JP4027747B2

JP4027747B2 - 照明装置及び投影表示装置

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Publication number: JP4027747B2
Application number: JP2002230207A
Authority: JP
Inventors: 紳造松井
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Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2007-12-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、及び、そのような照明装置を用いた投影表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
このようなＬＥＤの優れた適用条件に着目し、例えば、特開平１１−３２２７８号公報や特開平１１−３５２５８９号公報等に、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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た場合に困難とされてきた、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、及び、この照明装置を用いた投影表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による照明装置は、
被照明領域を照明する照明装置において、
配列された発光面から発光駆動量に応じた光量の光を出射する複数の発光体と、
上記複数の発光体それぞれへの発光駆動量を制御する駆動手段と、
集光領域内に位置する上記発光面から発せられた光を被照明領域に集光する光学系であり上記集光領域の中央よりも該中央から離れるほど集光効率が低下する特性を有する集光光学手段と、
上記複数の発光体と上記集光領域とを上記複数の発光体の配列方向に沿って相対的に移動させる光制御手段と、
上記光制御手段が上記複数の発光体と上記集光光学手段とを相対的に移動させたことに伴い、上記複数の発光体のうち上記集光領域に少なくとも発光面の一部が含まれた発光体を検出する検出手段と、
を具備し、
上記駆動手段は、上記検出手段が検出した発光体のみを駆動制御し、さらにこの駆動制御する際の発光駆動量は、上記集光光学手段の特性による光量減衰分を補うように、上記検出手段が検出した発光体の位置が上記集光領域の中央にある時よりも、上記集光領域内で且つ上記集光領域内の中央から離れた位置にある時の方を増加させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明による照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、
上記集光光学手段の特性に応じた発光駆動量の増加量を記憶する記憶手段を更に具備し、
上記駆動手段は、上記記憶手段から読み出した増加量に基づいて発光駆動量を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、上記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明による投影表示装置は、
請求項１または２に記載の照明装置と、
上記照明装置の上記被照明領域に配置した光変調素子と、
上記光変調素子によって光変調された光を投影する投影手段と、
を具備することを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４１】
［第１の実施の形態］
まず、図１の（ａ）乃至図３の（ｂ）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。
【００４２】
ここで、照明原理とは、図１の（ａ）及び（ｂ）を参照して説明すると、点灯手段として発光体の発光量を調整する機能を有する発光体駆動部７と、光学手段として点灯する発光体の光を被照明領域に集光する図１の（ａ）に記載ないし図１の（ｂ）の光学レンズ１７，１８と、可動手段として光制御部材である支持部材１１を稼動可能にするボイスコイルモータ１２などの発光体可動部４と、上記光学レンズの集光領域の中心にあたる発光基準位置に上記可動手段によりＬＥＤチップを移動させる制御量を与える発光体稼動制御部２とその発光体基準位置にあるＬＥＤチップを単パルス的に大きな電流を供給して発光するよう点灯手段に制御量を与える発光体選択制御部６とからなる光選択制御手段とによって、被照明領域に明るく照明するものである。
【００４３】
図１の（ａ）は、この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。
【００４４】
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。
【００４５】
一方、発光ユニット部３には、複数の発光体、例えば高輝度発光ダイオード（以下、ＬＥＤチップと称する）Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_ｎが配置構成されている。これらＬＥＤチップは、それ自体が機械的に可動可能な機構になっている。ＬＥＤチップを駆動させ可動するために発光体可動部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、ＬＥＤチップの駆動制御量を与える。その与えられた制御量に応じて、ＬＥＤチップ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。
【００４６】
また、ＬＥＤチップ近傍には、ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップの位置検出を行なうことで発光させるべきＬＥＤチップを検出し、それに対応した信号を出力する。
【００４７】
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ＬＥＤチップを選択して、選択したＬＥＤチップに対し、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ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップはｎ個から構成されていることを示している）。
【００４８】
なお、上記ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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。
【００４９】
即ち、本発明によれば、複数のＬＥＤチップが構成され、それらＬＥＤチップが高速に移動をすると共に、特定の個所に位置したＬＥＤチップを単パルス的に発光させ、連鎖的に異なるＬＥＤチップを該特定の箇所で連続的に発光させていくことで、見かけ上一つのＬＥＤチップと等価の連続発光を得ることができる。
【００５０】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）で説明した発光ユニット部３により上記照明原理に基づいて照明装置を最も単純に構成した場合における、照明装置の構成を示す図である。
【００５１】
この例では、発光体として７個のＬＥＤチップを用いている。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。ここで、ＬＥＤチップは、砲弾型のレンズを有している。上記支持部材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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、連続発光における印加電流の定格以上に電流を与え大光量を得ることが可能である。
【００５５】
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作り出すことが可能となる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図３の（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態における発光ユニット部３の更に別の変形例を示す図である。なお、図３の（ａ）は発光ユニット部３を背面から見た図であり、図３の（ｂ）は同図の（ａ）のｂｂ’線矢視断面図である。
【００６０】
この変形例では、回転軸２０に連結した光制御部材である平面反射鏡２１が一体化された構造となっている。回転軸２０は回転軸受け２２によって支持され、駆動モータ２３と連結されている。この駆動モータ２３により、上記平面反射鏡２１が図示矢印Ａ２方向に高速に回転できる機構となっている。
【００６１】
一方、上記回転軸２０を共通の中心軸として、ドラム形状のドラム支持部材２４が図の如く固定化されて形成され、発光体としてのＬＥＤチップ２５が該ドラム支持部材２４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、図３の（ｂ）では、簡略化のため、ＬＥＤチップ２５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２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂとして描いてある。
【００６２】
また、２セットの集光レンズ２７が、上記平面反射鏡２１と連動して回転移動可能なように、上記回転軸２０と一体化された回転支持部材２８により支持されている。なお、ＬＥＤチップ２５を配設する段数及び集光レンズ２７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。
【００６３】
このような構成において、上記平面反射鏡２１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２４に配設されたＬＥＤチップ２５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なう（発光ポイント２９が周回する）。この場合、平面反射鏡２１が回転動作を行なうと、それに同期するようにして対応関係にあるＬＥＤチップ２５が発光を行なうように発光制御がなされる。即ち、発光したＬＥＤチップ２５の光が平面反射鏡２１に反射され集光されて、光学レンズ３０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。
【００６４】
即ち、上記平面反射鏡２１が回転動作を行なうと、それに同期するようにして対応関係にあるＬＥＤチップ２５が発光を行なうように発光制御がなされるが、発光するＬＥＤチップ２５からの光を良好に取り込める配置関係に集光レンズ２７が設けられている。即ち、発光したＬＥＤチップ２５の光が集光レンズ２７で一旦集光されて、平面反射鏡２１に反射され光路を曲げ、光学レンズ３０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。
【００６５】
以上、本発明の第１の実施の形態として、複数のＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_ｎ又は２５が構成され、それらＬＥＤチップ２５が高速に移動をする又は平面反射鏡２１及び集光レンズ２７が高速に回転移動すると共に、特定の個所（発光基準位置１６又は発光ポイント２９）に位置したＬＥＤチップを単パルス的に発光させ、連鎖的に異なるＬＥＤチップを連続的に発光させていくことで、見かけ上一つのＬＥＤチップと等価の連続発光を得ることができるという基本的な原理について説明した。
【００６６】
特に、被照明領域に集光、或いは、平行光にして、且つ、明るく照明する照明装置について説明を行なったものであるが、このような照明装置は、撮像装置の照明である所謂ストロボ照明に利用することもできる。また、本実施の形態では、説明を簡単にする為に、所定の短時間照明を例に説明したが、それに限定するものではなく、トーチライトなどの連続照明をする照明装置にも適用可能である。
【００６７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６８】
本第２の実施の形態は、上述した基本的な原理を利用したスポットライトや投影表示装置の照明系のように、被照明領域と該被照明領域以外との境で明るさの変化が大きく、更に、被照明領域で均一で明るい照明が求められる照明装置についてである。
【００６９】
ここでも、説明を簡単にする為に、上記第１の実施の形態同様、短時間照明をする照明装置を例に説明する。
【００７０】
まず、スポットライトのように被照明領域に集光、或いは、平行光にして、且つ、明るく照明し、更に、該被照明領域以外は非照明とする照明装置について、図４乃至図１２の（ｂ）を使用して説明する。
【００７１】
ここで、スポットライトとは、限られ被照明領域を明るく、均一な照明をすると共に、被照明領域の周囲を非照明とする光学手段が求められる。
【００７２】
そのためには、被照明領域に集光可能な発光領域を集光領域として、その集光領域にあるＬＥＤチップをどのように光らせるかの課題を解決する光選択制御手段における点灯手段の制御である点灯制御と、ＬＥＤチップを集光領域にどのように移動させどのように停止するように稼動するかの課題を解決する光選択制御手段における可動手段の制御である稼動制御と、更に、集光領域で発光するＬＥＤチップの光をどのように被照明領域に導くかの課題を解決する光学手段における集光部と、の３つの関わりについて詳しく説明する。
【００７３】
図４は、本第２の実施の形態に係る照明装置の機能ブロック図である。ここで、図１の（ａ）と同じ機能を有する部分については同一の参照符号を付すことによりその説明を省略し、図１の（ａ）と異なる部分についてのみ、以下に説明する。
【００７４】
即ち、光選択制御手段３１は、発光体可動制御部２と発光体選択制御部６とからなるが、本実施の形態では、図４に示すように、上記発光体選択制御部６を、タイミング調整部６ａと発光体点灯制御部６ｂとによって構成している。また、発光ユニット部３には、発光体位置検出や発光体であるＬＥＤチップの移動速度も検出する発光ユニット状態検出部３２を含み、その検出結果である状態信号が上記タイミング調整部６ａに入力され、発光体可動制御部２と発光体選択制御部６との各々の同期を取るようになっている。
【００７５】
つまり、図１の（ａ）の構成では、発光体可動制御部２によって発光ユニット部３が可動し、その可動に伴うＬＥＤチップの位置を発光体位置検出部５で検出し、発光体選択制御部６によりＬＥＤチップの選択として点灯制御を行なったが、本第２の実施の形態における図４の構成では、図１の（ａ）の制御も含み、更に、タイミング調整部６ａによって生成される信号に応じて発光体可動制御部２の可動速度や回転位相などのタイミング制御を行なうことを可能にするものである。
【００７６】
また、発光ユニット状態検出部３２は、マイクロエンコーダによって、図１の（ｂ）乃至図２の（ｂ）で説明した場合よりも更に細かなタイミング制御やＬＥＤチップの可動制御を可能にしている。勿論、マイクロエンコーダに限定することなく、例えば、パルスモータによって細かな刻みの回転角度で可動制御するようにしても良い。このパルスモータの場合には、発光ユニット状態検出部３２が無い、もしくは、機能しないようにしても良く、そのようにしても発光体可動制御部２と発光体選択制御部６とを同期することが可能になるものである。
【００７７】
また、ＬＥＤチップの点灯制御は、ＯＮ／ＯＦＦの制御をするもので、ＯＮ時には、ＬＥＤチップを常時点灯する際の定格電流に対して、ここでは、短時間点灯を前提に７倍の電流を供給するようにする。この際、上記定格電流の際と比較して５倍の発光量をえるものとする。これは、図１の（ｃ）で説明した印加電流と発光量との関係によるものである。なお、ここでは上記７倍の電流及び５倍の発光量として説明したが、実際には、ＬＥＤチップの性能や、点灯する時間と消灯する時間によっても異なるものである。例えば、５倍の電流で７倍の発光量をえる場合もあり得る。
【００７８】
図５の（ａ）は、本実施の形態における発光ユニット部３の構成を示す図である。ここで、図１の（ｂ）と同じ機能を有する部分については同一の参照符号を付すことによりその説明を省略し、図１の（ｂ）と異なる部分についてのみ、以下に説明する。
【００７９】
即ち、本実施の形態においては、発光ユニット状態検出部３２は、不図示のマイクロエンコーダを有している。また、ＬＥＤチップＬ_１〜Ｌ_７は、砲弾型のレンズを有していない。即ち、ＬＥＤチップそのものにはレンズなどの光学的作用をするものを持たず、光学手段３３により、被照明領域３４に集光するものである。
【００８０】
ここで、光学手段３３は、発光するＬＥＤチップの発光面の近傍であって、所定のサイズを有する図中の集光領域３５の如何なる部分を通過した光線も被照明領域３４全面に均一に効率良く導くことができる光学系であり、集光マイクロレンズ３３ａと偏向マイクロレンズ３３ｂと重ね合わせレンズ３３ｃとによって構成したものである。
【００８１】
即ち、ＬＥＤチップから放射された光を集光する手段として、ＬＥＤチップに対応して、集光マイクロレンズ３３ａと偏向マイクロレンズ３３ｂの２段構成にしており、ＬＥＤチップと被照明領域３４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３３ａと被照明領域３４に配した被照明物である液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３４ａとが共役な位置関係となっている。また、偏向マイクロレンズ３３ｂの前側焦点位置付近に集光マイクロレンズ３３ａが位置するように配設し、集光マイクロレンズ３３ａによるＬＥＤチップの像を、偏向マイクロレンズ３３ｂ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３３ａ上に形成された入射瞳を、偏向マイクロレンズ３３ｂと後段の重ね合わせレンズ３３ｃとによってリレーして被照明領域３４に瞳を形成することができる。
【００８２】
また、本実施の形態においては、更に遮光部３６を備え、上記光学手段３３で有効に被照明領域３４に導けない光を遮光するようにしている。
【００８３】
上記光学手段３３の集光領域３５近傍の集光分布を、図５の（ｂ）に示す。同図は、上述したように、集光領域３５において、位置の違いに関係なく一定量の集光をする光学系であることを示している。
【００８４】
次に、図５の（ｂ）の特性を示す光学手段３３を使用した場合における、発光体であるＬＥＤチップのサイズと、上記集光領域３５のサイズと、可動手段３７の動作と、を考慮したＬＥＤチップの点灯制御について詳しく説明する。
【００８５】
ここで、その点灯制御には様々考えられ、その幾つかを、図６の（ａ）乃至図１２の（ｂ）の集光領域と光制御部材の位置関係を示す図及び点灯制御の結果として得られるタイミングチャートを示す図を参照して、以下に説明する。
【００８６】
なお、図１１の（ａ）乃至図１２の（ｂ）は、複数のＬＥＤチップの発光を選択して得られる被照明領域の光量が、所定の期間で一定の光量となる為の上記点灯制御について説明するための図である。
【００８７】
まず、これらの図中で使用する記号などについて説明する。
即ち、これらの図において、ＬＥＤチップサイズをＤｓとし、ＬＥＤチップ間ピッチをＤｐとし、上記集光領域３５のサイズをＤｏとして示し、更に、発光ユニット部３の稼動に伴う集光領域３５の中心であって、光学手段３３の光軸位置である基準位置から発光ユニット部３の支持部材１１の先端との距離をＤｍとする。また、Ｌｂは、集光領域３５に１つのＬＥＤチップを稼動することなく固定した状態で、定常電流で規定される定格電流で常時点灯した際の被照明領域３４全面に入射する上記光量を示す。そして、Ｌｒは、本装置によって複数のＬＥＤチップの光を上記光選択制御手段３１によって被照明領域３４を照明する照明開始から照明終了までの平均光量を示す。
【００８８】
最初に、図６の（ａ）では、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ／２＝ＬＥＤチップサイズＤｓ＝集光領域サイズＤｏの条件とし、光選択制御手段３１の制御について説明するもので、集光領域３５に２つ以上のＬＥＤチップが発光することができないようにＬＥＤチップを配設しているものである。
【００８９】
また、発光体可動制御部２によってＤｍを連続的にリニアに増加するように稼動するもので、更に、発光体選択制御部６によってＬＥＤチップの点灯制御をした際に、得られるタイミングチャートを図６の（ｂ）に示す。即ち、この図６の（ｂ）では、Ｄｍの増加に伴うＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４，Ｌ_５，Ｌ_６，Ｌ_７のＬＥＤチップ毎の発光タイミングと、その結果として被照明領域３４に集光される有効な光の総量を示す光量を点線で示し、又、各ＬＥＤチップ毎の光量を実線で併記して示している。以後、図１４の（ｂ）までのタイミングチャートにおいても同様に示し説明する。
【００９０】
各々のＬＥＤチップの点灯制御は、上記条件において、可動制御による稼動に伴って集光領域３５に掛かるすべての期間を点灯するように制御したもので、明るく照明することができる。
【００９１】
図７の（ａ）乃至（ｅ）は、ＬＥＤチップと集光領域３５との位置関係を示す図で、これを参照して点灯タイミングと該位置との関係を詳しく説明する。
【００９２】
上述した集光領域３５に掛かるすべての期間とは、図７の（ｂ），図７の（ｃ），及び図７の（ｄ）の位置関係にある場合であり、この際には点灯する。これに対して、図７の（ａ）及び図７の（ｅ）に示すような期間では、消灯する。
【００９３】
なお、この集光領域３５に掛かる期間での点灯の際には、光量Ｌｂを得る常時点灯の際における定格電流の例えば７倍の電流をＬＥＤチップに供給するようにしている。これにより、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂより大きくなり、明るく照明することができる。また、該点灯期間以外は消灯することで、ＬＥＤチップの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【００９４】
次に、図８は、図６の（ａ）と同じくＬＥＤチップ間ピッチＤｐ／２＝ＬＥＤチップサイズＤｓ＝集光領域サイズＤｏの条件とした場合で、発光体可動制御部２がＤＣモータではなくステッピングモータを使用した例であって、Ｄｍを離散的なステップによって増加するように稼動するものとした際のタイミングチャートを示している。
【００９５】
これは、点灯制御は、上記条件において、上記ステップ動作の停止直後点灯し、所定の時間後に消灯すると共に、ステッピングモータを駆動するようにすることで、停止状態のすべての期間を点灯するように制御したものである。例えば、停止状態を検出するようにして、その検出結果で点灯を制御するようにすれば良い。または、予めステッピングモータの停止指示から停止までの時間を測定し、その時間を待って点灯を制御するようにしても良い。
【００９６】
それにより、上記点灯期間中一定の光量で照明することができ、更に、明るく照明することができると共に、更に、集光領域３５以外での発光がないために消費電力を削減することができる。
【００９７】
即ち、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂより大きくなり、明るく照明することができる。また、該点灯期間以外は、消灯することでＬＥＤの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【００９８】
また、上記制御に限定するものではなく、図８のタイミングチャートを得るように制御すれば良い。
【００９９】
例えば、上記制御では、上記停止状態を検出してその結果より点灯を制御したが、ＬＥＤチップの位置を検出し、その位置が集光領域３５に覆われている位置である際に、点灯するように制御するようにしても良い。即ち、集光部（集光マイクロレンズ３３ａ）によって集光可能なエリアである集光領域３５でＬＥＤチップの発光面が覆われる位置で発光するようにしたもので、効率の良い集光が可能となる。
【０１００】
この場合、ＬＥＤチップサイズＤｓ＝集光領域サイズＤｏで、即ち、ＬＥＤチップの発光面のＬＥＤチップサイズＤｓが集光領域サイズＤｏと同じであるために、上記覆われた位置において上記停止状態にする為には、厳密なモータ駆動制御が必要となる。そこで、上記モータ駆動の精度を考慮して、上記ＬＥＤチップの位置の検出は、ＬＥＤチップが上記集光領域３５に覆われる率を検出するようにしても良く、例えば上記覆われる率が８０％以上となる際に点灯するようにするように制御しても良い。
【０１０１】
このように、上記制御にあたって、ステッピングモータを一定の制御をさせ、例えば、停止状態、ＬＥＤチップと集光領域３５の相対的な位置、或いは、ステップ動作開始時点からの時間など、様々な検出情報に応じて制御することが可能である。
【０１０２】
次に、図９の（ａ）は、集光領域３５に複数のＬＥＤチップが同時に掛かるように複数のＬＥＤチップを配設している場合を示している。この場合、集光領域３５に掛かるＬＥＤチップをすべて点灯するようにしたもので、その際、ＬＥＤチップの各々が同時に点灯するように制御する。それにより、更に、明るく照明することができる。
【０１０３】
即ち、図９の（ａ）では、ＬＥＤチップ間ピッチを短くし、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ／２＜ＬＥＤチップサイズＤｓ＝集光領域サイズＤｏの条件とした場合で、図６の（ａ）同様の発光体可動制御部２でＤＣモータで稼動するものである。
【０１０４】
この場合のＬＥＤの点灯制御は、図９の（ｂ）に示すように、上記条件において、可動制御による稼動に伴って集光領域３５に掛かるすべての期間を点灯するように制御する。ここで、図８と異なるのは、２つのＬＥＤチップを同時に点灯する期間を有するように制御するということである。勿論、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂより大きくなり、明るく照明することができる。また、該点灯期間以外は、消灯することでＬＥＤチップの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【０１０５】
次に、図１０の（ａ）では、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ／２＜ＬＥＤチップサイズＤｓ＞集光領域サイズＤｏを条件としてＬＥＤチップを配設しているものである。この場合、集光領域３５に掛かるＬＥＤチップ、即ち、集光領域３５にＬＥＤチップの発光面が一部でも覆われ、上記ＬＥＤチップの発光する光を上記集光部（集光マイクロレンズ３３ａ）で集光可能な際には、すべて点灯するように点灯制御するもので、図１０の（ｂ）に示すようなタイミングを得るものである。この場合は、図６の（ａ）同様の発光体可動制御部２でＤＣモータで稼動するものである。
【０１０６】
図１０の（ａ）のような配置におけるＬＥＤチップの点灯制御は、上記条件において、図９の（ｂ）と同様に可動制御による稼動に伴って集光領域３５に掛かるすべての期間を点灯するように制御したものであり、また、２つのＬＥＤチップを同時に点灯する期間を有するように制御するものである。勿論、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂよりも大きくなり、明るく照明することができる。また、該点灯期間以外は、消灯することでＬＥＤチップの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【０１０７】
次に、図１１の（ａ）では、集光領域サイズＤｏをＬＥＤチップ間ピッチＤｐとＬＥＤチップサイズＤｓを加算したサイズよりも大きくした場合の例であり、換言すれば、集光領域３５の中に２つのＬＥＤチップを同時に覆うような条件としたものである。
【０１０８】
即ち、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ≧ＬＥＤチップサイズＤｓ、集光領域サイズＤｏ≧ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ＋ＬＥＤチップサイズＤｓを条件とした場合で、図６の（ａ）同様の発光体可動制御部２でＤＣモータで稼動するものである。
【０１０９】
図１１の（ｂ）のタイミングチャートに示すようなＬＥＤの点灯制御は、上記条件において、可動制御による稼動に伴って集光領域３５に掛かるすべての期間を点灯するものではなく、一のＬＥＤチップが点灯し該ＬＥＤチップの次のＬＥＤチップが集光領域３５にすべて覆われるようになった時点で、消灯するように制御し、更に、上記次のＬＥＤチップを点灯開始するように制御したものである。即ち、２つのＬＥＤチップを同時に点灯する期間を有することなく、更に、集光領域３５にすべて覆われる位置で点灯するように制御するものである。勿論、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂよりも大きくなり、明るく照明することができ、更に、複数のＬＥＤチップの点灯の選択において、点灯を切り替えるにも関わらず、被照明領域３４に一定の光量を得ることができる。また、該点灯期間以外は、消灯することでＬＥＤチップの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【０１１０】
次に、図１２の（ａ）では、集光領域３５のサイズＤｏとＬＥＤチップ間ピッチＤｐとを同じにし、集光領域３５に掛かるＬＥＤチップを点灯するようにした場合を示している。これによって、被照明領域３４に到達する光量は、一定に保つことができる。
【０１１１】
これは、集光領域３５には、常に１乃至２つのＬＥＤチップの発光面がＬＥＤチップサイズＤｓ分覆われている条件としたものである。即ち、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ＞ＬＥＤチップサイズＤｓ、集光領域サイズＤｏ＝ＬＥＤチップ間ピッチＤｐを条件とした場合で、図６の（ａ）同様の発光体可動制御部２でＤＣモータで稼動するものである。
【０１１２】
図１２の（ｂ）のタイミングチャートに示すように、この場合のＬＥＤチップの点灯制御は、上記条件において、可動制御による稼動に伴って集光領域３５に掛かるすべての期間を点灯するもので、ＬＥＤチップが集光領域３５に掛かるようになった際に点灯開始し、掛からないようになったと同時に消灯するように制御するもので、同時に２つのＬＥＤチップが１つの集光領域３５で点灯する期間を有するものである。
【０１１３】
勿論、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂよりも大きくなり、明るく照明することができ、更に、複数のＬＥＤチップの点灯の選択において、点灯を切り替えるにも関わらず、被照明領域３４に一定の光量を得ることができる。また、該点灯期間以外は、消灯することでＬＥＤチップの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【０１１４】
次に、図１３では、図６の（ａ）のような集光領域サイズＤｏ、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ、及びＬＥＤチップサイズＤｓの条件としたものであるが、図６の（ｂ）の場合とは異なって、ＬＥＤチップへ供給する電流を調整し、被照明領域３４に照射される光量が均一になるように発光量制御する際の点灯タイミングを示している。
【０１１５】
即ち、図１３に示すＬＥＤチップの点灯制御は、可動制御による稼動に伴って集光領域３５の中央での発光に対して、該中央近傍において、該中央から離れた位置で発光量を増加させ、集光領域３５からＬＥＤチップが掛からなくなる時点で消灯するように制御したものである。また、該消灯と共に次のＬＥＤチップを発光開始するように制御したものである。
【０１１６】
勿論、平均光量Ｌｒは、常時点灯時光量Ｌｂよりも大きくなり、明るく照明することができ、更に、複数のＬＥＤチップの点灯の選択において、点灯を切り替えるにも関わらず、被照明領域３４に一定の光量を得ることができる。また、該点灯期間以外は、消灯することでＬＥＤチップの放熱性を上げている。勿論、余分な消費電力を使用しないように制御したものである。
【０１１７】
次に、図１４の（ａ）及び（ｂ）を参照して、図１２の（ａ）のような集光領域サイズＤｏ、ＬＥＤチップ間ピッチＤｐ、及びＬＥＤチップサイズＤｓの条件としたものではあるが、図１２の（ｂ）の場合とは異なり、ＬＥＤチップへ供給する電流を調整し、被照明領域３４に照射される光量が均一になるように発光量制御する際の点灯タイミングについて説明する。
【０１１８】
この場合における光学手段３３は、図５の（ｂ）に示した特性とは異なった図１４の（ａ）のような特性を示す光学手段を用いるものであり、そのような特性の光学手段を考慮した発光量制御の例としてタイミングチャートを図１４の（ｂ）に示す。
【０１１９】
即ち、図１４の（ａ）では、集光領域３５の中央で発光する際に最大の集光量を得る光学系であり、該中央からＬＥＤチップが離れる程集光率が低下するもので、集光領域３５の端部でほぼ０の集光量となる特性を示す。
【０１２０】
図１４の（ｂ）のＬＥＤチップの点灯制御は、可動制御による稼動に伴って集光領域３５の中央での発光に対して、該中央近傍において、該中央から離れるに従って、光学手段の上記特性による光量減衰分を補って発光量を増やすようにし、次のＬＥＤチップが集光領域３５に掛かる時点より完全に覆われるまでの間、２つのＬＥＤチップの発光量を上記図１４の（ａ）の光学手段の特性を考慮して、被照明領域３４の光量を均一にするよう上記２つのＬＥＤチップの発光量を調整するようにしている。
【０１２１】
勿論、この際、２つのＬＥＤチップが集光領域３５に完全に覆われていない間、各々を発光するのでなく、一方のみのＬＥＤチップを消灯して、他方のＬＥＤチップの発光量で調整するようにしても良い。
【０１２２】
以上、本発明の第２の実施の形態として、上述した基本的な原理を利用し、光学手段の特性を考慮して、集光領域３５のサイズとＬＥＤチップ間ピッチとＬＥＤサイズの各々の設定によって、被照明領域３４を明るく照明する為の様々な点灯制御、発光量制御を発光タイミングチャートを示し説明した。
【０１２３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【０１２４】
本第３の実施の形態では、基本的な照明原理に従った第２の実施の形態で説明した照明装置の点灯制御を投影表示装置に利用する際の応用例である。
【０１２５】
即ち、投影表示装置では、被照明領域３４に集光、或いは、平行光にして、且つ、明るく照明し、更に、被照明領域３４以外に照明しないようにした照明装置が求められる。
【０１２６】
また、良好な投影像を得るために、上記可動手段と上記点灯手段との両方のタイミング制御をとると共に、更に、カラー投影像を得るためのＬＥＤチップの点灯制御と、カラーイメージデータのＲ，Ｇ，Ｂデータに応じて光変調状態を切り替える光変調素子の制御とを各々タイミング制御する光選択制御手段を備えた投影表示装置について説明する。
【０１２７】
また、上記光変調素子として液晶を使用した際には、該光変調素子に照明する光は、階調を正しく表現するためには、上記イメージデータを一定の時間で表現するフレーム期間において、該照明する光の積分量である総光量を一定にする必要がある。更に、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ（商標）、以下ＤＭＤと記す）のようにミラーを２種類のＯＮ／ＯＦＦとなる所定角度に振って、一定期間におけるＯＮとＯＦＦの状態の時間を制御して階調を表現する光変調の所謂パルス幅変調方式の光変調素子を使用した投影表示装置においては、上記一定期間である変調期間にＲ，Ｇ，Ｂの各々のＬＥＤチップを点灯制御して時間的にムラのない安定した照明を行なえる照明装置が求められる。
【０１２８】
ここで、変調期間、フレーム期間について更に詳しく説明する。
フレーム期間とは、入力されるイメージデータを表現するのに必要な最短期間である。また、変調期間とは、該イメージデータがＲ，Ｇ，Ｂデータであって、且つ、各々が８ビットデータである場合に、その８ビットで表現される階調値を表現する期間である。
【０１２９】
変調期間は、投影表示装置の構成によって異なる為、以下に具体例を挙げて説明する。
【０１３０】
カラーイメージデータを１つの光変調素子で光変調する場合、１フレーム期間を３つに分割して、Ｒ，Ｇ，Ｂデータに応じた光変調状態を形成するが、この場合の光変調期間は、上記３つに分割した各期間に相当する。ただし、上記パルス幅変調を行なう場合では、上記３つに分割した各期間を例えば、２つの期間に更に分割し、該２つの期間の各々において完結した階調表現をする場合が考えられ、この際には、変調期間とは、この２つの期間の両方の期間でなく各々を指すものである。
【０１３１】
以下、図１５乃至図２０の（ｂ）を使用して、可動手段の光制御部材が回転する照明系を備えた投影表示装置について説明する。
【０１３２】
図１５は、この投影表示装置の機能構成を示すブロック図である。
【０１３３】
この投影表示装置は、ユーザの設定により起動などの指示を入力する電源スイッチや起動スイッチなどの操作パネル３８と、図４に示した照明装置の機能構成とを含んでいる。但し、上記動作開始命令部１の代わりに、イメージデータを入力して該イメージデータに従ってＲ，Ｇ，Ｂデータを出力すると共に、各Ｒ，Ｇ，Ｂデータを含んで前述した変調状態を切り替える変調切替信号を出力する表示制御部３９を備えている。また更に、上記イメージデータに応じて上記照明装置に相当する照明部が出射する光を光変調する光変調素子３４ｂと、上記表示制御部３９より出力されたＲ，Ｇ，Ｂデータや変調切替信号を入力し、上記光変調素子３４ｂを駆動する光変調素子駆動部４０と、上記光変調された光を拡大して所定のスクリーン４２に投影表示する投影光学系４１と、を備えている。
【０１３４】
図１６の（ａ）及び（ｂ）は、このような構成の投影表示装置における発光ユニット部３の構成を示す図である。
【０１３５】
この発光ユニット部３は、ドラム状の支持部材４３にＬＥＤチップ２５を、等間隔にドラム一周分、配設している。本実施の形態では、ＬＥＤチップ２５ａ〜２５ｒまでの１８個を等間隔に配設している。また、これらＬＥＤチップ２５ａ〜２５ｒの色は、Ｒ，Ｇ，Ｂの順に６セットのＬＥＤチップが順に配置していて、１フレームにＲ，Ｇ，Ｂ各々１個のＬＥＤチップが点灯するようにしたものである。
【０１３６】
また、発光体可動部４は、ＤＣモータであって、上記ドラム状の支持部材４３を滑らかに回転させるもので、光学手段３３は、１つの集光領域３５から発光する光を該照明装置の被照明領域３４に配置した光変調素子３４ｂに照射するように配置している。また、集光領域３５における集光分布は、図５の（ｂ）と同じ特性である。
【０１３７】
図１７の（ａ）は、操作パネル３８における起動スイッチ（図示せず）の押下によって発生する起動信号（動作開始命令Ａ）から停止信号（動作停止命令Ｂ）までの本投影表示装置における概略のシーケンスを示す図である。
【０１３８】
このシーケンスは、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の３つの期間からなる。
【０１３９】
Ｆ１期間は、適正な投影像を得るための初期設定にあたる期間であって、ここでは、モータが安定した回転速度になり、更に、上記１８個のＬＥＤチップ２５ａ〜２５ｒの位置と光学手段３３の集光領域３５との位置を制御開始するに相応しい基準位置に移動するまでの期間である。その他、電気回路の初期設定などを行なう。
【０１４０】
また、Ｆ２期間は、所定の制御を行なって、所定のスクリーン４２に投影像を得るようにする期間である。
【０１４１】
そして、Ｆ３期間は、モータの停止期間や、持ち運びなどによる振動などでおきる各種故障などを起こさないための状態にする為の期間である。
【０１４２】
また、発光体可動部４が、ステッピングモータの場合には、図１７の（ｂ）に示すようになる。
【０１４３】
この場合のＦ１期間も、適正な投影像を得るための初期設定にあたる期間であって、ここでは、上記１８個のＬＥＤチップ２５ａ〜２５ｒの位置と光学手段３３の集光領域３５との位置を制御開始するに相応しい基準位置に設定する期間である。その他、電気回路の初期設定なども行なう。
【０１４４】
また、Ｆ２期間は、所定の制御を行なって、所定のスクリーン４２に投影像を得るようにする期間である。
【０１４５】
そして、Ｆ３期間は、各種故障などを起こさないための状態にする期間であるが、本装置の場合には特に必要とする期間ではない。
【０１４６】
図１８の（ａ）は、図１７の（ｂ）に示したような発光体可動部４がステッピングモータの場合のタイミングチャートをより詳細に示す図である。
【０１４７】
即ち、図１７の（ｂ）で示したように、Ｆ１に相当する期間では、支持部材４３を回転させ、ＬＥＤチップ２５ａが集光領域３５に覆われる位置である基準位置まで回転稼動させる。そこで、Ｆ１期間を終了させる。
【０１４８】
次に、Ｆ２期間を開始させる。このＦ２期間においては、ステッピングモータを３ｍｓ毎にステップ動作で２０度回転させ、停止したならば、集光領域３５に位置するＬＥＤチップが発光するように制御するものである。このような３ｍｓ毎のステップ動作を連続的に繰り返し、その動作に同期して、集光領域３５のＬＥＤチップが点灯し、更にＤＭＤの光変調がその期間で完結する。その期間におけるＤＭＤは、点灯するＬＥＤチップの色に相応しい入力されるイメージデータのＲ，Ｇ，Ｂデータに従った光変調状態に制御されるものである。これによって、スクリーン４２に、入力されるイメージデータに従ったカラー投影画像を得ることができる。
【０１４９】
上記ステップ動作は３ｍｓの等間隔で行なった場合について説明したが、次に、カラー画像の色再現性を得るために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の発光時間を変える場合について、図１８の（ｂ）乃至図２０の（ｂ）を参照して説明する。また、更に、ＬＥＤチップの１回の連続的点灯において一定の発光量を得ようとする際に、連続点灯の際の発熱により発光量が時間と共に減衰する現象があり、その対策についても、ＬＥＤチップへの電流供給量と発光時間との関係を示し説明する。
【０１５０】
図１８の（ｂ）は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の発光時間を変える場合のタイミングチャートを示している。ここで、図１８の（ａ）との制御の違い部分について説明する。
【０１５１】
即ち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々のＬＥＤチップの発光時間を異ならせ、Ｒ＜Ｂ＜Ｇの発光時間に設定したもので、その時間に従ってステップ動作の停止時間をＲ，Ｇ，Ｂ各々に対して異なるように制御したものである。
【０１５２】
ここで、異ならせる理由は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々のＬＥＤチップの発光率、供給電流を考慮した発光能力の違いを補って各々の発光時間を異ならせて色再現良く表示するためである。
【０１５３】
ただし、１回の点灯で連続して発光する時間が長くなると、一定の供給電流の際に、ＬＥＤチップの発熱による発光量の減衰が起きるという現象が起き、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の発光時間が異なることや、各々の性能の違いにより発光総量が変化してしまうという課題がある。
【０１５４】
これを、図１９の（ａ）乃至（ｃ）により、詳しく説明する。
【０１５５】
図１９の（ａ）は、上述したＬＥＤチップの発熱により発光量が時間と共に減衰する現象のない理想的な状態を示す。
【０１５６】
図１９の（ｂ）は、実際に該減衰する現象を示している。同図のように、発光時間が長ければ長いほど減衰する。
【０１５７】
そこで、このような課題を解決するための発光量の制御について説明する。
【０１５８】
図１９の（ｃ）には、その対策として、時間と共に電流供給量を増加させるようにしたタイミングチャートを示す。このように、１回のＬＥＤチップの点灯の際に、発光量を時間と共に増加させるように発光量を制御したものである。
【０１５９】
上記発光体点灯制御部６ｂは、このような発光量を一定にする制御を行なう発光量制御部６ｂ１を備えている。
【０１６０】
図２０の（ａ）は、この発光量制御部６ｂ１の詳細を示す図である。
即ち、この発光体点灯制御部６ｂは、デジタル回路による発光量制御を行なうもので、カウンタ６ｂ１ａとＲＯＭ６ｂ１ｂとＤ／Ａコンバータ６ｂ１ｃとからなる。ここで、ＲＯＭ６ｂ１ｂには、ＬＥＤチップの発光時間に応じて発光量が減衰する量を考慮した波形データを記録しておく。カウンタ６ｂ１ａは、不図示の１０ｋＨｚのクロックをそのクロック入力端子に入力し、ゲート端子に点灯時間の間ハイレベルを示す点灯パルス信号を入力するようになっている。また、カウンタ６ｂ１ａは、上記点灯パルス信号を該カウンタ６ｂ１ａのクリア端子に入力し、ローレベルで該カウンタ６ｂ１ａをリセットし、ハイレベルでカウント可能にするものである。このような点灯時間の間ハイレベルを示す信号を入力すると、その間、該カウンタ６ｂ１ａは、上記クロックに応じてインクリメントする。
【０１６１】
その結果、ＲＯＭ６ｂ１ｂに供給するアドレスはインクリメントし、ＲＯＭ６ｂ１ｂに書き込まれた上記波形データがＲＯＭ６ｂ１ｂのデータ出力端子から出力され、それをＤ／Ａコンバータ６ｂ１ｃに入力することで、発光体駆動部７にアナログ信号として、ＬＥＤチップへの供給電流量を制御するために供給されるものである。
【０１６２】
また、図２０の（ｂ）は、上記発光量制御部６ｂ１の別の構成例を示す図である。
【０１６３】
即ち、図１９の（ａ）に示したような理想的なパルスを入力して、その信号を積分回路６ｂ１ｄを通した信号と、α倍の掛け算器６ｂ１ｅで上記積分回路６ｂ１ｄを通した信号に合うよう信号比率を調整した上記入力信号とを、加算器６ｂ１ｆにより加算することで、図２０の（ａ）と同様の波形を得るようにしたものである。
【０１６４】
これにより、簡単に、ＬＥＤチップの発光時間に応じた発光量減衰をすることなく、一定の発光量を供給することができる。
【０１６５】
特に、図２０の（ａ）の例では、図１３や図１４の（ｂ）に示したような複雑な発光量制御もその波形を上記ＲＯＭに予め記憶しておくことで簡単に実施することができる。
【０１６６】
また、ＲＯＭに限らず、ＲＡＭにして、書き換え可能にするようにしても良い。
【０１６７】
勿論、発光量を検出するようにして、その結果に応じて発光量を変えるようにしても良い。
【０１６８】
図２１の（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態に係る投影表示装置における発光ユニット部３の別の構成例を示す図である。これは、図１６の（ａ）及び（ｂ）とは異なり、Ｒ，Ｒ，Ｇ，Ｇ，Ｂ，Ｂ，Ｒ，Ｒ，…の順にＬＥＤチップ（２５ａ１（Ｒ），２５ａ２（Ｒ），２５ｂ１（Ｇ），２５ｂ２（Ｇ），２５ｃ１（Ｂ），２５ｃ２（Ｂ），２５ｄ１（Ｒ），２５ｄ２（Ｒ），…）を配設し、１フレームの間に各Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に複数のＬＥＤチップを点灯するよう構成した投影表示装置である。
【０１６９】
ここで、点灯されるＬＥＤチップの数が２である場合を、図２２に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【０１７０】
即ち、この場合には、発光体可動部４としてのステッピングモータを１．５ｍｓ毎にステップ動作で１０度回転させ、停止したならば、集光領域３５に位置するＬＥＤチップが発光するように制御するものである。１フレーム周期は、９ｍｓと図１８の（ａ）の場合と同じあるものの、図１８の（ａ）の際の約半分の時間である１．５ｍＳ毎にステップ動作を連続的に繰り返し、その動作に同期して、集光領域３５のＬＥＤチップが点灯し、更にＤＭＤの光変調がその期間で完結し、点灯するＬＥＤチップの色に相応しい入力されたイメージデータのＲ，Ｇ，Ｇデータに従った光変調状態に制御するものである。
【０１７１】
この場合、ＬＥＤチップの点灯時間は、図１８の（ａ）の場合と比較して短く、発光周期は、図１８の（ａ）と同じく５４０ｍｓとなり、点灯周期に対する点灯時間がより短くなり、発光による発熱を防ぐことができ、図１８の（ａ）の時よりＬＥＤチップに供給する電流を上げることが可能となり、結果、図１８の（ａ）の時より更に明るい投影像を得ることができる。
【０１７２】
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。
【０１７３】
即ち、本発明においては、個々の光源を発生させる機構、光源を走査する機構、結像光学系として、上記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。
【０１７４】
例えば、ＬＥＤチップの支持部材の機構は、上述したように板状、ドラム状に限定することなく、また、可動手段で稼動する光制御部材は、ＬＥＤチップを配設した支持部材に限定することなく、例えば、ＬＥＤチップの支持部材はドラム状にして稼動せずに固定しＬＥＤチップをドラムの内側に配設し、光学手段を稼動して上記集光領域を上記支持部材上のＬＥＤチップの発光面上を移動するようにしても良い。また、この光学手段は、レンズに限定するものではなく、ミラー、プリズム、ファイバーなど様々考えられる。
【０１７５】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、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、及び、この照明装置を用いた投影表示装置を提供することができる。
【０１７６】
即ち、同時点灯の発光体の構成数を必要以上に多くせず、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ることができる。
【０１７７】
また、発光体そのもの、或いは、集光手段の集光領域を高速に移動させて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。
【０１７８】
即ち、単にＬＥＤチップ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よく作り出すことが効果的に図られる。それにより、プロジェクタ（投影表示装置）用照明光に求められる集光性及び平行性の高い光束を効率よ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】（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。
【図２】（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。
【図３】第１の実施の形態における発光ユニット部の更に別の変形例を示す図であって、特に、（ａ）は発光ユニット部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４】本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の機能ブロック図である。
【図５】（ａ）は第２の実施の形態における発光ユニット部の構成を示す図であり、（ｂ）は光学手段の集光領域近傍の集光分布特性を示す図である。
【図６】（ａ）はＬＥＤチップ間ピッチがＬＥＤチップサイズよりも長い場合の集光領域と光制御部材の位置関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図７】（ａ）乃至（ｅ）はそれぞれＬＥＤチップと集光領域との位置関係を示す図である。
【図８】図６の（ａ）に示す位置関係において発光体可動制御部にステッピングモータを使用した場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図９】（ａ）はＬＥＤチップサイズをＬＥＤチップ間ピッチの２倍よりも短くした場合の集光領域と光制御部材の位置関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図１０】（ａ）はＬＥＤチップサイズをＬＥＤチップ間ピッチの２倍よりも短くすると共に集光領域サイズよりも長くした場合の集光領域と光制御部材の位置関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図１１】（ａ）はＬＥＤチップ間ピッチ≧ＬＥＤチップサイズ且つ集光領域サイズ≧ＬＥＤチップ間ピッチとした場合の集光領域と光制御部材の位置関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図１２】（ａ）はＬＥＤチップ間ピッチ＞ＬＥＤチップサイズ且つ集光領域サイズ＝ＬＥＤチップ間ピッチとした場合の集光領域と光制御部材の位置関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図１３】図６の（ａ）に示す位置関係においてＬＥＤチップへ供給する電流を調整して被照明領域に照射される光量が均一になるように発光量制御する場合の稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図１４】（ａ）は光学手段の集光領域近傍の集光分布特性を示す図であり、（ｂ）はこのような特性の光学手段を考慮した発光量制御を説明するための稼動距離とＬＥＤチップの発光と明るさの関係を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る投影表示装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第３の実施の形態に係る投影表示装置における発光ユニット部の構成を示す正面図及び平面図である。
【図１７】（ａ）は第３の実施の形態に係る投影表示装置における動作開始と停止の制御手順を説明するためのタイミングチャートを示す図であり、（ｂ）は発光体可動部にステッピングモータを使用した場合の制御手順を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図１８】（ａ）は図１７の（ｂ）のタイミングチャートをより詳細に示す図であり、（ｂ）はＲ，Ｇ，Ｂの各々の発光時間を変える場合のタイミングチャートをより詳細に示す図である。
【図１９】（ａ）は理想的なＬＥＤチップへの供給電流と選択光の光量との関係を示す図、（ｂ）はＬＥＤチップへの供給電流と温度特性による選択光の光量減衰との関係を示す図であり、（ｃ）は温度特性による光量減衰を補正するＬＥＤチップへの供給電流を説明するための図である。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ発光量を一定にする発光量制御部の構成例を示す図である。
【図２１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第３の実施の形態に係る投影表示装置における発光ユニット部の別の構成例を示す正面図及び平面図である。
【図２２】図２１の（ａ）及び（ｂ）に示す構成における発光タイミングを説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【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
６ａタイミング調整部
６ｂ発光体点灯制御部
６ｂ１発光量制御部
６ｂ１ａカウンタ
６ｂ１ｂＲＯＭ
６ｂ１ｃＤ／Ａコンバータ
６ｂ１ｄ積分回路
６ｂ１ｅ掛け算器
６ｂ１ｆ加算器
７，７_１〜７_ｎ発光体駆動部
８照明色特性設定部
１１，４３支持部材
１６発光基準位置
１７，１８光学レンズ
２１平面反射鏡
２４ドラム支持部材
２５，２５ａ〜２５ｒ，２５ａ１，２５ａ２，２５ｂ１，２５ｂ２，…，２５ｒ１，２５ｒ２，Ｌ_１〜Ｌ_７，Ｌ_ｎＬＥＤチップ
２６Ｒ，２６Ｇ，２６ＢＬＥＤチップ列
２７集光レンズ
２８回転支持部材
２９発光ポイント
３０光学レンズ
３１光選択制御手段
３２発光ユニット状態検出部
３３光学手段
３３ａ集光マイクロレンズ
３３ｂ偏向マイクロレンズ
３３ｃ重ね合わせレンズ
３４被照明領域
３４ａ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
３４ｂ光変調素子
３５集光領域
３６遮光部
３７可動手段
３８操作パネル
３９表示制御部
４０光変調素子駆動部
４１投影光学系
４２スクリーン

Claims

被照明領域を照明する照明装置において、
配列された発光面から発光駆動量に応じた光量の光を出射する複数の発光体と、
前記複数の発光体それぞれへの発光駆動量を制御する駆動手段と、
集光領域内に位置する前記発光面から発せられた光を被照明領域に集光する光学系であり前記集光領域の中央よりも該中央から離れるほど集光効率が低下する特性を有する集光光学手段と、
前記複数の発光体と前記集光領域とを前記複数の発光体の配列方向に沿って相対的に移動させる光制御手段と、
前記光制御手段が前記複数の発光体と前記集光光学手段とを相対的に移動させたことに伴い、前記複数の発光体のうち前記集光領域に少なくとも発光面の一部が含まれた発光体を検出する検出手段と、
を具備し、
前記駆動手段は、前記検出手段が検出した発光体のみを駆動制御し、さらにこの駆動制御する際の発光駆動量は、前記集光光学手段の特性による光量減衰分を補うように、前記検出手段が検出した発光体の位置が前記集光領域の中央にある時よりも、前記集光領域内で且つ前記集光領域内の中央から離れた位置にある時の方を増加させることを特徴とする照明装置。
前記集光光学手段の特性に応じた発光駆動量の増加量を記憶する記憶手段を更に具備し、
前記駆動手段は、前記記憶手段から読み出した増加量に基づいて発光駆動量を制御することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
請求項１または２に記載の照明装置と、
前記照明装置の前記被照明領域に配置した光変調素子と、
前記光変調素子によって光変調された光を投影する投影手段と、
を具備することを特徴とする投影表示装置。