KR20180013936A - 조명 장치, 조명 방법, 및 그것을 사용한 영상 투사 장치 - Google Patents

Abstract

효율이 높은 조명 장치, 조명 방법과, 그것을 사용한 영상 투사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 광원과, 광원으로부터의 광을 집광해서 출사하는 집광체를 구비한 조명 장치로서, 집광체는, 광원 측의 입사면과, 광을 출사하는 출사면과, 입사면과 출사면 사이에 있는 측면을 갖고, 측면은 입사면으로부터 출사면을 향해, 광원 중심으로부터 그 발광면과 직교하는 방향의 광축으로부터의 거리가 커지는 만곡면이고, 만곡면의 형상이 서로 다른 복수의 만곡면 형상을 갖도록 구성한다. 또한, 광원과, 광원으로부터의 광을 내면반사에 의해 균질화시키는 광적분기와, 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 렌즈와, 렌즈의 외측에 배치되고 광적분기로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 반사 포물면을 구비한 조명 장치로서, 렌즈의 광적분기 측의 면을, 반사 포물면의 광적분기와 반대측에 있는 렌즈 광축 방향의 끝보다 광적분기 측에 배치한 구성으로 한다.

Description

조명 장치, 조명 방법, 및 그것을 사용한 영상 투사 장치

본 발명은, 광을 소정의 영역에 조명하는 조명 장치, 조명 방법과, 그것을 사용한 영상 투사 장치에 관한 것이다.

면 발광(LED, OLED)의 광원을 사용하는 조명 기구나 프로젝터, 헤드 마운트 디스플레이 등의 영상 투사 장치에서는, 원하는 영역에 광원으로부터의 광을 효율적으로 전달시키는 조명 장치가 필요하다. 또한, 소비 전력의 관점에서, 조명 장치에 있어서 광의 전달 효율이 중요한 요인으로 된다.

본 기술분야의 배경기술로서, 조명 장치에 관해서, 일본국 특개2011-165351호 공보(특허문헌 1)나, 일본국 특개2012-145904호 공보(특허문헌 2)에는, LED로부터의 광을 외부로 출사하기 위해, 광축 중심에 대해 내측의 광에 대해서는 렌즈 기능을 갖고, 외측의 광에 대해서는 리플렉터 기능을 가진 집광체(렌즈)를 사용한 조명 기구용의 조명 장치가 기재되어 있다.

또한, 영상 투사 장치에 관해서, 일본국 특개2004-258666호 공보(특허문헌 3)에는, 프로젝터 용도의 조명 장치로서, 램프로부터의 광을 리플렉터에서 집광하고, 균질성을 향상하기 위한 로드 렌즈를 사용하여, 로드 렌즈로부터 출사한 광을 렌즈로, 영상을 생성하는 표시 장치에 조명하는 예가 개시되어 있다.

일본국 특개2011-165351호 공보 일본국 특개2012-145904호 공보 일본국 특개2004-258666호 공보

최근, 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display; 이하, 'HMD'로 기재함)나 헤드업 디스플레이(Head-Up Display; 이하 'HUD'로 기재함)로 대표되는 허상(虛像)을 투사하는 영상 투사 장치의 개발이 진행되고 있다. 허상은, 사람의 눈의 렌즈 기능을 이용해서 영상을 안저(眼底)에 결상시킨 영상이다. 허상을 투사하는 광학계는, 사람의 눈동자와 영상 투사 장치의 출사면의 개구에 의해, 광의 취입 각도(incident angle)가 제한된다. 출사면의 개구는, 크게 하면 그 영상 투사 장치가 거대화해 버리기 때문에, 통상, 허상을 투사하는 영상 투사 장치에서는, 소형화로 하기 위해 광의 취입 각도는 작아진다.

그런데, 종래의 조명 장치는, 광의 취입 각도가 크기 때문에, 장치가 대형화하여, 허상을 투사하는 영상 투사 장치용으로서 적합하지 않다. 즉, 조명 기구는 룸의 넓은 범위를 비추기 때문에, 광의 취입 각도가 크다. 따라서, 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 조명 장치는, 허상을 투사하는 HMD나 HUD 등의 영상 투사 장치로서는 적합하지 않고, 광의 전달 효율을 높일 수 없다.

또한, 실상(實像)을 영상으로서 보이는 프로젝터에 있어서도, 스크린에 조명된 영상을 사람이 시인(視認)하기 위해, 광의 취입 각도가 큰 쪽이 바람직하다. 이 때문에, 광의 취입 각도를 크게 함으로써, 밝기를 높여 왔다.

특허문헌 3과 같은 리플렉터의 구성은, LED 등의 면 발광의 광원에는 적합하지 않고, 효율을 높일 수 없다. 또한, 로드 렌즈의 출구와 같은 복수의 렌즈를 조합해도, 외측의 광이 낭비되어, 효율을 높일 수 없다. 또한, 복수의 렌즈를 사용하는 것은, 비용 면에서도 바람직하지 않다.

또한, 특허문헌 1이나 특허문헌 2와, 특허문헌 3을 조합시켰다고 해도, 광의 취입 각도가 제한된 허상을 투사하는 영상 투사 장치로서 효율이 높은 조명 장치는 실현할 수 없다.

본 발명의 목적은, 광의 이용 효율이 높은 조명 장치, 조명 방법과, 그것을 사용한 영상 투사 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 그 일례를 든다면, 광원과, 투명한 재질로 형성되고 상기 광원으로부터의 광을 집광해서 출사하기 위한 집광체를 구비한 조명 장치로서, 집광체는, 광원 측의 입사면과, 광을 출사하는 출사면과, 입사면과 출사면 사이에 있는 측면을 갖고, 측면은, 입사면으로부터 출사면을 향해, 광원 중심으로부터 그 발광면과 직교하는 방향의 광축으로부터의 거리가 커지는 만곡면이고, 만곡면의 형상이 서로 다른 복수의 만곡면 형상을 갖도록 구성한다.

또한, 광원과, 당해 광원으로부터 출사한 광을 내면반사에 의해 균질화시키는 투명한 재질로 채워진 광적분기와, 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 렌즈와, 렌즈의 광축 중심에 대해 렌즈의 외측에 배치되고 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 반사 포물면을 구비한 조명 장치로서, 광적분기의 내부에 광을 산란시키는 산란 소자를 함유시키고, 렌즈의 광적분기 측의 면을, 반사 포물면의 광적분기와 반대측에 있는 렌즈 광축 방향의 끝보다 광적분기 측에 배치한 구성으로 한다.

본 발명에 따르면, 저전력으로, 밝기를 향상시킨 소형인 조명 장치, 조명 방법과, 그것을 사용한 영상 투사 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 있어서의 조명 장치의 단면도.
도 2는 실시예 1에 있어서의 집광체의 사시도.
도 3은 실시예 1에 있어서의 조명 영역의 휘도 분포를 설명하는 도면.
도 4는 실시예 2에 있어서의 조명 장치의 단면도.
도 5는 실시예 3에 있어서의 집광체의 사시도.
도 6은 실시예 4에 있어서의 조명 장치의 단면도.
도 7은 실시예 4에 있어서의 복수 파장 광원(9)을 설명하는 도면.
도 8은 실시예 4에 있어서의 광적분기의 사시도.
도 9는 실시예 5에 있어서의 복수 파장 광원을 설명하는 도면.
도 10은 실시예 5에 있어서의 광적분기의 사시도.
도 11은 실시예 6에 있어서의 영상 투사 장치의 단면도.
도 12는 실시예 7에 있어서의 영상 투사 장치의 단면도.
도 13은 실시예 8에 있어서의 영상 투사 장치의 단면도.
도 14는 실시예 9에 있어서의 영상 투사 장치의 응용예를 설명하는 도면.
도 15는 실시예 10에 있어서의 HMD를 설명하는 도면.
도 16은 실시예 11에 있어서의 스마트폰을 설명하는 도면.
도 17은 실시예 11에 있어서의 스마트폰의 사용 씬을 설명하는 도면.
도 18은 실시예 11에 있어서의 스마트폰의 시스템을 설명하는 도면.
도 19는 실시예 11에 있어서의 스마트폰의 동작 플로우를 설명하는 도면.
도 20은 실시예 11에 있어서의 영상 투사 장치(170)의 색조정의 동작 플로우를 설명하는 도면.
도 21은 실시예 12에 있어서의 조명 장치의 사시도.
도 22는 실시예 12에 있어서의 조명 장치의 전개도.
도 23은 실시예 12에 있어서의 조명 영역의 단면도.
도 24는 실시예 12에 있어서의 렌즈의 전개도.
도 25는 실시예 12에 있어서의 리플렉터 케이스의 사시도.
도 26은 실시예 12에 있어서의 광적분기로부터 출사되는 광의 각도 분포를 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 사용해서 설명한다. 또한, 본 발명은 이에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 실시예는, 조명 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시예에 있어서의 조명 장치(22)의 단면도이고, 도 2는 도 1의 조명 영역(3)의 비스듬히 상 방향으로부터 집광체(1)를 본 사시도이다.

도 1에 있어서, 조명 장치(22)는, 집광체(1)와 광원(2)을 갖고 구성되어 있다. 광원(2)으로부터 출사한 광은, 집광체(1)에서 집광되고, 조명 영역(3)에 조명된다. 조명 영역(3)은, 사각형의 영역이고, 도 2의 영역(23)은, 그 조명 영역(3)을 집광체(1)에 투영한 영역을 나타내고 있다. 조명 영역(3)의 끝(85)은 영역(23)의 끝(115), 끝(87)은 영역(23)의 끝(117)에 상당한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 집광체(1)는, 투명한 재질로 성형된 광학 부품이고, 광원(2)측의 입사면(5, 6)과, 광을 출사하는 5개의 출사면(7 내지 11)과, 4개의 측면(12 내지 15)(측면(14)은 이측(裏側)에서 보이지 않으므로 도시하고 있지 않음)으로 형성되어 있다. 집광체(1)의 재질로서 예를 들면, 가시광 영역에서 흡수가 적은 폴리카보네이트나 시클로올레핀 폴리머 등, 투명한 재질이 바람직하다. 물론, 사용하는 광원의 파장대에 따라 재질을 바꿔도 상관없다.

또한, 입사면(5, 6), 출사면(7 내지 11)은, 광의 표면 반사를 방지하고 효율을 향상시킬 목적으로, 유전체 다층막으로, 반사 방지막을 형성하면 된다.

도 1에 있어서, 광원(2)은, 면 발광형의 광원이고, 예를 들면, LED나 OLED 등이 적합하다. 여기에서는, 청색의 광을 백색으로 변환하는 형광체를 칩 표면에 도포한 백색의 LED를 상정하고 있다. 또한 광원(2)은, 광원 기판(4)에 탑재되어 있고, 광원 기판(4)을 통해, 전류를 외부로부터 공급할 수 있다.

통상, 면 발광형의 광원으로부터 출사한 광은 전방의 모든 방위로 진행한다. 광원(2)으로부터 출사한 광도 전방을 향해 진행한다. 광원(2)의 광축은, 광원 중심으로부터 그 발광면과 직교하는 방향의 축(도면 중 축(19))이고, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 광축 중심의 광이 가장 강하고, 광축 중심으로부터 멀어짐에 따라 약해져, 광원(2)의 발광면과 동일한 방향이 가장 약해진다.

광원(2)으로부터 출사한 광은, 집광체(1)에서 축(19)을 포함하는 입사면(5)과, 축(19)으로부터 멀어지는 방향의 입사면(5)의 외측에 배치된 입사면(6)에 입사하여, 내측과 외측의 광으로 분할된다.

입사면(5)에서 분할된 내측의 광은, 출사면(7)에서, 대략 평행한 광으로 변환되어 조명 영역(3)에 조명된다. 즉, 입사면(5)과 출사면(7)은, 광원(2)을 점상의 물체로 한 물점으로 했을 때, 출사한 광을 평행하게 하는 렌즈 기능을 갖고 있다.

이와 같이, 출사하는 대략 평행한 광이 많을 수록, 광의 취입 각도가 제한된 허상을 투사하는 영상 투사 장치용의 조명 장치로서의 효율을 높일 수 있다.

도 1에서는, 입사면(5), 출사면(7)은 모두 볼록 렌즈이지만, 물론, 광원(2)을 물점으로 했을 때, 출사한 광을 평행하게 하는 렌즈 기능을 갖고 있으면, 입사면(5)을 오목 렌즈로 해도 상관없다.

한편, 입사면(6)에서 분할된 외측의 광은, 측면(12)에서 반사되어, 출사면(8)을 통해 조명 영역(3)에 조명되거나, 또는 측면(13)에서 반사되어, 출사면(9)을 통해 조명 영역(3)에 조명된다. 또한, 도 1에는 기재하고 있지 않지만, 입사면(6)에서 분할된 외측의 광은, 마찬가지로 측면(14, 15)에서 반사되어, 각각 출사면(10, 11)을 통해 조명 영역(3)에 조명된다.

스넬의 법칙으로부터, 임계각보다 큰 입사각을 갖는 광선은 굴절률이 높은 매질로부터 굴절률이 낮은 매질로 진행할 수 없고, 내면반사(Total Internal Reflection; 이하, 'TIR'로 기재함)하는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 측면(12, 13)에 입사하는 광선은, TIR에 의해 반사한다. 물론 측면(12 내지 15)을 알루미늄이나 은합금 등으로, 반사 코팅해도 상관없다. 이 경우, 반사 코팅면에 접착제로, 다른 부품과 접합시키는 것이 가능해진다.

다음으로, 입사면(6)으로부터의 광이, 4개의 측면(12 내지 15)과, 4개의 출사면(8 내지 11)을 경유하는 광로에 대해 설명한다.

우선, 입사면(6), 측면(12), 출사면(8)의 광로에 대해 설명한다. 도 1에 있어서, 입사면(6)은, 광원(2)의 중심을 원점으로 한 구(球)의 형상의 일부이다. 이 때문에, 입사면(6)에 입사하는 광원(2)의 중심으로부터 출사한 광은, 입사면(6)에 대해 직각이기 때문에, 각도가 구부러지는 영향 등을 받지 않고, 광원(2)으로부터 출사한 그대로의 각도로 측면(12)으로 진행한다.

측면(12)은, 입사면으로부터 출사면측을 향해 축(19)으로부터의 거리가 커지는 만곡면이다. 본 실시예에서는, 측면(12)은, 축(20)을 회전축으로 하는 타원체(17)의 일부이다. 통상, 타원체는, 2개의 초점을 갖고, 1개의 초점으로부터 출사한 광선은, 다른 한쪽의 초점에 결상하는 특성을 갖고 있다. 광원(2)의 중심과, 조명 영역(3)의 끝(85)을 그 2개의 초점으로 설정하면, 광원(2)으로부터 출사한 광을 조명 영역(3)의 끝(85)에 결상시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 측면(12)에서 반사한 광선은, 끝(85)을 향해 진행한다.

출사면(8)은, 끝(85)을 원점으로 한 구의 일부의 형상이다. 출사면(8)에 입사하는 광선은, 끝(85)이 초점의 광이기 때문에, 출사면(8)에 대해 직각이 된다. 이 때문에, 광은, 출사면(8)에 의해 각도가 구부러지는 영향 등을 받지 않고, 그대로의 각도로 끝(85)으로 진행한다.

즉, 광원(2)의 출사하는 평면과 동일한 각도(도 1에 있어서 축(19)과 직각인 방향의 출사광)로부터, 입사면(5, 6)의 경계에서 분할되는 각도까지의 범위의 광을 소정의 각도 범위(광의 취입 각도 제한에 의한 각도 범위, 환언하면, 광의 취입 각도는 F 넘버의 역수에 비례하므로, F 넘버의 제한에 의한 각도 범위라고 해도 됨)의 광으로 해서, 끝(85)에 조명시킬 수 있다.

이와 같이 광원(2)을 출사하는 외측의 광을 조명 영역(3)의 끝에 조명함으로써, 집광체(1)는, 광원(2)의 외측의 광을, 소정의 각도 범위로 제한된 광으로서 조명 영역(3)에 조명 가능해진다.

다음으로, 입사면(6), 측면(13), 출사면(9)의 광로에 대해 설명한다. 측면(13)은, 측면(12)과 마찬가지로, 축(21)을 회전축으로 하는 타원체(18)의 일부이다. 타원체(18)는, 광원(2)의 중심과, 조명 영역(3)의 끝(87)을 그 2개의 초점으로 설정하고 있다. 또한, 출사면(9)은, 출사면(8) 마찬가지로, 끝(87)을 원점으로 한 구의 일부의 형상이다. 이 때문에, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 끝(87)에 결상한다.

즉, 축(20), 축(21)은, 광원(2)에서 교차함으로써, 조명 영역의 양 끝에 광원(2)으로부터 출사한 광을 결상시킬 수 있다.

마찬가지로, 입사면(6), 측면(14), 출사면(10)의 광로와, 입사면(6), 측면(15), 출사면(11)의 광로도, 측면(14), 측면(15)은, 타원체의 일부이고, 그 타원체는, 광원(2)의 중심과, 조명 영역(3)의 끝(116 또는 118)을 그 2개의 초점으로 설정하고 있기 때문에, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 각각, 끝(116, 118)에 상당하는 조명 영역(3)의 끝에 결상된다.

집광체(1)는, 도 2의 사시도에서 나타내는 바와 같이, 출사면(8 내지 11)은 그 곡면 형상이 서로 다르기 때문에, 그 접합부에서 각각 경계(32)가 발생한다. 마찬가지로, 측면(12 내지 15)도 형상이 서로 다르기 때문에, 그 접합부에도 경계(32)가 발생한다. 측면이나 출사면의 경계(32)는, 축(19)을 지나는 평행한 면으로 나뉘어 있음을 의미한다.

이상 설명한 바와 같이, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 집광체(1)에 의해, 내측의 광이 조명 영역(3)에 대략 평행한 각도로 조명되고, 한편, 외측의 광은, 조명 영역(3)의 양 끝에 집광된다.

또한, 집광체(1)는, 면(33)을 형성하고, 광원 기판(4)과 접촉시켜, 고정하는 면으로서 이용해도 된다. 또한, 플랜지(16)를 마련하고, 조명 장치(22)와 그 외 기구와의 고정하는 면으로서 이용해도 된다. 면(33), 플랜지(16)도 함께 유효한 광선이 통과하지 않는 영역에 마련되어 있어, 광의 로스(loss)는 없다고 할 수 있다.

도 3은 조명 영역(3)의 휘도 분포를 설명하는 도면이다. 도 3의 (A)는 출사면(7)으로부터 출사한 광원(2)의 내측의 광이 조명된 휘도 분포, 도 3의 (B)는 출사면(8 내지 11)으로부터 출사한 광원(2)의 외측의 광이 조명된 휘도 분포, 도 3의 (C)는 광원(2)으로부터 출사한 내측과 외측의 광이 조명된 휘도 분포를 나타내고 있다. 도면 상단은, 조명 영역(3)의 휘도의 등고선을 나타낸 것으로 선이 두꺼울 수록, 휘도가 큼을 나타낸다. 도면 하단은, 도면 상단에서 나타낸 축(25)에 투영시킨 휘도(26)의 분포를 나타낸 것이다.

내측의 광은, 휘도 분포(27)로 나타내는 바와 같이 조명 영역(3)의 중심의 휘도가 크고, 외측으로 갈 수록 휘도가 작아진다. 조명 영역(3)이 사각형이기 때문에, 4 모퉁이의 휘도가 특히 작다. 반대로 휘도 분포(28)로 나타내는 바와 같이, 외측의 광은, 조명 영역(3)의 4 모퉁이만이 휘도가 크다. 이 때문에, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 휘도 분포(27과 28)의 합계로 되고, 집광체(1)에서 휘도 분포(29)에 나타내는 바와 같이, 전체의 휘도를 높일 수 있다.

이와 같이, 통상의 렌즈를 사용하면 4 모퉁이가 어두워지지만, 본 실시예에 있어서의 집광체(1)를 사용하면 4 모퉁이를 밝게 할 수 있다. 이것은, 통상의 렌즈에서 이용할 수 없었던 외측의 광을 사용함으로써, 효율적으로 조명 영역(3)을 조명할 수 있기 때문이다.

소정의 광의 취입 각도의 제약이 있는 허상용의 영상 투사 장치에는, 상술한 바와 같이 집광체(1)를 사용해서, 광원(2)의 중심의 광을 대략 평행하게 하고, 외측의 광을 조명 영역의 밖으로부터, 소정 각도 범위 내의 광을 조명함으로써, 광원(2)으로부터의 광을 효율적으로 조명 영역(3)에 조명할 수 있다.

또한, 상기 실시예는, 타원체의 2개의 초점을, 광원(2)과, 조명 영역의 끝으로 하는 예로 기재했지만, 예를 들면, 초점을 약간 광원(2)이나 조명 영역의 평면 내나, 축(19)과 평행한 방향으로 시프트해도, 복수의 타원체의 축을 상이하게 함으로써, 유사한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 회전체의 축은, 광원과, 조명 장치의 목표로 하는 조명 영역의 중심과 끝 사이를 적어도 통과하면 된다.

이상과 같이, 본 실시예는, 광원과, 투명한 재질로 형성되고 광원으로부터의 광을 집광해서 출사하기 위한 집광체를 구비한 조명 장치로서, 집광체는, 광원 측의 입사면과, 광을 출사하는 출사면과, 입사면과 출사면 사이에 있는 측면을 갖고, 측면은, 입사면으로부터 출사면을 향해, 광원 중심으로부터 그 발광면과 직교하는 방향의 광축으로부터의 거리가 커지는 만곡면이고, 만곡면의 형상이 서로 다른 복수의 만곡면 형상을 갖도록 구성한다.

또한, 광원으로부터 출사한 광을 집광해서 출사하는 조명 장치의 조명 방법으로서, 광원으로부터 출사되는 광을, 광원 중심으로부터 그 발광면과 직교하는 방향의 광축에 대해 직교하는 방향으로 광축 측인 내측의 광과 광축으로부터 멀어지는 외측의 광으로 분리하고, 내측의 광을 조명 장치의 조명 영역에 대략 평행한 각도로 조명하고, 외측의 광을 조명 영역의 모퉁이에 초점이 맞게 집광하도록 구성한다.

이에 의해, 저전력으로 밝고 소형인 조명 장치, 조명 방법과, 그것을 사용한 영상 투사 장치를 제공할 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예는, 실시예 1과는 다른 구성의 조명 장치에 대해 설명한다. 본 실시예에 있어서의 조명 장치(52)는, 조명 장치(22)의 다른 예이고, 집광체의 측면의 만곡면을 포물선으로 한 점이 서로 다르다.

도 4는 본 실시예에 있어서의 조명 장치(52)의 단면도이다. 도 4에 있어서, 조명 장치(52)는, 집광체(31)와 광원(2)을 갖고 구성되어 있다. 광원(2)으로부터 출사한 광은, 집광체(31)에서 집광되고, 조명 영역(3)에 조명된다.

집광체(31)는, 투명한 재질로 성형된 광학 부품이고, 광원(2)측의 입사면(35, 36)과 광을 출사하는 5개의 출사면(37 내지 41)(도면 중 출사면(37 내지 39)만 기재), 4개의 측면(42 내지 45)(도면 중 측면(42, 43)만 기재)으로 형성되어 있다.

또한, 입사면(35, 36), 및 5개의 출사면(37 내지 41)은, 광의 표면 반사를 방지하여 효율을 향상시킬 목적으로, 유전체 다층막으로, 반사 방지막을 형성하면 된다.

광원(2)으로부터 출사한 광은, 집광체(31)에서 축(49)을 포함하는 입사면(35)과, 축(49)에 대해 입사면(35)의 외측에 배치된 입사면(36)에 입사하여, 내측과 외측의 광으로 분할된다.

입사면(35)에서 분할된 내측의 광은, 출사면(37)에서, 대략 평행한 광으로 변환되어 조명 영역(3)에 조명된다. 즉, 입사면(35)과 출사면(37)은, 광원(2)을 물점으로 했을 때, 출사한 광을 평행하게 하는 렌즈 기능을 갖고 있다.

입사면(36)에서 분할된 외측의 광은, 측면(42)에서 반사되어, 출사면(38)을 통해 조명 영역(3)에 조명되거나, 또는 측면(43)에서 반사되어, 출사면(39)을 통해 조명 영역(3)에 조명된다. 또한, 도 4에는 기재하고 있지 않지만, 입사면(36)에서 분할된 외측의 광은, 마찬가지로 측면(44, 45)에서 반사되어, 각각 출사면(40, 41)을 통해 조명 영역(3)에 조명된다.

다음으로, 입사면(36)으로부터의 광이, 4개의 측면(42 내지 45)과, 4개의 출사면(38 내지 41)을 경유하는 광로에 대해 설명한다.

우선, 입사면(36), 측면(42), 출사면(38)의 광로에 대해 설명한다. 입사면(36)은, 광원(2)의 중심을 원점으로 한 구의 형상의 일부이다. 이 때문에, 광원(2)으로부터 출사한 그대로의 각도로 측면(42)으로 진행한다. 측면(42)은, 입사면으로부터 출사면측을 향해 축(49)으로부터의 거리가 커지는 만곡면이다. 본 실시예에서는, 측면(42)은, 축(50)을 회전축으로 하는 포물선(47)의 일부인 것을 상정하고 있다. 통상 포물선은, 1개의 초점을 갖고, 그 초점으로부터 출사한 광선은, 평행이 되는 특성을 갖고 있다. 광원(2)의 중심을 그 초점으로 하고, 회전축을 축(50)과 같이 소정의 각도로 기울이면, 소정의 각도로 기울어진 광선이 얻어진다. 이 때문에, 측면(42)에서 반사한 광선은, 조명 영역(3)을 향해 소정의 각도로 진행한다.

출사면(38)은, 축(50)과 직교한 평면이다. 출사면(38)에 입사하는 광선은, 축(50)과 평행한 광이기 때문에, 출사면(38)에 대해 직각이 된다. 이 때문에, 광은, 출사면(38)에 의해 각도가 구부러지는 영향 등을 받지 않고, 그대로의 각도로 조명 영역(3)으로 진행한다.

마찬가지로, 입사면(36), 측면(43 내지 45), 출사면(40 내지 41)의 광로에 대해서도, 측면(43 내지 45)은, 포물선의 일부이고, 그 포물선은, 광원(2)의 중심을 초점으로 설정하고 있기 때문에, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 각각, 조명 영역(3)을 향해 소정의 각도로 진행한다.

즉, 외측의 광은, 조명 영역(3)의 양 외측으로부터 소정의 각도로 조명되기 때문에, 내측의 광을 방해하지 않고, 광원(2)의 외측의 광을 조명 영역(3)에 조명할 수 있다.

또한, 집광체(31)도, 형상이 서로 다른 출사면과 측면의 접합부에서 각각 경계가 발생한다.

상기 설명한 바와 같이, 광원(2)으로부터 출사한 광은, 집광체(31)에 의해, 내측의 광이 조명 영역(3)에 대략 평행한 각도로 조명되고, 한편, 외측의 광은, 조명 영역(3)의 양 끝에 조명 영역(3)의 외측으로부터 소정의 각도로 조명된다.

또한, 집광체(31)는, 면(34)을 형성시키고, 광원 기판(4)과 접촉시켜, 고정하는 면으로서 이용해도 된다. 또한, 플랜지(46)를 마련하고, 조명 장치(52)와 그 외 기구와의 고정하는 면으로서 이용해도 된다. 면(34), 플랜지(46)도 함께 유효한 광선이 통과하지 않는 영역에 마련되어 있어, 광의 로스는 없다고 할 수 있다.

소정의 광의 취입 각도의 제약이 있는 허상용의 영상 투사 장치에는, 상술한 바와 같이 집광체(31)를 사용해서, 광원(2)의 중심의 광을 대략 평행하게 해서, 외측의 광을 조명 영역의 밖으로부터, 소정 각도 범위 내의 광을 조명함으로써, 광원(2)으로부터의 광을 효율적으로 조명 영역(3)에 조명할 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예는, 실시예 1과는 다른 구성의 집광체에 대해 설명한다. 본 실시예에 있어서의 집광체(61)는, 집광체(1)의 다른 예이고, 조명 영역이 장방형(長方形)인 경우에 적합하다.

도 5는, 본 실시예에 있어서의 집광체(61)의 사시도이다. 도 5에 있어서, 집광체(61)는, 투명한 재질로 성형된 광학 부품이고, 광이 입사하는 입사면(65, 66)과, 광을 출사하는 5개의 출사면(67 내지 71), 4개의 측면(72 내지 75)(측면(74)은 도시 없음)으로 형성되어 있다. 집광체(61)의 재질로서는, 도 2에서 설명한 집광체(1)와 마찬가지이면 된다.

또한, 입사면(65, 66), 출사면(67 내지 71)은, 광의 표면 반사를 방지하여 효율을 향상시킬 목적으로, 유전체 다층막으로, 반사 방지막을 형성하면 된다.

입사한 광은, 집광체(61)에서 광의 중심축을 포함하는 입사면(65)과, 그 축에 대해 입사면(65)의 외측에 배치된 입사면(66)에 입사하여, 내측과 외측의 광으로 분할된다.

입사면(65)에서 분할된 내측의 광은, 출사면(67)에서, 대략 평행한 광으로 변환되어 조명 영역에 조명된다. 즉, 입사면(65)과 출사면(67)은, 광원을 물점으로 했을 때, 출사한 광을 평행하게 하는 렌즈 기능을 갖고 있다. 집광체(1)와 달리 집광체(61)의 입사면(65)과 출사면(67)은, 종과 횡에서 반경이 서로 다른 렌즈이다. 이 때문에, 장방형의 조명 영역에 효율적으로 광을 조명할 수 있다.

또한, 영역(62)은, 조명 영역을 출사면측에 투영한 영역을 도시한 것이다.

통상의 종횡비가 동등한 렌즈의 경우, 조명되는 광도 종횡비가 동등해져, 종횡비가 서로 다른 조명 영역에는 조명되지 않는 낭비인 광이 발생한다. 이 때문에, 종횡비를 변경한 렌즈로 한 것으로 효율을 향상하는 것이 가능해진다.

또한, 출사하는 대략 평행한 광이 많을 수록, 광의 취입 각도가 제한된 허상을 투사하는 영상 투사 장치용의 조명 장치로서의 효율을 높일 수 있다.

입사면(66)에서 분할된 외측의 광은, 측면(72 내지 75)에서 반사되어, 출사면(68 내지 71)을 통해 조명 영역에 조명된다.

측면(72 내지 75)은, 입사면으로부터 출사면측을 향해 축(49)으로부터의 거리가 커지는 만곡면이고, 여기에서는, 타원체의 일부인 것을 상정하고 있다. 각각 한쪽의 초점을 광원의 중심에, 다른 한쪽의 초점을 조명 영역의 각 끝에 설정한다. 이 때문에, 광원으로부터 출사한 외측의 광을 조명 영역의 끝에 결상시키는 것이 가능해진다.

또한, 출사면(68 내지 71)은, 조명 영역의 끝을 원점으로 한 구의 일부의 형상이다. 이 때문에, 측면(72 내지 75)을 반사한 광은, 출사면(68 내지 71)에 의해 각도가 구부러지는 영향 등을 받지 않고, 그대로의 각도로 조명 영역의 끝으로 진행한다.

집광체(61)는, 도 5에서 나타내는 바와 같이, 출사면(68 내지 71), 측면(72 내지 75)은 형상이 서로 다르기 때문에, 그 접합부에서 각각 경계(32)가 발생한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 장방형의 조명 영역에 있어서도, 광원으로부터 출사한 광을 효율적으로 집광시킬 수 있다.

또한, 집광체(61)도, 광원 기판과 접촉시키는 면과, 플랜지(76)를 마련하고, 광원이나 타 기구와의 고정하는 면으로서 이용해도 된다. 함께 유효한 광선이 통과하지 않는 영역에 설치함으로써, 광의 로스를 회피할 수 있다.

소정의 광의 취입 각도의 제약이 있는 허상용의 영상 투사 장치에는, 상술한 바와 같이 집광체(61)를 사용해서, 광원(2)의 중심의 광을 대략 평행하게 해서, 외측의 광을 조명 영역의 밖으로부터, 소정 각도 범위 내의 광을 조명함으로써, 광원(2)으로부터의 광을 효율적으로 장방형의 조명 영역에 조명할 수 있다.

[실시예 4]

본 실시예는, 다른 구성의 조명 장치에 대해 설명한다. 도 6은, 본 실시예에 있어서의 조명 장치(82)의 단면도이다. 도 6에 있어서, 조명 장치(82)는, 집광체(61)(실시예 3에서 설명한 집광체)와 복수 파장 광원(91)을 갖고 구성되어 있다. 복수 파장 광원(91)으로부터 출사한 복수 파장의 광은, 광적분기(93)에 입사하고 균일하게 혼색된다. 광적분기(93)를 출사한 광은, 집광체(61)에서 집광되고, 조명 영역(83)에 조명된다. 조명 영역(83)은, 표시 장치로서 일반적인 애스펙트비(aspect ratio) 16：9의 장방형이다.

여기에서, 복수 파장 광원(91)은, 3종류의 파장을 출사하는 면 발광형의 광원이고, 여기에서는, 적, 녹, 청의 파장대의 3개의 칩을 구비한 LED를 상정하고 있다. 복수 파장 광원(91)은, 광원 기판(92)에 탑재되어 있고, 광원 기판(92)을 통해, 전류를 외부로부터 공급할 수 있다.

복수 파장 광원(91)의 3개의 칩은, 서로 다른 위치에 배치된다. 이 때문에, 각 칩의 광축이 서로 다르다. 광적분기(93)는, 그 서로 다른 광축을 일치시키기 위해 배치되어 있다.

광적분기(93)를 출사한 광은, 상술한 바와 같이, 집광체(61)에서 광축(95)을 포함하는 내측과 외측의 광으로 분할되고, 집광체(61)에 의해, 내측의 광이 조명 영역(83)에 대략 평행한 각도로 조명되고, 한편, 외측의 광은, 조명 영역(83)의 양 끝에 집광된다.

또한, 집광체(61)의 면(90)은, 터널 기구(94)와 접촉시키고, 그 터널 기구(94)는, 광원 기판(92)과 접촉시켜 고정된다. 또한, 플랜지(76)는, 조명 장치(82)와 그 외 기구와의 고정하는 면으로서 이용해도 된다.

터널 기구(94)는, 광적분기(93)를 경(輕)압입에 의해 고정하는 기구를 상정하고 있다. 광적분기(93)와, 터널 기구(94)를 접착제로 고정하면, 광적분기(93)와 접착제의 접촉면에서의 굴절률 차가 작아지고, 광이 누설되어, 광의 로스가 커진다. 그 때문에, 터널 기구(94)는, 접착제를 사용하지 않고 광적분기(93)를 고정할 수 있기 때문에, 효율이 좋은 고정 방법이다.

또한, 터널 기구(94)는, 복수 파장 광원(91)을 출사해서 광적분기(93)를 통하지 않고 집광체(61)를 통해 조명 영역(83)으로 진행하는 불필요한 광을 제거할 수 있는 차광 효과도 가진다.

또한, 조명 장치(82)는, 복수의 파장을 탑재하고 있기 때문에, 조명 영역(83)의 색을 조정할 수 있다.

또한, 일반적으로 컬러 필터가 없는 표시 장치에는, 컬러화를 위해 적, 녹, 청의 파장대의 광원이 필요하고, 조명 장치(82)는, 이러한 표시 장치에 적합하다.

도 7은 복수 파장 광원(91)을 설명하는 도면이다. 복수 파장 광원(91)은, 적, 녹, 청의 파장대의 광을 각각 출사하는 제1 파장 광원(96), 제2 파장 광원(97), 제3 파장 광원(98)이, 폭(Ｗ_LED)과 높이(H_LED)의 내측에 삼각형으로 배치되어 있다.

집광체(61)의 광축(축(95))과, 제1 파장 광원(96), 제2 파장 광원(97), 제3 파장 광원(98)의 중심(축(99), 축(100)의 교점)을 일치시키면, 효율적으로 집광체(61)에서 광을 집광할 수 있다.

또한, 광적분기(93)의 면(102)(폭(Ｗ), 높이(H))보다 Ｗ_LED와 높이(H_LED)를 작게 설정하면, 광적분기에 효율적으로 전달할 수 있다.

또한, 광을 짧은 거리에서 혼색하기 위해서는, 광적분기(93)의 폭(Ｗ), 높이(H)가 작은 것이 바람직하다. 이 때문에, 제1 파장 광원(96), 제2 파장 광원(97), 제3 파장 광원(98)을 삼각형으로 배치하고 있다.

도 8은 광적분기(93)의 사시도이다. 광적분기(93)는, 길이(L), 높이(H), 폭(Ｗ)의 사각 기둥의 형상을 하고 있고, 그 내부는 소정의 투명도가 높은 굴절률N1의 매질1로 채워져 있다. 또한, 광적분기(93)는, 면(102 내지 107)이 있다.

면(102, 103)은, 광이 입사하는 면, 또는 출사하는 면이다. 면(104 내지 107)은, 면(102, 103)으로부터 입사한 광을 TIR에 의해 광적분기(93)의 내부에 가두는 기능을 갖는 측면이다.

광적분기(93)의 내부에는, 매질1과는 다른 굴절률2의 투명도가 높은 매질2로 채워진 산란 소자(101)가 랜덤하게 충전되어 있다. 스넬의 법칙에 따라, 광선은, 굴절률이 서로 다른 매질을 통과할 때, 입사하는 각도와는 다른 각도로 출사한다. 산란 소자(101)는, 그 원리를 사용하여, 진행하는 광선의 각도를 변경시킴으로써 산란시키는 기능을 가진다. 굴절률1과 굴절률2의 차를 크게 한 쪽이 스넬의 법칙에 따라, 보다 큰 확산 기능이 얻어진다.

산란 소자는, 구상, 또는 그 외의 형상이어도 상관없다. 범용품인 구상으로 하는 것이 비용면에서는 바람직하다.

산란 소자를 구상으로 했을 경우는, 그 직경이 작을 수록 광선의 구부러지는 각도가 커져, 높은 산란 성능이 얻어진다. 그 직경은, 입사하는 광선의 파장보다 크고, 그 파장의 10배 이하로 하는 것이 바람직하다.

산란 소자의 직경이 파장보다 작으면, 큰 산란이 얻어진다. 그러나 산란 소자에 광선이 닿는 확립이 작아지기 때문에, 균질성을 확보하기 위해, 산란 소자의 충전률을 증대시키게 되지만, 효율의 저하가 문제로 된다.

반대로 직경이 파장의 10배 이상으로 되면, 광선의 변경할 수 있는 각도가 작아져, 원하는 혼색성과 균질성을 얻기 위해 광적분기(93)를 길게 하게 되지만, 목적으로 하는 소형화에 기여할 수 없게 된다.

산란 소자를 구상 이외에서, 그 산란 소자의 표면에 요철이 없는 경우는, 대체로 상기와 동일하다고 할 수 있다.

물론, 산란 소자의 표면에 파장 정도의 미세 구조를 마련해도 된다. 이 경우는, 형상을 임의로 해서, 산란 소자의 최대 직경을 크게 해도, 큰 산란 효과가 얻어지는 것을 기대할 수 있다.

또한, 면(102, 103)의 높이(H), 폭(Ｗ)은, 입사하는 광선과 대략 동등하거나, 적어도 설치의 공차를 고려한 최소의 사이즈로 하는 것이 바람직하다. 물론, 면(102, 103)의 높이(H), 폭(Ｗ)은, 입사하는 광선과 대략 동등하게 하는 것이 가장 바람직하고, 이 경우는, 설치의 공차를 고려해서, 조립시에 조정하면 된다.

면(102, 103)을 출사하는 광선의 휘도는, 면적에 반비례한다. 이 때문에, 입사하는 광선의 면적에 대해, 입출사면의 면적을 2배로 하면, 휘도가 반분(半分)이 된다. 또한, 면적을 크게 하면 가둠의 효과가 떨어져, 혼색 성능도 작아진다. 이 때문에, 산란 소자의 충전률을 더 증가시킬 필요가 있어, 효율이 더 열화된다.

반대로 입사하는 광선보다 면(102, 103)의 면적을 작게 하면, 광선을 취입할 수 없게 되어, 효율이 저하한다.

이상으로부터, 면(102, 103)의 면적은, 입사하는 광선 사이즈와 대략 동등하게 해서 조정하거나, 조립의 공차를 고려하여 적어도 2배 이하로 설정한 쪽이 좋다.

면(102, 103)의 폭(Ｗ)과 높이(H)는, 폭(Ｗ)＞ 높이(H)로 정의한다. 이 경우, 길이(L)는, 폭(Ｗ)의 3배보다 길게 하면 된다.

통상의 면광원은 반값 반폭이 60°의 램버시안의 분포를 하고 있다. 일반적인 투명 재료의 굴절률을 1.5로 하면, 스넬의 법칙에 따르면 광적분기(93)의 내부에 취입된 광은 ±35°의 범위 내에 분포하고 있다고 할 수 있다. 35°의 광선은, 폭(Ｗ)의 3배의 길이(L)를 진행하면, 약 2회 반사하게 된다. 즉, (식1)을 만족하게 된다.

L×Tan35°≥2×Ｗ …(식1)

약 2회 반사하는 정도의 길이가 있으면, 산란 소자(101)의 충전률을 조정함으로써, 혼색성과 균질성을 만족시킬 수 있다.

또한, 폭(Ｗ)의 3배를 넘는 길이(L)로 설정했을 경우는, 충전률을 줄이는 조정을 함으로써, 혼색성과 균질성을 만족한채로 효율을 유지할 수 있다.

예를 들면, 폭(Ｗ), 높이(H)를 1㎜ 모서리로 했을 경우, 길이를 4㎜, 산란 소자(101)의 직경을 약 2㎛, 굴절률1을 1.48, 굴절률2를 1.58로 했을 경우, 매질1의 총 체적에 대한 산란 소자(101)의 매질2의 총 체적을 0.5％ 내지 1.0％의 범위로 설정하면 된다.

또한, 면(102, 103)은, 대략 평행하게 하는 것이 바람직하다. 수직으로 입사하는 광의 평균 각도를 유지한 채 광의 입출사가 가능해져, 효율의 점에서 바람직하다.

또한, 면(102, 103)과는 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하다. TIR에 의한 광의 누설을 저감함과 함께, 효율이 좋은 반사를 행할 수 있어, 로스를 저감할 수 있다.

또한, 산란 소자(101)의 충전률은, 광과 산란 소자(101)가 충돌하는 평균적인 거리인 평균자유행정과 반비례하는 것이고, 광의 투과율은, 광과 산란 소자가 충돌한 횟수만큼 떨어지기 때문에, 평균자유행정에 비례한다고 할 수 있다. 즉, 산란 소자(101)의 충전률은, 밝기에 반비례한다. 산란 소자(101)를 지나치게 충전하면, 효율이 떨어지기 때문에, 혼색성 및 균질성과 효율을 고려해서, 산란 소자(101)의 충전률을 정하면 된다.

또한, 면(104 내지 107)은, 표면 거칠기를 작게 하는 것이 바람직하다. 표면 거칠기를 작게 함으로써 면(104 내지 107)으로부터의 누설 광을 저감하고, 고광량 출력을 가능하게 한다.

길이 방향의 표면 거칠기는, 길이 방향과 직교하는 방향보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이것은, 가공 방법 등(절삭이나 성형)에 의해 이방성이 있는 거칠기가 발생하기 쉽지만, 광축 방향의 표면 거칠기를 작게 함으로써, 반사측면으로부터의 누설 광을 저감하여, 고광량 출력을 가능하게 한다.

면(102, 103)은, 표면 거칠기를 크게 해도 된다. 이 경우, 입출사면이 거칠어져 있음에 의해 표면 산란에 의한 광의 균일화가 가능해진다.

본 실시예의 광적분기는, 매질1과, 매질1과는 다른 굴절률을 갖고, 전파하는 광을 산란케 하는 산란 소자(매질2)가 충전된 구조이면 특별히 한정은 없지만, 이하에 설명하는 재료 및 제조 방법을 사용함에 의해 용이하게 얻을 수 있다.

우선, 매질1의 재질로서, 광을 전파하는 관점에서 투명성이 높은 재료가 선택된다. 본 실시예에서는 아크릴계의 광경화 수지를 사용하지만, 투명도가 높은 재료이면 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 에폭시계의 열경화성의 수지나 아크릴이나 폴리카보네이트 등의 열가소성 수지나, 글래스 등을 사용해도 된다.

광경화성 수지를 사용하면 고형의 매질2를 사용할 때에 당해 매질2와의 혼합이 용이하다는 관점, 또한 경화 후에 냉각이나 건조 등의 공정을 필요로 하지 않기 때문에 작업 효율이 향상되는 관점, 소정의 형상의 광적분기를 얻기 쉬운 관점에서 보다 바람직하다. 또한, 아크릴계의 재료를 사용하면 투과율이 높고, 광의 이용 효율을 높이는 것이 가능하게 되기 때문에, 보다 바람직하다.

다음으로, 매질2는, 매질1 중에, 매질1과는 다른 굴절률의 입자를 혼합시킴에 의해 효율적으로 얻을 수 있다. 매질2의 재질로서, 본 실시예에서는, 가교 폴리스티렌 미립자를 사용하지만, 투명도가 높은 재료이면, 그 외의 재질의 플라스틱 입자나 글래스 입자 등, 다른 재료를 사용해도 된다. 단, 광을 산란시키기 위해서는 굴절률 차가 있는 것이 중요하기 때문에, 매질1과 매질2 사이에서 굴절률 차는 0.005 이상 있는 것이 바람직하다. 0.005 이상이고 0.015 이하의 범위이면, 매질1과 매질2의 비중을 근접시키기 쉬워지고, 매질2를 매질1에 혼합시키는 것이 용이한 관점 및, 효율의 저하를 억제하고, 산란의 효과도 얻기 쉽다는 관점에서 보다 바람직하다. 여기에서, 매질1과 매질2의 굴절률을 비교했을 때에, 어느 쪽의 굴절률이 커도 된다. 또한, 본 실시예에 있어서의 굴절률 차란, 매질1 또는 매질2 중, 고굴절률인 매질1 또는 매질2의 굴절률과, 저굴절률인 재질2 또는 매질1의 굴절률의 차분으로부터 산출되는 값으로 한다.

다음으로, 매질2의 입경은, 0.5㎛ 이상이고 5㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 이것은, 상술과 같이, 입경이 작으면 광이 지나치게 산란해서 광의 취출 효율이 저하해버리고, 입경이 크면 광이 산란하기 어렵기 때문이다. 또한, 입경은 대략 균일한 쪽이 바람직하지만, 90％ 이상의 입자가 상기 입경 범위 내에 포함되어 있으면 효과는 얻어지기 때문에 문제없다.

다음으로, 매질1과 매질2를 일체화하는 방법으로서는, 예를 들면 액상의 매질1을 준비하고, 다음으로 매질1과 매질2를 혼합시키고, 그것을 소정의 형상으로 광경화시켜서 제조하는 방법이 있다. 또한, 열 프레스, 사출 성형, 셰이빙 등, 다른 방법으로도 제조 가능하다. 그 중에서 액상의 매질1을 사용하면, 매질2를 용이하게 혼합시킬 수 있기 때문에, 보다 바람직하고, 매질1에 매질2를 혼합시킨 상태도 액상이면, 소정의 형상으로 가공하기 쉽기 때문에 더 바람직하다.

제품 형상의 형성시에는, 제품의 높이의 판을 제조 후에 외주를 절단하여 제품 사이즈로 해도 되고, 제품 사이즈의 공간을 갖는 형(型)을 제작해서, 형에 수지를 유입해서 경화시켜서 제조해도 된다.

다음으로, 표면 거칠기에 대해 설명한다. 본 실시예의 광적분기의 표면 거칠기(Ra；산술평균 거칠기)는, 측면의 길이 방향에서는 작게 하는 것이 바람직하다. 이것은 광이 측면에 닿았을 때 측면의 길이 방향에서 면이 거칠어져 있으면, 임계각을 넘어 광이 측면으로부터 빠져나오기 때문이다. 길이 방향에 수직인 방향에서는, 광의 전파에 악영향이 없는 범위에서 면이 거칠어져 있어도 된다. 또한 광입사면이나 광출사면에 대해서는, 광의 확산이 높아지는 효과가 예상되기 때문에, 광의 출사에 악영향이 없는 범위에서 면이 거칠어져 있어도 된다. 이상의 관점에서, 측면의 광축 방향의 표면 거칠기는 0㎛초(超)~2.0㎛이면 된다. 바람직하게는, 0㎛초~1.0㎛의 범위이면 보다 좋고, 0㎛초~0.5㎛이면 더 좋다. 광입사면 및 광출사면의 표면 거칠기는, 상기 측면의 표면 거칠기 이상이고, 0.01㎛~10㎛이면 좋고, 0.5㎛~5㎛이면 보다 좋고, 0.5㎛~3㎛이면 더 좋다. 또, 측면의 광축에 대해 수직 방향의 표면 거칠기는 0㎛초이고, 상한은 상술한 광입사면 및 광출사면의 표면 거칠기에서 열거한 값 이하이면 좋다.

측면의 광축(도면 중 길이(L)의 방향)에 대해 수직 방향의 표면 거칠기는 상술한 범위 내에서 작은 쪽이 바람직하지만, 가공 효율의 관점에서 임의로 선택해도 상관없다. 구체적으로는, 예를 들면 절삭 가공에 의해 측면을 형성할 경우, 절삭 방향의 표면 거칠기와, 절삭 방향과 대략 수직 방향의 표면 거칠기는, 전자의 절삭 방향의 표면 거칠기 쪽이 작아지는 경향이 있고, 가공 효율의 향상을 위해 절삭 속도 등을 변화시키면, 특히, 절삭 방향과 대략 수직 방향의 표면 거칠기가 거칠어진다. 이 경우, 절삭 방향을 광축 방향으로 함에 의해, 작업 효율을 유지하면서, 광의 전파 효율을 유지시키는 것이 가능해진다. 또한, 성형 등을 이용할 경우이며, 또한 성형 주형측에 절삭흔 등의 표면 거칠기의 방향성을 갖는 경우, 표면 거칠기는, 광적분기에 전사된다. 이 경우도 마찬가지로, 광축 방향을 표면 거칠기가 작은 방향으로 함에 의해, 양호한 광의 전파 효율을 유지시키는 것이 가능해진다.

또한, 매질2에 고형의 입자를 사용할 경우, 매질2로 이루어지는 산란 소자가 측면으로부터 돌출하는 것에 의한 볼록부 또는/및 산란 소자가 측면으로부터 탈락한 자국에 의한 오목부로 이루어지는 요철이 표면 거칠기에 기여하는 정도로 존재하면, 상술한 바와 같이 측면으로부터의 광의 누설이 발생하는 일인(一因)으로 된다. 이상으로부터, 가일층 측면의 표면 거칠기(Ra)는, 매질2로서 도입하는 산란 소자의 평균 입경의 1/2 이하이면 된다. 이것은, 광적분기의 측면으로부터 산란 소자를 돌출시키지 않는 상태 또는, 측면으로부터 돌출하는 산란 소자를 연마나 절단 등을 사용해서 절단하고, 평활화해 둠에 의해 실현할 수 있다.

예를 들면, 매질1로서, 히타치케미컬(주)제 히타로이드(등록상표)9501을 사용한다. 이것은, 우레탄아크릴레이트계의 광경화 수지이다. 투명도가 높고 굴절률은 1.49이다. 또한, 매질2로서, 세키스이카세이힌고교(주)제 테크폴리머(등록상표)SSX-302ABE를 사용한다. 이것은, 가교 폴리스티렌 수지로 된 미립자이고, 형상은 구형, 평균 직경은 2㎛이고, 전체의 대략 95％의 입자가 평균 직경과 0.5㎛ 이내의 차인 단분산 입자이다. 투명도가 높고 굴절률은 1.59이다.

폭(Ｗ), 높이(H)가 1.05㎜, 길이(L)가 4.15㎜, 매질1의 총 체적에 대한 산란 소자의 매질2의 총 체적을 0.5％로 했을 경우의 광적분기는, 이하와 같이 제조하면 된다. 우선 광경화 수지 중에, 전체의 체적의 0.5％의 미립자를 넣고, 교반봉으로 약 10분간 교반한다. 교반 후 4시간 이상의 자연 방치에 의해, 충분히 탈포한다. 바닥면 및 측면을 금속판으로 둘러싸는 것에 의해, 길이 50㎜, 폭 7㎜, 깊이 1.05㎜의 공극을 만들고, 거기에 수지를 유입하고, 위로부터 글래스판을 덮는다. 이 때, 내부에 공기가 들어가지 않도록 한다. 그 후, 글래스 너머로 UV램프를 조사시켜, 수지를 충분히 경화시킨다. 그 후 제품을 취출하고, 다이서(DAC552, 주식회사 디스코제)로 폭 1.05㎜, 길이 4.15m로 잘라내는, 다이서로 측면을 가공할 때에는, 길이 방향에 평행하게 칼날을 이송 가공한다. 이것은, 다이서의 가공 스트라이프가 광적분기의 길이 방향을 따라 발생하도록 해서, 측면의 광축 방향의 표면 거칠기를 작게 하고, 광적분기로부터의 광 누설을 저감하기 위함이다. 또한, 측면은 입경；＃5000의 다이싱 블레이드를 사용하여, 회전수；30,000rpm, 절삭 속도；0.5㎜/s의 조건에서 가공하고, 광입출력면은, 입경；＃3000의 다이싱 블레이드를 사용하여, 회전수；30,000rpm, 절삭 속도；0.5㎜/s의 조건에서 가공했다. 측면의 광축 방향의 표면 거칠기는 Ra＝0.3㎛이고, 광축 수직 방향의 표면 거칠기는 Ra＝1.0㎛, 광입출력면의 표면 거칠기는 Ra＝2.0㎛이었다.

측면을 금속 현미경으로 확대해서 관찰한 바, 절삭면은, 매질2가 측면으로부터 돌출하지 않고, 입자가 분단되어 있었다. 또한, 비절삭측면은, 매질2가 측면으로부터 돌출하지 않고, 매질1에 매립되어 있있다.

광원으로서는, LED(OSRAM제 LTRB R8SF)를 사용한다. 1개의 LED에 적, 녹, 청의 3개 칩이 탑재된 것이고, 백색 LED와 비교하면 색재현성의 향상이 예상된다.

이상과 같이, 본 실시예는, 광원과 집광체 사이에, 광원으로부터 출사한 광을 내면반사에 의해 균질화시키는 투명한 재질로 채워진 광적분기를 배치시킨다.

이에 의해, 조명 장치(82)는, 조명 영역(83)에 있어서 균질하고 색의 불균일이 없는 조명광을 실현할 수 있다. 또한, 집광체(61)를 사용함으로써 효율적으로 집광할 수 있다. 또한, 조명 영역(83)에 조명하는 색을 조정할 수 있다는 효과가 있다.

[실시예 5]

본 실시예는, 실시예 4의 조명 장치(82)의 복수 파장 광원(91)과 광적분기(93)의 다른 예에 대해 설명한다.

도 9는, 본 실시예에 있어서의 복수 파장 광원(122)을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 실시예에 있어서의 광적분기(123)의 사시도이다.

도 9에 있어서, 복수 파장 광원(122)은, 적, 녹, 청의 파장대의 광을 각각 출사하는 제1 파장 광원(96), 제2 파장 광원(97), 제3 파장 광원(98)이 폭(Ｗ_LED)과 높이(H_LED)의 내측에 직선상으로 배치되어 있다. 그리고, Ｗ_LED＞H_LED의 관계를 갖는 장방형으로 하고 있다.

또한, 도 10에 있어서, 광적분기(123)는, 길이(L), 높이(H), 폭(Ｗ)의 사각 기둥의 형상이지만, Ｗ＞H의 관계를 갖는 장방형의 단면 형상으로 하고 있다. 이와 같이, 본 실시예는, 조명 영역(83)에 맞춰 복수 파장 광원(122)과 광적분기(123)를 장방형으로 한다. 이에 의해, 장방형의 광적분기(123)로부터 출사한 광을 조명 영역(83)에 의해 효율적으로 전달할 수 있다.

일반적으로 광원의 면적과, 단위입방각당 밝기의 곱은, 보존됨이 알려져 있다. 이 때문에, 광원과, 광적분기와 조명 영역의 종횡비를 맞추면, 광은 전달 효율이 향상된다.

[실시예 6]

본 실시예는, 영상 투사 장치에 대해 설명한다. 도 11은, 본 실시예에 있어서의 영상 투사 장치(150)의 단면도이다. 도 11에 있어서, 영상 투사 장치(150)에는, 조명 장치(22)와, 편광 소자(151, 154), 표시 장치(152), 투사체(155)를 갖고 있다. 또한, 파선으로 기재한 광 진로(156)는, 광선의 진행을 설명하는데 보조하기 위해 기재한 가상선이다.

광원(2)으로부터 출사한 백색의 광선은, 집광체(1)에 의해 표시 장치(152)의 표시 영역(153)에 조명된다.

광은, 집광체(1)로부터, 표시 장치(152)에 도달하기 전에, 편광 소자(151)를 진행하여, 소정 방향의 직선 편광의 광으로 선택된다.

여기에서, 표시 장치(152)는 컬러 필터의 부착 투과형의 액정소자를 상정하고 있다. 표시 장치(152)의 표시 영역(153)은 영상이 생성되는 영역을 나타내고 있다.

표시 영역(153)은, 화소마다 소정의 편광을 그 편광과는 수직 방향이나 평행 방향이나 어느 쪽으로 변환하는 기능을 갖고 있다. 영상으로서 유효하게 할 경우는, 편광 소자(151)에서 선택된 방향과 평행한 편광으로 변환한다.

표시 영역(153)을 진행하는 영상으로서 유효한 광선과 무효한 광선은, 편광 소자(154)에 입사한다. 편광 소자(154)에서는, 영상으로서 유효한 편광의 광선만이 통과하고, 무효한 편광의 광선은 흡수 또는 반사된다.

편광 소자(154)에서 영상으로서 유효한 광선만이, 투사체(155)로 진행한다.

투사체(155)는, 투사 렌즈이고, 표시 영역(153)의 영상을 스크린, 또는 사람의 망막(도시 생략)에 확대 결상시키는 기능을 가진다. 도시에서는 투사체(155)는, 1매로 기재했지만, 투사하는 영상의 확대율이나 투사 거리에 따라, 더 많은 매수여도 상관없다.

또한, 투사체(155)는, 표시 장치(152)로부터 멀어지는 방향과 가까이 가는 방향으로 움직이는 기구를 갖게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 기구에 의해 투사 거리에 따라 영상의 결상 위치를 바꾸는 포커스 기능을 구비할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예는, 실시예 1에서 설명한 조명 장치를 사용한 영상 투사 장치로서, 영상을 생성하는 표시 장치와, 표시 장치에서 생성된 영상을 투사하는 투사체를 구비하고, 집광체로부터의 광을 표시 장치에 조명함으로써, 광의 전달 효율이 좋은 영상 투사 장치를 실현할 수 있다.

[실시예 7]

본 실시예는, 실시예 6의 영상 투사 장치(150)의 다른 예에 대해 설명한다. 도 12는, 본 실시예에 있어서의 영상 투사 장치(160)의 단면도이다. 도 12에 있어서, 영상 투사 장치(160)에는, 실시예 6과 마찬가지인 조명 장치(22)와, 편광 분기 소자(161), 표시 장치(162), 투사체(165)를 가진다. 또한, 파선으로 기재한 광 진로(166)는, 광선의 진행을 설명하는데 보조하기 위해 기재한 가상선이다.

광원(2)으로부터 출사한 백색의 광선은, 집광체(1)에 의해 표시 장치(162)의 표시 영역(163)에 조명된다.

광은, 집광체(1)로부터, 표시 장치(162)에 도달하기 전에, 편광 분기 소자(161)를 진행하고, 소정 방향의 직선 편광의 광으로 선택된다. 편광 분기 소자(161)는 일반적인 다층막에 의해 편광 특성을 갖게 한 프리즘을 상정하고 있다.

표시 장치(162)는 컬러 필터의 부착 반사형의 액정소자(LCOS)를 상정하고 있다. 표시 장치(162)의 표시 영역(163)은 영상이 생성되는 영역을 나타내고 있다.

표시 영역(163)은, 화소마다 소정의 편광을 그 편광과는 수직 방향이나 평행 방향이나 어느 쪽으로 변환하는 기능을 갖고 있다. 영상으로서 유효하게 할 경우는, 편광 소자 분기(161)에서 선택된 방향과 직교한 편광으로 변환한다.

표시 영역(163)을 진행하는 영상으로서 유효한 광선과 무효한 광선은, 편광 분기 소자(161)에 재차 입사한다. 편광 분기 소자(161)에서는, 영상으로서 유효한 편광의 광선만이 반사하고, 무효한 편광의 광선은 통과한다.

편광 분기 소자(161)에서 영상으로서 유효한 광선만이, 투사체(165)로 진행한다.

투사체(165)는, 투사 렌즈이고, 표시 영역(163)의 영상을 스크린, 또는 사람의 망막(도시 생략)에 확대 결상시키는 기능을 가진다. 도면에서 투사체(165)는, 1매로 기재했지만, 투사하는 영상의 확대율이나 투사 거리에 따라, 더 많은 매수여도 상관없다.

또한, 투사체(165)는, 광학적으로 표시 장치(162)로부터 멀어지는 방향과 가까이 가는 방향으로 움직이는 기구를 갖게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 기구에 의해 투사 거리에 따라 영상의 결상 위치를 바꾸는 포커스 기능을 구비시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 조명 장치(22)를 사용함으로써, 광의 전달 효율이 좋은 영상 투사 장치(160)를 실현할 수 있다.

[실시예 8]

본 실시예는, 실시예 6의 영상 투사 장치(150)의 다른 예에 대해 설명한다.

도 13은, 본 실시예에 있어서의 영상 투사 장치(170)의 단면도이다. 도 13에 있어서, 영상 투사 장치(170)에는, 조명 장치(82), 편광 소자(176, 177), 표시 장치(172), 투사체(178), 반사체(171), 출사창(174), 광검출기(175)를 갖고 있다. 또한, 파선으로 기재한 광 진로(156)는, 광선의 진행을 설명하는데 보조하기 위해 기재한 가상선이다.

조명 장치(82)는, 실시예 4에서 설명한 조명 장치로서, 복수 파장 광원(91)과 광적분기(93)와 집광체(61)를 갖고 있다. 조명 장치(82)로부터 출사한 3개의 파장의 광은, 편광 소자(176)로 진행하고, 소정 방향의 직선 편광의 광으로 선택된다.

편광 소자(176)에서 소정 방향의 편광으로 선택된 광은, 표시 장치(172)에 조명된다.

여기에서 표시 장치(172)는 컬러 필터가 없는 투과형의 액정소자를 상정하고 있다. 이 때문에, 컬러 필터가 있는 액정과 비교해 화소를 1/3로 할 수 있기 때문에, 높은 해상도의 영상을 실현할 수 있다. 표시 장치(172)의 표시 영역(173)은 영상이 생성되는 영역을 나타내고 있다. 또한, 컬러화는, 복수 파장 광원(91)에 있는 적, 녹, 청의 파장대의 광을 시간마다 광을 내는 필드 시퀀셜 컬러 기술로 실현된다.

표시 영역(173)은, 화소마다 소정의 편광을 그 편광과는 수직 방향이나 평행 방향이나 어느 쪽으로 변환하는 기능을 갖고 있다. 영상으로서 유효하게 할 경우는, 편광 소자(176)에서 선택된 방향과 평행한 편광으로 변환한다.

표시 영역(173)을 진행하는 영상으로서 유효한 광선과 무효한 광선은, 편광 소자(177)에 입사한다. 편광 소자(177)에서는, 영상으로서 유효한 편광의 광선만이 통과하고, 무효한 편광의 광선은 흡수 또는 반사된다.

편광 소자(177)에서 영상으로서 유효한 광선만이, 반사체(171)에서 반사하고, 투사체(178)로 진행한다.

반사체(171)는, 영상을 구부리는 기능을 가진다. 도시와 같은 프리즘이나, 단순한 반사 미러 등으로 실현할 수 있다. 영상이 왜곡되지 않도록 광선이 통과하는 면의 면 정밀도를 확보하는 것이 바람직하다.

투사체(178)는, 복수 매의 렌즈를 요하는 투사 렌즈이고, 표시 영역(173)의 영상을 스크린, 또는 사람의 망막(도시 생략)에 확대 결상시키는 기능을 가진다. 또한, 도 13에서는, 1매 세트로 기재했지만, 투사하는 영상의 확대율이나 투사 거리에 따라, 더 많은 매수여도 상관없다.

또한, 투사체(178)는, 광학적으로 표시 장치(172)로부터 멀어지는 방향과 가까이 가는 방향으로 움직이는 기구를 갖게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 기구에 의해 투사 거리에 따라 영상의 결상 위치를 바꾸는 포커스 기능을 구비시킬 수 있다.

투사체(178)를 출사한 광은, 출사창(174)을 거쳐 스크린, 또는 사람의 망막(도시 생략)에 투사된다.

출사창(174)은, 외부로부터 먼지나 물방울 등이 들어가는 것을 방지하는 기능을 가진다. 광학적으로 투명한 평판이고, 효율의 로스가 감소하도록 적 내지 청의 영역(파장 430㎚~670㎚의 범위)에서 반사 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 영상 투사 장치(170)에는, 광검출기(175)가 탑재되어 있어, 복수 파장 광원(91)으로부터 출사되는 광을 검출할 수 있다. 이 광검출기(175)에 의해, 복수 파장 광원(91)으로부터 출사되는 광의 초기값을 기억해 두고, 온도나 경시 열화 등으로, 광량이 변화했을 때에 피드백 제어가 가능한 구성으로 되어 있다.

또한, 그 외의 구성으로서, 투사체(178)를 편광 소자(177)와 반사체(171) 사이에 마련하고, 편광 소자(177)에서 영상으로서 유효한 광선만을 투사체(178)로 진행시키고, 투사체(178)를 출사한 광은, 반사체(171)에서 반사하고, 출사창(174)을 거쳐 스크린, 또는 사람의 망막에 투사시키도록 해도 된다.

[실시예 9]

본 실시예는, 영상 투사 장치의 응용예에 대해 설명한다. 도 14는, 본 실시예에 있어서의 영상 투사 장치의 응용예를 설명하는 도면이다. 도 14에 있어서, 도 14의 (A)는 HMD(202), 도 14의 (B)는 소형 프로젝터(205), 도 14의 (C)는 HUD(209)의 예를 나타내고 있다.

도 14의 (A)에 있어서, HMD(202)는, 사용자(200)의 머리부에 장착되어 있고, HMD(202)의 내부에 탑재된 영상 투사 장치(201)로부터 사용자(200)의 눈에 영상이 투사된다. 사용자는, 공중에 떠 있는 것과 같은 영상인 허상(203)을 시인할 수 있다.

도 14의 (B)에 있어서, 소형 프로젝터(205)는, 내부에 탑재된 영상 투사 장치(204)로부터 스크린(207)에 영상(206)이 투사된다. 사용자(200)는 스크린에 비비춰진 영상을 실상으로서 시인할 수 있다.

도 14의 (C)에 있어서, HUD(209)는, 내부에 탑재된 영상 투사 장치(208)로부터 영상이 허상 생성 소자(210)에 투사된다. 허상 생성 소자는, 일부의 광을 투과 시키고, 나머지를 반사시키는 빔 슬플릿터의 기능과, 곡면 구조이고, 사용자(200)의 눈에 영상을 직접 투사함으로써 허상을 생성하는 렌즈 기능도 갖고 있다. 사용자(200)는, 공중에 떠 있는 것과 같은 영상인 허상(211)을 시인할 수 있다. 이와 같은 HUD는, 차의 운전수용의 어시스트 기능이나, 디지털 사이니지 등에 적용이 기대되고 있다.

어느 장치에 있어서도, 소형이고, 밝은 영상 투사 장치가 요구되고 있다. 본 실시예에서 설명한 영상 투사 장치는, 소형화와, 밝기의 향상에 기여할 수 있다.

[실시예 10]

본 실시예는, 실시예 6 내지 8에서 설명한 영상 투사 장치를 사용한 HMD에 대해 설명한다. 도 15는, 본 실시예에 있어서의 HMD(202)를 설명하는 도면이다. 도 15의 (A)는 HMD(202)의 사시도이고, 영상 투사 장치(212), 출사창(223), 투사체(226)를 갖고 있다. 도 15의 (B)는, 설명을 위해, 영상 투사 장치(212)를 비춰보아 그 내부를 나타낸 사시도이다. 영상 투사 장치(212)는, 조명 장치(82), 편광 분기 소자(221), 표시 장치(222)를 가진다. 또한, 파선으로 기재한 광 진로(224)는, 광선의 진행을 설명하는데 보조하기 위해 기재한 가상선이다.

도 15의 (B)에 있어서, 조명 장치(82)로부터 출사한 3개의 파장의 광은, 편광 분기 소자(221)로 진행하고, 소정 방향의 직선 편광의 광으로 선택된다.

편광 분기 소자(221)에서 소정 방향의 편광으로 선택된 광은, 표시 장치(222)에 조명된다.

여기에서 표시 장치(222)는 컬러 필터가 없는 투과형의 액정소자를 상정하고 있다. 이 때문에, 컬러 필터가 있는 액정과 비교해 화소를 1/3로 할 수 있기 때문에, 높은 해상도의 영상을 실현할 수 있다. 표시 장치(222)의 표시 영역은 영상이 생성되는 영역을 나타내고 있다. 또한, 컬러화는, 조명 장치(82) 내의 복수 파장 광원(91)(도시 생략)에 있는 적, 녹, 청의 파장대의 광을 시간마다 광을 내는 필드 시퀀셜 컬러 기술로 실현된다.

표시 영역은, 화소마다 소정의 편광을 그 편광과는 수직 방향이나 평행 방향이나 어느 쪽으로 변환하는 기능을 갖고 있다. 영상으로서 유효하게 할 경우는, 편광 분기 소자(221)에서 선택된 방향과 직교한 편광으로 변환한다.

표시 영역을 진행하는 영상으로서 유효한 광선과 무효한 광선은, 편광 분기 소자(221)에 재입사한다. 편광 분기 소자(221)에서는, 영상으로서 유효한 편광의 광선만이 반사되고, 무효한 편광의 광선은 통과한다.

편광 분기 소자(221)에서 영상으로서 유효한 광선만이, 출사창(223)을 거쳐 투사체(226)로 진행한다.

투사체(226)에는, 홀로그램(225)이 일부에 형성되어 있고, 표시 영역의 영상을 눈에 허상을 결상시키는 기능을 가진다.

홀로그램(225)은, 회절 소자이고, 입사한 광의 일부를 반사시키고, 그 반사한 광에 소정의 위상을 부여할 수 있는 것이 알려져 있다. 홀로그램(225)은, 그 위상을 이용한 렌즈 기능이 있다.

또한, 투사체(226)는, 안경과 같은 플레이트 형상을 하고 있고, 영상 투사 장치(212)의 기구에 고정되어 있다. 이 때문에, 투사체(226)는, 조명 장치(82)를 포함하는 기구와, 홀로그램(225)을 연결시키는 기능을 포함하고 있다.

또한, 투사체(226)는, 하드코트를 해서, 기름이 부착하기 어렵게 하면 된다.

또한, 투사체(226)는, 영상의 콘트라스트를 향상하기 위해, 외광의 입사를 억제하기 위한 다층막을 형성해도 된다. 또한, 외광의 밝기에 따라, 투과율이 변하도록 하는 구성인 것이 바람직하다. 이와 같은 기능은, 액정 셔터나, 조광 유리 등으로 실현할 수 있다.

출사창(223)은, 외부로부터 먼지나 물방울 등이 들어가는 것을 방지하는 기능을 가진다. 광학적으로 투명한 평판이고, 효율의 로스가 감소하도록 적 내지 청의 영역(파장 430㎚~670㎚의 범위)에서 반사 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 영상 투사 장치(212)에는, 광검출기를 탑재하고, 복수 파장 광원(91)으로부터 출사되는 광을 검출하고, 온도나 경시 열화 등으로, 광량이 변화했을 때에 피드백 제어가 가능한 구성으로 해도 된다.

이상과 같이, 본 실시예는, 실시예 1에서 설명한 조명 장치를 사용한 영상 투사 장치로서, 영상을 생성하는 표시 장치와, 표시 장치에서 생성된 영상을 투사하는 투사체를 구비하고, 집광체로부터의 광을 표시 장치에 조명하고, 투사체는, 허상을 사용자가 시인할 수 있도록 영상 투사 장치로부터 투사하는 영상을 광학적으로 발산시킨다. 이에 의해, 광의 전달 효율이 좋은 허상을 투사하는 영상 투사 장치를 실현할 수 있다.

[실시예 11]

본 실시예는, 실시예 6 내지 8에서 설명한 영상 투사 장치를 사용한 스마트폰에 대해 설명한다. 도 16은, 본 실시예에 있어서의 스마트폰(251)을 설명하는 도면이다. 도 16의 (A)는 정면도, 도 16의 (B)는 측면도를 나타내고 있다.

도 16의 (A)에 있어서, 스마트폰(251)은, 표시와 정전용량을 이용하여 손가락으로 조작하는 2가지 기능을 갖는 표시겸 조작 장치(252), 제어용의 조작 버튼(254), 외부를 촬영하는 촬상 장치(255), 영상 투사 장치(170)를 구비하고 있다.

또한, 도 16의 (B)에 나타내는 바와 같이, 영상 투사 장치(170)는, 화살표(257)의 방향으로, 허상을 투사할 수 있다. 또한, 영상 투사 장치(170)는, 투사체(178), 반사체(171), 출사창(174)을 갖고 있다. 또한, 투사체(178)는, 반사체(171)로부터 멀어지는 방향과 가까이 가는 방향으로 움직이는 기구(258)를 갖게 함으로써, 투사 거리에 따라 영상의 결상 위치를 바꾸는 포커스 기능을 구비시킬 수 있다.

또한, 도 16의 (A)에 나타내는 바와 같이, 영상 투사 장치(170)는, 화살표(256)의 방향으로 회전할 수 있는 회전 기구(도시생략)를 구비시켜, 상방이나 후방으로 영상이 투사하는 방향을 선택할 수 있으면 된다.

이와 같은, 모바일 용도의 장치를 실현하기 위해서는, 장치 전체가 소형화인 것이 바람직하다. 또한, 배터리를 지속해서 사용하기 위해서는 높은 광 이용 효율이 요구된다. 본 실시예에 있어서의 영상 투사 장치(170)는, 이러한 니즈를 실현할 수 있다.

도 17은 스마트폰(251)의 사용 씬을 설명하는 도면이다. 사용자(200)는, 스마트폰(251)의 출사창(174)을 들여다보면, 영상 투사 장치(170)에서 생성된 허상(261)을 시인할 수 있다.

영상 투사 장치(170)를 스마트폰(251)에 탑재함으로써, 스마트폰(251)의 표시겸 조작 장치(252)의 영상뿐만 아니라, 허상(261)도 동시에 볼 수 있다. 또한, 허상(261)의 크기는, 스마트폰의 표시 에어리어보다 크게 할 수 있는 효과가 얻어진다.

최근 스마트폰에서 큰 영상을 보고 싶은 니즈가 있고, 영상이 표시되는 에어리어의 대형화가 진행되고 있다. 그러나, 휴대성을 중시해서 소형의 스마트폰을 선택하는 니즈도 있다. 본 실시예에 있어서의 스마트폰(251)은, 소형이면서, 영상을 크게 할 수 있기 때문에, 양쪽의 니즈를 만족시킬 수 있다.

또한, 통상의 스마트폰은 손가락으로 조작할 수 있다. 표시겸 조작 장치(252) 상의 손가락의 동작을 영상 상의 포인터(259)로서 표시함으로써, 영상(261)을 보면서 사용자(200)는 조작할 수 있다. 이 때에는, 표시겸 조작 장치(252) 상의 영상을 동작시키거나, 영상(261)을 동작시키거나를 전환하는 아이콘을 표시겸 조작 장치(252) 상에 마련하여 제어해도 된다. 물론 조작 버튼(254)에 의한 제어여도 상관없다.

도 18은 스마트폰(251)의 시스템을 설명하는 도면이다. 도 18에 있어서, 스마트폰(251)은, 광검출기(175), 복수 파장 광원(91), 복수 파장 광원을 제어하기 위한 설정값을 기억시킨 데이터 테이블(269)을 구비한 영투사 장치(170), 컨트롤러(272), 통신 장치(273), 외광 센서(274), 센싱 장치(275), 전력 공급 회로(276), 촬상 장치(255), 제어 회로(279), 영상 회로(271), 조작 버튼(254), 표시겸 조작 장치(252)를 구비한다.

통신 장치(273)는, ＷiFi(등록상표)나 Bluetooth(등록상표)와 같은 인터넷 상의 정보나 사용자(200)가 소지하고 있는 전자 기기 등의 외부 서버(280)와 액세스해서 외부 정보를 취득하는 기능을 갖고 있다. 외광 센서(274)는, 외부의 밝기를 취득하는 기능을 갖고 있다. 표시겸 주사 장치(252)는, 사용자(200)에게 정보를 표시함과 함께, 손가락으로 조작하는 조작 정보를 취득하는 기능을 갖고 있다. 또한, 센싱 장치(275)는, 압전소자나 정전용량 등의 원리로 가속도를 검지하는 가속도 센서나 GPS 등으로 외부 환경을 센싱하는 기능을 갖고 있다. 전력 공급 회로(276)는, 배터리 등으로부터 전력을 공급하는 기능을 갖고 있다. 촬상 장치(255)는, 카메라 등으로, 외계 영상을 취득하는 기능을 갖고 있다. 제어 회로(279)는, 조작 버튼(254)이나 표시겸 조작 장치(252)로부터 사용자(200)가 조작하고자 하는 정보를 검지하는 기능을 갖고 있다. 영상 회로(271)는, 사용자(200)의 조작에 따라 표시겸 조작 장치(252)나 영상 투사 장치(170)용으로 영상 정보를 변환하는 기능을 갖고 있다. 그리고, 컨트롤러(272)는, 제어 회로(279)로부터 얻어지는 사용자(200)가 조작한 정보에 따라, 개별 장치, 회로를 컨트롤하는 메인 칩이다.

예를 들면, 센싱 장치(275)에서 얻어진 정보를 바탕으로 컨트롤러(272)는, 스마트폰(251)이 배치되어 있는 장소를 검출하고 외부 서버(280)로부터 주위의 정보를 선택하고, 영상 투사 장치(170)나 표시겸 조작 장치(252)를 구동해서, 선택한 정보를 영상으로서 사용자(200)에게 표시하는 기능을 갖고 있어도 된다.

또한, 전원 공급 회로(276)는, 컨트롤러(272)를 통해 장치에 필요한 전력을 공급한다. 이 때 컨트롤러(272)는, 필요성에 따라, 필요한 장치, 회로에만 전력을 공급함으로써 절전하는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다.

또한, 컨트롤러(272)는, 영상 투사 장치(170) 내에 있는 광검출기(175)로부터의 광량 정보를 모니터하고, 복수 파장 광원(91)의 출력을 제어하는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다.

또한, 컨트롤러(272)는, 표시겸 조작 장치(252)의 아이콘이 조작된 정보가 제어 회로로부터 보내지면, 영상 회로에서 포인터를 영상 상에 표시하도록 조작하고, 영상 장치(170)를 동작시키는 기능도 가진다.

도 19는 스마트폰(251)의 동작 플로우를 설명하는 도면이다. 여기에서는, 촬상 장치(255)에서 촬영한 영상에 가상 현실감(이하 AR로 기재함)을 부여한 영상을 시청하는 동작 플로우에 대해 설명한다.

도 19에 있어서, 사용자(200)가 AR 영상을 표시겸 조작 장치(252)에서 입력한다(도면 중 290). 컨트롤러(272)는, 제어 회로(279)로부터 조작 정보를 입수해서, 필요한 정보 처리를 행한다(도면 중 291). 또한, 복수 파장 광원(91)을 구동하여 발광시킨다(도면 중 292). 광검출기(175)의 신호를 이용하고, 데이터 테이블의 정보에 의거하여 색조정을 행한다(도면 중 293).

컨트롤러(272)는, 복수 파장 광원(91)을 조작함과 함께 촬상 장치(255)에서 외계의 영상을 취득한다(도면 중 297). 또한, 센싱 장치(275)에서 사용자(200)의 위치 정보를 취득하고(도면 중 301), 통신 장치(273)에서 외부 서버(280)로부터 외부 정보를 취득한다(도면 중 302).

컨트롤러(272)는, 영상 회로(271)를 구동하고, 외부 정보, 외계 영상 정보를 화상 처리함(도면 중 298)으로써, AR 영상이나 음성을 생성한다(도면 중 300). 생성된 AR 영상을 표시 장치에 의해 영상을 투사한다(도면 중 294). 그리고, 사용자(200)가 영상을 시청한다(도면 중 295).

다음으로, 도 20을 사용해서 영상 투사 장치(170)의 복수 파장 광원(91)의 조정 플로우에 대해 설명한다. 도 20의 (A)는, 색조정의 플로우이다.

도 20의 (A)에 있어서, 우선, 출하 전의 초기값 설정 시에, 영상 투사 장치(170)로부터 출사되는 화상을 지정된 색좌표가 되도록 복수 파장 광원(91)의 적, 녹, 청의 파장대의 광량(I0(R), I0(G), I0(B))을 데이터 테이블(269)에 저장해 둔다. 컨트롤러(272)로부터 영상 투사 장치(170)의 영상 투사하라는 명령을 받으면, 영상 투사 장치(170)는 복수 파장 광원(91)의 발광을 시작한다(도면 중 311). 다음으로 광검출기(175)에서 복수 파장 광원(91)의 광량(I1(R), I1(G), I1(B))을 검지한다(도면 중 312). 검지한 광량(I1(R), I1(G), I1(B))과 초기의 광량(I0(R), I0(G), I0(B))을 비교함으로써 지정된 색좌표로부터의 오차가 없는지 체크한다(도면 중 313).

영상 투사 장치(170)가 동작 중인 한, 색좌표의 오차가 없는 경우는, 소정의 시간을 두고(도면 중 315), 재차 광검출기(175)에서 광량을 검지하는(도면 중 313) 조정 플로우를 반복한다.

LED와 같은 반도체 광원은, 온도에 따라, 출력이 변화하는 특성이 있다. 이 때문에, 환경의 온도 변화나, 복수 파장 광원(91) 근방에 배치된 전자 회로의 발열 등으로, 복수 파장 광원(91)으로부터 출사되는 각 색의 광출력이 변화한다. 출력이 변화했을 경우는, 오차가 보정되도록 복수 파장 광원(91) 내의 제1 파장 광원(96), 제2 파장 광원(97), 제3 파장 광원(98)의 광량을 제어한다(도면 중 314). 광량의 제어는, 구동 전류를 바꾸는 방법이나, 발광 시간을 바꾸는 등의 방법으로 실현할 수 있다.

광량 제어의 조정이 완료된 후에, 재차 광량을 검지하고(도면 중 312) 소정의 색으로 되어 있는지를 체크한다(도면 중 313).

이와 같이 영상 투사 장치(170)는 색좌표가 일정한 범위를 넘지 않도록 피드백 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 광적분기(93)는, 수지인 것을 상정하고 있다. 이 때문에, 경시적 열화나, 자외선을 받는 등의 열화로, 투과율이 떨어지는 것이 상정된다. 또한, 복수 파장 광원(91)이 경시 열화하여 발광하는 광량 자체가 떨어지는 것도 상정된다. 이러한 경우에 대비하여, 밝기의 제어를 행하는 방법에 대해 도 20의 (B)를 사용해서 설명한다.

도 20의 (B)에 있어서, 컨트롤러(272)로부터 영상 투사 장치(170)의 영상 투사하는 명령을 받고, 영상 투사 장치(170)는 복수 파장 광원(91)의 발광을 시작한다(도면 중 316). 다음으로 광검출기(175)에서 복수 파장 광원(91)의 광량(I2(R), I2(G), I2(B))을 검지한다(도면 중 317). 검지한 광량(I2(R), I2(G), I2(B))의 가산값(IT2)과 초기의 광량(I0(R), I0(G), I0(B))의 가산값(IT0)을 비교한다(도면 중 318).

광량의 차가 소정의 설정값보다 작은 경우는, 복수 파장 광원(91)이나 광검출기(93) 중 어느 쪽이 열화된 것으로 상정하고, 초기의 광량(I0(R), I0(G), I0(B))을 IT2와 IT0의 비율에 따라 초기 광량의 설정을 광량(I0‘(R), I0‘(G), I0‘(B))으로 변경하여 데이터 테이블(269)의 설정값을 갱신한다(도면 중 319).

설정값의 갱신 후에, 재차, 광검출기(175)에서 복수 파장 광원(91)의 광량(I2(R), I2(G), I2(B))을 검지한다(도면 중 317). 검지한 광량(I2(R), I2(G), I2(B))의 가산값(IT2)과 초기의 광량(I0‘(R), I0‘(G), I0‘(B))의 가산값(IT0‘)을 비교한다(도면 중 318).

광량의 차가 소정의 설정값의 범위 내임을 확인할 수 있었을 경우는, 다음으로 광검출기(175)에서, 광량(I3(R), I3(G), I3(B))을 검지한다(도면 중 320). 검지한 광량(I3(R), I3(G), I3(B))과 재설정된 초기의 광량(I0‘(R), I0‘(G), I0‘(B))을 비교함으로써 소정의 색으로부터의 오차가 없는지 체크한다(도면 중 321).

영상 투사 장치(170)가 동작 중인 한, 색좌표의 오차가 없는 경우는, 소정의 시간을 두고(도면 중 323), 재차 광검출기(175)에서 광량을 검지하는(도면 중 320)조정 플로우를 반복한다.

광량의 출력에 오차가 있을 경우는, 오차를 보정하도록 복수 파장 광원(91) 내의 제1 파장 광원(96), 제2 파장 광원(97), 제3 파장 광원(98)의 광량을 제어한다(도면 중 322).

광량 제어의 조정이 완료된 후에, 재차 광량을 검지하고(도면 중 320) 소정의 색좌표로 되어 있는지를 체크한다(도면 중 321). 경시 열화에 의한 밝기의 변화는, 기동시만 체크함으로써 보정할 수 있으므로, 기동시 이외는, 도면 중 320 내지 323의 플로우를 반복 제어하면 된다.

이상, 도 20의 (B)에 나타낸 바와 같이, 색과 밝기도 모니터함으로써, 경시 열화에 따른 밝기 저하에 의한 색좌표의 조정이 할 수 없어지는 불량을 회피할 수 있다.

[실시예 12]

본 실시예는, 실시예 1 내지 4와는 다른 구성의 조명 장치에 대해 설명한다.

도 21은, 본 실시예에 있어서의 조명 장치(501)의 사시도이다. 조명 장치(501)는, 렌즈(502), 리플렉터 케이스(503, 504), 광적분기(507), 복수 파장 광원(508), 플렉서블 광원 기판(506)을 갖고 구성되어 있다.

도 22는, 본 실시예에 있어서의 조명 장치(501)의 전개도이다. 조명 장치(501)의 출사광측을 정면으로 했을 때에, 도 22의 (A)는 플렉서블 광원 기판(506)측에서 본 배면도, 도 22의 (B)는 측면도, 도 22의 (C1)은 렌즈(502)측에서 본 정면도, 도 22의 (C2)는, 렌즈(502)를 제거했을 경우의 정면도를 나타내고 있다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 리플렉터 케이스(503, 504)를, 경계(561)에서 붙여, 후술하는 바와 같이, 광원으로부터의 광을 유도함과 함께, 렌즈(502)를 유지 한다.

도 23은, 본 실시예에 있어서의 조명 장치(501)의 단면도이고, 도 21의 A-A선에서의 화살표 방향에서 본 단면도를 나타내고 있다.

복수 파장 광원(508)은, 상술한 복수 파장 광원(91)과 마찬가지로, 3개의 파장을 출사하는 면 발광형의 광원이고, 여기에서도, 적, 녹, 청의 파장대의 칩을 구비한 LED를 상정하고 있다. 또한, 플렉서블 광원 기판(506)은, 소위 플렉서블 프린트 기판인 것이고, 외부와의 전기적인 접합에 이용할 수 있다. 복수 파장 광원(508)은, 플렉서블 광원 기판(506)에 탑재되어 있고, 플렉서블 광원 기판(506)을 통해, 전류를 외부로부터 공급할 수 있다.

복수 파장 광원(508)으로부터 출사한 광은, 광적분기(207)에 입사하고 균일하게 혼색된다. 광적분기(507)는, 상술한 광적분기(93)와 마찬가지로, 산란 소자(도시 생략)가 랜덤하게 충전되어 있고, 산란의 기능과 측면에 의한 내부 가둠의 기능에 의해, 고효율로 혼색시킬 수 있다.

도 23에 나타내는 바와 같이, 광적분기(507)를 출사한 광은, 렌즈(502), 또는 리플렉터 케이스(503, 504)의 반사 포물면(516, 517)을 통해, 도 21에 나타내는 조명 영역(543)에 조명된다. 조명 영역(543)은, 표시 장치로서 일반적인 애스펙트비 16：9의 장방형을 상정하고 있다.

또한, 리플렉터 케이스(503, 504)에는, 각각 반사 포물면(516, 517)이 있다. 포물선을 y＝a×＾2(해트2)로 두었을 때, 반사 포물면(516, 517)은, 함께 동일한 계수, 원점을 갖는 것을 상정하고 있다. 즉, 포물선의 초점을 광적분기(525)의 출사면으로 하고, 포물선의 원점을 점(525)으로 설정한다. 이 때문에, 광적분기(507)로부터 출사한 광은, 포물면(516, 517)에 의해 대략 평행한 광으로 변환된다.

반사 포물면(516, 517)은, 광을 반사하는 면으로도 있고, 높은 반사율을 실현하기 위해 유전체 다층막으로 실현하는 것이 바람직하다. 물론 알루미늄이나 은 등의 금속 코팅이여도 된다.

도 24는, 렌즈(502)의 전개도이고, 정면도와 측면도를 나타내고 있다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 렌즈(502)는, 투명한 재질로 성형된 광학적 볼록 렌즈이고, 광적분기(507)로부터 출사한 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 기능이 있다. 렌즈(502)의 입사면인 플랫면(532)과 출사면인 렌즈면(531)은 반사 방지 코팅을 하는 것이 바람직하다. 렌즈(502)의 초점은, 광적분기(525)의 출사면에 대략 일치시키고, 렌즈면(531)은, 광적분기(525) 출사면의 광을 효율적으로 대략 평행하게 할 수 있도록 비구면화하는 것이 바람직하다.

또한, 렌즈(502)는, 렌즈를 고정하기 위해, 렌즈면(531)의 외측의 일부에 에지(510, 511)를 갖고 있다.

도 25는, 리플렉터 케이스(503)의 사시도이다. 리플렉터 케이스(503과 504)는 동일한 형상의 것을 면(536)에서 대칭으로 붙인 것이다. 이 때문에, 도 21, 22에 있어서의 경계(561)는, 붙일 때의 경계를 나타내는 것이다.

또한, 리플렉터 케이스(503, 504)는, 적어도 광을 차단하는 불투명한 재질이 바람직하다. 또한, 경량화를 도모하기 때문에, 수지가 바람직하다. 예를 들면, 흑색 착색한 폴리카보네이트 등으로 간단히 실현할 수 있다.

또한, 리플렉터 케이스(503, 504)는, 상술한 반사 포물면이라는 광학 기능뿐만 아니라, 렌즈(502), 광적분기(507), 복수 파장 광원(508), 플렉서블 광원 기판(506)을 고정하는 케이스로서의 기능도 가진다.

또한, 리플렉터 케이스(503, 504)는, 렌즈(502)용의 지지 기구(512, 514), 광적분기(507)용의 지지 기구(535), 복수 파장 광원(508)용의 지지 기구(537), 플렉서블 광원 기판(506)용의 지지 기구(538)를 가진다.

리플렉터 케이스(503, 504) 각각이 갖는 지지 기구(512, 513, 514, 515)에 상기한 렌즈(502)의 에지(510, 511)를 통해 렌즈(502)는 고정된다. 즉, 도 23, 25로부터 명확한 바와 같이, 반사 포물면(516, 517)을 형성하는 공간 내에 렌즈(502)를 배치하고, 렌즈에서 혼색한 광을 대략 평행한 광으로 변환할 수 없었던 렌즈가 잃은 광을 반사 포물면(516, 517)에서 대략 평행한 광으로 변환하도록 구성하고 있다.

표시 장치의 애스펙트비 16：9(수평：수직)의 경우는, 수직측이 짧다. 따라서, 에지(510, 511)는 그 수직측과 대략 평행해지도록 설치한다. 이 경우, 도 23과 같이 조명 장치(23)의 수평 단면을 봤을 때 렌즈(502)가 뜬 것처럼 보인다. 광적분기(507)로부터 출사한 광 중, 렌즈보다 출사 방향 측에 있는 반사 포물선(516, 517)의 에어리어(551, 552)까지 유효 활용할 수 있다. 출사하는 대략 평행한 광이 많을 수록, 광의 취입 각도가 제한된 허상을 투사하는 영상 투사 장치용의 조명 장치로서의 효율을 높일 수 있다.

또한, 지지 기구(519)는, 조명 장치(501)를 다른 허상 장치에 탑재할 때의, 위치 결정 등에 이용하기 위해 마련하고 있다.

도 26은, 적분기로부터 출사되는 광의 횡축 출사 각도에 대한 종축 강도를 나타낸 그래프이다. 종축은 각도 0일 때의 강도로 규격화되어 있다. 통상 면 발광형의 광원으로부터 출사한 광은 전방(前方)의 모든 방위로 진행한다. 이 때문에, 복수 파장 광원(508)으로부터 출사한 광도 선(541)으로 나타내는 바와 같은 전방을 향해 진행한다. 광적분기(507)로부터 출사되는 광은, 출사각이 큰 범위인 광이 출사각이 작은 범위의 광으로 변환되기 때문에, 선(542)으로 도시한 바와 같이, 각도의 강도 분포의 산(山)이 좁아진다.

광적분기(507)를 사용할 경우, 각도가 작은 광이 증가하기 때문에, 각도가 넓은 광보다 각도가 좁은 광의 효율을 높인 쪽이 조명 영역(543)을 균일하게 할 수 있다고 말할 수 있다.

이 때문에, 상술과 같이, 렌즈(502)를 반사 포물면(516, 517)을 형성하는 공간 내에 배치하는 구성을 취하고 있고, 각도가 작은 광을 렌즈(502)에서 평행광으로서 조명 영역(543)에 도입함과 함께, 빠져 나가는 광도 에어리어(551, 552)에서 대략 평행광으로서 도입함으로써 유효 이용할 수 있다. 즉 조명 장치(501)는 광적분기(507)와 조합했을 경우, 보다 효율을 높일 수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 리플렉터 케이스의 반사 포물면은, 실시예 1에서 설명한 바와 같은 조명 영역의 4 모퉁이와, 광적분기(507)의 출사면에 초점이 있는 바와 같은 타원의 형상으로 해도 상관없다. 이 경우, 4 모퉁이의 밝기의 효율을 보다 높일 수 있다.

또한, 렌즈(502)는, 입사면을 플랫면(532), 출사면을 렌즈면(531)로 했지만, 반대로, 입사면을 렌즈면, 출사면을 렌즈면으로 해도 된다. 또한, 입사면, 출사면을 함께 렌즈면으로 해도 상관없다.

또한, 리플렉터 케이스(503)는, 광적분기(507)용의 지지 기구(535)도 반사 코팅하면 된다. 이 경우, 광적분기(507)에서 가두지 못하고 누설되는 광을 리사이클하는 효과가 얻어진다. 상기에서 설명한 바와 같이, 리플렉터 케이스(503)를 분할하고 있기 때문에, 반사 포물면(516)과 지지 기구(535)를 동시에 반사 코팅을 할 수 있는 효과도 얻어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 조명 장치는, 광원(예를 들면 복수 파장 광원(508))과, 그 광원으로부터 출사한 광을 내면반사에 의해 균질화시키는 투명한 재질로 채워진 광적분기(예를 들면 광적분기(507))와, 그 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 렌즈(예를 들면, 렌즈(502))와, 그 렌즈의 광축 중심(파선(499))에 대해 렌즈의 외측에 배치되고 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 반사 포물면(예를 들면, 반사 포물면(516, 517))을 구비한 조명 장치로서, 광적분기의 내부에 광을 산란시키는 산란 소자를 함유시키고, 렌즈의 광적분기 측의 면(예를 들면 플랫면(532))을, 반사 포물면의 광적분기와 반대측에 있는 렌즈 광축 방향의 끝(예를 들면 면(570))보다, 광적분기 측에 배치시킨다.

또한, 광원으로부터 출사한 광을 혼색하고, 혼색한 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 반사 포물면과 렌즈를 갖고, 광원으로부터 출사한 광을 집광해서 출사하는 조명 장치의 조명 방법으로서, 반사 포물면을 형성하는 공간 내에 배치된 렌즈에서 혼색한 광을 대략 평행한 광으로 변환할 수 없었던 광을 반사 포물면에서 대략 평행한 광으로 변환하도록 구성한다.

이에 의해, 광원으로부터의 광을 효율적으로 조명 영역에 조명할 수 있는 조명 장치를 실현할 수 있다.

이상 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 임의의 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 임의의 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것이 가능하다.

1…집광체, 2…광원, 3…조명 영역, 5, 6…입사면, 7, 8, 9, 10, 11…출사면, 12, 13, 14, 15…측면, 22…조명 장치, 32…경계, 91…복수 파장 광원, 93…광적분기, 94…터널 기구, 101…산란 소자, 150…영상 투사 장치, 152…표시 장치, 155…투사체, 202…HMD, 205…프로젝터, 209…HUD, 251…스마트폰, 501…조명 장치, 502…렌즈, 503, 504…리플렉터 케이스, 507…광적분기, 508…복수 파장 광원, 516, 517…반사 포물면

Claims (15)

1. 광원과, 투명한 재질로 형성되고 상기 광원으로부터의 광을 집광해서 출사(出射)하기 위한 집광체를 구비한 조명 장치로서,
   상기 집광체는, 상기 광원 측의 입사면과, 상기 광을 출사하는 출사면과, 상기 입사면과 상기 출사면 사이에 있는 측면을 갖고,
   상기 측면은, 상기 입사면으로부터 상기 출사면을 향해, 광원 중심으로부터 그 발광면과 직교하는 방향의 광축으로부터의 거리가 커지는 만곡면이고, 당해 만곡면의 형상이 서로 다른 복수의 만곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 입사면은, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 광축에 대해 직교하는 방향으로 광축 측인 내측의 광과 광축으로부터 멀어지는 외측의 광으로 분리하는 2가지 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 출사면은, 상기 광원으로부터 출사하여 상기 입사면에서 내측으로 분리된 광의 출사 각도를 변환하는 형상과, 당해 형상의 외측을 복수의 서로 다른 형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 만곡면 형상은, 각각 서로 다른 회전체의 일부이고, 그 서로 다른 회전체의 축을 서로 다르게 한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전체는, 타원체인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 회전체의 각 축은, 상기 광원에서 교차하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 입사면에서 상기 외측으로 분리된 광은, 상기 측면에서 적어도 1회 반사하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 회전체의 축은, 상기 광원과, 상기 조명 장치의 목표로 하는 조명 영역의 중심과 끝 사이를 적어도 통과하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 광원과 상기 집광체 사이에, 상기 광원으로부터 출사한 광을 내면반사에 의해 균질화시키는 투명한 재질로 채워진 광적분기를 배치시킨 것을 특징으로 하는 조명 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 광적분기는, 내부에 광을 산란시키는 산란 소자를 함유시킨 것을 특징으로 하는 조명 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 광원은, 2개 이상의 발광점을 가진 복수 파장 광원인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
12. 제1항에 기재된 조명 장치를 사용한 영상 투사 장치로서,
    영상을 생성하는 표시 장치와,
    당해 표시 장치에서 생성되는 영상을 투사하는 투사체를 구비하고,
    상기 집광체로부터의 광을 상기 표시 장치에 조명하는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 투사체는, 허상(虛像)을 사용자가 시인(視認)할 수 있도록 상기 영상 투사 장치로부터 투사하는 영상을 광학적으로 발산시키는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
14. 광원과, 당해 광원으로부터 출사한 광을 내면반사에 의해 균질화시키는 투명한 재질로 채워진 광적분기와, 당해 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 렌즈와, 당해 렌즈의 광축 중심에 대해 렌즈의 외측에 배치되고 상기 광적분기로부터 출사되는 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 반사 포물면을 구비한 조명 장치로서,
    상기 광적분기의 내부에 광을 산란시키는 산란 소자를 함유시키고,
    상기 렌즈의 상기 광적분기 측의 면을, 상기 반사 포물면의 상기 광적분기와 반대측에 있는 상기 렌즈 광축 방향의 끝보다 상기 광적분기 측에 배치한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
15. 광원으로부터 출사한 광을 혼색하고, 당해 혼색한 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 반사 포물면과 렌즈를 갖고, 광원으로부터 출사한 광을 집광해서 출사하는 조명 장치의 조명 방법으로서,
    상기 반사 포물면을 형성하는 공간 내에 배치된 상기 렌즈에서 상기 혼색한 광을 대략 평행한 광으로 변환할 수 없었던 광을 상기 반사 포물면에서 대략 평행한 광으로 변환하도록 한 것을 특징으로 하는 조명 방법.

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