JP2005257790A - 照明装置及びそれを用いた画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ駆動を低消費電力且つ小型な構成で達成すること。
【解決手段】定電圧電源２４と定電流回路２６との間に、電流を遮断可能なＦＥＴ２８を少なくとも含む複数の単位回路を接続し、それら複数のＦＥＴ２８をタイミング生成回路３０で制御する。この場合、複数の単位回路は電気的にマトリクス状に接続され、それら複数の単位回路のうちの所定数の単位回路は、更に、上記タイミング生成回路３０が上記複数のＦＥＴ２８を制御することで設定される各電流経路に、上記ＦＥＴ２８と直列に接続される少なくとも１つのＬＥＤ１０を有するよう構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源にＬＥＤを使用した照明装置、及び、そのような照明装置を用いた画像投影装置に関する。

光源にＬＥＤを使用した照明装置において、明るい照明光を得るために、複数のＬＥＤを同時且つ順次に発光する方法がある。その際、電源はＬＥＤの同時点灯個数分の電流容量が必要であり、回路としては同時点灯個数分の電流回路が必要である。この場合、電流値が大きいと、表皮効果により、ＤＣ−ＤＣのＳＷ周波数を高く設定できず、ＤＣ−ＤＣの高効率化や小型化をしにくい。また、配線を太くする必要がある。さらに、同時点灯個数分の定電流回路はスペースを必要とする。

そこで、複数点灯するＬＥＤ駆動回路において、電流値をＬＥＤ１個分とする構成が特許文献１に提案されている。
特開平８−１９４４３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の装置によれば、複数点灯するＬＥＤ駆動回路において、電流値をＬＥＤ１個分となるが、点灯しないＬＥＤに並列接続されたスイッチング手段（トランジスタ）にも常に電流が流れ、損失が大きい。少しでも損失を押さえる為にスイッチング手段にＦＥＴを用いた場合、ＬＥＤの点灯場所によって、ＦＥＴの制御電圧Ｖｇを変化させる必要があり、Ｖｇ電圧切り替え回路が必要となる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ＬＥＤ駆動を低消費電力且つ小型な構成で為し得る照明装置及びそれを用いた画像投影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、定電流を供給可能な定電流電源と、上記定電流電源が供給した電流を遮断可能なスイッチング手段を少なくとも含む複数の単位回路と、上記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、を具備し、上記複数の単位回路は、上記定電流電源に対して電気的にマトリクス状に接続され、上記複数の単位回路のうちの所定数の単位回路は、更に、上記制御手段が上記複数のスイッチング手段を制御することで設定される各電流経路に、上記スイッチング手段と直列に接続される少なくとも１つのＬＥＤを有していることを特徴とする。

本発明の照明装置の別の態様は、定電流を供給可能な定電流電源と、上記定電流電源が供給した電流を遮断可能なスイッチング手段を少なくとも含む複数の単位回路と、上記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、を具備し、上記複数の単位回路は、上記定電流電源に対して電気的に並列に接続されることでブロックを構成し、且つ、この複数の単位回路を並列に接続してなる各ブロックは複数直列に電気的に接続され、上記複数の単位回路のうちの所定数の単位回路は、更に、上記制御手段が上記複数のスイッチング手段を制御することで設定される各電流経路に、上記スイッチング手段と直列に接続される少なくとも１つのＬＥＤを有していることを特徴とする。

また、本発明の画像投影装置の一態様は、入力される画像情報に応じた画像を投影する画像投影装置であって、上記一態様または別の態様の照明装置と、入力される画像情報に応じて変調される空間変調素子と、上記照明装置のＬＥＤが射出した照明光を導いて上記空間変調素子を照明する照明光学手段と、上記照明光学手段で照明され上記空間変調素子によって変調された画像を投影する投影光学手段と、を具備し、上記照明装置の制御手段は、上記複数のＬＥＤを時系列に順次点灯させるものであり、上記照明光学手段は、上記複数のＬＥＤの点灯タイミングに同期し、且つ、上記複数のＬＥＤに対して相対的に移動させる導光手段を有することで、上記時系列に順次点灯するＬＥＤが射出した照明光を上記空間変調素子に導くものであることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ駆動を低消費電力且つ小型な構成で為し得る照明装置及びそれを用いた画像投影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）に示すように、本発明の第１実施形態に係る照明装置においては、光源としてのＬＥＤ１０は、互いに密接するように円周上に複数配置されると共に、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、導光手段としてのＬ字型導光ロッド１２が配されている。このＬ字型導光ロッド１２は、取込部である光取込口１４が、ＬＥＤ１０の配置された円周上の対向する位置でＬＥＤ１０の光を取り込むように図示しないロッドホルダに固定され、ＬＥＤ１０を配置した円の中心を回転軸として図示しないモータにより一定の回転速度で回転するようになっている。

ここで、Ｌ字型導光ロッド１２は、図１（Ｂ）に示すように、長方形断面をした全面鏡面の平行ロッド１６と、正方形の入射端と正８角形の出射端を持つ形状変換テーパロッド１８とを、平行ロッド１６及び形状変換テーパロッド１８よりも高屈折率材料からなる高屈折率反射プリズム２０を間に挟んで接合したものである。このようなＬ字型導光ロッド１２では、平行ロッド１６の光取込口１４から入射した光は平行ロッド１６の内側面で全反射を繰り返しながら高屈折率反射プリズム２０に入射し、反射コート２２を施した４５°反射面で反射して形状変換テーパロッド１８の正方形の入射端に入射し、出射端に向かって広がる形状変換テーパロッド１８の内側面での全反射により形状変換テーパロッド１８の中心軸に対する光線角を小さくする作用を受け、形状変換テーパロッド１８の出射端から光線の広がり角が小さくなって射出する。

高屈折率反射プリズム２０の屈折率を平行ロッド１６や形状変換テーパロッド１８の屈折率より高めていることで、高屈折率反射プリズム２０の接合面での屈折率差による深い角度で入射する光線に対する全反射特性を利用でき、高屈折率反射プリズム２０の反射面で反射されずに形状変換テーパロッド１８に入射し形状変換テーパロッド１８側面から外部に漏れる光線や、高屈折率反射プリズム２０の反射面で反射され再び平行ロッド１６に戻って平行ロッド１６側面から外部に漏れる光線の発生を防ぐことができる。

高屈折率反射プリズム２０の反射コート２２には、特定波長に対しては誘電体コート、広帯域の光に対しては金属膜や金属膜と誘電体を組合せた増反射コートなどが利用できる。

本実施形態に係る照明装置では、上記のように円周上に配置した複数のＬＥＤ１０のうち、図２に丸数字の１乃至６で示すように、所定数（この例では３個）のＬＥＤを同時且つ順次にパルス発光させ、Ｌ字型導光ロッド１２の光取込口１４が発光しているＬＥＤ１０に対向するように、その発光に合わせてＬ字型導光ロッド１２を回転させていき、ＬＥＤ１０からの光を取り込むことで、Ｌ字型導光ロッド１２からはＬＥＤ１０をパルス発光した明るい光が常に取り出されるようにしている。

即ち、図２に丸数字１で示すタイミングでは、ＬＥＤ１０−１ａ，１０−２ａ，１０−３ａが点灯され、それらＬＥＤ１０−１ａ，１０−２ａ，１０−３ａからの光がＬ字型導光ロッド１２の光取込口１４で取り込まれる。次の丸数字２で示すタイミングでは、ＬＥＤ１０−１ａは消灯し、ＬＥＤ１０−２ａ及び１０−３ａとＬＥＤ１０−１ｂが点灯され、それらＬＥＤ１０−２ａ，１０−３ａ，ＬＥＤ１０−１ｂからの光が、それらＬＥＤ１０−２ａ，１０−３ａ，ＬＥＤ１０−１ｂに対応する位置に回転したＬ字型導光ロッド１２の光取込口１４で取り込まれる。その次の丸数字３で示すタイミングでは、ＬＥＤ１０−２ａは消灯し、ＬＥＤ１０−３ａ及び１０−１ｂとＬＥＤ１０−２ｂが点灯され、それらＬＥＤ１０−３ａ，１０−１ｂ，ＬＥＤ１０−２ｂからの光が、それらＬＥＤ１０−３ａ，１０−１ｂ，ＬＥＤ１０−２ｂに対応する位置に回転したＬ字型導光ロッド１２の光取込口１４で取り込まれる。以下、同様にして、１個ずつ点灯するＬＥＤがずれていき、それに合わせてＬ字型導光ロッド１２が回転していく。

なお、ＬＥＤの光量を安定させるためには、定電流駆動するのが良く、本実施形態のように複数個のＬＥＤを順次点灯する場合には、従来は、図３に示すような回路が用いられてきた。即ち、定電圧電源２４と定電流回路２６−１，２６−２，２６−３との間に、各ＬＥＤ１０−１ａ，１０−１ｂ，１０−１ｃ，…，１０−２ａ，１０−２ｂ，１０−２ｃ，…，１０−３ａ，１０−３ｂ，１０−３ｃ，…を、スイッチング手段としてのＦＥＴ２８−１ａ，２８−１ｂ，２８−１ｃ，…，２８−２ａ，２８−２ｂ，２８−２ｃ，…，２８−３ａ，２８−３ｂ，２８−３ｃ，…を介して接続している。この場合、同時に点灯することのないＬＥＤ１０−１ａ，１０−１ｂ，１０−１ｃ，…（及び対応するＦＥＴ２８−１ａ，２８−１ｂ，２８−１ｃ，…）は定電流回路２６−１に接続され、同様に、ＬＥＤ１０−２ａ，１０−２ｂ，１０−２ｃ，…（及び対応するＦＥＴ２８−２ａ，２８−２ｂ，２８−２ｃ，…）は定電流回路２６−２に接続され、ＬＥＤ１０−３ａ，１０−３ｂ，１０−３ｃ，…（及び対応するＦＥＴ２８−３ａ，２８−３ｂ，２８−３ｃ，…）は定電流回路２６−３に接続されている。

従って、図２に丸数字の１で示すタイミングでは、図示しない制御手段によってＦＥＴ２８−１ａ，２８−２ａ，２８−３ａがオンされてＬＥＤ１０−１ａ，１０−２ａ，１０−３ａが点灯する。同様に、図２に丸数字の２で示すタイミングでは、ＦＥＴ２８−２ａ，２８−３ａ，２８−１ｂがオンされてＬＥＤ１０−２ａ，１０−３ａ，１０−１ｂが点灯する。

このような回路構成であると、定電圧電源２４はＬＥＤ１０の同時点灯個数分（この例では３個分）の電流容量が必要であり、また、定電流回路２６−１，２６−２，２６−３も同時点灯個数分（３個分）必要となっている。

そのような問題点を解決するために、特許文献１に開示されているような技術が提案されているが、前述したような問題点がある。

そこで、本実施形態では、図４（Ａ）に示すように、ＬＥＤ１０とＦＥＴ２８とを含む単位回路を複数個、定電圧電源２４と定電流回路２６との間に電気的にマトリクス状に接続することで、定電流回路２６を１個のみとしている。即ち、ＬＥＤ１０−１ａとＦＥＴ２８−１ａを含む単位回路，ＬＥＤ１０−１ｂとＦＥＴ２８−１ｂを含む単位回路，ＬＥＤ１０−１ｃとＦＥＴ２８−１ｃを含む単位回路，…を電気的に並列に接続してブロックを構成し、ＬＥＤ１０−２ａとＦＥＴ２８−２ａを含む単位回路，ＬＥＤ１０−２ｂとＦＥＴ２８−２ｂを含む単位回路，ＬＥＤ１０−２ｃとＦＥＴ２８−２ｃを含む単位回路，…を電気的に並列に接続してブロックを構成し、ＬＥＤ１０−３ａとＦＥＴ２８−３ａを含む単位回路，ＬＥＤ１０−３ｂとＦＥＴ２８−３ｂを含む単位回路，ＬＥＤ１０−３ｃとＦＥＴ２８−３ｃを含む単位回路，…を電気的に並列に接続してブロックを構成して、これらのブロックを電気的に直列に、定電圧電源２４と定電流回路２６との間に接続している。

係る回路構成において、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように各ＦＥＴ２８のスイッチング状態を選択することにより、図２に示したように所定数（この例では３個）のＬＥＤを同時且つ順次にパルス発光させることができる。なお、図５（Ａ）はＬＥＤ点灯順番とＦＥＴ動作の関係を示しており、白丸がＦＥＴオンまたはＬＥＤ点灯を表し、バツ印はＦＥＴオフまたはＬＥＤ消灯を表している。また、図５（Ｂ）は、ＦＥＴ制御タイミングチャートを示す図であり、各波形の横軸は時間を、縦軸は制御電圧（Ｈの場合にＦＥＴがオンする）をそれぞれ表している。

具体的には、例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に丸数字の１で示す期間では、ＦＥＴ２８−１ａ，２８−２ａ，２８−３ａがオンし、それ以外のＦＥＴはオフである。このような状態では、図４（Ｂ）に同じく丸数字の１で示すように、ＬＥＤ１０−１ａ，ＦＥＴ２８−１ａ，ＬＥＤ１０−２ａ，ＦＥＴ２８−２ａ，ＬＥＤ１０−３ａ，ＦＥＴ２８−３ａの電流経路が形成されて、ＬＥＤ１０−１ａ，１０−２ａ，ＬＥＤ１０−３ａが点灯する。即ち、図２に同じく丸数字の１で示す状態が得られる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）に丸数字の２で示す期間では、ＦＥＴ２８−１ｂ，２８−２ａ，２８−３ａがオンし、それ以外のＦＥＴはオフである。このような状態では、図４（Ｂ）に同じく丸数字の２で示すように、ＬＥＤ１０−１ｂ，ＦＥＴ２８−１ｂ，ＬＥＤ１０−２ａ，ＦＥＴ２８−２ａ，ＬＥＤ１０−３ａ，ＦＥＴ２８−３ａの電流経路が形成されて、ＬＥＤ１０−１ｂ，１０−２ａ，ＬＥＤ１０−３ａが点灯する。即ち、図２に同じく丸数字の２で示す状態が得られる。

また、図５（Ａ）及び（Ｂ）に丸数字の３で示す期間では、ＦＥＴ２８−１ｂ，２８−２ｂ，２８−３ａがオンし、それ以外のＦＥＴはオフである。このような状態では、図４（Ｂ）に同じく丸数字の３で示すように、ＬＥＤ１０−１ｂ，ＦＥＴ２８−１ｂ，ＬＥＤ１０−２ｂ，ＦＥＴ２８−２ｂ，ＬＥＤ１０−３ａ，ＦＥＴ２８−３ａの電流経路が形成されて、ＬＥＤ１０−１ｂ，１０−２ｂ，ＬＥＤ１０−３ａが点灯する。即ち、図２に同じく丸数字の３で示す状態が得られる。

以下、同様にして、各ＦＥＴ２８のオン状態を切り替えることで、ＬＥＤを同時且つ順次にパルス発光させることができる。

図１（Ｃ）は、このような回路構成のＬＥＤ駆動部を含む光源制御回路の構成を示す図である。

即ち、この光源制御回路は、上記構成のＬＥＤ駆動部に加えて、上記ＬＥＤ駆動部の各ＦＥＴ２８を制御する上記制御手段としてのタイミング生成回路３０、上記Ｌ字型導光ロッド１２を一定速度で回転させるモータ３２、上記Ｌ字型導光ロッド１２を保持するロッドホルダに付けられた図示しない回転検出マークを検出することで、上記Ｌ字型導光ロッド１２の回転に応じた回転検出信号を出力するフォトデテクタ３４、該フォトデテクタ３４からの回転検出信号を基に基準クロックを生成するＰＬＬ回路３６、上記ＬＥＤ駆動部の定電流回路２６へ与える制御電圧のデータを記憶したＲＯＭ３８、このＲＯＭ３８から読み出されたデータを実際の制御電圧に変換するＤ／Ａコンバータ４０を有している。

このような構成において、上記フォトデテクタ３４から出力された回転検出信号は、上記ＰＬＬ回路３６及びタイミング生成回路３０に入力される。ＰＬＬ回路３６は、その入力された回転検出信号により、上記Ｌ字型導光ロッド１２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３０に供給する。タイミング生成回路３０は、図５（Ａ）に示したようなＦＥＴのオン／オフ制御のためのテーブルを記憶しており、このテーブルと上記入力された基準クロック及び回転検出信号とに基づいて、Ｌ字型導光ロッド１２の光取込口１４に対向する位置の所定数のＬＥＤ１０を点灯するよう、各ＦＥＴ２８のオン／オフを切り替え制御する。

このとき、この各ＦＥＴ２８のオン状態によって所定数のＬＥＤ１０に選択的に供給される駆動電流は、上記定電流回路２６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、上記タイミング生成回路３０は、制御電圧のデータの領域を示すアドレスをＲＯＭ３８に与え、そのデータをＲＯＭ３８からＤ／Ａコンバータ４０に出力して、制御電圧Ｒｅｆを定電流回路２６に供給する。

なお、ＬＥＤ１０として、発光色等、特性の異なるＬＥＤを混在させた場合には、ＲＯＭ３８に各色のＬＥＤ１０に応じて異なる制御電圧のデータを記憶しておき、タイミング生成回路３０により、各色のＬＥＤ１０に応じて異なるアドレス設定を行えば良い。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、図４（Ａ）に示すように、定電圧電源２４、マトリクス配置された単位回路（ＦＥＴ２８）、及び定電流回路２６でＬＥＤ駆動部を構成したが、図６（Ａ）に示すように、定電圧電源２４を定電流電源４２に置き換えることで、定電流回路２６を省略することも可能である。

但し、ＬＥＤ１０は、ＬＥＤの順方向印加電圧（Ｖｆ）に対するＬＥＤに流れる電流（Ｉ）に固体ばらつきが大きい。従って、図７に示すように、ＬＥＤ１０−１ａ，１０−２ａ，１０−３ａを点灯したときの順方向印加電圧対電流特性（Ｉ−Ｖ特性）と、ＬＥＤ１０−１ｂ，１０−２ａ，１０−３ａを点灯したときのＩ−Ｖ特性とは一致しない。よって、図５（Ａ）に丸数字の１で示す点灯状態から同じく丸数字の２の点灯状態に切り替わった瞬間は、図８（Ａ）に示すように、過電流となってしまう。即ち、丸数字の１で示す点灯状態では、或る電圧Ｖ１という順方向印加電圧に対し定電流設定値Ｉｏの電流が流れているが、丸数字の２の点灯状態に切り替えた瞬間に、ＬＥＤ１０−１ｂ，１０−２ａ，１０−３ａに電圧Ｖ１が印加されることで、それらＬＥＤに上記定電流設定値Ｉｏよりも大きなＩ’の電流が流れてしまう。これはその後、定電流電源４２として制御がかかり、印加電圧がＶ２に自動的に下がって、定電流設定値Ｉｏとなる。この変化時間は、定電流電源４２の出力コンデンサＣｏｕｔの大きさと負荷のインピーダンスとに依存する。

このように、過電流は、定電流電源４２の出力コンデンサＣｏｕｔの大きさに依存するので、図６（Ｂ）に示すように、電流リミッタ回路４４を設け、その電流リミット値を定電流電源４２の設定値Ｉｏより少し大きめのＩｏ＋αとしておけば、図８（Ｂ）に示すように、過電流の大部分を防止できる。なお、図８（Ｂ）は、同図（Ａ）に破線の楕円で囲って示す部分に対応している。

なお、電流リミッタ回路４４としては、上記定電流回路２６と同様の定電流回路を用いることができる。従って、図６（Ｂ）の回路は、上記第１実施形態における回路（図４（Ａ））と似ているが、電流リミッタ回路４４での発熱は低く押さえられる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態として、上記第１実施形態または第２実施形態で説明した照明装置を画像投影装置に応用した例を説明する。

図９（Ａ）は、入力される画像情報に応じて変調される空間変調素子として、カラーフィルタ付きＬＣＤ（透過型液晶パネル）４６を用いた画像投影装置を示している。即ち、この画像投影装置は、上記第１実施形態または第２実施形態で説明した照明装置に相当するＬＥＤ照明ユニット４８と、光束形状変換素子５０と、上記カラーフィルタ付きＬＣＤ４６と、上記光束形状変換素子５０で光束形状が変換された照明光で照明され上記カラーフィルタ付きＬＣＤ４６によって変調された画像をスクリーンＳに投影する投影光学手段としての投影レンズ５２とから構成されている。

この場合、空間変調素子としてカラーフィルタ付きＬＣＤ４６を使用するので、ＬＥＤ照明ユニット４８においては、白色ＬＥＤ１０Ｗを円周上に配置した白色ＬＥＤアレイ５４Ｗを用いる。この白色ＬＥＤアレイ５４Ｗの各白色ＬＥＤ１０Ｗは、上記第１実施形態で説明したような光源制御回路５６によって所定個数同時且つ順次にパルス発光される。そして、その点灯している白色ＬＥＤ１０Ｗに光取込口１４が対向するように、Ｌ字型導光ロッド１２が回転され、白色ＬＥＤ１０Ｗが射出した白色照明光を取り込む。

こうして取り込まれた白色照明光は、Ｌ字型導光ロッド１２の形状変換テーパロッド１８の出射端から、光線の広がり角が小さくなって射出される。上述したように、形状変換テーパロッド１８の出射端は正８角形の形状をしており、よって、その出射端から射出する白色照明光も、その軸方向に垂直な面で見ると正８角形の形状となっている。これに対して、上記カラーフィルタ付きＬＣＤ４６は矩形形状である。そこで、上記Ｌ字型導光ロッド１２の形状変換テーパロッド１８の出射端とカラーフィルタ付きＬＣＤ４６との間に、上記Ｌ字型導光ロッド１２と共に照明光学手段を形成する光束形状変換素子５０を配し、光束の形状を８角形から矩形に変換している。この光束形状変換素子５０は、図９（Ｂ）に示すように、正８角形の入射端５８と矩形の出射端６０を持ち、入射端５８から出射端６０に向けて広がる中空部材であり、その内面に反射コート６２が施されているものである。なお、このような中空部材の代わりに、上記上記Ｌ字型導光ロッド１２の形状変換テーパロッド１８のように、内側面で全反射する中密のロッド部材として構成しても構わない。

図１０は、空間変調素子として、画素にミラーを用いた反射型表示素子（ＤＭＤ（：米国テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）６４等）を使用する場合の画像投影装置の構成を示している。なお、ＤＭＤ（登録商標）６４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。

この場合の画像投影装置は、ＬＥＤ照明ユニット４８、光束形状変換素子５０、該光束形状変換素子５０から射出した光を上記ＤＭＤ（登録商標）６４に照明するための照明レンズ６６、該照明レンズ６６からの照明光を上記ＤＭＤ（登録商標）６４に向けて反射する照明ミラー６８、上記ＤＭＤ（登録商標）６４、及び投影レンズ５２によって構成されている。また、ＬＥＤ照明ユニット４８においては、赤色ＬＥＤ１０Ｒ，緑色ＬＥＤ１０Ｇ，青色ＬＥＤ１０Ｂをそれぞれ所定個数ずつ円周上に配置したＬＥＤアレイ７０を使用するものとなっている。即ち、ＬＥＤアレイ７０はＲ，Ｇ，Ｂの３領域に分かれており、ＤＭＤ（登録商標）６４は面順次でＲ，Ｇ，Ｂに対応した映像を表示するので、ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの発光は、その映像の切り替わりと同期する。

なお、図１０では、赤色、緑色、青色をそれぞれ異なるハッチングを付して示しているもので、ハッチングは断面を表すものではない（以下に説明する他の図においても同様）。また、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤの比率を１／３ずつとしているが、その比率を変えても良いことは勿論である。即ち、他の色に比べて発光光量の少ない色のＬＥＤがあるのであれば、その色のＬＥＤの個数を増やし、他の色のＬＥＤを減らして、各色トータルの光量を揃えるようにしても良い。

図１１は、このようなＤＭＤ（登録商標）６４を使用した場合のＬＥＤアレイ７０の配置を示す図であり、図１２は、光源制御回路４８の構成を示す図である。これらの図は、上記第１実施形態で説明した図２及び図１（Ｃ）とＬＥＤの発光色が変更になっただけである。即ち、ＦＥＴ制御タイミングや発光順番は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示したのと同様である。

但し、発光色によってＬＥＤの順方向印加電圧（Ｖｆ）は異なり、定電流回路２６での発熱も多くなるので、電流値も変更する必要ある。そのため、図１２に示す構成においては、定電圧電源２４の出力を可変にしている。また、定電流回路２６での制御電流値も可変できるように、ＲＯＭ３８にはＬＥＤ発光色に応じた制御電圧のデータをそれぞれ異なる領域に記憶しておき、タイミング生成回路３０は、発光色に応じてＲＯＭ３８のアドレス指定を変更するようにしている。あるいは、ＲＯＭ３８の代わりに書き換え可能な例えばＥＥＰＲＯＭ等を使用して、ＬＥＤ発光色によって制御電圧のデータを適宜書き換えるようにしても構わない。

図１３は、この場合の制御タイミングや電圧値、電流値を示す図である。同図の上段のタイミングチャートはＦＥＴ２８の制御を示し、中段は定電圧電源２４の出力電圧を示している。この電圧は、直列に接続されたＬＥＤのＶｆがそれぞれ固体バラツキにより異なるので、ＬＥＤの切り替え毎に電圧を変化させている。また、同図の下段は、定電流回路２６の設定電流の変化を示す。発光色ＬＥＤで必要電流値が異なるので、赤色ＬＥＤが発光すると、電流値を下げている。

図１４は、空間変調素子として、カラーフィルタ無しのＬＣＤ７２を３枚用いた場合の画像投影装置の構成を示している。これは、図９（Ａ）に示したような単色のＬＥＤアレイを持つＬＥＤ照明ユニットを３個（赤色ＬＥＤアレイ５４Ｒを持つＬＥＤ照明ユニット４８Ｒ，緑色ＬＥＤアレイ５４Ｇを持つＬＥＤ照明ユニット４８Ｇ，青色ＬＥＤアレイ５４Ｂを持つＬＥＤ照明ユニット４８Ｂ）使用するものである。そして、各色の照明光で照明された３枚のＬＣＤ７２によって変調された画像を、Ｘプリズム７４で合成して、投影レンズ５２に入射させるようにしている。

［第４実施形態］
前述の実施形態は、ＬＥＤ１０の個数が同時点灯個数の整数倍の場合であった。しかしながら、整数倍でない場合、例えば図１５（Ａ）に示すように、７個のＬＥＤ１０−１ａ，１０−２ａ，１０−３ａ，１０−１ｂ，１０−２ｂ，１０−３ｂ，１０−１ｚを円周上に配列した場合には、前述の第１または第２実施形態のようにＬＥＤ１０とＦＥＴ２８でなる単位回路をマトリクス配置することができない。

そこで、図１５（Ｂ）に示すように、ＬＥＤ１０の代わりに抵抗Ｒを用いて形成したダミーの単位回路を、同時点灯個数の整数倍とするに不足する個数、この例では２個使用してマトリクス配置を構成する。

このような回路構成とした場合には、図１５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すようなＦＥＴ制御を行なうことで、図１６に示すようなＬＥＤ点灯となる。ここで、丸数字の６及び７で示す状態においては、ＬＥＤ１０−１ａとＬＥＤ１０−１ｚとが並列接続となるため、図１６に示すようにそれらＬＥＤ１０−１ａ，１０−１ｚの光量が低下する。従って、これら丸数字の６及び７で示す期間においては、定電流回路２６の電流値を２倍の値に設定しても良い。

また、ＬＥＤ１０の個数が同時点灯個数の整数倍でないときには、図１７（Ａ）に示すように、整数倍の個数でマトリクスを形成し、余りは順に並列に接続した回路構成としても良い。即ち、複数の単位回路を並列に接続してブロックを構成し、且つ、そのブロックを複数直列に接続するものであるが、その際、各ブロックにおける単位回路の個数が同一でなくても構わないものとしている。

このような回路構成とした場合には、図１７（Ｂ）及び（Ｃ）に示すようなＦＥＴ制御を行なうことで、図１８に示すようなＬＥＤ点灯となる。なお、上記図１５（Ｂ）に示した回路の場合と同様、ＬＥＤ１０−１ａとＬＥＤ１０−１ｚとが並列接続となる状態では、それらＬＥＤ１０−１ａ，１０−１ｚの光量が低下する。そこで、丸数字の６及び７で示す状態においては、ＬＥＤ１０−１ａ，ＬＥＤ１０−１ｚを合わせて１個のＬＥＤと見なして、その見なしＬＥＤと他の２個のＬＥＤ１０−３ｂ，１０−２ａまたは１０−２ａ，１０−３ａで所定数である３個のＬＥＤの点灯としている。

［第５実施形態］
上記第３実施形態において、画素にミラーを用いた反射型表示素子（ＤＭＤ等）を空間変調素子として使用した場合のＬＥＤアレイについて説明した。図１９は、その変形として、駆動回路を各色ＬＥＤ別とした場合のＬＥＤ駆動部の構成を示す図である。

即ち、緑色のＬＥＤに関しては同時点灯個数の整数倍の個数ではないので、定電圧電源２４Ｇと定電流回路２６Ｇとの間に、緑色ＬＥＤ１０Ｇ−１ａ，１０Ｇ−２ａ，１０Ｇ−３ａ，１０Ｇ−１ｂ，１０Ｇ−２ｂ，１０Ｇ−３ｂ，１０Ｇ−１ｃ及びそれぞれに対応するＦＥＴ２８Ｇ−１ａ，２８Ｇ−２ａ，２８Ｇ−３ａ，２８Ｇ−１ｂ，２８Ｇ−２ｂ，２８Ｇ−３ｂ，２８Ｇ−１ｃを上記第４実施形態で説明した図１７（Ａ）のように接続する。赤色のＬＥＤに関しては同時点灯個数の整数倍の個数であるので、定電圧電源２４Ｒと定電流回路２６Ｒとの間に、赤色ＬＥＤ１０Ｒ−１ａ，１０Ｒ−２ａ，１０Ｒ−３ａ，１０Ｒ−１ｂ，１０Ｒ−２ｂ，１０Ｒ−３ｂ及びそれぞれに対応するＦＥＴ２８Ｒ−１ａ，２８Ｒ−２ａ，２８Ｒ−３ａ，２８Ｒ−１ｂ，２８Ｒ−２ｂ，２８Ｒ−３ｂを上記第１実施形態で説明した図４（Ａ）のように接続する。そして、青色のＬＥＤに関しては同時点灯個数の整数倍の個数ではないので、定電圧電源２４Ｂと定電流回路２６Ｂとの間に、青色ＬＥＤ１０Ｂ−１ａ，１０Ｂ−２ａ，１０Ｂ−３ａ，１０Ｂ−１ｂ，１０Ｂ−２ｂ及びそれぞれに対応するＦＥＴ２８Ｂ−１ａ，２８Ｂ−２ａ，２８Ｂ−３ａ，２８Ｂ−１ｂ，２８Ｂ−２ｂを上記第４実施形態で説明した図１７（Ａ）のように接続する。

このような回路構成は、図２０に示すように、７個の緑色ＬＥＤ１０Ｇ−１ａ，１０Ｇ−２ａ，１０Ｇ−３ａ，１０Ｇ−１ｂ，１０Ｇ−２ｂ，１０Ｇ−３ｂ，１０Ｇ−１ｃと、６個の赤色ＬＥＤ１０Ｒ−１ａ，１０Ｒ−２ａ，１０Ｒ−３ａ，１０Ｒ−１ｂ，１０Ｒ−２ｂ，１０Ｒ−３ｂと、５個の青色ＬＥＤ１０Ｂ−１ａ，１０Ｂ−２ａ，１０Ｂ−３ａ，１０Ｂ−１ｂ，１０Ｂ−２ｂとを円周上に配置した場合の例である。なお、図２０に示すように、緑色ＬＥＤ１０Ｇ−１ｃと赤色ＬＥＤ１０Ｒ−１ａとの間にはＬＥＤ２個分の間隔が開けられ、赤色ＬＥＤ１０Ｒ−３ｂと青色ＬＥＤ１０Ｂ−１ａとは隣接して、そして、青色ＬＥＤ１０Ｂ−２ｂと緑色ＬＥＤ１０Ｇ−１ａとの間にはＬＥＤ１個分の間隔が開けられて、各色のＬＥＤが配列されている。

上記のような回路構成とした場合には、図２１に示すようなＦＥＴ制御を行なうことで、図２２に示すようなＬＥＤ点灯となる。なお、図２２は、図２１に丸数字の７乃至１２のタイミングでのＬＥＤの点灯状態とＬ字型導光ロッド１２における平行ロッド１６の位置を示している。

各色のＬＥＤ個数が同時点灯個数の整数倍でない場合、丸数字の８乃至１１のようにＬＥＤの発光が得られない期間がある。この期間を、空間変調素子の各色切り替えのブランキング付近にすることで、投影光への影響を極力押さえられる。

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、ＬＥＤの同時点灯個数は、３個に限定するものではなく、幾つでも構わない
また、Ｌ字型導光ロッド１２の代わりにＴ字型の導光ロッドを用い、円周上で対向する位置のＬＥＤを発光させるようにしても良い。

更に、スイッチング手段として、ＦＥＴを用いたが、ＬＥＤ個数が同時点灯個数の整数倍であれば、トランジスタを用いることも可能である。

また、本発明の照明装置による画像投影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。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤの配列とＬ字型導光ロッドの配置位置とを示す図、（Ｂ）はＬ字型導光ロッドを示す図であり、（Ｃ）は第１実施形態に係る照明装置における光源制御回路の構成を示す図である。 第１実施形態におけるＬＥＤの点灯状態とＬ字型導光ロッドの回転位置との関係を示す図である。 従来のＬＥＤ駆動部の回路構成を示す図である。 （Ａ）は第１実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤ駆動部の回路構成を示す図であり、（Ｂ）はＦＥＴを切り替えたときの電流経路を説明するための図である。 （Ａ）は第１実施形態におけるＬＥＤ点灯順番とＦＥＴ動作の関係を示す図であり、（Ｂ）はＦＥＴ制御タイミングチャートを示す図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤ駆動部の回路構成を示す図であり、（Ｂ）は第２実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤ駆動部の別の回路構成を示す図である。 ＬＥＤのＩ−Ｖ特性のバラツキを説明するためのＩ−Ｖ特性図である。 （Ａ）は第２実施形態における点灯状態切替時に生じる過電流を説明するための電圧及び電流波形図であり、（Ｂ）は図６（Ｂ）の構成における電流リミッタ回路の働きを説明するための図である。 （Ａ）は空間変調素子としてカラーフィルタ付きＬＣＤを用いた場合の本発明の第３実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図であり、（Ｂ）は光束形状変換素子を示す図である。 空間変調素子としてＤＭＤ（登録商標）を用いた場合の本発明の第３実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。 図１０の画像投影装置におけるＬＥＤの点灯状態とＬ字型導光ロッドの回転位置との関係を示す図である。 図１０の画像投影装置における光源制御回路の構成を示す図である。 図１０の画像投影装置における制御タイミングや電圧値及び電流値を示す図である。 空間変調素子としてカラーフィルタ無しのＬＣＤを３枚用いた場合の本発明の第３実施形態に係る画像投影装置の構成を示す図である。 （Ａ）は本発明の第４実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤの配列を示す図、（Ｂ）はＬＥＤ駆動部の回路構成を示す図、（Ｃ）はＬＥＤ点灯順番とＦＥＴ動作の関係を示す図であり、（Ｄ）はＦＥＴ制御タイミングチャートを示す図である。 図１５（Ｂ）の構成におけるＬＥＤの点灯状態の変遷を示す図である。 （Ａ）は第４実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤ駆動部の別の回路構成を示す図、（Ｂ）はＬＥＤ点灯順番とＦＥＴ動作の関係を示す図であり、（Ｃ）はＦＥＴ制御タイミングチャートを示す図である。 図１７（Ａ）の構成におけるＬＥＤの点灯状態の変遷を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る照明装置におけるＬＥＤ駆動部の回路構成を示す図である。 第５実施形態におけるＬＥＤの配列を示す図である。 第５実施形態におけるＦＥＴ制御タイミングチャートを示す図である。 第５実施形態におけるＬＥＤの点灯状態とＬ字型導光ロッドの回転位置との関係を示す図である。

符号の説明

１０，１０−１ａ，１０−１ｂ，１０−１ｃ，１０−２ａ，１０−２ｂ，１０−２ｃ，１０−３ａ，１０−３ｂ，１０−３ｃ，１０−１ｚ…ＬＥＤ、 １０Ｗ…白色ＬＥＤ、 １０Ｒ，１０Ｒ−１ａ，１０Ｒ−２ａ，１０Ｒ−３ａ，１０Ｒ−１ｂ，１０Ｒ−２ｂ，１０Ｒ−３ｂ…赤色ＬＥＤ、 １０Ｇ，１０Ｇ−１ａ，１０Ｇ−２ａ，１０Ｇ−３ａ，１０Ｇ−１ｂ，１０Ｇ−２ｂ，１０Ｇ−３ｂ，１０Ｇ−１ｃ…緑色ＬＥＤ、 １０Ｂ，１０Ｂ−１ａ，１０Ｂ−２ａ，１０Ｂ−３ａ，１０Ｂ−１ｂ，１０Ｂ−２ｂ…青色ＬＥＤ、 １２…Ｌ字型導光ロッド、 １４…光取込口、 １６…平行ロッド、 １８…形状変換テーパロッド、 ２０…高屈折率反射プリズム、 ２２，６２…反射コート、 ２４，２４Ｇ，２４Ｒ，２４Ｂ…定電圧電源、 ２６，２６Ｇ，２６Ｒ，２６Ｂ…定電流回路、 ２８，２８−１ａ，２８−１ｂ，２８−１ｃ，２８−２ａ，２８−２ｂ，２８−２ｃ，２８−３ａ，２８−３ｂ，２８−３ｃ，２８−１ｚ，２８−２ｚ，２８−３ｚ，２８Ｒ−１ａ，２８Ｒ−２ａ，２８Ｒ−３ａ，２８Ｒ−１ｂ，２８Ｒ−２ｂ，２８Ｒ−３ｂ，２８Ｇ−１ａ，２８Ｇ−２ａ，２８Ｇ−３ａ，２８Ｇ−１ｂ，２８Ｇ−２ｂ，２８Ｇ−３ｂ，２８Ｇ−１ｃ，２８Ｂ−１ａ，２８Ｂ−２ａ，２８Ｂ−３ａ，２８Ｂ−１ｂ，２８Ｂ−２ｂ…ＦＥＴ、 ３０…タイミング生成回路、 ３２…モータ、 ３４…フォトデテクタ、 ３６…ＰＬＬ回路、 ３８…ＲＯＭ、 ４０…Ｄ／Ａコンバータ、 ４２…定電流電源、 ４４…電流リミッタ回路、 ４６…カラーフィルタ付きＬＣＤ、 ４８…ＬＥＤ照明ユニット、 ４８…光源制御回路、 ５０…光束形状変換素子、 ５２…投影レンズ、 ５４Ｗ…白色ＬＥＤアレイ、 ５４Ｒ…赤色ＬＥＤアレイ、 ５４Ｇ…緑色ＬＥＤアレイ、 ５４Ｂ…青色ＬＥＤアレイ、 ５６…光源制御回路、 ５８…入射端、 ６０…出射端、 ６４…ＤＭＤ、 ６６…照明レンズ、 ６８…照明ミラー、 ７０…ＬＥＤアレイ、 ７２…ＬＣＤ、 ７４…Ｘプリズム。

Claims (10)

1. 定電流を供給可能な定電流電源と、
   前記定電流電源が供給した電流を遮断可能なスイッチング手段を少なくとも含む複数の単位回路と、
   前記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記複数の単位回路は、前記定電流電源に対して電気的にマトリクス状に接続され、
   前記複数の単位回路のうちの所定数の単位回路は、更に、前記制御手段が前記複数のスイッチング手段を制御することで設定される各電流経路に、前記スイッチング手段と直列に接続される少なくとも１つのＬＥＤを有している、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 定電流を供給可能な定電流電源と、
   前記定電流電源が供給した電流を遮断可能なスイッチング手段を少なくとも含む複数の単位回路と、
   前記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記複数の単位回路は、前記定電流電源に対して電気的に並列に接続されることでブロックを構成し、且つ、この複数の単位回路を並列に接続してなる各ブロックは複数直列に電気的に接続され、
   前記複数の単位回路のうちの所定数の単位回路は、更に、前記制御手段が前記複数のスイッチング手段を制御することで設定される各電流経路に、前記スイッチング手段と直列に接続される少なくとも１つのＬＥＤを有している、
   ことを特徴とする照明装置。
3. 前記定電流電源は、
   定電圧を供給可能な定電圧電源と、
   前記定電圧電源によって前記各電流経路に流れる電流を一定にする定電流回路と、
   からなることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記制御手段は、前記複数のスイッチング手段を制御する際、前記複数の単位回路のうち、電気的に並列に接続されている各ブロックに関して、常に同数の単位回路に電流が流れるように制御することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記各ブロック毎に電流が流れる単位回路の数が等しいことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記ＬＥＤの総数は、前記制御手段が前記スイッチング手段を制御することで同時に点灯するＬＥＤ数の整数倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
7. 前記各ブロック内に含まれる単位回路は、それぞれ同数のＬＥＤを有していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
8. 前記複数の単位回路全ては、それぞれ同数のＬＥＤを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
9. 入力される画像情報に応じた画像を投影する画像投影装置であって、
   請求項１または請求項２に記載の照明装置と、
   入力される画像情報に応じて変調される空間変調素子と、
   前記照明装置のＬＥＤが射出した照明光を導いて前記空間変調素子を照明する照明光学手段と、
   前記照明光学手段で照明され前記空間変調素子によって変調された画像を投影する投影光学手段と、
   を具備し、
   前記照明装置の制御手段は、前記複数のＬＥＤを時系列に順次点灯させるものであり、
   前記照明光学手段は、前記複数のＬＥＤの点灯タイミングに同期し、且つ、前記複数のＬＥＤに対して相対的に移動させる導光手段を有することで、前記時系列に順次点灯するＬＥＤが射出した照明光を前記空間変調素子に導くものである、
   ことを特徴とする画像投影装置。
10. 前記複数のＬＥＤは円周上に配置され、
    前記照明光学手段は、前記複数のＬＥＤが配置される円周の中心を回転中心として、前記導光手段を回動させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像投影装置。

Images