(57)【要約】【課題】発光体で発生した熱の影響を抑えることができ、光利用効率が高く且つ光量変動の少ない照明を得ること。【解決手段】ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０を、ＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２、カラー３３、スペーサ３４、固定ビス３５、及びロッドホルダ３６によって、一体的に、且つ、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０の入射端が薄い空気層を介して近接する所定の位置に配置されるように、保持する。この場合、上記ＬＥＤチップ１０は、それぞれ熱伝導部として機能するＬＥＤベース３０及びＬＥＤ基板３１を介して同じく熱伝導部として機能するＬＥＤホルダ３２により保持する。また、上記ＬＥＤホルダ３２には、上記ＬＥＤチップ１０の保持される面とは反対側に、上記ＬＥＤチップ１０の発する熱を放散するための放熱部としての放熱フィン３２Ａを設ける。【選択図】　　図１
2004094115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散光を出射面から放射するとともに熱を発生する発光体と、
前記発光体からの拡散光を内面で反射させながら導光する導光手段と、
前記発光体と前記導光手段とを所定の間隔に一体的に保持する保持手段と、
を具備し、
前記導光手段は、少なくとも、
前記発光体の出射面に近接し、前記拡散光が入射する前記発光体の出射面よりも大きい入射端と、
前記入射端よりも大きい出射端と、
を有し、
前記保持手段は、少なくとも、
前記発光体で発生した熱を導く熱伝導部と、
前記熱伝導部からの熱を放熱する放熱部と、
を有する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記保持手段は、前記発光体と前記導光手段とを所定の間隔に保ったまま、前記発光体と前記導光手段とを相対移動可能に保持することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記放熱部と前記導光手段との間に、熱の伝導を抑制する断熱部を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記断熱部は、前記熱伝導部よりも断面積が小さいことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記断熱部は、前記熱伝導部の熱伝導率よりも熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記保持手段は、前記発光体と前記導光手段との間に空気の流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
前記発光体と前記導光手段との間に熱伝導率の低い透光性断熱部材を介在させたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項８】
前記導光手段は、前記入射端から入射した光を全反射により前記出射端に伝達する導光素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記導光手段は、
側面が反射ミラーからなる中空構造であり、
前記入射端から入射した光を反射により出射端に伝達する、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の照明装置の前記導光手段の前記出射端からの光を集光する照明レンズと、
前記照明レンズの後側焦点位置近傍に配置した画像表示手段と、
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
前記照明レンズは、更に、前記導光手段の前記出射端が前側焦点位置となるように配置したことを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記画像表示手段の対角寸法を２Ｗ、前記照明レンズの焦点距離をＬとしたとき、
前記導光手段は、前記出射端から放射する光線の最大角度をｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）以上とした、
ことを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至９の何れかに記載の照明装置の前記導光手段の前記出射端近傍に配置した画像表示手段と、
前記画像表示手段の画像を投影面に結像させる投影光学手段と、
を具備することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光利用効率が高く光量変動の少ない照明装置、及び、それを用いて画像を投影表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影表示装置などに使用される指向性の高い照明装置として、拡散光を出射するＬＥＤとテーパロッドとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
これは、図１２の（Ａ）に示すように、テーパロッド１の小径開口にＬＥＤ光源２が近接して配置され、テーパロッド１の小径開口から該テーパロッド１に入射した光は、該テーパロッド１の内表面を全反射するように伝達される際に小角度に変換されて該テーパロッド１の大径開口からレンズ３に向けて出射するので、入射光線の許容される角度の狭いライトバルブを使用した投影表示装置に利用可能な照明装置が得られるというものである。
【０００４】
また、ロッド形状をした光学部品の保持方法に関しても従来各種の提案がなされている（例えば、特許文献３及び４参照）。この特許文献３では、長期間に亘る位置決め精度の確保と熱応力を逃がすという課題に対して、図１２の（Ｂ）に示すように、マスク機能を兼ねた支持部材４とバネ５でロッドインテグレータ６の側面を付勢する構造が開示されている。また、特許文献４では、高温となるロッドインテグレータの支持部材の耐熱性確保と構造上の保持精度確保という課題に対して、側面からバネ部材を用いて金属板からなる支持部材にロッドインテグレータを付勢すると同時に、入射端面の一部にバネ部材を引っ掛けて光軸方向にロッドインテグレータを付勢する構造が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１５９９６８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特許第３０４８３５３号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平８−２２７０３４号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開平１０−２５３９２３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、大電流を流すことで大光量を放射するＬＥＤが研究開発されているが、このような光源を使用した場合、光源自体が非常に高温になるため、テーパロッドなどの導光手段を光源に近接して配置すると、テーパロッドなどの導光手段自体の温度上昇や導光手段内に生じた温度勾配によって光学特性が損なわれたり、光源自体の発光特性が損なわれたりするという課題がある。
【００１０】
しかし、特許文献１や特許文献２には、実際に商品化する際の様々な課題に対する記載が無いだけでなく、特に、光源として作動温度の低い光源を想定しているため、光の放射に伴って発熱する発光体を光源とした場合に、光源とテーパロッドを近接して配置するにあたっての具体的な保持方法に関する課題や、光源とテーパロッドを近接して配置した場合に、発熱による光源自身の発光特性や寿命に対する課題や、テーパロッドの光学特性の劣化に対する課題については考慮されていない。
【００１１】
また、特許文献３や特許文献４においても、発熱するロッドインテグレータの保持を課題としてなされたものであり、光源とテーパロッドを近接して配置した場合に、発熱による光源自身の発光特性や寿命に対する課題や、テーパロッドの光学特性の劣化に対する課題については考慮されていない。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、発光体で発生した熱の影響を抑えることができ、光利用効率が高く、且つ、光量変動の少ない、照明装置及びそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による照明装置は、
拡散光を出射面から放射するとともに熱を発生する発光体と、
前記発光体からの拡散光を内面で反射させながら導光する導光手段と、
前記発光体と前記導光手段とを所定の間隔に一体的に保持する保持手段と、
を具備し、
前記導光手段は、少なくとも、
前記発光体の出射面に近接し、前記拡散光が入射する前記発光体の出射面よりも大きい入射端と、
前記入射端よりも大きい出射端と、
を有し、
前記保持手段は、少なくとも、
前記発光体で発生した熱を導く熱伝導部と、
前記熱伝導部からの熱を放熱する放熱部と、
を有する、
ことを特徴とする。
【００１４】
即ち、請求項１に記載の発明の照明装置によれば、保持手段が熱伝導部と放熱部を有するので、保持手段と放熱する手段を別体に設けた場合に比べて発光体で発生した熱の放熱効果を高くすることができる。従って、発光体の温度が低く抑えられ、発光体自体の発光特性や寿命、近接して配置された導光手段の光学的特性を損なうことがない。また、保持手段により発光体と導光手段が一体的に保持されているので、発光体と導光手段をより安定して保持することができると同時に、保持手段が放熱部を有するので、保持手段を経由した導光手段への熱の伝達を抑制することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明による照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記保持手段は、前記発光体と前記導光手段とを所定の間隔に保ったまま、前記発光体と前記導光手段とを相対移動可能に保持することを特徴とする。
即ち、請求項２に記載の発明の照明装置によれば、発光体を導光手段に対向する位置からずらすことができるので、導光手段への熱の伝達を抑制し発光体を効果的に冷却することができる。また、所定の間隔を保ったまま移動することができるので、発光した状態で複数の発光体の切り替えができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明による照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記保持手段は、前記放熱部と前記導光手段との間に、熱の伝導を抑制する断熱部を有することを特徴とする。
【００１７】
即ち、請求項３に記載の発明の照明装置によれば、保持手段の放熱部から導光手段への熱の伝達をより効果的に抑制することができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明による照明装置は、請求項３に記載の照明装置において、前記断熱部は、前記熱伝導部よりも断面積が小さいことを特徴とする。
【００１９】
即ち、請求項４に記載の発明の照明装置によれば、導光手段への熱の伝達を抑制でき、更に、熱伝導部と断熱部を一体的に構成することで保持部材の部品数を少なくすることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明による照明装置は、請求項３に記載の照明装置において、前記断熱部は、前記熱伝導部の熱伝導率よりも熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とする。
【００２１】
即ち、請求項５に記載の発明の照明装置によれば、導光手段への熱の伝達を抑制でき、更に、熱伝導率の低い材料で形成された断熱部の断面積を小さくする必要が無いので保持手段を高剛性に形成することができる。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明による照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記保持手段は、前記発光体と前記導光手段との間に空気の流路を設けたことを特徴とする。
【００２３】
即ち、請求項６に記載の発明の照明装置によれば、発光体の発熱により暖められた空気の対流や強制的に空気を流すことによって、より効率的に発光体を冷却することができる。なお、空気に限定されるものではなく、熱を運搬できる気体や液体であれば適用可能である。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明による照明装置は、請求項３に記載の照明装置において、前記発光体と前記導光手段との間に熱伝導率の低い透光性断熱部材を介在させたことを特徴とする。
【００２５】
即ち、請求項７に記載の発明の照明装置によれば、透光性断熱部材によって発光体と導光手段を所定の間隔に保持することが容易になり、発光体と導光手段の位置ずれを抑制することができる。また、透光性断熱部材により、導光手段に対する熱伝導を抑制することができる。
【００２６】
また、請求項８に記載の発明による照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記導光手段は、前記入射端から入射した光を全反射により前記出射端に伝達する導光素子を含むことを特徴とする。
【００２７】
即ち、請求項８に記載の発明の照明装置によれば、全反射により光を反射するので、導光手段内部での光量損失を低減することができる。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明による照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、
前記導光手段は、
側面が反射ミラーからなる中空構造であり、
前記入射端から入射した光を反射により出射端に伝達する、
ことを特徴とする。
【００２９】
即ち、請求項９に記載の発明の照明装置によれば、導光手段の側面が反射ミラーであるので、導光手段の側面を保持手段で接着保持しても反射特性に対する影響がなく、保持構造が簡単に構成できる。また、中空部を利用して空気を流せるので放熱効果を高められる。
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明による表示装置は、
請求項１乃至９の何れかに記載の照明装置の前記導光手段の前記出射端からの光を集光する照明レンズと、
前記照明レンズの後側焦点位置近傍に配置した画像表示手段と、
を具備することを特徴とする。
【００３１】
即ち、請求項１０に記載の発明の表示装置によれば、導光手段の出射端から放射された光は、出射端からの放射位置に関わらず照明レンズの後側焦点位置で一定の範囲に集光することができるので、画像表示手段を効率良く照明することができ明るい表示画像が得られる。
【００３２】
また、請求項１１に記載の発明による表示装置は、請求項１０に記載の表示装置において、前記照明レンズは、更に、前記導光手段の前記出射端が前側焦点位置となるように配置したことを特徴とする。
【００３３】
即ち、請求項１１に記載の発明の表示装置によれば、出射端から放射された光を放射位置に関わらず照明レンズの後側焦点位置で一定の範囲に集光することができると同時に、集光した照明範囲内での光の入射角度分布を小さくできるので、特に入射角依存性の大きい画像表示手段を効率良く照明することができ、ムラの無い明るい表示画像が得られる。
【００３４】
また、請求項１２に記載の発明による表示装置は、請求項１０に記載の表示装置において、
前記画像表示手段の対角寸法を２Ｗ、前記照明レンズの焦点距離をＬとしたとき、
前記導光手段は、前記出射端から放射する光線の最大角度をｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）以上とした、
ことを特徴とする。
【００３５】
即ち、請求項１２に記載の発明の表示装置によれば、導光手段の出射端から放射される光を、画像表示手段の大きさに対して有効に照射することができる。
【００３６】
また、請求項１３に記載の発明による表示装置は、
請求項１乃至９の何れかに記載の照明装置の前記導光手段の前記出射端近傍に配置した画像表示手段と、
前記画像表示手段の画像を投影面に結像させる投影光学手段と、
を具備することを特徴とする。
【００３７】
即ち、請求項１３に記載の発明の表示装置によれば、簡単な構成で画像を投影する光効率の高い表示装置が実現できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３９】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の照明装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００４０】
本第１の実施の形態では、発光体として高輝度の発光ダイオード（以下、ＬＥＤチップと記す。）１０を用い、導光手段としてテーパロッド２０を用いている。
【００４１】
ここで、上記ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０は、図示の如くＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２、カラー３３、スペーサ３４、固定ビス３５、及びロッドホルダ３６で構成される保持手段によって、一体的に、且つ、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０の入射端が薄い空気層を介して近接する所定の位置に配置されるように、保持されている。
【００４２】
即ち、発光体としての上記ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤベース３０及びＬＥＤ基板３１を介してＬＥＤホルダ３２に保持されている。これらＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２は、上記ＬＥＤチップ１０で発生した熱を導く熱伝導部として機能する。
【００４３】
また、上記ＬＥＤホルダ３２は、上記ＬＥＤチップ１０の保持される面とは反対側に、上記ＬＥＤチップ１０の発する熱を放散するための放熱部としての放熱フィン３２Ａを備えている。ＬＥＤホルダ３２は、上記ＬＥＤチップ１０からの熱を効率良くこの放熱フィン３２Ａに伝達するため、熱伝導率の高い材質、例えばアルミなどの金属でできている。
【００４４】
このようなＬＥＤホルダ３２は、熱伝導率の低い材質、例えばセラミックやプラスチックからなるカラー３３及びスペーサ３４を介して、固定ビス３５によってロッドホルダ３６と結合されている。このため、上記ＬＥＤチップ１０が発する熱が、上記ＬＥＤホルダ３２から上記ロッドホルダ３６に伝達するのを減少させることができる。
【００４５】
上記ＬＥＤチップ１０の通電により放射された拡散光は、該ＬＥＤチップ１０に近接する上記テーパロッド２０の入射端から上記テーパロッド２０内部に入射する。上記テーパロッド２０の入射端は、上記ＬＥＤチップ１０よりも大きく、且つ、上記ＬＥＤチップ１０と該テーパロッド２０の入射端とは、薄い空気層を介して隣接して配置されているので、上記ＬＥＤチップ１０からの拡散光の広い角度範囲の光が該テーパロッド２０の入射端に入射する。
【００４６】
上記ＬＥＤチップ１０から放射した拡散光のうち、小さい角度でこのテーパロッド２０に入射した光は、直接、該テーパロッド２０の出射端に到達して、元の角度を維持したまま出射し、また、大きい角度でこのテーパロッド２０に入射した光は、該テーパロッド２０側面の内面で一回以上全反射して該テーパロッド２０の出射端から小さい角度に変換されて出射する。従って、上記ＬＥＤチップ１０から放射される拡散光はＬａｍｂｅｒｔｉａｎと呼ばれる広い角度分布を持つが、図２に一例を示すように、このテーパロッド２０による角度変換作用によって、角度分布の狭い光に変換される。
【００４７】
このように、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０との組み合わせにより、ＬＥＤチップ１０からの拡散光を効率良く取り込むことができると同時に、効率良く放射角を狭く変換することができるので、簡単な構成で指向性が高く明るい照明装置が実現できる。
【００４８】
ところで、ＬＥＤチップ１０の通電により拡散光が放射されるに伴い、拡散光として光エネルギーに変換されなかった電気エネルギーは熱エネルギーに変換されるので、ＬＥＤチップ１０が発熱する。ＬＥＤチップ１０で発生した熱の大部分は、熱伝導率の高いＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、及びＬＥＤホルダ３２によって伝達され、このＬＥＤホルダ３２表面からの放熱とともに、該ＬＥＤホルダ３２に設けられた放熱フィン３２Ａによって、より効果的に外部に放熱される。この作用により、ＬＥＤチップ１０自体の温度上昇を一定レベルに抑制し、発光特性の低下や寿命の低下を防いでいる。なお、これらの放熱に関わる部材は、ＬＥＤチップ１０の保持手段を兼ねているので、簡単な構成で効率良く放熱することができる。
【００４９】
また、上記ＬＥＤチップ１０と上記テーパロッド２０との間には、空気層を設けているため、ＬＥＤチップ１０からテーパロッド２０に直接熱が伝達して、テーパロッド２０の光学特性が損なわれることが無い。また、ＬＥＤチップ１０に接する空気は、ＬＥＤチップ１０の発熱により温度が上昇するが、上記ロッドホルダ３６の隙間や上記ロッドホルダ３６に設けられた通気口３６Ａを通して対流や強制通風により入れ替えることができるので、テーパロッド２０周囲の空気の温度上昇によりテーパロッド２０の光学特性が損なわれることも無い。
【００５０】
なお、本発明は空気に限定するものではなく、熱を運搬できる他の気体や液体を循環させれば、同様の作用・効果が得られることは勿論である。
【００５１】
さらに、前述したように、上記ＬＥＤホルダ３２は、熱伝導率の低い樹脂などの材料で作られたカラー３３とスペーサ３４を断熱部として挟んで、上記ロッドホルダ３６に対して固定ビス３５を用いて固定され、上記ＬＥＤホルダ３２から上記ロッドホルダ３６への熱の伝達を抑制しているので、上記ロッドホルダ３６を介して上記テーパロッド２０に上記ＬＥＤチップ１０の熱が伝達して、上記テーパロッド２０の光学特性が損なわれることが無い。
【００５２】
なお、上記テーパロッド２０と上記ロッドホルダ３６の接触部には、保持部コーティング３７が成されている。具体的には、図３の（Ａ）乃至（Ｃ）のロッド保持部分の部分拡大図に示すような構成としている。
【００５３】
図３の（Ａ）に示す例に於いては、上記ロッドホルダ３６が接触するテーパロッド２０のロッド側面２１部分に、上記テーパロッド２０よりも屈折率の低い低屈折率層３７Ａを上記保持部コーティング３７として設けている。ここで、上記低屈折率層３７Ａは、誘電体膜や樹脂、接着剤などで良く、テーパロッド２０とロッドホルダ３６とは、この低屈折率層３７Ａを挟んで接着固定されている。
【００５４】
このような構成によれば、テーパロッド２０の入射端２２から当該テーパロッド２０内部に入射した光のうち、ロッド側面２１に対して小さい入射角で入射する光は、上記低屈折率層３７Ａ内に入射し、上記ロッドホルダ３６で散乱するが、大きい入射角で入射する光は、この低屈折率層３７Ａと上記テーパロッド２０との界面で全反射するので、上記テーパロッド２０の保持による損失を少なくすることができる。
【００５５】
また、図３の（Ｂ）に示す例では、上記ロッドホルダ３６が接触するテーパロッド２０のロッド側面２１部分に、ＡｌやＡｇなどの高反射率の金属膜３７Ｂを設けている。即ち、テーパロッド２０とロッドホルダ３６とは、この金属膜３７Ｂを挟んで図示しない接着材により接着固定されている。
【００５６】
このような構成に於いては、テーパロッド２０に入射した光は、ロッド側面２１で全反射しながら出射端に向かうが、上記ロッドホルダ３６との接触部に入射した光は、入射角に関係なく、この金属膜３７Ｂの高い反射率で反射されるので、上記テーパロッド２０の保持による損失をより少なく抑えることができる。
【００５７】
また、図３の（Ｃ）に示す例では、上記ロッドホルダ３６が接触するテーパロッド２０のロッド側面２１部分に、上記テーパロッド２０よりも低い屈折率の誘電体膜などでなる低屈折率膜３７Ｃを設け、更にその上にＡｌやＡｇなどの高反射率の金属膜３７Ｂを設けている。即ち、テーパロッド２０とロッドホルダ３６とは、低屈折率膜３７Ｃと金属膜３７Ｂとを挟んで図示しない接着材により接着固定されている。
【００５８】
このような構成によれば、テーパロッド２０に入射した光は、ロッド側面２１で全反射しながら出射端に向かうが、上記ロッドホルダ３６との接触部に入射した光は、上記ロッド側面２１に対して大きい入射角で入射するとテーパロッド側面２１と上記低屈折率膜３７Ｃとの界面で全反射して損失無く出射端に向かい、また、ロッド側面２１に対して小さい入射角で入射すると上記低屈折率膜３７Ｃ内に入射するが、該低屈折率膜３７Ｃと上記金属膜３７Ｂとの界面で金属反射するので、上記テーパロッド２０の保持による損失を更に少なく抑えることができる。
【００５９】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の変形例の構成を示す断面図である。
【００６０】
即ち、この変形例では、上記第１の実施の形態におけるテーパロッド２０を、反射面を内面に向けた中空のテーパパイプ２３としているものである。
【００６１】
このテーパパイプ２３の内面には、高反射率コートが施された反射ミラー２４が設けられており、入射した光線を高い反射率で反射し、出射端に導く。従って、このテーパパイプ２３の効果は、上記テーパロッド２０と同様である。
【００６２】
このようなテーパパイプ２３を使用した場合には、前述したような第１の実施の形態における効果に加えて、次のような特有の効果を有する。
【００６３】
即ち、上記テーパロッド２０の場合と異なり、保持部による光の散乱や漏れの問題が無いので、保持部に特別なコーティングは必要ない。
【００６４】
また、テーパパイプ２３内部の中空部を利用して保持部の通気口３６Ａより取り込んだ空気を流せるので、放熱効果をより高められる。
【００６５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６６】
図５は、本発明の照明装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００６７】
本第２の実施の形態も、上記第１の実施の形態と同様に、発光体としてＬＥＤチップ１０を用い、導光素子としてテーパロッド２０を用いている。そして、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０は、図示の如くＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２、固定ビス３５、及びロッドホルダ３６によって一体的に保持されている。但し、本実施の形態においては、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０の入射端２２とが、上記第１の実施の形態のような空気層ではなく、熱伝導率が低く薄い透光性断熱部材である透明樹脂３８を挟んで、隣接する所定の位置に配置されるように、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０とが保持されている。
【００６８】
而して、本第２の実施の形態においては、上記ＬＥＤチップ１０の通電により放射された拡散光は、上記透明樹脂３８を透過して、隣接するテーパロッド２０の入射端２２からテーパロッド２０内部に入射する。このテーパロッド２０の入射端２２は上記ＬＥＤチップ１０よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０の入射端２２とは薄い透明樹脂３８を介して隣接して配置されているので、上記ＬＥＤチップ１０からの拡散光は効率良くテーパロッド２０の入射端２２から入射する。
【００６９】
そして、上記テーパロッド２０に入射した拡散光は、第１の実施の形態と同様に角度分布の狭い光に変換される。
【００７０】
このような構成の照明装置によれば、上記第１の実施の形態に係る照明装置と同様に、ＬＥＤチップ１０の通電による拡散光の放射に伴ってＬＥＤチップ１０で発生した熱の大部分は、熱伝導率の高いＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２、ロッドホルダ３６によって伝達され、ＬＥＤホルダ３２やロッドホルダ３６表面からの放熱とともにＬＥＤホルダ３２とロッドホルダ３６に設けられた放熱フィン３２Ａと３６Ｂによってより効果的に外部に放熱される。この作用により、ＬＥＤチップ１０自体の温度上昇を一定レベルに抑制し発光特性の低下を防いでいる。
【００７１】
また、本実施の形態では、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０との間に、上記ＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２、ロッドホルダ３６等の熱伝導率よりも低い熱伝導率を持つ透明樹脂３８を設け、ＬＥＤチップ１０からテーパロッド２０への熱伝導を抑制しているので、テーパロッド２０の温度上昇や内部の温度勾配の発生により光学特性が損なわれることが無い。また、ＬＥＤチップ１０周辺の空気は、該ＬＥＤチップ１０の発熱により温度が上昇するが、ロッドホルダ３６の隙間やロッドホルダ３６に設けられた通気孔を通して対流や強制通風により入れ替わるので、テーパロッド２０周囲の空気の温度上昇によりテーパロッド２０の光学特性が損なわれることも無い。なお、透明樹脂３８を設けることで、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０の入射端２２とを正確に位置決めできるだけでなく、外因に対して位置の変化を少なく安定させることができる。
【００７２】
さらに、本第２の実施の形態では、上記ロッドホルダ３６は、該ロッドホルダ３６の一部に放熱フィン３６Ｂを設けるとともに、実際にテーパロッド２０を支持するロッド支持部３６Ｃの途中に断面積の小さい薄肉部３６Ｃ１を設け、この薄肉部３６Ｃ１の熱抵抗を大きくすることで、ロッドホルダ３６からテーパロッド２０にＬＥＤチップ１０の熱が伝達することを抑制し、テーパロッド２０の光学特性が損なわれることは無い。
【００７３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００７４】
図６は、本発明の照明装置の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００７５】
即ち、本第３の実施の形態に係る照明装置は、発光体ＬＥＤチップ１０を用い、導光手段としてテーパロッド２０を用いている。そして、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０は、図示の如くＬＥＤベース３０、ＬＥＤ基板３１、ＬＥＤホルダ３２、該ＬＥＤホルダ３２に一体的に設けられたリニアガイド３９、カラー３３、スペーサ３４、固定ビス３５、ロッドホルダ３６で構成される保持手段によって、一体的に、且つ、ＬＥＤチップ１０とテーパロッド２０の入射端２２が薄い空気層を介して近接する所定の位置に配置されるように保持されている。
【００７６】
このような構成の照明装置に於いては、上記ＬＥＤホルダ３２と一体的に設けられたリニアガイド３９によって、上記ＬＥＤチップ１０と上記テーパロッド２０とは、所定の間隔を保ったまま相対的に（紙面に垂直な方向に）移動可能に保持される。従って、図示しない駆動手段によりＬＥＤチップ１０をテーパロッド２０の入射端２２に対向する位置からずらすことができるので、テーパロッド２０への熱の伝達を抑制し、ＬＥＤチップ１０を効果的に冷却することができる。また、このように所定の間隔を保ったまま移動することができるので、移動方向に複数のＬＥＤチップ１０を並べた構造にし、上記テーパロッド２０の入射端２２に対向する位置に達したＬＥＤチップ１０のみを発光するよう発光制御を行うことで、発光するＬＥＤチップ１０の切り替えができ、ＬＥＤ１個あたりの寿命を延ばすことができたり、発光色の異なるＬＥＤチップ１０を用いることで照明光の色を変えたりすることができる。
【００７７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００７８】
本第４の実施の形態は、前述した第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして使用して被照射面を照明する照明装置である。
【００７９】
図７は、本発明の照明装置の第４の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００８０】
即ち、上記第１乃至第３の実施の形態の何れか、例えば図１に示したような本発明の第１の実施の形態に係る照明装置である照明ユニット４０からの照明光を、直接、被照射面５０に照射して照明している。
【００８１】
このような本第４の実施の形態によれば、簡単な構成で照明装置が実現できる。
【００８２】
なお、同じ被照射面５０に対して照明光を照射する複数の照明ユニット４０を並べて配置しても良く、この場合、更に照明ムラが少なく、より明るい照明が可能になる。
【００８３】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
【００８４】
図８は、本発明の照明装置の第５の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００８５】
即ち、本第５の実施の形態に於いては、上記第１乃至第３の実施の形態の何れか、例えば図１に示したような本発明の第１の実施の形態に係る照明装置である照明ユニット４０からの照明光を、当該照明ユニット４０近傍に配置した照明レンズ６０を介して、この照明レンズ６０の後ろ側焦点位置近傍の被照射面５０に照射して照明しているものである。
【００８６】
このような本第５の実施の形態によれば、照明ムラが少ない照明装置が実現できる。また、照明レンズ６０を照明ユニット４０の近傍に配置しているので、これら照明ユニット４０と照明レンズ６０で成る照明装置をコンパクトに構成できる。
【００８７】
なお、複数の照明ユニット４０を一つの照明レンズ６０に対して配置しても良く、この場合、更に照明ムラが少なく、より明るい照明が可能になる。
【００８８】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
【００８９】
図９は、本発明の照明装置の第６の実施の形態の構成を示す断面図である。
【００９０】
即ち、本第６の実施の形態に於いては、上記第１乃至第３の実施の形態の何れか、例えば図１に示したような本発明の第１の実施の形態に係る照明装置である照明ユニット４０の出射端を被照射面５０に結像する照明レンズ６０を用いて、上記照明ユニット４０からの照明光を被照射面５０に照射して照明している。
【００９１】
このような本第６の実施の形態によれば、照明ユニット４０の出射端形状に応じた形状に照明することができる。
【００９２】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。
【００９３】
図１０は、本発明の第７の実施の形態として、上記第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして用いた表示装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【００９４】
即ち、例えば図１に示したような本発明の第１の実施の形態に係る照明装置である照明ユニット４０の出射端側に、上記出射端からの光を集光する照明レンズ６０を備え、該照明レンズ６０の後側焦点位置近傍に、画像表示手段としてのスライドフィルム７０を配置している。
【００９５】
このとき、上記照明レンズ６０の後側焦点距離をＬ、上記スライドフィルム７０の対角寸法を２Ｗ、上記照明ユニット４０の出射端から放射する光線の最大角度をθｍａｘ（図２参照）とすると、
ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）≦θｍａｘ
であるように構成されている。
【００９６】
さらに、上記スライドフィルム７０の後側には、２つのレンズからなる投影レンズ８０が配置され、画像投影面９０である図示しないスクリーン等に上記スライドフィルム７０の画像を結像投影する。
【００９７】
このような構成の表示装置とすることで、導光手段の出射端から放射された光は、出射端からの放射位置に関わらず照明レンズ６０の後側焦点位置で一定の範囲に集光することができるので、画像表示手段としてのスライドフィルム７０を効率良く照明することができ、明るい表示画像が得られる。
【００９８】
また一般に、焦点距離Ｌのレンズに入射する光線の画角θに対する焦点位置での像高Ｙは、Ｙ＝Ｌ×ｔａｎθで表わされるので、画像表示手段の対角寸法を２Ｗとしたとき、照明ユニット４０の出射端から放射する光線の最大角度θｍａｘとすると、ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）≦θｍａｘの関係を満たすようにすることで、導光手段の出射端から放射される光を、画像表示手段の大きさに対して有効に照射することができる。なお、光の利用効率という観点からは、なるべくθｍａｘを関係式を満たす範囲で小さくするほうが良い。
【００９９】
なお、本実施の形態では、画像表示手段としてスライドフィルム７０を用いているが、ＬＣＤパネルやＤＭＤ（商標）として知られる２次元マイクロミラー偏向アレイなどの表示デバイスであっても良いことは勿論である。また、照明レンズ６０として透過型のレンズを用いているが、同じ効果を有する反射ミラーや、レンズとミラーの組み合わせで構成しても良い。さらに、投影レンズ８０を使用せずに画像表示手段を直視する構成にしても良いし、投影レンズ８０の代わりに網膜上に画像を結像するための接眼レンズを使用しても良い。
【０１００】
なお、２次元マイクロミラー偏向アレイの詳細については、特開平１１−３２２７８号公報（段落［００２６］等）や国際公開ＷＯ／２９７７３号公報（第５頁第２３行目乃至第６頁第６行目）に開示されているので、その説明は省略する。
【０１０１】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。
【０１０２】
図１１の（Ａ）は、本発明の第８の実施の形態として、上記第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして用いた表示装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【０１０３】
即ち、例えば図１に示したような本発明の第１の実施の形態に係る照明装置である照明ユニット４０の出射端側に、該出射端からの光を集光する照明レンズ６０を、上記照明ユニット４０の出射端がこの照明レンズ６０の前側焦点位置になるように配置する。そしてさらに、上記照明レンズ６０の後側焦点位置近傍に、画像表示手段としてのＬＣＤ７１を配置する。このとき、上記照明レンズ６０の後側焦点距離をＬ、上記ＬＣＤ７１の対角寸法を２Ｗ、上記照明ユニット４０の出射端から放射する光線の最大角度をθｍａｘ（図２参照）とすると、
ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）≦θｍａｘ
であるように構成されている。
【０１０４】
さらに、上記ＬＣＤ７１の後側には、２つのレンズからなる投影レンズ８０が配置され、画像投影面９０である図示しないスクリーン等に上記ＬＣＤ７１の画像を結像投影する。
【０１０５】
このような構成とすることにより、上記第７の実施の形態と同様に、導光手段の出射端から放射された光は、出射端からの放射位置に関わらず照明レンズ６０の後側焦点位置で一定の範囲に集光することができるので、画像表示手段としてのＬＣＤ７１を効率良く照明することができ、明るい表示画像が得られる。
【０１０６】
また、特に本実施の形態では、導光手段の出射端から放射された光を放射位置に関わらず照明レンズ６０の後側焦点位置で一定の範囲に集光することができると同時に、集光した照明範囲内での光の入射角度分布を小さくできるので、特に入射角依存性の大きい画像表示手段であるＬＣＤ７１を効率良く照明することができ、ムラの無い明るい表示画像が得られる。
【０１０７】
また一般に、焦点距離Ｌのレンズに入射する光線の画角θに対する焦点位置での像高Ｙは、Ｙ＝Ｌ×ｔａｎθで表わされるので、画像表示手段の対角寸法を２Ｗとしたとき、照明ユニット４０の出射端から放射する光線の最大角度θｍａｘとすると、ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）≦θｍａｘの関係を満たすようにすることで、導光手段の出射端から放射される光を、画像表示手段の大きさに対して有効に照射することができる。なお、光の利用効率という観点からは、なるべくθｍａｘを関係式を満たす範囲で小さくするほうが良い。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、画像表示手段としてＬＣＤ７１を用いているが、スライドフィルムや２次元マイクロミラー偏向アレイなどであっても良い。また、照明レンズ６０として透過型のレンズを用いているが、同じ効果を有する反射ミラーや、レンズとミラーの組み合わせで構成しても良い。さらに、投影レンズ８０を使用せずに画像表示手段を直視する構成にしても良いし、投影レンズ８０の代わりに網膜上に画像を結像するための接眼レンズを使用しても良い。
【０１０９】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。
【０１１０】
図１１の（Ｂ）は、本発明の第９の実施の形態として、上記第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして用いた表示装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【０１１１】
即ち、例えば図１に示したような本発明の第１の実施の形態に係る照明装置である照明ユニット４０の出射端近傍に、画像表示手段としてのＬＣＤ７１を配置し、該ＬＣＤ７１の後側には投影光学手段としての２枚のレンズからなる投影レンズ８０を配置している。このとき、上記投影レンズ８０によって画像投影面９０である図示しないスクリーン等に上記ＬＣＤ７１の画像が結像投影される。
【０１１２】
このような本実施の形態によれば、簡単な構成で画像を投影する光効率の高い表示装置が実現できる。
【０１１３】
なお、上記画像表示手段としてＬＣＤ７１を用いているが、スライドフィルムや２次元マイクロミラー偏向アレイなどの表示デバイスであっても良い。また、照明レンズ６０として透過型のレンズを用いているが、同じ効果を有する反射ミラーや、レンズとミラーの組み合わせで構成しても良い。さらに、投影レンズ８０についても、透過型のレンズを用いているが、同じ効果を有する反射ミラーや、レンズとミラーの組み合わせで構成しても良い。
【０１１４】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【０１１５】
例えば、テーパロッド２０やテーパパイプ２３の断面形状は、矩形であっても良いし、円形または楕円形であっても良い。また、テーパロッド２０の材質は、ガラスであっても良いし、透明な樹脂であっても良い。
【０１１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、発光体で発生した熱の影響を抑えることができ、光利用効率が高く、且つ、光量変動の少ない、照明装置及び表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図２】テーパロッドの角度変換特性を示す説明図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ第１の実施の形態に係る照明装置のテーパロッド保持部分の部分断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の変形例の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の照明装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の照明装置の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の照明装置の第４の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の照明装置の第５の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の照明装置の第６の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態として、第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして用いた表示装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の第８の実施の形態として、第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして用いた表示装置の第２の実施の形態の構成を示す図であり、（Ｂ）は本発明の第９の実施の形態として、第１乃至第３の実施の形態の何れかに係る照明装置を照明ユニットとして用いた表示装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図１２】（Ａ）は拡散光を出射するＬＥＤとテーパロッドとを備えた従来の照明装置の構成を示す図であり、（Ｂ）はロッド形状をした光学部品の従来の保持方法を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　ＬＥＤチップ
２０　　　テーパロッド
２１　　　ロッド側面
２２　　　入射端
２３　　　テーパパイプ
２４　　　反射ミラー
３０　　　ＬＥＤホルダ
３１　　　ＬＥＤ基板
３２　　　ＬＥＤホルダ
３２Ａ，３６Ｂ　　　放熱フィン
３３　　　カラー
３４　　　スペーサ
３５　　　固定ビス
３６　　　ロッドホルダ
３６Ａ　　　通気口
３６Ｃ　　　ロッド支持部
３６Ｃ１　　　薄肉部
３７　　　保持部コーティング
３７Ａ　　　低屈折率層
３７Ｂ　　　金属膜
３７Ｃ　　　低屈折率膜
３８　　　透明樹脂
３９　　　リニアガイド
４０　　　照明ユニット
５０　　　被照射面
６０　　　照明レンズ
７０　　　スライドフィルム
７１　　　ＬＣＤ
８０　　　投影レンズ
９０　　　画像投影面
【図１】
2004094115.tif 000003
【図２】
2004094115.tif 000004
【図３】
2004094115.tif 000005
【図４】
2004094115.tif 000006
【図５】
2004094115.tif 000007
【図６】
2004094115.tif 000008
【図７】
2004094115.tif 000009
【図８】
2004094115.tif 000010
【図９】
2004094115.tif 000011
【図１０】
2004094115.tif 000012
【図１１】
2004094115.tif 000013
【図１２】
2004094115.tif 000014