本发明涉及使光照射到规定的区域的照明装置、照明方法和使用它的影像投射装置。
背景技术：
在使用面发光(led、oled)光源的照明器具或投影仪、头戴式显示器等影像投射装置中，需要一种使来自光源的光高效地传播到规定的区域的照明装置。并且，从功耗的观点来看，光在照明装置中的传递效率是一个重要的影响因素。
作为本技术领域的背景技术，针对照明装置，日本特开2011-165351号公报(专利文献1)、日本特开2012-145904号公报(专利文献2)记载了这样的照明器具用的照明装置，其为了将来自led的光出射到外部而使用了一种聚光体(透镜)，该聚光体对于相对光轴中心靠内侧的光具有透镜功能，而对于外侧的光具有反射器功能。
另外，针对影像投射装置，日本特开2004-258666号公报(专利文献3)中作为投影仪用途的照明装置公开了这样的示例，其利用反射器使来自灯泡的光会聚，并使用用于提高均匀性的棒状透镜，利用透镜将从棒状透镜出射的光照射到生成影像的显示装置上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-165351号公报
专利文献2：日本特开2012-145904号公报
专利文献3：日本特开2004-258666号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
近年来，以头戴式显示器(以下记作hmd)和平视显示器(以下记作hud)为首的投射虚像的影像投射装置的开发得到了推进。虚像是利用人眼的透镜功能使影像在眼底成像而得到的影像。在投射虚像的光学系统中，光的捕获角度由人的瞳孔和影像投射装置的出射面的开口所限制。若出射面的开口增大则其影像投射装置会变得巨大，因此投射虚像的影像投射装置通常采用小型化，所以光的捕获角度较小。
不过，现有的照明装置的光的捕获角度较大，装置较为大型化，不适于投射虚像的影像投射装置使用。即，照明器具照射房间的较大范围，所以光的捕获角度较大。因而，专利文献1和专利文献2的照明装置不适于投射虚像的hmd和hud等影像投射装置，无法提高光的传递效率。
另外，在将实像作为影像供观看的投影仪中，由于人观察的是照射在屏幕上的影像，所以光的捕获角度也是较大为好。为此，一直以来通过增大光的捕获角度来提高明亮度。
专利文献3记载的反射器的结构不适于led等面发光光源，无法提高效率。并且，即使与例如位于棒状透镜出口的多个透镜组合，由于外侧的光被浪费，也无法提高效率。另外，使用多个透镜在成本方面也不理想。
此外，即使将专利文献1或专利文献2与专利文献3组合，作为光的捕获角度受到限制的投射虚像的影像投射装置，也无法实现较高效率的照明装置。
本发明的目的在于提供一种光的利用效率较高的照明装置、照明方法和使用它的影像投射装置。
解决问题的技术方案
为解决上述问题，本发明举一例如下，即，一种照明装置，包括光源和由透明材料形成、用于使来自所述光源的光会聚后出射的聚光体，聚光体具有光源侧的入射面、出射光的出射面和位于入射面与出射面之间的侧面，侧面具有多个曲面形状，各曲面的形状不同，所述曲面与光轴之间的距离随着从入射面去往出射面而增大，该光轴自光源中心起沿着与光源的发光面正交的方向。
另外，本发明的一种照明装置，包括：光源，利用内反射使从该光源出射的光变得均匀的由透明材料充满的光学积分器，将从光学积分器出射的光变换为大致平行的光的透镜，和相对于透镜的光轴中心配置在透镜的外侧、将从光学积分器出射的光变换为大致平行的光的反射抛物面，光学积分器的内部包括使光散射的散射元件，透镜的光学积分器侧的面，与反射抛物面的位于与光学积分器相反一侧的透镜光轴方向的端部相比配置在光学积分器一侧。
发明效果
根据本发明，能够提供一种节电且提高了明亮度的小型的照明装置、照明方法和使用它的影像投射装置。
附图说明
图1是实施例1的照明装置的截面图。
图2是实施例1的聚光体的立体图。
图3是说明实施例1的照明区域的亮度分布的图。
图4是实施例2的照明装置的截面图。
图5是实施例3的聚光体的立体图。
图6是实施例4的照明装置的截面图。
图7是说明实施例4的多波长光源9的图。
图8是实施例4的光学积分器的立体图。
图9是说明实施例5的多波长光源的图。
图10是实施例5的光学积分器的立体图。
图11是实施例6的影像投射装置的截面图。
图12是实施例7的影像投射装置的截面图。
图13是实施例8的影像投射装置的截面图。
图14是说明实施例9的影像投射装置的应用例的图。
图15是说明实施例10的hmd的图。
图16是说明实施例11的智能手机的图。
图17是说明实施例11的智能手机的使用场景的图。
图18是说明实施例11的智能手机的系统的图。
图19是说明实施例11的智能手机的动作流程的图。
图20是说明实施例11的影像投射装置170进行色彩调整的动作流程的图。
图21是实施例12的照明装置的立体图。
图22是实施例12的照明装置的展开图。
图23是实施例12的照明区域的截面图。
图24是实施例12的透镜的展开图。
图25是实施例12的反射器外壳的立体图。
图26是说明从实施例12的光学积分器出射的光的角度分布的图。
具体实施方式
以下使用附图对本发明的实施例进行说明。不过，本发明并不限定于此。
实施例1
本实施例针对照明装置进行说明。图1是本实施例的照明装置22的截面图，图2是从图1的照明区域3的斜上方向观察聚光体1的立体图。
在图1中，照明装置22构成为包括聚光体1和光源2。从光源2出射的光被聚光体1会聚，照射到照明区域3。照明区域3是四方形的区域，图2的区域23表示该照明区域3投影到聚光体1上的区域。照明区域3的端部(角落)85相当于区域23的端部115，端部87相当于区域23的端部117。
如图2所示，聚光体1是利用透明材料成型得到的光学部件，由光源2一侧的入射面5、6，出射光的5个出射面7～11，和4个侧面12～15(侧面14在背面侧无法看到故没有图示)形成。作为聚光体1的材料，例如优选在可见光波段吸收较少的聚碳酸酯和环烯烃聚合物等透明的材料。当然，也可以根据所使用的光源的波段而改变材料。
另外，在入射面5、6和出射面7～11上，可以出于防止光的表面反射以提高效率之目的，利用电介质多层膜形成防反射膜。
在图1中，光源2是面发光型的光源，例如能够应用led和oled等。此处，假定是在芯片表面涂敷有将蓝色光转换为白色的荧光体的白色led。另外，光源2搭载在光源基板4上，能够经光源基板4从外部供给电流。
通常，从面发光型的光源出射的光是向前方的全方位行进的。光源2出射的光也向着前方行进。光源2的光轴是自光源中心起与其发光面正交的方向的轴(图中的轴19)，在从光源2出射的光之中，光轴中心的光最强，随着离开光轴中心而减弱，与光源2的发光面相同的方向最弱。
光源2出射的光在聚光体1中入射到入射面5和入射面6上，被分割为内侧和外侧的光，其中入射面5包含轴19，而入射面6被配置在离开轴19的方向上的入射面5的外侧。
入射面5分割出的内侧的光经出射面7变换为大致平行的光，照射到照明区域3。即，入射面5和出射面7具有在将光源2视作点状的物体即物点时，使出射的光成为平行光的透镜功能。
像这样，所出射的大致平行的光越多，则作为光的捕获角度受到限制的投射虚像的影像投射装置用的照明装置，越能够提高效率。
图1中，入射面5、出射面7同为凸透镜，但也可以使入射面5为凹透镜，只要具有在将光源2视作物点时使出射的光成为平行光的透镜功能即可。
另一方面，入射面6分割出的外侧的光或在侧面12上反射并经出射面8照射到照明区域3，或在侧面13上反射并经出射面9照射到照明区域3。此外，入射面6分割出的外侧的光同样地在侧面14、15上反射，并分别经出射面10、11照射到照明区域3，不过图1对此没有记载。
根据斯涅尔定律可知，入射角大于临界角的光线无法从折射率高的介质行进到折射率低的介质中，而是会发生内反射(totalinternalreflection，以下记作tir)。因此，入射到侧面12、13上的光线会因tir而反射。当然，也可以利用铝或银合金等在侧面12～15上形成反射膜。此时，能够在反射膜面上利用粘接剂接合其它的部件。
接着，对来自入射面6的光经由4个侧面12～15和4个出射面8～11形成的光路进行说明。
首先说明入射面6、侧面12、出射面8的光路。图1中，入射面6是以光源2的中心为原点的球体形状的一部分。因此，入射到入射面6的从光源2出射的光相对于入射面6成直角，因此不会受到角度发生弯曲的影响等，光线保持着从光源2出射的原本的角度而行进到侧面12。
侧面12是曲面，其与轴19的距离随着从入射面去往出射面侧而增大。在本实施例中，侧面12是以轴20为旋转轴的椭圆体17的一部分。通常，椭圆体具有2个焦点，并具有从1个焦点出射的光线在另一个焦点上成像的特性。若将光源2的中心和照明区域3的端部85设定为其2个焦点，则能够使光源2出射光在照明区域3的端部85上成像。因此，侧面12上反射的光线向着端部85行进。
出射面8形状是以端部85为原点的球体的一部分。入射到出射面8上的光线是以端部85为焦点的光，所以相对于出射面8成直角。因此，光不会因出射面8受到角度发生弯曲的影响等，保持原本的角度行进到端部85。
即，能够使从与光源2所出射的平面相同的角度(图1中与轴19成直角的方向的出射光)到由入射面5、6的边界所分割的角度为止的范围的光，作为规定的角度范围(由光的捕获角度所限制的角度范围，换言之，由于光的捕获角度与f值的倒数成正比，也可以称作由f值所限制的角度范围)内的光照射到端部85。
通过像这样使从光源2出射的外侧的光照射到照明区域3的端部，聚光体1能够使光源2的外侧的光作为限制在规定的角度范围内的光照射到照明区域3。
接着说明入射面6、侧面13、出射面9的光路。与侧面12同样地，侧面13是以轴21为旋转轴的椭圆体18的一部分。椭圆体18将光源2的中心和照明区域3的端部87设定为其2个焦点。另外，与出射面8同样地，出射面9的形状是以端部87为原点的球体的一部分。因此，从光源2出射的光在端部87上成像。
即，通过使轴20、轴21在光源2处相交，能够使从光源2出射的光在照明区域的两端成像。
入射面6、侧面14、出射面10的光路和入射面6、侧面15、出射面11的光路也是同样的，侧面14、侧面15为椭圆体的一部分，该椭圆体的2个焦点设定在光源2的中心和照明区域3的端部116或118上，因此从光源2出射的光分别在与端部116、118对应的照明区域3的端部上成像。
聚光体1如图2的立体图所示，出射面8～11的曲面形状不同，故在它们的接合部处分别产生边界32。同样地，侧面12～15的形状也不同，它们的接合部处也会产生边界32。侧面和出射面上的边界32意味着被通过轴19的平行的面所划分。
如以上说明的那样，在聚光体1的作用下，从光源2出射的光之中内侧的光以大致平行的角度照射到照明区域3，而外侧的光被会聚到照明区域3的两端。
另外，聚光体1可以形成有面33，作为与光源基板4接触而进行固定的面使用。此外，可以设置凸缘16，作为将照明装置22与其它机构固定的面使用。面33、凸缘16均设置在有效光线不会通过的区域，不存在光的损失。
图3是说明照明区域3的亮度分布的图。图3的(a)表示从出射面7出射的光源2的内侧的光所照射的亮度分布，图3的(b)表示从出射面8～11出射的光源2的外侧的光所照射的亮度分布，图3的(c)表示从光源2出射的内侧和外侧的光所照射的亮度分布。图的上部表示照明区域3的亮度的等高线，线越粗表示亮度越大。图的下部表示投影到图的上部所示的轴25上的亮度26的分布。
内侧的光如亮度分布27所示，照明区域3的中心的亮度较大，越去往外侧亮度越小。照明区域3为四边形，故4角的亮度尤其小。相反的，外侧的光如亮度分布28所示，仅照明区域3的4角亮度较大。因此，从光源2出射的光为亮度分布27与28的总和，如亮度分布29所示，利用聚光体1能够提高整体的亮度。
于是，使用通常的透镜则4角会变暗，但若使用本实施例的聚光体1则能够使4角变得明亮。这是因为，通过使用通常的透镜无法利用的外侧的光，能够高效地照射照明区域3。
在光的捕获角度被制约为规定角度的虚像用的影像投射装置中，通过如上所述地利用聚光体1使光源2的中心的光成为大致平行光，并使外侧的光从照明区域之外照射规定角度范围内的光，能够高效地利用来自光源2的光照射照明区域3。
另外，上述实施例记载了使椭圆体的2个焦点为光源2和照明区域的端部的例子，但即使焦点稍微在光源2或照明区域的平面内，或者与轴19平行的方向上偏移，通过使多个椭圆体的轴不同，也能够得到类似的效果。即，旋转体的轴只要至少通过光源和作为照明装置的目标的照明区域的中心与端部之间即可。
如上所述，本实施例的照明装置包括光源和由透明材料形成的、用于使来自光源的光会聚后出射的聚光体，聚光体具有光源侧的入射面、出射光的出射面和位于入射面与出射面之间的侧面，侧面具有多个曲面形状，各曲面的形状不同，该曲面与光轴之间的距离随着从入射面去往出射面而增大，该光轴自光源中心起位于与光源的发光面正交的方向上。
另外，本实施例的使从光源出射的光会聚后出射的照明装置的照明方法，在与光轴正交的方向上，将从光源出射的光分割为光轴侧的内侧的光和远离光轴的外侧的光，其中光轴自光源中心起位于与光源的发光面正交的方向上，并以使得内侧的光以大致平行的角度照射到照明装置的照明区域上，并且外侧的光的焦点落在照明区域的角落上的方式，来使光会聚。
由此，能够提供一种节电且明亮的小型的照明装置、照明方法和使用它的影像投射装置。
实施例2
本实施例针对结构与实施例1不同的照明装置进行说明。本实施例的照明装置52是照明装置22的另一例，不同点在于聚光体的侧面的曲面为抛物线。
图4是本实施例的照明装置52的截面图。在图4中，照明装置52构成为包括聚光体31和光源2。从光源2出射的光被聚光体31会聚，照射到照明区域3。
聚光体31是利用透明材料成型得到的光学部件，由光源2侧的入射面35、36，出射光的5个出射面37～41(图中仅记载了出射面37～39)，和4个侧面42～45(图中仅记载了侧面42、43)形成。
另外，在入射面35、36和5个出射面37～41上，可以出于防止光的表面反射以提高效率之目的，利用电介质多层膜形成防反射膜。
从光源2出射的光在聚光体31中入射到入射面35和入射面36上，被分割为内侧和外侧的光，其中入射面35包含轴49，而入射面36相对于轴49被配置在入射面35的外侧。
入射面35分割出的内侧的光经出射面37变换为大致平行的光，照射到照明区域3。即，入射面35和出射面37具有在将光源2视作物点时，使出射的光成为平行光的透镜功能。
入射面36分割出的外侧的光或在侧面42上反射并经出射面38照射到照明区域3，或在侧面43上反射并经出射面39照射到照明区域3。此外，入射面36分割出的外侧的光同样地在侧面44、45上反射，并分别经出射面40、41照射到照明区域3，不过图4对此没有记载。
接着，对来自入射面36的光经由4个侧面42～45和4个出射面38～41形成的光路进行说明。
首先说明入射面36、侧面42、出射面38的光路。入射面36是以光源2的中心为原点的球体形状的一部分。因此，光保持从光源2出射的角度行进到侧面42。侧面42是曲面，其与轴49的距离随着从入射面去往出射面侧而增大。在本实施例中，假定侧面42是以轴50为旋转轴的抛物线47的一部分。通常，抛物线具有1个焦点，并具有从该焦点出射的光线会变得平行的特性。若以光源2的中心为其焦点，并使旋转轴像轴50那样倾斜规定的角度，则能够得到倾斜了规定角度的光线。因此，侧面42上反射的光线向着照明区域3以规定的角度行进。
出射面38是与轴50正交的平面。入射到出射面38的光线是与轴50平行的光，所以相对于出射面38成直角。因此，光不会因出射面38受到角度发生弯曲的影响等，保持原本的角度行进到照明区域3。
入射面36、侧面43～45、出射面40～41的光路也是同样的，侧面43～45为抛物线的一部分，该抛物线的焦点设定在光源2的中心，因此从光源2出射的光分别以规定的角度向着照明区域3行进。
即，外侧的光从照明区域3的两外侧以规定的角度照射，所以能够使光源2的外侧的光照射到照明区域3而不会对内侧的光造成干扰。
另外，在聚光体31中，在形状不同的出射面的接合部和形状不同的侧面的接合部处，也分别产生边界。
如上述说明那样，在聚光体31的作用下，从光源2出射的光之中内侧的光以大致平行的角度照射到照明区域3，而外侧的光以规定的角度从照明区域3的外侧照射到照明区域3的两端。
另外，聚光体31可以形成有面34，作为与光源基板4接触而进行固定的面使用。此外，可以设置凸缘46，作为将照明装置52与其它机构固定的面使用。面34、凸缘46均设置在有效光线不会通过的区域，不存在光的损失。
在光的捕获角度被制约为规定角度的虚像用的影像投射装置中，通过如上所述地利用聚光体31使光源2的中心的光成为大致平行光，并使外侧的光从照明区域之外照射规定角度范围内的光，能够高效地利用来自光源2的光照射照明区域3。
实施例3
本实施例针对结构与实施例1不同的聚光体进行说明。本实施例的聚光体61是聚光体1的另一例，适用于照明区域为长方形的情况。
图5是本实施例的聚光体61的立体图。在图5中，聚光体61是利用透明材料成型得到的光学部件，由供光入射的入射面65、66，出射光的5个出射面67～71，和4个侧面72～75(侧面74未图示)形成。作为聚光体61的材料，可以与图2中说明的聚光体1相同。
另外，在入射面65、66和出射面67～71上，可以出于防止光的表面反射以提高效率之目的，利用电介质多层膜形成防反射膜。
入射的光在聚光体61中入射到入射面65和入射面66上，被分割为内侧和外侧的光，其中入射面65包含光的中心轴，而入射面66相对于该轴被配置在入射面65的外侧。
入射面65分割出的内侧的光经出射面67变换为大致平行的光，照射到照明区域。即，入射面65和出射面67具有在将光源视作物点时，使出射的光成为平行光的透镜功能。不同于聚光体1，聚光体61的入射面65和出射面67是半径在纵横方向上不同的透镜。因此，能够高效地照射长方形的照明区域。
其中，区域62给出了将照明区域投影到出射面侧的区域的图示。
在通常的纵横比相等的透镜的情况下，照射的光的纵横比也是相等的，将产生无法照射到纵横比不同的照明区域上的无用的光。因此，通过使用改变了纵横比的透镜，能够提高效率。
另外，所出射的大致平行的光越多，则作为光的捕获角度受到限制的投射虚像的影像投射装置用的照明装置，越能够提高效率。
入射面66分割出的外侧的光在侧面72～75上反射，并经出射面68～71照射到照明区域。
侧面72～75是曲面，其与轴49的距离随着从入射面去往出射面侧而增大，此处假定为椭圆体的一部分。将各自的一个焦点设定在光源的中心，另一个焦点设定在照明区域的各个端部。因此，能够使从光源出射的外侧的光在照明区域的端部成像。
另外，出射面68～71的形状是以照明区域的端部为原点的球体的一部分。因此，侧面72～75上反射的光不会因出射面68～71而受到角度发生弯曲的影响等，保持原本的角度行进到照明区域的端部。
聚光体61如图5所示，出射面68～71的形状不同，侧面72～75的形状不同，故在它们的接合部处分别产生边界32。
如以上说明的那样，根据本实施例，对于长方形的照明区域也能够使从光源出射的光高效地会聚。
此外，聚光体61也可以设置与光源基板接触的面以及设置凸缘76，作为用于固定到光源或其它机构上的面来使用。通过将它们均设置在有效光线不会通过的区域，能够避免光的损失。
在光的捕获角度被制约为规定角度的虚像用的影像投射装置中，通过如上所述地利用聚光体61使光源2的中心的光成为大致平行光，并使外侧的光从照明区域之外照射规定角度范围内的光，能够高效地利用来自光源2的光照射长方形的照明区域。
实施例4
本实施例针对其它结构的照明装置进行说明。图6是本实施例的照明装置82的截面图。在图6中，照明装置82构成为包括聚光体61(实施例3中说明的聚光体)和多波长光源91。多波长光源91出射的多波长的光入射到光学积分器93，被均匀地混色。从光学积分器93出射的光被聚光体61会聚，照射到照明区域83。照明区域83是作为显示装置常见的宽高比为16：9的长方形。
此处，多波长光源91是出射3种波长的面发光型的光源，这里假定是具有红、绿、蓝波段的3个芯片的led。多波长光源91搭载在光源基板92上，能够经光源基板92从外部供给电流。
多波长光源91的3个芯片配置在不同的位置上。因此各芯片的光轴不同。光学积分器93是为了使这些不同的光轴变得一致而配置的。
如上所述，从光学积分器93出射的光在聚光体61中被分割为包含光轴95的内侧的光以及外侧的光，在聚光体61的作用下，内侧的光以大致平行的角度照射到照明区域83，而外侧的光被会聚到照明区域83的两端。
其中，聚光体61的面90与通道机构94接触，该通道机构94与光源基板92接触并固定于其上。此外，凸缘76可以作为将照明装置82与其它机构固定的面使用。
通道机构94假定是通过将光学积分器93轻轻压入而对其进行固定的机构。若利用粘接剂对光学积分器93和通道机构94进行固定，则光学积分器93与粘接剂的接触面上的折射率差减小，光的泄漏和光的损失将增大。为此，通道机构94不使用粘接剂就能够将光学积分器93固定，所以是效率较高的固定方法。
另外，通道机构94还具有遮光效果，能够除去从多波长光源91出射但未经光学积分器93而通过聚光体61行进到照明区域83的不需要的光。
此外，照明装置82由于搭载有多个波长，所以能够调整照明区域83的色彩。
另外，一般在没有滤色片的显示装置中，为了实现彩色化需要红、绿、蓝波段的光源，照明装置82适用于这样的显示装置。
图7是说明多波长光源91的图。多波长光源91中，分别出射红、绿、蓝波段的光的第一波长光源96、第二波长光源97、第三波长光源98在宽度wled和高度hled的内侧配置成三角形。
通过使聚光体61的光轴(轴95)与第一波长光源96、第二波长光源97、第三波长光源98的中心(轴99与轴100的交点)一致，能够利用聚光体61高效地使光会聚。
另外，通过将宽度wled和高度hled设定得小于光学积分器93的面102(宽度w、高度h)，能够将光高效地传递到光学积分器。
并且，为了在较短的距离内使光混色，光学积分器93的宽度w、高度h优选较小。因此，将第一波长光源96、第二波长光源97、第三波长光源98配置成三角形。
图8是光学积分器93的立体图。光学积分器93呈长度l、高度h、宽度w的四棱柱的形状，其内部充满了规定的高透明度的、折射率n1的介质1。并且，光学积分器93具有面102～107。
面102、103是光入射的光或出射的面。面104～107是侧面，具有利用tir将从面102、103入射的光束缚在光学积分器93的内部的功能。
光学积分器93的内部随机地填充有散射元件101，该散射元件101充满了与介质1不同的、折射率2的高透明度的介质2。根据斯涅尔定律，光线在通过折射率不同的介质时，以与入射的角度不同的角度出射。散射元件101具有利用该原理改变行进的光线的角度以使之散射的功能。根据斯涅尔定律，折射率1与折射率2的差越大，越能够获得较大的扩散功能。
散射元件可以为球状或其它形状。从成本方面考虑，采用作为通用元件的球状较为理想。
在使散射元件为球状的情况下，其直径越小则光线被弯折的角度越大，能够获得较高的散射性能。其直径优选大于入射的光线的波长，并为该波长的10倍以下。
当散射元件的直径小于波长时，能够获得较大的散射。不过，散射元件上有光线照射到的几率会减小，所以为了确保均匀性需要增大散射元件的填充率，但这会导致效率降低的问题。
相反地，当直径为波长的10倍以上时，对光线能够改变的角度减小，为了获得期望的混色性和均匀性需要将光学积分器93延长，但这将无法有助于小型化这一目的。
在散射元件为球状以外的形状，且该散射元件的表面没有凹凸的情况下，大体上与上述结论相同。
当然，在散射元件的表面也可以设置波长量级的精细结构。该情况下，即使采用任意形状并且增大散射元件的最大直径，也能够有望获得较大的散射效率。
另外，面102、103的高度h、宽度w优选与入射的光线大致相同，或者为至少考虑了安装上的公差的最小尺寸。当然，面102、103的高度h、宽度w最优选与入射的光线大致相同，该情况下，考虑安装上的公差，可以在组装时进行调整。
从面102、103出射的光线的亮度与面积成反比。因此，若使出入射面的面积为入射的光线的面积的2倍，则亮度将减半。此外，若面积增大则对光束缚的效果降低，混色性能也降低。为此，需要进一步增大散射元件的填充率，效率进一步劣化。
相反地，若面102、103的面积小于入射的光线，则将无法捕获光线，效率降低。
基于以上理由，面102、103的面积最好调整为与入射的光线尺寸大致相同，或考虑到组装上的公差，至少设定为2倍以下。
面102、103的宽度w和高度h定义为宽度w＞高度h。该情况下，长度l可以比宽度w的3倍更长。
通常的面光源呈半高半宽为60°的朗伯分布。若令普通的透明材料的折射率为1.5，则根据斯涅尔定律，能够捕获到光学积分器93的内部的光分布在±35°的范围内。35°的光线在宽度w的3倍的长度l上行进，将大约反射2次。即，满足(式1)。
l×tan35°≥2×w…(式1)
若具有大约反射2次左右的长度，则通过调整散射元件101的填充率，能够满足混色性和均匀性。
另外，在将长度l设定为超过宽度w的3倍的情况下，通过减小填充率，能够在保持满足混色性和均匀性的同时维持效率。
例如，在宽度w、高度h为1mm见方时，在长度为4mm，散射元件101的直径为约2μm，折射率1为1.48，折射率2为1.58的情况下，可以将散射元件101的介质2的总体积与介质1的总体积的比设定在0.5％～1.0％的范围。
另外，面102、103优选为大致平行。这样，能够保持着垂直入射的光的平均角度进行光的出入射，从效率的观点来看较为理想。
并且，面102、103优选为相同形状。这样，能够降低tir下的光的泄漏并进行高效的反射，能够降低损失。
此外，散射元件101的填充率与平均自由程即光与散射元件101碰撞的平均距离成反比，而光的透射率随着光与散射元件碰撞的次数而相应降低，因此可以说是与平均自由程成正比。即，散射元件101的填充率与明亮度成反比。若散射元件101过度填充则效率将降低，所以可以在考虑了混色性和均匀性以及效率的基础上，决定散射元件101的填充率。
另外，面104～107优选减小表面粗度。通过减小表面粗度，能够减小从面104～107漏光，能够实现高光量输出。
长度方向的表面粗度优选比与长度方向正交的方向小。这是因为，虽然因加工方法(切削、成型)等会容易产生存在各向异性的粗度，但通过减小光轴方向的表面粗度，能够降低来自反射侧面的漏光，实现高光量输出。
面102、103可以增大表面粗度。该情况下，通过使出入射面粗糙，能够实现由表面散射带来的光的均匀化。
本实施例的光学积分器只要是填充有介质1和具有与介质1不同的折射率、使所传播的光散射的散射元件(介质2)的结构即可，并不特别限定，能够通过使用以下说明的材料和制造方法来容易地获得。
首先，作为介质1的材料，从要传播光的观点出发选择高透明性的材料。本实施例使用丙烯酸系的光固化树脂，但只要是高透明度的材料即可，并没有特别限定，例如也可以使用环氧系的热固性树脂，或丙烯酸、聚碳酸酯等热塑性树脂，或者玻璃等。
从使用固态的介质2时容易与该介质2混合之观点，或者固化后不需要冷却或干燥等工序，故作业效率得到提高之观点，以及容易得到规定形状的光学积分器之观点出发，使用光固化树脂更为优选。另外，若使用丙烯酸系的材料，则透射率较高，能够提高光的利用效率，因此更为优选。
接着，通过将折射率与介质1不同的颗粒混合到介质1中，能够高效地获得介质2。作为介质2的材料，本实施例使用交联聚苯乙烯微粒，但只要是高透明度的材料即可，也可以使用其它材料的塑料颗粒或玻璃颗粒等其它的材料。不过，为了使光散射，存在折射率差是非常重要的，故介质1与介质2之间优选存在0.005以上的折射率差。从容易使介质1与介质2的比重接近，容易使介质2混合到介质1中之观点，以及在抑制了效率降低的基础上容易获得散射的效果之观点出发，更加优选0.005以上、0.015以下的范围。此处，在比较介质1与介质2的折射率时，任一折射率为大均可。另外，本实施例的折射率差指的是，根据介质1和介质2之中的高折射率的介质1或介质2的折射率与低折射率的介质2或介质1的折射率的差值而计算出的值。
其次，介质2的粒径优选为0.5μm以上、5μm以下的范围。这是因为，如上所述，若粒径较小则光会过度散射，导致光的输出效率降低，而粒径较大则光不容易发生散射。另外，粒径优选大致均匀，但只要90％以上的颗粒包含于上述粒径范围内，就能够获得效果，不存在问题。
然后，作为使介质1与介质2一体化的方法，例如存在这样的方法，即，准备液态的介质1，接着使介质1与介质2混合，并将混合体光固化成规定的形状来进行制造。此外，也可以使用热压、挤压成型、切削等其它的方法制造。这之中，如果使用液态的介质1，则由于容易将介质2混合于其中故更加优选，而如果将介质2混合到介质1中之后的状态还为液态，则由于容易加工成规定的形状故尤为优选。
在形成产品形状时，可以制造具有产品高度的板状部件，之后切割出外周而形成为产品尺寸；也可以制作具有产品尺寸的空间的模具，使树脂流动到模具中进行固化来制造产品。
接着对表面粗度进行说明。本实施例的光学积分器的表面粗度(ra，算术平均粗度)优选在侧面的长度方向上较小。这是因为，当光照射到侧面上时，若在侧面的长度方向上面较为粗糙，则入射角会超过临界角，光将从侧面逃逸。而在与长度方向垂直的方向上，在不会对光的传播造成不良影响的范围内，面可以较为粗糙。另外，关于光入射面和光出射面，由于有望具有提高光的扩散的效果，所以在不会对光的出射造成不良影响的范围内，面可以较为粗糙。根据以上观点，侧面的光轴方向上的表面粗度可以为大于0μm～2.0μm。优选的是，在大于0μm～1.0μm的范围更好，在大于0μm～0.5μm的范围尤其好。光入射面和光出射面的表面粗度为上述侧面的表面粗度以上，可以是0.01μm～10μm，更好的是0.5μm～5μm，尤其好的是0.5μm～3μm。另外，侧面的与光轴垂直的方向上的表面粗度为大于0μm，其上限可以为光入射面和光出射面的表面粗度所列举的值以下。
侧面的与光轴(图中长度l的方向)垂直的方向上的表面粗度优选为上述范围内的较小者，但也可以从加工效率的观点出发任意选择。具体而言，在例如通过切削加工来形成侧面的情况下，在切削方向上的表面粗度和与切削方向大致垂直的方向上的表面粗度之中，存在前者即切削方向上的表面粗度较小的趋势，并且若为了提高加工效率而改变切削速度等，尤其是与切削方向大致垂直的方向上的表面粗度会变大。该情况下，通过使切削方向为光轴方向，能够在维持作业效率的同时，保持光的传播效率。另外，在利用成型等进行加工，并且成型模具侧具有切削刀痕等表面粗度的方向性的情况下，表面粗度将会转移到光学积分器上。该情况下也同样地，通过使光轴方向为表面粗度较小的方向，能够保持良好的光的传播效率。
此外，在介质2使用固态颗粒的情况下，若由介质2形成的散射元件从侧面凸出而形成了凸部，散射元件从侧面脱落的痕迹形成了凹部，并且该凸部或/和凹部构成的凹凸达到了对表面粗度带来贡献的程度，则其将成为导致如上所述从侧面发生漏光的原因之一。根据以上理由，侧面的表面粗度(ra)进一步优选作为介质2导入的散射元件的平均粒径的1/2以下。这能够通过形成不使散射元件从光学积分器的侧面凸出的状态，或者利用研磨或切割等将从侧面凸出的散射元件切去而进行平滑化来实现。
例如，作为介质1使用日立化成(股份公司)制的hitaloid(注册商标)9501。这是聚氨酯丙烯酸酯系的光固化树脂。透明度较高，折射率为1.49。另外，作为介质2使用积水化成品工业(股份公司)制的techpolymer(注册商标)ssx-302abe。这是由交联聚苯乙烯树脂形成的微粒，形状为球形，平均直径为2μm，且整体的大致95％的颗粒是与平均直径的差在0.5μm以内的单分散颗粒。透明度较高，折射率为1.59。
在光学积分器的宽度w、高度h为1.05mm，长度l为4.15mm，且散射元件的介质2的总体积与介质1的总体积的比为0.5％的情况下，可以按以下方式制造。首先，在光固化树脂之中加入占整体体积的0.5％的微粒，使用搅拌棒搅拌约10分钟。搅拌后通过自然放置4小时以上，使之充分消泡。利用金属板包围底面和侧面，形成长50mm、宽7mm、深1.05mm的空隙，使树脂流入其中，并从上方盖上玻璃板。此时，使空气不会进入内部。之后，隔着玻璃照射uv灯，使树脂充分固化。然后将产品取出，利用切割机(dac552，株式会社disco制)按宽度1.05mm、长度4.15m进行切割。在利用切割机加工侧面时，使刀片与长度方向平行着进给来进行加工。这是为了使切割机的加工纹路沿着光学积分器的长度方向产生，以减小侧面的光轴方向上的表面粗度，降低来自光学积分器的漏光。并且，侧面使用粒径为#5000的切割刀在转速为30,000rpm、切削速度为0.5mm/s的条件下加工，而光输入输出面使用粒径为#3000的切割刀在转速为30,000rpm、切削速度为0.5mm/s的条件下加工。侧面的光轴方向上的表面粗度为ra＝0.3μm，与光轴垂直的方向上的表面粗度为ra＝1.0μm，光输入输出面的表面粗度为ra＝2.0μm。
利用金属显微镜将侧面放大观察可知，在切削面上，介质2不从侧面凸出，颗粒被切断。另外，在非切削侧面上，介质2不从侧面凸出而是埋在介质1中。
作为光源使用led(osram制的ltrbr8sf)。其是1个led中搭载有红、绿、蓝3个芯片的光源，与白色led相比有望提高色彩重现性。
如上所述，本实施例在光源与聚光体之间配置利用内反射使从光源出射的光更加均匀化的由透明材料充满的光学积分器。
由此，照明装置82能够在照明区域83中实现均匀的没有色彩不均的照明光。并且，通过使用聚光体61能够高效地使光会聚。另外，还具有能够调整照射到照明区域83的色彩的效果。
实施例5
本实施例针对实施例4的照明装置82的多波长光源91和光学积分器93的另一例进行说明。
图9是说明本实施例的多波长光源122的图，图10是本实施例的光学积分器123的立体图。
在图9中，多波长光源122中，分别出射红、绿、蓝波段的光的第一波长光源96、第二波长光源97、第三波长光源98在宽度wled和高度hled的内侧配置成直线状。并且，形成为具有wled＞hled之关系的长方形。
另外，在图10中，光学积分器123呈长度l、高度h、宽度w的四棱柱的形状，不过截面形状为具有w＞h之关系的长方形。像这样，本实施例使多波长光源122和光学积分器123与照明区域83相应地为长方形。由此，能够使从长方形的光学积分器123出射的光更高效地传递到照明区域83。
一般来说，已知光源的面积与单位立方角的明亮度的积是保持一定的。因此，通过使光源和光学积分器的纵横比与照明区域匹配，能够提高光的传递效率。
实施例6
本实施例针对影像投射装置进行说明。图11是本实施例的影像投射装置150的截面图。在图11中，影像投射装置150包括照明装置22、偏振元件151、154、显示装置152、投射体155。其中，虚线所示的光前进的路线156是为了辅助说明光线的行进而画的虚拟线。
从光源2出射的白色的光线经聚光体1照射到显示装置152的显示区域153。
光在从聚光体1到达显示装置152之前，在偏振元件151中行进，选中为规定方向的线偏振的光。
此处，显示装置152假定是带滤色片的透射型的液晶元件。显示装置152的显示区域153表示用于生成影像的区域。
显示区域153具有按每个像素将规定的偏振变换到与该偏振垂直的方向或平行的方向之任一的功能。在要使像素作为影像有效的情况下，将其变换成与偏振元件151选中的方向平行的偏振。
经显示区域153行进的作为影像有效的光线和无效的光线入射到偏振元件154。在偏振元件154中，仅使作为影像有效的偏振的光线通过，将无效的偏振的光线吸收或反射。
利用偏振元件154，仅有作为影像有效的光线向投射体155行进。
投射体155是投影透镜，具有使显示区域153的影像放大成像到屏幕或人的视网膜(未图示)上的功能。在图中，投射体155仅记载了1片，但也可以根据要投射的影像的放大率和投影距离，采用更多的数量。
另外，投射体155优选具有能够相对于显示装置152在接近的方向和远离的方向上移动的机构。利用这样的机构，能够具有根据投影距离而改变影像的成像位置的变焦功能。
如上所述，本实施例是使用了实施例1中说明的照明装置的影像投射装置，包括生成影像的显示装置和投射由显示装置生成的影像的投射体，通过使来自聚光体的光照射到显示装置上，能够实现光的传递效率较好的影像投射装置。
实施例7
本实施例针对实施例6的影像投射装置150的另一例进行说明。图12是本实施例的影像投射装置160的截面图。在图12中，影像投射装置160包括与实施例6相同的照明装置22、偏振分束元件161、显示装置162和投射体165。其中，虚线所示的光前进的路线166是为了辅助说明光线的行进而画的虚拟线。
从光源2出射的白色的光线经聚光体1照射到显示装置162的显示区域163。
光在从聚光体1到达显示装置162之前，在偏振分束元件161中行进，选中为规定方向的线偏振的光。偏振分束元件161假定是通常的通过利用多层膜而具有偏振特性的棱镜。
显示装置162假定是带滤色片的反射型液晶元件(lcos)。显示装置162的显示区域163表示用于生成影像的区域。
显示区域163具有按每个像素将规定的偏振变换到与该偏振垂直的方向或平行的方向之任一的功能。在要使像素作为影像有效的情况下，将其变换成与偏振分束元件161选中的方向正交的偏振。
经显示区域163行进的作为影像有效的光线和无效的光线再次入射到偏振分束元件161。在偏振分束元件161中，仅作为影像有效的偏振的光线发生反射，而无效的偏振的光线从该偏振分束元件中通过。
利用偏振分束元件161，仅有作为影像有效的光线向投射体165行进。
投射体165是投影透镜，具有使显示区域163的影像放大成像到屏幕或人的视网膜(未图示)上的功能。在图中，投射体165仅记载了1片，但也可以根据要投射的影像的放大率和投影距离，采用更多的数量。
另外，投射体165优选具有从光学的角度看来能够相对于显示装置162在接近的方向和远离的方向上移动的机构。利用这样的机构，能够使投影装置具有根据投影距离而改变影像的成像位置的变焦功能。
根据本实施例，通过使用照明装置22能够实现光的传递效率较好的影像投射装置160。
实施例8
本实施例针对实施例6的影像投射装置150的另一例进行说明。
图13是本实施例的影像投射装置170的截面图。在图13中，影像投射装置170包括照明装置82、偏振元件176、177、显示装置172、投射体178、反射体171、出射窗174、光检测器175。其中，虚线所示的光前进的路线156是为了辅助说明光线的行进而画的虚拟线。
照明装置82是实施例4中说明的照明装置，包括多波长光源91、光学积分器93和聚光体61。从照明装置82出射的3个波长的光在偏振元件176中行进，选中为规定方向的线偏振的光。
经偏振元件176选中为规定方向的偏振的光照射到显示装置172。
此处，显示装置172假定是没有滤色片的透射型的液晶元件。因此，与具有滤色片的液晶相比能够使像素减小至1/3，所以能够实现高分辨率的影像。显示装置172的显示区域173表示用于生成影像的区域。其中，彩色化是通过使多波长光源91中的红、绿、蓝波段的光分时发光的场序彩色技术实现的。
显示区域173具有按每个像素将规定的偏振变换到与该偏振垂直的方向或平行的方向之任一的功能。在要使像素作为影像有效的情况下，将其变换成与偏振元件176选中的方向平行的偏振。
经显示区域173行进的作为影像有效的光线和无效的光线入射到偏振元件177。在偏振元件177中，仅使作为影像有效的偏振的光线通过，将无效的偏振的光线吸收或反射。
利用偏振元件177，仅有作为影像有效的光线在反射体171上反射，向投射体178行进。
反射体171具有使影像弯曲的功能。能够利用图示的棱镜或单纯的反射镜等实现。优选确保光线通过的面的面精度，以使影像不会发生畸变。
投射体178是包括多片透镜的投影透镜，具有使显示区域173的影像放大成像到屏幕或人的视网膜(未图示)上的功能。其中，图13仅记载了1片，但也可以根据要投射的影像的放大率和投影距离，采用更多的数量。
另外，投射体178优选具有从光学的角度看来能够相对于显示装置172在接近的方向和远离的方向上移动的机构。利用这样的机构，能够使投影装置具有根据投影距离而改变影像的成像位置的变焦功能。
从投射体178出射的光经出射窗174投影到屏幕或人的视网膜(未图示)上。
出射窗174具有防止灰尘和水滴等从外部进入的功能。其是光学上透明的平板，优选在红色～蓝色的波段(波长430nm～670nm的范围)形成防反射膜以降低效率损失。
另外，影像投射装置170中搭载有光检测器175，能够检测从多波长光源91出射的光。利用该光检测器175，能够预先存储从多波长光源91出射的光的初始值，在因温度或时效劣化等导致光量发生变化时进行反馈控制。
另外，作为其它的结构，可以将投射体178设置在偏振元件177与反射体171之间，利用偏振元件177仅使作为影像有效的光线行进到投射体178，使从投射体178出射的光在反射体171上反射，经出射窗174投影到屏幕或人的视网膜上。
实施例9
本实施例针对影像投射装置的应用例进行说明。图14是说明本实施例的影像投射装置的应用例的图。在图14中，图14的(a)表示hmd202的例子，图14的(b)表示小型投影仪205的例子，图14的(c)表示hud209的例子。
在图14的(a)中，hmd202佩戴在用户200的头部，从搭载在hmd202内部的影像投射装置201向用户200的眼睛投射影像。用户能够观察到仿佛浮在空中一样的作为影像的虚像203。
在图14的(b)中，小型投影仪205从搭载在其内部的影像投射装置204向屏幕207投射影像206。用户200能够将照射到屏幕上的影像作为实像观察到。
在图14的(c)中，hud209从搭载在其内部的影像投射装置208向虚像生成元件210投射影像。虚像生成元件具有使一部分的光透射并使剩余的光反射的分束器的功能，和采用曲面结构、使影像直接投射到用户200的眼睛中而生成虚像的透镜功能。用户200能够观察到仿佛浮在空中一样的作为影像的虚像211。这样的hud有望应用于汽车驾驶员用的辅助功能和数字标牌等领域。
以上任一装置均需要小型且明亮的影像投射装置。本实施例中说明的影像投射装置能够有助于小型化和明亮度的提高。
实施例10
本实施例针对使用了实施例6～8中说明的影像投射装置的hmd进行说明。图15是说明本实施例的hmd202的图。图15的(a)是hmd202的立体图，影像投射装置212包括出射窗223和投射体226。图15(b)是为了说明而将影像投射装置212透视表示其内部的立体图。影像投射装置212包括照明装置82、偏振分束元件221和显示装置222。其中，虚线所示的光前进的路线224是为了辅助说明光线的行进而画的虚拟线。
在图15的(b)中，从照明装置82出射的3个波长的光在偏振分束元件221中行进，选中为规定方向的线偏振的光。
经偏振分束元件221选中为规定方向的偏振的光照射到显示装置222上。
此处，显示装置222假定是没有滤色片的透射型的液晶元件。因此，与具有滤色片的液晶相比能够使像素减小至1/3，所以能够实现高分辨率的影像。显示装置222的显示区域表示用于生成影像的区域。其中，彩色化是通过使照明装置82内的多波长光源91(未图示)中的红、绿、蓝波段的光分时发光的场序彩色技术实现的。
显示区域具有按每个像素将规定的偏振变换到与该偏振垂直的方向或平行的方向之任一的功能。在要使像素作为影像有效的情况下，将其变换成与偏振分束元件221选中的方向正交的偏振。
经显示区域行进的作为影像有效的光线和无效的光线再次入射到偏振分束元件221。在偏振分束元件221中，仅作为影像有效的偏振的光线发生反射，而无效的偏振的光线从该偏振分束元件中通过。
利用偏振分束元件221，仅有作为影像有效的光线经出射窗223向投射体226行进。
在投射体226的一部分形成有全息图225，具有使显示区域的影像在人眼中成像为虚像的功能。
全息图225是衍射元件，已知其能够使入射的光的一部分反射，并对该反射的光赋予规定的相位。全息图225具有利用了该相位的透镜功能。
另外，投射体226呈眼镜那样的板材形状，固定在影像投射装置212的机构上。因此，投射体226具有使包括照明装置82的机构与全息图225连结的功能。
并且，投射体226上可以镀硬化膜使得油不容易附着。
另外，为了提高影像的对比度，投射体226上也可以形成用于抑制环境光入射的多层膜。此外，优选采用透射率随环境光的明亮度而变化的结构。这样的功能能够通过液晶快门或调光玻璃等实现。
出射窗223具有防止灰尘和水滴等从外部进入的功能。其是光学上透明的平板，优选在红色～蓝色的波段(波长430nm～670nm的范围)形成防反射膜以降低效率损失。
另外，影像投射装置212上可以搭载光检测器，检测从多波长光源91出射的光，在因温度或时效劣化等导致光量发生变化时进行反馈控制。
如上所述，本实施例是使用了实施例1中说明的照明装置的影像投射装置，包括生成影像的显示装置和投射由显示装置生成的影像的投射体，使来自聚光体的光照射到显示装置上，投射体以使得用户能够观察到虚像的方式使从影像投射装置投射的影像光学发散。由此，能够实现光的传递效率较好的投射虚像的影像投射装置。
实施例11
本实施例针对使用了实施例6～8中说明的影像投射装置的智能手机进行说明。图16是说明本实施例的智能手机251的图。图16的(a)表示正视图，图16的(b)表示侧视图。
在图16的(a)中，智能手机251包括具有显示和利用静电电容而由手指进行操作这2个功能的显示兼操作装置252，控制用的操作按钮254，拍摄外部的摄像装置255，和影像投射装置170。
另外，如图16的(b)所示，影像投射装置170能够向箭头257的方向投射虚像。其中，影像投射装置170包括投射体178、反射体171和出射窗174。此外，通过对投射体178设置相对于反射体171在远离的方向和接近的方向上移动的机构258，能够使投影装置具有根据投影距离而改变影像的成像位置的变焦功能。
另外，如图16的(a)所示，影像投射装置170具有能够在箭头256的方向上旋转的旋转机构(未图示)，能够将影像的投射方向选择为上方或后方。
为了实现这样的移动用途的装置，装置整体最好实现小型化。另外，为了使电池能够持续使用，要求较高的光利用效率。本实施例的影像投射装置170能够满足这样的需求。
图17是说明智能手机251的使用场景的图。用户200透过智能手机251的出射窗174，能够观察到影像投射装置170生成的虚像261。
通过将影像投射装置170搭载在智能手机251中，不仅能够看到智能手机251的显示兼操作装置252的影像，还能够同时看到虚像261。并且能够得到这样的效果，即，虚像261的大小能够比智能手机的显示区域大。
近年来，存在希望通过智能手机观看较大的影像的需求，推进了显示影像的区域的大型化。不过，还存在看重便携性而选择小型的智能手机的需求。本实施例的智能手机251能够在保持小型的同时使影像变大，所以能够满足双方的需求。
另外，通常的智能手机能够通过手指操作。通过将显示兼操作装置252上的手指的动作显示为影像上的指针259，用户200能够边观看影像261边进行操作。此时，可以在显示兼操作装置252上设置用于切换是使显示兼操作装置252上的影像动作还是使影像261动作的图标，通过该图标来控制。当然，也可以通过操作按钮254进行控制。
图18是说明智能手机251的系统的图。在图18中，智能手机251包括影像投射装置170、控制器272、通信装置273、环境光传感器274、感测装置275、电力供给电路276、摄像装置255、控制电路279、影像电路271、操作按钮254和显示兼操作装置252，其中影像投射装置170包括光检测器175、多波长光源91和存储有用于控制多波长光源的设定值的数据表269。
通信装置273具有获取因特网上的信息，或通过wifi(注册商标)、bluetooth(注册商标)等访问用户200所持有的电子设备等外部服务器280来获取外部信息的功能。环境光传感器274具有获取外部的明亮度的功能。显示兼操作装置252具有对用户200显示信息，并获取用户通过手指操作的操作信息的功能。另外，感测装置275具有利用加速度传感器或gps等来感测外部环境的功能，其中加速度传感器是利用压电元件或静电电容等的原理检测加速度的。电力供给电路276具有从电池等供给电力的功能。摄像装置255是摄像机等，具有获取外界影像的功能。控制电路279具有根据操作按钮254和显示兼操作装置252检测用户200想要操作的信息的功能。影像电路271具有根据用户200的操作将影像信息变换为供显示兼操作装置252用或供影像投射装置170用的功能。控制器272是根据从控制电路279得到的用户200所操作的信息，对每个装置、电路进行控制的主芯片。
例如可以具有这样的功能，即，基于从感测装置275得到的信息，控制器272检测智能手机251所配置的位置并从外部服务器280选择周围的信息，驱动影像投射装置170或显示兼操作装置252，将选中的信息作为影像显示给用户200。
另外，电源供给电路276经控制器272对装置供给必要的电力。此时，控制器272优选具有这样的功能，即，根据必要性仅对必要的装置、电路供给电力以实现节能。
另外，控制器272优选具有监视影像投射装置170内的光检测器175输出的光量信息，对多波长光源91的输出进行控制的功能。
此外，控制器272还具有这样的功能，即，当表示用户操作了显示兼操作装置252上的图标的信息被发送到控制电路时，通过影像电路进行操作使得影像上显示指针，使影像装置170动作。
图19是说明智能手机251的动作流程的图。此处所说明的动作流程中观看的影像，是对摄像装置255拍摄的影像赋予了虚拟现实感(以下记作ar)而得到的影像。
图19中，用户200通过显示兼操作装置252输入ar影像(图中290)。控制器272从控制电路279获得操作信息，进行必要的信息处理(图中291)。并且，驱动多波长光源91使之发光(图中292)。利用光检测器175的信号，基于数据表的信息进行色彩调整(图中293)。
控制器272在操作多波长光源91时，同时利用摄像装置255获取外界的影像(图中297)。并且，利用感测装置275获取用户200的位置信息(图中301)，并通过通信装置273从外部服务器280获取外部信息(图中302)。
控制器272驱动影像电路271，对外部信息和外界影像信息进行图像处理(图中298)，由此生成ar影像和声音(图中300)。对生成的ar影像利用显示装置投射影像(图中294)。由此，用户200观看影像(图中295)。
接着，使用图20说明影像投射装置170的多波长光源91的调整流程。图20的(a)是色彩调整的流程。
在图20的(a)中，首先，在出厂前的初始值设定时，使影像投射装置170出射的图像位于指定的色彩坐标，并将多波长光源91的红、绿、蓝波段的光量i0(r)、i0(g)、i0(b)存储到数据表269中。当从控制器272接收到利用影像投射装置170投射影像的命令时，影像投射装置170开始使多波长光源91发光(图中311)。接着，利用光检测器175检测多波长光源91的光量i1(r)、i1(g)、i1(b)(图中312)。通过比较检测到的光量i1(r)、i1(g)、i1(b)与初始的光量i0(r)、i0(g)、i0(b)，检查相对于指定的色彩坐标是否存在误差(图中313)。
只要在影像投射装置170动作的期间，就反复进行这样的调整流程，即，在色彩坐标没有误差的情况下，隔规定的时间(图中315)再次利用光检测器175检测光量(图中313)。
led这样的半导体光源具有输出随温度而变化的特性。因此，由于环境的温度变化，或配置在多波长光源91附近的电子电路的发热等，从多波长光源91出射的各色光的输出会发生变化。在输出发生变化的情况下，以将误差校正的方式控制多波长光源91内的第一波长光源96、第二波长光源97和第三波长光源98的光量(图中314)。光量的控制能够通过改变驱动电流的方法、改变发光时间的方法等来实现。
在光量控制的调整结束后，再次检测光量(图中312)，检查是否成为了规定的色彩(图中313)。
像这样，影像投射装置170优选进行反馈控制以使得色彩坐标不超出一定的范围。
上述的光学积分器93假定由树脂构成。因此，可预料到由于时效劣化或受到紫外线照射等引起的劣化，导致透射率发生降低。另外，也可预料到多波长光源91因时效劣化导致所发出的光量自身降低的情况。使用图20的(b)说明为了应对这样的情况而进行明亮度控制的方法。
在图20的(b)中，当从控制器272接收到利用影像投射装置170投射影像的命令时，影像投射装置170开始使多波长光源91发光(图中316)。接着，利用光检测器175检测多波长光源91的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)(图中317)。比较检测到的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)的求和值it2与初始的光量i0(r)、i0(g)、i0(b)的求和值it0(图中318)。
在光量差小于规定的设定值的情况下，推测多波长光源91或光检测器93中的某一个发生了劣化，对初始的光量i0(r)、i0(g)、i0(b)根据it2与it0的比将初始光量的设定变更为光量i0'(r)、i0'(g)、i0'(b)，更新数据表269的设定值(图中319)。
在设定值更新后，再次利用光检测器175检测多波长光源91的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)(图中317)。比较检测到的光量i2(r)、i2(g)、i2(b)的求和值it2与初始的光量i0'(r)、i0'(g)、i0'(b)的求和值it0'(图中318)。
在能够确认光量差为规定的设定值的范围内的情况下，接着利用光检测器175检测光量i3(r)、i3(g)、i3(b)(图中320)。通过比较检测到的光量i3(r)、i3(g)、i3(b)与重新设定的初始的光量i0'(r)、i0'(g)、i0'(b)，检查相对于规定的色彩是否存在误差(图中321)。
只要在影像投射装置170动作的期间，就反复进行这样的调整流程，即，在色彩坐标没有误差的情况下，隔规定的时间(图中323)再次利用光检测器175检测光量(图中320)。
在光量的输出存在误差的情况下，以将误差校正的方式控制多波长光源91内的第一波长光源96、第二波长光源97和第三波长光源98的光量(图中322)。
在光量控制的调整结束后，再次检测光量(图中320)，检查是否成为了规定的色彩坐标(图中321)。由于因时效劣化而导致的明亮度的变化通过仅在启动时检查就能够校正，所以在启动时以外的情况下，只要反复控制进行图中320～323的流程即可。
如上所述，如图20的(b)所示，通过监视色彩和明亮度，能够避免因时效劣化引起明亮度降低从而导致无法进行色彩坐标的调整这一问题。
实施例12
本实施例针对结构与实施例1～4不同的照明装置进行说明。
图21是本实施例的照明装置501的立体图。照明装置501构成为包括透镜502、反射器外壳503、504、光学积分器507、多波长光源508、柔性光源基板506。
图22是本实施例的照明装置501的展开图。在以照明装置501的出射光一侧为正面的情况下，图22的(a)表示从柔性光源基板506侧观察的后视图，图22的(b)表示侧视图，图22的(c1)表示从透镜502侧观察的正视图，图22的(c2)表示将透镜502卸下的情况下的正视图。如图22所示，将反射器外壳503、504在边界561处粘合，如后所述，引导来自光源的光并保持透镜502。
图23是本实施例的照明装置501的截面图，表示在图21的a-a线上从箭头方向观察的截面图。
多波长光源508与上述的多波长光源91同样地，是出射3种波长的面发光型的光源，这里也假定是具有红、绿、蓝波段的芯片的led。另外，柔性光源基板506是所谓的柔性印刷电路板，能够用于与外部电接合。多波长光源508搭载在柔性光源基板506上，能够经柔性光源基板506从外部供给电流。
多波长光源508出射的光入射到光学积分器207，被均匀地混色。光学积分器507与上述的光学积分器93同样地，随机地填充有散射元件(未图示)，利用散射的功能和由侧面带来的将光束缚在内部的功能，能够高效地使光混色。
如图23所示，从光学积分器507出射的光经透镜502或反射器外壳503、504的反射抛物面516、517，照射到图21所示的照明区域543上。照明区域543假定是作为显示装置常见的宽高比为16：9的长方形。
另外，反射器外壳503、504上分别具有反射抛物面516、517。令抛物线为y＝ax＾2时，反射抛物面516、517假定为具有相同系数、原点。即，抛物线的焦点设定为光学积分器525的出射面，抛物线的原点设定为点525。因此，从光学积分器507出射的光被抛物面516、517变换为大致平行的光。
反射抛物面516、517是反射光的面，为了实现较高的反射率优选利用电介质多层膜实现。当然，也可以是铝或银等的金属膜。
图24是透镜502的展开图，表示了正视图和侧视图。如图24所示，透镜502是利用透明材料成型得到的光学凸透镜，具有将从光学积分器507出射的光变换为大致平行的光的功能。在透镜502的作为入射面的平坦面532和作为出射面的透镜面531上优选形成防反射膜。透镜502的焦点优选与光学积分器525的出射面大致一致，透镜面531经非球面化以能够高效地使光学积分器525的出射面的光变得大致平行。
另外，为了固定透镜，在透镜502的透镜面531的外侧的一部分具有缘部510、511。
图25是反射器外壳503的立体图。反射器外壳503和504为相同形状，它们在面536上对称地粘合。因此，图21、22中的边界561表示粘合时的边界。
另外，反射器外壳503、504优选为至少遮光的不透明材料。另外，为了实现轻量化，优选使用树脂。例如，能够由着色成黑色的聚碳酸酯来简单地实现。
此外，反射器外壳503、504不仅具有上述的反射抛物面这一光学功能，还起到对透镜502、光学积分器507、多波长光源508和柔性光源基板506进行固定的外壳的功能。
其中，反射器外壳503、504具有透镜502用的支承机构512、514，光学积分器507用的支承机构535、多波长光源508用的支承机构537、柔性光源基板506用的支承机构538。
在反射器外壳503、504各自具有的支承机构512、513、514、515上，透镜502通过上述的透镜502的缘部510、511固定于其上。即，如根据图23、25可明确的那样，将透镜502配置在形成反射抛物面516、517的空间内，对于混色后的光中的未能由透镜变换为大致平行的光的、从透镜旁漏过的光，利用反射抛物面516、517将其变换为大致平行的光。
在显示装置的宽高比为16：9(水平：垂直)的情况下，垂直侧较短。因而，缘部510、511以与该垂直侧大致平行的方式设置。该情况下，在如图23那样观察照明装置23的水平截面时，透镜502看起来像是飘浮在空中。在光学积分器507出射的光之中，一直到相比透镜位于出射方向侧的反射抛物线516、517上的区域551、552，都能够有效利用。所出射的大致平行的光越多，则作为光的捕获角度受到限制的投射虚像的影像投射装置用的照明装置，越能够提高效率。
另外，设置支承机构519的目的是，在将照明装置501搭载到其它的虚像装置上时，在进行定位等时供使用。
图26是表示从积分器出射的光的纵轴强度关于横轴出射角度的关系的曲线图。纵轴以角度为0时的强度进行了归一化。通常，从面发光型的光源出射的光是向前方的全方位行进的。因此，从多波长光源508出射的光也如线541所示向着前方行进。在光学积分器507出射的光中，由于出射角较大的范围的光被变换为出射角较小的范围的光，所以如线542所示的那样，角度的强度分布的峰宽变窄。
在使用了光学积分器507的情况下，由于角度较小的光增多，因此相比角度较广的光而言，提高角度较窄的光的效率能够使照明区域543变得均匀。
因此，如上所述，采用将透镜502配置在形成反射抛物面516、517的空间内的结构，对于角度较小的光利用透镜502将其作为平行光捕获到照明区域543中，对于逃逸开的光也利用区域551、552将其作为大致平行的光捕获，从而能够进行有效利用。即，照明装置501在与光学积分器507组合的情况下，能够得到进一步提高效率的效果。
另外，反射器外壳的反射抛物面也可以为实施例1中说明的焦点位于照明区域的4角和光学积分器507的出射面上的椭圆的形状。该情况下，能够进一步提高4角的明亮度。
此外，透镜502采用了入射面为平坦面532、出射面为透镜面531的结构，但也可以反过来使入射面为透镜面、出射面为透镜面。并且，入射面、出射面也可以同为透镜面。
此外，在反射器外壳503中，光学积分器507用的支承机构535上也可以形成反射膜。此时，能够得到将未能由光学积分器507完全束缚而泄漏的光循环利用的效果。如上所述，由于反射器外壳503是分割开的，所以能够得到可同时在反射抛物面516与支承机构535上形成反射膜的效果。
如上所述，本实施例的照明装置包括光源(例如多波长光源508)，利用内反射使从该光源出射的光变得更加均匀的由透明材料充满的光学积分器(例如光学积分器507)，将从该光学积分器出射的光变换为大致平行的光的透镜(例如，透镜502)，相对于该透镜的光轴中心(虚线499)配置在透镜的外侧、将从光学积分器出射的光变换为大致平行的光的反射抛物面(例如反射抛物面516、517)，光学积分器的内部包括使光散射的散射元件，透镜的光学积分器侧的面(例如平坦面532)相比反射抛物面的位于与光学积分器相反的一侧的透镜光轴方向的端部(例如面570)配置在光学积分器一侧。
并且，本实施例的照明装置的照明方法构成为，照明装置使从光源出射的光混色，并具有将混色后的光变换为大致平行的光的反射抛物面和透镜，使从光源出射的光会聚后出射，透镜配置在形成反射抛物面的空间内，对于混色后的光中的未能由透镜变换为大致平行的光的光，利用反射抛物面将其变换为大致平行的光。
由此，能够实现可使来自光源的光高效地照射到照明区域上的照明装置。
以上对实施例进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例，还包括各种各样的变形例。例如，上述实施例中，为了易于理解地说明本发明而进行了详细说明，但本发明并不限定于必需包括所说明的全部结构。其中，可以将某一实施例的结构的一部分替换为其它实施例的结构，或在某一实施例的结构上添加其它实施例的结构。而且，对于各实施例的结构的一部分，也能够添加、删除、置换成其它结构。
附图标记说明
1…聚光体，2…光源，3…照明区域，5、6…入射面，7、8、9、10、11…出射面，12、13、14、15…侧面，22…照明装置，32…边界，91…多波长光源，93…光学积分器，94…通道机构，101…散射元件，150…影像投射装置，152…显示装置，155…投射体，202…hmd，205…投影仪，209…hud，251…智能手机，501…照明装置，502…透镜，503、504…反射器外壳，507…光学积分器，508…多波长光源，516、517…反射抛物面。