(57)【要約】【課題】発光ダイオードを多数用いて光源装置を構成し、高輝度でかつ光源装置発光部の面積を小さく構成する。また装置全体を小さく構成する。【解決手段】発光ダイオードとそれと対となる反射面とからなる部品を円状に配列し、その円状ユニットを各光束が遮られない形で階層状に配置する。発光ダイオードはその光軸が装置中心軸に向く形で配置され、また反射面は発光ダイオードの発光部に面しかつ発光ダイオードの光軸を装置光軸方向に反射する角度で配置される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードとそれと対となる反射面とから成る部品が円状に配列され、該円状ユニットが円半径の異なる形で階層状に配置され、
前記発光ダイオードはその光軸が装置中心軸に向く形で配置され、
前記反射面は前記発光ダイオードの発光部に面し、かつ前記発光ダイオードの光軸を装置光軸方向に反射する角度で配置され、
前記円状ユニットは、前記発光ダイオードから放射され前記反射面で反射される光束が互いに遮られない形で配置される構造であることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードは装置光軸と直交する形で配置されることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記反射面は前記発光ダイオードの光軸と４５度の関係で配置されることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
装置の出射光束が平行光束となる様に前記ユニットが配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記反射面は前記発光ダイオードの発光部の極近に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
発光ダイオードを用いた光源装置と、該光源装置からの出射光束を照明光として画像変調を行う表示デバイスと、該表示デバイスからの光をスクリーンに投写する投写レンズとを有する投写型表示装置であって、
前記光源装置は、
発光ダイオードとそれと対となる反射面とから成る部品が円状に配列され、該円状ユニットが円半径の異なる形で階層状に配置され、
前記発光ダイオードはその光軸が装置中心軸に向く形で配置され、
前記反射面は前記発光ダイオードの発光部に面し、かつ前記発光ダイオードの光軸を装置光軸方向に反射する角度で配置され、
前記円状ユニットは、前記発光ダイオードから放射され前記反射面で反射される光束が互いに遮られない形で配置される構造であることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置を照明系として使用した投写型表示装置であって、
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光色の発光ダイオード素子を用いて３つの光源装置を構成し、該３つの光源装置からの各色の出射光束を色合成素子により合成して照明光として表示デバイスを照明し、該表示デバイスで画像変調された光を投写レンズを介して投写する構成であることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置及び投写型表示装置に関し、特に、発光ダイオードを用いた光源装置及び投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に投写型表示装置の光源としては、発光効率の高い高圧放電ランプ等が用いられている。光源として発光ダイオードを用いる場合には発光ダイオード素子単体の光量が少ないため多数の発光ダイオード素子を必要とし、素子を多数個配列することにより光源を構成することが多い。
【０００３】
従来の、発光ダイオードを用いた投写型表示装置の光源（以下、光源装置と表記）の構成例を図８に示す。この光源装置は、複数の発光ダイオード素子２０１と基板２０２とから構成されており、基板２０２（ここでは円形基板）上に、複数の発光ダイオード素子２０１を単純に上向きで緊密に敷き詰めた構成である。
【０００４】
なお、発光ダイオードを用いた従来の装置として、例えば特開２００１−００７４０６号公報、特開平１１−１６３４１８号公報、特開平１１−１７７１４４号公報などに開示の技術があるが、いずれも、発光ダイオードの配置の向きは装置の光軸方向と一致しているなど本願の主旨や構成とは異なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の投写型表示装置の光源装置には、次に挙げるような課題があった。第１点として、発光ダイオード素子単体の光量が少ないことから多数の発光ダイオード素子を使用して多くの光束を取り出す構成とするため、発光ダイオードを実装している光源装置の投影面積（出射光束面積）が大きくなり、同時に光源装置自体も大型化してしまう。第２点として、前述のように光源装置が大きくなってしまうと、それに伴って光源装置を搭載する装置全体も大型化してしまう。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、多数の発光ダイオード素子を使用して実用的な高輝度の光束を得ることができると共に、使用する発光ダイオード素子の個数に比して光源の投影面積（出射光束面積）を小さくすることができ、かつ装置自体を小型化することのできる光源装置及びそれを搭載した投写型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光ダイオードとそれと対となる反射面とから成る部品が円状に配列され、円状ユニットが円半径の異なる形で階層状に配置され、発光ダイオードはその光軸が装置中心軸に向く形で配置され、前記反射面は前記発光ダイオードの発光部に面し、かつ前記発光ダイオードの光軸を装置光軸方向に反射する角度で配置され、前記円状ユニットは、前記発光ダイオードから放射され前記反射面で反射される光束が互いに遮られない形で配置される構造であることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、発光ダイオードは装置光軸と直交する形で配置されることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、反射面は発光ダイオードの光軸と４５度の関係で配置されることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、装置の出射光束が平行光束となる様にユニットが配置されることを特徴としている。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、反射面は発光ダイオードの発光部の極近に配置されることを特徴としている。
【００１２】
請求項６記載の発明は、発光ダイオードを用いた光源装置と、光源装置からの出射光束を照明光として画像変調を行う表示デバイスと、表示デバイスからの光をスクリーンに投写する投写レンズとを有する投写型表示装置であって、光源装置は、発光ダイオードとそれと対となる反射面とから成る部品が円状に配列され、円状ユニットが円半径の異なる形で階層状に配置され、発光ダイオードはその光軸が装置中心軸に向く形で配置され、反射面は発光ダイオードの発光部に面しかつ発光ダイオードの光軸を装置光軸方向に反射する角度で配置され、円状ユニットは、発光ダイオードから放射され反射面で反射される光束が互いに遮られない形で配置される構造であることを特徴としている。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置を照明系として使用した投写型表示装置であって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光色の発光ダイオード素子を用いて３つの光源装置を構成し、３つの光源装置からの各色の出射光束を色合成素子により合成して照明光として表示デバイスを照明し、表示デバイスで画像変調された光を投写レンズを介して投写する構成であることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。まず図１から図６を参照して本発明の実施の形態における光源装置１について説明する。その後、図７を参照して本発明の実施の形態における投射型表示装置１００について説明する。投射型表示装置１００は光源装置１を照明系として使用して構成される。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態における光源装置１を側面から見た構成を示す断面図である。また図２は同光源装置１を上面（光束が出射され発光する側の面）から見た構成を示す図である。光源装置１は全体としては略円筒形状であり、特に内部構造的には複数の発光ダイオード素子の配列による略円錐形状（逆円錐形）となっている。図１では円筒中心軸を通る断面を示している。
【００１６】
本光源装置１では、図３に示すような、発光ダイオード素子１１とそれと対となる反射面１２とからなる部品１３を用いている。発光ダイオード素子１１から発する光は、反射面１２において反射され、上方に出射される。ここでは特に反射面１２は発光ダイオード素子１１の光軸と４５度の関係を持つように配置している。これにより発光ダイオード素子１１からの光は反射面１２において９０度反射され上方（光源装置１の上面方向）に出射することとなる。なお部品１３は説明のための便宜的な単位であり、光源装置１全体を組立る際の手順にも特に限定はない。
【００１７】
本実施例では、発光ダイオード素子１１としてφ５ｍｍタイプの発光ダイオード素子を用い、これを６４個用いて構成した場合の光源装置について示す。以下この構成に関して説明を行う。
【００１８】
図１及び図２に参照されるように、光源装置１は、発光ダイオード１１と反射面１２とからなる部品１３を円形に配置したユニット（以下、発光ユニット）１４を階層状（階段状）に配置することにより構成される。この略円錐状の発光ダイオード配列体は円筒状のケース（筐体）１５により収容されている。図１に参照されるように、発光ダイオード素子１１と反射面１２とからなる部品１３は、光源装置１において略水平方向（筐体側面に対しては垂直方向）に配置される。かつ、図２に参照されるように、発光ダイオード素子１１から発する光の光軸が略円筒状ケース１５及び略円錐状発光ダイオード配列体の中心軸方向に向く形で配置される。
【００１９】
図１及び図２に参照されるように、各部品１３の発光ダイオード素子１１から発される光束が互いに遮られない様な配置で部品１３及び円形状の発光ユニット１４を階層状（階段状）に配置する。円半径の小さいユニットから順に下から上へ重ねて配置する。本実施例では特に発光ユニット１４として発光ユニット１４Ａ〜１４Ｄを４段階層状に上下に重ねて配置している。この段数は任意であってよい。なお発光ユニット１４も説明のための便宜的な単位である。
【００２０】
図１に参照されるように、略水平方向向きとなる形（装置１の光軸に直交する形）で配置されている各発光ダイオード素子１１から発された光は対の反射面１２で上方に反射され、光源装置１としての出射光束（照明光束）面を形成する。
【００２１】
図２に参照されるように、光源装置１の上面＝発光面（出射光束面）において、部品１３のうちの反射面１２が露出する配置となっている。反射面１２と共に少し覗いているのは発光ダイオード素子１１のうちの前面の放射部である。
【００２２】
なお、ケース１５の底面中心（円形ユニット１４Ａの中心点）には発光ダイオード素子１１が単一で配置されており、出射光束面の中心点の光束となる。
【００２３】
反射面１２は、金属蒸着や鍍金等の鏡面加工などの手法により形成可能である。反射面１２は、発光ダイオード素子１１の前面の放射部（砲弾形の素子１１において半球形側の部分）から極近い距離に配置される。また、発光ダイオード素子１１の光軸を水平方向とすると反射面１２はそれに対し４５度の傾きを持ち、素子１１からの光束は、反射面１２において９０度反射され、垂直方向（光源装置１上面方向）へと出射される。ここで用いている発光ダイオード素子１１は指向性が鋭いものであり、発光ダイオード素子１１から発された光はほとんど損失なく反射面１２で反射する。発光ダイオード素子１１に指向性を持たせるための構成などは公知技術である。
【００２４】
このような構成により、単純に同数の発光ダイオード素子を平面に配置した構成に比べて、光源装置としての出射光束（照明光束）の面積を最小限に抑えつつ高輝度を達成し、同時に光源装置を小型化している。
【００２５】
図４は、光源装置１を上面から見た場合でかつ反射面１２と円中心の発光ダイオード素子１１のみを仮想的に記した略図であり、円形ユニット１４における各発光ダイオード素子１１からの光軸について反射面１２上に点で示している。本実施例の光源装置１ではφ５ｍｍタイプの発光ダイオード素子を使用しており、発光ユニット１４Ａでは４０°間隔で９個、発光ユニット１４Ｂでは約２５°間隔で１４個、発光ユニット１４Ｃでは２０°間隔で１８個、発光ユニット１４Ｄでは約１６°間隔で２２個の素子を円状に配置している。また光源装置１の底面中央の隙間には１個の発光ダイオード素子１１を配置している。このような配置によりφ３７の真円の範囲において合計６４個の発光ダイオード素子１１を配置している。
【００２６】
図５に、本実施例の構成との比較のために従来の構成での発光ダイオード素子の配置を示す。図５は、従来型のφ５ｍｍタイプの発光ダイオード素子を使用してφ３７の真円内に単純に上向きで緊密配置した構成である。この配置構成ではφ３７の真円の範囲で発光ダイオード素子を合計３７個しか配置することができない。本実施例の配置では、この従来配置例と比較すると、光源装置としての発光部（出射光束面）の同一面積当たりにより多くの発光ダイオード素子からの光束を集積することができるので、多数の発光ダイオード素子を並べて光源を構成する場合に有利な構成となっている。また、同数の発光ダイオード素子を用いて光源装置を構成しようとした際に、平面に単純に配置した場合と比べて本実施例の配置構成では光源装置としての出射光束面の面積を小さく抑えることができる。
【００２７】
図６は、上記実施例の光源装置１を利用して、更に配置する発光ダイオード素子の数を増やした場合の構成である。前述した配置構成に加え、発光ユニットＤの上に更に発光ユニット１４Ｅ（斜線部分）を配置している。左上は上面図、左下は側面断面図、右上は発光部のみ仮想的に示した上面略図である。発光ユニット１４Ｅとして、発光ダイオード素子１１を上向き（出射光束面方向）に円状に２列で配列する。φ５５の円環において、内側には１５°間隔で２４個、外側には１２°間隔で３０個の発光ダイオード素子１１を配列しており、より多数の発光ダイオード素子を配置して効率的な光源装置を提供することができる。この構成例では発光ダイオード素子を合計１１８個配置している。
【００２８】
次に、図７は、本発明の実施の形態における投写型表示装置１００の構成を示す。投射型表示装置１００は上述した実施形態の光源装置１を用いて照明系を構成している。投射型表示装置１００の光源装置として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光色の発光ダイオード素子を使用した例を示している。投射型表示装置１００は、赤色光を出射する発光ダイオードユニット（Ｒ）１０１、緑色光を出射する発光ダイオードユニット（Ｇ）１０２、青色光を出射する発光ダイオードユニット（Ｂ）１０３、集光レンズ１０４、色合成素子１０５、及び、表示デバイス１０６を有して構成されている。各発光ダイオードユニット１０１〜１０３は、図６で示した実施例の配置構造を有し、それぞれ異なる各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の発光ダイオード素子により構成されている。
【００２９】
集光レンズ１０４として通常インテグレーションレンズやコンデンサレンズを使用する。色合成素子１０５としてクロスダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等を使用する。ここでは色合成素子１０５から表示デバイス１０６までに配置され得る部品は省略している。表示デバイス１０６は、画像情報をもたらす装置であり、ＬＣＤ（液晶ディスプレイパネル）やＤＭＤ（ディジタルミラーデバイス）等が用いられる。発光ダイオードユニット１０１〜１０３からの各色光は色合成素子１０５において合成されて照明光を成し、照明対象である表示デバイス１０６の方向へと出射される。照明光により表示デバイス１０６が照明され、表示デバイス１０６がもたらす画像情報により画像変調された光が非図示の投写レンズを介してスクリーンに投写されることにより画像の表示が行われる。
【００３０】
以上により本発明の実施の形態について説明した。なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光源装置及び投写型表示装置によれば、第１点として、発光ダイオード素子から発せられた光を素子と対の反射面を介して使用することにより光源装置発光部（出射光束面）の面積を小さくすることができるため、光源装置の受光側から見た投影面内において、発光ダイオード素子を平面上に単純に配列した場合と比較してより多数の発光ダイオード素子を配列・集積して輝度の大きくかつ発光部面積の小さい照明光束を得ることができるという効果がある。
【００３２】
第２点として、同個数の発光ダイオード素子を用いた場合と比較して発光部の面積を小さくすることができ、本光源装置を用いた装置（投写型表示装置）全体も小さく構成することが可能という効果がある。
【００３３】
第３点として、発光部の面積を小さくすることができるため、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光色の発光ダイオード素子を用いて光源を構成する場合において、本光源を用いた装置全体を小さく構成することが可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における光源装置１の側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における光源装置１の上面図である。
【図３】発光ダイオード素子１１と反射面１２とから成る部品１３を示す図である。
【図４】光源装置１の上面において発光部を示す略図である。
【図５】比較のために本実施例の構成と同半径の円平面内に発光ダイオードを配置した構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における光源装置１を利用して更に発光ダイオード利用効率を高めた場合の構成を示す上面図、断面図、発光部略図である。
【図７】本発明の実施の形態における投写型表示装置１００の構成を示す図である。
【図８】従来の光源装置の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１　光源装置
１００　投写型表示装置
１１　発光ダイオード素子
１２　反射面
１３　１１と１２から成る部品
１４　発光ユニット（部品１３の円状の配列体）
１４Ａ　発光ユニット
１４Ｂ　発光ユニット
１４Ｃ　発光ユニット
１４Ｄ　発光ユニット
１５　ケース（略円筒状筐体）
１４Ｅ　発光ユニット（上向き）
１０１　発光ダイオードユニット（Ｒ）
１０２　発光ダイオードユニット（Ｇ）
１０３　発光ダイオードユニット（Ｂ）
１０４　集光レンズ
１０５　色合成素子
１０６　表示デバイス（画像情報器）
２０１　発光ダイオード素子
２０２　基板
【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】
2004014367.tif 000008
【図７】
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【図８】
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