(57)【要約】【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を均一に混色する光混色照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９４３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における光混色照明装置の概略図である。
【図２】実施例１における複数波長光源の断面図である。
【図３】実施例１における光混色照明装置の混色を説明する図である。
【図４】実施例１における光混色器を説明する図である。
【図５】実施例１における光混色照明装置の機能ブロック図である。
【図６】実施例２における光混色照明装置の概略図である。
【図７】実施例２における光混色照明装置の混色を説明する図である。
【図８】実施例２における光混色器を説明する図である。
【図９】実施例２における光混色照明装置の機能ブロック図である。
【図１０】実施例３における映像投射装置の概略図である。
【図１１】実施例３における映像投射装置の機能ブロック図である。
【図１２】実施例４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１３】実施例４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１４】実施例４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１５】実施例４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１６】実施例５における光混色照明装置の概略図である。
【図１７】実施例５における光混色部の概略図である。
【図１８】実施例５における複数波長光源の概略図である。
【図１９】実施例５における光混色照明装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【実施例２】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【実施例３】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【実施例４】
【００７１】
本実施例は、光混色照明装置の変形例について説明する。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【実施例５】
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
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
【図１】
2018186024.tif 000003
【図２】
2018186024.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018186024.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2018186024.tif 000009
【図８】
2018186024.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018186024.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2018186024.tif 000015
【図１４】
2018186024.tif 000016
【図１５】
2018186024.tif 000017
【図１６】
2018186024.tif 000018
【図１７】
2018186024.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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