JP2016540264A - Ｄｌｐ超小型プロジェクター - Google Patents

Abstract

LED光源（1、2、3）、光源視準システム（4、5、6）とビームスプリッター群（7、8）を含む光供給装置、フライアイレンズ（9）或いは導光棒を含む光路変換装置、自由曲面レンズ（10）或いは自由曲面反射鏡、及び直角プリズム（11）を含む照明光学システム、直角プリズム（11）の一直角辺と平行するDMD光変調器（12）と投影レンズ群を備えているDLP超小型プロジェクターを提供した。当該DLP超小型プロジェクターは光学部品を簡単化させ、プロジェクターのサイズと重量が減少され、生産コストが大いに削減された。

Description

本発明はデジタル投影ディスプレイ技術分野に関し、特にDLP超小型プロジェクターに関する。

近年、各種のモバイル電子設備の開発と応用によって、投影表示システムの超小型化、高品質化が投影技術の発展傾向となっている。LED光源とDLP技術の成熟に従って、DLP超小型プロジェクターは急速に発展し、人気を呼ぶ投影表示方式となっている。

1987年、TI会社がDMDデバイスを発明したことによって、DLPデジタル光処理技術は世界で応用され、DLP超小型プロジェクターの開発が促された。DMDデバイスは二進法パルス幅変調によるデジタル光スイッチであり、今現在世界で一番複雑な光スイッチデバイスである。何千何万の微小方形鏡面（マイクロミラー）がスタティックランダムアクセスメモリの上のヒンジ構造に敷き詰められていて、DMDを構成することになる。一つ一つの鏡面に1画素の光を遮断・通過することができる。ヒンジ構造によって、鏡面は二つの状態間で傾斜することが許され、＋10度は「開」であり、−10度は「閉」である。鏡面が働かない時、0度の「停泊」状態にある。DLP超小型プロジェクターを幅広く応用するには、投影システムのサイズと重量をさらに減少し、高い投影品質を持っていると同時に携帯が便利なことが要求される。図1に示すように、現在のDLP超小型プロジェクターの照明光学システムには平面反射鏡101とその前後の二枚のリレーレンズ102、103を設置する必要があり、それぞれはビーム方向と収束ビームを変えるのに用いられる。平面反射鏡とリレーレンズの設置によって現在のDLP超小型プロジェクターの構造が複雑になり、現在のDLP超小型プロジェクターの体積と重量を減少するのに障害をもたらした。

この背景技術部分に公開された情報は本発明の全体背景に対する理解を増進するだけで、承認視される又は如何なる形で当該情報は既に本分野の当業者に既知の技術であると理解されるべきではない。

本発明は、現在の技術における平面反射鏡とリレーレンズに代わって、自由曲面光学部品の採用によりビーム方向と収束ビームを変え、そしてDMD光変調器照明光源に対して補償を行い、リレーレンズの使用を省き、光学部品を単純化し、DLP超小型プロジェクターのサイズと重量を減らし、投影性能を高め、生産コストを大いに削減し、高輝度、超小型化の市場に求められた、構造が簡単で合理的なDLP超小型プロジェクターを提供することを目的とする。

前記目的を実現するため、本発明は、LED光源、光源視準システムとビームスプリッター群を含む光供給装置、フライアイレンズ或いは導光棒を含む光路変換装置、自由曲面レンズ或いは自由曲面反射鏡、及び直角プリズムを含む照明光学システム、直角プリズムの一直角辺と平行するDMD光変調器と投影レンズ群を備えているDLP超小型プロジェクターを提供する。

好ましいのは、前記技術方案の中で、LED光源は青色LED光源、緑色LED光源と赤色LED光源を含み、そのうち、赤色LED光源が発光した赤色光光路と緑色LED光源が発光した緑色光光路と平行して設置され、青色LED光源が発光した青色光光路が赤色LED光源が発光した赤色光光路と緑色LED光源が発光した緑色光光路に垂直に設置される。

また好ましいのは、前記技術方案の中で、光源視準システムは第一視準レンズ群、第二視準レンズ群と第三視準レンズ群を含み、それぞれは青色LED光源、緑色LED光源と赤色LED光源の光路に設置されている。

更に好ましいのは、前記技術方案の中で、第一視準レンズ群、第二視準レンズ群と第三視準レンズ群の中心光軸はそれぞれ青色LED光源、緑色LED光源と赤色LED光源の中心光軸と重なる。

更にまた好ましいのは、前記技術方案の中で、ビームスプリッター群は、平行して設置した第一ダイクロイックミラーと第二ダイクロイックミラーを含む。第一ダイクロイックミラーは緑色LED光源の光を反射し、青色LED光源の光を透過する。第二ダイクロイックミラーは赤色LED光源の光を反射し、青色LED光源と緑色LED光源の光を透過し、三色LED光源が発光した光を平行的に排列して水平方向に沿って光路変換装置に透過させる。

好ましいのは、前記技術方案の中で、LED光源は二色LED光源と単色LED光源を含み、二色LED光源は赤色光LEDチップと青色光LEDチップを含む。当該単色LED光源は緑色光LEDチップであり、且つ中心光軸は光路変換装置の中心光軸と重なる。

また好ましいのは、前記技術方案の中で、光源視準システムは第四視準レンズ群と第五視準レンズ群を含み、第四視準レンズ群は二色LED光源の光線方向に位置し、中心光軸は赤色光LEDチップと青色光LEDチップとの連接線の中心点に位置する垂直光軸と重なる。第五視準レンズ群は単色LED光源の光線方向に位置し、中心光軸は緑色光LEDチップの光軸と重なる。

更に好ましいのは、前記技術方案の中で、ビームスプリッター群は第三ダイクロイックミラーと第四ダイクロイックミラーを含む。そのうち、第三ダイクロイックミラーは青色光LEDチップの光を反射し、赤色光LEDチップと緑色光LEDチップの光を透過し、第四ダイクロイックミラーは赤色光LEDチップの光を反射し、青色光LEDチップと緑色光LEDチップの光を透過し、三色LED光源が発光した光を平行的に排列して水平方向に沿って光路変化装置に透過させる。

更にまた好ましいのは、前記技術方案の中で、自由曲面レンズ或いは自由曲面反射鏡の自由曲面は以下の公式で表す。

そのうち、Zは曲面の高さであり、X、Yはそれぞれ曲面高さが光軸にある投影座標であり、A1からA9は位置パラメーターであり、Cとkは曲率パラメーターであり、

現在の技術に比べて、本発明は以下のようなよい効果がある。当該DLP超小型プロジェクターは構造が簡単で合理的である。現在の技術にある平面反射鏡とリレーレンズに代わって、自由曲面光学部品の採用によりビーム方向と収束ビームを変え、そしてDMD光変調器の照明光源に対して補償を行う。このように、リレーレンズの使用を省き、光学部品を単純化させし、DLP超小型プロジェクターのサイズと重量を減らし、投影性能を高め、生産コストを大いに削減し、高輝度、超小型化という市場の要求が実現された。

現在DLP超小型プロジェクター構造の示し図である。 本発明によるDLP超小型プロジェクター実施例一の構造を示した図である。 本発明によるDLP超小型プロジェクター実施例二の構造を示した図である。 本発明によるDLP超小型プロジェクター実施例三の構造を示した図である。 本発明によるDLP超小型プロジェクター実施例四の構造を示した図である。

以下は図を参照して、本発明による具体的な実施形態について詳しく説明するが、本発明の保護範囲は具体実施形態に制限されないと理解されるべきである。

別に明確な説明がある場合は除き、全体説明書と特許請求範囲の中の「含み」或いはその言い換えである、例えば「含む」或いは「備えている」など術語は、陳述された部品或いは組成部分を含み、他の部品或いは他の組成部分を排除するわけではないと理解されるべきである。
実施例一：

図2に示すように、本発明による具体的な実施形態のDLP超小型プロジェクターの具体な構造は、光路に沿って順番に設置された光供給装置、光路変換装置、照明光学システム、DMD光変調器12と投影レンズ群を備えている。

そのうち、光供給装置は、LED光源、光源視準システム及びビームスプリッター群を含む。当該LED光源は青色LED光源1、緑色LED光源2と赤色LED光源3を含み、当該三色LEDチップはそれぞれ三つのLEDの中にパッケージされる。そのうち、赤色LED光源3が発光した赤色光光路と緑色LED光源2が発光した緑色光光路が平行して設置され、青色LED光源1が発光した青色光光路は赤色LED光源3が発光した赤色光光路と緑色LED光源2が発光した緑色光光路に垂直に設置される。

当該光源視準システムは、第一視準レンズ群4、第二視準レンズ群5と第三視準レンズ群6を含み、それぞれは青色LED光源1、緑色LED光源2と赤色LED光源3の光路に設置されて、青色、緑色、赤色LED光源からの自然光を受けるのに用いて、光線を均一化させる。好ましいのは、第一視準レンズ群4、第二視準レンズ群5と第三視準レンズ群6の中心光軸がそれぞれ青色LED光源1、緑色LED光源2と赤色LED光源3との中心光軸と重なる。

当該ビームスプリッター群は、平行して設置した第一ダイクロイックミラー7と第二ダイクロイックミラー8を含む。第一ダイクロイックミラー7は緑色LED光源2の光を反射し、青色LED光源1の光を透過し、第二ダイクロイックミラー8は赤色LED光源3の光を反射し、青色LED光源1と緑色LED光源2の光を透過し、青色、赤色と緑色三色LED光源が発光した光を光路変換装置に平行して透過することが実現される。

光路変換装置はフライアイレンズ9或いは導光棒を含む。

当該照明光学システムは、自由曲面レンズ10と直角プリズム11を含み、自由曲面レンズ10はフライアイレンズ（或いは導光棒）9とDMD光変調器12からの有効領域形状が類似するビームに対して整形し、ビームは自由曲面レンズ10によって全反射した後、直角プリズム11に入り、DMD光変調器12に入射する。DMD光変調器12は直角プリズム11の一直角辺と平行する。DMD光変調器の鏡面は「開」である時、DMD光変調器から反射した投影ビームが直角プリズム11の斜辺に投射して全反射が生じた後、投影レンズ群に入って輝点表示が実現される。DMD光変調器の鏡面は「閉」である時、光線が投影レンズ群に入れなく、暗点表示が実現される。DMD光変調器の変調によって投影のスクリーンに画像を形成する。

自由曲面レンズの自由曲面は以下の公式で表す。

そのうち、Zは曲面の高さであり、X、Yはそれぞれ曲面高さが光軸にある投影座標であり、A1からA9は位置パラメーターであり、Cとkは曲率パラメーターであり、
実施例二：

図3に示したのは、本発明による実施例二の構造示し図である。実施例二中のDLP超小型プロジェクターは、実施例一照明光学システム中の自由曲面レンズの代わりに、自由曲面反射鏡を採用する。光供給装置部分は実施例一と同じである。

当該照明光学システムは自由曲面反射鏡20と直角プリズム21を含む。自由曲面反射鏡20はフライアイレンズ29とDMD光変調器22からの有効領域形状が類似するビームに対して整形し、ビームは自由曲面反射鏡20によって反射した後、直角プリズム21に入り、DMD光変調器22に入射する。DMD光変調器22は直角プリズム21の一直角辺と平行する。DMD光変調器の鏡面は「開」である時、DMD光変調器から反射した投影ビームが直角プリズム21の斜辺に投射して全反射が生じた後、投影レンズ群に入って輝点表示が実現される。DMD光変調器の鏡面は「閉」である時、光線が投影レンズ群に入れなく、暗点表示が実現される。

自由曲面反射鏡の自由曲面は以下の公式で表す。

そのうち、Zは曲面の高さであり、X、Yはそれぞれ曲面高さが光軸にある投影座標であり、A1からA9は位置パラメーターであり、CとKは曲率パラメーターであり、
実施例三：

図4に示したのは本発明による実施例三の構造示し図であり、実施例一に比べて、光供給装置部分だけ異なる。

当該光供給装置は、二色LED光源31及びそれと対応する第四視準レンズ群33、単色LED光源32及びそれと対応する第五視準レンズ群34、及びビームスプリッター群を含む。そのうち、当該二色LED光源31は、赤色光LEDチップと青色光LEDチップを含む。当該単色LED光源32は緑色光LEDチップであり、且つ中心光軸は光路変換装置の中心光軸と重なる。

そのうち、第四視準レンズ群33は二色LED光源31の光線方向に位置し、中心光軸は赤色光LEDチップと青色光LEDチップとの連接線の中心点に位置する垂直光軸と重なり、二色LED光源31からの光を受けるのに用いて、光線を平行光に類似するように均一化させる。第五視準レンズ群34は単色LED光源32の光線方向に位置し、当該第五視準レンズ群の中心光軸は緑色光LEDチップの光軸と重なり、単色LED光源32からの光を受けるのに用いて、光線を平行光に類似するように均一化させる。当該第五視準レンズ群34の透過光は前記第四視準レンズ群33の透過光と垂直に交差する。

当該ビームスプリッター群は第四視準レンズ群33と第五視準レンズ群34との透過光が交差する所に設置される。それは第三ダイクロイックミラー35と第四ダイクロイックミラー36を含む。そのうち、第三ダイクロイックミラー35が青色光LEDチップの光を反射し、赤色光LEDチップと緑色光LEDチップの光を透過し、第四ダイクロイックミラー36は赤色光LEDチップの光を反射し、青色光LEDチップと緑色光LEDチップの光を透過し、これによって二色LED光源31と単色LED光源32が発光した光を平行に排列して光路変換装置に透過することが実現される。
実施例四：

図５に示したのは本発明による実施例四の構造示し図である。その照明光学システムは実施例二と同じであり、光供給装置は実施例三と同じである。

当該照明光学システムは自由曲面反射鏡48と直角プリズム49を含む。自由曲面反射鏡48がフライアイレンズ47とDMD光変調器40からの有効領域形状が類似するビームに対して整形し、ビームは自由曲面反射鏡48によって反射した後、直角プリズム49に入り、DMD光変調器40に入射する。DMD光変調器40は直角プリズム49の一直角辺と平行する。DMD光変調器の鏡面は「開」である時、DMD光変調器から反射した投影ビームが直角プリズム49の斜辺に投射して全反射が生じた後、投影レンズ群に入って輝点表示が実現される。DMD光変調器の鏡面は「閉」である時、光線が投影レンズ群に入れなく、暗点表示が実現される。

以上に述べるように、当該DLP超小型プロジェクターは構造が簡単で合理であり、現在の技術にある平面反射鏡とリレーレンズに代わって、自由曲面光学部品の採用によりビーム方向と収束ビームを変え、そしてDMD光変調器の照明光源に対して補償を行う。このように、リレーレンズの使用を省き、光学部品を単純化させし、DLP超小型プロジェクターのサイズと重量を減らし、投影性能を高め、生産コストを大いに削減し、高輝度、超小型化という市場の要求が実現された。

前記本発明による具体な例示性の実施方案に対する陳述は説明と例証を目的として、これらの陳述は本発明を公開された精確な形式に限定しようとするわけではない。その上、上記教示に基づいて、多種の改変態様を採り得ることは自明である。例示性の実施例に対して選択と説明を行う目的は本発明の特定原理及び実際の応用を解釈するためである。これによって、本分野の技術人員に本発明の各種の異なる例示性の実施方案を実現させ、そして各種の異なる選択と変更を利用させることができる。本発明の範囲は特許請求範囲及びそれと同等の形式に限定されることを旨とする。

Claims (9)

1. LED光源、光源視準システムとビームスプリッター群を含む光供給装置、フライアイレンズ或いは導光棒を含む光路変換装置、自由曲面レンズ或いは自由曲面反射鏡、及び直角プリズムを含む照明光学システム、直角プリズムの一直角辺と平行するDMD光変調器と投影レンズ群を備えていることを特徴とするDLP超小型プロジェクター。
2. 前記LED光源は青色LED光源、緑色LED光源と赤色LED光源を含み、そのうち、赤色LED光源が発光した赤色光光路と緑色LED光源が発光した緑色光光路と平行して設置され、青色LED光源が発光した青色光光路は赤色LED光源の発光した赤色光光路と緑色LED光源の発光した緑色光光路に垂直に設置されることを特徴とする請求項１に記載のDLP超小型プロジェクター。
3. 前記光源視準システムは、第一視準レンズ群、第二視準レンズ群と第三視準レンズ群を含み、それぞれは青色LED光源、緑色LED光源と赤色LED光源の光路に設置されていることを特徴とする請求項2に記載のDLP超小型プロジェクター。
4. 前記第一視準レンズ群、第二視準レンズ群と第三視準レンズ群の中心光軸はそれぞれ青色LED光源、緑色LED光源と赤色LED光源の中心光軸と重なることを特徴とする請求項3に記載のDLP超小型プロジェクター。
5. 前記ビームスプリッター群は、平行して設置した第一ダイクロイックミラーと第二ダイクロイックミラーを含み、第一ダイクロイックミラーは緑色LED光源の光を反射し、青色LED光源の光を透過し、第二ダイクロイックミラーは赤色LED光源の光を反射し、青色LED光源と緑色LED光源の光を透過することを特徴とする請求項4に記載のDLP超小型プロジェクター。
6. 前記LED光源は二色LED光源と単色LED光源を含み、当該二色LED光源は赤色光LEDチップと青色光LEDチップを含み、当該単色LED光源は緑色光LEDチップであり、且つ中心光軸は光路変換装置の中心光軸と重なることを特徴とする請求項1に記載のDLP超小型プロジェクター。
7. 前記光源視準システムは第四視準レンズ群と第五視準レンズ群を含み、第四視準レンズ群は二色LED光源の光線方向に位置し、中心光軸は赤色光LEDチップと青色光LEDチップとの連接線の中心点に位置する垂直光軸と重なり、第五視準レンズ群は単色LED光源の光線方向に位置し、中心光軸は緑色光LEDチップの光軸と重なることを特徴とする請求項6に記載のDLP超小型プロジェクター。
8. 前記ビームスプリッター群は第三ダイクロイックミラーと第四ダイクロイックミラーを含み、そのうち、第三ダイクロイックミラーは青色光LEDチップの光を反射し、赤色光LEDチップと緑色光LEDチップの光を透過し、第四ダイクロイックミラーは赤色光LEDチップの光を反射し、青色光LEDチップと緑色光LEDチップの光を透過することを特徴とする請求項6に記載のDLP超小型プロジェクター。
9. 前記自由曲面レンズ或いは自由曲面反射鏡の自由曲面は以下の公式で表すことを特徴とする請求項1に記載のDLP超小型プロジェクター。
   
   そのうち、Zは曲面の高さであり、X、Yはそれぞれ曲面高さが光軸にある投影座標であり、A1からA9は位置パラメーターであり、Cとkは曲率パラメーターであり、