JP2006286648A

JP2006286648A - 照明装置及び撮像装置

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Publication number: JP2006286648A
Application number: JP2006156185A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Imaide; 愼一今出; Shinzo Matsui; 紳造松井; Kazunari Hanano; 和成花野; Naoaki Tani; 尚明谷; Naoto Shimada; 直人島田; Katsunori Kumai; 克範熊井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】ＬＥＤのような発光体を用いて、集光性または平行性に優れ、且つ非常に明るい照明光を得られるようにすること。
【解決手段】複数のＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７を等間隔に支持部材１１上に実装し、この支持部材１１を高速摺動させる。そして、所定の発光基準位置１６を通過するＬＥＤチップのみ発光することで、上記発光基準位置１６にあるＬＥＤチップの発光前面に構成された光学レンズ１７，１８により集光し光路制御して、そのＬＥＤチップからの光を被照射領域に照射する。この動作を、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７について順次繰り返すことにより、ある一定時間内においてＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７が発光した光が時分割ではあっても見かけ上ほぼ連続した照明光が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、集光性能が高く、高輝度且つ小型化を実現する照明装置に関する。

従来、特定箇所に高率良く照明する集光照明装置、例えば車のヘッドライト、スタンド照明、スポットライト、懐中電灯、データプロジェクタ用照明ユニット等は、相対的により点光源に近い発光源を反射形状が工夫された反射ユニットに反射させ、また反射した光を光学レンズ等により光束の指向性を高めると言った比較的単純な方法により通常集光性能が高い照明を行なおうとしている。

一般照明も同様であるが、これらの集光性能が照明装置においても、装置そのもののサイズをさほど大きくせずに、より明るい照明光を得たいとする欲求は高い。しかしながら一般的には、より明るい照明光を得るために、サイズは大きくなる傾向にあるが、発光源の印加電力を大きくし出力を高め、同時にその集光性能を高めるために発光源に対し相対的に拡大した反射ユニット或いは光学レンズを適用するようにしている。従って、集光効率良く明るさを得ようとするには照明装置のサイズは必然的に発光源に対し大きくならざるを得ない。換言すれば、高出力で且つ点光源に近い小型発光源があれば、照明装置全体も小型化が可能となる。そのような要求から従来方式においても発光源の小型化が進められており、特に高出力が可能な放電タイプによる小型発光源が現在有力な手段となっている。但し、小型放電タイプの発光源であっても回路規模を小さくすることが困難な高圧電源による駆動が必要であるなど、照明装置トータルとしての小型化に対する課題も多く、既にほぼ限界に近づいてきていると言われている。

一方、次世代小型発光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略記する。）が昨今著しい注目を浴びている。これまでＬＥＤと言えば、小型、高耐性、長寿命などの長所はあるものの、その発光効率及び発光出力の制約から各種計器類用インジケータ照明や制御状態の確認ランプとしての用途が主であった。しかしながら近年、発光効率が急速に改善されつつあり、従来最も高効率とされている放電タイプの高圧水銀ランプや蛍光燈ランプの発光効率を超えるのは時間の問題であると言われている。この高効率高輝度ＬＥＤの出現により、ＬＥＤによる高出力発光源が急速に実用性を帯びてきている。また最近になり、従来の赤色、緑色に加えて青色ＬＥＤが実用段階を向かえたこともその応用を加速させている。事実、この高効率高輝度ＬＥＤを複数用いることにより、これまでは明るさ或いは効率の点で不可能であった交通信号灯、屋外用大型フルカラーディスプレイ、自動車の各種ランプ、携帯電話の液晶表示のバックライトへの実用化が始まっている。

集光性能が求められる照明装置の有望な小型発光源として、この高効率高輝度ＬＥＤの適用が考えられている。ＬＥＤは元来、寿命、耐久性、点灯速度、点灯駆動回路の簡易性の点で他の発光源とは優れた特徴を有している。さらに、とりわけ青色が加わり自発光の発光源として３原色が揃ったことは、フルカラー画像表示装置としての応用範囲が拡大された。集光性能が求められる照明装置の典型例として例えば、画像データから表示画像を形成して映し出すプロジェクタ表示装置では、これまで白色系の発光源からカラーフィルタ等により所望する原色を分離し、各色毎に対応する画像データに対し空間光変調を施し、それらを空間的または時間的に合成することによりカラー画像表示を可能にしてきた。白色系の発光源を用いる場合、所望する唯一の色を分離して利用するため、分離した色以外はフィルターによって無駄に捨てることになる場合も多い。その点、ＬＥＤは所望する色自体を発光するので必要なときに必要な量の発光が可能となり、従来の白色系発光源の場合に比して光を無駄にすることなく、効率よく発光源の光を利用することができる。

このようなＬＥＤの優れた適用条件に着目し、例えば、特許文献１や特許文献２等に、ＬＥＤをプロジェクタ表示装置用の照明装置に適用した例が開示されている。これら公報に開示の技術では、複数のＬＥＤを構成することにより光量を確保し、個々の発光源からの一部の光束を光学レンズ等の光学素子により集光し、照射する光変調素子が許容する入射角に上手く納まるように光束制御するようにしている。一般に広く使われている液晶デバイスのような光変調素子は、照明光として許容される入射角が非常に小さいため、単なる集光性能のみならず、より平行性の高い光束を形成し照射されることが理想とされ、光変調素子における光利用効率を高める上で非常に重要なポイントとなっている。
特開平１１−３２２７８号公報特開平１１−３５２５８９号公報

しかし、上記のようにＬＥＤを発光源として用いようとする場合、点光源ではなく面発光の拡散光源として扱わねばならないと言う制約から、発光する光をレンズ等の光学素子を使って、点光源の場合のように効率良く容易に集光し平行性を高めた光束を得ることが理論上非常に困難になってくる。さらに、光量を確保するためには必然的に多数のＬＥＤを構成することが必要になってくるが、その分、構成サイズが大きくなることから、複数ＬＥＤの光を合成して平行性を高めた光束を得ることが一層困難になってくる。このことは、ＬＥＤが優れた小型光源として多くの特性を備えながらも、より効率良く集光し平行性を高めた光束を得たいと言う目的からは、さらに遊離していく結果となっている。

即ち、ＬＥＤは小型光源で且つ元来有する数々の優位性に加え、高輝度高効率化に向けて進化していくと言う好材料を揃えながら、所定領域に集光性または平行性を高めた効率の良い照明が必要な装置に対しては、非常に適用し辛いと言う今だ解決されない問題を残している。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ＬＥＤのような発光体を用いて、集光性または平行性に優れ、且つ非常に明るい照明光を得ることが可能な照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の照明装置の一態様は、
光源からの光を被照明領域に照明する照明装置において、
光源である複数の発光体と、
上記複数の発光体それぞれを点灯駆動する点灯手段と、
上記点灯手段で点灯する発光体の出射光を被照明領域に導き照射する光学手段と、
被照明領域に照明する上記発光体の出射光の光路の変更、及び／又は、発光体の移動を行う光制御部材を稼動可能に駆動する可動手段と、
被照明領域を照明する光を上記複数の発光体の出射光から選択するように上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段を制御する光選択制御手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤのような発光体を用いて、集光性または平行性に優れ、且つ非常に明るい照明光を得ることが可能な照明装置を提供することができる。

即ち、個々の発光体を瞬時的に所定期間強力発光させることにより、発熱そのものをも抑圧し且つ放熱性にも優れ、発光体の負荷を低減しながらも大きな光量を得て、その動作を発光体そのものを高速に移動させる等、光制御部材を稼動させて異なる発光体に次々と連鎖的に実行することで見かけ上連続した非常に明るい照明光を得ることができる。単にＬＥＤのような発光体を多数配列して同時点灯により光量を稼ごうとする方法では、装置自体の規模が大きくなってしまったり、プロジェクタ用照明光に求められる集光性または平行性の高い光束を効率良く作り出せなかったりと非常に困難な課題を抱えていたが、本発明はそれらを一気に解決できる極めて有効な手段である。

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の実施の形態］
まず、図１の（ａ）乃至図４の（ｃ）を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の基本的な照明原理を説明する。

図１の（ａ）は、照明原理を説明するための本実施の形態に係る照明装置の機能ブロック図である。

動作開始命令部１は、該照明装置による照明動作の開始を命令する信号を出力するものである。この動作開始命令の出力は、照明を開始するためにユーザが操作する不図示トリガスイッチに連動するものであっても良いし、照明動作を起動させることが必要な不図示の他の機能ブロックと連動するものであっても良い。上記動作開始命令部１から出力された信号は、発光体可動制御部２に入力される。

一方、発光ユニット部３には、複数の発光体Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_ｎが配置構成されると共に、これら発光体自体を機械的に可動するための発光体可動部４が構成されている。上記発光体可動制御部２は、この発光体可動部４に対し、発光体の駆動制御量を与える。その与えられた制御量に応じて、発光体は上記発光体可動部４によって、空間的高速移動がなされる。上記発光体可動部４は、例えば電磁式モータ、静電式モータ、など電気的に駆動制御できるものが現実的であり、求められる条件によって適切なる手段が選択されれば良い。

また、発光体近傍には、発光体の移動量或いは移動タイミングを知るための発光体位置検出センサを構成する発光体位置検出部５が付設されている。この発光体位置検出部５は、特定の発光基準位置１６にきた発光体の位置検出を行うことで発光させるべき発光体を検出し、それに対応した信号を出力する。

上記発光体位置検出部５から出力された信号は、発光体選択制御部６に入力され、該発光体選択制御部６は、その入力信号に基づいて、発光させるべき発光体を選択して、選択した発光体に対し、発光のオン、オフまたは発光量を与える制御量を出力する。出力された制御量は、上記発光体Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_ｎそれぞれに対応づけられて構成されている点灯手段である発光体駆動部７_１，７_２，…，７_ｎの内の何れか選択された発光体駆動部に入力される（この場合、発光体はｎ個から構成されていることを示している）。

なお、上記発光体Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_ｎの発光色の内訳が異なる色の光を発光可能なもので構成できる場合、発光体Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_ｎが発光体可動部４によって高速移動、例えば１／６０秒以下にすることにより、それらの発光色を混合した照明光を視覚の残光現象を用いて作り出すことができる。この知覚可能な混合色は個々の発光体の発光色の組み合わせ、或いは個々の発光量によって柔軟に設定が可能である。従って、照明色特性設定部８において求める照明光の混合色を設定し、その情報を発光体選択制御部６に与えることにより、それに対応する制御量を発光体選択制御部６は出力することができる。上記照明色特性設定部８での照明色の設定の仕方は、機械的手段、電気的手段、ソフトウェア的手段の何れの手段でも構わない。また、設定の内容も、求める照明色のような直接的なものでも良いし、個々の異なる発光色の発光体に対し発光量を設定するような間接的なものでも良い。なお、混合色を設定する方法としては、上記のような発光色や発光量を設定する方法以外に、発光体個々の発光時間を制御し変化させるような方法を用いても良い。

即ち、本第１の実施の形態によれば、複数の発光体が構成され、それら発光体が高速に移動をすると共に、特定の個所に位置した発光体を単パルス的に発光させ、連鎖的に異なる発光体を連続的に発光させていくことで、見かけ上一つの発光体と等価の連続発光を得ることができる。

図１の（ｂ）は、上記発光ユニット部３の構成を示す図である。
この例では、発光体として７個の高輝度発光ダイオード（以下、ＬＥＤチップと称する）を用いている。即ち、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７が、図示の如く等間隔に支持部材１１上に実装されている。この支持部材１１は、上記発光体可動部４に相当する、ボイスコイルモータ１２により図中の矢印Ａ１方向に高速摺動が可能な機構を有している。

また、上記支持部材１１の背面には、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７と対の関係になるようにして、７つの反射部１３が互いに分離して形成されている。これら反射部１３は、発光素子１４及び受光素子１５と共に上記発光体位置検出部５を構成するものである。即ち、これら反射部１３は、発光素子１４から所定の方向に発せられた光を反射し、受光素子１５により受光可能なように固定的に配設されており、図示の如く所定の発光基準位置１６に反射部１３が来ると上記受光素子１５に反射された光が入力され、初期の反射部からの反射回数をカウントすることで対となっているＬＥＤチップが発光基準位置１６に存在するかどうかを検知することができる。なお、発光基準位置１６としては、同図の状態でＬＥＤチップＬ_１が位置している所としている。

上記発光基準位置１６にあるＬＥＤチップの発光前面には、発光した光を集光するための光学レンズ１７並びに該光学レンズ１７により集光された光を所望する被照射領域に照射可能なように光路制御するための光学レンズ１８が構成されている。即ち、上記支持部材１１が移動し、上記発光基準位置１６をＬＥＤチップが通過すると、その通過するＬＥＤチップのみ発光し、その光が被照射領域に照射される。この動作を、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７について順次繰り返すことにより、ある一定時間内においてＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７が発光した光が時分割ではあっても見かけ上ほぼ連続した照明光が得られることになる。

図１の（ｃ）は、ＬＥＤチップの印加電流と発光量の関係をモデル化したグラフで示したものである。即ち、ＬＥＤチップは、所定の許容限界はあるものの印加電流を増加すると発光する光の量も増加させることができる。許容限界は当然、使われる材料特性、組成欠陥、放熱性能、周辺電極の電気伝導特性、などに影響され決定されるものであるが、同一チップでも特に放熱性能を高めることにより、連続発光における最大定格以上に電流を与え大光量を得ることが可能である。

放熱性を高めるには、チップ周囲の熱伝導性を高めて熱をより短時間で放出する方法は勿論であるが、連続発光ではなく、極短時間のパルス発光により非発光時間を多く取るようにすれば、発熱を抑えた発光が可能となる。即ち、発光時間内に限定して観察すれば、極短時間に電流をより多く印加して、連続発光に比して明るさを増強して発光させることが可能である。この特性を利用し、本実施の形態のような照明原理を利用すると、連続発光では得られない強力な光を創り出すことが可能となる。

図２の（ａ）は、図１の（ｂ）で説明したＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７の発光タイミングを示したタイミングチャートである。横軸を時間軸、縦軸を発光量としてある。図２の（ａ）より分かるように、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７は個々は時分割され、それらが連続した形で発光制御がなされる。

なお、上記説明では、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７が光学レンズ１７，１８に対し移動するとしたが、光学レンズ１７，１８がＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７に対し相対的に移動するようにしても構わず、そのように構成しても同様の効果が得られるのは言うまでもない。

また、図２の（ｂ）は、図１の（ｂ）に示した構成において、上記光学レンズ１７，１８を１個のロッドレンズ１９に置換した構成である。このようにロッドレンズ１９を用いても、同様に、照明光を得るための光学構成を取ることができる。

図３の（ａ）及び（ｂ）は、図１の（ｂ）乃至図２の（ａ）を参照して説明した照明原理を用いて、照明光の色合いを調色する方法の一例を示したものである。

即ち、図３の（ａ）に示すように、支持部材１１上に等間隔にＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_１５が配設されており、同図の状態でＬＥＤチップＬ_１が位置している所を発光基準位置１６とし、その前面に集光用の光学レンズ１７が固定配置され照明光を得るようになっている。また、個々のＬＥＤチップの側面から発光する光を前面に効果的に照射可能なように、ＬＥＤチップのサイドに反射面２０が構成されている。支持部材１１は図中矢印Ａ１方向へ高速移動するものとしてある。この場合、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_２は赤（Ｒ）色、ＬＥＤチップＬ_３〜Ｌ_１０は橙（Ｏ）色、ＬＥＤチップＬ_１１〜Ｌ_１３は緑（Ｇ）色、ＬＥＤチップＬ_１４〜Ｌ_１５は青（Ｂ）色をそれぞれ発色する発光素材から成っている。その他の構成については、図１の（ｂ）と同様であり、よってそれらの図示及び説明は省略する。

図３の（ｂ）は、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_ｎ（この例ではＬ_１５）に対応して、それらの発光量の状態を示したものである。但し、発光量とは、ＬＥＤチップに印加する電圧、電流のことではなく、ＬＥＤチップが発する光の量のことである。時間軸ｔに対し、順次ＬＥＤチップがＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_１５の順序にて発光可能な構成になっているが、この例ではＬＥＤチップＬ_１１〜Ｌ_１５は発光しないように制御がなされる。ＬＥＤチップＬ_１１〜Ｌ_１５が発光基準位置１６を通過する時間は、人が視覚により個々のＬＥＤチップが発光する光を知覚できない程度の短い期間であり、例えば１／６０秒以下の時間が設定される。このことにより、照明光は、人の残光現象により見かけ上、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_１５の発光色を混合したものと等価になり、橙色の色成分を多く含み赤色が多少混ざった発光色として知覚される。

各種色の成分は、可視光として一般的に赤色、橙色、黄色、緑色、青色、紫色に大別され、例えば図４の（ａ）に示す波長域のスペクトル成分を持つ光として捉えることができる。ＬＥＤチップは赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色が一般には多く利用されるが、橙（Ｏ）色、黄（Ｙ）色、紫（Ｐ）色を発光する素子も開発されているので、それらを上記のように上手く混合して使うことで様々な色合いを柔軟に作ることが可能である。このような利点を使えば、例えば人の肌色が良好に見えるように照明したい場合に、肌色を際立たせるような照明光の色が出るように調色することも容易に可能となる。さらには、太陽光のスペクトルに近似的した照明光を実現することもできる。

図４の（ｂ）及び（ｃ）は、図３の（ａ）及び（ｂ）で説明したものと同様な構成において、配設されたＬＥＤチップの発光量において固体差バラツキが存在する場合に、本実施の形態の照明原理を用いることで、それらバラツキが吸収可能な様子を説明するための図である。

図４の（ｂ）に示す構成において、図３の（ａ）と異なる点はＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_５が赤（Ｒ）色を、ＬＥＤチップＬ_６〜Ｌ_１２が緑（Ｇ）色を、ＬＥＤチップＬ_１３〜Ｌ_１５が青（Ｂ）色を、それぞれ発光する素子が配列されている点である。

それらに対応する発光量の状態を、図４の（ｃ）に示してあるが、各ＬＥＤチップから得られる発光量が同一でないときであっても、人の残光現象により、例えば赤色はＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_５が時間平均された平均発光量Ｉｒとして知覚される。同様に、緑色はＬＥＤチップＬ_６〜Ｌ_１２が時間平均された平均発光量Ｉｇとして、青色はＬＥＤチップＬ_１３〜Ｌ_１５が時間平均された平均発光量Ｉｂとして知覚される。このことは、ＬＥＤチップの発光量のみならず波長成分においても生産時に多少のバラツキが発生したとしても、本実施の形態の照明原理によれば、平均化されたものが知覚されるので、固体差バラツキが多少あっても問題が少ないと言う利点が創出される。固体差バラツキの許容範囲が緩和されることは、コストに大きく影響し、製品化には有利となる。なお、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_１５全てが発光されると、平均発光量Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂが混合された色及び発光量として知覚されることになる。

このことは、ＬＥＤチップの発光量に多少のバラツキが生じても、本実施の形態の照明原理によれば、それらバラツキを人が知覚することなくほぼ均一に近い照明光を得ることができると言う利点を示している。平均発光量ＩｒまたはＩｇまたはＩｂにおいて、所望する発光量を意図的に制御したい場合は、予め採用するＬＥＤチップの発光量の統計量を計測し、その正規分布によって平均値を算出し利用することも一つの方法である。或いは、実際の平均発光量ＩｒまたはＩｇまたはＩｂを何らかの光検出手段を用いて検知し、対応するＬＥＤチップへの印加電圧、電流を所望する平均発光量の値になるように制御することも一つの方法である。

［第２の実施の形態］
次に、図５乃至図６の（ｃ）を用いて、上記第１の実施の形態で説明した照明原理を用いた照明装置の第２の実施の形態を説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る照明装置としてのトーチランプ２１の構造を断面構造により示した図である。

本実施の形態では、図１の（ｂ）における直線状の支持部材１１に替わって、回転軸２２に連結したドラム形状のドラム支持部材２３が用いられている。ＬＥＤチップは、このドラム支持部材２３の内側の側面に沿って密に配設される（図では、簡略化のため、ＬＥＤチップそれぞれを描く代わりに、同一色を連続に配列し、円周が設定する色毎（異なる破線のハッチングにより示す）で区分されたＬＥＤチップ列２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂとして描いてある）。上記回転軸２２は、回転軸受け２５によって支持され、駆動モータ２６と連結されている。而して、この駆動モータ２６により、上記ドラム支持部材２３が矢印Ａ２方向に高速に回転できる機構となっている。

また、上記ドラム支持部材２３の一部は、凹面反射鏡２７の内部に複数のＬＥＤチップの内の一部が位置するように構成され、そのＬＥＤチップが発光するとき発光した光が上記凹面反射鏡２７に反射し、開放口２８に照射されるようになっている。なお、各ＬＥＤチップのサイドは、その側面から出る光をＬＥＤチップ前面に照射するよう反射構造となっている。

このような構成において、上記第１の実施の形態で説明した照明原理により、回転するドラム支持部材２３に連動してＬＥＤチップが凹面反射鏡２７の所定の位置（発光基準位置２９）に来たときにのみ発光し、その動作を、連続して移動するＬＥＤチップに対し連続的に行うようにすれば、強力なる照明光を得ることができる。また、照明光の色合いは、図３の（ａ）及び（ｂ）で説明したようにＬＥＤチップの発光色並びに配列数で柔軟に設定すれば良い。さらには、配設するＬＥＤチップを近紫外波長を発光する素材にし、凹面反射鏡２７の反射面に近紫外光に反応して発光する蛍光体を塗布しておくことでも同様な効果を得ることができる。この場合、照明光の色合いは異なる色を発光する蛍光体を適切に混合して設定すれば良い。

図６の（ａ）は、カメラ（撮影装置）のストロボの代わりに、上記トーチランプ２１を組み込んで用いた例を示している。即ち、カメラ本体３０内部にストロボとしてのトーチランプ２１と、イメージセンサ３１と、撮像光学系３２とが図のように配置構成されている。また、シャッタボタン３３が、カメラ本体３０上部に配置されている。

図６の（ｂ）は、このようなカメラの機能ブロック図である。
即ち、シャッタ部３４は、上記シャッタボタン３３がＯＮになったか否かで、撮像動作を操作者が指示したかどうかを検知して、その検知信号をタイミング制御部３５に入力する。このタイミング制御部３５は、上記トーチランプ２１に相当する照明部３６に予備照明を実行する命令を与える。図１の（ａ）の基本ブロック図での対応関係を言えば、上記検知信号は動作開始命令部１に入力されることになる。

また、上記タイミング制御部３５では、所定の予備照明の期間が終了したタイミング信号をイメージセンサ露光制御部３７に与え、該イメージセンサ露光制御部３７から上記イメージセンサ３１に露光動作を指示して露光を実行する。上記照明部３６は、引き続き所定期間の撮像用照明を実行する。そして、露光動作が終了すると、上記イメージセンサ露光制御部３７は露光動作の終了指示をイメージセンサ読出制御部３８に与え、それに応じて該イメージセンサ読出制御部３８は、上記イメージセンサ３１に蓄積された撮像情報を読み出して、データ化を行い、記憶部３９に一旦蓄積することで、一連の撮像動作を完了する。

図６の（ｃ）は、白色ＬＥＤを発光色として加えた例であって、図６の（ａ）のように構成されたカメラにより撮像するときの時系列的動作を示したものである。

即ち、シャッタボタン３３により撮像がＯＮになり開始された直後から上記トーチランプ２１が発光動作を開始する。所定の時間が経過した後にイメージセンサ３１の露光がなされ、露光時間経過後、該イメージセンサ３１からの信号読み出しが行われ、一連の撮像動作を完了する。この実施の形態では、シャッタボタン３３がＯＮになってからイメージセンサ３１の露光開始前までの時間は、トーチランプ２１から白色の照明光が発せられ一種の赤目防止作用を行っている。イメージセンサ３１の露光時間では、本照明原理の特長を活かして撮像条件に必要な色合いの照明光を調色して発光させている。撮像用の照明光として用いる場合は、特定の色のみの照明では被写体の色情報を反射光成分として忠実に得られない場合もあるので、図示したように白色光を発光するＬＥＤチップを他の色に適度に混ぜて配設することも必要である。

なお、ここではカメラとして、イメージセンサ３１を用いたデジタルカメラを例に説明したが、上記トーチランプ２１は、銀塩フィルムを使用する銀塩カメラにも同様に適用できることは勿論である。

［第３の実施の形態］
次に、前述の第１の実施の形態で説明した照明原理を用いた照明装置の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る照明装置は、画像投影表示装置（以下、プロジェクタ装置）の照明ユニットに応用した例である。

図７は、プロジェクタ装置の概観及び基本的構成を示した図である。
即ち、プロジェクタ本体４０には、光源と照明光学系を基本構成とする本実施の形態に係る照明装置としての照明ユニット４１と、該照明ユニット４１から照射される光を受け画像を構成する画素に対応して個々に明るさを変調する空間光変調素子４２と、該空間光変調素子４２を通過した光を投影するための投影光学系４３とが、所定の配置関係により構成されている。上記投影光学系４３から照射される光はスクリーン４４に投影され、画像が映し出される。上記空間光変調素子４２には、例えば透過型液晶によるもの、反射型液晶によるもの、反射角度制御が可能な微細ミラーアレイによるものなどが利用できるが、本発明においては手段は問わない。但し、反射タイプを用いる場合は、図７とは異なる光学系の構成が必要であるが、一般的であるので改めての説明は省略する。

図８の（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態に係る照明装置としての上記照明ユニット４１の詳細を示す図である。ここで、図８の（ａ）は照明ユニット４１を上部から見た図であり、図８の（ｂ）は同照明ユニット４１を側面から見た図である。

即ち、この照明ユニット４１においては、発光色が赤（Ｒ）色であるＬＥＤチップ列４５Ｒ、緑（Ｇ）色であるＬＥＤチップ列４５Ｇ、及び、青（Ｂ）色であるＬＥＤチップ列４５Ｂが図の如くドラム支持部材４６の外周側面に２段に実装され配設されている。このドラム支持部材４６は、回転軸４７と連結されており、該回転軸４７は、回転軸受け４８によって保持され、駆動モータ４９によって図示矢印Ａ３方向に回転駆動が可能になっている。上記回転軸４７には、更に、リング状の電源供給用接点５０ａ，５０ｂも連結されており、これら電源供給用接点５０ａ，５０ｂも上記ドラム支持部材４６と一体となって回転可能な構造になっている。

このような構造は発光体そのものが回転するため、発光体の放熱が効果的に行えるという副次的効果も有している。当然ながら、回転駆動力を利用して強制的空冷機構も構成し易くなる。

また、本実施の形態では、２個所のＬＥＤチップの発光基準位置５１ａ，５１ｂが設定されており、これら発光基準位置５１ａ，５１ｂには、それぞれ凹面反射鏡５２ａ，５２ｂが構成されている。而して、上記発光基準位置５１ａ，５１ｂに達したＬＥＤチップから発光した光は、直接または凹面反射鏡５２ａ，５２ｂで反射した光が間接的にそれぞれ対応する集光レンズ５３ａ，５３ｂにより取り込まれ、光路制御された後、それら光が同一の空間光変調素子４２に重畳された状態で照射される。

上記駆動モータ４９によって上記ドラム支持部材４６が回転すると、配設されたＬＥＤチップ列４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂも連動して回転し、上記発光基準位置５１ａ，５１ｂに位置したＬＥＤチップが瞬時的に発光を行う。この発光のための電源は上記電源供給用接点５０ａ，５０ｂから供給され、発光が必要なＬＥＤチップを発光するための電力として使われる。発光制御の仕方については、細部実施形態を提示しないが、前述した第１実施の形態において図１の（ａ）及び（ｂ）で説明した手法を用いることも一つの方法である。

このような構造にてプロジェクタ装置用の照明ユニット４１を構成することにより、ＬＥＤチップの放熱性を高めた高輝度発光を実現できることは上記実施の形態と同様に言うまでもない。さらに、空間光変調素子４２が単一の場合にカラー画像投影をしようとするとき、赤，緑，青の原色照明光を順次照射するカラー面順次照明方式が必要になるが、原色発光が可能なＬＥＤチップの特性を利用して、無駄無く必要な色の照明が可能となるので、電気エネルギーの効率的利用が可能となる。従来の白色ランプを光源として用いると、カラー面順次照明方式の場合、常時発せられている原色のうち同時には一色しか利用しないため、それ以外は利用されずエネルギーをロスせざるを得ない状況がある。

図９の（ａ）及び（ｂ）は、図８の（ａ）及び（ｂ）におけるＬＥＤチップの発光基準位置５１ａ，５１ｂから空間光変調素子４２に至る構成及びその照明方法をさらに詳しい実施の形態を提示して説明するものである。

図９の（ａ）は、ＬＥＤチップ５４の像を被照明物である空間光変調素子４２上に作る照明法を模式的に示した図であり、本実施の形態においては、共役関係にある第１の照射領域５５と第２の照射領域５６を定義し、ＬＥＤチップ５４近傍に上記第１の照射領域５５が、空間光変調素子４２配設位置付近に上記第２の照射領域５６が、それぞれ位置するような光学系の構成にしている。

即ち、ＬＥＤチップ５４からの出力光を集光マイクロレンズ５７（上記集光レンズ５３ａ，５３ｂに相当）によって集光し、さらに複数のＬＥＤチップ５４からの光を空間光変調素子４２上に重畳させることによって、ＬＥＤチップ５４の明るさ個体差を平均化させ、均一照明を実現している。ＬＥＤチップ５４は複数でも良いし、明るさが足りれば１個でも構わない。ここで、ＬＥＤチップ５４と被照明物である空間光変調素子４２とを略共役関係にすることによって、理想的に集光マイクロレンズ５７で取り込んだ光を全て空間光変調素子４２に導光することができ、照明領域に無駄が無くなり光効率が良くなる。例えば、ＬＥＤチップ５４も空間光変調素子４２も矩形である場合、空間光変調素子４２が４：３のアスペクトの矩形であり、ＬＥＤチップ５４も４：３のアスペクトを持つ矩形形状であれば、照明光学系は倍率を与えるだけの等方的なレンズ構成にすることができ、且つ、空間光変調素子４２の表示領域以外に照明光が給されることがないため、照明効率が良くなる。当然、空間光変調素子４２が１６：９のワイド画面の場合、ＬＥＤチップ５４もそれに合わせて１６：９のアスペクトのものが好適である。

あるいは、ＬＥＤチップ５４が正方形である場合でも、集光マイクロレンズ５７や重ね合わせレンズ５８を水平方向よりも垂直方向のパワーが大きいアナモルフィック光学系にすることで、照明効率は向上する。

ＬＥＤチップ５４と空間光変調素子４２とを共役関係にすることのもう一つの利点は、ＬＥＤチップ５４の配光特性において角度依存性が有ったとしても、照明ムラになりにくいことである。次に、ＬＥＤチップ面内に明るさの分布が有った場合は、照明ムラになり、実際、ＬＥＤチップ５４は通電のための電極構造を有し、チップ中にボンディングワイヤが存在して、チップ面内に明るさの分布が生じている場合がある。このような場合では、ＬＥＤチップ像位置から空間光変調素子４２位置を適宜デフォーカスすることによってボンディングの影が照明ムラとなるのを防ぐことができる。即ち、共役関係にある第１の照射領域５５と第２の照射領域５６に配置されていたＬＥＤチップ５４と空間光変調素子４２において、ＬＥＤチップ５４を第１の照射領域５５からずれた位置に配置すれば、第２の照射領域５６に配置されている空間光変調素子４２上にはＬＥＤチップ５４のボケた像が投影されるため、面内明るさ分布が平均化される。

次に、図９の（ｂ）に複数のＬＥＤチップ５４を光源に用いた別の照明法の例を示す。ＬＥＤチップ５４から放射された光を集光する手段として、各ＬＥＤチップ５４に対応して、集光マイクロレンズ５７と偏向マイクロレンズ５９の２段構成にしており、ＬＥＤチップ５４と被照明物である空間光変調素子４２とを共役関係にするのではなく、２段構成の集光手段のうちの前段の集光マイクロレンズ５７ちと空間光変調素子４２とが共役な位置関係となっている。即ち、共役関係にある第１の照射領域５５と第２の照射領域５６の位置関係において、第１の照射領域５５が集光マイクロレンズ５７近傍に、第２の照射領域５６が被照明物である空間光変調素子４２に、それぞれ位置するような光学系の構成である。また、偏向マイクロレンズ５９の前側焦点位置付近に集光マイクロレンズ５７が位置するように配設し、集光マイクロレンズ５７によるＬＥＤチップ５４の像を、偏向マイクロレンズ５９付近に位置するように、構成することによって、集光マイクロレンズ５７上に形成された入射瞳を、偏向マイクロレンズ５９と後段の重ね合わせレンズ５８とによってリレーして空間光変調素子配設位置に瞳を形成することができる。

このような照明方法および構成の利点は、複数のＬＥＤ出力光を重畳させていることにより、ＬＥＤチップ５４の明るさにおける個体差を平均化し、均一照明が得られるとともに、瞳面上に被照明物があることによって、個々のＬＥＤチップ面内に明るさ分布がある場合においても、照明ムラになりにくいことである。

図１０の（ａ）及び（ｂ）は、本第３の実施の形態に係る照明装置としての上記照明ユニット４１の変形例を示す図である。なお、図１０の（ａ）は照明ユニット４１を背面から見た図であり、図１０の（ｂ）は（ａ）中のａａ’線矢視断面図である。

この変形例では、回転軸４７に連結した凹面反射鏡６０が一体化された構造となっている。回転軸４７は回転軸受け４８によって支持され、駆動モータ４９と連結されている。この駆動モータ４９により、上記凹面反射鏡６０が図示矢印Ａ４方向に高速に回転できる機構となっている。

一方、上記回転軸４７を共通の中心軸としてドラム形状のドラム支持部材６１が図の如く固定化されて形成され、ＬＥＤチップ５４が該ドラム支持部材６１の内側の側面に沿って２段を成して密に配設されている。なお、ＬＥＤチップ５４を配設する段数は２段に限らず必要に応じて適切なる段数が設定される。この図１０の（ｂ）では、簡略化のため、ＬＥＤチップそれぞれを描く代わりに、同一色を連続に配列し、円周が設定する色毎（異なる破線のハッチングにより示す）で区分され、一回転する過程で赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の順に発光する光の色が切り替わるＬＥＤチップ列４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂとして描いてある。即ち、凹面反射鏡６０の一回転に対し、１フレームのカラー画像に必要な３原色のフィールド画像を生成可能な照明光を得ることができるようになっている。つまり、ドラム支持部材６１に配設されたＬＥＤチップ５４は、時分割に順次発光を繰り返し、内周の側面を周回するように連鎖的発光を行う（発光ポイント６２が周回する）。この場合、凹面反射鏡６０が回転動作を行うと、それに同期するようにして対応関係にあるＬＥＤチップ５４が発光を行うように発光制御がなされる。即ち、発光したＬＥＤチップ５４の光が凹面反射鏡６０に反射され集光されて、光学レンズ６３を介して被照射領域に出射される構成関係を成している。

この構成によれば、上記第１及び第２の実施の形態に示したようにＬＥＤチップそのものを回転移動させる必要がないので、ＬＥＤチップへの電気的制御信号の伝達または電源供給が固定化されて実施することが可能となり、格段に設計が容易になる。

また、駆動モータ４９の回転駆動力を共用してＬＥＤチップの放熱を促すための強制空冷機構を構成することが容易となる。更には、ドラム支持部材の同一箇所での集中的発熱ではなく、熱源が移動することで分散されるので、放熱上は非常に都合の良い構成と言える。

図１１の（ａ）及び（ｂ）は、本第３の実施の形態に係る照明装置としての上記照明ユニット４１の別の変形例を示す図である。なお、図１１の（ａ）は照明ユニット４１を背面から見た図であり、図１１の（ｂ）は（ａ）のｂｂ’線矢視断面図である。

この変形例では、回転軸４７に連結した平面反射鏡６４が一体化された構造となっている。回転軸４７は回転軸受け４８によって支持され、駆動モータ４９と連結されている。この駆動モータ４９により、上記平面反射鏡６４が図示矢印Ａ５方向に高速に回転できる機構となっている。

一方、上記回転軸４７を共通の中心軸として、ドラム形状のドラム支持部材６１が図の如く固定化されて形成され、ＬＥＤチップ５４が該ドラム支持部材６１の内側の側面に沿って２段を成して密に配設されている。

また、２セットの集光レンズ５３が、上記平面反射鏡６４と連動して回転移動可能なように、上記回転軸４７と一体化された回転支持部材６５により支持されている。なお、ＬＥＤチップ５４を配設する段数及び集光レンズ５３のセット数は同一であることが基本的であるが、その数についてはこの限りではなく、必要に応じて適切なる数が設定されれば良い。また、ＬＥＤチップ５４の配設の仕方及び発光の仕方は、図１０の（ａ）及び（ｂ）の変形例と同様である。但し、上記平面反射鏡６４が回転動作を行うと、それに同期するようにして対応関係にあるＬＥＤチップ５４が発光を行うように発光制御がなされるが、発光するＬＥＤチップ５４からの光を良好に取り込める配置関係に集光レンズ５３が設けられている。即ち、発光したＬＥＤチップ５４の光が集光レンズ５３で一旦集光されて、平面反射鏡６４に反射され光路を曲げ、光学レンズ６３を介して被照射領域に出射される構成関係を成している。

図１２の（ａ）及び（ｂ）は、図１１の（ａ）及び（ｂ）で示した変形例をさらに変形した例である。図１１の（ａ）及び（ｂ）と同様、図１２の（ａ）は照明ユニット４１を背面から見た図であり、図１２の（ｂ）は（ａ）のｃｃ’線矢視断面図である。また、図１１の（ａ）及び（ｂ）と同様な機能を果たす要素については同一番号を付し説明を省略する。

即ち、図１２の（ａ）及び（ｂ）では、回転軸４７に２枚の平面反射鏡６４ａ，６４ｂ並びに集光レンズ５３ａ，５３ｂが対となって構成されている。それぞれは、回転軸４７に対し対称の位置関係になるよう設置されている。対称位置にある発光ポイント６２ａ，６２ｂとなったＬＥＤチップ５４ａ，５４ｂから発光する光は、それぞれ、集光レンズ５３ａで集められた光が平面反射鏡６４ａに、集光レンズ５３ｂで集められた光が平面反射鏡６４ｂに反射して、光学レンズ６３を介して被照射領域に照射される。ドラム支持部材６１にＬＥＤチップ５４ａ（５４ｂ）がドラム支持部材６１の内側の側面に沿って２段を成して密に配設されているのは、図１０の（ａ）及び（ｂ）、図１１の（ａ）及び（ｂ）と同様であるが、図示矢印Ａ６方向に回転支持部材６５が一回転する過程で赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の順に発光する光の色の切り替わりが２サイクル用意されている。即ち、ドラム支持部材６１の一回転に対し、２フレームのカラー画像に必要な３原色のフィールド画像を生成可能な照明光を得ることができるようになっている。この２フレームは図中では、左図の偶数フレーム及び奇数フレームで記載されたＬＥＤチップの配設範囲に対応する。

このようなＬＥＤチップの配列状態にしておくと、駆動モータ４９の回転数を図１０の（ａ）及び（ｂ）、図１１の（ａ）及び（ｂ）の例に対し１／２に低減することができ、駆動モータ４９への負荷が低減できると共に同時に発光させ得るＬＥＤチップの数を増やすことができ、照明光の光量を増加させることができる。但し、図１０の（ａ）及び（ｂ）、図１１の（ａ）及び（ｂ）の例に比べて個々の発光時間は増加することにはなるが、放熱性能やＬＥＤチップの特性の許容範囲において、発光量を低減することなく上記効果を実現することは可能である。

なお、図８の（ａ）及び（ｂ）、図１０の（ａ）及び（ｂ）〜図１２の（ａ）及び（ｂ）の例では、発光する光の色が赤色、緑色、青色と順次切り替わる過程において、その切り替わりタイミングで何れかの２色が同時に発光される期間が存在する。照明しようとする空間光変調素子４２は一つで２色混合した成分の画像を同時に変調制御することは基本的には不可能であるので、そのような期間が存在しないように、２色混合する期間では対応するＬＥＤチップが発光しないよう制御すれば良い。或いは、２色混合する期間を許し、その期間において、対象となる２色に共通するモノクロ輝度成分を表す画像に対応させて変調制御を空間光変調素子４２に行わせることも一つの手法として考えられる。

次に、図１３の（ａ）及び（ｂ）を参照して、図１０の（ａ）及び（ｂ）〜図１２の（ａ）及び（ｂ）で説明した反射鏡による構成ではなくプリズムを用いた変形例を説明する。ここで、図１３の（ａ）は照明ユニット４１を背面から見た図であり、図１３の（ｂ）は（ａ）のｄｄ’線矢視断面図である。なお、図１３の（ａ）では、図面の明瞭化のため、本来背面からは見えないため破線で描くべきＬＥＤチップ列を実線で描いてある。

この変形例においては、回転軸４７に連結した円筒状の回転支持部材６６に図示したプリズム６７が一体化された構造となっている。回転軸４７は回転軸受け４８によって支持され、駆動モータ４９と連結されている。この駆動モータ４９により、上記プリズム６７が図示矢印Ａ７方向に高速に回転できる機構となっている。

一方、上記回転軸４７を共通の中心軸として円錐形状の円錐支持部材６８が図の如く固定化されて形成され、ＬＥＤチップ５４が、この円錐支持部材６８の内側の側面に沿って２段を成して密に配設されている。ここでは、図１３の（ｂ）における左の段をａ段、右の段をｂ段と呼ぶことにする。勿論、ＬＥＤチップ５４を配設する段数は２段に限らず必要に応じて適切なる列数が設定されることができる。また、同図では、簡略化のため、ＬＥＤチップそれぞれを描く代わりに、同一色を連続に配列し、円周が設定する色毎（異なる破線のハッチングにより示す）で区分され、一回転する過程で赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の順に発光する光の色が切り替わるＬＥＤチップ列４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂとして描いてある。即ち、上記円錐支持部材６８の一回転に対し、１フレームのカラー画像に必要な３原色のフィールド画像を生成可能な照明光を得ることができるようになっている。

集光レンズ５３は、図１１の（ａ）及び（ｂ）の変形例と同様に構成されている。即ち、発光ポイント６２となったＬＥＤチップ５４から発光する光は、それぞれ集光レンズ５３で集められて、プリズム６７の入射面６９に入射される。そして、このプリズム６７の出射面７０から出射された光は、光学レンズ６３を介して被照射領域に照射される。

上記円錐支持部材６８に配設されたＬＥＤチップ５４は、時分割に順次発光を繰り返し、内周の側面を周回するように連鎖的発光を行う（発光ポイント６２が周回する）。但し、この例では、図９の（ｃ）に示すようにＬＥＤチップ５４のａ段が発光するときは、ｂ段は発光せず、またｂ段が発光するときはａ段が発光しないという何れか一方の段のＬＥＤチップしか発光しないものとする。このようにすることで、例えば、図１３の（ａ）に示すようにｂ段が全て緑（Ｇ）色を形成し、ａ段が赤（Ｒ）色と青（Ｂ）色を領域を区分して形成されているとすると、円錐支持部材６８の回転に伴って、まずａ段の赤（Ｒ）色であるチップ列４５ＲのＬＥＤチップ５４が所定期間発光し、赤色の発光期間終了と同時にｂ段の緑（Ｇ）色であるチップ列４５ＧのＬＥＤチップ５４に切り替わり所定期間発光し、同様に緑色の発光期間終了と同時にａ段の青（Ｂ）色であるチップ列４５ＢのＬＥＤチップ５４に切り替わり所定期間発光し、最後に再び青色の発光期間終了と同時にｂ段の緑（Ｇ）色であるチップ列４５ＧのＬＥＤチップ５４に切り替わり所定期間発光するという動作を１サイクルとして繰り返すことができる。即ち、１サイクル中に赤、緑、青、緑の順に発光する光の色を瞬時的に切り替えることが可能なシーケンスを形成できる。

このような構成及び発光制御により、発光色の切り替わり点で異なる発光色が混合することを防止でき、瞬時に発光色の切替えを行うことができる。図１０の（ａ）及び（ｂ）〜図１２の（ａ）及び（ｂ）の例では、発光色の切り替わり状態においては異なる色の混合を避けるためには、隣接する異なる発光色のＬＥＤチップの間に非発光範囲を設けておくことで対応可能であったが、その間の光利用効率が低減される。これに対し、図１３の（ａ）及び（ｂ）の例のように発光色を瞬時に切替えることが可能であることは、プロジェクタ装置の空間光変調素子４２の画像切替えも瞬時に行え、非発光期間という無駄な時間をなくし照明効率を向上させることができる。

［第４の実施の形態］
次に、前述の第１の実施の形態で説明した照明原理を用いた照明装置の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る照明装置は、プロジェクタ装置の照明ユニットに応用した例であり、プロジェクタ機能と一般照明機能を兼ね備えるものである。

図１４は、本実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットの適用されたプロジェクタ装置の構成を示す図であり、プロジェクタ機能部分と照明用の反射傘の部分を断面図で表し、その他の装置部分については、斜視図で表している。

同図に示すように、円筒状の回転軸７１が設けられ、その中心軸の延長線状に固定平面ミラー７２が設置されている。上記回転軸７１は回転軸受け７３によって支持され、不図示の駆動モータによって回転駆動が可能になっている。

また、上記回転軸７１を共通の中心軸として円錐形状の回転円錐支持部材７４が図の如く上記回転軸７１と一体化されて形成され、ＬＥＤチップ５４がこの回転円錐支持部材７４の内側の側面に沿って３段を成して密に配設されている。勿論、ＬＥＤチップ５４を配設する段数は３段に限らず必要に応じて適切なる段数が設定されることができる。同図では、簡略化のため、ＬＥＤチップそれぞれを描く代わりに、同一色を連続に配列し、円周が設定する色毎（異なる破線のハッチングにより示す）で区分され、一回転する過程で赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の順に発光する光の色が切り替わるＬＥＤチップ列として描いてある。即ち、上記回転円錐支持部材７４の一回転に対し、１フレームのカラー画像に必要な３原色のフィールド画像を生成可能な照明光を得ることができるようになっている。

発光基準位置５１に達したＬＥＤチップ５４により発光した光はそれぞれ対応する集光レンズ５３により取り込まれ、光学レンズ６３によって平行光に近い状態に光学制御された後、上記固定平面ミラー７２に反射させて空間光変調素子４２に重畳された状態で照射される。本実施の形態においては、上記空間光変調素子４２として、単板の透過型液晶を用いている。この空間光変調素子４２で画像に対応して変調された光は、投影光学系４３によって投影面７５に投射され結像画像を作る。この投影面７５は、このプロジェクタ装置を設置するテーブル面７６の一部を利用している。

上記集光レンズ５３、光学レンズ６３、固定平面ミラー７２、空間光変調素子４２、投影光学系４３は全て所定の位置関係になるように本プロジェクタ装置に固定化されて構成されており、回転はしない。上記回転円錐支持部材７４に配設されたＬＥＤチップ５４は、上記第１の実施の形態で説明した照明原理によって、その回転移動に伴って時分割に順次発光を繰り返し、連鎖的発光を行う。

一方、このプロジェクタ装置を一般照明装置として利用する場合は、上記回転円錐支持部材７４の回転を静止させ、上記回転円錐支持部材７４に配設されたＬＥＤチップ５４の全てまたは一部を同時に発光させる。同時発光された光は傘状の反射部材７７によって反射され、上記テーブル面７６に照射され、そのテーブル面７６を通常照明器具と同様に照明する。これらプロジェクタ機能及び一般照明機能の駆動制御手段及び切替え手段の詳細は図示しないが、別途装置内に設けられている。

上記反射部材７７は、ジョイント７８ａ，７８ｂ，７８ｃ、アーム７９ａ，７９ｂ、及びベース８０からなる柔軟に可動可能な支持部材によって支持される。上記ベース８０はまた、上記テーブル面７６の縁に固定される。

なお、上記回転円錐支持部材７４に配設されたＬＥＤチップ５４は、原色の発光色に限らず、白色光のＬＥＤチップを適度に配設しておくと通常の照明機能として利用するとき、照明光の色バランスが良く都合が良い。また、プロジェクタ機能として利用する際は、その白色光は使わないようにしておいても良い。何れにしても、照明光の色合いは第１の実施の形態で説明したように利用者の好みに或いは用途に応じて調整すれば良い。

上記のように、本実施の形態によれば、次世代光源として期待される数々の長所を備えたＬＥＤを効果的に利用可能とするプロジェクタ機能と一般照明機能を兼ね備えたプロジェクタ装置が実現できる。画像情報が電子化され扱われることが今後加速していく中で、改めて設置されたディスプレイで画像情報を見るよりも、照明器具の一部として画像表示機能を持つ装置があれば、非常に手軽に電子化された画像情報を見る環境が与えられる。また、表示手段がプロジェクタであることは、表示画面サイズが柔軟に選択できること、表示部が食卓の上であったり、勉強机の上であったりと専用のスペースを必要としないなど、日常生活において非常に親和性のある使い方ができる。さらには、比較的大画面の表示が可能であるにも拘らず、照明ユニット自体は小型化が可能であるが故に、プロジェクタ装置を一般照明器具に組込むことが可能である。

以上実施の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の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、上記のような照明原理を実現するために、個々の発光体、その発光体を発光させる機構、発光体の配設の仕方、発光体を可動させる機構、集光あるいは照明光を得るために必要な光学系は、上記実施の形態で説明したもの以外に、他の様々な公知技術を適用することができることは当然である。

（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）光源からの光を被照明領域に照明する照明装置において、
光源である複数の発光体と、
上記複数の発光体それぞれを点灯駆動する点灯手段と、
上記点灯手段で点灯する発光体の出射光を被照明領域に導き照射する光学手段と、
被照明領域に照明する上記発光体の出射光の光路の変更、及び／又は、発光体の移動を行う光制御部材を稼動可能に駆動する可動手段と、
被照明領域を照明する光を上記複数の発光体の出射光から選択するように上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段を制御する光選択制御手段と、
を具備することを特徴とする。

この（１）に記載の照明装置によれば、個々の発光体を瞬時的に所定期間強力発光させることにより、発熱そのものをも抑圧し且つ放熱性にも優れ、発光体の負荷を低減しながらも大きな光量を得て、発光体そのものを高速に移動させる等、異なる発光体に次々と連鎖的にその動作を実行することで見かけ上連続した非常に明るい照明光を得ることができる。即ち、単にＬＥＤのような発光体を多数配列して同時点灯により光量を稼ごうとする方法では為し得なかった、集光性の高い光束を効率良く作り出すことが効果的に図られる。

なお、この（１）に記載の各構成要件と第１の実施の形態との対応関係を以下に説明する。複数の発光体は、複数の発光体Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_ｎ（具体的にはＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７）が対応する。点灯手段は、発光体駆動部７_１，７_２，…，７_ｎが対応する。光学手段は、光学レンズ（１７と１８または１７）やロッドレンズ１９が対応する。可動手段は、発光体可動部４（具体的には支持部材１１とボイスコイルモータ１２）が対応する。光選択制御手段は、発光体可動制御部２及び発光体選択制御部６が対応する。

（２）上記複数の発光体は、第１の色特性の発光体と、該第１の色特性とは異なった第２の色特性の発光体と、を少なくとも含んでいることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（２）に記載の照明装置によれば、複数の異なる発光色を組み合わせ人の残光現象を利用して混合色を柔軟に作り出すことができる。即ち、照明光として必要または最適な色光を容易に得ることができるため非常に広範囲な照明としての応用が図られる。

（３）上記光選択制御手段は、被照明領域を照明する光を所定時間積算した時の照明光の色特性が所望するものとなるように上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段を制御することを特徴とする（２）に記載の照明装置。

この（３）に記載の照明装置によれば、複数の発光体が個々に異なる色の光を発しながらも、それらを時間的に積算した結果として色調を視覚に与えることができる。即ち、個々の発光体が単色光であっても、照明光として必要または最適な色光を容易に得ることができるため非常に広範囲な照明としての応用が図られる。

（４）上記所望する色光は白色光であることを特徴とする（３）に記載の照明装置。

この（４）に記載の照明装置によれば、白色光を単独で発光させる発光体を改めて用意せずとも、一般照明として求められる白色光を効率良く発生させることができ、応用範囲が広い照明装置が得られる。

（５）上記所望する色光の色特性は、太陽光スペクトルに近似したスペクトル特性を有するものであることを特徴とする（３）に記載の照明装置。

この（５）に記載の照明装置によれば、色再現の良い照明光である太陽光に近いスペクトル成分を持った光を生成することができる。即ち、写真撮影や色再現性が高く求められる照明に対し、その欲求を容易に満たす照明装置を提供することができる。

（６）上記所望する色特性を設定する照明色特性設定手段を更に具備し、
上記光選択制御手段は、上記照明色特性設定手段で設定した色特性の照明光で被照明領域が照明されるように、上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段を制御することを特徴とする（３）に記載の照明装置。

この（６）に記載の発明の照明装置によれば、所定の色光のみでなく照明色特性設定手段により一つの照明装置において柔軟に所望する色光を作り出すことが可能となる。即ち、その都度必要に応じて所望する色光を照明できるためコスト的、設置性の面で非常に利用価値の高い照明装置を提供することができる。

（７）上記複数の発光体はそれぞれ、人間の可視波長域を複数種類のスペクトル成分に分割した複数の波長域の光のうちの何れかの波長域の光を出射するものであることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（７）に記載の照明装置によれば、可視波長域をすべて含む色光を生成することができる。即ち、特定色の照明では不十分である色再現を効果的に図ることができる。

（８）上記被照明領域を照明する光は、人間の可視波長域全てのスペクトル成分を有するように、
上記複数の発光体の出射光のスペクトル成分が設定され、且つ、
上記光選択制御手段は、上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段を制御する、
ことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（８）に記載の照明装置によれば、個々の単色光の発光体の選択及び点灯制御により容易に可視波長域をすべて含む色光を生成することができる。即ち、特定色の照明では不十分である色再現を効果的に図ることができる。

（９）上記可動手段は、上記複数の発光体と上記光学手段とを相対的に移動させることにより、上記光路の変更を行うことを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（９）に記載の照明装置によれば、発光体と光学手段の移動が絶対的関係ではなく相対的関係により実現できる。即ち、柔軟な設計条件により照明装置を構成することが可能となる。

（１０）上記光選択制御手段は、上記点灯手段を用いて上記発光体の出射光の光量を制御することによって、上記複数の発光体の出射光から被照明領域を照明する光を選択することを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（１０）に記載の照明装置によれば、電気的光量制御により容易に且つ迅速に選択する発光体を切り替えることが可能となる。即ち、極めて容易なる光の選択を可能にする照明装置を構成できる。

（１１）上記複数の発光体は、同一の色特性の発光体であることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（１１）に記載の発明の照明装置によれば、同一の色光の発光体を複数用いて所望する発光を行うため、個々の発光量または発光色成分のバラツキがあっても影響が少ない照明光を作り出すことができる。即ち、発光体の光量または発光色成分の製品バラツキを高精度で管理することなく適用し吸収できるので、コスト的に有利な製品化が可能となる。

（１２）上記光学手段は、凹面ミラーによって構成されていることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（１２）に記載の発明の照明装置によれば、発光体からの複数の出射光をまとめて凹面ミラーにより集光するために、個々の発光体の出射範囲を広くカバーした集光が可能となり、且つ発光体個々に対応した取込み用レンズを不要にできる。即ち、部品点数を軽減し構成を簡素化した非常に効率的且つ色ムラ、照明ムラの少ない集光を実現することができる。

（１３）被写体を撮影する撮影装置であって、
（１）に記載の照明装置と、
被写体の像を結像する撮像光学手段と、
上記結像した被写体像を露光し撮像する撮像手段と、
上記撮像手段の露光開始タイミングを操作するシャッタボタンと、
を具備し、
上記照明装置の光選択制御手段は、上記露光開始タイミングに同期して照明光を発光するように上記可動手段、及び／又は、上記点灯手段を制御することを特徴とする撮影装置。

この（１３）に記載の撮影装置置によれば、（１）に記載の照明装置の利点を活かした撮影装置用の照明を提供できる。即ち、小型、高輝度、高効率、高寿命、高応答性、低消費電力、等の多くのメリットを有する発光体を撮像装置の露光タイミングに適応して効果的に適用することができるので、優れた撮影装置用の照明が可能となる。

（１４）上記撮像手段は、上記シャッタボタンが押されてから所定時間経過後に露光を開始し、且つ、上記照明装置の光選択制御手段は、上記シャッタボタンが押された直後から照明光を発光することを特徴とする（１３）に記載の撮影装置。

この（１４）に記載の撮影装置によれば、露光前に照明を開始することが可能である。即ち、所謂赤目防止等に対する作用も効果的且つ容易なる制御により実現することができる。

（１５）投影面に画像情報に対応する画像を投影するプロジェクタ装置であって、
（１）に記載の照明装置と、
上記画像情報に対応して上記照明装置から発せられた照明光を変調して透過又は反射する光変調手段と、
上記光変調手段で変調した光を投影面に対して投影する投影光学手段と、
を具備することを特徴とするプロジェクタ装置。

この（１５）に記載のプロジェクタ装置によれば、（１）に記載の照明装置の利点を活かしたプロジェクタ用の照明を提供できる。即ち、小型、高輝度、高効率、高寿命、高応答性、低消費電力、等の多くのメリットを有する発光体を利用可能とすると共にプロジェクタに求められる高輝度で集光性、平行性の高い光束を有する照明を実現できる。

（１６）上記光学手段は、複数の分離した照射領域の光を被照射領域に対して照射可能に構成され、
上記光選択制御手段は、上記複数の照射領域に対応する発光体の出射光を選択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（１６）に記載の照明装置によれば、複数の発光体が発する光を同時に利用可能とし、より多くの光量を得ることができる。即ち、求められる光量に対し柔軟に応えられる照明装置の提供が可能となる。

（１７）上記複数の照射領域は、２次元に配列されたものであることを特徴とする（１６）に記載の照明装置。

この（１７）に記載の照明装置によれば、２次元配列により構成面の規模を必要以上に大きくすることなく効率良く設定することができる。即ち、コンパクトで且つ大きな光量を得る照明装置の構成が可能となる。

（１８）上記光選択制御手段は、上記発光体の出射光のうち、同じ色特性を有する出射光を同時に選択するように制御することを特徴とする（１７）に記載の照明装置。

この（１８）に記載の照明装置によれば、同一の色光を選択できるので、同一色のより明るい照明光を作り出すことができる。即ち、同時には同一色が必要なプロジェクタのような応用では、有効にその効果が発揮できる。

（１９）上記光学手段は、
上記発光体の出射光を第１の照射領域に対して照射し、上記第１の照射領域を経た光を第２の照射領域である被照明領域に対して照射するものであり、
上記第１の照射領域と上記第２の照射領域とが光学的に共役な関係となるような光学構成であることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（１９）に記載の照明装置によれば、照明装置は、上記第１の照射領域の大きさが、上記半導体または電子線励起の発光体の発光面の大きさと略等しいものである。即ち、第１の照射領域サイズが発光面のサイズに略等しいことにより、第２の照射領域の大きさが発光面に照明光学系の倍率を乗じたサイズにほぼ等しくなり、被照明領域の面積において無駄のない照明が達成できる。

（２０）上記第１の照射領域に上記複数の発光体の発光面を配置したことを特徴とする（１９）に記載の照明装置。

この（２０）に記載の照明装置によれば、第１の照明領域に複数の発光体の発光面を配置がされているので、複数の発光した光を第２の照射領域に集め照射することができる。即ち、より多くの光量を第２の照射領域に照射し、より明るい照明光の利用が可能となる。

（２１）上記光学手段は、上記第１の照射領域近傍に配される集光光学素子と、この集光光学素子に対応して配される偏向光学素子と、この偏向光学素子を出射した光を上記第２の照射領域に導く重畳手段とからなり、
上記第１の照射領域、第２の照射領域に光学的な瞳を形成したことを特徴とする（１９）に記載の照明装置。

この（２１）に記載の照明装置によれば、上記導光手段は、上記発光体の出力光を集光し、上記第１の照射領域近傍に配される第１集光光学素子、および第１集光光学素子に対応して配される第２集光光学素子とからなる集光手段と、該集光手段から射出された光を、上記第２の照射領域に導く重畳手段とを有し、上記第１の照射領域近傍に第１集光光学素子を配設し、さらに上記第１の照射領域、第２の照射領域に光学的な瞳を形成しているものである。即ち、上記構成の照明装置にすることよって、瞳を共役関係にすることによって瞳がリレーされ、被照射領域に瞳を形成することができ、無駄のない効率の良い照明が可能となる。また、複数の発光体を設けた場合においては、被照明領域において各発光体からの光を重ね合わせることができ、発光体の明るさにおける個体差を平均化し均一照明が可能となる。さらに、発光体発光面に明るさの面内ムラがある場合でも、被照射領域で照明ムラになりにくく、均一な照明が達成できる。

（２２）上記光制御部材は、屈折部材を備えることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（２２）に記載の照明装置によれば、発光体からの出射光をプリズムのような屈折部材で容易に光路制御を行うことができる。即ち、光の減衰を低減した光路制御を可能とする。

（２３）上記光制御部材は、ミラー部材を備えることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

この（２３）に記載の照明装置によれば、発光体からの出射光をミラーによって容易に光路制御を行うことができる。即ち、発光体を移動させることなく実現可能であるので、発光体を発光駆動させるための電気回路や電源供給系の設計が容易になり信頼度の高い品質を有した製品化が可能となる。

（２４）上記屈折部材は、上記複数の発光体の出射光に対する角度が時系列に順次変化するように、上記複数の発光体に対し相対的に動く入射面を有するプリズムであることを特徴とする（２２）に記載の照明装置。

この（２４）に記載の照明装置によれば、発光体の出射光の出射角度と連動して屈折部材の入射面を動かすことができる。即ち、効果的に出射光を取り込み照明光として利用することが可能となる。

（２５）上記ミラー部材は、上記複数の発光体の出射光に対する角度が時系列に順次変化するように、上記複数の発光体に対し相対的に動く反射面を有するミラーであることを特徴とする（２３）に記載の照明装置。

この（２５）に記載の照明装置によれば、発光体の出射光の出射角度と連動してミラー部材の入射面を動かすことができる。即ち、効果的に出射光を取り込み照明光として利用することが可能となる。

（２６）上記ミラーの反射面は、曲面を有し、
上記光学手段を兼ねることを特徴とする（２３）に記載の照明装置。

この（２６）に記載の照明装置によれば、発光体の出射光を集光及び光路制御を兼ねたミラーにより構成できる。即ち、部品点数を軽減し簡素化した構成の照明装置が提供可能となる。

（２７）上記屈折部材の入射面は、複数の平面からなることを特徴とする（２２）に記載の照明装置。

この（２７）に記載の照明装置によれば、発光体の出射光を複数の屈折部材により光路制御できるため、より多くの発光体の出射光を同時に取り込み利用することが可能となり、光量を増した照明装置が可能となる。

（２８）上記ミラー部材の反射面は、複数の平面からなることを特徴とする（２３）に記載の照明装置。

この（２８）に記載の照明装置によれば、発光体の出射光を複数のミラー部材により光路制御できるため、より多くの発光体の出射光を同時に取り込み利用することが可能となり、光量を増した照明装置が可能となる。

（２９）上記光学手段は、上記複数の照射領域からの光を合成するプリズムを含むことを特徴とする（１６）に記載の照明装置。

この（２９）に記載の照明装置によれば、発光体の出射光を複数の照射領域より同時に合成して光路制御できるため、より多くの発光体の出射光を同時に取り込み利用することが可能となり、光量を増した照明装置が可能となる。

（３０）上記発光体の出射光を、上記光学手段及び上記投影光学手段とは異なる光学経路で上記投影面を照明可能とする反射手段を更に具備することを特徴とする（１５）に記載のプロジェクタ装置。

この（３０）に記載のプロジェクタ装置によれば、発光体の出射光をプロジェクタ装置の照明光として利用するのみならず、同一の発光体を共用し、それらの出射光を別の反射面を介して利用できるので通常の照明としても利用することができる。即ち、同一の照明装置でありながら、プロジェクタ装置及び一般照明装置としての２通りの利用の仕方が可能になる装置の提供が可能となり利便性の高い装置の提供が図られる。

（ａ）は照明原理を説明するための本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の機能ブロック図、（ｂ）は発光ユニット部の構成を示す図であり、（ｃ）はＬＥＤチップの印加電流と発光量の関係をモデル化したグラフで示した図である。（ａ）は図１の（ｂ）中の７つのＬＥＤチップの発光タイミングを示す図であり、（ｂ）は第１の実施の形態における発光ユニット部の変形例を示す図である。照明光の色合いを調色する方法の一例を説明するための図であって、特に、（ａ）は発光ユニット部の構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の各ＬＥＤチップに対応してそれらの発光量の状態を示す図である。（ａ）は可視光の各色のスペクトル成分を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は配設されたＬＥＤチップの発光量において固体差バラツキが存在する場合に第１の実施の形態の照明原理を用いることでそれらバラツキが吸収可能な様子を説明するための図であって、特に、（ｂ）は発光ユニット部の構成を示す図であり、（ｃ）は（ｂ）の各ＬＥＤチップに対応してそれらの発光量の状態を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る照明装置としてのトーチランプの構造を断面構造により示した図である。（ａ）は図５のトーチランプをストロボの代わりに使用したカメラ（撮影装置）におけるトーチランプの配置を説明するための図、（ｂ）はこのカメラの機能ブロック図であり、（ｃ）はこのカメラにより撮像するときの時系列的動作を説明するための図である。本発明の第３の実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットを用いた画像投影表示装置（プロジェクタ装置）の概観及び基本的構成を示す図である。第３の実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットの詳細を示す図であって、特に、（ａ）は照明ユニットを上部から見た図であり、（ｂ）は照明ユニットを側面から見た図である。（ａ）はＬＥＤチップの像を被照明物である空間光変調素子上に作る照明法を模式的に示した図、（ｂ）は複数のＬＥＤチップを光源に用いた別の照明法の例を示す図であり、（ｃ）は図１３の（ａ）及び（ｂ）に示す構成におけるＬＥＤチップの発光タイミングを説明するための図である。第３の実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットの変形例を示す図であって、特に、（ａ）は照明ユニットを背面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）中のａａ’線矢視断面図である。第３の実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットの別の変形例を示す図であって、特に、（ａ）は照明ユニットを背面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のｂｂ’線矢視断面図である。図１１の（ａ）及び（ｂ）で示した変形例をさらに変形した例を示す図であって、特に、（ａ）は照明ユニットを背面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のｃｃ’線矢視断面図である。第３の実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットの更に別の変形例を示す図であって、特に、（ａ）は照明ユニットを背面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のｄｄ’線矢視断面図である。本発明の第４の実施の形態に係る照明装置としての照明ユニットの適用されたプロジェクタ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…動作開始命令部、２…発光体可動制御部、３…発光ユニット部、４…発光体可動部、５…発光体位置検出部、６…発光体選択制御部、７_１，７_２，…，７_ｎ…発光体駆動部、８…照明色特性設定部、１１…支持部材、１２…ボイスコイルモータ、１３…反射部、１４…発光素子、１５…受光素子、１６，２９，５１，５１ａ，５１ｂ…発光基準位置、１７，１８，６３…光学レンズ、２１…トーチランプ、２２，４７，７１…回転軸、２３，４６，６１…ドラム支持部材、２５，４８，７３…回転軸受け、２６，４９…駆動モータ、２７…凹面反射鏡、２８…開放口、３０…カメラ本体、３１…イメージセンサ、３２…撮像光学系、３３…シャッタボタン、３４…シャッタ部、３５…タイミング制御部、３６…照明部、３７…イメージセンサ露光制御部、３８…イメージセンサ読出制御部、３９…記憶部、４０…プロジェクタ本体、４１…照明ユニット、４２…空間光変調素子、４３…投影光学系、４５Ｂ…ＬＥＤチップ列（青色）、４５Ｇ…ＬＥＤチップ列（緑色）、４５Ｒ…ＬＥＤチップ列（赤色）、５２ａ，５２ｂ，６０…凹面反射鏡、５３，５３ａ，５３ｂ…集光レンズ、５４，５４ａ，５４ｂ，Ｌ_１〜Ｌ_１５，Ｌ_ｎ…ＬＥＤチップ、６２，６２ａ，６２ｂ…発光ポイント、６４，６４ａ，６４ｂ…平面反射鏡、６５，６６…回転支持部材、６７…プリズム、６８…円錐支持部材、７２…固定平面ミラー、７４…回転円錐支持部材、７５…投影面、７７…反射部材。

Claims

光源からの光を被照明領域に照明する照明装置において、
光源である複数の発光体と、
前記複数の発光体それぞれを点灯駆動する点灯手段と、
前記点灯手段で点灯する発光体の出射光を被照明領域に導き照射する光学手段と、
被照明領域に照明する前記発光体の出射光の光路の変更、及び／又は、発光体の移動を行う光制御部材を稼動可能に駆動する可動手段と、
被照明領域を照明する光を前記複数の発光体の出射光から選択するように前記可動手段、及び／又は、前記点灯手段を制御する光選択制御手段と、
を具備することを特徴とする照明装置。