JP2008300115A - 照明装置および画像投影表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大光量かつ安定した照明光を得るとともに、光源から出射された光を効率良く照明光として利用することができる照明装置および画像投影表示装置を提供する。
【解決手段】 円弧状に配置され、円弧の軸線Ｌに向かって照明光を出射する複数の光源２と、複数の光源２に対向するとともに、軸線Ｌに焦点を有する凹面状の入射端３１と、照明光が出射される出射端３３と、を有する導光手段３と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＬＥＤのような高速パルス点灯が可能な光源を複数用い、複数の光源からの光を共通の統合された方向へ導き、高出力且つ指向性の高い照明光を作り出す照明装置および画像投影表示装置に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）や、半導体レーザなどの半導体光源の発光効率の向上が図られるとともに、半導体光源を用いたＲＧＢ（赤、緑、青）３原色の表現が実用化されつつある。そのため、これまで明るさ不足により応用が難しいとされていた大画面液晶テレビやプロジェクタなどの画像表示系の照明光源として、半導体光源が採用されつつある。

上述の半導体光源は、出射される光が狭波長域で色純度が高いため広色域表示が可能であり、応答性が高く瞬時に点灯が可能であり、寿命が長く光源交換の頻度が低く、水銀を用いていないため環境対応が容易である等の多くのメリットを有している。そのため、従来のランプ光源の課題を解決する手段として期待されている。
しかしながら半導体光源は、従来のランプ光源と比較して、明るさが充分ではなかった。そのため、複数の半導体光源を用いることで必要な光量を得る工夫がなされていた。

特に、プロジェクタ用光源の場合には、表示デバイスが小さく、有効に利用される光線の角度に制限がある。そのため、小さな領域を照明でき、指向性の高い照明光を出射できる光源が求められている。
その点、レーザ光源は、指向性が非常に高い光を出射することができ、多数のレーザ光源を用いることで大きな光量で小さな領域を照明できるため、プロジェクタ光源として好適である。しかしながら、大出力のレーザ光を出射するレーザ光源は、視覚安全性の観点からプロジェクタなどの画像表示装置に用いるのに問題があった。

一方、ＬＥＤをプロジェクタ用光源として用いる場合には、視覚安全性の問題はない。しかし、ＬＥＤは面発光拡散光源であるので、多数のＬＥＤを用いて大きな光量を得ようとすると全体の発光面積が大きくなっていた。
このようなＬＥＤの使用方法では、所謂エタンデュの保存則により小面積で指向性の高い有効な照明光、つまり、プロジェクタにおいて求められる照明光を作り出すことが原理的に困難という問題があった。

上述の問題を解決するとともに、点灯応答性が高く、かつ、パルス点灯により瞬間的に大きな光量が取り出せる半導体光源等を用いて高輝度の照明光を得る種々の技術が提案されている。以下にそのいくつかを説明する。

例えば、複数の半導体レーザやＬＥＤを円環状に固定配置し、該円環の中心に一方向に回転する反射ミラーを配置した構成が提案されている。この構成では、個々の半導体レーザ等から、反射ミラーの回転に同期させてレーザ光等を出射させている（例えば、特許文献１および２参照。）。
このようにすることで、発光面積の拡大を抑制し、半導体レーザ等をパルス点灯させることにより出射される発光量が大きくなる。そのため、特許文献１および２に記載の構成では、指向性が高く、高輝度な照明光を得ることができた。

一方で、所定領域において出射光が交差する向きに配置された複数の発光ダイオードと、その所定領域に配置された回動するミラーとを備える構成も提案されている。この構成では、ミラーの回動角度を制御することにより、複数の発光ダイオードから出射された照明光が同一方向に導かれている（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、円環状に配置された複数の発光ダイオードを一方向に光を出射するように配置し、一の発光ダイオードと対向して出射された光を導く集光光学系を配置した構成が提案されている。この構成では、円環の中心回りに発光ダイオードを回転させるとともに、集光光学系に対向した発光ダイオードから光を出射させている。このようにすることで、発光ダイオードを順次パルス駆動し、高輝度の照明光を得ることができた（例えば、特許文献４参照。）。
特開平１０−２９３２３３号公報 特開２０００４−１９９０２４号公報 特開２００３−２０８９９１号公報 特開２００３−２４２７５号公報

上述の特許文献１から４に記載された技術では、高輝度の照明光を作り出す方法としては有用である。
しかしながら、プロジェクタなどの画像表示系の照明光として用いるには、さらに時間的、空間的に光量変動の少なさが要求され、上述の各特許文献に記載された技術では、この要求が満たされないという問題があった。

具体的には、特許文献１および２に記載された技術では、半導体レーザ等と反射ミラーとが正対する位置関係にある場合には、半導体レーザ等から出射されたレーザ光等は良好に照明対象に向かって導光される。しかしながら、反射ミラーが回転し、隣接する半導体レーザ等の間を向いた位置関係にある場合には、半導体レーザ等から出射された光は、反射ミラーによって照明対象と異なる方向に向かって反射される。
つまり、半導体レーザ等と反射ミラーとの位置関係により、照明対象に照明される照明光の光量が変動するため、安定した光量の照明光が得られないという問題があった。

特許文献３に記載された技術では、ミラーが、一の発光ダイオードから出射された光を照明対象に導く回動位置から、他の発光ダイオードから出射された光を照明対象に導く回動位置に切り替わる期間は、照明対象に導かれる照明光の光量が低下する。したがって、安定した光量の照明光が得られないという問題があった。

特許文献４に記載された技術では、隣接する発光ダイオードの間に集光光学系が位置する状態では、発光ダイオードから出射された光が集光光学系に入射されず、照明対象に導かれる照明光の光量が低下する。したがって、安定した光量の照明光が得られないという問題があった。

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、大光量かつ安定した照明光を得るとともに、光源から出射された光を効率良く照明光として利用することができる照明装置および画像投影表示装置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。
本発明は、円弧状に配置され、該円弧の軸線に向かって照明光を出射する複数の光源と、該複数の光源に対向するとともに、前記軸線に焦点を有する凹面状の入射端と、前記照明光が出射される出射端と、を有する導光手段と、が設けられている照明装置を提供する。

本発明によれば、複数の光源から出射された各照明光は円弧の軸線に向かって進み、光源と対向配置された導光手段の入射端に入射する。入射端は軸線に焦点を有する凹面状に形成されているため、入射端から入射した各照明光は、入射端における屈折により略平行な光となる。したがって、本発明に係る照明装置によれば、導光手段の出射端から指向性の高い照明光を出射することができる。

さらに、複数の光源を円弧状に配置しているため、直線状に配置している場合と比較して、より多くの光源から出射された照明光を同一面積の入射端に入射させ、出射端から出射される照明光の光量を大きくすることができる。

上記発明においては、前記導光手段における前記軸線方向の端面に対向するとともに、前記入射端から前記光源に向かって延び、前記導光手段に対向する面が光を反射する反射面である反射部が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、光源から出射された照明光のうち、光源と入射端との間から上述の軸線方向に漏れる照明光は、反射部により反射されて入射端に導かれる。そのため、反射部が設けられていない場合と比較して、光源から出射端に至るまでの光学的損失を抑制し、出射される照明光の光量を大きくすることができる。

上記発明においては、前記複数の光源が、前記軸線を中心とする円環状に配置され、前記導光手段に、前記軸線の位置に配置され、前記入射端から入射した照明光を前記軸線方向に反射するプリズムが設けられ、前記導光手段を、前記軸線回りに回転駆動する回転手段が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、導光手段を軸線回りに回転駆動することにより、入射端と対向する光源が高速に切り替え変更される。入射端と対向する光源から出射された照明光は、入射端から導光手段に入射される。入射端から導光手段に入射した照明光は、プリズムにおいて軸線方向に反射され、出射端から軸線方向に向かって出射される。
入射端と対向する光源が高速に切り替え変更されるため、切替え変更時の照明光の変動を抑制し、光源から照明方向に導く際の光学的損失が少ない安定した照明光が作り出される。

上記発明においては、前記導光手段における前記軸線方向の端面に対向するとともに、前記入射端から前記光源に向かって延び、前記導光手段に対向する面が光を反射する反射面である反射部が設けられ、前記回転手段が、前記導光手段とともに前記反射部を回転駆動することが望ましい。

本発明によれば、導光手段とともに反射部も回転駆動されるため、回転する入射端と対向する光源との間から上述の軸線方向に漏れる照明光を、反射部により反射させて入射端に導くことができる。

上記発明においては、前記導光手段における前記軸線方向の端面に対向するとともに、前記入射端から前記光源に向かってリング板状に延び、前記導光手段に対向する面が光を反射する反射面である反射部が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、反射部がリング板状に形成されているため、回転する入射端と対向する光源との間から上述の軸線方向に漏れる照明光を、反射部により反射させて入射端に導くことができる。

上記発明においては、前記光源が、前記入射端に対向する期間のみ点灯されることが望ましい。
本発明によれば、光源を入射端と対向する期間のみ点灯させ、その他の期間は光源を消灯させる、いわゆるパルス発光させることができる。
例えば、ＬＥＤのように、パルス発光される場合には、直流駆動する場合よりも大光量を出射できる光源を用いることにより、本発明の照明装置は、発光面積を大きくせずに大光量の照明光を出射することができる。

上記発明においては、前記光源に、照明光を出射する発光部と、出射された光を前記入射端に向かって導くテーパロッドと、が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、発光部とテーパロッドとが設けられているため、発光部から出射された照明光を、テーパロッドの平行化作用と全反射作用により光学的損失を抑えつつ入射端に導くことができる。
さらに、テーパロッドを用いない場合と比較して、発光部から出射された照明光をより平行光化して入射端に導くことができる。

上記発明においては、前記入射端がシリンドリカルレンズであることが望ましい。
本発明によれば、複数の光源を、円弧または円環状に配置するとともに、上述の軸線に沿って配置した場合であっても、軸線に向かって出射された各照明光は、入射端における屈折により略平行な光となる。

上記発明においては、前記導光手段に、前記入射端が形成され、照明光を前記出射端に導く平行ロッドが設けられていることが望ましい。
本発明によれば、平行ロッドを設けたことにより、入射端から入射された照明光を、全反射作用により光学的損失を抑えつつ、出射端に導くことができる。

本発明は、それぞれ異なる原色光を出射する請求項１から請求項９のいずれかに記載の複数の照明装置と、入力された画像データに基づき、前記照明装置から出射された照明光を変調する表示デバイスと、前記変調された照明光をスクリーンに投射する投影光学手段と、が設けられている画像投影表示装置を提供する。

本発明によれば、上記本発明の照明装置を用いることにより、指向性が高く大光量、かつ、光量の変動が少ない照明光を安定して表示デバイスに照射できる。そのため、明るくコントラストに優れた画像をスクリーンに投射することができる。

なお本発明において、それぞれ異なる原色光を出射する請求項１から請求項９のいずれかに記載の複数の照明装置のかわりに、白色光を出射する請求項１から請求項９のいずれかに記載の照明装置を用いても良い。
このような白色光を出射する請求項１から請求項９のいずれかに記載の照明装置を用いても、明るくコントラストの良い画像とすることができる。

本発明の照明装置および画像投影表示装置によれば、入射端は軸線に焦点を有する凹面状に形成されているため、入射端から入射した各照明光は略平行な光となるため、光源から出射された光を効率良く照明光として利用することができるという効果を奏する。
複数の光源を円弧状に配置しているため、大光量かつ安定した照明光を得ることができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る照明装置について図１から図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る照明装置の構成を説明する模式図であり、図２は、図１の照明装置の構成を説明するブロック図である。
照明装置１には、図１および図２に示すように、照明光を出射する複数の光源ユニット（光源）２と、出射された照明光を導く導光ユニット（導光手段）３と、導光ユニット３を回転駆動する駆動部（回転手段）４と、光源ユニット２から漏れた照明光を導光ユニット３に反射する反射板（反射部）５と、光源ユニット２および駆動部４を制御する光源システム制御部７と、が設けられている。

図３は、図１の光源ユニットの基本部材の構成を説明する部分拡大図である。
光源ユニット２には、図３に示すように、ＬＥＤ２２等が配置される基板２１と、照明光を出射するＬＥＤ（発光部）２２と、ＬＥＤ２２から出射された照明光を導光ユニット３に導くテーパロッド２３と、ＬＥＤ２２から出射された照明光をテーパロッド２３に向けて反射する反射部材２４と、が設けられている。

ＬＥＤ２２は、後述する光源駆動部７１から供給される電力に基づき、照明光を出射する面発光拡散光源である。ＬＥＤ２２は、基板２１と、テーパロッド２３との間に配置されている。

テーパロッド２３は、ＬＥＤ２２から出射された照明光を導光ユニット３に導くとともに、ＬＥＤ２２から出射された拡散光である照明光を平行光化するものである。テーパロッド２３は、ＬＥＤ２２と導光ユニット３との間に配置され、面積の小さな入射端がＬＥＤ２２側に、面積の大きな出射端が導光ユニット３側に向くよう配置されている。
なお、テーパロッド２３の代わりに入射端と出射端との面積が等しい平行ロッドを用いてもよく、特に限定するものではない。

反射部材２４は、ＬＥＤ２２から出射された照明光のうち、ＬＥＤ２２とテーパロッド２３との間から外部に向かう光をテーパロッド２３に向けて反射するものである。反射部材２４は、ＬＥＤ２２に隣接して、ＬＥＤ２２からテーパロッド２３に向かって延びる部材である。反射部材２４におけるＬＥＤ２２と対向する面は照明光を反射する反射面とされている。

図４は、図１の照明装置の構成を説明する上面視図である。
光源ユニット２は、図１および図４に示すように、軸線Ｌを中心として円環状に配置されるとともに（図４参照。）、軸線Ｌに沿って配置されている（図１参照。）。言い換えると、軸線Ｌを中心軸とする円筒面上に並んで配置されている。本実施形態では、軸線Ｌに沿った方向に４列、円周上に３２列の光源ユニット２が並んだ状態に適用して説明する。

導光ユニット３には、図１および図４に示すように、入射端３１が設けられた平行ロッド３２と、出射端３３が設けられた直角プリズム（プリズム）３４とが設けられている。
平行ロッド３２は、入射端３１と対向する光源ユニット２から出射された照明光を直角プリズム３４に導くものである。平行ロッド３２は、直角プリズム３４から光源ユニット２に向かって延びて配置され、直角プリズム３４とともに回転される。

図５は、図１の入射端の構成を説明する部分拡大図である。
平行ロッド３２における光源ユニット２と対向する端部には、対向する光源ユニット２から出射された照明光が入射する入射端３１が形成されている。入射端３１は、図５に示すように、軸線Ｌを焦点とする凹曲面、つまりシリンドリカルレンズ状に形成されている。

直角プリズム３４は、図１に示すように、平行ロッド３２により導かれた照明光を、軸線Ｌに沿う方向に反射する直角三角柱状のプリズムである。直角プリズム３４は、軸線Ｌ上に配置された駆動部４の保持部４２上に配置されている。

直角プリズム３４には、互いに直交する二つの面と、これらの面に挟まれた斜面とが形成されている。互いに直交する二つの面のうち、一方の面は、光源ユニット２と対向する面であって、平行ロッド３２が隣接して配置される面である。他方の面は、軸線Ｌに対して略直交する面であって、平行ロッド３２および直角プリズム３４に導かれた照明光が出射される出射端３３である。斜面には、照明光を反射する反射コート３５が設けられ、保持部４２はこの斜面と接触している。
なお、直角プリズム３４は、図４に示すように、出射端３３の中心と、軸線Ｌとが一致するように配置されている。

駆動部４は、光源システム制御部７の制御信号に基づいて、導光ユニット３を回転駆動するものである。
駆動部４には、図１に示すように、導光ユニット３を軸線Ｌ回りに回転駆動する回転モータ４１および保持部４２と、導光ユニット３の回転位相を検出する回転位相センサ４３と、が設けられている。

回転モータ４１は後述するモータ駆動部４により回転制御され、保持部４２を介して導光ユニット３を回転駆動するものであり、軸線Ｌ上に配置されている。保持部４２は、軸線Ｌ上にであって、回転モータ４１と導光ユニット３の直角プリズム３４との間に配置され、軸線Ｌ回りに回転可能に支持されるものである。

回転位相センサ４３は、回転モータ４１または保持部４２の回転位相を検出することにより、導光ユニット３の回転位相を検出するものである。言い換えると、入射端３１の回転位相を検出するものである。回転位相センサ４３には、センサ駆動部７３が電気的に接続され、センサ駆動部７３により駆動されるとともに、検出信号をセンサ駆動部７３に出力している。

反射板５は、図１および図４に示すように、光源ユニット２から軸線Ｌ方向に漏れた照明光を導光ユニット３に反射するリング板状の部材である。具体的には、軸線Ｌを中心として、入射端３１の近傍領域から、光源ユニット２に向かって延びるリング板状の部材である。
反射板５は、光源ユニット２および平行ロッド３２に対して、軸線Ｌ方向に所定の間隔をあけて、回転モータ４１側および出射端３３側の２箇所に配置されている。反射板５における光源ユニット２および平行ロッド３２と対向する面には、照明光を反射する反射面が形成されている。

光源システム制御部７は、光源ユニット２および駆動部４を制御するものである。光源システム制御部７には、図２に示すように、光源ユニット２を制御する光源駆動部７１と、駆動部４の回転モータ４１を制御するモータ駆動部７２と、回転位相センサ４３を制御するセンサ駆動部７３と、が設けられている。

光源駆動部７１は、光源システム制御部７の制御信号に基づいて、光源ユニット２における照明光の出射を制御するものである。具体的には、各光源ユニット２のＬＥＤ２２に供給する電力を制御し、各ＬＥＤ２２の点灯および消灯を制御するものである。

モータ駆動部７２は、光源システム制御部７の制御信号に基づいて、回転モータ４１の回転を制御するものである。例えば、回転モータ４１としてステッピングモータを用いている場合には、モータ駆動部７２は公知の制御方法を用いて、回転モータ４１の回転および停止を制御するとともに、回転位相の制御も行う。

センサ駆動部７３は、光源システム制御部７の制御信号に基づいて回転位相センサ４３を駆動するとともに、回転位相センサ４３から出力された検出信号を光源システム制御部７に出力するものである。

光源システム制御部７は、センサ駆動部７３から入力された検出信号に基づいて、光源駆動部７１に各光源ユニット２の点灯および消灯を制御する制御信号を出力する。各光源ユニット２の点灯および消灯の制御方法については、以下に詳しく説明する。

次に、上記の構成からなる照明装置１における照明方法について説明する。
光源システム制御部７は、図２に示すように、モータ駆動部７２に対して回転モータ４１を回転駆動させる制御信号を出力するとともに、センサ駆動部７３を介して、入射端３１（図４参照）の回転位相を検出する。

回転位相を検出した光源システム制御部７は、入射端３１と対向する光源ユニット２を算出し、算出した光源ユニット２に対して照明光を出射する制御信号を光源駆動部７１に対して出力する。
光源駆動部７１は、入力された制御信号に基づいて、光源ユニット２に対して電力を供給する。

電力が供給されると、図３に示すように、光源ユニット２のＬＥＤ２２は照明光を出射する。本実施形態では、入射端３１と対向する円周方向に並んだ４列の光源ユニット２のＬＥＤ２２が照明光を出射する、つまり１６個（４列×４列）の光源ユニット２が照明光を出射する。
ＬＥＤ２２から出射された照明光の一部は、直接テーパロッド２３の入射端に入射する。ＬＥＤ２２から反射部材２４に向けて出射された照明光は、反射部材２４に反射され、テーパロッド２３の入射端に入射する。

テーパロッド２３に入射した照明光は、テーパロッド２３の側面で反射されることにより、平行光化され、出射端から出射される。これにより、テーパロッド２３における平行光化により、照明光はＬＥＤ２２から出射された段階よりも平行光化される。

軸線Ｌに沿う方向について見ると、テーパロッド２３から出射された照明光の一部は、図１に示すように、直接入射端３１に入射される。一方、テーパロッド２３と入射端３１との間から軸線Ｌ方向に漏れた光は、反射板５に入射し、入射端３１に向けて反射される。

一方、軸線Ｌに対して直交する面について見ると、入射端３１と対向する各光源ユニット２から出射された照明光は、図４に示すように、それぞれ軸線Ｌに向かって進み、入射端３１に入射する。入射端３１は、シリンドリカルレンズ状に形成されているため、照明光は入射端３１において屈折し、平行ロッド３２の光軸に沿った光、つまり平行光化される。

図６は、光源ユニットが平面状に配置された場合を説明する模式図である。
上述のように光源ユニット２を円筒面上に並べて配置すると、図６に示すように、光源ユニット２の出射端の合計面積より狭い入射端３１に、これらの光源ユニット２から出射された照明光が入射された場合と等価になる。

具体的には、光源ユニット２が円筒面上に並べて配置されている場合には、図５に示すように、出射された照明光が軸線Ｌに向かって進み（集光し）、入射端３１に入射する。そのため、４列の光源ユニット２の出射端の合計面積より狭い導光ユニット３の入射端３１に照明光の全部が入射される。

平行ロッド３２内に入射した照明光は、平行ロッド３２から直角プリズム３４に入射し、反射コート３５により軸線Ｌに沿う方向に向けて反射される。反射された照明光は、出射端３３から照明対象に向けて出射される。

次に、光源システム制御部７による光源ユニット２の点灯シーケンスを説明する。
図７は、図１の光源ユニットの点灯シーケンスを説明する模式図であり、図８は、図１の光源ユニットの点灯シーケンスを説明するグラフである。
図６に示すように、ある時点で入射端３１と対向する光源ユニット２の列を時計回りにＮ１，Ｎ２，Ｎ３，・・・，Ｎ_ｉ−１，Ｎ_ｉ（ｉ＝３２）とし、軸線Ｌから１列の光源ユニット２に対する角度を△θと定義する。本実施形態では、△θ＝３６０°／３２＝１１．２５°となる。

この場合に、光源ユニット２の列の点灯シーケンスは図８に示すようになる。
図８では、導光ユニット３が図７に示す位置（図７の左方向を向いた位置）を、位相０°とし、導光ユニット３の回転位相に対する各光源ユニット２の列の点灯のタイミングを示している。

導光ユニット３の位相が０°の場合には、図８に示すように、光源システム制御部７は、Ｎ１からＮ４列の光源ユニット２を点灯する制御信号を出力する（図２参照。）。
導光ユニット３の位相が０°から△θだけ進むと、光源システム制御部７は、Ｎ１列の光源ユニット２を消灯する制御信号を出力するとともに、Ｎ５列の光源ユニット２を点灯する制御信号を出力する。

以後、導光ユニット３の位相が△θだけ進むたびに、光源システム制御部７は、光源ユニット２の列に対して消灯および点灯する制御信号を出力する。

上記の構成によれば、複数の光源ユニット２から出射された各照明光は円環または円筒面の軸線Ｌに向かって進み、光源ユニット２と対向配置された導光ユニット３の入射端３１に入射する。入射端３１は軸線Ｌに焦点を有する凹面状、つまりシリンドリカルレンズ状に形成されているため、入射端３１から入射した各照明光は、入射端３１における屈折により略平行な光となる。したがって、本実施形態の照明装置１によれば、導光ユニット３の出射端３３から指向性の高い照明光を出射することができる。

さらに、複数の光源ユニット２を円環状または円筒面上に並べて配置しているため、直線状または平面状に配置している場合と比較して、より多くの光源ユニット２から出射された照明光を同一面積の入射端３１に入射させて、出射端３３から出射される照明光の光量を大きくすることができる。

導光ユニット３を軸線Ｌ回りに回転駆動することにより、入射端３１と対向する光源ユニット２が高速に切り替え変更される。入射端３１と対向する光源ユニット２から出射された照明光は、入射端３１から導光ユニット３に入射される。入射端３１から導光ユニット３に入射した照明光は、プリズムにおいて軸線Ｌ方向に反射され、出射端３３から軸線Ｌ方向に向かって出射される。
入射端３１と対向する光源ユニット２が高速に切り替え変更されるため、切替え変更時の照明光の変動を抑制し、光源ユニット２から照明方向に導く際の光学的損失が少ない安定した照明光を作り出すことができる。

反射板５はリング板状に形成されているため、回転する入射端３１と対向する光源ユニット２との間から軸線Ｌ方向に漏れる照明光を、反射板５により反射させて入射端３１に導くことができる。そのため、光源ユニット２から照明方向に導く際の光学的損失が少ない安定した照明光を作り出すことができる。

光源ユニット２、つまりＬＥＤ２２を入射端と対向する期間のみ点灯させ、その他の期間はＬＥＤ２２を消灯させる、いわゆる大電流パルス発光させるため、ＬＥＤ２２を直流駆動する場合と比較して、発光面積を大きくせずにＬＥＤ２２から大光量の照明光を出射させることができる。

光源ユニット２にはＬＥＤ２２とテーパロッド２３とが設けられているため、ＬＥＤ２２から出射された照明光を、光学的損失を抑えつつ導光ユニット３の入射端３１に導くことができる。
さらに、テーパロッド２３を用いない場合と比較して、ＬＥＤ２２から出射された照明光をより平行光化して導光ユニット３の入射端３１に導くことができる。

導光ユニット３に平行ロッド３２を設けたことにより、入射端３１から導光ユニット３に入射された照明光を、光学的損失を抑えつつ、出射端３３に導くことができる。

図９は、図１の照明装置の別の実施形態を説明する模式図であり、図１０は、図９の照明装置の実施形態を説明する上面視図である。
なお、上述の実施形態のように、反射板５がリング板状に形成されている例に適用して説明しているが、反射板５の形状はリング板状に限られることなく、図９および図１０に示すように、矩形状の反射板（反射部）５Ａであってもよく、特に限定するものではない。

図９および図１０に示す実施形態においては、反射板５Ａは、導光ユニット３とともに回転駆動される構成となっている。反射板５Ａは、回転する入射端３１と対向する光源ユニット２との間から軸線Ｌ方向に漏れる照明光を、反射板５Ａにより反射させて入射端３１に導くことができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置ついて図１１から図１３を参照して説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、光源ユニットおよび導光ユニットの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１１から図１３を用いて光源ユニットおよび導光ユニットの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１１は、本実施形態に係る照明装置の構成を説明する模式図であり、図１２は、図１１の照明装置の構成を説明する上面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

照明装置１０１には、図１１および図１２に示すように、照明光を出射する複数の光源ユニット（光源）１０２と、出射された照明光を導く導光ユニット（導光手段）１０３と、導光ユニット１０３を回転駆動する駆動部４と、光源ユニット１０２から漏れた照明光を導光ユニット１０３に反射する反射板５Ａと、光源ユニット１０２および駆動部４を制御する光源システム制御部７（図２参照。）と、が設けられている。

光源ユニット１０２には、図１１に示すように、照明光を出射するキセノン管１２１と、出射された照明光を反射する光源反射板１２２およびリフレクタ１２３と、が設けられている。

キセノン管１２１は、光源駆動部４（図２参照。）から供給される電力に基づき、照明光を出射するものである。キセノン管１２１は軸線Ｌに沿って延びる略円柱状の形状であって、光源反射板１２２とリフレクタ１２３との間に配置されている。さらに具体的には、キセノン管１２１における発光部が、後述する光源ユニット１０２の配置面Ｐ上に位置するように配置されている。

光源反射板１２２およびリフレクタ１２３は、キセノン管１２１から出射された照明光を、軸線Ｌに向かって反射させるものである。
光源反射板１２２は、キセノン管１２１と導光ユニット１０３との間に配置された反射板であって、キセノン管１２１から出射された照明光を、リフレクタ１２３に向かって反射するものである。

リフレクタ１２３は、キセノン管１２１の発光部を一の焦点、および後述する配置面Ｐと軸線Ｌとの交点を他の焦点とする楕円の一部を、一および他の焦点を含む軸線回りに回転させた形状を有するものである。言い換えると、リフレクタ１２３は、一の焦点であるキセノン管１２１を覆い、他の焦点を含む軸線Ｌに向かって開口する形状に形成されている。このリフレクタ１２３の内周面は照明光を反射する反射面とされている。

光源ユニット１０２は、軸線Ｌに対して直交する平面である配置面Ｐ上に、軸線Ｌを中心とする円周上に並んで配置されている。本実施形態では、８個の光源ユニットが並んで配置されている例に適用して説明する。

導光ユニット１０３には、図１１および図１２に示すように、入射端１３１が設けられた平行ロッド３２と、出射端３３が設けられた直角プリズム３４とが設けられている。

図１３は、図１１の導光ユニットにおける入射端の構成を説明する部分拡大図である。
平行ロッド３２における光源ユニット１０２と対向する端部には、対向する光源ユニット１０２から出射された照明光が入射する入射端１３１が形成されている。入射端１３１は、図１３に示すように、軸線Ｌと配置面Ｐとの交点を焦点とする凹曲面、つまり凹レンズ状に形成されている。
図１３に示されているように、入射端１３１の面積は、入射端１３１と対向するリフレクタ１２３の開口部の面積よりも小さく設定されている。具体的には、リフレクタ１２３の開口部の端部と、軸線Ｌと配置面Ｐとの交点を結ぶ直線上に、入射端１３１の端部が位置している。

次に、上記の構成からなる照明装置１０１における照明方法について説明する。
第１の実施形態と同様に、入射端１３１と対向する光源ユニット１０２に対して電力が供給され、電力が供給されたキセノン管１２１から照明光が出射される。

キセノン管１２１から出射され光源反射板１２２に入射した照明光は、光源反射板１２２によりリフレクタ１２３に向けて反射され、リフレクタ１２３により軸線Ｌと配置面Ｐとの交点に向けて反射される。
一方、キセノン管１２１から直接リフレクタ１２３に入射した照明光も、リフレクタ１２３により上述の交点に向かって反射される。

リフレクタ１２３により反射された照明光は、光源ユニット１０２から出射され、導光ユニット１０３の入射端１３１に入射する。一方、光源ユニット１０２と入射端１３１との間から軸線Ｌ方向に漏れた照明光は、反射板５Ａに入射し、入射端１３１に向かって反射される。

入射端１３１と対向する各光源ユニット１０２から出射された照明光は、図１１および図１２に示すように、それぞれ軸線Ｌと配置面Ｐとの交点に向かって進み、入射端１３１に入射する。入射端１３１は、凹レンズ状に形成されているため、照明光は入射端１３１において屈折し、平行ロッド３２の光軸に沿った光、つまり平行光化される。

平行ロッド３２内に入射した照明光は、平行ロッド３２から直角プリズム３４に入射し、反射コート３５により軸線Ｌに沿う方向に向けて反射される。反射された照明光は、出射端３３から照明対象に向けて出射される。

光源システム制御部７による光源ユニット１０２の点灯シーケンスは、第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係るプロジェクタついて図１４を参照して説明する。
図１４は、本実施形態に係るプロジェクタの構成を説明する模式図である。
本実施形態のプロジェクタ２０１は、第１の実施形態の照明装置１を用いて画像をスクリーン２０５に投影するものである。

プロジェクタ２０１には、図１４に示すように、それぞれ赤色、青色および緑色の照明光を出射する照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと、各照明装置から出射された各色の照明光をそれぞれ変調する液晶表示デバイス（表示デバイス）２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂと、各色光の変調光を合成するダイクロイッククロスプリズム２０３と、合成された変調光をスクリーン２０５に投影する投影レンズ（投影光学手段）２０４と、が設けられている。

照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂには、それぞれ赤色、緑色および青色の照明光を出射するＬＥＤ（発光部）２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが備えられている。
照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、図１４に示すように、ダイクロイッククロスプリズム２０３を中心に、左回り（図１４の反時計回り）に、約９０度の位相間隔をあけて配置されている。

液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂは、それぞれ照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと対向して配置され、液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂと照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂとの間にはテーパロッド２０６および偏光変換素子２０７が配置されている。

テーパロッド２０６は、照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから出射された各色の照明光を偏光変換素子２０７および液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂに導くものである。テーパロッド２０６における照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ側の端面は、偏光変換素子２０７側の端面よりも面積が小さな形状のテーパロッドである。

偏光変換素子２０７は、互いに直交する直線偏光のうち一方の直線偏光を透過し、他方の直線変更を遮断するものである。偏光変換素子２０７は、液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂと、テーパロッド２０６との間に配置されている。

液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂは、外部から入力された画像データに基づいて、各色の照明光を変調した変調光を生成するものである。液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂは、ダイクロイッククロスプリズム２０３と、偏光変換素子２０７との間に配置されている。

なお、偏光変換素子２０７や、液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂとしては、公知の偏光変換素子や液晶表示デバイスを用いることができ、特にその種類や形式を限定するものではない。

ダイクロイッククロスプリズム２０３は、液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂにより生成された各色の変調光を合成し、カラー画像を表示する変調光を生成する角柱状の光学部材である。
ダイクロイッククロスプリズム２０３は、液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂおよび投影レンズ２０４と、に囲まれた位置に配置されている。

ダイクロイッククロスプリズム２０３の内部には、対角線状に配置された赤色光反射面と、緑色光反射面とが形成されている。
赤色光反射面は、赤色の照明光のみを反射し、他の波長の照明光は透過する面である。赤色光反射面は、照明装置１Ｒから照明装置１Ｂに向かって投影レンズ２０４に近づく面である。
一方、緑色光反射面は、緑色の照明光のみを反射し、他の波長の照明光を透過する面である。緑色反射面は、照明装置１Ｂから照明装置１Ｒに向かって投影レンズ２０４に近づく面である。

投影レンズ２０４は、液晶表示デバイス２０２Ｇとの間にダイクロイッククロスプリズム２０３を挟む位置に配置されている。投影レンズ２０４としては公知のレンズ系を用いることができ、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなるプロジェクタ２０１における画像の投影について説明する。
スクリーン２０５に画像を投影する場合には、図１４に示すように、各照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから赤色、緑色および青色の照明光を出射させる。
なお、各照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおける照明光の出射方法については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

各照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから出射された各色の照明光は、テーパロッド２０６に入射し、平行光化された後に偏光変換素子２０７にそれぞれ入射される。偏光変換素子２０７は、入射された各色の照明光のうち、互いに直交する直線偏光の一方の直線偏光（例えばｐ偏光）のみを透過する。

偏光変換素子２０７を透過した各色の照明光の直線偏光は、それぞれ液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂに入射する。液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂは、外部から入力された画像データに基づいて、それぞれ照明光を変調して変調光を生成する。液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂにより生成された各色の変調光は、それぞれダイクロイッククロスプリズム２０３に入射する。

ダイクロイッククロスプリズム２０３は、それぞれ入射された各色の変調光を合成し、カラー画像を表示する変調光を生成する。
具体的には、赤色の変調光は、ダイクロイッククロスプリズム２０３に入射し、内部の赤色光反射面に反射され、投影レンズ２０４に向かって出射される。緑色の変調光は、ダイクロイッククロスプリズム２０３に入射し、内部の赤色光反射面および青色光反射面を透過し、投影レンズ２０４に向かって出射される。青色の変調光は、ダイクロイッククロスプリズム２０３に入射し、青色光反射面に反射され、投影レンズ２０４に向かって出射される。
このようにして、各色の変調光は合成され、投影レンズ２０４に向かって出射される。

ダイクロイッククロスプリズム２０３から出射された変調光は、投影レンズ２０４に入射し、スクリーン２０５に向かって投射される。投射された変調光により、スクリーン２０５にカラー画像が表示される。

上記の構成によれば、第１の実施形態の照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを用いることにより、指向性が高く大光量、かつ、光量の変動が少ない照明光が安定して液晶表示デバイス２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂに照射される。そのため、本実施形態のプロジェクタ２０１は、明るくコントラストに優れた画像をスクリーン２０５に投射することができる。

なお、以上の説明における照明装置が出射する照明光は赤色、青色および緑色であるが、これに限るものではなく、例えば、照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのかわりに、白色の照明光を出射する１つの照明装置を用いても良い。
この場合、ダイクロイッククロスプリズム２０３は不要となり、白色の照明光を液晶表示デバイスで変調した変調光は、直接投影レンズでスクリーンに投影される。
このように白色の照明光を出射する照明装置を用いたプロジェクタにおいても、明るくコントラストに優れた画像をスクリーンに投影することができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を説明する模式図である。 図１の照明装置の構成を説明するブロック図である。 図１の光源ユニットの基本部材の構成を説明する部分拡大図である。 図１の照明装置の構成を説明する上面視図である。 図１の入射端の構成を説明する部分拡大図である。 光源ユニットが平面状に配置された場合を説明する模式図である。 図１の光源ユニットの点灯シーケンスを説明する模式図である。 図１の光源ユニットの点灯シーケンスを説明するグラフである。 図１の照明装置の別の実施形態を説明する模式図である。 図９の照明装置の実施形態を説明する上面視図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の構成を説明する模式図である。 図１１の照明装置の構成を説明する上面視図である。 図１１の導光ユニットにおける入射端の構成を説明する部分拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係るプロジェクタの構成を説明する模式図である。

符号の説明

１，１０１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ 照明装置
２，１０２ 光源ユニット（光源）
３，１０３ 導光ユニット（導光手段）
４ 駆動部（回転手段）
５，５Ａ 反射板（反射部）
２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ ＬＥＤ（発光部）
２３ テーパロッド
３１ 入射端
３２ 平行ロッド
３３ 出射端
３４ 直角プリズム（プリズム）
２０１ プロジェクタ
２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂ 液晶表示デバイス（表示デバイス）
２０４ 投影レンズ（投影光学手段）
Ｌ 軸線

Claims (10)

1. 円弧状に配置され、該円弧の軸線に向かって照明光を出射する複数の光源と、
   該複数の光源に対向するとともに、前記軸線に焦点を有する凹面状の入射端と、前記照明光が出射される出射端と、を有する導光手段と、
   が設けられている照明装置。
2. 前記導光手段における前記軸線方向の端面に対向するとともに、前記入射端から前記光源に向かって延び、前記導光手段に対向する面が光を反射する反射面である反射部が設けられている請求項１記載の照明装置。
3. 前記複数の光源が、前記軸線を中心とする円環状に配置され、
   前記導光手段に、前記軸線の位置に配置され、前記入射端から入射した照明光を前記軸線方向に反射するプリズムが設けられ、
   前記導光手段を、前記軸線回りに回転駆動する回転手段が設けられている請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記導光手段における前記軸線方向の端面に対向するとともに、前記入射端から前記光源に向かって延び、前記導光手段に対向する面が光を反射する反射面である反射部が設けられ、
   前記回転手段が、前記導光手段とともに前記反射部を回転駆動する請求項３記載の照明装置。
5. 前記導光手段における前記軸線方向の端面に対向するとともに、前記入射端から前記光源に向かってリング板状に延び、前記導光手段に対向する面が光を反射する反射面である反射部が設けられている請求項３記載の照明装置。
6. 前記光源が、前記入射端に対向する期間のみ点灯される請求項３から５のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記光源に、照明光を出射する発光部と、出射された光を前記入射端に向かって導くテーパロッドと、が設けられている請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記入射端がシリンドリカルレンズである請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
9. 前記導光手段に、前記入射端が形成され、照明光を前記出射端に導く平行ロッドが設けられている請求項１から８のいずれかに記載の照明装置。
10. それぞれ異なる原色光を出射する請求項１から請求項９のいずれかに記載の複数の照明装置と、
    入力された画像データに基づき、前記照明装置から出射された照明光を変調する表示デバイスと、
    前記変調された照明光をスクリーンに投射する投影光学手段と、
    が設けられている画像投影表示装置。

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