光学装置およびこれを備える光源装置
【課題】複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できる光学装置およびこれを備える光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】照明光を導光する導光部材4と、導光部材4を支持するロッドベース3とを備え、導光部材4が、照明光を入射させる入射面13と、入射面13に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面15と、導光面15により導光された照明光を出射する出射面16とを有し、ロッドベース3が、導光面15の外面に接触して導光部材4を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置20を採用する。
【解決手段】照明光を導光する導光部材4と、導光部材4を支持するロッドベース3とを備え、導光部材4が、照明光を入射させる入射面13と、入射面13に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面15と、導光面15により導光された照明光を出射する出射面16とを有し、ロッドベース3が、導光面15の外面に接触して導光部材4を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置20を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内面反射により導光する導光部材を支持する技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
液晶プロジェクタ等の光源装置において、出射光束の密度を均一化するために、光源から出射された照明光を導光するロッドインテグレータが用いられる。このような光源装置では、ロッドインテグレータと支持部材との接触面においてロッドインテグレータの内面反射が阻害され、導光する光量が低下してしまうという課題がある。
【0003】
この課題に対して、従来、ロッドインテグレータの支持部材との接触面にミラーコートを施す方法(例えば、特許文献1参照)や、テーパロッドと支持部材との接触面に低屈折率誘電体膜や金属反射膜を形成する方法(例えば、特許文献2参照)や、ロッドインテグレータの側面をネジ等の鋭利な部材で支持して接触面積を減らす方法(例えば、特許文献3参照)が知られている。
【特許文献1】特開平11−326727号公報
【特許文献2】特開2004−93623号公報
【特許文献3】特許第3298576号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示されている技術には、ミラーコートの反射率は内面反射に比べて低いので、導光する光量を低下させてしまうという不都合がある。
また、特許文献2に開示されている技術には、導光部材と支持部材とを接着するため、接着剤の硬化時間を必要とし、組み立て作業時間の増大を招くという不都合がある。
また、特許文献1および特許文献2に開示されている技術は、ロッドインテグレータにミラーコートや低屈折率誘電体膜を形成する必要があり、加工工程が増えて製造コストの増大を招くという不都合がある。
また、特許文献3に開示されている技術には、ロッドインテグレータを鋭利な支持部材で支持するため、ロッドインテグレータの外面を傷つけてしまうとともに、十分な固定強度を得られないという不都合がある。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できる光学装置およびこれを備える光源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】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、照明光を導光する導光部材と、該導光部材を支持する支持部材とを備え、前記導光部材が、照明光を入射させる入射面と、該入射面に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面と、該導光面により導光された照明光を出射する出射面とを有し、前記支持部材が、前記導光面の外面に接触して前記導光部材を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置を採用する。
【0007】
本発明によれば、粗面処理された支持部材の接触面を導光部材の導光面の外面に接触させることで、支持部材により導光部材が支持される。
このようにすることで、導光部材と支持部材との接触面積を小さくして、導光面の外側に微細な空隙を設けることにより、導光部材の導光面における全反射条件を維持することができ、導光部材により導光される光量の低下を抑制することができる。
すなわち、本発明によれば、ミラーコート等の複雑な製造工程を要せずに、導光部材により導光される光量の低下を抑制することができる。また、接着による固定方法を必要としないため、組み立て作業時間を短縮できるとともに、接着剤の経年劣化による導光部材の位置ずれを防止することができる。
【0008】
上記の光学装置において、前記粗面処理が、前記接触面をJIS−B−0601−2001に規定される算術平均粗さRaが0.2μm以上、12.5μm以下となるように処理することとしてもよい。
導光部材と支持部材との接触面を上記の表面粗さとすることで、導光部材と支持部材との接触面積を好適なものとすることができる。これにより、導光部材により導光される光量の低下を抑制するとともに、導光部材の導光面の外面を傷つけてしまうことを防止することができる。
【0009】
本発明は、円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を出射する複数の光源と、該光源の半径方向内方に配置された上記の光学装置と、該光学装置により導光された照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に偏向する偏向部と、前記光学装置および前記偏向部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、前記光源の点灯制御と前記回転部の回転制御を行う制御部とを備える光源装置を採用する。
【0010】
このような光源装置によれば、複数の光源から円環の円周方向に沿って順次出射されるパルス状の照明光が、光学装置により半径方向内方に導光され、偏向部により中心軸線に沿う方向に偏向される。これにより、光学装置により導光される光量の低下を抑制しつつ、円環の中心軸線に沿う方向に連続的な照明光を出射することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態に係る光学装置およびこれを備える光源装置について図面を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る光源装置10は、円環状のリング部材14と、リング部材14の内周面に並んで配置された複数のLED(光源)1と、リング部材14の半径方向内方に配置され、LED1から出射された照明光を導光する導光部材4と、導光部材4を支持する円柱状のロッドベース(支持部材)3と、導光部材4をロッドベース3に固定する固定部材18と、導光部材4、ロッドベース3、および固定部材18を円環の中心軸線O回りに一体的に回転駆動するモーター2(回転部)と、これらを制御する図示しない制御部とを備えている。なお、上記の導光部材4、ロッドベース3、および固定部材18で光学装置20を構成している。
【0013】
LED1は、円環の半径方向内方に出射光軸を向けてリング部材14に固定されており、半径方向内方に照明光を出射するようになっている。
導光部材4は、LED1から出射された照明光を入射させる入射面13を有し、入射させた照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド11と、導光ロッド11により導光された照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射プリズム(偏向部)12とを備えており、LED1から半径方向内方に出射された照明光を中心軸線Oに沿う方向に導光するようになっている。なお、導光ロッド11および反射プリズム12の具体的な構成および支持方法については後述する。
【0014】
モーター2は、中心軸線Oに沿う方向に配置されており、導光部材4、ロッドベース3、および固定部材18を中心軸線O回りに一体的に回転駆動するようになっている。
制御部は、LED1の点灯制御とモーター2の回転制御を行うようになっている。具体的には、制御部は、LED1をパルス点灯させる周期および位相と、モーター2の回転周期および位相とを同期させ、パルス点灯するLED1に導光部材4の入射面13を対向させるようにLED1およびモーター2を制御する。
【0015】
上記構成を有する光源装置10の基本的な動作について以下に説明する。
光源装置10の電源をONにすると、モーター2により導光部材4の回転駆動が開始される。導光部材4の回転速度が一定速に達すると、制御部により、導光ロッド11の入射面13に対向するLED1が、導光部材4の回転周期および位相と同期して順次パルス点灯させられる。LED1から出射され、導光ロッド11の入射面13に入射した照明光は、導光ロッド11により半径方向内方に導光され、反射プリズム12により反射されて中心軸線Oに沿う方向に出射される。このようにして、光源装置10は、LED1からの照明光を中心軸線Oに沿う方向に連続的に出射する。
【0016】
以下に、導光ロッド11および反射プリズム12の具体的な構成および支持方法について、図2および図3を参照して説明する。
図2および図3に示すように、導光ロッド11は、LED1から出射された照明光を入射させる入射面13と、入射面13に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面15と、導光面15により導光された照明光を出射する出射面16とを有している。導光ロッド11は、矩形の横断面を有しており、上面にテーパが設けられ、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。
【0017】
反射プリズム12は、導光ロッド11の出射面16と接合され、導光ロッド11により導光された照明光を入射させる入射面31と、入射面31に入射させた照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射面32と、反射面32により反射された照明光を出射する出射面33とを有している。反射プリズム12は、矩形の入射面31と出射面33とが互いに直交する方向に設けられている。
【0018】
ロッドベース3には、導光ロッド11の側方および下方に複数の突起部が設けられており、複数の突起部と導光ロッド11との接触面が符号21,22,26,27として表されている。これら接触面21,22,26,27を導光ロッド11に接触させることで、導光ロッド11の側方向および下方向の位置決めが行われる。
【0019】
また、ロッドベース3には、反射プリズム12を当て付けて位置決めするための接触面24が設けられている。この接触面24に反射プリズム12を当て付けることで、導光ロッド11および反射プリズム12の半径方向の位置決めが行われるとともに、半径方向内方への移動が規制される。
【0020】
さらに、導光ロッド11の上方向には固定部材18が設けられており、固定部材18と導光ロッド11との接触面が符号28として表されている。この接触面28、23を、テーパが設けられた導光ロッド11の上面および側面と接触させることで、導光ロッド11の上方向、半径方向外方および側方向への移動が規制される。
以上のように、接触面21,22,23,24,26,27,28に導光ロッド11を接触させることで、導光ロッド11をロッドベース3に固定することができる。
【0021】
導光ロッド11は、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に増大するテーパとなっているため、ロッドベース3と固定部材18によって挟み込むことで、モーター2による回転によって生じる遠心力に抗して、接触面での接着なしに導光部材4をロッドベース3に固定することができる。また導光ロッド11がテーパであることにより、LED1から出射された照明光について、中心軸線Oに沿った方向の拡散角度を小さくすることができる。
【0022】
次に、前述の接触面21,22,23,24,26,27,28の具体的な形状について、図4および図5を参照して説明する。
図5は本実施形態の接触面の断面形状を模式的に示した図であり、図4は比較として示す従来の接触面の断面形状を模式的に示した図である。なお、ここでは代表として接触面21について説明するが、他の接触面についても同様の形状である。また、接触面の表面粗さは、JIS−B−0601−2001に規定されている算術平均粗さRaを用いて説明する。
【0023】
図4に示すように、従来の接触面41は、導光ロッド11の導光面15と同様な、光学的に平滑な断面形状を有しており、接触面41の算術平均粗さRaは0.2μmよりも小さい。ここで、導光ロッド11の導光面15の外面の算術平均粗さRaは、0.2μmよりも小さく、より好ましくは0.1μm以下であることが望ましいとされている。
したがって、接触面41と導光ロッド11の導光面15の外面とは光学的に密着した状態であり、導光ロッド11により導光される光の一部が、導光面15で内面反射せずに漏れてしまい、光量の低下を招くこととなる。
【0024】
一方、図5に示すように、本実施形態の接触面21は、凹凸の起伏がランダムに設けられた断面形状を有しており、接触面21の算術平均粗さRaが0.2μmよりも大きくなるように粗面処理が施されている。そのため、導光ロッド11と接触面21との接触面積が小さく、導光面15の外側に微細な空隙が形成されている。
【0025】
ここで、接触面の表面粗さと反射率の関係について、図6を参照して説明する。
図6は、接触面の表面粗さを変化させて、導光ロッド11の導光面15の反射率を測定した結果を示している。
図6に示すように、接触面の算術平均粗さRaを3.2μmから0.2μmまで小さくするにつれて、導光ロッド11の導光面15の反射率は緩やかに低下する。しかし、接触面の算術平均粗さRaを0.2μmよりも小さくすると、導光ロッド11の導光面15の反射率は急激に低下する。
したがって、接触面21を、算術平均粗さRaが0.2μm以上となる表面粗さとすることで、導光面15における全反射条件を維持することができ、導光ロッド11により導光される光量の低下を抑制することができる。
また、接触面21を、算術平均粗さRaが12.5μm以下となる表面粗さとすることで、導光ロッド11の導光面15の外面を傷つけてしまうことを防止することができる。
【0026】
以上説明してきたように、本実施形態に係る光学装置20およびこれを備える光源装置10によれば、ミラーコート等の複雑な製造工程を要せずに、導光部材4により導光される光量の低下を抑制することができる。また、接着による固定方法を必要としないため、組み立て作業時間を短縮できるとともに、接着剤の経年劣化による導光部材4の位置ずれを防止することや、接着面で全反射条件が崩れることによる光量低下を防止することができる。
【0027】
なお、接触面の表面粗さを算術平均粗さRaを用いて説明したが、これに代えて、JIS−B−0601−2001に規定されている最大高さRzを用いてもよい。経験的にRzは、Rz=4×Raの関係があることが知られているので、この場合には接触面21の最大高さRzを0.8よりも大きく、50より小さくすればよい。
【0028】
また、接触面の表面形状は図5に示すようなランダムな粗面でもよいが、図11に示すように規則的に粗面を形成したものでもよい。また、導光部材4との接触圧力で粗面の頂点部が潰れてしまうことを防止するために、接触面を樹脂などの柔らかい材質で構成するよりも、金属のような硬い材質で構成することが望ましい。
【0029】
次に、本実施形態に係る光学装置の変形例について図面を参照して説明する。なお、各変形例の光学装置について、前述の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
〔第1の変形例〕
図7(a)および図7(b)は、第1の変形例に係る導光部材5の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド31の4つの導光面全てにテーパが設けられている点である。
【0030】
図7(a)および図7(b)に示すように、導光部材5は、LED1から出射された照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド31と、導光ロッド31により導光された照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射プリズム12とを備えている。
導光ロッド31は、矩形の横断面を有し、4つの導光面15の全てにテーパが設けられ、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。これにより、LED1から出射された照明光について、中心軸線Oに沿った方向とそれに直角な方向の拡散角度を小さくすることができる。
また、ロッドベース3の接触面21,22,26,27と固定部材18の接触面23,28は、導光面15のテーパに沿った角度とされている。
【0031】
このようにすることで、ロッドベース3に設けられた接触面21,22,26,27と固定部材18に設けられた接触面23,28を、テーパが設けられた導光面15の外面に接触させ、導光ロッド11の半径方向外方への移動を規制することができる。これにより、モーター2による回転によって生じる遠心力に抗して、接触面での接着なしに導光部材5を固定することができる。
【0032】
〔第2の変形例〕
図8(a)および図8(b)は、第2の変形例に係る導光部材6の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、反射プリズム12の出射面33にテーパロッド35が接合され、テーパロッド35の側面を固定部材36に設けられた接触面37に当て付けている点である。
【0033】
図8(a)および図8(b)に示すように、導光部材6は、LED1から出射された照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド11と、導光ロッド11により導光された照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射プリズム12と、反射プリズム12により反射された照明光を導光するテーパロッド35とを備えている。
【0034】
テーパロッド35は、矩形の横断面を有し、4つの導光面38の全てにテーパが設けられ、入射面から出射面に向かって横断面積が次第に減少する形状とされている。また、テーパロッド35は、中心軸線Oに中心軸を合わせて配置されている。
固定部材37には、例えば、図示しない長穴が設けられ、この長穴とネジを用いてロッドベース3に固定することで、ロッドベース3に対して位置調整が可能なようになっている。このようにすることで、テーパロッド2の中心軸を中心軸線Oに精密に合わせたり、導光部材6の寸法誤差に合わせて導光ロッド11の入射面13の位置を調整することが可能となる。
【0035】
〔第3の変形例〕
図9(a)および図9(b)は、第3の変形例に係る導光部材7の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド41のテーパ面の傾斜方向が逆となっていること、および、反射プリズム12の入射面31を固定部材42に設けられた接触面43に当て付けている点である。
【0036】
図9(a)および図9(b)に示すように、導光ロッド41は、矩形の横断面を有しており、上面にテーパが設けられ、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に減少する形状とされている。
【0037】
導光ロッド11の上方には固定部材42が設けられており、固定部材42と導光ロッド41との接触面が符号23、および28として表され、固定部材42と反射プリズム12との接触面が符号43として表されている。この接触面28をテーパが設けられた導光面15の外面と接触させるとともに、接触面43を反射プリズム12と接触させることで、導光ロッド41の上方、半径方向内方、および半径方向外方への移動を規制することができる。
【0038】
〔第4の変形例〕
図10(a)、図10(b)、および図10(c)は、第4の変形例に係る導光部材8の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド51の上面および両側面に傾斜方向の異なるテーパが設けられ、固定部材52に導光ロッド51の側面に接触する接触面53が設けられた点である。
【0039】
図10(a)、図10(b)、および図10(c)に示すように、導光ロッド51の上面に固定部材52に設けられた接触面28を当て付けるとともに、導光ロッド51の側面に固定部材52に設けられた接触面53を当て付けることで、導光ロッド41の上方、半径方向内方、および半径方向外方への移動を規制することができる。
【0040】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、各接触面の表面形状は、図5または図11に示す形状であるとして説明したが、これらに代えて、微小な突起が複数配列された形状としてもよく、導光部材との接触面積を小さくするとともに導光部材を安定的に支持可能な形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の一実施形態に係る光源装置の構成を説明する模式図である。
【図2】図1の光学装置の上面図である。
【図3】図1の光学装置の縦断面図である。
【図4】従来の接触面の断面形状を説明する図である。
【図5】本実施形態の接触面の断面形状を説明する図である。
【図6】接触面の表面粗さと導光面の反射率との関係を説明する図である。
【図7】第1の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
【図8】第2の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
【図9】第3の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
【図10】第4の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は縦断面図である。
【図11】図5の接触面の代替案を説明する図である。
【符号の説明】
【0042】
1 LED
2 モーター
3 ロッドベース
4,5,6,7,8 導光部材
10 光源装置
11,41,51 導光ロッド
12 反射プリズム
13 入射面
14 リング部材
15 導光面
16 出射面
18 固定部材
20 光学装置
21,22,23,24,26,27,28 接触面
【技術分野】
【0001】
本発明は、内面反射により導光する導光部材を支持する技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
液晶プロジェクタ等の光源装置において、出射光束の密度を均一化するために、光源から出射された照明光を導光するロッドインテグレータが用いられる。このような光源装置では、ロッドインテグレータと支持部材との接触面においてロッドインテグレータの内面反射が阻害され、導光する光量が低下してしまうという課題がある。
【0003】
この課題に対して、従来、ロッドインテグレータの支持部材との接触面にミラーコートを施す方法(例えば、特許文献1参照)や、テーパロッドと支持部材との接触面に低屈折率誘電体膜や金属反射膜を形成する方法(例えば、特許文献2参照)や、ロッドインテグレータの側面をネジ等の鋭利な部材で支持して接触面積を減らす方法(例えば、特許文献3参照)が知られている。
【特許文献1】特開平11−326727号公報
【特許文献2】特開2004−93623号公報
【特許文献3】特許第3298576号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示されている技術には、ミラーコートの反射率は内面反射に比べて低いので、導光する光量を低下させてしまうという不都合がある。
また、特許文献2に開示されている技術には、導光部材と支持部材とを接着するため、接着剤の硬化時間を必要とし、組み立て作業時間の増大を招くという不都合がある。
また、特許文献1および特許文献2に開示されている技術は、ロッドインテグレータにミラーコートや低屈折率誘電体膜を形成する必要があり、加工工程が増えて製造コストの増大を招くという不都合がある。
また、特許文献3に開示されている技術には、ロッドインテグレータを鋭利な支持部材で支持するため、ロッドインテグレータの外面を傷つけてしまうとともに、十分な固定強度を得られないという不都合がある。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できる光学装置およびこれを備える光源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】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、照明光を導光する導光部材と、該導光部材を支持する支持部材とを備え、前記導光部材が、照明光を入射させる入射面と、該入射面に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面と、該導光面により導光された照明光を出射する出射面とを有し、前記支持部材が、前記導光面の外面に接触して前記導光部材を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置を採用する。
【0007】
本発明によれば、粗面処理された支持部材の接触面を導光部材の導光面の外面に接触させることで、支持部材により導光部材が支持される。
このようにすることで、導光部材と支持部材との接触面積を小さくして、導光面の外側に微細な空隙を設けることにより、導光部材の導光面における全反射条件を維持することができ、導光部材により導光される光量の低下を抑制することができる。
すなわち、本発明によれば、ミラーコート等の複雑な製造工程を要せずに、導光部材により導光される光量の低下を抑制することができる。また、接着による固定方法を必要としないため、組み立て作業時間を短縮できるとともに、接着剤の経年劣化による導光部材の位置ずれを防止することができる。
【0008】
上記の光学装置において、前記粗面処理が、前記接触面をJIS−B−0601−2001に規定される算術平均粗さRaが0.2μm以上、12.5μm以下となるように処理することとしてもよい。
導光部材と支持部材との接触面を上記の表面粗さとすることで、導光部材と支持部材との接触面積を好適なものとすることができる。これにより、導光部材により導光される光量の低下を抑制するとともに、導光部材の導光面の外面を傷つけてしまうことを防止することができる。
【0009】
本発明は、円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を出射する複数の光源と、該光源の半径方向内方に配置された上記の光学装置と、該光学装置により導光された照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に偏向する偏向部と、前記光学装置および前記偏向部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、前記光源の点灯制御と前記回転部の回転制御を行う制御部とを備える光源装置を採用する。
【0010】
このような光源装置によれば、複数の光源から円環の円周方向に沿って順次出射されるパルス状の照明光が、光学装置により半径方向内方に導光され、偏向部により中心軸線に沿う方向に偏向される。これにより、光学装置により導光される光量の低下を抑制しつつ、円環の中心軸線に沿う方向に連続的な照明光を出射することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複雑な製造工程を要することなく、導光する光量の低下を抑制できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態に係る光学装置およびこれを備える光源装置について図面を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る光源装置10は、円環状のリング部材14と、リング部材14の内周面に並んで配置された複数のLED(光源)1と、リング部材14の半径方向内方に配置され、LED1から出射された照明光を導光する導光部材4と、導光部材4を支持する円柱状のロッドベース(支持部材)3と、導光部材4をロッドベース3に固定する固定部材18と、導光部材4、ロッドベース3、および固定部材18を円環の中心軸線O回りに一体的に回転駆動するモーター2(回転部)と、これらを制御する図示しない制御部とを備えている。なお、上記の導光部材4、ロッドベース3、および固定部材18で光学装置20を構成している。
【0013】
LED1は、円環の半径方向内方に出射光軸を向けてリング部材14に固定されており、半径方向内方に照明光を出射するようになっている。
導光部材4は、LED1から出射された照明光を入射させる入射面13を有し、入射させた照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド11と、導光ロッド11により導光された照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射プリズム(偏向部)12とを備えており、LED1から半径方向内方に出射された照明光を中心軸線Oに沿う方向に導光するようになっている。なお、導光ロッド11および反射プリズム12の具体的な構成および支持方法については後述する。
【0014】
モーター2は、中心軸線Oに沿う方向に配置されており、導光部材4、ロッドベース3、および固定部材18を中心軸線O回りに一体的に回転駆動するようになっている。
制御部は、LED1の点灯制御とモーター2の回転制御を行うようになっている。具体的には、制御部は、LED1をパルス点灯させる周期および位相と、モーター2の回転周期および位相とを同期させ、パルス点灯するLED1に導光部材4の入射面13を対向させるようにLED1およびモーター2を制御する。
【0015】
上記構成を有する光源装置10の基本的な動作について以下に説明する。
光源装置10の電源をONにすると、モーター2により導光部材4の回転駆動が開始される。導光部材4の回転速度が一定速に達すると、制御部により、導光ロッド11の入射面13に対向するLED1が、導光部材4の回転周期および位相と同期して順次パルス点灯させられる。LED1から出射され、導光ロッド11の入射面13に入射した照明光は、導光ロッド11により半径方向内方に導光され、反射プリズム12により反射されて中心軸線Oに沿う方向に出射される。このようにして、光源装置10は、LED1からの照明光を中心軸線Oに沿う方向に連続的に出射する。
【0016】
以下に、導光ロッド11および反射プリズム12の具体的な構成および支持方法について、図2および図3を参照して説明する。
図2および図3に示すように、導光ロッド11は、LED1から出射された照明光を入射させる入射面13と、入射面13に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面15と、導光面15により導光された照明光を出射する出射面16とを有している。導光ロッド11は、矩形の横断面を有しており、上面にテーパが設けられ、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。
【0017】
反射プリズム12は、導光ロッド11の出射面16と接合され、導光ロッド11により導光された照明光を入射させる入射面31と、入射面31に入射させた照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射面32と、反射面32により反射された照明光を出射する出射面33とを有している。反射プリズム12は、矩形の入射面31と出射面33とが互いに直交する方向に設けられている。
【0018】
ロッドベース3には、導光ロッド11の側方および下方に複数の突起部が設けられており、複数の突起部と導光ロッド11との接触面が符号21,22,26,27として表されている。これら接触面21,22,26,27を導光ロッド11に接触させることで、導光ロッド11の側方向および下方向の位置決めが行われる。
【0019】
また、ロッドベース3には、反射プリズム12を当て付けて位置決めするための接触面24が設けられている。この接触面24に反射プリズム12を当て付けることで、導光ロッド11および反射プリズム12の半径方向の位置決めが行われるとともに、半径方向内方への移動が規制される。
【0020】
さらに、導光ロッド11の上方向には固定部材18が設けられており、固定部材18と導光ロッド11との接触面が符号28として表されている。この接触面28、23を、テーパが設けられた導光ロッド11の上面および側面と接触させることで、導光ロッド11の上方向、半径方向外方および側方向への移動が規制される。
以上のように、接触面21,22,23,24,26,27,28に導光ロッド11を接触させることで、導光ロッド11をロッドベース3に固定することができる。
【0021】
導光ロッド11は、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に増大するテーパとなっているため、ロッドベース3と固定部材18によって挟み込むことで、モーター2による回転によって生じる遠心力に抗して、接触面での接着なしに導光部材4をロッドベース3に固定することができる。また導光ロッド11がテーパであることにより、LED1から出射された照明光について、中心軸線Oに沿った方向の拡散角度を小さくすることができる。
【0022】
次に、前述の接触面21,22,23,24,26,27,28の具体的な形状について、図4および図5を参照して説明する。
図5は本実施形態の接触面の断面形状を模式的に示した図であり、図4は比較として示す従来の接触面の断面形状を模式的に示した図である。なお、ここでは代表として接触面21について説明するが、他の接触面についても同様の形状である。また、接触面の表面粗さは、JIS−B−0601−2001に規定されている算術平均粗さRaを用いて説明する。
【0023】
図4に示すように、従来の接触面41は、導光ロッド11の導光面15と同様な、光学的に平滑な断面形状を有しており、接触面41の算術平均粗さRaは0.2μmよりも小さい。ここで、導光ロッド11の導光面15の外面の算術平均粗さRaは、0.2μmよりも小さく、より好ましくは0.1μm以下であることが望ましいとされている。
したがって、接触面41と導光ロッド11の導光面15の外面とは光学的に密着した状態であり、導光ロッド11により導光される光の一部が、導光面15で内面反射せずに漏れてしまい、光量の低下を招くこととなる。
【0024】
一方、図5に示すように、本実施形態の接触面21は、凹凸の起伏がランダムに設けられた断面形状を有しており、接触面21の算術平均粗さRaが0.2μmよりも大きくなるように粗面処理が施されている。そのため、導光ロッド11と接触面21との接触面積が小さく、導光面15の外側に微細な空隙が形成されている。
【0025】
ここで、接触面の表面粗さと反射率の関係について、図6を参照して説明する。
図6は、接触面の表面粗さを変化させて、導光ロッド11の導光面15の反射率を測定した結果を示している。
図6に示すように、接触面の算術平均粗さRaを3.2μmから0.2μmまで小さくするにつれて、導光ロッド11の導光面15の反射率は緩やかに低下する。しかし、接触面の算術平均粗さRaを0.2μmよりも小さくすると、導光ロッド11の導光面15の反射率は急激に低下する。
したがって、接触面21を、算術平均粗さRaが0.2μm以上となる表面粗さとすることで、導光面15における全反射条件を維持することができ、導光ロッド11により導光される光量の低下を抑制することができる。
また、接触面21を、算術平均粗さRaが12.5μm以下となる表面粗さとすることで、導光ロッド11の導光面15の外面を傷つけてしまうことを防止することができる。
【0026】
以上説明してきたように、本実施形態に係る光学装置20およびこれを備える光源装置10によれば、ミラーコート等の複雑な製造工程を要せずに、導光部材4により導光される光量の低下を抑制することができる。また、接着による固定方法を必要としないため、組み立て作業時間を短縮できるとともに、接着剤の経年劣化による導光部材4の位置ずれを防止することや、接着面で全反射条件が崩れることによる光量低下を防止することができる。
【0027】
なお、接触面の表面粗さを算術平均粗さRaを用いて説明したが、これに代えて、JIS−B−0601−2001に規定されている最大高さRzを用いてもよい。経験的にRzは、Rz=4×Raの関係があることが知られているので、この場合には接触面21の最大高さRzを0.8よりも大きく、50より小さくすればよい。
【0028】
また、接触面の表面形状は図5に示すようなランダムな粗面でもよいが、図11に示すように規則的に粗面を形成したものでもよい。また、導光部材4との接触圧力で粗面の頂点部が潰れてしまうことを防止するために、接触面を樹脂などの柔らかい材質で構成するよりも、金属のような硬い材質で構成することが望ましい。
【0029】
次に、本実施形態に係る光学装置の変形例について図面を参照して説明する。なお、各変形例の光学装置について、前述の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
〔第1の変形例〕
図7(a)および図7(b)は、第1の変形例に係る導光部材5の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド31の4つの導光面全てにテーパが設けられている点である。
【0030】
図7(a)および図7(b)に示すように、導光部材5は、LED1から出射された照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド31と、導光ロッド31により導光された照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射プリズム12とを備えている。
導光ロッド31は、矩形の横断面を有し、4つの導光面15の全てにテーパが設けられ、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。これにより、LED1から出射された照明光について、中心軸線Oに沿った方向とそれに直角な方向の拡散角度を小さくすることができる。
また、ロッドベース3の接触面21,22,26,27と固定部材18の接触面23,28は、導光面15のテーパに沿った角度とされている。
【0031】
このようにすることで、ロッドベース3に設けられた接触面21,22,26,27と固定部材18に設けられた接触面23,28を、テーパが設けられた導光面15の外面に接触させ、導光ロッド11の半径方向外方への移動を規制することができる。これにより、モーター2による回転によって生じる遠心力に抗して、接触面での接着なしに導光部材5を固定することができる。
【0032】
〔第2の変形例〕
図8(a)および図8(b)は、第2の変形例に係る導光部材6の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、反射プリズム12の出射面33にテーパロッド35が接合され、テーパロッド35の側面を固定部材36に設けられた接触面37に当て付けている点である。
【0033】
図8(a)および図8(b)に示すように、導光部材6は、LED1から出射された照明光を円環の半径方向内方に導光する導光ロッド11と、導光ロッド11により導光された照明光を中心軸線Oに沿う方向に反射する反射プリズム12と、反射プリズム12により反射された照明光を導光するテーパロッド35とを備えている。
【0034】
テーパロッド35は、矩形の横断面を有し、4つの導光面38の全てにテーパが設けられ、入射面から出射面に向かって横断面積が次第に減少する形状とされている。また、テーパロッド35は、中心軸線Oに中心軸を合わせて配置されている。
固定部材37には、例えば、図示しない長穴が設けられ、この長穴とネジを用いてロッドベース3に固定することで、ロッドベース3に対して位置調整が可能なようになっている。このようにすることで、テーパロッド2の中心軸を中心軸線Oに精密に合わせたり、導光部材6の寸法誤差に合わせて導光ロッド11の入射面13の位置を調整することが可能となる。
【0035】
〔第3の変形例〕
図9(a)および図9(b)は、第3の変形例に係る導光部材7の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド41のテーパ面の傾斜方向が逆となっていること、および、反射プリズム12の入射面31を固定部材42に設けられた接触面43に当て付けている点である。
【0036】
図9(a)および図9(b)に示すように、導光ロッド41は、矩形の横断面を有しており、上面にテーパが設けられ、入射面13から出射面16に向かって横断面積が次第に減少する形状とされている。
【0037】
導光ロッド11の上方には固定部材42が設けられており、固定部材42と導光ロッド41との接触面が符号23、および28として表され、固定部材42と反射プリズム12との接触面が符号43として表されている。この接触面28をテーパが設けられた導光面15の外面と接触させるとともに、接触面43を反射プリズム12と接触させることで、導光ロッド41の上方、半径方向内方、および半径方向外方への移動を規制することができる。
【0038】
〔第4の変形例〕
図10(a)、図10(b)、および図10(c)は、第4の変形例に係る導光部材8の具体的な構成および支持方法を説明する模式図である。本変形例に係る光学装置が前述の実施形態と異なる点は、導光ロッド51の上面および両側面に傾斜方向の異なるテーパが設けられ、固定部材52に導光ロッド51の側面に接触する接触面53が設けられた点である。
【0039】
図10(a)、図10(b)、および図10(c)に示すように、導光ロッド51の上面に固定部材52に設けられた接触面28を当て付けるとともに、導光ロッド51の側面に固定部材52に設けられた接触面53を当て付けることで、導光ロッド41の上方、半径方向内方、および半径方向外方への移動を規制することができる。
【0040】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、各接触面の表面形状は、図5または図11に示す形状であるとして説明したが、これらに代えて、微小な突起が複数配列された形状としてもよく、導光部材との接触面積を小さくするとともに導光部材を安定的に支持可能な形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の一実施形態に係る光源装置の構成を説明する模式図である。
【図2】図1の光学装置の上面図である。
【図3】図1の光学装置の縦断面図である。
【図4】従来の接触面の断面形状を説明する図である。
【図5】本実施形態の接触面の断面形状を説明する図である。
【図6】接触面の表面粗さと導光面の反射率との関係を説明する図である。
【図7】第1の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
【図8】第2の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
【図9】第3の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
【図10】第4の変形例に係る光学装置の構成を説明する模式図であって、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は縦断面図である。
【図11】図5の接触面の代替案を説明する図である。
【符号の説明】
【0042】
1 LED
2 モーター
3 ロッドベース
4,5,6,7,8 導光部材
10 光源装置
11,41,51 導光ロッド
12 反射プリズム
13 入射面
14 リング部材
15 導光面
16 出射面
18 固定部材
20 光学装置
21,22,23,24,26,27,28 接触面
【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明光を導光する導光部材と、該導光部材を支持する支持部材とを備え、
前記導光部材が、照明光を入射させる入射面と、該入射面に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面と、該導光面により導光された照明光を出射する出射面とを有し、
前記支持部材が、前記導光面の外面に接触して前記導光部材を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置。
【請求項2】
前記粗面処理が、前記接触面をJIS−B−0601−2001に規定される算術平均粗さRaが0.2μm以上、12.5μm以下となるように処理する請求項1に記載の光学装置。
【請求項3】
円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を出射する複数の光源と、
該光源の半径方向内方に配置された請求項1または請求項2に記載の光学装置と、
該光学装置により導光された照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に偏向する偏向部と、
前記光学装置および前記偏向部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、
前記光源の点灯制御と前記回転部の回転制御を行う制御部とを備える光源装置。
【請求項1】
照明光を導光する導光部材と、該導光部材を支持する支持部材とを備え、
前記導光部材が、照明光を入射させる入射面と、該入射面に入射させた照明光を内面反射させて導光する導光面と、該導光面により導光された照明光を出射する出射面とを有し、
前記支持部材が、前記導光面の外面に接触して前記導光部材を支持する粗面処理された接触面を有する光学装置。
【請求項2】
前記粗面処理が、前記接触面をJIS−B−0601−2001に規定される算術平均粗さRaが0.2μm以上、12.5μm以下となるように処理する請求項1に記載の光学装置。
【請求項3】
円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を出射する複数の光源と、
該光源の半径方向内方に配置された請求項1または請求項2に記載の光学装置と、
該光学装置により導光された照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に偏向する偏向部と、
前記光学装置および前記偏向部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、
前記光源の点灯制御と前記回転部の回転制御を行う制御部とを備える光源装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2010−21105(P2010−21105A)
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−182802(P2008−182802)
【出願日】平成20年7月14日(2008.7.14)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年7月14日(2008.7.14)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
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