JP2004151652A - 照明装置、プロジェクタ及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源部として固体発光素子を用いた場合に、高コントラストな投写像を得ることができるプロジェクタ、その照明装置、光学装置を提供すること。
【解決手段】入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１０３のための照明装置であって、光を供給する複数の発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからなる光源部１０１を有し、発光素子１０１ａは、空間光変調装置１０３の画像変調領域を複数に分割した部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのうちの発光素子１０１ａに対応する一つの部分領域１０３ａを照明する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、プロジェクタ及び光学装置に関するものであって、特に、光源部として発光ダイオード素子（以下、便宜的に「ＬＥＤ」という。）等の固体発光素子を用いるプロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタは、コンピュータ等の画像供給装置から供給された画像信号に応じて画像を表す光（投写光）を投写することにより、画像を表示する画像表示装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタの光源部としては、古くはハロゲンランプ、近年は超高圧水銀ランプが主として用いられている。近年、光源部の主流となっている超高圧水銀ランプは、明るく高輝度な光を供給できる。しかし、超高圧水銀ランプは、大型で重い駆動回路を必要とする。このため、プロジェクタ本体の小型化、軽量化の妨げとなる。
【０００４】
ＬＥＤは超小型、超軽量である。そして、ＬＥＤの発光効率は、著しく進歩してきている。このため、ＬＥＤはプロジェクタの光源部として好適な素子である。なお、ＬＥＤと後述するティルトミラーデバイスとを組み合わせたプロジェクタは従来知られていないため、出願人は、本願に係る発明に関連する先行技術文献情報を知っていない。
【０００５】
空間光変調装置としては、ティルトミラーデバイスや液晶ライトバルブ等が用いられている。そして、ＬＥＤは、空間光変調装置へ均一な照度の照明光を供給することが望ましい。図４に示すように、複数のＬＥＤ１００１、１００２、１００３を用いる場合、各ＬＥＤ１００１、１００２、１００３からの光を空間光変調装置１０００の画像変調領域面１１００上で重畳させて照明する。各ＬＥＤ１００１、１００２、１００３からの光を画像変調領域面１１００上で重畳させることで照明光を均一化させることができる。一般に、画像変調領域面１１００は長方形である。これに対して、複数のＬＥＤ１００１、１００２、１００３をアレイ化した場合、チップ部は正方形であることが多い。このため、正方形の照明光で、長方形の領域を照明することになる。この結果、照明光のロスを生じ、明るい投写像を得ることが困難であるという問題がある。
【０００６】
ＬＥＤ１００１、１００２、１００３は略同一平面Ｍ上に配列されている。従って、各ＬＥＤ１００１、１００２、１００３からの光を同一の画像変調領域面１１００において重畳させるためには、周辺部に配列されているＬＥＤ１００１、１００３は、中心部に配列されているＬＥＤ１００２に対して傾ける必要がある。ＬＥＤ１００１、１００３を傾けると、不図示の瞳の中心を通過する主光線ＡＸ１、ＡＸ３も、中心部のＬＥＤ１００２の主光線ＡＸ２に対して傾くこととなる。
【０００７】
次に、空間光変調装置へ入射する光の角度特性について説明する。まず、空間光変調装置の例であるティルトミラーデバイスは、複数の微小反射ミラーを有する。微小反射ミラーは、画像信号に応じて入射光を投写する方向（ＯＮ）と廃棄する方向（ＯＦＦ）との２つの方向へ反射させる。このため、ティルトミラーデバイスへ入射する光、特に主光線の入射角度は所定の範囲内であることが望ましい。さらに、空間光変調装置の他の例である液晶ライトバルブは、入射光の偏光状態を画像信号に応じて変調して射出する。光の偏光状態を制御する場合、光学素子への入射角特性が大きく依存する。このため、ティルトミラーデバイスと同様に、液晶ライトバルブへ入射する光、特に主光線の入射角度は所定の範囲内であることが望ましい。
【０００８】
上述のように空間光変調装置は、入射光が所定の角度範囲内であるときに適正に変調を行うことができる。例えば、図４に示す構成において、周辺部に配列されているＬＥＤ１００１、１００３からの光が所定の角度範囲内を外れた場合に適正に変調されない場合がある。具体的には、空間光変調装置１０００がティルトミラーデバイスの場合、ＬＥＤ１００１からの光のうち所定の角度範囲を外れた光は、廃棄されるべき光（ＯＦＦ）が反対に投写されてしまう（ＯＮ）こと、又は投写されるべき光（ＯＮ）が反対に廃棄されてしまう（ＯＦＦ）ことが起きてしまう。このため、スクリーンに投写される像のコントラストの低下を招くので問題である。
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、光源部として固体発光素子を用いた場合に、明るく、高コントラストな投写像を得ることができるプロジェクタ、その照明装置、光学装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置のための照明装置であって、光を供給する複数の固体発光素子からなる光源部を有し、前記固体発光素子は、前記空間光変調装置の画像変調領域を複数に分割した部分領域のうちの前記発光素子に対応する一つの前記部分領域を照明することを特徴とする照明装置を提供できる。これにより、固体発光素子からの光により部分領域を有効に照明できる。この結果、プロジェクタに適用した場合、明るく、高コントラストな投写像を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記空間光変調装置の前記部分領域は、略正方形であることが望ましい。これにより、さらに効率的に部分領域を照明できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記固体発光素子は、前記固体発光素子が照明する前記部分領域の中心と前記固体発光素子とを結ぶ直線が相互に略平行となるように配列されていることが望ましい。これにより、各固体発光素子からの光は、対応する部分領域へ略同一の角度で入射する。このため、空間光変調装置で適正に入射光が変調される。この結果、プロジェクタに適用した場合、高コントラストな投写像を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部からの光を前記空間光変調装置へ導く照明光学系をさらに有し、前記照明光学系は、前記各固体発光素子に対応した複数のレンズ素子からなり、前記レンズ素子は、前記レンズ素子の光軸と、前記固体発光素子が照明する前記部分領域の中心と前記固体発光素子とを結ぶ前記直線とが略一致するように設けられていることが望ましい。これにより、各固体発光素子からの光を効率良く部分領域へ導くことができる。この結果、プロジェクタに適用した場合、明るい投写像を得ることができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記固体発光素子は、発光ダイオードであることが望ましい。これにより、小型な照明装置を得ることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、上述の照明装置と、光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、明るく、高コントラストな投写像を得ることができる。
また、本発明によれば、上述の照明装置を有することを特徴とする光学装置を提供できる。これにより、明るい光学像を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る照明装置を有するプロジェクタ１００の概略構成を示す図である。複数の固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを有する光源部１０１は光を供給する。ここでは固体発光素子としてＬＥＤを用いて説明する。ＬＥＤを用いることにより、小型な照明装置及びプロジェクタを得ることができる。光源部１０１からの光は、照明光学系１０２に入射する。照明光学系１０２は、光源部１０１からの光を後述する空間光変調装置１０３へ導く。照明光学系１０２は、各固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対応した複数のレンズ素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからなる。光源部１０１と照明光学系１０２とで照明装置を構成する。
【００１４】
空間光変調装置１０３は、光源部１０１と照明光学系１０２とで構成される照明装置から入射した光を画像信号に応じて変調して、スクリーン１０５に向けて射出する。空間光変調装置１０３としてティルトミラーデバイスを用いることができる。なお、従来のティルトミラーデバイスの例の一つは、テキサスインスツルメンツ社のＤＭＤである。ＤＭＤはテキサスインスツルメンツ社の登録商標である。空間光変調装置１０３で変調された光は投写レンズ１０４に入射する。投写レンズ１０４は、変調された光をスクリーン１０５へ投写する。
【００１５】
各個体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、それぞれ赤色光（以下、「Ｒ光」という）と、緑色光（以下、「Ｇ光」という）と、青色光（以下、「Ｂ光」という）とを供給する発光用のチップを有する。例えば、１個の固体発光素子１０１ａが、Ｒ光用のチップ、Ｇ光用のチップ、Ｂ光用のチップを有している。このため、１個の固体発光素子１０１ａでＲ光とＧ光とＢ光とを供給できる。固体発光素子１０１ｂ、１０１ｃについても同様である。そして、映像の１フレーム間で、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の各チップを順次点燈させて空間光変調装置１０３を照明する。Ｒ光とＧ光とＢ光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の光束量に対して６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｒ光用、Ｂ光用、及びＧ光用の各チップを同数量ずつ配列した場合は、Ｇ光用のチップの点灯時間を、Ｒ光用、Ｂ光用のチップの点燈時間よりも長くすることが望ましい。そして、観察者は、肉眼でＲ光とＧ光とＢ光とを積分した状態で認識できる。これにより、スクリーン１０５上にフルカラー像を投写する。
さらに、例えば、Ｇ光用のチップを、Ｒ光用やＢ光用のチップよりも多く配置する場合、Ｇ光用のチップの点灯時間は、他のチップの点灯時間と同程度又はそれ以下に短くすることもできる。
【００１６】
次に、照明装置を構成する光源部１０１と照明光学系１０２とについて説明する。固体発光素子１０１ａは、空間光変調装置１０３の画像変調領域を複数に分割した部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのうちの固体発光素子１０１ａに対応する一つの部分領域１０３ａを照明する。これにより、固体発光素子からの光で部分領域を有効に照明できる。この結果、明るく、高コントラストな投写像を得ることができる。
【００１７】
部分領域１０３ａは、図２に示すように空間光変調装置１０３を投写レンズ１０４側から見たときに、略正方形の形状をしている。これにより、さらに効率的に部分領域を照明できる。図２は、空間光変調装置１０３の矩形の画像変調領域を６個の略正方形の部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆに分割した場合の構成を示す。画像変調領域を６個の略正方形の部分領域に分割した場合は、固体発光素子も各部分領域に対応して６個配列させる必要がある。
【００１８】
図１に戻って、光源部１０１の固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが照明する空間光変調装置１０３上にある画像変調領域を分割した部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの中心と固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとを結ぶ直線ＡＸａ、ＡＸｂ、ＡＸｃが相互に略平行となるように配列されている。これにより、固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからの光が部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃへそれぞれ略同一の角度αで入射する。空間光変調装置１０３への入射角度αは、適正に変調が行われる範囲に設定されている。このため、いずれの固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、又は１０１ｃからの光であっても、適正に変調される。この結果、スクリーン１０５において、高コントラストな投写像を得ることができる。
【００１９】
また、照明光学系１０２は、上述のように、各固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対応した複数のレンズ素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからなる。レンズ素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、レンズ素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの光軸と、固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが照明する部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの中心と固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとを結ぶ直線ＡＸａ、ＡＸｂ、ＡＸｃとが略一致するように設けられている。これにより、各レンズ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからの光を効率良く対応する各部分領域１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃへ導くことができる。この結果、スクリーン１０５において明るい投写像を得ることができる。
【００２０】
なお、光源部と照明光学系からなる照明装置からの光を変調する空間光変調装置にはティルトミラーデバイスを用いて説明したが、この空間光変調装置には反射型または図３に示すような透過型の液晶ライトバルブ２００を用いてもよい。図３において、固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが照明する空間光変調装置である反射型の液晶ライトバルブ２０３上にある画像変調領域を分割した部分領域２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃの中心と固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとを結ぶ直線ＡＸａ、ＡＸｂ、ＡＸｃが相互に略平行となるように配列されている。これにより、固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからの光が部分領域２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃへそれぞれ略同一に垂直な角度で入射する。液晶を用いる空間変調装置では、画像変調領域に対して略垂直に光が入射する場合、最も好ましく変調を行うことができる。このため、いずれの固体発光素子１０１ａ、１０１ｂ、又は１０１ｃからの光であっても、適正に変調される。この結果、スクリーン１０５において、高コントラストな投写像を得ることができる。なお、照明光学系１０２は、上記第１実施形態と同一の構成で同一の位置に設けられているため、重複する説明は省略する。
【００２１】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るプリンタ３００の概略構成を示す図である。上記第１実施形態と同様の構成の照明装置３０１からの光は、反射型のティルトミラーデバイスである空間光変調装置３０２に入射する。空間光変調装置３０２は、不図示の制御部からの信号に基づいて、光のＯＮ又はＯＦＦにより感光ドラム３０３上に光を反射させる。感光ドラム３０３の表面は、予め帯電ロール３０４の負電荷により均一な負の静電気を帯びている。そして、光が照射された感光ドラム３０３上の部分（画像に相当する部分）だけ負の電荷が弱まる。これにより、感光ドラム３０３上に静電潜像（プリントイメージ）が形成される。次に、負に帯電されたトナーは、感光ドラム３０３上の負の電荷が弱い部分に引きつけられて、感光ドラム３０３上にトナー像を形成する。感光ドラム３０３に密着した用紙Ｐの裏側から転写ロール３０５により正の電荷が与えられる。これにより、トナーは用紙Ｐに転写される。そして、用紙Ｐから正の電荷が奪われると用紙Ｐが感光ドラム３０３から剥離する。用紙Ｐの転写されたトナーは、定着部であるヒートロール３０６の熱で溶ける。同時に、プレッシャーロール３０７で圧力を受けて用紙Ｐに定着される。感光ドラム３０３表面に残った残留トナーは、クリーニングブレード３０８により掃き落とされる。そして、感光ドラム３０３は帯電ロール３０４により、電気的に均一に負に帯電される。この一連の手順を繰り返して用紙Ｐに印字することができる。これにより、小型なプリンタを得られる。また、光を効率良く感光ドラム３０３に照射できる。この結果、Ｓ／Ｎ比が高くノイズの少ない印字を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】上記第１実施形態の空間光変調装置の概略構成を示す図。
【図３】上記第１実施形態の空間光変調装置が透過型である場合を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態に係るプリンタの概略構成を示す図。
【図５】光源部と空間光変調装置との関係を示す図。
【符号の説明】
１００、２００ プロジェクタ、１０１ 光源部、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 固体発光素子、１０２ 照明光学系、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ レンズ素子、１０３、２０３ 空間光変調装置、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、２０２ａ、２０３ｂ、２０３ｃ 部分領域、１０４ 投写レンズ、１０５ スクリーン、３００ プリンタ、３０１ 照明装置、３０２ 空間光変調装置、３０３感光ドラム、３０４ 帯電ロール、３０５ 転写ロール、３０６ ヒートロール、３０７ プレッシャーロール、３０８ クリーニングブレード、Ｐ 用紙

Claims (7)

1. 入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置のための照明装置であって、
   光を供給する複数の固体発光素子からなる光源部を有し、
   前記固体発光素子は、前記空間光変調装置の画像変調領域を複数に分割した部分領域のうちの前記固体発光素子に対応する一つの前記部分領域を照明することを特徴とする照明装置。
2. 前記空間光変調装置の前記部分領域は、略正方形であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記固体発光素子は、前記固体発光素子が照明する前記部分領域の中心と前記固体発光素子とを結ぶ直線が相互に略平行となるように配列されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光源部からの光を前記空間光変調装置へ導く照明光学系をさらに有し、
   前記照明光学系は、前記各固体発光素子に対応した複数のレンズ素子からなり、
   前記レンズ素子は、前記レンズ素子の光軸と、前記発固体光素子が照明する前記部分領域の中心と前記発固体光素子とを結ぶ前記直線とが略一致するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記固体発光素子は、発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
   前記変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置を有することを特徴とする光学装置。

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