(57)【要約】【課題】各光源からの光を効率良く照明光として利用すること。【解決手段】同色の照明光を射出する第１の光源部２ａ及び第２の光源部２ｂと、第１の光源部２ａ及び第２の光源部２ｂを制御する光源制御部と、第１の光源部２ａ及び第２の光源部２ｂから射出された照明光を共通の射出端面に導く共通の導光部３と、導光部３の光路中に、該光路と交差するように設けられた開口部Ａと、開口部Ａに光反射領域と光透過領域とを交互に配置可能な光路変更ホイール４と、開口部Ａに配置されている光反射領域および光透過領域の占有状態を検出する回転位置センサ１０とを備え、光源制御部は、回転位置センサの検出結果に基づいて、射出端面までの光路が確保されている第１の光源５ａまたは第２の光源５ｂを点灯させる照明装置を提供する。【選択図】図１
2008040414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同色の照明光を射出する複数の光源手段と、
複数の前記光源手段を制御する光源制御手段と、
複数の前記光源手段から射出された照明光を共通の射出端面に導く共通の導光手段と、
前記導光手段の光路中に、該光路と交差するように設けられた少なくとも１つの光路変更用領域と、
前記光路変更用領域に、光反射領域と光透過領域とを交互に配置可能な光路変更手段と、
前記光路変更用領域に配置されている前記光反射領域および前記光透過領域の占有状態を検出する状態検出手段と
を備え、
前記光源制御手段は、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記射出端面までの光路が確保されている光源手段を前記複数の光源手段から選択し、選択した前記光源手段を点灯させる照明装置。
【請求項２】
前記第１の光路変更手段は、
前記光反射領域と前記光透過領域とが配された円盤状の光路変更ホイールと、
前記光路変更ホイールを軸回転させる駆動手段と
を具備する請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
複数の前記光源手段は、２つの光源手段を有し、
前記光源制御手段は、前記光路変更用領域に前記光反射領域が配置された場合には、いずれか一方の光源手段を点灯させ、前記光路変更用領域に前記光透過領域が配置された場合には、他方の光源手段を点灯させる請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記導光手段が、内面が全て反射面からなる中空のライトパイプにより形成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光手段は、前記光路変更用領域の入射側及び射出側の少なくともいずれか一方の側に配置される稠密のプリズムを備えており、
前記プリズムは、前記導光手段の光軸と略平行な複数の面と、前記導光手段の光軸に略直交する複数の面とで構成される階段状の入射面を有するとともに、該入射面が前記光路変更用領域に対向するように設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記光反射領域と光透過領域とが前記光路変更用領域に両方とも存在する過渡期間において、前記光源制御手段は２つの前記光源手段を点灯させる請求項３から請求項５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記光反射領域及び前記光透過領域のいずれか一方が前記光路変更用領域に配置された状態が保持される第１のモードと、
前記光反射領域と前記光透過領域とが交互に連続して前記光路変更用領域に配置される第２のモードと
を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
照明光の光量を検出する光量センサを備え、
前記光源制御手段は、前記光量センサによって検出された光量が所定の値より小さい場合に、前記光源手段の照明光量を増加させ、前記光量センサによって検出された光量値が所定の値より大きい場合に、前記光源手段の照明光量を減少させる請求項１から請求項７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
照明光の光量が所定の一定の光量になるように予め測定され設定された光量補正シーケンスデータが記憶された光量調整データ格納部を更に備え、
前記光源制御手段は、光量調整データ格納部から前記光量補正シーケンスデータを読み出し、該光量補正シーケンスデータに基づいて各前記光源手段の光量を制御する請求項１から請求項８のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光反射領域は、２つの前記光源手段から射出されたいずれの照明光も反射するように、前記光路変更ホイールに設けられている請求項３から請求項９のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記複数の光源手段として第１の光源手段と、第２の光源手段と、第３の光源手段とを有するとともに、
前記導光手段において、第３の光源手段から射出される第３の照明光と第２の光源手段から射出される第２の照明光とが交差する位置に設けられた第２の光路変更用領域と、
前記第２の光路変更用領域から導かれた照明光と前記第１の光源手段から射出される第１の照明光とが交差する位置に設けられた第１の光路変更用領域と
を備え、
前記点灯制御手段は、
前記第１の光路変更用領域に光反射領域が配置された場合に、前記第１の光源手段を点灯させ、
前記第１の光路変更用領域に光透過領域が配置され、かつ、前記第２の光路変更用領域に光反射領域が配置された場合に、前記第２の光源手段を点灯させ、
前記第１の光路変更用領域に光透過領域が配置され、かつ、前記第２の光路変更用領域に光透過領域が配置された場合に、前記第３の光源手段を点灯させる請求項１から請求項１０のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置からの照明光を入力画像信号により変調する光変調手段と、
前記光変調手段によって変調されて形成された投影画像を投影する投影光学手段と
を具備する画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などのような高速パルス点灯が可能な光源を用いて、高出力かつ指向性の高い照明光を射出する照明装置及びこれを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ、半導体レーザなどの半導体光源の発光効率の向上及びＲＧＢ３原色の実用化が、これまで明るさ不足により応用が難しいとされていた大画面液晶テレビやプロジェクタなどの画像表示系の照明光源として採用されつつある。半導体光源は、狭波長域で色純度が高いことによる広色域表示、高い応答性による瞬時点灯、長寿命により光源交換を不要にすること、水銀を使わないことによる環境対応など、多くのメリットを有し、従来のランプ光源の課題を解決する手段として期待されている。
【０００３】
しかしながら、半導体光源は、従来のランプ光源に比べ明るさが充分ではないので、多数を用いて光量を得る必要がある。特に、プロジェクタなどに用いられる光源装置は、表示デバイスが小さく有効に利用される光線の角度に制限があるため、照明領域が小さく指向性の高い照明光が求められる。レーザ光源は指向性が非常に高いため、単純に数多くを用いれば大きな光量を作り出すことができるが、大出力のレーザ光は視覚安全性の面からプロジェクタ等に採用するのには問題がある。ＬＥＤ光源は、視覚安全性の問題はないが、面発光拡散光源であるので、多数のＬＥＤを使って光量を得ようとすると全体の発光面積が大きくなり、所謂エタンデュの保存則により、小面積で指向性の高い有効な照明光を作り出すことが原理的に困難である。
【０００４】
半導体光源のような点灯応答性が高く、且つ、パルス点灯により瞬間的に大きな光量が取り出せる光源により高輝度の照明光を得る方法として、複数の光源を円環状に固定配置し、それらの中心に一方向に回動する反射ミラーを構成し、個々の光源からの光を反射ミラーに順次反射させて一つの照明方向に導く技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。この方法によれば、発光面積を大きくすることなく、かつ、パルス点灯により瞬時的に個々の光源の発光量を大きくできるので、指向性を高め高輝度照明光を得ることが可能となる。
【０００５】
また、ミラーを一方向に回動させる方法ではなく、複数位置にある光源からの光を２つの状態切替をもつミラーの往復動作により反射させ、反射方向を切替えて同一照明方向に導く方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、この特許文献３では、同様の原理を使って、円環状に構成した複数の光源と固定の集光光学系により、これら光源自体を回動させ集光光学系が入射可能な光源を順次パルス大光量発光させて高輝度照明光を作り出す方法も提案されている。
【０００６】
また、半導体光源のような上記特性をもつ光源であって、発光が異なる色である場合、発光色を反射または透過させ得るダイクロイックミラーを組合せ、異なる色の複数の光源からの光の光路を切替え、同一照明方向に導く構成が提案されている（例えば、特許文献４乃至８参照）。特に、特許文献７に提案されている方法は、通常の白色ランプ光源に加え不足する例えば赤色などの色成分を半導体光源で補う方法であり、ランプ光源により大光量を確保した上で色の再現をも高めようとする技術である。これらは色が異なる光源ではあるが、複数の光源からの光路を重ね合せることができるので、事実上発光面積を大きくしないで高輝度照明を実現する方法として有効である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２９３２３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４４９１号公報
【特許文献３】特開２００３−２０８９９１号公報
【特許文献４】特開２００５−４９４５３号公報
【特許文献５】特開２００５−２０８１８３号公報
【特許文献６】特開２００６−１３１２７号公報
【特許文献７】特開２００６−２３４３６号公報
【特許文献８】特開２００６−０１７８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように従来の技術は高輝度照明光を作り出す方法としては有用であるが、プロジェクタなどの画像表示系の照明光には、さらに時間的空間的に光量変動の少ない安定した照明が求められるという重要な課題がある。
【０００９】
例えば特許文献２で示される実施の形態では、ミラーの回転角によっては、光源から射出された照明光がミラーによって確実にレンズへ導かれず、レンズから外れてしまう場合がある。従って、発光する光源とミラーの位置関係により照明光の光量低下を招くので、光量変動のない安定した照明光は得られないという問題がある。
【００１０】
同様に、特許文献３で示される実施の形態では、光源とミラーとの位置が変化する（切り替わる）期間は、光源からの光はレンズに導光されないこととなるため、この光は照明光としては使われず、照明光の光量低下を招く。したがって、光量変動のない安定した照明光は得られない。また、光源が回転することにより、レンズとの相対位置が変化する場合、光源とレンズとの位置関係によっては光源の光がレンズに導光されない無効光が発生する。したがって発光する光源の位置により照明光の光量低下を招き、光量変動のない安定した照明光は得られないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献４乃至８に示されるように異なる色光の光路を切替え合成する方法では、多数の同一色の光源の数量を増やして指向性が高く大光量を得る方法としては適用できず、高輝度化の課題解決方法としては限界がある。
また、特許文献７では反射領域と透過フィルタを有するホイールを回転することにより２つの光源からの光を切替える方法が開示されているが、この方法によれば異なる色光でなくても光路を切替えることは可能である。しかしながら、一方の光源は常時点灯であり非使用期間が存在し無駄があること、一方の光源から他方の光源に切替えるとき照明光として光量変動が発生すること、２つの光源の光の指向性が高くない場合、透過フィルタを通った光の一部がもう一方の光源光路に侵入し照明方向から外れ、漏れ光として照明光として利用されないなどの解決すべき課題を残している。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、各光源からの光を効率良く照明光として利用することのできる照明装置並びにその照明装置を適用した画像表示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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、同色の照明光を射出する複数の光源手段と、複数の前記光源手段を制御する光源制御手段と、複数の前記光源手段から射出された照明光を共通の射出端面に導く共通の導光手段と、前記導光手段の光路中に、該光路と交差するように設けられた少なくとも１つの光路変更用領域と、前記光路変更用領域に、光反射領域と光透過領域とを交互に配置可能な光路変更手段と、前記光路変更用領域に配置されている前記光反射領域および前記光透過領域の占有状態を検出する状態検出手段とを備え、前記光源制御手段は、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記射出端面までの光路が確保されている光源手段を前記複数の光源手段から選択し、選択した前記光源手段を点灯させる照明装置を提供する。
【００１４】
このような構成によれば、複数の光源手段から射出された照明光は、共通の導光手段に導かれることとなる。これらの照明光は、更に、導光手段内に光路と交差するように設けられた光路変更用領域に導かれ、この光路変更用領域に配置された光透過領域または光反射領域によってその光路が維持または変更されることとなる。この場合において、光源制御手段は、導光手段の射出端面までの光路が確保されている光源手段を点灯させるので、点灯させた光源手段の照明光を必ず射出端面まで導くことができ、無駄な光源手段の点灯を抑制することができる。
また、例えば、光路変更用領域に、光透過領域と光反射領域とを交互に配置することにより、導光手段の射出端面までの光路を切り替えることができるので、点灯させる光源手段を光路変更用領域に配置される上記領域の占有状態に応じて順次切り替えることが可能となる。これにより、常時点灯のときに比べて高い輝度で個々の光源手段を発光させることができ、射出端面から射出される照明光の光量を常時点灯のときに比べて大きくすることができる。
【００１５】
上記照明装置において、前記第１の光路変更手段が、前記光反射領域と前記光透過領域とが配された円盤状の光路変更ホイールと、前記光路変更ホイールを軸回転させる駆動手段とを備えることとしても良い。
【００１６】
このような構成によれば、光反射領域と光透過領域とが配された円盤状の光路変更ホイールが駆動手段により軸回転されることにより、光路変更用領域に光反射領域と光透過領域とが交互に配置されることとなるので、光反射領域と光透過領域とを容易に切り替えることができる。
【００１７】
上記照明装置において、複数の前記光源手段は、２つの光源手段を有し、前記光源制御手段は、前記光路変更用領域に前記光反射領域が配置された場合には、いずれか一方の光源手段を点灯させ、前記光路変更用領域に前記光透過領域が配置された場合には、他方の光源手段を点灯させることとしても良い。
【００１８】
このような構成によれば、光路変更用領域に光透過領域が配置された場合には、いずれか一方の光源手段が点灯され、光路変更用領域に光反射領域が配置された場合には、他方の光源手段が点灯されることとなる。これにより、例えば、光透過領域と光反射領域とを交互に配置することにより、光源手段を交互に点灯させることができる。この結果、個々の光源手段を最大光量で発光させることが可能となるので、射出端面から射出される照明光の輝度を高めることができる。
【００１９】
上記照明装置において、前記導光手段が、内面が全て反射面からなる中空のライトパイプにより形成されていることとしても良い。
【００２０】
このような構成によれば、導光手段は中空のライトパイプにより形成され、更に、その内面は反射面とされているので、導光手段を伝播する照明光を効率よく射出端面へ導くことができる。
【００２１】
上記照明装置において、前記導光手段は、前記光路変更用領域の入射側及び射出側の少なくともいずれか一方の側に配置される稠密のプリズムを備えており、前記プリズムは、前記導光手段の光軸と略平行な複数の面と、前記導光手段の光軸に略直交する複数の面とで構成される階段状の入射面を有するとともに、該入射面が前記光路変更用領域に対向するように設けられていることとしても良い。
【００２２】
このような構成によれば、導光手段の光軸に略平行な複数の面と、導光手段の光軸に略直交する複数の面とで構成される階段状の入射面が光路変更用領域の入射側及び射出側の少なくとも何れか一方に、且つ、これらと対向するように配置されているので、光路変更用領域から反射または透過される照明光の平行度を高めることができる。これにより、照明光を射出端面へ導く際に利用されずに漏れて損失となっていた光を大幅に抑制することができ、光の利用効率を向上させることができる。
【００２３】
上記照明装置において、前記光反射領域と光透過領域とが前記光路変更用領域に両方とも存在する過渡期間において、前記光源制御手段は２つの前記光源手段を点灯させることとしても良い。
【００２４】
このような構成によれば、光路変更用領域に光反射領域と光透過領域とが存在する過渡期間において、２つの光源手段を点灯させるので、光路の切り替え変更に伴って発生する光量変動を抑制することができる。
【００２５】
上記照明装置において、前記光反射領域及び前記光透過領域のいずれか一方が前記光路変更用領域に配置された状態が保持される第１のモードと、前記光反射領域と前記光透過領域とが交互に連続して前記光路変更用領域に配置される第２のモードとを備えることとしても良い。
【００２６】
このような構成によれば、第１のモードと第２のモードとを備えているので、使用態様に応じて所望のモードを選択することができる。例えば、第１のモードが選択された場合には、光路変更用領域には、光反射領域及び光透過領域のいずれか一方が固定配置されることとなり、光路変更が行われないこととなる。これにより、射出端面までの光路が確保されている光源手段のみが常時点灯されることなる。
一方、第２のモードが選択された場合には、光路変更用領域には、光反射領域及び光透過領域が交互に連続的に配置されることとなる。これにより、射出端面までの光路が交互に切り替えられるので、光源手段を切り替えて点灯させることができる。この結果、個々の光源手段を常時点灯のときに比べて高い輝度で発光させることが可能となるので、射出端面から射出される照明光の輝度を高めることができる。
【００２７】
上記照明装置は、照明光の光量を検出する光量センサを更に備え、前記光源制御手段は、前記光量センサによって検出された光量が所定の値より小さい場合に、前記光源手段の照明光量を増加させ、前記光量センサによって検出された光量値が所定の値より大きい場合に、前記光源手段の照明光量を減少させることとしても良い。
【００２８】
このような構成によれば、照明光の光量が光量センサによって検出され、この検出光量に基づいて各光源手段の照明光量が制御されることとなるので、照明光の光量を一定に保つことができる。
【００２９】
上記照明装置は、照明光の光量が所定の一定の光量になるように予め測定され設定された光量補正シーケンスデータが記憶された光量調整データ格納部を更に備え、前記光源制御手段は、光量調整データ格納部から前記光量補正シーケンスデータを読み出し、該光量補正シーケンスデータに基づいて各前記光源手段の光量を制御することとしても良い。
【００３０】
例えば、照明光の光量が所定の一定の光量になるように予め測定され、設定された光量補正シーケンスデータが光量調整データ格納部に格納されており、この光量補正シーケンスデータに基づいて各光源手段の光量が制御されることとなるので、照明光の光量を一定に保つことができる。
【００３１】
上記照明装置において、前記光反射領域は、２つの前記光源手段から射出されたいずれの照明光も反射するように、前記光路変更ホイールに設けられていることとしても良い。
【００３２】
このような構成によれば、光反射領域は、２つの光源手段から射出されたいずれの照明光も反射するように構成されているので、例えば、光路変更用領域に光反射領域と光透過領域とがともに存在する過渡期間において、光反射領域で反射された照明光を光源手段の方へ戻すことが可能となる。この結果、照明光を再利用することが可能となり、光利用率を高めることができる。
【００３３】
上記照明装置は、前記複数の光源手段として第１の光源手段と、第２の光源手段と、第３の光源手段とを有するとともに、前記導光手段において、第３の光源手段から射出される第３の照明光と第２の光源手段から射出される第２の照明光とが交差する位置に設けられた第２の光路変更用領域と、前記第２の光路変更用領域から導かれた照明光と前記第１の光源手段から射出される第１の照明光とが交差する位置に設けられた第１の光路変更用領域とを備え、前記点灯制御手段は、前記第１の光路変更用領域に光反射領域が配置された場合に、前記第１の光源手段を点灯させ、前記第１の光路変更用領域に光透過領域が配置され、かつ、前記第２の光路変更用領域に光反射領域が配置された場合に、前記第２の光源手段を点灯させ、前記第１の光路変更用領域に光透過領域が配置され、かつ、前記第２の光路変更用領域に光透過領域が配置された場合に、前記第３の光源手段を点灯させることとしても良い。
【００３４】
このような構成によれば、第１の光路変更用領域に光反射領域が配置された場合には、第１の光源手段から射出された照明光がこの光反射領域によって反射されて導光手段の射出端面に導かれることとなる。また、第１の光路変更用領域に光透過領域が配置され、かつ、第２の光路変更用領域に光反射領域が配置された場合には、第２の光源手段から射出された照明光が第２の光路変更用領域に配置された光反射領域により反射され、更に、第１の光路変更用領域に配置された光透過領域を透過して、導光手段の射出端面に導かれることとなる。また、第１の光路変更用領域に光透過領域が配置され、かつ、第２の光路変更用領域に光透過領域が配置された場合には、第３の光源手段から射出された照明光が第２の光路変更用領域に配置された光透過領域を透過し、更に、第１の光路変更用領域に配置された光透過領域を透過して、導光手段の射出端面に導かれることとなる。このように、第１の光路変更用領域及び第２の光路変更用領域に配置される領域の組み合わせを順次変えることにより、第１の光源手段乃至第３の光源手段を順次切り替えて点灯させることが可能となる。この結果、各光源手段を常時点灯のときよりも高輝度で発光させることができ、導光手段の射出端面から射出される照明光の輝度を高めることができる。
【００３５】
本発明は、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの照明光を入力画像信号により変調する光変調手段と、前記光変調手段によって変調されて形成された投影画像を投影する投影光学手段とを具備する画像投影装置を提供する。
【００３６】
このような構成によれば、光量が安定し、且つ、高輝度である照明装置を画像投影装置の光源装置として適用するので、十分な輝度が確保された画像をスクリーン上に表示することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、各光源からの光を効率良く照明光として利用することが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】
【００３８】
以下、本発明に係る照明装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態に係る照明装置の横断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１は、第１の光源部(光源手段)２ａと、第１の光源部２ａと同色の照明光を射出する第２の光源部２ｂと、各光源部２ａ，２ｂから射出された照明光を特定の照明領域に導く共通の導光部（導光手段）３と、導光部３を伝播する各第１及び第２の照明光の光路を変更するための光路変更ホイール４とを主な構成要素として備えている。
【００３９】
第１の光源部２ａは、第１の光源５ａと、第１の光源５ａから射出された第１の照明光を導光部３へ導く集光素子６ａとを備えている。第２の光源部２ｂは、第２の光源５ｂと、第２の光源５ｂから射出された第２の照明光を導光部３へ導く集光素子６ｂとを備えている。上記第１及び第２の光源５ａ，５ｂは、例えば、ＬＥＤである。
第１の光源５ａ及び第２の光源５ｂとは導光部３の光軸Ｌに沿って、一列に並んで配置されており、紙面において上方から下方に向けて照明光が射出されるようになっている。
【００４０】
集光素子６ａ，６ｂの出力端面には、導光部３の側面が接続されている。導光部３は、例えば、直方体形状の中空のライトパイプにより構成されており、この光軸Ｌが上記集光素子６ａ，６ｂの中心軸にそれぞれ直交するように配置されている。また、導光部３の内面は全て反射面とされている。導光部３の一端面は、第１の照明光及び第２の照明光を特定の照射領域へ射出する射出端面として機能し、他端面は第２の照明光を射出端面へ導くミラーとして機能する。他端面は、例えば、第２の集光素子６ｂの中心軸に対して４５度の角度をなすように形成されている。これにより、導光部３内に入射された第２の照明光は、他端面の内側に施された反射面により反射されて、導光部３の光軸Ｌと平行な光路とされ、前方に位置する射出端面へと導かれることとなる。
【００４１】
導光部３において、第１の照明光の光路と第２の照明光の光路とが交わる位置には、スリットが光軸Ｌに対して斜めに、好ましくは、光軸Ｌに対して４５度の角度で形成されることにより、開口部（光路変更用領域）Ａが形成されている。開口部Ａには、円盤状の光路変更ホイール４の一部が配置されるようになっている。
図２は、図１において光路変更ホイール４をＱの方向から見たときの平面図である。図２に示すように、光路変更ホイール４には、光を透過する光透過領域Ｂと光を反射する光反射領域Ｃとが周方向に沿って隣接して設けられている。例えば、光路変更ホイール４において、中心Ｏと光路変更ホイール４上に定義される任意の一点を通る基準線Ｙを時計回りに移動させた場合、その回転角θがφとなる領域に光透過領域Ｂが、回転角θがφから２πとなる領域に光反射領域Ｃが設けられている。本実施形態において、φ＝πとされ、光路変更ホイール４における光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとの占有面積は均等とされている。
【００４２】
この光路変更ホイール４が駆動モータ８によって軸周りに回転駆動されることにより、導光部３の開口部Ａに光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとが連続的に交互に配置されるようになっている。開口部Ａに光透過領域Ｂが配置された場合には、光軸Ｌに平行な方向から入射する第２の照明光が開口部Ａをそのまま透過することにより出射端面へと導かれ、開口部Ａに光反射領域が配置された場合には、光軸Ｌに直交する方向から入射する第１の照明光が光反射領域によって反射されて、出射端面へと導かれることとなる。
【００４３】
上記導光部３には、第１の照明光及び第２の照明光の光量をそれぞれ検出するための光量センサ９が設けられている。例えば、光量センサ９は、上記開口部Ａに光透過領域Ｂが配置された場合に第１の照明光が入射され、かつ、開口部Ａに光反射領域Ｃが配置された場合に第２の照明光が入射される位置に設けられている。
また、光路変更ホイール４の近傍には、開口部Ａに配置されている領域を検出するための回転位置センサ（状態検出手段）１０が設けられている。回転位置センサ１０は、図３の右図に示されるように、光路変換ホイール４に向けて光を射出する発光素子１２と、光路変更ホイール４により反射された光を受光する受光素子１３とを備えている。受光素子１３は、光を受光している期間は「１」を出力し、光を受光していない期間は「０」を出力するようになっている。
【００４４】
また、図３の左図に示すように、光路変更ホイール４において、上記開口部Ａに重ならない部分には、回転角検出用の反射面Ｄが形成されている。本実施形態では、反射面Ｄは、回転角θがφ−βから２π−βとなる範囲にわたって形成されている。そして、光路変更ホイール４に形成された回転角検出用の反射面Ｄの範囲と、受光素子１３の出力信号との関係を登録しておくことで、図４に示すように、回転角θを検出することができ、開口部Ａに光反射領域や光透過領域がどのような占有率で配置されているかを検出することが可能となる。
【００４５】
次に、本実施形態に係る照明装置の制御装置について図５を参照して説明する。
図５は制御装置の機能ブロック図である。図５に示すように、照明装置の制御装置は、各光源部２ａ，２ｂの点灯タイミング及び光量等を制御する光源制御部（光源制御手段）１５と、駆動モータ８を制御するモータ駆動制御部１６と、光源制御部１５とモータ駆動制御部１６とを統括して制御するシステム制御部１７とを主な構成として備えている。
【００４６】
システム制御部１７は、駆動指示部１８、モード選択部１９、光量指示部２０から各種信号が入力されるようになっている。例えば、駆動指示部１８からは光源装置１の電源オン信号及び電源オフ信号が入力され、モード選択部１９からは、低消費電力モードや高輝度モードなどの各種モード信号が入力され、光量指示部２０からは光量の増減指令が入力されるようになっている。
システム制御部１７は、これらの信号に基づいて光源制御部１５及びモータ駆動制御部１６に各種制御信号等を出力する。
【００４７】
光源制御部１５には、光量センサ９による検出光量が光量センサ駆動部２１を介して入力されるとともに、回転位置センサ１０による検出回転角が回転位置センサ駆動部２２を介して入力されるようになっている。また、光源制御部１５は、第１の光源５ａ及び第２の光源５ｂの光量補正データ（光量補正シーケンスデータ）等が格納されている光量調整データ格納部２９に接続されている。ここで、例えば、導光部３の射出端面と光量センサ９との距離が長い場合、光路長が長くなるので光量のロスが発生することとなる。このため、光量センサ９により検出された光量と出射端面から射出される光量とに誤差が生ずることとなる。従って、予め上記誤差量を計測しておき、この誤差を解消させるための光量補正データを光量調整データ格納部２９に登録しておくことで、射出端面から射出される光量と光量センサにより検出された実際の光量に一致させることができる。
【００４８】
光源制御部１５は、上記各種センサからの検出信号、システム制御部１７からの駆動信号、並びに光量調整データ格納部２９に格納されている光量補正データ等に基づいて、第１の光源５ａ、第２の光源５ｂの点灯・消灯タイミング及び光量を制御するための制御信号を生成し、これを第１の光源駆動部２３、及び第２の光源駆動部２４に出力する。第１の光源駆動部２３は、光源制御部１５からの制御信号に基づいて、第１の光源５ａに光量値に応じた電流を印加することにより第１の光源５ａを所望の光量及び所望のタイミングで点灯させる。同様に、第２の光源駆動部２４は、光源制御部１５からの制御信号に基づいて、第２の光源５ｂに光量値に応じた電流を印加することにより第２の光源５ｂを所望の光量及び所望のタイミングで点灯させる。
【００４９】
回転モータ駆動制御部１６は、システム制御部１７からの信号に基づいて、所定の回転速度で駆動モータ８を駆動する。これにより、開口部Ａには、光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとが交互に配置されることとなる。
光源５ａ，５ｂの背面には、放熱部２５が取り付けられている。放熱部２５は、例えば、ファン、熱伝導媒体、放熱フィン等を備えている。放熱部２５には、温度センサ２６が設けられている。温度センサ２６の検出温度は、温度センサ駆動部２７を介してシステム制御部１７及び放熱制御駆動部２８に出力されるようになっている。
【００５０】
次に、上記構成を備える照明装置の作用について図６乃至図１２を参照して説明する。
まず、ユーザによりモード選択部１９が操作されることにより、モードが選択され、選択されたモードに応じた信号がシステム制御部１７に入力されると（図６のステップＳＡ１）、システム制御部１７は、モードを判定し（ステップＳＡ２）、低消費電力モード（第１のモード）であればステップＳＡ３に進む。
続いて、ステップＳＡ４において、駆動指示部１８から駆動開始指令が入力されると、システム制御部１７は、モータ駆動制御部１６に対して駆動制御信号を出力することにより、光路変更ホイール４を所定の角度、回転させる。光路変更ホイール４の回転に伴って、回転位置センサ１０により回転角θが検出され、この回転角θが回転位置センサ駆動部２２を介して光源制御部１５、光量センサ駆動部２１、システム制御部１７に出力される。
【００５１】
システム制御部１７は、この検出回転角θに基づいて、光路変更ホイール４の光反射領域Ｃが開口部Ａの全域にわたって配置されているかを判断し、配置されていない場合には、ステップＳＡ４に戻り、光路変更ホイール４の光反射領域Ｃが開口部Ａの全域にわたって配置されるまで上記処理を繰り返し行う。
【００５２】
これにより、開口部Ａの全域にわたり光反射領域Ｃが配置されると、制御システム部１７は、この位置で光路変更ホイール４を静止させる（ステップＳＡ７）。続いて、システム制御部１７は、光量調整処理を実行し、各光源５ａ，５ｂの光量を所望の値に調整する（ステップＳＡ８）。なお、光量調整処理の詳細については、後述する。
システム制御部１７は、光量調整処理が終了すると、光源制御部１５に対して駆動開始命令を出力する。これにより、低消費電力モードによる照明が開始される（ステップＳＡ９）。具体的には、光源制御部１５が第１の光源駆動部２３に対して駆動信号を出力することにより、第１の光源５ａが所定の光量で常時点灯される。これにより、第１の光源５ａから射出された第１の照明光は、第１の集光素子６ａにより導光部３に導かれ、更に、開口部Ａに配置された光反射領域Ｃによって反射されて射出端面に導かれ、特定の照射領域に向けて射出される。これにより、特定領域の照明が行われることとなる。なお、本低消費電力モードにおいては、第１の光源５ａのみを常時点灯させ、第２の光源５ｂを消灯させる。これにより、後述する高輝度モードに比べて消費電力を抑えることができる。
【００５３】
また、上記第２の光源５ｂによる照明が行われる期間において、温度センサ２６により放熱部２５の温度が検出され、この検出結果が放熱制御駆動部２８に出力される。放熱制御駆動部２８は、検出温度が一定となるように放熱部２５を構成するファンなどの駆動制御を行う。また、システム制御部１７は、検出温度が予め登録されている閾値を超えた場合に、光源制御部１５に対して第１の光源５ａの光量を低下させる信号を出力する。これにより、第１の光源５ａによる放熱量が減少し、温度上昇を抑制することが可能となる。
【００５４】
続いて、図６のステップＳＡ１０において、ユーザによって駆動指示部１８が操作されることにより、電源オフ信号がシステム制御部１７に入力されると、システム制御部１７は、光源制御部１５に対して駆動終了命令を出力する。これにより、光源制御部１５から第１の光源駆動部２３に対して駆動停止信号が出力され、第１の光源５ａが消灯され（ステップＳＡ１１）、照明装置１による照明が終了する。
【００５５】
次に、図６のステップＳＡ１において、高輝度モードが選択された場合について説明する。この場合、図６のステップＳＡ２において、高輝度モードであると判定され、図７のステップＳＡ１２に進む。
【００５６】
図７のステップＳＡ１２において、駆動指示部１８から駆動開始指令が入力されると、システム制御部１７は、光量調整処理を実行する（ステップＳＡ１３）。これにより、各光源における光量の調整が行われると、システム制御部１７は、高輝度モードにおける照明を開始する。具体的には、システム制御部１７は、モータ駆動制御部１６に駆動信号を出力することにより、光路変更ホイール４を所定の速度で回転させ（ステップＳＡ１４）、更に、回転位置センサ１０による位置検出を開始させる（ステップＳＡ１５）。この状態において、開口部Ａに配置される各領域の状態に応じて第１の光源５ａ及び第２の光源５ｂを交互に点灯させる（ステップＳＡ１６）。これにより、導光部３の射出端面からは一定の照明光が射出されることとなる。
【００５７】
具体的には、光源制御部１５は、開口部Ａに光透過領域Ｂが配置されている期間において、第２の光源５ｂを点灯させるとともに、第１の光源５ａを消灯させ、開口部Ａに光反射領域Ｃが配置されている期間において、第１の光源５ａを点灯させるとともに、第２の光源５ｂを消灯させる。
ここで、図８に、光路変更ホイール４の回転角θと各光源５ａ，５ｂの点灯タイミングとの関係を示す。図８において、ａは光路変更ホイールの回転角θと経過時間との関係を示している。横軸は回転角θであり、縦軸は時間である。図８のｂは、開口部Ａに対する占有率であり、実線は光反射領域Ｃの占有率、点線は光透過領域Ｂの占有率を示している。図８のｃは、第１の光源５ａの点灯タイミングと光量を示しており、図８のｄは、第２の光源５ｂの点灯タイミングと光量を示しており、図２５のｅは、射出端面から射出される光量を示している。また、ａ〜ｅにおいて、横軸は光路変更ホイール４の回転角θである。
【００５８】
ここで、図８及び図９に示すように、光路変更ホイール４には、光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとが接して設けられていることから、開口部Ａに光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとの両方が配置される過渡期間Ｔrが生ずることとなる。この過渡期間Ｔｒにおいて、光源制御部１５は、第１の光源５ａと第２の光源５ｂとの両方を点灯させる。これにより、図８のｅに示すように、出射端面から射出される光量の総和Ｌｏを常に一定とすることができる。
なお、上記過渡期間Ｔｒにおいては、光量の変動が生じやすい。従って、この光量変動を抑制するために、第１の光源５ａの光量と第２の光源５ｂの光量とを回転角θに応じて微調整することとしても良い。
【００５９】
例えば、以下の（１）式を満たすように、第１の光源５ａの光量と第２の光源５ｂの光量とを回転角θに応じて制御する。
Ｌｏ＝Ｌ１・Ｓｒ（ξ）＋Ｌ２・｛１−Ｓｒ（ξ）｝        （１）
上記（１）式において、図１０に示すように、Ｌｏは射出端面から射出される光量の総和、Ｌ１は第１の光源の光量、Ｓｒ（ξ）は開口部Ａに対する光反射領域Ｃの占有率、Ｌ２は第２の光源の光量、１−Ｓｒ（ξ）は開口部Ａに対する光透過領域Ｂの占有率である。
【００６０】
このように、過渡期間Ｔｒにおいては、開口部Ａに対する光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとの占有率に応じて各光源５ａ，５ｂの光量を微調整することにより、射出端面から射出される照明光の光量を更に安定させることができる。
【００６１】
なお、上記光源５ａ，５ｂによる照明が行われている期間において、温度センサ２６により温度が検出され、この検出温度に基づいて放熱制御駆動部２８等が作動する点については上述の低消費電力モードと同様である。
【００６２】
そして、図７のステップＳＡ１７において、ユーザによって駆動指示部１８が操作されることにより、電源オフ信号がシステム制御部１７に入力されると、システム制御部１７は、光源制御部１５に対して駆動終了命令を出力する。これにより、光源制御部１５から第１の光源駆動部２３及び第２の光源駆動部２４に対して駆動停止信号が出力され、第１の光源５ａ及び第２の光源５ｂが消灯される（ステップＳＡ１８）。続いて、システム制御部１７は、モータ駆動制御部１６に対して駆動終了命令を出力する。これにより、駆動モータの回転が停止され、光路変更ホイール４の回転が停止され（ステップＳＡ１９）、照明装置１による照明が終了する。
【００６３】
次に、図１１に、上述した低消費電力モードによる照明が行われた後に、モード切替が行われ、高輝度モードによる照明が開始される場合のタイミングチャートを示す。
図１１において、横軸は時間を示している。また、図１１のａは、光路変更ホイール４の回転角θである。図１１のｂは開口部Ａに対する占有率であり、実線は光反射領域の占有率、点線は光透過領域の占有率を示している。図１１のｃは第１の光源５ａの光量、ｄは第２の光源５ｂの光量、ｅは射出端面の光量の総和を示している。
低消費電力モードの照明が行われている期間においては、第１の光源５ａは常時点灯され、第２の光源５ｂは常時消灯された状態となる。また、低消費電力モードの場合には、第１の光源５ａの光量Ｌｄも高輝度モードにおける光量Ｌｐよりも小さい値に設定されている。従って、図１１のｅに示されるように、低消費電力における射出端面の照明光量Ｌｄは、高輝度モードの照明光量Ｌｐに比べて低い値で一定とされる。このように、低消費電力モードでは、照明光量が低い値Ｌｄで一定とされることにより、消費電力を低減されることができる。また、高輝度モードでは、第１の光源５ａと第２の光源５ｂとを光路変更ホイール４の回転に同期させて交互に切り替えて発光させるので、各光源５ａ，５ｂに通常よりも大きな電流を印加することができる。これにより、各光源５ａ，５ｂを通常よりも大きな輝度で発光させることができ、照明光量Ｌｏを低消費電力モードに比べ、高い値Ｌｐで一定とすることができる。このように、高輝度モードでは、高い輝度を確保することができるという利点がある。
【００６４】
次に、上述の光量調整処理について図１２を参照して説明する。
光量調整処理は、まず、導光部３の開口部Ａの全ての領域に光反射領域Ｃが配置されるようになるまで光路変更ホイール４を回転させて、停止させる（ステップＳＢ１）。この状態で、まずは、第１の光源５ａのみを点灯させ（ステップＳＢ２）、このときの光量を光量センサ９で検出する（ステップＳＢ３）。続いて、検出された光量が、予め登録されている設定値、例えば、低消費電力モードであれば光量Ｌｄ、高輝度モードであれば光量Ｌｐより小さいか否かを判定する（ステップＳＢ４）。この結果、検出された光量が設定値よりも小さければ、第１の光源５ａの光量を所定量増加させ（ステップＳＢ５）、上記ステップＳＢ３に戻り、ステップＳＢ３以降の処理を行う。
【００６５】
一方、ステップＳＢ４において、検出された光量が設定値よりも小さくなければ、ステップＳＢ６に進み、検出された光量が、設定値より大きいか否かを判定する。この結果、検出された光量が設定値よりも大きければ、第１の光源５ａの光量を所定量減少させ（ステップＳＢ７）、上記ステップＳＢ３に戻り、ステップＳＢ３以降の処理を行う。
一方、ステップＳＢ６において、検出された光量が設定値よりも大きくなければ、第１の光源５ａの光量が設定値と等しいと判断し、第１の光源５ａを消灯するとともに、このときの第１の光源５ａの駆動電流を初期値として登録する(ステップＳＢ８)。
【００６６】
続いて、導光部３の開口部Ａの全ての領域に光透過領域Ｂが配置されるようになるまで光路変更ホイール４を回転させて、停止させ（ステップＳＢ９）、この状態で、第２の光源５ｂのみを点灯させ（ステップＳＢ１０）、このときの光量を光量センサ９で検出する（ステップＳＢ１１）。続いて、検出された光量が、予め登録されている設定値、例えば、低消費電力モードであれば光量Ｌｄ、高輝度モードであれば光量Ｌｐより小さいか否かを判定する（ステップＳＢ１２）。この結果、検出された光量が設定値よりも小さければ、第２の光源５ｂの光量を所定量増加させ（ステップＳＢ１３）、上記ステップＳＢ１１に戻り、ステップＳＢ１１以降の処理を行う。
【００６７】
一方、ステップＳＢ１２において、検出された光量が設定値よりも小さくなければ、ステップＳＢ１４に進み、検出された光量が、設定値より大きいか否かを判定する。この結果、検出された光量が設定値よりも大きければ、第２の光源５ｂの光量を所定量減少させ（ステップＳＢ１５）、上記ステップＳＢ１１に戻り、ステップＳＢ１１以降の処理を行う。
一方、ステップＳＢ１４において、検出された光量が設定値よりも大きくなければ、第２の光源５ｂの光量が設定値と等しいと判断し、第２の光源５ｂを消灯するとともに、このときの第２の光源５ｂの駆動電流を初期値として登録し(ステップＳＢ１６)、当該処理を終了する。
そして、上述した各モードにおける照明期間においては、光源制御部１５が上記登録された値を光量調整データ格納部２９に格納されている光量補正データに基づいて補正し、補正後の制御値によって第１の光源５ａ等を点灯させる。これにより、射出端面における光量を設定値に一致させることができる。
【００６８】
次に、上述した第１の実施形態に係る照明装置の変形例について説明する。
上記実施形態では、図１に示されるように、開口部Ａに光透過領域Ｂが配置された場合に第１の照明光が入射され、かつ、開口部Ａに光反射領域Ｃが配置された場合に第２の照明光が入射される位置に光量センサ９が設けられていたが、この光量センサ９を他の場所に移動させることにより、各光源５ａ，５ｂから射出された照明光を無駄なく有効に利用することができる。
【００６９】
例えば、開口部Ａに光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとの両方が配置される過渡期間Ｔｒにおいて、図１３に示すように、第２の光源５ｂから射出された照明光が光反射領域Ｃにより反射された場合には、その光は、図１において光量センサ９が設けられていた位置において反射されて、光路が変更されることとなる。その後、この光は、導光部３内に施された反射面並びに第２の集光素子６ｂ内、第２の光源５ｂの表面に施された反射面などにより繰り返し反射され、開口部Ａに再び導かれることとなる。また、第１の光源５ａから射出された照明光についても同様の作用を生じさせることができる。このように、光量センサ９の配置位置を変えることにより、光の利用効率を向上させることができる。
【００７０】
また、例えば、図１４及び図１５に示すように、円盤状であった光路変更ホイール４に対して、更に、その外周を囲う部材３０を設け、この部材３０の内側に第１の光源部２ａに対応する導光部３´を収納することとしても良い。この場合、図１５に示すように、部材３０において、光路変更ホイール４の光透過領域Ｂに対応する領域Ｆには、内側に反射面を形成するとともに、光反射領域Ｃに対応する領域Ｇは、光を透過する部材で形成する。
これにより、図１４に示すように、開口部Ａに光透過領域Ｂが配置されている場合に、当該領域を透過して第１の光源部２ａの方向へ射出されたような光についても、部材３０の内側に形成された反射面により反射されて射出端面に導くことが可能となる。
これにより、光の利用効率を更に向上させることができる。
【００７１】
また、図１６に示すように、図５において説明した放熱部２５を構成するファン３１などを回転させる駆動モータを光路変更ホイール４の駆動モータ８と併用することとしても良い。このように、ファン３１と光路変更ホイール４とで共通の駆動モータを利用することにより、部品点数を少なくすることができ、装置構成を簡略化することができる。
なお、図１６において、符号３２は熱伝導体、符号３３はヒートパイプ、符号３４はヒートシンクである。第１の光源５ａ、第２の光源５ｂから発せられる熱は、これら光源の背面に接して設けられた熱伝導体３２に伝達され、ヒートパイプ３３によりヒートシンクへと導かれて、ファン３１により冷却される。
【００７２】
また、上述した第１の実施形態に係る照明装置１において、駆動モータ８及び導光部３は、例えば、図１７に示すように保持することが可能である。
図１７は、照明装置１及び保持部材３５の横断面図、図１８は図１７の照明装置１及び保持部材３５の背面図である。
図１７及び図１８に示すように、例えば、各光源５ａ，５ｂの背面に共通に設けられた放熱部２５は、ベース部材３６に取り付けられて固定されている。図１７において、各光源５ａ及び５ｂから照明光が、紙面において下方から上方に向けて射出されることとされている。また、ベース部材３６には、光路変更ホイール４及び駆動モータ８を保持するための側面部材３７が取り付けられて、固定されている。側面部材３７には、除震部材３８を介してモータ駆動回路基板３９が取り付けられている。
【００７３】
このモータ駆動回路基板３９は、駆動モータ８を制御するための制御回路が搭載された基板である。このモータ駆動回路基板３９には、駆動モータ８が取り付けられて固定され、更に、この駆動モータ８の回転軸に光路変更ホイール４が軸回転可能に取り付けられている。この光路変更ホイール４は、導光部３の光軸Ｌに対して４５度の角度をもって形成された開口部Ａに配置されるように、上記駆動モータ８の回転軸に保持されている。
なお、上述した保持の構造は、一例であり、使用態様に応じて、適宜変更することが可能である。
【００７４】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置について説明する。
本発明の第２の実施形態に係る照明装置は、図１９に示すように、３つの光源部２ａ、２ｂ，２ｃを有している点で、上記第１の実施形態に係る照明装置１と異なる。以下、本実施形態の照明装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００７５】
図１９に示すように、第２の光源部２ｂは紙面において下方に設けられ、この第２の光源部２ｂと一列になるように第３の光源部２ｃが配置されている。第１乃至第３の光源部２ａ〜２ｃから射出された照明光は、共通の導光部３内を伝播して射出端面から特定の照明領域へ射出されるようになっている。
【００７６】
第３の光源部２ｃから射出された第３の照明光は導光部３に導かれ、導光部３の光軸Ｌと平行な光路に変換された後、第２の開口部Ａ２に配置された光路変更ホイール４に導かれるようになっている。第２の開口部Ａ２は、第３の照明光と第２の照明光とが交差する位置に設けられているとともに、光路変更ホイール４において、開口部Ａ（以下、「第１の開口部Ａ１」という。）の配置位置とは１８０°ずれた位置に設けられている。
【００７７】
図１９において、第２の開口部Ａ２に光透過領域Ｂが配置されている場合には、第３の光源部２ｃから射出された第３の照明光が第２の開口部Ａ２を通過して、光路前方に配置された第１の開口部Ａ１へ導かれ、第２の開口部Ａ２に光反射領域Ｃが配置されている場合には、第２の光源部２ｂから射出された第２の照明光が第２の開口部Ａ２を通過して、光路前方に配置された第１の開口部Ａ１へ導かれるようになっている。
このようにして、第１の開口部Ａ１へ導かれた光は、第１の開口部Ａ１に光透過領域Ｂが配置されている場合には、第１の開口部Ａ１を通過して、射出端面へ導かれ、第１の開口部Ａ１に光反射領域Ｃが配置されている場合には、第１の光源部２ａから射出された第１の照明光が光反射領域Ｃにより反射されて射出端面へ導かれるようになっている。
【００７８】
図２０は、図１９の光路変更ホイール４をＲの方向から見た平面図である。この図に示すように、第２の開口部Ａ２は、基準線Ｙに直交する基準線Ｘを挟んで、第１の開口部Ａ１と対称な位置に設けられているとともに、回転角θが０から（３／２）πの領域に渡って光透過領域Ｂが形成され、回転角θが（３／２）πから２πの領域に渡って光反射領域Ｃが形成されている。このように配置される光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとを備える光路変更ホイール４が駆動モータ８により軸回転されることにより、図２１に示すように、第１の開口部Ａ１及び第２の開口部Ａ２には、それぞれ光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとが所定のタイミングで交互に配置されることとなる。
【００７９】
図２２に、本実施形態に係る光路変更ホイール４の回転角θと各光源部の点灯タイミングとの関係を示す。図２２において、ａは第１の開口部Ａ１に対する占有率であり、実線は光反射領域Ｃの占有率、点線は光透過領域Ｂの占有率を示している。図２２のｂは第２の開口部Ａ２に対する占有率であり、実線は光反射領域Ｃの占有率、点線は光透過領域Ｂの占有率を示している。ｃは第１の光源５ａの点灯タイミング及び光量、ｄは第２の光源５ｂの点灯タイミング及び光量、ｅは第３の光源５ｃの点灯タイミング及び光量をそれぞれ示している。また、横軸は、光路変更ホイール４の回転角θである。
【００８０】
図２２に示すように、基本的には、回転角θが０〜（１／２）πの期間には、第１の光源５ａが点灯し、回転角θが（１／２）π〜πの期間には、第３の光源５ｃが点灯し、回転角θがπ〜（３／２）πの期間には、第２の光源５ｂが点灯し、回転角θが（３／２）π〜２πの期間には、第３の光源５ｃが点灯するように制御される。また、第１の開口部Ａ１及び第２の開口部Ａ２に光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとがともに配置される第１の過渡期間Ｔｒ１及び第２の開口部Ａ２に光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとがともに配置される第２の過渡期間Ｔｒ２においては、今まで点灯されていた光源とこれから点灯される光源とがともに点灯されることとなる。
このように、各光源が順次点灯されることにより、高輝度の照明光を射出端面から射出させることが可能となる。
【００８１】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述した第２の実施形態では、１つの光路変更ホイール４と３つの光源部２ａ〜２ｃとを組み合わせた照明装置であったが、本実施形態では、２つの光路変更ホイールと３つの光源部との組合せとしている。
以下、本実施形態の照明装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００８２】
本実施形態では、図２３に示すように、第１の光源部２ａから第２の光源２ｃが一列に並んで配置されており、紙面の上方から下方に向けて照明光を射出するようになっている。また、第１乃至第３の光源部２ａ〜２ｃから射出された照明光は、共通の導光部３内を伝播して射出端面から特定の照明領域へ射出されるようになっている。
各光源部２ａ〜２ｃが備える光源５ａ〜５ｃは、マトリクス状に配置された複数のＬＥＤにより構成されている。
【００８３】
第３の光源部２ｃから射出された第３の照明光は導光部３に導かれて、導光部３の他端面に形成された反射面により、導光部３の光軸Ｌと平行な光路に変換された後、第２の開口部Ａ２に導かれるようになっている。第２の開口部Ａ２は、第３の照明光と第２の照明光とが交差する位置に設けられている。第２の開口部Ａ２には、第２の光路変更ホイール４ｂの一部が配置されるようになっている。
図２４は、図２３の第２の変更ホイール４ｂをＰ２の方向から見た平面図である。この図に示すように、回転角θが０からφ１の領域に渡って光透過領域Ｂが形成され、回転角θがφ１から２πの領域に渡って光反射領域Ｃが形成されている。
このように配置される光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとを備える光路変更ホイール４ｂが駆動モータ８により軸回転されることにより、第２の開口部Ａ２には、それぞれ光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとが所定のタイミングで交互に配置されることとなる。
【００８４】
図２３において、第２の開口部Ａ２に光透過領域Ｂが配置されている場合には、第３の光源部２ｃから射出された第３の照明光が第２の開口部Ａ２を通過して、光路前方に配置された第１の開口部Ａ１へ導かれ、第２の開口部Ａ２に光反射領域Ｃが配置されている場合には、第２の光源部２ｂから射出された第２の照明光が第２の開口部Ａ２を通過して、光路前方に配置された第１の開口部Ａ１へ導かれるようになっている。
このようにして、第１の開口部Ａ１へ導かれた光は、第１の開口部Ａ１に光透過領域Ｂが配置されている場合には、第１の開口部Ａ１を透過して、射出端面へ導かれ、第１の開口部Ａ１に光反射領域Ｃが配置されている場合には、第１の光源部２ａから射出された第１の照明光が光反射領域Ｃにより反射されて射出端面へ導かれるようになっている。
【００８５】
ここで、第１の開口部Ａ１に配置される光路変更ホイール４ａの回転軸には、回転軸とともに回転する回転伝達ギア４０が接続されており、また、光路変更ホイール４ｂの回転軸には回転伝達ギア４１が接続されている。この回転伝達ギア４１は、第２の光路変換ホイール４ｂを挟んで駆動モータ８と反対側の回転軸に接続されている。そして、回転伝達ギア４０と４１とは連結されている。これにより、１つの駆動モータ８によって第１の光路変更ホイール４ａと第２の光路変更ホイール４ｂとを回転駆動できるようになっている。なお、このように連結されていることから、第２の光路変更ホイール４ｂと第１の光路変更ホイール４ａの回転方向は逆方向となる。
【００８６】
図２５は、図２３の第１の光路変更ホイール４ａをＰ１の方向から見た平面図である。この図に示すように、回転角θが０からφ１の領域に渡って光反射領域Ｃが形成され、回転角θがφ１から２πの領域に渡って光透過領域Ｂが形成されている。つまり、図２２に示した第２の変更ホイール４ｂと図２３に示した第１の変更ホイール４ａとは、光透過領域Ｂ及び光反射領域Ｃとの配置が反転している。なお、本実施形態において、φ＝（２／３）πとされている。
このように配置される光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとを備える第１の光路変更ホイール４ａが回転伝達ギア４０の作用により軸回転されることにより、第１の開口部Ａ１には、それぞれ光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとが所定のタイミングで交互に配置されることとなる。
【００８７】
図２６に示すように、上記第２の光路変更ホイール４ｂの近傍には、第２の光路変更ホイール４ｂの回転角θを検出するための回転位置センサ１０が設けられている。回転位置センサ１０による検出結果は、回転位置センサ駆動部２２を介してシステム制御部１７に出力されるようになっている。また、射出端面の出力側には、射出端面から射出される光量を検出する光量センサ９が設けられている。光量センサ９により検出された光量は、光量センサ駆動部２１を介してシステム制御部１７に出力されるようになっている。また、システム制御部１７には、駆動モータ８を駆動制御するモータ駆動制御部１６が接続されているとともに、第１の光源部２ａから第３の光源部２ｃのそれぞれを制御するための第１の光源制御部１５ａから第３の光源制御部１５ｃが接続されている。
【００８８】
モータ駆動制御部１６は、システム制御部１７からの信号に基づいて、上述した第１の実施形態と同様に、駆動モータ８を回転駆動する。また、第１乃至第３の光源制御部１５ａから１５ｃは、システム制御部１７からの駆動命令等に基づいて、各光源部５ａ，５ｂ，５ｃの点灯タイミング及び光量を制御する。なお、第１乃至第３の光源制御部１５ａ〜１５ｃと各光源５ａ〜５ｃとの間には、それぞれ各光源５ａ〜５ｃをそれぞれ駆動するための光源駆動部（図示略）が設けられている。
【００８９】
図２７に、本実施形態に係る第１の光路変更ホイール４ａ及び第２の光路変更ホイール４ｂの回転角θと各光源部の点灯タイミングとの関係を示す。図２７において、ａは第１の光路変更ホイール４ａの回転角θと第２の光路変更ホイール４ｂの回転角θとの関係を示している。横軸は回転角θであり、縦軸は時間である。ａにおいて、点線は第２の光路変更ホイール４ｂの回転角θの変化を示し、実線は第１の光路変更ホイール４ａの回転角θの変化を示している。本実施形態において、第１及び第２の光路変更ホイール４ａ，４ｂは、逆回転されるので、図２７に示すように直線の傾きが逆になる。
図２７のｂは、第１の開口部Ａ１に対する占有率であり、実線は光反射領域の占有率、点線は光透過領域の占有率を示している。図２７のｃは、第２の開口部Ａ２に対する占有率であり、実線は光反射領域の占有率、点線は光透過領域の占有率を示している。図２７のｄは、第１の光源５ａの点灯タイミングと光量を示しており、図２７のｅは、第２の光源５ｂの点灯タイミングと光量を示しており、図２７のｆは、第３の光源５ｃの点灯タイミングと光量を示しており、図２７のｇは射出端面から射出される光量を示している。
【００９０】
この図に示すように、基本的には、回転角θが０〜φ１の期間には、第１の光源５ａが点灯し、回転角θがφ１からφ２の期間には、第２の光源５ｂが点灯し、回転角θがφ２〜２πの期間には、第３の光源５ｃが点灯するように制御される。また、第１の開口部Ａ１に光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとがともに配置される第１の過渡期間Ｔｒ１及び第２の開口部Ａ２に光透過領域Ｂと光反射領域Ｃとがともに配置される第２の過渡期間Ｔｒ２においては、今まで点灯されていた光源とこれから点灯される光源とがともに点灯されることとなる。また、射出端面における照明光の光量を一定に保つために、各光源の光量は、第１の光源５ａの光量が最も小さく、第３の光源５ｃの光量が最も大きくなるように制御される。これは出射端面に近い光源ほど、光の損失が少ないからである。
【００９１】
なお、本実施形態では、第１の光路変更ホイール４ａと第２の光路変更ホイール４ｂとを回転伝達ギア４０，４１によって連結していたが、更に、回転伝達ギア４０と４１との間に、もう１つ回転伝達ギアを追加することにより、第１の光路変更ホイール４ａと第２の光路変更ホイール４ｂとを同一方向に回転させることとしても良い。また、図２８に示すように、共通する回転軸に第１の光路変更ホイール４ａと第２の光路変更ホイール４ｂとを接続することとしても良いし、また、図２９に示すように、それぞれ別個の駆動モータ８を設け、これらの駆動モータの回転を同期させることとしても良い。
【００９２】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図３０に示すように、本実施形態に係る照明装置において、導光部３内には、第１の光源５ａに対向する位置に第１の三角プリズム５１ａが、第２の光源５ｂに対向する位置に第２の三角プリズム５１ｂが、第３の光源５ｃに対向する位置に第３の三角プリズム５１ｃがそれぞれ設けられている。また、各集光素子６ａ〜６ｃと各三角プリズム５１ａ〜５１ｃとの間には、空気層５２がそれぞれ設けられている。第１の三角プリズム５１ａ及び第２の三角プリズム５１ｂにおいて、第１及び第２の光路変更ホイール４ａ，４ｂの射出端面に対向配置される面には、導光部３の光軸Ｌに平行な面と該光軸Ｌに直交する面とで構成される階段状の入射面が形成されている。
【００９３】
このような第１の三角プリズム５１ａ及び第２の三角プリズム５１ｂが設けられていることより、例えば、第１の光源５ａから射出され、集光素子６ａにより導光部３内に導かれた第１の照明光は、図３１に示すように、第１の三角プリズム５１ａの入射面において光軸Ｌに平行な面を透過して第１の開口部Ａ１に導かれ、第１の開口部Ａ１に配置されている反射領域によって反射され、入射面の光軸Ｌに直交する面を透過することにより、平行度が高められて射出端面へと導かれることとなる。
また、図３２に示すように、第１の開口部Ａ１に導かれた第２の照明光または第３の照明光は、第１の開口部Ａ１に配置されている光透過領域を透過した後、第１の三角プリズム５１ａの入射面に入射することにより、平行度が高められ、射出端面へと導かれる。
なお、第２の三角プリズム５１ｂについても同様の作用、効果を奏する。
【００９４】
以上説明してきたように、本実施形態に係る照明装置によれば、導光部３内において、各光源５ａ〜５ｃと対向する位置に三角プリズム５１ａ〜５１ｃがそれぞれ配され、更に、これらの三角プリズム５１ａ〜５１ｃにおいて、光路変更ホイール４ａ，４ｂと対向して配される面には、導光部３の光軸Ｌに平行な複数の面と直交する複数の面とによって構成された階段状の入射面が形成されているので、図３１及び図３２に示されるように、これらの三角プリズム５１ａ，５１ｂを通過する光の平行度を高めることができるとともに、導光部３の側面に到達した光についても全反射させることが可能となる。これにより、各光源５ａ〜５ｃから発せられた照明光を導光部３内に導くために形成された各開口部を通過して各光源５ａ〜５ｃの方へ戻っていた光についても全反射して導光部３内に戻すことができるので、光の利用効率を更に高めることができる。また、第１の実施形態のように、内面に形成された反射面によって光を反射させるのではなく、プリズムによる全反射を利用することにより、反射時における光のロスを低減させることができる。これにより、光の利用効率を更に向上させることができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、第１の光路変更ホイール４ａ及び第２の光路変更ホイール４ｂの射出側にのみ三角プリズム５１ａ，５１ｂを設けていたが、図３３に示すように、これらの入射側にも同様に三角プリズム５２ａ、５２ｂを配置することとしても良い。これにより、第１の光路変更ホイール４ａ、第２の光路変更ホイール４ｂをそれぞれ挟むように階段状の面が形成されることとなる。
このように、三角プリズム５２ａ、５２ｂを更に設けることにより、例えば、図３４に示されるように、光軸Ｌに直交する方向から第１の開口部Ａ１に配されている光反射領域に入射し、この光反射領域によって反射された光の平行度を高めることができるとともに、図３５に示すように、光軸Ｌに平行な方向から第１の開口部Ａ１に入射された光についても、平行度を高めることができる。なお、第２の開口部Ａ２についても同様の作用効果が得られる。
【００９６】
〔応用例１〕
図３６は、上述した本発明の第３の実施形態に係る照明装置が適用された照明システムの横断面図であり、図３７は、図３６に示された照明システムを射出端面側から見たときの正面図である。
【００９７】
図３６及び図３７に示されるように、照明システム１００は、赤色の照明光を照射する赤色照明装置６０、緑色の照明光を照射する緑色照明装置６１、青色の照明光を照射する青色照明装置６２を備えている。赤色照明装置６０、緑色照明装置６１、及び青色照明装置６２は、それぞれ上述した第３の実施形態に係る照明装置と略同様の構成を備えている。なお、この照明システム１００においては、各色の照明装置６０，６１，６２が、共通の第１の光路変更ホイール４ａ及び第２の光路変更ホイール４ｂを利用するように構成されている。
各照明装置６０，６１，６２の射出端面には、各照明装置６０，６１，６２から射出された光を照明システム１００の射出端面Ｓへ導くための導光路６４が更に設けられている。
【００９８】
このような構成を備える照明システム１００においては、各照明装置６０，６１，６２が同期して順次照明光を照射するように駆動されることにより、各色の照明光が照明システム１００の射出端面Ｓから順次射出され、また、各照明装置６０，６１，６２が同時に照明光を照射するように制御されることにより、各色の照明光が同時に射出端面Ｓに導かれ、白色の光が照明光として射出されることとなる。なお、制御方法については上述した通りである。
【００９９】
このように、上記照明システム１００によれば、３つの照明装置６０，６１，６２を備え、各照明装置６０，６１，６２がそれぞれ、赤、緑、青の照明光を射出することとしたので、赤、緑、青、或いは、白色の光を所望のタイミングで照射することができる。
【０１００】
〔応用例２〕
図３８は、上述した本発明の第１乃至第４の実施形態のいずれかに係る照明装置が適用された画像投影装置２００の横断面図である。画像投影装置２００は、赤色の照明光を射出する赤色光源装置２０１、緑色の照明光を射出する緑色光源装置２０２、青色の照明光を射出する青色光源装置２０３の３つの光源装置を備えている。これら各光源装置２０１，２０２，２０３として、上述した第１乃至第４の実施形態のいずれかに係る照明装置が採用されている。
各光源装置２０１，２０２，２０３の射出端面には、それぞれテーパロッド２０４が接続されている。各テーパロッド２０４の出力端面には各色に対応する表示パネル（光変調手段）２０５，２０６，２０７が接続されている。表示パネル２０５，２０６，２０７の射出端側には、各表示パネル２０５，２０６，２０７を透過した光変調後の各色の照明光を合成し、投影光学部２０９へ導くダイクロイック・クロス・プリズム２０８が設けられている。
【０１０１】
このような構成を備える画像投影装置２００において、各光源装置２０１，２０２，２０３から射出された赤、緑、青の照明光は、各光源装置２０１，２０２，２０３の射出端面にそれぞれ接続されたテーパロッド２０４に入射され、平行度が高められてテーパロッド２０４の射出端面に接続された各色対応の表示パネル２０５，２０６，２０７へ導かれる。各色の照明光は、表示パネル２０５，２０６，２０７を透過することにより、画像データに応じた光変調が画素単位で施された後、ダイクロイック・クロス・プリズム２０８により合成されて、投影光学部２０９へ導かれる。投影光学部２０９に導かれた光は投影レンズ２１０によって拡大されて、スクリーン２１１へ向けて投影され、スクリーン２１１上に画像が表示されることとなる。
【０１０２】
このように、本画像投影装置２００によれば、安定した高輝度の照明光を射出可能な照明装置を光源装置２０１，２０２，２０３として利用しているので、明るく視認性のよい良質な投影画像をスクリーン２１１上に表示することができる。
【０１０３】
なお、上記表示パネルとしては、透過型或いは反射型のＬＣＤ、またはＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の横断面図である。
【図２】図１において光路変更ホイールをＱの方向から見たときの平面図である。
【図３】回転位置センサについて説明するための図である。
【図４】回転位置センサの出力信号と開口部における占有率との関係を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の制御装置の機能ブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の制御装置により実行される処理の手順を示したフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の制御装置により実行される処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】開口部の占有状態と各光源の発光タイミング及び光量の関係を示した図である。
【図９】過渡期間における光量制御について説明するための図である。
【図１０】過渡期間における光量制御について説明するための図である。
【図１１】低消費電力モードから高輝度モードへモード切替が行われた場合における各光源の発光タイミングと光量との関係を示した図である。
【図１２】光量調整処理の処理手順を示したフローチャートである。
【図１３】光量センサの設置位置を変えた場合における作用効果について説明するための図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の変形例を示した図である。
【図１５】図１４に示した光路変更ホイールの斜視図である。
【図１６】放熱部のファンの駆動モータとして光路変更ホイールの駆動モータを利用した場合の一構成例を示した図である。
【図１７】図１に示した光路変更ホイールの保持部材についての一例を示した図である。
【図１８】図１７に示した保持部材の背面図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の横断面図である。
【図２０】図１９において光路変更ホイールをＲの方向から見たときの平面図である。
【図２１】光路変更ホイールの状態推移を示した図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係る照明装置における各光源の点灯タイミング及び光量の関係を示した図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態に係る照明装置の横断面図である。
【図２４】図２３において第２の光路変更ホイールをＰ２の方向から見たときの平面図である。
【図２５】図２３において第１の光路変更ホイールをＰ１の方向から見たときの平面図である。
【図２６】本発明の第３の実施形態に係る照明装置の制御装置の機能ブロック図である。
【図２７】本発明の第３の実施形態に係る照明装置における各光源の点灯タイミング及び光量の関係を示した図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態に係る照明装置の変形例を示した図である。
【図２９】本発明の第３の実施形態に係る照明装置の変形例を示した図である。
【図３０】本発明の第４の実施形態に係る照明装置の横断面図である。
【図３１】図３０に示した第１のプリズムに形成された入射面の作用効果について説明するための図である。
【図３２】図３０に示した第１のプリズムに形成された入射面の作用効果について説明するための図である。
【図３３】本発明の第４の実施形態に係る照明装置の変形例を示した図である。
【図３４】図３３に示したプリズムに形成された入射面の作用効果について説明するための図である。
【図３５】図３３に示したプリズムに形成された入射面の作用効果について説明するための図である。
【図３６】本発明の第３の実施形態に係る照明装置の応用例である照明システムの横断面図である。
【図３７】図３６に示された照明システムを射出端面側から見たときの正面図である。
【図３８】本発明の第３の実施形態に係る照明装置の応用例である画像投影装置の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  照明装置
２ａ  第１の光源部
２ｂ  第２の光源部
２ｃ  第３の光源部
３  導光部
４  光路変更ホイール
４ａ  第１の光路変更ホイール
４ｂ  第２の光路変更ホイール
５ａ  第１の光源
５ｂ  第２の光源
５ｃ  第３の光源
８  駆動モータ
９  光量センサ
１０  回転検出センサ
Ａ  開口部
Ａ１  第１の開口部
Ａ２  第２の開口部
【図１】
2008040414.tif 000003
【図２】
2008040414.tif 000004
【図３】
2008040414.tif 000005
【図４】
2008040414.tif 000006
【図５】
2008040414.tif 000007
【図６】
2008040414.tif 000008
【図７】
2008040414.tif 000009
【図８】
2008040414.tif 000010
【図９】
2008040414.tif 000011
【図１０】
2008040414.tif 000012
【図１１】
2008040414.tif 000013
【図１２】
2008040414.tif 000014
【図１３】
2008040414.tif 000015
【図１４】
2008040414.tif 000016
【図１５】
2008040414.tif 000017
【図１６】
2008040414.tif 000018
【図１７】
2008040414.tif 000019
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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