TW201335692A - 照明裝置及投影機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可將光源光之利用效率較高、且強度之面內均勻性較高之照明光照射至照明對象之照明裝置。本發明之照明裝置包括固體光源裝置10、控制自固體光源裝置10入射之光之行進方向之讀取透鏡單元、及偏光轉換元件40。構成讀取透鏡單元光射出面之透鏡22為非球面透鏡，該非球面透鏡係自光軸40ax之方向觀察之光射出面22A之形狀為以光軸40ax為中心之旋轉對稱之形狀，且以與光軸40ax平行之平面切開之剖面之形狀為非球面之形狀。非球面透鏡之光射出面22A具有如下功能：使自固體光源裝置10之中心射出之光Lc於靠近光軸40ax之區域平行化而射出，且於遠離光軸40ax之區域以向光軸40ax側收斂之方式射出。

Description

照明裝置及投影機

本發明係關於一種照明裝置及投影機。

液晶投影機係於液晶裝置中根據圖像資訊調變自照明裝置射出之光，並將所獲得之圖像藉由投影透鏡而放大投影。

近年來，作為此種液晶投影機，開發有以搭載於行動電話或數位相機等行動裝置為目標之非常小之投影機(所謂之微型投影機(pico-projector))。

此處，於小型尺寸之投影機中，必需使電源電路或光學系統之構成簡化、或使該等構成要素小型化。

作為此種小型化投影機，例如，已知有包括包含固體光源裝置、準直透鏡單元及偏光轉換元件之照明裝置、作為光調變裝置之液晶面板、以及投影光學系統者。

於該投影機中，使用1片液晶面板作為光調變裝置，進而，省略通常配置於光源與偏光轉換元件之間的積分器光學系統等光學構件，故可實現尺寸之小型化。

此外，於液晶投影機中，作為偏光轉換元件，使用將來自準直透鏡之光分離為P偏光成分與S偏光成分，進而，例如將P偏光成分轉換為S偏光成分者(例如參照專利文獻1)。將此種偏光轉換元件之一例示於圖12。

圖12所示之偏光轉換元件200係將自未圖示之準直透鏡單元入射之光L轉換為包含S偏光成分之光者。偏光轉換元件200包含光學區塊200A及光學區塊200B。光學區塊200A之構成與光學區塊200B之構成相同，且光學區塊200A與光學區塊200B均包含具備偏光分離膜203之偏振分光鏡(polarization beam splitter)201及具備全反射膜204之內部全反射稜鏡202。又，光學區塊200A與光學區塊200B係相對於照明光軸200ax對稱地配置。因此，於以下說明中僅對光學區塊200A進行說明，省略關於光學區塊200B之說明。

將偏光轉換元件200所具有之複數個面中之自準直透鏡單元射出之光L所入射之側之面稱為偏光轉換元件200之光入射面S21。該光入射面S21中之與偏振分光鏡201之光入射面對應之區域係構成將光L導入至偏光轉換元件200內之導入口B3。

又，將偏光轉換元件200所具有之複數個面中之與該偏光轉換元件200之光入射面對向之面稱為偏光轉換元件200之光射出面S22。將偏光轉換元件200之光射出面S22中之與偏振分光鏡201之光射出面對應之區域稱為「第1區域B1」。又，將偏光轉換元件200之光射出面S22中之與內部全反射稜鏡202之光射出面對應之區域稱為「第2區域B2」。於第1區域B1中，設置有將P偏光成分轉換為S偏光成分之相位差板206。

於偏振分光鏡201之內部之斜面設置有偏光分離膜203，其係使自光入射面S21之導光口B3入射之S偏光成分向相對於照明光軸200ax正交之方向反射，並且使自導光口B3入射之P偏光透過。又，於內部全反射稜鏡202之內部之斜面設置有全反射膜204，其係使由偏光分離膜203反射之S偏光成分向與照明光軸200ax平行之方向反射。

於此種偏光轉換元件200中，自準直透鏡單元射出之光L自導光口B3向偏光轉換元件200之內部行進，且主要入射至偏光分離膜 203。入射至偏光分離膜203之光中之對於偏光分離膜203之S偏光成分係由偏光分離膜203及全反射膜204反射，且其光路自偏振分光鏡201向內部全反射稜鏡202側平行移動。而且，該S偏光成分作為照明光自第2區域B2射出。另一方面，入射至偏光分離膜203之光中之對於偏光分離膜203之P偏光成分透過偏光分離膜203。透過偏光分離膜203之P偏光成分藉由通過相位差板206而轉換為S偏光成分，且自第1區域B1作為照明光而射出。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-72138號公報

然而，於使自準直透鏡單元射出之光入射至偏光轉換元件200之構成中，存在如下問題。

即，因來自準直透鏡之光為平行光，故自準直透鏡之內周區域射出之光直線入射至導光口B3，但自準直透鏡之外周區域射出之光入射至較導光口B3更外側，且藉由全反射膜204而向偏光轉換元件200之外側反射。因此，存在光源光之利用效率變低，因而難以提高照明光之強度之問題。因此，亦提出有於光入射面S21之較導光口B3更外側之區域設置反射膜，使入射至該區域之光向固體光源裝置側反射而作為光源光再利用，但其效果並不那麼大。

又，於此種構成中，自第1區域B1射出之照明光為一面通過偏光分離膜203及相位差板206一面直線行進之光，但自第2區域B2射出之照明光為經過自偏光分離膜203向全反射膜204之反射路徑之光。因此，自第2區域B2射出之照明光之光程長度成為對來自第1區域B1之照明光所經過之光程長度加上與該反射路徑對應之光程長度所得者。 因此，存在如下問題：根據照明之定律，自第2區域B2射出之照明光之強度小於自第1區域B1射出之照明光之強度，且與來自第1區域之光之照射區域相比，產生來自第2區域之光之照射區域變暗之照度不均。

本發明係鑒於上述情況而完成者，其目的在於提供一種可將光源光之利用效率較高、且強度之面內均勻性較高之照明光照射至照明對象之照明裝置。又，本發明之目的在於提供一種具備此種照明裝置之顯示品質優異之投影機。

本發明之照明裝置之特徵在於包括：固體光源裝置；讀取透鏡單元(pickup lens unit)，其控制自上述固體光源裝置入射之光之行進方向；及偏光轉換元件，其使自上述讀取透鏡單元之光射出面射出之光之偏光方向一致；且構成上述讀取透鏡單元之上述光射出面之透鏡為非球面透鏡，該非球面透鏡係自上述讀取透鏡單元之光軸方向觀察之光射出面之形狀為以上述光軸為中心之旋轉對稱之形狀，且以與上述光軸平行之平面切開之剖面之形狀為非球面之形狀；且上述非球面透鏡之光射出面具有如下功能：使自上述固體光源裝置之中心射出之光於相對於上述光軸相對較近之區域平行化而射出，且於相對於上述光軸相對較遠之區域以向上述光軸側收斂之方式射出。

根據本發明之照明裝置，非球面透鏡之光射出面具有如下功能：使自上述固體光源裝置之中心射出之光於相對於上述光軸相對較近之區域(內周區域)平行化而射出，且於相對於上述光軸相對較遠之區域(外周區域)以向上述光軸側收斂之方式射出。因此，不僅自非球面透鏡之內周區域射出之光而且自外周區域射出之光亦被效率良好地導入至偏光轉換元件，因而光源光之利用效率提高。藉此，可提高照明光之強度。

又，自非球面透鏡之外周區域射出之光之一部分不經過偏光分離膜而直接導入至內部全反射稜鏡內。如此般直接入射至內部全反射稜鏡之光不影響自偏振分光鏡射出之照明光之強度，而僅使自內部全反射稜鏡射出之照明光之強度增大。藉此，因自偏振分光鏡射出之照明光與自內部全反射稜鏡射出之照明光之光程長度差而引起之強度差被抵消，從而可提高照明光之強度之面內均勻性。

於本發明中，較佳為，於上述偏光轉換元件與自上述偏光轉換元件射出之光照射到之照明對象之間，設置有使向上述照明對象之照射區域之外側行進之光向上述照射區域之內側反射之反射機構。

根據該構成，自偏光轉換元件射出之光中之向照射區域之外側行進之光於中途被反射至照射區域之內側，藉由該反射光而可照射到照射區域之邊緣部。藉此，照射區域之邊緣部變暗之照明不均得以消除。

較佳為，上述反射機構係形成將內面設為反射面之角形柱狀，且以一開口部朝向上述偏光轉換元件之光射出面側，另一開口部朝向照明對象之照射區域側之方式配設。

此種反射機構因反射光之介質為空氣換算光程長度相對較長之空氣，故可抑制於照射區域出現偏光轉換元件之顯示影。

於本發明中，較佳為，上述反射機構之上述一開口部之開口面積大於上述另一開口部之開口面積。

根據該構成，可使照射區域之照明光之強度更高。

較佳為，上述反射機構之反射面之至少一部分之區域具有散射特性。

根據該構成，因入射至反射膜之表面之光向各個方向反射，故藉由該等反射光而可無不均地均勻地照射到照射區域之邊緣部等。

本發明之投影機包括：照明裝置；光調變裝置，其係根據圖像 資訊而調變來自上述照明裝置之照明光；及投影光學系統，其係將來自上述光調變裝置之調變光作為投影圖像而投影；其特徵在於：上述照明裝置為本發明之照明裝置。

因此，根據本發明之投影機，因自照明裝置射出強度及強度之面內均勻性較高之照明光，故可獲得優異之顯示品質。

於本發明中，較佳為，上述光調變裝置為單板之液晶光調變裝置。

根據該構成，可實現投影機之小型化。

10‧‧‧固體光源裝置

20‧‧‧讀取透鏡單元

22‧‧‧第2透鏡(非球面透鏡)

22A‧‧‧第2透鏡之光射出面

22a‧‧‧內周區域(相對於光軸相對較近之區域)

22b‧‧‧外周區域(相對於光軸相對較遠之區域)

40‧‧‧偏光轉換元件

40ax‧‧‧照明光軸

50‧‧‧液晶光調變裝置(照明對象)

50A‧‧‧照射區域

70‧‧‧投影光學系統

80‧‧‧反射機構

80A‧‧‧反射面

100‧‧‧照明裝置

1000‧‧‧投影機

A1‧‧‧第1區域

A2‧‧‧第2區域

A3‧‧‧導光口

L‧‧‧光

L1‧‧‧第1光

L2‧‧‧第2光

Lc‧‧‧中心光

S41‧‧‧光入射面

S42‧‧‧光射出面

圖1係表示本發明之投影機之實施形態1之模式圖。

圖2係圖1所示之投影機所具備之照明裝置及液晶光調變裝置之前視圖。

圖3係圖1所示之投影機所具備之固體光源裝置之剖面圖。

圖4係圖1所示之投影機所具備之第2透鏡之模式剖面圖。

圖5係表示光入射至圖1所示之投影機所具備之偏光轉換元件之偏光分離膜之狀態的模式剖面圖。

圖6係表示光直接入射至圖1所示之投影機所具備之偏光轉換元件之內部全反射稜鏡之狀態的模式剖面圖。

圖7係自光射出面側觀察圖5所示之偏光轉換元件之平面圖。

圖8係表示藉由實施形態之照明裝置而獲得之照明像之照片。

圖9係表示使用光射出面為球面狀之透鏡作為第2透鏡之情形時之照明像的照片。

圖10係表示本發明之投影機之實施形態2之模式圖。

圖11係表示實施形態2之投影機之變形例之模式圖。

圖12係表示普通偏光轉換元件之模式剖面圖。

以下，參照圖式，對本發明之實施形態進行說明。此種實施形態係表示本發明之一態樣，並不限定本發明，且可於本發明之技術思想之範圍內進行任意變更。又，於以下圖式中，為使各構成易於理解，而使實際構造中之比例尺或數量等不同。

<實施形態1>

對本發明之照明裝置及投影機之實施形態1進行說明。

(投影機之構成)

首先，對應用本實施形態之照明裝置之投影機(本實施形態之投影機)之一例進行說明。

圖1係表示本發明之投影機之實施形態之模式圖，圖2係圖1所示之投影機所具備之照明裝置及液晶光調變裝置之前視圖，圖3係圖1所示之投影機所具備之固體光源裝置之剖面圖，圖4係圖1所示之投影機所具備之第2透鏡之模式剖面圖，圖5係表示光入射至圖1所示之投影機所具備之偏光轉換元件之偏光分離膜之狀態的模式剖面圖，圖6係表示光直接入射至圖1所示之投影機所具備之偏光轉換元件之內部全反射稜鏡之狀態的模式剖面圖，圖7係自光射出面側觀察圖1所示之投影機所具備之偏光轉換元件之平面圖。

再者，於以下說明中，將圖5、6中之左右方向稱為「橫向」，將上下方向稱為「縱向」。此處，右方向係沿著照明光軸40ax入射至第1光學區塊之S偏光由偏光分離膜47反射之方向，左方向係沿著照明光軸40ax入射至第2光學區塊之S偏光由偏光分離膜47反射之方向。上下方向係與照明光軸40ax平行之方向。再者，於圖5、6中，為使說明簡單而省略第1透鏡21進行表示。又，於本說明書中，將相對於偏光分離膜47之向與入射面平行之方向偏光之光稱為P偏光，將相對於偏光分離膜47之向與入射面垂直之方向偏光之光稱為S偏光。

實施形態1之投影機1000係如圖1所示，包括照明裝置100、液晶 光調變裝置50、及投影光學系統70。照明裝置100包含實施形態1之照明裝置。

照明裝置100包括固體光源裝置10、讀取透鏡單元20、及偏光轉換元件40。

固體光源裝置10係如圖3所示，包括基台12、固體光源14、螢光層16及密封構件18之朗伯(Lambert)發光型發光二極體，且射出包含紅色光、綠色光及藍色光之白色光(光源光)。藉由使用此種固體光源裝置10，而可實現照明裝置100及投影機1000之小型化。再者，固體光源裝置10除上述構成要素以外，亦包括引線等，但省略圖示及說明。

讀取透鏡單元20係如圖1所示，具備位於靠近固體光源裝置10之側之第1透鏡21及位於遠離固體光源裝置10之側之第2透鏡22。讀取透鏡單元20控制自固體光源裝置10入射之光之行進方向。第2透鏡22構成讀取透鏡單元20之光射出面。再者，於圖1中，雖由2個透鏡構成讀取透鏡單元20，但透鏡之數量亦可為1個，亦可為3個以上。

第1透鏡21為光入射面呈平面狀、光射出面呈球面狀之平凸透鏡，且具有抑制來自固體光源裝置10之光之擴散角之功能。

如圖4所示，構成讀取透鏡單元20之複數個透鏡中之構成讀取透鏡單元20之光射出面之第2透鏡22係光入射面呈平面狀、光射出面22A呈非球面狀之非球面透鏡。第2透鏡22之光射出面係自讀取透鏡單元20之照明光軸40ax之方向觀察之平面形狀為以該照明光軸40ax為中心之旋轉對稱之形狀，且以與照明光軸40ax平行之平面切開之剖面形狀為非球面形狀。第2透鏡22之光射出面22A係具有如下功能：使自固體光源裝置10之中心射出之光於相對於照明光軸40ax相對較近之區域(以下，稱為「內周區域22a」)平行化而射出，且於相對於照明光軸40ax相對較遠之區域(以下，稱為「外周區域22b」)以向照明光軸40ax側收斂之方式射出。

於本實施形態之照明裝置100中，藉由將第2透鏡22設為此種構成，而源光之利用效率變高，因而照明光之強度提高，並且照明光強度之面內均勻性變高，因而可消除照射區域50A之照度不均。對於該作用機構，於下文進行詳細敍述。

作為成為第2透鏡22之非球面透鏡，具體而言，可列舉光射出面22A之圓錐常數K為-1≦K<0者、即形成抛物面或橫向之橢圓面者等。

第2透鏡22之內周區域22a之有效直徑W較佳為3 mm~10 mm。藉此，可確實地獲得上述效果，且適合作為微型投影機所要求之尺寸。 又，內周區域22a之近軸區域之曲率半徑較佳為2 mm~5 mm。藉此，可自光射出面22A之內周區域22a確實地射出相對於照明光軸40ax平行地行進之光，且適合作為微型投影機所要求之尺寸。

偏光轉換元件40係將自讀取透鏡單元20入射之光L主要轉換為包含S偏光成分之光者。

偏光轉換元件40係如圖5所示，包括包含第1光學區塊41A及第2光學區塊41B之光學區塊41、以及相位差板43。第1光學區塊41A之構成與第2光學區塊41B之構成相同，且第1光學區塊41A與第2光學區塊41B均包含偏振分光鏡45及內部全反射稜鏡46。又，第1光學區塊41A與第2光學區塊41B係相對於照明光軸40ax對稱地配置。因此，於以下說明中，主要對第1光學區塊41A進行說明。

第1光學區塊41A包括偏振分光鏡45及內部全反射稜鏡46。

偏振分光鏡45包含使斜面彼此對向地接合而成之一對直角稜鏡45a及直角稜鏡45a，且於所接合之斜面彼此之間設置有偏光分離膜47。偏光分離膜47係使S偏光成分向與照明光軸40ax大致正交之方向反射且使P偏光成分透過之覆膜。

另一方面，內部全反射稜鏡46包含使斜面彼此對向地接合而成之一對直角稜鏡46a及直角稜鏡46a，且於所接合之斜面彼此之間設置 有全反射膜48。全反射膜48係反射S偏光成分與P偏光成分之覆膜，且於本實施形態中，使由偏光分離膜47反射之S偏光成分向與照明光軸40ax大致平行之方向反射。

第1光學區塊41A係以偏光分離膜47之面與第2全反射膜48之面大致平行之方式將偏振分光鏡45與內部全反射稜鏡46接合而構成。又，光學區塊41係藉由以第1光學區塊41A之偏光分離膜47之面與第2光學區塊41B之偏光分離膜47之面呈大致90°之角度之方式將第1光學區塊41A接合於第2光學區塊41B而構成。於該光學區塊41中，各偏振分光鏡45與各內部全反射稜鏡46係以內部全反射稜鏡46、偏振分光鏡45、偏振分光鏡45、內部全反射稜鏡46之順序橫向排列。

如以上般之光學區塊41所具有之複數個面中之各偏振分光鏡45之斜面彼此接觸之側之面構成供來自讀取透鏡單元20之光L入射之光入射面S41。又，光學區塊41之光入射面S41中之與偏振分光鏡45之光入射面S41對應之區域係構成將光L導入至偏光轉換元件40內之導光口A3。另一方面，光學區塊41所具有之複數個面中之與光入射面S41對向之面係構成使包含S偏光成分之光射出之光射出面S42。

再者，於以下說明中，如圖7所示，將光射出面S42中之與偏振分光鏡45之光射出面對應之區域稱為「第1區域A1」。換言之，第1區域A1係於自與照明光軸40ax平行之方向觀察光射出面S42時，為光射出面S42中之與偏光分離膜47於俯視時重疊之區域。又，將光射出面S42中之與內部全反射稜鏡46之光射出面對應之區域稱為「第2區域A2」。換言之，第2區域A2係於自與照明光軸40ax平行之方向觀察光射出面S42時，為光射出面S42中之與第2全反射膜48於俯視時重疊之區域。

偏光分離膜47係以相對於第1區域A1及導光口A3呈約45°之角度之方式傾斜對向。

又，於自與照明光軸40ax平行之方向觀察光射出面S42時，於光射出面S42中之與偏振分光鏡45於俯視時重疊之區域設置有相位差板43。該相位差板43包含λ/2板，且具有使透過偏光分離膜47之P偏光成分於其偏光方向上旋轉90°而轉換為S偏光成分之功能。以上為第1光學區塊41A之基本構成，第2光學區塊41B之基本構成亦與上述相同。

於該偏光轉換元件40中，來自讀取透鏡單元20之光中之入射至導光口A3之光L向偏振分光鏡45內行進，並入射至偏光分離膜47。入射至偏光分離膜47之光中之S偏光成分藉由偏光分離膜47而向與照明光軸40ax大致正交之方向反射並入射至第2全反射膜48。而且，入射至第2全反射膜48之S偏光成分藉由第2全反射膜48而向與照明光軸40ax大致平行之方向反射。藉此，自導光口A3入射之S偏光成分係其光路自偏振分光鏡45向內部全反射稜鏡46側平行移動，且作為S偏光自光射出面之第2區域A2射出。又，入射至偏光分離膜47之光中之P偏光成分透過偏光分離膜47。透過偏光分離膜47之P偏光成分入射至相位差板43而轉換為S偏光成分，並自光射出面之第1區域A1射出。因此，自該偏光轉換元件40之導光口A3入射至偏光分離膜47之光作為S偏光成分而自第1區域A1與第2區域A2射出，並照射至液晶光調變裝置50之照射區域。

液晶光調變裝置50係根據圖像資訊而調變自偏光轉換元件40入射之光，從而形成彩色圖像者，且成為照明裝置100之照明對象。如圖2所示，該液晶光調變裝置50於自正面觀察之俯視中成為較偏光轉換元件40小一圈之尺寸。

於本實施形態中，該液晶光調變裝置50係作為反射型CF(Color Filter，彩色濾光片)方式之單板透過面板而構成。即，液晶光調變裝置50係由一對玻璃基板夾持反射型彩色濾光片、液晶元件等，且於該等玻璃基板之外側面分別接合偏光板而構成。藉由如此般將液晶光調 變裝置50設為單板式，而與針對每種色光使用液晶光調變裝置之3板式相比，可使投影機1000小型化。

各偏光板係使S偏光成分或P偏光成分之任一者透過者，且成為例如透過軸彼此正交之構成(正交偏光配置)。於本實施形態中，入射側之偏光板由S透過偏光板構成，射出側之偏光板由P透過偏光板構成。

反射型彩色濾光片包含針對每個像素而設置之R濾光片、G濾光片、B濾光片。R濾光片、G濾光片、B濾光片分別使紅色光、綠色光、藍色光透過，且反射其他色光。再者，於本實施形態中，彩色濾光片雖具有Bayer(拜耳)排列之色排列結構，但並不限定於此。

液晶元件係於彩色濾光片與玻璃基板之間密閉封入有作為電光學物質之液晶而成者，且將多晶矽TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)設為開關元件，根據所提供之圖像資訊，調變入射之直線偏光之偏光方向。

於該液晶光調變裝置50中，來自偏光轉換裝置40之直線偏光(於本實施形態中為S偏光成分)透過入射側之偏光板。透過偏光板之直線偏光入射至彩色濾光片，且僅入射之與濾光片對應之色光透過濾光片。透過濾光片之色光藉由通過液晶元件而其偏光方向根據圖像資訊而調變，且偏光方向經調變之色光(於本實施形態中為P偏光成分之色光)自出射側之偏光板射出。因此，於液晶光調變裝置50中，藉由照射來自偏光轉換元件40之直線偏光，而於其射出側形成與圖像資訊對應之彩色圖像。

而且，由液晶光調變裝置50形成之彩色圖像藉由投影光學系統70而放大投影，且於屏幕上形成圖像。

(投影機之動作)

其次，對投影機1000之動作進行說明。

首先，將各部之動作設為ON(開啟)，使光自固體光源裝置10射出。此處，固體光源裝置10並非點光源，故如圖5所示，自中心射出之光與自其周圍射出之光於行進方向上不一致。於以下說明中，有時將自固體光源裝置10之中心射出之光稱為「中心光Lc」，將相較於中心光Lc自左側之區域射出之光稱為「第1光L1」，將相較於中心光自右側之區域射出之光稱為「第2光L2」。

自固體光源裝置10射出之光L藉由入射至第1透鏡21並通過第1透鏡21，而其擴散角減小。

來自第1透鏡21之光入射至第2透鏡22。如圖5所示，因第2透鏡22之光射出面22A為如上所述之非球面狀，故入射至第2透鏡22之光中之中心光Lc自光射出面22A之內周區域22a向與照明光軸40ax平行之方向射出，且以自外周區域22b於照明光軸40ax上收斂之方式相對於照明光軸40ax傾斜地射出。自內周區域22a射出之中心光Lc直接直線入射至偏光轉換元件40之導光口A3。又，自外周區域22b射出之中心光Lc以靠近照明光軸40ax之方式傾斜地行進，且其一部分入射至偏光轉換元件40之導光口A3。

另一方面，因第1光L1於光射出面22A之左半部分入射角大於中心光Lc，於光射出面22A之右半部分入射角小於中心光Lc，故於左右之全域向相較於中心光Lc之射出方向繞順時針方向角度增大之方向射出。而且，自內周區域22a射出之第1光L1之大部分及自外周區域22b射出之第1光L1之一部分入射至偏光轉換元件40之導光口A3。

又，因第2光L2於光射出面22A之右半部分入射角大於中心光Lc，於光射出面22A之左半部分入射角小於中心光Lc，故於左右之全域向相較於中心光Lc之射出方向繞逆時針方向角度增大之方向射出。而且，自內周區域22a射出之第2光L2之大部分及自外周區域22b射出之第2光L2之一部分入射至偏光轉換元件40之導光口A3。

而且，入射至導光口A3之光之大部分入射至偏光分離膜47。入射至偏光分離膜47之光中之S偏光成分由偏光分離膜47及全反射膜48反射，且作為照明光自第2區域A2射出。另一方面，入射至偏光分離膜47之光中之P偏光成分透過偏光分離膜47。透過偏光分離膜47之P偏光成分藉由通過相位差板43而轉換為S偏光成分，且作為照明光自第1區域A1射出。又，入射至導光口A3之外側之光藉由全反射膜48而向偏光轉換元件40之外側反射。

此處，若假設第2透鏡22之光射出面之全域為使中心光Lc向與光軸平行之方向射出之球面，則中心光Lc中之自外周區域射出之光向導光口A3之外側之區域直線行進，故藉由全反射膜48而向偏光轉換元件40之外側反射，因而無法用作照明光。又，因第1光L1及第2光L2於左右全域相對於中心光Lc之射出方向(與光軸平行之方向)傾斜地射出，故自外周區域射出之光雖很少但亦入射至導光口A3。然而，其大部分藉由全反射膜48而向偏光轉換元件40之外側反射。因此，於將第2透鏡22之光射出面之全域設為使中心光Lc向與光軸平行之方向射出之球面之情形時，自外周區域射出之光之大部分無法用作照明光，因而光源光之利用效率變低。

相對於此，於本發明中，因第2透鏡22之光射出面22A具有使中心光Lc於內周區域22a平行化而射出，於外周區域22b以向照明光軸40ax側收斂之方式射出之功能，故自外周區域22b射出之各光Lc、L1、L2以更靠近光軸側之方式行進，且效率良好地入射至導光口A3。因此，自外周區域22b射出之光亦與自內周區域22a射出之光一併效率良好地用作照明光，從而可增大自偏光轉換元件40射出之照明光之強度。

又，於該第2透鏡22中，如圖6所示，自右側之外周區域22b射出之第1光L1之一部分、及自左側之外周區域22b射出之第2光L2之一部 分向以較小之擴散角擴散之方向行進，未入射至偏光分離膜47，而是直接入射至內部全反射稜鏡46。

如此般不經過偏光分離膜47而入射至內部全反射稜鏡47之光不會影響自第1區域A1射出之照明光之強度，而僅使自第2區域A2射出之照明光之強度增大。藉此，因自第1區域A1射出之照明光與自第2區域A2射出之照明光之光程長度差而引起之強度差被抵消，從而可提高照明光之強度之面內均勻性。

圖8係自實施形態1之照明裝置射出之光之照明像，圖9係使用準直透鏡代替非球面透鏡之情形時之光之照明像。由各圖可確認：於實施形態1之照明裝置中，藉由使用非球面透鏡，而獲得不均較少之良好之照明像。

而且，自偏光轉換元件40射出之照明光照射至液晶光調變裝置50之照射區域50A。照射至照射區域50A之照明光藉由液晶光調變裝置50而分離為各種色光並且偏光方向係根據圖像資訊而調變，且自顯示面射出。藉此，於液晶光調變裝置50之顯示面形成與圖像資訊對應之彩色圖像。

而且，由液晶光調變裝置50形成之彩色圖像藉由投影光學系統70而放大投影，並於屏幕上形成圖像。此處，於本實施形態中，因自照明裝置100射出之照明光之強度及強度之面內均勻性較高，故可顯示高亮度並且亮度無不均之高品質之圖像。

如此，本發明之照明裝置100係第2透鏡22之光射出面22A形成相對於照明光軸40ax旋轉對稱形之非球面狀，且具有使中心光Lc於內周區域22a平行化而射出，於外周區域22b向照明光軸40ax側收斂而射出之功能，藉此，光源光之利用效率變高，因而照明光之強度提高，並且照明光強度之面內均勻性變高，因而可消除照射區域50A之照度不均。

又，具備此種照明裝置100之實施形態1之投影機1000可顯示高亮度並且亮度無不均之高品質之圖像。

<實施形態2>

其次，對本發明之照明裝置及投影機之實施形態2進行說明。

再者，於實施形態2中，以與上述實施形態1之不同點為中心進行說明，對於相同之事項，省略其說明。

圖10係表示實施形態2之投影機所具備之偏光轉換元件、反射機構及光調變裝置之模式圖，圖11係表示實施形態2之投影機所具備之反射機構之變形例之模式圖。

實施形態2之照明裝置及投影機係於偏光轉換元件與作為照明對象之液晶光調變裝置之間設置有反射機構，除此以外，設為與上述實施形態1相同之構成。

如圖10所示，反射機構80係使向液晶光調變裝置50之照射區域50A之外側行進之照明光向照射區域50A之內側反射者。如圖6所示，不經過偏光分離膜47而自第2區域A2以較小之擴散角相對於照明光軸40ax傾斜地射出之光L1、L2之一部分向液晶光調變裝置50之照射區域50A之外側行進。到達至照射區域50A之外側之光因無助於照射區域50A之明亮度，故尤其成為產生照射區域50A之邊緣部變暗之照明不均之原因。

相對於此，藉由在偏光轉換元件40與液晶光調變裝置50之間，設置使向液晶光調變裝置50之照射區域50A之外側行進之照明光向照射區域50A之內側反射之反射機構80，而可有效利用藉由反射機構80而向內側反射之照明光，從而可照射到照射區域50A之邊緣部。藉此，如上所述之照明不均得以消除，從而可顯示高品質之圖像。

作為反射機構80，可為於角形柱狀體之內面設置有金屬膜等反射膜之中空型者(光通道(light tunnel))，亦可為剖面矩形狀之柱狀透 鏡。該等反射機構係以一端(一開口部)朝向偏光轉換元件40之光射出面S42側，另一端(另一開口部)朝向液晶光調變裝置50之照射區域50A側之方式配設。其中，作為反射機構80，較佳為使用中空型者。因空氣相較於構成柱狀透鏡之玻璃等空氣換算光程長度較長，故藉由使用反射光之介質為空氣之中空型反射機構，而可抑制於照射區域50A出現偏光轉換元件40之顯示影(與偏光分離膜47之端緣對應之線狀之影等)。

於中空型反射機構80中，反射膜較佳為對至少一部分之區域賦予散射特性。藉此，因入射至反射膜之表面之光向各個方向反射，故藉由該等反射光而可無不均地均勻地照射到照射區域50A之邊緣部等。作為散射特性優異之反射膜，可列舉鋁覆膜、MIRO SILVER(ALANOD公司製，商品名)等。

圖11中表示反射機構之變形例。於本變形例中，偏光轉換元件40之光射出面S42之橫向長度大於照射區域50A之橫向長度。反射機構80具有反射面80A。反射面80A以與偏光轉換元件40之側面並列之方式相對於照明光軸40ax傾斜地配置。若如此般地配置，則可使反射機構80之一端面之橫向長度與偏光轉換元件40之光射出面S42之橫向長度大致相等，且可使反射機構80之另一端面之橫向長度與照射區域50A之橫向長度大致相等。根據此構成，因反射機構80之一開口部(朝向偏光轉換元件40之光射出面S42側之開口部)之開口面積大於另一開口部(朝向液晶光調變裝置50之照射區域50A側之開口部)之開口面積，故相較於偏光轉換元件40之光射出面S42之光密度，可提高照射區域50A之光密度，從而可提高顯示圖像之亮度。

再者，於偏光轉換元件40之光射出面S42及反射機構80之一端面，設為大於照射區域50A及反射機構80之另一端面之尺寸並不限於橫向之尺寸，亦可為縱向之尺寸，亦可為縱向及橫向之雙方之尺寸。

於第2實施形態中，亦能獲得與上述實施形態相同之作用效果。

又，於第2實施形態中，特別是藉由在偏光轉換元件40與液晶光調變裝置50之間設置反射機構80，而自偏光轉換元件40射出之照明光中之向照射區域之外側行進之照明光於中途被反射至內側，因而藉由該反射光而可照射到照射區域50A之邊緣部。藉此，照射區域50A之邊緣部變暗之照明不均得以消除，從而可顯示更高品質之圖像。

以上，基於各實施形態對本發明進行了說明，但本發明並不限定於上述構成。可於不脫離其主旨之範圍內於各種樣態中實施，例如，亦可進而進行如下變形。

(1)亦可於偏光轉換元件之光入射面中之導光口A3之外側之區域設置全反射膜。藉此，入射至該區域之光向固體光源裝置10側反射，而可作為光源光再利用。

(2)於上述各實施形態之照明裝置所具備之偏光轉換元件中，S偏光成分與P偏光成分亦可分別為相反之關係。即，於上述各實施形態中，雖將P偏光設為第1偏光狀態，但亦可將S偏光設為第1偏光狀態。

(3)本發明可適用於自觀察投影圖像之側進行投影之正投影型投影機之情形，亦可適用於自與觀察投影圖像之側為相反之側進行投影之背投影型投影機之情形。

(4)於上述各實施形態中，對於將本發明之照明裝置應用於投影機之例進行了說明，但本發明並不限定於此。例如，亦能將本發明之照明裝置應用於其他光學機器(例如光碟裝置、汽車之頭燈、各種照明器具等)。

10‧‧‧固體光源裝置

22‧‧‧第2透鏡(非球面透鏡)

22A‧‧‧第2透鏡之光射出面

22a‧‧‧內周區域(相對於光軸相對較近之區域)

22b‧‧‧外周區域(相對於光軸相對較遠之區域)

40‧‧‧偏光轉換元件

40ax‧‧‧照明光軸

41‧‧‧光學區塊

41A‧‧‧第1光學區塊

41B‧‧‧第2光學區塊

43‧‧‧相位差板

45‧‧‧偏振分光鏡

45a‧‧‧直角稜鏡

46‧‧‧內部全反射稜鏡

46a‧‧‧直角稜鏡

47‧‧‧偏光分離膜

48‧‧‧全反射膜

A1‧‧‧第1區域

A2‧‧‧第2區域

A3‧‧‧導光口

L‧‧‧光

L1‧‧‧第1光

L2‧‧‧第2光

Lc‧‧‧中心光

S41‧‧‧光入射面

S42‧‧‧光射出面

Claims (7)

1. 一種照明裝置，其特徵在於包括：固體光源裝置；讀取透鏡單元，其控制自上述固體光源裝置入射之光之行進方向；及偏光轉換元件，其使自上述讀取透鏡單元之光射出面射出之光之偏光方向一致；且構成上述讀取透鏡單元之上述光射出面之透鏡為非球面透鏡，該非球面透鏡係自上述讀取透鏡單元之光軸方向觀察之光射出面之形狀為以上述光軸為中心之旋轉對稱之形狀，且以與上述光軸平行之平面切開之剖面之形狀為非球面之形狀；且上述非球面透鏡之光射出面具有如下功能：使自上述固體光源裝置之中心射出之光於相對於上述光軸相對較近之區域平行化而射出，且於相對於上述光軸相對較遠之區域以向上述光軸側收斂之方式射出。
2. 如請求項1之照明裝置，其中於上述偏光轉換元件與自上述偏光轉換元件射出之光照射到之照明對象之間，設置有使向上述照明對象之照射區域之外側行進之光向上述照射區域之內側反射的反射機構。
3. 如請求項2之照明裝置，其中上述反射機構係形成將內面設為反射面之角形柱狀，且以一開口部朝向上述偏光轉換元件之光射出面側，另一開口部朝向照明對象之照射區域側之方式配設。
4. 如請求項3之照明裝置，其中上述反射機構之上述一開口部之開口面積大於上述另一開口部之開口面積。
5. 如請求項2至4中任一項之照明裝置，其中上述反射機構之反射 面之至少一部分區域具有散射特性。
6. 一種投影機，其包括：如請求項1至5中任一項之照明裝置；光調變裝置，其係根據圖像資訊而調變來自上述照明裝置之照明光；及投影光學系統，其係將來自上述光調變裝置之調變光作為投影圖像而投影。
7. 如請求項6之投影機，其中上述光調變裝置為單板之液晶光調變裝置。