JP2011023375A

JP2011023375A - 発光装置

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Publication number: JP2011023375A
Application number: JP2007294463A
Authority: JP
Inventors: Haruo Kokado; 晴生古角; Andrei Kazmierski; カズミエルスキ− アンドレイ
Original assignee: Helios Techno Holding Co Ltd
Current assignee: Helios Techno Holding Co Ltd
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2011-02-03
Also published as: WO2009063655A1

Abstract

【課題】高照度化を図ることができるとともに、長寿命化を図ることができる発光装置を提供する。
【解決手段】光反射面２０を内側に有する凹面鏡１２と、凹面鏡１２の内側に収容された複数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂとを備える発光装置１０において、光反射面２０を凹面鏡１２の中心軸Ｌを中心にして放射状に分割して分割領域Ｓそれぞれに回転楕円面の一部が切り取られた部分楕円面２０ａ、２０ｂを形成し、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂを対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂに向けて該対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂの焦点Ｆａ、Ｆｂにそれぞれ配設することにより、上記課題を解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを光源とし、一般照明やプロジェクターなどに用いられる発光装置に関する。

一般照明やプロジェクターに用いられる発光装置として、内部に反射面が形成された凹面鏡と、当該反射面の焦点に配設された放電灯とを組み合わせたものが広く用いられている（例えば、特許文献１）。

しかし、放電灯は消費電力が大きく、かつ、放熱量が多いという問題があった。そこで、消費電力が小さく、かつ、放熱量も少ないという利点を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ光源」という。）を発光装置の光源として用いることが提案されており、また、１個当たりの光量が放電灯と比べて少ないというＬＥＤ光源の欠点を補うため、複数のＬＥＤ光源を備えることにより、多くの光量を出光することのできる発光装置が開発されている。

このような複数のＬＥＤ光源を備える発光装置１の一例として、図１５に示すように、内部に楕円面からなる反射面Ｒ１が形成された凹面鏡２と、当該凹面鏡２の底部において、放射される光の中心軸が互いに略平行となるように並べられた複数のＬＥＤ光源３とで構成された発光装置１が挙げられる。この発光装置１によれば、複数のＬＥＤ光源３を同時に点灯することで多くの光量を出光させることができる。
特開平９−２５９６２２号公報

しかし、ＬＥＤ光源３から放射された光のうち、反射面Ｒ１で反射されずに直接発光装置１から出光される光Ｌ２（図１５において破線で表示）の大部分は、発光装置１から放射された光が照射すべき「照射領域」の外（以下、「迷光領域」という。）を照らすことになる。このため、無駄な光（＝迷光）がロスになり、照射領域を照らす光量がＬＥＤ光源３から放射される光量に比べて少な過ぎ、光の利用効率が悪いという問題があった。

また、従来の発光装置１では、複数のＬＥＤ光源３を使用するため懐中電灯のように一定領域をある程度明るく照射することについてはそれなりの効果があるものの、すべてのＬＥＤ光源３が反射面Ｒ１（楕円面）の焦点ｆに配設されておらず、反射面Ｒ１で反射され、発光装置１から出光する光Ｌ１（図１５において実線で表示）を集光させて集光効率を高めることが必要な分野、例えば、プロジェクター光源のような場合には不向きであるという問題があった。

さらに、従来の発光装置１では、ＬＥＤ光源３は、凹面鏡２の底部において、放射される光の中心軸が互いに略平行となるように並べられており、ＬＥＤ光源３同士を十分に離隔して配設できない。このため、ＬＥＤ光源３の発光時に生じる熱を逃がすための放熱板の大きさを大きくすることができず、ＬＥＤ光源３を十分に冷却することができないことから、ＬＥＤ光源３の点灯中の温度が高くなってＬＥＤ光源３の寿命が短くなるという問題もあった。

また、発光装置１から出光される光を平行光とする必要がある場合(例えばサーチライトのようなもの)には、反射面Ｒ１を放物面で形成する必要があるが、かかる場合でも、図１６に示すように、すべてのＬＥＤ光源３が当該放物面の焦点ｆに配設されていないので、放物面である反射面Ｒ２で反射された光Ｌ１（図１６において実線で表示）は平行光にならず、また、反射面Ｒ２で反射されない光Ｌ２（図１６において破線で表示）も当然に平行光ではない。このため、発光装置１から出光される光を完全な平行光にすることができず、平行光とならない無駄な光（＝迷光）がロスになり、上述したように、照射領域を照らす光量がＬＥＤ光源３から放射される光量に比べて少な過ぎ、やはりこの場合も光の利用効率が悪いという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、反射面を複数の領域に分割して凹面鏡内に複数の焦点を設け、ＬＥＤ光源を各焦点に配置してＬＥＤ光源から放射された光を反射面で反射させ、反射鏡で反射された光を１点またはその近傍に集光させ、あるいは、平行光を出光させることができるようにし、更には、集合して配置されたＬＥＤ光源群に対して十分な大きさの放熱板を取り付けることにより長寿命化を図ることができる発光装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明(図１〜４)は、
（１Ａ）光反射面２０を内側に有する凹面鏡１２と、前記凹面鏡１２の内側に収容された複数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…とを備える発光装置１０において、
（１Ｂ）前記光反射面２０は、前記凹面鏡１２の中心軸Ｌを中心にして放射状に分割され、（１Ｃ）前記分割領域Ｓそれぞれには回転楕円面の一部が切り取られた部分楕円面２０ａ、２０ｂ…が形成されており、
（１Ｄ）前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…はそれぞれ互いに異なる位置に焦点Ｆａ、Ｆｂ…を有し、
（１Ｅ）前記ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…は、対応する前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…に向けて該対応する前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…の焦点Ｆａ、Ｆｂ…にそれぞれ配設されてなることを特徴とする発光装置１０である。

本発明に係る発光装置１０によれば、複数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…は、それぞれ対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂ…の互いに異なる位置にある焦点Ｆａ、Ｆｂ…に配設され、かつ、対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂに向けて配設されているので、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…から放射される光の大部分又は全部を部分楕円面２０ａ、２０ｂ…で反射させ、その集光点(第２焦点)Ｃａ、Ｃｂ…にそれぞれ集光させることができ、その結果、１個では光量が乏しいＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…でも、大光量が要求されるプロジェクターに用いることができる。この場合、後述するように、集光点(第２焦点)Ｃａ、Ｃｂ…が一致しておれば更に好ましい。なお、部分楕円面２０ａ、２０ｂ…は、対応する分割領域Ｓ全体としてもよいし、分割領域Ｓの中央部分に位置するその主たる反射面だけに形成してもよい。

また、互いに異なる位置にある焦点Ｆａ、Ｆｂ…にＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…を配設しているので、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…間にある程度の間隔を設けることができ、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…に対して十分な大きさの放熱板を取り付けることができる。

請求項２に記載した発明は凹面鏡１２が複数の部分放物面を２０ｃ、２０ｄ…を有する場合で、請求項１と凹面鏡１２が相違するだけであるから、図１〜３、図８を用いて説明する。
（２Ａ）光反射面２０を内側に有する凹面鏡１２と、前記凹面鏡１２の内側に収容された複数のＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…とを備える発光装置１０において、
（２Ｂ）前記光反射面２０は、前記凹面鏡１２の中心軸Ｌを中心にして放射状に分割され、
（２Ｃ）前記分割領域Ｓそれぞれには回転放物面の一部が切り取られた部分放物面２０ｃ、２０ｄ…が形成されており、
（２Ｄ）前記部分放物面２０ｃ、２０ｄ…はそれぞれ互いに異なる位置に焦点Ｆｃ、Ｆｄ…を有し、
（２Ｅ）前記ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…は、対応する前記部分放物面２０ｃ、２０ｄ…に向けて該対応する前記部分放物面２０ｃ、２０ｄ…の焦点Ｆｃ、Ｆｄ…にそれぞれ配設されてなることを特徴とする発光装置１０である。

本発明に係る発光装置１０によれば、複数のＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…は、それぞれ対応する部分放物面２０ｃ、２０ｄ…の焦点Ｆｃ、Ｆｄ…に配設され、かつ、対応する部分放物面２０ｃ、２０ｄ…に向けて配設されているので、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…から放射される光の大部分又は全部を部分放物面２０ｃ、２０ｄ…で反射させ、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…の個数にほぼ相当する光量の平行光線を出光させることができる。なお、部分放物面２０ｃ、２０ｄ…は請求項１と同様、分割領域Ｓ全体としてもよいし、分割領域Ｓの中央部分に位置するその主たる反射面だけに形成してもよい。

また、この場合も前記同様、互いに異なる位置にある焦点Ｆｃ、Ｆｄ…に、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…を配設しているので、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…間にある程度の間隔を設けることができ、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄに十分な大きさの放熱板を取り付けることができる。

請求項３に記載した発明(図６)は、請求項１の発光装置１０に関し、「複数の前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…は、互いに同じ位置に集光点Ｃａ、Ｃｂを有する」ことを特徴とする。すなわち、部分楕円面２０ａ、２０ｂ…を若干内側に向けるように構成して複数の部分楕円面２０ａ、２０ｂ…の集光点(第２焦点)Ｃａ、Ｃｂ…が互いに同じ位置に位置するようにしてあるので、複数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射され、部分楕円面２０ａ、２０ｂで反射された光をすべて１つの集光点(第２焦点)Ｃａ、Ｃｂ…に集光させることができ、その結果、前述のように、１個では光量が乏しいＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…でも大光量が要求されるプロジェクター用としてより好適な発光装置１０を提供できる。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置１０に関し、「前記中心軸Ｌ上に配設され、前記凹面鏡１２の出光方向に光を放射するセンターＬＥＤ光源５０を更に備えている」ことを特徴とする。

上述した請求項１またはその従属項である請求項３に記載の発光装置１０では、出光される光は集光点（第２焦点）Ｃａ、Ｃｂ…に集光され、これに加えてセンターＬＥＤ光源５０からの光が加わることになるから、集光点（第２焦点）Ｃａ、Ｃｂ…が不一致の場合には、その中心にセンターＬＥＤ光源５０からの光が加わり、また、集光点Ｃａ、Ｃｂ…が一致する場合には、更にセンターＬＥＤ光源５０からの光が加算されてその光量が増加する。

これに対して請求項２に記載の発光装置１０では、凹面鏡１２の中心軸Ｌを中心にして光反射面２０が放射状に分割されているので、その焦点Ｆｃ、Ｆｄ…（すなわち、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ…の配設位置）は、中心軸Ｌの周りに位置することになり、しかもこの場合、分割された各部分放物面２０ｃ、２０ｄから出光される光は平行光であるから、図９に示すように、発光装置１０から出光される光の照度分布において、中心軸Ｌを中心として、その周りよりも暗い部分が生じてしまう(この部分を暗い領域ＤＲとして表示する)。しかしながら本発明では、図１０に示すように、中心軸Ｌ上に配設されたセンターＬＥＤ光源５０が中心軸Ｌに一致して凹面鏡１２の出光方向に光を放射するので、発光装置１０から出光される光の輝度分布において暗い領域ＤＲが生じるのを防止し、発光装置１０から出光される光の照度分布を均一化させることができる。すなわち、照度の高均斉度を実現することができる。

請求項５に記載した発明は、「前記ＬＥＤ光源２６から放射される光の照射面は、対応する前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…あるいは前記部分放物面２０ｃ、２０ｄ…の範囲内にある」ことを特徴とするもので、ＬＥＤ光源２６から放射される光は、すべて対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂ…あるいは部分放物面２０ｃ、２０ｄ…で反射され、光反射面２０が部分楕円面２０ａ、２０ｂである場合にはＬＥＤ光源２６から出光する光をすべて集光点Ｃａ、Ｃｂに集光させ、光反射面２０が部分放物面２０ｃ、２０ｄである場合にはすべての光が互いに平行な平行光を出光させることができ、迷光を極力減少させ、照射面の明るさを最大にすることができる。

本発明は、複数の焦点に一致させて配設された複数のＬＥＤ光源から出射された光を対応する部分反射面で反射させるものであるが、反射面が部分楕円面である場合には出光する光を対応する集光点に集光させ、あるいは反射面が部分放物面である場合には平行光を出光させることにより複数のＬＥＤ光源から放射された光の無駄（＝迷光）を極力排除してＬＥＤ光源を使用する発光装置の高照度化を図ることができる。また、焦点間の距離を十分離すことができるので、焦点にそれぞれ取り付けられたＬＥＤ光源に対して十分な大きさの放熱板を取り付けることができ、発光装置の長寿命化を図ることもできる。

以下、本発明を図示実施例に従い、まず、光反射面に複数の部分楕円面が用いられた第１実施例について説明し、続いて、光反射面に複数の部分放物面が用いられた第２実施例を説明する。なお、第２実施例は光反射面が相違するだけであるので、第２実施例の説明では共通部分について第１実施例の説明を援用してその説明を省略し、相違部分を中心に説明する。

（第１実施例）
本発明を適用した発光装置１０は、一般照明やプロジェクターに用いられるものであり、図１〜図３に示すように、凹面鏡１２と、ＬＥＤ光源ユニット１４と、ＬＥＤ光源ユニット１４を保持するホルダー１６と、給電端子１８とを備えている。

凹面鏡１２は、その内側に形成され、光を反射させる光反射面２０と、光反射面２０で反射された光を凹面鏡１２から出光する出光開口２２と、出光開口２２に対向する位置に設けられ、ホルダー１６に取り付けられる円筒状の中央取付筒部２４とを有しており、凹面鏡１２の中心を通り、出光開口２２に直交する直線を凹面鏡１２の中心軸Ｌとする。材質はガラスあるいはアルミニウムなどが使用され、アルミニウムの場合は反射面に金属蒸着がなされ、ガラスの場合は一般的に赤外線透過被膜が光反射面２０が形成されている傘状の本体部分１３の外表面に形成されている。

光反射面２０は、中心軸Ｌを中心にして放射状に複数の分割領域Ｓに分割されており、図２から分かるように各分割領域Ｓは本体部分１３の径方向外側に若干ずらされて形成されており、分割領域Ｓそれぞれには、回転楕円面の一部が切り取られた部分楕円面２０ａ、２０ｂが形成されている。図の実施例では、分割領域Ｓは互いに大きさの等しい一対のものであり、部分楕円面２０ａ、２０ｂは、分割領域Ｓ全体を構成している。つまり、光反射面２０は、互いに大きさの等しい一対の部分楕円面２０ａ、２０ｂを突き合わせることによって構成されており、その境界は不連続になっている。勿論、発光装置１０の用途や要求される照射面形状に応じて、分割領域Ｓの大きさは互いに異なるものであっても良いし、部分楕円面２０ａ、２０ｂは各分割領域Ｓの中央部分の主たる反射面に形成されていてもよい。また、各分割領域Ｓの境界は前述のように不連続にならないように滑らかな曲面あるいは平面で繋ぐようにしてもよい。

ここで「楕円面」について説明すると、まず「楕円面」の「楕円」Ｅとは、図４に示すように、ある平面上における任意の直線をＸ軸とし、このＸ軸に直交する直線をＹ軸とし、Ｘ軸上に２つの任意の点Ａ、Ｂを定めたとき、点Ａからの距離ｒ１と点Ｂからの距離ｒ２との和Ｓ（つまり、ｒ１＋ｒ２＝Ｓ）が一定となる点Ｃの集合である。そして、Ｘ軸を中心軸としてこの楕円Ｅを回転させたときの軌跡によって規定される面が「回転楕円面」あるいは単なる「楕円面」である。

このような「楕円面」は、次のような特徴を有している。すなわち、楕円面を全反射面（入光した光がすべて反射する面）としたとき、点Ａから放射され、楕円面で反射された光はすべて点Ｂに集光される。なお、本明細書では、光の放射位置である点Ａを楕円面の「焦点Ｆ」と記載し、光が集光される位置である点Ｂを楕円面の「集光点Ｃ」と記載する。また、楕円面の焦点Ｆを第１焦点、集光点Ｃを第２焦点とよぶ場合もあるが、本明細書では、上述した通り焦点Ｆおよび集光点Ｃと記載する。

したがって、光反射面２０を構成する、回転楕円面の一部が切り取られて形成された一対の部分楕円面２０ａ、２０ｂも「楕円面」であることに変わりないから、それぞれ焦点Ｆａ、Ｆｂと集光点Ｃａ、Ｃｂとを有していることは明らかである。そして、部分楕円面２０ａ、２０ｂは、径方向外側に位置をずらすことによりそれぞれ互いに異なる位置に焦点Ｆａ、Ｆｂを有するように配置されている。

ＬＥＤ光源ユニット１４は（図１〜図３参照）、光を放射するＬＥＤ光源２６と、ＬＥＤ光源２６がその先端側面に取り付けられているＬＥＤ保持部材２８とで構成されており、凹面鏡１２の内側にて中心線Ｌに一致するように収容されている。

ＬＥＤ光源２６は、所定の電圧を印加することにより、例えば約９０°の光放射角θ(光放射角θは勿論、これに限られない。)で光を放射する電子部品であり、本実施例では、部分楕円面２０ａ、２０ｂの数と同じ数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂが用いられている。その一方のＬＥＤ光源２６ａは、一方の部分楕円面２０ａの焦点Ｆａに配設されており、他方のＬＥＤ光源２６ｂは、他方の部分楕円面２０ｂの焦点Ｆｂに配設され、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂは対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂに向けて光を放射するようになっている。この時、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射される光の照射面は対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂの範囲内にあることが望ましく、その場合は反射光を全て集光点Ｃａ、Ｃｂに集めることができる。

ＬＥＤ保持部材２８は、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂを凹面鏡１２の内側における所定の位置(＝焦点Ｆａ，Ｆｂ)に保持する短冊状の例えばシリコン基板あるいはプリント基板の接着合板、またはアルミニウム板であり、その自由端であるその一方端部の表裏面には、一対のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂが、互いの裏面（光を放射する面に対する反対の面）を向かい合わせるようにしてそれぞれ接着により実装されている。また、ＬＥＤ保持部材２８の表裏面には、それぞれ給電回路３０が形成されており、この給電回路３０を通してＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂに電力が供給されるようになっている（アルミニウム板の場合は、例えば、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂとアルミニウム板との間を電気的に絶縁し、導線によってＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂに電力を供給する。）。また、ＬＥＤ保持部材２８は、例えば前述のようにシリコン基板あるいはプリント基板、またはアルミニウム板など熱伝導性の高い材質で形成されており、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂが発光すると同時に発生する熱をＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂからすばやく受け取ることができるようになっている。つまり、ＬＥＤ保持部材２８は、単にＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂを保持するだけでなく、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂへ給電するとともに、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂの放熱板としての役割をも有している。また、ＬＥＤ保持部材２８の他方端部は、凹面鏡１２の中央取付筒部２４に取り付けられている（取り付けの詳細については後述する）。さらに、後述するように、給電回路３０への給電は、給電端子１８からリード線４０を介して行われる。また、ＬＥＤ保持部材２８の厚みは、その表裏面に実装されたＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂがそれぞれ部分楕円面２０ａ、２０ｂの焦点Ｆａ、Ｆｂに位置するように設定されている。

ホルダー１６は、セラミックなどの耐熱性材料によって形成された略円筒状の部材であり、図３に示すように、その一方端面に凹面鏡１２の中央取付筒部２４が嵌め込まれる凹面鏡取付溝３２と、ＬＥＤ光源ユニット１４を構成するＬＥＤ保持部材２８の他方端部が嵌め込まれるＬＥＤ光源ユニット取付孔３４とが設けられている。また、ホルダー１６の他方端面には、給電端子１８が嵌め込まれる給電端子取付溝３６と、リード線４０（後述）を挿通させるリード線挿通孔３８とが設けられている。また、ＬＥＤ光源ユニット取付孔３４とリード線挿通孔３８とは、ホルダー１６の中心部において互いに連通されており、ＬＥＤ保持部材２８の表裏面に設けられた給電回路３０にリード線４０を接続できるようになっている。また、凹面鏡１２、ＬＥＤ光源ユニット１４および給電端子１８は、それぞれホルダー１６に嵌め込まれた後、無機接着材によってホルダー１６に接着されている。なお、無機接着材料としては、アルミナ−シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）系、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系あるいは炭化ケイ素（ＳｉＣ）系の無機接着材を用いることができる。また、発光時におけるＬＥＤ光源２６の温度が比較的低温である場合は、接着材としてエポキシ樹脂を用いてもよい。

給電端子１８は、外部から電力を受け入れる電極部材であり、互いに電気的に絶縁された口金電極１８ａと中央電極１８ｂと絶縁材１８ｃとで構成されている。口金電極１８ａは導電性金属製の筒状体であり、その外面にはネジが切られており、図示しない発光装置ソケットに螺合されるようになっている。また、中央電極１８ｂは、導電性金属製の部材であり、口金電極１８ａの一方端部に絶縁材１８ｃを介して取り付けられている。また、口金電極１８ａおよび中央電極１８ｂにはそれぞれリード線４０の一方端が電気的に接続されており、リード線４０の他方端は、ホルダー１６のリード線挿通孔３８を通って、ＬＥＤ保持部材２８に設けられた給電回路３０に電気的に接続されている。

この発光装置１０は一例を示せば以下の手順で製造される。ＬＥＤ保持部材２８にＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂを接着及び給電回路３０との電気的接続を行うことにより実装したＬＥＤ光源ユニット１４を準備し、他方端面に給電端子１８を取り付けたホルダー１６を用意し、次に、ホルダー１６の一方端面にＬＥＤ光源ユニット１４を取り付け、最後に凹面鏡１２にＬＥＤ光源ユニット１４を中央取付筒部２４に後から挿入し、焦点合わせをしつつホルダー１６を中央取付筒部２４に固定する。

このようにして製造した発光装置１０の給電端子１８に電力を与えると、リード線４０およびＬＥＤ保持部材２８に形成された給電回路３０を介してＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂに電力が与えられ、電力が与えられたＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂは光を放射する。ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射された光は、それぞれ対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂで反射され、出光開口２２を通って発光装置１０から出光される。

第１実施例に係る発光装置１０において、複数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂは、図５に示すように、それぞれ対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂの焦点Ｆａ、Ｆｂに配設され、かつ、前記ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ…は、対応する前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…に向けて該対応する前記部分楕円面２０ａ、２０ｂ…の焦点Ｆａ、Ｆｂ…にそれぞれ配設されているので、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射される光の全てあるいはその大半を対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂで反射させ、これらを集光点Ｃａ、Ｃｂに集光させることができる。

特にＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射される光の照射面が、対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂの範囲内にある場合には、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射される光をすべて対応する部分楕円面２０ａ、２０ｂで反射させ、すべて集光点Ｃａ、Ｃｂに集光させることができ、迷光を極力減少させ、照射面の明るさを最大にすることができる。

更に図６に示すように、部分楕円面２０ａおよび２０ｂを若干内向きに傾けることにより部分楕円面２０ａおよび２０ｂの集光点ＣａおよびＣｂが互に同一の点となるように光反射面２０を構成してもよく、このように構成することで、発光装置１０から出光されるすべての光を１の集光点（図中、集光点Ｃａ、Ｃｂ）に集光することができ、その結果、１個では光量が乏しいＬＥＤ光源でも複数のＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂにより大光量が要求されるプロジェクター用として提供できる。

図５に示すように集光点Ｃａ、Ｃｂが不一致の場合、焦点Ｆａ−集光点Ｃａ、焦点Ｆｂ−集光点Ｃｂ間の距離ｆａ、ｆｂを違えてやると、前後に焦点を結ぶことになり、距離ｆａ、ｆｂを等しくすると並んで焦点を結ぶことになる。また、この場合、集光点Ｃａ、Ｃｂの少なくともいずれか一方を中心軸Ｌ上に設定してもよい。

また、互いに異なる位置にある焦点Ｆａ、ＦｂにＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂを配設しているので、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂ間にある程度の間隔を設けることができ、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂに対して十分な大きさの放熱板（本実施例では、ＬＥＤ保持部材２８が放熱板の役割をも有している）を取り付けることができる。これにより、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂに対して十分な大きさの放熱板を取り付けて発光装置１０の長寿命化を図ることもできる。勿論、各ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂに必要な大きさの放熱板をそれぞれ取り付けるようにしてもよい。

また、凹面鏡１２の出光方向に光を放射するセンターＬＥＤ光源５０を中心軸Ｌ上に更に配設してもよい（図示せず）。これにより、発光装置１０から出光され、集光点（第２焦点）Ｃａ、Ｃｂに集光された光に加えて、センターＬＥＤ光源５０からの光が加わることになるから、集光点（第２焦点）Ｃａ、Ｃｂが不一致の場合には、その中心にセンターＬＥＤ光源５０からの光が加わり、また、集光点Ｃａ、Ｃｂが一致する場合には、更にセンターＬＥＤ光源５０からの光が加算されてその光量が増加する。

また、本実施例に係る発光装置１０を用いた光学系として、例えば図７に示すような光学系１００を挙げることができる。この光学系１００は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などのマイクロディスプレイである照射面１０２を照射するためのものであり、発光装置１０と、照射面１０２と、四角柱状のロッドレンズ１０４と、一対の凸レンズ１０６とで構成されている。ロッドレンズ１０４は、その一方端面１０４ａから導入された光の照度分布を均一化して他方端面１０４ｂから出光する光学部材である。

発光装置１０から出光された光は、ロッドレンズ１０４の一方端面１０４ａからロッドレンズ１０４の内部に導入され、ロッドレンズ１０４の内部を通り、照度分布が均一化された状態でロッドレンズ１０４の他方端面１０４ｂから出光される。ロッドレンズ１０４の他方端面１０４ｂから出光された光は、一対の凸レンズ１０６を介して照射面１０２を照射する。

本実施例に係る発光装置１０によれば、発光装置１０から出光される光をすべてロッドレンズ１０４の一方端面１０４ａに集光させることができるので、照射面１０２を照射する光量を極大化することができる。

（第２実施例）
第２実施例に係る発光装置１０も、第１実施例と同様、凹面鏡１２と、ＬＥＤ光源ユニット１４と、ＬＥＤ光源ユニット１４を保持するホルダー１６と、給電端子１８とを備えており、第１の実施例では光反射面２０が部分楕円面２０ａ、２０ｂを有する分割領域Ｓで構成されているのに対し、この第２実施例では光反射面２０が部分放物面２０ｃ、２０ｄを有する分割領域Ｓで構成されている点で互いに相違しているだけであり、共通部分は第１実施例の説明を援用し、相違する光反射面２０に関する内容を中心に説明する。また、図１〜図３を用いて第２実施例について説明するが、上述の通り、第２実施例では、光反射面２０は、部分放物面２０ｃ、２０ｄを有する分割領域Ｓで構成されており、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄが設けられている（図中、かっこ付き参照番号）。

第２実施例に係る発光装置１０の光反射面２０も中心軸Ｌを中心にして放射状に複数の分割領域Ｓに分割されており、各分割領域Ｓは、本体部分１３の径方向外側に若干ずらされて形成されており、分割領域Ｓそれぞれには、回転放物面の一部が切り取られた部分放物面２０ｃ、２０ｄが形成されている。また、分割領域Ｓは、互いに大きさの等しい一対のものであり、部分放物面２０ｃ、２０ｄは、分割領域Ｓ全体を構成している。つまり、光反射面２０は、互いに大きさの等しい一対の部分放物面２０ｃ、２０ｄを突き合わせることによって構成されている。勿論、発光装置１０の用途や要求される照射面形状に応じて、分割領域Ｓの大きさは互いに異なるものであっても良いし、部分放物面２０ｃ、２０ｄは、対応する分割領域の中央部分の主たる反射面に形成されていてもよい。

ここで「放物面」について説明すると、「放物面」は、「放物線」Ｐによって規定された面であり、放物線Ｐは、図８に示すように、ある平面上における任意の直線をＸ軸とし、このＸ軸に直交する直線をＹ軸とし、さらに、Ｘ軸上に任意の点Ｄを定めるとともに、Ｙ軸に平行な直線である基準線Ｈを定めたとき、点Ｄからの距離ｒ３と基準線Ｈからの距離ｒ４とが互いに等しくなる点Ｇの集合である。また、このときのＸ軸を放物線Ｐの中心軸という。そして、この放物線Ｐをその中心軸まわりに回転させたときの軌跡によって規定される面が「回転放物面」あるいは「放物面」である。

このような「放物面」は、次のような特徴を有している。すなわち、放物面を全反射面（入光した光がすべて反射する面）としたとき、点Ｄから放射され、放物面で反射された光はすべて互いに平行な平行光となる。なお、本明細書では、光の放射位置である点Ｄを放物面の「焦点Ｆ」と記載する。

従って、光反射面２０を構成する、回転放物面の一部が切り取られて形成された一対の部分放物面２０ｃ、２０ｄも「放物面」であることに変わりないから、それぞれ焦点Ｆｃ、Ｆｄを有していることは明らかである。そして、部分放物面２０ｃ、２０ｄは、それぞれ互いに異なる位置に焦点Ｆｃ、Ｆｄを有するように配置されている。

本実施例では、部分放物面２０ｃ、２０ｄの数と同じ数のＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄが用いられており、一方のＬＥＤ光源２６ｃは、一方の部分放物面２０ｃの焦点Ｆｃに、他方のＬＥＤ光源２６ｄは、他方の部分放物面２０ｄの焦点Ｆｄに、それぞれ対応する部分放物面２０ｃ、２０ｄに向けて配設されている。部分放物面２０ｃ、２０ｄとＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄの関係は第１実施例と同じであるが、反射面が放物面であるから、ＬＥＤ光源２６ａ、２６ｂから放射される光の大部分あるいは全部（ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄから放射される光の照射面が対応する部分放物面２０ｃ、２０ｄの範囲内にある場合）を互いに平行な平行光として出光させることができ、迷光を極力減少させ、照射面の明るさを最大にすることができる。

また、部分放物面２０ｃ、２０ｄの互いに異なる位置にある焦点Ｆｃ、ＦｄにＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄを配設しているので、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄ間にある程度の間隔を設けることができ、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄに対して十分な大きさの放熱板（本実施例では、ＬＥＤ保持部材２８が放熱板の役割をも有している）を取り付けることができ、長寿命化を図ることもできる。もちろん、各ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄに必要な大きさの放熱板をそれぞれ取り付けるようにしてもよい。

なお、第２実施例に係る発光装置１０では、凹面鏡１２の中心軸Ｌを中心にして光反射面２０が放射状に分割されているので、その焦点Ｆｃ、Ｆｄ（すなわち、ＬＥＤ光源２６ｃ、２６ｄの配設位置）は、中心軸Ｌの周りに位置することになる。しかもこの場合、分割された各部分放物面２０ｃ、２０ｄから出光される光は平行光であることから、図９に示すように、発光装置１０から出光される光の照度分布において、中心軸Ｌを中心とした周囲にその周りよりも暗い部分が生じてしまう(この部分を暗い領域ＤＲとして表示する)ことも第1実施例と同じである。それ故、図１０に示すように、凹面鏡１２の出光方向に光を放射するセンターＬＥＤ光源５０を中心軸Ｌ上に更に配設することが好ましい。中心軸Ｌ上に配設されたセンターＬＥＤ光源５０が中心軸Ｌに一致して凹面鏡１２の出光方向に光を放射することにより、発光装置１０から出光される光の輝度分布において中心軸Ｌを中心とした周囲よりも暗い領域ＤＲが生じるのを防止し、発光装置１０から出光される光の照度分布を均一化させることができる。すなわち、照度の高均斉度を実現することができる。

また、図１１に示すように、センターＬＥＤ光源５０から放射された光を集光するための凸レンズ５２を設けることにより、センターＬＥＤ光源５０から放射された光で暗い領域ＤＲを集中的に照射することができるので、より効率的に、発光装置１０から出光される光の照度分布を均一化することができる。すなわち、照度の均斉度をさらに高めることができる。

また、本実施例に係る発光装置１０を用いた光学系として、例えば図１２に示すような光学系２００を挙げることができる。この光学系２００は、プリント基板露光装置の照射面２０２を均一な照度分布の光で照射するためのものであり、発光装置１０と、照射面２０２と、光の照度分布を均一化する一対のフライアイ２０４と、凸レンズ２０６とで構成されている。発光装置１０から出光された互いに平行な光は、一対のフライアイ２０４を通り、凸レンズ２０６を介して照射面２０２を照射する。本実施例に係る発光装置１０によれば、発光装置１０から平行光を出光できることから、光の照度分布がフライアイ２０４で均一化される度合いをさらに高めることができ、より均一な照度分布の光で照射面２０２を照射することができる。

上述した第１実施例および第２実施例では、光反射面２０を凹面鏡１２の中心軸を中心にして放射状に２つの分割領域Ｓに分割し、これら２つの分割領域Ｓに部分楕円面２０ａ、２０ｂあるいは部分放物面２０ｃ、２０ｄが構成されていたが、光反射面２０の分割数は、３分割あるいはそれ以上の分割数であってもよい。例えば、第１、２実施例に係る発光装置１０の光反射面２０を３分割した場合について、図１３および１４に示す。この場合、発光装置１０は３つのＬＥＤ光源２６ｅ、２６ｆ、２６ｇを有しており、これらＬＥＤ光源２６ｅ、２６ｆ、２６ｇは、部分楕円面２０ｅ、２０ｆ、２０ｇの互いに異なる位置にある焦点Ｆｅ、Ｆｆ、Ｆｇに配設されていることはいうまでもない。

本発明に係る発光装置を示す斜視図である。本発明に係る発光装置を示す正面図である。本発明に係る発光装置を示す左側断面面図である。楕円の定義を示す図である。第１の実施例に係る発光装置を発光させたときの状態を示す説明図である。第１の実施例に係る発光装置の変形例を示す説明図である。第１の実施例に係る発光装置を用いた光学系を示す概略図である。放物線の定義を示す図である。第２の実施例に係る発光装置を発光させたときの状態を示す図である。第２の実施例に係る発光装置の変形例を示す説明図である。第２の実施例に係る発光装置の変形例を示す説明図である。第２の実施例に係る発光装置を用いた光学系を示す概略図である。他の実施例に係る発光装置を示す斜視図である。他の実施例に係る発光装置を示す正面図である。従来技術を示す概略図である。従来技術を示す概略図である。

符号の説明

１０…発光装置
１２…凹面鏡
１３…本体部分
１４…ＬＥＤ光源ユニット
１６…ホルダー
１８…給電端子
２０…光反射面
２０ａ、２０ｂ…部分楕円面
２０ｃ、２０ｄ…部分放物面
２２…出光開口
２４…中央取付筒部
２６…ＬＥＤ光源
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ…ＬＥＤ光源
２８…ＬＥＤ保持部材
３０…給電回路
３２…凹面鏡取付溝
３４…ＬＥＤ光源ユニット取付孔
３６…給電端子取付溝
３８…リード線挿通孔
４０…リード線
１００…光学系
１０２…照射面
１０４…ロッドレンズ
１０６…凸レンズ
２００…光学系
２０２…照射面
２０４…フライアイ
２０６…凸レンズ

Claims

光反射面を内側に有する凹面鏡と、前記凹面鏡の内側に収容された複数のＬＥＤ光源とを備える発光装置において、
前記光反射面は、前記凹面鏡の中心軸を中心にして放射状に分割され、
前記分割領域それぞれには回転楕円面の一部が切り取られた部分楕円面が形成されており、
前記部分楕円面はそれぞれ互いに異なる位置に焦点を有し、
前記ＬＥＤ光源は、対応する前記部分楕円面に向けて該対応する前記部分楕円面の焦点にそれぞれ配設されてなることを特徴とする発光装置。
光反射面を内側に有する凹面鏡と、前記凹面鏡の内側に収容された複数のＬＥＤ光源とを備える発光装置において、
前記光反射面は、前記凹面鏡の中心軸を中心にして放射状に分割され、
前記分割領域それぞれには回転放物面の一部が切り取られた部分放物面が形成されており、
前記部分放物面はそれぞれ互いに異なる位置に焦点を有し、
前記ＬＥＤ光源は、対応する前記部分放物面に向けて該対応する前記部分放物面の焦点にそれぞれ配設されてなることを特徴とする発光装置。
複数の前記部分楕円面は、互いに同じ位置に集光点を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記中心軸上に配設され、前記凹面鏡の出光方向に光を放射するセンターＬＥＤ光源を更に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
前記ＬＥＤ光源から放射される光の照射面は、対応する前記部分楕円面あるいは前記部分放物面の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。