光學積分器和使用它的影像投影裝置的製作方法

2023-05-26 03:32:36

本發明涉及將光均勻地混色的光學積分器和使用它的影像投影裝置。

背景技術：

使用透明杆的影像投影裝置提案有專利文獻1、2等，包括光擴散層的顯示裝置提案有專利文獻3等。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2004－334083號公報

專利文獻2:日本特開2000－131665號公報

專利文獻3:日本特開2010－79117號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

在通常的投影機等顯示裝置用的影像投影裝置中，一般是將紅、綠、藍三色光源進行時間劃分而彩色化的光學系統。該彩色化技術是通常被稱為場序彩色(以下稱為fsc)的方法。

為了使用fsc，必須將混色性和均勻性高的三色光線照到搭載在影像投影裝置內的lcos或dmd等影像生成裝置。

關於來自多個光源的光線的混色性和均勻性，在專利文獻1中記載有用透鏡將來自多個光源的光線向杆導光的方法。專利文獻2中記載有用二色鏡將來自多個光源的光線合成之後向杆導光的方法。

另外，作為使白色光源的光均勻化的方法，專利文獻3中記載有使用光擴散層的方法。

近年來，以頭戴式顯示器為代表的可穿戴的顯示裝置的開發正在進行。這種顯示裝置用的影像投影裝置是穿戴在身上的，因此要求省電、明亮、小型。

為了使影像投影裝置小型，使用將多個光源搭載於一個殼體的多晶片光源的情況下，如果為專利文獻1、2中使用的杆，則要滿足混色性和均勻性就需要長的杆，無法小型化。另外，使用專利文獻3的光擴散層的情況下，因為多個光源位置不同，所以不能滿足混色性。

本發明的目的是提供一種為了使搭載有將多個光源搭載於一個殼體上的多晶片光源的影像投影裝置的光學系統小型化，提高混色性和均勻性的小型的光學積分器。

用於解決課題的技術方案

例如利用權利要求書中記載的發明能夠實現上述目的。

列舉更具體的例子，本發明提供一種光學積分器，其包括光的入射面、出射面、連接入射面和出射面的側面，其內部被折射率1的導光部件充滿，該導光部件含有使光散射的與折射率1不同的折射率2的散射顆粒，從入射面入射的光從入射面側向出射面方向被導光部件的內部的散射顆粒散射而傳播，並且被散射的散射光的一部分通過側面的全內反射被封閉在光檢測器的內部而傳播，從而被導光到出射面。

發明效果

能夠廉價地提供省電力、明亮、小型的影像投影裝置。

附圖說明

圖1是表示光學積分器001的概略圖。

圖2是表示影像投影裝置011的概略圖。

圖3是說明光源012和光學積分器001的配置關係的圖。

圖4a是表示顯示裝置101的概略圖。

圖4b是表示顯示裝置101的概略圖。

圖4c是表示顯示裝置101的概略圖。

圖5是表示顯示裝置101的系統的概略圖。

圖6a是表示顯示裝置101的調整流程的圖。

圖6b是表示顯示裝置101的調整流程的圖。

圖7是表示光學積分器201的圖。

圖8是表示光學積分器211的圖。

圖9是表示光學積分器221的圖。

圖10是表示光學積分器231的圖。

圖11a是說明光源和光學積分器的配置關係的圖。

圖11b是說明光源和光學積分器的配置關係的圖。

圖11c是說明光源和光學積分器的配置關係的圖。

圖11d是說明光源和光學積分器的配置關係的圖。

圖12是表示影像投影裝置301的概略圖。

圖13是表示影像投影裝置331的概略圖。

圖14是表示影像投影裝置341的概略圖。

圖15a是表示顯示裝置的概略圖。

圖15b是表示顯示裝置的概略圖。

圖15c是表示顯示裝置的概略圖。

具體實施方式

以下，基於圖示的實施例說明用於實施本發明的方式，但該本發明不被其限定。

實施例1

使用圖對本發明的實施例1進行說明。

首先，使用圖1對光學積分器001進行說明。

光學積分器001形成長度l、高度h、寬度w的四稜柱的形狀，其內部被規定透明度的高折射率n1的介質1充滿。另外，光學積分器001具有入射出射面002、003和tir側面004～007。

入射出射面002、003是光入射的面或光出射的面。

根據斯涅爾定律，已知具有比臨界角大的入射角的光線不能從折射率高的介質向折射率低的介質行進，而是進行全內反射(totalinternalreflection，以下記為tir)。因此，在本實施例中，將光學積分器001的側面記為tir側面。tir側面004～007是具有通過tir將從入射出射面002、003入射的光封閉在光學積分器001的內部的功能的面。

在光學積分器001的內部隨機填充有用與介質1不同的折射率2的透明度高的介質2充滿的散射顆粒008。根據上述斯涅爾定律，光線在通過折射率不同的介質時，以與入射的角度不同的角度出射。散射顆粒008具有通過使用該原理變更行進的光線的角度而使其散射的功能。

增大折射率1與折射率2之差的話，按照斯涅爾定律能夠得到更大的擴散功能。

散射顆粒是球狀、或其它的形狀也可以。從成本方面來看，優選是作為通用品的球狀。

將散射顆粒形成為球狀時，其直徑越小，光線被彎曲的角度越大，能夠得到更高的散射性能。優選其直徑比入射的光線的波長大，且為其波長的10倍以下。

如果散射顆粒的直徑比波長小，則得到很大的散射。但是光線照射到散射顆粒的可能性減小，因此為了確保均勻性，要增加散射顆粒的填充率，但問題是效率會降低。

相反，如果直徑為波長的10倍以上，則光線的可變更的角度減小，為了得到希望的混色性和均勻性使光學積分器001變長，不利於作為目標的小型化。

在使散射顆粒為球狀以外且在該散射顆粒的表面沒有凹凸時，可以說情況基本上與上述相同。

當然，也可以在散射顆粒的表面設置波長級的微細構造。此時，即使任意地設定形狀，加大散射顆粒的最大直徑，也能夠期待大的散射效果。

另外，入射出射面002、003的高度h、寬度w優選為與入射的光線大致同等、或至少考慮到安裝的公差的最小的尺寸。當然，入射出射面002、003的高度h、寬度w最優選為與入射的光線大致同等，此時，可以考慮安裝的公差而在組裝時進行調整。

從入射出射面002、003出射的光線的亮度與面積成反比例。因此，當相對於入射的光線的面積，使入射出射面的面積為2倍時，亮度變為一半。另外，當增大面積時封閉的效果會降低，混色性能也減弱。因此，需要進一步增加散射顆粒的填充率，效率進一步變差。

相反，當相比於入射的光線減小入射出射面002、003的面積時，無法取入光線，效率降低。

從以上內容可知，入射出射面002、003的面積優選調整為與入射的光線尺寸大致同等，或考慮組裝時的公差設定為至少2倍以下。

入射出射面002、003的寬度w和高度h定義為寬度w＞高度h。此時，長度l優選大於寬度w的3倍。

通常的面光源進行半峰半寬為60°的朗伯分布。當令一般的透明材料的折射率為1.5時，根據斯涅爾定律，可以說取進光學積分器001的內部的光束分布在±35°的範圍內。35°的光線行進寬度w的3倍的長度l時，約進行2次反射。即，滿足下述式(1)。

l×tan35°≥2×w……式(1)

當具有進行約2次反射的程度的長度時，通過調整散射顆粒008的填充率，能夠滿足混色性和均勻性。

設定為超過寬度w的3倍的長度l時，通過進行減少填充率的調整，能夠滿足混色性和均勻性並且維持效率。

例如，使寬度w、高度h為1mm見方時，令長度為4mm、散射顆粒008的直徑為約2μm、折射率1為1.48、折射率2為1.58時，優選使散射顆粒008的介質2的總體積相對於介質1的總體積設定為0.5％～1.0％的範圍。

另外，入射出射面002、003優選大致平行。能夠保持垂直入射的光的平均角度地進行光的入射出射，在效率方面較理想。

另外，優選入射出射面002、003形成為相同的形狀。能夠降低在tir側面的光的洩漏，並且能夠進行在tir側面的高效的反射，能夠減少損失。

另外，散射顆粒008的填充率與光和散射顆粒008碰撞的平均距離即平均自由行程成反比例，光的透射率與光和散射顆粒碰撞的次數相應地減少，因此可以說與平均自由行程成比例。即，散射顆粒008的填充率與亮度成反比例。當過度填充散射顆粒008時，效率會下降，因此優選考慮混色性以及均勻性和效率，來確定散射顆粒008的填充率。

另外，tir側面優選減小表面粗糙度。通過減小tir側面的表面粗糙度，能夠減少來自反射側面的漏光，進行高光量輸出。

優選的是，長度方向的表面粗糙度比與長度方向正交的方向小。這是因為根據加工方法等(切削或成形)的不同而容易產生存在各向異性的粗糙，但通過減小光軸方向的表面粗糙度，能夠減少來自反射側面的漏光，進行高光量輸出。

也可以增大入射出射側面002、003的表面粗糙度。此時，入射出射面粗糙，從而能夠實現表面散射帶來的光的均勻化。

本發明的光學積分器只要是填充有介質1和具有與該介質1不同的折射率、能夠使傳播的光散射的散射顆粒(介質2)的構造就沒有特別限定，通過使用以下說明的材料和製造方法能夠容易地獲得。

＜介質1＞

首先，作為介質1的材質，從傳播光的觀點來看，選擇透明性高的材料。本實施例中使用丙烯酸類的光固化樹脂，但只要是透明度高的材料就沒有特別限定，例如，也可以使用環氧類的熱固化性樹脂或丙烯酸、聚碳酸酯等熱塑性樹脂、或玻璃等。

從使用固態的介質2時容易與該介質2混合的觀點、在固化後不需要冷卻或乾燥等工序因此作業效率提高的觀點、易於得到規定形狀的光學積分器的觀點來看，更優選使用光固化性樹脂。另外，使用丙烯酸類的材料時，透射率高，能夠提高光的利用效率，因此更優選。

＜介質2＞

介質2可以通過在介質1中混合與介質1折射率不同的顆粒而高效地獲得。作為介質2的材質，本實施例中使用交聯聚苯乙烯微粒，但只要是透明度高的材料，也可以使用其它材質的塑料顆粒或玻璃顆粒等其它材料。

但是，為了使光散射，重要的是具有折射率差，因此，優選在介質1與介質2之間折射率差為0.005以上。當為0.005以上0.015以下時，從易於使介質1和介質2的比重接近、使介質2與介質1的混合容易的觀點以及抑制效率降低、還易於得到散射的效果的觀點來看，更優選。在此，對介質1和介質2的折射率進行比較時，哪一方的折射率大都可以。此外，所謂本發明的折射率差是根據介質1和介質2中為高折射率的介質1或介質2的折射率與為低折射率的材質2或介質1的折射率的差所算出的值。

＜粒徑＞

介質2的粒徑優選為0.5μm以上且5μm以下。這是因為，如前所述，當粒徑小時，光過度散射，光的取出效率降低，當粒徑大時，光難以散射。另外，優選粒徑大致均勻，但只要90％以上的顆粒包含於上述粒徑範圍內即可獲得效果，因此沒有問題。

＜製造方法＞

作為使介質1和介質2一體化的方法，例如有準備液態的介質1，接著使介質1和介質2混合，使其光固化成為規定的形狀而製作的方法，但也能夠利用熱加壓、注塑成形、切削等其它方法製作。其中特別是使用液態介質1時，能夠使介質2容易地混合，因此更優選，當在介質1中混合有介質2後的狀態也是液狀時，容易加工成規定的形狀，因此更優選。

在做成產品形狀時，也可以對產品的高度的板在製作後將外周切斷而成為產品尺寸，也可以製作帶有產品尺寸的空間的模型，在模型中注入樹脂使其固化來製作。

＜表面粗糙度＞

本實施例的光學積分器的表面粗糙度(ra，算術平均粗糙度)優選在側面的長度方向較小。這是因為當在光到達側面時在側面的長度方向上表面粗糙的話，光會超過臨界角而從側面漏出。在與長度方向垂直的方向上，表面可以在對光的傳播沒有不利影響的範圍內粗糙。另外，關於光入射面或光出射面，因為可預料光的擴散提高的效果，所以表面也可以在對光的出射沒有不利影響的範圍內粗糙。從以上的觀點來看，側面的光軸方向的表面粗糙度優選為0μm～2.0μm，更優選為0μm～1.0μm，進一步優選為0μm～0.5μm。光入射面和光出射面的表面粗糙度優選為上述側面的表面粗糙度以上，即為0.01μm～10μm，更優選為0.5μm～5μm，進一步優選為0.5μm～3μm。另外，可以是與側面的光軸垂直的方向的表面粗糙度大於0μm，上限為在上述的光入射面和光出射面的表面粗糙度中列舉的值以下。

與側面的光軸(圖中長度l的方向)垂直的方向的表面粗糙度在上述的範圍內優選較小，但從加工效率的觀點來看，任意選擇也可以。具體而言，例如通過切削加工形成側面時，具有切削方向的表面粗糙度和與切削方向大致垂直的方向的表面粗糙度中前者的切削方向的表面粗糙度較小的傾向，當為了提高加工效率而使切削速度等變化時，特別是與切削方向大致垂直的方向的表面粗糙度會變大。此時，通過使切削方向為光軸方向，能夠維持作業效率，並保持光的傳播效率。另外，利用成形等時，在成形鑄模側具有切削痕等表面粗糙度的方向性的情況下，該表面粗糙度被轉印在光學積分器上。與該情況同樣，通過使光軸方向為表面粗糙度小的方向，也能夠保持良好的光的傳播效率。

另外，在介質2使用固態的顆粒時，當包括由介質2構成的散射顆粒從側面突出而形成的凸部或/和該散射顆粒從側面脫落的痕跡造成的凹部的凹凸以表現為表面粗糙的程度存在時，如上所述，成為產生自側面的光洩漏的一個原因。根據以上內容，側面的表面粗糙度(ra)進一步優選為作為介質2導入的散射顆粒的平均粒徑的1/2以下。通過成為不使散射顆粒從光學積分器的側面突出的狀態或使用磨削或切斷等將從側面突出的散射顆粒切斷進行平滑化，能夠實現。

接著，利用圖2對使用光學積分器001的影像投影裝置011進行說明。

圖2是表示影像投影裝置011的概略圖。

在圖2所示的影像投影裝置011中，有光源012、光學積分器001、照明透鏡013、偏振過濾器025、影像生成裝置014、透鏡單元018、光軸變更元件019、出射窗020、光檢測部021。另外，用虛線記載的光行進路徑022是為了輔助對光線的行進的說明所記載的假想線。

光源012是搭載有出射紅、綠、藍波段的光的晶片的多晶片光源。光源012假設為一般可購入的廉價的led。

從光源012出射的3色的光線入射到光學積分器001，被上述的散射顆粒擴散，此外被封入到光學積分器001內，實現高的混色性和均勻性。

從光學積分器001出射的光經由照明透鏡013對影像生成裝置014進行照明。

光在從照明透鏡013到達影像生成裝置014之前，在偏振過濾器025中行進，被選擇成為規定方向的直線偏振的光。

由偏振過濾器025選擇為規定方向的偏振對影像生成裝置014進行照明。

在此，假設影像生成裝置014為無濾色器的透過型液晶元件。因此，與具有濾色器的液晶相比能夠使像素為1/3，因此能夠實現高解析度的影像。影像生成裝置014的顯示區域015表示生成影像的區域。此外，彩色化是利用使光源012具有的紅、綠、藍波段的光按時間發光的fsc的技術來實現的。

顯示區域015具有按每個像素對規定的偏振選擇與該偏振垂直的方向或平行的方向中的某個方向的功能。作為影像有效時，選擇與用偏振過濾器025選擇的方向平行的偏振。

在顯示區域015中行進的作為影像有效的光線和無效的光線，向偏振過濾器026入射。在偏振過濾器026中，只通過作為影像有效的偏振光線，無效的偏振光線被吸收或反射。

只有在偏振過濾器026作為影像有效的光線在透鏡單元018中行進。

遮光開口016、017是以顯示區域015的外側的多餘的光線不會射出的方式配置的遮光開口。

透鏡單元018是需要多片透鏡的投影透鏡，具有使顯示區域015的影像在屏幕(未圖示)放大成像的功能。

圖中以3片為一組進行了記載，但根據所投影的影像的放大率、投影距離，也可以是更多的片數，相反也可以更少。

此外，優選的是透鏡單元018具有向遠離影像生成裝置014和接近影像生成裝置014的方向移動的機構。利用該機構，能夠具有根據投影距離改變影像的成像位置的聚焦功能。

從透鏡單元018射出的光被光軸變更元件019反射，經由出射窗020投影到屏幕上(未圖示)。

光軸變更元件019具有使影像折彎的功能。用圖示的三稜鏡或簡單的反射鏡等能夠實現。優選確保光線通過的面的面精度，使得影像不會變形。

出射窗020具有防止塵埃或水滴等從外部進入的功能。是光學上透明的平板，優選在從紅到藍的區域(波長430nm～670nm的範圍)形成防反射膜，以減小效率損失。

另外，在影像投影裝置011搭載有光檢測部021，能夠檢測從光源012射出的光。例如，假設光檢測部021是能夠檢測每種顏色的光的帶有濾色器功能的光檢測。因為是fsc控制，所以光檢測部021還能夠使用不依賴波長的光檢測器。此時，只要與通過fsc依次發出紅、綠、藍光的時刻同步地監視光檢測器的信號即可。此時，通過使用帶濾色器功能的光檢測器，能夠廉價地形成光檢測部021。

優選採用以下結構：利用該光檢測部021，存儲從進行規定的色溫和亮度的設定的光源012出射的光的初始值，在光量因溫度或經時劣化等而產生變化時能夠進行反饋控制。

接著，使用圖3，說明光源012和光學積分器001的配置關係。

光源012是在1個殼體內搭載有出射紅、綠、藍波段的光的紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033的多晶片光源。

從光源012出射的紅、綠、藍波段的光入射到光學積分器001的入射出射面002(或入射出射面003)。光學積分器001的入射出射面002的寬度w和高度h設定為比搭載於光源012的紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033的最大外形的寬度wled和高度hled大。另外，設計上優選使入射出射面002的中心和紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033的中心一致(圖中，線034、035交叉的點)。例如，寬度wled和高度hled為1mm時，如果搭載的公差為±0.05mm，則優選寬度w和高度h設定為1.1mm左右。

接著，使用圖4a～圖4c對使用影像投影裝置011的顯示裝置101進行說明。

圖4a～圖4c是顯示裝置101的概略圖，圖4a是正面圖，圖4b和圖4c是側面圖。

設想顯示裝置101為智慧型手機或平板pc等，具有進行影像的顯示和利用靜電電容用手指控制顯示裝置101的面板102、控制用的按鈕103等。另外，在顯示裝置101的圖4a中的上部配置有影像投影裝置011，影像可以向圖4a中上部方向投影。

另外，影像投影裝置011具有在顯示裝置101內能夠向箭頭105的方向旋轉的旋轉機構104，如側面圖的圖4b和圖4c所示，能夠向上方或後方地選擇影像投影的方向。

為了實現這種移動式用途的顯示裝置，必須是小型的。另外，在持續使用電池時，要求高的光利用效率。

如上所述，在要實現小型、高效率的影像投影裝置011時，為了使搭載有在1個殼體搭載有多個光源的多晶片光源的影像投影裝置的光學系統小型化，需要提高混色性和均勻性的小型的光學積分器。

接著，使用圖5對顯示裝置101的系統進行說明。

圖5是圖示顯示裝置101的系統框的圖。

顯示裝置101包括光監視器(光檢測部)021、光源012、具有存儲有控制光源的設定值的數據表120的影像投影裝置011。

通信部112具有取得wifi或bluetooth(藍牙，註冊商標)那樣的網際網路上的信息或訪問使用者111所持有的電子設備等外部伺服器119而取得外部信息的功能。

顯示裝置101還包括：經由面板102向使用者111顯示信息的顯示部113；和根據電元件或靜電電容等的原理檢測加速度的加速度傳感器或用gps等感應外部環境的傳感部114。

顯示裝置101還包括：從電池等供應電力的電力供應部115；和用攝像機等取得外界影像的攝像部116。

顯示裝置101還包括通過使用麥克風的使用者的語言的語音識別、面板102的觸摸傳感器、按鈕103等進行使用者對顯示裝置101的控制的控制部117。

另外，顯示裝置101還包括根據使用者的控制而控制上述裝置、上述各部分的主晶片即控制器118。

顯示裝置101具有不僅只有使用者111在顯示部113觀察規定的影像、而且使用者111和其他多個人能夠同時觀察影像的影像投影裝置011。

因此，例如也可以具有下述功能：基於由傳感部114得到的信息，控制器118檢測出配置有顯示裝置101的場所，從外部伺服器119選擇周圍的信息，驅動影像投影裝置011，在屏幕上顯示所選擇的信息。

另外，例如，控制器118還可以具有下述功能等：使用者111用顯示部113確認使用者111持有的影像數據列表，只有使用者111選擇的影像由影像投影裝置011在屏幕顯示，使用者與其他多個人觀察影像。

另外，例如，控制器118還可以具有下述功能等：在使用者111步行時道路具有小的臺階等的情況下，控制器118對由攝像部116的影像信息取得的影像信號進行處理，識別出具有臺階的情況，使影像投影裝置011發光，向使用者111告知「有臺階請注意」之類的信息。

另外，電力供應部115經由控制器118供應裝置所需的電力。此時優選控制器118具有根據需要只向必要的裝置供應電力從而節電的功能。

另外，優選控制器118具有監視來自處於影像投影裝置011內的光檢測部021的光量信息，控制光源012的輸出的功能。

使用圖6a和圖6b對顯示裝置101的光源012的調整流程進行說明。

在出庫前進行初始值設定時，以使從影像投影裝置011出射的影像成為指定的彩色坐標的方式在數據表120中存儲光源012的紅、綠、藍波段的光量i0(r)、i0(g)、i0(b)。

從控制器118接收影像投影裝置011進行影像投影的命令時，影像投影裝置011開始光源012的發光(圖6a的131)。接著，利用光檢測部021檢測光源012的光量i1(r)、i1(g)、i1(b)(圖6a的132)。通過比較檢測到的光量i1(r)、i1(g)、i1(b)和初始的光量i0(r)、i0(g)、i0(b)，檢查是否存在距指定的彩色坐標的誤差(圖6a的133)。

只要影像投影裝置011是動作中，不存在彩色坐標的誤差時，隔開規定的時間(圖6a的135)，再次重複進行用光檢測部021檢測光量的(圖6a的132)調整流程。

像led那樣的半導體光源具有輸出因溫度而變化的特性。因此，因環境的溫度變化或配置在光源012附近的電子電路的發熱等，從光源012出射的各色的光輸出產生變化。輸出變化時，控制光源012內的紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033的光量(圖6a的134)，使得誤差得以修正。光量的控制通過改變驅動電流的方法或改變發光時間的方法等能夠實現。

光量控制的調整結束後，再次檢測光量(圖6a的132)，檢查是否為規定的顏色(圖6a的133)。

這樣，優選影像投影裝置011以彩色坐標不超過一定範圍的方式進行反饋控制。

假設光學積分器001為樹脂製成。因此，隨著時間推移，因受到紫外線等而劣化，透過率可能降低。另外，光源012隨著時間推移而劣化，發光的光量本身可能降低。

對在這種情況下進行亮度的控制的方法，使用圖6b進行說明。

從控制器118接收影像投影裝置011進行影像投影的命令，如圖6b所示，影像投影裝置011開始光源012的發光(圖6b的131)。接著，利用光檢測部021檢測光源012的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)(圖6b的140)。比較檢測到的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)的相加值it2和初始光量i0(r)、i0(g)、i0(b)的相加值it0(圖6b的141)。

光量的差比規定的設定值小時，認為光源012或光檢測器中的某個劣化，對初始光量i0(r)、i0(g)、i0(b)根據it2和it0的比率使初始光量的設定變更為光量i0(r)、i0(g)、i0(b)，更新數據表120的設定值(圖6b的142)。

在設定值更新後，再次利用光檢測部021探測光源012的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)(圖6b的140)。比較檢測到的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)的相加值it2和初始光量i0(r)、i0(g)、i0(b)的相加值it0(圖6b的141)。在能夠確認光量的差為規定的設定值的範圍內時，接著利用光檢測部021檢測光量i3(r)、i3(g)、i3(b)(圖6b的132)。通過比較檢測到的光量i3(r)、i3(g)、i3(b)和再次設定的初始光量i0(r)、i0(g)、i0(b)，檢查有沒有距規定的顏色的誤差(圖6b的133)。

只要影像投影裝置011為動作中，在沒有彩色坐標誤差時，隔開規定時間(圖6b的135)，再次重複進行利用光檢測部021檢測光量(圖6b的132)的調整流程。

在光量的輸出存在誤差時，控制光源012內的紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033的光量，使得誤差得以修正(圖6b的134)。

在光量控制的調整結束後，再次檢測光量(圖6b的132)，檢查是否為規定的彩色坐標(圖6b的133)。

如上所述，通過也對亮度進行監視，能夠避免由於隨著時間推移的劣化造成的亮度降低而無法進行彩色坐標的調整的問題。

如圖6b所示，隨著時間推移的劣化造成的亮度的變化，僅通過在起動時進行檢查就能夠修正，因此除起動時以外，只要反覆進行圖6b的132和135的流程進行控制即可。

實施例2

使用附圖對本發明的實施例2進行說明。

在此，對光學積分器001的變形例進行說明。

首先，對圖7的光學積分器201進行說明。

光學積分器201是將圖1的光學積分器001的形狀從四稜柱變為圓柱的例子。光學積分器201形成為長度為l、直徑為w的圓柱形狀，其內部被規定的透明度高的折射率n1的介質1充滿。

另外，光學積分器201具有入射出射面202、203、tir側面204。

在光學積分器201的內部隨機填充有由與介質1不同的折射率2的透明度高的介質2充滿的散射顆粒008。與光學積分器001同樣，具有通過變更行進的光線的角度來進行散射的功能。

通常在杆型的光學積分器中，已知形成為圓柱形狀時，由於行進距離會產生強弱變化，因此得不到良好的均勻性。與此相反，光學積分器201由於在內部配置有散射顆粒008，因此即使是圓柱形狀也沒有問題，能夠得到混色性和均勻性。

例如能夠像纖維那樣延伸製造的方法能夠實現，在成本方面具有優點。

另外，入射出射面202、003的直徑w與入射的光線相比，考慮到安裝的公差等，優選比入射的光線的面積大，設定為至少2倍以下。如上所述，是因為亮度與面積成反比例。

接著，使用圖8對光學積分器211進行說明。

光學積分器211是將光學積分器001的形狀從四稜柱變為三稜柱的例子。光學積分器211形成為長度為l、一邊的長度為w的三稜柱的形狀，其內部被規定的透明度高的折射率為n1的介質1充滿。

另外，光學積分器211具有入射出射面212、213、tir側面214～216。

在光學積分器211的內部隨機填充有由與介質1不同的折射率2的透明度高的介質2充滿的散射顆粒008。與光學積分器001同樣，具有通過變更行進的光線的角度而進行散射的功能。

與光源012內的紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033如圖3所示形成為三角的形狀的情況相配合，將形狀形成為三稜柱。

入射出射面212、213的長度w與入射的光線相比，考慮到安裝的公差等，優選比入射的光線的面積大，至少設定為2倍以下。如上所述，因為亮度與面積成反比例。

光學積分器211在與形成為三角形狀的光源012組合時，與四稜柱相比，減小了浪費的空間，從而能夠獲得在確保混色性和均勻性的前提下提高效率的效果。

接著，使用圖9對光學積分器221進行說明。

光學積分器221是將光學積分器001的形狀變為彎曲的例子。光學積分器221形成為長度方向的長度為l、寬度為w、高度為h的彎曲的形狀，其內部由規定的透明度高的折射率n1的介質1充滿。

另外，光學積分器221具有入射出射面222、223、tir側面224～227。

在光學積分器221的內部隨機填充有由與介質1不同的折射率2的透明度高的介質2充滿的散射顆粒008。與光學積分器001同樣，具有通過變更行進的光線的角度進行散射的功能。

光學積分器221的特徵是入射出射面222和223的法線不同，在安裝時，能夠容易地在光源012和照明透鏡013之間彎曲。

得到能夠確保混色性和均勻性，提高安裝設計上的自由度的效果。

接著，使用圖10對光學積分器231進行說明。

光學積分器231是變更了光學積分器001的入射出射面的比率的例子。

光學積分器231具有入射面232、出射面233、tir側面234～237。其內部由規定的透明度高的折射率n1的介質1充滿。特徵在於，入射面232為寬度wi的正方形，出射面233為寬度w0的正方形，長度為l，入射面232、出射面233的尺寸不同。

在光學積分器231的內部隨機填充有由與介質1不同的折射率2的透明度高的介質2充滿的散射顆粒008。與光學積分器001同樣，具有通過變更行進的光線的角度進行散射的功能。

每立體角的光量根據將其保存的物理定律的光學擴展量(etendue)的關係，光源小、顯示區域較大時效率高。光學積分器231使入射面232和出射面233的尺寸不同，將入射面232作為光源012側，將出射面233配置於照明透鏡013側。這樣配置時，能夠提高從照明透鏡013到顯示區域015的傳播效率。

接著，使用圖11a～圖11d對多晶片光源的晶片配置和光學積分器的入射出射面的關係和變形例進行說明。

圖11a是使用光學積分器201的例子，圖11b是使用光學積分器211的入射出射面212的例子，圖11c是使用光學積分器221的入射出射面222的例子，圖11d是使用光學積分器231的入射面232的例子。

在圓柱形狀的光學積分器201中，當以配置於入射出射面202的內部的方式將紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033配置成三角形時，沒有浪費，在效率方面是有利的。另外，同樣在光學積分器211中，在入射出射面212的內部也配置成三角形時，沒有浪費，在效率方面是有利的。

如光學積分器221，在四角的入射出射面222中，能夠將紅晶片031、綠晶片032配置2個、將藍晶片033配置4個。此時，通過增設人眼鮮明地感覺到的綠晶片，能夠期待提高亮度的效果。

如光學積分器231，在四角的入射面232中，也可以將紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033配置成1列。現今可取得的搭載有3色的晶片的多晶片光源有上述的三角配置的方式和配置為1列的方式等。即使如圖11d那樣為1列的方式，通過使入射面232的尺寸與晶片最外側的外形相等或比其大，能夠確保混色性和均勻性。即，不論晶片的配置怎樣，通過使入射出射面的面積與晶片最外側的外形相等或比其大，能夠確保混色性和均勻性。

在重視效率性時，優選不像圖11d那樣將入射面232的形狀形成為正方形而是與晶片的配置相配合地形成為長方形。

實施例3

使用附圖對本發明的實施例3進行說明。

在此，對影像投影裝置011的變形例進行說明。

圖12是表示影像投影裝置301的概略圖。影像投影裝置301是採用如頭戴式顯示器等那樣向眼中直接投影影像的虛像方式的光學系統。

圖12所示的影像投影裝置301與圖2的影像投影裝置011的不同點是配置有透鏡單元302。

透鏡單元302具有入射面303、分束面304、反射透鏡305、出射面306、透射面307、反射面308。

入射面303、出射面306、透射面307是透明的平面。分束面包括使規定的光通過、使其餘的光反射的光分支功能。這種光分支功能能夠由電介質的多層膜實現。

反射透鏡面305的面是反射塗層後的透鏡面。在圖中上面的光行進路徑022的箭頭方向存在眼。從眼到影像的距離l根據反射透鏡面305的焦點距離f和顯示區域015到反射透鏡面的光學距離a，用下述式(2)所示的一般透鏡的式子能夠大致算出。此外，由於距離l是虛像，因此特徵是符號為負。

1/f＝1/a+1/l……式(2)

反射面308是以使光在光檢測部021行進的方式設置的反射面。反射透鏡面305、反射面308等一般能夠利用電介質多層膜、或鋁、銀合金等金屬塗層來實現。

在偏振過濾器026中只有作為影像有效的光線向透鏡單元302的入射面303行進。從入射面303通過的光線向分束面304行進。在分束面，一部分光透過而到達反射透鏡面305。在反射透鏡面對光線賦予透鏡效果，進行反射，再次到達分束面304。在分束面304，一部分光進行反射，經過出射面306直接投影到眼。

在虛像方式中，與眼的透鏡功能組合，人對影像進行識別。相對於像通常的投影機那樣看到被投影到屏幕的影像的實像，由於是在與人眼的透鏡功能組合的假的屏幕生成影像，因此稱為虛像。

此外，在頭戴式顯示器中，由於是向眼直接投影影像，因此只能夠通過透鏡單元032，用眼看到外界。為了確保該外界的可見性即透視性，優選出射面306、透過面307為光學透明度高的面。

如以上說明的，在影像投影裝置301中通過搭載透鏡單元302和光學積分器001，能夠實現採用頭戴式顯示器所使用的虛像方式的光學系統的小型化。

圖13是表示影像投影裝置331的概略圖。影像投影裝置331是影像投影裝置301的變形例，是採用像頭戴式顯示器等那樣直接向眼投影影像的虛像方式的光學系統。

圖2所示的影像投影裝置331搭載有與影像投影裝置301不同的影像生成裝置334。假設影像生成裝置334為反射型的液晶元件。

從照明透鏡013出射的光入射到偏振分束器333。偏振分束器333是反射規定的偏振，而透過與該偏振正交的偏振的一般的光學元件。

由偏振分束器333反射的光線向光檢測部021行進，用於光量的監視。透過偏振分束器333的光對影像生成裝置334進行照明。

假設反射型的液晶元件為無濾色器的液晶。因此，與有濾色器的液晶相比，能夠使像素為1/3，因此能夠實現高解析度的影像。影像生成裝置334的顯示區域335表示生成影像的區域。此外，利用按時間使處於光源012的紅、綠、藍波段的光發光的fsc技術能夠實現彩色化。

顯示區域335具有按像素對規定的偏振選擇與該偏振垂直的方向和平行的方向中的某個方向的功能。作為影像有效時，選擇與由偏振分束器333反射的偏振平行的方向的偏振。

在顯示區域335反射的作為影像有效的光線和無效的光線，再次入射到偏振分束器333，只有作為影像有效的偏振光線進行反射。作為反射的影像有效的光線向透鏡單元302行進，如上所述被投影到眼中。

遮光開口016、017是以顯示區域015的外側的多餘光線不會射出的方式配置的遮光開口。

與透射型的液晶元件相比，反射型的液晶元件能夠使液晶層的厚度較薄，因此能夠使偏振的選擇速度更快。因此，得到能夠改善被稱為色亂(colorbreakup)的閃爍的效果。

接著，對影像投影裝置011的變形例進行說明。

圖14是表示影像投影裝置341的概略圖。影像投影裝置341是投影機使用的實像的光學系統，在去除了光軸變更元件019這一點上與影像投影裝置011不同。影像投影裝置341是從光源012起完全直線的結構。去除了光軸變更元件019這一點在成本方面有利。

接著，使用圖15a～圖15c對顯示裝置101的變形例進行說明。

圖15a是表示使用影像投影裝置301的顯示裝置351的圖，圖15b是表示使用影像投影裝置341的顯示裝置353的圖，圖15c是表示使用影像投影裝置341的顯示裝置356的概略的圖。

圖15a所示的顯示裝置351是頭戴式顯示器。顯示裝置351安裝在使用者111的頭部，影像從搭載於顯示裝置351的內部的影像投影裝置301投影到使用者111的眼中。使用者能夠從視覺上識別空中漂浮著的影像即虛像352。

圖15b所示的顯示裝置353是可攜式投影機。影像354從搭載於顯示裝置353的內部的影像投影裝置341投影到屏幕355。使用者111能夠將映在屏幕上的影像作為實像從視覺上識別。

圖15c所示的顯示裝置356是平視顯示器。影像從搭載於顯示裝置356的內部的影像投影裝置341投影到虛像生成部357。虛像生成部357具有使一部分光透過而反射其餘的光的分束器的功能，為曲面構造，還具有將影像直接投影到使用者111的眼中而生成虛像的透鏡功能。

使用者111能夠從視覺上識別像漂浮在空中那樣的影像即虛像352。期待這種平視顯示器應用於車輛駕駛員用的輔助功能或數字標牌等中。

不論在哪一種顯示裝置中，都希望小型、明亮，通過使用本發明的光學積分器，能夠實現小型、明亮的影像投影裝置。

實施例4

對本發明的實施例4進行說明。

光學積分器001形成為長度為4.15mm、高度為1.05mm、寬度為1.05mm的四稜柱的形狀。其內部由透明度高的折射率1.49的介質1充滿。另外，在光學積分器001的內部隨機填充有由透明度高的折射率1.59的介質2充滿的散射顆粒008。散射顆粒的體積相對於光學積分器001的體積為0.5％。作為介質1，使用日立化成(株)制的ヒタロイド9501(ha9501)(商品名)。其為聚氨酯丙烯酸酯類的光固化樹脂。另外，作為介質2，使用積水化成品工業(株)制的テクポリマー(techpolymer)ssx－302abe(商品名)。其為由交聯聚苯乙烯樹脂形成的微粒，形狀為球形，平均直徑為2μm，整體的大致95％的顆粒是與平均直徑的差為0.5μm以內的單分散顆粒。

光學積分器如下所述地製造。首先，在光固化樹脂中加入整體的體積的0.5％的微粒，利用攪拌棒攪拌約10分鐘。攪拌後進行4小時以上的自然放置而充分脫泡。通過用金屬板將底面和側面圍住，製作長度50mm、寬度7mm、深度1.05mm的空隙，向其中流入樹脂，從上方蓋上玻璃板。此時，空氣不會進入內部。之後，使uv燈透過玻璃進行照射，使樹脂充分固化。之後取出製品，利用dicer(dac552、株式會社disco制)切成寬度1.05mm、長度4.15m，在用dicer加工側面時，與長度方向平行進刀進行加工。這是因為dicer的加工紋路沿著光學積分器的長度方向產生，減小側面的光軸方向的表面粗糙度，降低來自光學積分器的光洩漏。此外，側面使用粒徑：#5000的切割刀，以轉速：30000rpm、切削速度：0.5mm/s的條件進行加工，光輸入輸出面使用粒徑：#3000的切割刀，以轉速：30000rpm、切削速度：0.5mm/s的條件進行加工。側面的光軸方向的表面粗糙度為ra＝0.3μm，光軸垂直方向的表面粗糙度為ra＝1.0μm，光輸入輸出面的表面粗糙度為ra＝2.0μm。此外，本實施例的表面粗糙度是基於jisb0601'1982測定中心線平均粗糙度ra的結果。

利用金屬顯微鏡將側面放大觀察，結果是，在切削麵，介質2沒有從側面突出，顆粒被切斷。另外，在非切削側面，介質2沒有從側面突出，而是埋入介質1中。

作為光源，使用led(osram制ltrbr8sf)。在一個led搭載有紅、綠、藍這三個晶片，與白色led比較時，能夠得到顏色再現性提高。使led與光學積分器的入射面中心緊貼配置，共用陽極，在地與紅晶片之間有1kω電阻，在地與藍晶片之間有150ω電阻，對led施加2.7v電壓使其發光，評價光學積分器的出射面的正面亮度、uniformity(均勻性)和混色性。亮度計使用konicaminolta制ca－1500(商品名)。對於出射面，用寬度方向11分割、高度方向11分割的121分割測定亮度、色度x和色度y的數據，如下計算出平均亮度、uniformity(均勻性)和混色性。

平均亮度：測定121點的正面亮度的平均值

uniformity(均勻性):測定121點的正面亮度的最小值/最大值

混色性：測定121點的色度的最大值－最小值

測定的結果是，平均亮度為34400cd/m2、uniformity(均勻性)90.7％、色度x的混色性為0.020，色度y的混色性為0.024，能夠在確保足夠的亮度的基礎上實現光的均勻化。

此外，在本實施例的圖中，對相同功能的晶片，例如圖3、圖11的紅晶片031、綠晶片032、藍晶片033，分配相同的附圖標記。

另外，本實施例中，對使用三個和四個晶片的多晶片光源的例子進行了說明，但當然晶片為一個時也能夠獲得高的均勻性。另外，只要晶片為兩個以上，為五個、六個也可以兼顧混色性和均勻性。

此外，本發明不限於上述的實施例，包含各種變形例。例如，上述的實施例是為了易於理解地說明本發明而詳細地進行了說明，並非必須包括所說明的全部的結構。另外，在某實施例的結構中還可添加其它實施例的結構。另外，對於各實施例的一部分，可進行其它結構的添加、去除、置換。

另外，上述的各結構的一部分或全部可以由硬體構成，也可以通過由處理器執行程序來實現。另外，控制線或信息線表示了說明上需要的線，並沒有表示產品上全部的控制線或信息線。實際上可以認為幾乎全部的結構是相互連接的。

附圖標記說明

001光學積分器

002、003入射出射面

004～007tir側面

008散射顆粒

011影像投影裝置

012光源

014影像生成裝置

015顯示區域

018透鏡單元

019出射窗

021光檢測部

022光行進路徑

101顯示裝置。