(57)【要約】【課題】本発明は、投影面へ高輝度の光を導くことができる投影装置を提供する。【解決手段】投影装置１０は、基板１１と、回転ステージ１２と、複数のＬＥＤ２２〜２４と、均一化光学系１６と、制御部２１とを備える。回転ステージ１２は、基板１１を、該基板１１の内部に規定される回転軸１１ａ回りに回転する。複数のＬＥＤ２２〜２４は、基板１１に固定されるとともに回転軸１１ａ回りに基板１１の回転方向に沿って並んで配置される。均一化光学系１６は、基板１１の回転に伴って回転軸１１ａ回りに回転するＬＥＤの回転軌跡上に固定されて、ＬＥＤから出力された光の断面照度を均一化する。制御部２１は、基板１１の回転に伴って回転するＬＥＤのうち均一化光学系１６の光軸１６ａ上に重なったＬＥＤを、光軸１６ａと重なっている間のみ点灯させる。【選択図】      図１
2007206627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部を、当該基部の内部に規定される回転軸回りに回転する駆動手段と、
前記基部に固定されるとともに前記回転軸回りに前記基部の回転方向に沿って並んで配置される複数のＬＥＤと、
前記基部の回転に伴って前記回転軸回りに回転する前記ＬＥＤの回転軌跡上に固定されて前記ＬＥＤから出力された光の断面照度を略均一化する均一化光学系と、
前記基部の回転に伴って回転する前記ＬＥＤのうち前記均一化光学系の光軸上に重なったＬＥＤを、前記光軸と重なっている間のみ点灯させる点灯制御手段と、
を具備することを特徴とする投影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投影装置において、
前記基部上に気流を発生させる気流発生手段を備えることを特徴とする投影装置。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤは、赤色を出力する赤色ＬＥＤと、緑色を出力する緑色ＬＥＤと、青色を出力する青色ＬＥＤとであり、これら複数のＬＥＤの全てを出力させると白色になるように調整されることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを光源とする投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投影装置の光源としては、ランプが用いられていた。しかしながら、ランプを光源として利用する投影装置では、ランプ自体が大きいため、小型化に限度があった。さらに、装置の起動および終了にも時間がかかった。
【０００３】
一方、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）を光源として備える投影装置が提案されている。この種の投影装置では、赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとが用いられている。しかしながら、これら３色のＬＥＤを固定式のミラーを使って波長結合する時分割方式の投影装置では、各ＬＥＤを大きくすると各ＬＥＤから出力される光の利用効率が悪くなり、高輝度が得られなくなる。
【０００４】
また、ＬＥＤを順次点灯させることによって、高輝度を得る投影装置が提案されている。つまり、各ＬＥＤは、常に点灯することがなくなるので、飽和状態にならず、それゆえ高輝度の光を出力することができる。
【０００５】
この種の投影装置は、回転自在に保持される導光ロッド部材と、導光ロッド部材の回転軸回りに並んで配置される複数のＬＥＤとを備えている。各ＬＥＤは、導光ロッド部材の回転軸を横切る方向に光を出力する。また、ＬＥＤは、導光ロッド部材の回転に合わせて点灯する。導光ロッド部材内には、ＬＥＤから出力された光を導光ロッド部材の回転軸に略沿う方向に導くためのミラーが設けられている。
【０００６】
また、導光ロッド部材の出射端面の先には、該出射端面から出射された光の断面照度を均一にする均一化光学系としてのディフューザが配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９９０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている投影装置の場合、導光ロッド部材の回転軸が傾くと、導光ロッド部材の出射端面から出射される光の光路が大きく傾くことが考えられる。この点について具体的に説明する。導光ロッド部材に入射されたＬＥＤの光は、導光ロッド部材内で反射されて出射端面に導かれる。それゆえ、導光ロッド部材の回転軸が傾くと、導光ロッド部材のミラーに対するＬＥＤの光の入射角度が傾く。ミラーに対して傾いた光がさらにミラーで反射した後に導光ロッド部材の出射端面から出射されるので、出射端面から出射される光の光路が大きく傾いてしまう。
【０００８】
出射端面から出射される光の光路が傾くと、ディフューザへ光が効率よく入射されなくなることが考えられる。この結果、投影面へ投影される光の輝度が低下することが考えられる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、投影面へ高輝度の光を導くことができる投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の投影装置は、基部と、駆動手段と、複数のＬＥＤと、均一化光学系と、点灯制御手段とを備える。前記駆動手段は、前記基部を、当該基部の内部に規定される回転軸回りに回転する。前記複数のＬＥＤは、前記基部に固定されるとともに前記回転軸回りに前記基部の回転方向に沿って並んで配置される。前記均一化光学系は、前記基部の回転に伴って前記回転軸回りに回転する前記ＬＥＤの回転軌跡上に固定されて前記ＬＥＤから出力された光の断面照度を略均一化する。前記点灯制御手段は、前記基部の回転に伴って回転する前記ＬＥＤのうち前記均一化光学系の光軸上に重なったＬＥＤを、前記光軸と重なっている間のみ点灯させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高輝度の光が投影面へ導かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る投影装置を、図１，２を用いて説明する。投影装置１０は、スクリーン５に像を投影する装置である。図１は、投影装置１０の概略的構成図である。図１に示すように、投影装置１０は、基板１１と、回転ステージ１２と、発光部１４と、コリメータ１５と、均一化光学系１６と、エアギャッププリズム１７と、ＤＭＤ（digital micromirror device）１８と、投影光学系１９と、制御部２１とを備えている。
【００１３】
基板１１は、回転ステージ１２に固定されている。回転ステージ１２は、例えば上部１２ａと下部１２ｂとを備える。上部１２ａは、下部１２ｂに対して回転可能に支持されている。下部１２ｂは、上部１２ａを回転させる駆動部を備えている。基板１１は、上部１２ａに固定されている。上部１２ａが回転すると、基板１１も回転する。基板１１には、回転軸１１ａが規定される。なお、基板１１を回転軸１１ａ回りに回転する構造は、上記構造に限定されない。
【００１４】
発光部１４は、複数のＬＥＤ（Light-Emitting Diode）を備えている。具体的には、発光部１４は、赤色を発光する赤色ＬＥＤ２２と、緑色を発光する緑色ＬＥＤ２３と、青色を発光する青色ＬＥＤ２４とを備えている。
【００１５】
図２は、図１に示されるＦ２−Ｆ２線に沿う断面図である。図２に示されるように、全てのＬＥＤを点灯させたときに白色の光となるように、赤色ＬＥＤ２２の数と緑色ＬＥＤ２３の数と青色ＬＥＤ２４の数と各ＬＥＤ２２〜２４を駆動する駆動電流とは設定されている。
【００１６】
具体的には、本実施形態では、赤色ＬＥＤ２２と緑色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４とは各々４つずつ備えられるとともに、赤色ＬＥＤ２２と緑色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４との各々の駆動電流は、全てのＬＥＤ２２〜２４（４つの赤色ＬＥＤ２２と４つの緑色ＬＥＤ２３と４つの青色ＬＥＤ２４）を出力すると白色になるように設定されている。
【００１７】
そして、各ＬＥＤ２２〜２４は、基板１１の表面に、回転軸１１ａ回りに略円周状に並んで配置されている。各ＬＥＤ２２〜２４は、同色を出力するものどうしが隣り合うように配置されている。基板１１は、本発明で言う基部である。
【００１８】
なお、図中に示される各ＬＥＤ２２〜２４には、各々が出力する光を表すために、赤色、緑色、青色ごとに異なるハッチングが施されている。したがって、各ＬＥＤ２２〜２４に施されるハッチングは、断面を表すのもではない。各ＬＥＤ２２〜２４は、拡散光を出力する。また、図中、ＬＥＤ２２〜２４は、誇張されて大きく描かれているが実際は、小さいものである。
【００１９】
本実施形態では、赤色ＬＥＤ２２と緑色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４とは各々４個ずつ用いられており、各ＬＥＤ２２〜２４の駆動電流は全てのＬＥＤを出力すると白色になるように調整されているが、これに限定されない。例えば、赤色ＬＥＤ２２と緑色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４の駆動電流を一定にしてもよい。この場合、発色する色によって発光効率が異なるので、例えば、緑色ＬＥＤ２３を赤色ＬＥＤ２２や青色ＬＥＤ２４の２倍程度の個数用いるなどする。このように、白色を形成するために、赤色ＬＥＤ２２と緑色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４の個数を調整してもよい。
【００２０】
図１に示すように、コリメータ１５は、各ＬＥＤ２２〜２４を覆うように配置され基板１１に固定されている。それゆえ、コリメータ１５は、基板１１とともに回転する。コリメータ１５は、薄型化のために例えばフレネルレンズ形状である。コリメータ１５は、各ＬＥＤ２２〜２４が出力した拡散光を平行光に修正する。なお、図２中では、コリメータ１５は、２点鎖線で示されている。
【００２１】
図１に示すように、均一化光学系１６は、コリメータ１５を透過した光の光路においてコリメータ１５の下流に配置されている。つまり、均一化光学系１６は、基板１１の回転軌跡上に配置される。均一化光学系１６は、各ＬＥＤ２２〜２４から出力される光を、照度が均一な長方形パターンの光に調整する。均一化光学系１６は、レンズアレイ２５と、集光レンズ２６とを備えている。
【００２２】
レンズアレイ２５は、集光レンズ２６よりも上流に配置されている。レンズアレイ２５は、後述されるＤＭＤ１８の反射面形状例えば矩形に対応した矩形状である。それゆえ、レンズアレイ２５を透過した光の断面の形状は、矩形となる。
【００２３】
図２では、レンズアレイ２５は、２点鎖線で示されている。レンズアレイ２５は、コリメータ１５によって平行光線になった光を、多くの点光源群とする。図１に示すように、集光レンズ２６は、レンズアレイ２５の下流に配置され、レンズアレイ２５を透過した光を集光する。
【００２４】
エアギャッププリズム１７は、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光の光路において集光レンズ２６よりも下流に配置されている。エアギャッププリズム１７は、第１の部分２７と第２の部分２８とを備えている。
【００２５】
第１の部分２７は、集光レンズ２６を透過した光を全反射する反射面２７ａを備えている。第２の部分２８は、第１の部分２７の反射面２７ａと離間して配置される入射面２８ａを備えている。第１の部分２７の反射面２７ａと第２の部分２８の入射面２８ａとの間にエアギャップ２９が規定される。第１，２の部分２７，２８は、後述されるＤＭＤ１８に略正面から各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光が入射されるように、かつ、当該入射光の光路とＤＭＤ１８で反射された光の光路とが重ならないように、各々の設置姿勢が調整されている。
【００２６】
エアギャッププリズム１７は、反射面２７ａで反射された光のＤＭＤ１８の反射面１８ａに到達したときにおける断面形状がＤＭＤ１８の反射面１８ａと同じ形状かつ同じ大きさになるように、調整されて配置されている。
【００２７】
ＤＭＤ１８は、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光の光路において第１の部分２７の反射面２７ａの下流に配置されている。ＤＭＤ１８は、複数のマイクロミラーを備えており、このマイクロミラーによって反射された光がスクリーン５上に投影されることによってスクリーン５上に映像が投影される。
【００２８】
投影光学系１９は、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光の光路においてＤＭＤ１８の下流に配置されている。投影光学系１９は、ＤＭＤ１８から出力された光をスクリーン５に投影する。
【００２９】
制御部２１は、回転ステージ１２の下部１２ｂの駆動系を制御する。制御部２１と回転ステージ１２とによって、本発明で言う駆動手段の一例が構成される。
【００３０】
また、制御部２１は、各ＬＥＤ２２〜２４の点灯を制御する。具体的には、制御部２１は、基板１１の回転に伴って回転する各ＬＥＤ２２〜２４のうち、均一化光学系１６の光軸１６ａと重なったものを点灯させる。制御部２１は、例えば図示しないセンサによって計測された上部１２ａの回転に基づいて各ＬＥＤ２２〜２４の位置を検出してもよい。制御部２１は、本発明で言う点灯制御手段の一例である。
【００３１】
また、制御部２１は、各ＬＥＤ２２〜２４を全て出力すると白色になるように、各ＬＥＤ２２〜２４の駆動電流を調整する。
【００３２】
なお、図１中では、均一化光学系１６の光軸１６ａは、１点鎖線で示される。図２中では、均一化光学系１６の光軸１６ａは、点で示される。
【００３３】
または、各ＬＥＤ２２〜２４は、電磁誘導を利用して光を出力するように構成されてもよい。この場合、例えば均一化光学系１６の光軸１６ａに沿って磁界が形成されるとともに、基板１１中には、コイルが設けられる。この構造によって、各ＬＥＤ２２〜２４が均一化光学系１６に光軸１６ａ上に重なると、コイルに電流が発生しＬＥＤが点灯する。この場合、電磁誘導を利用する機構が本発明で言う点灯制御手段となる。
【００３４】
つぎに、投影装置１０の動作を説明する。投影すべき映像データがＤＭＤ１８に送信されると、この映像データをスクリーン５に投影するために、まず、回転ステージ１２の下部１２ｂが駆動され、基板１１が回転軸１１ａ回りに例えば図中矢印Ａで示す方向に回転される。
【００３５】
ついで、制御部２１は、各ＬＥＤ２２〜２４のうち均一化光学系１６の光軸１６ａと略重なるＬＥＤを、光軸１６ａと重なる間だけ点灯させる。光軸１６ａと重ならないＬＥＤは、点灯されない。
【００３６】
各ＬＥＤ２２〜２４のうち均一化光学系１６と重なるＬＥＤは、例えば制御部２１によって検出される。制御部２１は、例えば基板１１の回転に基づいて各ＬＥＤ２２〜２４のうち均一化光学系１６の光軸１６ａと略重なるＬＥＤを検出する。
【００３７】
点灯されたＬＥＤ、例えば図２に示すように光軸１６ａと重なった赤色ＬＥＤ２２から出力された光Ｌは、図１に示すように、コリメータ１５を透過することによって平行光線になる。
【００３８】
コリメータ１５を透過した光Ｌは、レンズアレイ２５によって断面照度が略均一な矩形の光線となり、集光レンズ２６に到達する。集光レンズ２６によって集光された光Ｌは、エアギャッププリズム１７の第１の部分２７の反射面２７ａに到達し、反射面２７ａで全反射される。
【００３９】
反射面２７ａで全反射された光Ｌは、ＤＭＤ１８の反射面１８ａに到達する。ＤＭＤ１８の反射面１８ａで反射された光Ｌは、エアギャッププリズム１７の第１の部分２７の反射面２７ａを透過する角度で出射されて、第１，２の部分２７，２８を透過する。
【００４０】
エアギャッププリズム１７を用いることによって、ＤＭＤ１８への入射光ＬとＤＭＤ１８からの反射光Ｌとをわずかな角度差でずらすことができるようになり当該入射光の光路と当該反射光の光路とが重なることによるけられの発生が抑制される。さらに、ＤＭＤ１８へ略正面から光Ｌが入射される。
【００４１】
エアギャッププリズム１７を透過した光Ｌは、投影光学系１９に到達する。投影光学系１９は、光Ｌをスクリーン５に投影する。このような一連の動作が、緑色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４でも行われる。この３原色のＬＥＤ２２，２３，２４の光がスクリーン５上に投影されることによって、スクリーン５上に映像が形成される。
【００４２】
このように構成される投影装置１０では、各ＬＥＤ２２〜２４から投影された光は、もともと均一化光学系１６へ向かって出力されるので、ミラーによって反射されることなく均一化光学系１６に到達する。それゆえ、投影装置１０は、該光を均一化光学系１６へ導くためにミラーを必要としない。
【００４３】
各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光を均一化光学系１６へ光を導くためにミラーを用いる場合、万が一、基板１１の回転軸１１ａが傾くと、該ミラーによって反射される各ＬＥＤ２２〜２４から出力される光は、回転軸１１ａの傾きよりも大きく傾くことになる。
【００４４】
しかしながら、投影装置１０は、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光を均一化光学系１６へ導くためにミラーを必要としない。それゆえ、万が一、基板１１の回転軸１１ａが傾いたとしても、各ＬＥＤ２２〜２４から出力される光の光路の傾きは、小さく抑えられる。
【００４５】
その結果、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光は、効率よく均一化光学系１６へ到達するのでスクリーン５へ到達する光の輝度の損失が抑制される。つまり、スクリーン５へ高輝度の光が導かれる。
【００４６】
また、ＤＭＤ１８の反射面１８ａに到達する光は、その断面の輪郭がＤＭＤ１８の反射面１８ａと同じ形状、同じ大きさであって、かつ、断面照度が略均一な光であることが好ましい。一方、小さい光源の光は、その輪郭および断面照度を制御しやすい。これに対し投影装置１０では、各ＬＥＤ２２〜２４のうち均一化光学系１６の光軸１６ａと重なる一つのＬＥＤから出力された光が用いられる。つまり、小さい光源の光が用いられる。それゆえ、基板１１と各ＬＥＤ２２〜２４とを備える照明機構は、ＤＭＤ１８を備える投影装置１０に適している。
【００４７】
また、投影装置１０は、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光を均一化光学系１６へ導くために複雑な光学系を必要としないので、簡素な構造になる。
【００４８】
また、均一化光学系１６は、レンズアレイ２５を備える構造である。レンズアレイ２５は、ＤＭＤ１８の反射面１８ａに対応する形状であって例えば矩形状である。それゆえ、各ＬＥＤ２２〜２４から出力された光を、レンズアレイ２５を透過させるだけで容易にＤＭＤ１８に適応するように調整することができる。
【００４９】
また、投影装置１０は、各ＬＥＤ２２〜２４を回転することによって、比較的大掛かりな構造になりやすい光学系を回転しなくてすむ構造であるので、装置を簡素な構造にすることができる。
【００５０】
つぎに、本発明の第２の実施形態に係る投影装置を、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様な機能を有する構成は同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、投影装置１０が各ＬＥＤ２２〜２４の近傍に気流を発生される気流発生手段を備えている点が、第１の実施形態と異なる。他の点は同一であってよい。上記異なる点について具体的に説明する。
【００５１】
図３は、本実施形態の投影装置１０の基板１１の平面図である。図３に示すように、基板１１上には、例えば３つのブロワ３０が設置されている。各ブロワ３０は、各ＬＥＤ２２〜２４の外側にて、略間隔離間配置されている。ブロワ３０は、例えば基板１１の回転軸１１ａに向かって送風する。ブロワ３０は、本発明で言う気流発生手段の一例である。
【００５２】
基板１１の回転にともなって、ブロワ３０から送風される空気Ｂは、各ＬＥＤ２２〜２４の近傍で乱れる。この結果、ブロワ３０から送風された空気によって、各ＬＥＤ２２〜２４の近傍に空気の流れを形成する。それゆえ、第１の実施形態の効果に加えて、各ＬＥＤ２２〜２４は、ブロワ３０による送風によって効果的に放熱される。
【００５３】
なお、上記されたブロワ３０の数および送風方向は一例であって限定されるものではない。
【００５４】
つぎに、本発明の第３の実施形態に係る投影装置を、図４を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様な機能を有する構成は同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、投影装置１０が各ＬＥＤ２２〜２４の近傍に気流を発生される気流発生手段を備えている点が、第１の実施形態と異なる。他の構造は同一であってよい。上記異なる点について具体的に説明する。
【００５５】
図４は、本実施形態の投影装置１０の基板１１の平面図である。図４に示すように、基板１１上には、複数の羽根１００が設置されている。各羽根１００は、各ＬＥＤ２２〜２４の外側において回転軸１１ａ回りに配置されている。各羽根１００は、基板１１から立ち上がっており、基板１１が回転すると各ＬＥＤ２２〜２４に向かって空気Ｂを送風するように湾曲している。各羽根１００は、本発明で言う気流発生手段の一例である。
【００５６】
この結果、ブロワ３０から送風された空気Ｂによって、各ＬＥＤ２２〜２４の近傍に空気の流れを形成する。それゆえ、第１の実施形態の効果に加えて、各ＬＥＤ２２〜２４は、羽根１００による送風によって効果的に放熱される。
【００５７】
つぎに、本発明の第４の実施形態に係る投影装置を、図５を用いて説明する。なお、第３の実施形態と同様な機能を有する構成は同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、羽根１００の配置が第３の実施形態と異なる。他の構造は同一であってよい。上記異なる点について具体的に説明する。
【００５８】
図５は、本実施形態の投影装置１０の基板１１の平面図である。図５に示すように、各羽根１００は、各ＬＥＤ２２〜２４の内側において回転軸１１ａ回りに配置されている。各羽根１００は、基板１１が回転すると各ＬＥＤ２２〜２４に向かって空気Ｂを送風するように湾曲している。本実施形態では、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る投影装置の概略的構成図。
【図２】図１に示されたＦ２−Ｆ２線に沿う投影装置の断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る投影装置の基板の平面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る投影装置の基板の平面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る投影装置の基板の平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０…投影装置、１１…基板（基部）、１１ａ…回転軸、１２…回転ステージ（駆動手段）、１６…均一化光学系、１６ａ…光軸、２１…制御部、（点灯制御手段）、２２…赤色ＬＥＤ（ＬＥＤ）、２３…緑色ＬＥＤ（ＬＥＤ）、２４…青色ＬＥＤ（ＬＥＤ）、３０…ブロワ（気流発生手段）、１００…羽根（気流発生手段）。
【図１】
2007206627.tif 000003
【図２】
2007206627.tif 000004
【図３】
2007206627.tif 000005
【図４】
2007206627.tif 000006
【図５】
2007206627.tif 000007