JP2005181579A - 照明装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率が高い照明装置を提供すること。
【解決手段】照明対象領域を照明する照明装置は、所定の値に制御された電流を供給する電流制御回路１０と、供給された電流に応じて光を発生する複数のＬＥＤ１２と、それらのうち所定数のＬＥＤ１２に、上記電流制御回路１０によって供給された電流を分配して点灯させる順次点灯回路１４と、取込口２２を有し、該取込口２２を上記ＬＥＤ１２に対して相対的に移動可能に構成され、上記取込口２２で取り込んだ光を照明対象領域に導光する導光ロッド２０と、該導光ロッド２０の取込口２２の移動に同期して上記順次点灯回路１４を制御するＰＬＬ回路１６及びタイミング生成回路１８とを備え、上記順次点灯回路１４は、上記ＰＬＬ回路１６及びタイミング生成回路１８による制御に基づいて、上記導光ロッド２０の取込口近傍に位置するＬＥＤ１２を上記所定数ずつ順次点灯させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明対象領域を照明する照明装置及びそれを用いた表示装置に関する。

特許文献１には、列状に配置され、複数のグループに電気的に分類された複数の発光素子と、各発光素子からの光を受け特定の方向へ放射する導光板と、上記複数の発光素子を、位相が相違し且つ有効時間が一部重複するパルス信号によって駆動する駆動手段とを備えた照明装置が開示されている。
特開２００１−７６５２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の照明装置では、列状に配置され、複数のグループに電気的に分類された複数の発光素子をグループ毎に点灯しているので、１つのグループに属する数の発光素子を密集配置して連続点灯した場合に比べて発光素子を並べる面積が広がる。従って、発光素子からの光の広がり角は変わらずに発光面積が大きくなるため、例えばプロジェクタに使用されている空間変調素子のように面積が小さく且つ許容する入射光線角が小さい被照明物に対しては、発光面積が広がった分だけ光の利用効率が低下してしまうといった問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高い照明装置及びそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置の一態様は、照明対象領域を照明する照明装置であって、
所定の値に制御された電流を供給する電流供給手段と、
供給された電流に応じて光を発生する複数の発光素子と、
上記複数の発光素子のうち所定数の発光素子に、上記電流供給手段によって供給された電流を分配して、それらの発光素子を点灯させる点灯手段と、
光取込部を有し、上記光取込部を上記発光素子に対して相対的に移動可能に構成され、上記光取込部で取り込んだ光を照明対象領域に導光する導光手段と、
上記導光手段の光取込部の移動に同期して上記点灯手段を制御するタイミング制御手段と、
を具備し、
上記点灯手段は、上記タイミング制御手段による制御に基づいて、上記導光手段の光取込部近傍に位置する発光素子を上記所定数ずつ順次点灯させることを特徴とする。

また、本発明の表示装置の一態様は、そのような照明装置を用いた表示装置であって、
上記照明対象領域に配設され、上記照明装置からの照明光が照射される空間変調手段を具備し、
上記空間変調手段で変調された変調光により画像を表示することを特徴とする。

本発明によれば、光の利用効率が高い照明装置及びそれを用いた表示装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の構成を示す図で、本実施形態に係る照明装置は、電流供給手段としての電流制御回路１０と、発光素子としての複数のＬＥＤ１２と、点灯手段としての順次点灯回路１４と、タイミング制御手段としてのＰＬＬ回路１６及びタイミング生成回路１８とで構成されている。

ここで、上記複数個（本実施形態ではＡ−１〜Ａ−２０の２０個）のＬＥＤ１２は、同図及び図１（Ｂ）に示すように、互いに密接するように円形に配置されると共に、配置された面に垂直な同一の方向に光が放射されるように配置されている。この光が放射される方向に、導光手段として、両端面及び側面が研磨された中密の２本のＳ字型の導光ロッド２０が配されている。これら２本の導光ロッド２０は、取込部であるそれぞれの取込口２２が、ＬＥＤ１２の配置された円周上の対向する位置でＬＥＤ１２の光を取り込むようにロッドホルダ２４に固定され、ＬＥＤ１２を配置した円の中心を回転軸２６としてモータ２８により一定の回転速度で回転するようになっている。即ち、取込口２２をＬＥＤ１２に対して相対的に移動可能に構成されている。更に、これら２本の導光ロッド２０は、それぞれの出射口３０が回転軸２６を挟んで隣接するようにロッドホルダ２４に取り付けられている。なお、上記ロッドホルダ２４には回転検出マーク３２が取り付けられ、また上記回転検出マーク３２取り付け位置に対応するＬＥＤ１２近傍の所定位置に、例えばフォトリフレクタで構成された回転検出センサ３４が設けられている。回転検出センサ３４は、上記回転検出マーク３２を検出することで、上記導光ロッド２０の回転に応じた回転検出信号を出力する。なお、上記モータ２８は、図示しないモータ駆動回路により、一定の回転速度で回転するように駆動される。

上記回転検出センサ３４から出力された回転検出信号は、上記ＰＬＬ回路１６及びタイミング生成回路１８に入力される。ＰＬＬ回路１６は、その入力された回転検出信号により、上記導光ロッド２０の回転に同期した基準クロックを生成して、上記タイミング生成回路１８に供給する。タイミング生成回路１８は、これら入力された基準クロックと回転検出信号とから、導光ロッド２０の取込口２２の位置とＬＥＤ１２の点灯位置とのずれを補償したリセット信号と点灯切替クロックとを生成して、上記順次点灯回路１４を制御する。上記順次点灯回路１４は、ＬＥＤ１２に接続された１０本の駆動ライン（１〜１０）を有し、各駆動ラインには、Ａ−１とＡ１０、Ａ−２とＡ−１２のように、直列に２つのＬＥＤ１２が接続されている。但しこの場合、同じ駆動ラインに接続された２つのＬＥＤ１２は、ＬＥＤ１２が配置された円周の反対側に配置されており、１本の駆動ラインに駆動電流が流れると、２つの取込口２２に対応する２つのＬＥＤ１２が同時に点灯するようになっている。なお、この順次点灯回路１４から各ＬＥＤ１２に選択的に供給される駆動電流は、上記電流制御回路１０によって所定の値に制御されて与えられるものである。

即ち、上記電流制御回路１０は、図２に示すように、定電流回路３６とカレントミラー回路３８とから構成されている。ここで、定電流回路３６は、電流検出抵抗Ｒｓに流れる制御電流をフィードバック制御するので、入力された制御電圧に比例した制御電流を生成する。この制御電圧については後述する。また、カレントミラー回路３８は、ＬＥＤ電源に接続され、制御側の抵抗Ｒ１と被制御側の抵抗Ｒ２の設定に応じて増幅された電流を生成し、それを上記順次点灯回路１４に供給する駆動電流として出力する。

一方、上記順次点灯回路１４は、カウンタ４０、比較回路４２、選択回路４４、及びそれぞれの駆動ラインに接続されたスイッチングＦＥＴ４６から構成されている。即ち、この順次点灯回路１４では、上記タイミング生成回路１８から与えられるリセット信号と点灯切替クロックとに応じて上記カウンタ４０が動作し、比較回路４２がこのカウンタ４０のカウント値と予め順次点灯するように定められた値とを比較し、その結果に基づいて選択回路４４が、点灯すべきＬＥＤ１２に対応するスイッチングＦＥＴ４６に対して点灯期間に応じたパルスを出力することで、取込口２２の近傍に位置するＬＥＤ１２に接続された駆動ラインに、上記電流制御回路１０からの駆動電流を供給することができる。なお、スイッチングＦＥＴ４６のゲートには、抵抗Ｒ及びキャパシタＣが接続されている。このようなＲＣ回路を設けても、選択回路４４からの点灯期間に応じたパルスは伝達し、また、上記選択回路４４等の故障によりスイッチングＦＥＴ４６に常に点灯する電圧が供給された場合には、該ＲＣ回路により一定期間でオフにすることができるので、ＬＥＤ１２が点灯し続けることを防止できる。

上述したように、各駆動ラインには、直列に２つのＬＥＤ１２が接続されている。従って、各駆動ラインに電流が供給されると、その駆動ラインに直列に接続された２つのＬＥＤ１２に駆動電流が流れ、それら２つのＬＥＤ１２は、その駆動電流に応じた強さの光を上記導光ロッド２０の取込口２２に向けて放射する。これらＬＥＤ１２の光は、図１（Ｂ）に示すように、導光ロッド２０の取込口２２から取り込まれ、該導光ロッド２０の側面で反射を繰り返しながら、その出射口３０に伝達されて、照明光として常に回転軸２６付近から射出される。

ところで、このように導光ロッド２０の取込口２２の回転移動に同期して、順次点灯回路１４が１本ずつの駆動ラインを順次選択し、各取込口２２に対して１個ずつのＬＥＤ１２を点灯すると、導光ロッド２０に取り込める光の量は、点灯しているＬＥＤ１２と導光ロッド２０の取込口２２との位置関係により変化する。よって、導光ロッド２０の出射口３０から出射する照明光は、図３（Ａ）に示すような光出力波形のように変動成分を持つ連続光となる。

一方、上記順次点灯回路１４は、その比較回路４２の予め定められた値や選択回路４４の内部構成を変えることで、同時に選択する駆動ラインの本数を変えることができる。

そこで、例えば、電流制御回路１０から２本の駆動ライン分の駆動電流を供給するようにし、順次点灯回路１４が２本の駆動ラインを選択して、１つの取込口２２に対して常に隣接する２つのＬＥＤ１２を点灯期間を重ねながら発光させても良い。この場合、取込口２２の移動に伴う取り込み光量の変化は、１つのＬＥＤ１２に対して図３（Ｂ）に破線で示すような変化をするので、取り込み光量の減少に従って隣接するＬＥＤ１２からの取り込み光量が増加し、結果的に、光量変動の少ない出射光の光出力波形が得られることとなる。なお、切替時に点灯パルスに若干の重なりを設けているのは、次の理由によるものである。即ち、そのような重なりを設けない場合には、例えば同図において、Ａ−６，Ａ−１６のＬＥＤ点灯パルスとＡ−８，Ａ−１８のＬＥＤ点灯パルスの両方がＯＦＦになる瞬間が生じるということであり、その時にも電流制御回路１０から２本の駆動ライン分の駆動電流が出力されているため、ＯＮしているＡ−７，Ａ−１７のＬＥＤ１２に２ライン分の駆動電流が流れてしまうこととなる。よって、ＬＥＤ保護のために、瞬間的には３本の駆動ラインに２ライン分の駆動電流が流れるようにしているものである。

このように複数の駆動ラインに駆動電流を分配することで光量変動を少なくすることができる。但し、ＬＥＤ１２のばらつきが大きかったり、複数種類のＬＥＤ１２を使用する場合には、順方向電圧などの電気的特性に差が生じる、従って、そのような場合には、このように同時に複数の駆動ラインに電流制御回路１０からの駆動電流を分配すると、個々の駆動ラインの駆動電流に制御不可能な差が生じるおそれがあるので、そのような電流分配は行わない方が好ましい。

ところで、上記電流制御回路１０の定電流回路３６に与えられる制御電圧は、ＬＥＤ順次点灯回路１４を介して各駆動ラインに接続されたＬＥＤ１２に対して、ＬＥＤ１２を直流点灯したときの許容最大電流よりも大きい電流を供給するように調整される。即ち、図４において、ＬＥＤ点灯期間内の積算電力は、ハッチング領域で示される。これを、ＬＥＤ点灯周期に平均化したものが太い破線で囲む領域であり、この領域の高さがＬＥＤ点灯周期で平均化した消費電力を表す。ＬＥＤ点灯周期で平均化した消費電力は、ＬＥＤ１２の許容最大電力より小さくなるように、順次点灯回路１４に接続されたＬＥＤ１２の数とＬＥＤ１２の点灯期間を設定する。結果として、個々のＬＥＤ１２の点灯期間内の発光量は、許容最大電流駆動時の発光量より大きくなる。

以上のような第１実施形態によれば、取込口２２の移動に同期して取込口２２近傍に位置するＬＥＤ１２を所定数ずつ順次点灯させるので、移動する取込口２２に対して余分なＬＥＤ１２を点灯することなく、導光ロッド２０が効率良く光を取り込むことができる。

また、複数のＬＥＤ１２の占める面積よりも小さい回転軸２６付近の導光ロッド２０の出射口３０の回転する領域から照明光を取り出すことができるので、特に、面積が小さく且つ許容する入射光線角が小さい被照明物に対して効率の良い照明ができる。

更に、個々のＬＥＤ１２の発光量が瞬間的に大きくでき、導光ロッド２０が点灯しているＬＥＤ１２の光を連続的に取り込むので、より大光量の照明光を得ることができる。

また、共通の電流制御回路１０に接続された複数のＬＥＤ１２のうち、予め定められた数のＬＥＤ１２に電流を分配して点灯させるため、電流制御回路１０を小型且つ容易に構成することができる。

なお、１つの駆動ラインに接続された２つのＬＥＤ１２は、並列に接続されていても良い。

更に、１つの駆動ラインに接続されるＬＥＤ１２は、２個に限定されるものではなく、１個であっても良いし、更に多くのＬＥＤ１２が直列と並列を組み合わせて接続されていても良い。

また、駆動ラインの切替えをスイッチングＦＥＴ４６により行っているが、ＦＥＴの代わりに、トランジスタで構成しても良い。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る照明装置の構成を示す図であり、本実施形態に係る照明装置は、上記第１実施形態に係る照明装置と同様、電流供給手段としての電流制御回路１０と、発光素子としての複数のＬＥＤ１２と、点灯手段としての順次点灯回路１４と、タイミング制御手段としてのＰＬＬ回路１６及びタイミング生成回路１８とを備えている。そして、更に、本実施形態においては、光量制御手段としてのＲＯＭ４８及びＤ／Ａコンバータ５０を備えている。

また、ＬＥＤ１２の配列や導光ロッド２０等の機械的構成も、上記第１実施形態と同じである。但し、本実施形態においては、１つの順次点灯回路１４に、発光色と同時に電気的特性の異なるＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤ１２が接続されている。ここで、順次点灯回路１４の各駆動ラインには、Ｒ−１とＲ−４、Ｒ−２とＲ−５、…、Ｂ−３とＢ−６のように、同色のＬＥＤ１２が２個直列に接続されている。この場合、ＬＥＤ１２のカソード側が順次点灯回路１４側に、アノード側は同色のＬＥＤ１２同士が結線されて、各色毎に設けられたＬＥＤ電源Ｒ、ＬＥＤ電源Ｇ、ＬＥＤ電源Ｂに接続されている。なお、同図において、ＬＥＤ１２に付したハッチングは色の違いを表すためのものであり、断面を示すものではない（以下の実施形態の説明で使用する図においても同様である）。

図６は、本実施形態における電流制御回路１０及び順次点灯回路１４の構成を示す図である。本実施形態では、電流制御回路１０は、定電流回路３６だけで構成されている。この定電流回路３６は、電流検出抵抗Ｒｓに流れる制御電流をフィードバック制御するので、入力された制御電圧に比例した制御電流を生成する。また、順次点灯回路１４は、カウンタ４０、比較回路４２、選択回路４４、それぞれの駆動ラインと１つのダミー回路５２とに接続されたスイッチングＦＥＴ４６から構成されている。ここで、上記ダミー回路５２は、ＬＥＤやダイオードや抵抗などのダミー負荷５４を有する。上記ダミー回路５２に接続されたスイッチングＦＥＴ４６のゲートには、抵抗Ｒｘ，Ｒｙの値で決まる固定の電圧が印加されている。従って、ＬＥＤ１２に接続されたスイッチングＦＥＴ４６が全てオフのときでも、このダミー回路５２に接続されたスイッチングＦＥＴ４６はオン状態となっており、上記ダミー負荷５４を有するダミー回路５２に駆動電流が流れる。これにより、電流制御回路１０の電流検出抵抗Ｒｓに常に電流が流れ、電流制御回路１０のフィードバック制御を常に安定した状態に保つことができる。なお、カウンタ４０、比較回路４２、選択回路４４の動作は、上記第１実施形態のそれと同様であるので、説明は省略する。

ＲＯＭ４８は、タイミング生成回路１８から、各色のＬＥＤ１２に応じて異なるアドレス設定を受けて、その異なるアドレスに予め書き込まれているデータをＤ／Ａコンバータ５０に出力する。Ｄ／Ａコンバータ５０は、これを制御電圧として、上記電流制御回路１０に出力する。なお、本実施形態においては、発光色切替時の制御電圧波形は、例えば図７に示すように、発光色切替に同期してＲＯＭ４８のデータにより制御電圧を切り替えて、それぞれの発光色毎に光量を切り替える。

このような第２実施形態によれば、発光色の異なるＬＥＤ１２に電気的特性の違いが有っても、共通の電流制御回路１０によりＬＥＤ１２に電流を供給することができるので、回路や装置の小型化が可能である。

また、１つの照明装置から時間的に色の変化する照明光を出力することができるので、照明光として視覚的効果が得られたり、面順次方式によりカラー表示を行う表示装置の光源として利用できる。

更に、ＲＯＭ４８及びＤ／Ａコンバータ５０で構成された光量制御手段により、各発光色に対して独立した光量設定ができるので、時間的に混色された照明光の色バランスを自由に変えることができる。

［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る照明装置の構成を示す図であり、本実施形態に係る照明装置は、上記第１実施形態に係る照明装置と同様、電流供給手段としての電流制御回路１０と、発光素子としての複数のＬＥＤ１２と、点灯手段としての複数の順次点灯回路１４（系列Ａ順次点灯回路１４Ａ〜系列Ｆ順次点灯回路１４Ｆ）と、タイミング制御手段としてのＰＬＬ回路１６及びタイミング生成回路１８とを備えている。そして、更に、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様、光量制御手段を備えている。本実施形態における光量制御手段は、光量変動補正データ生成回路５６、ＲＯＭ４８（但し、本実施形態においてはＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等の書き換え可能なＲＯＭとする）、Ｄ／Ａコンバータ５０と、電流制御回路１０内の定電流回路３６及びカレントミラー回路３８でなる制御側回路とで構成される。

ここで、電流制御回路１０の構成は、上記第１実施形態と同様であるが、図９に示すように、カレントミラー回路３８の被制御側が複数に分割され、それぞれが各系列の電流供給手段として機能する。即ち、カレントミラー回路３８は、その制御側に流れる制御電流に概ね比例した同じ駆動電流を、その被制御側それぞれに接続された系列Ａ〜Ｆの６つの順次点灯回路１４（１４Ａ〜１４Ｆ）に供給する。

各系列の駆動ラインには、５個または６個のＬＥＤ１２がそれぞれ接続され、系列Ａ，ＢのＬＥＤ１２、系列Ｃ，ＤのＬＥＤ１２、系列Ｅ，ＦのＬＥＤ１２がそれぞれ交互に、合計３１個のＬＥＤ１２が円形に且つ発光面を円の内側に向けて配置されている。また、Ａ−１，Ｂ−１，Ａ−２，Ｂ−２，…というように、同じ系列のＬＥＤ１２が並ばないように交互に配置している。

このように配置されたＬＥＤ１２の内側には、図１０（Ａ）に示すようなＴ字型導光ロッド５８が配置されている。このＴ字型導光ロッド５８は、２本の平行ロッド６０と、２個の高屈折率反射プリズム６２と、１個の形状変換テーパロッド６４とから構成されている。即ち、このＴ字型導光ロッド５８においては、その対向する光取込口６６から取り込まれた光が平行ロッド６０を側面で全反射を繰り返しながら導光し、平行ロッド６０や形状変換テーパロッド６４よりも高い屈折率を有する高屈折率反射プリズム６２に入射し、その４５度反射面の反射コート６８で反射されて形状変換テーパロッド６４に入り、該形状変換テーパロッド６４の８角形の出射端７０から照明光として射出する。高屈折率反射プリズム６２は、平行ロッド６０や形状変換テーパロッド６４より高屈折率の硝材でできているので、平行ロッド６０から形状変換テーパロッド６４の側面に直接入射したり、該高屈折率反射プリズム６２の反射面で反射した後に平行ロッド６０の側面に入射したりして、外部に漏れる光を、接合した界面の全反射により防いでいる。また、形状変換テーパロッド６４は、入射側が４角形で出射側が８角形の形状で且つ面積が大きくなっているおり、出射端７０からは放射角の広がりの小さい照明光が得られる。

ここで、上記光取込口６６はそれぞれ、ＬＥＤ２個分の幅をもち、図１１に示すように、各系列のＬＥＤ１２が１つずつ順に、合計４つのＬＥＤ１２が同時に点灯する。各系列には、系列のＬＥＤ１２を点灯させない休止期間がある。また、片側の光取込口６６に対して、２つのＬＥＤ１２が切替タイミングを点灯期間の１／２ずつずらし、更に、対向する光取込口６６ではＬＥＤ１２を奇数個配置することで切替タイミングを点灯期間の１／４ずらしているので、照明光の光出力波形は、同図に示すように、１つのＬＥＤ点灯期間内において４つの山を持つ波形になり、光量変動は比較的小さい。

また、本実施形態においては、電源投入時や光量変動が大きくなってきたと判断したときなど、必要に応じて光量変動の補正データ作成処理を行う。即ち、光量変動補正データ生成回路５６は、図示しない照明光の光量モニタセンサからの光量モニタ信号から光量変動を所望のパターンに補正するような駆動データを生成してＲＯＭ４８に出力する。ＲＯＭ４８は、上記タイミング生成回路１８からアドレス設定された領域に、この光量変動補正データ生成回路５６からの駆動データを格納する。

こうして補正データ作成処理が終了すると、上記タイミング生成回路１８からアドレス設定された領域のデータをＲＯＭ４８からＤ／Ａコンバータ５０に出力して、電流制御回路１０に供給する制御電圧を導光ロッド２０の回転に応じて可変し、点灯するＬＥＤ１２の駆動電流を一括して制御することで照明光の光量制御を行う。この光量制御は、図１２（Ｂ）に示すように、１つのＬＥＤ１２の点灯期間に対して短い期間で制御電圧を可変して駆動電流を制御し、照明光の光出力波形の変動幅を、図１２（Ａ）に示す光量制御なしの場合に比べ、小さく抑えている。

以上説明したような本実施形態によれば、電流制御回路１０による各系列の電流供給手段はそれぞれ電流を供給する時間を分担することができるので、電流供給手段の平均の電力損失や平均の供給電力を小さく抑えることができ、電流供給手段の設計が容易になる。

更に、各系列の電流供給手段は、電流の連続供給時間を短くできるので、電流供給手段の連続供給時間内の発熱による出力特性の低下を小さく抑えることができ、電流供給手段の設計が更に容易になる。

また、隣接して配置した異なる系列に属するＬＥＤ１２を点灯期間が重なるように点灯するので、光取込口６６の移動に伴う照明光の光量変動を小さく抑えることができる。

更に、光取込口６６の移動に同期してＬＥＤ１２に供給する電流を調整することができるので、光取込口６６の移動に伴って照明光の光量を制御することができる。また、複数のＬＥＤ１２の発光量ばらつきや、光取込口６６の移動による光量変動を抑制することができる。

更に、光取込口６６の移動に伴う照明光の光量をよりきめ細かく制御することができる。

［第４実施形態］
図１３は、本発明の第４実施形態に係る照明装置の構成を示す図であり、本実施形態に係る照明装置は、上記第３実施形態に係る照明装置における系列Ａ，Ｂ、系列Ｃ，Ｄ、系列Ｅ，ＦのそれぞれのＬＥＤ１２の発光色をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとしているものである。これに伴い、本実施形態では、Ｔ字型導光ロッド５８の代わりに、図１０（Ｂ）に示すような光取込口６６が１つのＬ字型導光ロッド７２を使用している。また、電流制御回路１０は、系列Ａ，Ｂ、系列Ｃ，Ｄ、系列Ｅ，Ｆで分け、それぞれのカレントミラー回路３８にＬＥＤ１２の発光色に応じた電源としている。即ち、Ｒ用の電流制御回路１０Ｒ、Ｇ用の電流制御回路１０Ｇ、Ｂ用の電流制御回路１０Ｂとして構成している。

このような構成の本実施形態に係る照明装置にける点灯タイミングは、図１４に示すように、系列Ａ，Ｂ、系列Ｃ，Ｄ、系列Ｅ，Ｆの間に全てのＬＥＤ１２がオフとなる非点灯期間７４を設けている。これにより、Ｌ字型導光ロッド７２の光取込口６６に同時に２色の光が入らず、且つ、各発光色の期間で照明光の光出力が略一定になるようにしている。

また、非点灯期間７４を設けているので、発光色の異なるＬＥＤ１２が同時に点灯する際の駆動電流の不一致が防止でき、制御電圧を共通とすることができ、回路が簡略化できる。

なお、光量制御手段を各色毎に持たせても良い。その場合には、非点灯期間７４を設定しなくても良く、より明るい照明光を得ることができる。

以上説明したような本実施形態によれば、発光色の異なるＬＥＤ１２に電気的特性の違いが有っても、発光色毎に異なる種類の電源を接続できるので、電流供給手段や点灯手段での電力損失による発熱を最小限に抑えることができる。

また、１つの照明装置から時間的に色の変化する照明光を出力することができるので、照明光として視覚的効果が得られたり、面順次方式によりカラー表示を行う表示装置の光源として利用できる。

更に、発光色毎に独立した電流が容易に設定でき、時間的に混色された照明光の色バランスを自由に変えることができる。

［第５実施形態］
次に、本発明の照明装置を用いた表示装置を本発明の第５実施形態として説明する。

本実施形態に係る表示装置は、図１５に示すように、上記第１または第３実施形態に係る照明装置で構成した、それぞれ単色の照明光を射出するＬＥＤ照明ユニット７６Ｒ，７６Ｇ，７６Ｂを使用する。ここで、それらＬＥＤ照明ユニット７６Ｒ，７６Ｇ，７６Ｂ内の光源制御回路７８は、上記第１実施形態における電流制御回路１０、順次点灯回路１４、ＰＬＬ回路１６、及びタイミング生成回路１８、あるいは、上記第３実施形態における電流制御回路１０、順次点灯回路１４Ａ〜１４Ｆ、ＰＬＬ回路１６、タイミング生成回路１８、ＲＯＭ４８、Ｄ／Ａコンバータ５０、及び光量変動補正データ生成回路５６を含むものである。

このようなＬＥＤ照明ユニット７６Ｒ，７６Ｇ，７６Ｂから射出された照明光は、光束形状変換素子８０を通して、空間変調手段としての各色のＬＣＤパネル８２に入射される。そして、これらＬＣＤパネル８２により表示データに従って空間変調された変調光は、ダイクロイック膜を組み合わせたＸプリズム８４で色合成されて、投影レンズ８６でスクリーン８８に投影される。

なお、上記光束形状変換素子８０は、図１６に示すように、入射端９０が８角形、出射端９２がＬＣＤパネル８２と概略同サイズ、同アスペクトの中空の素子であり、その内面に反射コート９４が施してある。

このような本実施形態によれば、光の利用効率が高い表示装置を実現できる。

［第６実施形態］
次に、本発明の照明装置を用いた表示装置の別の例を本発明の第６実施形態として説明する。

本実施形態に係る表示装置は、図１７に示すように、上記第２または第４実施形態に係る照明装置で構成した、ＲＧＢの光を順次照明光として射出するＬＥＤ照明ユニット９６を使用する。ここで、ＬＥＤ照明ユニット９６内の光源制御回路７８は、上記第２実施形態における電流制御回路１０、順次点灯回路１４、ＰＬＬ回路１６、タイミング生成回路１８、ＲＯＭ４８、及びＤ／Ａコンバータ５０、あるいは、上記第４実施形態における電流制御回路１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ、順次点灯回路１４Ａ〜１４Ｆ、ＰＬＬ回路１６、タイミング生成回路１８、ＲＯＭ４８、Ｄ／Ａコンバータ５０、及び光量変動補正データ生成回路５６を含むものである。

このようなＬＥＤ照明ユニット９６から射出されたＲＧＢ面順次の照明光は、光束形状変換素子８０及び照明レンズ９８を通して、照明ミラー１００にて反射され、パルス幅変調により階調表示を行う空間変調素子、例えばデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：米国テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）１０２に入射される。そして、このＤＭＤ１０２により表示データに従って空間変調された変調光は、投影レンズ８６によりスクリーン８８に投影される。なお、このＤＭＤの詳細については、例えばＵＳ ２００２／００２４６３７ Ａ１や特開２００２−３５０９７５号公報に開示されているので、ここではその説明を省略する。

パルス幅変調の階調表示に対する光量変動の影響は、図１８に示すように、例えば２５６階調のうち２⁴＝１６を表すパルスに対して大きな光量変動が毎回発生すると、２⁴を表す光成分が不足し、空間変調素子の階調入力に対して変調された光の階調が滑らかに変化しなかったり、階調の反転現象を生じたりする。

これに対し、本実施形態におけるＬＥＤ照明ユニット９６は、図１２（Ｂ）を用いて説明したような光量制御を行うので、そのような階調表示への影響を排除している。

このような本実施形態によれば、光の利用効率が高い表示装置を実現できる。

また、きめ細かく制御された略一定の光量の照明光を空間変調素子に照射することができるので、正確な階調表現で画像を表示できる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、本発明の照明装置による表示装置を写真用露光装置、カラーコピー機、カラープリンタ、リライタブル電子ペーパー記録装置などにおける画像を投影する構成部分に応用すれば、カラー調整が容易であるが故に有効な画像形成手段となり得る。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 照明対象領域を照明する照明装置であって、
所定の値に制御された電流を供給する電流供給手段と、
供給された電流に応じて光を発生する複数の発光素子と、
上記複数の発光素子のうち所定数の発光素子に、上記電流供給手段によって供給された電流を分配して、それらの発光素子を点灯させる点灯手段と、
光取込部を有し、上記光取込部を上記発光素子に対して相対的に移動可能に構成され、上記光取込部で取り込んだ光を照明対象領域に導光する導光手段と、
上記導光手段の光取込部の移動に同期して上記点灯手段を制御するタイミング制御手段と、
を具備し、
上記点灯手段は、上記タイミング制御手段による制御に基づいて、上記導光手段の光取込部近傍に位置する発光素子を上記所定数ずつ順次点灯させることを特徴とする照明装置。

この構成は、図１（Ａ）乃至図３（Ｂ）に対応するものである。

即ち、この（１）に記載の照明装置によれば、光取込部の移動に同期して光取込部近傍に位置する発光素子を所定数ずつ順次点灯させるので、移動する光取込部に対して余分な発光素子を点灯することなく、導光手段が効率良く光を取り込むことができる。

また、共通の電流供給手段に接続された複数の発光素子のうち、予め定められた数の発光素子に電流を分配して点灯させるため、電流供給手段を小型且つ容易に構成することができる。

（２） 上記複数の発光素子は、円周上に配置され、
上記導光手段の光取込部は、上記円周に沿って相対的に回転移動する、
ことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この構成は、図１（Ａ）、図５、図８、及び図１３に対応するものである。

即ち、この（２）に記載の照明装置によれば、光取込部を回転移動させるので、発光素子を点灯させる周期を一定に保つことができ、点灯タイミングの制御が容易になる。また、導光手段が継続的に安定して光を取り込むことができる。

（３） 上記導光手段は、複数の光取込部を有し、
上記点灯手段で同じタイミングで点灯させる上記発光素子の数は、上記複数の光取込部の数と同数であり、
上記タイミング制御手段は、上記複数の光取込部の移動に同期して上記複数の発光素子を同じタイミングで点灯するように制御する、
ことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この構成は、図１（Ａ）、図２、図５、及び図６に対応するものである。

即ち、この（３）に記載の照明装置によれば、複数の発光素子に対して点灯手段が電流を分配する分配数を少なくできるので、点灯手段が簡易な構成で実現できると共に、回路の小型化が可能になる。

（４） 上記同じタイミングで点灯する複数の発光素子は、上記点灯手段に対して電気的に直列に接続されていることを特徴とする（３）に記載の照明装置。

この構成は、図１（Ａ）、図２、図５、及び図６に対応するものである。

即ち、この（４）に記載の照明装置によれば、同じタイミングで点灯する複数の発光素子を１つの駆動電流で制御できるので、制御が簡単であり、また点灯タイミングがずれることがない。

（５） 上記電流供給手段は、発光素子を直流点灯したときに許容される最大電流より大きい電流を供給すると共に、
上記複数の発光素子の個数と、上記点灯手段が発光素子を点灯する点灯期間とを、発光素子に許容される最大電力より（一点灯周期における）平均電力が小さくなるように設定した、
ことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この構成は、図４に対応するものである。

即ち、この（５）に記載の照明装置によれば、発光素子の寿命を縮めずに、明るい照明光を得ることができる。

（６） 上記電流供給手段の電流を調整する光量制御手段を更に具備し、
上記光量制御手段は、上記タイミング制御手段によって制御される、
ことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この構成は、図５、図７、図８、図１２（Ｂ）、及び図１３に対応するものである。

即ち、この（６）に記載の照明装置によれば、光取込部の移動に同期して発光素子に供給する電流を調整することができるので、光取込部の移動に伴って照明光の光量を制御することができる。また、複数の発光素子の発光量ばらつきや、光取込部の移動による光量変動を抑制することができる。

（７） 上記光量制御手段は、上記点灯手段が１つの発光素子を連続して点灯する点灯期間よりも短い周期で上記電流供給手段の電流を調整することを特徴とする（６）に記載の照明装置。

この構成は、図８、図１２（Ｂ）、及び図１３に対応するものである。

即ち、この（７）に記載の照明装置によれば、光取込部の移動に伴う照明光の光量をよりきめ細かく制御することができる。また、複数の発光素子の発光量ばらつきや、光取込部の移動による光量変動をよりきめ細かく抑制することができる。

（８） 上記複数の発光素子は、
発光色の異なる複数の種類の発光素子を含むと共に、
上記種類に応じて、複数の種類の電源に接続される、
ことを特徴とする（１）または（６）に記載の照明装置。

この構成は、図５及び図６に対応するものである。

即ち、この（８）に記載の照明装置によれば、発光色の異なる発光素子に電気的特性の違いが有っても、共通の電流供給手段により発光素子に電流を供給することができるので、回路や装置の小型化が可能である。

また、１つの照明装置から時間的に色の変化する照明光を出力することができるので、照明光として視覚的効果が得られたり、面順次方式によりカラー表示を行う表示装置の光源として利用できる。

更に、光量制御手段により各発光色に対して独立した光量設定ができるので、時間的に混色された照明光の色バランスを自由に変えることができる。

（９） 互いに接続された上記電流供給手段と上記点灯手段と上記複数の発光素子とで１つの系列を構成し、
上記系列を複数備える、
ことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この構成は、図８、図９、図１１、図１３、及び図１４に対応するものである。

即ち、この（９）に記載の照明装置によれば、各系列の電流供給手段はそれぞれ電流を供給する時間を分担することができるので、電流供給手段の平均の電力損失や平均の供給電力を小さく抑えることができ、電流供給手段の設計が容易になる。

（１０） 上記複数の系列のうち異なる系列に属する発光素子を互いに隣接して配置することを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図８、図９、図１１、図１３、及び図１４に対応するものである。

即ち、この（１０）に記載の照明装置によれば、各系列の電流供給手段は電流の連続供給時間を短くできるので、電流供給手段の連続供給時間内の発熱による出力特性の低下を小さく抑えることができ、電流供給手段の設計が更に容易になる。

（１１） 上記タイミング制御手段は、上記複数の系列の上記点灯手段を制御すると共に、
各系列の点灯手段は、隣接して配置された発光素子の点灯期間が互いに重なるように、各系列に属する発光素子を所定数ずつ順次点灯する、
ことを特徴とする（１０）に記載の照明装置。

この構成は、図８、図９、図１１、図１３、及び図１４に対応するものである。

即ち、この（１１）に記載の照明装置によれば、隣接して配置した異なる系列に属する発光素子を点灯期間が重なるように点灯するので、光取込部の移動に伴う照明光の光量変動を小さく抑えることができる。

（１２） 上記複数の系列は、同じ系列に属する上記複数の発光素子の発光色が全て同一であると共に、
発光色の異なる複数の種類の系列を有する、
ことを特徴とする（９）に記載の照明装置。

この構成は、図１３及び図１４に対応するものである。

即ち、この（１２）に記載の照明装置によれば、発光色の異なる発光素子に電気的特性の違いが有っても、発光色毎に異なる種類の電源を接続できるので、電流供給手段や点灯手段での電力損失による発熱を最小限に抑えることができる。

また、１つの照明装置から時間的に色の変化する照明光を出力することができるので、照明光として視覚的効果が得られたり、面順次方式によりカラー表示を行う表示装置の光源として利用できる。

更に、発光色毎に独立した電流が容易に設定でき、時間的に混色された照明光の色バランスを自由に変えることができる。

（１３） 上記（１）乃至（１２）の何れかに記載の照明装置を用いた表示装置であって、
上記照明対象領域に配設され、上記照明装置からの照明光が照射される空間変調手段を具備し、
上記空間変調手段で変調された変調光により画像を表示することを特徴とする表示装置。

この構成は、図１５及び図１７に対応するものである。

即ち、この（１３）に記載の表示装置によれば、光の利用効率が高い表示装置を実現できる。

（１４） 上記空間変調手段は、上記照明装置から照射された照明光をパルス幅変調することによって変調光の階調を表現する空間変調素子であり、
上記光量制御手段は、１つの発光素子を連続して点灯する点灯期間よりも短い周期で上記電流供給手段の電流を調整して、上記照明光の光量を略一定に制御する、
ことを特徴とする（１３）に記載の表示装置。

この構成は、図１２（Ｂ）、図１７、及び図１８に対応するものである。

即ち、この（１４）に記載の表示装置によれば、きめ細かく制御された略一定の光量の照明光を空間変調素子に照射することができるので、正確な階調表現で画像を表示できる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る照明装置の構成を示す図であり、（Ｂ）はＬＥＤ光取り出し構造を示す側面図である。 電流制御回路及び順次点灯回路の構成を示す回路図である。 （Ａ）は１つの取込口に対してＬＥＤ１個ずつの点灯の場合を説明するための波形図であり、（Ｂ）は１つの取込口に対してＬＥＤ２個ずつの点灯の場合を説明するための波形図である。 電流制御回路の定電流回路に与えられる制御電圧を説明するための波形図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 電流制御回路及び順次点灯回路の構成を示す回路図である。 発光色切替時の制御電圧波形及び光出力波形を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 電流制御回路及び順次点灯回路の構成を示す回路図である。 （Ａ）はＴ字型導光ロッドの構成を示す図であり、（Ｂ）は本発明の第４実施形態に係る照明装置で使用するＬ字型導光ロッドの構成を示す図である。 第３実施形態におけるＬＥＤ点灯タイミングと光出力波形を示す図である。 （Ａ）は光量制御なしの場合を説明するための波形図であり、（Ｂ）は光量制御ありの場合を説明するための波形図である。 本発明の第４実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 ＬＥＤ点灯タイミングと光出力波形を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。 光束形状変換素子の構成を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。 パルス幅変調による階調表示への光量変動の影響を説明するための図である。

符号の説明

１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…電流制御回路、 １２…ＬＥＤ、 １４，１４Ａ〜１４Ｆ…順次点灯回路、 １６…ＰＬＬ回路、 １８…タイミング生成回路、 ２０…導光ロッド、 ２２…取込口、 ２４…ロッドホルダ、 ２６…回転軸、 ２８…モータ、 ３０…出射口、 ３２…回転検出マーク、 ３４…回転検出センサ、 ３６…定電流回路、 ３８…カレントミラー回路、 ４０…カウンタ、 ４２…比較回路、 ４４…選択回路、 ４６…スイッチングＦＥＴ、 ４８…ＲＯＭ、 ５０…Ｄ／Ａコンバータ、 ５２…ダミー回路、 ５４…ダミー負荷、 ５６…光量変動補正データ生成回路、 ５８…Ｔ字型導光ロッド、 ６０…平行ロッド、 ６２…高屈折率反射プリズム、 ６４…形状変換テーパロッド、 ６６…光取込口、 ６８，９４…反射コート、 ７０，９２…出射端、 ７２…Ｌ字型導光ロッド、 ７４…非点灯期間、 ７６Ｒ，７６Ｇ，７６Ｂ，９６…照明ユニット、 ７８…光源制御回路、 ８０…光束形状変換素子、 ８２…ＬＣＤパネル、 ８４…Ｘプリズム、 ８６…投影レンズ、 ８８…スクリーン、 ９０…入射端、１００…照明ミラー、１０２…デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）。

Claims (14)

1. 照明対象領域を照明する照明装置であって、
   所定の値に制御された電流を供給する電流供給手段と、
   供給された電流に応じて光を発生する複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子のうち所定数の発光素子に、前記電流供給手段によって供給された電流を分配して、それらの発光素子を点灯させる点灯手段と、
   光取込部を有し、前記光取込部を前記発光素子に対して相対的に移動可能に構成され、前記光取込部で取り込んだ光を照明対象領域に導光する導光手段と、
   前記導光手段の光取込部の移動に同期して前記点灯手段を制御するタイミング制御手段と、
   を具備し、
   前記点灯手段は、前記タイミング制御手段による制御に基づいて、前記導光手段の光取込部近傍に位置する発光素子を前記所定数ずつ順次点灯させることを特徴とする照明装置。
2. 前記複数の発光素子は、円周上に配置され、
   前記導光手段の光取込部は、前記円周に沿って相対的に回転移動する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光手段は、複数の光取込部を有し、
   前記点灯手段で同じタイミングで点灯させる前記発光素子の数は、前記複数の光取込部の数と同数であり、
   前記タイミング制御手段は、前記複数の光取込部の移動に同期して前記複数の発光素子を同じタイミングで点灯するように制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記同じタイミングで点灯する複数の発光素子は、前記点灯手段に対して電気的に直列に接続さ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. 前記電流供給手段は、発光素子を直流点灯したときに許容される最大電流より大きい電流を供給すると共に、
   前記複数の発光素子の個数と、前記点灯手段が発光素子を点灯する点灯期間とを、発光素子に許容される最大電力より平均電力が小さくなるように設定した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記電流供給手段の電流を調整する光量制御手段を更に具備し、
   前記光量制御手段は、前記タイミング制御手段によって制御される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 前記光量制御手段は、前記点灯手段が１つの発光素子を連続して点灯する点灯期間よりも短い周期で前記電流供給手段の電流を調整することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記複数の発光素子は、
   発光色の異なる複数の種類の発光素子を含むと共に、
   前記種類に応じて、複数の種類の電源に接続される、
   ことを特徴とする請求項１または６に記載の照明装置。
9. 互いに接続された前記電流供給手段と前記点灯手段と前記複数の発光素子とで１つの系列を構成し、
   前記系列を複数備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
10. 前記複数の系列のうち異なる系列に属する発光素子を互いに隣接して配置することを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. 前記タイミング制御手段は、前記複数の系列の前記点灯手段を制御すると共に、
    各系列の点灯手段は、隣接して配置された発光素子の点灯期間が互いに重なるように、各系列に属する発光素子を所定数ずつ順次点灯する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記複数の系列は、同じ系列に属する前記複数の発光素子の発光色が全て同一であると共に、
    発光色の異なる複数の種類の系列を有する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
13. 請求項１乃至１２の何れかに記載の照明装置を用いた表示装置であって、
    照明対象領域に配設され、前記照明装置からの照明光が照射される空間変調手段を具備し、
    前記空間変調手段で変調された変調光により画像を表示することを特徴とする表示装置。
14. 前記空間変調手段は、前記照明装置から照射された照明光をパルス幅変調することによって変調光の階調を表現する空間変調素子であり、
    前記光量制御手段は、１つの発光素子を連続して点灯する点灯期間よりも短い周期で前記電流供給手段の電流を調整して、前記照明光の光量を略一定に制御する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。

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