置するプリズム
アレイのプリズム底角を35゜〜45゜とし、光出射側
に位置するプリズムアレイのプリズム底角を60゜〜7
0゜とすることを特徴としている。
【0018】請求項7に記載の実施態様は、請求項1記
載の光路変換光学素子において、前記プリズムアレイを
互いに背向させるようにして配置し、両プリズムアレイ
のプリズム底角を60゜以上としたことを特徴としてい
る。
載の光路変換光学素子において、前記プリズムアレイを
互いに背向させるようにして配置し、両プリズムアレイ
のプリズム底角を60゜以上としたことを特徴としてい
る。
【0019】請求項8に記載の実施態様は、請求項1記
載の光路変換光学素子において、少なくとも1つのプリ
ズムアレイの表面をプリズムアレイ形成材料と異なる屈
折率を有する材料で平坦化したことを特徴としている。
載の光路変換光学素子において、少なくとも1つのプリ
ズムアレイの表面をプリズムアレイ形成材料と異なる屈
折率を有する材料で平坦化したことを特徴としている。
【0020】請求項9に記載の実施態様は、請求項1記
載の光路変換光学素子において、第1のプリズムアレイ
と第2のプリズムアレイとの間において、両プリズムア
レイの外周を囲むように光反射面を形成したことを特徴
としている。
載の光路変換光学素子において、第1のプリズムアレイ
と第2のプリズムアレイとの間において、両プリズムア
レイの外周を囲むように光反射面を形成したことを特徴
としている。
【0021】請求項10に記載の実施態様は、請求項1
記載の光路変換光学素子において、光線シフト量を入射
光束の有効エリアの概ね4分の1としたことを特徴とし
ている。
記載の光路変換光学素子において、光線シフト量を入射
光束の有効エリアの概ね4分の1としたことを特徴とし
ている。
【0022】請求項11に記載の実施態様は、請求項1
記載の光路変換光学素子において、光線シフト量を入射
光束の有効エリアの概ね8分の1としたことを特徴とし
ている。
記載の光路変換光学素子において、光線シフト量を入射
光束の有効エリアの概ね8分の1としたことを特徴とし
ている。
【0023】請求項12に記載の光路変換器は、光路に
沿って請求項1に記載の光路変換光学素子を複数配列し
たことを特徴としている。
沿って請求項1に記載の光路変換光学素子を複数配列し
たことを特徴としている。
【0024】請求項13に記載の実施態様は、請求項1
2に記載の光路変換器において、請求項8に記載の光路
変換光学素子を光入射側に、請求項9に記載の光路変換
光学素子を光出射側に配置したことを特徴としている。
2に記載の光路変換器において、請求項8に記載の光路
変換光学素子を光入射側に、請求項9に記載の光路変換
光学素子を光出射側に配置したことを特徴としている。
【0025】請求項14に記載の実施態様は、請求項1
2記載の光路変換器において、少なくとも一部の前記光
路変換光学素子のプリズム配列方向が、互いに異なって
いることを特徴としている。
2記載の光路変換器において、少なくとも一部の前記光
路変換光学素子のプリズム配列方向が、互いに異なって
いることを特徴としている。
【0026】請求項15に記載の画像表示装置は、光源
と、請求項1に記載の光路変換光学素子と、画像表示パ
ネルとから構成されていることを特徴としている。
と、請求項1に記載の光路変換光学素子と、画像表示パ
ネルとから構成されていることを特徴としている。
【0027】請求項16に記載の実施態様は、請求項1
5に記載の画像表示装置において、さらに、前記画像表
示パネル上の画像をスクリーンに結像させるための投射
光学系を備えていることを特徴としている。
5に記載の画像表示装置において、さらに、前記画像表
示パネル上の画像をスクリーンに結像させるための投射
光学系を備えていることを特徴としている。
【0028】請求項17に記載の光投射器は、光源と、
請求項1に記載の光路変換光学素子とからなることを特
徴としている。
請求項1に記載の光路変換光学素子とからなることを特
徴としている。
【0029】
【作用】本発明の光路変換光学素子は、いずれも2つの
プリズムアレイを備えており、両プリズムアレイのプリ
ズム配列方向は互いに平行となっている。しかして、光
入射側に位置するプリズムアレイを光線が通過すると、
そのプリズム作用によって光線が屈折する。プリズムア
レイにおける屈折によって光線の方向は入射前の光線の
方向から変化する。光線の方向が変化しているので、光
入射側のプリズムアレイを通過して光出射側のプリズム
アレイに入射するまでに光は次第に元の光線方向の延長
上から外れてゆく。こうして元の光線方向の延長上から
外れた光線が光出射側のプリズムアレイを通過した後に
は元の光線方向と平行となるように設計しておけば、光
路変換光学素子を通過することによって、光線は平行に
シフトする。
プリズムアレイを備えており、両プリズムアレイのプリ
ズム配列方向は互いに平行となっている。しかして、光
入射側に位置するプリズムアレイを光線が通過すると、
そのプリズム作用によって光線が屈折する。プリズムア
レイにおける屈折によって光線の方向は入射前の光線の
方向から変化する。光線の方向が変化しているので、光
入射側のプリズムアレイを通過して光出射側のプリズム
アレイに入射するまでに光は次第に元の光線方向の延長
上から外れてゆく。こうして元の光線方向の延長上から
外れた光線が光出射側のプリズムアレイを通過した後に
は元の光線方向と平行となるように設計しておけば、光
路変換光学素子を通過することによって、光線は平行に
シフトする。
【0030】このようなプリズムアレイを用いた光路変
換光学素子を用いると、光路変換光学素子に入射した光
はプリズムアレイにより分割され、各分割領域毎に平行
にシフトしてシャッフル(並び替え)されるので、入射
前には光束の光強度分布が不均一であっても、光路変換
光学素子を通過することによって光強度分布が均一化さ
れる。
換光学素子を用いると、光路変換光学素子に入射した光
はプリズムアレイにより分割され、各分割領域毎に平行
にシフトしてシャッフル(並び替え)されるので、入射
前には光束の光強度分布が不均一であっても、光路変換
光学素子を通過することによって光強度分布が均一化さ
れる。
【0031】しかも、光路変換光学素子のいずれの領域
に入射した光も元の光線方向と平行にシフトするように
できるので、従来のインテグレータレンズ等を用いた光
学系のように光路変換光学素子を通過することによって
光の広がり角が大きくなることもない。
に入射した光も元の光線方向と平行にシフトするように
できるので、従来のインテグレータレンズ等を用いた光
学系のように光路変換光学素子を通過することによって
光の広がり角が大きくなることもない。
【0032】従って、本発明の光路変換光学素子によれ
ば、光の広がり角を大きくすることなく光強度分布や輝
度分布を均一化することができる。しかも、インテグレ
ータレンズ等を用いた光学系に比べて構成を簡単にでき
るので、光強度分布を均一化するための光学系を薄くで
き、コストも安価にできる。
ば、光の広がり角を大きくすることなく光強度分布や輝
度分布を均一化することができる。しかも、インテグレ
ータレンズ等を用いた光学系に比べて構成を簡単にでき
るので、光強度分布を均一化するための光学系を薄くで
き、コストも安価にできる。
【0033】また、両プリズムアレイ間の外周を囲むよ
うに光反射面を形成したり、両プリズムアレイ間の外周
面で光が全反射するようにすれば、プリズムアレイ間か
らの光の漏れを防止し、光利用効率を高めて輝度を高く
するすることができる。
うに光反射面を形成したり、両プリズムアレイ間の外周
面で光が全反射するようにすれば、プリズムアレイ間か
らの光の漏れを防止し、光利用効率を高めて輝度を高く
するすることができる。
【0034】請求項6に記載したように、プリズムアレ
イが同じ方向を向いている場合には、光入射側に位置す
るプリズムアレイのプリズム底角を35゜〜45゜と
し、光出射側に位置するプリズムアレイのプリズム底角
を60゜〜70゜とすることにより、光路変換光学素子
の効率を高くすることができる。同じように、プリズム
アレイどうしが背向している場合には、両プリズムアレ
イのプリズム底角を60゜以上とすることにより、光路
変換光学素子の効率を高くすることができる。
イが同じ方向を向いている場合には、光入射側に位置す
るプリズムアレイのプリズム底角を35゜〜45゜と
し、光出射側に位置するプリズムアレイのプリズム底角
を60゜〜70゜とすることにより、光路変換光学素子
の効率を高くすることができる。同じように、プリズム
アレイどうしが背向している場合には、両プリズムアレ
イのプリズム底角を60゜以上とすることにより、光路
変換光学素子の効率を高くすることができる。
【0035】また、本発明の光路変換器にあっては、本
発明の光路変換光学素子を複数個配列しているので、光
強度分布や輝度分布を均一化する効果をより高くするこ
とができる。特に、各光路変換光学素子のプリズム配列
方向を異ならせておくことにより、光強度分布や輝度分
布を2次元的に均一化することができる。
発明の光路変換光学素子を複数個配列しているので、光
強度分布や輝度分布を均一化する効果をより高くするこ
とができる。特に、各光路変換光学素子のプリズム配列
方向を異ならせておくことにより、光強度分布や輝度分
布を2次元的に均一化することができる。
【0036】さらに、本発明の光路変換光学素子を光投
射器や画像表示装置に用いることにより、輝度分布を均
一にし、しかも輝度を高くすることができる。
射器や画像表示装置に用いることにより、輝度分布を均
一にし、しかも輝度を高くすることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】 (第1の実施形態)図6は本発明の一実施形態による光
路変換光学素子31の構成を示す概略側面図である。こ
の実施形態にあっては、光路変換光学素子31は2枚の
プリズムアレイ平板32,35から構成されている。プ
リズムアレイ平板32は、図7に示すように、片面が第
1の平面33で構成され、もう一方の片面が一次元状の
プリズムが配列した第1のプリズムアレイ34によって
構成されている。同様に、プリズムアレイ平板35は、
片面が第2の平面36で構成され、もう一方の片面が一
次元状のプリズムが配列した第2のプリズムアレイ37
によって構成されている。第1のプリズムアレイ34及
び第1の平面33を有するプリズムアレイ平板32は光
入射側に配置され、第2のプリズムアレイ37及び第2
の平面36を有するプリズムアレイ平板35は光出射側
に配置されており、光入射側に配置されたプリズムアレ
イ平板32に設けられた第1のプリズムアレイ34と光
出射側に配置されたプリズムアレイ平板35の第2の平
面36とが対向している。プリズムアレイ平板32,3
5はガラス、透明樹脂あるいはその複合体によって形成
されている。第1及び第2の両プリズムアレイ34,3
7に形成されているプリズムのピッチは等しくなってお
り、両プリズムアレイ34,37のプリズム配列方向が
等しくなるように配置されている。なお、説明を簡単に
するために、両プリズムアレイ平板32,35の屈折率
nは等しいものとするが、必ずしも屈折率の等しい材料
を用いる必要はない。
路変換光学素子31の構成を示す概略側面図である。こ
の実施形態にあっては、光路変換光学素子31は2枚の
プリズムアレイ平板32,35から構成されている。プ
リズムアレイ平板32は、図7に示すように、片面が第
1の平面33で構成され、もう一方の片面が一次元状の
プリズムが配列した第1のプリズムアレイ34によって
構成されている。同様に、プリズムアレイ平板35は、
片面が第2の平面36で構成され、もう一方の片面が一
次元状のプリズムが配列した第2のプリズムアレイ37
によって構成されている。第1のプリズムアレイ34及
び第1の平面33を有するプリズムアレイ平板32は光
入射側に配置され、第2のプリズムアレイ37及び第2
の平面36を有するプリズムアレイ平板35は光出射側
に配置されており、光入射側に配置されたプリズムアレ
イ平板32に設けられた第1のプリズムアレイ34と光
出射側に配置されたプリズムアレイ平板35の第2の平
面36とが対向している。プリズムアレイ平板32,3
5はガラス、透明樹脂あるいはその複合体によって形成
されている。第1及び第2の両プリズムアレイ34,3
7に形成されているプリズムのピッチは等しくなってお
り、両プリズムアレイ34,37のプリズム配列方向が
等しくなるように配置されている。なお、説明を簡単に
するために、両プリズムアレイ平板32,35の屈折率
nは等しいものとするが、必ずしも屈折率の等しい材料
を用いる必要はない。
【0038】しかして、図8に示すように、光軸と平行
な光線rが第1の平面33からプリズムアレイ平板32
内に入射すると、この光線rは第1のプリズムアレイ3
4から出射される際に屈折され、第2の平面36から光
出射側に配置されているプリズムアレイ平板35内へ斜
め入射する。プリズムアレイ平板35内に入射した光線
rは、第2の平面36へ斜め入射する際にも偏向し、第
2のプリズムアレイ37を通って出射する際にも偏向す
る。ここで、第1のプリズムアレイ34を通過する際に
通る領域の傾斜方向と第2のプリズムアレイ37を通過
する際に通る領域の傾斜方向とは傾きが逆になるよう、
第1のプリズムアレイ34と第2のプリズムアレイ37
が配置されており、第1及び第2のプリズムアレイ3
4,37の形状(プリズム底角α,β)は、両プリズム
アレイ平板32,35を通過した光が元のように光軸と
平行に出射するよう設計されている。すなわち、光軸と
平行な光線rは平行にシフトするだけで光路変換光学素
子31を通過した後も光線方向が変化せず、光の広がり
角が非常に小さくなる。また、図8に示すように、光軸
と平行に入射した光は、第1のプリズムアレイ34によ
りプリズム領域毎に分割され、各領域を通過する光線r
毎に平行シフトして光軸と垂直な方向へ並べ替え(シャ
ッフル)られるので、例えば図2(a)に示したような
不均一な光強度分布を有する光線が光路変換光学素子3
1を通過すると、光軸からの距離をシャッフルされるよ
うに光路変換される結果、光強度分布が均一化される。
従って、このような光路変換光学素子31を用いること
により、光の広がり角を大きくすることなく、光強度分
布を均一化することができる。
な光線rが第1の平面33からプリズムアレイ平板32
内に入射すると、この光線rは第1のプリズムアレイ3
4から出射される際に屈折され、第2の平面36から光
出射側に配置されているプリズムアレイ平板35内へ斜
め入射する。プリズムアレイ平板35内に入射した光線
rは、第2の平面36へ斜め入射する際にも偏向し、第
2のプリズムアレイ37を通って出射する際にも偏向す
る。ここで、第1のプリズムアレイ34を通過する際に
通る領域の傾斜方向と第2のプリズムアレイ37を通過
する際に通る領域の傾斜方向とは傾きが逆になるよう、
第1のプリズムアレイ34と第2のプリズムアレイ37
が配置されており、第1及び第2のプリズムアレイ3
4,37の形状(プリズム底角α,β)は、両プリズム
アレイ平板32,35を通過した光が元のように光軸と
平行に出射するよう設計されている。すなわち、光軸と
平行な光線rは平行にシフトするだけで光路変換光学素
子31を通過した後も光線方向が変化せず、光の広がり
角が非常に小さくなる。また、図8に示すように、光軸
と平行に入射した光は、第1のプリズムアレイ34によ
りプリズム領域毎に分割され、各領域を通過する光線r
毎に平行シフトして光軸と垂直な方向へ並べ替え(シャ
ッフル)られるので、例えば図2(a)に示したような
不均一な光強度分布を有する光線が光路変換光学素子3
1を通過すると、光軸からの距離をシャッフルされるよ
うに光路変換される結果、光強度分布が均一化される。
従って、このような光路変換光学素子31を用いること
により、光の広がり角を大きくすることなく、光強度分
布を均一化することができる。
【0039】(光路変換の条件)上記のような光路変換
光学素子31において、光の広がり角を大きくすること
なく、光路変換するための条件を求める。まず、光入射
側に配置されたプリズムアレイ平板32に入射した光線
rが第1のプリズムアレイ34で全反射されない条件が
必要となる。これが次の式である。 α<θc=sin-1(1/n) … 但し、αは第1のプリズムアレイ34のプリズム底角、
n(>1)はプリズムアレイ平板32の屈折率、θcは
全反射の臨界角である。
光学素子31において、光の広がり角を大きくすること
なく、光路変換するための条件を求める。まず、光入射
側に配置されたプリズムアレイ平板32に入射した光線
rが第1のプリズムアレイ34で全反射されない条件が
必要となる。これが次の式である。 α<θc=sin-1(1/n) … 但し、αは第1のプリズムアレイ34のプリズム底角、
n(>1)はプリズムアレイ平板32の屈折率、θcは
全反射の臨界角である。
【0040】同じく、光出射側に配置されたプリズムア
レイ平板35の第2のプリズムアレイ37で全反射され
ない条件は、次の式となる。 β−θ2<θc=sin-1(1/n) … 但し、βは第2のプリズムアレイ37のプリズム底角、
θ2は第2の平面36における光の出射角、nはプリズ
ムアレイ平板35の屈折率、θcは全反射の臨界角であ
る。
レイ平板35の第2のプリズムアレイ37で全反射され
ない条件は、次の式となる。 β−θ2<θc=sin-1(1/n) … 但し、βは第2のプリズムアレイ37のプリズム底角、
θ2は第2の平面36における光の出射角、nはプリズ
ムアレイ平板35の屈折率、θcは全反射の臨界角であ
る。
【0041】次に、第2のプリズムアレイ37から出射
した光線rが元の光線方向と平行になる条件は、図8の
光線図から求められるように、次の〜式で表わされ
る。 sinγ=n・sinα … sin(γ−α)=n・sinθ2 … n・sin(β−θ2)=sinβ … この〜式からは、γ及びθ2を消去することによっ
てαとβの関係式が得られる。従って、式及び式を
満たす範囲内でαとβに一定の関係を持たせることによ
り目的とする光路変換光学素子31を得ることができ
る。
した光線rが元の光線方向と平行になる条件は、図8の
光線図から求められるように、次の〜式で表わされ
る。 sinγ=n・sinα … sin(γ−α)=n・sinθ2 … n・sin(β−θ2)=sinβ … この〜式からは、γ及びθ2を消去することによっ
てαとβの関係式が得られる。従って、式及び式を
満たす範囲内でαとβに一定の関係を持たせることによ
り目的とする光路変換光学素子31を得ることができ
る。
【0042】さらには、光路変換光学素子31の効果を
最も高効率とするためには、第1のプリズムアレイ34
における1つの傾斜領域を通過してプリズムアレイ平板
32から出射した光線rが、第2のプリズムアレイ37
においても1つの傾斜領域だけを通過するようにする必
要がある。つまり、第1のプリズムアレイ34のある傾
斜領域を通過した光線rの一部が、第2のプリズムアレ
イ37において同じ向きの傾斜領域を通過すると、その
光線rは光軸から外れた方向へ出射され、効率が低下す
る。このためには第2のプリズムアレイ37に入射する
光線rの光軸となす角度θ2を第2のプリズムアレイ3
7の傾斜面が光軸となす角度(90゜−β)よりも大き
くし、次の式を満たすようにする必要がある。 θ2>90゜−β …
最も高効率とするためには、第1のプリズムアレイ34
における1つの傾斜領域を通過してプリズムアレイ平板
32から出射した光線rが、第2のプリズムアレイ37
においても1つの傾斜領域だけを通過するようにする必
要がある。つまり、第1のプリズムアレイ34のある傾
斜領域を通過した光線rの一部が、第2のプリズムアレ
イ37において同じ向きの傾斜領域を通過すると、その
光線rは光軸から外れた方向へ出射され、効率が低下す
る。このためには第2のプリズムアレイ37に入射する
光線rの光軸となす角度θ2を第2のプリズムアレイ3
7の傾斜面が光軸となす角度(90゜−β)よりも大き
くし、次の式を満たすようにする必要がある。 θ2>90゜−β …
【0043】上記〜式を満たすα、βの範囲を屈折
率nの関数として示したものが図9である。この図9か
ら分かるように、屈折率nが1.46〜1.59の範囲に
あるとすると、第1のプリズムアレイ34のプリズム底
角αは35゜〜45゜の範囲内に設定する必要がある。
また、第2のプリズムアレイ37のプリズム底角βは6
0゜〜70゜の範囲に設定する必要がある。
率nの関数として示したものが図9である。この図9か
ら分かるように、屈折率nが1.46〜1.59の範囲に
あるとすると、第1のプリズムアレイ34のプリズム底
角αは35゜〜45゜の範囲内に設定する必要がある。
また、第2のプリズムアレイ37のプリズム底角βは6
0゜〜70゜の範囲に設定する必要がある。
【0044】(第2の実施形態)図10に示す光路変換
光学素子38は第1の実施形態の変形であって、一方の
プリズムアレイ平板32に形成された第1のプリズムア
レイ34を、プリズムアレイ平板32の屈折率nよりも
低屈折率の透明樹脂や透明接着剤等の低屈折率材料39
で充填して平坦化し、当該低屈折率材料39の上に他方
のプリズムアレイ平板35の第2の平面36を貼り合わ
せている。
光学素子38は第1の実施形態の変形であって、一方の
プリズムアレイ平板32に形成された第1のプリズムア
レイ34を、プリズムアレイ平板32の屈折率nよりも
低屈折率の透明樹脂や透明接着剤等の低屈折率材料39
で充填して平坦化し、当該低屈折率材料39の上に他方
のプリズムアレイ平板35の第2の平面36を貼り合わ
せている。
【0045】(第3の実施形態)図11に示す光路変換
光学素子40も第1の実施形態の変形であって、一方の
プリズムアレイ平板32の第1のプリズムアレイ34に
直接に他方のプリズムアレイ平板35を成形している。
この光路変換光学素子40では、プリズムアレイ平板3
5の外周面41へシフトした光線は、プリズムアレイ平
板35の外周面41で全反射によって折り返され、第2
のプリズムアレイ37から外部へ出射されるので、光利
用効率を向上させて光量ロスを低減することができる。
なお、プリズムアレイ平板35の外周面41にはAl蒸
着膜や光学多層膜等によって反射膜を形成してもよい。
光学素子40も第1の実施形態の変形であって、一方の
プリズムアレイ平板32の第1のプリズムアレイ34に
直接に他方のプリズムアレイ平板35を成形している。
この光路変換光学素子40では、プリズムアレイ平板3
5の外周面41へシフトした光線は、プリズムアレイ平
板35の外周面41で全反射によって折り返され、第2
のプリズムアレイ37から外部へ出射されるので、光利
用効率を向上させて光量ロスを低減することができる。
なお、プリズムアレイ平板35の外周面41にはAl蒸
着膜や光学多層膜等によって反射膜を形成してもよい。
【0046】(第4の実施形態)図12に示す光路変換
光学素子42も第1の実施形態の変形であって、プリズ
ムアレイ平板32とプリズムアレイ平板35を空間を隔
てて対向させ、両プリズムアレイ平板32,35間の空
間を囲むようにして枠状の光反射板(内面鏡)43を設
けている。こうしてプリズムアレイ平板32,35間に
光反射板43を設けることにより、プリズムアレイ平板
32から斜め方向へ出射した光線を光反射板43によっ
て反射させることができ、光の漏れを防止して光利用効
率を向上させることができる。また、光反射板43によ
って両プリズムアレイ平板32,35を一体化すること
ができる。
光学素子42も第1の実施形態の変形であって、プリズ
ムアレイ平板32とプリズムアレイ平板35を空間を隔
てて対向させ、両プリズムアレイ平板32,35間の空
間を囲むようにして枠状の光反射板(内面鏡)43を設
けている。こうしてプリズムアレイ平板32,35間に
光反射板43を設けることにより、プリズムアレイ平板
32から斜め方向へ出射した光線を光反射板43によっ
て反射させることができ、光の漏れを防止して光利用効
率を向上させることができる。また、光反射板43によ
って両プリズムアレイ平板32,35を一体化すること
ができる。
【0047】(第5の実施形態)図13は本発明のさら
に別な実施形態による光路変換光学素子44を示す概略
側面図である。この光路変換光学素子44は屈折率nの
平板45の表裏両面に同じピッチで配列されたプリズム
からなる第1及び第2のプリズムアレイ34,37を形
成したものであって、両プリズムアレイ34,37のプ
リズム底角αは60゜以上となっている。
に別な実施形態による光路変換光学素子44を示す概略
側面図である。この光路変換光学素子44は屈折率nの
平板45の表裏両面に同じピッチで配列されたプリズム
からなる第1及び第2のプリズムアレイ34,37を形
成したものであって、両プリズムアレイ34,37のプ
リズム底角αは60゜以上となっている。
【0048】しかして、図13に示すように、光軸と平
行に第1のプリズムアレイ34に入射した光線rは第1
のプリズムアレイ34で屈折して平板45内に入射し、
第2のプリズムアレイ37から出射する。ここで、光線
rが第1のプリズムアレイ34を通過するときの傾斜領
域と第2のプリズムアレイ37を通過する傾斜領域とが
平行となるように平板45の厚みと第1及び第2のプリ
ズムアレイ34,37の位置を定めてあれば、第1及び
第2のプリズムアレイ34,37のプリズム底角αが互
いに等しいので、光軸と平行に入射した光線rは光軸と
垂直な方向へシフトして光軸と平行に出射される。従っ
て、この光路変換光学素子44にあっても、光線の広が
り角を大きくすることなく、光強度分布を均一化するこ
とができる。
行に第1のプリズムアレイ34に入射した光線rは第1
のプリズムアレイ34で屈折して平板45内に入射し、
第2のプリズムアレイ37から出射する。ここで、光線
rが第1のプリズムアレイ34を通過するときの傾斜領
域と第2のプリズムアレイ37を通過する傾斜領域とが
平行となるように平板45の厚みと第1及び第2のプリ
ズムアレイ34,37の位置を定めてあれば、第1及び
第2のプリズムアレイ34,37のプリズム底角αが互
いに等しいので、光軸と平行に入射した光線rは光軸と
垂直な方向へシフトして光軸と平行に出射される。従っ
て、この光路変換光学素子44にあっても、光線の広が
り角を大きくすることなく、光強度分布を均一化するこ
とができる。
【0049】ここで、第1のプリズムアレイ34の1つ
の傾斜領域で屈折した光線が、第2のプリズムアレイ3
7の同じ傾きの傾斜領域へ入射して光軸と平行に出射さ
れる条件は、次の式で表される。 θ2>90゜−α … ただし、第1のプリズムアレイ34における光線rの出
射角をθ2、第1及び第2のプリズムアレイのプリズム
底角をαとした。ここで、出射角θ2は、 θ2=α−sin-1(sinα/n) … であるから、上記式は、 α−sin-1(sinα/n)>90゜−α と書くことができる。このプリズム底角αの範囲を屈折
率nの関数として示したものが図14である。図14か
ら分かるように、屈折率nが1.6よりも小さいとする
と、プリズム底角αの範囲は、先に述べたように60゜
以上となる。
の傾斜領域で屈折した光線が、第2のプリズムアレイ3
7の同じ傾きの傾斜領域へ入射して光軸と平行に出射さ
れる条件は、次の式で表される。 θ2>90゜−α … ただし、第1のプリズムアレイ34における光線rの出
射角をθ2、第1及び第2のプリズムアレイのプリズム
底角をαとした。ここで、出射角θ2は、 θ2=α−sin-1(sinα/n) … であるから、上記式は、 α−sin-1(sinα/n)>90゜−α と書くことができる。このプリズム底角αの範囲を屈折
率nの関数として示したものが図14である。図14か
ら分かるように、屈折率nが1.6よりも小さいとする
と、プリズム底角αの範囲は、先に述べたように60゜
以上となる。
【0050】図15は上記のような光路変換光学素子4
4によって光強度分布が均一化される原理を説明する図
である。図15(a)は光路変換光学素子44に入射す
る前の光の不均一な光強度分布を示す。図15(b)は
光路変換光学素子44を通過して図上左方向へシフトす
る光線と図上右方向へシフトする光線を示し、図15
(c)(d)はそれぞれ左方向へシフトした光線と右方
向へシフトした光線による光強度分布を示す。図15
(e)は図15(c)と図15(d)の光強度分布を合
成したものであって、光路変換光学素子を通過した光の
強度分布を示している。
4によって光強度分布が均一化される原理を説明する図
である。図15(a)は光路変換光学素子44に入射す
る前の光の不均一な光強度分布を示す。図15(b)は
光路変換光学素子44を通過して図上左方向へシフトす
る光線と図上右方向へシフトする光線を示し、図15
(c)(d)はそれぞれ左方向へシフトした光線と右方
向へシフトした光線による光強度分布を示す。図15
(e)は図15(c)と図15(d)の光強度分布を合
成したものであって、光路変換光学素子を通過した光の
強度分布を示している。
【0051】図15に沿って均一化される様子を説明す
る。図15(a)のような光強度分布47を有する光が
光路変換光学素子44によって左方向へシフトされる
と、図15(a)の光強度分布47がそのまま左方向へ
シフトしたようになるが、第1のプリズムアレイ34の
左端部で左方向へ屈折した光は光路変換光学素子44の
外周面46で全反射して右方向へ戻る結果、光強度分布
48aは図15(c)における破線部分が二つに折り返
されて実線で示したようになる。同様に、光路変換光学
素子44によって右方向へシフトした光の光強度分布4
8bは図15(d)に示したようになる。この左方向に
シフトした光と右方向にシフトした光が、光路変換光学
素子44から出射される結果、光路変換光学素子44か
ら出射される光の光強度分布は、図15(c)(d)の
重ね合せとして図15(e)に示すような均一な光強度
分布49となる。
る。図15(a)のような光強度分布47を有する光が
光路変換光学素子44によって左方向へシフトされる
と、図15(a)の光強度分布47がそのまま左方向へ
シフトしたようになるが、第1のプリズムアレイ34の
左端部で左方向へ屈折した光は光路変換光学素子44の
外周面46で全反射して右方向へ戻る結果、光強度分布
48aは図15(c)における破線部分が二つに折り返
されて実線で示したようになる。同様に、光路変換光学
素子44によって右方向へシフトした光の光強度分布4
8bは図15(d)に示したようになる。この左方向に
シフトした光と右方向にシフトした光が、光路変換光学
素子44から出射される結果、光路変換光学素子44か
ら出射される光の光強度分布は、図15(c)(d)の
重ね合せとして図15(e)に示すような均一な光強度
分布49となる。
【0052】(第6の実施形態)図16に示す光路変換
光学素子50は第5の実施形態の変形であって、同じ屈
折率n2(>1)と等しいプリズム底角αを有するプリ
ズムアレイ平板51,52をパターン側を対向させてプ
リズムアレイ平板51,52の屈折率n2よりも大きな
屈折率n1(>n2>1)の紫外線硬化型などの透明樹脂
や透明接着剤等からなるバインダー部53によって接合
一体化したものである。この光路変換光学素子50にあ
っては、一方のプリズムアレイ平板51とバインダー部
53との界面に第1のプリズムアレイ34が形成され、
バインダー部53と他方のプリズムアレイ平板52との
界面に第2のプリズムアレイ37が形成される。
光学素子50は第5の実施形態の変形であって、同じ屈
折率n2(>1)と等しいプリズム底角αを有するプリ
ズムアレイ平板51,52をパターン側を対向させてプ
リズムアレイ平板51,52の屈折率n2よりも大きな
屈折率n1(>n2>1)の紫外線硬化型などの透明樹脂
や透明接着剤等からなるバインダー部53によって接合
一体化したものである。この光路変換光学素子50にあ
っては、一方のプリズムアレイ平板51とバインダー部
53との界面に第1のプリズムアレイ34が形成され、
バインダー部53と他方のプリズムアレイ平板52との
界面に第2のプリズムアレイ37が形成される。
【0053】この光路変換光学素子50にあっても、第
5の実施形態と同様な条件のもとでは、同じような光路
をたどって光軸に平行な光線は光軸に平行なシフト光線
として出射される。
5の実施形態と同様な条件のもとでは、同じような光路
をたどって光軸に平行な光線は光軸に平行なシフト光線
として出射される。
【0054】なお、この実施形態は屈折率n1の第5の
実施形態の平板(バインダー部)に形成されている第1
のプリズムアレイと第2のプリズムアレイを、平板の屈
折率n1よりも屈折率の小さな透明材料で充填して平坦
化した実施形態であるということもできる。
実施形態の平板(バインダー部)に形成されている第1
のプリズムアレイと第2のプリズムアレイを、平板の屈
折率n1よりも屈折率の小さな透明材料で充填して平坦
化した実施形態であるということもできる。
【0055】(第7の実施形態)図17に示す光路変換
光学素子54は第5の実施形態と類似した実施形態であ
る。この実施形態は、第1のプリズムアレイ34を備え
たプリズムアレイ平板51と第2のプリズムアレイ37
を備えたプリズムアレイ平板52とを、第1及び第2の
プリズムアレイ34,37どうしが背向するように配置
し、両プリズムアレイ平板51,52間の空間の周囲を
光反射板43によって枠状に囲んだものである。この実
施形態にあっても、光反射板43によって光線を反射さ
せることができるので、プリズムアレイ平板51,52
間の空間から光が漏れることがなく、光量ロスを低減で
きる。
光学素子54は第5の実施形態と類似した実施形態であ
る。この実施形態は、第1のプリズムアレイ34を備え
たプリズムアレイ平板51と第2のプリズムアレイ37
を備えたプリズムアレイ平板52とを、第1及び第2の
プリズムアレイ34,37どうしが背向するように配置
し、両プリズムアレイ平板51,52間の空間の周囲を
光反射板43によって枠状に囲んだものである。この実
施形態にあっても、光反射板43によって光線を反射さ
せることができるので、プリズムアレイ平板51,52
間の空間から光が漏れることがなく、光量ロスを低減で
きる。
【0056】(第8の実施形態)図18は本発明のさら
に別な実施形態による光路変換光学素子55を示す概略
側面図である。この光路変換光学素子55は、平板56
に第1のプリズムアレイ34を形成したプリズムアレイ
平板57と平板56に第2のプリズムアレイ37を形成
したプリズムアレイ平板58とを、第1のプリズムアレ
イ34と第2のプリズムアレイ37を対向させるように
配置したものである。両プリズムアレイ平板57,58
の屈折率n(>1)とプリズムピッチは等しくなってい
る。
に別な実施形態による光路変換光学素子55を示す概略
側面図である。この光路変換光学素子55は、平板56
に第1のプリズムアレイ34を形成したプリズムアレイ
平板57と平板56に第2のプリズムアレイ37を形成
したプリズムアレイ平板58とを、第1のプリズムアレ
イ34と第2のプリズムアレイ37を対向させるように
配置したものである。両プリズムアレイ平板57,58
の屈折率n(>1)とプリズムピッチは等しくなってい
る。
【0057】このような構成の光路変換光学素子55に
おいても、光軸と平行に入射した光線は光軸と平行なシ
フト光線として出射されるので、光線の広がり角を大き
くすることなく、光強度分布を均一化することができ
る。
おいても、光軸と平行に入射した光線は光軸と平行なシ
フト光線として出射されるので、光線の広がり角を大き
くすることなく、光強度分布を均一化することができ
る。
【0058】(第9の実施形態)図19に示す光路変換
光学素子59は、第8の実施形態の変形であって、プリ
ズムアレイ平板57に設けた第1のプリズムアレイ34
をプリズムアレイ平板57の屈折率nよりも屈折率の小
さな透明材料60によって充填して平坦化し、プリズム
アレイ平板58に設けた第2のプリズムアレイ37をプ
リズムアレイ平板58の屈折率nよりも屈折率の小さな
透明材料60によって充填して平坦化し、両プリズムア
レイ平板57,58間の空間の外周を光反射板43によ
って枠状に囲んだものである。
光学素子59は、第8の実施形態の変形であって、プリ
ズムアレイ平板57に設けた第1のプリズムアレイ34
をプリズムアレイ平板57の屈折率nよりも屈折率の小
さな透明材料60によって充填して平坦化し、プリズム
アレイ平板58に設けた第2のプリズムアレイ37をプ
リズムアレイ平板58の屈折率nよりも屈折率の小さな
透明材料60によって充填して平坦化し、両プリズムア
レイ平板57,58間の空間の外周を光反射板43によ
って枠状に囲んだものである。
【0059】(第10の実施形態)図20に示す光路変
換光学素子61も第8の実施形態の変形であって、一方
のプリズムアレイ平板57の第1のプリズムアレイ34
と他方のプリズムアレイ平板58の第2のプリズムアレ
イ37アレイとの間に、プリズムアレイ平板57,58
の屈折率n1よりも小さな屈折率n2の透明材料60を充
填して平坦化すると共に透明材料60によって両プリズ
ムアレイ平板57,58を一体化したものである。
換光学素子61も第8の実施形態の変形であって、一方
のプリズムアレイ平板57の第1のプリズムアレイ34
と他方のプリズムアレイ平板58の第2のプリズムアレ
イ37アレイとの間に、プリズムアレイ平板57,58
の屈折率n1よりも小さな屈折率n2の透明材料60を充
填して平坦化すると共に透明材料60によって両プリズ
ムアレイ平板57,58を一体化したものである。
【0060】なお、この実施形態は、屈折率n2の平板
の両面に形成された第1のプリズムアレイ34と第2の
プリズムアレイ37に、平板の屈折率n2よりも大きな
屈折率n1の透明材料を充填して平坦化した実施形態で
あるということもできる。
の両面に形成された第1のプリズムアレイ34と第2の
プリズムアレイ37に、平板の屈折率n2よりも大きな
屈折率n1の透明材料を充填して平坦化した実施形態で
あるということもできる。
【0061】(第11の実施形態)図21は本発明のさ
らに別な実施形態による光路変換器62を示す概略側面
図である。この光路変換器62にあっては、本発明にか
かる第1の光路変換光学素子63と第2の光路変換素子
64が光路に沿って配列されており、両光路変換光学素
子63,64のプリズム配列方向が互いに平行となるよ
うに配置されている。このように複数の光路変換光学素
子63,64を用いることにより、第1の光路変換光学
素子63で光強度分布の均一化が不十分な場合には、第
2の光路変換光学素子64で光強度分布の均一化を高め
ることができる。
らに別な実施形態による光路変換器62を示す概略側面
図である。この光路変換器62にあっては、本発明にか
かる第1の光路変換光学素子63と第2の光路変換素子
64が光路に沿って配列されており、両光路変換光学素
子63,64のプリズム配列方向が互いに平行となるよ
うに配置されている。このように複数の光路変換光学素
子63,64を用いることにより、第1の光路変換光学
素子63で光強度分布の均一化が不十分な場合には、第
2の光路変換光学素子64で光強度分布の均一化を高め
ることができる。
【0062】第1の光路変換光学素子63は、光軸と平
行に入射する入射光束の有効エリア幅をLとするとき、
L/4だけ光線をシフトさせる働きをする。また、第2
の光路変換光学素子64は、L/8だけ光線をシフトさ
せる働きをする。しかして、例えば図22(a)に示す
ように光強度分布が不均一な光束が第1の光路変換光学
素子63に入射すると、第1の光路変換光学素子63を
通過後には、図22(b)に示すように光強度分布の均
一化が図られる。しかし、第1の光路変換光学素子63
を通過した後も、光強度分布にはL/2の周期の不均一
さが残る。このL/2の周期の不均一さは、第1の光路
変換光学素子63の1/2のシフト量となるように設計
された第2の光路変換光学素子64によって均一化さ
れ、第2の光路変換光学素子64を通過した後の光束
は、図22(c)に示すように均一な光強度分布とな
る。
行に入射する入射光束の有効エリア幅をLとするとき、
L/4だけ光線をシフトさせる働きをする。また、第2
の光路変換光学素子64は、L/8だけ光線をシフトさ
せる働きをする。しかして、例えば図22(a)に示す
ように光強度分布が不均一な光束が第1の光路変換光学
素子63に入射すると、第1の光路変換光学素子63を
通過後には、図22(b)に示すように光強度分布の均
一化が図られる。しかし、第1の光路変換光学素子63
を通過した後も、光強度分布にはL/2の周期の不均一
さが残る。このL/2の周期の不均一さは、第1の光路
変換光学素子63の1/2のシフト量となるように設計
された第2の光路変換光学素子64によって均一化さ
れ、第2の光路変換光学素子64を通過した後の光束
は、図22(c)に示すように均一な光強度分布とな
る。
【0063】(第12の実施形態)図23は本発明のさ
らに別な実施形態による光路変換器65を示す斜視図で
ある。この光路変換器65にあっては、光路に沿って平
行に配列された第1の光路変換光学素子66と第2の光
路変換光学素子67のプリズム配列方向を互いに異なら
せている。特に、図23では両プリズム配列方向を互い
に直交させている。すなわち、第1の光路変換光学素子
66の両面にはプリズム配列方向が互いに互いに平行と
なるようにして第1のプリズムアレイ34と第2のプリ
ズムアレイ37が形成されており、第2の光路変換光学
素子67の両面にもプリズム配列方向が互いに平行とな
るようにして第3のプリズムアレイ68と第4のプリズ
ムアレイ69が形成されており、第1及び第2のプリズ
ムアレイ34,37のプリズム配列方向と第3及び第4
のプリズムアレイ68,69のプリズム配列方向とが直
交するように第1の光路変換光学素子66と第2の光路
変換光学素子67とが配置されている。また、図23で
は、第1及び第2の光路変換光学素子66,67間を空
間としているが、光路変換光学素子66,67よりも低
屈折率の透明な接着剤で埋めてもよい。
らに別な実施形態による光路変換器65を示す斜視図で
ある。この光路変換器65にあっては、光路に沿って平
行に配列された第1の光路変換光学素子66と第2の光
路変換光学素子67のプリズム配列方向を互いに異なら
せている。特に、図23では両プリズム配列方向を互い
に直交させている。すなわち、第1の光路変換光学素子
66の両面にはプリズム配列方向が互いに互いに平行と
なるようにして第1のプリズムアレイ34と第2のプリ
ズムアレイ37が形成されており、第2の光路変換光学
素子67の両面にもプリズム配列方向が互いに平行とな
るようにして第3のプリズムアレイ68と第4のプリズ
ムアレイ69が形成されており、第1及び第2のプリズ
ムアレイ34,37のプリズム配列方向と第3及び第4
のプリズムアレイ68,69のプリズム配列方向とが直
交するように第1の光路変換光学素子66と第2の光路
変換光学素子67とが配置されている。また、図23で
は、第1及び第2の光路変換光学素子66,67間を空
間としているが、光路変換光学素子66,67よりも低
屈折率の透明な接着剤で埋めてもよい。
【0064】しかして、この光路変換器65によれば、
第1の光路変換光学素子66による光線のシフト方向と
第2の光路変換光学素子67による光線のシフト方向と
が異なるので、光線を2次元的にシフト及び合成させて
光強度分布を2次元的に均一化することができる。
第1の光路変換光学素子66による光線のシフト方向と
第2の光路変換光学素子67による光線のシフト方向と
が異なるので、光線を2次元的にシフト及び合成させて
光強度分布を2次元的に均一化することができる。
【0065】(第13の実施形態)図24に示す光路変
換器70は第12の実施形態の変形であって、プリズム
配列方向が平行となるように対向した第1のプリズムア
レイ34と第2のプリズムアレイ37によって第1の光
路変換光学素子が構成され、プリズム配列方向が平行と
なるように対向した第3のプリズムアレイ68と第4の
プリズムアレイ69によって第2の光路変換光学素子が
構成されており、第1の光路変換光学素子のプリズム配
列方向と第2の光路変換光学素子のプリズム配列方向と
が直交している。具体的にいうと、第1の光路変換光学
素子の第1のプリズムアレイ34は外側の平板71の内
面に設けられ、第1の光路変換光学素子の第2のプリズ
ムアレイ37及び第2の光路変換光学素子の第3のプリ
ズムアレイ68は中央の平板72の両面に背中合せに、
かつプリズム配列方向が直交するように設けられ、第2
の光路変換光学素子の第4のプリズムアレイ69は外側
の平板73の内面に設けられており、外側の平板71か
ら外側の平板73にかけて外周を光反射板(図示せず)
により覆っている。このような構造の光路変換器70に
あっても、光線の広がり角を大きくすることなく、光強
度分布を2次元的に均一化することができる。
換器70は第12の実施形態の変形であって、プリズム
配列方向が平行となるように対向した第1のプリズムア
レイ34と第2のプリズムアレイ37によって第1の光
路変換光学素子が構成され、プリズム配列方向が平行と
なるように対向した第3のプリズムアレイ68と第4の
プリズムアレイ69によって第2の光路変換光学素子が
構成されており、第1の光路変換光学素子のプリズム配
列方向と第2の光路変換光学素子のプリズム配列方向と
が直交している。具体的にいうと、第1の光路変換光学
素子の第1のプリズムアレイ34は外側の平板71の内
面に設けられ、第1の光路変換光学素子の第2のプリズ
ムアレイ37及び第2の光路変換光学素子の第3のプリ
ズムアレイ68は中央の平板72の両面に背中合せに、
かつプリズム配列方向が直交するように設けられ、第2
の光路変換光学素子の第4のプリズムアレイ69は外側
の平板73の内面に設けられており、外側の平板71か
ら外側の平板73にかけて外周を光反射板(図示せず)
により覆っている。このような構造の光路変換器70に
あっても、光線の広がり角を大きくすることなく、光強
度分布を2次元的に均一化することができる。
【0066】(第14の実施形態)光線の広がり角を大
きくすることなく、光強度分布を2次元的に均一化する
ためには、図25に示すようにプラミッド形をした多数
のプリズム75を2次元状に配列したプリズムアレイ7
4を2つ備えた光路変換光学素子を用いてもよい。この
ような実施形態では、第13の実施形態による光路変換
器に比べて光量ロスがあるが、1つの光路変換光学素子
によって実現できるので、コンパクトにできる。
きくすることなく、光強度分布を2次元的に均一化する
ためには、図25に示すようにプラミッド形をした多数
のプリズム75を2次元状に配列したプリズムアレイ7
4を2つ備えた光路変換光学素子を用いてもよい。この
ような実施形態では、第13の実施形態による光路変換
器に比べて光量ロスがあるが、1つの光路変換光学素子
によって実現できるので、コンパクトにできる。
【0067】(第15の実施形態)図26は本発明の光
路変換光学素子を用いた光投射器76の構成を示す概略
図である。これは点光源77とレンズのようなコリメー
ト光学素子78と本発明の光路変換光学素子79とから
なる。そして、点光源77から出射された光線はコリメ
ート光学素子78によってコリメート光に変換され、光
路変換光学素子79によって光強度分布を均一化された
後、外部へ出射される。従って、この光投射器76によ
れば、均一な輝度分布のコリメート光を出射させること
ができる。
路変換光学素子を用いた光投射器76の構成を示す概略
図である。これは点光源77とレンズのようなコリメー
ト光学素子78と本発明の光路変換光学素子79とから
なる。そして、点光源77から出射された光線はコリメ
ート光学素子78によってコリメート光に変換され、光
路変換光学素子79によって光強度分布を均一化された
後、外部へ出射される。従って、この光投射器76によ
れば、均一な輝度分布のコリメート光を出射させること
ができる。
【0068】(第16の実施形態)図27は本発明の光
路変換光学素子を用いた別な光投射器80の構成を示す
概略図である。これは面光源81と本発明の光路変換光
学素子79とからなる。そして、面光源81から出射さ
れた光線は光路変換光学素子79によって光強度分布を
均一化された後、外部へ出射される。従って、この光投
射器77によっても、均一な輝度分布のコリメート光を
出射させることができる。
路変換光学素子を用いた別な光投射器80の構成を示す
概略図である。これは面光源81と本発明の光路変換光
学素子79とからなる。そして、面光源81から出射さ
れた光線は光路変換光学素子79によって光強度分布を
均一化された後、外部へ出射される。従って、この光投
射器77によっても、均一な輝度分布のコリメート光を
出射させることができる。
【0069】(第17の実施形態)図28は本発明の光
路変換光学素子を用いた画像表示装置82を示す一部破
断した拡大断面図である。この画像表示装置82にあっ
ては、液晶表示パネル83と光路変換光学素子84とを
一体的に構成している。液晶表示パネル83は、TFT
85や透明電極86を形成されたガラス基板87とブラ
ックマトリクス89やカラーフィルタ90、全面共通電
極91、配向膜92等を形成されたガラス基板93とを
対向させ、その間に液晶材料94を封止したものであ
る。光路変換光学素子84は、第1のプリズムアレイ3
4を形成された光入射側のプリズムアレイ平板95と第
2のプリズムアレイ37を形成された光出射側のプリズ
ムアレイ平板96とを対向させ、第1のプリズムアレイ
34と第2のプリズムアレイ37の間に低屈折率の透明
樹脂97を充填して両プリズムアレイ平板95,96を
一体化したものである。この光路変換光学素子84は、
光出射側のプリズムアレイ平板96の平面を液晶表示パ
ネル83の表面に積層されており、光入射側のプリズム
アレイ平板95の平面にはガラス基板98を積層してい
る。
路変換光学素子を用いた画像表示装置82を示す一部破
断した拡大断面図である。この画像表示装置82にあっ
ては、液晶表示パネル83と光路変換光学素子84とを
一体的に構成している。液晶表示パネル83は、TFT
85や透明電極86を形成されたガラス基板87とブラ
ックマトリクス89やカラーフィルタ90、全面共通電
極91、配向膜92等を形成されたガラス基板93とを
対向させ、その間に液晶材料94を封止したものであ
る。光路変換光学素子84は、第1のプリズムアレイ3
4を形成された光入射側のプリズムアレイ平板95と第
2のプリズムアレイ37を形成された光出射側のプリズ
ムアレイ平板96とを対向させ、第1のプリズムアレイ
34と第2のプリズムアレイ37の間に低屈折率の透明
樹脂97を充填して両プリズムアレイ平板95,96を
一体化したものである。この光路変換光学素子84は、
光出射側のプリズムアレイ平板96の平面を液晶表示パ
ネル83の表面に積層されており、光入射側のプリズム
アレイ平板95の平面にはガラス基板98を積層してい
る。
【0070】図29は上記画像表示装置82の機能ブロ
ック図である。電源99は入力インターフェイス回路1
00、ドライバ回路101及び面光源102に電力を供
給している。液晶表示パネル83はドライバ回路101
によって駆動されており、入力インターフェイス回路1
00に画像信号が送信されると、液晶表示パネル83の
各画素がオン/オフ制御されて画像パターンが生成す
る。また、面光源102が発光すると、面光源102か
ら出射された光は光路変換光学素子84によって光強度
分布を均一化された後、液晶表示パネル83に照射さ
れ、液晶表示パネル83の画素を透過した光によって画
像が生じる。
ック図である。電源99は入力インターフェイス回路1
00、ドライバ回路101及び面光源102に電力を供
給している。液晶表示パネル83はドライバ回路101
によって駆動されており、入力インターフェイス回路1
00に画像信号が送信されると、液晶表示パネル83の
各画素がオン/オフ制御されて画像パターンが生成す
る。また、面光源102が発光すると、面光源102か
ら出射された光は光路変換光学素子84によって光強度
分布を均一化された後、液晶表示パネル83に照射さ
れ、液晶表示パネル83の画素を透過した光によって画
像が生じる。
【0071】しかして、この画像表示装置82によれ
ば、光路変換光学素子によって液晶表示パネルの画面輝
度を均一化すると共に正面輝度の低下を防止できる。
ば、光路変換光学素子によって液晶表示パネルの画面輝
度を均一化すると共に正面輝度の低下を防止できる。
【0072】(第18の実施形態)図30は本発明の光
路変換光学素子84を用いた別な画像表示装置103を
示す一部破断した拡大断面図である。この画像表示装置
103にあっては、液晶表示パネル83と積層した光路
変換光学素子84において、液晶表示パネル83と対向
する面にマイクロレンズアレイ104を形成している。
しかして、面光源から光路変換光学素子84に入射した
光は、光路変換光学素子84によって光強度分布を均一
化された後、マイクロレンズ104によって液晶表示パ
ネル83の画素開口内に集光され、画素開口を通過して
液晶表示パネル83の前方へ出射される。
路変換光学素子84を用いた別な画像表示装置103を
示す一部破断した拡大断面図である。この画像表示装置
103にあっては、液晶表示パネル83と積層した光路
変換光学素子84において、液晶表示パネル83と対向
する面にマイクロレンズアレイ104を形成している。
しかして、面光源から光路変換光学素子84に入射した
光は、光路変換光学素子84によって光強度分布を均一
化された後、マイクロレンズ104によって液晶表示パ
ネル83の画素開口内に集光され、画素開口を通過して
液晶表示パネル83の前方へ出射される。
【0073】従って、この実施形態によれば、光の利用
効率を高くすることができ、高輝度で輝度分布が均一な
画像表示装置を製作することができる。
効率を高くすることができ、高輝度で輝度分布が均一な
画像表示装置を製作することができる。
【0074】(第19の実施形態)図31は本発明の光
路変換光学素子84を用いた液晶プロジェクタ105を
示す概略構成図である。この液晶プロジェクタ105に
あっては、ランプ106及び放物面状をしたリフレクタ
107からなるバックライト光源108の前方に光路変
換光学素子84(もしくは、光路変換器)及びマイクロ
レンズアレイ104を配置し、その前方に液晶表示パネ
ル83を配置し、その前方に投影レンズ109を配置し
ている。
路変換光学素子84を用いた液晶プロジェクタ105を
示す概略構成図である。この液晶プロジェクタ105に
あっては、ランプ106及び放物面状をしたリフレクタ
107からなるバックライト光源108の前方に光路変
換光学素子84(もしくは、光路変換器)及びマイクロ
レンズアレイ104を配置し、その前方に液晶表示パネ
ル83を配置し、その前方に投影レンズ109を配置し
ている。
【0075】しかして、ランプ106から後方へ出射さ
れてリフレクタ107で反射された光線rは略平行光と
して光路変換光学素子84に投射され、光路変換光学素
子84で光強度分布を均一化された後、マイクロレンズ
アレイ104で液晶表示パネル83の画素開口に集光さ
れる。液晶表示パネル83を通過した光線は投影レンズ
109を通してスクリーン110上に画像を生成する。
れてリフレクタ107で反射された光線rは略平行光と
して光路変換光学素子84に投射され、光路変換光学素
子84で光強度分布を均一化された後、マイクロレンズ
アレイ104で液晶表示パネル83の画素開口に集光さ
れる。液晶表示パネル83を通過した光線は投影レンズ
109を通してスクリーン110上に画像を生成する。
【0076】このような液晶プロジェクタ105にあっ
ては、均一で明るい画像を得ることができる。また、従
来の液晶プロジェクタのように、インテグレータレン
ズ、フィールドレンズ及びコンデンサレンズからなる複
雑な光学系が不要になり、コストを安価にすることがで
きる。
ては、均一で明るい画像を得ることができる。また、従
来の液晶プロジェクタのように、インテグレータレン
ズ、フィールドレンズ及びコンデンサレンズからなる複
雑な光学系が不要になり、コストを安価にすることがで
きる。
【0077】
【発明の効果】本発明の光路変換光学素子にあっては、
光束を分割して各分割された光束をシャフルすることが
できるので、光の広がり角を大きくすることなく、光強
度分布を均一化することができる。また、光路変換器は
複数の光路変換光学素子からなっているので、光強度分
布を均一化する効果をより高くでき、また2次元的に光
強度分布を均一化することも可能になる。従って、画像
表示装置等に用いることによって、輝度分布を均一化し
てムラのない画像を得ることができる。
光束を分割して各分割された光束をシャフルすることが
できるので、光の広がり角を大きくすることなく、光強
度分布を均一化することができる。また、光路変換器は
複数の光路変換光学素子からなっているので、光強度分
布を均一化する効果をより高くでき、また2次元的に光
強度分布を均一化することも可能になる。従って、画像
表示装置等に用いることによって、輝度分布を均一化し
てムラのない画像を得ることができる。
【図1】従来の液晶プロジェクタを示す概略構成図であ
る。
る。
【図2】(a)は同上の液晶プロジェクタにおいて液晶
表示パネルとバックライト光源との間に設けられている
光学系の働きを説明する図である。(b)は同上の光学
系に入射する前の光の光強度分布を示す図、(c)は同
上の光学系を通過した後の光の光強度分布を示す図であ
る。
表示パネルとバックライト光源との間に設けられている
光学系の働きを説明する図である。(b)は同上の光学
系に入射する前の光の光強度分布を示す図、(c)は同
上の光学系を通過した後の光の光強度分布を示す図であ
る。
【図3】従来の液晶表示装置の要部構成を示す一部破断
した斜視図である。
した斜視図である。
【図4】マイクロレンズアレイを用いない場合に光線が
液晶表示パネルを通過する様子を示す説明図である。
液晶表示パネルを通過する様子を示す説明図である。
【図5】マイクロレンズアレイを用いた場合に光線が液
晶表示パネルを通過する様子を示す説明図である。
晶表示パネルを通過する様子を示す説明図である。
【図6】本発明の一実施形態による光路変換光学素子を
示す概略側面図である。
示す概略側面図である。
【図7】同上のプリズムアレイ平板を示す斜視図であ
る。
る。
【図8】同上の光路変換光学素子の作用を説明するため
の光線図である。
の光線図である。
【図9】許容されるプリズム底角α、βの範囲を屈折率
nの関数として示した図である。
nの関数として示した図である。
【図10】本発明の別な実施形態による光路変換光学素
子を示す概略側面図である。
子を示す概略側面図である。
【図11】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図12】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図13】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図14】許容されるプリズム底角αの範囲を屈折率n
の関数として示した図である。
の関数として示した図である。
【図15】(a)(b)(c)(d)(e)は上記光路
変換光学素子によって光強度分布が均一化される原理を
説明する図である。
変換光学素子によって光強度分布が均一化される原理を
説明する図である。
【図16】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図17】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図18】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図19】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図20】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
光学素子を示す概略側面図である。
光学素子を示す概略側面図である。
【図21】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
器を示す概略図である。
器を示す概略図である。
【図22】(a)(b)(c)は同上の光路変換器の作
用を説明する図である。
用を説明する図である。
【図23】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
器を示す斜視図である。
器を示す斜視図である。
【図24】本発明のさらに別な実施形態による光路変換
器を示す斜視図である。
器を示す斜視図である。
【図25】2次元状にプリズムを配列されたプリズムア
レイ平板を示す斜視図である。
レイ平板を示す斜視図である。
【図26】本発明のさらに別な実施形態による光投射器
の構成を示す概略図である。
の構成を示す概略図である。
【図27】本発明のさらに別な実施形態による光投射器
の構成を示す概略図である。
の構成を示す概略図である。
【図28】本発明のさらに別な実施形態による画像表示
装置を示す一部破断した拡大断面図である。
装置を示す一部破断した拡大断面図である。
【図29】同上の画像表示装置の機能ブロック図であ
る。
る。
【図30】本発明のさらに別な実施形態による画像表示
装置を示す一部破断した拡大断面図である。
装置を示す一部破断した拡大断面図である。
【図31】本発明のさらに別な実施形態による液晶プロ
ジェクタを示す概略構成図である。
ジェクタを示す概略構成図である。
32,33 プリズムアレイ平板 34 第1のプリズムアレイ 37 第2のプリズムアレイ 39 低屈折率材料 43 光反射板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北島 博史 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内
Claims (17)
- 【請求項1】 複数のプリズムを配列した2つのプリズ
ムアレイからなり、両プリズムアレイは、プリズム配列
方向が互いにほぼ平行となるように配置されていること
を特徴とする光路変換光学素子。 - 【請求項2】 前記2つのプリズムアレイが平板の表裏
面に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載
の光路変換光学素子。 - 【請求項3】 光入射側に位置するプリズムアレイによ
って光路変換された光線が、前記平板の側面で全反射す
るように当該プリズムアレイの形状及び前記平板の屈折
率が設定されていることを特徴とする、請求項2に記載
の光路変換光学素子。 - 【請求項4】 第1の屈折率を有する第1の部分と第2
の屈折率を有する第2の部分との境界によって一方のプ
リズムアレイが構成され、第2の部分の表面によって他
方のプリズムアレイが構成されていることを特徴とす
る、請求項1に記載の光路変換光学素子。 - 【請求項5】 光入射側に位置するプリズムアレイによ
って光路変換された光線が、前記第2の部分の側面で全
反射するように当該プリズムアレイの形状及び前記第2
の部分の屈折率が設定されていることを特徴とする、請
求項4に記載の光路変換光学素子。 - 【請求項6】 一方の面が平面で他方の面が前記プリズ
ムアレイとなった2枚の平板からなり、一方の平板の平
面側と他方の平板のプリズムアレイ側とを対向させて配
置し、光入射側に位置するプリズムアレイのプリズム底
角を35゜〜45゜とし、光出射側に位置するプリズム
アレイのプリズム底角を60゜〜70゜とすることを特
徴とする、請求項1に記載の光路変換光学素子。 - 【請求項7】 前記プリズムアレイを互いに背向させる
ようにして配置し、両プリズムアレイのプリズム底角を
60゜以上としたことを特徴とする、請求項1に記載の
光路変換光学素子。 - 【請求項8】 少なくとも1つのプリズムアレイの表面
をプリズムアレイ形成材料と異なる屈折率を有する材料
で平坦化したことを特徴とする、請求項1に記載の光路
変換光学素子。 - 【請求項9】 第1のプリズムアレイと第2のプリズム
アレイとの間において、両プリズムアレイの外周を囲む
ように光反射面を形成したことを特徴とする、請求項1
に記載の光路変換光学素子。 - 【請求項10】 光線シフト量を、入射光束の有効エリ
アの概ね4分の1としたことを特徴とする、請求項1に
記載の光路変換光学素子。 - 【請求項11】 光線シフト量を、入射光束の有効エリ
アの概ね8分の1としたことを特徴とする、請求項1に
記載の光路変換光学素子。 - 【請求項12】 光路に沿って請求項1に記載の光路変
換光学素子を複数配列したことを特徴とする光路変換
器。 - 【請求項13】 請求項8に記載の光路変換光学素子を
光入射側に、請求項9に記載の光路変換光学素子を光出
射側に配置したことを特徴とする、請求項12に記載の
光路変換器。 - 【請求項14】 少なくとも一部の前記光路変換光学素
子のプリズム配列方向が、互いに異なっていることを特
徴とする、請求項12に記載の光路変換器。 - 【請求項15】 光源と、請求項1に記載の光路変換光
学素子と、画像表示パネルとから構成されていることを
特徴とする画像表示装置。 - 【請求項16】 さらに、前記画像表示パネル上の画像
をスクリーンに結像させるための投射光学系を備えてい
ることを特徴とする、請求項15に記載の画像表示装
置。 - 【請求項17】 光源と、請求項1に記載の光路変換光
学素子とからなることを特徴とする光投射器。
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
JP14491296A JP3409587B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 光路変換光学素子、画像表示装置及び光投射器 |
US08/856,080 US6276803B1 (en) | 1996-05-14 | 1997-05-14 | Optical path converting optical element, optical path converter, and optical projector and image display apparatus using said optical element |
EP20030026741 EP1398651A1 (en) | 1996-05-14 | 1997-05-14 | Optical path converting optical element ,optical path converter, and optical projector, and image display apparatus using said optical element |
DE69727996T DE69727996T2 (de) | 1996-05-14 | 1997-05-14 | Optisches Element zur Umwandlung eines optischen Strahlengangs, Strahlengangswandler und optischer Projektor und Bildanzeigevorrichtung mit dem genannten optischen Element |
AT97303277T ATE261586T1 (de) | 1996-05-14 | 1997-05-14 | Optisches element zur umwandlung eines optischen strahlengangs, strahlengangswandler und optischer projektor und bildanzeigevorrichtung mit dem genannten optischen element |
EP97303277A EP0807832B1 (en) | 1996-05-14 | 1997-05-14 | Optical path converting optical element, optical path converter, and optical projector and image display apparatus using said optical element |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09304608A true JPH09304608A (ja) | 1997-11-28 |
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