JP2005038831A - 光学装置、照明装置、及びカラー照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光量変動の少ない安定した照明光を得られるようにすること。
【解決手段】第１の方向から来る光線が入射する第１の入射面１２と、上記第１の方向とは異なる第２の方向から来る光線が入射する第２の入射面１４と、上記第１の入射面１２から入射した光線は上記第２の入射面１４で反射し、上記第２の入射面１４から入射した光線は上記第１の入射面１２で反射し、上記第１及び第２の入射面１２，１４で反射した光線を混合して、上記第１及び第２の方向とは異なる所定の方向に射出する出射面１６とを有するプリズム１０を使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集光性能が高く、高輝度且つ小型化を実現する光学装置、照明装置、及びカラー照明装置に関する。

従来、特定箇所に高率良く照明する集光照明装置として、例えば車のヘッドライト、スタンド照明、スポットライト、懐中電灯、データプロジェクタ用照明ユニット等が知られている。この集光照明装置は、相対的により点光源に近い発光源を反射形状が工夫された反射ユニットにより反射させ、その反射した光を光学レンズ等により光束の指向性を高めると言った比較的単純な方法で、効果的に集光照明を行おうとしているのが通常である。

一般照明と同様、これらの集光照明装置においても、装置そのもののサイズをさほど大きくせずに、これらの集光性能を高め、より明るい照明光を得たいとする欲求は高い。しかしながら一般的には、より明るい照明光を得るために、集光照明装置のサイズは大きくなる傾向にある。特に、発光源の印加電力を大きくして出力を高め、或いは、その集光性能を高めるために発光源に対し相対的に拡大した反射ユニット或いは光学レンズを適用するようにしている。従って、集光効率良く明るさを得ようとするには、照明装置のサイズは必然的に、発光源に対し大きくならざるを得ない。換言すれば、高出力で且つ点光源に近い小型発光源があれば、照明装置全体も小型化が可能となる。そのような要求から、従来方式の発光源の小型化も進められており、特に高出力が可能な放電タイプによる小型発光源が現在有力な手段となっている。但し、小型放電タイプの発光源であっても回路規模を小さくすることが困難な高圧電源による駆動が必要であるなど、照明装置トータルとしての小型化に対する課題も多く、既にほぼ限界に近づいてきていると言われている。

一方、次世代小型発光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）が昨今著しい注目を浴びている。これまでＬＥＤと言えば、小型、高耐性、長寿命などの長所はあるものの、その発光効率及び発光出力の制約から各種計器類用インジケータ照明や制御状態の確認ランプとしての用途が主であった。しかしながら近年、発光効率が急速に改善されつつあり、従来最も高効率とされている放電タイプの高圧水銀ランプや蛍光燈ランプの発光効率を超えるのは時間の問題であると言われている。この高効率高輝度ＬＥＤの出現により、ＬＥＤによる高出力発光源が急速に実用性を帯びてきている。また最近になり、従来の赤色、緑色に加えて青色ＬＥＤが実用段階を向かえたこともその応用を加速させている。事実、この高効率高輝度ＬＥＤを複数用いることにより、これまでは明るさ或いは効率の点で不可能であった交通信号灯、屋外用大型フルカラーディスプレイ、自動車の各種ランプ、携帯電話の液晶表示のバックライトへの実用化が始まっている。

集光性が求められる照明装置の有望な小型発光源としても、この高効率高輝度ＬＥＤの適用が考えられている。ＬＥＤは元来、寿命、耐久性、点灯速度、点灯駆動回路の簡易性の点で他の発光源とは優れた特徴を有している。とりわけ青色が加わり自発光の発光源として３原色が揃ったことは、フルカラー画像表示装置としての応用範囲が拡大された。集光性が求められる照明装置の典型例として例えば、画像データから表示画像を形成し映し出すプロジェクタ表示装置（画像投影装置）がある。これまでの画像投影装置では、白色系の発光源からカラーフィルタ等により所望する原色を分離し、各色毎に対応する画像データに対し、空間光変調を施し、それらを空間的または時間的に合成することによりカラー画像表示を可能にしてきた。白色系の発光源を用いる場合、所望する唯一の色を分離して利用するため、分離した色以外はフィルタによって無駄に捨てることになる場合も多い。その点、ＬＥＤは所望する色自体を発光するので、必要なときに必要な量の発光が可能となり、従来の白色系発光源の場合に比して光を無駄にすることなく、効率良く発光源の光を利用することができる。

このようなＬＥＤの優れた適用条件に着目し、ＬＥＤをプロジェクタ表示装置用の照明装置に適用することが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。これらは複数のＬＥＤを構成することにより光量を確保し、個々の発光源からの一部の光束を光学レンズ等の光学素子により集光し、照射する光変調素子が許容する入射角に上手く納まるように光束制御するようにしている。一般に広く使われている液晶デバイスのような光変調素子は、照明光として許容される入射角が非常に小さいため、単なる集光性能のみならず、より平行性の高い光束を形成し照射されることが理想とされ、光変調素子における光利用効率を高める上で非常に重要なポイントとなっている。
特開平１１−３２２７８号公報 特許第３０４８３５３号公報

しかし、ＬＥＤは、点光源ではなく面発光の拡散光源として扱わねばならないと言う制約がある。従って、上記のようにＬＥＤを発光源として用いようとする場合には、発光する光をレンズ等の光学素子を使って、点光源の場合のように効率良く容易に集光し平行性を高めた光束を得ることは、理論上非常に困難である。さらに、光量を確保するためには必然的に多数のＬＥＤを構成することが必要になってくるが、その分、構成サイズが大きくなることから、複数ＬＥＤの光を合成して平行性を高めた光束を得ることが一層困難になってくる。このことは、ＬＥＤが優れた小型光源として多くの特性を備えながらも、より効率良く集光し平行性を高めた光束を得たいと言う目的からは、さらに遊離していく結果となっている。

即ち、ＬＥＤは小型光源で且つ元来有する数々の優位性に加え、高輝度高効率化に向けて進化していくと言う好材料を揃えながら、所定部位に集光性、平行性を高めた効率の良い照明が必要な装置に対しては、非常に適用し辛いと言う根本的問題を残していた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ＬＥＤのような発光体を用いた場合に困難とされてきた、集光性、平行性に優れ、且つ非常に明るい照明光を得ると言う根本的課題を解決すると共に、所定の範囲内に光量変動を抑圧できるため、光量変動の少ない安定した照明光を得ることができる、即ち、単にＬＥＤのような発光体を多数配列して同時点灯により光量を稼ごうとする方法では為し得なかった、光量の安定した照明が効果的に図られる光学装置、照明装置、及びカラー照明装置を提供することを目的とする。

更に、本発明は、拡散面発光のＮＡの大きい発光光から効果的により多くの発光量を得ることができ、得られた光を小さなＮＡの照明光に変換しつつ且つ照明光のＮＡを大きくすることなく合成し、照明光の出射面積を小さくできる、照明装置及びカラー照明装置を提供することを目的とする。

本発明の光学装置の一態様は、第１の方向から来る光線が入射する第１の入射面と、上記第１の方向とは異なる第２の方向から来る光線が入射する第２の入射面と、上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して、上記第１及び第２の方向とは異なる所定の方向に射出する出射面と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の照明装置の一態様は、拡散光を射出する第１の光源と、拡散光を射出する第２の光源と、上記第１の光源から射出された光線が入射する第１の入射面と、上記第２の光源から射出された光線が入射する第２の入射面と、上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して所定の方向に射出する出射面と、を具備することを特徴とする。

また、本発明のカラー照明装置の一態様は、上記一態様の照明装置を複数用いて色照明光を射出するカラー照明装置であって、上記複数の照明装置のうち、一方の照明装置を構成する第１の光源と第２の光源とから略同じ色である第１の色の拡散光を射出し、上記複数の照明装置のうち、他方の照明装置を構成する第１の光源と第２の光源とから略同じ色であり且つ上記第１の色とは異なる第２の色の拡散光を射出し、上記色照明光の色が上記第１の色と上記第２の色に時系列に切り替わるように、上記一方及び他方の照明装置をそれぞれ構成する第１及び第２の光源を駆動制御する光源制御手段を更に具備することを特徴とする。

また、本発明の照明装置の別の態様は、光源と、上記光源が射出した光線を２つの光束に分離する光束分離手段と、上記光束分離手段が分離した第１の光束の光線が入射する第１の入射面と、上記光束分離手段が分離した第２の光束の光線が入射する第２の入射面と、上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して所定の方向に射出する出射面と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤのような発光体を用いた場合に困難とされてきた、集光性、平行性に優れ、且つ非常に明るい照明光を得ると言う根本的課題を解決すると共に、所定の範囲内に光量変動を抑圧できるため、光量変動の少ない安定した照明光を得ることができる、即ち、単にＬＥＤのような発光体を多数配列して同時点灯により光量を稼ごうとする方法では為し得なかった、光量の安定した照明が効果的に図られる光学装置、照明装置、及びカラー照明装置を提供することができる。

更に、本発明によれば、拡散面発光のＮＡの大きい発光光から効果的により多くの発光量を得ることができ、得られた光を小さなＮＡの照明光に変換しつつ且つ照明光のＮＡを大きくすることなく合成し、照明光の出射面積を小さくでき、従って、投影装置に適用した場合、小さな表示パネルを利用可能とし、投影装置の光学系そのものを小型化することができる照明装置及びカラー照明装置を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る光学装置の構成を示す図である。

本実施形態に係る光学装置は、第１の方向から来る光線が入射する第１の入射面１２と、上記第１の方向とは異なる第２の方向から来る光線が入射する第２の入射面１４と、それら第１及び第２の入射面１２，１４に入射した光線を上記第１及び第２の方向とは異なる所定の方向に射出する出射面１６と、を持つプリズム１０を有している。

また、この光学装置は、上記第１の方向から来る光線を上記第１の入射面１２に導く導光手段として、内面に反射面を有する中空のライトパイプ１８と、上記第２の方向から来る光線を上記第２の入射面１４に導く導光手段として、中密のロッド２０とを有している。この場合、これらライトパイプ１８及びロッド２０は、図示しない保持部材によって、上記プリズム１０と僅かな間隙を持って、それらの出射口が上記第１又は第２の入射面に整列配置されている。

なお、上記プリズム１０の出射面１６は、中密のロッド２２と結合されている。また、上記ライトパイプ１８及びロッド２０の入射口側には、光源として、拡散光を射出する発光面を有するＬＥＤ発光チップ２６を封入したＬＥＤパッケージ２４が配されている。

図１（Ａ）において、「密」及び「疎」とは、屈折率を表している。即ち、図１（Ｂ）に示すように、上記プリズム１０の第１及び第２の入射面１２，１４の外方である上記中空のライトパイプ１８の内面及び上記ロッド２０との間の間隙は、空気層であり、これは、プリズム１０やロッド２０，２２を構成する媒質の屈折率に比較して低い屈折率を有している。なお、プリズム１０とロッド２０，２２とでは、プリズム１０の方が屈折率が低いが、その差は小さい。即ち、空気層の屈折率をｎ０、ロッド２０，２２の屈折率をｎ１、プリズム１０の屈折率をｎ２すると、
ｎ０ ＜＜ ｎ１ ＜ ｎ２
なる関係にある。よって、図１（Ａ）では、プリズム１０及びロッド２０，２２は共に「密」として示している。

このような屈折率関係に構成した場合、図１（Ｂ）に示すように、ＬＥＤ発光チップ２６から出射されライトパイプ１８によって導光された光線、例えば、プリズム１０の第１の入射面１２の垂線に対して角度αでその第１の入射面１２に入射した光線は、その第１の入射面１２で屈折する。そして、第２の入射面１４の垂線に対して角度βをもってその第２の入射面１４に入射される。このとき、上記入射角度βが臨界角を超える場合には全反射条件を満たし、その第２の入射面１４に入射された光は、該第２の入射面１４で反射されて、出射面１６からロッド２２内に射出されることになる。即ち、図１（Ｂ）にθ１で示す角度で第１の入射面１２に入射した光線は、上記第２の入射面１４で全反射条件を満たすよう屈折し、その第２の入射面１４で反射されて出射面１６から射出される。

同様に、図１（Ｃ）に示すように、ＬＥＤ発光チップ２６から出射されロッド２０によって導光された光線、例えば、プリズム１０の第２の入射面１４の垂線に対して角度γでその第２の入射面１４に入射した光線は屈折して、第１の入射面１２の垂線に対して角度ζをもってその第１の入射面１２に入射される。このとき、上記入射角度ζが臨界角を超える場合には全反射条件を満たし、該第１の入射面１２で反射されて、出射面１６からロッド２２内に射出されることになる。即ち、図１（Ｃ）にθ２で示す角度で第２の入射面１４に入射した光線は、上記第１の入射面１２で全反射条件を満たすよう屈折し、その第１の入射面１２で反射されて出射面１６から射出される。

このように、本第１実施形態に係る光学装置では、上記第１の入射面１２から入射した光線は上記第２の入射面１４で反射し、また、上記第２の入射面１４から入射した光線は上記第１の入射面１２で反射し、これら第１及び第２の入射面で反射した光線が混合されて、上記出射面１６から上記第１及び第２の方向とは異なる所定の方向であるロッド２２に向けて射出される。よって、２方向から入射した光線を混合して射出することができるので、大きな光量の光を得ることができる。

なお、上記第２の方向から来る光線を上記第２の入射面１４に導く導光手段として、上記中密のロッド２０に代えて、図２（Ａ）に示すように、内面に反射面を有する中空のライトパイプ２８を使用しても良い。

このように、ライトパイプ２８を使用しても、上記と同様の効果が得られる。

また、それら上記第２の方向から来る光線を上記第２の入射面１４に導く導光手段としての上記中密のロッド２０又は中空のライトパイプ２８を、図２（Ｂ）に示すように、その入射端面の面積よりもその出射端面の面積の方が大きいテーパー形状に構成して、ＬＥＤ発光チップ２６からの拡散光をＮＡを小さく変換するようにしても良い。

このようなテーパー形状とすることにより、ＬＥＤ発光チップ２６からの拡散光を略平行光に変換してプリズム１０の第２の入射面１４に入射させることが可能となる。従って、該中密のロッド２０又は中空のライトパイプ２８の出射光を、前述したような全反射条件により導光可能な入射角であるθ２の範囲内にすることができ、より光量を増大できる。

なお、このようなテーパー形状とする場合、より平行光に近づけるためには、入射端面と出射端面との面積比を大きくすることが必要である。しかしながら、プリズム１０の入射面の大きさに合わせると、光源として既存の標準的な大きさのＬＥＤパッケージ２４を利用することができなくなる。そこで、図２（Ｃ）に示すように、例えばライトパイプ２８とプリズム１０との間に、光線を２つの光束に分離する光束分離手段として機能するテーパー形状のライトパイプ３０を配置する。そして、このライトパイプ３０の出射面の、上記プリズム１０の上記第２の入射面１４でカバーされない領域に、もう一つプリズム３２を配する。さらに、該プリズム３２の出射面と上記プリズム１０の第１の入射面１２との間に、ライトパイプ３４を配置する。またこの場合、プリズム３２の反射面には、ミラーコート３６を施し、入射した光線を全て反射して、ライトパイプ３４を介して上記プリズム１０の第１の入射面１２に入射するようにしておく。

このような構成とすることにより、標準的なＬＥＤパッケージ２４を利用できるようになる。さらに、プリズム１０の第１及び第２の入射面１２，１４に入射すべき光を出射する光源を１つで兼用できるようになる。このような兼用とした場合、２つの光源を使用する場合に比べて発光する光量自体は減少するが、より平行性を高めてプリズム１０に入射できるので、プリズム１０内で全反射される光線は増えるため、光源を兼用したことによる光量の低下は少ない。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。

図１（Ａ）に示したようにプリズム１０の第２の入射面１４に対して垂直にロッド２０を配置した場合、図１（Ｃ）に示すような全反射条件により導光可能な入射角であるθ２の範囲に入らない光線も生じ、それが光量のロスとなる。そこで、本第２実施形態では、図３（Ａ）に示すように、ロッド２０の延在方向を、プリズム１０の第２の入射面１４に対して傾斜させるものである。

このような構成とすることにより、プリズム１０の第２の入射面１４に入射する光線を上記θ２の範囲内にすることができ、結果的に、第１の入射面１２で反射される光線を多くでき、明るい光が出射面１６から射出されることになる。

また、本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、図３（Ｂ）に示すようにロッド２０の代わりにライトパイプ２８を使用したり、図３（Ｃ）に示すようにロッド２０又はライトパイプ２８をテーパー形状に構成しても良いことは勿論である。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。

本実施形態は、上記第１及び第２実施形態で説明したような光学装置を利用した照明装置に関するものである。

この照明装置は、図４に示すように、リング状（ドーナッツ型）に形成した３段の基板（図示せず）のそれぞれ内周にＬＥＤ発光チップ２６を実装している。ここで、ＬＥＤ発光チップ２６には、赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の発光色を持つものがある。本実施形態では、２個のＬＥＤ発光チップ（Ｒ）２６Ｒ、２個のＬＥＤ発光チップ（Ｂ）２６Ｂ、及び４個のＬＥＤ発光チップ（Ｇ）２６Ｇを１セットとして、一段のリング状の発光体基板の内周にそれぞれ２セットずつ、３段に配列している。この場合、対向する位置には、同色の発光色を持つＬＥＤ発光チップ２６が配される。また、隣り合う段の同一位置でも同色の発光色を持つように構成される。この場合、隣り合う段の同一位置のＬＥＤ発光チップ２６の発光面が互いに平行な位置関係になるように配設されている。

このようなリングの内側には、一体可動部３８が収納されている。この一体可動部３８は、１段目のＬＥＤ発光チップ２６に関しては、図１（Ａ）で説明したようなプリズム１０、ライトパイプ１８、平行ロッド２０でなる光学装置が２個、両プリズム１０の出射面１６が１個のテーパーロッド４０に結合される形態で構成されている。この場合、リング内面に配設された対向する位置の同色のＬＥＤ発光チップ２６の光が両プリズム１０の第２の入射面１４に入射するようになっている。さらに、この一体可動部３８は、２段目のＬＥＤ発光チップ２６に関して、上記両ライトパイプ１８の入射端面側に、それぞれプリズム１０とロッド２０及びライトパイプ１８でなる同様の構成の光学部材を備えている。そして、３段目のＬＥＤ発光チップ２６に関しては、上記２段目の両ライトパイプ１８の入射端面側に、それぞれプリズム１０とロッド２０でなる光学部材を備えている。２段目及び３段目をこのような構成とすることにより、２段目及び３段目のＬＥＤ発光チップ２６からの光を混合して第２の光源として利用することができる。

このような構成の照明装置では、図示しない回動可能な保持具に取り付けられた一体可動部３８を、図示しない回転モータで矢印方向に回転する。そして、リング状に形成した基板の内周に配列した複数の光源としてのＬＥＤ発光チップ２６を、上記一体可動部３８の回転に併せて順次点灯する。即ち、複数のＬＥＤ発光チップ２６を順次切り替えパルス発光させ、その放射光を取込む一体可動部３８の入射端面との相対位置関係をＬＥＤ発光チップ２６の発光切り替えに併せて選択しながら変移させる。こうすることによって、それぞれ一体可動部３８が１回転する過程で、赤（Ｒ）色、青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色、赤（Ｒ）色、青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色の順に、発光する光の色が切り替わり、実効的に高輝度の３色のＬＥＤが得られる。即ち、大光量の平行度の向上した３色の光が、一体可動部３８の出射端面であるテーパーロッド４０の出射端面から得られることになる。

なお、このテーパーロッド４０は、入射端面は上記プリズム１０の出射面１６の形状に合わせて矩形となっており、出射端面も同様に矩形としているが、出射端面の形状は八角形等、矩形以外であっても構わない。

図５は、図４の照明装置の変形例を示す図である。本変形例では、光源を２段構成とすると共に、そのＬＥＤパッケージ２４の配列を、隣り合う段で半ピッチずらして構成したものである。

このように半ピッチずらして配列することで、順次点灯していく際に、一方の段でのＬＥＤ発光チップの点灯切り替え時に、必ず他方の段のＬＥＤ発光チップは点灯していることになるので、同時に切り替わる場合よりも明るさの変動を抑えることができる。

図６は、図４の照明装置の別の変形例を示す図である。本変形例では、３段配列のＬＥＤ発光チップにおいて、各段をそれぞれ同色の発光色のＬＥＤ発光チップとするものである。そして、各段のプリズム１０の第１の入射面１２に、ＬＥＤ発光チップの発光色の波長帯域によって決定される透過又は反射特性を有したミラーコート（膜）もしくはダイクロイックミラーコート（膜）を形成する。即ち、図６において、最も左の段には、赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤ発光チップ２６Ｒを配列し、対応するプリズム１０の第１の入射面には、括弧書きで示すように、赤（Ｒ）色の波長帯域の光を反射するミラーコート４２を形成する。また、中央の段には、緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤ発光チップ２６Ｇを配列し、対応するプリズム１０の第１の入射面には、赤（Ｒ）色の波長帯域の光を透過し且つ緑（Ｇ）色の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーコート４４を形成する。そして、最も右の段には、青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤ発光チップ２６Ｂを配列し、対応するプリズム１０の第１の入射面には、赤（Ｒ）色及び緑（Ｇ）色の波長帯域の光を透過し且つ青（Ｂ）色の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーコート４６を形成する。

このようにダイクロイックミラー面を形成することにより、第２の入射面１４から入射する光のうち、第１の入射面１２において全反射条件を満たさない入射角度の光線も反射させることが可能となる。

なお、図６で示した断面３角形状のプリズム１０を、図７に示すように、キューブ型のダイクロイックプリズム４８に置き換えても良い。ダイクロイックプリズム４８は、図示してあるように、対角面に透過又は反射特性を有したダイクロイックミラーコート（膜）４４，４６が形成されている。このダイクロイックミラーコート（膜）４４，４６それぞれの透過又は反射する光の波長帯域は、対応するＬＥＤ発光チップの発光色の波長帯域によって決定される。さらに、図６に示した変形例と違うところは、第２の入射面１４にもダイクロイックミラーコート５０，５２が施されている点が特徴的である。Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ発光チップが図のように構成された場合、図中のダイクロイックミラーコート４４，４６，５０，５２の波長選択特性は括弧書きのようになっている。

図の左端のプリズム１０は高効率ミラーコート４２が施されている３角プリズムになっているが、同様にキューブ型のダイクロイックプリズムとしても良い。この場合、対角のダイクロイックミラーコートは、入射する色（波長帯域）の光を反射する特性（図７では赤（Ｒ）色の光を反射する特性）であれば良い。

図７のダイクロイックプリズム４８及び近傍を拡大した図７右下の図で説明すると、第２の入射面１４に入射する光が青色の場合、第２の入射面１４のダイクロイックミラーコート５０は青（Ｂ）を透過し、それ以外の色の光は反射する。また、第１の入射面１２のダイクロイックミラーコート４６は、同面に入射する赤（Ｒ）と緑の光はそのまま透過し、第２の入射面１４から入射された青の光を反射させ、図のように所定の方向に出射光として射出する。第１の入射面１２から入射した赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の光のうち、第２の入射面１４に当たる光は反射し、図のように所定の方向に出射光として射出する。

図７の構成によって、第２の入射面１４から入射する光のうち、第１の入射面１２において全反射条件を満たさない入射角度の光も反射させ所定の方向へ導光し射出させることが可能となる。同様に、第１の入射面１２から入射する光のうち、第２の入射面１４において全反射条件を満たさない入射角度の光も反射させ所定の方向へ導光し射出させることが可能となる。

ここで、図６の３角プリズムの構成においても、第１の入射面１２と第２の入射面１４の両方にそれぞれ図７と同様な特性を有するダイクロイックミラーコートを施しても良い。なお、このような図６の３角プリズムの構成あるいは図７のキューブ型の構成において、ダイクロイックミラーコートは、第１と第２の両方の入射面に形成せずに、第１の入射面１２にだけ、あるいは、第２の入射面１４にだけに図７で説明したような特性を有するダイクロイックミラーコートを形成しても良い。

さらに、３角プリズム１０、２つのダイクロイックプリズム４８を連結している導光手段は必ずしも中空のライトパイプ１８に限ったものではなく、中密のガラス又はプラスチック素材のロッドであっても良い。また、ダイクロイックプリズム４８において、第１の入射面１２、第２の入射面１４及び出射面１６以外の面は、漏れ光を防止するために高反射率の反射コートを施しておいても良い。

ダイクロイックプリズム４８又はダイクロイックミラーコートを上記と同様の効果を持たせるために、以下の図８（Ａ）乃至図９（Ｂ）の実施形態に適用することは当然考えられることである。

ダイクロイックミラーコートは入射角依存性があるので、ダイクロイックプリズム４８に入射する光は図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）のようにＮＡをある程度小さくする光学構成を取ることも有効であると考えられる。

図８（Ａ）は、図４の照明装置のさらに別の変形例を示す図である。本変形例は、上記第２実施形態で説明したような傾斜させたロッド２０を用いている。

図８（Ｂ）は、この図８（Ａ）の構成の変形例を示している。即ち、図８（Ａ）の構成では、ＬＥＤパッケージ２４を斜めに図示しない基板に実装しているが、この変形例では、ＬＥＤ発光チップ２６からロッド２０に向けて導光するライトパイプ５６をＬＥＤパッケージ２４に組み付けた発光ユニット５４として光源を構成することで、ＬＥＤ発光チップ２６の発光面が互いに平行な位置関係になるようにしている。

また、このようなライトパイプ５６を利用した発光ユニット５４とすることで、図８（Ｃ）に示すような光源の配置も可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。

図９（Ａ）は、本第４実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。

即ち、本実施形態においては、ＬＥＤパッケージ２４を、ディスク状のＬＥＤ実装基板５８上に配設したものである。この場合、ＬＥＤパッケージ２４は、２つの同心円上に配列される。また、各ＬＥＤパッケージ２４は、テーパー状のライトパイプ６０が一体化された発光ユニット５４として構成されている。

また、一体可動部３８は、前述したようなプリズム１０、ライトパイプ１８、ミラーコート３６の施されたプリズム３２と、回転導光ユニット６２とから構成されている。この回転導光ユニット６２は、上記プリズム１０の出射面１６に結合された平行ロッドと反射プリズムとが接合されて一つの導光手段を形成し、対向するもう一つの同様なる導光手段とセットになり、これら２つの導光手段はそれぞれの出射口が合わさって、単一のテーパーロッドの入射口とほぼ同一の面積で構成され、接合されて一体化されたものである。

このような構成の照明装置としても、上記第３実施形態で説明した照明装置と同様の効果を奏することができる。

図９（Ｂ）は、本第４実施形態に係る照明装置の変形例を示す図である。これは、図９（Ａ）の構成に、図２（Ｃ）で説明したような、光線を２つの光束に分離する光束分離手段として機能するテーパー形状のライトパイプ３０を使用することで、発光ユニット５４を１周のみとしたものである。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。

照明装置で液晶デバイスのような光変調素子（表示パネル）を照明し、その光変調された画像を投影光学系によりスクリーンに投影表示する投影装置において、その装置の小型化を達成するためには、それを構成する各部の小型化が必要である。一方、上記第３実施形態のように、照明装置の照明光としては、テーパーロッド４０を使用してＮＡを小さく変換することで、表示パネルにおける光利用効率を高めることが可能である。ここで、テーパーロッド４０の入射端の面積に対して出射端の面積を大きくすればするほど、ＮＡ変換効率が上がるが、小型化の観点からは出射端面積を大きくすることはマイナスになる。そこで、本実施形態では、テーパーロッド４０の入射端側ではなくて出射端側に、本発明の光学装置を構成することで、テーパーロッド４０のＮＡ変換効率を落とさずに、出射端の面積を小さくすることができるようにしたものである。

即ち、本実施形態に係る照明装置では、図１０（Ａ）乃至（Ｄ）に示すように、テーパーロッド４０の出射端の約半分を覆うように、その第１の入射面にはテーパーロッド４０の出射端から射出した光線が入射し、且つ、その第２の入射面にはテーパーロッド４０の出射端の別の約半分から射出した光線がプリズム６４によって光路を曲げられて入射するようなプリズム１０を配置する。この場合、上記第１実施形態で説明したように、プリズム６４の出射面とプリズム１０の第２の入射面との間には空気層６６が介在する。また、テーパーロッド４０の出射端から射出された光線を上記プリズム１０の第１の入射面に導く導光手段として反射パイプ６８を備えている。

なお、上記プリズム６４の反射面は、図１０（Ｅ）に示すようにミラーコート７０を施すことで、確実に入射した光線を全て反射するように構成しても良い。

一方、テーパーロッド４０の入射端側は、一体可動部３８から射出された光線が入射されるように構成されている。即ち、本実施形態における一体可動部３８は、リング状（ドーナッツ型）に配されたＬＥＤ発光チップ２６からの拡散光を取り込むロッド２０と、その取り込んだ拡散光を上記テーパーロッド４０の入射端に向けるプリズム７２とを１セットとして、２セットをロッド支持部７４で支持して構成され、回転モータ７６によって回転されるようになっている。本実施形態では、このような一体可動部３８とテーパーロッド４０とは別体に構成されているため、テーパーロッド４０は上記第３実施形態のように回転することはなく、よって、プリズム１０の出射面の位置も固定である。従って、照明光の照明位置も不変であり、その照明位置に表示デバイスを配することで、容易に投影装置が構成できる。

図１０（Ｆ）及び（Ｇ）は、上記構成における光線追跡図である。これらの図に示すように、複数のＬＥＤ発光チップ２６からそれぞれ独立に射出された光線は、一体可動部３８で混合された後、テーパーロッド４０によってＮＡを小さく変換されると共に２つの光束に分離される。そして、テーパーロッド４０の出射端面の一部から射出する第２の光束の光線はプリズム６４で反射されてプリズム１０の第２の入射面に入射し、該プリズム１０の第１の入射面で反射して、該プリズム１０の出射面から射出される。また、テーパーロッド４０の一部以外から射出した第１の光束の光線はプリズム１０の第１の入射面に入射し、該プリズム１０の第２の入射面で反射して、該プリズム１０の出射面から射出される。

従って、拡散面発光のＮＡの大きい発光光から効果的により多くの発光量を得ることができ、得られた光を小さなＮＡの照明光に変換しつつ且つ照明光のＮＡを大きくすることなく合成し、照明光の出射面積を小さくできるため小さな表示パネルを利用可能とし、投影装置の光学系そのものを小型化することができる。

図１１は、本実施形態に係る照明装置の変形例を示す図である。即ち、上記テーパーロッド４０を、上記プリズム１０と上記プリズム６４それぞれに対応した出射端面を有する２つのテーパーロッド４０Ａ，４０Ｂによって構成したものである。

このような構成とすれば、両テーパーロッド４０Ａ，４０Ｂ間には空気層６６が存在するため、各両テーパーロッド４０Ａ，４０Ｂに入射した光線は対応するプリズム１０，６４へ確実に導光することができるようになる。なお、全反射条件満たさない光線も確実に導光できるように、両テーパーロッド４０Ａ，４０Ｂをミラーコートすることがより好ましい。

なお、図１２（Ａ）に示すように、プリズム１０，６４の高さをｂと、ギャップ（空気層６６）の幅をｃとした場合に、上記テーパーロッド４０の出射端の高さは２ｂ＋ｃとなる。一方、プリズム１０の出射面の縦横比ａ：ｂは、被照明物である表示デバイスの縦横比と同一にすることが光利用効率の点からは望ましい。従って、そのような縦横比ａ：ｂが得られるように、上記テーパーロッド４０の出射端の大きさを決定することが好ましい。

図１１に示した変形例においても、図１２（Ｂ）に示すように、同様にして各テーパーロッド４０Ａ，４０Ｂの出射端の大きさを決定することが好ましい。

図１３は、別の変形例を示す図である。即ち、照明装置で照明される表示デバイスとして液晶デバイスを使用する場合、その照明光の偏光を揃える必要があるが、照明装置からはＰ偏光とＳ偏光の混在した照明光が出射される（図ではＰ＋Ｓと記す）。そこで、プリズム１０の出射面側に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７８、プリズム８０，８２，８４、λ／２板８６、及び反射パイプ８８でなる偏光を揃えるための光学系を配置する。

即ち、プリズム１０の出射面の前面に配置したＰＢＳ７８は、Ｓ偏光の光は透過させ、Ｐ偏光の光は反射するよう構成されたものである。よって、プリズム１０の出射面から射出されたＰ＋Ｓの光線の内、Ｓ偏光の光線はＰＢＳ７８を透過し、反射パイプ８８内を導光されて、プリズム８４の第１の入射面に入射し、その出射端から射出される。これに対して、Ｐ偏光の光線は、ＰＢＳ７８で反射され、更にプリズム８０で反射されて、λ／２板８６に入射される。このλ／２板８６によって、そのＰ偏光の光線がＳ偏光の光線とされる。そして、そのＳ偏光にされた光線は、プリズム８２によって反射されて、プリズム８４の第２の入射面に入射され、その第１の入射面で反射されて出射面から射出される。このようにして、Ｓ偏光にそろった照明光がプリズム８４の出射面から射出されることとなる。

なお、プリズム６４と同様に、プリズム８０及び８２の反射面にも反射コートを施しても良いことは勿論である。

図１４は、更に別の変形例を示す図である。これは、上記プリズム１０及び６４と反射パイプ６８とで構成され照明装置の出射端サイズを約１／２の開口サイズに畳み込む光学系と同様の構成をプリズム１０の出射面に配することで、更に約１／２、つまりテーパーロッド４０の出射端のサイズの約１／４の開口サイズにまで、照明装置の出射端サイズを畳み込むようにしたものである。

即ち、この変形例では、プリズム１０の出射面に、プリズム９０，９２と反射パイプ９４とを配している。ここで、プリズム１０の出射面の約半分から射出した光線は反射パイプ９４で導光されてプリズム９０に入射され、その出射面９６から射出される。また、プリズム１０の出射面の別の約半分から射出した光線は、プリズム９２によって反射されて上記プリズム９０に入射され、該プリズム９０で反射されて、上記出射面９６から射出される。

このような構成とすることで、更に出射面９６の面積を小さくすることができる。

またこの場合も、プリズム９２の反射面には、プリズム６４と同様に反射コートを施しても良いことは勿論である。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を説明する。

図１５に示すように、本実施形態に係る照明装置においては、２つのプリズム１０とライトパイプ１８とテーパー状に形成した３つのロッドを１セットとして、２セット用い、更に出射側にテーパーロッド４０を形成した一体可動部３８を用いるものである。

即ち、ＬＥＤパッケージ２４内のＬＥＤ発光チップ２６からの拡散光は、放射方向に射出される。そこで、本実施形態では、ロッド２０をテーパー状とすることで、その入射端をそれぞれＬＥＤパッケージ２４に向けて配置し、ＬＥＤ発光チップ２６からの拡散光を３方向から囲い込んで取り込むようにしているものである。

このような構成とすることで、より光利用効率を上げることができる。

［第７実施形態］
上記第３及び第４実施形態において、テーパーロッド４０、プリズム１０、ロッド２０で構成される構造体を回転可能な一体可動部３８としてあるが、回転しなくてもテーパーロッド４０から射出される光の量が所望する量を満足するのであれば、必ずしも回転させる必然性はない。

そこで、回転させない例を、本発明の第７実施形態として説明する。

図１６及び図１７はその構成を示す図である。なお、構造を分かり易くするために、図１６では一部ライトパイプの壁面を省略して示している。また、図１７では、プリズムの配置構造を分かり易くするために、ＬＥＤパッケージ及びテーパーロッドを省略し、ライトパイプは破線にて稜線を示すものとしている。更に、図１７では、４方向の区別を容易とするためにハッチングを付している（即ち、ハッチングは断面を表すものではない）。

即ち、拡散光をテーパーロッド２０の入射端に向けて集光する集光光学素子９８を一体的に構成したＬＥＤパッケージ２４と、テーパーロッド２０及びプリズム１０のセットを、各段４個ずつ、５段構成して、各ＬＥＤパッケージ２４からの光線を一つのテーパーロッド４０に入射させるようにしている。この場合、各段における４個のＬＥＤパッケージ２４は４方向のそれぞれに１個ずつ配されており、また、各方向（列）における５個のＬＥＤパッケージは同じ色の光を発光するものとしている。即ち、同図において上一列には５個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ１１〜Ｇ１５）が配列され、それぞれテーパーロッド２０（テーパーロッド２０Ｇ−１）により、対応するプリズム１０（プリズム１０Ｇ−１）の第１の入射面に緑（Ｇ）色の拡散光を入射させ、第２の入射面で反射させて、テーパーロッド４０又は前の段のプリズム１０Ｇ−１の第２の入射面に入射させるようになっている。下一列にも同様に、５個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ２１〜Ｇ２５）が配列され、それぞれテーパーロッド２０（テーパーロッド２０Ｇ−２）により、対応するプリズム１０（プリズム１０Ｇ−２）の第１の入射面に緑（Ｇ）色の拡散光を入射させ、第２の入射面で反射させて、テーパーロッド４０又は前の段のプリズム１０Ｇ−２の第２の入射面に入射させるようになっている。また、右又は左の一列には、５個の赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｒ（Ｒ１〜Ｒ５）が配列され、それぞれテーパーロッド２０（テーパーロッド２０Ｒ）により、対応するプリズム１０（プリズム１０Ｒ）の第１の入射面に赤（Ｒ）色の拡散光を入射させ、第２の入射面で反射させて、テーパーロッド４０又は前の段のプリズム１０Ｒの第２の入射面に入射させるようになっている。そして、左又は右の一列には、５個の青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｂ（Ｂ１〜Ｂ５）が配列され、それぞれテーパーロッド２０（テーパーロッド２０Ｂ）により、対応するプリズム１０（プリズム１０Ｂ）の第１の入射面に青（Ｂ）色の拡散光を入射させ、第２の入射面で反射させて、テーパーロッド４０又は前の段のプリズム１０Ｂの第２の入射面に入射させるようになっている。なお、各プリズム間は、ライトパイプ１８により、導光するよう構成されている。

ここで、ＲＧＢの３色を混合してトータルとして白色の照明光を得るためには、緑（Ｇ）色成分が多く必要であるということから、緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇだけ２列分構成して、より多くの光量が得られるようにしているものである。なお、本実施形態では、対向する向きに緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇを並べているが、隣り合っていても構わない。

各ＬＥＤパッケージ２４は、光源制御部１００により、図１８に示すように点灯制御される。即ち、まず、赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＲをＲ１からＲ５まで順に、定格電流よりも大きな駆動電流値でパルス点灯していく。次に、緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＧをＧ１１とＧ２１からＧ１５とＧ２５まで２個ずつ順に同じくパルス点灯していく。そして、青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＢをＢ１からＢ５まで順に同じくパルス点灯していく。これを１周期として、繰り返し行う。この１周期の長さは、例えば該照明装置が照明する表示デバイスで表示されるビデオ信号の１フレームに対応させ等、該照明装置の用途に合わせて設定すれば良い。

なお、各ＬＥＤパッケージ２４を全て白色の発光色のもので構成しても構わない。

図１９（Ａ）は本第７実施形態に係る照明装置の変形例の構成を示す図である。なお、構造を分かり易くするために、この図では一部ライトパイプの壁面を省略して示している。

この変形例は、ＲＧＢの並びを変えたものである。即ち、第１段目に４個の赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｒ（Ｒ１１〜Ｒ１４）、第２段目に４個の赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｒ（Ｒ２１〜Ｒ２４）、第３段目に４個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ１１〜Ｇ１４）、第４段目に４個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ２１〜Ｇ２４）、第５段目に４個の青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｂ（Ｂ１〜Ｂ４）をそれぞれ配している。

この場合には、光源制御部１００は、図１９（Ｂ）に示すように発光制御を行う。即ち、まず、赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＲをＲ１１からＲ１４まで順に、定格電流よりも大きな駆動電流値でパルス点灯していき、それと同時に、赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＲをＲ２１からＲ２４まで順にパルス点灯していく。この場合、２個のＬＥＤパッケージ２４Ｒが同時点灯するようにタイミングが揃えられる。次に、同様に、緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＧをＧ１１とＧ２１からＧ１４とＧ２４まで２個ずつ順に同じくパルス点灯していく。そして、青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＢをＢ１からＢ４まで順に同じくパルス点灯していく。これを１周期として、繰り返し行う。この１周期の長さは、該照明装置の用途に合わせて設定すれば良い。

この変形例においても、各ＬＥＤパッケージ２４を全て白色の発光色のもので構成しても構わない。

なお、前述した図６の構成においても、図１９（Ｂ）に示したタイミングと同様のタイミングで３段配列の複数のＬＥＤ発光チップを順次切り替えパルス発光させ、図４と同様にその放射光を取り込む一体可動部３８の入射端面との相対位置関係をＬＥＤパッケージ２４（ＬＥＤ発光チップ２６）の発光切り替えに併せて選択しながら変移させることによって、それぞれ一体可動部３８が回転する過程で赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の順に、発光する光の色が切り替わることは言うまでもない。

図２０は、本実施形態の更に別の変形例の構成を示す図である。この図においても、構造を分かり易くするために、一部ライトパイプの壁面を省略して示している。

この変形例は、上下にそれぞれ２列ずつＬＥＤパッケージ２４を配置したものである。即ち、上方の第１列には５個の赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｒ（Ｒ１〜Ｒ５）を、第２列には５個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ１１〜Ｇ１５）を配し、下方の第１列には５個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ２１〜Ｇ２５）を、第２列には５個の青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｂ（Ｂ１〜Ｂ５）を配している。

このような構成では、光源制御部１００は、前述した図１８に示すような点灯制御を行う。

図２１は、本実施形態の更に別の変形例の構成を示す図である。この変形例においては、図２０に示した変形例と同様に、上下にそれぞれ２列ずつＬＥＤパッケージ２４を配置したものであるが、その発光色の並びは、図１９（Ａ）に示した変形例のように、第１段目、第２段目にそれぞれ４個の赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｒ（Ｒ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４）、第３段目、第４段目にそれぞれ４個の緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｇ（Ｇ１１〜Ｇ１４、Ｇ２１〜Ｇ２４）、第５段目に４個の青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４Ｂ（Ｂ１〜Ｂ４）をそれぞれ配している。

また、第１段目から第４段目については、プリズム１０の代わりに、上記第３実施形態における図７の変形例で説明したようなキューブ型のダイクロイックプリズム４８に置き換えている。この場合、第１段目及び第２段目におけるダイクロイックプリズム４８は、緑（Ｇ）色及び青（Ｂ）色の光を透過し、赤（Ｒ）色の光を反射するダイクロイックミラーコート１０２が対角に施されているものである。また、第３段目及び第４段目におけるダイクロイックプリズム４８は、青（Ｂ）色の光を透過し、緑（Ｇ）色の光を反射するダイクロイックミラーコート１０４が対角に施されているものである。一方、第５段目のプリズム１０には、青（Ｂ）色の光を反射するミラーコート１０６が反射面に施されている。また、上下のダイクロイックプリズム４８間には、高反射板１０８が設けられている。

図２２は、このような構成の場合における光源制御部１００での発光制御のシーケンスを示す図である。即ち、まず、赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＲをＲ１１からＲ１４まで順に、定格電流よりも大きな駆動電流値でパルス点灯していき、それと同時に、赤（Ｒ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＲをＲ２３，Ｒ２４，Ｒ２１，Ｒ２２の順にパルス点灯していく。この場合、２個のＬＥＤパッケージ２４Ｒが同時点灯するようにタイミングが揃えられる。次に、同様に、緑（Ｇ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＧをＧ１１とＧ２３、Ｇ１２とＧ２４、Ｇ１３とＧ２１、Ｇ１４とＧ２２と２個ずつ順に同じくパルス点灯していく。そして、青（Ｂ）色の発光色のＬＥＤパッケージ２４ＢをＢ１からＢ４まで順に同じくパルス点灯していく。これを１周期として、繰り返し行う。この１周期の長さは、該照明装置の用途に合わせて設定すれば良い。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、一体可動部３８のロッド２０の入射端面を、その回転半径に合わせたカーブを描くような形状にしても良い。そのようにすれば、その入射端面をＬＥＤ発光チップ２６により近接させることができる。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 第１の方向から来る光線が入射する第１の入射面（１２）と、
上記第１の方向とは異なる第２の方向から来る光線が入射する第２の入射面（１４）と、
上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、
上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、
上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して、上記第１及び第２の方向とは異なる所定の方向に射出する出射面（１６）と、
を具備することを特徴とする光学装置。

この構成は、図１（Ａ）乃至図３（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（１）に記載の光学装置によれば、２方向から入射した光線を混合して射出するので、光量変動の少ない安定した光を得ることができる。

（２） 上記第１及び第２の方向から来る光線をそれぞれ上記第１及び第２の入射面に導く２つの導光手段（１８，２０；１８，２８）をさらに有することを特徴とする（１）に記載の光学装置。

この構成は、図１（Ａ）乃至図３（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（２）に記載の光学装置によれば、導光手段により光線を光学装置の入射面に導くことで、導光手段がない場合には入射面に入らないような光線も入射面に入射できるので、光量を多くすることができる。

（３） 上記２つの導光手段のうち少なくとも１つの導光手段（２０；２８）は、上記第１の入射面と上記第２の入射面とが接する線側に、自らの入射端を傾斜させた位置に配置されることを特徴とする（２）に記載の光学装置。

この構成は、図３（Ａ）乃至（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（３）に記載の光学装置によれば、導光手段を傾斜させることで、傾斜させない場合に比べ、入射面に入射するそれぞれの光線角度を浅くできる。

（４） 上記２つの導光手段は、上記第１及び第２の方向から来る光線をそれぞれ自らの内面で反射させることによって、上記第１及び第２の入射面に光線を導くことを特徴とする（２）に記載の光学装置。

この構成は、図１（Ａ）乃至図３（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（４）に記載の光学装置によれば、内面で光線反射させるようにしているので、導光手段に入射した光線の全てを第１及び第２の入射面に入射させることができる。

（５） 上記導光手段は、ロッドによって構成されており、且つ、
上記ロッドの出射面と、この出射面が対向する上記第１又は第２の入射面との間には、上記ロッドよりも屈折率の小さい低屈折率層が存在する、
ことを特徴とする（２）に記載の光学装置。

この構成は、図１（Ａ）及び図３（Ａ）に対応するものである。

即ち、（５）に記載の光学装置によれば、ロッドと第１又は第２の入射面との間に低屈折率層が存在することで、その第１又は第２の入射面により、他方の入射面から入射した光線を反射させることができる。

（６） 上記低屈折率層は、空気層であることを特徴とする（５）に記載の光学装置。

この構成は、図１（Ａ）及び図３（Ａ）に対応するものである。

即ち、（６）に記載の光学装置によれば、低屈折率層を容易に構成できる。

（７） 上記導光手段は、内面に反射面を有するパイプによって構成されていることを特徴とする（２）に記載の光学装置。

この構成は、図２（Ａ）乃至（Ｃ）、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（７）に記載の光学装置によれば、内面で光線を反射させるようにしているので、当該パイプに入射した光線の全てを第１及び第２の入射面に入射させることができる。

（８） 上記導光手段は、拡散光を略平行光に変換して上記第１又は第２の入射面に入射させるよう構成されていることを特徴とする（２）に記載の光学装置。

この構成は、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、及び図３（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（８）に記載の光学装置によれば、導光手段によって、他方の第２又は第１の入射面において全反射条件を満たすような入射角度の光線に変換した上で第１又は第２の入射面に入射させることができるので、第２又は第１の反射面で反射されない光線を減少できる。

（９） 拡散光を射出する第１の光源（２４）と、
拡散光を射出する第２の光源（２４）と、
上記第１の光源から射出された光線が入射する第１の入射面（１２）と、
上記第２の光源から射出された光線が入射する第２の入射面（１４）と、
上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、
上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、
上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して所定の方向に射出する出射面（１６）と、
を具備することを特徴とする照明装置。

この構成は、図１（Ａ）乃至図２（Ｂ）、図３（Ａ）乃至図９（Ａ）、図１６乃至図１９（Ｂ）に対応するものである。

即ち、（９）に記載の照明装置によれば、第１及び第２の光源から射出された光線を混合して射出するので、光量変動の少ない安定した照明光を得ることができる。

（１０） 上記第１の光源及び第２の光源は、それぞれ拡散光を射出する発光面を有し、
上記発光面は互いに平行な位置関係になるように配置されていることを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図４乃至図８（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（１０）に記載の照明装置によれば、光源をまとめて配置できるので、装置の小型化が可能となる。

（１１） 上記第１及び第２の光源は、同一基板（５８）上に実装され、且つ、それぞれの上記発光面に対して平行であることを特徴とする（１０）に記載の照明装置。

この構成は、図９（Ａ）及び（Ｂ）に対応するものである。

即ち、（１１）に記載の照明装置によれば、光源をまとめて配置できるので、装置の小型化が可能となる。

（１２） 上記第２の光源は、複数光源が射出した光を混合した光であることを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図４乃至図８（Ｃ）に対応するものである。

即ち、（１２）に記載の照明装置によれば、複数光源が射出した光を混合した光を第２の光源とすることで、より大きな光量を得られる。

（１３） 上記第１の入射面は、上記第１の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみを透過し、且つ、上記第２の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみ反射するダイクロイックミラー面（４４，４６）であることを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図６及び図７に対応するものである。

即ち、（１３）に記載の照明装置によれば、第２の入射面から入射する光のうち、該第１の入射面において全反射条件を満たさない入射角度の光線も反射させることが可能となる。

（１４） 上記第２の入射面は、上記第２の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみを透過し、且つ、上記第１の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみ反射するダイクロイックミラー面（５０，５２）であることを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図６及び図７に対応するものである。

即ち、（１４）に記載の照明装置によれば、第１の入射面から入射する光のうち、該第２の入射面において全反射条件を満たさない入射角度の光線も反射させることが可能となる。

（１５） 上記照明装置から射出する照明光が上記第１の光源（例えばＧ１１）から射出する拡散光と上記第２の光源（例えばＧ１２）から射出する拡散光とで時系列に切り替わるように、上記第１及び第２の光源を駆動制御する光源制御手段（１００）を更に具備することを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図１６乃至図１８に対応するものである。

即ち、（１５）に記載の照明装置によれば、同色であっても個々の光源がパルス点灯可能となり、定格電流以上の電流により駆動できるので、個々の光源を明るく発光させることができる。

（１６） 上記第１及び第２の光源が射出する拡散光は略同じ色（例えばＧ１１とＧ１２）であり、
上記光源制御手段は、上記第１の光源を駆動するタイミングと上記第２の光源を駆動するタイミングとを異ならせる、
ことを特徴とする（１５）に記載の照明装置。

この構成は、図１６乃至図１８に対応するものである。

即ち、（１６）に記載の照明装置によれば、個々の光源がパルス点灯可能となり、定格電流以上の電流により駆動できるので、個々の光源を明るく発光させることができる。

（１７） 上記第１及び第２の光源が射出する拡散光は異なる色（例えばＲ５とＧ１１）であり、
上記光源制御手段は、上記第１の光源を駆動するタイミングと上記第２の光源を駆動するタイミングとを異ならせることを特徴とする（１５）に記載の照明装置。

この構成は、図１６乃至図１８に対応するものである。

即ち、（１７）に記載の照明装置によれば、異なる色の照明光を時分割的に出射可能であり、面順次照明方式の変調画像を生成する画像投影装置又は面順次照明方式による撮像装置に適用が可能となる。

（１８） 上記光源制御手段は、更に、単位時間あたりに上記照明装置から射出する照明光の光量が略一定となるように、上記第１及び第２の光源を駆動制御することを特徴とする（１５）に記載の照明装置。

この構成は、図１８に対応するものである。

即ち、（１８）に記載の照明装置によれば、照明光の光量変動を抑圧できるので安定した光量の照明光を得ることが可能である。

（１９） （９）に記載の照明装置を複数用いて色照明光を射出するカラー照明装置であって、
上記複数の照明装置のうち、一方の照明装置を構成する第１の光源（例えばＲ１１）と第２の光源（例えばＲ２１）とから略同じ色である第１の色（例えば赤）の拡散光を射出し、
上記複数の照明装置のうち、他方の照明装置を構成する第１の光源（例えばＧ１１）と第２の光源（例えばＧ２１）とから略同じ色であり且つ上記第１の色とは異なる第２の色（例えば緑）の拡散光を射出し、
上記色照明光の色が上記第１の色と上記第２の色に時系列に切り替わるように、上記一方及び他方の照明装置をそれぞれ構成する第１及び第２の光源を駆動制御する光源制御手段（１００）を更に具備する、
ことを特徴とするカラー照明装置。

この構成は、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に対応するものである。

即ち、（１９）に記載のカラー照明装置によれば、異なる色の照明光を時分割的に出射可能であり、面順次照明方式の変調画像を生成する画像投影装置又は面順次照明方式による撮像装置に適用が可能となる。

（２０） 上記光源制御手段は、更に、単位時間あたりに上記複数の照明装置から射出する照明光の光量が略一定となるように、上記一方及び他方の照明装置をそれぞれ構成する第１及び第２の光源を駆動制御することを特徴とする（１９）に記載のカラー照明装置。

この構成は、図１９（Ｂ）に対応するものである。

即ち、（２０）に記載の照明装置によれば、照明光の光量変動を抑圧できるので安定した光量の照明光を得ることが可能である。

（２１） 光源と、
上記光源が射出した光線を２つの光束に分離する光束分離手段（３０，３２；３０，３６；４０，６４）と、
上記光束分離手段が分離した第１の光束の光線が入射する第１の入射面（１２）と、
上記光束分離手段が分離した第２の光束の光線が入射する第２の入射面と（１４）、
上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、
上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、
上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して所定の方向に射出する出射面（１６）と、
を有する光学装置（１０）と、
を具備することを特徴とする照明装置。

この構成は、図２（Ｃ）、図９（Ｂ）乃至図１１、図１４に対応するものである。

即ち、（２１）に記載の照明装置によれば、第１及び第２の入射面に入射すべき光を出射する光源を１つで兼用できるようになる。このような兼用とした場合、２つの光源を使用する場合に比べて発光する光量自体は減少するが、第１及び第２の入射面で全反射する光線は増えるため、光源を兼用したことによる光量の低下は少ない。

（２２） 上記光源は、
それぞれ独立に光線を射出する複数の発光体（２４）と、
上記複数の発光体が射出した光線を上記光束分離手段の入射端面に導く光学部材（２０，７２）と、
を有し、
上記光束分離手段は、上記複数の発光体が射出した光線であって、上記光学部材によって混合された光線を、２つの光束に分離する、
ことを特徴とする（２１）に記載の照明装置。

この構成は、図１０（Ａ）乃至図１１に対応するものである。

即ち、（２２）に記載の照明装置によれば、拡散面発光のＮＡの大きい発光光から効果的により多くの発光量を得ることができ、得られた光を小さなＮＡの照明光に変換しつつ且つ照明光のＮＡを大きくすることなく合成し、照明光の出射面積を小さくできるため小さな表示パネルを利用可能とし、投影装置の光学系そのものを小型化することができる。

（２３） 上記光束分離手段は、
入射端面の面積よりも出射端面の面積の方が大きいテーパー形状をしたロッド（４０）と、
上記ロッドの出射端面の一部から射出する光線を上記第２の入射面に導く反射面（６４）と、
を有し、
上記ロッドの出射端面の一部以外から射出した光線は、そのまま上記第１の入射面に入射する、
ことを特徴とする（２２）に記載の照明装置。

この構成は、図１０（Ａ）乃至図１１に対応するものである。

即ち、（２３）に記載の照明装置によれば、テーパーロッドにより光線傾角が小さくなるよう変換した光を効果的に畳み込むことができるので、テーパーロッド出射面より小さい出射面で明るい出射光を作り出すことが可能である。

（２４） 上記テーパー形状をしたロッドは、上記反射面と上記第１の入射面それぞれに対応した出射端面を有する２つのロッド（４０Ａ，４０Ｂ）によって構成されていることを特徴とする（２３）に記載の照明装置。

この構成は、図１１に対応するものである。

即ち、（２４）に記載の照明装置によれば、確実に上記反射面と上記第１の入射面に導光することができる。

（２５） 上記出射面から射出した光線のうち第３の光束の光線が入射する第３の入射面と、
上記出射面から射出した光線のうち第４の光束の光線が入射する第４の入射面と、
上記第３の入射面から入射した光線は上記第４の入射面で反射し、
上記第４の入射面から入射した光線は上記第３の入射面で反射し、
上記第３及び第４の入射面で反射した光線を混合して、所定の方向に射出する第２の出射面（９６）と、
を有する第２の光学装置（９０）を更に具備することを特徴とする（２２）に記載の照明装置。

この構成は、図１４に対応するものである。

即ち、（２５）に記載の照明装置によれば、更に照明光の出射面積を小さくすることができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る光学装置の構成を示す図、（Ｂ）は第１の入射面に入射した光線の第２の入射面での反射を説明するための図であり、（Ｃ）は第２の入射面に入射した光線の第１の入射面での反射を説明するための図である。 （Ａ）は第１実施形態に係る光学装置の変形例の構成を示す図、（Ｂ）は別の変形例の構成を示す図であり、（Ｃ）は更に別の変形例の構成を示す図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る光学装置の構成を示す図、（Ｂ）は第２実施形態に係る光学装置の変形例の構成を示す図であり、（Ｃ）は別の変形例の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 第３実施形態に係る照明装置の変形例の構成を示す図である。 第３実施形態に係る照明装置の別の変形例の構成を示す図である。 第３実施形態に係る照明装置の更に別の変形例の構成を示す図である。 （Ａ）は第３実施形態に係る照明装置の他の変形例の構成を示す図、（Ｂ）は別の変形例の構成を示す図であり、（Ｃ）は更に別の変形例の構成を示す図である。 （Ａ）は本発明の第４実施形態に係る照明装置の構成を示す図であり、（Ｂ）は第４実施形態に係る照明装置の変形例の構成を示す図である。 （Ａ）は本発明の第５実施形態に係る照明装置の側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ線断面図、（Ｃ）は出射面を示す図、（Ｄ）はテーパーロッドの出射端に配された２つのプリズムと反射パイプの斜視図、（Ｅ）は上側のプリズムの変形例を示す図、（Ｆ）は光線追跡図であり、（Ｇ）は（Ｄ）に対応する光線追跡図である。 第５実施形態に係る照明装置の変形例の構成を示す図である。 （Ａ）は第５実施形態に係る照明装置におけるテーパーロッドの出射端のサイズを説明するための図であり、（Ｂ）は図１１の変形例におけるテーパーロッドの出射端のサイズを説明するための図である。 第５実施形態に係る照明装置の別の変形例の構成を示す図である。 第５実施形態に係る照明装置の更に別の変形例の構成を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 テーパーロッドとプリズムの配置を説明するための図である。 点灯シーケンスを説明するためのタイミングチャートを示す図である。 （Ａ）は第７実施形態に係る照明装置の変形例の構成を示す図であり、（Ｂ）はこの変形例における点灯シーケンスを説明するためのタイミングチャートを示す図である。 第７実施形態に係る照明装置の別の変形例の構成を示す図である。 第７実施形態に係る照明装置の更に別の変形例の構成を示す図である。 図２１の変形例における点灯シーケンスを説明するためのタイミングチャートを示す図である。

符号の説明

１０，１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂ，３２，６４，７２，８０，８２，８４，９０，９２…プリズム、 １２…第１の入射面、 １４…第２の入射面、 １６，９６…出射面、 １８，２８，３０，３４，５６，６０…ライトパイプ、 ２０，２２…ロッド、 ２４，２４Ｇ，２４Ｒ，２４Ｂ…ＬＥＤパッケージ、 ２６，２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ…ＬＥＤ発光チップ、 ３６，４２，７０，１０６…ミラーコート、 ３８…一体可動部、 ４０，４０Ａ，４０Ｂ…テーパーロッド、 ４４，４６，５０，５２，１０２，１０４…ダイクロイックミラーコート、 ４８…ダイクロイックプリズム、 ５４…発光ユニット、 ５８…ＬＥＤ実装基板、 ６２…回転導光ユニット、 ６６…空気層、 ６８，８８，９４…反射パイプ、 ７４…ロッド支持部、 ７６…回転モータ、 ７８…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、 ８６…λ／２板、 ９８…集光光学素子、 １００…光源制御部、 １０８…高反射板。

Claims (25)

1. 第１の方向から来る光線が入射する第１の入射面と、
   上記第１の方向とは異なる第２の方向から来る光線が入射する第２の入射面と、
   上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、
   上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、
   上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して、上記第１及び第２の方向とは異なる所定の方向に射出する出射面と、
   を具備することを特徴とする光学装置。
2. 上記第１及び第２の方向から来る光線をそれぞれ上記第１及び第２の入射面に導く２つの導光手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 上記２つの導光手段のうち少なくとも１つの導光手段は、上記第１の入射面と上記第２の入射面とが接する線側に、自らの入射端を傾斜させた位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 上記２つの導光手段は、上記第１及び第２の方向から来る光線をそれぞれ自らの内面で反射させることによって、上記第１及び第２の入射面に光線を導くことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
5. 上記導光手段は、ロッドによって構成されており、且つ、
   上記ロッドの出射面と、この出射面が対向する上記第１又は第２の入射面との間には、上記ロッドよりも屈折率の小さい低屈折率層が存在する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
6. 上記低屈折率層は、空気層であることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 上記導光手段は、内面に反射面を有するパイプによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
8. 上記導光手段は、拡散光を略平行光に変換して上記第１又は第２の入射面に入射させるよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
9. 拡散光を射出する第１の光源と、
   拡散光を射出する第２の光源と、
   上記第１の光源から射出された光線が入射する第１の入射面と、
   上記第２の光源から射出された光線が入射する第２の入射面と、
   上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、
   上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、
   上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して所定の方向に射出する出射面と、
   を具備することを特徴とする照明装置。
10. 上記第１の光源及び第２の光源は、それぞれ拡散光を射出する発光面を有し、
    上記発光面は互いに平行な位置関係になるように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. 上記第１及び第２の光源は、同一基板上に実装され、且つ、それぞれの上記発光面に対して平行であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 上記第２の光源は、複数光源が射出した光を混合した光であることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
13. 上記第１の入射面は、上記第１の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみを透過し、且つ、上記第２の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみ反射するダイクロイックミラー面であることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
14. 上記第２の入射面は、上記第２の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみを透過し、且つ、上記第１の光源が射出する光線が有する波長帯域の光のみ反射するダイクロイックミラー面であることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
15. 上記照明装置から射出する照明光が上記第１の光源から射出する拡散光と上記第２の光源から射出する拡散光とで時系列に切り替わるように、上記第１及び第２の光源を駆動制御する光源制御手段を更に具備することを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
16. 上記第１及び第２の光源が射出する拡散光は略同じ色であり、
    上記光源制御手段は、上記第１の光源を駆動するタイミングと上記第２の光源を駆動するタイミングとを異ならせる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
17. 上記第１及び第２の光源が射出する拡散光は異なる色であり、
    上記光源制御手段は、上記第１の光源を駆動するタイミングと上記第２の光源を駆動するタイミングとを異ならせることを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
18. 上記光源制御手段は、更に、単位時間あたりに上記照明装置から射出する照明光の光量が略一定となるように、上記第１及び第２の光源を駆動制御することを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
19. 請求項９に記載の照明装置を複数用いて色照明光を射出するカラー照明装置であって、
    上記複数の照明装置のうち、一方の照明装置を構成する第１の光源と第２の光源とから略同じ色である第１の色の拡散光を射出し、
    上記複数の照明装置のうち、他方の照明装置を構成する第１の光源と第２の光源とから略同じ色であり且つ上記第１の色とは異なる第２の色の拡散光を射出し、
    上記色照明光の色が上記第１の色と上記第２の色に時系列に切り替わるように、上記一方及び他方の照明装置をそれぞれ構成する第１及び第２の光源を駆動制御する光源制御手段を更に具備する、
    ことを特徴とするカラー照明装置。
20. 上記光源制御手段は、更に、単位時間あたりに上記複数の照明装置から射出する照明光の光量が略一定となるように、上記一方及び他方の照明装置をそれぞれ構成する第１及び第２の光源を駆動制御することを特徴とする請求項１９に記載のカラー照明装置。
21. 光源と、
    上記光源が射出した光線を２つの光束に分離する光束分離手段と、
    上記光束分離手段が分離した第１の光束の光線が入射する第１の入射面と、
    上記光束分離手段が分離した第２の光束の光線が入射する第２の入射面と、
    上記第１の入射面から入射した光線は上記第２の入射面で反射し、
    上記第２の入射面から入射した光線は上記第１の入射面で反射し、
    上記第１及び第２の入射面で反射した光線を混合して所定の方向に射出する出射面と、
    を有する光学装置と、
    を具備することを特徴とする照明装置。
22. 上記光源は、
    それぞれ独立に光線を射出する複数の発光体と、
    上記複数の発光体が射出した光線を上記光束分離手段の入射端面に導く光学部材と、
    を有し、
    上記光束分離手段は、上記複数の発光体が射出した光線であって、上記光学部材によって混合された光線を、２つの光束に分離する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の照明装置。
23. 上記光束分離手段は、
    入射端面の面積よりも出射端面の面積の方が大きいテーパー形状をしたロッドと、
    上記ロッドの出射端面の一部から射出する光線を上記第２の入射面に導く反射面と、
    を有し、
    上記ロッドの出射端面の一部以外から射出した光線は、そのまま上記第１の入射面に入射する、
    ことを特徴とする請求項２２に記載の照明装置。
24. 上記テーパー形状をしたロッドは、上記反射面と上記第１の入射面それぞれに対応した出射端面を有する２つのロッドによって構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の照明装置。
25. 上記出射面から射出した光線のうち第３の光束の光線が入射する第３の入射面と、
    上記出射面から射出した光線のうち第４の光束の光線が入射する第４の入射面と、
    上記第３の入射面から入射した光線は上記第４の入射面で反射し、
    上記第４の入射面から入射した光線は上記第３の入射面で反射し、
    上記第３及び第４の入射面で反射した光線を混合して、所定の方向に射出する第２の出射面と、
    を有する第２の光学装置を更に具備することを特徴とする請求項２２に記載の照明装置。

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