JP2007173072A - 光源ユニット - Google Patents

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

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。

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。

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、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。

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。

（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。

本発明の第１実施形態である光源装置ユニットの外観を示す斜視図である。 同実施形態の上面図である。 同実施形態の側面図である。 同実施形態の変形例の外観を示す斜視図である。 本発明の変形例に係る光源装置ユニットの側面図である。 本発明の変形例に係る光源装置ユニットの構成を示す図である。 本発明の変形例に係る光源装置ユニットの上面図である。 本発明の変形例に係る光源装置ユニットの正面図である。 従来の光源装置ユニットの正面図である。 従来の光源装置ユニットの側面図である。 従来の光源装置ユニットの外観を示す斜視図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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