(57)【要約】【課題】光利用効率の低下を防止できる光源ユニットを提供する。【解決手段】光源（２）と、光源から入射した光を外部に出射する導光体ユニット（５）と、を有する光源ユニット（１）であって、導光体ユニットは、光軸（Ｚ）上に配置され、透光性を有する第１の導光体（６）と、透光性を有し、第１の導光体より耐熱性を有する弾性材料から成り、光軸上で第１の導光体より光源に近い側に配置される第２の導光体（７）と、を含み、第１の導光体および第２の導光体を密着した状態に保持する保持構造（１１）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から入射した光を外部に出射する導光体ユニットと、を有する光源ユニットであって、
前記導光体ユニットは、
光軸上に配置され、透光性を有する第１の導光体と、
透光性を有し、前記第１の導光体より耐熱性を有する弾性材料から成り、前記光軸上で前記第１の導光体より前記光源に近い側に配置される第２の導光体と、を含み、
前記第１の導光体および前記第２の導光体を密着した状態に保持する保持構造を備える、光源ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
前記保持構造は、
前記第１の導光体を保持する保持部材と、
前記第２の導光体を保持する支持板と、を含む、光源ユニット。
【請求項３】
請求項２において、
前記支持板は、前記第２の導光体が埋め込まれるための穴部を有し、
前記第２の導光体は、その一部が前記支持板から前記第１の導光体の側に突出した状態で前記支持板に保持される、光源ユニット。
【請求項４】
請求項３において、
前記支持板の前記光源と対面する側の表面は、前記第２の導光体が前記穴部に埋め込まれた状態において面一である、光源ユニット。
【請求項５】
請求項１において、
前記第２の導光体は、前記光源から所定の隙間を設けて配置される、光源ユニット。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１の導光体の前記第２の導光体と密着する面は平坦面で形成され、前記第２の導光体は、前記平坦面に倣うように変形して前記第１の導光体と密着する、光源ユニット。
【請求項７】
複数の光源と、投射レンズと、前記複数の光源から入射した光を前記投射レンズに向けて出射する複数の導光体ユニットと、前記複数の導光体ユニットを収容するボックスと、有する車両用照明装置であって、
前記複数の導光体ユニットは、それぞれ、
光軸上に配置され、透光性を有する第１の導光体と、
透光性を有し、前記第１の導光体より耐熱性を有する弾性材料から成り、前記光軸上で前記第１の導光体より前記光源に近い側に配置される第２の導光体と、を含み、
前記第１の導光体および前記第２の導光体は密着した状態に保持される、車両用照明装置。
【請求項８】
複数の光源、複数の集光レンズ、及び前記各光源から入射した光を前記各集光レンズに向けて出射する複数の導光体ユニットを含む照明光学系と、前記照明光学系で発生した照明光を入射して、映像を投射する投射光学系と、を有する投射型映像表示装置であって、
前記複数の導光体ユニットは、それぞれ、
光軸上に配置され、透光性を有する第１の導光体と、
透光性を有し、前記第１の導光体より耐熱性を有する弾性材料から成り、前記光軸上で前記第１の導光体より前記光源に近い側に配置される第２の導光体と、を含み、
前記第１の導光体および前記第２の導光体は密着した状態に保持される、投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源ユニット、車両用照明装置、及び投射型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、例えば特許文献１が公知である。この特許文献１には、「複数の光源及び、複数の導光体を有する導光体ユニットから成る、特に車両用前照灯である前照灯用照明ユニットにおいて、１つの光源にそれぞれ１つずつの導光体を割り当て、導光体ユニットは少なくとも２つの相互に接続されうる部分から成り、そのとき導光体ユニットの光源側部分は、光源と導光体ユニットの出射側部分の間の導光体ユニットの出射方向に配置される」構成が記載されている（要約参照）。そして、この特許文献１によれば、「導光体ユニットの光源に向けられた部分の耐熱性の向上が比較的低い製造費で実現される」とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５２４６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
導光体ユニットを２つの導光体で構成する場合、製造上のバラツキによって２つの導光体の相対位置がずれてしまい、光源から入射した光を効率良く出射できない（光の利用効率が低下する）場合が生じる。ところが、特許文献１では、製造上のバラツキが何ら考慮されておらず、導光体ユニットの光利用効率の低下を改善できていない。
【０００５】
本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の導光体を組み合わせた構成を採用した場合であっても、光利用効率の低下を防止できる光源ユニットを提供することにある。また、光利用効率の低下を防止できる車両用照明装置及び投射型映像表示装置を提供することも本発明の別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、光源と、前記光源から入射した光を外部に出射する導光体ユニットと、を有する光源ユニットであって、前記導光体ユニットは、光軸上に配置され、透光性を有する第１の導光体と、透光性を有し、前記第１の導光体より耐熱性を有する弾性材料から成り、前記光軸上で前記第１の導光体より前記光源に近い側に配置される第２の導光体と、を含み、前記第１の導光体および前記第２の導光体を密着した状態に保持する保持構造を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光利用効率の低下を防止できる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の本実施形態に係る光源ユニットの構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１に示す第１の導光体と第２の導光体の相対位置のずれ量と光利用効率との関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）第１の導光体のみで導光体ユニットを構成した場合の熱解析の結果を示す説明図、（ｂ）第１の導光体と第２の導光体とを組み合わせた導光体ユニットの熱解析の結果を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る車両用照明装置の断面図である。
【図６】図５に示す車両用照明装置の展開図である。
【図７】本発明の実施形態に係る投射型映像表示装置の概要を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。
【００１０】
（光源ユニット）
本発明に係る光源ユニットの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る光源ユニット１の構成図、図２は図１のＡ部拡大図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る光源ユニット１は、基板８と、基板８の上に設けられたＬＥＤ（Light Emitting Diode）から成る光源２と、光軸Ｚ上に配置され、光源２からの光を入射して外部に出射する導光体ユニット５と、導光体ユニット５を保持する保持構造１２と、を備える。導光体ユニット５は、光源２から遠い側の第１の導光体６と、光源２に近い側の第２の導光体７とを含む。また、保持構造１２は、第１の導光体６を保持する保持部材９と、第２の導光体７を保持する金属板（支持板）３とを含む。
【００１２】
第１の導光体６は、例えば透明なアクリル樹脂から成り、光の入射側から出射側（図１の下側から上側）に向かうに連れて拡径する四角柱状の部材で構成される。第１の導光体６の光軸Ｚ方向の出射面は曲面ないしは平坦面であり、入射面は平坦面となっている。第１の導光体６は、箱型の保持部材９により保持される。保持部材９の内部には空気層から成る空間１０が形成されている。そのため、第１の導光体６は、アクリル樹脂以外のものであっても良いが、少なくとも空気層より屈折率の高いものが使用されるのが好ましい。
【００１３】
一方、第２の導光体７は、第１の導光体６より耐熱性を有し、透明かつ弾性を有する材料で例えばシリコーンから成る。勿論、シリコーン以外の材料を用いることもできる。第２の導光体７は、金属板３に設けられた穴部４に埋め込まれている。そして、保持部材９を金属板３に直接または他の部材を介して取り付けることにより、第１の導光体６は第２の導光体７に押圧した状態で密着する。この際、第２の導光体７は、第１の導光体６の端部に形成された平坦面に倣うように弾性変形して密着する。このように、光軸Ｚ上に第１の導光体６及び第２の導光体７が配置され、お互いが密着することにより、１つの四角柱状部材からなる導光体ユニット５が形成される。
【００１４】
ここで、第２の導光体７の一部は、穴部４から第１の導光体６の側（光源２と反対側）に突出量Ｐだけ若干突出している。これは、第１の導光体６を第２の導光体７に密着させ易くするためであるが、必ずしも金属板３から第２の導光体７が突出していなくても良い。第２の導光体７が突出していない場合、第１の導光体６を第２の導光体７に押圧すると、両者は穴部４の内部で密着することになる。突出量Ｐは、光源ユニット１の寸法公差等に応じて適宜定めることができる。なお、金属板３の穴部４の内周面は、光源２からの光を効率良く出射するために、鏡面が好ましい。
【００１５】
一方、図２に示すように、金属板３のうち光源２と対面する側の表面３ａは、穴部４に第２の導光体７が埋め込まれた状態において面一である。そして、光源２と第２の導光体７との間には隙間ＣＬが設けられている。この隙間ＣＬは、光源２の光の発散角度や、導光体ユニット５から出射した光を受ける投射レンズ（図示せず）の大きさなど様々な設計上の理由により適宜設けられるものである。
【００１６】
そのため、必ずしも隙間ＣＬを設けなくても良い。すなわち、光源２に第２の導光体７が接触するように配置しても構わない。また、アクリル樹脂から成る第１の導光体６を用いる場合、隙間ＣＬを例えば、０．５ｍｍ程度にすると当該隙間ＣＬの部分に空気層が形成されるため、光源２が第１の導光体６に与える熱の影響が低くなり好適である。
【００１７】
次に、第２の導光体７に弾性を有するシリコーンを用いた場合と、第２の導光体７に弾性材料を用いない場合とで、導光体ユニットの光の利用効率にどの程度の差が生じるかについて解析したので、その結果を説明する。図３は、第１の導光体６と第２の導光体７の相対位置のずれ量と光利用効率との関係を示す説明図である。横軸は第１の導光体６と第２の導光体７との間の相対位置のずれ量（μｍ）、縦軸は相対位置のずれによって生じる光損失（％）である。
【００１８】
第１の導光体６と第２の導光体７とが密着しておらず、両者間に相対位置のずれがあると、直線Ｌ２に示すようにずれ量が大きくなるに連れて光利用効率が低下する。つまり、光源２の光を外部に出射する際のロスが大きくなる。これに対して、第２の導光体７にシリコーンを用いた場合、第１の導光体６と第２の導光体７との間は密着されて隙間や相対位置のずれが殆ど生じない。そのため、直線Ｌ１に示すように、光利用効率は殆ど低下しない。この解析結果から、第２の導光体７にシリコーンを用いて第１の導光体６と間を押圧密着した状態に保持する構成は、導光体ユニット５を２つの導光体で構成する場合に非常に有効であることが分かる。
【００１９】
次に、導光体ユニット５の熱シミュレーション解析を行った結果について説明する。図４（ａ）は、第１の導光体６のみで導光体ユニット５を構成した場合の熱解析の結果を示し、図４（ｂ）は、第１の導光体６と第２の導光体７とを組み合わせた導光体ユニット５の熱解析の結果を示す。解析条件として、光源２と導光体ユニット５との間の隙間ＣＬ＝０．５ｍｍ、第２の導光体７の厚さｔ＝０．５ｍｍに設定した。なお、図４の符号１１はヒートシンクである。
【００２０】
図４（ａ）に示すように、第１の導光体６の光源２側の端部の温度は、光源２の熱により１００．２℃である。そのため、第１の導光体６は１００．２℃の温度に耐える材料でなければならないことが分かる。
【００２１】
一方、図４（ｂ）に示すように、第１の導光体６と第２の導光体７とを組み合わせた構成の場合、第２の導光体７の光源２側の端部の温度は１００．２℃であるが、光源２側から距離０．５ｍｍだけ離れた位置、すなわち、第１の導光体６と第２の導光体７との接触位置では、温度が９２．７℃まで下がっていることが分かる。
【００２２】
この解析結果から、第２の導光体７のみ例えばシリコーン等の耐熱性材料を用いれば良く、第１の導光体６は９２．７℃に耐え得る汎用性の高いアクリル樹脂等を用いれば良いことが検証された。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の導光体６をアクリル樹脂とし、第２の導光体７をシリコーンとし、両者を密着させて導光体ユニット５を構成することで、製造上のバラツキを吸収して光利用効率の低下を防止でき、かつ、第１の導光体６をシリコーンとした場合に比べ、高価なシリコーンの使用量を削減できるので、低コスト化を実現できる。また、第１の導光体６を第２の導光体７に押圧して密着させるだけで良いため、光源ユニット１の組立作業が簡単である。
【００２４】
なお、上記では第１の導光体６の端部を平坦面とした例を挙げたが、例えば、第１の導光体６の端面を凹曲面または凸曲面で形成しても良い。第２の導光体７が弾性力を有しているため、第２の導光体７は第１の導光体６の端部形状に倣うように変形し、第１の導光体６と第２の導光体７との密着性は良好に保たれる。
【００２５】
（車両用照明装置）
次に、本発明に係る車両用照明装置の実施形態を図面に基づき説明する。図５は本実施形態に係る車両用照明装置２０の断面図、図６は車両用照明装置２０の展開図である。本実施形態に係る車両用照明装置２０では、上記した光源ユニット１がボックス２１内に複数個設けられており、複数の光源ユニット１から発光された光が投射レンズ２２を介して外部に照射される。
【００２６】
より詳細に説明すると、基板８には複数のＬＥＤから成る光源２が光軸Ｚに直交する方向（図５の紙面に直交する方向）に沿って一列に並べて設けられ、各光源２に対向するように各第２の導光体７が金属板３の各穴部４に埋め込まれる。各第１の導光体６は各第２の導光体７と対応する位置に隣接して配置される。複数の第１の導光体６は一体化されており、一体化された第１の導光体６が複数の第２の導光体７を同時に押圧した状態に保持する。これにより、各第１の導光体６と各第２の導光体７とは密着した状態となる。導光体ユニット５の光の出射側には、所定の距離を空けて投射レンズ２２が配置される。光源２から発光された光は、この投射レンズ２２を介して外部に照射され、例えば車両の前方が照らされる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係る車両用照明装置２０によれば、第１の導光体６と第２の導光体７と密着させて導光体ユニット５を構成することにより、製造上のバラツキを吸収して光利用効率の低下を防止でき、かつ、低コスト化を実現できる。また、一体化された複数の第１の導光体６を、金属板３に埋め込まれた複数の第２の導光体７に押圧して密着させるだけで良いため、車両用照明装置２０の組立作業が簡単である。なお、複数の第１の導光体６を一体化させずに、それぞれを第２の導光体７と密着させる構成としても良い。
【００２８】
（投射型映像表示装置）
次に、本発明に係る投射型映像表示装置の実施形態を図面に基づき説明する。図７は本実施形態に係る投射型映像表示装置３０の概要を示す構成図である。本実施形態に係る投射型映像表示装置３０には、上記した光源ユニット１が複数個使用されている。
【００２９】
図７に示すように、投射型映像表示装置３０は、光学系として投射光学系５１および光学ユニット４０を含む。投射光学系５１は、映像をスクリーン等へ投射する光学系であり、図示しないレンズおよび／またはミラーを含む。光学ユニット４０は、投射光学系５１に入射する照明光を発生させる照明光学系であり、構成要素として例えば、表示素子５２、および独立光源であるＢ（青）光源２Ｂ、Ｇ（緑）光源２Ｇ、Ｒ（赤）光源２Ｒ（以下ではこれらを「光源２」と総称する場合がある）を有する。
【００３０】
表示素子５２は、投射する映像を生成する素子であり、例えば、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（登録商標、以下同様）パネル等を用いることができる。表示素子５２は、図示しない表示素子駆動部から映像信号に応じた駆動信号を受けて、これに基づいて投射する映像を生成する。
【００３１】
光源２は、それぞれ、図示しない電源から電力の供給を受けて対象の色（ＲＧＢ）の照明光を発光するＬＥＤ光源により構成される。Ｒ光源２Ｒ、Ｇ光源２Ｇ、およびＢ光源２Ｂは、それぞれ異なる位置に配置され、光源２の発光は、それぞれの色に対応するドライバにより制御される。
【００３２】
３色の光源２から発光されて拡散する照射光が、対応するリレーレンズ（集光レンズ）４１、４２、および４３により照明光束とされ、これらが色合成ミラー（ダイクロイックミラー）４４、および４５により合成されて白色の照明光束が生成される。図７の例では、Ｇ光源２Ｇからの照射光とＢ光源２Ｂからの照射光とが色合成ミラー４５により合成され、さらにこれとＲ光源２Ｒからの照射光とが色合成ミラー４４により合成される。
【００３３】
各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂと、これらに対応するリレーレンズ４１、４２、４３との間には、光源２から入射した光をリレーレンズ４１、４２、４３に向けて出射するための導光体ユニット５が設けられている。この導光体ユニット５は、上記した光源ユニット１にて説明したように、アクリル樹脂から成る第１の導光体６とシリコーンからなる第２の導光体７と有する。第１の導光体６と第２の導光体７とは図示しない保持構造により互いに押圧されて密着した状態に保持される。これにより、光源２からの光を効率良くリレーレンズ４１、４２、４３に出射することができる。
【００３４】
そして、合成された白色の照明光束は、リレーレンズ４６を介してロッドインテグレータ４７に入射して照度分布が均一化された後にリレーレンズ４８を介して取り出される。この照明光束は、ミラー５４により反射された後、リレーレンズ４９を介してＴＩＲ（Total Internal Reflection：内部全反射）プリズム５０に入射し、ＴＩＲプリズム５０の内部で全反射されて、投射する映像が生成された表示素子５２に照射される。そして、表示素子５２により反射された光は、ＴＩＲプリズム５０を透過して投射光学系５１に入射し、投射光学系５１によって図示しないスクリーン等に映像が投射される。
【００３５】
なお、本実施形態では、各色の光源２から発光された照明光の光量を計測して光源２の出力（発光量）を制御するために、ミラー５４の反射面（照明光束を反射する面）とは反対側の面（裏面）側の所定の位置に照度センサ５３を１つ設けている。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る投射型映像表示装置３０によれば、第１の導光体６をアクリル樹脂とし、第２の導光体７をシリコーンとし、両者を密着させて導光体ユニット５を構成することにより、製造上のバラツキを吸収して光利用効率の低下を防止でき、かつ、低コスト化を実現できる。また、第１の導光体６を第２の導光体７に押圧して密着させるだけの簡単な構成であるため、投射型映像表示装置３０の組立作業が簡単である。
【００３７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
【符号の説明】
【００３８】
１  光源ユニット
２  光源
３  金属板（保持板）
４  穴部
５  導光体ユニット
６  第１の導光体
７  第２の導光体
８  基板
９  保持部材
２０  車両用照明装置
２１  ボックス
２２  投射レンズ
３０  投射型映像表示装置
４０  光学ユニット（照明光学系）
４１、４２、４３  リレーレンズ（集光レンズ）
５１  投射光学系
ＣＬ  隙間
Ｚ  光軸
【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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【図６】
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【図７】
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