JP2006215558A - 光学投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度の高い映像を投影できる光学投影装置を提供する。
【解決手段】照明システム、投影レンズ及び反射式ライトバルブを含む光学投影装置において、反射式ライトバルブは照明システムと投影レンズとの間に配置され、照明システムは第一の光源ユニット、第二の光源ユニット、第一のライト・インテグレーション・ロッド、第二のライト・インテグレーション・ロッド及びフィルターを含む。第一の光源ユニットと第二の光源ユニットはそれぞれスペクトルの異なる第一の光束と第二の光束を発する。投影レンズ、反射式ライトバルブとフィルターは第一の光束と第二の光束の伝播経路に配置され、フィルターは第一の光束を通過させ、第二の光束を反射し、第一の光束と第二の光束の伝播経路を同一にする。
【選択図】図3

Description

本発明は、光学投影装置に関し、輝度の高い映像を投影できる光学投影装置に関する。

図１Aは、発光ダイオード（Light Emitting Diode：LED）を光源とする従来の光学投影装置の構造図であり、図１Bは、図１Aに示される光源ユニットの構造図である。図１Aと図１Bに示すように、従来の光学投影装置100は、照明システム110、投影レンズ120及びデジタル・マイクロミラー・デバイス（Digital Micro-mirror Device：DMD）103を含む。DMD130は、照明システム110と投影レンズ120との間に配置される。また、照明システム110は、光源ユニット112、ライト・インテグレーション・ロッド（Light Integration Rod：LIR）114及びレンズ116を含む。LIR114は、光源ユニット112とDMD130との間に配置され、レンズ116は、LIT114とDMD130との間に配置される。

光源ユニット112は光束113を発し、光束113は、LIR114とレンズ116を通過した後にDMD130に入射する。DMD130は、複数のマイクロミラー（図示せず）を有し、そのうち、オン状態であるマイクロミラーは、光束113を投影レンズ120に反射し、オフ状態であるマイクロミラーは、光束113を投影レンズ120からシフトする。その後、投影レンズ120に反射された光束113は、スクリーン（図示せず）に投影され、映像を生成する。

従来技術では、光源ユニット112は、赤色発光のLED R、緑色発光のLED G及び青色発光のLED Bから構成され、光学投影装置100は、赤色の光、青色の光及び緑色の光を組み合わせることにより、カラー映像を生成する。しかし、従来の光学投影装置100には、一つの光源ユニット112しかないので、DMD130の投影された光束113は弱く、投影レンズ120により投影された映像の輝度は低くなる。

図2はLEDを光源とする他の従来の光学投影装置の構造図である。図2に示すように、前述の問題を改善するために、従来の方法では、三つの光源ユニット112a、112b、112cとファイルター117a、117bとの組み合わせを用いて光を合成することにより、映像の輝度を高くする。光源ユニット112a、112b、112cは、それぞれ青色の光、緑色の光、赤色の光の光源ユニットである。フィルター117aは、青色の光112a’を通過させ、緑色の光112b’を反射し、フィルター117bは、青色の光112a’と緑色の光112b’を通過させ、赤色の光112c’を反射する。これにより、青色の光112a’、緑色の光112b’及び赤色の光112c’は、すべてDMD130に入射し、投影レンズ120により映像を投影する。

前述の投影レンズ100bは、三つの光源ユニット112a、112b、112cを含むので、投影された映像の輝度を高くすることができる。しかし、光源ユニット112a、112b、112cからの光束（青色の光112a’、緑色の光112b’及び赤色の光112c’）の発散角が±180度にも及び、また、集光レンズ118a、118b、118cによる光束の集光効果が限られるので、発散角の大きい光束を利用して光を合成すると、大きな光損失が生じる。従って、従来の投影装置11bにより投影された映像の輝度は、大幅に向上することができない。

本発明の目的は、光を合成する際に生じる光損失を低減する光学投影装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、輝度の高い映像を投影できる光学投影装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、照明システム、投影レンズ及び反射式ライトバルブを含む光学投影装置を開示する。反射式ライトバルブは、照明システムと投影レンズとの間に配置され、照明システムは、第一の光源ユニット、第二の光源ユニット、第一のフィルター、第一のLIR及び第二のLIRを含む。第一の光源ユニットは第一の光束を発し、第二の光源ユニットは第二の光束を発し、第一の光束と第二の光束のスペクトル（Spectrum）は異なる。また、投影レンズ、反射式ライトバルブ及び第一のフィルターは、第一の光束と第二の光束の伝播経路に配置され、第一のフィルターは第一の光束を通過させ、第二の光束を反射する。第一のフィルターにより反射された第二の光束の伝播経路は、第一のフィルターを通過した第一の光束の伝播経路と同一である。また、第一のLIRは第一の光源ユニットと第一のフィルターとの間に配置され、第二のLIRは第二の光源ユニットと第一のフィルターとの間に配置される。

前述の光学投影装置において、第一の光源ユニットは、例えば複数の第一の点光源を含み、第二の光源ユニットは、例えば複数の第二の点光源を含む。第一の点光源と第二の点光源はLEDであっても良い。また、第一の点光源の光の色は、例えば、同じであり、或いは、互いに異なり、第二の点光源の光の色も、例えば、同じであり、或いは、互いに異なる。

前述の光学投影装置において、照明システムは、第一の集光レンズと第二の集光レンズを更に含んでも良い。第一の集光レンズは第一のLIRと第一のフィルターとの間に配置され、第一の光束を収束し、第二の集光レンズは第二のLIRと第一のフィルターとの間に配置され、第二の光速を収束する。また、第一の光束と第二の光束は、例えば第一の位置に収束され、第一のフィルターは、例えば第一の位置に配置される。

前述の光学投影装置において、照明システムは、反射板を更に含んでも良い。反射板は第二の光束の伝播経路に配置され、第二の光束を第一のフィルターに反射する。また、第二の光束と第一の光束は、それぞれ第一の位置と第二の位置に収束され、反射板と第一のフィルターは、第一の位置と第二の位置との間に配置される。

前述の光学投影装置において、照明システムは、第三の光源ユニット、第二のフィルター及び第三のLIRを更に含んでも良い。第三の光源ユニットは第三の光束を発し、この第三の光束のスペクトルは、第一の光束と第二の光束のスペクトルと異なる。また、第二のフィルターは、第三の光源ユニットと反射式ライトバルブとの間に配置され、第一の光束、第二の光束及び第三の光束の伝播経路を同一にさせる。また、第三のLIRは、第三の光源ユニットと第二のフィルターとの間に配置される。

前述の光学投影装置において、第二のフィルターは、第一の光束と第二の光束を通過させ、第三の光束を反射しても、或いは、第三の光束を通過させ、第一の光束と第二の光束を反射しても良い。

前述の光学投影装置において、第三の光源ユニットは、例えば複数の第三の点光源を含む。また、第三の点光源はLEDであっても良い。また、第三の点光源の光の色は、例えは、同じであり、或いは、互いに異なる。

前述の光学投影装置において、照明システムは、第三の集光レンズを更に含んでも良い。この第三の集光レンズは第三のLIRと第二のフィルターとの間に配置され、第三の光束を収束する。また、第三の光束は、例えば、第二の位置に収束され、第二のフィルターは、この第二の位置に配置されても良い。

前述の光学投影装置において、照明システムは、反射板を更に含んでも良い。この反射板は、第二の光束の伝播経路に配置され、第二の光束を第一のフィルターに反射する。

前述の光学投影装置において、反射式ライトバルブは、DMD或いは反射式液晶（Liquid Crystal On Silicon：LCOS）パネルであっても良い。

本発明の光学投影装置は、光源ユニットとフィルターとの間に配置される複数のLIRを用い、元の発散角が±180度である光束を±30度に収束し、光を合成する際の光損失が低減するので、輝度の高い映像を投影できる。

次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図3は、本発明の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。図3に示すように、光学投影装置200aは、照明システム210、投影レンズ220及び反射式ライトバルブ230を含む。反射式ライトバルブ230は照明システム210と投影レンズ220との間に配置され、照明システム210は第一の光源ユニット212a、第二の光源ユニット212b、第一のフィルター214a、第一のLIR216a及び第二のLIR216bを含む。第一の光源ユニット212aは第一の光束212a’を発し、第二の光源212bは第二の光束212b’を発し、第一の光束212a’と第二の光束212b'のスペクトルは異なる。また、投影レンズ220、反射式ライトバルブ230及び第一のフィルター214aは、第一の光束212a’と第二の光束212b’の伝播経路に配置され、第一のフィルター214aは、第一の光束212a'を通過させ、第二の光束212b'を反射する。また、第一のフィルター214aにより反射された第二の光束212b’の伝播経路は、第一のフィルター214aを通過した後の第一の光束212a’の伝播経路と同じである。また、第一のLIR216aは、第一の光源ユニット212aと第一のフィルター214aとの間に配置され、第二のLIR216bは、第二の光源ユニット212bと第二のフィルター214aとの間に配置される。

前述の光学投影装置200aにおいて、照明システム210は、例えばレンズ217を更に含み、このレンズ217は、第一のフィルター214aと反射式ライトバルブ230との間に配置される。また、第一の光源ユニット212aからの第一の光束212a’は、第一のフィルター214aを通過した後にレンズ217により反射式バルブ230に集光され、第二の光源ユニット212bからの第二の光束212b’も、第一のフィルター214aにより反射された後にレンズ217により反射式ライトバルブ230に集光される。また、第一の光源ユニット212aと第二の光源ユニット212bは同時に発光する際に、第一のフィルター214aにより反射された第二の光束212b’と第一の光束212a’とは合成され、同時に反射式ライトバルブ230に入射する。この反射式ライトバルブ230は、DMD或いは反射式液晶パネルであっても良い。本実施形態において、例えば、この反射式ライトバルブ230はDMDであり、複数のマイクロミラー（図示せず）を有し、そのうち、オン状態であるマイクロミラーは第一の光束212a’と第二の光束212b’を投影レンズ220に反射し、オフ状態であるマイクロミラーは第一の光束212a’と第二の光束212b’を投影レンズ220からシフトする。その後、投影レンズ220に反射された第一の光束212a’と第二の光束212b’は、スクリーン（図示せず）に投射され、映像を生成する。

照明システム210の第一のLIR216aと第二のLIR216bは第一の光束212a’と第二の光束212b’の発散角を±180度から±30度に収束できるので、第一の光束212a’と第二の光束212b’は均一且つ効率的に第一のフィルター214aに入射することができる。よって、本実施形態に係る光学投影装置200aは、光を合成する際の光損失を低減し、投影された映像の輝度を向上することができる。また、第一のLIR216aと第二のLIR216bの形状は、図3に示される長方体のみならず、テーパー状の柱体（Tapered Column）であっても良い。

図4は図3の第一の光源ユニットと第二の光源ユニットの構造図である。図3と図4に示すように、光学投影装置200aには、第一の光源ユニット212aが、例えば複数の第一の点光源213aを含み、第二の光源ユニット212bが、例えば複数の第二の点光源213bを含む。これらの第一の点光源213aと第二の点光源213bは、LEDであっても良い。第一の点光源213aの色は、例えば同じであり、或いは、互いに異なり、第二の点光源213bの色は、例えば同じであり、或いは、互いに異なる。

他の実施形態において、第一の点光源213aは、例えば、赤色発光LED Rと青色発光LED Bであり、第二の点光源213bは、例えば、緑色発光LED Gであり、第一のフィルター214aは、例えば、赤色の光と青色の光を通過させ、緑色の光を反射する。言い換えると、第一の光束212a’は、赤色及び／あるいは青色の光であり、第二の光束212b’は、緑色の光である。しかし、本実施形態に係る光学投影装置200aは、赤色、青色及び緑色の光を合わせることにより、カラー映像を生成する。

なお、前述の第一の点光源213aと第二の点光源213bの光の色は、例のみとして挙げられ、本発明を限定するものではない。言い換えると、第一の点光源213aは、赤色発光LED R、緑色発光LED G及び青色発光LED Bのうち、一つである際に、第二の点光源213bは、その他の二種類のLEDを含むものの、第二の点光源213bは、赤色発光LED R、緑色発光LED G及び青色発光LED Bのうち、一つである際に、第一の点光源213aは、その他の二種類のLEDを含む。また、第一の点光源213aと第二の点光源213bの色が変わるにつれて第一のフィルター214aも変わり、第一の光束212a’と第二の光束212b’はすべて反射式ライトバルブ230に入射する。

図5Aから図5Cは、本発明の他の好適な実施形態に係る三種類の光学投影装置の構造図である。図5Aに示される光学投影装置200bは、図3に示される光学投影装置200aとほぼ同様であり、異なる点は、光学投影装置200bの照明システム210が第一の集光レンズ218aと第二の集光レンズ218bを更に含むことにある。第一の集光レンズ218aは第一のLIR216aと第一のフィルター214aとの間に設置され、第一の光束212a’を更に収束し、第二の集光レンズ218bは第二のLIR216bと第一のフィルター214との間に配置され、第二の光束212b’を更に収束する。一実施形態において、第一の光束212a’と第二の光束212b’は、例えば、位置A1に収束され、第一のフィルター214aは、例えば、この位置A1に配置される。

また、光学投影装置200bにおいて、第一の集光レンズ218aと第二の集光レンズ218bで第一の光束212a’と第二の光束212b’を第一のフィルター214aに集光することにより、反射式ライトバルブに投影された第一の光束212a’と第二の光束212b’の輝度を高くすることができる。よって、投影レンズ220により投影された映像は、より高い輝度を有する。

図5Bと図5Aとの相違点は、図5Bに示される照明システムが反射板219を更に含むことにある。この反射板219は、第一の光束212a’と第二の光束212b’の伝播経路に配置され、第一の光束212a’と第二の光束212b’を反射式ライトバルブ230に反射する。

図5Cは、図5Bとほぼ同様であり、以下、図5Bとの相違点のみについて説明する。図5Cに示される反射板219は、例えば、第二の集光レンズ218bと第一のフィルター214aとの間において、第二の光束212b’の伝播経路に配置され、第二の第二の光束212b’を第一のフィルター214aに反射する。一実施形態において、反射板219は、例えば、第二の光束212b’の収束点（位置A1）に配置されるものの、第一の光束212a’は、例えば、位置A2に収束され、また、第一のフィルター214aは、例えば、この位置A2に配置される。

図6は本発明の他の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。図6に示される光学投影装置200cは、図5Aに示される光学投影装置200bとほぼ同様であり、異なる点は、光学投影装置200cの照明システム210が第三の光源ユニット212c、第三のLIR216c、第二のファイルター214b及び第三の集光レンズ218cを更に含むことにある。第二のフィルター214bは、第三の光源ユニット212cと反射式ライトバルブ230との間に配置されるものの、第三のLIR216cは、第三の光源ユニット212cと第二のフィルター214bとの間に配置され、また、第三の集光レンズ218cは、第三のLIR216cと第二のフィルター214bとの間に配置される。

また、第三の光源ユニット212cは第三の光束212c’を発し、この第三の光束212c’の色は、第一の光束212a’と第二の光束212b’の色と異なる。また、第三の集光レンズ218cは、第三の光束212c’を位置A2に収束することができ、第二のフィルター214bは、例えば、位置A2に配置され、第一の光束212a’、
第二の光束212b’及び第三の光束212c’をすべて反射式ライトバルブ230に入射させる。

前述の光学投影装置200cにおいて、第二のフィルター214bにより反射された第三の光束212c’は、反射式ライトバルブ230に入射する。また、第三の光源ユニット212cは、第一の光源212a及び／或いは第二の光源ユニット212bと同時に発光する際に、第三の光束212c’は、第二のフィルター214bにより反射された後に、第一の光束212a’及び／或いは第二の光束212b’と合成し、同時に反射式ライトバルブ230に入射する。その後、投影レンズ220に反射された第一の光束212a’、第二の光束212b’及び第三の光束212c’は、スクリーン（図示せず）に投射され、映像を生成する。

図7は図6の第一の光源ユニット、第二の光源ユニットと第三の光源ユニットの構造図である。図6と図7に示すように、前述の光学投影装置200cには、第三の光源ユニット212cが、例えば、複数の第三の点光源212cを含み、この第三の点光源212cは、LEDであってもよく、また、これらのLEDからの光の色は、同じであり、或いは、互いに異なる。一実施形態において、第一の点光源213aは、例えば赤色発光LED Rであり、第二の点光源213bは、例えば緑色発光LED Gであり、第三の点光源212cは、例えば青色発光LED Bである。

光学投影装置200cは三つの光源ユニット212a、212b、212cを有するので、LEDの数が多くなり、青色、赤色及び緑色の光の輝度が高くなる。よって、光学投影装置200cにより投影された映像は、より高い輝度を有する。

なお、前述の第一の点光源213a、第二の点光源213b及び第三の点光源213cの色は、例のみとして挙げられ、本発明を限定するものではない。言い換えると、第一の点光源213a、第二の点光源213bと第三の点光源213cの色は、必要に応じて調整されることができる。また、第一の点光源213a、第二の点光源213bと第三の点光源213cの色が変わる際に、第一のフィルター214aと第二のフィルター214bも変わるので、第一の光束212a’、第二の光束212b’及び第三の光束212c’は、すべて反射式ライトバルブ230に入射されることができる。

図8は、本発明の他の実施形態に係る光学投影装置の構造図である。図8は図6とほぼ同じであり、相違点は、図6に示される光学投影装置200cにおいて第二のフィルター214bが第一の光束212a’と第二の光束212b’を通過させ、第三の光束212c’を反射することにある。図8に示される光学投影装置200dには、第二のフィルター214bが第三の光束212c’を通過させ、第一の光束212a’と第二の光束212c’を反射する。

ゆえに、本発明の光学投影装置は、少なくとも以下の利点を有する。

１、第一のLIRと第二のLIRは第一の光束と第二の光束の発散角を約±30度に収束し、第一の光束と第二の光束を合成する際の光損失が低減するので、本発明の光学投影装置は、輝度の高い映像を投影できる。

２、本発明は第三の光源ユニットと第三のLIRを光学投影装置に増設することができるので、投影された映像はより高い輝度を有する。

３、本発明は集光レンズを用いて光束を収束するので、光学投影装置により投影された映像の輝度を更に向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。

LEDを光源とする従来の光学投影装置の構造図である。 図1Aの光源ユニットの構造図である。 LEDを光源とする他の従来の光学投影装置の構造図である。 本発明の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。 図3の第一の光源ユニットと第二の光源ユニットの構造図である。 本発明の他の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。 本発明の他の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。 本発明の他の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。 本発明の他の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。 図6の第一の光源ユニット、第二の光源ユニットと第三の光源ユニットの構造図である。 本発明の他の好適な実施形態に係る光学投影装置の構造図である。

符号の説明

100ａ、100ｂ、200a〜200d 光学投影装置
110、210 照明システム
112、112a〜112c 光源ユニット
112a’ 青色の光
112b’ 緑色の光
112c’ 赤色の光
113 光束
114 LIR
116、217 レンズ
117a、117b 集光レンズ
120、220 投影レンズ
130 DMD
212a 第一の光源ユニット
212a’ 第一の光束
212b 第二の光源ユニット
212b’ 第二の光束
212c 第三の光源ユニット
212c’ 第三の光束
213a 第一の点光源
213b 第二の点光源
213c 第三の点光源
214a 第一のフィルター
214b 第二のフィルター
216a 第一のLIR
216b 第二のLIR
216c 第三のLIR
218a 第一の集光レンズ
218b 第二の集光レンズ
218c 第三の集光レンズ
219 反射板
230 反射式ライトバルブ
A１、A2 位置
B 青色発光LED
G 緑色発光LED
R 赤色発光LED

Claims (18)

1. 照明システムと、投影レンズと、反射式ライトバルブとを含む光学投影装置であって、
   前記照明システムは、
   第一の光束を発する第一の光源ユニットと、
   前記第一の光束のスペクトルと異なるスペクトルを有する第二の光束を発する第二の光源ユニットと、
   前記第一の光束と前記第二の光束の伝播経路に配置され、前記第一の光束を通過させ、前記第二の光束を反射し、反射された前記第二の光束の伝播経路が通過した前記第一の光束の伝播経路と同一である第一のフィルターと、
   前記第一の光源ユニットと前記第一のフィルターとの間に配置される第一のライト・インテグレーション・ロッドと、
   前記第二の光源ユニットと前記第一のフィルターとの間に配置される第二のライト・インテグラーション・ロッドとを含み、
   前記投影レンズは、前記第一の光束と前記第二の光束の伝播経路に配置され、
   前記反射式ライトバルブは、前記照明システムと前記投影レンズとの間において、前記第一の光束と前記第二の光束の伝播経路に配置される、
   光学投影装置。
2. 前記第一の光源ユニットは、複数の第一の点光源を含み、前記第二の光源ユニットは、複数の第二の点光源を含む、
   請求項１に記載の光学投影装置。
3. 前記複数の第一の点光源と前記複数の第二の点光源は、発光ダイオードを含む、
   請求項２に記載の光学投影装置。
4. 前記複数の第一の点光源からの光の色は同じ、または、互いに異なり、前記複数の第二の点光源からの光の色は同じ、或いは、互いに異なる、
   請求項３に記載の光学投影装置。
5. 前記照明システムは、更に、
   前記第一のライト・インテグレーション・ロッドと前記第一のフィルターとの間に配置され、前記第一の光束を収束する第一の集光レンズと、
   前記第二のライト・インテグレーション・ロッドと前記第一のフィルターとの間に配置され、前記第二の光束を収束する第二の集光レンズと、
   を含む、
   請求項１に記載の光学投影装置。
6. 前記第一の光束と前記第二の光束は、第一の位置に収束され、前記第一のフィルターは、当該第一の位置に配置される、
   請求項５に記載の光学投影装置。
7. 前記照明システムは反射板を更に含み、当該反射板は前記第二の光束の伝播経路に配置され、前記第二の光束を前記第一のフィルターに反射する、
   請求項５に記載の光学投影装置。
8. 前記第一の光束と前記第二の光束は、それぞれ第一の位置と第二の位置に収束され、前記反射板と前記第一のフィルターは、それぞれ当該第一の位置と当該第二の位置に配置される、
   請求項７に記載の光学投影装置。
9. 前記照明システムは、更に、
   第三の光束を発する第三の光源ユニットと、
   前記第三の光源ユニットと前記反射式ライトバルブとの間に配置され、前記第一の光束、前記第二の光束及び前記第三の光束の伝播経路を同一にする第二のフィルターと、
   前記第三の光源ユニットと前記第二のフィルターとの間に配置される第三のライト・インテグレーション・ロッドと、
   を含む、
   請求項１に記載の光学投影装置。
10. 前記第二のフィルターは、前記第一の光束と前記第二の光束とを通過させ、前記第三の光束を反射する、
    請求項９に記載の光学投影装置。
11. 前記第二のフィルターは、前記第三の光束を通過させ、前記第一の光束と前記第二の光束とを反射する、
    請求項９に記載の光学投影装置。
12. 前記第三の光源ユニットは、複数の第三の点光源を含む、
    請求項９に記載の光学投影装置。
13. 前記複数の第三の点光源、発光ダイオードを含む、
    請求項１２に記載の光学投影装置。
14. 前記複数の第三の点光源からの光の色は同じ、または、互いに異なる、
    請求項１３に記載の光学投影装置。
15. 前記照明システムは、第三の集光レンズを更に含み、当該第三の集光レンズは、前記第三のライト・インテグレーション・ロッドと前記第二のフィルターとの間に配置され、前記第三の光束を収束する、
    請求項９に記載の光学投影装置。
16. 前記第三の光束は、第二の位置に収束され、前記第二のフィルターは、当該第二の位置に配置される、
    請求項１５に記載の光学投影装置。
17. 前記反射式ライトバルブは、デジタル・マイクロミラー・デバイスまたは反射式液晶パネルを含む、
    請求項１に記載の光学投影装置。
18. 前記照明システムは、反射板を更に含み、当該反射板は、前記第二の光束の伝播経路に配置され、前記第二の光束を前記第一のフィルターに反射する、
    請求項１に記載の光学投影装置。
    

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