JP2012155310A

JP2012155310A - 投影装置用の光源システム及び投影装置

Info

Publication number: JP2012155310A
Application number: JP2011179151A
Authority: JP
Inventors: Hirohide Hayashi; 宏英林
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-08-16
Also published as: US8714748B2; TW201232149A; CN102608852A; US20120188514A1

Abstract

【課題】発光ダイオードの光線を効率的に利用するとともに、投影装置の体積を低減できる光源システム及び該光源システムを含む投影装置を提供する。
【解決手段】光源システム３及び該光源システムを含む投影装置２に関する。該光源システム３は光学素子アセンブリ３１及び第１の光源モジュール３２を含む。第１の光源モジュール３２は第１の発光ダイオード３２１及び第１の反射カバー３２２を有する。第１の発光ダイオード３２１は複数の光線を発生する。第１の反射カバー３２２は反射曲面を有し、光学素子アセンブリ３１に第１の発光ダイオード３２１のこれらの光線を反射して集束する。
【選択図】図２

Description

本発明は光源システム及び該光源システムを用いる投影装置に関する。

発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、寿命が長く、体積が小さく、使用温度が低い等の利点を有するため、超高圧水銀電球（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ＵＨＰ）に取って代わって投影装置の光源となる。

図１は従来の光源モジュール、投影装置の光源システム１の模式図である。従来の光源システム１は発光ダイオード１１及びレンズセット１２を含み、発光ダイオード１１は、レンズセット１２により発光ダイオード１１の複数の光線１１１を集合するために、レンズセット１２の一方側に設けられている。しかし、発光ダイオード１１のこれらの光線１１１の発散角度が大きいため、レンズセットにその光線のすべてを投射できず、さらに、従来の投影装置の投影画面の輝度に影響を与えてしまう。なお、レンズセット１２は複数の異なる曲率を有する非球面レンズを含み、これらのレンズの配置によって、従来の投影装置に占有される体積が大きくなっただけでなく、これらの非球面レンズを製造するプロセスが複雑であるため、従来の投影装置の生産コストを大幅に上げることとなった。

これに鑑みて、発光ダイオードの光線を効率的に利用するとともに、投影装置の体積を低減できる光源システム及び該光源システムを含む投影装置を提供することは、業界に差し迫った目標である。

前記問題を解決するために、本発明の目的は投影装置及びその光源システムを提供することにあり、この光源システムは不必要な光ロストを避けて光源の利用効率を向上するように発光ダイオードの光線を効率的に集合できるとともに、光源システムの構成をより簡単化して投影装置の体積を縮小することができる。

上述した目的を達成するために、本発明による投影装置は画像形成システム、及び該画像形成システムに光源を供給する光源システムを含む。該光源システムは光学素子アセンブリ、及び第１の発光ダイオード及び第１の反射カバーを有する第１の光源モジュールを含む。該第１の発光ダイオードは複数の光線を発する。該第１の反射カバーは反射曲面を有し、該光学素子アセンブリに該第１の発光ダイオードのこれらの光線を反射して効率的に集合し、さらに、該光学素子アセンブリにより画像形成システムに光線を投射し、さらに、投影装置が十分な輝度の投影画面を生じるようにする。

前記目的、技術特徴、及び効果をよりわかりやすくするように、以下、好適な実施例および図面に基づいて詳しく説明する。

従来の光源モジュールの模式図である。本発明の実施例の投影装置の模式図である。本発明の実施例の第１の光源モジュールの光線経路の模式図である。

図２は本発明の実施例の投影装置２の模式図である。本発明の実施例の投影装置２は画像形成システム２１及び光源システム３を含む。光源システム３は画像形成システム２１に光源を供給する。なお、図面に本発明の要旨には関係のない他の素子は図示されず、且つ図面における各素子間の形状や寸法の関係は単に理解されやすくするためのものであり、実際の構成や割合を限定するためのものではない。

図２及び図３を参照して具体的に説明する。光源システム３は光学素子アセンブリ３１及び第１の光源モジュール３２を含み、第１の光源モジュール３２は第１の発光ダイオード３２１、第１の反射カバー３２２を含む。第１の発光ダイオード３２１は複数の光線３２１ａを発し、第１の反射カバー３２２は反射曲面を有し、且つ第１の発光ダイオード３２１の一方側に設置され、第１の発光ダイオード３２１の上方に延伸し、これにより、光学素子アセンブリ３１に第１の発光ダイオード３２１のこれらの光線３２１ａを効率的に反射して集束する。

図２に示すように、本実施例の光源システム３は第２の光源モジュール３３及び第３の光源モジュール３４をさらに含む。第２の光源モジュール３３は、複数の光線を発するための第２の発光ダイオード３３１、及び反射曲面を有する第２の反射カバー３３２を含む。第３の光源モジュール３４は、複数の光線を発することのできる第３の発光ダイオード３４１、及び同様に反射曲面を有する第３の反射カバー３４２を含む。第２の反射カバー３３２及び第３の反射カバー３４２は、光学素子アセンブリ３１に第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１の大部分の光線を反射して集束するように、それぞれ第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１の一方側に設置され、且つ第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１の上方に延伸している。

以上に示すように、第１の発光ダイオード３２１、第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１の他方側から発した一部の光線を反射して集束するために、第１の反射鏡３２３、第２の反射鏡３３３及び第３の反射鏡３４３はそれぞれ第１の発光ダイオード３２１、第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１の他方側に設置される。即ち、第１の発光ダイオード３２１は第１の反射カバー３２２と第１の反射鏡３２３との間に設置され、第２の発光ダイオード３３１は第２の反射カバー３３２と第２の反射鏡３３３との間に設置され、第３の発光ダイオード３４１は第３の反射カバー３４２と第３の反射鏡３４３との間に設置され、且つ第１の反射鏡３２３、第２の反射鏡３３３及び第３の反射鏡３４３はそれぞれ第１の反射カバー３２２に第１の発光ダイオード３２１の他方側のこれらの光線を反射し、第２の反射カバー３３２に第２の発光ダイオード３３１の他方側のこれらの光線を反射し、第３の反射カバー３４２に第３の発光ダイオード３４１の他方側のこれらの光線を反射する。

本実施例において、好ましくは、第１の反射カバー３２２、第２の反射カバー３３２及び第３の反射カバー３４２の反射曲面は２つの楕円体心（焦点）を有する楕円体面であり、且つ該第１の発光ダイオード３２１、第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１はそれぞれ第１の反射カバー３２２、第２の反射カバー３３２及び第３の反射カバー３４２の２つの楕円体心（焦点）の一方に設置され、対応する第１の発光ダイオード３２１、第２の発光ダイオード３３１及び第３の発光ダイオード３４１のこれらの光線を光学素子アセンブリ３１に反射して集光する。説明されるべきことは、本発明の他の実施例において、所望によりそれぞれ第１の反射カバー３２２、第２の反射カバー３３２及び第３の反射カバー３４２の曲率を調整してよく、この技術分野における通常の知識を持つものは本発明を了解した後、容易に類推できるので、ここで詳しくは述べない。

図２に示すように、本実施例の光学素子アセンブリ３１は集光装置３１１、第１のレンズ３１２、第２のレンズ３１３、第３のレンズ３１４、光均一化素子３１５及び第４のレンズ３１６をさらに含む。第１の光源モジュール３２は集光装置３１１の第１の側面３１１ａに対応し、第１のレンズ３１２は第１の光源モジュール３２と集光装置３１１の第１の側面３１１ａとの間に設置される。第２の光源モジュール３３は集光装置３１１の第２の側面３１１ｂに対応し、第２のレンズ３１３は第２の光源モジュール３２と集光装置３１１の第２の側面３１１ｂとの間に設置される。第３の光源モジュール３４は集光装置３１１の第３の側面３１１ｃに対応し、第３のレンズ３１４は第３の光源モジュール３４と集光装置３１１の第３の側面３１１ｃとの間に設置される。光均一化素子３１５は集光装置３１１の第４の側面３１１ｄに対応して設置され、第４のレンズ３１６は凸レンズであり、且つ集光装置３１１と光均一化素子３１５との間に設置される。

図３は第１の光源モジュール３２のこれらの光線経路の模式図であり、まず、第１の反射カバー３２２及び第１の反射鏡３２３が第１の発光ダイオード３２１のこれらの光線３２１ａを反射した後、凹レンズである第１のレンズ３１２はこれらの光線３２１ａを平行化して集光装置３１１に投射する。第２の光源モジュール３３及び第３の光源モジュール３４のこれらの光線経路は第１の光源モジュール３２により類推できる。つまり、第２のレンズ３１３及び第３のレンズ３１４はいずれも凹レンズであり、それぞれ第２の光源モジュール３３及び第３の光源モジュール３４のこれらの光線を平行化して集光装置３１１に投射する。

集光装置３１１はこれらの平行化した光線を集光光線３１１１に集束して第４のレンズ３１６及び光均一化素子３１５を通す。第４のレンズ３１６により該集光光線を集束した後、光均一化素子３１５は該集光光線を受光して均一化してから画像形成システム２１に投射する。本実施例において、集光装置３１１は十字集光立方プリズム（Ｘ−Ｃｕｂｅ）でよく、しかし、本発明の他の実施例において、光線を集光する効果を達成するために、集光装置３１１は十字集光平板（Ｘ−Ｐｌａｔｅ）、十字プリズム（Ｘ−Ｐｒｉｓｍ）及びダイクロイックフィルター（ｄｉｃｈｒｏｉｃｆｉｌｔｅｒ）のうちの１つでよく、光均一化素子３１５は光トンネル（ｌｉｇｈｔｔｕｎｎｅｌ）及び集光柱(Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｒｏｄ)のうちの１つでよい。上述した実施例の光学素子の種類、位置及び数は単に本発明を解釈するためのものであり、この技術を熟知するものは他の実施形態を容易に類推できる。

また、本実施例において、第１の発光ダイオード３２１が赤色発光ダイオードであり、第２の発光ダイオード３３１が緑色発光ダイオードであり、第３の発光ダイオード３４１が青色発光ダイオードである。しかし、前記発光ダイオードの実施形態は単に説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。例えば、第１の発光ダイオード３２１が緑光発光ダイオードでもよく、第２の発光ダイオード３３１が赤光発光ダイオードでよく、第３の発光ダイオード３４１がやはり青光発光ダイオードでよい。又は、第１の発光ダイオード３２１が赤光発光ダイオードであり、第２の発光ダイオード３３１が青光発光ダイオードであり、第３の発光ダイオード３４１が緑光発光ダイオードでもよく、ここで詳しくは述べない。

以上に述べたことをまとめれば、従来の光源モジュールに比べて、本発明による光源モジュールは、反射カバー及び反射鏡の設置により、発光ダイオードの複数の光線を効率的に反射して集束し、不必要な光ロストを避けて、投影装置が十分な輝度の投影画面を投射できるようになり、さらに、投影装置の画像形成品質を向上させるとともに、光源部品の配置を簡単化して投影装置の体積を縮小でき、生産コストを低減できるだけでなく、使用者の求める軽量化の要求を満たすことができる。

本発明の実施様態及び技術特徴を前記実施例を例として開示したが、これは決して本発明を限定するものではなく、当該分野の技術を熟知しているものであれば、本発明の精神と領域を逸脱しない範囲内で、多様な変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１光源システム
１１発光ダイオード
１１１複数の光線
１２レンズセット
２投影装置
２１画像形成システム
３光源システム
３１光学素子アセンブリ
３１１集光装置
３１１１集光光線
３１１ａ集光装置の第１の側面
３１１ｂ集光装置の第２の側面
３１１ｃ集光装置の第３の側面
３１１ｄ集光装置の第４の側面
３１２第１のレンズ
３１３第２のレンズ
３１４第３のレンズ
３１５光均一化素子
３１６第４のレンズ
３２第１の光源モジュール
３２１第１の発光ダイオード
３２１ａ複数の光線
３２２第１の反射カバー
３２３第１の反射鏡
３３第２の光源モジュール
３３１第２の発光ダイオード
３３２第２の反射カバー
３３３第２の反射鏡
３４第３の光源モジュール
３４１第３の発光ダイオード
３４２第３の反射カバー
３４３第３の反射鏡

Claims

投影装置に適用される光源システムであって、
光学素子アセンブリと、
複数の光線を発するための第１の発光ダイオードと、反射曲面を有し、前記光学素子アセンブリに前記第１の発光ダイオードのこれらの光線を反射して集束するための第１の反射カバーとを含む第１の光源モジュールと、を含む光源システム。
前記第１の光源モジュールは、前記第１の反射カバーとの間に前記第１の発光ダイオードが設置され、且つ前記第１の反射カバーに前記第１の発光ダイオードのこれらの光線の一部を反射するための第１の反射鏡をさらに含む請求項１に記載の光源システム。
前記第１の反射カバーの前記反射曲面は２つの楕円体心を有する楕円体面であり、且つ前記第１の発光ダイオードが前記第１の反射カバーのこれらの楕円体心の一方に設置される請求項２に記載の光源システム。
第２の光源モジュールをさらに含み、
前記第２の光源モジュールは、
複数の光線を発するための第２の発光ダイオードと、
２つの楕円体心を有する楕円体面である反射曲面を有し、前記光学素子アセンブリにこれらの楕円体心の一方に設置される前記第２の発光ダイオードのこれらの光線を反射するための第２の反射カバーと、
前記第２の反射カバーとの間に前記第２の発光ダイオードが設置され、前記第２の反射カバーに前記第２の発光ダイオードのこれらの光線の一部を反射するための第２の反射鏡とを含む請求項３に記載の光源システム。
第３の光源モジュールをさらに含み、
前記第３の光源モジュールは、
複数の光線を発するための第３の発光ダイオードと、
２つの楕円体心を有する楕円体面である反射曲面を有し、前記光学素子アセンブリにこれらの楕円体心の一方に設置される前記第３の発光ダイオードのこれらの光線を反射するための第３の反射カバーと、
前記第３の反射カバーとの間に前記第３の発光ダイオードが設置され、前記第３の反射カバーに前記第３の発光ダイオードのこれらの光線の一部を反射するための第３の反射鏡とを含む請求項４に記載の光源システム。
前記光学素子アセンブリは集光装置をさらに含み、且つ前記第１の光源モジュール、前記第２の光源モジュール及び前記第３の光源モジュールが前記集光装置の第１の側面、第２の側面及び第３の側面にそれぞれ対応して設置され、且つ前記集光装置が前記第１の光源モジュールのこれらの光線、前記第２の光源モジュールのこれらの光線及び前記第３の光源モジュールのこれらの光線を１つの集光光線に集束する請求項５に記載の光源システム。
前記集光装置は十字プリズム（Ｘ−Ｐｒｉｓｍ）、十字集光立方プリズム（Ｘ−Ｃｕｂｅ）、十字集光平板（Ｘ−Ｐｌａｔｅ）及びダイクロイックフィルター（ｄｉｃｈｒｏｉｃｆｉｌｔｅｒ）のうちの１つである請求項６に記載の光源システム。
前記第１の発光ダイオード、前記第２の発光ダイオード及び前記第３の発光ダイオードはそれぞれ赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードである請求項６に記載の光源システム。
前記光学素子アセンブリは第１のレンズ、第２のレンズ及び第３のレンズをさらに含み、前記第１のレンズが前記第１の光源モジュールと前記集光装置の前記第１の側面との間に設置され、前記第２のレンズが前記第２の光源モジュールと前記集光装置の前記第２の側面との間に設置され、前記第３のレンズが前記第３の光源モジュールと前記集光装置の前記第３の側面との間に設置され、且つ前記第１のレンズ、前記第２のレンズ及び前記第３のレンズがそれぞれ前記第１の光源モジュールのこれらの光線、前記第２の光源モジュールのこれらの光線及び前記第３の光源モジュールのこれらの光線を平行化して前記集光装置に投射する請求項８に記載の光源システム。
前記光学素子アセンブリは、前記集光装置の第４の側面に対応して設置され、前記集光装置から射出する前記集光光線を受光して均一化するための光均一化素子をさらに含む請求項９に記載の光源システム。
前記光学素子アセンブリは、前記集光装置と前記光均一化素子との間に設置され、前記光均一化素子に前記集光装置から射出する前記集光光線を集束するための第４のレンズをさらに含む請求項１０に記載の光源システム。
前記光均一化素子は光トンネル（ｌｉｇｈｔｔｕｎｎｅｌ）及び集光柱(Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｒｏｄ)のうちの１つである請求項１１に記載の光源システム。
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ及び前記第３のレンズはいずれも凹レンズであり、前記第４のレンズは凸レンズである請求項１２に記載の光源システム。
画像形成システムと、
前記画像形成システムに光源を供給する請求項１に記載の光源システムとを含む投影装置。
前記第１の光源モジュールは、前記第１の反射カバーとの間に前記第１の発光ダイオードが設置され、且つ前記第１の反射カバーに前記第１の発光ダイオードのこれらの光線の一部を反射するための第１の反射鏡をさらに含む請求項１４に記載の投影装置。
前記第１の反射カバーの前記反射曲面は２つの楕円体心を有する楕円体面であり、且つ前記第１の発光ダイオードが前記第１の反射カバーのこれらの楕円体心の一方に設置される請求項１５に記載の投影装置。
前記光源システムは第２の光源モジュールをさらに含み、
前記第２の光源モジュールは、
複数の光線を発するための第２の発光ダイオードと、
２つの楕円体心を有する楕円体面である反射曲面を有し、前記光学素子アセンブリにこれらの楕円体心の一方に設置される前記第２の発光ダイオードのこれらの光線を反射するための第２の反射カバーと、
前記第２の反射カバーとの間に前記第２の発光ダイオードが設置され、前記第２の反射カバーに前記第２の発光ダイオードのこれらの光線の一部を反射するための第２の反射鏡とを含む請求項１６に記載の投影装置。
前記光源システムは第３の光源モジュールをさらに含み、
前記第３の光源モジュールは、
複数の光線を発するための第３の発光ダイオードと、
２つの楕円体心を有する楕円体面である反射曲面を有し、前記光学素子アセンブリにこれらの楕円体心の一方に設置される前記第３の発光ダイオードのこれらの光線を反射するための第３の反射カバーと、
前記第３の反射カバーとの間に前記第３の発光ダイオードが設置され、前記第３の反射カバーに前記第３の発光ダイオードのこれらの光線の一部を反射するための第３の反射鏡とを含む請求項１７に記載の投影装置。
前記光学素子アセンブリは集光装置をさらに含み、且つ前記第１の光源モジュール、前記第２の光源モジュール及び前記第３の光源モジュールが前記集光装置の第１の側面、第２の側面及び第３の側面にそれぞれ対応して設置され、且つ前記集光装置が前記第１の光源モジュールのこれらの光線、前記第２の光源モジュールのこれらの光線及び前記第３の光源モジュールのこれらの光線を１つの集光光線に集束する請求項１８に記載の投影装置。
前記光学素子アセンブリは第１のレンズ、第２のレンズ及び第３のレンズをさらに含み、前記第１のレンズが前記第１の光源モジュールと前記集光装置の前記第１の側面との間に設置され、前記第２のレンズが前記第２の光源モジュールと前記集光装置の前記第２の側面との間に設置され、前記第３のレンズが前記第３の光源モジュールと前記集光装置の前記第３の側面との間に設置され、且つ前記第１のレンズ、前記第２のレンズ及び前記第３のレンズがそれぞれ前記第１の光源モジュールのこれらの光線、前記第２の光源モジュールのこれらの光線及び前記第３の光源モジュールのこれらの光線を平行化して前記集光装置に投射する請求項１９に記載の投影装置。
前記光学素子アセンブリは、前記集光装置の第４の側面に対応して設置され、前記集光装置から射出する前記集光光線を受光して均一化するための光均一化素子をさらに含む請求項２０に記載の投影装置。
前記光学素子アセンブリは、前記集光装置と前記光均一化素子との間に設置され、前記光均一化素子に前記集光装置から射出する前記集光光線を集束するための第４のレンズをさらに含む請求項２１に記載の投影装置。
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ及び前記第３のレンズはいずれも凹レンズであり、前記第４のレンズは凸レンズである請求項２２に記載の投影装置。