JP2006139005A - 導光装置、照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 照明光の光線角を所望の角度に抑え、且つ光量損失を極力低く抑えた導光装置，この導光装置を備え小型化が可能な照明装置及びこの照明装置を組み込んだプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 光源手段３０から出射した照明光を被照明領域に導光する導光装置２０であって、第1の入射端面２１ａと、該第1の入射端面２１ａよりも面積の大きい第１の出射端面２１ｂと、第１の入射端面２１ａから入射した照明光を内面で反射させながら第１の出射端面２１ｂまで導く第１の反射面２１ｃとを有する第１の導光ロッド２１を備え、第１の出射端面２１ｂの周囲部分のうち少なくとも一部領域には照明光を反射する反射面２３が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、小型かつ照明光の照明ムラ低減効果の高い導光装置、照明装置及びプロジェクタに関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）の高輝度化が急速に進む中で、高輝度ＬＥＤを用いた照明装置が従来のハロゲンランプやキセノンランプ等のランプ光源を用いた、いわゆるランプ照明装置に替わって利用されようとしている。
上述したＬＥＤは、従来のランプ光源に比べ、遥かに長寿命であり、応答が速く、演色性にも優れていることから利用価値の非常に高い次世代光源として注目されている。昨今は赤色、緑色、青色のみならず白色ＬＥＤの高輝度化も目を見張るものがあり、従来の白色照明を置き換えることができるまでに実用化が進んでいる。

また、照明装置は一般に比較的広い範囲を一様に照明する用途と比較的狭い範囲をスポットライト的に照明する用途とが考えられる。特にスポット性の高い照明光をＬＥＤ光源によって得ようとするために、出射光線角を小さく変換する作用のあるテーパーロッドを適用する例が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

照明装置に用いられるＬＥＤは、面発光拡散光源であるため、点光源のように凹面反射鏡により容易に平行性の高い出射光を作り出すことが困難である。この課題を解決するためにテーパーロッドを用いることは、照明光の角度を小さくする比較的容易で有効な手段である。テーパーロッドの光線角変換効果は、その入射面積と出射面積の比で決定付けられ、入射面積に対し出射面積が大きいほど光線角度を小さくすることができる。

テーパーロッドを用いた照明装置の例として、特許文献１及び特許文献２に記載の照明装置は、必要な出射光の許容光線角と出射面積とを満足する形状のテーパーロッドを適用するものが挙げられる。また、特許文献３に記載のプロジェクタに用いられている導光装置は、入射光を入射端面の面積よりもその入射端面に平行した中央部の断面積の方が小さい逆テーパーロッドにて絞り込んだ後、さらに、中央部の断面積よりも出射端面の面積の方が大きいテーパーロッドにより出射光が許容光線角に収まるように光学系を構成しているものも提案されている。

また、ロッドインテグレータを用いた特許文献４に記載のプロジェクタでは、その出射端の一部に反射面を設け、所望する角度の光線のみを利用する例が開示されている。同様にロッドインテグレータを用いた特許文献５に記載のプロジェクタでは、その出射端の直後に透過色と反射色とを選択可能なカラーフィルタを設け、反射する色光は入射端へ戻し、再び入射端において反射させて出射端へ向かわせる光線を作り出し、ロッドインテグレータへ入射する光を再利用によって有効に出射させるようにしている。
特開平８―２３４１０９号公報 特許第３０４８３５３号公報 米国特許第５９０２０３３号明細書 特開２００４−１２６２８３号公報 特開２００４−１６３４８１号公報

ところで、画像投影表示装置（プロジェクタ）に広く使用されているＬＣＤ（液晶デバイス）やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の表示デバイスは、有効に利用される照明光の許容光線角がかなり小さいため照明装置からの照明光は極力光線角変換効果を高め、光線角の小さいものが求められる。

上記の従来技術に示したようにテーパーロッドは、光学系をコンパクトにできると共にＬＥＤなどの面発光拡散光源からの光線角の大きい光を光線角の小さい光に変換する光学素子として非常に有効である。例えば、プロジェクタの場合、テーパーロッドは表示デバイスが許容する照明光の光線角に極力小さく変換するために用いられている。しかしながら、より光線角の小さい照明光を得ようとして、テーパーロッドの出射面を大きなものにすると、照明光の出射面積も必然的に大きくなってしまう。ここで、プロジェクタ装置の小型化を考えるとき、表示デバイスのサイズはより小さいものが必要になり、当然表示デバイスに照射する照明光のサイズも小さくしなくてはならない。すなわち、照明光のサイズを小さくすることは、テーパーロッドの出射面を小さくしなくてはならないが、そうすると照明光の光線角は大きくなってしまい利用されない光線が増えることになって光利用効率を悪化させてしまう結果となる。

このような現象を回避するためにテーパーロッドの出射面積は大きくするが、出射面の一部をマスクして所望の照明光サイズを得ることも可能である。この場合、照明光の光線角は小さく且つ照明光サイズも小さくすることができるが、光量的にはマスクによって光線を捨てているので減少し、光利用効率は悪化する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、照明光の光線角を所望の角度に抑え、且つ光量損失を極力低く抑えた導光装置，この導光装置を備え小型化が可能な照明装置及びこの照明装置を組み込んだプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の導光装置は、光源手段から出射した照明光を被照明領域に導光する導光装置であって、第1の入射端面と、該第1の入射端面よりも面積の大きい第１の出射端面と、前記第１の入射端面から入射した照明光を内面で反射させながら前記第１の出射端面まで導く第１の反射面とを有する第１の導光ロッドを備え、前記第１の出射端面の周囲部分のうち少なくとも一部領域には前記照明光を反射する反射面が設けられていることを特徴とする。

この発明に係る導光装置においては、第１の入射端面から導光ロッドに入射した照明光は、第１の反射面で反射し、第１の出射端面に向かう。第１の出射端面に向かった照明光は、反射面で第１の出射端面から出射する照明光の範囲が制限されるので、光源手段のＮＡよりも小さいＮＡで所定の出射面積から出射する照明光を得ることができる。したがって、照明光の照明ムラの低減を図り、かつ、導光装置全体の短小化を図ることが可能になる。

また、本発明の導光装置は、前記反射面で反射した照明光のうち少なくとも一部は、前記第１の入射端面に対する全反射条件を満たすことを特徴とする。
この発明に係る導光装置においては、第１の出射端面に向かい、反射面で反射した照明光は、再び第１の入射端面に向かうことになる。そして、反射面で反射した照明光のうち一部は、第１の入射端面から透過し、残りの照明光は、第１の入射端面に対して全反射条件を満たすため、再び反射され第１の出射端面側に導かれることになる。したがって、照明光を無駄にする分が少なくなり、照明光の利用効率を向上させることが可能になる。

また、本発明の導光装置は、前記光源手段と前記第１の入射端面との間に第２の導光ロッドを備え、該第２の導光ロッドは、前記第１の入射端面に接する第２の出射端面と、該第２の出射端面よりも面積の大きい第２の入射端面と、該第２の入射端面から入射した照明光を内面で反射させながら前記第２の出射端面まで導く第２の反射面とを備え、前記第１の導光ロッドを構成する透明体の屈折率よりも前記第２の導光ロッドを構成する透明体の屈折率の方が小さいことを特徴とする。

この発明に係る導光装置においては、第２の入射端面より入射した照明光は、第２の反射面で反射し、強度分布が均一化されて、第２の出射端面より射出される。このように、第２の導光ロッドを備えることにより、均一化した照明光を第１の導光ロッドに入射させることができる。

また、第２の導光ロッドの屈折率が、第１の導光ロッドの屈折率より小さい媒質からなっているため、反射面で反射し第１の入射端面に戻る戻り光は、第１の入射端面に対して全反射条件を満たしやすくなる。したがって、第１の入射端面において、全反射した照明光は第１の反射面で反射を繰り返し、再び第１の出射端面に向かうため、無駄にする分が少なくなり、照明光の利用効率を向上させることが可能になる。

また、本発明の導光装置は、前記光源手段と前記第１の入射端面との間に導光パイプを有し、前記導光パイプは、前記第１の入射端面に接する出射側開口部と、該出射側開口部よりも大きな開口部である入射側開口部と、該入射側開口部から入射した照明光を内面で反射させながら前記出射側開口部まで導く第３の反射面とを備えることを特徴とする。

この発明に係る導光装置においては、入射側開口部より入射した照明光は、第３の反射面で反射し、強度分布が均一化されて、出射側開口部より射出される。このように、導光パイプを備えることにより、均一化した照明光を第１の導光ロッドに入射させることができる。

また、反射面で反射し、第１の入射端面に戻る戻り光は、第１の導光ロッドの媒質から空気層に向かうため、第１の入射端面に対する全反射条件を満たしやすくすることができる。したがって、第１の入射端面において、全反射した照明光は第１の反射面で反射を繰り返し、再び第１の出射端面に向かうため、無駄にする分が少なくなり、照明光の利用効率を向上させることが可能になる。

本発明の照明装置は、上記に記載の導光装置を用いた照明装置であって、射出したそれぞれの照明光が前記第１の入射端面に入射するように配置された複数の光源手段を有することを特徴とする。

この発明に係る照明装置においては、照明装置が光源手段を備えているため、光源手段より射出した照明光は第１の入射端面から入射し、第１の反射面で反射しながら第１の出射端面から照明光が出射される。これにより、光源手段から照射された照明光を第１の入射端面に効率良く導くことが可能になる。

本発明の照明装置は、上記に記載の照明装置を用いたプロジェクタであって、前記第１の出射端面を出射した照明光で照明される空間変調手段と、該空間変調手段で変調された照明光を投影する投影光学手段とを有することを特徴とする。

この発明に係るプロジェクタにおいては、照明装置から出射された照明光により空間変調手段の照明を行う。そして、投影光学手段に、空間変調手段において変調された照明光を照射され、投影光学手段により、入力された画像情報に応じて変調された画像が投影される。この際、照明装置より射出される照明光は、上述したように、明るさ及び演色性が優れた高効率な照明光であるので、照明ムラのない鮮明な画像を投影することが可能になる。

本発明のプロジェクタは、前記空間変調手段の変調面の縦横比が、前記反射面で囲まれた第１の出射端面領域の縦横比と同じであることを特徴とする。
この発明に係るプロジェクタにおいては、反射面で囲まれた第１の出射端面領域から直接射出する照明光及び高効率反射面により反射し再び第１の出射端面に向かった照明光のどちらも無駄にすることなく、空間変調手段に照明することが可能となる。

本発明においては以下の効果を奏する。
本発明に係る導光装置によれば、第１の出射端面の面積を大きくし、さらに、第１の出射端面に反射面を設けることにより、照明光の光線角を所望の角度に抑え、且つ光量損失を極力低く抑えることが可能となる。したがって、この導光装置を備えた照明装置を用いることにより、光線角度が小さく、かつ、照明ムラの少ない照明光を得ることが可能となる。さらには、照明装置の小型化を図ることが可能となる。
また、本発明に係るプロジェクタによれば、上述した明るさ（十分な輝度）及び演色性が優れた高効率な照明光を利用できるので、鮮明な画像を投影することが可能になる。

次に、本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ１は、図１に示すように、入力される画像情報に応じた画像を観察者が観察可能なように投影するものであって、図１に示すように、導光装置２０を有する照明装置２と、入力される画像情報に応じて変調されるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（空間変調手段）３と、照明装置２から射出された照明光を導いて、ＤＭＤ３を照明する照明光学手段４と、該照明光学手段４で照明され、ＤＭＤ３で変調された画像をスクリーン５上に投影する投影レンズ（投影光学手段）６とを備えている。

上記照明装置２は、図２に示すように、照明光を出射するとともに、照明光を導光装置２０のそれぞれの第２の入射端面２２ａに入射するように配置された複数の照明デバイス（光源手段）３０と、この照明デバイス３０から照射された照明光を照明光学手段４に導く導光装置２０とを備えている。ここで、図２の（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線矢視図、（ｄ）は（ａ）のＺ−Ｚ線における断面図である。

上記導光装置２０は、照明デバイス３０から照射された照明光をＮＡの大きい光に変換する複数の導光ロッド（第２の導光ロッド）２２と、導光ロッド２２を導光した照明光を照明光学手段４に導光するテーパーロッド（第１の導光ロッド）２１とを備えている。また、導光ロッド２２及びテーパーロッド２１は、石英ガラス等からなる中密なロッドである。但し、導光ロッド２２の屈折率が、テーパーロッド２１の屈折率よりも小さいことが必要条件であるので、導光ロッド２２は中空で内面が鏡面反射のライトパイプの形態であっても良い。

上記テーパーロッド２１は、図３に示すように、照明デバイス３０から出射した照明光を被照明領域に導光するものであって、第１の入射端面２１ａと、第１の入射端面２１ａよりも面積の大きい第１の出射端面２１ｂと、第１の入射端面２１ａから入射した照明光を内面で反射させながら第１の出射端面２１ｂまで導く第１の反射面２１ｃとを備えている。この第１の出射端面２１ｂには、中央部に開口部（反射面２３で囲まれた第１の出射端領域）２３ａを有するとともに、照明デバイス３０から出射した照明光を反射する反射面２３が設けられている。この反射面２３の開口部２３ａの縦横比は、ＤＭＤ３の変調面の縦横比と同じ大きさになっている。
なお、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図、図３（ｃ）は（ａ）の丸で囲った部分の拡大図である。
また、このテーパーロッド２１及び導光ロッド２２は、石英ガラス等からなる中密なロッドである。

さらに、テーパーロッド２１の形状は、第１の出射端面２１ｂの反射面２３で反射した照明光のうち少なくとも一部は、第１の入射端面２１ａに対する全反射条件を満たすようになっている。すなわち、図３に示すように、第１の入射端面２１ａの上部の一辺２４から開口部２３ａの上部の一辺２５に向かう平面とテーパーロッド２１の中心光軸Ｃとのなす角度をαとし、第１の入射端面２１ａの上部の一辺２４から第１の出射端面２１ｂ領域の下部の一辺２６に向かう平面と中心光軸Ｃとのなす角度をβとし、第１の入射端面２１ａの中線２７（第１の入射端面２１ａの中央）から第１の出射端面２１ｂ領域の下部の一辺２６に向かう平面と中心光軸Ｃとのなす角度をθとすると、第１の入射端面２１ａの位置ｅ１（第１の入射端面２１ａのエッジｅ１付近）における入射光線が、中心光軸Ｃに対し角度α以下またはβ以下の場合、第１の出射端面２１ｂより直接抜けていく。また、第１の入射端面２１ａの中線２７における入射光線は中心光軸Ｃに対し角度±θ以下の光線が第１の出射端面２１ｂより直接抜けていくことになる。

また、第１の入射端面２１ａにおけるテーパーロッド２１の内部での臨界角ｉｏは、テーパーロッド２１の媒質ｂと第１の入射端面２１ａに接する媒質ａ（図３に示す例では空気）との屈折率で決まる値である。ここで、第１の入射端面２１ａから屈折角ｉで入射した入射光線が、テーパーロッド２１を導光し、第１の出射端面２１ｂの反射面２３で一旦反射し、戻り光として再び第１の入射端面２１ａに帰ってきたときの第１の入射端面２１ａとのなす角度ｉｏ２と同じ角度になるとすると、臨界角ｉｏより小さい屈折角度で入射する入射光線の場合、第１の入射端面２１ａに戻ってきた戻り光は、媒質ａの方向へ抜けていき、再び第１の出射端面２１ｂに向かって導光されることはない（図４に示す領域Ａ）。一方、臨界角ｉｏより大きい屈折角度で入射する入射光線の場合、第１の入射端面２１ａに戻ってきた戻り光は、再び第１の出射端面２１ｂに向かって導光可能となる（図４に示す領域Ｂ）。そして、その光線が第１の出射端面２１ｂに向かうと、反射面２１ｃで反射することになり、開口部２３ａへの入射角度が臨界角より小さくなる作用を受け、そのまま出射光線として開口部２３ａから抜けていくことができるようになっている。なお、本実施形態では、導光ロッド２２の媒質をａとする。

すなわち、第１の入射端面２１ａから入射した入射光線の屈折角ｉ（テーパーロッド２１の内部での第１の入射端面２１ａとなす光線角度）と、テーパーロッド２１の第１の出射端面２１ｂから出射した出射光線の第１の出射端面２１ｂにおける出射角ｒとの関係は、図４に示すようになる。
このグラフより、第１の入射端面２１ａにおいて、屈折した入射光線の最大角ｉmaxのものは、それよりも小さい角度ｒで出射可能である。また、入射角ｉが臨界角ｉ_０を超え最大角ｉmax以下（領域Ｂ：繰り返し反射により第１の出射端面２１ｂから抜け出る入射光線の角度範囲）の入射光線は、テーパーロッド２１の第１の入射端面２１ａと第１の出射端面２１ｂとを往復し、最終的に第１の出射端面２１ｂから出射可能な光線である。さらに、入射角ｉが臨界角ｉ_０以下（領域Ａ：戻り光が抜け出てしまう入射光線の角度範囲）の入射光線は、上記図３で示した直接第１の出射端面２１ｂから抜けられる光線以外は第１の出射端面２１ｂから出射不可能な光線であり、光損失となる光線である。従って、光線入出射角分布のうち、入射角ｉが臨界角ｉ_０以下に分布する光線群は損出光となる光線を含んでいることになる。
すなわち、テーパーロッド２１において、α＜θ＜βなので、β＜ｉｏの条件を満たすとき、最も効果的に入射光線を第１の出射端面２１ｂより射出させることができる。

上記導光ロッド２２は、図２に示すように、第２の入射端面２２ａと、第２の入射端面２２ａの面積よりも小さい面積である第２の出射端面２２ｂと、第２の入射端面２２ａから入射した照明光を内面で反射させながら第２の出射端面２２ｂまで導く第２の反射面２２ｃとを有している。なお、第２の反射面２２ｃは、導光ロッド２２の周囲の面すべてを示している。

さらに、導光ロッド２２は複数で構成される（例えば、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、後述する第２の中心光軸Ｃを中心に４個）と共にテーパーロッド２１は１つで構成され、複数の導光ロッド２２のそれぞれの第２の出射端面２２ｂは、第１の入射端面２１ａに接すると共に、複数の第２の出射端面２２ｂの面積の合計は、第１の入射端面２１ａの面積と略等しくなっている。

上記照明デバイス３０は、図５に断面図を示すように、拡散する照明光を出射する発光部３１ａを有するＬＥＤ（光源素子）３１と、ＬＥＤ３１が配されたベース部３２と、発光部３１ａを中心位置に載置してこれを覆うとともに、後述する凹部３４ａと嵌合可能な半球状のレンズ部３３と、ＬＥＤ３１から出射された拡散光を外部に出射させる集光素子３４とを備えている。この集光素子３４は、集光用反射面３４ｂが形成されており、入射された拡散光を略平行光に変換するようになっている。また、ＬＥＤ３１及びベース３２はパッケージ３２ａにより一体的に構成されている。
なお、レンズ部３３は半球状に限らず矩形状であっても構わない。この場合、集光素子３４の凹部３４ａの形状を矩形状のレンズ部３３と嵌合可能に形成すれば良い。

上記ＬＥＤ３１は、同色のＬＥＤ３１が、例えば、赤色ＬＥＤ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）を例に挙げると図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、第２の入射端面２２ａと直交する第１の中心光軸Ｃを挟み対向して配されている。例えば、本実施形態では、第１の中心軸Ａを挟んで２個ずつ計４個のＬＥＤ３１が、青色ＬＥＤ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４），赤色ＬＥＤ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４），緑色ＬＥＤ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）の順に導光ロッド２２に向かって配されている。また、各色のＬＥＤ３１は、第２の入射端面２２ａから入射される照明光の色が赤色，緑色及び青色が含まれるように、それぞれの第２の入射端面２２ａに対応して配置されている。

さらに、上記照明デバイス３０は、図２（ａ）に示すように、青色ＬＥＤ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）により照射された照明光を反射させ導光ロッド２２に導くプリズム３５と、赤色ＬＥＤ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）により照射された照明光を反射させ導光ロッド２２に導き、且つ青色ＬＥＤ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）により照射された照明光を透過させる第１のダイクロイックプリズム３６と、緑色ＬＥＤ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）により照射された照明光を反射させ導光ロッド２２に導き、青色ＬＥＤ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）及び赤色ＬＥＤ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）により照射された照明光を透過させる第２のダイクロイックプリズム３７とを備えている。ただし、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤと対応するプリズムまたはダイクロイックプリズムの配置構成は、この例に限定されるものではなく、各色の照明光が合成可能な光路が形成できれば良い。但し、映像表示用照明光のように緑色成分を多く必要とする場合は、緑色ＬＥＤを導光ロッド２２の近くに配置し導光ロスを小さくする方が光利用効率としては効率的である。

上記照明光学手段４は、図１に示すように、リレーレンズ４１、照明系絞り４２、反射ミラー４３及びＴＩＲプリズム４４を備えている。また、照明装置２に隣接して、上記リレーレンズ４１、照明系絞り４２、反射ミラー４３が順に配されており、反射ミラー４３で反射された光はＴＩＲプリズム４４によってＤＭＤ３に入射するようになっている。
このＴＩＲプリズム４４は、空気層を間に挟んだ２つのプリズムからなり、反射ミラー４３で反射された照明光を、全反射により上記ＤＭＤ３に入射させる機能を有している。

上記投影レンズ６は、図１に示すように、スクリーン５の正面で、スクリーン５から所定の間隔を置いた位置に配されている。また、上記ＤＭＤ３は、図示しない微小可動ミラーを複数有する半導体光スイッチであり、投影レンズ６と上記光源装置２との間に配されている。微小可動ミラーは、電源のＯＮ、ＯＦＦ状態で角度が変更するようになっており、ＯＮ状態で照明光が投影レンズ６に向くようになっている。また、入力される画像に応じて、微小可動ミラーのＯＮ、ＯＦＦ状態を制御して、変調できるようになっている。このように、ＯＮ、ＯＦＦ制御を行うことで、照明光で照明された変調画像を投影レンズ６に入射可能とされている。

このように構成されたプロジェクタ１及び照明装置２により、スクリーン５上に画像を投影する場合について、以下に説明する。
はじめに、β＜ｉｏを満たすように、反射面２３の形状及び導光テーパーロッド２１の媒質を設定する。その後、照明デバイス３０を駆動させ、各ＬＥＤ３１からプリズム３５及び第1，第2のダイクロイックミラー３６，３７に照明光が射出される。プリズム３５及び第1，第2のダイクロイックミラー３６，３７で反射及び透過した照明光は、第２の入射端面２２ａより導光ロッド２２の内部に入射し、第２の反射面２２ｃで反射を繰り返し第２の出射端面２２ｂに向かう。第２の出射端面２２ｂに向かった照明光は、第１の入射端面２１ａよりテーパーロッド２１の内部に入射し、第１の反射面２１ｃで反射を繰り返し第１の出射端面２１ｂに向かう。

そして、第１の出射端面２１ｂに向かった照明光のうち、一部は開口部２３ａから直接抜ける。残りの照明光は反射面２３で反射した後、第１の入射端面２１ａにおいて全反射し再び第１の出射端面２１ｂの開口部２３ａから抜ける。その後、図１に示すように、リレーレンズ４１によってリレーされた後、照明系絞り４２によって所定の照明光幅に絞られ、反射ミラー４３で反射される。反射された照明光はＴＩＲプリズム４４に入射し、全反射を繰り返した後、ＤＭＤ３に入射する。ここで、ＤＭＤ３は、入力される画像に応じて変調され、各色に応じて微小可動ミラーをＯＮ、ＯＦＦ制御して角度を変えることで照明光を投影レンズ６に適時入射させる。これにより、最適な画像が投影レンズ６に入射する。そして、投影レンズ６によりこの画像がスクリーン５上に投影される。

本実施形態に係るプロジェクタ１によれば、第１の反射面２１ｃで繰り返し反射し、第１の出射端面２１ｂに向かった照明光は、反射面２３で第１の出射端面２１ｂから出射する照明光の範囲が制限される。これにより、照明デバイス３０から照射した照明光のＮＡよりも小さいＮＡで所定の出射面積から出射する照明光を得ることができる。したがって、照明光の照明ムラの低減を図り、かつ、導光装置全体の短小化を図ることが可能になる。

さらに、第１の出射端面２１ｂに向かい、反射面２３で反射した照明光のうち一部は、第１の入射端面２１ａから透過し、残りの照明光は、第１の入射端面２１ａに対して全反射条件を満たすため、再び反射され第１の出射端面２１ｂ側に導かれる。したがって、照明光を無駄にする分が少なくなり、照明光の利用効率を向上させることが可能になる。

また、この発明に係るプロジェクタ１においては、反射面２３で囲まれた第１の出射端面２１ｂ領域から直接射出する照明光及び高効率反射面により反射し再び第１の出射端面２１ｂに向かった照明光のどちらも無駄にすることなく、ＤＭＤ３に照明することが可能となる。

なお、図６に示すように、導光ロッド２２を使用しない構成であっても良い。この構成の場合、第１の入射端面２１ａに照明デバイス３０を配置すれば良い。
また、導光ロッド２２に代えて、図７に示すような、第２の導光ロッド５０であっても良い。この第２の導光ロッド５０は、第１の入射端面２１ａに接する第２の出射端面５０ｂと、第２の出射端面５０ｂよりも面積の大きい第２の入射端面５０ａと、第２の入射端面５０ａから入射した照明光を内面で反射させながら第２の出射端面５０ｂまで導く第２の反射面５０ｃとを備えている。また、第２の導光ロッド５０は、透明体（例えば、石英ガラス）から構成されており、第２の導光ロッド５０の屈折率が、テーパーロッド２１を構成する透明体の屈折率より小さい媒質からなっている。
さらに、第２の導光ロッド５０の第２の入射端面５０ａ側には、照明デバイス３０が当接されて、複数個（図示例では、２個）設けられている。これにより、照明デバイス３０から照射された照明光を効率良く第１の入射端面２１ａから入射させることが可能となっている。

この構成により、照明デバイス３０より照明された照明光は、第２の入射端面５０ａより第２の導光ロッド５０の内部に入射し、第２の反射面５０ｂで反射を繰り返し第２の出射端面５０ｂに向かう。第２の出射端面５０ｂに向かった照明光は、第１の入射端面２１ａよりテーパーロッド２１の内部に入射し第１の反射面２１ｃで反射を繰り返し第１の出射端面２１ｂに向かう。そして、第１の出射端面２１ｂから射出された照明光は、第１実施形態と同様にして、照明光学手段４を介して、最適な画像が投影レンズ６に入射する。そして、投影レンズ６によりこの画像がスクリーン５上に投影される。

したがって、第２の入射端面５０ａより入射した照明光は、第２の反射面５０ｃで反射し、強度分布が均一化されて、第２の出射端面５０ｂより射出される。このように、第２の導光ロッド５０を備えることにより、均一化した照明光をテーパーロッド２１に入射させることができる。さらに、第１の出射端面２１ｃから射出する照明光の拡散角度は、第１の入射端面２１ａから入射した時よりも出射時の方が小さくなるため、指向性の高い照明光を得ることが可能となる。

さらには、第２の導光ロッド５０の屈折率が、テーパーロッド２１の屈折率より小さい媒質からなっているため、反射面２３で反射し第１の入射端面２１ａに戻る戻り光は、第１の入射端面２１ａに対して全反射条件を満たしやすくなる。したがって、第１の入射端面２１ａにおいて、全反射した照明光は第１の反射面２１ｃで反射を繰り返し、再び第１の出射端面２１ｂに向かうため、無駄にする分が少なくなり、照明光の利用効率を向上させることが可能になる。

また、導光ロッド２２に代えて、図８に示すような、導光パイプ６０であっても良い。この導光パイプ６０は、中空のパイプとなっており、第１の入射端面２１ａに接する出射側開口部６０ｂと、出射側開口部６０ｂよりも大きな開口部である入射側開口部６０ａと、入射側開口部６０ａから入射した照明光を内面で反射させながら出射側開口部６０ｂまで導く第３の反射面６０ｃとを備えている。また、この第３の反射面６０ｃは、表面に鏡面反射コートが施されている。さらに、導光パイプ６０は、それぞれの照明デバイス３０に対応して設けられている。

この構成により、照明デバイス３０より照明された照明光は、入射側開口部６０ａより導光パイプの内部に入射し、内壁面で反射を繰り返し出射側開口部６０ｂに向かう。出射側開口部６０ｂに向かった照明光は、第１の入射端面２１ａより第１の導光ロッド２１の内部に入射し第１の反射面２１ｃで反射を繰り返し第１の出射端面２１ｂに向かう。そして、第１の出射端面２１ｂから射出された照明光は、第１実施形態と同様にして、照明光学手段４を介して、最適な画像が投影レンズ６に入射する。そして、投影レンズ６によりこの画像がスクリーン５上に投影される。

したがって、導光パイプ６０を備えることにより、均一化した照明光をテーパーロッド２１に入射させることができる。
さらには、導光パイプが中空であるため、反射面で反射し、第１の入射端面２１ａに戻る戻り光は、テーパーロッド２１の媒質ｂから空気層に向かうため、第１の入射端面２１ａに対する全反射条件を満たしやすくすることができる。したがって、第１の入射端面２１ａにおいて、全反射した照明光は第１の反射面２１ｃで反射を繰り返し、再び第１の出射端面２１ｂに向かうため、無駄にする分が少なくなり、照明光の利用効率を向上させることが可能になる。

次に、本発明に係る第２実施形態について、図９を参照して説明する。ここで、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタにおいて、第１実施形態と異なる点は、第２実施形態では、照明装置２に、照明デバイス７１から出射した照明光を第１の入射端面に入射させるように配置された導光手段（光源手段）７０が設けられている点である。

上記導光手段７０は、回転軸Ｄに向かって円周上に配された複数の照明デバイス７１を、テーパーロッド２１に導くものであり、回転軸Ｄを中心として、図９（ａ）に示す矢印方向に回転可能な回転導光ユニット７２と、同一平面状に配され一端が照明デバイス７１に当接し、他端が回転導光ユニット７２に対向して配された逆テーパーロッド７３と、回転導光ユニット７２から照射された照明光を９０°折り曲げ、テーパーロッド２１に導く折り曲げプリズム７４とを備えている。また、照明デバイス７１は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の順に配されている。さらに、逆テーパーロッド７３は、照明デバイス７１側の第１の入射端面ａより回転導光ユニット７２側の第１の出射端面ｂの面積の方が小さい形状となっている。

テーパーロッド２１は、図９に示すように、逆テーパーロッド７３の軸線Ｅに平行に配されており、第１の入射端面２１ａが折り曲げプリズム７４の出射端面７４ｂに接している。これにより、折り曲げプリズム７４の出射端面７４ｂから射出された照明光は、テーパーロッド２１の第１の反射面２１ｃで反射を繰り返しながら進み、照明光は拡散角度が抑えられた略平行光束状態で第１の出射端面２１ｂから照明光学手段４に射出するようになっている。
また、折り曲げプリズム７４は、透明体（例えば、石英ガラス）から構成されており、折り曲げプリズム７４の屈折率が、テーパーロッド２１を構成する透明体の屈折率より小さい媒質からなっている。

このように構成されたプロジェクタ１及び照明装置２により、スクリーン５上に画像を投影する場合について、以下に説明する。
まず、回転導光ユニット７２を駆動させ、回転軸Ｄを中心として回転させる。これにより、それぞれの照明デバイス７１より照明され逆テーパーロッド７３の内周面で反射を繰り返し、回転導光ユニット７２に入射した照明光は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の順に回転導光ユニット７２により合成され９０°折り曲げられて折り曲げプリズム７４の入射端面７４ａに入射する。そして、折り曲げプリズム７４により照明光はさらに９０°折り曲げられ、出射端面７４ｂから射出し、テーパーロッド２１の第１の入射端面２１ａから入射する。

その後、第１実施形態と同様にして、第１の出射端面２１ｂに向かった照明光のうち、一部は開口部２３ａから直接抜ける。残りの照明光は反射面２３で反射した後、第１の入射端面２１ａにおいて全反射し再び第１の出射端面２１ｂの開口部２３ａから抜ける。その後、照明光学手段４に向かい、照明光学手段４を介して、最適な画像が投影レンズ６に入射する。そして、投影レンズ６によりこの画像がスクリーン５上に投影される。

本実施形態に係るプロジェクタ１によれば、照明装置が導光手段７０を備えているため、照明デバイス７１から照射された照明光を第１の入射端面２１ａに効率良く導くことが可能になる。また、複数の照明デバイス７１が円周上に配置されているので、導光装置は円運動でき、照明光を途切れることなくより確実に取得することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、反射面２３は、図２に示すように、中央部に開口部２３ａを有し、第１の出射端面２１ｂの周囲部分全てに設けられた形状としたが、第１の出射端面２１ｂの周囲部分のうち少なくとも一部の領域に設けられていれば良い。したがって、反射面２３を形成する領域は、例えば、図２（ａ）における上半分、または、上下部分のように一部領域に反射面を構成しても、反射面を構成した方向（上下部分に構成した際には上下方向）に関しては同様の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略を示す構成図である。 本発明の第１実施形態に係る導光装置及び照明装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線矢視図、（ｄ）は（ａ）のＺ−Ｚ線における断面図である。 本発明の第１実施形態に係る導光装置における入射光及び出射光の角度範囲を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図、（ｃ）は（ａ）の丸で囲った部分の拡大図である。 図１に示すテーパーロッドに照明光を入射させた際の、横軸をテーパーロッドへの屈折角とし、縦軸をテーパーロッドの出射角としたときの光線入出射角分布を示す特性分布図である。 本発明の第１実施形態に係る照明装置の照明デバイスを示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態に係る導光装置の変形例を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る導光装置の他の変形例を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る導光装置の他の変形例を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタを示し、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における矢視図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ 照明装置
３ ＤＭＤ（空間変調手段）
６ 投影レンズ（投影光学手段）
２１ テーパーロッド（第１の導光ロッド）
２１ａ 第１の入射端面（テーパーロッド）
２１ｂ 第１の出射端面（テーパーロッド）
２１ｃ 第１の反射面（テーパーロッド）
２２ 導光ロッド（第２の導光ロッド）
２３ 反射面
３０ 照明デバイス（光源手段）
５０ 導光ロッド
５０ａ 第２の入射端面（第２の導光ロッド）
５０ｂ 第２の出射端面（第２の導光ロッド）
５０ｃ 第２の反射面（第２の導光ロッド）
６０ 導光パイプ
６０ａ 入射側開口部（導光パイプ）
６０ｂ 出射側開口部（導光パイプ）
６０ｃ 第３の反射面（導光パイプ）

Claims (7)

1. 光源手段から出射した照明光を被照明領域に導光する導光装置であって、
   第1の入射端面と、
   該第1の入射端面よりも面積の大きい第１の出射端面と、
   前記第１の入射端面から入射した照明光を内面で反射させながら前記第１の出射端面まで導く第１の反射面とを有する第１の導光ロッドを備え、
   前記第１の出射端面の周囲部分のうち少なくとも一部領域には前記照明光を反射する反射面が設けられていることを特徴とする導光装置。
2. 前記反射面で反射した照明光のうち少なくとも一部は、前記第１の入射端面に対する全反射条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
3. 前記光源手段と前記第１の入射端面との間に第２の導光ロッドを備え、
   該第２の導光ロッドは、
   前記第１の入射端面に接する第２の出射端面と、
   該第２の出射端面よりも面積の大きい第２の入射端面と、
   該第２の入射端面から入射した照明光を内面で反射させながら前記第２の出射端面まで導く第２の反射面とを備え、
   前記第１の導光ロッドを構成する透明体の屈折率よりも前記第２の導光ロッドを構成する透明体の屈折率の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
4. 前記光源手段と前記第１の入射端面との間に導光パイプを有し、
   前記導光パイプは、
   前記第１の入射端面に接する出射側開口部と、
   該出射側開口部よりも大きな開口部である入射側開口部と、
   該入射側開口部から入射した照明光を内面で反射させながら前記出射側開口部まで導く第３の反射面とを備えることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
5. 請求項１に記載の導光装置を用いた照明装置であって、
   射出したそれぞれの照明光が前記第１の入射端面に入射するように配置された複数の光源手段を有することを特徴とする照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置を用いたプロジェクタであって、
   前記第１の出射端面を出射した照明光で照明される空間変調手段と、
   該空間変調手段で変調された照明光を投影する投影光学手段とを有することを特徴とするプロジェクタ。
7. 前記空間変調手段の変調面の縦横比が、前記反射面で囲まれた第１の出射端面領域の縦横比と同じであることを特徴とする請求項６記載のプロジェクタ。

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