(57)【要約】【課題】  発光素子の発熱を抑えるとともに高輝度かつ均一な光を照射することができる発光素子を用いた照明装置を提供する。【解決手段】  照明装置２１は、白色ＬＥＤ２８、ロッド２９、方向変換部材３０、リフレクタ３１から構成される。白色ＬＥＤ２８は互いに所定の間隔をあけて円環状に複数設けられている。ロッド２９は複数の白色ＬＥＤ２８のそれぞれに対応して設けられるとともに白色ＬＥＤ２８の近傍から焦点３６に向かって延びるように設けられ四角柱に形成されている。方向変換部材３０は焦点３６位置に設けられており、光の進行方向を変化させるものである。リフレクタ３１は反射面３１ａが放物面形状となっている。白色ＬＥＤ２８から光が発せられると、リフレクタ３１から平行光が照射される。【選択図】        図３
2005250394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に並べられて設けられた複数の発光素子と、
前記円環の中心軸上の所定位置に向かって延びるとともに前記発光素子のそれぞれに対応して設けられ、光を透過する材質で形成され、前記発光素子から発せられる光を前記発光素子近傍の一端面から入射されその光を前記所定位置近傍の他端面から出射するロッドと、
前記所定位置に設けられ前記ロッドから出射された光の進行方向を変化させる方向変換部材と、
前記所定位置を焦点位置とし前記方向変換部材からの光を反射して外部へ照射するリフレクタとを有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記発光素子近傍には、前記発光素子からの光を反射して前記ロッドの前記一端面に入射させるミラーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記ロッドは前記所定位置に向かって延びるに従い前記リフレクタの底部に近づくような傾斜をもって設けられていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明装置は例えば液晶プロジェクタに用いられており、液晶プロジェクタの内部で照明光学系の一部を構成している。照明光学系には、照明装置の他にインテグレータレンズや偏光変換素子等が含まれている。この照明光学系により、液晶プロジェクタに組み込まれた液晶パネルに光が照射される。液晶パネルには明るく均一な光が照射されることが好ましく、そのためには、照明装置から発される光が高輝度で均一であることが望まれる。従来、照明装置には、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプを用いるのが一般的であった。
【０００３】
最近では高輝度ＬＥＤが開発されており、照明装置にＬＥＤを用いることが有望視されている。ＬＥＤは前述した高輝度放電ランプと比較して、小型軽量、低電圧駆動、応答速度等の面で有利である。反面、一灯では充分な輝度を得ることは難しいという問題点がある。特許文献１では、アレイ状に配置したＬＥＤを用いた照明装置が提案されている。アレイ状ＬＥＤからの光はロッドレンズに入射され、内部で多重反射を繰り返した後に均一な光として照射される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６２７９５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、特許文献１に示した照明装置では、ＬＥＤをアレイ状に並べているため、発熱が問題となる。ＬＥＤは発熱により輝度を下げたり劣化を早めてしまう。
【０００６】
本発明は、発光素子の発熱を抑えるとともに高輝度かつ均一な光を照射することができる発光素子を用いた照明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】
【０００７】
本発明は、円環状に並べられて設けられた複数の発光素子と、前記円環の中心軸上の所定位置に向かって延びるとともに前記発光素子のそれぞれに対応して設けられ、光を透過する材質で形成され、前記発光素子から発せられる光を前記発光素子近傍の一端面から入射されその光を前記所定位置近傍の他端面から出射するロッドと、前記所定位置に設けられ前記ロッドから出射された光の進行方向を変化させる方向変換部材と、前記所定位置を焦点位置とし前記方向変換部材からの光を反射して外部へ照射するリフレクタとを有することを特徴とする。前記ロッドを形成している材質は、空気の屈折率よりも高い屈折率をもつ材質で形成されていることが好ましい。
【０００８】
前記発光素子近傍には、前記発光素子からの光を反射して前記ロッドの前記一端面に入射させるミラーが設けられていることが好ましい。
【０００９】
前記ロッドは前記所定位置に向かって延びるに従い前記リフレクタの底部に近づくような傾斜をもって設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、円環状に並べられて設けられた複数の発光素子と、前記円環の中心軸上の所定位置に向かって延びるとともに前記発光素子のそれぞれに対応して設けられ、光を透過する材質で形成され、前記発光素子から発せられる光を前記発光素子近傍の一端面から入射されその光を前記所定位置近傍の他端面から出射するロッドと、前記所定位置に設けられ前記ロッドから出射された光の進行方向を変化させる方向変換部材と、前記所定位置を焦点位置とし前記方向変換部材からの光を反射して外部へ照射するリフレクタとを有するので、複数の発光素子から発された光は、それぞれに対応したロッドに入射した後ロッドから前記方向変換部材に向けて出射される。その光は、前記方向変換部材で進行方向を変化させられ前記リフレクタで反射され、光を透過する材質で形成されたロッドを突き抜けて外部に照射される。このように、複数の発光素子を互いに間隔を設けて配置したため、発熱を抑えることができる。また、複数の発光素子からの光を照射することができるため、高輝度な照明となる。さらに、前記方向変換部材は前記リフレクタの焦点位置に位置しているため、前記方向変換部材から出射して前記リフレクタに反射した光は均一となる。特に、前記リフレクタの反射面を放物面形状とすれば照射される光は平行光となり、前記リフレクタの反射面を楕円形状とすれば照射される光は収束光となる。
【００１１】
前記発光素子からの光を反射して前記ロッドの前記一端面に入射させるミラーを前記発光素子近傍に設ければ、前記発光素子の照射部を前記ミラーに向け、前記発光素子の固定部を前記円環の中心軸に直交する平面上に配置することができるので、複数の発光素子を円状に並べて前記円環の中心軸に直交する基板に設けることができる。これにより、製造が容易となる。
【００１２】
前記ロッドは前記所定位置に向かって延びるに従い前記リフレクタの底部に近づくような傾斜をもって設けられているので、前記所定位置を焦点位置とする前記リフレクタを楕円形状に形成しやすくなる。前記リフレクタを楕円形状に形成すれば、前記リフレクタから反射される光は収束光となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示すように、液晶プロジェクタ２は、照明光学系３、ミラー４、５、ダイクロイックミラー６、液晶パネル７、ダイクロイックプリズム８、投写レンズ９から構成される。
【００１４】
照明光学系３は、照明装置２１、インテグレータレンズ２２、偏光変換光学系２３から構成される。詳細を後述する照明装置２１は、高輝度かつ均一な白色の平行光を照射する。インテグレータレンズ２２は、この光をさらに均一化する。偏光変換光学系２３は光の偏光方向を揃える。
【００１５】
均一化し偏光方向を揃えられた光は、ミラー４を経てダイクロイックミラー６によってＲ、Ｇ、Ｂの３色光に分離される。これらの３色光は、それぞれの色に対応した液晶パネル７に照射される。液晶パネル７は、透明な２枚の板の間に液晶と偏光フイルムを挟んだ素子でできており、直線偏光した光の偏光方向を変えることで、画素毎の透過率を変えている。それぞれの液晶パネル７を透過した３色光は、ダイクロイックプリズム８によって合成され、投写レンズ９を経由して外部に設けられたスクリーン２４に投影される。
【００１６】
図２に示すように、照明光学系３の照明装置２１は、複数の白色ＬＥＤ２８、複数のロッド２９、方向変換部材３０、リフレクタ３１から構成される。
【００１７】
白色ＬＥＤ２８は、円筒状の取付部材３５（図３参照）の内側に底部２８ａを固定され、互いに所定の間隔をあけて設けられている。白色ＬＥＤ２８は円環状に複数設けられている。白色ＬＥＤ２８の照射部２８ｂは、円環の中心点を向いている。なお、円環の中心点は、リフレクタ３１の反射面３１ａの焦点３６（図３参照）と一致する。符号３７は円環の中心軸を示す。
【００１８】
ロッド２９は複数の白色ＬＥＤ２８のそれぞれに対応して用意されている。ロッド２９は四角柱に形成され、白色ＬＥＤ２８の近傍から焦点３６に向かって延びるように設けられている。ロッド２９には中心軸３７の円周方向にテーパがかけられ、ロッド２９の断面積はロッド２９が焦点３６に向かうに従い小さくなっている。ロッド２９は、空気の屈折率よりも大きい屈折率をもつ材質で形成されている。ロッド２９は、白色ＬＥＤ２８の近傍の一端面２９ａに白色ＬＥＤ２８からの光を入射され、焦点３６近傍の他端面２９ｂからその光を出射する。リフレクタ３１の反射面３１ａと対向するロッド２９の内面２９ｃ（図３参照）には図示しない反射防止膜が貼り付けられている。符号２９ｄはロッド２９の外面を示す。なお、図示していないが各ロッド２９間にはエアギャップが形成されている。
【００１９】
図３に示すように、方向変換部材３０は焦点３６位置に設けられている。方向変換部材３０は光の進行方向を変化させるレンズである。方向変換部材３０は、ロッド２９の他端面２９ｂから出射された光をリフレクタ３１の反射面３１ａに向けて照射する。方向変換部材３０は光の進行方向を変化させるものであればよく、例えば半球状に形成され外面が反射性を有するミラーであってもよいし、その他公知のものでもよい。リフレクタ３１は、方向変換部材３０及びロッド２９を取り囲むように設けられている。リフレクタ３１は反射面３１ａが放物面形状となっている。
【００２０】
以下、上記構成による作用について、図３を用いて照明光学系の照明装置２１の動作を中心に説明する。白色ＬＥＤ２８が点灯すると白色光が発せられ、その光がロッド２９の一端面２９ａからロッド２９に入射される。光はロッド２９内面で全反射を繰り返し、他端面２９ｂから出射する。ロッド２９の他端面２９ｂからはほぼ均一に光が出射される。出射された光は、方向変換部材３０によって進行方向を変えられ、リフレクタ３１の反射面３１a にほぼ均一に入射される。ここでは、方向変換部材３０を擬似的な点光源として考えることができる。
【００２１】
リフレクタ３１に入射された光は、放物面形状の反射面３１ａで反射されて平行光となる。反射された平行光はロッド２９の内面２９ｃからロッド２９に入射した後、ロッド２９の外面２９ｄから外部に照射される。ここで、ロッド２９に入射した光は、ロッド２９の内部から外面２９ｄにほぼ直角で入射するため、臨界角よりも大きい角度で外面２９ｄに入射することができ、外面２９ｄにおいて反射は生じない。
【００２２】
このように、複数の白色ＬＥＤ２８からの光を用いることができるため、照明装置２１は高輝度な照明が可能となる。また、照明装置２１からの照明はほぼ均一なものとなる。さらに、複数の白色ＬＥＤ２８を互いに間隔を設けて配置したため、発熱を抑えることができる。これにより白色ＬＥＤ２８が発熱により輝度を下げたり劣化を早めてしまうことを避けることができる。
【００２３】
照明装置２１から照射された光は、インテグレータレンズ２２に入射された後、偏光変換光学系２３、ダイクロックミラー６等を経て液晶パネル７に照射される。
【００２４】
なお、上記実施形態では、ロッド２９の一端面２９ａに照射部２８ｂが対向するようにして白色ＬＥＤ２８を配置したが、図４に示すように、照射部２８ｂが外部への光の照射方向を向くようにしてロッド２９の一端面２９ａの近傍に白色ＬＥＤ２８を配置してもよい。この場合には、白色ＬＥＤ２８から発される白色光を反射してロッド２９の一端面２９ａに入射させるミラー４０を設ける。また、白色ＬＥＤ２８の底部２８ａはリフレクタ３１の外側にドーナツ状に形成された基板４１に固定させる。これにより、複数の白色ＬＥＤ２８を一つの基板４１に容易に取り付けることができる。
【００２５】
上記実施形態では、ロッド２９の延びる方向と中心軸３７が直交しておりその交点が放物面形状の反射面３１ａをもつリフレクタ３１の焦点３６となっていた。ロッド２９の延びる方向と中心軸３７を直角でない所定の角度で交わらせ、図５に示すように、それらの交点を焦点４６として楕円面形状の反射面４５ａをもつリフレクタ４５を設けてもよい。ロッド２９は、焦点４６に向かって延び、焦点４６に近づくに従ってリフレクタ４５の底部４５ｂに近づくように配置されている。なお、底部４５ｂは、反射面４５ａにおいて中心軸３７と反射面４５ａとの交点の周囲領域を示すものである。ロッド２９をこのように配置すればリフレクタ４５の反射面４５ａを深くすることができ、リフレクタ形状の設計自由度が増す。すなわち、同じ焦点距離でも外径を大きくすることができるため、より多くの白色ＬＥＤ２８を配置することができる。また、方向変換部材３０による反射光もより多くを取り込むことができるため、光の利用効率を増すことができる。ロッドの形状及びリフレクタの反射面の形状を適切に選択することにより、外部へ平行光や収束光を照射することができる。
【００２６】
上記実施形態では、ロッド２９には、中心軸３７の円周方向にのみテーパをかけていたが、さらに、中心軸３７方向にもテーパをかけることにより、ロッドの他端面（出射面）の面積を小さくして方向変換部材を小さくすることにより、より点光源に近い光源を得ることができる。これにより、その後のインテグレータによる光の利用効率を上げることができる。
【００２７】
上記実施形態では、ロッド２９は四角柱状に形成されることとしたが、一端面から入射された白色ＬＥＤからの光を他端面からほぼ均一に出射するものであれば、この形状に限られない。
【００２８】
上記実施形態では、本発明の照明装置２１を液晶プロジェクタ２に用いたが、その他の機器に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】液晶プロジェクタの概略図である。
【図２】照明装置の外観斜視図である。
【図３】照明装置の説明図である。
【図４】白色ＬＥＤの近傍にミラーを設けた場合の照明装置の説明図である。
【図５】ロッドを円錐状に設けた場合の照明装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
２    液晶プロジェクタ
３    照明光学系
２１  照明装置
２２  インテグレータレンズ
２３  偏光変換光学系
２８  白色ＬＥＤ（発光素子）
２８ａ  底部
２８ｂ  照射部
２９    ロッド
２９ａ  一端面
２９ｂ  他端面
２９ｃ  内面
３０    方向変換部材
３１    リフレクタ
３１ａ  反射面
３６    焦点
３７    中心軸
４０    ミラー
４１    基板
４５    リフレクタ
４５ａ  反射面
４５ｂ  底部
４６    焦点
【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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