JP2006293125A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤからの光量を有効に活用することができ、簡単で小型の照明装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａのモータ７１Ｇ，７１Ｂ
，７１Ｒが基板６１を回転させるので、各ＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒが効率的に冷却される。また、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａの基板６１を回転させることにより、各ＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒも回転し、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａからの各色光の輝度分布を円周方向に関して均一化することができ、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａから均一な輝度分布の照明光を射出させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像投射の対象となる液晶パネル等の光変調装置を照明するための照明装置、及び、これを組み込んだプロジェクタに関する。

プリント基板からなる基板上にＬＥＤを配列した円板型のモジュールを備える照明装置（特許文献１）や、基板上面にＬＥＤを配列して容器で覆うとともに基板上面と容器との間の空間に冷却用の液体を満たす照明装置（特許文献２）が存在する。

また、画像投影装置の光源として、環状の内面にＬＥＤを配列したドラム状の発光体基板と、この発光体基板の中心に配置されて回転する導光ロッド部材とを有するものも存在する（特許文献３）。
特開２００２−３０４９０２号公報 特開平１１−１６３４１０号公報 特開２００４−０９９０２４号公報

しかしながら、基板上にＬＥＤを配列する光源装置は、ＬＥＤの配列に起因して色ムラが不可避的に発生する傾向がある。また、このような色ムラを低減するためには、比較的長いロッドレンズ等を用いて均一化する必要があり、光源装置が大型化する傾向がある。

また、発光体基板中心に配置された導光ロッド部材を回転させる上述の光源は、導光ロッド部材への光の供給が周期的に遮断され、ＬＥＤからの光量を有効に活用することができない。また、上述の光源は、発光体基板の中心方向に沿って光を導く導光ロッド部材の使用が不可欠で、光源の構造が複雑化し大型化しやすい。

そこで、本発明は、簡単な構造で小型でありながら、ＬＥＤからの光量を有効に活用することができる照明装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、（ａ）複数の固体光源装置と、（ｂ）複数の固体光源装置を所定の配列で支持する基板と、（ｃ）基板を支持して回転させる回転駆動手段とを備える。

上記照明装置では、回転駆動手段が複数の固体光源装置を所定の配列で支持する基板を回転させるので、各固体光源装置が基板の回転軸のまわりに回転することになり、光源の輝度分布を少なくとも円周方向に関して均一化することができる。よって、均一な輝度分布の照明光を射出するとともに、簡単かつ小型な構造で光量を有効に活用することができる照明装置を提供することができる。なお、光源の輝度分布を半径方向に関して均一化するためには、例えば、基板上における固体光源装置の配列密度をその半径位置での円周長や回転速度に対応して調整する。

本発明の具体的観点では、上記照明装置において、基板が裏面側にヒートシンクを有する。この場合、複数の固体光源装置で発生した熱を基板側に伝達して各固体光源装置を効率的に冷却することができる。

本発明の別の具体的観点では、ヒートシンクが、回転する空冷ファンとして基板の本体部分を空冷する。この場合、ヒートシンクが効果的に空冷され、各固体光源装置の冷却をさらに効率化することができる。

本発明の別の具体的観点では、回転駆動手段が、基板の中央の裏面側において空冷ファンの中心に配置されるモータである。この場合、モータを空冷ファンの動作を妨げないように中心に効率的に収めることができ、照明装置のさらなる小型化を図ることができる。

本発明の別の具体的観点では、基板の本体部分が表面実装基板である。この場合、各固体光源装置を所望の配列で取り付けることができ、これらを互いに結線することができる。なお、各固体光源装置への電力供給にはブラシ接点等を利用することができる。

本発明の別の具体的観点では、複数の固体光源装置が、ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子からの光線を前方に反射するミラーとを有する。この場合、ミラーによって各ＬＥＤ素子からの光を有効に取り込んで前方に射出させることができる。

本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述の照明装置と、（ｂ）照明装置から射出された照明光によって照明される光変調部と、（ｃ）光変調部からの像光を投射する投射光学系とを備える。

本発明のプロジェクタでは、照明装置が簡単な構造を有し小型化可能であるにも拘らず均一な輝度分布の照明光を射出するので、光変調部を効率的に照明することができ明るい像光を投射することができる小型のプロジェクタを提供することができる。

本発明の具体的観点では、照明装置が、各色の照明光を発生し、光変調部が、照明装置から射出された各色の照明光によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、当該各色の光変調装置でそれぞれ変調された各色の像光を合成して投射光学系に射出する光合成光学系とを有する。この場合、各色の光変調装置で変調された各色の像光を合成し、投射光学系によってカラー画像を投射することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。このプロジェクタ１０は、照明装置２０と、光変調部３０と、投射レンズ４０とを備える。ここで、照明装置２０は、同様の構造を有する３つの部分、すなわちＧ光用照明装置２１と、Ｂ光用照明装置２３と、Ｒ光用照明装置２５とを有する。また、光変調部３０は、光変調装置である３つの液晶ライトバルブ３１，３３，３５と、光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム３７とを有する。

図２は、図１のプロジェクタ１０の制御系を説明する図である。プロジェクタ１０は、照明装置２０、光変調部３０等の光学系部分の動作を制御するため、マイクロコンピュータを含む制御装置５０を備える。また、照明装置２０は、各色用照明装置２１，２３，２５をそれぞれ個別に発光動作させるための発光用電源部２７と、各色用照明装置２１，２３，２５に設けた第１〜第３光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａを適当な速度で回転させる回転用電源部２９とを備える。さらに、光変調部３０は、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に各色用の駆動信号をそれぞれ出力するパネル駆動装置３８を備える。

照明装置２０のうち、Ｇ光用照明装置２１は、第１光源ユニット２１ａとロッドインテグレータ２１ｂとを備える。前者の第１光源ユニット２１ａは、発光素子である多数のＬＥＤ光源１１Ｇを、基板６１上に適当な２次元的配列で取り付けたものであり、各ＬＥＤ光源１１Ｇは、３原色のうち緑光をそれぞれ発生する。第１光源ユニット２１ａからの第１照明光ＬＧは、ロッドインテグレータ２１ｂの一端で無駄なく回収され内部で均一化された状態で他端から射出され、光変調部３０のうちＧ光用の液晶ライトバルブ３１に入射する。つまり、Ｇ光用照明装置２１は、ロッドインテグレータ２１ｂの射出端に対向配置された液晶ライトバルブ３１上の被照射領域（画像情報形成領域）を全体的に均一に照明する。なお、図面では省略しているが、例えば第１光源ユニット２１ａとロッドインテグレータ２１ｂとの間には、偏光変換素子を配置することもでき、この場合、液晶ライトバルブ３１での変調に適した偏光面を有する第１照明光ＬＧを液晶ライトバルブ３１に入射させることができる。

図３（ａ）は、図１等に示す第１光源ユニット２１ａの平面図であり、図３（ｂ）は、第１光源ユニット２１ａの側面図であり、図３（ｃ）は、第１光源ユニット２１ａの裏面図である。図からも明らかなように、第１光源ユニット２１ａは、固体光源装置である多数のＬＥＤ光源１１Ｇと、これらＬＥＤ光源１１Ｇを支持するアルミ製の基板６１と、この基板６１を支持して回転させるモータ７１Ｇとを備える。

このうち、ＬＥＤ光源１１Ｇは、パッケージ状の電子素子であり、発光体であるＬＥＤチップ６３と、ＬＥＤチップ６３を背後から支持するミラー６５と、ミラー６５の正面側に形成されてＬＥＤチップ６３を封止する透明樹脂６７とを有する。ミラー６５は、ＬＥＤチップ６３から側方や後方に射出された光束を有効に取り込んで前方に射出させる。また、透明樹脂６７は、先端部分がレンズとなっており、ＬＥＤチップ６３から射出された光束を適当な広がり角で外部に射出させる。

また、基板６１は、本体部分である円板状の基板本体６１ａと、基板本体６１ａの背面側に形成された空冷ファン６１ｂとを備える。前者の基板本体６１ａは表面実装基板となっている。つまり、基板本体６１ａの表面には、各ＬＥＤ光源１１Ｇを直列に接続するための配線パターン６１ｄが絶縁層上に形成されており、基板本体６１ａの表面外縁には、回転用電源部２９からの電力を直列接続されたＬＥＤ光源１１Ｇに供給するための一対の端子である２重環状の接点６１ｅが形成されている。この接点６１ｅには、発光用電源部２７から延びるブラシ６１ｆが適当な付勢力で当接するようになっており、ＬＥＤ光源１１Ｇの連続発光を可能にしている。後者の空冷ファン６１ｂは、基板本体６１ａの裏面に立設され軸心から放射状に延びる多数の板状の冷却フィン６１ｇからなり、ＬＥＤ光源１１Ｇで発生した熱を基板本体６１ａの裏面側に伝導・放熱するためのヒートシンクとして機能する。つまり、空冷ファン６１ｂは、それ自体でＬＥＤ光源１１Ｇの放熱空冷装置として機能し、さらに、回転することによってＬＥＤ光源１１Ｇ等の強制的空冷が可能になる。

モータ７１Ｇは、基板本体６１ａを裏面側から支持して回転させる回転駆動手段であり、モータ７１Ｇから延びる回転軸の先端は、基板本体６１ａの裏面の中心に固定されており、基板６１は、モータ７１Ｇに駆動されて回転軸ＡＸのまわりに所望の速度で高速回転可能になっている。なお、モータ７１Ｇは、基板本体６１ａの反対側端において、不図示の固定部材によってプロジェクタ１０の筐体側に固定されている。モータ７１Ｇを駆動してこれに取り付けられた基板６１を回転させることにより、空冷ファン６１ｂや基板本体６１ａが冷却され、さらに、基板本体６１ａ上の各ＬＥＤ光源１１Ｇも効率的に冷却される。また、基板６１の回転により、基板本体６１ａ上の各ＬＥＤ光源１１Ｇも回転軸ＡＸのまわりに回転する。つまり、ＬＥＤ光源１１Ｇを適宜配列した基板６１からなる第１光源ユニット２１ａからの緑色光源光の輝度分布を円周方向に関して均一化することができ、第１光源ユニット２１ａから平滑化された均一な輝度分布の照明光を射出させることができる。この場合、基板６１をモータ７１Ｇによって回転させるだけの簡単な構造となっているので、第１光源ユニット２１ａの構造を簡単かつ小型なものとでき、かつ、十分な光量の緑色光源光すなわち照明光を得ることができる。

以上説明した第１光源ユニット２１ａは、単なる例示であり、基板本体６１ａ上におけるＬＥＤ光源１１Ｇの配列は、適宜変更することができる。特に、回転軸ＡＸから各ＬＥＤ光源１１Ｇまでの距離を適宜設定することにより、第１光源ユニット２１ａの表面側の半径方向の輝度分布を自在に変更することができる。なお、光源光の輝度分布を半径方向に関して均一化するためには、例えば、基板６１上におけるＬＥＤ光源１１Ｇの配列密度をその半径位置での円周長や回転速度に比例して増加するように調整する。この際、各ＬＥＤ光源１１Ｇを半径位置が徐々に（例えばＬＥＤ光源１１Ｇの直径の数分の１以下の寸法で）異なるように配列することもでき、この場合、より均一な輝度分布を達成することができる。

また、基板本体６１ａの表面は、平面である必要はなく、例えば凹面等に加工した基板表面上にＬＥＤ光源１１Ｇを固定することもできる。

また、接点６１ｅ及びブラシ６１ｆの形状や配置も、例示のものに限らず、第１光源ユニット２１ａが取り付けられる環境や状況に応じて適宜変更することができる。

また、基板６１の回転軸ＡＸは、第１光源ユニット２１ａのシステム光軸と一致するが、意図的にシステム光軸と並行移動した位置に配置することもできる。

また、基板本体６１ａは、表面実装基板に限らず、各ＬＥＤ光源１１Ｇを固定するだけのものとすることができる。この場合、各ＬＥＤ光源１１Ｇを別個に結線する必要が生じる。

図１及び図２に戻って、Ｂ光用照明装置２３は、第２光源ユニット２３ａとロッドインテグレータ２３ｂとを備える。前者の第２光源ユニット２３ａは、多数のＬＥＤ光源１１Ｂを、基板６１上に適当な２次元的配列で取り付けたものであり、各ＬＥＤ光源１１Ｂは、３原色のうち青光をそれぞれ発生する。第２光源ユニット２３ａからの第２照明光ＬＢは、ロッドインテグレータ２３ｂの一端で無駄なく回収され内部で均一化された状態で他端から射出され、光変調部３０のうちＢ光用の液晶ライトバルブ３３に入射してその被照射領域全体を均一に照明する。なお、図面では省略しているが、例えば第２光源ユニット２３ａとロッドインテグレータ２３ｂとの間には、偏光変換素子を配置することもできる。

ここで、第２光源ユニット２３ａは、図３（ａ）〜（ｃ）に示す第１光源ユニット２１ａと同一の構造を有しており、モータ７１Ｂの駆動によって基板６１を回転させることができ、各ＬＥＤ光源１１Ｂが効率的に冷却される。また、基板６１の回転により、各ＬＥＤ光源１１Ｂも回転し、第２光源ユニット２３ａからの青色光源光の輝度分布を円周方向に関して均一化することができ、第２光源ユニット２３ａから均一な輝度分布の青色光源光すなわち照明光を射出させることができる。

Ｒ光用照明装置２５は、第３光源ユニット２５ａとロッドインテグレータ２５ｂとを備える。前者の第３光源ユニット２５ａは、多数のＬＥＤ光源１１Ｒを、基板６１上に適当な２次元的配列で取り付けたものであり、各ＬＥＤ光源１１Ｒは、３原色のうち赤光をそれぞれ発生する。第３光源ユニット２５ａからの第３照明光ＬＲは、ロッドインテグレータ２５ｂの一端で無駄なく回収され内部で均一化された状態で他端から射出され、光変調部３０のうちＲ光用の液晶ライトバルブ３５に入射してその被照射領域全体を均一に照明する。なお、図面では省略しているが、例えば第３光源ユニット２５ａとロッドインテグレータ２５ｂとの間には、偏光変換素子を配置することもできる。

ここで、第３光源ユニット２５ａは、図３（ａ）〜（ｃ）に示す第１光源ユニット２１ａと同一の構造を有しており、モータ７１Ｒの駆動によって基板６１を回転させることができ、各ＬＥＤ光源１１Ｒが効率的に冷却される。また、基板６１の回転により、各ＬＥＤ光源１１Ｒも回転し、第３光源ユニット２５ａからの赤色光源光の輝度分布を円周方向に関して均一化することができ、第３光源ユニット２５ａから均一な輝度分布の赤色光源光すなわち照明光を射出させることができる。

各液晶ライトバルブ３１，３３，３５は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した液晶パネルを備える。各液晶ライトバルブ３１，３３，３５にそれぞれ入射した各色用照明装置２１，２３，２５からの光は、これら液晶ライトバルブ３１，３３，３５によってそれぞれ画素単位で２次元的に変調される。各液晶ライトバルブ３１，３３，３５を通過した各色の光は、クロスダイクロイックプリズム３７で合成されて、その一側面から射出される。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の周辺の適所には、これらの液晶ライトバルブ３１，３３，３５を偏光光で照明し読み出すため、偏光板が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム３７から射出した合成光の像は、投射光学系である投射レンズ４０に入射してプロジェクタ１０に設けた透過型スクリーン（不図示）に適当な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ１０によって、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に形成された緑、青、及び赤色の画像を合成したカラー画像が、動画又は静止画としてスクリーン上に投射される。

制御装置５０は、発光用電源部２７に制御信号を出力して、各色用照明装置２１，２３，２５に設けた第１〜第３光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａのモータ７１Ｇ，７１Ｂ，７１Ｒをそれぞれ定速で回転させる。また、制御装置５０は、回転用電源部２９に制御信号を出力して、各色用照明装置２１，２３，２５に設けた第１〜第３光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａを構成する各ＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒを適当なタイミングで発光させる。また、制御装置５０は、パネル駆動装置３８に制御信号を出力して、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に投射画像の輝度に対応する２次元的な透過分布を形成する。

以下、図１等に示すプロジェクタ１０の動作について説明する。照明装置２０に設けた各色用照明装置２１，２３，２５からの各色の照明光は、対応する液晶ライトバルブ３１，３３，３５にそれぞれ入射する。各液晶ライトバルブ３１，３３，３５は、外部からの画像信号に応じて動作するパネル駆動装置３８によって駆動され、各色の照明光を２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５で変調された各色の照明光すなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム３７で合成されて投射レンズ４０に入射して不図示のスクリーンに投影される。以上のプロジェクタ１０に設けた各色用照明装置２１，２３，２５では、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａのモータ７１Ｇ，７１Ｂ，７１Ｒが基板６１を回転させるので、各ＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒが効率的に冷却される。また、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａの基板６１を回転させることにより、各ＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒも回転し、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａからの各色光の輝度分布を円周方向に関して均一化することができ、各光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａから均一な輝度分布の照明光を射出させることができる。つまり、色ムラや輝度ムラの少ない高品位のカラー画像をスクリーン上に投射することができる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第１〜第３光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａを構成する発光素子としてＬＥＤを用いているが、これに代えて有機ＥＬ発光素子、レーザダイード等を用いることができる。

また、上記実施形態では、各色用照明装置２１，２３，２５に設けた第１〜第３光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａにおいて、ロッドインテグレータ２１ｂ，２３ｂ，２５ｂを設けて照明光の均一化を図っているが、ロッドインテグレータ２１ｂ，２３ｂ，２５ｂに代えて、これに或いは追加して、レンズアレイ等の他の光分割重畳手段を用いることができる。なお、均一化の要求レベルに応じて上述のロッドインテグレータ２１ｂ，２３ｂ，２５ｂを省略することもできる。

また、上記実施形態では、各色用照明装置２１，２３，２５に設けた第１〜第３光源ユニット２１ａ，２３ａ，２５ａにおいて、各色のＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒが同様に配列されるものとして説明したが、各色ごとに異なる個数のＬＥＤ光源１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒを配列することもできる。

本実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。 図１のプロジェクタの制御系を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１光源ユニットの平面図、側面図、及び裏面図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 １１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒ…ＬＥＤ光源、 ２０…照明装置、 ２１，２３，２５…各色用照明装置、 ２１ａ，２３ａ，２５ａ…第１〜第３光源ユニット、 ２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ…ロッドインテグレータ、 ２７…発光用電源部、 ２９…回転用電源部、 ３０…光変調部、 ３１，３３，３５…液晶ライトバルブ、 ３７…クロスダイクロイックプリズム、 ３８…パネル駆動装置、 ４０…投射レンズ、 ５０…制御装置、 ６１…基板、 ６１ａ…基板本体、 ６１ｂ…空冷ファン、 ６１ｄ…配線パターン、 ６１ｅ…接点、 ６１ｆ…ブラシ、 ６１ｇ…冷却フィン、 ６３…チップ、 ６５…ミラー、 ６７…透明樹脂、 ７１Ｇ，７１Ｂ，７１Ｒ…モータ、 ＡＸ…回転軸

Claims (8)

1. 複数の固体光源装置と、
   前記複数の固体光源装置を所定の配列で支持する基板と、
   前記基板を支持して回転させる回転駆動手段と、
   を備える照明装置。
2. 前記基板は、裏面側にヒートシンクを有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記ヒートシンクは、回転する空冷ファンとして前記基板の本体部分を空冷することを特徴とする請求項２記載の照明装置。
4. 前記回転駆動手段は、前記基板の中央の裏面側において前記空冷ファンの中心に配置されるモータであることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
5. 前記基板の本体部分は、表面実装基板であることを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれか一項記載の照明装置。
6. 前記複数の固体光源装置は、ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子からの光線を前方に反射するミラーとを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の照明装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された照明光によって照明される光変調部と、
   前記光変調部からの像光を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクタ。
8. 前記照明装置は、各色の照明光を発生し、
   前記光変調部は、前記照明装置から射出された各色の照明光によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、当該各色の光変調装置でそれぞれ変調された各色の像光を合成して前記投射光学系に射出する光合成光学系とを有すること
   を特徴とする請求項７記載のプロジェクタ。

Images