(57)【要約】【課題】  小型高輝度で均一な照明を実現でき、かつ、製作性が良い照明デバイス、照明装置、及び、この照明装置により高効率で高画質な画像を得ることができる画像投影装置を提供すること。【解決手段】  照明デバイス６は、拡散する照明光を射出する発光部１１を有するＬＥＤ（発光素子）１２と、ＬＥＤ１２から射出された拡散光を入射させる凹部が形成されて拡散光を略平行光に変換して外部に射出する光学素子１３と、一方の側面１５Ａと、他方の側面１５Ｂと、これらを貫通する貫通孔１５Ｃとを有してＬＥＤ１２と光学素子１３とを保持するホルダー部１５とを備えている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散する照明光を射出する発光部を有する少なくとも一つの発光素子と、
該発光素子から射出された拡散光を入射させる凹部が形成されて前記拡散光を略平行光に変換して外部に射出する少なくとも一つの光学素子と、
一方の側面と、他方の側面と、これらを貫通する少なくとも一つの貫通孔とを有して前記発光素子と前記光学素子とを保持するホルダー部とを備え、  
前記光学素子が、前記ホルダー部の前記一方の側面側から前記貫通孔の一つに挿入されて固定され、
前記発光素子が、前記ホルダー部の前記他方の側面側から、前記光学素子が固定される前記貫通孔に挿入されて固定されていることを特徴とする照明デバイス。
【請求項２】
前記光学素子が、前記貫通孔と嵌合可能に突出して形成された第一の凸部を備え、
前記凹部が、前記第一の凸部が突出する方向と逆方向に前記第一の凸部に形成され、
前記発光素子が、前記凹部と嵌合可能な第二の凸部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記貫通孔が円形断面形状とされ、前記第一の凸部が円柱形状とされていることを特徴とする請求項２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記貫通孔の一部に、前記第一の凸部を挿入した際に前記第一の凸部との接触を避ける間隙部が配されていることを特徴とする請求項２に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記光学素子の一部が、前記貫通孔と嵌合可能に突出して形成された突状部とされ、
前記凹部が、前記突状部が突出する方向と逆方向に前記突状部に形成され、
前記ホルダー部には、前記貫通孔に隣接して前記一方の側面に開口する複数の受け部が配され、
前記突状部には、前記突状部が突出する方向に向かって、前記複数の受け部のそれぞれに挿入可能な複数の保持部が側面に立設され、
前記発光素子が、前記凹部と嵌合可能な第二の凸部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項６】
前記光学素子が、前記ホルダー部の前記他方の側面と略平行とされて前記発光素子と接触可能な第一の面を備え、
前記発光素子が、前記ホルダー部の前記他方の側面と略平行とされて前記第一の面と接触可能な第二の面を備え、
前記第一の面と前記第二の面との接触位置が、前記貫通孔内から外れた位置とされていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項７】
前記第一の面と前記第二の面とが、前記ホルダー部の他方の側面と略同一位置とされていることを特徴とする請求項６に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記第一の面内に、前記光学素子を成形する際に用いる取り出し具の突き当て面が配されていることを特徴とする請求項６に記載の照明デバイス。
【請求項９】
前記光学素子が、前記凹部から入射した拡散光を略平行光に変換する放物面形状の反射面を備え、
該反射面の焦点位置が、前記貫通孔の略中心位置を通るとともに前記第一の面又は前記第二の面に対して直交する軸上に位置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
前記光学素子が、前記凹部から入射した拡散光を略平行光に変換する放物面形状の反射面を備え、
該反射面の焦点位置が、前記発光素子の略中心位置を通るとともに前記第一の面又は前記第二の面に対して直交する軸上に位置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
前記発光部の略中心位置が、前記貫通孔の略中心位置を通るとともに前記第一の面又は前記第二の面に対して直交する軸上に位置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明デバイス。
【請求項１２】
前記貫通孔で、前記光学素子と前記ホルダー部とが接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項１３】
前記発光素子を前記ホルダー部に向かって前記他方の側面に押付ける押圧部材を備え、
前記発光素子が、前記押圧部材で押圧されることによって前記ホルダー部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項１４】
前記押圧部材には、前記発光素子で生じた熱を放熱する放熱部が配されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明デバイス。
【請求項１５】
前記貫通孔が前記ホルダー部に複数設けられ、
前記光学素子、及び、前記発光素子をそれぞれ複数備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項１６】
前記ホルダー部が、前記一方の側面が内周面とされ、前記他方の側面が外周面とされて管状に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の照明デバイス。
【請求項１７】
前記ホルダー部の少なくとも前記一方の側面が円筒面形状とされていることを特徴とする請求項１６に記載の照明デバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載の照明デバイスと、
該照明デバイスから出射された放射光の一部を取り込む入射端面と、該入射端面から取り込んだ放射光を射出する射出端面と、前記入射端面から取り込んだ放射光の少なくとも一部を反射して前記射出端面に導く反射面とを有する柱状導光手段と、
該柱状導光手段の一部を前記照明デバイスに対して移動させる移動手段と、
前記柱状導光手段の移動に伴い前記発光素子を発光制御する発光制御手段とを備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
前記柱状導光手段が一つのみ配され、
前記発光制御手段が、前記柱状導光手段の移動に伴い、一つの前記入射端面と対向する複数の前記発光素子を順次発光させることを特徴とする請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記貫通孔が、前記ホルダー部の中心軸上に中心が配される円周上に複数配されて円環状の貫通孔列を形成し、該貫通孔列が前記中心軸線方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記貫通孔が、前記照明デバイスの射出側を千鳥状に隣接して配設可能に配されていることを特徴とする請求項２０に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記柱状導光手段の一つの前記入射端面が、前記ホルダー部の前記中心軸とそれぞれ略平行な第一の二辺と、これら第一の二辺にそれぞれ直交する第二の二辺とに囲まれる矩形面とされ、
前記第二の二辺が、前記各貫通孔列に配された前記照明デバイスの前記光学素子に係る前記中心軸方向の外縁端とそれぞれ略接する距離に配されていることを特徴とする請求項２１に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記光学素子の射出端面の直径をφ、前記貫通孔列の数をｎ、前記第二の二辺間の距離をＬとするとき、
φ＋（ｎ−１）×（√３／２）×φ≦Ｌ＜ｎ×φ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２２に記載の照明装置。
【請求項２４】
前記柱状導光手段が、前記入射端面が配された一つの平行ロッドと、
該平行ロッドに接続されるとともに、前記反射面にて前記平行ロッドからの照明光の方向を変化させる一つのプリズムと、
該プリズムから離間して配されるとともに、前記プリズムにて屈折された照明光を入射させ、前記反射面で反射させながら前記射出端面に導く一つのテーパロッドとを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２５】
入力される画像情報に基づいて画像を投影する画像投影装置であって、
請求項１８に記載の照明装置と、
前記柱状導光手段の前記射出端面から射出する照明光を入力された画像情報に基づいて変調する空間変調手段と、
該空間変調手段で変調された照明光を投影する投影光学手段とを備えていることを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明デバイス、照明装置、及び、画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で高輝度な均一照明を実現するため、放物面とレンズの組み合わせた光学素子や反射面（＋レンズ）とフレネルレンズを組み合わせた光学素子に関する発明で、拡散光源から放射された光のうち、比較的狭角の光をレンズやフレネルレンズによる屈折作用により、比較的広角の光を放物面や、レンズと組み合わせた平面などの反射作用により、光の指向性を高め、高輝度の照明を実現するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、放物面とレンズと平面部を有する光学素子を拡散光源に組み合わせることによって、特許文献１に記載のものと同様、狭角の光を中央部レンズによる屈折により、広角の光を放物面による反射により平面を経て前方に指向性の高い光を供給するものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに照明装置の構造として、所謂アーク放電型ランプにおけるランプを反射鏡のスリーブ部材へ保持させるため、反射鏡が平面をともなった円筒部を有する放物面反射鏡とされたものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
また、拡散光源から大光量を得るために、複数の発光素子を一列の環状に配列してパルス発光させ、発光タイミングにあわせて回転する２本の対向するロッドで取り込む照明装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。  
【特許文献１】特開平４−１３８４３８号公報
【特許文献２】米国特許第４，７６７，１７２号明細書
【特許文献３】特許第３２６９３４９号公報
【特許文献４】特開２００４−１０２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、放物面とレンズとを組み合わせて放射角度の広い光源からの光の指向性を向上させる際、狭角の光線に作用する屈折（レンズ）部の表裏面にパワーを持たせたほうが良いが、レンズ厚が厚くなると光学素子の射出面の径が大きくなり、光軸方向の高さが高くなってコンパクトさに欠ける。またこれを防止するため、狭角に作用するレンズ部をフレネルレンズとしても、広角の光に作用する部分がレンズと平面反射面との組み合わせによるものでは、射出面で光線の粗密が生じてしまい、空間的なムラになってしまうという問題がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載の発明のように、保持部を有する放物面が備えられていても、保持構造、方法が複雑であり、長軸なバルブタイプのランプ以外の、例えば、半球タイプの光源や、平面の外装部を有する光源には対応できない。
【０００７】
また、特許文献４に記載の技術では、照明光が射出する発光素子の射出面形状について十分に考慮されていないため、発光素子の射出端面形状が円形、かつ、発光素子に対向する平行ロッド２３Ａやライトパイプ３４の入射端面形状が矩形の場合、出射端面と入射端面との形状の違いに伴うＥｔｅｎｄｕｅの損失が少なからず発生する。
なお、Ｅｔｅｎｄｕｅとは、光を射出する面積と射出する光の広がり角との積を示す。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、小型高輝度で均一な照明を実現でき、かつ、製作性が良い照明デバイス、照明装置、及び、この照明装置により高効率で高画質な画像を得ることができる画像投影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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る照明デバイスは、拡散する照明光を射出する発光部を有する少なくとも一つの発光素子と、該発光素子から射出された拡散光を入射させる凹部が形成されて前記拡散光を略平行光に変換して外部に射出する少なくとも一つの光学素子と、一方の側面と、他方の側面と、これらを貫通する少なくとも一つの貫通孔とを有して前記発光素子と前記光学素子とを保持するホルダー部とを備え、前記光学素子が、前記ホルダー部の前記一方の側面側から前記貫通孔の一つに挿入されて固定され、前記発光素子が、前記ホルダー部の前記他方の側面側から、前記光学素子が固定される前記貫通孔に挿入されて固定されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、貫通孔を有するホルダー部に、発光素子とこれに対応する光学素子を固定するので、光学素子と発光素子とを容易に組立てることができる。
【０００９】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記光学素子が、前記貫通孔と嵌合可能に突出して形成された第一の凸部を備え、前記凹部が、前記第一の凸部が突出する方向と逆方向に前記第一の凸部に形成され、前記発光素子が、前記凹部と嵌合可能な第二の凸部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この照明デバイスは、第一の凸部を貫通孔に嵌合させて光学素子をホルダー部に固定でき、貫通孔に第二の凸部を挿入して凹部と嵌合させて発光素子をホルダー部及び光学素子に固定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記貫通孔が円形断面形状とされ、前記第一の凸部が円柱形状とされていることを特徴とする。
この照明デバイスは、互いに嵌合される貫通孔と第一の凸部とが円形形状とされているので、どちらも高い製作性を得ることができ、取付の方向や位置の精度を容易に出すことができる。
【００１２】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記貫通孔の一部に、前記第一の凸部を挿入した際に前記第一の凸部との接触を避ける間隙部が配されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、光学素子をホルダー部に固定する際に接着剤を使用する場合、間隙部に余分な接着剤を溜めることができ、接着作業を容易にすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記光学素子の一部が、前記貫通孔と嵌合可能に突出して形成された突状部とされ、前記凹部が、前記突状部が突出する方向と逆方向に前記突状部に形成され、前記ホルダー部には、前記貫通孔に隣接して前記一方の側面に開口する複数の受け部が配され、前記突状部には、前記突状部が突出する方向に向かって、前記複数の受け部のそれぞれに挿入可能な複数の保持部が側面に立設され、前記発光素子が、前記凹部と嵌合可能な第二の凸部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この照明デバイスは、光学素子をホルダー部に固定する際、突状部を貫通孔に嵌合させるとともに、各保持部をそれぞれの受け部内に挿入することによって、より好適な位置精度で組立てることができる。
【００１５】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記光学素子が、前記ホルダー部の前記他方の側面と略平行とされて前記発光素子と接触可能な第一の面を備え、前記発光素子が、前記ホルダー部の前記他方の側面と略平行とされて前記第一の面と接触可能な第二の面を備え、前記第一の面と前記第二の面との接触位置が、前記貫通孔内から外れた位置とされていることを特徴とする。
【００１６】
この照明デバイスは、第一の面と第二の面とを当接させた状態でホルダー部に光学素子と発光素子とを固定することができる。このとき、当接位置が貫通孔内にないので、当接状態を確認して固定することができ、容易に位置だしすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記第一の面と前記第二の面とが、前記ホルダー部の他方の側面と略同一位置とされていることを特徴とする。
この照明デバイスは、ホルダー部の他方の側面を基準として第一の面と第二の面とを当接させることができ、位置だし精度を高めることができる。
【００１８】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記第一の面内に、前記光学素子を成形する際に用いる取り出し具の突き当て面が配されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、光学素子の製作時に、第一の面の突き当て面に、取り出し具を突き当てることによって、成形型から光学素子の取り出しを容易に行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記光学素子が、前記凹部から入射した拡散光を略平行光に変換する放物面形状の反射面を備え、
該反射面の焦点位置が、前記貫通孔の略中心位置を通るとともに前記第一の面又は前記第二の面に対して直交する軸上に位置されていることを特徴とする。
【００２０】
この照明デバイスは、放物面の焦点位置を上述した位置にすることによって、チルト等した複雑な形状にならず型の製作が容易となって製作性を高めることができる。また、略平行光の方向を上記軸の方向とすることができ、ホルダー部に取り付けた際に、所望の光学性能を得ることができる。
【００２１】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記光学素子が、前記凹部から入射した拡散光を略平行光に変換する放物面形状の反射面を備え、該反射面の焦点位置が、前記発光素子の略中心位置を通るとともに前記第一の面又は前記第二の面に対して直交する軸上に位置されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、光学素子の反射面が発光素子の中心軸に対して成形されているので、より平行光を射出することができる。
【００２２】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記発光部の略中心位置が、前記貫通孔の略中心位置を通るとともに前記第一の面又は前記第二の面に対して直交する軸上に位置されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、発光部が発光素子全体の中心位置にない場合でも、発光部を基準として光学素子を成形することによって平行光を射出することができる。
【００２３】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記貫通孔で、前記光学素子と前記ホルダー部とが接着剤で固定されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、光学素子をホルダー部に容易に固着して保持させることができる。
【００２４】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記発光素子を前記ホルダー部に向かって前記他方の側面に押付ける押圧部材を備え、前記発光素子が、前記押圧部材で押圧されることによって前記ホルダー部に固定されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、発光素子や光学素子を交換する際、押圧部材の押圧を解除することによって、発光素子や光学素子をホルダー部から容易に取り外すことができる。
【００２５】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記押圧部材には、前記発光素子で生じた熱を放熱する放熱部が配されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、高輝度を要する場合に、発光素子からの発熱を放熱部から放熱させることができ、熱的に安定、かつ、高輝度の照明光を得ることができる。
【００２６】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記貫通孔が前記ホルダー部に複数設けられ、前記光学素子、及び、前記発光素子をそれぞれ複数備えていることを特徴とする。
この照明デバイスは、複数の発光素子を貫通孔に配することによって、より高輝度の照明光を得ることができる。
【００２７】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記ホルダー部が、前記一方の側面が内周面とされ、前記他方の側面が外周面とされて管状に形成されていることを特徴とする。
この照明デバイスは、高精度に発光素子からの照明光をホルダー部の中心方向の一定領域内に向けて集光させることができる。
【００２８】
また、本発明に係る照明デバイスは、前記照明デバイスであって、前記ホルダー部の少なくとも前記一方の側面が円筒面形状とされていることを特徴とする。
この照明デバイスは、ホルダー部の中心位置をより容易に作り出すことができ、発光素子からの照明光をより好適に中心位置の一定領域内に集光させることができる。
【００２９】
本発明に係る照明装置は、本発明に係る照明デバイスと、該照明デバイスから出射された放射光の一部を取り込む入射端面と、該入射端面から取り込んだ放射光を射出する射出端面と、前記入射端面から取り込んだ放射光の少なくとも一部を反射して前記射出端面に導く反射面とを有する柱状導光手段と、該柱状導光手段の一部を前記照明デバイスに対して移動させる移動手段と、前記柱状導光手段の移動に伴い前記発光素子を発光制御する発光制御手段とを備えていることを特徴とする。
この照明装置は、本発明に係る照明デバイスを備えているので、拡散光源であってもより均一で高輝度な照明光を柱状導光手段から得ることができる。
【００３０】
また、本発明に係る照明装置は、前記照明装置であって、前記柱状導光手段が一つのみ配され、前記発光制御手段が、前記柱状導光手段の移動に伴い、一つの前記入射端面と対向する複数の前記発光素子を順次発光させることを特徴とする。
この照明装置は、一つの入射端面に対して複数の発光素子を発光させるので、それら全体の少なくとも一つを柱状導光手段内に取り込んで射出端面から照明光を射出させることができる。
【００３１】
また、本発明に係る照明装置は、前記照明装置であって、前記貫通孔が、前記ホルダー部の中心軸上に中心が配される円周上に複数配されて円環状の貫通孔列を形成し、該貫通孔列が前記中心軸線方向に複数形成されていることを特徴とする。
この照明装置は、貫通孔列に対してその円周方向に入射端面を移動させることによって、照明デバイスからの照明光を柱状導光手段内へ取り込むことができる。
【００３２】
また、本発明に係る照明装置は、前記照明装置であって、前記貫通孔が、前記照明デバイスの射出側を千鳥状に隣接して配設可能に配されていることを特徴とする。
この照明装置は、ホルダー部の貫通孔に照明デバイスを最密に配することができ、入射端面の面積が小さくても高効率に照明光を柱状導光手段に導光することができる。従って、柱状導光手段にその都度対向する照明デバイスの射出端面の総面積に対して、柱状導光手段の入射端面の形状の違いによる面積の損失を好適に抑えることができるため、Ｅｔｅｎｄｕｅの損失を削減でき、高い効率の照明光を得ることができる。
【００３３】
また、本発明に係る照明装置は、前記照明装置であって、前記柱状導光手段の一つの前記入射端面が、前記ホルダー部の前記中心軸とそれぞれ略平行な第一の二辺と、これら第一の二辺にそれぞれ直交する第二の二辺とに囲まれる矩形面とされ、前記第二の二辺が、前記各貫通孔列に配された前記照明デバイスの前記光学素子に係る前記中心軸方向の外縁端とそれぞれ略接する距離に配されていることを特徴とする。
【００３４】
この照明装置は、ホルダー部の貫通孔列における各貫通孔に千鳥状に配された照明デバイスの光学素子に係る射出端面からの照明光を過不足なく入射端面に取り込むことができ、取り込み効率の損失を抑えて高い効率の照明光を得ることができる。
【００３５】
また、本発明に係る照明装置は、前記照明装置であって、前記光学素子の射出端面の直径をφ、前記貫通孔列の数をｎ、前記第二の二辺間の距離をＬとするとき、φ＋（ｎ−１）×（√３／２）×φ≦Ｌ＜ｎ×φの関係を満たすことを特徴とする。
【００３６】
この照明装置は、入射端面の第一の二辺の長さが、上記の関係を有しているので、照明デバイスを千鳥状に配した際に、入射端面の面積を入射端面とその都度対向する複数の光学素子の射出端面の総面積以上にして照明光を確実に取り込む一方、照明光が入射しない領域を最小限に抑えることができる。
【００３７】
また、本発明に係る照明装置は、前記照明装置であって、前記柱状導光手段が、前記入射端面が配された一つの平行ロッドと、該平行ロッドに接続されるとともに、前記反射面にて前記平行ロッドからの照明光の方向を変化させる一つのプリズムと、該プリズムから離間して配されるとともに、前記プリズムにて屈折された照明光を入射させ、前記反射面で反射させながら前記射出端面に導く一つのテーパロッドとを備えていることを特徴とする。
【００３８】
この照明装置は、柱状導光手段の射出端面から射出する照明光を、一つの入射端面から入射した照明光の全てでまかなうことができ、高効率、かつ、より均一な照明光を射出することができる。
【００３９】
本発明に係る画像投影装置は、入力される画像情報に基づいて画像を投影する画像投影装置であって、本発明に係る照明装置と、前記柱状導光手段の前記射出端面から射出する照明光を入力された画像情報に基づいて変調する空間変調手段と、該空間変調手段で変調された照明光を投影する投影光学手段とを備えていることを特徴とする。
この画像投影装置は、本発明に係る照明装置を備えているので、拡散光源を用いても均一照明の明るい高品位投影画像を表示させることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、発光素子とこれに対応する光学素子とを容易に組立てることができ照明デバイスの取付精度や作業性を向上させることができる。また、これによって小型高輝度で均一な照明を照射可能な製作性の良い照明装置や画像投影装置を得ることができる。
また、照明デバイスから導光する際、照明デバイスの射出端面形状が円形であり、かつ、柱状導光手段の入射端面形状が矩形の場合であっても、これら出射端面と入射端面との形状の違いに伴うＥｔｅｎｄｕｅの損失を最小限にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図１８を参照して説明する。
本実施形態に係る画像投影装置１は、入力される画像情報に基づいて画像を投影する画像投影装置であって、図１に示すように、照明光を発する照明装置２と、照明装置２から射出する照明光を、入力された画像情報に基づいて変調するＬＣＤパネル（空間変調手段）３と、ＬＣＤパネル３で変調された照明光を投影する投影レンズ（投影光学手段）５とを備えている。
【００４２】
照明装置２は、図２及び図３に示すように、照明光として放射光を射出する照明デバイス６と、照明デバイス６から出射された放射光の一部を取り込む入射端面７Ａと、入射端面７Ａから取り込んだ放射光を射出する射出端面７Ｂと、入射端面７Ａから取り込んだ放射光の少なくとも一部を反射して射出端面７Ｂに導く反射面７Ｃとを有する柱状導光手段７と、柱状導光手段７の一部を照明デバイス６に対して移動させる移動手段８と、柱状導光手段７の移動に伴い照明デバイス６を発光制御する発光制御手段１０とを備えている。
【００４３】
照明デバイス６は、図３に示すように、拡散する照明光を射出する発光部１１を有するＬＥＤ（発光素子）１２と、ＬＥＤ１２から射出された拡散光を入射させる後述する凹部１８が形成されて拡散光を略平行光に変換して外部に射出する光学素子１３と、一方の側面１５Ａと、他方の側面１５Ｂと、これらを貫通する貫通孔１５Ｃとを有してＬＥＤ１２と光学素子１３とを保持するホルダー部１５と、ＬＥＤ１２をホルダー部１５に向かって他方の側面１５Ｂに押付ける押圧部材１６とを備えている。そして、貫通孔１５Ｃがホルダー部１５に複数設けられ、ＬＥＤ１２、及び、光学素子１３をそれぞれ複数備えている。
【００４４】
ホルダー部１５は、内周面を一方の側面１５Ａ、外周面を他方の側面１５Ｂとされて、中心軸線Ｃ１を有する円管状に形成されている。
貫通孔１５Ｃは円形断面とされており、図３に示すように、ホルダー部１５の中心軸線Ｃ１上に中心が配される円周上に複数配されて円環状の貫通孔列１５Ｄ、１５Ｅが形成されている。これら貫通孔列１５Ｄ、１５Ｅは中心軸線Ｃ１方向に二つ並んで形成されており、光学素子１３を配した際に光学素子１３が互いに隣接して最密状になるようにホルダー部１５に千鳥状に配されている。そして、図３に示すように、光学素子１３が、ホルダー部１５の一方の側面１５Ａ側から貫通孔１５Ｃの一つに挿入されて固定され、ＬＥＤ１２が、ホルダー部１５の他方の側面１５Ｂ側から、光学素子１３が固定される貫通孔１５Ｃに挿入されて固定されている。
【００４５】
なお、ホルダー部は、ＬＥＤ１２の固着を容易にして高い取付精度とするために、図４（ａ）に示すように、貫通孔１５Ｃの他方の側面側の開口近傍を平面形状の多面体形状としてもよい。また、光学素子１３の固着を容易にするために、図４（ｂ）に示すように、一方の側面側も合わせて多面体形状としても構わない。
【００４６】
光学素子１３は、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、日本ゼオン製のゼオネックス（登録商標）等によって一体成形されている。
光学素子１３は、図５から図７に示すように、貫通孔１５Ｃの開口径と略同一の外径とされて貫通孔１５Ｃと嵌合可能に円柱形状に突出して形成された挿入部（第一の凸部）１７を備え、凹部１８が、挿入部１７が突出する方向と逆方向に断面が円形形状とされて挿入部１７に形成されている。
光学素子１３の挿入部１７の外径は、貫通孔１５Ｃと略同一径とされて互いに嵌合可能とされている。挿入部１７の先端面は、ホルダー部１５の他方の側面１５Ｂと略平行な平面とされており、ＬＥＤ１２と接触可能な第一の面１７Ａとされている。
【００４７】
第一の面１７Ａは、図８（ａ）に示すように、円柱状に形成された当て部２０Ａを有して光学素子１３を成形する際に用いるイジェクトピン（取り出し具）２０の突き当て面とされている。
なお、図８（ｂ）に示すように、当て部２０Ａの当接面積よりも大きい面積とするために第一の面１７Ａの周方向に沿って湾曲して形成された当て部２１Ａを備えるイジェクトピン２１としても構わない。
【００４８】
また、光学素子１３は、凹部１８から入射した拡散光を略平行光に変換する放物面形状の反射面１３Ａと、凹部１８に入射した照明光及び反射面１３Ａで略平行光に変換された照明光とを外部に射出する射出端面１３Ｂとを備えている。
反射面１３Ａの焦点位置（図６中のＡ点）は、貫通孔の略中心位置を通るとともに第一の面１７Ａに対して直交する軸Ｃ上に位置されている。
凹部１８の底面１８Ａは、凸状の非球面レンズとされている。また、凹部１８の底面１８Ａ部分に対応する射出端面１３Ｂの表面にはフレネルレンズ１３ａが形成されている。そして、ＬＥＤ１２からの照明光は、凹部１８の底面１８Ａと側面１８Ｂとから入射する。
【００４９】
ＬＥＤ１２は、発光部１１が配されたベース部２２と、発光部１１を中心位置に載置してこれを覆うとともに凹部１８と嵌合可能な半球状のレンズ部（第二の凸部）２３とを備えている。なお、発光部１１は、中心位置がＬＥＤ１２の中心位置とともに軸Ｃ上となるように配されている。
レンズ部２３の外径は、挿入部１７の内径とされる凹部１８の開口径と略同一とされて互いに嵌合可能とされている。
なお、レンズ部は半球状に限らず矩形状であっても構わない。この場合、光学素子の凹部の形状も矩形状のレンズ部を嵌合可能に形成される。
【００５０】
ベース部２２は、ホルダー部１５の他方の側面１５Ｂと略平行とされて第一の面１７Ａと接触可能な第二の面２２Ａを備えている。
第一の面１７Ａと第二の面２２Ａとは、光学素子１３とＬＥＤ１２とをホルダー部１５に固定したとき、第一の面１７Ａと第二の面２２Ａとの接触位置が、貫通孔１５Ｃ内から外れてホルダー部１５の他方の側面１５Ｂと略同一位置となるようにそれぞれ形成されている。
【００５１】
押圧部材１６は、図３に示すように、ホルダー部１５の他方の側面１５Ｂに対して互いに対向する方向から押圧可能に二つに分割された半円筒形状の第一の押圧部材１６Ａと第二の押圧部材１６Ｂとを備えている。各押圧部材１６Ａ、１６Ｂの内径は、ホルダー部１５にＬＥＤ１２を固定させた際に、ＬＥＤ１２のベース部２２が装着されるＬＥＤ基板２５の外周面と略同一の径とされている。各押圧部材１６Ａ、１６Ｂが接続される端部にはフランジ部１６ａが形成されており、ねじ１６ｂにて互いに接続可能に形成されている。このねじ１６ｂによるねじ止めによってホルダー部１５を押圧してＬＥＤ１２をホルダー部１５に固定する。
【００５２】
そして、押圧部材１６には、図９に示すように、ＬＥＤ１２で生じた熱を放熱する放熱部１６Ｃが配されている。
放熱部１６Ｃには、径方向外方に向かって多数のフィン１６ｃが突出して形成されている。
なお、図２に示すように、放熱効果を向上させるために放熱部１６Ｃの近傍に放熱ファン２６が配されている。
【００５３】
柱状導光手段７は、図２に示すように、入射端面７Ａが配された一つの平行ロッド２７と、平行ロッド２７に接続されるとともに、反射面７Ｃにて平行ロッド２７からの照明光の方向を変化させる一つの折り曲げプリズム（プリズム）２８と、折り曲げプリズム２８から僅かに離間して配されるとともに、折り曲げプリズム２８にて屈折された照明光を入射させ、反射面７Ｃで反射させながら射出端面７Ｂに導く一つのテーパロッド３０とを備えている。
【００５４】
折り曲げプリズム２８は、テーパロッド３０や平行ロッド２７よりも高屈折率な透明部材で構成されている。
平行ロッド２７の入射端面７Ａは、図２及び図１０に示すように、ホルダー部１５の中心軸線Ｃ１とそれぞれ略平行な第一の二辺７Ｄ、７Ｅと、これら第一の二辺７Ｄ、７Ｅにそれぞれ直交する第二の二辺７Ｆ、７Ｇとに囲まれる矩形面とされている。
【００５５】
入射端面７Ａの大きさは、千鳥状に配された発光している４個の照明デバイス６（斜線を付したものは発光していない照明デバイス６を示す。）のうち、略３．５個分の光学素子１３の射出端面１３Ｂをカバーする大きさに形成されている。
ここで、第二の二辺７Ｆ、７Ｇは、図１０に示すように、各貫通孔列１５Ｄ、１５Ｅに配された照明デバイス６の光学素子１３に係る中心軸線Ｃ１方向の外縁端１３Ｃ、１３Ｄとそれぞれ略接して配されている。この場合、入射端面７Ａの面積は、第一の二辺７Ｄ、７Ｅ間の距離をｄ、第二の二辺７Ｆ、７Ｇ間の距離をＬ、光学素子１３の射出端面１３Ｂの直径をφとするとき、（１＋√３／２）×φ×ｄとなる。
なお、入射端面７Ａの面積は、貫通孔列の数をｎ（本実施形態ではｎ＝２）とするとき、
φ＋（ｎ−１）×（√３／２）×φ≦Ｌ＜ｎ×φ
の関係を満たせばよい。
【００５６】
平行ロッド２７の入射端面７Ａは、光学素子１３の射出端面１３Ｂと僅かな隙間をもって離間してこれに対向する位置に配されている。なお、折り曲げプリズム２８は全反射面２８Ａにて照明光を全反射させているが、金属ミラーコートしてもよく、誘電体多層膜コートしてもよい。
折り曲げプリズム２８の射出端面２８Ａとこれに対向するテーパロッド３０の入射端面３０Ａとは略同一の大きさとされている。
【００５７】
移動手段８は、回転モータ３１と、回転モータ３１に接続された回転軸３２と、回転軸３２に接続されて平行ロッド２７と接続される円盤状のロッドホルダー３３とを備えている。
発光制御手段１０は、ロッドホルダー３３の回転量をモニタする回転センサ３５と、回転センサ３５からの信号に基づき、各ＬＥＤ１２の発光タイミングを制御する発光タイミング制御回路３６と、発光タイミング制御回路３６からの信号によってＬＥＤ１２への駆動電流を制御するＬＥＤ駆動制御回路３７と、回転センサ３５からの信号に基づき回転モータ３１の回転を制御するモータ駆動制御回路３８とを備えている。この発光タイミングは、柱状導光手段７の平行ロッド２７の回転移動に伴い、一つの入射端面７Ａと対向する位置に配された複数のＬＥＤ１２を順次発光させるものとされている。
【００５８】
次に、本実施形態に係る照明デバイス６の組立方法、及び、画像投影装置１、照明装置２、照明デバイス６の操作方法、並びに作用・効果について説明する。
まず、光学素子１３とＬＥＤ１２とをホルダー部１５に取り付ける。
すなわち、光学素子１３の挿入部１７をホルダー部１５の一方の端面１５Ａ側から貫通孔１５Ｃに挿入して嵌合する。このとき、図１１（ａ）に示すように、光学素子１３の射出端面１３Ｂを押付け治具３９Ａにてホルダー部１５側に押付けるとともに、挿入部１７の第一の面１７Ａとホルダー部１５の他方の側面１５Ｂとが同一面上となるように他方の側面１５Ｂ側から固着支持具３９Ｂにてあてつけ、両側から押さえつける。
【００５９】
次に、図１１（ｂ）に示すように、挿入部１７の第一の面１７ＡとＬＥＤ１２のベース部２２の第二の面２２Ａとが当接するまで、ホルダー部１５の他方の側面１５Ｂ側からＬＥＤ１２のレンズ部２３を貫通孔１５Ｃの開口から凹部１８内に挿入し、図６に示すように、凹部１８と嵌合させる。こうして、図７に示すように、ホルダー部１５に対して、光学素子１３とＬＥＤ１２とがそれぞれ固定される。
【００６０】
上述の作業を、各貫通孔１５Ｃに対して行い、図１２に示すように、ホルダー部１５の一方の側面１５Ａから見たとき、光学素子１３の射出端面１３Ｂが最密状に配設される。
そして、第一の押圧部材１６Ａと第二の押圧部材１６Ｂとを接続し、両者をねじ止めする。こうして、照明デバイス６が得られる。
【００６１】
ここで、ＬＥＤ１２の発光部１１から発せられた拡散光が、光学素子１３の射出端面１３Ｂから射出される際の作用について説明する。
図１３に示すように、ＬＥＤ１２から放射された光のうち、比較的狭角の光は、非球面レンズとされた凹部１８の底面１８Ａで屈折し、さらに上面となる射出端面１３Ｂ中央部に形成されたフレネルレンズ１３ａにより平行性の高い光に変換される。また、ＬＥＤ１２から放射された光のうち比較的広角の光は、凹部１８の円筒状の側面１８Ｂから屈折して入射し、反射面１３Ａの内部で全反射して軸Ｃと略平行方向に反射され、上方の射出端面１３Ｂから射出する。
【００６２】
ここで、図１４に示すように凹部４０の底面４０Ａが厚いレンズとされる光学素子４１、図１５に示すように凹部４２の底面４２Ａがフレネル構造になっている光学素子４３、図１６に示すような射出端面１３Ｂがフレネル構造になっている本実施形態に係る光学素子１３のそれぞれに対し、光学素子の形状と光学素子内の光線との関係について説明する。
ＬＥＤ１２の発光部１１中央からの放射光のうち狭角の光線を屈折させる凹部１８、４０、４２の底面１８Ａ、４０Ａ、４２Ａの最外周に到達する光線の角度θとする。また発光部１１の発光面から光学素子１３、４１、４３の射出端面１３Ｂ、４１Ｂ、４３Ｂまでの高さをｈとし、射出面径をφとする。
【００６３】
底面１８Ａ、４０Ａ、４２Ａの最外周に到達する光よりも広角な光を凹部１８、４０、４２の側面１８Ｂ、４０Ｂ、４２Ｂから入射させ、全て反射面１３Ａにて反射させようとすれば、θa＜θb＜θcとなり、φa＜φb＜φc かつｈa＞ｈb＞ｈcとなる。したがって、同様の略平行光を得ながらコンパクトな構成とする場合には、図１５及び図１６に示すようにフレネル構造をとって薄くすることが好適である。この場合、図１５に示すように、射出端面４３Ｂ側よりも凹部４２の底面４２Ａ側をフレネル構造とする方が光学素子をよりコンパクトにすることができる。ただし、凹部の底面がフレネル構造の状態ではフレネルレンズ面に対する光線入射角度が大きくなるため、フレネル構造のレンズ面でないバックカット面に光が入射しやすく、不要光が多くなって効率が落ちてしまう。
【００６４】
したがって、図１６に図示するように、射出端面１３Ｂ側がフレネル構造で凹部１８の底面１８Ａをレンズ部分とする本実施形態に係る光学素子１３である方が、凹部１８の底面１８Ａから入射して平行性が高まった光線をフレネルレンズ１３ａに入射させるため、効率落ちが少なく、高指向性を維持するとともにコンパクトな光学素子を提供することができる。
【００６５】
この照明デバイス６を照明装置２にて使用する場合には、まず、回転モータ３１を駆動して回転軸３２に接続されたロッドホルダー３３を回転させて、柱状導光手段７の平行ロッド２７と折り曲げプリズム２８とを回転させる。
このとき、回転センサ３５によってロッドホルダー３３の回転量をモニタして、モニタされた信号を基に発光タイミング制御回路３６によって発光タイミングを制御し、図１０に示すように、ＬＥＤ駆動制御回路３７により平行ロッド２７の入射端面７Ａと対向する照明デバイス６のみをパルス発光させる。そして、この際、ロッドホルダー３３の回転にあわせて順次ＬＥＤ１２を連続発光することで、すべてのＬＥＤ１２を連続点灯させなくても、図１７に示すように、平行ロッド２７の１回転について１回発光させてテーパロッド３０の射出端面７Ｂから実効的に高輝度の光を連続して取り出す。
【００６６】
またＬＥＤ１２の光量ばらつきなどを生じても、モニタされた信号を基に光量が最適になるようにＬＥＤ１２の駆動電流をフィードバック制御して均一な照明光を取り出す。
こうして得られた高輝度かつ平行性の高い照明光をＬＣＤパネル３に供給し、出力された画像を投影レンズ５によって図示しないスクリーンや白壁に拡大投影する。
【００６７】
この照明デバイス６によれば、貫通孔１５Ｃを有するホルダー部１５に対し、光学素子１３の挿入部１７を貫通孔１５Ｃに嵌合させて光学素子１３をホルダー部に固定し、貫通孔１５ＣにＬＥＤ１２のレンズ部２３を挿入して凹部１８と嵌合させてＬＥＤ１２をホルダー部１５及びこれに対応する光学素子１３に固定することができ、光学素子１３とＬＥＤ１２とを容易に組立てることができる。
この際、嵌合する貫通孔１５Ｃと挿入部１７とが何れも円形形状とされているので、どちらも高い製作性を得ることができ、取付の方向や位置の精度を容易に出すことができる。
【００６８】
また、光学素子１３の第一の面１７ＡとＬＥＤ１２の第二の面２２Ａとを当接させた状態でホルダー部１５に光学素子１３とＬＥＤ１２とを固定できる。このとき、当接位置が貫通孔１５Ｃ内でなく、ホルダー部１５の他方の側面１５Ｂと略同一位置とされているので、当接状態を確認して第一の面１７Ａと第二の面２２Ａとを当接させて固定することができ、精度良く容易に位置だしすることができる。
【００６９】
さらに、光学素子１３の製作時に、第一の面１７Ａの突き当て面に、イジェクトピン２０を突き当てることによって、成形型から光学素子１３の取り出しを容易に行うことができる。
また、光学素子１３の反射面１３Ａである放物面の焦点位置が上述する位置にあるので、光学素子１３がチルト等した複雑な形状にならず、成形型の製作が容易となって製作性を高めることができる。
【００７０】
そして、押圧部材１６にてＬＥＤ１２をホルダー部１５に押付けているので、ＬＥＤ１２や光学素子１３を交換する際、ねじ１６ｂを緩めて押圧部材１６の押圧を解除することによって、ＬＥＤ１２や光学素子１３をホルダー部１５から容易に取り外すことができる。
また、ホルダー部１５に放熱部１６Ｃが配されているので、高輝度を要する場合に大量の駆動電流を供給しても、ＬＥＤ１２からの発熱を放熱部１６Ｃから好適に放熱させることができ、熱的に安定、かつ、高輝度の照明光を得ることができる。
【００７１】
また、ホルダー部１５が円管状に形成されているので、複数のＬＥＤ１２をそれぞれの貫通孔１５Ｃに配した場合、ＬＥＤ１２からの照明光をホルダー部１５の中心方向の一定領域内に向けて集光させて高輝度光を得ることができる。
この際、ホルダー部１５を円筒形状とすることによって、ホルダー部１５の中心位置をより容易に作り出すことができる。
また、略平行光の方向を軸Ｃの方向とすることができ、ホルダー部１５に取り付けた際に、所望の光学性能を得ることができる。
【００７２】
また、この照明装置２によれば、複数の光学素子１３及びＬＥＤ１２を配列し、順次切り替えてパルス発光させるとともに、放射光を取り込む平行ロッド２７との相対位置関係をＬＥＤ１２の発光切り替えにあわせて選択しながら変移させることによって、実効的に高輝度で大光量の光を供給することができる。
【００７３】
このとき、一つのＬＥＤ１２に着目した場合、図１７に示すように、破線で示す定格電流値に対してパルス発光時の電流値の倍率は発光デューティに依存し、デューティ比が小さいほど電流値を上げることができる。従って、実線で示すように、一回転について一回ＬＥＤ１２を発光させる際、発光定格電流値以上の電流値を供給でき、ＬＥＤ１２の発光強度を高めることができる。
【００７４】
また、図１０に示すように、ホルダー部１５の貫通孔列１５Ｄ、１５Ｅに照明デバイス６が千鳥状に最密に配され、かつ、入射端面７Ａの第二の二辺７Ｆ、７Ｇが、各貫通孔列１５Ｄ、１５Ｅに配された照明デバイス６の光学素子１３に係る中心軸線Ｃ１方向の外縁端１３Ｃ、１３Ｄとそれぞれ略接して配されているので、光学素子１３の射出端面１３Ｂからの照明光を過不足なく入射端面１３Ｂに取り込んで柱状導光手段７に導光することができ、取り込み効率の損失を抑えて高い効率の照明光を得ることができる。
【００７５】
この際、光学素子１３の射出端面１３Ｂの直径をφ、第二の二辺７Ｆ、７Ｇ間の距離をＬとするとき、（１＋√３／２）×φ≦Ｌ＜２×φの関係が満たされているので、入射端面７Ａが回転移動しても、入射端面７Ａと対向してＬＥＤ１２が発光する照明デバイス６の光学素子１３に係る射出端面１３Ｂの総面積が、例えば、常に略３．５個分の面積でほぼ一定とすることができる。従って、照明光を確実に取り込む一方、照明光が入射しない領域を最小限に抑えることができ、かつ、図１８にて実線で示すように、光量変動を小さくすることができる。
【００７６】
また、柱状導光手段７にその都度対向する照明デバイス６の射出端面１３Ｂの総面積に対して、柱状導光手段７に係る入射端面７Ａの形状の違いによる面積の損失を好適に抑えてＥｔｅｎｄｕｅの損失を削減でき、高い効率の照明光を得ることができる。
この際、一つの平行ロッド２７を回転移動させているので、柱状導光手段７の射出端面７Ｂから射出する照明光を一つの入射端面７Ａから入射させた照明光の全てでまかなうことができ、高効率、かつ、より均一な照明光とすることができる。
【００７７】
また、ＬＥＤ１２の放射光が拡散光であっても、高指向性の光学素子１３によって平行度の高い光に変換されて柱状導光手段７に入射し導光されるため、損失の少ない照明を実現することができる。
したがって、この画像投影装置１によれば、ムラのない明るく高品位な大画面映像を供給することができる。
【００７８】
次に、第２の実施形態について図１９を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る照明デバイス４５が、ホルダー部４６の貫通孔４６Ｃの一部に、挿入部１７を挿入した際に挿入部１７の側面との接触を避けるための間隙部４６Ｄが配されているとした点である。
また、光学素子１３とホルダー部４６とは、貫通孔４６Ｃで接着剤で固定されるとした点である。
【００７９】
この照明デバイス４５によれば、第１の実施形態に係る照明デバイス６のような押圧部材１６を使用しなくても、光学素子１３をホルダー部４６に容易に固着して保持させることができる。
この際、間隙部４６Ｄに余分な接着剤を溜めることができ、接着作業を容易にすることができる。
なお、接着剤は、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤等あるが、作業性からＵＶ硬化接着剤が好適である。
【００８０】
次に、第３の実施形態について図２０から図２３を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る照明デバイス５０が、図２０及び図２１に示すように、ホルダー部５１の貫通孔５１Ｃに隣接して一方の側面５１Ａと他方の側面５１Ｂとにともに開口する三つの受け部５１Ｅが配され、光学素子５２には、図２２（ａ）に示すような挿入部１７の代わりに、図２２（ｂ）に示すように、光学素子５２の一部が貫通孔５１Ｃと嵌合可能に突出して突状部５２Ｃが形成され、突状部５２Ｃが突出する方向に向かって、受け部５１Ｅのそれぞれに挿入可能な三つの保持部５３が側面に立設されているとした点である。
保持部５３の先端面はともに平面形状とされ、それぞれ第一の面５３Ａとして略同一平面上となるように形成されている。
【００８１】
この照明デバイス５０を組立てる際には、光学素子５２の突状部５２Ｃをホルダー部５１の一方の側面５１Ａ側から貫通孔５１Ｃに挿入して嵌合すると同時に保持部５３をそれぞれの受け部５１Ｅに嵌合させる。このとき、第１の実施形態と同様に押付け治具３９Ａにてホルダー部５１側に押付けるとともに、光学素子５２の第一の面５３Ａとホルダー部５１の他方の側面５１Ｂとが同一面上となるように他方の側面５１Ｂ側から固着支持具３９Ｂにてあてつけ、両側から押さえつける。
【００８２】
次に、ホルダー部５１の他方の側面５１Ｂ側からＬＥＤ１２のレンズ部２３を、第一の面５３ＡとＬＥＤ１２のベース部２２の第二の面２２Ａとが当接するまで貫通孔５１Ｃの開口に挿入し、凹部１８と嵌合させる。こうして、ホルダー部５１に対して、光学素子５２とＬＥＤ１２とをそれぞれ固定する。
上述の作業を、各貫通孔５１Ｃに対して行い、第一の押圧部材１６Ａと第二の押圧部材１６Ｂとを押付け、両者をねじ止めする。こうして、照明デバイス５０が得られる。
なお、第２の実施形態と同様に接着剤で固定させてもよい。
【００８３】
この照明デバイス５０は、図２３に示すように、ＬＥＤ１２から放射された光のうち、比較的狭角の光は、非球面レンズとされた凹部１８の底面１８Ａで屈折し、さらに上面となる射出端面５２Ｂから出射する際には、平行性の高い光に変換される。また、ＬＥＤ１２から放射された光のうち比較的広角の光は、凹部１８の円筒状の側面１８Ｂから屈折して入射し、反射面５２Ａの内部で全反射して軸Ｃと略平行方向に反射され、上方の射出端面５２Ｂから出射する。
【００８４】
この照明デバイス５０によれば、光学素子５２をホルダー部５１に固定する際、突状部５２Ｃを貫通孔５１Ｃに嵌合させるとともに、各保持部５３をそれぞれの受け部５１Ｅ内に挿入することによって、より好適な位置精度で組立てることができる。
また、反射面５２Ａが突状部５２Ｃの先端まで形成されているので、突状部５２Ｃを貫通孔５１Ｃに挿入した際、発光部１１からの光線の角度θを第１の実施形態の場合よりも広角にすることができる。
【実施例】
【００８５】
第１の実施形態に係る照明装置２と、図２４、図２５、図２６（ｂ）に示すように、柱状導光手段６０が、互いに同一形状とされた二つの平行ロッド６１と、互いに同一形状とされた二つの折り曲げプリズム６２と、テーパロッド６３とを備えている照明装置６５との場合とで照明効率等を比較する。
なお、図２４、図２５、図２６（ｂ）に示す照明装置６５は、特許文献４において、ＬＥＤとして射出端面形状が円形の光学素子１３を用い、さらに、Ｅｔｅｎｄｕｅの損失が少なくなるように、この射出端面と平行ロッド６１に配された入射端面６０Ａとを近接させた場合の照明装置である。
【００８６】
照明装置６５に係る各平行ロッド６１は、照明デバイス６６が配されて円筒状に形成された基板６７の中心軸線Ｃ２に直交する直線に沿って配されている。
照明デバイス６６は、発光部１１を有するＬＥＤ１２と、光学素子１３とを備えており、ホルダー部１５を介さずに、中心軸線Ｃ２上に中心が配される円周上に複数並んで直接基板６７に装着されている。
平行ロッド６１に配された入射端面６０Ａは、図２５に示すように、基板６７の中心軸線Ｃ２とそれぞれ略平行な第一の二辺６０Ｄ、６０Ｅと、これら第一の二辺６０Ｄ、６０Ｅにそれぞれ直交する第二の二辺６０Ｆ、６０Ｇとに囲まれる矩形面とされている。
なお、図２５の上段は、平行ロッド６１の一方の入射端面６０Ａと発光している照明デバイス６６との位置関係を示しており、下段は、平行ロッド６１の他方の入射端面６０Ａと発光している照明デバイス６６との位置関係を示しており、両者を同時に表したものである。
【００８７】
ここで、第二の二辺６０Ｆ、６０Ｇは、基板６７に配された照明デバイス６６の光学素子１３に係る中心軸線Ｃ２方向の外縁端１３Ｃ、１３Ｄとそれぞれ略接して配されている。この場合、二つの入射端面６０Ａの総面積は、２×φ×ｄとなる。
テーパロッド６３の入射端面６３Ａの面積は、これにそれぞれ対向する折り曲げプリズム６２の射出端面６２Ａにおける面積の二個分とされている。従って、図２６（ａ）に示す第１の実施形態の場合と異なり、図２６（ｂ）に示すように、テーパロッド６３の入射端面６３Ａ側にはプリズム合わせ部６８が存在する。
【００８８】
発光制御手段７０は、回転センサ３５と、回転センサ３５からの信号に基づき、発光タイミング制御回路７１と、ＬＥＤ駆動制御回路３７と、モータ駆動制御回路３８とを備えている。発光タイミング制御回路７１における発光タイミングは、柱状導光手段６０の各平行ロッド６１の回転移動に伴い、入射端面６０Ａと対向する位置に配された複数のＬＥＤ１２を順次発光させるものとされている。
【００８９】
この照明装置６５を操作する場合、まず、照明装置２と同様に、回転モータ３１を駆動して回転軸３２に接続されたロッドホルダー７２を回転させて、柱状導光手段６０の二つの平行ロッド６１と二つの折り曲げプリズム６２とを中心軸線Ｃ２回りに回転させる。
このとき、図２５に示すように、ＬＥＤ駆動制御回路３７により平行ロッド６１の二つの入射端面６０Ａと対向するＬＥＤ１２のみをパルス発光させる。そして、この際、ロッドホルダー３３の回転にあわせて順次ＬＥＤ１２を連続発光することで、すべてのＬＥＤ１２を連続点灯させなくても、図１７に示すように、平行ロッド６１の一回転について二回発光させてテーパロッド６３の射出端面６３Ｂから実効的に高輝度の光を連続して取り出す。
しかしながら、この照明装置６５の一つのＬＥＤ１２に着目した場合、図１７に二点鎖線で示すように、１回転につき２回発光するため、照明装置２の場合よりも小さい電流値となってしまう。従って、照明装置２のほうが、発光強度をより高めることができる。
【００９０】
この際、図２６（ａ）に示す照明装置２の入射端面１３Ｂの面積（（１＋√３／２）×φ×ｄ）に対して、図２６（ｂ）に示す照明装置６５の入射端面６０Ａの総面積（２×φ×ｄ）のほうが大きいが、図２５に示すように、入射端面６０Ａが回転移動するにつれて、入射端面６０Ａと対向してＬＥＤ１２が発光する照明デバイス６６の光学素子１３に係る射出端面１３Ｂの総面積が、略３個分から４個分の面積の間を変動する。また、テーパロッド３０の長さが十分でない場合には、テーパロッド３０内でのミキシング効果が小さくなるため、プリズム合わせ部６８が暗部として照明面に反映されてしまう。
従って、照明装置２のほうが、円形状の光学素子１３の射出端面１３Ｂに対する矩形状の入射端面７Ａの面積的な形状変換効率が高いため、Ｅｔｅｎｄｕｅの損失が小さい。また、図１８にて破線で示すように、照明装置２のほうの光量変動が小さい。さらに、一つの入射端面から入射した照明光の全てでまかなうことができ、かつ、より均一な照明光を射出することができる。
【００９１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ホルダー部５１の貫通孔５１Ｃの中心位置とＬＥＤの中心位置とが異なる場合、反射面の焦点位置を、上記実施形態のように貫通孔５１Ｃの略中心位置を通る軸Ｃ上ではなく、ＬＥＤの略中心位置を通るとともに第一の面又は第二の面に対して直交する軸上に位置されているとしても構わない。
この場合、焦点位置をＬＥＤ１２の中心位置に合わせることによって、より平行光を射出することができる。
【００９２】
また、ＬＥＤ内において発光部１１の略中心位置とＬＥＤ全体の中心位置とが異なる場合には、反射面の焦点位置が貫通孔の略中心位置を通るとともに第一の面又は第二の面に対して直交する軸上に位置されているとしても構わない。
この場合、焦点位置を発光部１１の中心位置に合わせることによって、さらに高指向性を有する平行光を射出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像投影装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスのホルダー部の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを示す要部構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを示す要部断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを示す要部斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの光学素子の成形工程の一部を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの放熱部を示す平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の作用を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの組立て工程の一部を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを示す一部拡大図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの作用を示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの作用を説明するための比較例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの作用を説明するための比較例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの作用を示す説明図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係る照明装置と他の照明装置とにおける一つの照明デバイスあたりの発光量の差を示すグラフである。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係る照明装置と他の照明装置とにおける光量変動の差を示すグラフである。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る照明デバイスのホルダー部を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係る照明デバイスを示す要部構成図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係る照明デバイスのホルダー部を示す斜視図である。
【図２２】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスの光学素子（ｂ）本発明の第３の実施形態に係る照明デバイスの光学素子をそれぞれ示す斜視図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態に係る照明デバイスの作用を示す説明図である。
【図２４】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを備えた他の照明装置を示す構成図である。
【図２５】本発明の第１の実施形態に係る照明デバイスを備えた他の照明装置の作用を示す説明図である。
【図２６】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る照明装置のテーパロッドにおける入射端面、（ｂ）他の照明装置のテーパロッドにおける入射端面をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  画像投影装置
２、６５  照明装置
３  ＬＣＤパネル（空間変調手段）
５  投影レンズ（投影光学系）
６、４５、５０、６６  照明デバイス
７、６０  柱状導光手段
７Ａ、６０Ａ  入射端面
７Ｂ  射出端面
７Ｃ  反射面
７Ｄ、７Ｅ、６０Ｄ、６０Ｅ  第一の二辺
７Ｆ、７Ｇ、６０Ｆ、６０Ｇ  第二の二辺
８  移動手段
１０、７０  発光制御手段
１１  発光部
１２  ＬＥＤ
１３、５２  光学素子
１３Ａ  反射面
１５、４６、５１  ホルダー部
１５Ａ、５１Ａ  一方の側面
１５Ｂ、５１Ｂ  他方の側面
１５Ｃ、４６Ｃ、５１Ｃ  貫通孔
１５Ｄ、１５Ｅ  貫通孔列
１６  押圧部材
１６Ｃ  放熱部
１７  挿入部（第一の凸部）
１７Ａ、５３Ａ  第一の面
１８  凹部
２０  イジェクトピン（取り出し具）
２３  レンズ部（第二の凸部）
２７、６１  平行ロッド
６２、２８  折り曲げプリズム
３０、６３  テーパロッド
４６Ｄ  間隙部
５１Ｅ  受け部
５２Ｃ  突状部
５３  保持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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