(57)【要約】【課題】従来リフレクタの焦点には一つの光源しか配置できないため、取り出せる光量が少なかったので、従来よりも光量を増やすようにする。【解決手段】複数の反射型発光ダイオード１１，１２を１つのリフレクタ１０に配置した投写型投影装置の光源装置として、反射型発光ダイオード１１（１２）の回転反射面１１ａ（１２ａ）に回転双曲面１６を用い、複数の反射型発光ダイオード１１（１２）の回転双曲面の第２焦点とリフレクタ１０の焦点を一致させ、１つのリフレクタ１０の焦点に複数個の光源を配置できるようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子がその発光面側に位置する反射面を有する複数の反射型発光ダイオードと、前記複数の反射型発光ダイオードの出射光を集光するリフレクタとからなる投射型表示装置の光源装置において、前記反射型発光ダイオードの反射面は前記発光素子の位置を第１焦点とする曲線の回転対称面からなり、前記曲線の回転対称面の第２焦点が前記リフレクタの焦点と一致する点となる様に配置されていることを特徴とする投射型表示装置の光源装置。
【請求項２】
反射型発光ダイオードの反射面が、双曲線の回転対称面からなる請求項１記載の投射型表示装置の光源装置。
【請求項３】
リフレクタが、放物面または楕円面からなる請求項１または２記載の投射型表示装置の光源装置。
【請求項４】
複数の反射型発光ダイオードの発光素子の位置を反射双曲面の第１の焦点とするとき、リフレクタの焦点が、前記反射双曲面の第２の焦点に配置されるようにした請求項２または３記載の投射型表示装置の光源装置。
【請求項５】
発光ダイオードとして、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光色である発光ダイオードを用いたユニットを有する請求項１記載の投射型表示装置の光源装置。
【請求項６】
発光ダイオードを用いたユニットは、色合成光学系により１つの光路に色合成され、結像光学系により集光される請求項５記載の投射型表示装置の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードを用いた投射型表示装置の光源装置に関し、特に発光ダイオードに反射型発光ダイオードを用いた投射型表示装置の光装置源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投射型表示装置に使用されている光源を集光する手段として、放物面や楕円面からなるリフレクタが用いられている。また、光源におい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。しかし近年、発光ダイオードの高出力化が進み、光源に高圧放電ランプではなく発光ダイオードを使用した例が提案されている。
【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は、図６の断面図に示される。図６のように、発光ダイオード４１と、放物面からなるリフレクタ１０ｂとから構成されており、、このリフレクタ焦点１３ａに発光ダイオード４１が設けられ、リフレクタの反射面１０ｃは、発光ダイオード４１の発光点が焦点１３ａと一致させるものであった。
【０００４】
図７は、他の従来例の多光源集光装置を説明する断面図である。多数の三原色発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオードを光源に利用して、それらの光線を集束して後続処理に使用する。多光源集光装置５０は、複数の三原色発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオードを光源として、それらの光線を集束して後続処理の使用に供し、反射器５１，光源ユニット５２及びレンズマトリクス積分器６３を含む。
【０００５】
これらのうち反射器（リフレクタ）５１は所定長さの曲面反射鏡で、反射面５４と焦点５５を具え，複数の光源も複数の赤，緑，青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）三原色発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオードによって組立てられ、所定の位置配列に半球状基板５６に配設される。
【０００６】
この半球状基板５６が反射器５１の片側に装設され、光源ユニット５２をみな上記反射器５１の焦点５５に相対させて、それらの放出した光線を焦点５５に集束通過させた後、反射面５４に照射して平行光線として反射させる。そのレンズマトリクス積分器５３は該反射器５１の他方側に位置付けられて、上記平行光線がレンズマトリクス積分器５３に入って後続の処理が行われる。尚、半球状基板５６はこの他の形状に形成してもよく、但し、その光源の光線は集束して焦点５５を通ることを要する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２１６５０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発光ダイオードを使用した投写型表示装置の光源には、次に挙げるような課題があった。
【０００９】
すなわち、第１点として、１つのリフレクタ１０ｂに対応する光源が１つしかおくことができないというものである。このリフレクタ１０ｂの反射面が放物面の場合には、放物面の焦点位置に光源を配置して、光源から出射されリフレクタの反射面１０ｃより反射された光は放物面の回転対称の回転軸に対して略平行な光線となる。また、リフレクタの反射面１０ｃが楕円面の場合には、片方の焦点（第１焦点）位置に光源を配置して、光源から出射されリフレクタの反射面１０ｃより反射された光は他方の焦点（第２焦点）位置に略集光する光線となる。このように一つのリフレクタに対しては一つの光源しか配置ができないという課題があった。
【００１０】
第２点として、前述のように一つのリフレクタに対応する発光ダイオードは一つしか配置できないため、発光ダイオードにおいては高圧放電ランプと比較して光量が極端に少ないので、投射型表示装置の光源としては所望の明るさが得られないという課題があった。
【００１１】
また、特許文献１では、半球状基板５６からの発光ダイオードを多光源に用い、この多光源の光を反射鏡６１に反射させ、積分器６３に取り出すもので、構造的に光源として外部に効率よく取り出すには限界があるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、投射型表示装置として所望の明るさを得るために、一つのリフレクタに対し、複数個の発光ダイオードの配置ができるようにして、所望の明るさを得ることを可能とする投写型表示装置の光装置源を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、発光素子がその発光面側に位置する反射面を有する複数の反射型発光ダイオードと、前記複数の反射型発光ダイオードの出射光を集光するリフレクタとからなる投射型表示装置の光源装置において、前記反射型発光ダイオードの反射面は前記発光素子を第１焦点とする曲線の回転対称面からなり、前記曲線の回転対称面の第２焦点が前記リフレクタの焦点と一致する点となる様に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、反射型発光ダイオードの反射面が、双曲線の回転対称面からなることができ、また、リフレクタが、放物面または楕円面からなることができる。さらに、複数の反射型発光ダイオードの発光素子の位置を反射双曲面の第１の焦点とするとき、リフレクタの焦点が、前記反射双曲面の第２の焦点に配置されるようにでき、また、発光ダイオードとして、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光色である発光ダイオードを用いたユニットを有することもでき、さらに、発光ダイオードを用いたユニットは、色合成光学系により１つの光路に色合成され、結像光学系により集光されることもできる。
【００１５】
本発明の構成によれば、複数の発光素子から出射された光はそれぞれの第  双曲線の回転対称面で反射して発光素子の反射面と逆の方向へ出射してリフレクタの反射面で反射するが、その双曲線の回転対称面で反射した光は双曲線の第２焦点から出射された光と略同一となるため、前記双曲線の第２焦点と一致した焦点をもつリフレクタの反射面で反射した光はリフレクタの焦点から出射された光と略一致することになり、複数の反射型発光ダイオードから出射された光は一つのリフレクタの焦点から出射された光とほぼ等価となる。従って、従来一つのリフレクタに対して一つの光源のみしか使用できなかったリフレクタから、複数の発光ダイオードの光を使用することが可能になるため、光量を増やすことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による反射型発光ダイオードを使用した投写型表示装置の光源の斜視図およびその斜視図の中心での断面図である。なお、図１（ｂ）では回転中心軸１５から対称部分の半分は省略し、また、図では発光ダイオード等を取り付ける構造部品も省略している。ここでは実施例として、φ５ｍｍの反射型発光ダイオード１１を１４個使用し、リフレクタ１０の反射面１０ａには放物面を使用した例で説明する。
【００１７】
本の実施形態による投射型表示装置の光源装置は、図１（ｂ）に示すように、複数（ここでは２個）の反射型発光ダイオード１１、１２が、発光素子１１ｂ、１２ｂからなり、これら反射型発光ダイオード１１、１２に反射面１１ａ、１２ａと、出射面１１ｃ、１２ｃとを備え、また、リフレクタ１０は、リフレクタ焦点１３と、リフレクタ反射面１０ａとを有している。反射型発光ダイオード１１の反射面１１ａは、発光素子１１ｂの発光面中心を第１焦点とした第１双曲線において、発光素子１１ｂとリフレクタ焦点１３とを結んだ線を軸とする回転双曲面で、焦点１３が第２焦点となるように配置される。リフレクタ１０の出射面１１ｃは焦点１３を中心とする球面であり、反射面１１ａと出射面１１ｃの間は発光素子１１ｂと共に樹脂やガラスなどの封止剤で封止される。
【００１８】
同様に、反射型発光ダイオード１２の反射面１２ａは、発光素子１２ｂの発光面中心を第１焦点とした第１双曲線において、発光素子１２ｂと焦点１３を結んだ線を軸とする回転双曲面で、焦点１３が第２焦点となるように配置される。反射型発光ダイオード１２の出射面１２ｃは点１３を中心とする球面であり、反射面１２ａと出射面１２ｃの間は発光素子１２ｂと共に樹脂やガラスなどで封止される。リフレクタ１０は、焦点１３を焦点として回転基準軸１５を軸とする回転放物面１０ａを反射面とする構造となっている。
【００１９】
次に、本実施形態による投写型表示装置の光装置源について詳細な動作原理を説明する。図２は図１における反射型発光ダイオード１２を省略し、反射型発光ダイオード１１に注目した構成図である。図２において、リフレクタ１０の回転放物反射面１０ａは、ｆ２を焦点とし、ｘ２を回転軸とし、反射型発光ダイオード１１の反射面１１ａとなる回転双曲面１６は、ｙ１、ｘ１ａを座標軸とし、ｆ１ａを第１焦点、ｆ２を第２焦点とし、ｙ１を軸とする第１の回転双曲面である。また、１６は軸ｘ１ａに対称な第２双曲線１６ａである。第１焦点ｆ１ａは、図１における発光素子１１ｂの発光部中心に対応する。
【００２０】
第１焦点ｆ１ａの発光素子１１ｂから出射した光は、回転双曲反射面１６からｙ１軸の矢印方向へ反射して回転放物面１０ａへ向かう。この際、回転双曲反射面１６から反射した光線は、第２焦点ｆ２から放射状に発射された光線と略一致するため、ｆ２を焦点とする回転放物面１０ａに当たって反射した光はｘ２方向へ略並行に出射する。この時、回転双曲反射面の第２焦点ｆ２と回転放物面３０１の焦点ｆ２は同じ点であるため、ｆ１ａから出射した光線はあたかも焦点ｆ２から出射した光線と略一致することとなる。
【００２１】
同様に、図３は図１における反射型発光ダイオード１１を省略し、反射型発光ダイオード１２に注目した原理図である。図１における回転放物反射面１０ａは、ｆ２を焦点とし、ｘ２を回転軸とする。反射型発光ダイオード１２の反射面１２ａである回転双曲面１６ｂは、ｙ  、ｘ１ｂを座標軸とし、ｆ１ｂを第１焦点、ｆ２を第２焦点とし、ｙ２を軸とする回転双曲面であり、回転双曲面１６ｃはｘ１ｂ軸に対称な回転双曲面１６ｂの第２双曲線である。ｆ１ｂは図１における発光素子１２ｂの発光部中心に対応する。第１焦点ｆ１ｂの発光素子１２ｂから出射した光は、回転双曲反射面１６ｂからｙ２軸の矢印方向へ反射して回転放物面１０ａへ向かう。この際、回転双曲反射面１６ｂから反射した光線は、ｆ２から放射状に発射された光線と略一致するため、ｆ２を焦点とする回転放物面１０ａに当たって反射した光はｘ２方向へ略並行に出射する。この時、回転双曲反射面の第２焦点ｆ２と回転放物面１０ａの焦点ｆ２は同じ点であるため、ｆ１ｂから出射した光線はあたかもｆ２から出射した光線と略一致することとなる。
【００２２】
図４は本発明の第２の実施形態による反射型発光ダイオードを使用した投写型表示装置の光源の中心断面図である。ここでは実施例として、図１におけるリフレクタの反射面のみ変更し、リフレクタの反射面に楕円面を使用した例を説明する。なお、中心軸１５から対称部分の半分、発光ダイオード等を取り付ける構造部品も省略している。
【００２３】
本の実施形態は、図４に示すように、反射型発光ダイオード１１、１２は、発光素子１１ｂ、１２ｂと、反射面１１ａ、１２ａと、出射面１１ｃ、１２ｃとを有し、楕円面を用いたリフレクタ２０は、リフレクタの第１焦点２３と、リフレクタの第２焦点２４とを有し、またリフレクタ反射面２０ａを有する。反射型発光ダイオード１１の反射面１１ａは、発光素子１１ｂの発光面中心を第１焦点とした第１双曲線で、発光素子１１ｂと第１焦点２３を結んだ線を軸とする回転双曲面であり、点２３が第２焦点となるように配置される。反射型発光ダイオード１１の出射面１１ｃは点２３を中心とする球面であり、反射型発光ダイオード１１の反射面１１ａと出射面１１ｃの間は発光素子１１ｂと共に樹脂やガラスなどで封止される。
【００２４】
同様に、反射型発光ダイオード１２の反射面１２ａは、発光素子１２ｂの発光面中心を第１焦点とした第１双曲線で、発光素子１２ｂと第１焦点２３を結んだ線を軸とする回転双曲面であり、焦点２３が第２焦点となるように配置される。出射面１２ｃは焦点２３を中心とする球面であり、反射面１２ａと出射面１２ｃの間は発光素子１２ｂと共に樹脂やガラスなどで封止される。リフレクタ２０は、点２３を第１焦点、点２４を第２焦点として、１５を軸とする回転楕円面２０ａを反射面とする構造となっている。
【００２５】
反射型発光ダイオード１１、１２の第１焦点に配置されている発光素子１１ｂ、１２ｂから出射した光は、回転双曲反射面１１ａ、１２ａで反射して回転楕円面２０ａへ向かう。この際、回転双曲反射面１１ａ、１２ａから反射した光線は、焦点２３から放射状に発射された光線と略一致するため、回転楕円面２０ａに当たって反射した光は回転楕円面２０ａの第２焦点２４方向へ略集光する。
【００２６】
図５は本発明の第３の実施の形態による反投写型表示装置の光源装置の構成図である。本実施形態による投射型表示装置の光源装置は、図５に示すように、反射型発光ダイオードユニット３１、３２、３３と、照明・結像光学系３５と、色合成光学系３４と、表示デバイス３６と、投写レンズ３７とから構成される。
【００２７】
この例では、反射型発光ダイオードユニット３１、３２、３３にはそれぞれ発光素子に赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを使用し、反射型発光ダイオードユニット３１、３２、３３のリフレクタの反射面に回転放物面を使用し、表示デバイスにはＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を使用している。反射型発光ダイオードユニット３１、３２、３３のを出た光は色合成光学系３４にて一つの光路へ合成される。
【００２８】
色合成光学系３４にはダイクロイックミラーやクロスプリズムなどが用いられる。照明・結像光学系３５にはフライアイレンズを使用したインテグレータ光学系を用いてもよい。一つの光路へ合成された光は、表示デバイス３６にて映像に変換され、投写レンズ３７を通ってスクリーンへ映し出される。表示デバイスにはＬＣＤパネルを用いてもよい。
【００２９】
また、反射型発光ダイオードユニット３１、３２、３３のリフレクタの反射面に回転楕円面を使用した場合には、照明・結像光学系の中にロッドレンズやライトパイプを使用したインテグレータ光学系を用いてもよい。
【００３０】
本実施形態のように、反射型発光ダイオードとリフレクタを用いた反射型発光ダイオードユニットを使用して、発光素子に光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を合成して用いた場合においても、従来よりも光量ＵＰを実現することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の反射型発光ダイオードを使用した投写型表示装置の光源装置によれば、反射型発光ダイオードの反射面を回転双曲反射面として、複数の反射型発光ダイオードの回転双曲反射面の第２焦点と、リフレクタの焦点を一致させることにより、複数の反射型発光ダイオードから発せられた光がリフレクタの１つの焦点から発せられた光と略一致することとなり、従来リフレクタの焦点に一つの光源のみしか配置できなかったものが複数個の光源を配置できることになるので、従来より光量をＵＰさせることができるという効果がある。
【００３２】
第２点として、反射型発光ダイオードとリフレクタを用いた反射型発光ダイオードユニットを使用して、発光素子に光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を用いた場合においても、従来よりも光量ＵＰを実現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】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態による反射型発光ダイオードを使用した投写型表示装置の光源の斜視図及びその中心断面図そのである。
【図２】図１の反射型発光ダイオード１１を使用した投射型表示装置の原理を説明する断面図である。
【図３】図１の反射型発光ダイオード１２を使用した投射型表示装置の原理を説明する断面図ある。
【図４】本発明の第２の実施の形態による反射型発光ダイオードを使用した投射型表示装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による反射型発光ダイオードを使用した投射型表示装置の構成図である。。
【図６】従来例による投射型表示装置の構成を説明する断面図である。
【図７】他の従来例による多光源集光装置の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
１０，１０ｂ，５１    リフレクタ（反射器：放物面）
１０ａ，１０ｃ，５４      リフレクタの反射面
１１，１２    反射型発光ダイオード
１１ａ，１２ａ    反射型発光ダイオードの反射面
１１ｂ，１２ｂ    反射型発光ダイオードの発光素子
１１ｃ，１２ｃ    反射型発光ダイオードの出射面
１３，１３ａ，１３ｂ，５５    リフレクタ焦点
１５    リフレクタ回転対称の基準軸
１６，１６ａ    ２次双曲線面
２０    リフレクタ（楕円面）
２０ａ    リフレクタの反射面
２３，２４    リフレクタの焦点
３１〜３３    反射型発光ダイオードユニット（赤、緑、青）
３４    色合成光学系
３５    照明・結像光学系
３６    表示デバイス
３７    投写レンズ
４１    発光ダイオード
５０    多光源集光装置
５２    光源ユニット
５３    積分器
５６    半球状基板
ｆ１ａ，ｆ１ｂ    反射面の回転双曲面の焦点
ｆ２    リフレクタの焦点
ｘ１ａ，ｘ１ｂ    反射面の回転双曲面と第２双曲線の対称軸
ｘ２    リフレクタ回転対称の基準軸
ｙ１，ｙ２    反射面の回転双曲面の回転軸
【図１】
2004354493.tif 000003
【図２】
2004354493.tif 000004
【図３】
2004354493.tif 000005
【図４】
2004354493.tif 000006
【図５】
2004354493.tif 000007
【図６】
2004354493.tif 000008
【図７】
2004354493.tif 000009