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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304608A true JPH09304608A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3409587B2 JP3409587B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=15373163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14491296A Expired - Fee Related 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 |
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|---|---|
| US (1) | US6276803B1 (ja) |
| EP (2) | EP0807832B1 (ja) |
| JP (1) | JP3409587B2 (ja) |
| AT (1) | ATE261586T1 (ja) |
| DE (1) | DE69727996T2 (ja) |
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