JP2006201428A

JP2006201428A - Ｌｅｄ式プロジェクタ

Info

Publication number: JP2006201428A
Application number: JP2005012433A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Shimizu; 恵一清水; Hiroji Dosemari; 広二堂迫; Sumio Hashimoto; 純男橋本; Keisuke Ono; 桂輔小野; Shigeru Osawa; 滋大澤; Masaru Inoue; 優井上
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】投射される像の明るさムラを抑制でき、防熱の対策が不要でしかも小型化できるＬＥＤ式プロジェクタを提供することである。
【解決手段】ＬＥＤ光源部１３は、投影する像が記録されたフィルム面を通過する可視光を放射するＬＥＤ１２を備え、光制御手段１４は、ＬＥＤ光源部１４から放射された可視光を光軸とほぼ並行に放射するように制御する中央レンズ部１５と、ＬＥＤ光源部１４から放射された可視光をほぼ全反射し反射光線軌跡が前方でクロスするように集光する全反射部１６とを有し、全反射部１６の反射光線軌跡が前方でクロスする光制御手段１４からの最短位置と投影レンズ２０との間にフィルム１９を保持するフィルム保持部１８を配置し、中央レンズ部１５と全反射部１６とからの複合した光束が最も絞られる位置の近傍に投影レンズ２０を配置し、フィルム１９上の像をスクリーン２１に投影する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを光源として用いたＬＥＤ式プロジェクタに関する。

投影する像が記録されたフィルムに光を透過してスクリーン等の投射面に映像を投射するプロジェクタでは、光源としてハロゲンランプや高輝度放電ランプ等の電球が用いられている。また、小型軽量で携帯が容易であり、かつ商用電源のない場所で使用できる電球を用いたスライドプロジェクタがある（例えば、特許文献１参照）。このスライドプロジェクタは、ハウジング内にスライドとなる複数枚の写真等を貼り付けたスライド支持フレームを通すためのフレーム案内通路を設け、フレーム上の写真等に照射した電球の光を鏡体で受け、それを摺動自在のレンズ支持筒内の映写レンズにて投射し、映写レンズ前方に置いたスクリーンに投影するようにしている。

一方、投写型液晶表示装置の光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を用いたものとして、複数のＬＥＤを用いて均一な光を射出可能な構造としたものがある（例えば、特許文献２参照）。この投写型液晶表示装置では、複数のＬＥＤに対する導光手段への入射面と導光手段へ入射した光の出射面とを直線的或いは直列的になるようにし、導光体において点光源であるＬＥＤからの入射光を均一に拡散できるようにし、小型であって、しかも光の強度にムラのない投写画像を表示できるようにしている。
登録実用新案第３０４７１５２号公報特開２００４−１１００６２号公報

しかし、ハロゲンランプや高輝度放電ランプを光源としたＬＥＤ式プロジェクタでは、光源から放射される赤外放射光がフィルム面に達するため、耐熱性の高い無機質のフィルムを用いるか、赤外放射光を低減する防熱対策が必要不可欠となる。小型携帯型の特許文献１のものについても同様に、電球の点灯による防熱の対策が必要となる。防熱の対策としては、例えば、電球から発する赤外放射を赤外線カットフィルタにて除去し発熱を抑制することが行われている。

また、特許文献２の複数のＬＥＤを用いた投写型液晶表示装置では、光の強度にむらが生じるのを防止する対策が必要となる。例えば、入射光を均一に拡散して出射する導光手段が必要となり小型化が困難となる。

本発明の目的は、投射される像の明るさムラを抑制でき、防熱の対策が不要でしかも小型化できるＬＥＤ式プロジェクタを提供することである。

請求項１の発明に係わるＬＥＤ式プロジェクタは、投影する像が記録されたフィルム面を通過する可視光を放射する発光ダイオードを備えたＬＥＤ光源部と；ＬＥＤ光源部から放射された可視光を光軸とほぼ並行に放射するように制御する中央レンズ部と、ＬＥＤ光源部から放射された可視光をほぼ全反射し反射光線軌跡が前方でクロスするように集光する全反射部とを有する光制御手段と；前記中央レンズ部と前記全反射部とからの複合した光束が最も絞られる位置の近傍に配置され前記フィルム上の像を投射面に投影する投影レンズと；前記全反射部の反射光線軌跡が前方でクロスする前記光制御手段からの最短位置と前記投影レンズとの間に配置され前記フィルムを保持するフィルム保持部と；を備えたことを特徴とする。

本発明および以下の発明において、用語の定義および技術的意味は以下による。ＬＥＤ光源部は１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し、投影する像が記録されたフィルム面を通過する可視光を放射する。

光制御手段はＬＥＤ光源部のＬＥＤからの光を制御して集光するものであり、中央レンズ部と全反射部とを備え、出射面は平面で形成される。中央レンズ部は光制御手段の中央部に形成される凸レンズであり、ＬＥＤ光源部から放射された可視光を光軸とほぼ並行に放射するように制御し、出射面から出射する。一方、全反射部は光制御手段の中央レンズ部の周辺部に形成される凹状の反射面であり、ＬＥＤ光源部から放射された可視光をほぼ全反射し、反射光線軌跡が前方でクロスするように集光する。

投影レンズは、フィルム上の像を投射面に投影するものであり、光制御手段の中央レンズ部と全反射部とからの複合した光束が最も絞られる位置の近傍に配置される。光束が最も絞られる位置とは、中央レンズ部と全反射部とからの複合した光束の断面積が最も小さい箇所である。

フィルム保持部はフィルムを保持するものであり、全反射部の反射光線軌跡が前方でクロスする光制御手段からの最短位置と前記投影レンズとの間に配置される。前方でクロスする光制御手段からの最短位置とは、全反射部からの反射光線軌跡が光制御手段の前方でクロスする位置のうち光制御手段の出射面に最も近いクロス位置である。

請求項２の発明に係わるＬＥＤ式プロジェクタは、投影する像が記録されたフィルム面を通過する可視光を放射する発光ダイオードを備えたＬＥＤ光源部と；ＬＥＤ光源部から放射された可視光を前方にほぼ均一に放射する中央レンズ部と、前記中央レンズ部を透過した一部の光をほぼ全反射し反射光線軌跡が前方でクロスするように集光する全反射部とを有し、出射面において通過光束の密度が略均一となるように中央レンズ部と全反射部との曲率が設定された光制御手段と；前記全反射部からの反射光線軌跡が最も絞られる位置の近傍に配置され前記フィルム上の像を投射面に投影する投影レンズと；前記光制御手段の出射面の近傍に配置され前記フィルムを保持するフィルム保持部と；を備えたことを特徴とする。

本発明の光制御手段の中央レンズ部は、光制御手段の中央部に、例えば半球凹面状に形成され、ＬＥＤ光源部のＬＥＤから放射された可視光を前方にほぼ均一に放射する。全反射部は、中央レンズ部の周辺部に形成される凹状の反射面であり、中央レンズ部を透過した放射状の一部の光をほぼ全反射し、光制御手段の前方で反射光線軌跡がクロスするように集光し出射面から出射する。中央レンズ部と全反射部との曲率は、出射面において通過光束の密度が略均一となるように曲率が設定される。

フィルム保持部はフィルムを保持するものであり、光制御手段の出射面の近傍に配置される。また、投影レンズはフィルム上の像を投射面に投影するものであり、全反射部からの反射光線軌跡が最も絞られる位置の近傍に配置される。全反射部からの反射光線軌跡が最も絞られる位置とは、全反射部で反射され合成された光束の断面積が最も小さい箇所である。

請求項１の発明によれば、フィルム保持部で保持されたフィルムは、全反射部からの反射光を漏れなく入射して透過することになるので、軸付近に暗部がほとんど生じることなく投射される像の明るさムラを抑制できる。また、光束が最も絞られる位置に投影レンズを配置するので、投影レンズの径を小さくでき投影レンズの小型化が図れる。また、光源としてＬＥＤを用いるので格別の赤外線カットフィルタが不要であり安価に構成できる。

請求項２の発明によれば、フィルム保持部で保持されたフィルムは、通過光束の密度が略均一となる光制御手段の出射面の近傍に配置されるので、投射される像の明るさムラを抑制できるとともに小型化が図れる。また、請求項１と同様に、投影レンズの径を小さくできるので投影レンズの小型化が図れ、格別の赤外線カットフィルタが不要であり安価に構成できる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるＬＥＤ式プロジェクタの構成図である。ＬＥＤ式プロジェクタ１１は、ＬＥＤ１２を光源とするＬＥＤ光源部１３を有し、ＬＥＤ光源部１３のＬＥＤ１２からの光は光制御手段１４で制御され集光される。光制御手段１４はＬＥＤ光源部１１のＬＥＤ１２からの光を集光制御するものであり、中央レンズ部１５と全反射部１６とを備え、ＬＥＤ１２の光を集光制御し平面で形成された出射面１７から出射する。

フィルム保持部１８は投影する像が記録されたフィルム１９を保持するものであり、光制御手段１４からの光を透光して投影レンズ２０を介して投影面であるスクリーン２１に投影される。

図２は本発明の第１の実施の形態における光制御手段１４でのＬＥＤ１２からの光の集光状態の説明図である。光制御手段１４の中央部には中央レンズ部１５が形成されており、中央レンズ部１５の周辺部には全反射部１６が形成されている。中央レンズ部１５は凸レンズであり、ＬＥＤ１２から光軸周辺方向へ放射される光をほぼ並行光に放射するように制御して出射面１７から出射する。一方、全反射部１６は凹状の反射面であり、ＬＥＤ光源部１３のＬＥＤ１２の光軸から離れた周辺方向へ放射される光をほぼ全反射し、光制御手段１４の反射光線軌跡が前方でクロスするように集光し出射面１７から出射する。

全反射部１６からの反射光は出射面１７から出射され、図３に示すように、光制御手段１４の前方でクロスする。このクロス位置は出射面１７からの出射位置により異なり、出射面１７の縁側から出射した光束のクロス位置は、出射面１７から遠くなり、出射面１７の中心部側から出た光束のクロス位置は出射面１７から近くなる。全反射部１６からの光束が光制御手段１４の前方でクロスする位置のうち光制御手段１４の出射面１７に最も近いクロス位置Ａに着目し、その最短位置Ａのさらに前方位置Ｂにフィルム保持部１８を配置する。すなわち、最短位置Ａと投影レンズ２０との間にフィルム保持部１８を配置する。

フィルム保持部１８を最短位置Ａのさらに前方位置Ｂに配置するのは、全反射部１６からの反射光を漏れなくフィルム保持部１８に保持されるフィルム１９に入射するためである。すなわち、最短位置Ａより前方位置においては、全反射部１６からのほとんどすべての反射光線が通ることになり、フィルム１９に全反射部１６からの反射光が漏れなく透過できるからである。これにより、軸付近に暗部がほとんど生じることなくなり、投射される像の明るさムラを抑制できる。

一方、投影レンズ２０は、光制御手段１４の中央レンズ部１５および全反射部１６からの複合した光束が最も絞られる位置Ｃの近傍に配置される。光束が最も絞られる位置Ｃでは、中央レンズ部１５および全反射部１６からの複合した光束の断面積が最も小さくなる。光束が最も絞られる位置Ｃに投影レンズを配置するのは、その位置Ｃでは光束の断面積が最も小さくなるので、投影レンズ２０の径を小さくでき投影レンズ２０の小型化が図れるからである。

この投影レンズ２０とフィルム保持部１８との間の距離が投影レンズ２０の焦点距離となる。すなわち、全反射部１６の光束がクロスする最短距離Ａおよび光束が最も絞られる位置Ｃは、使用する投影レンズ２０の焦点距離を考慮に入れて、中央レンズ部１５および全反射部１６の形状を決めることになる。

また、ＬＥＤ１２はフィルム１９面を通過する可視光密度に対する赤外放射密度の比が１以下の光を出射するもの、あるいは、フィルム１９面を通過する可視光以外の放射密度が１００ｍＷ／ｃｍ^２以下のものを使用する。つまり、ＬＥＤ１２とフィルム保持部１８との距離を考慮に入れてＬＥＤ１２を選択する。これにより、光制御手段１４とフィルム保持部１８との管に赤外線カットフィルタを設ける必要がなくなる。

ＬＥＤ１２を光源とすることで、光源からの直接的な赤外放射は無視できるほど小さくできるので、防熱の対策を講じる必要がない。ＬＥＤ１２の損失電力（熱発生）によりＬＥＤ光源部１３全体の温度は上昇するが、フィルム１９面に達するＬＥＤ光源部１１の色温度差が１００Ｋであるとすると、フィルム１９面に達するＬＥＤ１２からの熱放射は１００ｍＷ／ｃｍ^２を越えることはない。

一方、１ｃｍ^２のフィルム１９面に３０ｌｍ程度の可視光が通過するものとすると、この光量はおよそ１００ｍＷ／ｃｍ^２の放射エネルギーに相当する。また、この光量は、現在の消費電力１ＷクラスのＬＥＤ１２を用いることで得られる。今後、ＬＥＤの効率が上昇していけばさらに大きな値が得られる。

従って、投影する像が記録されたフィルム１９面を通過する可視光密度に対する赤外放射密度の比が１以下のＬＥＤ１２や、ＬＥＤ光源部からフィルム面を通過する可視光以外の放射密度が１００ｍＷ／ｃｍ^２以下となるＬＥＤ１２を容易に準備できる。このため、可視光以外の赤外線カットフィルタや紫外線カットフィルタ等が不要であり、ＬＥＤ式プロジェクタを安価にしかも小型化できる。なお、可視光は波長が３８０ｎｍ〜６８０ｎｍであり、赤外放射光は波長が６８０ｎｍ超の光である。密度は単位面積あたりのエネルギー密度であり、例えば、単位はｍＷ／ｃｍ^２である。

（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態における光制御手段１４でのＬＥＤ１２からの光の集光状態の説明図である。この第２の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形態における光制御手段１４に対し、光制御手段１４の出射面１７において通過光束の密度が略均一となるようにしたものである。

第２の実施の形態の光制御手段１４の中央レンズ部１５は、光制御手段１４の中央部に半球凹面状に形成されている。中央レンズ部１５は、ＬＥＤ１２からの光を半球凹面側から入射して半球凸面側から前方にほぼ均一に出射する。すなわち、全反射部１６および出射面１７に向けて均一に出射する。全反射部１６は、中央レンズ部１５の周辺部に形成される凹状の反射面である。全反射部１６は、中央レンズ部１５を透過した放射状の一部の光をほぼ全反射し、光制御手段１４の前方で光束がクロスするように集光し出射面１７から出射する。この場合、中央レンズ部１５の曲率および全反射部１６の曲率は、出射面１７において通過光束の密度が略均一となるような曲率とする。従って、光制御手段１４の出射面１７おいて通過光束の密度が略均一となる。

フィルムを保持したフィルム保持部１８は、光制御手段１４の出射面１７の近傍位置Ｄに配置される。これは、フィルムに通過光束の密度が略均一な光と透過させ、スクリーン（投影面）２１に投射される像の明るさのムラを抑制するためである。

また、投影レンズ２０は、全反射部１６からの光束が最も絞られる位置Ｅの近傍に配置される。全反射部１６からの光束が最も絞られる位置は、全反射部１６で反射され合成された光束の断面積が最も小さい箇所であり、この位置Ｅに投影レンズ２０を配置することによって、投影レンズ２０の径を小さくでき光制御手段１４からの光を漏れなく入射する。従って、投影レンズ２０の小型化が図れ、ＬＥＤ式プロジェクタ１１自体の小型化も図れる。

この場合も、投影レンズ２０とフィルム保持部１８との間の距離が投影レンズ２０の焦点距離となるので、通過光束の密度が略均一となる出射面１７の近傍位置Ｄ（フィルム保持部１８の設置位置）と全反射部１６からの光束が最も絞られる位置Ｅとの距離は、使用する投影レンズ２０の焦点距離を考慮に入れて、中央レンズ部１５および全反射部１６の形状を決めることになる。

ＬＥＤ１２を光源とすることで、光源からの直接的な赤外放射は無視できるほど小さくできるので、光制御手段１４とフィルム保持部１８との管に赤外線カットフィルタを設ける必要がなく、フィルム保持部１８を光制御手段１４の出射面１７の近傍に設置できる。前述したように、ＬＥＤ１２の損失電力（熱発生）によりＬＥＤ光源部１３全体の温度は上昇するが、出射面１７の近傍に達するＬＥＤ光源部１１の色温度差が１００Ｋであるとすると、出射面１７において、フィルム１９面に達するＬＥＤ１２からの熱放射は１００ｍＷ／ｃｍ^２を越えることはない。

以上述べたＬＥＤ式プロジェクタ１１のフィルム保持部１８に保持されるフィルム１９には、文字や図形などの投影面に投影される像が記録されるが、このフィルム１９は、実際にＬＥＤ式プロジェクタ１１を使用するにあたっては必ず必要となる。そこで、フィルム１９に記録する画像のレイアウトを支援するための画像作成ソフトウェアの媒体をＬＥＤ式プロジェクタ１１の本体に添付して供給する。これにより、例えば、パソコン（パーソナルコンピュータ）とプリンタなどを利用して、投影に用いるフィルムを簡便に作成することができるので、利便性が向上する。

また、ＬＥＤ式プロジェクタ１１の本体に添付する画像作成ソフトウェアに、画像のレイアウトの支援機能だけでなく、斜め方向からの投影の際に必然的に生じる投射像の歪みを補正する機能も持たせておく。

例えば、ＬＥＤ式プロジェクタ１１の本体を投影面に対して斜め方向に設置をせざるを得ない場合には、その投射像歪み補正機能により、フィルムの記録画像を修正する。これにより、投影に際して、投影面に正対する場所以外からも歪みの少ない像を投射することができる。従って、プロジェクタ１１の本体の設置に際する制約が大幅に取り除かれる。

本発明の第１の実施の形態に係わるＬＥＤ式プロジェクタの構成図。本発明の第１の実施の形態における光制御手段でのＬＥＤからの光の集光状態の説明図。本発明の第２の実施の形態における光制御手段でのＬＥＤからの光の集光状態の説明図。

符号の説明

１１…ＬＥＤ式プロジェクタ、１２…ＬＥＤ、１３…ＬＥＤ光源部、１４…光制御手段、１５…中央レンズ部、１６…全反射部、１７…出射面、１８…フィルム保持部、１９…フィルム、２０…投影レンズ、２１…スクリーン

Claims

投影する像が記録されたフィルム面を通過する可視光を放射する発光ダイオードを備えたＬＥＤ光源部と；
ＬＥＤ光源部から放射された可視光を光軸とほぼ並行に放射するように制御する中央レンズ部と、ＬＥＤ光源部から放射された可視光をほぼ全反射し反射光線軌跡が前方でクロスするように集光する全反射部とを有する光制御手段と；
前記中央レンズ部と前記全反射部とからの複合した光束が最も絞られる位置の近傍に配置され前記フィルム上の像を投射面に投影する投影レンズと；
前記全反射部の反射光線軌跡が前方でクロスする前記光制御手段からの最短位置と前記投影レンズとの間に配置され前記フィルムを保持するフィルム保持部と；
を備えたことを特徴とするＬＥＤ式プロジェクタ。
投影する像が記録されたフィルム面を通過する可視光を放射する発光ダイオードを備えたＬＥＤ光源部と；
ＬＥＤ光源部から放射された可視光を前方にほぼ均一に放射する中央レンズ部と、前記中央レンズ部を透過した一部の光をほぼ全反射し反射光線軌跡が前方でクロスするように集光する全反射部とを有し、出射面において通過光束の密度が略均一となるように中央レンズ部と全反射部との曲率が設定された光制御手段と；
前記全反射部からの反射光線軌跡が最も絞られる位置の近傍に配置され前記フィルム上の像を投射面に投影する投影レンズと；
前記光制御手段の出射面の近傍に配置され前記フィルムを保持するフィルム保持部と；
を備えたことを特徴とするＬＥＤ式プロジェクタ。