(57)【要約】【課題】十分な発光量を出力することができる光源装置を提供する。【解決手段】内側に反射凹面１８を有する凹面反射鏡１２と、凹面反射鏡１２の開口縁部に面状且つリング状の面発光体１００が配設され、または複数個の発光ユニット３２が間隔を空けて配設された、平行光Ｐを放射する発光体１４とを備える光源装置１０において、反射凹面１８が凹面反射鏡１２の底部に形成され、凹面反射鏡１２の内側に焦点Ｆｅを有する回転楕円面２０で構成された楕円面部２２と、楕円面部２２よりも凹面反射鏡１２の開口側に形成され、回転楕円面２０の焦点Ｆｅに一致して焦点Ｆｐを有する回転放物面２４で構成された放物面部２６とを有し、かつ、平行光Ｐが回転放物面２４を規定する回転中心軸と平行して放物面部２６に向けて放射されるようにすることで、上記課題を解決することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に反射凹面を有する凹面反射鏡と、
前記凹面反射鏡の開口縁部に面状且つリング状の面発光体が配設され、または複数個の発光ユニットが間隔を空けて配設された、平行光を放射する発光体とを備える光源装置であって、
前記反射凹面は、前記凹面反射鏡の底部に形成され、前記凹面反射鏡の内側に焦点を有する回転楕円面で構成された楕円面部と、前記楕円面部よりも前記凹面反射鏡の開口側に形成され、前記回転楕円面の焦点に一致して焦点を有する回転放物面で構成された放物面部とを有しており、
前記平行光は、前記回転放物面を規定する回転中心軸と平行して前記放物面部に向けて放射されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記凹面反射鏡の開口縁部にリング状に形成された発光ユニット保持部材が取り付けられ、前記発光ユニット保持部材に間隔を空けて配設された複数個の前記発光ユニットが１列乃至多列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から放射された光を効率よく集光させることができ、プロジェクター等の用途に好適な光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記載する。）は、白熱ランプや放電ランプ等と比較して、消費電力量および放熱量が少なく、かつ、寿命が長いという長所がある反面、１個当たりの発光量が少ないという短所がある。
【０００３】
このようなＬＥＤの短所を補うため、多数のＬＥＤを配設して十分な発光量を出せるようにした光源装置が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の光源装置１は、自動車の尾灯、停止灯等に使用されるものであり、図６に示すように、灯具ボディ２と、灯具ボディ２の内側に形成された放物反射面３と、放物反射面３に対向する側の表面に多数の凸レンズＡが密集して形成された透光部Ｂを有し、灯具ボディ２の開口を覆う前面レンズ４と、灯具ボディ２の開口と前面レンズ４との間において、灯具ボディ２の開口周縁部にてリング状に設けられた保持部材５と、保持部材５における放物反射面３側の表面に取り付けられ、放物反射面３に向けて光を放射する複数のＬＥＤ６とを備えている。
【０００５】
この光源装置１によれば、複数のＬＥＤ６から所定の出射角をもって放物反射面３に向けて放射された光は、放物反射面３で不規則な方向に反射して灯具ボディ２の開口（図中左方）から出光し、その後、前面レンズ４の表面に形成された多数の凸レンズＡで屈折拡散されて前面レンズ４の透光部Ｂが照らされる。
【０００６】
このように、光源装置１では、その光源としてＬＥＤ６を使用することにより、発熱が少ないことから灯具ボディ２を耐熱構造にする必要がないとともに、消費電力が少なく、かつ、寿命が長いといった、ＬＥＤの長所に基づく効果を享受しつつ、ＬＥＤ６を灯具ボディ２の開口周縁部から放物反射面３に向けて配設することにより、ＬＥＤ６自身によって光が遮られることなしに数多くのＬＥＤ６を配設することができるので、十分な発光量を出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６１−１８３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光源装置１の灯具ボディ２からの出光方向には規則性がないことから、光源装置１は、前面レンズ４を設けて、自動車の尾灯や停止灯等の「面発光体」としてぼんやりと発光させる場合であればともかく、プロジェクター等に好適な、光をピンポイントに集束させることのできる「集束光発光装置」としては不適当であった。
【０００９】
それゆえに本発明の主たる課題は、リング状かつ面状の発光体の単位面積当たり、あるいは例えば間隔を空けて散点状に配置されたＬＥＤのような発光部１単位において、その光量は過小でも複数にしてこれを効率よく１点に収束させることにより、必要とされる十分な発光量を出力することができる光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載した発明は、
（１Ａ）  内側に反射凹面１８を有する凹面反射鏡１２と、
（１Ｂ）  前記凹面反射鏡１２の開口縁部に面状且つリング状の面発光体１００が配設され、または複数個の発光ユニット３２が間隔を空けて配設された、平行光Ｐを放射する発光体１４とを備える光源装置１０であって、
（１Ｃ）  前記反射凹面１８は、前記凹面反射鏡１２の底部に形成され、前記凹面反射鏡１２の内側に焦点Ｆｅを有する回転楕円面２０で構成された楕円面部２２と、前記楕円面部２２よりも前記凹面反射鏡１２の開口側に形成され、前記回転楕円面２０の焦点Ｆｅに一致して焦点Ｆｐを有する回転放物面２４で構成された放物面部２６とを有しており、
（１Ｄ）  前記平行光Ｐは、前記回転放物面２４を規定する回転中心軸と平行して前記放物面部２６に向けて放射されることを特徴とする光源装置１０である。
【００１１】
この光源装置１０によれば、凹面反射鏡１２の開口縁部に面状且つリング状の面発光体１００が配設され、または複数個の発光ユニット３２が間隔を空けて配設された発光体１４から、回転放物面２４を規定する回転中心軸と平行して放物面部２６に向けて平行光Ｐが放射される。ここで、「回転放物面」は、その焦点から放射され、当該放物面で反射した光はすべて平行光となるという特徴を有していることから、本発明の平行光Ｐは、回転放物面２４で反射して焦点Ｆｐに集束することになる。
【００１２】
そして、凹面反射鏡１２の底部には楕円面部２２が形成されており、かつ、回転放物面２４の焦点Ｆｐと、楕円面部２２を構成する回転楕円面２０の焦点Ｆｅ（「第１焦点」ともいうが、本明細書では単に「焦点」という。）とは、互いに一致するように設定されている。ここで、「回転楕円面」は、「焦点」と「集光点」（「第２焦点」ともいうが、本明細書では「集光点」という。）とを備えており、「焦点」から放射され、当該楕円面で反射した光はすべて「集光点」に集束するという特徴を有している。
【００１３】
したがって、上述のように、焦点Ｆｅ、Ｆｐに集束された光Ｌは、あたかも焦点Ｆｅ、Ｆｐから放射された光Ｌのように、楕円面部２２で反射した後、すべて回転楕円面２０の集光点Ｃに集束することになり、たとえ面状且つリング状の面発光体１００が配設された発光体１４、または複数個の発光ユニット３２が間隔を空けて配設された発光体１４において、その単位面積当たりまたは１単位当たりの光量が過小であったとしても集光点Ｃにはこれらが１点に集まることにより十分な光量を与えることが出来る。
【００１４】
請求項２は、請求項１の「発光体１４」に関し、「発光体１４」が「間隔を空けて配設された複数個の発光ユニット３２」で構成されている場合において、「凹面反射鏡１２の開口縁部にリング状に形成された発光ユニット保持部材１６が取り付けられ、該発光ユニット保持部材１６に間隔を空けて配設された複数個の発光ユニット３２が１列乃至多列に配置されている」ことを特徴とする。多列の場合は同心円状に配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単位面積当たり、または１単位当たりの過小光量の発光体を用いても光を効率よく第２焦点である集光点に集束させることができて十分な光量を与えることができる。このような光源装置の用途としては、プロジェクター等の情報機器、プロジェクションテレビ等の映像機器、医療用、あるいは工業用など多様なものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる光源装置の断面図である。
【図２】本発明にかかる光源装置の断面斜視図である。
【図３】リング状に形成された面発光体を用いた光源装置の断面図である。
【図４】発光ユニットの分解斜視図である。
【図５】他の実施例にかかる光源装置の断面図である。
【図６】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明が適用された光源装置１０について説明する。図１は、本発明に係る光源装置１０の断面図であり、図２は、同光源装置１０の断面斜視図である。本発明に係る光源装置１０は、大略、凹面反射鏡１２と、発光体１４とで構成されている。
【００１８】
凹面反射鏡１２は、その内側に発光体１４からの光を反射させる反射凹面１８を有する椀状の部材であり、この凹面反射鏡１２の材質としては、ガラスあるいはアルミニウムなどが使用され、アルミニウムの場合は、反射凹面１８に金属蒸着がなされている（あるいは、金属蒸着ではなく、アルマイト処理してもよい。）。また、ガラスの場合にもアルミニウムなどの金属蒸着を用いることができる。とりわけ、本実施例の光源装置１０では、後述するように、発光体１４からの熱は発光ユニット保持部材１６によって効率的に放熱されることから、ガラスやアルミニウムなどに比べて熱に弱い「樹脂」も、凹面反射鏡１２の材質として使用することができる。
【００１９】
反射凹面１８は、凹面反射鏡１２の内面に形成され、反射凹面１８の内側に焦点Ｆｅを有する回転楕円面２０で構成された楕円面部２２と、楕円面部２２よりも凹面反射鏡１２の開口側に形成され、回転楕円面２０の焦点Ｆｅに一致して焦点Ｆｐを有する回転放物面２４で構成された放物面部２６とを有している。そして、放物面部２６の範囲は少なくとも後述する発光体１４からの平行光が入光する範囲に一致するもので、楕円面部２２との境界は、前記発光体１４の入光外縁となる。なお、本実施例では、回転楕円面２０は、該回転楕円面２０の集光点Ｃが凹面反射鏡１２の外側に位置するように設定されているが、集光点Ｃの位置を凹面反射鏡１２の内側に設定することもできる（図示せず）。
【００２０】
発光体１４は、例えば、リング状に形成され、面全体が光るもの、または、凹面反射鏡１２の開口縁部にリング状の発光ユニット保持部材１６が取り付けられ、これに間隔を空けて複数の発光ユニット３２が配置されている点状に光るものなどがあり、前者の場合は、図３に示すように、リング状に形成された有機ＥＬやＦＥＬ、蛍光灯、冷陰極管等の面発光体１００を使用することができる。この場合、面発光体１００と反射凹面１８との間には、当該面発光体１００から放射された光を平行光にするためのレンズ（以下、平行光レンズ１０２という。）が設けられることになる。後者の場合（図１、図２）は発光ユニット３２としてＬＥＤを組み込んだものが挙げられる。
【００２１】
後者の場合における各発光ユニット３２の例を示すと、図４に示すように、光を放射するＬＥＤ２８と、ＬＥＤ２８から放射された光を屈折させて平行光にするコリメートレンズ３０とで構成されている（なお、本実施例では、８個の発光ユニット３２が並べられているが、発光ユニット３２の数はもちろんこの限りではない。）。
【００２２】
リング状の発光ユニット保持部材１６には、前述の複数の発光ユニット３２をリング状(この場合、１重でもよいし、同心円で多重に配置してもよい。)に並べてあり、その中心部は開口されており（この開口を「出光開口３４」という。）、後述するように、楕円面部２２で反射した光Ｌが当該出光開口３４を通って凹面反射鏡１２の外側に出光するようになっている。
【００２３】
ＬＥＤ２８は、所定の出射角をもって光を放射する指向性光源であり、発光ユニット保持部材１６の、反射凹面１８に対向する側の面に設けられた発光ユニット配設溝３６（後述）の底面において、反射凹面１８に向けて取り付けられている。
【００２４】
コリメートレンズ３０は、ＬＥＤ２８から放射された光を平行光にするためにＬＥＤ２８の放射側に設けられた透明樹脂製のレンズであり、ＬＥＤ２８の出光側に配設された円盤状の正面レンズ部３０ａと、正面レンズ部３０ａのＬＥＤ２８側表面から突設され、正面レンズ部３０ａから離間するにつれて縮径する円錐台状の台座部３０ｂとが透明樹脂等にて一体的に形成されている。さらに、台座部３０ｂの正面レンズ部３０ａとは反対側の端面（以下、「底面３０ｃ」という。）には、円柱状のＬＥＤ収容凹部３０ｄが設けられており、ＬＥＤ２８をＬＥＤ収容凹部３０ｄ内に収容しつつ、台座部３０ｂの底面３０ｃを発光ユニット保持部材１６の反射凹面１８側表面に当接させるようにして、コリメートレンズ３０が発光ユニット保持部材１６に取り付けられている。また、ＬＥＤ収容凹部３０ｄの底面からは、凸レンズ３０ｅが突設されており、この凸レンズ３０ｅとＬＥＤ２８とが対向することになる。そして、このコリメートレンズ３０は、放射された平行光Ｐが回転放物面２４を規定する回転中心軸と平行して前記放物面部２６に向けて放射されるように、その向きが設定／調整されている。
【００２５】
発光ユニット保持部材１６は、各発光ユニット３２を凹面反射鏡１２の開口縁部において、上述したような所定の向きで並設するための部材であり、アルミニウムや銅等の金属で形成されている。
【００２６】
この発光ユニット保持部材１６について詳述すると、発光ユニット保持部材１６には、各発光ユニット３２を配設するための円形の発光ユニット配設溝３６が設けられているとともに、当該発光ユニット配設溝３６の外周には、凹面反射鏡１２の開口端を嵌め込むための円形の凹面反射鏡嵌込溝３８が発光ユニット配設溝３６よりもコリメートレンズ３０の高さ（台座部３０ｂの底面３０ｃから正面レンズ部３０ａの出光面までの距離）だけ浅く形成されている。これにより、凹面反射鏡嵌込溝３８に凹面反射鏡１２の開口端を嵌め込んだとき、コリメートレンズ３０における正面レンズ部３０ａの出光面が凹面反射鏡１２の開口面と面一になる。
【００２７】
さらに、発光ユニット保持部材１６には、発光体１４の出光開口３４に対応する位置に、当該出光開口３４からの光を外部へ出光するための出光孔４０が設けられている。
【００２８】
また、上述のように、発光ユニット配設溝３６の底面にＬＥＤ２８が取り付けられているので、ＬＥＤ２８への給電配線４２は、発光ユニット保持部材１６の出光側面１６ａから発光ユニット保持部材１６を貫通して直接ＬＥＤ２８に接続されるか（図１中の「Ａ」）、あるいは、出光孔４０の縁に沿って出光側面１６ａから発光ユニット配設溝３６に回り込んでＬＥＤ２８に接続される（図１中の「Ｂ」）ことになる。いずれにせよ、給電配線４２は、発光ユニット保持部材１６の出光側面１６ａなど光路から外れた位置を通るので、出光を遮ることなく給電配線４２をＬＥＤ２８に接続することができる。
【００２９】
なお、発光時におけるＬＥＤ２８からの熱に耐えられる材質であれば、アルミニウムや銅等の金属以外で発光ユニット保持部材１６を形成することもできるが、ＬＥＤ２８からの熱を積極的に放出することによって、ＬＥＤ２８が自身の熱で破損するのを回避できる点で熱伝導率の高い金属を用いるのが好適である。なお、図示しないが、さらに積極的に放熱する目的で、発光ユニット保持部材１６の出光側面１６ａに放熱フィンを設けてもよい。
【００３０】
発光ユニット３２を用いた本実施例の光源装置１０を作成する手順について簡単に説明すると、まず、発光ユニット保持部材１６の発光ユニット配設溝３６における底面の所定位置に複数のＬＥＤ２８を取り付けた後、給電配線４２を各ＬＥＤ２８に接続する。続いて、接着剤を用いてコリメートレンズ３０を発光ユニット保持部材１６に取り付け、最後に、接着剤を用いて凹面反射鏡１２を発光ユニット保持部材１６の凹面反射鏡嵌込溝３８に嵌め込んで固定することにより、光源装置１０が完成する。発光ユニット３２は間隔を空けて１列に或いは多列に配置される。多列の場合は同心円状に配置することが好ましい。
【００３１】
このような光源装置１０の給電配線４２を電源（図示せず）に接続すると、各ＬＥＤ２８（あるいは面発光体１００）が発光し、コリメートレンズ３０（あるいは平行光レンズ１０２）内を透過した光は回転放物面２４を規定する回転中心軸と平行する平行光Ｐとして、放物面部２６に向けて発光ユニット３２から放射される（すなわち、複数の発光ユニット３２（あるいは面発光体１００と平行光レンズ１０２）で構成された発光体１４から平行光Ｐが放射されることになる）。
【００３２】
発光体１４から放射された平行光Ｐは、反射凹面１８の放物面部２６で反射して回転放物面２４の焦点Ｆｅに集束する。ここで、反射凹面１８の底部側には楕円面部２２が形成されており、かつ、放物面部２６を構成する回転放物面２４の焦点Ｆｐと楕円面部２２を構成する回転楕円面２０の焦点Ｆｅとは互いに一致するように設定されていることから、焦点Ｆｐ、Ｆｅを通った光Ｌは、あたかも焦点Ｆｐ、Ｆｅから放射された光Ｌのように、楕円面部２２で反射した後、発光体１４の中央部に設けられた出光開口３４および出光孔４０を通過して回転楕円面２０の第２焦点である集光点Ｃに集束することになる。
【００３３】
これにより、光を遮ることなく数多くのＬＥＤを配設することによって十分な光量を確保しつつ、その光を効率よく集束させることができる、プロジェクター等に最適な光源装置を提供することができる。
【００３４】
なお、反射凹面１８の形状は、上述のものに限られず、凹面反射鏡１２の底部側を回転楕円面２０で構成された楕円面部２２に代えて、図５に示すように、自由曲面５０で構成された自由曲面部５２としてもよい。
【００３５】
自由曲面５０とは、それぞれが焦点Ｆａ、Ｆｂ…を有する複数の小反射面５０ａ、５０ｂ…を各焦点Ｆａ、Ｆｂ…が凹面反射鏡１２の内側で一致するようにして組み合わせることによって形成された面をいう。
【００３６】
図５の実施例では、自由曲面５０を構成する各小反射面５０ａ、５０ｂ…の焦点Ｆａ、Ｆｂ…と放物面部２６を構成する回転放物面２４の焦点Ｆｐがすべて一致するように自由曲面５０および回転放物面２４が設定されている。
【００３７】
これにより、発光体１４から放射された平行光Ｐは、焦点Ｆｐ、Ｆａ、Ｆｂ…に集束し、あたかも焦点Ｆｐ、Ｆａ、Ｆｂ…から放射された光Ｌのように各小反射面５０ａ、５０ｂ…で反射した後、各小反射面５０ａ、５０ｂ…の形状に応じて集光（小反射面＝回転楕円面の場合）あるいは平行光（小反射面＝回転放物面の場合）となって所定の集光点Ｃあるいは照射位置を照射することになる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…光源装置
１２…凹面反射鏡
１４…発光体
１６…発光ユニット保持部材
１６ａ…出光側面
１８…反射凹面
２０…回転楕円面
２２…楕円面部
２４…回転放物面
２６…放物面部
２８…ＬＥＤ（発光ダイオード）
３０…コリメートレンズ
３０ａ…正面レンズ部
３０ｂ…台座部
３０ｃ…底面
３０ｄ…ＬＥＤ収容凹部
３０ｅ…凸レンズ
３２…発光ユニット
３４…出光開口
３６…発光ユニット配設溝
３８…凹面反射鏡嵌込溝
４０…出光孔
４２…給電配線
５０…自由曲面
５０ａ…小反射面
５０ｂ…小反射面
５２…自由曲面部
１００…面発光体
１０２…平行光レンズ
【図１】
2011003401.tif 000003
【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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