DE60301300T2

DE60301300T2 - Beleuchtungsvorrichtung mit bewegbaren LEDs und Bildprojektionsgerät mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE60301300T2
Application number: DE60301300T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Hachioji-shi Yamanaka
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: EP1372028A2; DE60305946D1; US7083288B2; DE60305946T2; EP1372028A3; US6899435B2; US20050180161A1; EP1544671A2; DE60301300D1; EP1372028B1; EP1544671A3; JP2003344948A; JP3914819B2; EP1544671B1; US20030218723A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen zu beleuchtenden Abschnitt mit Licht von lichtemittierenden Elementen wie z. B. einer Leuchtdiode (LED) beleuchtet, und eine Bildprojektionsvorrichtung, in der die Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird.
Beispiele für eine Sammlerbeleuchtungsvorrichtung, die einen spezifizierten Abschnitt mit hoher Effizienz beleuchtet, sind bereits bekannt, wie z. B. ein Autoscheinwerfer, eine Standbeleuchtung, ein Scheinwerfer, eine Taschenlampe und eine Beleuchtungseinheit für einen Datenprojektor. Bei dieser Sammlerbeleuchtungsvorrichtung wird Licht von einer einer Punktquelle näheren lichtemittierenden Quelle durch eine Reflexionseinheit reflektiert, deren Reflexionsform so ausgeführt ist, dass die Richtcharakteristik eines Lichtflusses des reflektierten Lichts durch eine optische Linse verstärkt und das reflektierte Licht normalerweise zum effizienten Ausführen der Sammlerbeleuchtung verwendet.
Ebenso wie bei einer herkömmlichen Beleuchtung besteht sogar bei dieser Sammlerbeleuchtungsvorrichtung ein großer Bedarf an der Erzielung eines helleren Beleuchtungslichts, ohne die Größe der Vorrichtung übermäßig zu vergrößern. Um ein helleres Beleuchtungslicht zu erzielen, hat die Sammlerbeleuchtungsvorrichtung die Tendenz, größer zu werden. Insbesondere zur Verstärkung einer anliegenden Spannung der lichtemittierenden Quelle und dadurch zur Verstärkung einer Menge q des Ausgangslichts und außerdem zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Sammlers wird eine Reflexionseinheit oder optische Linse angewendet, die bezüglich der lichtemittierenden Quelle relativ vergrößert ist. Zur Erzielung von Helligkeit bei guter Sammlereffizienz muss deshalb die Größe der Beleuchtungsvorrichtung bezüglich der lichtemittierenden Quelle notwendigerweise vergrößert werden. Mit anderen Worten, mit einer nahe an der Punktquelle angeordneten lichtemittierenden Quelle mit kleiner Größe und hoher Leistung ist es auch möglich, die gesamte Beleuchtungsvorrichtung zu miniaturisieren. Aufgrund dieses Bedarfs ist auch die Miniaturisierung der lichtemittierenden Quelle eines herkömmlichen Systems verbessert worden, und insbesondere ist eine lichtemittierende Quelle eines Entladungstyps mit kleiner Größe, aus der die hohe Leistung möglich ist, bisher ein wirksamen Mittel gewesen. Außerdem ist selbst mit der lichtemittierenden Quelle des Entladungstyps mit kleiner Größe das Ansteuern durch eine Hochspannungs-Stromquelle erforderlich, bei der die Verringerung eines Schaltungsmaßstabs schwierig ist. Bezüglich der Miniaturisierung der gesamten Beleuchtungsvorrichtung bestehen noch zahlreiche andere Probleme. Angeblich hat die Miniaturisierung ihre Grenzen bereits nahezu erreicht.
Andererseits wird die LED heutzutage bemerkenswerterweise als lichtemittierende Quelle der nächsten Generation mit kleiner Größe erwähnt. Die LED hat vordem Vorteile wie z. B. kleine Größe, hohe Dauerhaftigkeit und lange Lebensdauer gehabt, ist aber wegen Beschränkungen der Emissionseffizienz und Emissionsleistung hauptsächlich als Anzeigebeleuchtung für verschiedene Instrumente oder eine Bestätigungslampe einer Steuerstufe verwendet worden. In den vergangenen Jahren hat sich die Emissionseffizienz jedoch rasch verbessert, und es dürfte eine Frage der Zeit sein, bis die Emissionseffizienz die einer Quecksilber-Hochdrucklampe oder Leuchtstofflampe des Entladungstyps übertrifft, von der angenommen wird, dass sie vordem höchste Effizienz hatte. Durch das Erscheinen der LED mit hoher Effizienz und hoher Helligkeit ist die hochleistungsfähige lichtemittierende Quelle durch die LED rasch zur praktischen Verwendung gekommen. In den vergangenen Jahren ist zusätzlich zur roten und grünen eine blaue LED in das Stadium der praktischen Verwendung gelangt, und dies beschleunigt ebenfalls die Anwendung der lichtemittierenden Quelle. Tatsächlich werden eine Mehrzahl von LED's mit hoher Effizienz und hoher Helligkeit als Beginn der praktischen Verwendung in Verkehrsampeln, Vollfarbenanzeigen mit großer Größe für draußen, verschiedenen Autolampen und Hintergrundlichtern von Flüssigkristallanzeigen in Zellularfernsprechern verwendet, was vordem hinsichtlich der Helligkeit oder Effizienz nicht möglich gewesen ist.
Es besteht die Meinung, dass diese LED mit hoher Effizienz und hoher Helligkeit auch als eine vielversprechende lichtemittierende Quelle mit kleiner Größe für die Beleuchtungsvorrichtungen angewendet wird, die eine Sammlereigenschaft erfordern. Die LED ist den anderen lichtemittierenden Quellen hinsichtlich Lebensdauer, Dauerhaftigkeit, Lichteinschaltgeschwindigkeit und Einfachheit einer Lichteinschalt-/Treiberschaltung inhärent überlegen. Vor allem ist die blaue Farbe hinzugekommen, drei Primärfarben als spontane lichtemittierende Quellen geschaffen und deshalb der Anwendungsbereich einer Vollfarben-Bilddarstellungsvorrichtung vergrößert worden. Zu typischen Beispielen für die Beleuchtungsvorrichtung, deren Sammlereigenschaft erforderlich ist, gehört eine Projektionsdarstellungsvorrichtung (Bildprojektionsvorrichtung), bei der ein Anzeigebild aus Bilddaten gebildet und projiziert wird. Die Bildprojektionsvorrichtung hat vordem gewünschte Primärfarben durch Farbfilter von einer auf Weiß basierenden lichtemittierenden Quelle entmischt und die Bilddaten entsprechend jeder Farbe einer räumlichen Lichtmodulation unterzogen. Wenn das durch die räumliche Lichtmodulation erhaltene Licht räumlich oder zeitlich synthetisiert wird, ist eine Farbbilddarstellung möglich. Bei Verwendung der auf Weiß basierenden lichtemittierenden Quelle wird nur die gewünschte Farbe entmischt und verwendet. Deshalb werden die Farben außer der entmischten Farbe in vielen Fällen durch den Filter als nutzlos verworfen. Da die LED das Licht der gewünschten Farbe selbst emittiert, kann in dieser Hinsicht eine erforderliche Lichtmenge emittiert werden wenn nötig. Im Vergleich zur herkömmlichen auf Weiß basierenden lichtemittierenden Quelle wird das Licht nicht verschwendet und das Licht der lichtemittierenden Quelle kann mit guter Effizienz genutzt werden.
Diese überlegene Anwendungsbedingung der LED wurde erkannt. Die japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 11-32278, die USP 6,227,669B1, USP 6,318,863 und Ähnliches offenbaren ein Beispiel, bei dem die LED in der Beleuchtungsvorrichtung für die Bildprojektionsvorrichtung angewendet wird. Die in diesen Veröffentlichungen offenbarte Technik umfasst: Anordnen einer Mehrzahl LED's zum Sichern einer Menge Licht; Sammeln einiger Flüsse von den einzelnen lichtemittierenden Quellen durch optische Elemente wie z. B. die optische Linse; und Steuern der Flüsse derart, dass ein zu bestrahlendes Lichtmodulationselement in einem zulässigen Einfallswinkel gut definiert ist. Da der zulässige Einfallswinkel klein ist, ist es für die Lichtmodulationselemente wie z. B. eine im Allgemeinen weit verbreitet verwendete Flüssigkristallvorrichtung vermutlich ideal, den Fluss mit höherem Parallelismus zu bilden und die Elemente zu bestrahlen. Dies ist ein sehr wichtiger Punkt bei der Verbesserung der Lichtnutzungseffizienz im Lichtmodulationselement.
Außerdem ist als die Eigenschaft der LED allgemein bekannt, dass bei der Emission der LED Wärme erzeugt wird, und dass die Emissionsleistung der LED im umgekehrten Verhältnis zur Zunahme der erzeugten Wärme abfällt. Zur Lösung des Problems wird in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 6-13652 offenbart, dass der Strom gesteuert wird, um die Wärmeerzeugung zu verhindern, und Ansteuern (Impulsansteuern) durchgeführt wird, um eine Nichtemissionszeit zu erhalten. Folglich wird die Menge emittierten Lichts konstant gehalten.
Wird die LED jedoch als Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung verwendet, ist die Helligkeit der LED gemäß den Eigenschaften der LED eingeschränkt, wie z. B. ein maximaler Nennstrom der LED, die Sammlereigenschaft der LED und die Eigenschaft, dass die Menge emittierten Lichts durch die Wärmeentwicklung abfällt. Deshalb ist eine weitere Verbesserung erforderlich, um die LED als die Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung zu verwenden.
Außerdem ist die LED bezüglich der Sammlereigenschaft der LED eine ebene lichtemittierende Quelle und hat sie eine Eigenschaft einer Diffusionslichtquelle. Zur Beleuchtung des zu befeuchtenden Abschnitts (z. B. des Lichtmodulationselements) werden dann die von einer LED-Emissionsoberfläche emittierten Lichtstrahlen durch ein optisches Beleuchtungssystem gesammelt, um parallele Lichtstrahlen zu bilden, oder durch eine Sammellinse gesammelt, um im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen zu bilden. Der zu beleuchtende Abschnitt wird mit den Lichtstrahlen bestrahlt, so dass die Lichtnutzungseffizienz erhöht werden kann. Wird jedoch eine Mehrzahl LED-Lichtquellen verwendet wie in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 11-32278 offenbart, muss das optische Beleuchtungssystem oder die Sammellinse für jede LED angeordnet werden. Dies verursacht das Problem, dass die gesamte Vorrichtung größer wird.
Bei Verwendung der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung gibt es außerdem zusätzlich zum oben beschriebenen Problem der Beleuchtungsvorrichtung Beschränkungen der Einfalls-NA und des Einfallswinkels als die Fähigkeiten des Lichtmodulationselements, das der zu beleuchtende Abschnitt ist. Das heißt, dass zur Verbesserung der Lichtnutzungseffizienz das diffundierte Licht der LED im größtmöglichen Umfang verwendet werden muss. Hierfür wird der Durchmesser des optischen Beleuchtungssystems oder der Sammellinse, das bzw. die für die LED-Lichtquelle angeordnet wird, groß ausgelegt. Wird jedoch eine Mehrzahl auf diese Weise groß ausgelegter optischer Beleuchtungssysteme oder Sammellinsen angeordnet, werden Bereiche der Mehrzahl optischer Sammlersysteme vergrößert. Dann können durch die Einschränkungen der Einfalls-NA und des Einfallswinkels des Lichtmodulationselements die Lichtnutzungseffizienz und die Fähigkeit zur Sicherstellung der Fähigkeit nicht hergestellt werden. Daher wird selbst bei Erhöhung der Anzahl von Sätzen der LED und des optischen Sammlersystems eine nachteilige Einschränkung hervorgerufen.
Um zu verhindern, dass die Menge emittierten Lichts durch Wärmeentwicklung der LED abfällt, wird wie in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 6-13652 offenbart, außerdem die Wärmeentwicklung beim maximalen Nennstrom oder niedrigeren Strom erfasst, während die Emission stattfindet. Alternativ wird das Licht emittiert, während sich die LED im Ruhezustand befindet. In diesem Fall tritt jedoch das Problem auf, dass die Menge emittierten Lichts, die im Wesentlichen den maximalen Nennstrom anzeigt, nicht konstant gehalten werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, die hell ist oder miniaturisiert werden kann, und die Bereitstellung einer Bildprojektionsvorrichtung, die die Beleuchtungsvorrichtung enthält und mit der ähnliche Wirkungen erzielt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine einen zu beleuchtenden Abschnitt mit Licht von einer Lichtquelle beleuchtende Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt mit:
einer Mehrzahl lichtemittierender Elemente, die die Lichtquelle bilden;
einer Treiberschaltung, die zum Ansteuern der jeweiligen lichtemittierenden Elemente konfiguriert ist;
einem optischen Sammlersystem, das zum Sammeln eines vom von der Treiberschaltung angesteuerten lichtemittierenden Element emittierten Lichts auf dem zu beleuchtenden Abschnitt konfiguriert ist;
einem Lichtsteuerungselement, das zur Durchführung mindestens einer Änderung eines Lichtwegs des Lichts vom lichtemittierenden Element, um den zu beleuchtenden Abschnitt zu beleuchten, und einer Bewegung des lichtemittierenden Elements konfiguriert ist;
einem Antriebsabschnitt, der zum Betätigen des Lichtsteuerungselements in einer vorgegebenen Periode konfiguriert ist; und
einem Steuerungsabschnitt zur Lichtauswahl, der zur periodischen Steuerung des Antriebsabschnitts und der Treiberschaltung konfiguriert ist, um das Licht zur Beleuchtung des zu beleuchtenden Abschnitts aus den Lichtarten der Mehrzahl lichtemittierender Elemente zu wählen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bildprojektionsvorrichtung bereitgestellt mit:
einer Beleuchtungsvorrichtung, die einen zu beleuchtenden Abschnitt mit Licht von einer Lichtquelle beleuchtet, enthaltend:
eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente, die die Lichtquelle bilden;
eine Treiberschaltung, die zum Ansteuern der jeweiligen lichtemittierenden Elemente konfiguriert ist;
ein optisches Sammlersystem, das zum Sammeln eines vom von der Treiberschaltung angesteuerten lichtemittierenden Element emittierten Lichts auf dem zu beleuchtenden Abschnitt konfiguriert ist;
ein Lichtsteuerungselement, das zur Durchführung mindestens einer Änderung eines Lichtwegs des Lichts vom lichtemittierenden Element, um den zu beleuchtenden Abschnitt zu beleuchten, und einer Bewegung des lichtemittierenden Elements konfiguriert ist;
einen Antriebsabschnitt, der zum Betätigen des Lichtsteuerungselements in einer vorgegebenen Periode konfiguriert ist; und
einen Steuerungsabschnitt zur Lichtauswahl, der zur periodischen Steuerung des Antriebsabschnitts und der Treiberschaltung konfiguriert ist, um das Licht zur Beleuchtung des zu beleuchtenden Abschnitts aus den Lichtarten der Mehrzahl lichtemittierender Elemente zu wählen;
einen Bilddarstellungselement, das im zu beleuchtenden Abschnitt der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist; und
ein optisches Projektionssystem, das zum Projizieren eines Bildes des Bilddarstellungselements, um ein vergrößertes Bild anzuzeigen, konfiguriert ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine einen zu beleuchtenden Abschnitt mit Licht von einer Lichtquelle beleuchtende Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt mit:
einer Mehrzahl lichtemittierender Elemente, die die Lichtquelle bilden;
einem Treibermittel zum Ansteuern der jeweiligen lichtemittierenden Elemente;
einem Sammlermittel zum Sammeln eines von dem vom Treibermittel angesteuerten lichtemittierenden Element emittierten Lichts auf dem zu beleuchtenden Abschnitt;
einem Lichtsteuerungselement zur Durchführung mindestens einer Änderung eines Lichtwegs des Lichts vom lichtemittierenden Element, um den zu beleuchtenden Abschnitt zu beleuchten, und einer Bewegung des lichtemittierenden Elements;
einem Antriebsmittel, das zum Betätigen des Lichtsteuerungselements in einer vorgegebenen Periode konfiguriert ist; und
einem Steuerungsmittel zur Lichtauswahl zur periodischen Steuerung des Antriebsmittels und des Treibermittels, um das Licht zur Beleuchtung des zu beleuchtenden Abschnitts aus den Lichtarten der Mehrzahl lichtemittierender Elemente zu wählen.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bildprojektionsvorrichtung bereitgestellt mit:
einer Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten eines zu beleuchtenden Abschnitts mit Licht von einer Lichtquelle enthaltend:
eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente, die die Lichtquelle bilden;
ein Treibermittel zum Ansteuern der jeweiligen lichtemittierenden Elemente;
ein Sammlermittel zum Sammeln eines von dem vom Treibermittel angesteuerten lichtemittierenden Element emittierten Lichts auf dem zu beleuchtenden Abschnitt;
ein Lichtsteuerungselement zur Durchführung mindestens einer Änderung eines Lichtwegs des Lichts vom lichtemittierenden Element, um den zu beleuchtenden Abschnitt zu beleuchten, und einer Bewegung des lichtemittierenden Elements;
ein Antriebsmittel zum Betätigen des Lichtsteuerungselements in einer vorgegebenen Periode; und
ein Steuerungsmittel zur Lichtauswahl zur periodischen Steuerung des Antriebsmittels und des Treibermittels, um das Licht zur Beleuchtung des zu beleuchtenden Abschnitts aus den Lichtarten der Mehrzahl lichtemittierender Elemente zu wählen;
ein Bilddarstellungselement, das im zu beleuchtenden Abschnitt der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist; und
ein optisches Projektionssystem, das zum Projizieren eines Bildes des Bilddarstellungselements, um ein vergrößertes Bild anzuzeigen, konfiguriert ist.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht unbedingt alle erforderlichen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Die Erfindung erschließt sich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser; es zeigen:
1 ein Funktionsblockschema einer Bildprojektionsvorrichtung (Projektor) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist;
2A eine Seitenansicht des Aufbaus einer sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit der ersten Ausführungsform;
2B eine Vorderansicht eines rotierbaren Substrats in 2A in der Richtung des Pfeils W gesehen;
3 ein elektrisches Blockdiagramm der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit der ersten Ausführungsform;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs E_B von 2B;
5 eine beispielhafte Ansicht eines zeitlichen Emissionszustands in einem Emissionspunkt PA;
6 eine vergrößerte Schnittansicht eines lichtemittierenden Abschnitts gemäß einem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
7A und 7B eine Seitenansicht und eine Draufsicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
8 ein Diagramm des Aufbaus der Bildprojektionsvorrichtung gemäß dem Modifikationsbeispiel der 7A und 7B;
9A und 9B eine Draufsicht und eine Seitenansicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
10 eine Seitenansicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
11 eine Seitenansicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß noch einem weiteren Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
12 eine Seitenansicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
13 eine Seitenansicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
14 eine Seitenansicht der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform;
15 ein Funktionsblockschema der Bildprojektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
16 eine beispielhafte Ansicht von Details eines Hauptteils der Bildprojektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
17 ein Diagramm des Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
18A und 18B eine Schnittansicht und eine Vorderansicht eines weiteren Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
19A und 19B eine Seitenansicht und eine Draufsicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 eine Ansicht in Richtung des Pfeils V in 19B;
21 ein Diagramm des Emissionszustands mit dem Ablauf der Zeit in einer Rotationsperiode eines lichtemittierenden Elements;
22 ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel einer dritten Ausführungsform zeigt;
23 ein Diagramm eines anderen Modifikationsbeispiels der dritten Ausführungsform;
24 ein Diagramm eines weitren Modifikationsbeispiels der dritten Ausführungsform;
25 ein Diagramm des Emissionszustands mit dem Ablauf der Zeit in einer Rotationsperiode eines lichtemittierenden Elements im Modifikationsbeispiel von 24; und
26 eine beispielhafte Ansicht eines Modifikationsbeispiels zum Verringern der Beleuchtungsungleichmäßigkeit.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
[Erste Ausführungsform]
1 ist ein Funktionsblockschema einer Bildprojektionsvorrichtung (Projektor) 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Hier enthält die Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform: eine später detailliert beschriebene sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10; und ein optisches Beleuchtungssystem 20 als Sammlermittel. Außerdem enthält die Bildprojektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zur Beleuchtungsvorrichtung 2: ein Bilddarstellungselement 30, das in einem zu beleuchtenden Abschnitt angeordnet ist, der mit Licht von der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 durch das optische Beleuchtungssystem 20 effizient beleuchtet wird, um ein Bild anzuzeigen; und ein optisches Projektionssystem 40 zum Vergrößern/Projizieren des Bildes des Bilddarstellungselements 30 auf einen Bildschirm S.
Details der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 werden nachfolgend beschrieben.
2A ist eine Seitenansicht, die die Ausführung der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zeigt, und 2B ist eine Vorderansicht eines rotierbaren Substrats in 2A in der Richtung eines Pfeils W gesehen. 3 ist ein elektrisches Blockdiagramm der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10.
Für diese sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 sind eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente, z. B. als lichtemittierende Halbleiterelemente hinreichend bekannte LED's 101, bezüglich einem vorgegebenen Emissionspunkt P_A rotierbar/beweglich ausgelegt. Das heißt, eine Positionsbeziehung zwischen der im vorgegebenen Emissionspunkt P_A positionierten LED 101 und einem zu beleuchtenden Abschnitt 31, in dem das Bilddarstellungselement 30 angeordnet ist, ist dieselbe wie die zwischen der einzelnen LED und dem zu beleuchtenden Abschnitt bei einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung. Die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 enthält hier ein säulenförmiges rotierbares Substrat 102, das ein Lichtsteuerungselement zum Steuern der Bewegung der LED's 101 ist. Eine Mehrzahl LED's 101 ist im Wesentlichen auf demselben Umfang in einem ebenen Abschnitt des rotierbaren Substrats 102 angebracht. In der auf diese Weise aufgebauten sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 bewegen sich die LED's 101 durch Betätigung (bei der vorliegenden Ausführungsform Rotation) des rotierbaren Substrats 102 fortlaufend auf den Emissionspunkt P_A zu. Die LED's 101 emittieren fortlaufend Lichtarten, wenn sie in der Nähe des Emissionspunkts P_A positioniert sind.
Zur Verwirklichung des Betriebs der LED 101 zum fortlaufenden Emittieren des Lichts, wenn sie auf diese Weise in der Nähe des Emissionspunkts P_A positioniert ist, enthält die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 eine Treiberschaltung 103, einen Positionssensor 104, eine LEDTG 105, einen Motor 106, eine Motorsteuerschaltung 107 und eine Bürste 108.
Die Treiberschaltung 103 ist hier ein Lichteinschaltmittel zum Ansteuern, um jede auf dem rotierbaren Substrat 102 angebrachte LED 101 einzuschalten.
Der Positionssensor 104 erfasst eine rotierte Position des rotierbaren Substrats 102. Das LEDTG 105 wählt die im Emissionspunkt P_A positionierte LED 101 aus einem erfassten Resultat des Positionssensors 104, um einen Lichteinschaltzeitpunkt zu generieren. Die Treiberschaltung 103 führt eine Ansteuerung durch, um die LED 101 als Reaktion auf den Lichteinschaltzeitpunkt vom LEDTG 105 einzuschalten.
Der Motor 106 ist ein bewegliches Mittel zum periodischen Rotieren/Betätigen des rotierbaren Substrats 102. Die Motorsteuerschaltung 107 steuert den Motor 106 auf Basis von Informationen des Positionssensors 104 und steuert dadurch die rotierte Position des rotierbaren Substrats 102, um die Mehrzahl LED's 101 fortlaufend zum Emissionspunkt P_A hin zu bewegen. Das heißt, die Motorsteuerschaltung 107, der Positionssensor 104 und das LEDTG 105 bilden ein Steuerungsmittel zur Lichtauswahl. Wenn die Motorsteuerschaltung 107 die Betätigung des rotierbaren Substrats 102 durch den Motor 106 steuert, werden die Mehrzahl LED's 101 mit der Rotation/Bewegung des rotierbaren Substrats 102 fortlaufend im Emissionspunkt P_A positioniert. Anschließend wählt das LEDTG 105 fortlaufend die im Emissionspunkt P_A positionierte LED 101 aus, um den Lichteinschaltzeitpunkt zu generieren. Die Treiberschaltung 103 ermöglicht der im Emissionspunkt P_A positionierten LED 101, auf Basis des Lichteinschaltzeitpunkts der ausgewählten LED 101 Licht fortlaufend zu emittieren.
Auf der Rückseite des rotierbaren Substrats 102 ist eine Verdrahtung in kreisförmiger Form (nicht dargestellt) angeordnet. Die Bürste 108 stößt dauernd an die Verdrahtung und liefert Strom an die Treiberschaltung 103 und das LEDTG 105, die auf dem rotierbaren Substrat 102 angeordnet sind.
Ist die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 auf diese Weise aufgebaut, kann die Mehrzahl verschiedener LED's 101 den zu beleuchtenden Abschnitt 31 fortlaufend, periodisch und stabil beleuchten.
Dies wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 detaillierter beschrieben. Das heißt, 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils (Bereich E_B) der Mehrzahl LED's 101 auf demselben Umfang des rotierbaren Substrats 102 in 2B. Durch Rotation des rotierbaren Substrats 102 in Richtung des Pfeils bewegt sich die LED im Emissionspunkt P_A wie 101b, 101c, 101d, 101e, 101f in der Reihenfolge ab 101a. Der in 5 dargestellte Graph zeigt, dass mit der Bewegung die LED's 101b, 101c, 101d, 101e, 101f in der Reihenfolge ab 101a ausgewählt werden, um das Licht mit dem Ablauf der Zeit im Emissionspunkt P_A zu emittieren. Das heißt, im Emissionspunkt P_A werden Emission und Nichtemission wiederholt wie in 5 dargestellt. Als Folge kann eine Mehrzahl LED's 101 bei Verwendung der wie oben beschrieben ausgelegten, sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 die Beleuchtungsvorrichtung verwirklichen, die eine kurze Nichtemissionszeit hat, und die das Licht im Wesentlichen dauernd emittiert. Deshalb kann die Nichtemissionszeit kurz ausgelegt werden, wenn z. B. der Abstand zwischen den LED's schmäler gemacht wird und die LED's dicht angeordnet werden. Deshalb wird im Emissionspunkt P_A eine längere Emissionszeit erreicht und eine große Lichtmenge kann erhalten werden.
Außerdem kann eine Person Blinken durch Wiederholung von Nichtemission/Emission nicht leicht erkennen, wenn eine Periode der Bewegung der LED's so kurz wie möglich eingestellt ist. Noch bevorzugter wird ein Zeitintervall so eingestellt, dass das Blinken durch die Wirkung der Trägheit der Sehempfindung einer Person nicht erkannt werden kann. Dieses Zeitintervall, bei dem das Blinken nicht erkannt werden kann, beträgt konkret ungefähr 1/60 Sekunde oder weniger. Deshalb wird das Zeitintervall der Bewegung zwischen den LED's vorzugsweise auf ungefähr 1/60 Sekunde oder weniger eingestellt.
Ferner kann die LED 101 in einem Nichtemissionsbereich gekühlt werden, wenn der LED 101 gestattet wird, das Licht nur in der Nähe des Emissionspunkts P_A zu emittieren. Das heißt, die Anzahl Emissionen der LED 101 kann eins in einer Periode der Rotation des rotierbaren Substrats 102 sein, und deshalb kann eine lange Kühlperiode sichergestellt werden. Die LED hat eine Eigenschaft, dass die erzeugte Wärme umgekehrt proportional zur Menge des emittierten Lichts ist. Durch einen durch die Kühlung verursachten Temperaturabfall ist es deshalb möglich, mehr Emissionsleistung zu erreichen.
Selbst wenn z. B. eine LED der Mehrzahl LED's 101 ausfällt und kein Licht emittiert, wird außerdem die Menge emittierten Lichts nur um insgesamt (1/diese Mehrzahl) verringert. Aus dem ähnlichen Grund kann der Einfluss einer unweigerlich hervorgerufenen Dispersion bei der Herstellung der LED verringert werden.
Wenn gemäß der ersten Ausführungsform wie oben beschrieben die verschiedenen LED's das Licht im Emissionspunkt P_A fortlaufend und dauernd emittieren, kann die Lichtmenge durch periodische stabile Emission und im Wesentlichen konstante Emission erhöht und eine Kühlwirkung der LED erzielt werden. Der Einfluss durch den Ausfall der LED oder herstellungsbedingte Dispersion kann sekundär verringert werden.
Als nächstes wird ein Modifikationsbeispiel der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie oben beschrieben ist es möglich, die Kühlwirkung der LED zu erzielen. Wie in 2A gezeigt kann die Kühlwirkung jedoch weiter verbessert werden, wenn ein Kühlerelement 109 auf der Rückseite des rotierbaren Substrats 102 außer im Weg des emittierten Lichts der LED 101 angeordnet ist. Das Kühlerelement 109 ist in einer Rippenform ausgebildet, so dass durch die Bewegung der LED 101 erzeugte Luftkonvektion zum wirksamen Ab strahlen von Wärme genutzt werden kann. Das rotierbare Substrat 102 ist so ausgelegt, dass die durch die LED 101 erzeugte Wärme leicht zur hinteren Oberfläche geleitet werden kann. Ist dieses rippenförmige Kühlerelement 109 an der hinteren Oberfläche befestigt, ist deshalb Luftkühlung durch die durch die Rotation des rotierbaren Substrats 102 erzeugte Luftkonvektion möglich, und eine größere Kühlwirkung kann erzielt werden.
Außerdem ist ein Kühllüfter 110, der ein Gebläseschaufelelement für die LED 101 ist, auf der inneren peripheren Seite einer Ebene des rotierbaren Substrats 102, auf der das lichtemittierende Element angebracht ist, angeordnet. Leitet der Kühllüfter 110 mit der Rotation des rotierbaren Substrats 102 erzeugte Luft als Luft zur Kühlung in die LED 101, kann die LED 101 gekühlt werden.
Ferner ist ein Kühlluftgebläse 111 parallel zur Rotationsrichtung des rotierbaren Substrats 102 angeordnet, so dass es auf die LED 101 und das Kühlerelement 109 wirkt und eine stärkere Kühlwirkung bei diesem Aufbau erzielt werden kann.
Wie in einer vergrößerten Schnittansicht des lichtemittierenden Abschnitts von 6 gezeigt kann alternativ eine Kühlvorrichtung (Peltier-Element) 112 mit dem Kühlerelement 109 verbunden werden. Ferner kann zusätzlich zur Kühlvorrichtung 112 auch ein thermoelektrisches Umwandlungselement 113 zum Umwandeln von Wärme in Elektrizität angeordnet werden. In diesem Fall wird die Wärmeentwicklung gehemmt, der vom thermoelektrischen Umwandlungselement 113 erzeugte Strom kann als Teil der Stromversorgung der Bildprojektionsvorrichtung verwendet werden, und deshalb wird der Effekt der Stromeinsparung erzielt.
Bei der Anwendung in der in 1 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung wird die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10, deren Kühlwirkung auf diese Weise weiter erhöht wird, bevorzugter eingesetzt. Mit der Verwendung der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10, deren Kühlwirkung weiter verbessert ist, als Lichtquelle kann in Anbetracht dessen, dass die Lichtmenge durch die Kühlung bei stabiler Helligkeit aufrechterhalten oder erhöht wird, und dass der Einfluss von Ausfall/Dispersion des lichtemittierenden Elements (LED) gering ist, die Bildprojektionsvorrichtung einschließlich der Beleuchtung bereitgestellt werden.
Die 7A und 7B sind eine Seitenansicht und Draufsicht und zeigen ein anderes Modifikationsbeispiel der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 bei der ersten Ausführungsform. Das heißt, bei dem Modifikationsbeispiel ist eine Mehrzahl LED's 101 auf einem gekrümmten Oberflächenbereich eines säulenförmigen rotierbaren Elements 114 als Lichtsteuerelement angebracht. Wenn Spuren des Betriebs der LED 101 wahrgenommen werden, befinden sich die Spuren auf demselben Umfang wie in den 2A und 2B gezeigt, aber sie liegen auf derselben äußeren Peripherie wie in 7B gezeigt.
Wie oben beschrieben sind beim vorliegenden Modifikationsbeispiel die LED's auf derselben äußeren Peripherie auf der gekrümmten Oberfläche angeordnet, und der Abstand zwischen den nebeneinander angeordneten LED's wird konstant gehalten. Deshalb kann verhindert werden, dass ein Intervallunterschied der Emission/Nichtemission in Abhängigkeit des Abschnitts des rotierbaren Elements 114 erzeugt wird.
Es ist zu beachten, dass der Fluss der sich fortlaufend bewegenden Emission dem Modell der 2A und 2B ähnlich ist, und deshalb wird auf den entsprechenden Teil der Zeichnung verzichtet (dies gilt auch für jedes nachfolgend beschriebene Modifikationsbeispiel).
8 ist ein Diagramm, das die Ausführung der Bildprojektionsvorrichtung 1 zeigt, bei der die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 verwendet ist. Das heißt, diese Bildprojektionsvorrichtung 1 enthält die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10, bei der eine Mehrzahl LED's 101 auf dem gekrümmten Oberflächenbereich der säulenförmigen Form des rotierbaren Elements 114 angebracht ist wie in den 7A und 7B gezeigt, und bei der die im Emissionspunkt P_A positionierte LED 101 das Licht mit der Rotation des rotierbaren Elements 114 emittiert. Die Vorrichtung enthält auch: das optische Beleuchtungssystem 20 zum effizienten Beleuchten des Bilddarstellungselements 30 mit Licht von der LED 101; das durch eine LCD (Flüssigkristallanzeige) repräsentierte Bilddarstellungselement 30 zum Anzeigen des Bildes; und das optische Projektionssystem 40 zum Vergrößern/Projizieren des Bildes vom Bilddarstellungselement 30 auf den Bildschirm S. Selbst bei dieser Ausführung kann die Bildprojektionsvorrichtung verwirklicht werden, die eine Wirkung ähnlich derjenigen der in den 1 bis 5 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung erzeugt.
Die 9A und 9B sind eine Draufsicht und Seitenansicht und zeigen ein Modifikationsbeispiel, bei dem die gekrümmte Oberfläche des rotierbaren Elements 114 der 7A und 7B durch eine geneigte Oberfläche ersetzt ist. Außerdem ist beim vorliegenden Modifikationsbeispiel eine Befestigungsoberfläche für lichtemittierende Elemente in drei Bereiche aufgeteilt, eine von drei Farben R (Rot), G (Grün), B (Blau) ist jedem Bereich zugeteilt, und in jedem Bereich ist eine Mehrzahl LED's 101 (101R, 101G oder 101B) der entsprechenden Farbe angeordnet. Das heißt, drei Farben können mit einer Rotation des rotierbaren Elements 114 bei der Ausführung emittiert werden (die 9A und 9B zeigen, dass die LED 101B der Farbe B im Emissionspunkt P_A ist und das Licht emittiert). Bei dieser Ausführung können die Lichtarten einer Mehrzahl getrennter Farben RGB fortlaufend emittiert werden.
Es ist zu beachten, dass die Farben natürlich nicht auf diese drei Farben RGB beschränkt sind. Obwohl nicht gezeigt, kann das Element z. B. auch aus drei oder mehr Farben wie z. B. RGBW (W bezeichnet Weiß) gebildet sein. Außerdem können die jeweiligen benachbarten LED's so ausgelegt sein, dass sie geänderte Farben haben.
Ferner wird beim vorliegenden Modifikationsbeispiel ein Winkel (Neigungswinkel: α) durch eine Normale 115 der Befestigungsoberfläche für lichtemittierende Elemente und der optischen Achsenmitte 116 des optischen Beleuchtungssystems 20 gebildet. Obwohl die Ausführung den Neigungswinkel aufweist, kann der Neigungswinkel angeordnet oder nicht angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass in ähnlicher Weise der Neigungswinkel selbst bei den anderen Modifikationsbeispielen oder Ausführungsformen angeordnet oder nicht angeordnet sein kann.
Selbst wenn die auf diese Weise gebildete sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung verwendet wird, kann die Wirkung ähnlich derjenigen der in den 1 bis 5 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung erzeugt werden.
10 ist ein Diagramm, das noch ein anderes Modifikationsbeispiel zeigt. Bei diesem Beispiel ist das rotierbare Element 114 mit einer Polyeder-Stabform, nicht mit der Säulenform, gebildet und die LED 101 ist auf jeder Seite angeordnet. Das heißt, wenn die ebene LED 101 auf der gekrümmten Oberfläche angebracht wird wie in den 7A und 7B gezeigt wird der Kontakt linear. Wenn das Element angebracht wird, ist eine Struktur zum Füllen der Lücke zwischen der gekrümmten Oberfläche und der Ebene erforderlich, und die Struktur wird kompliziert. Andererseits kann die Anbringung vereinfacht werden, wenn die LED 101 auf der Ebene angebracht wird, wie beim vorliegenden Modifikationsbeispiel. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass sich im zu beleuchtenden Abschnitt 31 ein Brennpunkt ändert, optische Aberration erzeugt wird und die Beleuchtungseffizienz abfällt, wenn die LED 101 auf der gekrümmten Oberfläche angebracht wird. Bei der in 10 gezeigten Polygonkonfiguration hat die Konfiguration des vorliegenden Modifikationsbeispiels einen Vorteil, dass die LED leicht anzubringen und die optische Ausführung einfach ist, besonders wenn die LED als das lichtemittierende Element verwendet wird.
Selbst wenn die auf diese Weise konfigurierte, sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung verwendet wird, kann eine Wirkung ähnlich derjenigen der in den 1 bis 5 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung erzeugt werden.
Es ist zu beachten, dass bei dem Modifikationsbeispiel von 10 eine LED 101 auf einer die Polygonform bildenden Ebene angebracht ist, aber auch eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente ausgebildet sein kann.
Die jeweiligen Seiten der Polygonform können aus getrennten Substraten gebildet und mit Gelenkelementen beweglich ausgeführt sein. Wie in 11 gezeigt kann die Ausführung in diesem Fall ferner getrennte Substrate 117 und Gelenke (nicht dargestellt) aufweisen, und ferner kann eine Umlaufbahn elliptisch sein, um eine Raupenkonfiguration zu erreichen. Diese Raupenkonfiguration bewirkt, dass es möglich ist, der Anordnung einer Mehrzahl LED's 101 einen Freiheitsgrad zu verleihen. Es ist zu beachten, dass diese Raupenumlaufbahn nicht auf die elliptische Form beschränkt ist und auch eine andere Form haben kann, um Zusammenstoßen mit peripheren Elementen (nicht dargestellt) zu vermeiden. Selbst wenn die auf diese Weise konfigurierte sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung verwendet wird, kann die Wirkung ähnlich derjenigen der in den 1 bis 5 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung erzeugt werden.
12 ist ein Diagramm, das ein weiteres Modifikationsbeispiel der sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, bei der eine Mehrzahl LED's 101 in linearer Richtung bewegt wird. Das heißt, bei diesem Modifika tionsbeispiel ist eine Mehrzahl LED's 101 linear auf einem linear beweglichen Substrat 118 angebracht, das ein Lichtsteuerelement ist. Außerdem bewegen sich die LED's 101 durch Rotation eines mit einer zum linear beweglichen Substrat 118 hinzugefügten Zahnstange 119 in Eingriff stehenden Ritzels 120 in Richtung einer angebrachten Anordnung linear hin und her. Es ist zu beachten, dass die Positionserfassung, die lichtemittierende Schaltung und der Motor dieselben sind wie die der 2A und 2B, so dass auf die entsprechende Zeichnung und Beschreibung verzichtet wird.
Selbst wenn die auf diese Weise konfigurierte sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung verwendet wird, kann die Wirkung ähnlich derjenigen der in den 1 bis 5 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung erzeugt werden. Beim Bilden der Bildprojektionsvorrichtung, die dünn sein muss und in einer rechtwinklig zur Einheit kreuzenden Richtung relativ groß sein kann, ist außerdem die sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 eines solchen sich linear bewegenden Typs besonders wirksam.
Es ist zu beachten, dass Beispiele für eine andere Ausführung zum Verwirklichen der Linearbewegung eine Kurve, Schraube/Mutter, Kurbel und einen Linearmotor aufweisen. Es gibt viele andere Ausführungen zum Umsetzen einer Rotationsbewegung in die Linearbewegung oder zum Ausführen der Linearbewegung, wobei natürlich jede der Ausführungen angewendet werden kann.
13 ist ein Diagramm, das eine weitere Modifikation des Modifikationsbeispiels von 12 zeigt. Die Linearbewegung verwendet zwei Achsen. Das heißt, die Einheit ist entlang zweier Achsen, die die X- und Y-Richtung enthalten, beweglich wie dargestellt. Durch diese zweidimensionale Anordnung der LED's 101 kann eine große Anzahl lichtemittierender Elemente angebracht werden. Selbst wenn die auf diese Weise konfigurierte, sich fortlaufend bewegende Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung verwendet wird, kann die Wirkung ähnlich derjenigen der in den 1 bis 5 gezeigten Bildprojektionsvorrichtung erzeugt werden.
Neben den oben beschriebenen jeweiligen Modifikationsbeispielen werden zusätzlich verschiedene Ausführungen zum Verwirklichen der fortlaufenden Bewegung der Mehrzahl lichtemittierender Elemente in Betracht gezogen. Jede Ausführung kann ebenfalls verwendet werden, sofern die Mehrzahl lichtemittierender Elemente bewegt werden kann, um jedem lichtemittierenden Element Emittieren des Lichts in einer vorgegebenen Position des lichtemittierenden Elements zu ermöglichen.
Das Lichtsteuerungselement einschließlich eines beweglichen Elements, in dem die Mehrzahl LED's 101 angeordnet ist, entspricht den oben beschriebenen, aber eine Mehrzahl (z. B. drei) bewegliche Elemente, von denen jedes eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente aufweist, kann ebenfalls angeordnet werden.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für diese Ausführung zeigt. Das Beispiel weist drei rotierbare Elemente als die drei beweglichen Elemente auf: ein rotierbares Element 114R für R, auf dem eine Mehrzahl LED's 101R der Farbe R angebracht ist; ein rotierbares Element 114G für G, auf dem eine Mehrzahl LED's 101G für die Farbe G angebracht ist; und ein rotierbares Element 114B für B, auf dem eine Mehrzahl LED's 101B der Farbe B angebracht ist. Außerdem werden die jeweiligen Strahlen der Lichtarten von den LED's 101R, 101G, 101B, die in Emissionspunkten P_AR, P_AG, P_AB der rotierbaren Elemente 114R, 114G, 114B der jeweiligen Farben positioniert sind, gesammelt, um durch eine optische Anordnung, d. h. die jeweiligen optischen Beleuchtungssysteme 20, im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen zu bilden. Die Lichtarten werden durch ein Farbsynthesemittel synthetisiert, das im Allgemeinen als Kreuzprisma 121 bezeichnet wird, das ein einen zum Beleuchten des zu beleuchtenden Abschnitts 31 dichroitischen Film enthaltendes Prisma ist. Die jeweiligen rotierbaren Elemente 114R und 114G sowie 114G und 114B sind durch Riemen 122 gebildet, die Übertragungsmittel sind, so dass eine Rotationskraft des rotierbaren Elements auf das andere rotierbare Element übertragen werden kann. Deshalb können alle rotierbaren Elemente 114R, 114G, 114B rotiert werden, wenn eines der Mehrzahl rotierbarer Elemente 114R, 114G, 114B rotiert wird oder einer der Riemen 122 angetrieben wird. Deshalb werden alle rotierbaren Elemente 114R, 114G, 114B betätigt, wenn die Kraft zum Antreiben eines rotierbaren Elements geliefert wird. Die Anzahl Antriebsmotoren muss z. B. nicht der der rotierbaren Elemente entsprechen, und dies ist deshalb kostengünstig.
Bei dieser Ausführung kann eine im Wesentlichen weiße Beleuchtung erhalten werden, wenn die Lichtarten von drei Farben RGB gleichzeitig emittiert werden. Wenn nur ein lichtemittierendes Element (LED) eines rotierbaren Elements das Licht emittiert und ein lichtemittierendes Element eines anderen rotierbaren Elements das Licht fortlaufend emittiert, wird eine sequentielle RGB-Farbrahmenbeleuchtung erhalten. Auf diese Weise wird das rotierbare Element für jede der RGB-Farben angeordnet und ferner werden die Lichtarten durch das Farbsynthesemittel synthetisiert, um z. B. weiße Beleuchtung zu erhalten. In diesem Fall ist es möglich, eine Helligkeit zu erhalten, die höher ist als die des ein rotierbares Element aufweisenden, weißen lichtemittierenden Elements. Wird das Gleichgewicht der Menge emittierten Lichts jeder der RGB-Farben geändert, kann ferner die Beleuchtung verschiedener Farben verwirklicht werden. Außerdem können zur Verwirklichung der sequentiellen RGB-Farbrahmenbeleuchtung die jeweiligen rotierbaren Elemente das Licht der Reihe nach emittieren. In diesem Fall kann die Beleuchtung verwirklicht werden, und die emittierte Lichtfarbe wird mühelos ausgewählt.
Bei Verwendung der wie in 14 gezeigt konfigurierten sich fortlaufend bewegenden Emissionsbeleuchtungseinheit 10 zur Bildung der Bildprojektionsvorrichtung kann außerdem der zu beleuchtende Abschnitt 31 von 14 in der Position des Bilddarstellungselements 30 von 1 angeordnet sein. Das heißt, auf diese Weise sind in dem zu beleuchtenden Abschnitt 31 die Bilddarstellungselemente 30 wie z. B. ein LCD-Element und eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (Digital Micro-Mirror Device, DMD: eingetragene Marke der U.S. Texas Instruments Co.) angeordnet, und die Lichtarten werden in der Reihenfolge RGB fortlaufend emittiert. Außerdem kann die sequentielle Farbrahmen-Bildprojektionsvorrichtung gebildet werden, wenn das Bilddarstellungselement 30 synthetisiert und angesteuert wird.
Es ist zu beachten, dass in 14 die Durchmesser der rotierbaren Elemente 114R, 114G, 114B für die jeweiligen Farben aus dem folgenden Grund geändert sind. Das heißt, die Menge Licht wird bezüglich des Ausgangs in der LED 101G der Farbe G nicht leicht erreicht, und ein großer Emissionsausgang ist erforderlich, um in der Sichtbarkeit für den Menschen dominant zu sein. Hierfür muss der LED 101G der Farbe G ein hoher Strom zugeführt werden. Die erzeugte Wärme nimmt jedoch durch den zugeführten hohen Strom zu und weitere Kühlung ist erforderlich. Zur Lösung des Problems nur für die Farbe G ist das rotierbare Element 114G, das einen größeren Durchmesser hat, angeordnet, und mehr LED's 101G sind angeordnet. Demgemäß wird eine Kühlperiode für ein lichtemittierendes Element, die länger ist als die für eine andere Farbe (R, B), erreicht, und die Kühlwirkung wird erhöht.
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform wird der Lichtweg des Lichts vom lichtemittierenden Ele ment zur Beleuchtung des zu beleuchtenden Abschnitts in einer vorgegebenen Periode geändert.
15 ist ein Funktionsblockschema der Bildprojektionsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Bei der Bildprojektionsvorrichtung 1 wird die LED 101, die das Bilddarstellungselement 30 als den zu beleuchtenden Abschnitt beleuchten kann, gemäß dem Zustand eines als Lichtsteuerungselement rotierenden Spiegels 123 ausgewählt, und die Emission kann gesteuert werden. Die Bildprojektionsvorrichtung 1 enthält ferner: das durch die LCD repräsentierte Bilddarstellungselement 30 zum Anzeigen des Bilds; und das optische Projektionssystem 40 zum Vergrößern/Projizieren des Bildes vom Bilddarstellungselement 30 auf den Bildschirm S. Das heißt, der Spiegel 123 wird entlang einer vorgegebenen Rotationsachse 124 geschwenkt, so dass der Lichtweg gesteuert werden kann. In der rotierten Position wird das Licht von einer der Mehrzahl LED's 101 bezüglich des Bilddarstellungselements 30 selektiv reflektiert.
Der Hauptteil der Bildprojektionsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 16 detaillierter beschrieben. Das heißt, LED's 101D', 101E', 101F' sind auf drei Substraten 125 angebracht. Sammellinsen 21, die Sammlermittel zum Sammeln der von den LED's 101D', 101E', 101F' auf dem zu beleuchtenden Abschnitt 31 emittierten Lichtarten sind, sind gegenüber den LED's 101D', 101E' bzw. 101F' angeordnet. Ferner ist zwischen den Sammellinsen 21 und dem zu beleuchtenden Abschnitt 31 der Spiegel 123 angeordnet, der das Lichtsteuerungselement zum Ändern des Lichtwegs des Lichts vom lichtemittierenden Element (LED) zum Beleuchten des zu beleuchtenden Abschnitts 31 ist. Dieser Spiegel 123 kann sich um die vorgegebene Rotationsachse 124 drehen/hin- und herbewegen/bewegen und ist so ausgelegt, dass er in Spiegelpositionen D, E oder F das Licht der LED 101D', 101E' oder 101F' auf den zu beleuchtenden Abschnitt 31 reflektiert.
Die rotierte Position des Spiegels 123 kann durch eine Spiegelpositions-Erfassungsschaltung 126 erfasst werden. Das LEDTG 105 wählt die LED 101D', 101E' oder 101F' auf Basis der Spiegelpositionsinformation von der Spiegelpositions-Erfassungsschaltung 126 aus, um einen Lichteinschaltreitpunkt zu generieren. Die ausgewählte LED emittiert das Licht durch die Treiberschaltung 103, die ein Lichteinschaltmittel zum Einschalten der ausgewählten LED ist. Auf diese Weise kann der LED, die den zu beleuchtenden Abschnitt 31 beleuchten kann, selektiv erlaubt werden, das Licht zu emittieren. Ist der Spiegel 123 z. B. in einer Position D, wird das Licht von der LED 101D' selektiv emittiert. Der Spiegel 123 wird rotiert durch: eine elektromagnetische Induktion 127, die ein bewegliches Mittel zum rotierenden Betätigen des Spiegels ist; und eine Spiegelsteuerungsschaltung 128, die die elektromagnetische Induktion 127 auf Basis der Information von der Spiegelpositions-Erfassungsschaltung 126 steuern kann.
Bei der auf diese Weise gebildeten Bildprojektionseinrichtung 1 betätigt demgemäß das bewegliche Mittel den Spiegel 123, und die Spiegelpositions-Erfassungsschaltung 126 und das LEDTG 105, die Steuerungsmittel zur Lichtauswahl sind, wählen auf Basis der Positionsinformation des Spiegels 123 fortlaufend die LED 101 aus, die den zu beleuchtenden Abschnitt 31 beleuchten kann, um den Lichteinschaltzeitpunkt zu generieren. Die Treiberschaltung 103 emittiert als das Lichteinschaltmittel fortlaufend das Licht von der fortlaufend ausgewählten LED.
Für die Wirkung der Ausführung des Lichtsteuerungselements, das den Lichtweg mittels des Spiegels 123 ändert, ist es nicht notwendig, das lichtemittierende Element (LED) zu bewegen, und der Strom kann deshalb dem lichtemittierenden Element gut zugeführt werden. Außerdem kann die Ausführung durch einen zusammenklappbaren Spiegel kompakt sein. Es ist zu beachten, dass die Wirkungen wie z. B. die Vergrößerung der Lichtmenge des lichtemittierenden Elements, die stabile Lichtmenge des lichtemittierenden Elements und die Verringerung der Dispersion auf dieselbe Weise erreicht werden wie bei der ersten Ausführungsform und auf die detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
17 ist ein Diagramm, das das Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform zeigt. Bei dem Modifikationsbeispiel wird statt des rotierenden Spiegels 123 in 16 ein Polygonspiegel 129 verwendet, bei dem eine Mehrzahl Spiegel 129A in einer regelmäßigen Polygonform angeordnet ist. Durch die Rotation des Polygonspiegels 129 kann die Position des lichtemittierenden Elements ausgewählt werden. Das heißt, wenn die jeweiligen Spiegel 129A Winkelpositionen haben, die den Rotationspositionen D, E, F im rotierenden Spiegel 123 entsprechen, können die LED's 101D', 101E', 101F' selektiv das Licht emittieren, und der zu beleuchtende Abschnitt 31 wird mit dem vom Polygonspiegel 129 reflektierten Licht beleuchtet. Es ist zu beachten, dass die Steuerung zur Lichtauswahl durch die Spiegelposition ähnlich wie bei dem Modell von 16 ist und auf die Beschreibung dieses Abschnitts verzichtet wird (ebenso wie bei den folgenden Modifikationsbeispielen).
Außerdem ist ein Lüfter 130 koaxial zur Rotationsachse des Polygonspiegels 129 vorgesehen und ein Kanal 131 ist so angeordnet, dass er die aus diesem Lüfter 130 herausgepumpte Luft in die Nähe der LED's 101D', 101E', 101F' leitet. Mit dem rotierenden Betrieb des Polygonspiegels 129 ist auch der Lüfter 130 in Betrieb und die LED's 101D', 101E', 101F' können über den Kanal 131 luftgekühlt werden. Bei dieser Ausführung wird der Polygonspiegel 129 rotiert und die Kühlung kann gleichzeitig erfolgen.
Die 18A und 18B sind Diagramme, die noch ein anderes Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform zeigen. Insbesondere ist 18A eine Schnittansicht entlang der Linie des Pfeils MM in 18B. Außerdem wird bei diesem Modifikationsbeispiel das Licht von der LED 101 durch die Sammellinse 21 durchgelassen, die ein Sammelmittel zum effizienten Sammeln des Lichts auf dem zu beleuchtenden Abschnitt 31 ist, um den zu beleuchtenden Abschnitt 31 zu beleuchten. Der Spiegel 123 zum Biegen des Lichtwegs ist zwischen der Sammellinse 21 und der LED 101 eingefügt. Außerdem ist in diesem Fall in Anbetracht des einfachen Anbringens der LED 101 die LED 101 bezüglich der Lichtachse der Sammellinse 21 schräg angeordnet.
Das heißt, der Spiegel 123 zur Durchführung der Steuerung zur Lichtauswahl ist zwischen der LED 101 und der Sammellinse 21 rotierbar ausgeführt.
Ferner ist die LED 101 im Wesentlichen auf derselben Peripherie wie die eines Befestigungselements 132 für lichtemittierende Elemente angeordnet, das eine Mörserform hat und dessen Bodenfläche geöffnet ist. Es ist zu beachten, dass das mörserförmige Befestigungselement 132 für lichtemittierende Elemente auf die Einfachheit des Anbringens der LED 101 abzielt aber auch zylindrisch, nicht mörserförmig, sein kann. Außerdem ist der Spiegel 123 zum Reflektieren des Lichts der LED 101 rechtwinklig zum zu beleuchtenden Abschnitt 31 innerhalb derselben Peripherie der LED 101 angeordnet.
Auf der Rückseite des Spiegels 123 sind angeordnet: eine Rotationswelle 133 zum Rotieren des Spiegels 123 und der Motor 106 als Antriebsvorrichtung, die die Rotationswelle 133 rotieren kann. Hier ist die Rotationswelle 133 im Wesentlichen in der Mitte einer Anordnung lichtemittierender Elemente in derselben Peripherie angeordnet. Wird die Rotationswelle 133 rotiert, rotiert der Spiegel 123. Der Lichtweg zum zu beleuchtenden Abschnitt 31, das heißt die Lichtachse 134 der Sammellinse 21, kann bezüglich einer der Emissionspositionen der Mehrzahl LED's 101 selektiv angeordnet werden. Außerdem wird der zu beleuchtende Abschnitt 31 beleuchtet, wenn die LED 101 in der ausgewählten Emissionsposition das Licht emittiert. 18B zeigt z. B., dass die LED 101 in einer Emissionsposition J₁ das Licht emittiert. Mit dem Ablauf der Zeit rotiert jedoch der Spiegel 123. Mit der Rotation sind die LED in der entsprechenden Emissionsposition J₂ und die LED in einer Emissionsposition J₃, ... so angeordnet, dass sie das Licht fortlaufend emittieren.
Außerdem ist beim vorliegenden Modifikationsbeispiel zusätzlich zur Rotationswelle 133 ein Gebläseelement 135 in der hinteren Oberfläche des Spiegels 123 ausgebildet. Wird die Rotationswelle 133 rotiert, wird vom Gebläseelement 135 eine Luftströmung erzeugt, die die LED's 101 kühlen kann.
Gemäß dem Modifikationsbeispiel kann die Mehrzahl LED's 101 hinsichtlich einer Sammellinse 21 über den den Lichtweg ändernden Spiegel 123 ausgewählt werden. Demgemäß können die LED's 101 effektiv in einem leeren Raum in der Nähe der Sammellinse 21 angeordnet und die Größe der Beleuchtungsvorrichtung 2 kann kompakt ausgelegt werden. Ferner sind die LED's 101 dicht angeordnet. Durch die Wirkung, dass die Nichtemissionszeit verkürzt werden kann, wie bezüglich 5 beschrieben, ist es möglich, eine große Lichtmenge zu erhalten. Das Gebläseelement 135 auf der Rückseite des Spiegels 123 kann die LED's 101 kühlen, und es ist möglich, den Abfall der emittierten Lichtmenge durch den durch die Wärmeerzeugung der LED 101 erzeugten Wärmewiderstand zu verringern.
Es ist zu beachten, dass für die Bildprojektionsvorrichtung der ersten und zweiten Ausführungsform eine aus einem Bilddarstellungselement 30 gebildete Einplatten-Bildprojektionsvorrichtung beschrieben worden ist. Natürlich ist eine Mehrzahl Bilddarstellungselemente angeordnet und die Vorrichtung kann z. B. von einem (RGB-) Dreiplattentyp sein. Außerdem kann im Bilddarstellungselement 30 nicht nur das LCD-Element (Übertragungs- oder Reflexionstyp), sondern auch eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD^®) verwendet werden.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird einem lichtemittierenden Element (LED) Emittieren des Lichts selektiv zugelassen. Bei der dritten Ausführungsform wird eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente (LED) gleichzeitig ausgewählt, um das Licht zu emittieren.
19A ist eine Seitenansicht der Beleuchtungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform mit einer rotierenden Ausführung, bei der eine Mehrzahl von (neun) LED's gleichzeitig das Licht emittieren kann, und 19B ist eine Draufsicht. 20 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils V in 19B, das heißt, eine Ansicht auf der Seite des zu beleuchtenden Abschnitts gesehen, und 21 zeigt einen Emissionszustand mit dem Ablauf der Zeit in einer Rotationsperiode einer LED 101M in 19A.
Das heißt, bei der wie in 19A gezeigten vorliegenden Ausführungsform sind die LED's 101 im gekrümmten Oberflächenbereich des säulenförmigen rotierbaren Elements 114 auf dieselbe Weise wie beim in den 7A und 7B gezeigten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform angeordnet. Für die Emissionspunkte der LED's können die LED's 101 das Licht in drei Abschnitten wie z. B. Emissionspunktzeilen K₁, K₂ und K₃ in der Bewegungsrichtung des rotierbaren Elements 114 gleichzeitig emittieren. Wie in 19B gezeigt können drei Anordnungen von LED's 101 einschließlich LED-Anordnungszeilen L₁, L₂, L₃ das Licht gleichzeitig emittieren. Wie in 20 gezeigt emittieren deshalb die LED's das Licht in insgesamt neun Abschnitten in zwei Dimensionen von 3 × 3-LED-Anordnungen gleichzeitig. Anstatt das Licht von neun Abschnitten gleichzeitig zu emittieren, können die Lichtarten natürlich auch in geringfügig abweichenden Phasen emittiert werden. Das gleichzeitige Einschalten kann auch für jede der Zeilen L₁, L₂, L₃ oder für jede der Zeilen K₁, K₂ und K₃ durchgeführt werden.
Außerdem enthält die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Ausführung: neun Sammellinsen 21, die ein optisches Mehremissionspunktsystem bilden, und die jeweils gegenüber den neun Emissionspunkten angeordnet sind; und eine Überlagerungslinse 22 zum Überlagern der Lichtarten von den Sammellinsen 21. Das heißt, das optische Überlagerungsbeleuchtungssystem 20, das die Lichtarten von den jeweiligen LED's auf dem zu beleuchtenden Abschnitt 31 überlagern kann, ist aus diesen Sammellinsen 21 und dieser Überlagerungslinse 22 gebildet.
Wenn das rotierbare Element 114 rotiert, gehen die LED's 101 bei dieser Ausführung deshalb durch die Emissionspunktzeilen K₁, K₂ und K₃, und die in der Nähe des Emissionspunkts positionierte LED emittiert das Licht. Dieser Betrieb wird beschrieben, während eine LED wahrgenommen wird. Eine in 19A gezeigte LED 101M hat in einer Periode des rotierbaren Elements 114 einen Emissionszustand wie in 21 gezeigt. Das heißt, wenn sich die LED 101M bewegt, um in der Emissionspunktzeile K₃ → K₂ → K₁ positioniert zu werden, wird die Emission dreimal durchgeführt, und die Nichtemission wird zu anderen Zeiten durchgeführt. Es ist zu beachten, dass die dritte Ausführungsform der ersten Ausführungsform ähnlich ist, außer dass es eine Mehrzahl gleichzeitiger Emissionen gibt, und deshalb wird auf die Zeichnung der zu dem Betrieb führenden Ausführung und die Beschreibung der Funktion verzichtet.
Die Mehrzahl LED's 101 emittiert die Lichtarten auf diese Weise gleichzeitig und die Lichtarten der Mehrzahl LED's 101 werden überlagert, um den zu beleuchtenden Abschnitt 31 zu beleuchten. Dies kann die Wirkung hervorrufen, dass eine Menge Beleuchtungslicht, die größer ist als die von einem lichtemittierenden Element erhaltenen Menge Licht, erhalten werden kann.
Außerdem sind bei der in 20 gezeigten Anordnung der LED's 101 unter der Annahme, dass ein Sammellinsenabstand der Sammellinsen 21 in der Rotationsrichtung des rotierbaren Elements 114 LP ist und ein Abstand der lichtemittierenden Elemente in der Rotationsrichtung des rotierbaren Elements 114 PP ist, die Anordnungen so ausgelegt, dass PP dichter ist als LP. Demgemäß kann die Nichtemissionszeit in jedem Emissionspunkt im Vergleich zu der Ausführung, bei der LP gleich ist PP, verkürzt werden. Deshalb besteht eine Wirkung darin, dass mehr Menge emittierten Lichts erhalten werden kann. Die LED's sind vorzugsweise ebenso wie in einem Fall, in dem die Gesamtmenge emittierten Lichts mit einer längeren Nichtemissionszeit jeder LED von 5 abnimmt, so ausgelegt, dass sie am dichtesten angeordnet sind (bei der vorliegenden Ausführungsform wird zur besseren Beschreibung ein Zustand gezeigt, in dem die lichtemittierenden Elemente in Abständen angeordnet sind).
Es ist zu beachten, dass die gleichzeitigen selektiven Emissionen der Mehrzahl lichtemittierender Elemente (LED) gemäß der dritten Ausführungsform in der Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen sein können, bei der der Lichtweg des Lichts vom lichtemittierenden Element zum Beleuchten des zu beleuchtenden Abschnitts in den vorgegebenen Perioden wie bei der zweiten Ausführungsform wie folgt geändert wird. Das heißt, mit der in den 19A und 19B gezeigten Position des rotierbaren Elements wird ein System gebildet, bei dem die gleiche Anzahl Spiegel 123, Befestigungselemente 132 für lichtemittierende Elemente, Rotationswellen 133 und Motoren 106 wie die Anzahl Sammellinsenanordnungen (in 19A neun Sätze) angeordnet ist. Dies kann dazu führen, dass die Ausführung miniaturisiert werden kann, wenn die LED 101 im leeren Raum zwischen den Sammellinsenanordnungen angeordnet ist.
22 ist ein Diagramm, das das Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform zeigt, und es ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils V ähnlich wie 20. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Sammellinse 21 nicht im Diagramm dargestellt. Dieses Modifikationsbeispiel ist zur Verwirklichung der sequentiellen (abwechselnden) Farbrahmenemissionen zweier Farben B (Blau) und R (Rot) ausgelegt. Das heißt, im gezeigten Zustand emittieren die LED's von B die Lichtarten in neun Emissionspunkten. Mit der Rotation des rotierbaren Elements 114 bewegen sich die LED's von R zu den neun Emissionspunkten und emittieren das Licht in der Nähe der Emissionspunkte. Die Auslegung weist diese Wiederholung von abwechselnden BR-Emissionen auf. Bei dieser Anordnung der LED's können die sequentiellen (abwechselnden) Farbrahmenemissionen auf einfache Weise verwirklicht werden.
Außerdem sind bei dem Modifikationsbeispiel die Farben der in Bewegungsrichtung nebeneinander angeordneten LED's verschieden. Wenn auch nicht gezeigt, können jedoch alle LED's auch aus Weiß gebildet sein, wenn der zu beleuchtende Abschnitt 31 mit dem weißen Licht beleuchtet wird. Alternativ kann der Abschnitt mit Weiß beleuchtet werden, wenn die aus der Mehrzahl von Farben (RGB) gebildete Mehrzahl LED's die Lichtarten in Anbetracht von Emissionsstärkenverhältnis und Sichtbarkeit emittiert. Obwohl nicht gezeigt, wird bei der gleichzeitigen Emission der Mehrzahl LED's, die so ausgelegt sind, dass die LED's der Mehrzahl Farben die Lichtarten gleichzeitig emittieren können, ferner die vorgegebene andere Farbe als Weiß durch die synthetisierte Farbe der LED's der Mehrzahl Farben generiert, und es ist auch möglich, die Beleuchtung der vorbestimmten Farbe zu verwirklichen.
Wie in 23 gezeigt ist ferner die gekrümmte Oberfläche des rotierbaren Elements 114 durch die schräge Oberfläche ersetzt und die LED-Anordnung kann auch für jede der Mehrzahl Farben RGB vorgesehen werden. In diesem Fall ist die Anzahl LED's bei jeder Farbe verschieden und in der Reihenfolge BRG wird eine kleine Anzahl LED's festgelegt. Anhand des Gleichgewichts zwischen der Sichtbarkeit und Intensität der LED, die das lichtemittierende Element ist, wird die Anzahl LED's für jede Farbe von RGB geschätzt, um die weiße Farbe zu erhalten. Als Folge sind mehr LED's in der Reihenfolge B, R, G erforderlich, was sich im Ergebnis widergespiegelt. Natürlich können die Leuchtdichte und Widerstandseigenschaften der LED berücksichtigt werden, um die gezeigte Anzahl oder Farbpositionen zu ändern.
24 ist ein Diagramm, das ein weiteres Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform zeigt. Dieses Diagramm ist ebenfalls die Ansicht in Richtung des Pfeils V ähnlich wie in 20. In Bewegungsrichtung der lichtemittierenden Elemente (LED) sind jedoch neun Zeilen angeordnet. Bei diesem Modifikationsbeispiel ist eine Mehrzahl LED-Bewegungszeilen (Zeilen N₁ bis N₃) im Linsenintervall zwischen den Sammellinsen angeordnet. Wird eine Sammellinse 21Q₁ wahrgenommen, passiert ferner eine der Zeilen N₁ bis N₃ in einem Bereich der Sammellinse 21Q₁ . Jedoch nur die LED 101R₁ wird zum Emittieren des Lichts gesteuert, die LED 101R₁ der Zeile N₁ ist auf das Optimum beim Sammeln des Lichts ausgelegt, und die Sammellinse 21Q₁ ist im Wesentlichen sich auf die LED 101R₁ zentrierend ausgebildet. Wird eine Sammellinse 21Q₂ wahrgenommen, wird entsprechend nur LED 101R₂ der Zeile N₂ zum Emittieren des Lichts gesteuert, und die Sammellinse 21Q₂ ist im Wesentlichen sich auf die LED 101R₂ zentrierend ausgebildet. Da die anderen Sammellinsen ähnlich sind, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Bei dieser Auslegung wird in 25 eine LED wahrgenommen und der Emissionszustand einer LED 101P in einer Periode des rotierbaren Elements 114 ist gezeigt. Auf diese Weise emittiert die LED 101P das Licht nur, wenn sie in die Nähe der Zeile K₁ bewegt wird. Es ist bekannt, dass dies eine Wirkung hervorruft, dass mit dem lichtemittierenden Element der LED die Menge emittierten Lichts durch die erzeugte Wärme in der LED abfällt. Beim vorliegenden Modifikationsbeispiel wird jedoch eine Emission in einer Periode durchgeführt. Als Folge ist die Ausführung für die Wärmeerzeugung der LED vorteilhaft. Deshalb kann mit einer Emission der LED ein höherer Strom angelegt und eine größere Menge Licht erhalten werden.
Außerdem ist der Abstand PP zwischen den LED-Anordnungszeilen N₁ und N₂, der der Abstand zwischen den nebeneinander angeordneten LED's ist, so eingestellt, dass er dichter ist als das Linsenintervall LP zwischen den Sammellinsen 21Q₁ und der benachbarten Sammellinse 21Q₃ . Dies erzeugt die Wirkung, dass die lichtemittierenden Elemente (LED) am rotierbaren Element 114 dicht ausgelegt werden können, die Einheit miniaturisiert werden kann auch und die Menge Licht erhöht werden kann.
Ist der zu beleuchtenden Abschnitt bezüglich des vorgegebenen Emissionspunkts breiter eingestellt und ist gemäß den Verwendungsbedingungen keine Wärmeentwicklung zu befürchten, können ferner bei einem sich von 24 unterscheidenden Modifikations beispiel die LED's das Licht nicht nur in der LED-Anordnungszeile N₁ in der Sammellinse 21Q₁ gleichzeitig emittieren, sondern auch in den LED-Anordnungszeilen N₂, N₃ in einer Sammellinse, selbst bei einem Abfall der Effizienz. Bei dieser Ausführung können auch eine Emission in einer Periode oder eine Mehrzahl (drei) Emissionen in einer Periode gewählt werden.
Obwohl nicht gezeigt weist die Ausführung der 19A und 19B außerdem drei Bewegungszeilen auf, d. h. die LED-Anordnungszeilen L₁ bis L₃ des rotierbaren Elements 114, sie kann aber in getrennte bewegliche Teile aufgeteilt werden, um mit verschiedenen Bewegungsgeschwindigkeiten zu rotieren. Alternativ kann eine Bewegungsgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass sie variabel ist, so dass sich die LED langsam bewegt, wenn sie sich in die Nähe der Emissionsposition bewegt, und schnell, wenn sie sich nicht in der Emissionsposition befindet.
Wird eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente (LED) gleichzeitig zum Emittieren der Lichtarten ausgewählt wie bei der dritten Ausführungsform, können ferner nicht nur die Ausführung der 7A und 7B entsprechenden 19A, sondern auch verschiedene Ausführungen bei den unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wie z. B. 10 und 11 usw. beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform leicht modifiziert und an die Ausführung der gleichzeitigen selektiven Emission der Mehrzahl lichtemittierender Elemente (LED) angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung ist oben auf der Grundlage der Ausführungsformen beschrieben worden, aber sie ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann natürlich innerhalb des Gültigkeitsbereichs der vorliegenden Erfindung unterschiedlich modifiziert oder angewendet werden.
Bei der ersten bis dritten Ausführungsform sind die lichtemittierenden Elemente (LED) z. B. in gerader Linie angeordnet, sie können aber auch mit Abweichungen angeordnet werden. Dies wird unter Bezugnahme auf 26 beschrieben. Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung von einer LED für die gleichzeitige Emission ausgegangen wird. Wenn z. B. angenommen wird, dass das lichtemittierende Element die LED ist, ist ein Verbindungsdraht auf einer Emissionsoberfläche in der Nähe der Mitte des LED-Chips angeordnet, und die Nähe wird manchmal dunkel. Das optische Beleuchtungssystem 20 bei der Ausführung von 26 ist so ausgeführt, dass es das Bild der LED 101 auf dem rotierbaren Element 114 in das Bild im zu beleuchtenden Abschnitt 31 formt. Als Folge verursachen der Verbindungsdrahtabschnitt der LED und der einen Leuchtdichteabfall in der Nähe aufweisende Abschnitt wegen des Leuchtdichteabfalls eine Beleuchtungsungleichmäßigkeit wie die im zu beleuchtenden Abschnitt 31. Ist ferner die Mehrzahl LED's 101 auf dem rotierbaren Element 114 im Wesentlichen in derselben Form gebildet, wird das rotierbare Element 114 bewegt, damit der Mehrzahl LED's fortlaufend das Lichts im Wesentlichen in derselben Position in einer Bezugsemissionslinie emittieren kann, die im Wesentlichen der Breite der LED entspricht. Wenn dann die Lichtarten zeitlich überlagert werden, wird die Emissionsungleichmäßigkeit der LED 101 als Beleuchtungsungleichmäßigkeit des zu beleuchtenden Abschnitts 31 beibehalten. Zur Lösung des Problems sind die Mehrzahl LED's 101 wie in 26 gezeigt so angeordnet, dass sie in einer Richtung in rechten Winkeln quer zur Rotationsrichtung des rotierbaren Elements 114 voneinander abweichen. In diesem Fall kann die Beleuchtungsungleichmäßigkeit der LED selbst zum Befeuchten des zu beleuchtenden Abschnitts 31 abweichen. Ferner wird die Beleuchtungsungleichmäßigkeit durch die durch die Rotation des rotierbaren Elements 114 einschließlich der abweichenden LED's 101 hervorgerufene zeitliche Überlagerung gemittelt und es ist möglich, die Beleuchtungsungleichmäßigkeit im zu beleuchtenden Abschnitt 31 zu verringern.
Es ist zu beachten, dass der Beleuchtungsverlust durch die Abweichung der LED-Position von der Bezugsemissionslinie zunimmt, wenn die Beziehung zwischen den LED-Positionen, dem optischen Beleuchtungssystem und dem zu beleuchtenden Abschnitt optimiert wird. In Anbetracht des Gleichgewichts zwischen der Beleuchtungsungleichmäßigkeit und der Beleuchtungseffizienz haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die der Größe (L) der LED entsprechende Abweichung vorzugsweise eine emittierfähige Position ist.
Auch wenn dies nicht dargestellt ist, werden außerdem die LED's 101 an einander gegenüberliegenden Seiten der Anordnung lichtemittierender Elemente (LED) von 26 angeordnet, um drei Anordnungen zu bilden, statt die LED's 101 in einer Pfeilform anzuordnen. Selbst wenn die LED abweicht, ist eine der auf den einander gegenüberliegenden Seiten der LED angeordneten LED's auf der Bezugsemissionslinie angeordnet. Wenn in diesem Fall eine der auf der Bezugsemissionslinie auf den einander gegenüberliegenden Seiten der LED angeordneten LED's zum Emittieren des Lichts vorgesehen ist, wird verhindert, dass sich die Effizienz verschlechtert und auch die Beleuchtungsungleichmäßigkeit kann verhindert werden.
Ferner ist bei der ersten bis dritten Ausführungsform die LED, die das lichtemittierende Element ist, gezeigt und beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die LED beschränkt. Selbst mit einer Kohlenstoffnanoröhren-(carbon nano tube – CNT)-Lichtquelle als lichtemittierendes Element, bei der die durch das andauernde Lichteinschalten erzeugte Wärme den Abfall der Lichtmenge verursacht, und die eine Reaktionsgeschwindigkeit bezüglich der Emission aufweist und bei der die Emission deshalb impulsweise möglich ist, kann die in den Ausführungsformen beschriebene Ausführung die ähnliche Wirkung hervorrufen.
Außerdem ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Beleuchtungsvorrichtung der Bildprojektionsvorrichtung beschrieben worden. Synchron mit dem Ansteuern des Bilddarstellungselements ist jedoch der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch Emittieren des Lichts möglich. In diesem Fall kann eine Bildprojektionsvorrichtung mit guter Beleuchtungseffizienz und hohem Qualitätsniveau erreicht werden.
Ferner ist die Beleuchtungsvorrichtung der Bildprojektionsvorrichtung beschrieben worden, aber die den zu beleuchtenden Abschnitt bezüglich der vorgegebenen Position des lichtemittierenden Elements aufweisende Beleuchtungsvorrichtung kann auf einfache Weise auf eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung angewendet werden. Wird der zu beleuchtende Abschnitt als ein räumlicher virtueller Bereich angenommen, kann die vorliegende Erfindung auch als eine allgemeine Beleuchtungsvorrichtung oder ein Autoscheinwerfer eingesetzt werden.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung, die einen zu beleuchtenden Abschnitt (31) beleuchtet, aufweisend: eine Mehrzahl lichtemittierender Elemente (101); Treibermittel (103) zum Ansteuern der jeweiligen lichtemittierenden Elemente; Sammlermittel (20) zum Sammeln des vom lichtemittierenden Element, das vom Treibermittel angesteuert wurde, emittierten Lichts auf den zu beleuchtenden Abschnitt; ein Lichtsteuerungselement (102; 114; 118; 123; 129) zur Durchführung einer Änderung des Lichtweges vom lichtemittierenden Element, um den zu beleuchtenden Abschnitt zu beleuchten, und/oder einer Bewegung des lichtemittierenden Elements; Antriebsmittel (106; 122; 127), die so konfiguriert sind, dass sie das Lichtsteuerungselement mit einer vorgegebenen Periode betätigen; und ein Steuerungsmittel (104, 105, 107; 105, 126) zur Lichtauswahl zur Steuerung des Antriebsmittels und der Treibermittel, um das Licht zur Beleuchtung des zu beleuchtenden Abschnitts periodisch aus den Lichtarten der Mehrzahl lichtemittierender Elemente zu wählen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Antriebsmittel (106) bewegt, um das Lichtsteuerungselement (102; 114) zu drehen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement eine Säulenform hat und die lichtemittierenden Elemente in einem ebenen Abschnitt der Säulenform angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement eine Säulenform hat und die lichtemittierenden Elemente in einem gekrümmten Oberflächenabschnitt der Säulenform angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Antriebsmittels (106) bewegt, um das Lichtsteuerungselement (118) linear zu bewegen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement einen ebenen Abschnitt hat und die lichtemittierenden Elemente im ebenen Abschnitt des Lichtsteuerungselements angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Bewegung eine lineare Bewegung in zwei Richtungen, die sich im rechten Winkel zueinander schneiden, enthält.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement eine Mehrzahl Elemente (114R, 114G, 114B) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen lichtemittierenden Elemente, die an der Mehrzahl Lichtsteuerungselemente angebracht sind, Licht mit Farben emittieren, die verschieden sind von denen der lichtemittierenden Elemente, die an den anderen Lichtsteuerungselementen angebracht sind, und gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: ein Farbsynthesemittel (121) zum Synthetisieren der Lichtarten von den verschiedenen lichtemittierenden Elementen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel Übertragungsmittel (122) zur Übertragung der Operationen der Lichtsteuerungselemente untereinander aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammlermittel eine optische Anordnung zum Sammeln der Lichtarten von der Mehrzahl lichtemittierender Elemente auf den zu beleuchtenden Abschnitt über optische Systeme aufweist, die für die entsprechenden lichtemittierenden Elemente angeordnet sind, und das Lichtsteuerungselement für jedes optische System angeordnet ist, das für jedes lichtemittierende Element der Mehrzahl lichtemittierender Elemente (114R, 114G, 114B) vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement im Antriebsmittel ein Spiegel (123) ist, und der Spiegel so konfiguriert ist, dass er um eine vorgegebene Rotationsachse zentriert geschwenkt wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement im Antriebsmittel ein Spiegel (129) ist, und der Spiegel so konfiguriert ist, dass er sich in einer vorgegebenen Richtung dreht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammlermittel ein optisches System (21) mit mehreren Emissionspunkten aufweist, das das für jedes lichtemittierende Element der Mehrzahl lichtemittierender Elemente vorgesehene optische System ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionspunkte des optischen Systems mit mehreren Emissionspunkten eine zweidimensionale Anordnung haben.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Elemente, die Lichtarten in den Emissionspunkten des optischen Systems mit mehreren Emissionspunkten emittieren, Lichtarten verschiedener Emissionsfarben emittieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine synthetisierte Farbe der verschiedenen Emissionsfarben weiß ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Elemente, die Lichtarten in den Emissionspunkten des optischen Systems mit mehreren Emissionspunkten emittieren, lichtemittierende Elemente einer einzigen Farbe aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Intervall zwischen den lichtemittierenden Elementen, die im Lichtsteuerungselement (114) angeordnet sind, kleiner ist als ein Intervall der Emissionspunkte der Mehrzahl Emissionspunkte des optischen Systems mit mehreren Emissionspunkten.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (104, 105, 107) zur Lichtauswahl die Emissionspunkte in einer optimalen Position des lichtemittierenden Elements steuert, bei der die Lichtarten vom Sammlermittel auf eine solche Weise gesammelt werden, dass das Licht in einer Emissionsposition emittiert wird, die vom Emissionspunkt verschieden ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Emissionspunktes von der Emissionsposition nicht größer ist als die Größe des lichtemittierenden Elements.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl lichtemittierende Elemente eine Mehrzahl Farben aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl Farben drei Farben R (rot), G (grün), B (blau) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerungselement (102; 129) außerdem Kühlmittel (109; 110; 112; 130; 131) zum Kühlen des lichtemittierenden Elements durch den Betrieb des Lichtsteuerungselements aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel ein Kühlerelement (109) und/oder ein Gebläseschaufelelement (110; 131) zusätzlich zu einem Abschnitt des Lichtsteuerungselements für optische Zwecke aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Element ein lichtemittierendes Halbleiterelement ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Element eine lichtemittierende Kohlenstoff-Nanoröhre ist.
Bildprojektionsvorrichtung, aufweisend: eine Beleuchtungsvorrichtung (2) zum Beleuchten eines zu beleuchtenden Abschnitts (31) mit Licht von einer Lichtquelle; ein Bilddarstellungselement (30), das im zu beleuchtenden Abschnitt der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist; und ein optisches Projektionssystem (40) zum Projizieren eines Bildes des Bilddarstellungselements, um ein vergrößertes Bild anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (2) einem der Ansprüche 1 bis 27 entspricht.