(57)【要約】【課題】本発明は、プロジェクタや家庭用リアプロジェクションテレビに用いられる光源装置に関するものであり、特にＬＥＤなどの発光素子ランプを用いることによって、ランプ寿命、安全性を向上させ、かつこの光源装置を用いることによって、プロジェクタ製品の小型化、低コスト化を容易とすることを目的としている。【解決手段】本発明は、発光素子を配置するための平面部が複数設けられたロッドと、前記ロッドの複数の平面部に夫々配置された発光素子と、前記ロッドの複数の平面部近傍を夫々第１の焦点として、第２の焦点に前記発光素子から出力される光を反射するリフレクタとを有し、前記ロッドの平面部毎に離間した位置に配置された複数の第１の焦点と、前記第２の焦点を結ぶ複数の光軸は、前記第２の焦点で交差するように配置されることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を配置するための平面部が複数設けられたロッドと、前記ロッドの複数の平面部に夫々配置された発光素子と、前記ロッドの複数の平面部近傍を夫々第１の焦点として、第２の焦点に前記発光素子から出力される光を反射するリフレクタとを有し、前記ロッドの平面部毎に離間した位置に配置された複数の第１の焦点と、前記第２の焦点を結ぶ複数の光軸は、前記第２の焦点で交差するように配置されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記リフレクタは、前記複数の平面部に対応して分割して構成されていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項３】
前記リフレクタは、非球面反射面で構成されていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の焦点をＦ１、前記第２の焦点をＦ２、前記ロッドの中心軸に対して、前記第１の焦点から降ろした垂線との交点をＡ点とし、前記ロッドの中心軸と前記光軸との交差角度をθとするとき、ＡＦ１／ＡＦ２＝ｔａｎθとなるように前記光軸を配置することを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項５】
前記ロッドの複数の平面部が、前記光軸と平行に構成されたことを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項６】
前記ロッドの発光素子を配置するための平面部は、断面が正三角形の三角柱形状であり、その各面に赤色光、青色光、及び緑色光で発光する発光素子が配置されていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項７】
前記各平面部に赤色光、青色光、及び緑色光で発光する発光素子が夫々、複数配置されていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項８】
前記各平面部に、夫々赤色光、青色光、及び緑色光で発光する発光素子が配置されていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項９】
前記ロッドの他端に放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【請求項１０】
前記ロッド内に、冷却用媒体が循環する流路が設けられていることを特徴とする請求項１項記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、投影形の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェクタ等に使用される投影形の画像表示装置、例えばリアプロジェクションテレビに用いられる発光素子を用いた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】本件発明者は、先に、特願２００１−７１９３７号に示される画像表示装置を発明した。この画像表示装置は、白色光源と、白色光源からの光線を２次光源として集光する集光ミラーと、２次光源の位置に配置され、白色光を時間的に光の３原色に分解するカラーフィルタと、コンデンサレンズと、第１及び第２の折り返しミラーと、２次元に配列された各ピクセルの微小ミラーの傾きを変化させることにより反射光の角度を変化させてオン／オフ状態を作る反射表示手段と、この反射表示手段によって表された画像をスクリーンに拡大して投影する投影レンズとを備えるものである。【０００３】図５は、上記従来技術の構造図であり、２０は白色光源のアーク（発光点）、２１は集光ミラーとしての楕円ミラー、２２は輪帯部分が光の三原色（赤、緑、青）に分割された回転可能なカラーフィルタ、２３は光学部品であるライトトンネル、２４はコンデンサレンズ、２５は折り返しミラーとしての平面ミラー、２６は第２の折り返しミラーとしての球面ミラー、２７は後述する反射表示手段としてのＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）、２８は第２のコンデンサレンズ、２９は投影レンズである。【０００４】ここで、ＤＭＤ２７は、「光学」（ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．６，ｐ．３１３〜３１４，１９９６年）に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセルごとにその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射形表示素子である。そして、ピクセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射せず、ピクセルがオンの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズ２９に入射してスクリーンに画像を形成するように光学系部品を配置する必要がある。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤ２７の光線の入射面に対して１０から１２度程度と決められている。【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５４４９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】従来のＤＭＤを用いたプロジェクタでは、白色光を出力する光源を用い、この光源からの出力光を、カラーフィルタを用いて、３原色に分解するため、カラーフィルタ及びカラーフィルタを回転駆動するモータ等の駆動装置が必要である。
また、液晶を用いたプロジェクタでは、ダイクロイックミラーを用いて３原色に分解するため、少なく共３枚のダイクロイックミラー及び、平行な偏光光を作成するための、マイクロレンズや偏光板が必要である。【０００７】従来の光源装置として、上記の特許文献１に示された例を説明する。
この特許文献１には、その図４に、楕円形状の反射面を有するリフレクタと、発光素子をランプとして用いた光源が示されている。
しかしながら、この光源装置は、白色光或いは赤、緑、青の単色光を出力するものであり、プロジェクタに使用する際には、この特許文献１の図５に示されるように、３つの光源装置をプリズムの３面に対向配置しなければならない。【０００８】このような光源装置では、プロジェクタを構成するに際して、３つのリフレクタ、及びプリズムを用いるため、低コスト化が困難であり、また小型化も困難である。このため、発光素子をランプとして用いるメリットが損なわれてしまう。【０００９】本発明は、ランプとして発光素子を用いるメリットを最大限に活かし、プロジェクタ装置を構成する際、低コスト化、小型化、及び高寿命化が可能な、光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載するように、発光素子を配置するための平面部が複数設けられたロッドと、前記ロッドの複数の平面部に夫々配置された発光素子と、前記ロッドの複数の平面部近傍を夫々第１の焦点として、第２の焦点に前記発光素子から出力される光を反射するリフレクタとを有し、前記ロッドの平面部毎に離間した位置に配置された複数の第１の焦点と、前記第２の焦点を結ぶ複数の光軸は、前記第２の焦点で交差するように配置されることを特徴としている。【００１１】更に、請求項２から請求項１０に示すように、種々の構成によって、離間して配置された複数の発光素子から出力される光を、第２の焦点に効率的に導く構成を特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】本発明の光源装置は、赤色光、青色光、及び緑色光を出力する発光素子を、１つのリフレクタ内に、ロッドを用いて配置することで、従来のプロジェクタでは必要不可欠であった、カラーホイール装置、或いはダイクロイックミラー光学系が不要となる。
このため、光源装置を用いたプロジェクタ装置の小型化、低コスト化が可能となり、また前記ロッドの他端に放熱部材を配置することで、高出力化を可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す構造図であり、光源装置の主要部品の位置関係を示している。
図１は側面から見た断面を表している。【００１４】この図１において、１は発光素子である半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）、２は発光素子１を保持固定するロッドであり、複数の発光素子１は、このロッド２の端部に設けられた複数の平面部に配置、固定されている。
３はリフレクタであり、コールドミラー材によって構成された、断面が楕円形状の反射面を有し、発光素子１の回りを囲むように配置され、ロッド２と接合されている。
尚、夫々の発光素子１は、このリフレクタ３の第１の焦点Ｆ１付近に配置される。【００１５】リフレクタ３のもう１つの焦点Ｆ２付近には、均一な投影光を生成するためのライトトンネル４が配置されている。
発光素子１から出力された光は、約１００度から１２０度の放射角度で、リフレクタ３に向け放射され、この光は、光路を示す矢印６に示されるようなリフレクタ３による反射によって、他の焦点５に集光される。【００１６】尚、図２に、ロッド２の一端であり、発光素子を配置する面が構成された部分の斜視図を示す。
平面部の１面に、４つの発光素子が配置されているが、これは１つの例示であって、必要な光量によって、配置される発光素子の個数は変更される。
ロッド２は、発光素子１から発生する熱をリフレクタ３の外部に放出するため、熱伝導性の良い材料を用いる。【００１７】また、図２に示すように、ロッド２の端部は、垂直断面が正三角形の三角柱状に構成され、この三角柱の３側面（平面部）にそれぞれ、赤色光、青色光、及び緑色光を出力するの発光素子１が、夫々複数個配置され、夫々の平面部に電極７を介して接続、固定されている。
各平面部の複数の第１の焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２とを結ぶ複数の光軸Ｚは、図６に示すように、第２の焦点Ｆ２で交差するように構成されている。【００１８】第１の焦点Ｆ１から、ロッドの中心軸（光源装置の中心軸）に降ろした垂線の交点をＡとして、焦点Ｆ１とＡ点との距離をｌ、焦点Ｆ２とＡ点との距離をＬとし、ロッドの中心軸と光軸Ｚとの交差角度をθとすると、Ｆ１Ａ／Ｆ２Ａ＝１／Ｌ＝ｔａｎθとなるように、ロッド２及びリフレクタ３は配置されている。【００１９】リフレクタ３の後部から外部に突き出たロッド２の端部には、放熱部材としての放熱フィン８が設けられている。
尚、ロッド２の内部に冷却媒体、例えば水の流路を設け、冷却装置を接続できる構造としてもよい。【００２０】尚、従来の高圧水銀ランプを用いた光源装置では、ランプの破裂による衝撃でリフレクタ３が破損することがあったため、このような破損が生じても破片が飛散しないように、通風効果のある網目状の保護具で、リフレクタ３を囲う場合があったが、本発明のような発光素子を用いた光源の場合、そのようなリフレクタの保護は不要となる。【００２１】尚、図示しないが、リフレクタ３の外部の表面に凹凸フィンを設け、光源装置内部の温度が、外部に効率的に放出できるように構成してもよい。【００２２】図３にこの光源装置の正面図を示す。
赤色光、青色光、緑色光の各出力光は、夫々、リフレクタ３を１２０度づつ３等分した領域において反射され、焦点に集光される。【００２３】図４に本発明の光源を用いたプロジェクタの構成を示す。
１０は光学エンジン本体部であり、光源１１、投影面の光の明るさを均一化するためのライトトンネル４、光を集中させるコンデンサレンズ１２、均一化されたランプ光を画像形成素子に導く反射鏡１３、１４、投影画像を形成する画像形成素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）１５、及び投影レンズ１６からなり、これらの光学部品は、ケース体に収納されている。
尚、投影レンズ１６は、投影光を所定の方向に出射するためのミラー或いはプリズムなどを含んでいる。【００２４】１７は冷却ファンであり、リフレクタ３の外表面、放熱フィン８、及びライトトンネル４は、この冷却ファン２１によって冷却される。【００２５】このような構成の元、本実施例の光源装置１１は、光源駆動回路１８によって、赤色光、青色光、緑色光が、交互に時系列に出力されるように駆動される。
この発光素子の駆動信号に同期して、画像形成素子１５がメイン基板１９によって図示しない、外部からの画像データに基づいて駆動され、投影画像が生成される。【００２６】本発明は、上記一実施例に限定されるものではなく、例えば、本光源装置は、液晶ライトバルブを画像形成素子として用いたプロジェクタにも利用可能である。【００２７】ロッドの夫々の平面部に配置固定される発光素子の素子数や、ロッドの形状、構造は、種々変更可能である。
例えば、図８に示すように、ロッドの素子配置面（平面部）を、光軸Ｚに平行となるように傾斜させてもよい。【００２８】また、放射角度が９０度以下の発光素子を用いる場合、図９に示すように、ロッドを４角柱として、素子配置面を４つ以上設けてもよい。
また、図２に示した実施例では、各素子配置面には、夫々異なる色の発光素子を複数配置したが、この図９の例に示すように、各配置面に、赤色光、青色光、緑色光の発光素子を混在して配置してもよい。この場合、各発光色の素子を個々に点滅させるために、夫々の発光色の素子との接続用の電極がこの配置面に設けられている。【００２９】また、効率的に反射光を第２の焦点に集光させるために、リフレクタの反射面を、非球面形状としてもよい。
また、発光素子として、半導体レーザダイオードを用いてもよい。
更に、赤色光、青色光、緑色光の発光素子以外の発光素子、例えば、黄色光を出力する素子を混在させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】以上述べたように本発明では、適用されるプロジェクタの小型化、低コスト化が可能であり、また、長寿命であり、かつ破損の恐れがないため、家庭内で用いられる投影表示装置への利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施例の形態に係る主要な構成を示す側面構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施例の形態に係るロッドの平面部構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施例の形態に係る主要な構成を示す正面構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施例の光源装置を用いたプロジェクタ装置の概念図である。
【図５】図５は、従来のプロジェクタの主要構成部品を示す概念図である。
【図６】図６は、本発明の実施例の形態に係る光軸の交差状態を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施例の形態に係る光軸と中心軸との位置関係を示す図である。
【図８】図８は、光軸と平行に発光素子を配置する他の実施例の、ロッドの平面部を示す概念図である。
【図９】図８は、他の実施例の、ロッドの平面部を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３２】１：発光素子
２：ロッド
３：リフレクタ
８：放熱部
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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