JP2006301491A - 照明装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化を図ることができると共にエタンデューの増加を極力抑えて照明効率の低下を防ぎ、高輝度で均一な光を被照明領域に照明すること。
【解決手段】被照明領域を照明するものであって、発光面１０ｃを有し、垂直軸Ｚを中心として平面上に環状に配された複数の発光体１０と、該発光体１０からの光を取り込み、被照明領域に照明光Ｌとして導く取込導光光学手段１１と、該取込導光光学手段１１の少なくとも一部（１８）を、垂直軸Ｚ回りに回転させる回転手段１２と、該回転手段１２による回転動作に同期させて、複数の発光体１０を順次点灯させる点灯制御手段１３とを備え、発光体１０の発光面１０ｃから取込導光光学手段１１の射出口２０ｂに至る光路において、該光路を９０°偏向させる反射面を３面（１５ａ、１６ａ、１９ａ）備えている照明装置２を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被照明領域に高輝度な光を照明する照明装置及び該照明装置を有する画像投影装置に関するものである。

従来より、被照明領域を照明する照明装置としては各種のものが提供されているが、その１つとして、光量変動のない安定した高輝度の光を照明することができる照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この照明装置７０は、図９に示すように、ディスク７１上に複数のＬＥＤ７２がＺ軸を中心として環状に設けられており、各ＬＥＤ７２からＺ軸方向に向けて光が発せられる。また、ディスク７１上には、Ｚ軸に沿って配されたテーパーロッド７３と、該テーパーロッド７３の入射面にそれぞれ反射プリズム７４を介して一端側が接続され、Ｚ軸に直交するように配された２つの平行ロッド７６とでＬ字型の光学面を構成した光学手段７７がロッドホルダ７８によってＺ軸回りに回転可能に支持されている。また、平行ロッド７６の他端側にも反射プリズム７５が接続されており、該反射プリズム７５によりＬＥＤ７２から発せられた光を平行ロッド７６に導いている。

また、ディスク７１の下方には、光学手段７７を回転駆動する回転モータ７９が設けられている。この回転モータ７９は、ＬＥＤ７２から発せられた光が反射プリズム７５に入射するように、複数のＬＥＤ７２の点灯タイミングに同期して光学手段７７を回転駆動している。

このように構成された照明装置７０により、被照明領域を照明する場合には、複数のＬＥＤ７２を順次パルス点灯させると共に、この点灯タイミングに同期させて光学手段７７を回転させる。ＬＥＤ７２からＺ軸方向に発せられた光は、反射プリズム７５により９０度向きを変えてそれぞれの平行ロッド７６に入射する。そして、２つの平行ロッド７６に入射した光は、反射プリズム７４でさらに９０度向きを変えてテーパーロッド７３に入射した後、該テーパーロッド７３内で反射を繰り返しながら平行光状態でＺ軸方向に射出する。これにより、被照明領域を照明することができるものである。
特に、この照明装置７０は、ＬＥＤ７２を使用している点、１つのＬＥＤ７２を定格発光量よりも大きな発光量で発光させることができる点等により、安定した高輝度の光を利用して被照明領域を照明することができるものである。

また、図１０に示すように、Ｚ軸に直交するＸＹ軸方向に光を発するようにＬＥＤ８１を配列した照明装置８０も知られている。
この照明装置８０は、Ｚ軸を中心として環状に形成された円筒８２の内面に複数のＬＥＤ８１が配列されており、円筒８２の中心に向かうＸＹ軸方向に光を発する。また、それぞれのＬＥＤ８１には、導光キャップ８３及びテーパーロッド８４が設けられている。また、テーパーロッド８４の内側には、ＸＹ軸方向に平行な平行ロッド８５、光の向きを９０度変える反射プリズム８６及びＺ軸方向に平行な垂直ロッド８７を有する回転導光ユニット８８がＺ軸回りを回転可能に設けられている。そして、垂直ロッド８７の射出口の近傍には、光の向きを変えるプリズム状のライトパイプ８９が配されており、該ライトパイプ８９の射出口にＸＹ軸に平行なテーパーロッド９０が配されている。
また、回転導光ユニット８８は、ＬＥＤ８１の点灯タイミングに同期して回転駆動されるようになっている。

このように構成された照明装置８０により、被照明領域を照明する場合には、複数のＬＥＤ８１を順次パルス点灯させると共に、この点灯タイミングに同期させて回転導光ユニット８８を回転させる。ＬＥＤ８１からＸＹ軸方向に発せられた光は、導光キャップ８３及びテーパーロッド８４を介して平行ロッド８５に入射する。そして、平行ロッド８５に入射した光は、反射プリズム８６により向きを９０度変えた後、垂直ロッド８７を介してライトパイプ８９に入射する。そして、ライトパイプ８９に入射した光は、該ライトパイプ８９により９０度向きを変えた後、テーパーロッド９０に入射し、該テーパーロッド９０内で反射を繰り返しながら平行光状態でＸＹ軸方向に射出される。これにより、被照明領域を照明することができるものである。

上述したいずれの照明装置７０、８０にしても、ＬＥＤ７２、８１から発せられた光は、２つの反射プリズム７４、７５、又は、反射プリズム８６及びライトパイプ８９により、光路が９０度変わるように２回反射された後、テーパーロッド７７、９０の射出口から被照明領域に向けて射出される。
特開２００４−１９９０２４号公報

しかしながら、上述した従来の照明装置には、以下の課題が残されている。
まず、その前提として、上述した照明装置のように、複数の発光体（ＬＥＤ）からの放射光を、点灯タイミングに基づいて回転する取り込みロッドで取り込んで大光量を得る手法においては、光源及び大光量を供給する光学ユニットそのものを薄型化することが、光学ユニットを利用した装置の筐体における占有スペースの低減化や、筐体のサイズの小型化や、レイアウトの自由度の向上化に繋がる。そのため、このような観点から薄型化することが今後の重要な課題となっている。

ここで、図９に示す照明装置７０においては、ＬＥＤ７２が環状に配されたディスク７１に対して、テーパーロッド７３が直交する構成であるので、Ｚ軸方向に長くなってしまい薄型にすることが困難なものであった。つまり、図示したように、テーパーロッド７３の長手方向（Ｚ軸方向）のサイズよりも、環状に配されたＬＥＤ７２の径方向のサイズの方が小さい場合には、レイアウトの自由度と信頼性との両立を図ることが難しいものであった。
仮に、照明装置７０を９０度倒して、テーパーロッド７３を横向きにレイアウトした場合、即ち、環状に配されたＬＥＤ７２の径方向が筐体の厚み方向となるようにレイアウトした場合には、回転モータ７９の回転軸が重力方向に対して略直交してしまうので、回転軸の片側に負荷が集中してしまい、負荷を均一に受けることができなくなってしまう。その結果、光学手段７７を滑らかに回転させることができず、信頼性の低下を招いてしまう恐れがあった。

一方、図１０に示す照明装置８０においては、上述した照明装置７０とは異なり薄型化を図ることができるものであるが、その反面、ＬＥＤ８１を円筒８２の内面上に配列しなければならないので、実装が困難という不都合があった。
加えて、円筒８２の内面上にＬＥＤ８１を配列しているため、平行ロッド８５に取り込まれる光の角度が大きくなってしまい、照明光学系としてのＥｔｅｎｄｕｅ（エタンデュー）が大きくなる不都合も生じていた。

ここで、このエタンデューについて説明する。
エタンデューは、図１１に示すように、光の広がり角（立体角）Ωと、光が通過する面積Ｓとの積から算出できるものであり、システム内で常に一定値であることが理想的とされているが、実際にはどうしても徐々に変化して大きな値になってしまう。ところが、エタンデューがある一定の値（システム内の構成品等により決定される）を超えてしまうと、被照明領域に入射する光束が飽和してしまい、光利用効率が低下してしまう。そのため、できる限りこのエタンデューの増加を抑えることが必要とされている。

ここで、図１２は、上述した照明装置７０、８０において、ＬＥＤ７２、８１を発光させて回転するプリズム７５又は平行ロッド８５で光を取り込む様子を模式的に図示したものである。なお、ＬＥＤ７２、８１が発する放射光Ｒは、指向性が高いものとしており、また、プリズム７５又は平行ロッド８５に、隣合う２つのＬＥＤ７２、８１から光が入射している場合を例にして説明する。
まず、図１２（ａ）に示すように、平面上にＬＥＤ７２を配列した照明装置７０の場合には、２つのＬＥＤ７２が発する放射光Ｒの主たる方向は、プリズム７５の取込面（入射面）７５ａに対して、それぞれ常に直交する関係である。

これに対して、図１２（ｂ）に示すように、円筒８２の内面上にＬＥＤ８１を配列した照明装置８０の場合には、平行ロッド８５の取込面（入射面）８５ａに対して、各ＬＥＤ８１からの放射光Ｒの主たる方向は、ある角度を有しているので、２つのＬＥＤ８１からの放射光Ｒが平行ロッド８５に取り込まれる光の角度θとしては、図１３に示すように、上述した照明装置７０の場合よりも、大きくなってしまう。つまり、光の立体角θが大きくなり、エタンデューが大きくなってしまうものであった。
なお、図１３は、２つのＬＥＤ８１が発する放射光Ｒのそれぞれ発光点を、１箇所に重ね合わせた状態を示す図である。また、ＬＥＤ８１の放射光Ｒの指向性が高い場合や、ＬＥＤ８１の配列数が少なく円筒の径が小さい場合には、上述した立体角θの増加は特に顕著になる。

上述したように、図９に示す照明装置７０は、薄型化が困難であり、図１０に示す照明装置８０は、ＬＥＤ８１の実装が困難であると共にエタンデューが大きくなって光利用効率、即ち、照明効率が低下してしまうという不都合が生じていた。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、薄型化を図ることができると共にエタンデューの増加を極力抑えて照明効率の低下を防ぎ、高輝度で均一な光を被照明領域に照明することができる照明装置及び該照明装置を有する画像投影装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、被照明領域を照明する照明装置であって、発光面を有し、垂直軸を中心として平面上に環状に配された複数の発光体と、該発光体からの光を取り込み、前記被照明領域に照明光として導く取込導光光学手段と、該取込導光光学手段の少なくとも一部を、前記垂直軸回りに回転させる回転手段と、該回転手段による回転動作に同期させて、前記複数の発光体を順次点灯させる点灯制御手段とを備え、前記発光体の発光面から前記取込導光光学手段の射出口に至る光路において、該光路を９０°偏向させる反射面を３面備えている照明装置を提供する。

この発明に係る照明装置においては、環状に配された複数のＬＥＤ等の発光体が、点灯制御手段による点灯制御を受けて順次点灯し、垂直軸方向に向けて光を発する。この光は、回転手段よって垂直軸回りに少なくとも一部分が回転している取込導光光学手段に取り込まれる。そして、取り込まれた光は、光路を９０°偏向させる３つの反射面で反射された後、射出口から照明光として射出し、被照明領域を照明する。
特に、反射面を３つ備えているので、発光体から垂直軸方向に発せられた光は、最初の反射面により光路を９０°偏向されて平面方向に進む。次いで、２番目の反射面により、さらに光路が９０°偏向されて再度垂直軸方向に向けて進む。そして、最後に３番目の反射面により光路が９０°偏向されて再び平面方向に進み、射出口から射出する。

このように、垂直軸方向に順次点灯する複数の発光体の光を確実に取り込むと共に、取り込んだ光を最終的に垂直軸方向に直交する平面方向に射出させるので、取込導光光学手段の垂直軸方向における厚み（高さ）を極力抑えることができる。従って、該照明装置を装置等に組み込んだ際に薄型化を図ることができる。その結果、照明装置が占める占有スペースを小さくでき、レイアウトの自由度が向上する。

また、発光体は平面上に配されており、垂直軸方向に向けて光を発するので、取込導光光学手段の入射面に常に直交した状態で光が入射する。よって、隣り合う２つの発光体が発した光を同時に取り込んだとしても、光の立体角が大きくなることはない。従って、エタンデューの増加を極力抑えることができ、照明効率の低下を防止することができる。
また、発光体としてＬＥＤ等を利用できるので、高輝度の光を照明光として使用することができ、被照明領域を鮮やかに照明することができる。また、発光体は常時点灯するのではなく、点灯制御手段による点灯タイミングに応じて点灯するので、消耗を極力抑えることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記取込導光光学手段が、前記発光体の近傍に配されて前記光路を９０°偏向させる第１の反射面と、該第１の反射面よりも後段に配されて前記光路をさらに９０°偏向させる第２の反射面と、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に配された柱状導光手段とを有する回転部と、前記第２の反射面の後段に配されて前記光路をさらに９０°偏向させる第３の反射面を有する固定部とを備えている照明装置を提供する。

この発明に係る照明装置においては、垂直軸回りに回転部が回転して、複数の発光体から順次発せられる光を取り込んだ後、固定部から被照明領域に向けて取り込んだ光を照明光として射出する。即ち、発光体から発せられた光は、回転部の第１の反射面で平面方向に向けて反射された後、柱状導光手段を介して第２の反射面に進み、該第２の反射面で垂直軸方向に反射される。そして、第２の反射面で反射された光は、固定部の第３の反射面で再度平面方向に向けて反射された後、射出口から射出される。
このように、柱状導光手段の両端に第１の反射面及び第２の反射面を有する回転部だけを回転させれば良いので、構成を容易にすることができる。また、柱状導光手段により発光体から発せられた光を、確実に固定部まで導くことができるので、光量低下を極力抑えることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の照明装置において、前記固定部が、前記第３の反射面の後段に、該第３の反射面で反射された前記光が入射する入射口と、入射した光が射出する前記射出口とを有する光学ロッド又は光学パイプを備えている照明装置を提供する。

この発明に係る照明装置においては、第３の反射面で反射された光が入射口から光学ロッド又は光学パイプに入射した後、該光学ロッド又は光学パイプを通って射出口から被照明領域に向けて射出する。このように、固定部は、光学ロッド又は光学パイプを用いて第３の反射面で反射された光を確実に射出口まで導くことができる。よって、光量低下を抑えた状態で被照明領域を確実に照明することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の照明装置において、前記光学ロッド又は前記光学パイプが、前記射出口に向かうにしたがって先細りになるテーパ状に形成されている照明装置を提供する。

この発明に係る照明装置においては、平面方向に向けて配された光学ロッド又は光学パイプが、射出口に向かうにしたがって先細りになるテーパ状に形成されているので、第３の反射面から反射された光が内部で反射を繰り返しながら射出口に進む際、１回反射する毎に反射角度が大きくなると共に反射回数も多くなる。つまり、より反射しやすくなり、ミキシング効果が高くなる。その結果、射出口において均一な面光源を得ることができる。従って、高輝度で均一な照明光を被照明領域に照明することができる。
また、光学ロッド又は光学パイプが先細りのテーパ状に形成されているので、固定部を極力回転部に近づけた状態で配したとしても、回転部（特に、柱状導光手段）との物理的な接触を回避することができる。よって、更なる薄型化を図ることができると共に、多少の組み立て誤差があったとしても接触の心配がないので、組み立てが容易となる。

請求項５に係る発明は、請求項２に記載の照明装置において、前記固定部が、前記第３の反射面の前段に、前記第２の反射面で反射された前記光を前記第３の反射面に導く第２の柱状導光手段を備えている照明装置を提供する。

この発明に係る照明装置においては、固定部が垂直軸方向に伸びる第２の柱状導光手段を備えているので、垂直軸方向にかさ上げされた状態となる。よって、第３の反射面の後段に、平面方向に向けて伸びる光学ロッドや光学パイプ等を設けたとしても、これらが回転部（特に、柱状導光手段）と物理的に接触することを防止することができる。よって、回転部の組み立て誤差があったとしても、回転動作を確実に確保することができ、組み立てが容易となる。
また、第３の反射面の後段に、射出口に向かうにしたがって広がる末広がりの逆テーパ状に形成された光学ロッド等を配置することもでき、設計の自由度が向上する。なお、末広がりの光学ロッド等を使用した場合には、第３の反射面で反射された光は平行光状態となるので、より指向性が高まった状態で被照明領域に射出される。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記発光体が、前記光を一定の方向に指向させるフレネルレンズを備えている照明装置を提供する。

この発明に係る照明装置においては、フレネルレンズを備えているので、垂直軸方向に向けてより指向性を高めた状態で発光体から光を発することができる。よって、エタンデューの増加をより確実に抑えることができる。また、フレネルレンズは、シート状であるので、薄型化に影響を与えることはない。

請求項７に係る発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明装置と、前記射出口から射出された前記照明光を、入力された画像情報に基づいて変調する光変調手段と、該光変調手段で変調された前記照明光を投影する投影光学手段とを備えている画像投影装置を提供する。

この発明に係る画像投影装置においては、光変調手段が、入力された画像情報に基づいて射出口から射出された照明光を変調し、投影光学手段によりこの変調された照明光をスクリーン等に投影することで、投影画像の観察を行える。
特に、照明装置は薄型化しているのでレイアウトし易く設計の自由度を高めることができる。また、照明光は高輝度で均一な光であるので、明るい高画質の画像を投影することができる。更に、エタンデューの増加が抑えられているので、発光体からの光を効率良く投影のために使用することできる。

この発明に係る照明装置によれば、取込導光光学手段の垂直軸方向における厚みを極力抑えることができるので、薄型化が図れると共に照明装置が占める占有スペースを小さくでき、レイアウトの自由度が向上する。また、発光体が垂直軸方向に向けて光を発するので、エタンデューの増加を極力抑えることができ、照明効率の低下を防止することができる。

また、この発明に係る画像投影装置によれば、全体を薄型化にすることができると共に、レイアウトし易く設計の自由度を高めることができる。また、明るい高画質の画像を投影することができると共に、発光体からの光を効率良く投影のために使用することできる。

次に、本発明に係る照明装置及び画像投影装置の第１実施形態を、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態の画像投影装置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投影するものであって、ライトエンジン（照明装置）２と、該ライトエンジン２の後述する射出口２０ｂから射出された照明光Ｌを、入力された画像情報に基づいて変調するDigital Micromirror Device（以下、ＤＭＤと略す）（光変調手段）３と、該ＤＭＤ３で変調された照明光Ｌを図示しないスクリーンに投影する投影レンズ（画像投影手段）４とを備えている。

また、ライトエンジン２とＤＭＤ３との間には、リレーレンズ６、ミラー７及びフィールドレンズ８が設けられている。リレーレンズ６は、射出口２０ｂを面状光源と見立てた物体面としてＤＭＤ３上に拡大投影するリレー光学系である。また、ミラー７は、リレーレンズ６を通過した照明光Ｌを、フィールドレンズ８及びＤＭＤ３に向けて折り曲げるための全反射のミラーである。フィールドレンズ８は、ミラー７で反射された照明光ＬをＤＭＤ３に導いている。

また、ＤＭＤ３は、図示しないＤＭＤ駆動回路に入力された映像信号（画像情報）に基づき、ＤＭＤ３の所定の画素に相当する図示しないミラー面での反射光が投影レンズ４に入射するように、ミラー面の傾斜角度をコントロールしている。そして、投影レンズ４は、ＤＭＤ３のミラー面を物体面としてスクリーンに投影するようになっている。
なお、本実施形態では、ＤＭＤ３が被照明領域であり、ライトエンジン２がリレーレンズ６、ミラー７及びフィールドレンズ８を介してＤＭＤ３を照明している場合を例にして説明する。

上記ライトエンジン２は、被照明領域であるＤＭＤ３を照明するものであって、図２から図４に示すように、発光面１０ｃを有し、垂直軸Ｚを中心とした平面上に環状に配された複数のＬＥＤ（発光体）１０と、該ＬＥＤ１０からの光を取り込み、取り込んだ光をＤＭＤ３に照明光Ｌとして導く取込導光光学手段１１と、該取込導光光学手段１１の少なくとも一部を、垂直軸Ｚ回りに回転させる回転手段１２と、該回転手段１２による回転動作に同期させて、複数のＬＥＤ１０を順次点灯させる点灯制御手段１３とを備えている。

また、ライトエンジン２は、ＬＥＤ１０の発光面１０ｃから取込導光光学手段１１の射出口２０ｂに至る光路において、該光路を９０°偏向させる反射面を３面備えている。
即ち、取込導光光学手段１１は、ＬＥＤ１０の近傍に配されて光路を９０°偏向させる第１の反射面１５ａを有するプリズム１５と、該第１の反射面１５ａよりも後段に配されて光路をさらに９０°偏向させる第２の反射面１６ａを有するプリズム１６と、第１の反射面１５ａと第２の反射面１６ａとの間（両プリズム１５、１６の間）に配された平行ロッド（柱状導光手段）１７とを有する回転ロッド部（回転部）１８と、第２の反射面１６ａの後段に配されて光路をさらに９０°偏向させる第３の反射面１９ａを有するプリズム１９と、第３の反射面１９ａの後段に配され、第３の反射面１９ａで反射された光が入射する入射口２０ａと入射した光が射出する上記射出口２０ｂとを有するテーパーロッド（光学ロッド）２０とを備えた固定ロッド部（固定部）２１とを備えている。

上記ＬＥＤ１０は、ベース２５上に環状に配されている。また、各ＬＥＤ１０は、各種の色の光を発するＬＥＤチップ１０ａと、樹脂性材料により砲弾型（ドーム型）に形成され、ＬＥＤチップ１０ａを覆うレンズ部１０ｂとを備えている。このレンズ部１０ｂは、ＬＥＤチップ１０ａが発した光を垂直軸Ｚ方向に指向性を高めた状態で射出させるようになっている。そして、このレンズ部１０ｂの表面が、上記発光面１０ｃとされている。
また。このレンズ部１０ｂは、ベース２５に固定されたＬＥＤ支持体２６によって周囲が固定されている。これにより、各ＬＥＤ１０は、確実にベース２５上に固定されている。

また、ベース２５上には、各ＬＥＤ１０を発光させる発光回路と、後述する電動モータ２８を駆動させる駆動回路とが組み込まれた回路基板２７が設けられており、各ＬＥＤ１０、電動モータ２８及び図示しない制御部に電気的に接続されている。そして、この制御部が、各ＬＥＤ１０の点灯タイミングを制御している。即ち、これら制御部及び回路基板２７は、上記点灯制御手段１３を構成している。なお、ＬＥＤ１０の点灯タイミングについては、後に詳細に説明する。

また、ベース２５には、垂直軸Ｚを囲むように凹部２５ａが形成されており、該凹部２５ａ内に電動モータ２８が配されている。この電動モータ２８の駆動軸２８ａには、上記回転ロッド部１８を支持する円板状の支持体２９が上面に固定された回転体３０が取り付けられている。即ち、これら電動モータ２８、支持体２９及び回転体３０は、上記回転手段１２を構成している。

回転ロッド部１８は、平行ロッド１７部の両端面にプリズム１５、１６が接着されたものであり、プリズム１９の略中心を垂直軸Ｚが通るように支持体２９上に載置されている。また、プリズム１５の下面が光を取り込む光取込口１５ｂとなっており、該光取込口１５ｂがＬＥＤ１０の発光面１０ｃに所定の距離を空けた状態で位置するように、平行ロッド１７部の長さ及び支持体２９の高さが調整されている。また、光取込口１５ｂは、ＬＥＤ１０のレンズ部１０ｂの外形をカバーできる大きさとされている。

また、平行ロッド１７部は、透明なガラス部材又は樹脂部材から形成されており、両プリズム１５、１６は、光漏れや戻り光を防ぐために平行ロッド１７よりも高屈折な透明硝材から形成されている。このように高屈折な硝材を用いることで、第１の反射面１５ａ及び第２の反射面１６ａでの光路の折り曲げを全反射により行うことができる。ここで、全反射条件を満足しない一部の光が漏れてしまう可能性があるが、上述したように光の指向性を高めるレンズ部１０ｂによりＬＥＤ１０からの光は指向性が高い状態でプリズム１５の光取込口１５ｂに入射するので、全反射を確実に行わせることができる。

また、支持体２９上には、垂直軸Ｚを挟んで回転ロッド部１８の反対側に回転バランスをとるためのウェイトカウンタ３１が載置されている。このウェイトカウンタ３１によって、支持体２９は垂直軸Ｚ回りに円滑に回転するようになっている。
また、支持体２９の回転速度は、回路基板２７を介して制御部によって所定回転数で回転するように制御されている。また、制御部は、この支持体２９の回転数に同期させて、プリズム１５の光取込口１５ｂが位置しているＬＥＤ１０のみを点灯させるように点灯タイミングの制御も行っている。

ここで、ＬＥＤ１０の点灯制御を行う際に、プリズム１５の光取込口１５ｂ付近に位置するＬＥＤ１０を１箇所だけ点灯させた場合には、光取込口１５ｂの大きさがＬＥＤ１０よりも十分大きくなければ、光取込口１５ｂと点灯しているＬＥＤ１０との位置関係により、取り込まれる光量が異なってしまう。即ち、光取込口１５ｂが点灯しているＬＥＤ１０と、次に点灯するＬＥＤ１０との中間地点に位置している場合には、取り込まれる光量が半減するので、結果的に照明光Ｌとして射出口２０ｂから射出される光の光量が時間的に変動してしまう。また、この時間的な変動を小さくするために、逆に光取込口１５ｂを大きくしてしまうと、エタンデューが大きくなってしまい、その結果、照明効率の低下を招いてしまう。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、光取込口１５ｂ付近のＬＥＤ１０を２箇所点灯するように制御部が点灯タイミングの制御を行うように設定されている。これにより、エタンデューの増加を防ぐと共に、光量の時間変動も同時に抑えている。

上記固定ロッド部２１は、テーパーロッド２０の一端面、即ち、入射口２０ａにプリズム１９が接着されたものであり、プリズム１９の下面が光取込口１９ｂとされ、また、テーパーロッド２０の他端面が射出口２０ｂとされている。そして、この固定ロッド部２１は、プリズム１９の光取込口１９ｂが上記プリズム１６の上方近傍に位置するように図示しない架台によって固定されている。
また、このテーパーロッド２０は、射出口２０ｂに向かうにしたがって先細りになる末狭まりのテーパ状に形成されている。また、射出口２０ｂは、被照明領域であるＤＭＤ３に対応した形状に形成されている。本実施形態では、水平方向と垂直方向のテーパ度を変えた長方形状に形成されている。

また、テーパーロッド２０は、上記した回転ロッド部１８と同様に、透明なガラス部材又は樹脂部材から形成されており、プリズム１９も同様に、光漏れや戻り光を防ぐためにテーパーロッド２０よりも高屈折な透明硝材から形成されている。これにより、第３の反射面１９ａでの光路の折り曲げを全反射により行うことができるようになっている。

このように構成されたライトエンジン２を有する画像投影装置１により、ＤＭＤ３を照明してスクリーン上に画像を投影する場合について説明する。
まず、制御部により電動モータ２８を駆動させて回転ロッド部１８を垂直軸Ｚ回りに所定回転数で回転させると共に、該回転動作に応じて複数のＬＥＤ１０を順次点灯させる。この際、支持体２９上には、回転ロッド部１８の重量を相殺するウェイトカウンタ３１が載置されているので、回転ロッド部１８は所定の回転数で円滑に回転する。

ＬＥＤチップ１０ａから発せられた光は、レンズ部１０ｂにより垂直軸Ｚ方向に向けて指向性を高めた状態で射出され、プリズム１５の光取込口１５ｂから回転ロッド部１８内に取り込まれる。取り込まれた光は、プリズム１５の第１の反射面１５ａで光路を９０°偏向するように全反射されて平面方向に向けて平行ロッド１７内を全反射しながら進む。そして、平行ロッド１７を進んだ光は、プリズム１６の第２の反射面１６ａで光路を９０°偏向するように全反射されて垂直軸Ｚ方向に向きを変え、固定ロッド部２１のプリズム１９の光取込口１９ｃから固定ロッド部２１内に取り込まれる。

光取込口１９ｃから取り込まれた光は、第３の反射面１９ａで光路を９０°偏向するように全反射されて再度平面方向に向けてテーパーロッド２０内を全反射しながら進む。なお、この第３の反射面１９ａ及び上記第２の反射面１６ａにおけるプリズム斜面での漏れはほとんど発生しない。これは、全反射条件を満足しない大きな光は、第１の反射面１５ａによる反射の際に漏れてしまっているからである。従って、効率良く光路を折り曲げることができる。

また、テーパーロッド２０は先細り形状であるので、側面で反射する光の角度が反射を繰り返す毎に射出口２０ｂに対して大きくなるために反射回数が増加し、ロッド長に対するミキシング効果が高まる。その結果、テーパーロッド２０内を進んだ光は、均一な面光源である照明光Ｌとして射出口２０ｂから射出する。
射出した照明光Ｌは、リレーレンズ６、ミラー７及びフィールドレンズ８を介してＤＭＤ３を照明する。ＤＭＤ３は、この照明光Ｌを画像情報に応じて変調して投影レンズ４に射出する。そして、投影レンズ４は、変調された照明光Ｌをスクリーン上に拡大して表示する。その結果、ユーザは、投影画像を観察することができる。

上述したように、本実施形態のライトエンジン２は、第１の反射面１５ａ、第２の反射面１６ａ及び第３の反射面１９ａにより、ＬＥＤ１０から垂直軸Ｚ方向に向けて発せられた光を９０°方向に３回偏向させて、最終的に平面方向に射出させるので、垂直軸Ｚ方向における厚み（高さ）を極力抑えることができる。従って、薄型化を図ることができ、その結果、該ライトエンジン２が占める占有スペースを小さくでき、レイアウトの自由度が向上する。

また、ＬＥＤ１０はベース２５上に配されて垂直軸Ｚ方向に光を発するので、回転ロッド部１８のプリズム１５の光取込口１５ｂに対して常に直交した状態で入射する。よって、隣り合う２つのＬＥＤ１０が発した光を同時に取り込んだとしても、光の立体角が大きくなることはない。従って、エタンデューの増加を極力抑えることができ、照明効率の低下を防止することができる。

また、ＬＥＤ１０を利用しているので、色表現領域が広く、高輝度の光を照明光Ｌとして使用することができ、ＤＭＤ３を鮮やかに照明することができる。特に、ＬＥＤ１０は消点灯が放電タイプのランプに比べて速やかで、長寿命であるため、使い易くランプ交換が不要である。よって、ランニングコストを抑えることができる。また、ＬＥＤ１０は常時点灯するのではなく、点灯制御手段１３による点灯タイミングに応じて点灯することからも消耗を極力抑えることができる。
更に、ＬＥＤ１０を順次点灯させるので、定格電流値よりも高い電流値を与えることができ、定格発光量よりも明るい大光量を得ることができる。このことからも、ＤＭＤ３を明るく照明することができる。

また、平行ロッド１７及びテーパーロッド２０を備えているので、第１の反射面１５ａ、第２の反射面１６ａ及び第３の反射面１９ａで反射された光を、光量低下を極力抑えた状態で確実に射出口２０ｂまで導くことができ、ＬＥＤ１０が発した光を照明光Ｌとして有効に利用することができる。
更に、先細りのテーパーロッド２０を利用しているので、均一な面光源としてＤＭＤ３を照明することができ、色ムラのない明るい照明光Ｌを得ることができる。特に、テーパーロッド２０は先細りであるので、平行ロッド１７との間が物理的に接触することはない。よって、固定ロッド部２１を極力回転ロッド部１８に近づけることができ、より薄型化を図ることができる。また、多少の組み立て誤差があったとしても、接触の心配が無いので組み立てが容易になる。

また、本実施形態の画像投影装置１によれば、薄型のライトエンジン２を備えているので、全体を薄型化することができると共に、レイアウトし易く設計の自由度を高めることができる。また、高輝度で均一な照明光Ｌを利用できるので、明るい高画質の画像を投影することができる。更に、エタンデューの増加が抑えられているので、ＬＥＤ１０からの光を効率良く投影のために利用することができる。

次に、本発明に係る照明装置の第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態のライトエンジン２は、固定ロッド部２１が先細りのテーパーロッド２０を備えていたのに対し、第２実施形態のライトエンジン（照明装置）４０は、末広がりの逆テーパーロッド（光学ロッド）４２を備えている点である。

即ち、本実施形態のライトエンジン４０の固定ロッド部（固定部）４１は、図５に示すように、第３の反射面１９ａを有するプリズム１９の後段に配され、第３の反射面１９ａで反射された光が入射する入射口４２ａと、入射した光が射出する射出口４２ｂとを有する末広がりの逆テーパーロッド４２を備えている。
更に、固定ロッド部４１は、第３の反射面１９ａの前段に、第２の反射面１６ａで反射された光を第３の反射面１９ａに導く中継平行ロッド（第２の柱状導光手段）４３を備えている。この中継平行ロッド４３は、垂直軸Ｚ方向に伸びるように形成され、一端面が第２の反射面１６ａで反射された光を取り込む光取込口４３ａとなっており、他端面がプリズムの光取込口１９ｂに接着されている。

このように構成されたライトエンジン４０においては、第２の反射面１６ａで反射された光が、中継平行ロッド４３の光取込口４３ａから固定ロッド部４１内に取り込まれる。取り込まれた光は、中継平行ロッド４３を通過してプリズム１９に入射し、第３の反射面１９ａで光路を９０°偏向するように反射して逆テーパーロッド４２に入射する。そして、逆テーパーロッド４２内で反射を繰り返しながら平面方向に進み、射出口４２ｂから照明光Ｌとして射出される。
特に、末広がりの逆テーパーロッド４２であるので、反射を繰り返す毎に反射角度が浅くなり、平行光に徐々に近づいた状態となる。よって、第１実施形態のテーパーロッド２０に比べてミキシング効果が低いものの、より指向性が高められた状態で射出される。従って、本実施形態のライトエンジン４０は、照明の用途によっては、均一性よりも光線の指向性が重要視される場合において特に有効である。

また、中継平行ロッド４３を備えているので、逆テーパーロッド４２を垂直軸Ｚ方向にかさ上げすることができる。よって、末広がりの逆テーパーロッド４２を使用したとしても、平行ロッド１７との物理的な干渉を防ぐことができ、回転ロッド部１８の回転動作に影響を与えることはない。このように、中継平行ロッド４３によるかさ上げにより、多様な形状の光学ロッドを採用できるので、設計の自由度が向上する。

次に、本発明に係る照明装置の第３実施形態について、図６を参照して説明する。なお、第３実施形態において第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態のライトエンジン２は、回転ロッド部１８及び固定ロッド部２１を中密なロッドとしたのに対し、第３実施形態のライトエンジン（照明装置）５０は、回転ロッド部及び固定ロッド部が中空パイプによって形成されている点である。

即ち、本実施形態のライトエンジン５０は、図６に示すように、第１の反射面１５ａ及び第２の反射面１６ａを両端に有する回転パイプ部（光学パイプ）５１と、第３の反射面１９ａを一端に有すると共に他端に射出口２０ｂが形成された先細りテーパー状の固定パイプ部（光学パイプ）５９とを備えている。これら回転パイプ部５１及び固定パイプ部５２の壁面の内側には、光を所定の反射率で反射させる図示しない金属反射膜が共にコーティングされている。

このように構成されたライトエンジン５０においては、全反射で導光する第１実施形態の中密ロッドのタイプとは異なり、金属反射膜による反射を利用するので、１回の反射毎に反射率によるロスがある反面、各パイプにおける保持部との接触による光漏れはない。
また、中空であるので、第１実施形態の中密ロッドに比べて軽量である。よって、電動モータ２８の負荷を低減することができ、信頼性を向上することができる。更に、中空であるので、射出口２０ｂを面状光源として見たときに、傷やゴミ等の塵埃の付着がなく、面状光源としての照明品質が高い。その結果、さらなる高画質で投影画像を見ることができる。

なお、本実施形態では、共に中空パイプとして形成したが、これに限られず、例えば、中密ロッドタイプである第１実施形態の回転ロッド部１８と、中空パイプタイプである本実施形態の固定パイプ部５２とを組み合わせて取込導光光学手段１１を構成しても構わないし、この逆に、中空パイプタイプである本実施形態の回転パイプ部５１と、中密ロッドタイプである第１実施形態の固定ロッド部２１とで取込導光光学手段１１を構成しても構わない。

次に、本発明に係る照明装置の第４実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。なお、第４実施形態において第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態のライトエンジン２は、ＬＥＤチップ１０ａから発した光を砲弾型のレンズ部１０ｂにより指向性を高めた構成にしたのに対し、第４実施形態のライトエンジン（照明装置）６０は、ＬＥＤチップ１０ａから発した光をフレネルレンズ６１により指向性を高める点である。

即ち、本実施形態のＬＥＤ１０は、ＬＥＤチップ１０ａから発した光を、垂直軸Ｚ方向に向かう一定の方向に指向させる上記フレネルレンズ６１を備えている。このフレネルレンズ６１は、フレネル面からＬＥＤチップ１０ａまでの光学的距離を、略焦点距離としたレンズであり、個々のＬＥＤチップ１０ａに対応して配されている。

フレネルレンズ６１は、ドーナツ状のアクリル板等のフレネル板６２に、ＬＥＤチップ１０ａの個数分加工することで作製しても構わないし、１枚１枚の別個のフレネル板６２にフレネルレンズ６１を加工し、これらを組み合わせて環状に組み立てても構わない。１枚１枚を別個に形成した場合には、ＬＥＤチップ１０ａとの芯合わせや位置関係に誤差が生じ易く、組み立て難い反面、フレネル成形型が１つで済むという利点を有する。一方、多数のフレネルレンズ６１を、環状に形成された１枚の樹脂基板等のフレネル板６２上に形成した場合には、多数のフレネルの型が必要である反面、１枚のフレネル板６２で済むので、組み立て易いといった利点を有する。

例えば、図８に示すように、組み立て易さとフレネル型の数とのバランスを考慮して、３つのフレネルレンズ６１が１枚のフレネル板６２に形成されたもの（３つのフレネルレンズで１セット）でも良く、それぞれの状況に応じて適時作製すれば良い。また、フレネル板６２に取手６３を取り付けても構わない。こうすることで、持ち運びが容易となり、組み立て易くなる。

このように構成されたライトエンジン６０においては、フレネルレンズ６１により光の指向性を確保しつつ、第１実施形態の砲弾型のレンズ部１０ｂに比べて、該フレネルレンズ６１が平板状であるので、レンズ部１０ｂの高さ分だけ回転ロッド部１８及び固定ロッド部２をよりＬＥＤ１０に近づけることができ、全体的な厚みをより薄くすることができる。よって、更なる薄型化を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の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、上記各実施形態の照明装置から射出された照明光が、リレーレンズ、ミラー及びフィールドレンズを介してＤＭＤを照明する例を説明したが、この場合に限られず、射出口から射出された照明光を、直接液晶パネル等を照明するように構成しても構わない。
また、発光体としてＬＥＤを採用したが、ＬＥＤに限られるものではない。但し、照明光を投影画像等に使用する場合には、彩度の点でＬＥＤを用いることがより好ましい。

本発明に係る画像投影装置の構成図である。 図１に示す画像投影装置の構成品であって、本発明に係る照明装置の第１実施形態を示す断面図である。 図２に示す照明装置のうちＬＥＤ及び取込導光光学手段を示す斜視図である。 図２に示す照明装置のうちＬＥＤ及び取込導光光学手段を示す断面図である。 本発明に係る照明装置の第２実施形態のＬＥＤ及び取込導光光学手段を示す断面図である。 本発明に係る照明装置の第３実施形態のＬＥＤ及び取込導光光学手段を示す断面図である。 本発明に係る照明装置の第４実施形態のＬＥＤ及び取込導光光学手段を示す斜視図である。 図７に示す照明装置を構成するフレネルレンズの一例を示した斜視図である。 従来の照明装置の一例を示す断面図である。 従来の照明装置の他の一例を示す断面図である。 エタンデューを説明するための図であって、光の立体角と、光が通過する面積との関係を示す図である。 ＬＥＤが発する光を取り込む様子を模式的に示した図であって、（ａ）は図９に示す照明装置が発するＬＥＤの放射光とこれを取り込むプリズムとの関係を示した図であり、（ｂ）は図１０に示す照明装置が発するＬＥＤの放射光とこれを取り込む平行ロッドとの関係を示した図である。 図１２（ｂ）に示す２つの放射光の発光点を重ね合わせた状態を示す図である。

符号の説明

Ｌ 照明光
Ｚ 垂直軸
１ 画像投影装置
２、４０、５０、６０ ライトエンジン（照明装置）
３ ＤＭＤ（光変調手段）（被照明領域）
４ 投影レンズ（投影光学手段）
１０ ＬＥＤ（発光体）
１０ｃ 発光面
１１ 取込導光光学手段
１２ 回転手段
１３ 点灯制御手段
１５ａ 第１の反射面
１６ａ 第２の反射面
１７ 平行ロッド（柱状導光手段）
１８ 回転ロッド部（回転部）
１９ａ 第３の反射面
２０ テーパーロッド（光学ロッド）
２０ａ、４２ａ 入射口
２０ｂ、４２ｂ 射出口
２１、４１ 固定ロッド部（固定部）
４２ 逆テーパーロッド（光学ロッド）
４３ 中継平行ロッド（第２の柱状導光手段）
５１ 回転パイプ部（光学パイプ）
５２ 固定パイプ部（光学パイプ）
６１ フレネルレンズ

Claims (7)

1. 被照明領域を照明する照明装置であって、
   発光面を有し、垂直軸を中心として平面上に環状に配された複数の発光体と、
   該発光体からの光を取り込み、前記被照明領域に照明光として導く取込導光光学手段と、
   該取込導光光学手段の少なくとも一部を、前記垂直軸回りに回転させる回転手段と、
   該回転手段による回転動作に同期させて、前記複数の発光体を順次点灯させる点灯制御手段とを備え、
   前記発光体の発光面から前記取込導光光学手段の射出口に至る光路において、該光路を９０°偏向させる反射面を３面備えていることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記取込導光光学手段は、前記発光体の近傍に配されて前記光路を９０°偏向させる第１の反射面と、該第１の反射面よりも後段に配されて前記光路をさらに９０°偏向させる第２の反射面と、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に配された柱状導光手段とを有する回転部と、
   前記第２の反射面の後段に配されて前記光路をさらに９０°偏向させる第３の反射面を有する固定部とを備えていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項２に記載の照明装置において、
   前記固定部は、前記第３の反射面の後段に、該第３の反射面で反射された前記光が入射する入射口と、入射した光が射出する前記射出口とを有する光学ロッド又は光学パイプを備えていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項３に記載の照明装置において、
   前記光学ロッド又は前記光学パイプは、前記射出口に向かうにしたがって先細りになるテーパ状に形成されていることを特徴とする照明装置。
5. 請求項２に記載の照明装置において、
   前記固定部は、前記第３の反射面の前段に、前記第２の反射面で反射された前記光を前記第３の反射面に導く第２の柱状導光手段を備えていることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記発光体は、前記光を一定の方向に指向させるフレネルレンズを備えていることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記射出口から射出された前記照明光を、入力された画像情報に基づいて変調する光変調手段と、
   該光変調手段で変調された前記照明光を投影する投影光学手段とを備えていることを特徴とする画像投影装置。
   
   

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