(57)【要約】【課題】発光輝度分布を充分均一としながら発光素子を効率的に発光駆動させる。【解決手段】複数のＬＥＤランプ51ａ，51ａ，‥‥を平面上に配置した面光源の光源装置で、ＬＥＤランプ51ａ，51ａ，‥‥を該面光源の中心部から離れるに連れて配置密度が粗から密となるように配置する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を平面上に配置した面光源の光源装置であって、
上記複数の発光素子を該面光源の中心部から離れるに連れて配置密度が粗から密となるように配置したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
上記面光源の複数の発光素子のすべてを同一の駆動条件で発光駆動することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
上記駆動条件は駆動電流と駆動電圧であることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
上記駆動条件は駆動時間であることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項５】
上記面光源は、複数の色成分毎に夫々複数の発光ダイオードを分散配置して構成することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の光源装置。
【請求項６】
上記面光源は、複数の色成分を有し、各色成分毎に時分割で点灯駆動されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の光源装置。
【請求項７】
複数の発光素子を平面上に配置した面光源の光源装置であって、
上記面光源は、上記複数の発光素子を該面光源の中心部から離れるに連れて配置密度が粗から密となるように配置し、且つ複数の色成分毎に夫々複数の発光ダイオードを分散配置して構成し、
上記複数の発光ダイオードを色成分毎に時分割で点灯駆動するのに同期して、対応する色成分の光像を時分割で形成する投影手段を備える
ことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ装置やデジタルカメラ等に好適な光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、交差点等で使用される信号灯器において、電球に代えて複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ランプを円形状の基板にアレイ配列したものが多く設置されている。  
そのようなＬＥＤを用いた信号灯器においては、均等にＬＥＤランプをアレイ配列すると、全体としては中央部ほど輝度が高くなってしまい、均一な輝度分布を得ることができない。
【０００３】
そこで、点灯面全体の輝度分布の均斉化をはかり、良好な視認性を確保するべく、基板に実装された複数個のＬＥＤランプの前方に前面カバーを配置し、その前面カバーのランプ側の面に、各ＬＥＤランプと対向する領域に印刷を施すとともに、各印刷領域をＬＥＤランプの中心に対応する中央部の透過量が最も小さく、その中心部から離れるに従って透過光量が大きくなるように形成するようにした技術が記載されている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００４−２２７７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献に記載された技術は、各ＬＥＤランプに対応して中心部ほどその透過量が減少するような各印刷領域を設けた前面カバーを設けることを特徴としており、換言すれば、中心部に位置するＬＥＤランプほどその発光量の一部が前面カバーにより阻害されて表示光としては有効に活用されない。
【０００５】
すなわち、多数のＬＥＤランプをアレイ状に配列しながらも、輝度分布の均斉化を優先してそれらの発光量を充分には活用せず、無駄な点灯駆動を行なっていることになる。
【０００６】
このような不具合は、特に一般家庭等で使用される、光学機器の光源、例えばプロジェクタ装置の光源部やデジタルカメラの補助光源であるフラッシュ部等でより顕著となるもので、高画質と低消費電力の両立が強く求められている。
【０００７】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、発光輝度分布を均一なものとしながら各発光素子を効率的に発光駆動させることが可能な光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、複数の発光素子を平面上に配置した面光源の光源装置であって、上記複数の発光素子を該面光源の中心部から離れるに連れて配置密度が粗から密となるように配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記面光源の複数の発光素子のすべてを同一の駆動条件で発光駆動することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記駆動条件は駆動電流と駆動電圧であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記駆動条件は駆動時間であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれか記載の発明において、上記面光源は、複数の色成分毎に夫々複数の発光ダイオードを分散配置して構成することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれか記載の発明において、上記面光源は、複数の色成分を有し、各色成分毎に時分割で点灯駆動されることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、複数の発光素子を平面上に配置した面光源の光源装置であって、上記面光源は、上記複数の発光素子を該面光源の中心部から離れるに連れて配置密度が粗から密となるように配置し、且つ複数の色成分毎に夫々複数の発光ダイオードを分散配置して構成し、上記複数の発光ダイオードを色成分毎に時分割で点灯駆動するのに同期して、対応する色成分の光像を時分割で形成する投影手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、発光輝度分布を均一なものとしながら各発光素子を効率的に発光駆動させることが可能となる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、各発光素子の駆動条件を同一とすることで駆動系の回路の構成と制御とを簡易化することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明の効果に加えて、電圧と電流とを揃えて駆動することで、駆動系の回路の構成をより簡易化することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明の効果に加えて、駆動時間を揃えて駆動することで、光像を形成するための制御をより簡易化することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、上記請求項１乃至４いずれか記載の発明の効果に加えて、光源からの光を適宜着色するカラーホイール等の構成を簡略化しながら、カラー画像の投影に対応することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、上記請求項１乃至５いずれか記載の発明の効果に加えて、各色成分での発光に同期してその度合いを加減する透過型または反射型の減光素子と組み合わせることで、任意の色での発光が可能とななる。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、発光輝度分布を均一なものとしながら各発光素子を効率的に発光駆動させることが可能となるのに加え、光源からの光を適宜着色するカラーホイール等の構成を簡略化しながら、カラー画像の投影に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明をプロジェクタ装置の光源に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、同実施の形態に係るプロジェクタ装置１０の外観構成を示すもので、主として筐体前面及び上面の構成を示す。同図に示すように、直方体状の本体ケーシング１１の前面の一部、向かって右側に投影レンズ１２が配設される。また、同じく本体ケーシング１１の前面の左端側にはＩｒ受信部１３が配設される。
【００２４】
投影レンズ１２は、後述するマイクロミラー素子等の空間的光変調素子で形成された光像をスクリーン等の対象に投影するためのものであり、ここでは合焦位置及びズーム位置（投影画角）を任意に可変できるものとする。
【００２５】
Ｉｒ受信部１３は、図示しないこのプロジェクタ装置１０のリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光（Ｉｒ）信号を受信する。
【００２６】
また、本体ケーシング１１の上面には、キースイッチ部１４、及びスピーカ１５が配設
される。  
キースイッチ部１４は、装置の電源のオン／オフ、入力切換、自動合焦、自動台形補正、モード選択等を指示する各種キースイッチより構成される。
【００２７】
スピーカ１５は、入力された音声信号及び動作時のビープ音等を拡声放音する。
【００２８】
さらに本体ケーシング１１の左側面には、上述した投影レンズ１２のズーム位置を手動で操作するためのズームリング１６、及び合焦位置手動で操作するためのフォーカスリング１７の各一部が露出している。
【００２９】
また、図示はしないが本体ケーシング１１の背面には、入出力コネクタ部、上記Ｉｒ受信部１３と同様のＩｒ受信部、及びＡＣアダプタ接続部が配設される。  
入出力コネクタ部は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置との接続のためのＵＳＢ端子、映像入力用のＲＧＢミニＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、及びＲＣＡ端子と、音声入力用のステレオミニ端子等からなる。  
ＡＣアダプタ接続部は、電源となる図示しないＡＣアダプタからのケーブルを接続する。
【００３０】
次に図２により上記プロジェクタ装置１０の電子回路の機能構成について説明する。  
図中、入出力コネクタ部２１より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２２、システムバスＳＢを介して画像変換部２３で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に、投影エンコーダ２４へ送られる。
【００３１】
投影エンコーダ２４は、送られてきた画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して投影駆動部２６に出力する。
【００３２】
この投影駆動部２６は、送られてきた画像信号に対応して適宜フレームレート、例えば例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動で空間的光変調素子（ＳＯＭ）である例えばマイクロミラー素子２７を表示駆動する。
【００３３】
このマイクロミラー素子２７に対して、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ランプを集積した面光源２８が出射する高輝度の白色光を、集光レンズ２９を介した後にミラー３０を介して照射することで、その反射光で光像が形成され、上記投影レンズ１２を介してここでは図示しないスクリーンに投影表示される。
【００３４】
しかるに、面光源２８を構成する各ＬＥＤランプは、投影光処理部３１からの一律な供給電圧値に基づいて発光駆動される。
【００３５】
上記各回路のすべての動作制御を司るのが制御部３２である。この制御部３２は、ＣＰＵと、各種投影動作を該ＣＰＵで実行するための動作プログラムを記憶した不揮発性メモリ、及びワークメモリ等により構成される。
【００３６】
この制御部３２にはまた、システムバスＳＢを介して音声処理部３３が接続される。
【００３７】
音声処理部３３は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、上記スピーカ１５を鳴動して拡声放音し、あるいは必要によりビープ音を発生させる。
【００３８】
なお、上記キースイッチ部１４における各キー操作信号が直接制御部３２に入力されると共に、Ｉｒ受信部３４からの信号も直接入力される。このＩｒ受信部３４は、上記Ｉｒ受信部１３及び本体ケーシング１１の背面側に設けられるＩｒ受信部を含み、その赤外光受信信号をコード信号化して制御部３２に送出する。
【００３９】
図３は、上記プロジェクタ装置１０の本体ケーシング１１内に設けられた投影系の構造を示す横断平面図である。
【００４０】
同図中、面光源２８は冷却装置４１により冷却され、常時定温に保たれて同一の発光特性を維持する。この面光源２８から出力される、時分割で各原色成分に着色された光が、光軸ＡＯで示すように、輝度分布の均一化等の処理を経ることなく集光レンズ２９で集光されてミラー３０に導かれ、このミラー３０で全反射された後にマイクロミラー素子２７に入射され、投影すべき光像が形成される。
【００４１】
すなわちマイクロミラー素子２７は、その構成は図示しないが、１つ１つの画素をそれぞれ、ＣＭＯＳをベースとするミラー駆動素子によって一方の傾き方向と他方の傾き方向とに傾動されるアレイ状に配列されたマイクロミラーにより形成したものであり、これらのマイクロミラーは、縦横の幅が１０［μｍ］〜２０［μｍ］の極薄金属片（例えばアルミニウム片）からなっている。
【００４２】
このマイクロミラー素子２７は、その正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から所定の角度範囲の入射角で入射した光を、上記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより上記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射し、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を表示する。
【００４３】
なお、上記明表示の明るさは、上記マイクロミラーを上記一方の傾き方向（入射光を正面方向に反射させる傾き方向）に傾けておく時間幅を制御することによって任意に変化させることができ、したがって、上記マイクロミラー素子２７により、明るさに階調をもたせた画像を表示させることができる。
【００４４】
このマイクロミラー素子２７で形成された光像が、投影レンズ１２を構成する複数のレンズ光学系を介して投影対象となるスクリーン等へ出射される。ここで投影レンズ１２は、図示しないモータにより電動駆動されてズーム位置及び合焦位置を可変するものであるが、上述した如くユーザの手動操作にも対応するものとし、上記本体ケーシング１１左側面のズームリング１６及びフォーカスリング１７を手動により回動させてレンズ軸方向に上記レンズ光学系中の図示しないズームレンズ、フォーカスレンズを移動させることができる。
【００４５】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、上記面光源２８の具体的な構造例を簡略化して示すものであり、発光方向である先端部分がドーム形状のレンズとなった複数のＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥を一枚の基板５１ｂ上に各リード線を介してアレイ配列したＬＥＤアレイ５１により構成される。
【００４６】
このＬＥＤアレイ５１は、図中に示す１個のＬＥＤランプ５１ａが実際には一部に破線で示す如く、１組３個の時分割駆動されるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各ＬＥＤランプによりそれぞれ３角形状に近接して組み合わされて規則配置される。
【００４７】
さらに、図４（Ａ）でも明らかなように、ＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥はその中心部に近いほど配置が間引きされて配置密度が粗となるように構成されるものであり、ＬＥＤアレイ５１を構成するすべてのＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥を同一の駆動条件、すなわち駆動電流と駆動電圧とを統一して同一輝度で発光駆動させる。また、同一の駆動条件とは、各ＬＥＤの駆動時間であってもよい。
【００４８】
その結果、上記ＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥の配置密度との相対関係により、面光源２８であるＬＥＤアレイ５１は、その発光面全体で輝度分布が均一な状態の光を発することとなる。
【００４９】
一方で、プロジェクタ装置１０にてモノクロ画像を投影表示する際には、１個のＬＥＤランプ５１ａを構成するＲ，Ｇ，Ｂ計３個のＬＥＤランプを時分割ではなく同時に点灯駆動することで、混色による白色光がマイクロミラー素子２７に照射される。
【００５０】
また、上記図４（Ａ）、図４（Ｂ）では先端部分がドーム形状のレンズとなった複数のＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥を面光源２８として用いるものとしたが、これに代えて図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すように直方体のチップ形状のＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥を一枚の基板５２ｂ上に直接、基本的にはアレイ状に実装配列したＬＥＤアレイ５２を面光源２８として用いるものとしてもよい。
【００５１】
このＬＥＤアレイ５２は、図中に示す１個のＬＥＤ５２ａが実際には一部に破線で示す如く、１組３個の時分割駆動されるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各ＬＥＤによりそれぞれ隣接して組み合わされて規則配置される。
【００５２】
この図５（Ａ）においても、ＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥はその中心部に近いほど配置が間引きされて配置密度が粗となるように構成されるものであり、ＬＥＤアレイ５２を構成するすべてのＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥を同一の駆動条件、すなわち駆動電流と駆動電圧とを統一して同一輝度で発光駆動させる。
【００５３】
その結果、上記ＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥の配置密度との相対関係により、面光源２８であるＬＥＤアレイ５２は、その発光面全体で輝度分布が均一な状態の光を発することとなる。
【００５４】
上記図４及び図５のような構成にあっては、ＬＥＤアレイ５１（５２）を構成するＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥（ＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥）を意図的に粗密を設けて配置し、周辺部では隙間なくきわめて密となるように配置する一方で、中央に近づくに従って徐々に粗となるように配置するものとした。
【００５５】
したがって、ＬＥＤアレイ５１（５２）を構成するすべてのＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥（ＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥）を同一の駆動条件で駆動させ、個々の発光輝度が同一となるように駆動制御した場合に、周辺部との相関により中央部に位置する（周囲に位置する発光素子が多くなる）ほどその影響を受けて当該位置の輝度が増すものとなるため、配置の粗密によりこれを相殺し、面全体での輝度分布を均一なものとすることができる。
【００５６】
また、ＬＥＤランプ５１ａ，５１ａ，‥‥（ＬＥＤ５２ａ，５２ａ，‥‥）の発する光はすべて投影光として活用され、投影光路途中で減光フィルタなどにより無駄に消費されてしまうことがないため、発光素子であるＬＥＤを効率的に発光駆動させることが可能となる。
【００５７】
加えて、面光源２８を発光駆動する投影光処理部３１は、発光素子である各ＬＥＤの駆動条件を同一とすることで、具体的な回路構成と制御とをきわめて簡易なものとすることができる。
【００５８】
さらに、上記実施の形態では、面光源２８としてＲ，Ｇ，Ｂの各原色毎に対応するＬＥＤを設けてこれを時分割発光駆動するものとしたので、光源からの光を適宜着色するカラーホイール等の構成を簡略化しながら、カラー画像の投影に対応することができる。
【００５９】
なお、上記実施の形態は、プロジェクタ装置の光源に適用した場合について説明したものであるが、本発明はこれに限らず、デジタルカメラや銀塩フィルムカメラ、カメラ付き携帯電話端末機の補助光源であるフラッシュ、交通信号灯器のランプ、その他、発光輝度分布の均一性が必要とされる各種光源に適用可能となる。
【００６０】
また、上記実施の形態は発光素子としてＬＥＤを用いた場合について説明したものであるが、ＬＥＤのみならず、他の発光素子を複数配置した面光源、例えば各種放電管あるいは冷陰極管をアレイ状に配列して大型液晶パネルのバックライトとするものなどにも適用することができる。
【００６１】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００６２】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る投影装置の外観構成を示す斜視図。
【図２】同実施の形態に係る電子回路の概念構成を示すブロック図。
【図３】同実施の形態に係る投影系の実装構成を示す図。
【図４】同実施の形態に係る光源部の具体構成を例示する図。
【図５】同実施の形態に係る光源部の具体構成を例示する図。
【符号の説明】
【００６４】
１０…プロジェクタ装置、１１…本体ケーシング、１２…投影レンズ、１３…Ｉｒ受信部、１４…キースイッチ部、１５…スピーカ、１６…ズームリング、１７…フォーカスリング、２１…入出力コネクタ部、２２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、２３…画像変換部、２４…投影エンコーダ、２５…ビデオＲＡＭ、２６…投影駆動部、２７…マイクロミラー素子（ＳＯＭ）、２８…面光源、２９…集光レンズ、３０…ミラー、３１…投影光処理部、３２…制御部、３３…音声処理部、３４…Ｉｒ受信部、４１…冷却装置、５１…ＬＥＤアレイ、５１ａ…ＬＥＤランプ、５１ｂ…基板、５２…ＬＥＤアレイ、５２ａ…ＬＥＤ、５２ｂ…基板、ＡＯ…光軸、ＳＢ…システムバス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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