JP2011164348A - 照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の発散角度を小さくするとともに、光源からの光源光を有効利用した照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の照明装置１は、波長域の異なる複数の光源１０と、角筒状部２０Ａを主要部とするライトトンネル２０を用いたものである。複数の入射開口２１Ｒ，２１Ｂが角筒状部２０Ａの壁面体２２に設けられている。そして、これら入射開口２１Ｒ，２１Ｂには光源１０Ｒ，１０Ｂが接続され、これら光源からの光源光が角筒状部２０Ａの光軸に対し直角となる方向から入射される。また、入射開口２１Ｒ，２１Ｂには、透過フィルタ４０が設けられ、入射開口２１Ｒ，２１Ｂが開口される角筒状部２０Ａの内部空間には、当該光源光のみを角筒状部２０Ａ内へ反射させるとともに、反射された光源光の内壁面２２ａにおける反射角度を大きくするための反射フィルタ５０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置に係り、特に、光源からの光源光を集光合成するインテグレータとしてライトトンネルを用いたものに関する。

投写型映像表示装置などに用いられる照明装置としては、発光管からの照射光をリフレクタにより平行光又は収束光として出射する超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の光源ランプを用いたものが一般的である。また、近年においては、長寿命であること、光への変換効率が高いこと、発熱量が少ないことなどの理由から発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたものが検討されている。

ところで、発光ダイオードは、単体では発光量が小さいため投写型映像表示装置のように比較的大きな発光量が要求される応用分野では、複数の光源からの光源光を集光合成するためにライトトンネルやロッドインテグレータが用いられている。ライトトンネルは、反射膜を蒸着したミラーにより断面四角形の角筒状に形成されたものであって、その一端側から光を入れ、角筒状部の内壁面で全反射を繰り返しながら他端に設けられた出射開口から出射させることにより、複数の光源からの光源光を集光合成するとともにその輝度分布を均一化させる装置である。ロッドインテグレータは、ライトトンネルにおける前記角筒状部に代わり、四角柱形状のガラス部材を用いたもので、このガラス部材の一端側から光を入射し、その内部で全反射を繰り返しながら他端に設けられた出射面から出射させることにより複数の光源からの光源光を集光合成するとともにその輝度分布を均一化させる装置である。したがって、両者は、作用が類似している。また、このために、上記ライトトンネルをロッドインテグレータと称している文献もある。

このようなライトトンネルやロッドインテグレータを用いた照明装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２などに記載されたものがある。
特許文献１は、ロッドインテグレータの側面に、赤色光、緑色光、又は青色光を出射する発光ダイオードがアレイ状に配列された光源が設けられ、このように構成された光源からの光源光を集光合成することにより高輝度の白色光を出射するようにした照明装置である。また、この特許文献１には中空状のロッドインテグレータ（これは上記におけるライトトンネルのことを言っている）を用いてもよいとの記載がある。なお、以下においてＬＥＤアレイというときは、このように複数の発光ダイオードが同一平面内に配置された光源をいうものとする。

また、特許文献２は、ロッドインテグレータの一端の光入射面に対面してクロスダイクロイックミラーが設けられるとともに、赤色光を出射するＬＥＤアレイが入射面に対面して設けられ、さらに、緑色光を出射するＬＥＤアレイ及び青色光を出射するＬＥＤアレイがクロスダイクロイックミラーを挟んで両側面に設けられている。特許文献２は、このような構成により高輝度の白色光を出射する照明装置としたものである。なお、この文献におけるロッドインテグレータは上記ライトトンネルのことである。

特開２００５−２８３８３７号公報 特開２００５−３１６４０６号公報

ところで、上記従来の照明装置においては、発光ダイオードから光軸方向に直線状に放射される光源光を集光合成するものが記載されているが、一般的な発光ダイオードからの光源光の集光合成については触れられていない。すなわち、光源としての発光ダイオードは発光部の面積が大きく、かつ発光ダイオードからの光源光は、広い範囲の放射発散角度を持って出射されるものであり、前記特許文献のように直線状に出射されるものではない。したがって、光源として発光ダイオードを用いた照明装置については、光源側のこのような特性を加味して出射光の発散角度を小さくする処置を施すことが、この照明装置を利用する装置を小型化する上で必要とされる。しかし、前記従来技術においては、この点について開示されていない。なお、照明装置の出射光の発散角度が大きくなると、その後に続く照明光学系のサイズが大きくなり、構成部品数が増えるなどの弊害が生ずる。

また、照明装置としては、一般に小型化の要請の他に、光源光の有効利用が要請されている。したがって、上記のように出射光の発散角度を小さくする処置を施した照明装置にあっても、入射開口から出射開口に至る経路において、複数の光源のうちの一つの光源から出射された光が他の光源側へ入射することがないようすることが必要である。さらに、このような照明装置においては、複数の光源それぞれから出射された光が元の光源側方向へ戻ることのないように配慮することも必要とされる。しかしながら、前記従来技術にはこの点についても何ら開示されていない。以上のごとく、上記従来の照明装置は、実施可能な照明装置とするには未解決の問題が残されていた。

本発明は、このような問題点に鑑み成されたもので、照明光の発散角度を小さくするとともに、光源からの光源光を有効利用した照明装置及びこれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、上記課題を解決するために、波長域の異なる複数の光源と、４面の壁面体により断面形状が略四角形に形成された角筒状部を有するとともに、前記壁面体の各内壁面が光を反射する反射ミラーに形成され、さらに、この角筒状部の一端側には前記複数の光源からの光源光をそれぞれ別個に入射するように入射開口が形成される一方、この角筒状部の他端側には前記内壁面で反射されながら前記入射開口から前記角筒状部内を進行してきた光を出射するための出射開口が形成されたライトトンネルとを備え、
前記入射開口は、前記角筒状部の光軸と直角を成す方向から光源光を入射するように前記壁面体に形成された第１入射開口を含み、この第１入射開口には、当該第１入射開口に接続される光源の光源光のみを選択的に透過する透過フィルタが取り付けられ、さらに、前記第１入射開口が開口される角筒状部の内部空間には、当該第１入射開口に接続された光源から出射される波長域の光源光が角筒状部の内壁面で大きな反射角度で反射されるように、当該光源光のみを光の進行方向に反射させ、非反射面側から入射する他の波長域の光を透過させる反射フィルタが設けられていることを特徴とする。

本発明に係る照明装置によれば、波長域の異なる複数の光源からの光源光は、それぞれ別個に形成された入射開口から入射され、前記内壁面で全反射されながら角筒状部内を出射開口に向かって進行し、集光合成されて出射開口から出射される。したがって、波長域の異なる複数の光源からの光源光が集光合成されて大きな発光量の照明装置を構成することができる。また、この出射光は、角筒状部内で反射が繰り返されることにより輝度分布が均一化される。また、第１入射開口は、角筒状部の光軸と直角を成す方向から光源光を入射するように構成されているので、基板に形成される発光ダイオードのような光源を小さなスペースで取り付けることができる。また、第１入射開口には、当該第１入射開口に接続される光源の光源光のみを選択的に透過する透過フィルタが取り付けられているので、他の光源から出射された光源光が入り込むことによる光の使用効率の低下が防止されている。また、第１入射開口が開口される角筒状部の内部空間には、当該第１入射開口に取り付けられた光源から出射される波長域の光源光が角筒状部の内壁面で大きな反射角度で反射されるように、当該光源光のみを光の進行方向に反射させ、他の波長域の光を透過させる反射フィルタが設けられているので、このライトトンネルから出射される照明光（出射光）の発散角度をより小さくすることができる。したがって、この照明装置を利用する応用製品をより小型化することを可能としている。ここで照明光（出射光）の発散角度とは、出射開口から出射される光の拡がり角度をいう。

前記光源は、発光ダイオードを用いたものとしてもよい。このように構成すれば、光源の寿命を長くすることができるとともに、光への変換効率を高くすることができ、さらに、光源からの発熱量を少なくした照明装置を提供することができる。

また、前記光源として発光ダイオードを基板上にアレイ状に配列したものとしてもよい。このように構成すると、単体として発光量が小さい発光ダイオードを用いながら、輝度の大きい照明装置を提供することができる。

また、この照明装置において、前記角筒状部の長さ方向の少なくとも一部は、対向する一対又は２対の壁面体が出射開口に向かって前記角筒状部の断面が大きくなるようにテーパ状部に形成されていることが好ましい。このようにすると、テーパ状部を構成する壁面体で反射される光の壁面体における反射角度が大きくなり、この照明装置から出射される照明光の発散角度を小さくすることができる。

また、この場合において、全ての光源からの光源光が入射された後の前記角筒状部の部分が、少なくとも前記テーパ状部に形成されていることが好ましい。このように構成すると、全光源から出射される全光源光の壁面体における反射角度が大きくなるので、この照明装置から出射される照明光の発散角度をより小さくすることができる。

また、このような照明装置において、前記透過フィルタは、前記角筒状部の内壁面と同一面上に形成されるとともに、この透過フィルタの出射面には、当該光源からの光源光のみを透過し他の波長域の光を反射するダイクロイックコートが施されていることが好ましい。このように構成すると、透過フィルタが角筒状部の内壁面で反射されながら進行する光の進行を円滑に進めることができるとともに一旦透過された光が元の光源側に戻ることが防止されるので、光源光の使用効率を向上させることができる。

また、前記複数の入射開口のうちの一の入射開口は、前記角筒状部における出射開口に対向する端面に形成された第２入射開口とすることが好ましい。このように構成すると、照明装置全体としての構成を簡略化することができるとともに、その構成を簡素化及び小型化することができる。

また、上記照明装置において、前記第１入射開口は複数形成されていることが好ましい。このように構成すると、複数の光源からの光源光を集光合成することが容易となる。
また、前記複数の第１入射開口のうちの少なくとも一部を成す複数の第１入射開口は、角筒状部における同一壁面体に形成されているようにしてもよい。このように構成すると、第１入射開口を同一側に形成することができるので、角筒状部における長さ方向と直角の方向の寸法を小さくすることができる。

また、上記照明装置において、前記複数の第１入射開口のうちの少なくとも一部を成す複数の第１入射開口は、角筒状部における少なくとも二つ以上の壁面体に分散されて形成されているようにしてもよい。このように構成すると、角筒状部の同一壁面体に全ての複数の第１入射開口を設ける場合と比較して、複数の第１入射開口間の角筒状部の長さ方向の寸法を小さく形成することができる。

前記複数の光源には緑色光を出射する光源、赤色光を出射する光源及び青色光を出射する光源が含まれ、これら光源からの光源光が集光合成されて白色光が出射されるように形成されているようにしてもよい。このように構成すれば、白色光を出射する照明装置を構成することができる。

また、前記反射フィルタは、前記第１入射開口から入射された光のうちの放射発散角度の大きい光が当該光源側に反射することを防止する第１平面部と、前記第１入射開口から入射された光のうちの放射発散角度の小さい光が前記内壁面に対し大きい角度で反射されるようするための第２平面部とから成る２平面形状に形成されていることが好ましい。ここで、放射発散角度は、光の進行方向と光軸との成す角度のことをいう。このように構成すると、第１平面部が設けられていることにより当該光源から出射された光源光が元の光源方向へ戻ることを防止することができるので、光源光の使用効率を向上させることができる。また、第２平面部が形成されていることにより、当該光源から出射された光源光の、角筒状部の内壁面における反射角度が大きくなるので、出射開口から出射される出射光の発散角度を小さくすることができる。

また、このように構成された照明装置において、Ｓを前記角筒状部の光軸方向に切断した縦断面図における第１入射開口の開口幅寸法とし、Ｗ１を同断面における第１平面部の幅寸法とし、Ｗ２を同断面における第２平面部の幅寸法としたときに、Ｓ≒Ｗ２／√２≦Ｗ１なる式を満たすように形成されていることが好ましい。このように構成すると、第１入射開口から入射される光が第１入射開口に対面する内壁面に直接照射されることがなくなり、第１入射開口から入射される光が元の光源方向へ戻ることが防止される。したがって、出射開口から出射される出射光の発散角度を小さくする反射フィルタとして、適切な形状とすることができる。

また、この照明装置において、前記第１平面部は、前記角筒状部の光軸に対し直角に形成されているとともに、その反射面が前記第１入射開口における光の反進行方向側の端面と一致するように形成され、さらに、前記第２平面部は、前記角筒状部の光軸に対し４５度に形成されていることが好ましい。このように構成すると、第１平面部により、光源から出射される光源光のうち放射発散角度の大きい光源光が元の光源方向へ反射されることを防止することができる。また、第２平面部により、光源から出射される光源光のうち放射発散角度の小さい光源光の前記角筒状部の内壁面における反射角度を大きくし、出射開口から出射される出射光の発散角度を小さくすることができる。

また、このような照明装置において、前記光源と第１入射開口との間には、光源光を前記角筒状部内へ導くための、角筒状部と同様構造の補助導光部が設けられてもよい。このように構成されると、基板に取り付けられている光源を入射開口に対し取り付けることが容易になるとともに、光源からの光源光を有効に角筒状部へ導くことができる。
また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記のように構成された照明装置を用いたものである。このように構成された投写型映像表示装置によれば、複数の光源からの光源光を集光合成することができるので、発光ダイオードのような単体としては発光量の小さい光源を使用しながら、全体として大きな発光量が必要とされる投写型映像表示装置を提供することができる。

本発明に係る照明装置によれば、波長域の異なる複数の光源からの光源光が集光合成されて大きな発光量の照明装置を構成することができる。また、角筒状部の光軸と直角を成す方向から光源光を入射することにより基板に形成される発光ダイオードのような光源を小さなスペースで取り付けすることができる。また、第１入射開口に接続される光源の光源光のみを選択的に透過する透過フィルタが設けられるとともに、第１入射開口が開口される角筒状部の内部に、第１入射開口からの光源光のみを光の進行方向に反射させる反射フィルタが設けられている。これにより、波長域の異なる複数の光源からの光源光を効率よく合成するとともに、出射光の発散角度を小さくし、さらに、輝度分布が均一化された照明光を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る照明装置の全体構成図である。 同照明装置における光源のイメージ図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 同照明装置における反射フィルタの作用説明図である。 同反射フィルタに関する参考例の作用説明図である。 同反射フィルタに関する他の参考例の作用説明図である 本発明の実施の形態２に係る投写型映像表示装置の全体構成図である。 実施の形態１及び実施の形態２に係る照明装置における角筒状部の変形例である。 同照明装置における角筒状部の他の変形例である。 同照明装置における角筒状部の更なる他の変形例である。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態に係る照明装置１について、図１〜図６を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る照明装置１は、図１に示すように、複数の光源１０と、光源１０からの光源光を入射するための入射開口２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂを備えたライトトンネル２０とから構成されている。なお、以下の説明において、光源を特定しないときは光源１０と称する。

光源１０は、波長域の異なる複数の光源１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂからなり、それぞれ別個の入射開口２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂから入射されるように形成されている。各光源１０は、１個の発光ダイオード１１から構成されるものでもよいが、図２に示すように、発光量を大きくするため同一色光を発光する複数の発光ダイオード１１を基板１２上に配列したアレイ状のものが用いられている。すなわち、光源１０として、緑色光を発光する複数の発光ダイオード１１が基板１２上にアレイ状に配列された光源１０Ｇ、この光源１０Ｇに準じた構成の赤色光を発光する光源１０Ｒ及び青色光を発光する光源１０Ｂの３種の光源が用いられている。

ライトトンネル２０は、角筒状部２０Ａを主要部としている。角筒状部２０Ａは、図２及び図３から分かるように、４枚の長方形のガラス板が壁面体２２として組み合わされて、略四角形の断面形状に形成されている。壁面体２２を成すガラス板は、角部において接着固定されている。また、壁面体２２の内壁面２２ａは、反射ミラーとするために、高い反射率を持ち、角度依存性のない反射膜が施されている。反射膜としては短波長での減衰を極力抑えた耐熱銀蒸着膜が形成されている。このように構成された角筒状部２０Ａの一端側には複数の入射開口２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂが形成される一方、この角筒状部２０Ａの他端側には内壁面２２ａで反射されながら角筒状部２０Ａ内を進行してきた光を出射するための出射開口２３が形成されている。

入射開口２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂは、光源１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂの数に対応する複数、すなわちこの実施の形態においては３個の入射開口２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂが設けられている。これら複数の入射開口２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂのうちの１個の入射開口２１Ｇは、角筒状部２０Ａの一端開口部を利用するものであり、この入射開口２１Ｇには緑色光を発光する光源１０Ｇが設けられている。他の２個の入射開口２１Ｒ，２１Ｂは、角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１（Ｃ１については図４参照）と直角を成す方向から光源光を入射するように壁面体２２に形成されている。なお、本発明においては、壁面体２２に形成される入射開口２１Ｒ，２１Ｂを第１入射開口といい、一端開口部を利用する入射開口２１Ｇを第２入射開口という。

第１入射開口を構成する入射開口２１Ｒ，２１Ｂは、対向する壁面体２２、より具体的には図１における上下の壁面体２２それぞれに対し、この角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１と直角方向から光源光を入射するように１個設けられている。第１入射開口のうちの第２入射開口に近い方の入射開口２１Ｒは、下方の壁面体２２に形成されるとともに赤色光を発光する光源１０Ｒが設けられている。また、第２入射開口から遠い方の第１入射開口である入射開口２１Ｂは、上方の壁面体２２に形成されるとともに青色光を発光する光源１０Ｂが設けられている。

また、入射開口２１Ｒ，２１Ｂには、光源１０Ｒ又は光源１０Ｂからの光源光を効率よく角筒状部２０Ａ内へ導くために、角筒状部２０Ａと同様構造の補助導光部３０が壁面体２２に設けられている。補助導光部３０は、角筒状部２０Ａとは別体に形成されたものであって、接着剤により壁面体２２の入射開口２１Ｒ，２１Ｂに取り付けられている。さらに、これら入射開口２１Ｒ，２１Ｂには、透過フィルタ４０が設けられている。この透過フィルタ４０は、その出射面４０ｂが壁面体の内壁面２２ａと同一平面となるように設けられている。なお、この透過フィルタ４０における光源光の入射面４０ａには増透過コートが施されるとともに、その出射面４０ｂには、当該光源１０Ｒ，１０Ｂからの光源光の波長域の光のみを透過し他の波長域の光を反射するダイクロイックコートが施されていることが好ましい。

また、入射開口２１Ｒ，２１Ｂが開口される角筒状部２０Ａの内部空間には、当該入射開口２１Ｒ，２１Ｂから出射される波長域の光源光のみを角筒状部２０Ａの光の進行方向に反射させ、非反射面から入射する光を透過可能とする反射フィルタ５０が設けられている。このために、反射フィルタ５０は、当該入射開口２１Ｒ，２１Ｂから出射される波長域の光源光のみを反射し、他の波長域の光を透過させる材料から構成されている。また、反射フィルタ５０は、図４に示すように、第１平面部５１と第２平面部５２とから成る２平面形状に形成されている。第１平面部５１は、入射開口２１Ｒ，２１Ｂから入射された光のうちの放射発散角度の大きい光、例えば光ｘ２が当該光源側に反射することを防止するものである。また、第２平面部５２は、入射開口２１Ｒ，２１Ｂから入射された光のうちの放射発散角度の小さい光、例えば光ｘ３が内壁面２２ａに対し大きい角度で反射されるようするためのものである。ここで、放射発散角度は、光の進行方向と光軸（この場合は、補助導光部３０の光軸Ｃ２と同じ）との成す角度θのことをいう。また、この実施の形態において放射発散角度の大小は放射発散角度が４５度の光ｘ１を基準としている。すなわち、「放射発散角度の大きい」とは、放射発散角度が４５度以上であることを意味し、「放射発散角度の小さい」とは放射発散角度が４５度未満であることを意味している。因みに、放射発散角度の大きい光の例としての光ｘ２の放射発散角度は約５５度であり、放射発散角度の小さい光の例としての光ｘ３の放射発散角度は約４０度である。

そして、第１平面部５１は、入射開口２１Ｒ，２１Ｂに近い側に設けられているものであって、角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１に対し直角に形成されるとともに、入射開口２１Ｒ，２１Ｂから入射された光を反射させる反射面５０ｂが入射開口２１Ｒ，２１Ｂにおける光の反進行方向側端面と一致するように設けられている。また、第２平面部５２は、入射開口２１Ｒ，２１Ｂから遠い側に設けられるとともに、角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１に対し４５度に形成されている。なお、この反射フィルタ５０における非反射面（反射面の反対側の面）５０ａには増透過コートが施されるとともに、反射面５０ｂには当該光源１０Ｒ，１０Ｂからの光源光の波長域の光のみを反射し他の波長域の光を透過するダイクロイックコートが施されていることが好ましい。

さらに、この反射フィルタ５０は、次の式１を満たすように形成されている。これは、当該光源側に反射する光を防止するとともに、当該入射開口２１Ｒ，２１Ｂから出射される波長域の光源光のみを角筒状部２０Ａの内部へ反射させ、さらに、その内壁面２２ａにおける反射角度を最大にするための適切な形態として求められたものである。

Ｓ≒Ｗ２／√２≦Ｗ１…(式１)
ただし、式１において、Ｓは第１入射開口(具体的には入射開口２１Ｒ，２１Ｂ)の開口幅寸法であり、Ｗ１は角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１に対し直角を成す方向の第１平面部５１の幅寸法であり、Ｗ２は角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１に対し４５度を成す方向の第２平面部５２の幅寸法である。

このように構成すると、第１平面部５１の幅寸法Ｗ１が第１入射開口(具体的には入射開口２１Ｒ，２１Ｂ)の開口幅寸法Ｓより大きくなるので、補助導光部３０から出射される放射発散角度の大きい光が必ず第１平面部５１に対し放射されて、角筒状部２０Ａの内部へ反射されることになる。仮に、第１平面部５１の幅寸法Ｗ１が第１入射開口(具体的には入射開口２１Ｒ，２１Ｂ)の幅寸法Ｗ２より小さい場合には、次のような問題が発生する。すなわち、図５に示すように、補助導光部３０から出射される放射発散角度の大きい光、例えば、光ｘ１，ｘ２が第２平面部で反射されて元の光源１０Ｒ，１０Ｂ側に戻ることになり、光源１０Ｒ，１０Ｂから放射される光源光の使用効率が低下する。

また、上記の式１を満たすように構成されていると、第２平面部５２の角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１方向の寸法Ｓ１が第１入射開口(入射開口２１Ｒ，２１Ｂ)の開口幅寸法Ｓより大きくなる。したがって、このように構成されていると、角筒状部２０Ａの下方の壁面体２２における第１入射開口(入射開口２１Ｒ，２１Ｂ)に対面する場所に、入射開口２１Ｒ，２１Ｂから出射された光が直接照射されることがない。仮に、寸法Ｓ１が開口幅寸法Ｓより小さく上記式１を満足しない場合には、次のような問題が発生する。例えば、図６に示すように、光ｘ４が入射開口２１Ｒ，２１Ｂから放射される場合、この光ｘ４は、角筒状部２０Ａの下方の壁面体２２における入射開口２１Ｒ，２１Ｂに対面する内壁面２２ａに対し照射される。そして、内壁面２２ａで反射された光が元の光源１０Ｒ，１０Ｂ側に戻ることになり、光源１０Ｒ，１０Ｂから放射される光源光の使用効率が低下することになる。

本実施の形態に係る照明装置１は、次のようにして、各光源からの光源光が集光合成されて大きな発光量の白色光として出射される。
光源１０Ｇから出射される緑色光（図１における実線矢印）は、角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１と同一の光軸を備えており、角筒状部２０Ａの内壁面２２ａで繰り返し反射されながら出射開口２３の方へ進行する。また、この光源光は、進行経路中の入射開口２１Ｒ，２１Ｂが開口される角筒状部２０Ａの内部空間に配置されている反射フィルタ５０を透過する。この場合において、反射フィルタ５０の非反射面５０ａに増透過コートが施されている場合は、高透過率が維持される。また、この光源光の一部は、入射開口２１Ｒ，２１Ｂに配置された透過フィルタ４０の出射面４０ｂに照射されることがあるが、この透過フィルタ４０の作用により、また、この透過フィルタ４０の出射面４０ｂにダイクロイックコートが施されている場合はその作用により、出射開口２３の方へ光が進行するように支障なく反射される。

また、光源１０Ｒから出射される赤色光（図１における破線矢印）は、補助導光部３０の光軸Ｃ２と同一の光軸で出射されて、補助導光部３０の内壁面で反射されながら入射開口２１Ｒへ進行する。そして、この光が入射開口２１Ｒに設けられた透過フィルタ４０を透過する。光源１０Ｒから出射された赤色光の光軸は、反射フィルタ５０で反射された後は角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１と平行な光軸となる。そして、図４に示すように、光源１０Ｒから出射された赤色光のうち、放射発散角度の大きい光、例えば光ｘ１，ｘ２は第１平面部５１で反射され、また、放射発散角度の小さい光、例えばｘ３は第２平面部５２へ照射されて角筒状部２０Ａの内部へ反射される。このように４５度に傾斜する第２平面部５２で反射されて角筒状部２０Ａの内部へ反射されると、内壁面２２ａにおける反射角度が大きくなる。これにより出射開口２３から出射される出射光の発散角度が小さくなる。

仮に、このような第２平面部５２がなく、第１平面部５１のような光軸Ｃ１と直角を成す平面部や、壁面体２２の内壁面２２ａに直接照射された場合は、図４における光ｘ２，ｘ３の反射から分かるように、内壁面２２ａにおける反射角度が小さくなるため、出射開口２３から出射される出射光の発散角度が大きくなる。

そして、角筒状部２０Ａ内へ反射された赤色光は、前述の緑色光と同様に、角筒状部２０Ａの内壁面２２ａで繰り返し反射されながら、さらに、入射開口２１Ｂが開口される角筒状部２０Ａの内部空間に設けられた反射フィルタ５０を透過して、出射開口２３の方へ進行する。この場合において、反射フィルタ５０の非反射面５０ａに増透過コートが施されている場合は、高透過率が維持される。なお、この赤色光の一部も、前述の緑色光の場合と同様に、この入射開口２１Ｒよりも出射側にある入射開口２１Ｂに配置された透過フィルタ４０の出射面４０ｂに照射される。しかし、照射された赤色光は、この透過フィルタ４０の作用により、また、この透過フィルタ４０の出射面４０ｂにダイクロイックコートが施されている場合はその作用により、出射開口２３の方へ光が進行するように支障なく反射される。

また、光源１０Ｂから出射される青色光（図１における２点鎖線矢印）は、補助導光部３０の光軸Ｃ２と同一の光軸で出射されて、補助導光部３０の内壁面で反射されながら入射開口２１Ｂへ進行する。そして、この光が入射開口２１Ｂに設けられた透過フィルタ４０を透過する。光源１０Ｂから出射された青色光の光軸は、反射フィルタ５０で反射された後は角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１と平行な光軸となる。そして、赤色光の場合と同様に、反射フィルタ５０の作用により、光源１０Ｂから出射された青色光のうち、放射発散角度の大きい光、例えば光ｘ１，ｘ２は第１平面部５１で反射され、また、放射発散角度の小さい光、例えば光ｘ３は第２平面部５２で反射されて、角筒状部２０Ａ内を内壁面２２ａで繰り返し反射されながら出射開口２３へ進行する。なお、この青色光についても、第２平面部５２で反射された光は、内壁面２２ａにおける反射角度が大きくなり、出射開口２３からの発散角度が小さくなる。

以上のごとく構成された本実施の形態によれば次の効果を奏することができる。
（１）この照明装置１においては、上記のような過程を経て、発光ダイオード１１が基板１２上にアレイ状に配列された光源１０Ｇ、光源１０Ｒ及び光源１０Ｂからの光源光が、ライトトンネル２０内を内壁面２２ａにより反射されながら集光合成されて出射される。したがって、波長域の異なる複数の光源からの光源光が集光合成され、かつ輝度分布が均一化されて大きな発光量の照明光として出射される。

（２）第１入射開口を成す入射開口２１Ｒ，２１Ｂには、角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１と直角を成す方向から光源光を入射するように構成されているので、基板１２に形成される発光ダイオード１１のような光源を小さなスペースで取り付けすることができる。より具体的に述べると、このように角筒状部２０Ａの光軸Ｃ１と直角を成す方向から光源光を入射する場合は、補助導光部３０がない場合も比較的取り付けが容易である。また、補助導光部３０を設けなくても台座を設ける程度でも取り付けることが容易になる。

（３）また、この第１入射開口を成す入射開口２１Ｒ，２１Ｂには、光源１０Ｒ，１０Ｂと入射開口２１Ｒ，２１Ｂとの間には、光源光を角筒状部２０Ａ内へ導くための補助導光部３０が設けられている。この補助導光部３０は、角筒状部２０Ａと同様構造のものである。したがって、基板１２に発光ダイオード１１が取り付けられている光源１０Ｒ及び光源１０Ｂを入射開口２１Ｒ，２１Ｂに対し取り付けることが容易になるとともに、光源１０Ｒ，１０Ｂからの光源光を有効に角筒状部２０Ａへ導くことができる。

（４）また、第１入射開口を成す入射開口２１Ｒ，２１Ｂには、当該第１入射開口に接続される光源１０Ｒ又は光源１０Ｂの光源光のみを選択的に透過する透過フィルタ４０が取り付けられているので、他の光源から出射された光源光が入り込むことによる光の使用効率の低下が防止されている。

（５）また、この透過フィルタ４０は角筒状部２０Ａの内壁面２２ａと同一面上に形成されるとともに、その出射面４０ｂには他の光源からの光源光を反射するためのダイクロイックコートが施されている場合には、他の光源から出射された光源光が入り込むことによる光の使用効率の低下がより確実に防止される。

（６）また、この透過フィルタ４０における光源光の入射面４０ａには増透過コートが施されている場合には、透過率が高くなり光の使用効率がこの点からも高く維持されている。

（７）また、第１入射開口を構成する入射開口２１Ｒ，２１Ｇが開口される角筒状部２０Ａの内部空間には、当該光源光のみを角筒状部２０Ａの光の進行方向に反射させるとともに、入射開口２１Ｒ，２１Ｇから出射される波長域の光源光が角筒状部２０Ａの内壁面２２ａで大きな反射角度で反射されるように反射フィルタ５０が設けられている。また、この反射フィルタ５０は、非反射面５０ａから入射される他の波長域の光は透過させるように形成されている。これにより、このライトトンネル２０から出射される照明光の発散角度が小さくなる。したがって、この照明装置１を利用する応用製品を小型化することを可能としている。

（８）反射フィルタ５０は、第１入射開口である入射開口２１Ｒ，２１Ｂから入射された光のうちの放射発散角度の大きい光が当該光源方向へ反射されることを防止する第１平面部５１を備えている。また、反射フィルタ５０は、第１入射開口である入射開口２１Ｒ，２１Ｂから入射された光のうちの放射発散角度の小さい光を壁面体２２において大きな反射角度で反射させるようにする第２平面部５２を備えている。このように反射フィルタ５０が２平面部から構成されることにより、元の光源１０Ｒ，１０Ｂ方向への戻り反射を防止するとともに、出射開口２３から出射される出射光の発散角度を小さくすることができる。

（９）また、この２平面部から成る反射フィルタ５０は、前述の式１を満たすように構成されている。これにより、光源１０Ｒ，１０Ｂから出射された光源光が元の光源１０Ｒ，１０Ｂ方向へ戻ることを禁じながら、出射開口２３から出射される光の発散角度を小さくする反射フィルタ５０として、適切な形状とすることができる。

（１０）光源１０には発光ダイオード１１が用いられているので、光源１０の寿命を長くすることができるとともに、光への変換効率を高くすることができ、さらに、光源１０からの発熱量を少なくした照明装置１を提供することができる。

（１１）また、光源１０Ｇ，１０Ｒ．１０Ｂは、複数の発光ダイオード１１が基板１２上にアレイ状に配置されたものであるので、発光量の小さい発光ダイオード１１を用いながら、輝度の大きい照明装置１を提供することができる。

（１２）また、複数の入射開口のうちの一の入射開口２１Ｇは、角筒状部２０Ａにおける出射開口２３に対向する端面に形成された第２入射開口として形成されているので、照明装置１全体としての構成を簡略化することができるとともに、その構成を簡素化及び小型化することができる。

（１３）角筒状部２０Ａの壁面体２２には複数の入射開口２１Ｒ，２１Ｂが形成されているので、複数の光源からの光源光を集光合成する機構が簡素化及び小型化される。
（１４）また、これら複数の入射開口２１Ｒ，２１Ｂは、対向する２面に分散されて設けられているので、入射開口２１Ｒと入射開口２１Ｂとの角筒状部２０Ａにおける長さ方向の間隔を同一壁面体２２に設けるよりも短くすることができる（例えば後述する図１０参照）。

（１５）また、複数の光源１０には緑色光を出射する光源１０Ｇ、赤色光を出射する光源１０Ｒ及び青色光を出射する光源１０Ｂが含まれ、これら光源からの光源光が集光合成されて白色光が出射されるように形成されているので、白色光を出射する照明装置１を構成することができる。

［実施の形態２］
次に、実施の形態２に係る投写型映像表示装置ついて、図７に基づき説明する。
実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、入力される映像信号に従って赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）３色の色光を順次高速に切り換えて出射する照明装置１と、照明装置１から照射された出射光を集光する集光レンズ６１とを有する。また、この投写型映像表示装置は、集光レンズ６１を通して供給される照明光を光変調する光変調装置６２と、光変調装置６２で変調された変調光を映像光として投写する投写レンズ６３と、投写レンズ６３により映像光が拡大投写されるスクリーン６４とを備えている。

上記において、照明装置１は、構造的には前述の通りのものであるが、使用に際しては各光源１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂを、入力される映像信号に従って順次高速に切り換えて点灯するようにしたものである。したがって、この照明装置からは、前述のように、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）３色の色光が映像信号に従って順次高速に切り換えて出射される。

また、光変調装置６２は、反射型光変調装置であって、照明装置１から高速で切り換えられながら入射される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）３色の色光を順次光変調する。
したがって、この実施の形態に係る投写型映像表示装置は、変調された映像光が投写レンズ６３を通しては赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）それぞれの色光の映像光として順次投写され、これによりスクリーン６４に映像が映し出されるように構成されている。

実施の形態２における照明装置１は、実施の形態１における照明装置を変形したものであって、前記（２）〜（１４）の効果を奏する。また、このように変形された照明装置１を用いた投写型映像表示装置は、次のような効果を奏することができる。

（１６）この実施の形態に係る投写型映像表示装置は、前述のように変形構成された照明装置１を用いたものであって、各光源１０として複数の発光ダイオード１１を基板１２上にアレイ状に配置したものを使用する。したがって、複数の発光ダイオード１１からの光を集光合成するため、単体としては発光量の小さい発光体を使用しながら、大きな輝度
の投写型映像表示装置を提供することができる。

（１７）また、この実施の形態に係る投写型映像表示装置は、照明装置１の光源として緑色光、赤色光及び青色光の領域の色光を放射する光源１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂを用いるとともに、これら光源を時分割的に順次点灯してそれぞれの色光を高速に切り換えて順次出射する照明装置を用いている。そして、照明装置１から高速に切り換えて順次出射される各色光を変調して順次映像光として出射する方式であるので、簡略、かつ小型化可能な投写型映像表示装置として提供することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施の形態において以下のように変更することができる。
・前記各実施の形態においては、光源１０として複数の発光ダイオード１１が基板１２上に配列されたアレイ状のものが用いられているが、これに代わり１個の発光ダイオードを用いたものとしてもよい。このような照明装置１は、発光量が少なくてもよい応用製品に用いられる。

・実施の形態１に係る照明装置は、波長域の異なる光源として緑色光、赤色光及び青色光の領域の色光を放射する光源１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂを用いて白色光を出射するものであるが、これに限定されるものではない。例えば、緑色光、赤色光又は青色光を放射させる照明装置として構成することもできる。この場合には、それぞれの色の波長域内において、異なる波長域の光を放射する複数の光源を集光合成するように構成すればよい。

・前記各実施の形態においては、第１入射開口である入射開口２１Ｒ，２１Ｂが対向する上下の壁面体２２に構成されていたが、上下面でなく上面と側面のような角部を介して相接する二つの壁面体２２に形成してもよい、また、入射開口２１Ｒ，２１Ｂは図８に示すようにと同一の壁面体２２に構成してもよい。このように入射開口２１Ｒ，２１Ｂを同一の壁面体２２に形成すると、入射開口２１Ｒ，２１Ｂが同一側となるので、角筒状部２０Ａにおける長さ方向と直角の方向の寸法を小さくすることができる。

・前記各実施の形態における記載から分かるように、本発明は、透過フィルタ４０及び反射フィルタ５０は、増透過コート及びダイクロイックコートが施されていないものをも包含する。

・また、前記各実施の形における記載から分かるように、本発明は、補助導光部３０を設けないものをも包含する。また、この補助導光部３０に代わり、入射開口２１Ｒ，２１Ｂに光源１０Ｒ，１０Ｂを取り付けるための台座を設けたものとしてもよい。

・また、前記各実施の形態においては、角筒状部２０Ａの断面形状が長さ方向において均一に形成されていたが、出射開口２３に向かって断面積が大きくなるように壁面体２２をテーパ状としてもよい。このようにテーパ状とすると、壁面体２２の内壁面２２ａが光の進行方向に向かって拡がるように傾斜するため、内壁面２２ａにおける反射角度が大きくなり、出射開口から出射される出射光の発散角度が小さくなる。

・なお、このように壁面体２２をテーパ状にするには全長に渡り一律に拡大するテーパ状とすることが好ましいが、図９及び図１０に示すように、部分的にテーパ状部としてもよい。図９は、入射開口２１Ｇから次の入射開口２１Ｒまでをテーパ状部２２１にした例である。また、図１０は、入射開口２１Ｒと入射開口２１Ｂとの、角筒状部２０Ａにおける光の進行方向の間隔を小さくするとともに、入射開口２１Ｂの後の角筒状部２０Ａにおいて壁面体２２をテーパ状部２２２にした例である。また、テーパ状にする壁面体２２として４面全部をテーパ状にすることが最も好ましいが、対向する一対の２面をテーパ状にしたものとしてもよい。

・実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、他の形態の投写型映像表示装置とすることができる。
例えば、前述の実施の形態においては、照明装置１として、光源１０Ｒ，１０Ｂ，１０Ｇを順次高速に切り換えて点灯されることにより、照明装置１から赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）が順次高速に切り換えて照射されるように構成されたものとしていた。しかし、照明装置１を実施の形態１に記す白色光を発光する照明装置１としてそのまま使用し、照明装置１から出射される白色光を、カラーホイールにより時分割的に赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分離し、分離された各色光を光変調装置６２により変調するようにしてもよい。

・また、光変調装置６２として、前記実施の形態２においは反射型光変調装置を用いていたが、これに代え液晶パネルに代表される透過型光反射型素子を用いた装置としてもよい。

本発明は、種々の照明装置に適用できる他、投写型映像表示装置などの発光量の大きい照明装置を使用する装置に幅広く使用することができる。

θ…角度、Ｓ…開口幅寸法、Ｃ１，Ｃ２…光軸、Ｗ１，Ｗ２…幅寸法、ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４…光、１…照明装置、１０，１０Ｇ，１０Ｒ，１０Ｂ…光源、１１…発光ダイオード、１２…基板、２０…ライトトンネル、２０Ａ…角筒状部、２１Ｇ，２１Ｒ，２１Ｂ…入射開口、２２…壁面体、２２ａ…内壁面、２３…出射開口、３０…補助導光部、４０…透過フィルタ、４０ｂ…出射面、５０…反射フィルタ、５０ｂ…反射面、５１…第１平面部、５２…第２平面部、２２１，２２２…テーパ状部。

Claims (16)

1. 波長域の異なる複数の光源と、４面の壁面体により断面形状が略四角形に形成された角筒状部を有するとともに、前記壁面体の各内壁面が光を反射する反射ミラーに形成され、さらに、この角筒状部の一端側には前記複数の光源からの光源光をそれぞれ別個に入射するように入射開口が形成される一方、この角筒状部の他端側には前記内壁面で反射されながら前記入射開口から前記角筒状部内を進行してきた光を出射するための出射開口が形成されたライトトンネルとを備え、
   前記入射開口は、前記角筒状部の光軸と直角を成す方向から光源光を入射するように前記壁面体に形成された第１入射開口を含み、
   この第１入射開口には、当該第１入射開口に接続される光源の光源光のみを選択的に透過する透過フィルタが取り付けられ、
   さらに、前記第１入射開口が開口される角筒状部の内部空間には、当該第１入射開口に接続された光源から出射される波長域の光源光が角筒状部の内壁面で大きな反射角度で反射されるように、当該光源光のみを光の進行方向に反射させ、非反射面から入射される他の波長域の光を透過させる反射フィルタが設けられている
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、前記光源は発光ダイオードを用いたものであることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２記載の照明装置において、前記光源は発光ダイオードが基板上にアレイ状に配列されたものであることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置において、前記角筒状部の長さ方向の少なくとも一部は、対向する一対又は２対の壁面体が出射開口に向かって前記角筒状部の断面が大きくなるようにテーパ状部に形成されていることを特徴とする照明装置。
5. 請求項４記載の照明装置において、全ての光源からの光源光が入射された後の前記角筒状部の部分が、少なくとも前記テーパ状部に形成されていることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置において、前記透過フィルタは、前記角筒状部の内壁面と同一面上に形成されるとともに、この透過フィルタの出射面には、当該光源からの光源光のみを透過し他の波長域の光を反射するダイクロイックコートが施されていることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜５の何れか１項に記載の照明装置において、前記複数の入射開口のうちの一の入射開口は、前記角筒状部における出射開口に対向する端面に形成された第２入射開口であることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の照明装置において、前記第１入射開口が複数形成されていることを特徴とする照明装置。
9. 請求項８記載の照明装置において、前記複数の第１入射開口のうちの少なくとも一部を成す複数の第１入射開口は、角筒状部における同一壁面体において同一方向に形成されていることを特徴とする照明装置。
10. 請求項８記載の照明装置において、前記複数の第１入射開口のうちの少なくとも一部を成す複数の第１入射開口は、角筒状部における少なくとも二つ以上の壁面体に分散されて形成されていることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の照明装置において、前記複数の光源には緑色光を出射する光源、赤色光を出射する光源及び青色光を出射する光源が含まれ、これら光源からの光源光が集光合成されて白色光が出射されるように形成されていることを特徴とする照明装置。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の照明装置において、前記反射フィルタは、前記第１入射開口から入射された光のうちの放射発散角度の大きい光が当該光源側に反射することを防止する第１平面部と、前記第１入射開口から入射された光のうちの放射発散角度の小さい光が前記内壁面に対し大きい角度で反射されるようするための第２平面部とから成る２平面形状に形成されていることを特徴とする照明装置。
13. 請求項１２記載の照明装置において、Ｓを前記角筒状部の光軸方向に切断した縦断面図における第１入射開口の開口幅寸法とし、Ｗ１を同断面における第１平面部の幅寸法とし、Ｗ２を同断面における第２平面部の幅寸法としたときに、
    Ｓ≒Ｗ２／√２≦Ｗ１
    なる式を満たすように形成されていることを特徴とする照明装置。
14. 請求項１３記載の照明装置において、前記第１平面部は、前記角筒状部の光軸に対し直角に形成されているとともに、その反射面が前記第１入射開口における光の反進行方向側の端面と一致するように形成され、さらに、前記第２平面部は、前記角筒状部の光軸に対し４５度に形成されていることを特徴とする照明装置。
15. 請求項１〜１４の何れか１項に記載の照明装置において、前記光源と第１入射開口との間には、光源光を前記角筒状部内へ導くための、角筒状部と同様構造の補助導光部が設けられていることを特徴とする照明装置。
16. 請求項１〜１５の何れか１項に記載の照明装置を用いたことを特徴とする投写型映像表示装置。

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