(57)【要約】【課題】本発明は、全体構成がコンパクトである上、発光の利用率も高い集光装置を提供する。【解決手段】発光部２と、そこから発光される光を集光して実像パターンとして結像させる実像集光レンズ４１、４２からなる実像集光部４とを備える。発光部２と実像集光部４との間に、焦点が実像集光部４の焦点距離より小さい虚像集光レンズ３１、３２からなる虚像集光部３を配設する。発光部２は、虚像集光部３の焦点領域に配設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、該発光部から発光される光を集光して実像パターンとして結像させる実像集光レンズからなる実像集光部とを備えた集光装置において、
前記発光部と前記実像集光部との間に、焦点距離が前記実像集光レンズの焦点距離よりも小さい虚像集光レンズからなる虚像集光部を配設し、
前記発光部は、前記虚像集光部の焦点領域に配設したことを特徴とする集光装置。
【請求項２】
前記発光部は、前記虚像集光部の焦点距離内に配設され、該発光部の発光を集光し、虚像パターンとして前記実像集光部の焦点位置に結像させることを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
前記虚像集光部を構成する各レンズは、前記発光部からの光が入射される入射面が平坦に形成され、前記入射面から入射された光が出射される出射面が凸曲面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の集光装置。
【請求項４】
前記虚像集光部を構成するレンズは２枚であることを特徴とする請求項３に記載の集光装置。
【請求項５】
前記実像集光部は、前記虚像集光部の前方に配設され、平坦面と凸曲面とを備え、凸曲面が対向するように並設した少なくとも一対の平凸レンズからなることを特徴とする請求項３に記載の集光装置。
【請求項６】
前記発光部は、発光ダイオードモジュールからなり、前記虚像集光部の焦点距離は８．７ｍｍ〜１７．４ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の集光装置。
【請求項７】
前記虚像集光部と前記実像集光部の距離は１３ｍｍ〜２６ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の集光装置。
【請求項８】
前記実像集光部の焦点距離は３０ｍｍ〜４２ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の集光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光装置、特に、コンパクトで、発光部からの光の利用率の高い集光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、集光装置として、発光部と実像集光部とを備えたものがある。実像集光部は、発光部から発光された光を集光して実像パターンとして結像させる。
【０００３】
しかし、前記集光装置では、発光部から発光された光を実像集光部で集光して実像パターンとして結像させるために、発光部を実像集光部の焦点距離内に配設しなければならない。しかも、集光効率を図るために、通常、実像集光部を焦点位置又は焦点位置の近傍（以下、これらをまとめて焦点領域と記載する。）に配設する必要がある、このため、全体の構成が大型化するという問題がある。
【０００４】
また、発光部に、複数の発光ダイオードからなる発光ダイオードモジュールを使用して小型化を図ろうとしても、発光ダイオードは出射角度の範囲が大きいという特質があるので、前述のように、発光部が実像集光部の焦点領域に置かれれば、その周囲に光りが漏れて実像集光部に入射されず、光の利用率が悪化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑み、全体構成がコンパクトである上、発光部から発光される光の利用率の高い集光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、発光部と、該発光部から発光される光を集光して実像パターンとして結像させる実像集光レンズからなる実像集光部とを備えた集光装置において、前記発光部と前記実像集光部との間に、焦点距離が前記実像集光レンズの焦点距離よりも小さい虚像集光レンズからなる虚像集光部を配設し、前記発光部は、前記虚像集光部の焦点領域に配設したものである。
【０００７】
前記虚像集光部の実施形態として、前記発光部からの光が入射される入射面が平坦に形成され、前記入射面から入射された光が出射される出射面が凸曲面に形成される平凸レンズが挙げられる。
【０００８】
また、前記実像集光部の実施形態例としては、前記虚像集光部の前方に配設され、平坦面と凸曲面とを備え、凸曲面が対向するように並設した少なくとも一対の平凸レンズが挙げられる。
【０００９】
また、小型化を図るために、前記発光部は、発光ダイオードモジュールからなることが好ましい。この場合、虚像集光部の焦点距離は８．７ｍｍ〜１７．４ｍｍになるように構成するのが好ましい。実像集光部の焦点距離は３０ｍｍ〜４２ｍｍになるように構成するのが好ましい。
【００１０】
なお、前記虚像集光部と前記実像集光部の距離は１３ｍｍ〜２６ｍｍであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光部と実像集光部との間に、実像集光部よりも焦点距離の短い虚像集光部を配設し、発光部を虚像集光部の焦点領域に配設したので、発光部、虚像集光部及び実像集光部の間隔を大幅に短縮でき、構成全体をコンパクトに形成することが可能となる。
【００１２】
また、発光部に出射の角度範囲の広い発光ダイオードモジュールを使用しても、出力された光が散逸しにくく、光の利用率が高いので、集光装置をより一層小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る集光装置を示す。この集光装置は、発光して前方（図１中、右側）へと光を出力する発光部２と、発光部２の前方に配置され、発光部２からの光を集光して実像パターン６として結像させる実像集光部４とを備える。また、発光部２と実像集光部４との間には虚像集光部３が配設されている。
【００１５】
発光部２には、集光装置を小型化するために、複数の発光ダイオードからなる発光ダイオードモジュールが使用されている。発光部２は、実像集光部４の焦点位置Ｂの直前ではなく、虚像集光部３の焦点領域（例えば、焦点位置Ａの直前）に配設されている。
【００１６】
虚像集光部３は、図２に示すように、平坦な入射面と、凸曲面からなる出射面とからなる２枚の虚像集光レンズ３１、３２で構成されている。いずれの平凸レンズ３１、３２も入射面が発光部２からの光を受光可能に並設されており、それぞれ表１に示す条件を満足する。また、各平凸レンズ３１、３２の焦点距離ｆ１は、実像集光部４の焦点距離ｆ２よりも小さい。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
前記虚像集光部３は、その焦点距離ｆ１内に発光部２が位置するように設置されている。虚像集光部３は、発光部２内に設けた発光ダイオード２１から発光される光を集光し、発光部２の後方（図１中、左側）に虚像パターン５を形成する。
【００１９】
実像集光部４は、図３のように、平坦な入射面と、凸曲面からなる出射面とからなる２枚の実像集光レンズ４１、４２で構成されている。各平凸レンズ４１、４２は、互いの出射面を対向させた状態で並設されており、それぞれ表２に示す条件を満足する。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
前記実像集光部４は、虚像集光部３の前方に配設され、虚像集光部３による虚像パターン５を新たな光源として、その前方に実像パターン６として結像させる。
【００２２】
前記集光装置における結像の大きさについては、例えば、図２に示すように、ｈ１の高さを有する発光ダイオード２１からの光を集光し、発光部２の後方にｈ２の高さを有する虚像パターン５を形成する場合、虚像パターン５の高さ（ｈ２）×実像集光部４の拡大倍率（ｍ）により計算することができる。
【００２３】
また、前記表１、表２の条件に基づいて、数１により虚像集光部３及び実像集光部４の各焦点距離を算出し、発光部２の取付位置を決定することができる。なお、数１中、ｆは焦点距離、ｎは平凸レンズの屈折率、Ｒ１及びＲ２は平凸レンズの入射面及び出射面の曲率半径を示す。平凸レンズの屈折率（ｎ）は１．９である。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
表１における各パラメーターの値を数１に代入して演算した結果、虚像集光部３の焦点距離は１６．５５ｍｍになった。
【００２６】
前記同様、表２における各パラメーターの値を数１に代入して演算した結果、実像集光部４の焦点距離は４０ｍｍになった。
【００２７】
このように、発光部２は、実像集光部４の後方の焦点位置Ｂ（ｆ２＝４０ｍｍ）の直前でなく、焦点位置Ｂの直前、すなわち虚像集光部３の焦点位置Ａ（ｆ１＝１６．５５ｍｍ）又はその直前（焦点領域）に配置すれば良いので、集光装置全体のサイズを抑制することが可能となる。
【００２８】
虚像集光部３は実像集光部４の後方の焦点距離（ｆ２＝４０ｍｍ）内に配設すれば良いが、本実施形態では、虚像集光部３と実像集光部４の距離は、それらの中心を基準として僅かに１６ｍｍである。なお、発光部２と虚像集光部３との距離は、発光部２の発光ダイオード２１から、虚像集光部３の焦点距離Ａ（ｆ１＝１６．５５ｍｍ）であるので、この集光装置のサイズは７．４５ｍｍほど小さくできる。
【００２９】
また、上述のように、虚像集光部３の焦点距離も実像集光部４の焦点距離も平凸レンズ３１、３２、４１、４２の曲率半径と屈折率とにより決定される。そして、この２つの焦点距離から発光部２と虚像集光部３と実像集光部４との位置関係が決定される。したがって、集光装置のサイズが商品の要求に合うか否かを決定することができる。
【００３０】
なお、集光装置の小型化要求に従えば、虚像集光部３の焦点距離は８．７ｍｍ〜１７．４ｍｍで良く、虚像集光部３と実像集光部４の距離は１３ｍｍ〜２６ｍｍで良く、実像集光部４の焦点距離は３０ｍｍ〜４２ｍｍで良いので、それらを基準として集光装置のサイズが決定される。
【００３１】
前記構成の集光装置は、発光部と実像集光部との間に、前記実像集光部よりも短い焦点距離を有する虚像集光部が配設されている。そして、発光部が、虚像集光部の焦点位置の直前に配設されている。したがって、これら構成部材の間隔を大幅に短縮でき、構成全体をコンパクトに形成することができる。
【００３２】
また、発光部が虚像集光部の焦点距離内に配設されていれば、出射角度の範囲が広い発光ダイオードモジュールを使用していても、そこから出力される光を周囲に散逸させることなく利用率を高め、集光装置をより一層コンパクトに形成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
前記集光装置は液晶パネルの光源として使用することができる。この場合、実像集光部４の前方に、実像集光部４が結像した実像パターン６を受けて光学影像に変調する光変調素子７を設置すればよい。なお、光変調素子７は従来周知であるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の集光装置の実施形態の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態における虚像集光部の配置方式を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における実像集光部の配置方式を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
２…発光部
２１…発光ダイオード
３…虚像集光部
３１、３２…平凸レンズ
４…実像集光部
４１、４２…平凸レンズ
５…虚像パターン
６…実像パターン
７…光変調素子
ｆ１、ｆ２…焦点距離
Ａ、Ｂ…焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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