JP2018173638A

JP2018173638A - 投影機及びその照明システム

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Publication number: JP2018173638A
Application number: JP2018065090A
Authority: JP
Inventors: ▲徳▼生楊; De-Sheng Yang; 銘▲つぉん▼ 翁; Ming-Tsung Weng; 建中廖; Chien-Chung Liao
Original assignee: CTX Opto Electronics Corp
Current assignee: CTX Opto Electronics Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: US10386710B2; CN108663879A; CN108663879B; JP7158878B2; US20180284586A1

Abstract

【課題】本発明は投影機およびその照明システムを提供することを目的とする。
【解決手段】照明システム２０は励起光源グループ２０１、蛍光体ホイール２０２、光合成素子２０３および第１レンズグループ２０４を含む。励起光源グループは第一光束を提供することに適しており、かつ第一光軸Ａ１を有する。蛍光体ホイールは反射エリアＲ１および波長変換エリアＲ２を有する。光合成素子は励起光源グループと蛍光体ホイールとの間に配置され、光合成素子はダイクロイック部Ｐ１および反射部Ｐ２を有する。第１レンズグループは第二光軸Ａ２を有し、第一光束がダイクロイック部および第１レンズグループを通って蛍光体ホイールの反射エリアまで伝達され、励起光源グループの第一光軸と第１レンズグループの第二光軸が互いに非共軸であり、前記照明システムは投影機中に設置され、光学素子の数を減らし、さらにコストの削減および体積の縮小が可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は照明システムに関し、特に投影機に用いられる照明システムに関する。

デジタルライトプロセッシング（ｄｉｇｉｔａｌｌｉｇｈｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＤＬＰ）投影装置は照明システム、デジタルマイクロミラーデバイス（ｄｉｇｉｔａｌｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒｄｅｖｉｃｅ、ＤＭＤ）および投影レンズ部を含み、照明システムは照明光束を提供するものであり、デジタルマイクロミラーデバイスは照明光束を画像光束に変換するものであり、投影レンズ部は画像光束をスクリーン上に投影し、スクリーン上に画像画面を形成するものである。超高圧水銀ランプは初期の照明システムに一般的に用いられた光源であり、照明光束として白色光を提供することができる。照明技術の発展に伴い、発光ダイオード光源、レーザー光源などの省エネルギーの利点を有する光源も次第に使用されるようになった。

図１は従来のレーザー光源を用いた照明システムの概略図である。図１を参照すると、従来の照明システム１００において、レーザー光源モジュール１１０が提供する青色光束１１２は、コリメーション素子１２２を通った後にダイクロイックシート（ＤｉｃｈｒｏｉｃＭｉｒｒｏｒ）１３０を透過し、そしてレンズ１２３、１２４を通って、回転可能な蛍光体ホイール（ｐｈｏｓｐｈｏｒｗｈｅｅｌ）１４０に照射する。この蛍光体ホイール１４０は緑色蛍光体エリア、黄色蛍光体エリアおよびオープンエリアなどに区分され、かつ、蛍光体ホイール１４０の緑色蛍光体エリアおよび黄色蛍光体エリアの背面１４１に反射素子（図示せず）が対応して設置されている。青色光束１１２は緑色蛍光体エリア、黄色蛍光体エリアおよびオープンエリアに順に照射され、青色光束１１２が緑色蛍光体エリアおよび黄色蛍光体エリアに照射されると、励起によって緑色光束１１３および黄色光束１１４が発生し、反射素子が緑色光束１１３および黄色光束１１４を反射してダイクロイックシート１３０へ返し、その後、緑色光束１１３および黄色光束１１４がダイクロイックシート１３０に反射されてレンズ１２５を通り、回転可能なカラーホイール１５０に照射される。また、一部の青色光束１１２はオープンエリアを通り抜けて、レンズ１２６、１２７、反射素子１６１、１６２、レンズ１２８、反射素子１６３、レンズ１２９を順に経由し、さらにダイクロイックシート１３０、レンズ１２５を通った後、カラーホイール１５０に照射される。

以上に続き、カラーホイール１５０は、上記黄色蛍光体エリアに対応する赤色フィルタリングエリアおよび透明エリア、上記緑色蛍光体エリアに対応する緑色フィルタリングエリア、および上記オープンエリアに対応する拡散エリアを有する。カラーホイール１５０と蛍光体ホイール１４０が互いに合わせて回転するように制御することにより、緑色光束１１３を緑色フィルタリングエリアに照射させ、黄色光束１１４を赤色フィルタリングエリアおよび透明エリアに照射させ、青色光束１１２を拡散エリアに照射させる。従って、カラーホイール１５０を通った後に光インテグレータ１７０に入射した光束は、カラー画像を形成するための青色光束、緑色光束、赤色光束、および輝度を高めるための黄色光束を含む。

従来の照明システム１００は構造が複雑で、数多い光学素子を必要とするため、コストが比較的に高く、体積が大きく、および光学効率が比較的に低いという欠点がある。

この「背景技術」部分は、本発明の内容を理解するよう助けることのみが目的であるため、この「背景技術」部分で開示された内容には、当業者が既知の従来技術を構成しないものも含まれている可能性がある。かつ、「背景技術」部分で開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例で解決しようとする課題を示すものではなく、また、本発明の出願前に当業者が既に把握または認識していたことを示唆するものでもない。

本発明の一つの目的は、光学素子の数を減らし、さらにコストを削減し、体積を縮小できる照明システムを提供することである。

本発明の別の目的は、コストが比較的に低く、体積が比較的に小さい利点を有する投影機を提供することである。

本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術的特徴からに一層理解を深めることができる。

上記の一つまたは一部またはすべての目的およびその他の目的を達成するために、本発明は励起光源グループ、蛍光体ホイール、光合成素子および第１レンズグループを含む照明システムを提供する。励起光源グループは、第一光束を提供することに適しており、かつ励起光源グループは第一光軸を有する。蛍光体ホイールは、反射エリアおよび波長変換エリアを有する。光合成素子は励起光源グループと蛍光体ホイールとの間に配置され、光合成素子はダイクロイック部および反射部を有する。第１レンズグループは光合成素子と蛍光体ホイールとの間に配置され、第１レンズグループは第二光軸を有し、第一光束はダイクロイック部および第１レンズグループを通って蛍光体ホイールの反射エリアまで伝達され、かつ、第一光束が第二光軸の第一側を経由して、第１レンズグループを通り、蛍光体ホイールの反射エリアは第一光束を反射し、反射された第一光束は第１レンズグループを通って光合成素子まで伝達され、反射エリアから反射された第一光束は第二光軸の第二側を経由して、第１レンズグループを通り、前記光合成素子の前記反射部まで伝達され、励起光源グループの第一光軸と第１レンズグループの第二光軸は互いに非共軸である。

本発明はさらに、照明システム、光バルブおよびレンズ部を含む投影機を提供する。照明システムは励起光源グループ、蛍光体ホイール、光合成素子、第１レンズグループおよび集光素子を含む。励起光源グループは第一光束を提供することに適しており、かつ励起光源グループは第一光軸を有する。蛍光体ホイールは反射エリアおよび波長変換エリアを有する。光合成素子は励起光源グループと蛍光体ホイールとの間に配置される。光合成素子はダイクロイック部および反射部を有する。第１レンズグループは光合成素子と蛍光体ホイールとの間に配置され、第１レンズグループは第二光軸を有し、第一光束がダイクロイック部および第１レンズグループを通って蛍光体ホイールの反射エリアまで伝達され、第一光束は第二光軸の第一側を経由して第１レンズグループを通り、蛍光体ホイールの反射エリアが第一光束を反射し、反射された第一光束が第１レンズグループを通って光合成素子まで伝達され、なお、反射エリアで反射された第一光束が第二光軸の第二側を経由して第１レンズグループを通り、前記光合成素子の前記反射部まで伝達され、励起光源グループの第一光軸と第１レンズグループの第二光軸が互いに非共軸である。集光素子は当該第一光束と第二光束の伝達経路上に位置し、かつ、第１レンズグループを通った第一光束と第二光束を受けて照明光束を形成することに適している。光バルブは照明光束の伝達経路上に位置し、かつ照明光束を画像光束に変換することに適している。レンズ部は画像光束の伝達経路上に位置し、かつ画像光束を投影光束に変換することに適している。

本発明の実施例の照明システムは、励起光源グループと蛍光体ホイールの間に、ダイクロイック部と反射部を有する光合成素子を配置することで、光経路を有効に短縮することができるため、照明システムの光学素子の数を大幅に減らし、さらにコストを削減し、体積を縮小することができる。また、本発明の実施例の投影機は、上記照明システムを用いるため、コストが比較的に低く、および体積が比較的に小さい利点を有する。

本発明の上記およびその他の目的、特徴及び利点をより明確に、わかり易く示すため、以下はその好ましい実施例に基づき、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。

従来のレーザー光源を用いた照明システムの概略図である。本発明の一実施例の投影機の機能ブロックの概略図である。図２に示された照明システムの概略図である。図３に示された第一光束を第二光束に変換する光経路の概略図である。図３に示された光合成素子の上面概略図である。本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。

本発明の上記およびその他の技術内容、特徴および効果は、以下の図面に基づく実施例の詳細な説明において明確に示されている。以下の実施例において言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後などは図面で参照される方向のみである。従って、これらの方向用語は説明目的で用いられるものであり、本発明を制限するものではない。

図２は本発明の一実施例の投影機の機能ブロックの概略図である。図２が示すように、本実施例の投影機２は照明システム２０、光バルブ２２およびレンズ部２４を含む。照明システム２０は照明光束ＩＬ１を提供することに適している。光バルブ２２は照明光束ＩＬ１の伝達経路上に位置し、かつ光バルブ２２は照明光束ＩＬ１を画像光束ＩＬ２に変換することに適しており、本実施例において、光バルブ２２はデジタルマイクロミラーデバイス（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ、ＤＭＤ）、シリコン基板液晶（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ、ＬＣｏＳ）または液晶ディスプレイ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）であってもよいが、本発明はこれに限定されない。レンズ部２４は画像光束ＩＬ２の伝達経路上に位置し、かつレンズ部２４は画像光束ＩＬ２を投影光束ＩＬ３に変換して、投影光束ＩＬ３を投影機の外部に投影することに適している。

以下、本実施例の照明システム２０の詳細構造についてさらに詳しく説明する。

図３と図４を参照すると、図３は図２に示された照明システムの概略図であり、図４は図３に示された第一光束を第二光束に変換する光経路の概略図である。

図３が示すように、本実施例の照明システム２０は励起光源グループ２０１、蛍光体ホイール２０２、光合成素子２０３、第１レンズグループ２０４および集光素子２０５を含む。励起光源グループ２０１は第一光束Ｌ１を提供することに適しており、かつ励起光源グループ２０１は第一光軸Ａ１を有する。蛍光体ホイール２０２は反射エリアＲ１と波長変換エリアＲ２を有し、反射エリアＲ１は第一光束Ｌ１を反射することに適しており、波長変換エリアＲ２は第一光束Ｌ１を異なる色の第二光束Ｌ２に変換することに適しており、本実施例において、反射エリアＲ１は例えば高反射率を有する金属基板または高反射ミラーであり、波長変換エリアＲ２は例えば高反射基板上に黄色蛍光体塗布層または緑色蛍光体塗布層を配置したものであるが、本発明はこれに限定されない。光合成素子２０３は励起光源グループ２０１と蛍光体ホイール２０２との間に配置され、かつ光合成素子２０３はダイクロイック部Ｐ１と反射部Ｐ２を有し、第１レンズグループ２０４は光合成素子２０３と蛍光体ホイール２０２との間に配置され、かつ第１レンズグループ２０４は第二光軸Ａ２を有し、本実施例において、第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２と励起光源グループ２０１の第一光軸Ａ１が互いに非共軸である。集光素子２０５は第一光束Ｌ１と第二光束Ｌ２を受けて照明光束ＩＬ１を形成することに適しており、本実施例において、集光素子２０５は例えば光インテグレータであるが、本発明はこれに限定されない。

上記に続き、本実施例の励起光源グループ２０１は発光素子２０６と第二レンズグループ２０７を含む。第二レンズグループ２０７は光合成素子２０３と発光素子２０６との間に配置され、発光素子２０６は例えばレーザーダイオード（ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅ）であり、または、発光素子２０６はアレイ状に配列されたレーザー発光アレイであり、上記第一光束Ｌ１を提供することに用いられる。本実施例においで、発光素子２０６は第三光軸Ａ３を有し、第二レンズグループ２０７は第四光軸Ａ４を有し、つまり、上記励起光源グループ２０１の第一光軸Ａ１は第三光軸Ａ３と第四光軸Ａ４を含み、具体的には、発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４が互いに共軸であり、別の実施例において、発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２が互いに非共軸であり、かつ第三光軸Ａ３と第二光軸Ａ２が互いに平行であり、第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４と第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２が非共軸であり、かつ第四光軸Ａ４と第二光軸Ａ２が互いに平行である。なお、本発明は発光素子２０６の種類について制限することなく、その他の実施例において、発光素子２０６が発光ダイオード素子またはその他の適切な種類の発光素子であってもよい。また、設計ニーズに応じて、第二レンズグループ２０７を省略またはその他の適切な光学素子に取り換えてもよい。

上記に続き、本実施例の照明システム２０はさらに第三レンズグループ２０８およびカラーホイール２０９を含む。第三レンズグループ２０８とカラーホイール２０９はいずれも第一光束Ｌ１と第二光束Ｌ２の伝達経路上に位置し、かつ第三レンズグループ２０８は光合成素子２０３とカラーホイール２０９の間に位置し、カラーホイールは第三レンズグループ２０８と集光素子２０５の間に位置する。カラーホイール２０９は、上記蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１に対応する拡散エリア（図示せず）、および上記蛍光体ホイール２０２の波長変換エリアＲ２に対応するフィルタリングエリア（例えば、赤色フィルタリングエリアまたは緑色フィルタリングエリア、図示せず）（図示せず）を有する。設計ニーズに応じて、第三レンズグループ２０８を省略またはその他の適切な光学素子に取り換えてもよい。

図３と図４を参照すると、図４は図３が示す第一光束Ｌ１を第二光束Ｌ２に変換する光経路の概略図である。本実施例において、発光素子２０６が提供した第一光束Ｌ１は例えば青色光束または紫外光束であり、第二光束Ｌ２は例えば黄色光束または緑色光束であるが、本発明はこれらに限定されない。図３が示すように、第一光束Ｌ１は第二レンズグループ２０７、光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１および第１レンズグループ２０４を順に通って蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１まで伝達され、具体的に言うと、第一光束Ｌ１は第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２の第一側を経由して第１レンズグループ２０４を通り、つまり、第一光束Ｌ１は第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２の上方を通るが、これに限定されない。反射エリアＲ１は第一光束Ｌ１を反射し、反射された第一光束Ｌ１は第１レンズグループ２０４を通って光合成素子２０３の反射部Ｐ２まで伝達され、具体的に言うと、反射エリアＲ１で反射された第一光束Ｌ１は第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２の第二側を経由して第１レンズグループ２０４を通り、つまり、反射エリアＲ１で反射された第一光束Ｌ１は第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２の下方を通る。上記実施例において、空間上、第二光軸Ａ２の第二側は第二光軸Ａ２の第一側と第三レンズグループ２０８との間に位置する。光合成素子２０３の反射部Ｐ２は第一光束Ｌ１を反射し、反射された第一光束Ｌ１は第三レンズグループ２０８およびカラーホイール２０９を通って集光素子２０５まで伝達される。図４が示すように、蛍光体ホイール２０２が回転することにより、第一光束Ｌ１が波長変換エリアＲ２に照射された場合、蛍光体ホイール２０２の波長変換エリアＲ２は一部の第一光束Ｌ１を第二光束Ｌ２に変換する。第二光束Ｌ２は波長が第一光束Ｌ１と異なり、かつ色も異なる。また、蛍光体ホイール２０２の波長変換エリアＲ２は第二光束Ｌ２を反射し、第二光束Ｌ２が第１レンズグループ２０４を通って光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１および反射部Ｐ２まで伝達され、光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１および反射部Ｐ２が第二光束Ｌ２を反射し、反射された第二光束Ｌ２は第三レンズグループ２０８およびカラーホイール２０９を通って集光素子２０５まで伝達される。なお、光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１は第一光束Ｌ１を通過させ、第二光束Ｌ２を反射し、集光素子２０５がインテグレータであってもよい。図３と図４を参照すると、第一光束Ｌ１の経路上に、蛍光体ホイール２０２と光合成素子２０３の間には、全反射が可能な反射素子である反射鏡が設置されていない。

図５は図３が示す光合成素子２０３の上面概略図である。図３から図５で示すように、本実施例の光合成素子２０３は励起光源グループ２０１に面した表面Ｆを有し、この部分の表面Ｆは励起光源グループ２０１からの第一光束Ｌ１を受けることに適しており。本実施例において、光合成素子２０３の表面Ｆを面積はＡとし、かつ光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１の面積をＡ’とすると、表面Ｆの面積Ａとダイクロイック部Ｐ１の面積Ａ’はＡ’≦３／４Ａの関係を満たす。図３が示す光経路において、本実施例の励起光源グループ２０１の第一光軸Ａ１と第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２が互いに非共軸であるため、励起光源グループ２０１が提供した第一光束Ｌ１が第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２の第一側を経由し第１レンズグループ２０４を通り、かつ第一光束Ｌ１が蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１に反射された後に第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２の第二側を経由して第１レンズグループ２０４を通ることができる。また、光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１の面積Ａ’と表面Ｆの面積ＡがＡ’≦３／４Ａの関係を満たす場合、励起光源グループ２０１の第一光束Ｌ１が光合成素子２０３の反射部Ｐ２を通る光量が増加し、第一光束Ｌ１が蛍光体ホイール２０２まで伝達される前に光合成素子２０３的反射部Ｐ２によって完全に反射されることを確保し、集光素子２０５まで伝達される青色光束の光均一性を改善できる。別の実施例において、蛍光体ホイール２０２とカラーホイール２０９は光合成素子２０３の同じ側辺に設置される。上記側辺とは、光合成素子２０３の表面Ｆに対応する一つの側辺を言う。

図６は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図６が示すように、本実施例の照明システム２０ａは図３が示す照明システム２０に類似するが、相違点は本実施例の発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４が互いに非共軸であり、かつ発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４互いに平行である。つまり、本実施例において、第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２、発光素子２０６の第三光軸Ａ３および第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４は互いに非共軸である。このような構造設計により、光利用効率を有効に向上させることができる。

図７は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図７が示すように、本実施例の照明システム２０ｂは図３が示す照明システム２０に類似するが、相違点は本実施例の発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４が互いに非共軸であり、かつ発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４が互いに非平行である。つまり、本実施例において、第１レンズグループ２０４の第二光軸Ａ２、発光素子２０６の第三光軸Ａ３および第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４が互いに非共軸であり、発光素子２０６の第三光軸Ａ３と第二レンズグループ２０７の第四光軸Ａ４の間に夾角θを有し、かつ夾角θが例えば５度であるが、本発明はこれに限らない。このような構造設計により、光利用効率を有効に向上させることができる。

図８は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図８が示すように、本実例の照明システム２０ｃは図３が示す照明システム２０に類似するが、相違点は本実施例の照明システム２０ｃがされにダイクロイック素子２１０を含むことである。本実施例のダイクロイック素子２１０は第一光束Ｌ１と第二光束Ｌ２の伝達経路上に位置し、かつダイクロイック素子２１０は光合成素子２０３と第三レンズグループ２０８の間に位置する。本実施例において、ダイクロイック素子２１０は例えば第一光束Ｌ１と第二光束Ｌ２のいずれに対しても半透過半反射機能を有する被覆ガラス（ｃｏａｔｅｄｇｌａｓｓ）であるが、本発明はこれに限定されない。蛍光体ホイール２０２が回転して第一光束Ｌ１が反射エリアＲ１に照射された場合、反射エリアＲ１は第一光束Ｌ１を反射し、反射された第一光束Ｌ１が第１レンズグループ２０４およびダイクロイック素子２１０を通って光合成素子２０３の反射部Ｐ２まで伝達され、一部の第一光束Ｌ１はダイクロイック素子２１０を透過して光合成素子２０３まで伝達され、残りの一部の第一光束Ｌ１がダイクロイック素子２１０に反射されて第三レンズグループ２０８まで伝達される。具体的に言うと、本実施例の第三レンズグループ２０８は第五光軸Ａ５を有し、上記のダイクロイック素子２１０を透過した一部の第一光束Ｌ１は光合成素子２０３の反射部Ｐ２に反射されて第三レンズグループ２０８の第五光軸Ａ５の一方側に沿って第三レンズグループ２０８を通り、カラーホイール２０９および集光素子２０５まで伝達され、上記のダイクロイック素子２１０に反射された残りの一部の第一光束Ｌ１は第三レンズグループ２０８の第五光軸Ａ５の他方側に沿って第三レンズグループ２０８を通り、カラーホイール２０９および集光素子２０５まで伝達される。蛍光体ホイール２０２が回転して第一光束Ｌ１が波長変換エリアＲ２に照射された場合、蛍光体ホイール２０２の波長変換エリアＲ２は一部の第一光束Ｌ１を第二光束Ｌ２に変換し、蛍光体ホイール２０２の波長変換エリアＲ２で反射された第二光束Ｌ２は直接ダイクロイック素子２１０を透過して、光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１および反射部Ｐ２まで伝達される。

以上に続き、本実施例において、ダイクロイック素子２１０は例えば５０％の第一光束Ｌ１を透過させ、かつ５０％の第一光束Ｌ１を反射し、同時に、ダイクロイック素子２１０は例えば５０％の第二光束Ｌ２透過させ、かつ５０％の第二光束Ｌ２を反射するが、本発明はこれに限定されない。光合成素子２０３と第三レンズグループ２０８の間にダイクロイック素子２１０を配置する効果は、第一光束Ｌ１が集光素子２０５へ入射する角度と第二光束Ｌ２が集光素子２０５へ入射する角度とが略同じになるように、第一光束Ｌ１が集光素子２０５へ入射する角度を調整することにより、照明光束に優れた均一性をもたらし、さらに投影機の画像品質を高めることができる。

図９は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図９が示すように、本実例の照明システム２０ｄと図３が示す照明システム２０が類似するが、相違点は本実施例の照明システム２０ｄはさらに散乱構造２１１を含むことである。本実施例の散乱構造２１１はカラーホイール２０９に配置され、具体的に言うと、散乱構造２１１は第一光束Ｌ１の伝達経路上に配置されている。言い換えれば、散乱構造２１１は第一光束Ｌ１がカラーホイール２０９に照射される、上記蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１に対応する拡散エリアに配置される。カラーホイール２０９に散乱構造２１１を配置する効果は、第一光束Ｌ１がカラーホイール２０９の散乱構造２１１を有する領域を通る際、散乱構造２１１は第一光束Ｌ１のスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）のレベルを効果的に抑制することができ、照明システム２０ｄのスペックルノイズ（ｓｐｅｃｋｌｅｎｏｉｓｅ）を低減させ、さらに投影機の画像品質を向上させることができる。また、散乱構造２１１は第一光束Ｌ１を集光素子２０５まで伝達するうえで助けにもなる。本実施例において、散乱構造２１１は例えば透光性の拡散シートであり、内部に散乱材料の透光物質または複数のプリズム微構造を有するが、本発明はこれに限定されない。なお、上記散乱構造２１１をカラーホイール２０９に配置することは本発明の一実施例に過ぎず、本発明はこれに限定されない。一実施例において、散乱構造２１１は例えば光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１に配置される（図示せず）。また別の実施例において、散乱構造２１１は例えば蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１に配置される。

図１０は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図１０が示すように、本実例の照明システム２０ｅと図３が示す照明システム２０が類似するが、相違点は、本実施例の照明システム２０ｅはさらに緑色蛍光体層２１２を含むことである。本実施例の緑色蛍光体層２１２は蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１内に配置することが可能であり、その効果は第一光束Ｌ１の色光の発色品質を改善し、蛍光体ホイール２０２の反射エリアＲ１に反射された第一光束Ｌ１の青色光束の色を緑色寄りに発色させて、従来の画像における青色光束の色が紫寄りになる問題を調整できることがあり、緑寄りの青色光束によって、レンズ部から投射される画像における青色を定義された青色（例えば、Ｒｅｃ.７０９など）に一層近づけることが可能であり、かつ第一光束Ｌ１のスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）のレベルを効率よく抑制し、照明システム２０ｅのスペックルノイズ（ｓｐｅｃｋｌｅｎｏｉｓｅ）を低減させ、さらに投影機の画像品質を向上させることができる。

図１１は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図１１が示すように、本実例の照明システム２０ｆと図３が示す照明システム２０が類似するが、相違点は本実施例の照明システム２０ｆはさらに補助励起光源２１３を含むことである。本実施例の補助励起光源２１３は励起光源グループ２０１の一方側に配置され、かつ補助励起光源２１３は第三光束Ｌ３を提供することに適しており、本実施例において、補助励起光源２１３が提供する第三光束Ｌ３は光合成素子２０３のダイクロイック部Ｐ１および第三レンズグループ２０８を通ってカラーホイール２０９まで伝達される。補助励起光源２１３の効果は第一光束Ｌ１または第二光束Ｌ２の色光の発色品質を改善し、さらに投影機の画像品質を向上させることである。本実施例において、補助励起光源２１３が提供する第三光束Ｌ３は例えば赤色光束または青色光束であるが、本発明はこれに限定されない。

以上から、本発明の複数の実施例の照明システムにおいて、例えば、第一光軸Ａ１、第二光軸Ａ２、第三光軸Ａ３および第四光軸Ａ４が平行であるか否か関係なく、第二レンズグループ２０７中のレンズの一つが第四光軸Ａ４に対し±５度以内に傾斜する位置に調整することにより、光利用効率を効果的に向上させることが可能であり、なお、第四光軸Ａ４が第二レンズグループ２０７中の複数のレンズの中心点が繋がってなる仮想線分と定義する。

以上から、本発明の実施例の照明システムは、励起光源グループと蛍光体ホイールの間にダイクロイック部と反射部を有する光合成素子を配置することにより、光経路を有効に短縮できるため、照明システムの光学素子の数を大幅に削減することができて、さらにコストを削減し、体積を縮小することができる。また、本発明の実施例の投影機は上記照明システムを用いるため、コストが比較に低く、および体積が比較的に小さい利点を有する。

以上に記載したのは本発明の好ましい実施例であり、本発明の実施範囲がこれらに限定されるべきではない。即ち、本発明の請求の範囲および発明の詳細な説明を基に行った等価の変更およびアレンジも本発明の請求範囲内に属する。また、本発明のいずれの実施例または請求項は必ずしも本発明が開示した目的または利点または特徴を全て満たすとは限らない。その他、要約書と発明の名称は特許文献の検索のためにあり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲に言及された「第一」、「第二」などの用語は、素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）を命名するための名称または異なる実施例若しくは範囲を区別するためのものであり、素子の数量の上限または下限を制限するものではない。

１００照明システム
１１０レーザー光源モジュール
１１２青色光束
１１３緑色光束
１１４黄色光束
１２２コリメーション素子
１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９レンズ
１３０ダイクロイックシート
１４０蛍光体ホイール
１４１背面
１５０カラーホイール
１６１、１６２、１６３反射素子
２投影機
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ照明システム
２２光バルブ
２４レンズ部
ＩＬ１照明光束
ＩＬ２画像光束
ＩＬ３投影光束
２０１励起光源グループ
２０２蛍光体ホイール
２０３光合成素子
２０４第１レンズグループ
２０５集光素子
２０６発光素子
２０７第二レンズグループ
２０８第三レンズグループ
２０９カラーホイール
２１０ダイクロイック素子
２１１散乱構造
２１２緑色蛍光体層
２１３補助励起光源
Ａ、Ａ’ 面積
Ａ１第一光軸
Ａ２第二光軸
Ａ３第三光軸
Ａ４第四光軸
Ａ５第五光軸
Ｆ表面
１第一光束
Ｌ２第二光束
Ｌ３第三光束
Ｐ１ダイクロイック部
Ｐ２反射部
Ｒ１反射エリア
Ｒ２波長変換エリア
θ 夾角

Claims

照明システムであって、
第一光束を提供することに適し、かつ第一光軸を有する励起光源グループと、
反射エリアおよび波長変換エリアを有する蛍光体ホイールと、
前記励起光源グループと前記蛍光体ホイールとの間に配置され、かつダイクロイック部および反射部を有する光合成素子と、
前記光合成素子と前記蛍光体ホイールとの間に配置され、かつ第二光軸を有する第１レンズグループとを含み、
前記第一光束は前記ダイクロイック部および前記第１レンズグループを通って前記蛍光体ホイールの前記反射エリアまで伝達され、なお、前記第一光束が前記第二光軸の第一側を経由して前記第１レンズグループを通って、前記蛍光体ホイールの前記反射エリアは前記第一光束を反射し、反射された前記第一光束が前記第１レンズグループを通って前記光合成素子まで伝達され、前記反射エリアで反射された前記第一光束は前記第二光軸の第二側を経由して前記第１レンズグループを通って、前記光合成素子の前記反射部まで伝達され、
前記励起光源グループの前記第一光軸と前記第１レンズグループの前記第二光軸が互いに非共軸であることを特徴とする照明システム。
前記励起光源グループは発光素子と第二レンズグループとを含み、前記発光素子が第三光軸を有し、前記第二レンズグループが第四光軸を有し、前記発光素子の前記第三光軸と前記第１レンズグループの前記第二光軸が互いに非共軸であり、前記第二レンズグループの前記第四光軸と前記第１レンズグループの前記第二光軸が互いに非共軸である、請求項１に記載の照明システム。
前記発光素子の前記第三光軸と前記第二レンズグループの前記第四光軸が互いに共軸である、請求項２に記載の照明システム。
前記発光素子の前記第三光軸と前記第二レンズグループの前記第四光軸が互いに非共軸である、請求項２に記載の照明システム。
前記発光素子の前記第三光軸と前記第二レンズグループの前記第四光軸が互いに平行である、請求項４に記載の照明システム。
前記発光素子の前記第三光軸と前記第二レンズグループの前記第四光軸が互いに非平行であり、かつ前記第三光軸と前記第四光軸との間に夾角を有し、前記夾角が５度に等しい、請求項４に記載の照明システム。
前記光合成素子は前記励起光源グループに面した表面を有し、前記表面の面積がＡであり、前記光合成素子の前記ダイクロイック部の面積がＡ’であり、かつＡ’≦３／４Ａである、請求項１に記載の照明システム。
第三レンズグループとカラーホイールとをさらに含み、
前記蛍光体ホイールの前記波長変換エリアは一部の前記第一光束を第二光束に変換し、かつ前記第二光束を反射し、前記第二光束は前記第１レンズグループを通って前記光合成素子の前記ダイクロイック部および前記反射部まで伝達され、前記第二光束が反射され、かつ前記第三レンズグループまで伝達され、
前記第三レンズグループと前記カラーホイールはいずれも前記第一光束と前記第二光束の伝達経路上に位置し、前記第三レンズグループは前記光合成素子と前記カラーホイールとの間に位置する、請求項１に記載の照明システム。
ダイクロイック素子をさらに含み、
前記ダイクロイック素子は前記第一光束と前記第二光束の伝達経路上に位置し、かつ前記光合成素子と前記第三レンズグループとの間に位置し、
前記第１レンズグループを通った前記第二光束は、前記ダイクロイック素子を通って前記光合成素子まで伝達され、前記第１レンズグループを通った一部の前記第一光束は、前記ダイクロイック素子を通って前記光合成素子まで伝達され、前記第１レンズグループを通ったその他の一部の前記第一光束は、前記ダイクロイック素子に反射されて前記第三レンズグループまで伝達される、請求項８に記載の照明システム。
散乱構造をさらに含み、前記散乱構造は前記カラーホイールに配置される、請求項８に記載の照明システム。
補助励起光源をさらに含み、
前記補助励起光源は前記励起光源グループの一方側に配置され、
前記補助励起光源は第三光束を提供することに適しており、前記第三光束が前記光合成素子を通って前記カラーホイールまで伝達される、請求項８に記載の照明システム。
前記蛍光体ホイールと前記カラーホイールは光合成素子の同じ側辺に設置される、請求項８に記載の照明システム。
前記第一光束の経路上に、前記蛍光体ホイールと前記光合成素子との間に反射素子が設置されていない、請求項１に記載の照明システム。
散乱構造をさらに含み、前記散乱構造は前記光合成素子の前記ダイクロイック部に配置される、請求項１に記載の照明システム。
散乱構造をさらに含み、前記散乱構造は前記蛍光体ホイールの前記反射エリアに配置される、請求項１に記載の照明システム。
緑色蛍光体層をさらに含み、前記緑色蛍光体層は前記蛍光体ホイールの前記反射エリア内に配置される、請求項１に記載の照明システム。
照明システム、光バルブおよびレンズ部を含む投影機であって、
前記照明システムは：
第一光束を提供することに適し、かつ第一光軸を有する励起光源グループと、
反射エリアおよび波長変換エリアを有する蛍光体ホイールと、
前記励起光源グループと前記蛍光体ホイールとの間に配置され、かつダイクロイック部および反射部を有する光合成素子と、
前記光合成素子と前記蛍光体ホイールとの間に配置され、かつ第二光軸を有する第１レンズグループと、
前記第一光束と第二光束の伝達経路上に位置し、前記第１レンズグループを通った前記第一光束と第二光束を受けて照明光束を形成することに適した集光素子とを含み、
前記第一光束は前記ダイクロイック部および前記第１レンズグループを通って前記蛍光体ホイールの前記反射エリアまで伝達され、なお、前記第一光束は前記第二光軸の第一側を経由して前記第１レンズグループを通り、前記蛍光体ホイールの前記反射エリアが前記第一光束を反射し、反射された前記第一光束が前記第１レンズグループを通って前記光合成素子まで伝達され、前記反射エリアで反射された前記第一光束が前記第二光軸の第二側を経由して前記第１レンズグループを通って、前記光合成素子の前記反射部まで伝達され、
前記励起光源グループの第一光軸と前記第１レンズグループの前記第二光軸は互いに非共軸であり
前記光バルブは前記照明光束の伝達経路上に位置し、かつ前記照明光束を画像光束に変換することに適しており、
前記レンズ部は前記画像光束の伝達経路上に位置し、かつ前記画像光束を投影光束に変換することに適している投影機。