(57)【要約】【課題】複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できる光学装置およびこれを備える光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】照明光を導光する導光部材４と、導光部材４を支持するロッドベース３とを備え、導光部材４が、照明光を入射させる入射面１３と、入射面１３に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面１５と、導光面１５により導光された照明光を出射する出射面１６とを有し、ロッドベース３が、導光面１５の外面に接触して導光部材４を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置２０を採用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を導光する導光部材と、該導光部材を支持する支持部材とを備え、
前記導光部材が、照明光を入射させる入射面と、該入射面に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面と、該導光面により導光された照明光を出射する出射面とを有し、
前記支持部材が、前記導光面の外面に接触して前記導光部材を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置。
【請求項２】
前記粗面処理が、前記接触面をＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に規定される算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上、１２．５μｍ以下となるように処理する請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を出射する複数の光源と、
該光源の半径方向内方に配置された請求項１または請求項２に記載の光学装置と、
該光学装置により導光された照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に偏向する偏向部と、
前記光学装置および前記偏向部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、
前記光源の点灯制御と前記回転部の回転制御を行う制御部とを備える光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面反射により導光する導光部材を支持する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の光源装置において、出射光束の密度を均一化するために、光源から出射された照明光を導光するロッドインテグレータが用いられる。このような光源装置では、ロッドインテグレータと支持部材との接触面においてロッドインテグレータの内面反射が阻害され、導光する光量が低下してしまうという課題がある。
【０００３】
この課題に対して、従来、ロッドインテグレータの支持部材との接触面にミラーコートを施す方法（例えば、特許文献１参照）や、テーパロッドと支持部材との接触面に低屈折率誘電体膜や金属反射膜を形成する方法（例えば、特許文献２参照）や、ロッドインテグレータの側面をネジ等の鋭利な部材で支持して接触面積を減らす方法（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【特許文献１】特開平１１−３２６７２７号公報
【特許文献２】特開２００４−９３６２３号公報
【特許文献３】特許第３２９８５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術には、ミラーコートの反射率は内面反射に比べて低いので、導光する光量を低下させてしまうという不都合がある。
また、特許文献２に開示されている技術には、導光部材と支持部材とを接着するため、接着剤の硬化時間を必要とし、組み立て作業時間の増大を招くという不都合がある。
また、特許文献１および特許文献２に開示されている技術は、ロッドインテグレータにミラーコートや低屈折率誘電体膜を形成する必要があり、加工工程が増えて製造コストの増大を招くという不都合がある。
また、特許文献３に開示されている技術には、ロッドインテグレータを鋭利な支持部材で支持するため、ロッドインテグレータの外面を傷つけてしまうとともに、十分な固定強度を得られないという不都合がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できる光学装置およびこれを備える光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、照明光を導光する導光部材と、該導光部材を支持する支持部材とを備え、前記導光部材が、照明光を入射させる入射面と、該入射面に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面と、該導光面により導光された照明光を出射する出射面とを有し、前記支持部材が、前記導光面の外面に接触して前記導光部材を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置を採用する。
【０００７】
本発明によれば、粗面処理された支持部材の接触面を導光部材の導光面の外面に接触させることで、支持部材により導光部材が支持される。
このようにすることで、導光部材と支持部材との接触面積を小さくして、導光面の外側に微細な空隙を設けることにより、導光部材の導光面における全反射条件を維持することができ、導光部材により導光される光量の低下を抑制することができる。
すなわち、本発明によれば、ミラーコート等の複雑な製造工程を要せずに、導光部材により導光される光量の低下を抑制することができる。また、接着による固定方法を必要としないため、組み立て作業時間を短縮できるとともに、接着剤の経年劣化による導光部材の位置ずれを防止することができる。
【０００８】
上記の光学装置において、前記粗面処理が、前記接触面をＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に規定される算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上、１２．５μｍ以下となるように処理することとしてもよい。
導光部材と支持部材との接触面を上記の表面粗さとすることで、導光部材と支持部材との接触面積を好適なものとすることができる。これにより、導光部材により導光される光量の低下を抑制するとともに、導光部材の導光面の外面を傷つけてしまうことを防止することができる。
【０００９】
本発明は、円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を出射する複数の光源と、該光源の半径方向内方に配置された上記の光学装置と、該光学装置により導光された照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に偏向する偏向部と、前記光学装置および前記偏向部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、前記光源の点灯制御と前記回転部の回転制御を行う制御部とを備える光源装置を採用する。
【００１０】
このような光源装置によれば、複数の光源から円環の円周方向に沿って順次出射されるパルス状の照明光が、光学装置により半径方向内方に導光され、偏向部により中心軸線に沿う方向に偏向される。これにより、光学装置により導光される光量の低下を抑制しつつ、円環の中心軸線に沿う方向に連続的な照明光を出射することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る光学装置およびこれを備える光源装置について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る光源装置１０は、円環状のリング部材１４と、リング部材１４の内周面に並んで配置された複数のＬＥＤ（光源）１と、リング部材１４の半径方向内方に配置され、ＬＥＤ１から出射された照明光を導光する導光部材４と、導光部材４を支持する円柱状のロッドベース（支持部材）３と、導光部材４をロッドベース３に固定する固定部材１８と、導光部材４、ロッドベース３、および固定部材１８を円環の中心軸線Ｏ回りに一体的に回転駆動するモーター２（回転部）と、これらを制御する図示しない制御部とを備えている。なお、上記の導光部材４、ロッドベース３、および固定部材１８で光学装置２０を構成している。
【００１３】
ＬＥＤ１は、円環の半径方向内方に出射光軸を向けてリング部材１４に固定されており、半径方向内方に照明光を出射するようになっている。
導光部材４は、ＬＥＤ１から出射された照明光を入射させる入射面１３を有し、入射させた照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド１１と、導光ロッド１１により導光された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射する反射プリズム（偏向部）１２とを備えており、ＬＥＤ１から半径方向内方に出射された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に導光するようになっている。なお、導光ロッド１１および反射プリズム１２の具体的な構成および支持方法については後述する。
【００１４】
モーター２は、中心軸線Ｏに沿う方向に配置されており、導光部材４、ロッドベース３、および固定部材１８を中心軸線Ｏ回りに一体的に回転駆動するようになっている。
制御部は、ＬＥＤ１の点灯制御とモーター２の回転制御を行うようになっている。具体的には、制御部は、ＬＥＤ１をパルス点灯させる周期および位相と、モーター２の回転周期および位相とを同期させ、パルス点灯するＬＥＤ１に導光部材４の入射面１３を対向させるようにＬＥＤ１およびモーター２を制御する。
【００１５】
上記構成を有する光源装置１０の基本的な動作について以下に説明する。
光源装置１０の電源をＯＮにすると、モーター２により導光部材４の回転駆動が開始される。導光部材４の回転速度が一定速に達すると、制御部により、導光ロッド１１の入射面１３に対向するＬＥＤ１が、導光部材４の回転周期および位相と同期して順次パルス点灯させられる。ＬＥＤ１から出射され、導光ロッド１１の入射面１３に入射した照明光は、導光ロッド１１により半径方向内方に導光され、反射プリズム１２により反射されて中心軸線Ｏに沿う方向に出射される。このようにして、光源装置１０は、ＬＥＤ１からの照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に連続的に出射する。
【００１６】
以下に、導光ロッド１１および反射プリズム１２の具体的な構成および支持方法について、図２および図３を参照して説明する。
図２および図３に示すように、導光ロッド１１は、ＬＥＤ１から出射された照明光を入射させる入射面１３と、入射面１３に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面１５と、導光面１５により導光された照明光を出射する出射面１６とを有している。導光ロッド１１は、矩形の横断面を有しており、上面にテーパが設けられ、入射面１３から出射面１６に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。
【００１７】
反射プリズム１２は、導光ロッド１１の出射面１６と接合され、導光ロッド１１により導光された照明光を入射させる入射面３１と、入射面３１に入射させた照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射する反射面３２と、反射面３２により反射された照明光を出射する出射面３３とを有している。反射プリズム１２は、矩形の入射面３１と出射面３３とが互いに直交する方向に設けられている。
【００１８】
ロッドベース３には、導光ロッド１１の側方および下方に複数の突起部が設けられており、複数の突起部と導光ロッド１１との接触面が符号２１，２２，２６，２７として表されている。これら接触面２１，２２，２６，２７を導光ロッド１１に接触させることで、導光ロッド１１の側方向および下方向の位置決めが行われる。
【００１９】
また、ロッドベース３には、反射プリズム１２を当て付けて位置決めするための接触面２４が設けられている。この接触面２４に反射プリズム１２を当て付けることで、導光ロッド１１および反射プリズム１２の半径方向の位置決めが行われるとともに、半径方向内方への移動が規制される。
【００２０】
さらに、導光ロッド１１の上方向には固定部材１８が設けられており、固定部材１８と導光ロッド１１との接触面が符号２８として表されている。この接触面２８、２３を、テーパが設けられた導光ロッド１１の上面および側面と接触させることで、導光ロッド１１の上方向、半径方向外方および側方向への移動が規制される。
以上のように、接触面２１，２２，２３，２４，２６，２７，２８に導光ロッド１１を接触させることで、導光ロッド１１をロッドベース３に固定することができる。
【００２１】
導光ロッド１１は、入射面１３から出射面１６に向かって横断面積が次第に増大するテーパとなっているため、ロッドベース３と固定部材１８によって挟み込むことで、モーター２による回転によって生じる遠心力に抗して、接触面での接着なしに導光部材４をロッドベース３に固定することができる。また導光ロッド１１がテーパであることにより、ＬＥＤ１から出射された照明光について、中心軸線Ｏに沿った方向の拡散角度を小さくすることができる。
【００２２】
次に、前述の接触面２１，２２，２３，２４，２６，２７，２８の具体的な形状について、図４および図５を参照して説明する。
図５は本実施形態の接触面の断面形状を模式的に示した図であり、図４は比較として示す従来の接触面の断面形状を模式的に示した図である。なお、ここでは代表として接触面２１について説明するが、他の接触面についても同様の形状である。また、接触面の表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に規定されている算術平均粗さＲａを用いて説明する。
【００２３】
図４に示すように、従来の接触面４１は、導光ロッド１１の導光面１５と同様な、光学的に平滑な断面形状を有しており、接触面４１の算術平均粗さＲａは０．２μｍよりも小さい。ここで、導光ロッド１１の導光面１５の外面の算術平均粗さＲａは、０．２μｍよりも小さく、より好ましくは０．１μｍ以下であることが望ましいとされている。
したがって、接触面４１と導光ロッド１１の導光面１５の外面とは光学的に密着した状態であり、導光ロッド１１により導光される光の一部が、導光面１５で内面反射せずに漏れてしまい、光量の低下を招くこととなる。
【００２４】
一方、図５に示すように、本実施形態の接触面２１は、凹凸の起伏がランダムに設けられた断面形状を有しており、接触面２１の算術平均粗さＲａが０．２μｍよりも大きくなるように粗面処理が施されている。そのため、導光ロッド１１と接触面２１との接触面積が小さく、導光面１５の外側に微細な空隙が形成されている。
【００２５】
ここで、接触面の表面粗さと反射率の関係について、図６を参照して説明する。
図６は、接触面の表面粗さを変化させて、導光ロッド１１の導光面１５の反射率を測定した結果を示している。
図６に示すように、接触面の算術平均粗さＲａを３．２μｍから０．２μｍまで小さくするにつれて、導光ロッド１１の導光面１５の反射率は緩やかに低下する。しかし、接触面の算術平均粗さＲａを０．２μｍよりも小さくすると、導光ロッド１１の導光面１５の反射率は急激に低下する。
したがって、接触面２１を、算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上となる表面粗さとすることで、導光面１５における全反射条件を維持することができ、導光ロッド１１により導光される光量の低下を抑制することができる。
また、接触面２１を、算術平均粗さＲａが１２．５μｍ以下となる表面粗さとすることで、導光ロッド１１の導光面１５の外面を傷つけてしまうことを防止することができる。
【００２６】
以上説明してきたように、本実施形態に係る光学装置２０およびこれを備える光源装置１０によれば、ミラーコート等の複雑な製造工程を要せずに、導光部材４により導光される光量の低下を抑制することができる。また、接着による固定方法を必要としないため、組み立て作業時間を短縮できるとともに、接着剤の経年劣化による導光部材４の位置ずれを防止することや、接着面で全反射条件が崩れることによる光量低下を防止することができる。
【００２７】
なお、接触面の表面粗さを算術平均粗さＲａを用いて説明したが、これに代えて、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に規定されている最大高さＲｚを用いてもよい。経験的にＲｚは、Ｒｚ＝４×Ｒａの関係があることが知られているので、この場合には接触面２１の最大高さＲｚを０．８よりも大きく、５０より小さくすればよい。
【００２８】
また、接触面の表面形状は図５に示すようなランダムな粗面でもよいが、図１１に示すように規則的に粗面を形成したものでもよい。また、導光部材４との接触圧力で粗面の頂点部が潰れてしまうことを防止するために、接触面を樹脂などの柔らかい材質で構成するよりも、金属のような硬い材質で構成することが望ましい。
【００２９】
次に、本実施形態に係る光学装置の変形例について図面を参照して説明する。なお、各変形例の光学装置について、前述の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
〔第１の変形例〕
図７（ａ）および図７（ｂ）は、第１の変形例に係る導光部材５の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド３１の４つの導光面全てにテーパが設けられている点である。
【００３０】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、導光部材５は、ＬＥＤ１から出射された照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド３１と、導光ロッド３１により導光された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射する反射プリズム１２とを備えている。
導光ロッド３１は、矩形の横断面を有し、４つの導光面１５の全てにテーパが設けられ、入射面１３から出射面１６に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。これにより、ＬＥＤ１から出射された照明光について、中心軸線Ｏに沿った方向とそれに直角な方向の拡散角度を小さくすることができる。
また、ロッドベース３の接触面２１，２２，２６，２７と固定部材１８の接触面２３，２８は、導光面１５のテーパに沿った角度とされている。
【００３１】
このようにすることで、ロッドベース３に設けられた接触面２１，２２，２６，２７と固定部材１８に設けられた接触面２３，２８を、テーパが設けられた導光面１５の外面に接触させ、導光ロッド１１の半径方向外方への移動を規制することができる。これにより、モーター２による回転によって生じる遠心力に抗して、接触面での接着なしに導光部材５を固定することができる。
【００３２】
〔第２の変形例〕
図８（ａ）および図８（ｂ）は、第２の変形例に係る導光部材６の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、反射プリズム１２の出射面３３にテーパロッド３５が接合され、テーパロッド３５の側面を固定部材３６に設けられた接触面３７に当て付けている点である。
【００３３】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、導光部材６は、ＬＥＤ１から出射された照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド１１と、導光ロッド１１により導光された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射する反射プリズム１２と、反射プリズム１２により反射された照明光を導光するテーパロッド３５とを備えている。
【００３４】
テーパロッド３５は、矩形の横断面を有し、４つの導光面３８の全てにテーパが設けられ、入射面から出射面に向かって横断面積が次第に減少する形状とされている。また、テーパロッド３５は、中心軸線Ｏに中心軸を合わせて配置されている。
固定部材３７には、例えば、図示しない長穴が設けられ、この長穴とネジを用いてロッドベース３に固定することで、ロッドベース３に対して位置調整が可能なようになっている。このようにすることで、テーパロッド２の中心軸を中心軸線Ｏに精密に合わせたり、導光部材６の寸法誤差に合わせて導光ロッド１１の入射面１３の位置を調整することが可能となる。
【００３５】
〔第３の変形例〕
図９（ａ）および図９（ｂ）は、第３の変形例に係る導光部材７の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド４１のテーパ面の傾斜方向が逆となっていること、および、反射プリズム１２の入射面３１を固定部材４２に設けられた接触面４３に当て付けている点である。
【００３６】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、導光ロッド４１は、矩形の横断面を有しており、上面にテーパが設けられ、入射面１３から出射面１６に向かって横断面積が次第に減少する形状とされている。
【００３７】
導光ロッド１１の上方には固定部材４２が設けられており、固定部材４２と導光ロッド４１との接触面が符号２３、および２８として表され、固定部材４２と反射プリズム１２との接触面が符号４３として表されている。この接触面２８をテーパが設けられた導光面１５の外面と接触させるとともに、接触面４３を反射プリズム１２と接触させることで、導光ロッド４１の上方、半径方向内方、および半径方向外方への移動を規制することができる。
【００３８】
〔第４の変形例〕
図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）は、第４の変形例に係る導光部材８の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド５１の上面および両側面に傾斜方向の異なるテーパが設けられ、固定部材５２に導光ロッド５１の側面に接触する接触面５３が設けられた点である。
【００３９】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）に示すように、導光ロッド５１の上面に固定部材５２に設けられた接触面２８を当て付けるとともに、導光ロッド５１の側面に固定部材５２に設けられた接触面５３を当て付けることで、導光ロッド４１の上方、半径方向内方、および半径方向外方への移動を規制することができる。
【００４０】
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変更等も含まれる。
例えば、各接触面の表面形状は、図５または図１１に示す形状であるとして説明したが、これらに代えて、微小な突起が複数配列された形状としてもよく、導光部材との接触面積を小さくするとともに導光部材を安定的に支持可能な形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源装置の構成を説明する模式図である。
【図２】図１の光学装置の上面図である。
【図３】図１の光学装置の縦断面図である。
【図４】従来の接触面の断面形状を説明する図である。
【図５】本実施形態の接触面の断面形状を説明する図である。
【図６】接触面の表面粗さと導光面の反射率との関係を説明する図である。
【図７】第１の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図８】第２の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図９】第３の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】第４の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は縦断面図である。
【図１１】図５の接触面の代替案を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＬＥＤ
２  モーター
３  ロッドベース
４，５，６，７，８  導光部材
１０  光源装置
１１，４１，５１  導光ロッド
１２  反射プリズム
１３  入射面
１４  リング部材
１５  導光面
１６  出射面
１８  固定部材
２０  光学装置
２１，２２，２３，２４，２６，２７，２８  接触面
【図１】
2010021105.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010021105.tif 000007
【図６】
2010021105.tif 000008
【図７】
2010021105.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010021105.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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