JP2007173072A - 光源ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の発光素子を用いた光源装置において、発光素子の制御性を高める技術を提供する。
【解決手段】光源装置ユニット1において、11は発光ダイオード(以下「LED」という)である。12は放物面鏡を有したリフレクタである。リフレクタ12の放物面鏡は、全方位の放物面に対して、その軸線を水平に横切る平面で切断した際の上側の放物面(以下、このように軸線を横切る平面で分離した片側の放物面を半放物面という)の形状になっている。17はLED11の発光を制御する制御デバイスである。制御デバイス17は、リフレクタ12の出射方向に対して後方となるように、基板16上に各LED11に対応して設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】光源装置ユニット1において、11は発光ダイオード(以下「LED」という)である。12は放物面鏡を有したリフレクタである。リフレクタ12の放物面鏡は、全方位の放物面に対して、その軸線を水平に横切る平面で切断した際の上側の放物面(以下、このように軸線を横切る平面で分離した片側の放物面を半放物面という)の形状になっている。17はLED11の発光を制御する制御デバイスである。制御デバイス17は、リフレクタ12の出射方向に対して後方となるように、基板16上に各LED11に対応して設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、プロジェクタや露光装置、測定器、プリンタ等の照明装置の光源に用いて好適な光源ユニットの技術に関する。
従来、プロジェクタ等の光源装置においては、LEDやアークランプ等の光源から放射された光を平行光に整形するために、放物面鏡(リフレクタ)やコリメーターレンズ等の光学構造体が用いられている。リフレクタやコリメーターレンズを用いた光源装置は種々開発されており、例えば、特許文献1に記載されている。
特開2005−157059号公報
ところで、LEDなどの発光素子を用いる光源は、小型で消費電力も少ないという利点を有するが、光の出射範囲が広い角度に渡るので、レンズによる集光が難しく光量が多くとれないという問題があった。そこで、複数の発光素子を用いて光量を多くとるようにした装置が種々開発されている。しかしながら、複数の発光素子を集合させた場合、発光素子のそれぞれに制御デバイスへの配線パターンを配置することができず、複数の発光素子をまとめたグループ単位でしか発光素子を制御することができない。すなわち、個々の発光素子について個別の制御を行うことができないという問題があった。
本発明は上述した背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の発光素子を用いた光源装置において、発光素子の制御性を高めることのできる技術を提供するところにある。
上記目的を達成するために、本発明は、複数の光源と、前記各光源が設けられる共通の基板と、前記各光源毎に設けられ、焦点とこの焦点を通る軸線とを有する曲面であって、前記軸線を通る平面で分離された一方の側の面の少なくとも一部を反射面とし、前記各光源を前記反射面によって前記基板に対向する側から覆い、前記軸線に沿った一方側が開口して前記光源の反射光の出射口となっている複数の反射板と、前記各基板上の前記各光源の近傍に各々設けられ、前記各光源の発光状態を個別に制御する複数の制御デバイスとを具備することを特徴とする光源ユニットを提供する。
本発明の好ましい態様においては、前記光源およびこの光源に対応して設けられる前記反射板を前記基板にさらに1または複数組追加し、これらの追加した光源については、前記各制御デバイスのいずれかによって発光制御させることを特徴とする。
また、本発明は、上述の光源ユニットを、出射方向を共通にして各基板面の間の距離を空けて複数段配置したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様においては、前記光源およびこの光源に対応して設けられる前記反射板を前記基板にさらに1または複数組追加し、これらの追加した光源については、前記各制御デバイスのいずれかによって発光制御させることを特徴とする。
また、本発明は、上述の光源ユニットを、出射方向を共通にして各基板面の間の距離を空けて複数段配置したことを特徴とする。
また、本発明は、所定の円周に沿って設けられた複数の光源と、前記各光源が設けられる基板と、前記各光源毎に設けられ、焦点とこの焦点を通る軸線とを有する曲面であって、前記軸線を通る平面で分離された一方の側の面の少なくとも一部を反射面とし、前記各光源を前記反射面によって前記基板に対向する側から覆い、前記軸線に沿った一方側が開口して前記光源の反射光の出射口となっている複数の反射板と、前記各基板上の前記各光源の近傍に各々設けられ、前記各光源の発光状態を個別に制御する複数の制御デバイスとを備え、前記出射口が同じ方向を向くように前記各光源と前記各反射板とが設けられていることを特徴とする光源ユニットを提供する。
本発明によれば、複数の発光素子を用いた光源装置において、発光素子の制御性を高めることができる。
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の実施形態である光源装置ユニット1の外観を示す斜視図である。また、図2および図3は、各々図1に示す光源装置ユニット1の上面図および側面図である。図において、11は、発光ダイオード(以下、「LED」という)である。12は、放物面鏡を有したリフレクタである。リフレクタ12の放物面鏡は、全方位の放物面に対して、その軸線を水平に横切る平面で切断した際の上側の放物面(以下、このように軸線を横切る平面で分離した片側の放物面を「半放物面」という)の形状になっている。13は半円筒状のカバーであり、リフレクタ12の開口側の端縁はカバー13に内接している。また、LED11の発光点はリフレクタ12の放物面鏡の焦点に位置している。
光源装置ユニット1は、図示のように、複数のリフレクタ12の出射口が同一方向を向くように、リフレクタ12の放物面の軸線を平行にして、複数のリフレクタ12が近接して設けられている。
16はLED11が設けられた基板である。この基板16は、図示のように、リフレクタ12から出射される平行光線に対して平行となるように設けられている。
図3に示すように、LED11は基台部15aに取り付けられており、基台部15aの下端はヒートシンク15bに取り付けられている。これにより、LED11から発せられる熱は、ヒートシンク15bを介して放熱される。15cは、LED11,基台部15a,ヒートシンク15bを覆う樹脂製のモールドである。このモールド15cからは電極15dが延びており、この電極15dには基板16の配線パターンに半田付け等により接合されている。
17は、LED11の発光を制御する制御デバイスである。制御デバイス17は、リフレクタ12の出射方向に対して後方となるように、基板16上に各LED11に対応して設けられている。すなわち、1つのLED11に対して1つの制御デバイス17が設けられている。制御デバイス17は、基板16の配線パターンを介して、電極15dに接続されており、各LED11の発光を個別に制御する。また、各々の制御デバイス17は、光源装置ユニット1の制御部(図示略)に接続されており、この制御部からの信号に応じて、LED11の発光をそれぞれ制御するようになっている。
このように、本実施形態においては、LED11と制御デバイス17とを同一の基板16上に近接して配置するので、LED11のそれぞれに対して制御デバイス17を設けることができる。これにより、LED11の各々に対して個別の制御を行うことが可能となる。
次に、図1において、18は放熱板であり、基板16の下面に密着して設けられている。放熱板18のフィンは、LED11からの光の出射方向に延びており、各フィンの間は送風路を形成している。
ここで、参考のために図9および図10に従来の光源装置ユニットの構成を示す。図9は、従来の光源装置ユニット5を示す正面図であり、図10は、図9に示す光源装置ユニット5の側面図である。図示のように、発光素子51と全方位の放物面鏡(リフレクタ)52とが基板56に取り付けられている。基板56は、放物面鏡52の出射方向と直行する方向に取り付けられている。
従来の光源装置ユニットにおいては、複数の発光素子51を同一基板56上に密に並べて配置すると、図9に示すように、単位面積当たりの集光率を高くすることはできるが、発光素子51のそれぞれに制御デバイスへの配線パターンを配置することはできない。
逆に、発光素子の各々に対して制御デバイスを設けて発光素子を個別に制御しようとすると、発光素子が設けられた基板と同一の基板上に制御デバイスを設ける必要があり、単位面積当たりの集光率が低くなってしまう。さらに、この場合は、基板56上の配線パターンが複雑になってしまう。また、基板56を大きくする必要があり、装置がおおがかりな構成となってしまう。
逆に、発光素子の各々に対して制御デバイスを設けて発光素子を個別に制御しようとすると、発光素子が設けられた基板と同一の基板上に制御デバイスを設ける必要があり、単位面積当たりの集光率が低くなってしまう。さらに、この場合は、基板56上の配線パターンが複雑になってしまう。また、基板56を大きくする必要があり、装置がおおがかりな構成となってしまう。
そのため、従来の光源装置ユニットにおいては、一般的には、図9に示すように、基板56とは別途制御用基板60が設けられている。制御用基板60と基板56とは、コネクタ57、ケーブル58、コネクタ59を介して接続される。
この場合、光源装置ユニット5の制御デバイスは、基板56上の複数の発光素子をグループとして制御を行う。すなわち、従来の光源装置ユニットにおいては、発光素子を同一基板上に複数並べると、複数の発光素子を含んだグループ単位でしか発光素子を制御できない。
このように発光素子がグループ単位で制御される場合は、グループ内のある一つの発光素子や制御デバイスに故障が発生した場合、そのグループに含まれる発光素子全体が不点灯となり、光源装置としての機能を著しく低下させてしまう。例えば、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色のLED毎のグループで制御を行う場合には、いずれかのグループに故障が生じると色によってムラが発生するという問題がある。
これに対し本実施形態においては、上述したように、LED11の単位面積当たりの密度を高くしたまま、LED11と制御デバイス17とを、別々の基板上ではなく、同一の基板16上に近接して配置することができる。そのため、各LED11につき制御デバイス17を1個ずつ設けることができ、LED11の各々を個別に制御することができる。例えば、複数のLEDの各々について、駆動電流やON/OFF制御等の制御を個別に行うことが可能であり、色度や明るさなどのばらつきに合わせて、個別の給電制御を行うことができる。これにより、光源装置ユニット1全体として、細かな制御を行うことができ、光源装置ユニット1全体の制御性を高めることができる。
また、本実施形態においては、LED11を隙間無く並べることができるので、光の週効率を高くすることができる。
また、本実施形態においては、LED11を隙間無く並べることができるので、光の週効率を高くすることができる。
また、色の種類(例えば、R、G、B)によって、発光素子の光の屈折率や分散率等は異なるので、それぞれの色の発光素子について給電量等を異ならせる必要があり、そのため、従来の光源装置ユニットにおいては、同一基板上に異なる色のLEDを配置することは困難であった。これに対し本実施形態においては、LED11の各々を個別に制御することができるので、波長属性の異なるR、G、Bといった複数の種類のLEDを、一つの光源装置ユニット1に配置することも可能となる。
更に、複数の種類のLEDを一つの光源装置ユニット1に配置することができるので、各色の合成用のダイクロイックプリズム等の色合成系が不要となる。これにより、カラー表示に対応した小型でかつシンプルな構造の光源装置ユニットを低コストでつくることが可能となる。
更に、複数の種類のLEDを一つの光源装置ユニット1に配置することができるので、各色の合成用のダイクロイックプリズム等の色合成系が不要となる。これにより、カラー表示に対応した小型でかつシンプルな構造の光源装置ユニットを低コストでつくることが可能となる。
また、本実施形態においては、冷却風を基板16と平行な方向(図3の矢印P方向)に流すことができる。すなわち、冷却風は基板16に遮られることがなく、通風抵抗を低くすることができる。また、リフレクタ12に直接冷却風を当てることができるので、光源装置ユニット1を効率よく冷却することが可能となる。さらに、制御デバイス17とを同一の基板16上に配置しているので、リフレクタ12と制御デバイス17との両方を同時に冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。
従来の光源装置ユニットの場合は、図10に示すように、基板56の裏面に放熱板61が取り付けられ、この放熱板61に対して冷却風が送風されるが、冷却風の送風方向を遮るように放熱板61,基板56が位置しているので、放熱効率が悪い。また、基板56と制御用基板60とをそれぞれ別途冷却する必要がある。これに対し本実施形態においては、一つの基板16を冷却すればよいので、冷却効率が高い。
なお、図4に示すように、光源装置ユニット1を、出射方向を共通にして、各基板面の間の距離を空けて複数段配置するようにしてもよい。この構成においても、上述した実施形態と同様に、LED11を個別に制御することができるので、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、マトリクス状に配置される各LED11について個別の制御ができるから、用途に応じて極めて多様な制御を行うことができる。
従来の光源装置ユニットにおいては、LEDをマトリクス状に配置するには、図11に示すように、1枚の基板56上に全てのLEDを設けるしかなく、冷却の点で著しく不利である。これに対し本実施形態においては、図4に示すように、基板16を複数段平行に配置するので、各段の間に冷却風の通路が確保され、リフレクタ12と基板16とを良好に冷却することができる。
<変形例>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその一例を示す。
(1)上述した実施形態においては、LED1個につき制御デバイスを1個設けて、LEDを個別に制御するようにした。この構成において、LEDおよびこのLEDに対応して設けられるリフレクタを基板にさらに1または複数組追加し、これらの追加したLEDについては、予め設けられている制御デバイスのいずれかによって発光制御させるようにしてもよい。さらには、複数の発光素子(LED)を一つのグループとして、1グループにつき制御デバイスを1個設けるようにしてもよい。
発光素子をグループ化して1個の制御デバイスが制御するというのは従来よりあるが、本発明においては、例えば図4に示すマトリクス状に配置した場合などにおいて、光軸が対角にあるLEDを一つのグループにして共通の制御デバイスを用いるなど、グループ化する発光素子を任意に選択することが可能である。すなわち、本願においては、もともとLEDと制御デバイスを一対一の対応関係にして共通の基板に設けることができるから、グループ化あるいは共通制御する複数のLEDについても、制御デバイスの配置に自由度があり、配線などが容易なように配置することができる。また、LEDをグループ化して制御する他の例としては、色毎にグループ化することや、R,G,Bの組み合わせを一つの単位として各色のLEDの数が均等になるように配置する態様がある。また、各色毎のLEDの数を光量に応じて各色毎に異ならせてもよい。本願においては、グループ毎に光量制御ができるので、どのような組み合わせや配置であっても良好に適応することができる。さらに、グループ化したものの中に、制御デバイスによって単独制御を行う態様を組み合わせてもよい。このように本願においては、複数のLEDの駆動に対して様々な制御態様が可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその一例を示す。
(1)上述した実施形態においては、LED1個につき制御デバイスを1個設けて、LEDを個別に制御するようにした。この構成において、LEDおよびこのLEDに対応して設けられるリフレクタを基板にさらに1または複数組追加し、これらの追加したLEDについては、予め設けられている制御デバイスのいずれかによって発光制御させるようにしてもよい。さらには、複数の発光素子(LED)を一つのグループとして、1グループにつき制御デバイスを1個設けるようにしてもよい。
発光素子をグループ化して1個の制御デバイスが制御するというのは従来よりあるが、本発明においては、例えば図4に示すマトリクス状に配置した場合などにおいて、光軸が対角にあるLEDを一つのグループにして共通の制御デバイスを用いるなど、グループ化する発光素子を任意に選択することが可能である。すなわち、本願においては、もともとLEDと制御デバイスを一対一の対応関係にして共通の基板に設けることができるから、グループ化あるいは共通制御する複数のLEDについても、制御デバイスの配置に自由度があり、配線などが容易なように配置することができる。また、LEDをグループ化して制御する他の例としては、色毎にグループ化することや、R,G,Bの組み合わせを一つの単位として各色のLEDの数が均等になるように配置する態様がある。また、各色毎のLEDの数を光量に応じて各色毎に異ならせてもよい。本願においては、グループ毎に光量制御ができるので、どのような組み合わせや配置であっても良好に適応することができる。さらに、グループ化したものの中に、制御デバイスによって単独制御を行う態様を組み合わせてもよい。このように本願においては、複数のLEDの駆動に対して様々な制御態様が可能である。
(2)上述した実施形態においては、リフレクタの放物面鏡は、半放物面(全方位の放物面に対して、その軸線を横切る平面で分離した片側の放物面)の形状としたが、リフレクタの形状はこれに限定されるものではなく、例えば、半放物面の一部を反射面とする形状であってもよい。または、放物面に限らず、双曲線面や、楕円面に対し、その軸線を通る平面で分離した一方の側の面の少なくとも一部を用いて反射曲面を形成するようにしてもよい。
(3)なお、上述した実施形態において、LEDの光の色度や照度等を検出するセンサを設けて、このセンサの検出結果をフィードバックさせてLEDの発光制御を行うようにしてもよい。この一例について図5を参照しつつ以下に説明する。図5は、この変形例に係る光源ユニット1Aの側面図である。なお、図5に示す側面図は、上述した実施形態において図3に示した光源装置ユニット1の側面図と対応するものであり、光源装置ユニット1と同様の構成要素については同じ符号を付与している。図5において、19はLED11の光の光路Sに設けられたハーフミラーである。20はハーフミラー19によって反射される光の色度や照度等を検出するセンサである。ハーフミラー19とセンサ20とは、各LED11に対応して各々1つずつ設けられている。制御デバイス17は、各々のセンサ20から出力される信号に応じてLED11の色度や照度等を補正する。なお、色度を制御する場合は、多色LED等を用いて、例えば暗い赤を明るい赤にするなどの制御を行ってもよい。
このように、各LED11の光の色度や照度等を検出するセンサ20を設けて、その検出結果をフィードバックさせるので、LEDに経時変化が発生しても、各々のLEDの色度や照度等を個別に補正することが可能となる。これにより、LEDの明るさや色度または同一画面内の明るさや色の均一性の経時変化を軽減することができる。
なお、図5に示すハーフミラー19とセンサ20とに代えて、LED11の漏れ光を検出するためのセンサ21(図5に鎖線で図示)を設けるようにしてもよい。センサ21で検出される漏れ光の色度や照度等は、LED11の出射方向の光の色度や照度等を反映するので、この場合も、センサ21の検出値に応じて制御デバイス17がLED11を制御することによって、LED11の光の色度や照度等を好適に補正することができる。
なお、LEDの発光制御方法はこれに限定されるものではなく、例えば、投射レンズから出射される光の色度や照度等を検出し、その検出結果をフィードバックさせてLEDの光の色度や照度等を補正するようにしてもよい。
(4)上述した実施形態においては、リフレクタの出射方向に対して後方となるように、基板上に各LEDに対応して制御デバイスを設けるようにしたが、制御デバイスを設ける位置は後方に限定されるものではなく、例えば図6に示すように、リフレクタ12の出射方向に対して前方となる位置に制御デバイス17Bを設けるようにしてもよい。なお、図6(a)は、上述した実施形態における図3に示した光源装置ユニットの側面図と対応する側面図であり、図6(b)は、図2に示した光源装置ユニットの上面図と対応する上面図である。または、図7に示すように、各LEDの側方となる位置に制御デバイス17Cを設けるようにしてもよい。要するに、LEDの近傍に制御デバイスを設ければよい。
(5)上述した実施形態においては、複数のリフレクタの出射口が同一方向を向くように、リフレクタの放物面の軸線を平行にしてリフレクタを近接して設けるようにした。これに代えて、例えば図8に示すように、リフレクタ42の出射方向が同じ方向を向くように、LED41とリフレクタ42との組を円周に沿って配置するようにしてもよい。この場合も、各リフレクタ42の出射方向に対して後方となるように、各LED41に対応して制御デバイスを設ける。これにより、各LED41の発光状態を個別に制御することが可能となる。
なお、図8に示す光源装置ユニットの場合においても、制御デバイスの配置位置はリフレクタの後方に限定されるものではなく、リフレクタの出射方向に対して前方や側方となる位置に配置してもよい。要するに、LEDの近傍に制御デバイスを設ければよい。
なお、図8に示す光源装置ユニットの場合においても、制御デバイスの配置位置はリフレクタの後方に限定されるものではなく、リフレクタの出射方向に対して前方や側方となる位置に配置してもよい。要するに、LEDの近傍に制御デバイスを設ければよい。
1…光源装置ユニット、11…LED、12…リフレクタ、13…カバー、15a…基台部、15b…ヒートシンク、15c…モールド、15d…電極、16…基板、17…制御デバイス、18…放熱板、19…ハーフミラー、20,21…センサ。
Claims (4)
- 複数の光源と、
前記各光源が設けられる共通の基板と、
前記各光源毎に設けられ、焦点とこの焦点を通る軸線とを有する曲面であって、前記軸線を通る平面で分離された一方の側の面の少なくとも一部を反射面とし、前記各光源を前記反射面によって前記基板に対向する側から覆い、前記軸線に沿った一方側が開口して前記光源の反射光の出射口となっている複数の反射板と、
前記各基板上の前記各光源の近傍に各々設けられ、前記各光源の発光状態を個別に制御する複数の制御デバイスと
を具備することを特徴とする光源ユニット。 - 前記光源およびこの光源に対応して設けられる前記反射板を前記基板にさらに1または複数組追加し、これらの追加した光源については、前記各制御デバイスのいずれかによって発光制御させることを特徴とする請求項1記載の光源ユニット。
- 請求項1または2に記載の光源ユニットを、出射方向を共通にして各基板面の間の距離を空けて複数段配置したことを特徴とする光源ユニット。
- 所定の円周に沿って設けられた複数の光源と、
前記各光源が設けられる基板と、
前記各光源毎に設けられ、焦点とこの焦点を通る軸線とを有する曲面であって、前記軸線を通る平面で分離された一方の側の面の少なくとも一部を反射面とし、前記各光源を前記反射面によって前記基板に対向する側から覆い、前記軸線に沿った一方側が開口して前記光源の反射光の出射口となっている複数の反射板と、
前記各基板上の前記各光源の近傍に各々設けられ、前記各光源の発光状態を個別に制御する複数の制御デバイスと
を備え、
前記出射口が同じ方向を向くように前記各光源と前記各反射板とが設けられている
ことを特徴とする光源ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005369756A JP2007173072A (ja) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | 光源ユニット |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011181298A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Now Data Corp | 擬似太陽光照射装置 |
WO2012115274A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | A lighting device and a lighting system |
WO2012172688A1 (ja) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 東芝ライテック株式会社 | 光源及びこれを備えた照明器具 |
-
2005
- 2005-12-22 JP JP2005369756A patent/JP2007173072A/ja active Pending
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