JP6098450B2

JP6098450B2 - ライトガイド

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Publication number: JP6098450B2
Application number: JP2013187136A
Authority: JP
Inventors: 保宏大内; 松島　竹夫; 竹夫松島
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: JP2015055651A

Description

本発明は、プロジェクタや露光装置に具備される光源装置において、光源からの光を導光するための筒状のライトガイドに関する。

ライトガイドは、内面反射を利用して、片側から入射した光を他方へ効率よく導くものであり、例えば光の強度の均一化を図る目的で種々の光源装置において使用されている。

特許文献１には、筒状のライトガイドが開示されている。
具体的には、図５に示されるように、４つの反射板７１Ａ〜７１Ｄを四角筒の各壁板となるよう組み合わせて、各反射板７１Ａ〜７１Ｄによって形成される４つの稜線を、接着剤による接着部７２，７２，７２，７２を形成することによって固定してしたものであり、各反射板７１Ａ〜７１Ｄの各反射面によって筒状の反射面が形成されたライトガイド７０が開示されている。

しかしながら、このようなライトガイド７０においては、各反射板７１Ａ〜７１Ｄの製造バラツキによって寸法などに較差が生じるため、各反射板７１Ａ〜７１Ｄの平行度や位置合わせが困難であり、位置ズレが生じてしまい、光学特性に個体差が生じるなどの問題がある。

このような問題を解消するためには、多角形筒状の枠体を用いて、当該枠体の各内平面に反射板を接着して固定させることが考えられる。
具体的には、図６に示されるように、四角筒状の枠体８１と、当該枠体８１の内周面における、断面において内周の辺となる４つの内平面に固定された反射板８２Ａ〜８２Ｄとを有し、当該各内平面に固定された反射板８２Ａ〜８２Ｄの反射面によって四角筒状の反射面が形成されたライトガイド８０が挙げられる。

しかしながら、枠体８１の各内平面に反射板８２Ａ〜８２Ｄを固定するときに、枠体８１および各反射板８２Ａ〜８２Ｄには不可避的に製造バラツキが生じるので、各反射板８２Ａ〜８２Ｄ間に不所望な隙間（図６においては隙間Ｅ１，Ｅ２）が形成される、という問題が生じる。このような隙間Ｅ１，Ｅ２が形成されると、出射光が不均一な光となることから、ライトガイド８０が光学特性が低いものとなってしまう。
特に、反射板８２Ａ〜８２Ｄとしてガラス基板上に反射膜を形成してなるものを用いる場合は、その製造バラツキが大きなものとなることから、光学特性の低下への影響も大きなものとなる。

特開２００９−３１７１７号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、反射板の位置ズレや反射板間の隙間の発生が抑制され、所期の光学特性を有するライトガイドを提供することにある。

本発明のライトガイドは、断面における内周形状が略多角形の筒状の枠体と、当該枠体の内周面における、断面において内周の辺となる各内平面に固定された反射板とを有し、当該各内平面に固定された反射板の反射面によって多角形筒状の反射面が形成されたライトガイドであって、
前記枠体には、その各内平面の一の周方向における先端側に、当該内平面に固定される反射板の先端側縁部を収容する、枠体の筒軸方向に伸びる収容用凹部が形成され、
前記反射板の各々は、その先端側縁部が前記枠体の収容用凹部に進入すると共に、当該反射板の後端側端面における少なくとも反射面側の辺が前記一の周方向における後続の反射板の反射面に当接する状態に固定されていることを特徴とする。

本発明のライトガイドにおいては、前記枠体は、金属材料により形成されてなり、
前記反射板は、ガラス基板上に反射膜が形成されてなることが好ましい。

本発明のライトガイドにおいては、前記反射板の後端側端面が、反射面から背面に向かって、前記後続の反射板の反射面から離間する方向に傾斜する傾斜面であることが好ましい。

本発明のライトガイドによれば、筒状の枠体の各内平面に反射板が固定されるために反射板の位置ズレが抑止される。そして、各反射板が、その先端側縁部が枠体の収容用凹部に進入すると共に、後端側端面が隣接する反射板の反射面に当接する状態に固定されている。従って、枠体および反射板が製造バラツキを有するものであっても、反射板の先端側縁部を収容用凹部に突出させることにより、そのバラツキが許容されて反射板間の隙間の発生が抑制される。その結果、筒状の反射面の光学特性に固体差が生じることが抑制されると共に、ライトガイドに所期の光学特性が得られる。

本発明のライトガイドの構成の一例を示す説明用斜視図である。図１のライトガイドの筒軸に垂直な方向における断面図である。本発明のライトガイドを備えた光源装置の構成の一例を示す説明用断面図である。本発明のライトガイドの構成の別の一例を示す説明用断面図である。従来のライトガイドの構成の一例を示す説明用断面図である。従来のライトガイドの構成の別の一例を示す説明用断面図である。

以下、本発明のライトガイドの実施の形態について説明する。
図１は、本発明のライトガイドの構成の一例を示す説明用斜視図、図２は、図１のライトガイドの筒軸に垂直な方向における断面図である。
このライトガイド１０は、断面における内周形状が略多角形、例えば略矩形の筒状の枠体２０と、当該枠体２０の内周面を構成する４つの内平面１１〜１４の各々に固定された４つの反射板３１〜３４によって構成されている。このライトガイド１０においては、枠体２０の各内平面１１〜１４に固定された反射板３１〜３４の反射面によって断面が矩形の筒状の反射面が形成されている。

枠体２０は、断面における内周形状が略多角形であれば、その外形形状、すなわち断面における外周形状は特に限定されない。

枠体２０は、アルミニウムなどの金属材料により形成されていることが好ましい。
枠体２０が金属材料から形成されたものであることによって、ライトガイド１０に高い熱伝導性が得られ、当該ライトガイド１０によって導光すべき光の一部が熱となって加熱されても高い放熱作用を得ることができる。

枠体２０の厚みは、例えば最小の厚みが５〜１０ｍｍとされる。
このような枠体２０は、例えば押出成形によって製造することができる。

そして、本発明のライトガイド１０においては、枠体２０には、各内平面１１〜１４の一の周方向（図２における時計回り方向）における先端側に収容用凹部２１〜２４がそれぞれ形成されている。すなわち枠体２０の互いに隣接する内平面１１〜１４間に、当該内平面１１〜１４に固定される反射板３１〜３４の先端側縁部をそれぞれ収容するための収容用凹部２１〜２４がそれぞれ形成されている。この収容用凹部２１〜２４は、枠体２０の筒軸方向に伸びて形成されている。
収容用凹部２１〜２４の形状は、製造の容易さから例えば円柱状に沿った形状、具体的には、筒軸方向に伸びる断面が円弧の樋状とされることが好ましいが、これに限定されるものではない。

ライトガイド１０には、反射板３１〜３４を一の周方向と逆方向に押す図示しない押圧機構が設けられていることが好ましい。
この押圧機構は、例えば枠体２０の収容用凹部２１〜２４の各々から筒軸方向に垂直な方向に沿って伸びる、枠体２０の外部に連通するよう形成された貫通孔を介して、反射板３１〜３４をそれぞれ押す構成とすることができる。

反射板３１〜３４は、例えばガラス基板上に例えば高輝アルミなどからなる反射膜が形成されてなるものとすることができる。この反射膜の表面が反射板３１〜３４の反射面とされる。

反射板３１〜３４は、その一の周方向の幅が、枠体２０の各内平面１１〜１４の一の周方向の幅よりも大きいものとされている。
また、反射板３１〜３４の長手方向の長さは、枠体２０の長手方向の長さと同じとされている。

そして、本発明のライトガイド１０においては、枠体２０の内周面において反射板３１〜３４が卍形に配置されている。
具体的には、まず、第１の反射板３１が、枠体２０の第１の内平面１１上において、その先端側縁部３１ａが第１の収容用凹部２１に進入した状態とされている。さらに、当該第１の反射板３１の後端側端面３１ｂが、前記一の周方向における後続の第２の反射板３２の反射面に、押圧機構によって前記一の周方向と逆方向に押されることによって当接する状態とされている。
第２の反射板３２も第１の反射板３１と同様に、枠体２０の第２の内平面１２上において、その先端側縁部３２ａが第２の収容用凹部２２に進入した状態とされている。さらに、当該第２の反射板３２の後端側端面３２ｂが、前記一の周方向における後続の第３の反射板３３の反射面に、押圧機構によって前記一の周方向と逆方向に押されることによって当接する状態とされている。
第３の反射板３３も第１の反射板３１と同様に、枠体２０の第３の内平面１３上において、その先端側縁部３３ａが第３の収容用凹部２３に進入した状態とされている。さらに、当該第３の反射板３３の後端側端面３３ｂが、前記一の周方向における後続の第４の反射板３４の反射面に、押圧機構によって前記一の周方向と逆方向に押されることによって当接する状態とされている。
第４の反射板３４も第１の反射板３１と同様に、枠体２０の第４の内平面１４上において、その先端側縁部３４ａが第４の収容用凹部２４に進入した状態とされている。さらに、当該第４の反射板３４の後端側端面３４ｂが、前記一の周方向における後続の第１の反射板３１の反射面に、押圧機構によって前記一の周方向と逆方向に押されることによって当接する状態とされている。

上記のように反射板３１〜３４が卍形に配置されることによって、各反射板３１〜３４によって構成される筒状の反射面を隙間のない四角筒状のものとすることができる。

そして、反射板３１〜３４が上記のように配置された状態において、各収容用凹部２１〜２４内に例えば接着剤が充填されることによって、これらの反射板３１〜３４が枠体２０に対して固定されている。

反射板３１〜３４の後端側端面３１ｂ〜３４ｂと、これらの反射板３１〜３４の後続の反射板３１〜３４の反射面とは、接着剤等による接着がなされていないことが好ましい。
これは、例えば反射板３１〜３４がガラス基板上に反射膜が形成されてなるものである場合には、反射板３１〜３４を構成するこれらの材料と枠体２０を構成する材料との間の熱膨張係数の差が大きくなってしまうことがある。このとき、反射板３１〜３４の後端側端面３１ｂ〜３４ｂと、これらの反射板３１〜３４の後続の反射板３１〜３４の反射面とを接着により固定してしまうと、反射板３１〜３４と枠体２０との熱膨張差によって破損してしまうおそれがあるためである。

上記のライトガイド１０の寸法の一例を挙げると、全長が１００ｍｍ、枠体２０の断面の外周の各辺の長さが５０ｍｍ、収容用凹部２１〜２４を構成する円柱の直径が７ｍｍ、各反射板３１〜３４の一の周方向の幅が３３ｍｍ、厚みが２．５ｍｍ、反射板３１〜３４によって形成される矩形筒状の反射面の断面に現れる矩形の各辺の長さが３０ｍｍである。

上記のライトガイド１０においては、図示しない光源から放射された光が光入射面１０Ａから入射され、この入射光が筒状の反射面によって囲われて形成される導光空間Ｓにおいて筒状の反射面に反射されながら当該ライトガイド１０の長手方向に導光されて、光出射面１０Ｂから出射される。

本発明のライトガイド１０によれば、枠体２０の各内平面１１〜１４に反射板３１〜３４が固定されるために、反射板３１〜３４の位置ズレが抑止される。そして、各反射板３１〜３４が、その先端側縁部３１ａ〜３４ａが枠体２０の収容用凹部２１〜２４に進入すると共に、後端側端面３１ｂ〜３４ｂが隣接する反射板３１〜３４の反射面に当接する状態に固定されている。従って、枠体２０および反射板３１〜３４が製造バラツキを有するものであっても、反射板３１〜３４の先端側縁部３１ａ〜３４ａを収容用凹部２１〜２４にそれぞれ突出させることにより、そのバラツキが許容されて反射板３１〜３４間の隙間の発生が抑制される。その結果、筒状の反射面の光学特性に固体差が生じることが抑制されると共に、ライトガイド１０に所期の光学特性が得られる。

本発明のライトガイド１０は、例えば種々の光源装置において、高圧放電ランプなどのランプや発光素子を備えた固体光源などの光源からの光を導くために用いられる。
具体的には、例えば図３に示されるように、ライトガイド１０の光入射面１０Ａ側に光源１５を配置すると共に、光出射面１０Ｂ側に例えばインテグレータレンズなどの光学レンズ１６を配置することによって光源装置１９を構成する。なお、図３において、１７は集光レンズ、Ｗは被照射物である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、筒状の枠体が、断面における内周形状が略矩形のものに限定されず、内周形状が略六角形のものや略三角形のものであってもよい。すなわち、筒状の反射面が断面矩形のライトガイドに限定されず、断面が六角形や三角形のライトガイドとして構成されていてもよい。

図４は、本発明のライトガイドの構成の別の一例を示す説明用断面図である。
このライトガイド４０は、断面における内周形状が略六角形の筒状の枠体５０と、当該枠体５０の内周面を構成する６つの内平面４１〜４６に各々固定された６つの反射板６１〜６６によって構成されている。このライトガイド４０においては、枠体５０の各内平面４１〜４６に固定された反射板６１〜６６の反射面によって断面が六角形の筒状の反射面が形成されている。

そして、この例のライトガイド４０においても、枠体５０の内周面において反射板６１〜６６が卍形に配置されている。
具体的には、まず、１つの反射板６１が、枠体５０の１つの内平面４１上において、その先端側縁部６１ａが内平面４１の一の周方向における先端側に形成された収容用凹部５１に進入した状態とされている。さらに、当該反射板６１の後端側端面における少なくとも反射面側の辺（以下、「反射面後端辺」ともいう。）６１ｃが前記一の周方向における後続の反射板６２の反射面に、押圧機構によって前記一の周方向と逆方向に押されることによって当接する状態とされている。
他の５つの反射板６２〜６６も、反射板６１と同様に、枠体５０の内平面４２〜４６上において、その先端側縁部６２ａ〜６６ａが内平面４２〜４６の一の周方向における先端側に形成された収容用凹部５２〜５６に進入した状態とされている。さらに、当該反射板６２〜６６の後端側端面における反射面後端辺６２ｃ〜６６ｃが、前記一の周方向における後続の反射板６３〜６６，６１の反射面に、押圧機構によって前記一の周方向と逆方向に押されることによって当接する状態とされている。

このライトガイド４０においては、反射板６１〜６６の後端側端面が、各々の反射面から背面に向かって、後続の反射板６２〜６６、６１の反射面から離間する方向に傾斜する傾斜面とされていることが、特に好ましい。
筒状の反射面が断面が六角形であるライトガイド４０においては、反射板６１〜６６の後端側端面が当該反射板６１〜６６の反射面に例えば垂直な平面である場合などに、隣接する反射板６１〜６６間に反射面の連続性が得られず隙間が形成されてしまう場合がある。反射板６１〜６６の後端側端面が上記のような傾斜面とされていることによって、反射板６１〜６６の反射面後端辺６１ｃ〜６６ｃが確実に後続の反射板６２〜６６、６１の反射面に当接することとなる。従って、隣接する反射板６１〜６６間に確実に反射面の連続性が得られ、従って、隙間のない筒状の反射面を得ることができる。

なお、図１および図２に示されるような断面が矩形の反射面を有するライトガイドにおいても、反射板の後端側端面が、各々の反射面から背面に向かって、後続の反射板の反射面から離間する方向に傾斜する傾斜面とされていることが、特に好ましい。これにより、後端側端面の平坦度にバラツキがあった場合においても、反射面後端辺を確実に後続の反射板の反射面に当接させることができる。

１０ライトガイド
１０Ａ光入射面
１０Ｂ光出射面
１１第１の内平面
１２第２の内平面
１３第３の内平面
１４第４の内平面
１５光源
１６光学レンズ
１７集光レンズ
１９光源装置
２０枠体
２１第１の収容用凹部
２２第２の収容用凹部
２３第３の収容用凹部
２４第４の収容用凹部
３１第１の反射板
３２第２の反射板
３３第３の反射板
３４第４の反射板
３１ａ〜３４ａ先端側縁部
３１ｂ〜３４ｂ後端側端面
４０ライトガイド
４１〜４６内平面
５０枠体
５１〜５６収容用凹部
６１〜６６反射板
６１ａ〜６６ａ先端側縁部
６１ｃ〜６６ｃ反射面後端辺
７０ライトガイド
７１Ａ〜７１Ｄ反射板
７２接着部
８０ライトガイド
８１枠体
８２Ａ〜８２Ｄ反射板
Ｓ導光空間
Ｗ被照射物

Claims

断面における内周形状が略多角形の筒状の枠体と、当該枠体の内周面における、断面において内周の辺となる各内平面に固定された反射板とを有し、当該各内平面に固定された反射板の反射面によって多角形筒状の反射面が形成されたライトガイドであって、
前記枠体には、その各内平面の一の周方向における先端側に、当該内平面に固定される反射板の先端側縁部を収容する、枠体の筒軸方向に伸びる収容用凹部が形成され、
前記反射板の各々は、その先端側縁部が前記枠体の収容用凹部に進入すると共に、当該反射板の後端側端面における少なくとも反射面側の辺が前記一の周方向における後続の反射板の反射面に当接する状態に固定されていることを特徴とするライトガイド。
前記枠体は、金属材料により形成されてなり、
前記反射板は、ガラス基板上に反射膜が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のライトガイド。
前記反射板の後端側端面が、反射面から背面に向かって、前記後続の反射板の反射面から離間する方向に傾斜する傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載のライトガイド。