JP2018186024A - 光混色照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明の目的は、異なる波長を出射する複数の光源を具備した複数波長光源から出射する光束を小型に効率良く混色できる光混色照明装置を提供することである。
【解決手段】
複数の波長の光を混色する光混色照明装置であって、複数の発光面を有した複数波長光源と、複数波長光源から出射した複数の光を混色する機能を有する光混色器と、光混色器から出射した所定の方位の偏光の光を透過させ、それ以外の偏光の光を反射させる偏光フィルムを有し、光混色器は、透明な材質で形成された長方形柱体であり、複数波長光源から出射した光を内面反射により混色する機能と、偏光の向きを変換する機能を有した構成とする。
【選択図】 図1
【解決手段】
複数の波長の光を混色する光混色照明装置であって、複数の発光面を有した複数波長光源と、複数波長光源から出射した複数の光を混色する機能を有する光混色器と、光混色器から出射した所定の方位の偏光の光を透過させ、それ以外の偏光の光を反射させる偏光フィルムを有し、光混色器は、透明な材質で形成された長方形柱体であり、複数波長光源から出射した光を内面反射により混色する機能と、偏光の向きを変換する機能を有した構成とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光を均一に混色する光混色照明装置に関する。
一般的にプロジェクタでは、赤、緑、青の3色の光源を用いる。このため、表示装置では3色の異なる光源から出射する光束を均一に混色した光束に変換して用いている。また、液晶テレビでは、透過型液晶の表示器にカラーフィルタが具備されているため、その表示器に白色光源を均一に照度して照明している。
赤、緑、青の3色の光源を混色するためには、通常、ダイクロフィルターで光軸をあわせ、出射する照度を均一にするマイクロレンズアレイを組み合わせて用いている。しかし、ダイクロフィルターとマイクロレンズアレイを組み合わせた混色技術では、赤、緑、青の光を効率良く混色できるが、例えばヘッドマウントディスプレイ等の小型化を要求される機器に搭載するには、サイズが大きくなるという問題がある。
これに関連した本技術分野の背景技術として、特許文献1がある。特許文献1では、LED光源から出射された単色光を導光板内で効率的にミキシングさせることにより、寸法を小さくすることができるLED面状光源装置が開示されている。
特許文献1は、薄型化には適しているが、光源位置の異なる赤、緑、青の光を均一に混色する点について考慮されていない。
本発明の目的は、複数の光源から出射する光束を小型に効率良く均一に混色する光混色照明装置を提供することである。
本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、複数の波長の光を混色する光混色照明装置であって、複数の発光面を有した複数波長光源と、複数波長光源から出射した複数の光を混色する機能を有する光混色器と、光混色器から出射した所定の方位の偏光の光を透過させ、それ以外の偏光の光を反射させる偏光フィルムを有し、光混色器は、透明な材質で形成された長方形柱体であり、複数波長光源から出射した光を内面反射により混色する機能と、偏光の向きを変換する機能を有した構成とする。
本発明によれば、複数波長光源から出射する光束を小型に効率良く混色できる光混色照明装置を提供できる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図1は、本実施例における光混色照明装置の概略図である。図1において、図1(B)は光混色照明装置1の上面から見た断面図であり、図1(A)は、図1(B)のA―Aから見た側面断面図である。また、図1(C)は、図1(A)、(B)の偏光フィルム4側から見た斜視図である。図1に示すように、光混色照明装置1は、主に、複数波長光源2、光混色器3、偏光フィルム4、筐体5で構成されている。
図1において、複数波長光源2は、少なくとも2個以上の波長の光を出射する光源であり、ここでは、赤の波長の光を出射する発光面6と、緑の波長の光を出射する発光面7と、青の波長の光を出射する発光面8の3個の発光面を筐体に配置したLED(Light Emitting Diode)を想定している。また、発光面6、7、8は、一列に並んでおり、その並びの方向は、光混色器3の長手方向と直交した方向(図1(A)の断面の紙面横方向)に配置させる。なお、LEDの発光面以外の光混色器3と接触する領域は、反射率の高い材質で覆う構造であるものを選定することが望ましい。例えば、日亜化学工業製のLEDであるNSSM124などが適用可能である。
光混色器3は、透明な材質で形成され、複数波長光源2の発行面6、7、8の並びに平行な方向が短辺の長方形柱体であり、複数波長光源2から出射した複数の波長の光を混色する機能を有する。長方形柱体の各面は、すべて表面粗さRaが0.5μm以下の鏡面であることが望ましい。また、光混色器3は、進行する光の偏光の向きを変換する機能を有している。偏光の向きを変換する機能は、垂直偏光と水平偏光の光とで屈折率が異なる異方性の材質とすることで実現できる。例えば、透明な長方形柱体に、一点ないし多点から所定の圧力を加えたり温度を加えたりすることで内部の屈折率に異方性を持たせることも可能である。また、各面を歪ませ、光が各面で反射する際に偏光を回転させる機能を持たせても構わない。
偏光フィルム4は、所定の偏光の光を透過し、その偏光と直交する偏光の光を反射させる一般的な偏光フィルムを想定している。ここで、便宜的に、透過する光の偏光をP偏光、反射する光の偏光をS偏光と記すと、偏光フィルム4は、光混色器3から出射する光のうちP偏光の光を透過させ、S偏光の光を反射させて、光混色器3に戻す機能を有している。なお、偏光フィルム4は、吸収の少ないものを選択すると良い。例えば、ワイヤグリッドフィルムなどが望ましい。また、偏光フィルム24には、出射する光の出射角度分布を調整する機能と偏光フィルムの機能を合わせ持ったDBEF(Dual Brightness Enhancement Flim)を用いても良い。
筐体5は、反射率の高い材質で形成された筐体である。例えば、材質として白色ポリカーボネートや、白色シリコーンなどの樹脂や、アルミニウムなどの金属などを用いると高い反射率が得られる。筐体5の内側の反射率を高めるため、内側の各面は、表面粗さRaを0.5μm以下の鏡面にした反射面を構成することが望ましい。筐体5は、光混色器3から漏れ出た光を反射により光混色器3に再び戻す機能を有している。
光混色照明装置1は、複数波長光源2から出射した光を光混色器3で均一に混色して色のムラの無くし、偏光フィルム4でP偏光の光を図1(B)で示す白抜き矢印の方向に出射する機能を有している。また、光混色照明装置1は、光混色器3で矢印の方向に進行せず筐体5側に漏れ出る光は、筐体5の内側で反射させ光混色器3に戻すリサイクル機能を有している。また、光混色照明装置1は、偏光フィルム4で反射したS偏光の光を光混色器3、筐体5、複数波長光源2を経てP偏光の光に変換することで偏光フィルム4から出射させる偏光リサイクル機能も有している。
なお、光混色器3は偏光フィルム4側から挿入し、偏光フィルム4と筐体5を接着剤などで固定することで、光混色器3は接着剤などを使わず固定する事ができる利点が得られる。これは、光混色器3を固定するのに接着剤を利用すると、接着剤で光が吸収され損失となるためである。
図2を用いて複数波長光源2の構成について説明する。図2は、複数波長光源2を光混色器3側から見た図である。図2に示すように、複数波長光源2は、前記したように、発光面6、7、8を筐体に配置したLEDである。発光面6、7、8が配置された以外の領域(図中斜線部)は、光の反射率が高い材質で覆われている。また、発光面6、7、8は、紙面縦一列に並んでおり、その並びの方向は、光混色器3の長手方向と直交した方向に配置させる。また、複数の発光面6、7、8からなる全体の最外形は縦横比が異なっている。なお、光混色器3の入射面を破線で示している。通常LEDの発光面は、光を反射させる効果があり、この効果も上記したリサイクル機能に寄与している。
図3は、光混色照明装置1の光の混色を説明する図である。図3において、図3(B)は光混色照明装置1の上面から見た断面図であり、図3(A)は、図3(B)のA―Aから見た側面断面図である。また、光の進行方向を矢印で図示している。
図3に示すように、複数波長光源2から出射した光は、光混色器3に入射する。光混色器3に入射した光は、光混色器3の内面で反射を繰り返し、偏光フィルム4から出射する(実線で示す矢印)。このとき、図3(A)で示した光混色器3の長方形の短辺方向は、距離が短いため、反射回数が多い。一方、図3(B)で示した光混色器3の長方形の長手方向は、距離が長いため、反射回数が少ない。
なお、光混色器3で内面反射するのは、スネルの法則に従った全反射条件を利用したものである。全反射条件を満たさない光線は、一度光混色器3を出射するが、筐体5で反射して光混色器3に戻り、リサイクルされる。
一般的なライトパイプでは、この内面反射の反射を利用して光を混色、均一化する素子である。本実施例の光混色器でも、光を混色、均一化するのに、内面反射を利用している。
本実施例の光混色器3では、複数波長光源2の発光面の並びを反射回数が多い短辺方向に平行に並べているため、短い距離で混色しやすい構成としている。
P偏光の光は、前記したように偏光フィルム4から出射するが、S偏光の光は、偏光フィルム4で反射する。この反射した光線を破線で示した。S偏光の光は、偏光フィルム4で反射したのち、光混色器3の内部を反射しながら進行し、光混色器3を出射する。出射した光は、筐体5で反射したのち、再び光混色器3に入射し、反射しながら進行し、再度偏光フィルム4に到達する。前記したように、光混色器3は進行する光の偏光の向きを変換する機能を有しているため、光混色器3を進行したことで、S偏光の光のうち一部がP偏光に変換される。P偏光に変換された光は、偏光フィルム4を出射する。S偏光の光は、偏光フィルム4を反射し、再び上記したようにP偏光に変換されて出射するまで内部を進行する。
上記したように、光混色照明装置1は偏光リサイクル機能を有するものであり、複数波長光源2から出射した光を効率良く偏光フィルム4から出射させる効果が得られる。
なお、上記のようにリサイクル機能を最大化するためには、図中破線丸で囲った複数波長光源2と筐体5の隙間は極力小さくすることが望ましい。なお、その隙間は接着剤等で埋められ複数波長光源2が筐体5に固定されている。接着剤は、反射率が高いものにすると、リサイクル機能の効果が高められる。リサイクル機能を最大化するため、接着剤の光混色器3側に反射率の高い白色塗料を塗っても良い。
図4は、光混色器3の変形例について説明する。図4において、図4(A)に示す光混色器3は、前記したように、透明な材質で形成された長方形柱体であり、P偏光とS偏光の光に対して屈折率が異なる異方性の材質である。例えば、異方性のある材質としては、透明なポリカーボネートを利用すると良い。
図4(B)に示した光混色器9は、同様に長方形柱体の形状をしている。光混色器9は屈折率N1の透明な材質で形成されており、内部には、光を散乱する粒子10が配置されている。その表面は、すべて表面粗さRaが0.5μm以下の鏡面であることが望ましい。
粒子10は、屈折率N1と異なるN2を持った透明な材質で形成されている。粒子10を充填したことで、屈折率N1とN2の屈折率差により、光混色器9は散乱機能を有する。なお、入射する光が可視光(400〜700nm)とすると、粒子10は、直径1〜5μm程度にすることが望ましい。直径が光の波長に対して小さすぎると、光の散乱角度が大きくなり、逆に大きすぎると、散乱角度が小さすぎるためである。
ベースとなる透明な材質として、例えば日立化成(株)製ヒタロイド9501を使用すると良い。これは、ウレタンアクリレート系の光硬化樹脂であり、波長550nmのとき屈折率は1.49である。また、粒子10の材質には、積水化成品工業(株)製テクポリマーSSX−302ABEを使用すると良い。これは、架橋ポリスチレン樹脂でできた粒子であり、波長550nmのとき屈折率は1.59、形状は球形、平均直径は2μmで、全体の略95%の粒子が平均直径と0.5μm以内の差である単分散粒子である。
日立化成(株)製ヒタロイド9501を硬化する前に、積水化成品工業(株)製テクポリマーSSX−302ABEを混色し、攪拌したのち、型で硬化することで製造が可能である。
光混色器9は、光の進行方向を変換することで、偏光の向きを変換することが可能となる。また、光を光混色器9の内部にとどめたまま内面反射による混色だけでなく、散乱による混色される効果も得られるため、光混色器9は十分な混色効果を得るため光混色器3よりもサイズが小型にできる。
図4(C)に示した光混色器11は、長方形柱体の粒子部12と透明部13から構成されている。光混色器11の粒子部12は、屈折率N1の透明な材質で形成されており、その内部には、光を散乱する粒子10が配置されている。透明部13は、屈折率N1の透明な材質で形成されている。粒子部12と透明部13の表面は、すべて表面粗さRaが0.5μm以下の鏡面であることが望ましい。
光混色器11も、光の進行方向を変換することで、偏光の向きを変換することが可能となる。
内面反射は、100%の反射率が得られるが、筐体5の反射率は100%にはできず、僅かに吸収が発生する。光混色器9のように全体に粒子10を充填すると、側面から光が出射して、筐体でリサイクルされるパスが増えるため、光の損失が増える。このため、光混色器11のように粒子部を少なくすると、光混色器9よりも効率を向上することが可能となる。また、光混色器9と同様に小型化する効果も有している。
また、光源より遠くに粒子部12を配置することで、粒子10による無駄な散乱をなくすことができる。すなわち、透明部13により混色した後に、粒子部12で混色することで、粒子部12の粒子10による筐体側面から光が出射してしまう影響を低減できる。
図5は、光混色照明装置1の機能ブロック図である。図5において、外部に配置された電源15から複数波長光源2に電源が供給されると、発光面6、7、8から赤色、緑色、青色の光が出射される。出射した光は、光混色器3に入射する。光混色器3に入射した光は混色される。光混色器3で混色されたP偏光の一部は、偏光フィルム4を透過して、外部に出射、出力される。S偏光の一部は、偏光フィルム4で反射して、光混色器3に戻ってリサイクルされる。
光混色器3に入射し混色されたP偏光やS偏光の光の一部は、複数波長光源2に戻る。複数波長光源2に戻った光は、複数波長光源2の出射面またはその他の領域で反射して、再度光混色器3に入射してリサイクルされる。
また、光混色器3に入射し混色されたP偏光やS偏光の光の一部は、筐体5に進行する。筐体5に進行した光は、筐体5の内面で反射して、再度光混色器3に入射してリサイクルされる。
以上説明したように、複数波長光源2から出射した光は、光混色器3を介して多様な光路を経てP偏光に変換され、偏光フィルム4から出射される。
これにより、複数波長光源から出射する光束を小型に効率良く混色できる光混色照明装置を提供できる。
本実施例では、光混色照明装置の変形例について説明する。
図6は本実施例における光混色照明装置の概略図である。図6において、図6(B)は光混色照明装置21の正面図であり、図6(A)は、図6(B)のA―Aから見た側面断面図である。また、図6(C)は、正面から見た斜視図である。
光混色照明装置21は、主に、複数波長光源2、光混色器23、偏光フィルム24、筐体25で構成されている。
光混色器23は、実施例1の光混色器3と同様に光を混色する機能と偏光を回転させる機能を有している。また光混色器23は、光混色器3同様に、複数波長光源2の発光面6、7、8の並びに対して平行な方向が短辺の長方形柱体の形状をしている。
偏光フィルム24は、実施例1の偏光フィルム4と同様にP偏光の光を透過させ、S偏光の光を反射させる機能を有している。
筐体25は、実施例1の筐体5同様に反射率の高い材質で形成された筐体である。また、筐体5と同様に筐体25の内側の反射率を高めるため、内側の各面は、表面粗さRaを0.5μm以下の鏡面にすることが望ましい。また筐体25は、筐体5と同様に、光混色器23から漏れ出た光を反射により光混色器3に再び戻す機能も有している。
筐体25は、筐体5とは異なり、リフレクタ面29を備えている。リフレクタ面29は、光混色器23から出射した光を偏光フィルム24の方向に曲げる機能を有している。また、筐体25は、出射面までトンネル型の反射面86、87を備え、反射面86、87は光を反射する機能を有している。
またリフレクタ面29の一部(図6(A)の円の破線で囲った領域)は、角度を少し変えることで、光混色器23と接触するようにする。これにより、光混色器23を紙面下側から挿入して、複数波長光源2を筐体と固定することで、接着剤を使わず光混色器23を固定させることが可能となる。
光混色照明装置21は、複数波長光源2から出射した光を光混色器23で均一に混色して色のムラの無くし、筐体25のリフレクタ面29で光の方向を変換し、偏光フィルム24でP偏光の光を矢印の方向に出射する機能を有している。また、光混色照明装置21は、光混色器23から筐体25側に漏れ出る光は、筐体25の内側で反射させ光混色器23に戻すリサイクル機能を有している。また、光混色照明装置21は、偏光フィルム24で反射したS偏光の光をリフレクタ面29などの筐体25の内面で反射することで、光混色器23、複数波長光源2を経てP偏光の光に変換することで偏光フィルム24から出射させる偏光リサイクル機能も有している。
図7は、本実施例における光混色照明装置21の光の混色を説明する図である。図7は、図6(A)に相当する断面図であり、光の進行方向を矢印で図示している。
図7において、実線で示した矢印のように、複数波長光源2から出射した光は、光混色器23の内面で反射して光混色器23から出射する。光混色器23から出射した光は、筐体25のリフレクタ面29などの面で反射して、偏光フィルム24に入射する。偏光フィルム24に入射したP偏光の光は、偏光フィルム24を出射する。偏光フィルム24に入射したS偏光の光は、偏光フィルム24を反射して、破線の矢印で示すように、リフレクタ面29で反射する事で、光混色器23に入射する。光混色器23に入射した光は、一度複数波長光源2で反射し、再度光混色器23から出射する。この光路で、S偏光の一部がP偏光に変換される。光混色器23を出射した光は、リフレクタ面29で反射したのち、P偏光の光は、偏光フィルム24から出射する。S偏光の光は、再度反射して、筐体25、光混色器23複数波長光源2を繰り返し進行したのち、P偏光に変換されて、偏光フィルム24から外部に出射する。このように光混色照明装置21も、偏光リサイクル機能を有している。
また、光混色器23は、複数波長光源2の発光面6、7、8の並びに対して平行な方向が短辺の長方形柱体の形状をしているため、反射が多く混色がし易い構成になっている。
図8は、本実施例における光混色器を説明する図である。 図8において、図8(A)、(B)、(C)に示した光混色器23、31、及び37は、図4(A)、(B)、(C)で記載した光混色器3、9、及び11と同様の材質であり、粒子部38、透明部39も粒子部12、透明部13と同様であるので、その説明は省略する。
図9は本実施例における光混色照明装置21の機能ブロック図である。図9において、外部に配置された電源15から複数波長光源2に電源が供給されると、発光面6、7、8から赤色、緑色、青色の光が出射される。出射した光は、光混色器23に入射する。光混色器23に入射した光は混色される。光混色器23で混色された光は、複数波長光源2に戻ってリサイクルされるものと、筐体25に進行する光に分岐される。筐体25に進行した光は、その内面で反射することで、光混色器23に進行してリサイクルされるものと、偏光フィルム24に進行する光に分岐される。偏光フィルム24に進行したP偏光の光は外部に出射、出力される。偏光フィルム24に進行したS偏光の光は筐体25に進行してリサイクルされる。
以上説明したように、複数波長光源2から出射した光は、光混色器23と筐体25を介して多様な光路を経てP偏光に変換され、偏光フィルム24から出射される。
なお、筐体の出射面である偏光フィルム24の先に、照明された先の光学系に適した出射角度分布となるように、出射角度分布を調整する光を拡散させる拡散フィルムを備えてもよい。
本実施例は、映像投射装置について説明する。
図10は本実施例における映像投射装置の概略図である。図10は、映像投射装置30を示す断面図であり、映像投射装置30は、主に、光混色照明装置21、表示装置32、偏光フィルム33、投射レンズ34から構成されている。
図10は本実施例における映像投射装置の概略図である。図10は、映像投射装置30を示す断面図であり、映像投射装置30は、主に、光混色照明装置21、表示装置32、偏光フィルム33、投射レンズ34から構成されている。
図10において、表示装置32は、透過型液晶を想定している。透過型液晶は、偏光を利用して映像を生成する一般的な装置である。なお、表示装置32には、偏光フィルム33を貼り付けており、映像光を透過させるが、映像でない光は透過させない構成としている。
投射レンズ34は、表示装置32で生成された映像を、外部に投射するレンズ機能を有する一般的な光学素子である。
光混色照明装置21から出射したP偏光の光は、表示装置32に入射し、映像光がS偏光に変換され、映像でない光は、P偏光のままで、偏光フィルム33を反射する。そして、映像光は、投射レンズ34で外部に映像として投射される。
このように、映像投射装置30は、小型に明るい映像を生成でき、ピコプロジェクタやヘッドマウントディスプレイなどに用いることができる。
なお、ここでは、表示装置32として透過型液晶を適用したが、反射型液晶を用いても構わない。
図11は、本実施例における映像投射装置30の機能ブロック図である。図11において、映像投射装置30の機能ブロックは、電源15、コントローラ35、映像処理回路36、光混色照明装置21、表示装置32、偏光フィルム33(図示無し)、投射レンズ34から構成されている。
コントローラ35は、映像装置30をコントロールする回路であり、映像処理回路36は、表示装置32を駆動する回路である。
外部から情報が入力されると、コントローラ35は、電源15と映像処理回路36を駆動する。コントローラ35は、必要な映像情報を映像処理回路36に伝達し、同時に複数波長光源2を駆動するための駆動情報を電源15に伝達する。
電源15は、複数波長光源2内の発光面6、7、8を交互に所定の光量を出射するように電源を投入する。
映像処理回路36は、発光面6、7、8が点灯するのと同期して表示装置32を駆動する。
複数波長光源2内の発光面6、7、8から出射した光は、光混色照明装置21で混色されて、表示装置32に照明される。表示装置32で生成された映像は、投射レンズ34により外部へ投影される。
本実施例は、光混色照明装置の変形例について説明する。
図12は本実施例における光混色照明装置の第1変形例の概略図である。図12は、光混色照明装置41の断面図であり、筐体44のリフレクタ面49を放物線にした点が実施例2の図6(A)の光混色照明装置21の筐体25と異なっている。
リフレクタ面49は、光混色器23の出射面の中心を焦点とした放物面である。リフレクタ面49を放物面としたことで、単純な反射面とするよりも指向性を向上させて効率を向上させる機能を有している。なお、リフレクタ面で反射した光を偏光フィルム24を介して出射する筐体44の出射面サイズを光混色器3の出射面よりも大きくすることで効率を向上している。
図13は本実施例における光混色照明装置の第2変形例の概略図である。図13において、図13(B)は光混色照明装置51の正面図であり、図13(A)は、図13(B)のA―Aから見た側面断面図である。光混色照明装置51は、リフレクタ面59の一部にシリンドリカルなリフレクタ面60を追加した点が実施例2の図6の光混色照明装置21の筐体25と異なっている。
リフレクタ面60は、光混色器23から出射した中心部の領域の光を矢印で示したように外側に反射させる機能を有している。偏光フィルム24の均一度を向上させる効果が得られる。なお、光を矢印の方向に反射させる機能を有するため、シリンドリカル形状でなく、三角形の形状でも構わない。
図14は本実施例における光混色照明装置の第3変形例の概略図である。図14において、図14(B)は光混色照明装置71の正面図であり、図14(A)は、図14(B)のA―Aから見た側面断面図である。光混色照明装置71は、光混色器73の形状を台形形状にした点が図6の光混色照明装置21の光混色器23と異なっている。なお、光混色器73の形状を台形形状にしたことで、それにともない筐体72の形状も変更している。
台形形状とすることで、複数波長光源2の並びとは直交する方向に光を広げやすく、複数波長光源2の出射する光の取り込み範囲の確保も可能となる。また、実施例2の図6に示す光混色器23に比べて、複数波長光源2の並びとは直交する方向が狭いため、内面反射による反射回数が増え、混色しやすい機能を有している。
図15は本実施例における光混色照明装置の第4変形例の概略図である。図15において、図15(B)は光混色照明装置81の正面図であり、図15(A)は、図15(B)のA―Aから見た側面断面図である。光混色照明装置81は、光混色器83を粒子部84、透明部85に分離し、粒子部84を透明部85よりも複数波長光源2の並びとは直交する方向に大きくした点が、実施例2の図6に示す光混色照明装置21の光混色器23と異なっている。
光混色器83のように、粒子部84に対して透明部85を小さくすることで、複数波長光源2から出射する光の透明部85で反射する回数が多くなるため、混色しやすい機能を有している。
本実施例において、リフレクタ面29、59は、図では、紙面垂直方向と45度の反射面としたが、50度のように変更しても構わない。
また、偏光フィルム24は、紙面垂直方向と平行な配置としたが、角度を付与しても構わない。
また、筐体82の反射面86、87は、紙面水平な方向と平行に配置したが、角度を与えても構わない。もちろん平行に角度を与えるだけでなく、偏光フィルム24に向けて広がるように設定しても良い。
図16は、本実施例における光混色照明装置の概略図である。図16は光混色照明装置101の断面を示したものであり、光混色照明装置101は、光混色部91と、照明レンズ102で構成されている。
図16において、光混色部91は、複数の波長の光を均一に出射する機能を有している。照明レンズ102は、光混色部91から出射する複数の波長の均一な光を、指向性を高めて所定の領域に照明するレンズ機能を有している。
図17は本実施例における光混色部91の概略図である。図17において、図17(A)は光混色部91の断面図、図17(B)は斜視図を示している。光混色部91は、主に、複数波長光源92、光混色器93、偏光フィルム94、筐体95から構成されている。
複数波長光源92は、少なくとも2個以上の波長の光を出射する光源であり、ここでは、赤の波長の光を出射する発光面6と、緑の波長の光を出射する発光面7を2個と、青の波長の光を出射する発光面8の4個の発光面を筐体に配置したLEDを想定している。また、発光面は、図18に示すように四角形を成すように配置されている。なお、LEDの発光面以外の光混色器93(図19中破線で図示)と接触する領域(図19中斜線の領域)は、反射率の高い材質で覆う構造であるものを選定することが望ましい。
図17において、光混色器93は、粒子部96と透明部97で構成されている。粒子部96と透明部97は、実施例1の図4(C)と同様の構成なのでその説明は省略する。また、偏光フィルム94も、実施例1の偏光フィルム4と同様なのでその説明は省略する。また、筐体95はトンネル状の形状を有しており、材質は実施例1の筐体5と同様なのでその説明は省略する。
光混色照明装置101は、複数波長光源92から出射した光を光混色器93で均一に混色して色のムラの無くし、偏光フィルム94でP偏光の光を矢印の方向に出射する機能を有している。また、光混色照明装置101は、光混色器3で矢印の方向に進行せず筐体95側に漏れ出る光は、筐体95の内側で反射させ光混色器93に戻すリサイクル機能を有している。また、光混色照明装置101は、偏光フィルム94で反射したS偏光の光を光混色器93、筐体95、複数波長光源92を経てP偏光の光に変換することで偏光フィルム4から出射させる偏光リサイクル機能も有している。また光混色照明装置101は、照明レンズ102で、所定の領域に指向性を高めて光を照明する機能を有している。すなわち、表示装置へ指向性を高める光を照明することで、効率を高められる機能を有している。
図19は本実施例における光混色照明装置101の機能ブロック図である。図19において、外部に配置された電源15から複数波長光源92に電源が供給されると、発光面6、7、8から赤色、緑色、青色の光が出射される。出射した光は、光混色器93に入射する。光混色器93に入射した光は混色される。光混色器93で混色されたP偏光の一部は、偏光フィルム94を透過して、照明レンズ102で指向性を高められ、外部に出射、出力される。S偏光の一部は、偏光フィルム94で反射して、光混色器93に戻ってリサイクルされる。
光混色器93に入射し混色されたP偏光やS偏光の光の一部は、複数波長光源92に戻る。複数波長光源92に戻った光は、複数波長光源92の出射面またはその他の領域で反射して、再度光混色器93に入射してリサイクルされる。
また、光混色器93に入射し混色されたP偏光やS偏光の光の一部は、筐体95に進行する。筐体95に進行した光は、筐体95の内面で反射して、再度光混色器93に入射してリサイクルされる。
以上説明したように、複数波長光源92から出射した光は、光混色器93を介して多様な光路を経てP偏光に変換され、偏光フィルム94から出射される。光混色照明装置101は、偏光フィルム94から出射された光の指向性を照明レンズ102で高め、所定の領域に効率良く照明する機能を有している。
なお、本実施例では、緑色の光を出射する発光面7を2個搭載する複数波長光源92について説明したが、もちろん異なる4個の波長の光を出射するものでも構わない。また、発光面6、7、8は同じ大きさとしたが、異なる大きさであっても構わない。発光面の最外形が縦横で異なる場合その長手方向と、光混色器の入射面の長手方向を直交さえることで、光を混色しやすい構成とすることが出来る。
本発明の光混色照明装置は、以上説明したように、少なくとも2個以上の発光面を有した複数波長光源(例えば、複数波長光源2、92)と、複数波長光源から出射した複数の光を混色する機能を有する光混色器(例えば、光混色器3、9、11、23、31、37、73、83、93 )と、光混色器から出射した所定の方位の偏光の光を透過させ、それ以外の偏光の光を反射させる偏光フィルム(例えば、偏光フィルム4、24、33、94)を有し、光混色器は、透明な材質で形成された長方形柱体であり、複数波長光源から出射した光を内面反射により混色する機能と、偏光の向きを変換する機能を有している。
また、光混色照明装置(1、21、41、51)は、複数波長光源2の複数の発光面6、7、8の最外形は縦横比が異なり、複数波長光源2から出射した複数の光が入射する光混色器(例えば、光混色器3、9、11、23、31、37、73、83)の入射面の長手方向を複数波長光源2の発光面の長手の方向と略直交させて配置させている。
光混色器(例えば、光混色器9、11、31、37、83、93)の内部に前記透明な材質と異なる屈折率を持つ透明な材質で形成された粒子10を具備させている。
光混色器(例えば、光混色器11、37、83、93)の内部に具備させた粒子の密度を異ならせている。
光混色器(例えば、光混色器11、37、83、93)の内部に具備させた粒子の密度は、複数波長光源から遠い側を高くしている。
光混色器(例えば、光混色器11、37、83、93)は透明な材質からなる透明部(例えば透明部13、39、85、97)と透明部の材質と異なる屈折率を持つ透明な材質で形成された粒子を具備させた粒子部(例えば粒子部12、38、84、96)とを備えており、複数波長光源から出射した光は、光混色器の透明部、粒子部の順に進行する。
光混色器は、光を出射する出射面を備え、光混色器の入射面と出射面以外の側面の外側に光を反射する反射面を設けている。例えば、筐体5、25、44、55、72、82、95の内面のことである。
また、光混色器の出射面から出射した光を略直交方向に光を折り曲げるリフレクタ面(例えば、リフレクタ面29、49、59、60)を配置させている。
リフレクタ面により折り曲げられた光を出射する筐体の出射面を備え、光混色器の出射面よりも筐体の出射面のサイズを大きくしている。
筐体は、リフレクタ面から筐体の出射面までトンネル型の側面を備え、その側面は光を反射する機能を有している。例えば、筐体25、44、55、72、82の内面のことである。
筐体の出射面に光を拡散させる拡散フィルムを備えさせても良い。例えば、偏光フィルム24の前後に配置させる。この場合、照明させる光の指向性、出射角度分布を変換させることができる。
リフレクタ面(例えば、リフレクタ面29、49、59、60)の出射面に所定の偏光の光を透過させ、それ以外の偏光の光を反射させる偏光フィルム(例えば、偏光フィルム24)を配置させている。
以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
1、21、41、51、101:光混色照明装置、2、92:複数波長光源、3、9、11、23、31、37、73、83、93:光混色器、4、24、33、94:偏光フィルム、5、25、44、55、72、82、95:筐体、10:粒子、12、38、84、96:粒子部、13、39、85、97:透明部、30:映像投射装置、32:表示装置、34:投射レンズ、91:光混色部、102:照明レンズ
Claims (9)
- 複数の波長の光を混色する光混色照明装置であって、
複数の発光面を有した複数波長光源と、
該複数波長光源から出射した複数の光を混色する機能を有する光混色器と、
光混色器から出射した所定の方位の偏光の光を透過させ、それ以外の偏光の光を反射させる偏光フィルムを有し、
前記光混色器は、透明な材質で形成された長方形柱体であり、前記複数波長光源から出射した光を内面反射により混色する機能と、偏光の向きを変換する機能を有したことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項1に記載の光混色照明装置であって、
前記複数波長光源の前記複数の発光面の全体の最外形は縦横比が異なり、
前記複数波長光源から出射した複数の光が入射する前記光混色器の入射面の長手方向を前記複数波長光源の前記発光面の長手の方向と略直交させて配置させたことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項1に記載の光混色照明装置であって、
前記光混色器の内部に前記透明な材質と異なる屈折率を持つ透明な材質で形成された粒子を具備したことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項1記載の光混色照明装置であって、
前記光混色器は透明な材質からなる透明部と、該透明部の材質と異なる屈折率を持つ透明な材質で形成された粒子を具備した粒子部とを備え、
前記複数波長光源から出射した光は、前記光混色器の前記透明部から前記粒子部の順に進行することを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項1に記載の光混色照明装置であって、
前記光混色器は、光を出射する出射面を備え、
前記光混色器の入射面と出射面以外の側面の外側に筐体を備え、該筐体に光を反射する反射面を設けたことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項5に記載の光混色照明装置であって、
前記光混色器の出射面から出射した光を略直交方向に光を折り曲げるリフレクタ面を配置したことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項6に記載の光混色照明装置であって、
前記リフレクタ面により折り曲げられた光を出射する筐体の出射面を備え、
前記光混色器の出射面よりも前記筐体の出射面のサイズを大きくしたことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項6に記載の光混色照明装置であって、
前記筐体は、前記リフレクタ面から前記筐体の出射面までトンネル型の側面を備え、該側面は光を反射する機能を有したことを特徴とする光混色照明装置。 - 請求項8に記載の光混色照明装置であって、
前記筐体の出射面に光を拡散させる拡散フィルムを備えたことを特徴とする光混色照明装置。
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