JP2013164916A

JP2013164916A - 照明装置

Info

Publication number: JP2013164916A
Application number: JP2012026285A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Miyanaga; 圭介宮永; Keijiro Asakura; 恵二郎朝倉; Junko Baba; 洵子馬場
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Marumo Electric Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Marumo Electric Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: JP5902499B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる高効率の照明装置を提供する。
【解決手段】光源２と、入射端面３ａから入射した光線を出射端面３ｂから出射する屈折率均一型のロッドレンズ３と、開口部４ａの端部４ｂがロッドレンズ３の入射端面３ａの外周部３ｄと接するように配置され、内周側に、光源２から出射した光線をロッドレンズ３の入射端面３ａに反射する反射面４ｃを備えるリフレクタ４と、投影レンズ５を含む投影レンズ系５０とを有し、ロッドレンズ３は、入射端面３ａから入射し、ロッドレンズ３の内側面で１回のみ全反射して出射端面３ｂに入射する光線Ｃｂと、入射端面３ａから出射端面３ｂに全反射することなく入射する光線Ｃａとが、出射端面３ｂで重ね合うことで、出射端面３ｂで照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光線が投影レンズ５にもれなく照射するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、舞台・スタジオ・ロケ等番組制作を目的とする照明装置に関する。

ＴＶスタジオや劇場舞台などの演出空間において用いられる照明装置が知られている。近年では、ＬＥＤなどを光源として用いた照明装置が知られている。

また、光源から出射した光の利用効率を高めるために、リフレクタ型レンズ、ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator）などを用いた照明装置が知られている。

また、特許文献１には、ＬＥＤを用いた光源と、入射端面からの入射光線を均一化した光線として出射端面から出射するロッドレンズと、前記光源からの出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に集光する第１の集光手段と、前記ロッドレンズからの出射光を集光する第２の集光手段と、を備えたことを特徴とするＬＥＤスポットライトが記載されている。

特開２００８−２３４９０８号公報

しかしながら、上述したリフレクタ型レンズやＣＰＣなどの光学素子を用いた照明装置では、上記光学素子の製造コストが高い、大型化が困難、などの問題がある。

また、照明装置の光源としてのＬＥＤは、光の出射角度によって、光の強度が異なる特性を有する。特許文献１に記載のＬＥＤライトスポットは、ロッドレンズにより、照度むらを低減しているが、光源とロッドレンズの間に集光レンズが配置されており、集光レンズの利用立体角により効率が制限される。また、特許文献１に記載のＬＥＤライトスポットは、ロッドレンズ内で光を複数回反射させて照度むらを低減する構成となっており、比較的長いロッドレンズを要する。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる、高効率の照明装置を提供すること、安価な照明装置を提供すること、などを目的とする。

本発明の照明装置は、光源と、柱形状に形成され、入射端面から入射した光線を出射端面から出射する、屈折率均一型のロッドレンズと、前記光源を取り囲むように形成され、前記ロッドレンズ側に前記入射端面と同径の開口部を備えるとともに該開口部の端部が前記ロッドレンズの入射端面の外周部と接するように配置され、内周側に、前記光源から出射した光線を前記ロッドレンズの前記入射端面に向けて反射する反射面を備えるリフレクタと、前記ロッドレンズの出射端面側に配置され、前記ロッドレンズの前記出射端面よりも大きい直径の投影レンズを含む投影レンズ系と、を有し、前記ロッドレンズは、前記入射端面から入射し、前記ロッドレンズの内側面で１回のみ全反射して前記出射端面に入射する光線と、前記入射端面から前記出射端面に全反射することなく入射する光線とが、前記出射端面で重ね合うことで、該出射端面で光の照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、該ロッドレンズの前記出射端面から出射した光線が前記投影レンズにもれなく照射するように形成されていることを特徴とする。
尚、柱形状とは、円柱形状、四角柱形状、多角柱形状を含む。

本発明によれば、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる、高効率の照明装置を提供することができる。また、本発明によれば、安価な照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る照明装置の全体構成の一例を示す側面図。本発明の実施形態に係る照明装置の全体構成の一例を示す斜視図。本発明の実施形態に係る照明装置の概念図。本発明の実施形態に係る照明装置のロッドレンズ内の光線の一例を示す図。本発明の実施形態に係る照明装置のリフレクタにより反射した光線の一例を示す図。本発明の実施形態に係る照明装置のリフレクタにより反射した光線の一例を示す図。本発明の実施形態に係る照明装置のロッドレンズの出射端面に形成された凹凸パターン部の一例を示す図、（ａ）は凹凸パターン部を有するロッドレンズの一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った凹凸パターン部の断面拡大図。本発明の実施形態に係る照明装置のロッドレンズの出射端面側に配置されたフライアイレンズ型のインテグレータレンズの一例を示す図、（ａ）はインテグレータレンズの斜視図、（ｂ）はインテグレータレンズの断面拡大図。本発明の実施形態に係る照明装置のリフレクタの変形例を示す図。本発明の他の実施形態に係る照明装置の全体構成の一例を示す図。

図１は、本発明の実施形態に係る照明装置１の全体構成の一例を示す側面図、図２は照明装置１の全体構成の一例を示す斜視図である。
図３は照明装置１の概念図、図４は照明装置１のロッドレンズ３内の光線の一例を示す図、図５は照明装置１のリフレクタ４により反射した光線の一例を示す図である。

本発明は、むらのある光源に対しての一次照明光学系に関する。
本発明の実施形態に係る照明装置１は、照度むらや色むらの少ない均一な光を照射対象に照射する。照明装置１は、例えば、ＴＶスタジオや劇場舞台などで用いることができる。

本発明の実施形態に係る照明装置１は、図１、図２に示したように、光源２と、ロッドレンズ３と、反射体としてのリフレクタ４と、投影レンズ５を含む投影レンズ系５０と、などを有する。上記光源２、リフレクタ４、投影レンズ５は、ロッドレンズ３の光軸ｇと同心軸状に構成されている。
以下、照明装置１の各構成要素を説明する。

＜光源２＞
光源２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、プラズマ無電極ランプなどで、主に出射角度によって輝度むらや色むらを有する光を出射する光源である。本実施形態では、光源２は、無電極プラズマ光源を使用している。

＜ロッドレンズ３＞
ロッドレンズ３は、入射端面３ａから入射した光線を、照度むらや色むらを低減した均一の光線を出射端面３ｂから出射する。本実施形態のロッドレンズ３は、円柱形状などの柱形状に形成され、屈折率Ｎｒが内部で均一となっている。また、入射端面３ａと出射端面３ｂは、円形状に形成され、同じ面積に形成され、平行に形成されている。ロッドレンズ３の形成材料としては、ガラス、透明樹脂などを挙げることができる。ロッドレンズ３は、例えば、屈折率Ｎｒが１．３≦Ｎｒ≦２程度である。

ロッドレンズ３は、図１、図４に示したように、光源２から出射した光線が入射端面３ａから入射し、ロッドレンズ３の内側面３ｃで１回のみ全反射して出射端面３ｂに入射する光線Ｃｂと、入射端面３ａから出射端面３ｂに全反射することなく入射する光線Ｃａとが、出射端面３ｂで重ね合うことで、出射端面３ｂで光の照度むらおよび色むらを均一化する。

また、ロッドレンズ３は、その出射端面３ｂから出射した光線が光の照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光線が、投影レンズ５にもれなく照射する形状に形成され、規定位置に配置されている。

＜リフレクタ４＞
リフレクタ４は、光源２を取り囲むように形成され、ロッドレンズ３側にロッドレンズ３の入射端面３ａと同径の開口部４ａを有する。
リフレクタ４は、開口部４ａの端部４ｂが、ロッドレンズ３の入射端面３ａの外周部３ｄと接するように配置されている。リフレクタ４は、内周側に、光源２から出射した光線をロッドレンズ３の入射端面３ａに向けて反射する反射面４ｃを有する。反射面４ｃは、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光線が投影レンズ５にもれなく照射するように、内周側の傾斜部４ｅに形成されている。本実施形態では、図１、図５に示したように、リフレクタ４は、内周側が、ロッドレンズ３側に向かって拡開した形状に形成されている。

また、図５に示したように、リフレクタ４の反射面４ｃは、反射面４ｃで反射してロッドレンズ３に入射し、ロッドレンズ３の側面３ｃで１回のみ全反射した光線または側面３ｃで全反射しない光線と、反射面４ｃで反射することなく、光源２から入射端面３ａに入射した光線とが、出射端面３ｂで重ね合うことで、ロッドレンズ３の出射端面３ｂで光の照度むらおよび色むらを均一化するように形成されている。

本実施形態では、このリフレクタ４とロッドレンズ３と基板７で囲まれた空間４ｄには空気が充填されている。

＜投影レンズ５＞
投影レンズ５は、ロッドレンズ３の出射端面３ｂ側に配置され、ロッドレンズ３の出射端面３ｂよりも大きい直径（口径）を有する。投影レンズ５は、入射した光を照射対象に照射する。投影レンズ５は、複数のレンズで構成されるリレーレンズなどの投影レンズ系５０の一つのレンズとして用いてもよい。

例えば、投影レンズ５は、ロッドレンズ３の出射端面３ｂの像を照射対象としての照射面に結像することで、照射面に照度むらや色むらの低減した照明を行うことができる。本実施形態では、投影レンズ５のロッドレンズ３側の端面５ａである入射端面は平面状に形成され、出射側端面は凸形状に形成されている。

また、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射された光は、光軸ｇに直交する光束断面の断面積が大きくなるように広がりながら、投影レンズ５の端面５ａにもれなく照射される。

後述するように、照明装置１は、ロッドレンズ３の出射端面３ｂと、投影レンズ５の端面５ａとの間の距離が規定距離Ｌ_r-lとなるように配置された場合、投影レンズ５の端面５ａの位置における光の断面積が、投影レンズ５の端面５ａの面積（有効面積）と同じとなるように構成されている。この場合、光が投影レンズ５からもれることなく、且つ、投影レンズ５の端面５ａの位置における光の断面積が最大となる。
尚、投影レンズ５の端面５ａとの間の距離が規定距離Ｌ_r-lよりも大きく又は小さくなるように、投影レンズ５が移動可能であってもよい。

尚、ロッドレンズ３の出射端面３ｂと、投影レンズ５の端面５ａとの間の距離が規定距離Ｌ_r-lよりも長い場合、投影レンズ５の端面５ａの位置における光の断面積が、投影レンズ５の端面５ａの面積（有効面積）よりも大きい。このため、ロッドレンズ３から出射した光が投影レンズ５の外周部から外側にもれてしまい、受光効率が低下する。

ロッドレンズ３の出射端面３ｂと、投影レンズ５の端面５ａとの間の距離が規定距離Ｌ_r-lよりも短い場合、投影レンズ５の端面５ａの位置における光の断面積が、投影レンズ５の端面５ａの面積（有効面積）よりも小さい。この場合、ロッドレンズ３から出射した光が投影レンズ５の外周部から外側にもれない。

配光制御をする場合においては、ロッドレンズ３の出射端面３ｂと、投影レンズ５の端面５ａとの間の距離を調整することで照射径サイズを可変することができる。受光効率などの観点から、距離Ｌ_r-lを調整する。

次に、照明装置１の動作を説明する。
光源２から出射した光線が、直接、または、リフレクタ４の反射面４ｃに反射して、ロッドレンズ３の入射端面３ａに入射する。ロッドレンズ３では、内側面３ｃで１回のみ全反射した光線と、全反射しない光線とが、出射端面３ｂで重ね合うことで、出射端面３ｂで光の照度むらおよび色むらを均一化する。ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光線が、投影レンズ系５０の投影レンズ５にもれなく照射する。
そして、投影レンズ５を含む投影レンズ系５０が、例えば、このロッドレンズ３の出射端面３ｂを２次光源として、２次光源の像を照射対象に結像する。

次に、本発明の実施形態に係る照明装置１の各構成要素の形状および配置について説明する。詳細には、光源２から出射した光を高効率で、投影レンズ５の端面５ａ全体に照射するロッドレンズ３の形状および配置などを、図３を参照しながら説明する。

図３に示したように、ロッドレンズ３から出射した光が、ロッドレンズ３の出射端面３ｂよりも大きい直径（口径）の投影レンズ５の端面５ａ全体に照射する場合、詳細には、ロッドレンズ３の出射端面３ｂの外周端部から出射された光が、投影レンズ５の外周端部に入射する場合、以下の条件を満たす。

投影レンズ５の端面５ａの面に対する光の入射角度θ_lは、光源２からロッドレンズ３の入射端面３ａの入射角度θ_rと、ロッドレンズ３の出射端面３ｂと投影レンズ５のロッドレンズ３側の端面５ａとの間の規定距離（投影レンズ５の外周から外側に光のもれのない最大の距離）Ｌ_r-lと、投影レンズ５の口径（直径）Ｄ_lとを用いて、下記の数式（１）、数式（２）の関係が規定される。

また、ロッドレンズ３の口径（直径）Ｄ_rと、ロッドレンズ３の光軸ｇに沿った長さＬ_rは、ロッドレンズ３の屈折率Ｎｒを用いて、下記の数式（３）、数式（４）により規定される。

照明装置１は、上記条件を満たす場合、光源２からの光がロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光が、投影レンズ５の端面５ａ全体にもれなく照射することができ、高効率となる。
また、図１、図２、図３、図４に示したように、照明装置１は、上記条件を満たす場合、ロッドレンズ３の内側面３ｃで１回のみ全反射して出射端面３ｂに入射する複数の光線Ｃｂが、出射端面３ｂで光軸ｇを対称軸として軸対称に重なり合い、且つ、入射端面３ａから出射端面３ｂに全反射することなく入射する光線Ｃａと重なり合うことで、出射端面３ｂで、なめらかな光の強度分布となり、且つ、均一化した色分布となる。

次に、本発明の実施形態に係る照明装置１のリフレクタ４の形状および配置などを、図面を参照しながら説明する。図６は、照明装置１のリフレクタ４により反射した光線の一例を示す図である。

本実施形態では、図１、図３、図５、図６に示したように、リフレクタ４は、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光線が投影レンズ５のロッドレンズ３側の入射端面３ａの外周端部から外側にもれなく照射するように、光源２から出射された光線をロッドレンズ３の入射端面３ａに反射する反射面４ｃが内周側の平坦な傾斜部４ｅに形成されている。

詳細には、リフレクタ４の反射面４ｃの傾き、ロッドレンズ３の長さ等が、下記条件を満たすように規定されている。

図６に示したように、投影レンズ５は、ロッドレンズ３側の端面５ａと、ロッドレンズ３の出射端面３ｂと、規定距離Ｌ_r-lだけ離れて配置されている。ここで、図６中、左右方向に沿ってｚ軸が規定され、上下方向に沿ってｙ軸が規定され、手前奥方向に沿ってｘ軸が規定されている。
図６に示したように、光源２が配置された位置Ｐ₀（０，０）から出射した光が、リフレクタ４の反射面４ｃ上の位置Ｐ₁（ｘ，ｙ）で反射した後、ロッドレンズ３の入射端面３ａの位置Ｐ₂に入射し、ロッドレンズ３の側面３ｃの位置Ｐ₃で１回全反射して、出射端面３ｂの位置Ｐ₄から出射し、投影レンズ５の端面５ａまたはその近傍の位置Ｐ₅に到達する。

この際、図６に示したように、ロッドレンズ３の出射端面３ｂの中心位置Ｐ_aから光軸ｇに沿って距離Ｌ_r-lだけ離れた位置Ｐ_bに、投影レンズ５の端面５ａが配置されている。その位置Ｐ_bから光軸ｇに直交するｙ軸方向に沿って、距離Ｈ_kだけ離れた位置が、光線の到達する位置Ｐ₅となっている。

数式（５）に示したように、この距離Ｈ_kが、投影レンズ５の口径Ｄ_lの１／２以下の場合、投影レンズ５の外周部から外側に光線がもれない状態である。また、この距離Ｈ_kが、投影レンズ５の直径Ｄ_lの１／２より大きい場合、図６に示したように投影レンズ５の外周部から外側に光がもれる状態である。

距離Ｈ_kは、図６に示したように、位置Ｐ_aと位置Ｐ₄の間の距離ｋと、位置Ｐ₄から光軸ｇに沿って投影レンズ５の端面５ａに交差する位置Ｐ_cと位置Ｐ₅の間の距離Ｈと、の和である。また、距離Ｈ_kは、位置Ｐ_bと位置Ｐ_cの間の距離ｋと、距離Ｈと、の和でもある。

詳細には、光軸ｇを基準として、光源２からの光の出射角度θと、リフレクタ４の反射面４ｃの傾きαと、リフレクタ４の位置Ｐ₁（ｘ，ｙ）で反射した光がロッドレンズ３の入射端面３ａの位置Ｐ₂に入射し、その位置Ｐ₂からロッドレンズ３内に入射した角度φと、ロッドレンズ３の出射端面３ｂの位置Ｐ₄から出射した光の角度γとにより、距離Ｈ_kは、数式（６）〜数式（１１）で規定される。

上述した条件を満たすように、リフレクタ４の反射面４ｃが規定されており、光源２からリフレクタ４で反射し、ロッドレンズ３を通って投影レンズ５に向かって出射した光が、投影レンズ５の外周部から外側にもれることがない。

尚、上述した数式中のｙは、Ｌ_s-r＝定数、Ｄｒ＝定数、θ＝パラメータ、α＝パラメータが決まれば、ある値に規定される。つまり、距離Ｈ_kは、角度θと角度αを変数とする関数となっている。

図７は、本発明の実施形態に係る照明装置１のロッドレンズ３の出射端面３ｂに形成された凹凸パターン部３ｍの一例を示す図であり、詳細には図７（ａ）は凹凸パターン部３ｍを有するロッドレンズ３の一例を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った凹凸パターン部３ｍの断面拡大図である。

照明装置１は、照度のむらや色むらを更に低減させるために、図７に示したように、出射端面３ｂに、凹凸パターン部３ｍを有するロッドレンズ３を採用してもよい。
この凹凸パターン部３ｍは、複数の凸形状部および凹形状部の一方または両方を面内に配列した形状に形成されており、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射する光の照度むらおよび色むらを均一化する。

本実施形態では、凹凸パターン部３ｍは、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したように、出射端面３ｂ側からの平面視で、複数の略６角形状を配列したパターンに形成されている。
また、本実施形態では、図７（ｂ）に示したように、断面凹形状部と断面平坦部と規定間隔が交互に規定間隔で配列されている。

上記構成のロッドレンズ３では、ロッドレンズ３の入射端面３ａから入射した光が、出射端面３ｂの凹凸パターン部３ｍで、パターンに応じて所定方向に屈折することで、照射対象に照射した光の強度分布をなめらかにし、色分布を均一化する。

図７に示したロッドレンズ３は、凹凸パターン部３ｍに対応した凹凸パターンが形成された金型に、ガラス、樹脂などの形成材料を充填して成型することで形成することができる。

図８は、本発明の実施形態に係る照明装置１のロッドレンズ３の出射端面３ｂ側に配置されたフライアイレンズ型のインテグレータレンズ６の一例を示す図であり、詳細には図８（ａ）はインテグレータレンズ６の斜視図、図８（ｂ）はインテグレータレンズ６の断面拡大図である。

照明装置１は、照度のむらや色むらを低減させるために、図８（ａ）、図８（ｂ）に示したように、ロッドレンズ３の出射端面３ｂ側に、フライアイレンズ型のインテグレータレンズ６を配置してもよい。このフライアイレンズ型のインテグレータレンズ６は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示したように、複数の半球形状部、複数の三角錐形状部、複数の円錐形状部などを面内に配列した形状に形成されており、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射する光の強度分布や色分布を均一化する。

図８に示したフライアイレンズ型のインテグレータレンズ６は、表面の凹凸形状に対応したパターンが形成された金型に、ガラス、樹脂などの形成材料を充填して成型することで形成することができる。

図９は、本発明の実施形態に係る照明装置１のリフレクタ４の変形例を示す図である。
図９に示したリフレクタ４は、矩形状の基板７に、削孔加工などにより円錐台形状に凹部が形成され、その内周側に反射面が形成されている。リフレクタ４の開口部のロッドレンズ３側の端部には、ロッドレンズ３の入射端面３ａの外周部が接するように配置されている。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る照明装置１の全体構成の一例を示す図である。図１０に示した照明装置１は、光源２としてプラズマ無電極光源を採用している。

プラズマ無電極光源は、プラズマを形成する希ガスや水銀などの発光物質が、ガラスなどの透光性材料により気密封止されたランプ２ｐと、ランプ２ｐにマイクロ波などの電磁波を供給する電磁波発生部（不図示）と、を有する。ランプ２ｐは、放熱体７ａで支持されている。
電磁波発生部から電磁波がランプ２ｐに照射されると、ランプ２ｐ内の発光物質が励起されてプラズマが発生し、光エネルギーとして放射される。

図１０に示したように、プラズマ無電極光源は、透光性材料からなるランプ２ｐの形状などにより、光の出射角度によって、光源自体が光の出射強度むら、色むらなどを有する。
本発明に係る照明装置１では、光源２としてプラズマ無電極光源を採用した場合であっても、上記ロッドレンズ３、リフレクタ４、投影レンズ５を有するので、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る照明装置１は、光源２と、円柱形状などの柱形状に形成され、入射端面３ａから入射した光線を出射端面３ｂから出射する、屈折率均一型のロッドレンズ３と、リフレクタ４と、投影レンズ５を含む投影レンズ系５０と、を有するので、簡単な構成で、照度むら及び色むらの小さい、高効率の照明装置１を提供する。

詳細には、リフレクタ４は、光源２を取り囲むように形成され、ロッドレンズ３側に入射端面３ａと同径の開口部４ａを備えるとともに開口部４ａの端部４ｂがロッドレンズ３の入射端面３ａの外周部３ｄと接するように配置され、内周側に、光源２から出射した光線をロッドレンズ３の入射端面３ａに向けて反射する反射面４ｃを備える。
このため、光源２から出射した光が、リフレクタ４とロッドレンズ３の間から、外部にもれることなく、ロッドレンズ３に入射することができる。すなわち、光のエネルギーロスを低減することができる。
また、光源２からロッドレンズ３の入射端面３ａに直接入射する有効立体角よりも外側の出射角度の光も、ロッドレンズ３の入射端面３ａに入射させることができるので、光のエネルギーロスを低減することができ、高効率の照明装置１を提供することができる。

また、ロッドレンズ３は、入射端面３ａから入射し、ロッドレンズ３の内側面３ｃで１回のみ全反射して出射端面３ｂに入射する光線Ｃｂと、入射端面３ａから出射端面３ｂに全反射することなく入射する光線Ｃａとが、出射端面３ｂで重ね合うことで、その出射端面３ｂで光の照度むらおよび色むらを均一化するように形成されているので、その出射端面３ｂで、光の照度むらおよび色むらを均一化することができる。

例えば、比較例として、ロッドレンズ内部で複数回全反射させて照度むらを低減させる照明装置では、光軸に沿って比較的長いロッドレンズを必要とする。
本発明の実施形態に係る照明装置１では、ロッドレンズ３は、図３、図４に示したように、ロッドレンズ３の内側面で１回のみ全反射して出射端面３ｂに入射する光線Ｃｂと、上記光線Ｃａとを略均一に重ね合わせるので、ロッドレンズ３の光軸ｇに沿った長さが比較的短い。このため、光の照度むらおよび色むらを均一化することができるとともに、小型の照明装置１を提供することができる。

また、本発明の実施形態によれば、ロッドレンズ３は、出射端面３ｂから出射した光線が投影レンズ５にもれなく照射するように形成されているので、光のエネルギーロスを低減した、高効率の照明装置１を提供することができる。

また、本発明の実施形態に係る照明装置１は、リフレクタ型レンズやＣＰＣ等の高価な光学系を用いることなく、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる。

また、本発明の実施形態に係る照明装置１は、ロッドレンズ３の直径Ｄ_r、ロッドレンズ３の軸方向の長さＬ_r、光源２とロッドレンズ３との間の距離Ｌ_s-rは、ロッドレンズ３と投影レンズ５との間の規定距離Ｌ_r-l、ロッドレンズ３の屈折率Ｎr、上記数式（１）〜（４）により規定されているので、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる、高効率の照明装置１を提供することができる。

また、本発明の実施形態の照明装置１によれば、リフレクタ４は、ロッドレンズ３の出射端面３ｂから出射した光線が投影レンズ５にもれなく照射するように、光源２から出射された光線をロッドレンズ３の入射端面３ａに反射する反射面４ｃが内周側の傾斜部４ｅに形成されているので、投影レンズ５の外周部から外側に光がもれることがなく、高効率の照明装置１を提供することができる。

また、本発明の実施形態の照明装置１によれば、リフレクタ４が、反射面４ｃで反射してロッドレンズ３に入射し、ロッドレンズ３の側面３ｃで１回のみ全反射した光線または側面３ｃで全反射しない光線と、反射面４ｃで反射することなく、光源２から入射端面３ａに入射した光線とが、出射端面３ｂで重ね合うことで、その出射端面３ｂで光の照度むらおよび色むらを均一化するように、反射面４ｃが形成されているので、さらに照度むら、色むらを低減することができる照明装置１を提供することができる。

また、本発明の実施形態に係る照明装置１は、図７に示したように、ロッドレンズ３が、出射端面３ｂに、その出射端面３ｂから出射する光の強度分布を均一化する、複数の凸形状部および凹形状部の一方または両方を面内に配列した凹凸パターン部３ｍを有するので、さらに照度むら、色むらを低減することができる簡単な構造の照明装置１を提供することができる。

本発明の実施形態に係る照明装置１は、プラズマ無電極ランプ、ＬＥＤなど、光の出射角度により光の強度むらや色むらがある光源２を採用した場合であっても、簡単な構造で、照度むら、色むらを低減することができる照明装置１を提供することができる。

尚、上記実施形態では、ロッドレンズ３は、円柱形状に形成されていたが、この形態に限られるものではない。ロッドレンズ３は、四角柱形状、多角形柱形状、入射端面側から出射端面側にかけて断面積が大きい円錐台形状、入射端面側から出射端面側にかけて断面積が小さい円錐台形状などであってもよい。

また、上記実施形態では、ロッドレンズ３は、内側面３ｃで光線が全反射するように形成されていたが、例えば、側面３ｃに反射面を備え、その反射面で光線を反射させる構造であってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１照明装置
２光源
２ｐランプ
３ロッドレンズ（導光体）
３ａ入射端面
３ｂ出射端面
３ｃ側面（内側面）
３ｄ外周部
３ｍ凹凸パターン部（３Ｄテクスチャ）
４リフレクタ
４ａ開口部
４ｂ端部
４ｃ反射面
４ｄ空間
４ｅ傾斜部
５投影レンズ（レンズ）
６フライアイレンズ型インテグレータレンズ
７基板
７ａ放熱体
５０投影レンズ系

Claims

光源と、
柱形状に形成され、入射端面から入射した光線を出射端面から出射する、屈折率均一型のロッドレンズと、
前記光源を取り囲むように形成され、前記ロッドレンズ側に前記入射端面と同径の開口部を備えるとともに該開口部の端部が前記ロッドレンズの入射端面の外周部と接するように配置され、内周側に、前記光源から出射した光線を前記ロッドレンズの前記入射端面に向けて反射する反射面を備えるリフレクタと、
前記ロッドレンズの出射端面側に配置され、前記ロッドレンズの前記出射端面よりも大きい直径の投影レンズを含む投影レンズ系と、を有し、
前記ロッドレンズは、前記入射端面から入射し、前記ロッドレンズの内側面で１回のみ全反射して前記出射端面に入射する光線と、前記入射端面から前記出射端面に全反射することなく入射する光線とが、前記出射端面で重ね合うことで、該出射端面で光の照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、該ロッドレンズの前記出射端面から出射した光線が前記投影レンズにもれなく照射するように形成されていることを特徴とする照明装置。
前記ロッドレンズの直径Ｄ_r、前記ロッドレンズの軸方向の長さＬ_rは、前記光源と前記ロッドレンズとの間の距離Ｌ_s-r、前記ロッドレンズと前記投影レンズとの間の規定距離Ｌ_r-l、前記ロッドレンズの屈折率Ｎrにより、下記数式で規定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記リフレクタは、前記ロッドレンズの前記出射端面から出射した光線が前記投影レンズにもれなく照射するように、前記光源から出射された光線を前記ロッドレンズの前記入射端面に反射する前記反射面が内周側の傾斜部に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
前記リフレクタは、前記反射面で反射して前記ロッドレンズに入射し、前記ロッドレンズの側面で１回のみ全反射した光線または前記側面で全反射しない光線と、前記反射面で反射することなく、前記光源から前記入射端面に入射した光線とが、前記出射端面で重ね合うことで、該出射端面で光の強度分布および色分布を均一化するように、前記反射面が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
前記ロッドレンズは、前記出射端面に、該出射端面から出射する光の強度分布を均一化する、複数の凸形状部および凹形状部の一方または両方を面内に配列した凹凸パターン部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。
前記光源は、プラズマ無電極ランプ、または、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明装置。