JP6427749B2 - 光源システム、投影システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光学デバイス技術分野に関し、特に、光源システム、投影システム及び方法に関するものである。
現在、デジタル光処理（Digital Light Procession、DLPと略称される）投影技術は、ますます幅広く応用され、その中枢がDMD（Digital Micro-ｍirror Device、デジタルミラーデバイス）である。
図１aは、従来技術における一枚のDMD投影システムを示している。図1に示すように、当該システムは、レーザ光源１００と、集光レンズ１０１と、回転カラーホイール１０２と、光均一棒１０３と、光中継システム１０４と、DMDチップ１０５と、TIRプリズム１０６と、投影レンズ１０７とを備える。その中、光源１００は、半導体レーザーにより光を励起され、集光レンズ１０１を介して回転カラーホイール１０２に集束され、回転カラーホイール１０２には、異なる色のセグメントの蛍光体材料が塗布されている。図１ｂは、異なる色のセグメントの回転カラーホイールの正面を示す模式図である。図２に示すように、回転カラーホイール１０２を介して時系列での赤、緑、青の三原色光が形成され、光均一棒１０３により均一された後、光中継システム１０４によりTIRプリズム１０６に入射され、DMDチップ１０５に反射されて変調され、最終的に投影レンズ１０７により画像が出力される。
現在、一枚のDMD投影システムにおいては、赤、緑、青の三原色光が時系列で順次にDMDに入射して変調され、得られた単色光の画像は、人間の視覚の残像効果によって混合してカラー画像が形成される。当該システムは、レーザをレーザ光源として用いるため、光学の拡張量が小さく、光効率が高いというメリットがある。従来技術においては、半導体レーザーによりカラーホイールの異なる色のセグメントを励起することによって、赤、緑、青の三原色光を形成する。しかしながら、半導体レーザによりカラーホイールの蛍光体を励起する変換技術においては、マゼンタ色蛍光体の変換効率が低いため、出力画像の輝度及び色域においては依然として欠陥が存在し、システムの光効率及び信頼性を低下してしまう。
本発明は、赤光の効率を高めることで、システムの光効率及び色の飽和度を向上させることができる光源システム、投影システム及び方法を提供している。
上述した目的を実現するために、本発明は、励起光を射出する少なくとも一群のレーザ光源を提供するための光源装置と、前記励起光を受光して被励起光に変換して射出し、少なくとも２つの異なる波長変換材料を有し、少なくとも１つの波長変換材料の被励起光が複合光である光出力装置と、前記複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割して、前記第１の波長光と前記第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、前記被励起光の複合光が白色光である光分割光合成装置と、前記第１の光通路で伝送された光を変調するための第１の光変調装置と、前記第２の光通路で伝送された光を変調するための第２の光変調装置とを備える光源システムを提供する。
好ましくは、前記被励起光はさらに原色光を備え、前記光分割光合成装置は前記原色光を前記第１の通路又は前記第２の通路に沿って伝送する。
好ましくは、前記光出力装置は１つのカラーホイールであり、前記少なくとも２つの異なる波長変換材料はセグメントごとに前記カラーホイールに位置する。
好ましくは、前記少なくとも２つの異なる波長変換材料は、前記光源装置から射出される励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出する波長変換材料である。好ましくは、前記光源装置から射出される励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出できる波長変換材料は、シアン色蛍光体及び黄色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及びシアン色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及び黄色蛍光体である。
好ましくは、前記光出力装置はさらに前記カラーホイールと同一軸で回転するセグメント型フィルターホイールを備え、前記セグメント型フィルターホイールは少なくとも２つの異なる色のフィルタ区域を有する。
好ましくは、セグメント型フィルターホイールは、青色、黄色及び緑色、又は青色、黄色及び赤色、又は青色、第１の黄色及び第２の黄色のフィルタ区域を有するセグメント型フィルターホイールを備える。
好ましくは、前記光源装置は２つの群のレーザ光源を備える。
好ましくは、前記光出力装置は前記レーザ光源にそれぞれ対応する２つのカラーホイールを備え、各カラーホイールは少なくとも１つの波長変換材料を有し、２つのカラーホイールが有する波長変換材料は完全に同じではない。
好ましくは、２つのカラーホイールは、一方のカラーホイールが青色又はシアン色のフィルタ区域を有し、他方のカラーホイールが黄色及び/又は緑色のフィルタ区域を有する。好ましくは、前記光出力装置は、さらに前記カラーホイールと同一軸で回転する少なくとも１つのセグメント型フィルターホイールを備え、前記セグメント型フィルターホイールは、少なくとも１つの異なる色のフィルタ区域を有する。
好ましくは、セグメント型フィルターホイールは黄色及び緑色のフィルタ区域を有する。
好ましくは、前記２つの群のレーザ光源は、交互にオン・オフする。
好ましくは、前記２つの群のレーザ光源は、そのうちの1つの群の光源のオン期間ともう１つの群の光源のオン期間が部分的に重なる。
好ましくは、パルス幅変調を採用して２つの群のレーザ光源を調整する。
好ましくは、前記光源システムは、さらに第１のフィルタ及び／又は第２のフィルタを備え、前記第１のフィルタは光分割光合成装置と第１の光変調装置との間の光通路に配置され、第１の通路に沿って伝送される光をフィルタリングすることに用いられ、前記第２のフィルタは前記光分割光合成装置と前記第２の光変調装置との間の光通路に配置され、第２の通路に沿って伝送される光をフィルタリングすることに用いられる。
一方、本発明は投影システムを提供している。当該投影システムは、上述した光源システムと、前記光源システムにより変調された複合光を受光して完全な投影画像を形成する投影レンズとを備える。
また、本発明はさらに投影方法を提供する。当該投影方法は、励起光を射出する少なくとも１つの群のレーザ光源を提供するステップと、前記励起光を受光して被励起光に変換して射出し、光出力装置を提供して、前記光出力装置は少なくとも２つの異なる波長変換材料を備え、少なくとも１つの波長変換材料の被励起光が複合光であるステップと、前記複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割して、前記第１の波長光と前記第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、前記被励起光の複合光が白色光であるステップと、前記第１の光通路で伝送される光及び前記第２の光通路で伝送される光を変調するステップとを備える。
従来技術では、一枚型DMDを用いて三原色光を同時に処理する方式、及び三枚型DMDのそれぞれを用いて単一の原色光を処理する方式で、赤、緑、青の三原色光を時系列でDMDに入射して変調するが、マゼンタ色蛍光体の効率の制限のため、出力画像の輝度が低下し、色域の範囲が小さくなってしまう。本発明は、レーザで比較的な高効率の蛍光体を励起することで、２つの原色光を含む複合光を生成する。例えば、黄光は、赤光及び緑光を含み、光分割の方法で２つの原色光を２つのDMDに割り当てて処理して、三原色光を一定の方式に従って２つのDMD上に割り当てて処理して、三原色光の比例を調整することにより、原色、中間色という多色の射出を実現し、光源が変調できる色域は大幅に増大して、システムの光効率が高まり、色域の範囲が大きくなり、コストを低減した。
当業者が本発明の技術案をより良く理解するために、以下、図面及び具体的な実施形態を用いて本発明を更に詳しく説明する。
従来技術においては、一枚型DMDを用いて三原色光を同時に処理する方式及び三枚型DMDのそれぞれを用いて単一の原色光を処理する方式で、赤、緑、藍の三原色光が時系列で順次にDMDに入射して変調されるが、赤光の蛍光体の効率の制限のため、出力画像の輝度が低下し、色域の範囲が小さくなった。
本発明は、レーザを使って比較的な高効率の蛍光体を励起することにより、２つの原色光を含む複合光を生成する。例えば、黄光は、赤光及び緑光に分けて、光分割で２つの原色光を２つのDMDに割り当てて処理し、三原色光を一定の方式に従って２つのDMD上に割り当てて処理し、三原色光の比例を調整することにより、原色、中間色という多色の射出を実現し、光源の変調できる色域が大幅に増大して、システムの光効率が高まり、色域の範囲が大きくなり、コストを低減した。
実施例１
図２は、本発明の１つの実施例による光源システムの構造を示す模式図である。図２に示すように、当該光源システムは、光源装置２０１と、光出力装置２０２と、光分割光合成装置２０３と、第１の光変調装置２０４と、第２の光変調装置２０５とを備える。光源装置２０１は、励起光を射出する少なくとも一群のレーザ光源を提供することに用いられる。光出力装置２０２は、励起光を受光し被励起光に変換して射出することに用いられ、前記光出力装置は少なくとも２つの異なる波長変換材料を備え、少なくとも１つの波長変換材料の励起光が複合光である。光分割光合成装置２０３は、複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割することに用いられ、第１の波長光と第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、被励起光の複合光は白光である。複合光は、三原色光のうちの任意の２つの原色光を含む光である。原色光は、赤光、緑光及び青光を含む。本実施例においては、単色光は、原色光であっても良いが、当然ながら、他の実施例において他の波長の範囲の単色光及び一定のスペクトル範囲を有する光であっても良い。第１の光変調装置２０４は、前記第１の光通路において伝送される光を変調することに用いられる。第２の光変調装置２０５は、前記第２の光通路において伝送される光を変調することに用いられる。また、被励起光は、原色光を更に含み、光分割光合成装置２０３は、原色光を第１の通路又は第２の通路に沿って伝送する。
図２は、本発明の１つの実施例による光源システムの構造を示す模式図である。図２に示すように、当該光源システムは、光源装置２０１と、光出力装置２０２と、光分割光合成装置２０３と、第１の光変調装置２０４と、第２の光変調装置２０５とを備える。光源装置２０１は、励起光を射出する少なくとも一群のレーザ光源を提供することに用いられる。光出力装置２０２は、励起光を受光し被励起光に変換して射出することに用いられ、前記光出力装置は少なくとも２つの異なる波長変換材料を備え、少なくとも１つの波長変換材料の励起光が複合光である。光分割光合成装置２０３は、複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割することに用いられ、第１の波長光と第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、被励起光の複合光は白光である。複合光は、三原色光のうちの任意の２つの原色光を含む光である。原色光は、赤光、緑光及び青光を含む。本実施例においては、単色光は、原色光であっても良いが、当然ながら、他の実施例において他の波長の範囲の単色光及び一定のスペクトル範囲を有する光であっても良い。第１の光変調装置２０４は、前記第１の光通路において伝送される光を変調することに用いられる。第２の光変調装置２０５は、前記第２の光通路において伝送される光を変調することに用いられる。また、被励起光は、原色光を更に含み、光分割光合成装置２０３は、原色光を第１の通路又は第２の通路に沿って伝送する。
本発明では、前記光出力装置２０２は、１つのカラーホイールであり、少なくとも２つの異なる波長変換材料がセグメント毎にカラーホイールに位置する。少なくとも２つの異なる波長変換材料は、光源装置から射出された励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出する波長変換材料である。光源装置２０２から射出された励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出できる波長変換材料は、シアン色蛍光体及び黄色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及びシアン色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及び黄色蛍光体である。
具体的には、セグメント型カラーホイールは、２つの異なる波長変換材料を含む２セグメント型カラーホイールであっても良い。例えば、セグメント型カラーホイールは、黄色及び青色又は黄色及びシアン色を有する２セグメント型カラーホイールを備える。セグメント型カラーホイールは、３つの異なる波長変換材料を含む３セグメント型カラーホイールであっても良い。例えば、セグメント型カラーホイールは、シアン色、緑色及び黄色のフィルタ区域を有する３セグメント型カラーホイールを備える。具体的には、光源が青光のレーザ光源である場合、光源装置から射出された励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出する波長変換材料は、シアン色蛍光体及び黄色蛍光体である。光源がUV光源である場合、光源装置から射出された励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出できる波長変換材料は、青色蛍光体及び黄色蛍光体、マゼンタ色蛍光体及びシアン色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及び黄色蛍光体である。本発明においては、黄光が赤光及び緑光に光分割することができ、シアン光が黄光及び青光に光分割することができるため、２セグメント型カラーホイール及び３セグメント型カラーホイールにおける異なる波長変換材料は、上述の異なる色のフィルタ区域に限ることがなく、三原色光の色を射出することを保証できれば、全て本発明の保護請求の範囲に属する。
さらに、より広い範囲の色域の変調を実現するために、本発明の光出力装置２０２は、さらにカラーホイールと同一軸で回転するセグメント型フィルターホイールを備え、セグメント型フィルターホイールは、少なくとも２つの異なる色のフィルタ区域を有する。例えば、セグメント型フィルターホイールは、青色、黄色、緑色、又は青色、黄色及び赤色、又は青色、第１の黄色及び第２の黄色を有するフィルタ区域を有するセグメント型フィルターホイールを備え、セグメント型カラーホイールから射出された光をフィルタリングすることにより、赤色、緑色、青色を備える必要な三原色光が得られ、光効率及び輝度を高める。
さらに好ましくは、光源装置２０１は、２つの群のレーザ光源を備える。光出力装置２０２は、レーザ光源にそれぞれ対応するカラーホイールを備え、各カラーホイールは少なくとも１つの波長変換材料を有し、２つのカラーホイールが有する波長変換材料は完全に同じではない。好ましくは、２つのカラーホイールは、一方のカラーホイールが青色フィルタ区域を有し、他方のカラーホイールが黄色フィルタ区域を有し、又は２つのカラーホイールは、一方のカラーホイールがシアン色フィルタ区域を有し、他方のカラーホイールが黄色フィルタ区域を有し、又は２つのカラーホイールは、一方のカラーホイールが青色フィルタ区域を有し、他方のカラーホイールが黄色及び緑色のフィルタ区域を有する。光出力装置２０２は、さらにカラーホイールと同一軸で回転する少なくとも１つのセグメント型フィルターホイールを備え、セグメント型フィルターホイールは、少なくとも１つの異なる色のフィルタ区域を有する。セグメント型フィルターホイールは、黄色及び緑色のフィルタ区域を有するフィルタ区域であることが好ましい。
さらに好ましくは、２つの群のレーザ光源が交互にオン・オフすることにより、第１の光変調装置及び第２の光変調装置の利用率を高め、システムの輝度をさらに向上させる。又は、２つの群のレーザ光源は、そのうちの1つの群の光源のオン期間ともう１つの群の光源のオン期間が部分的に重なる、又はパルス幅変調で２つの群のレーザ光源を変調することにより、色の切替頻度を高めることで、投影表示における色離れ（color breakup）現象の発生を有効的に解決する。本発明では、光源システムはさらに第１のフィルタ及び/又は第２のフィルタを備え、第１のフィルタは光分割光合成装置と第１の光変調装置との間の光通路に配置され、第１の通路に沿って伝送される光をフィルタリングすることに用いられ、第２のフィルタは光分割光合成装置と第２の光変調装置との間の光通路に配置され、第２の通路に沿って伝送される光をフィルタリングすることに用いられる。これにより、より純粋な三原色光が得られ、システムの光効率を向上させる。
本実施例による光源システムにおいては、少なくとも１つの群のレーザ光源を提供し、光出力装置は光源装置のレーザ光源に基づいて順次に異なる光を射出し、光分割光合成装置は光出力装置からの異なる光を、異なる光通路に沿ってそれぞれ射出する異なる範囲の波長の光に光分割し、光変調装置は光分割光合成装置から異なる光通路に沿って射出される光を変調する。これにより、三原色光を、一定の方式に従って２つのDMDに割り当てて処理し、光源が変調できる色域は大幅に増大させることで、投影システムの光効率及び信頼性を高めることができる。
以下、図３〜図２４を参照しながら、本発明の実施例１に基づく改良された投影システムの動作原理について詳しく説明する。実施例２は、２セグメント型カラーホイールの波長変換材料を変更した具体的な実施形態である。実施例３は、セグメント型カラーホイールを２セグメント型カラーホイールから３セグメント型カラーホイールに変更した具体的な実施形態である。実施例４は、２セグメント型カラーホイールの後に３セグメント型フィルターホイールを増設する実施形態である。実施例５は、光変調装置の前にフィルターを増設する実施形態である。実施例６、実施例７、実施例８は、レーザ光源及びカラーホイールを増設した具体的な実施形態である。実施例７は、レーザ光源及びカラーホイールを増設した後、カラーホイールの波長変換材料を変更した具体的な実施形態である。実施例８は、レーザ光源及びカラーホイールを増設した後、レーザ光源のオン及びオフの時間を変更した具体的な実施形態である。実施例９は、レーザ光源の変調方式を変更した具体的な実施形態である。
実施例２
図３は、本発明の１つの実施例の投影システムの構造を示す模式図である。図４は、図３の光出力装置の正面を示す模式図である。図５は、光出力装置から射出される青光及び黄光の時系列図である。図６は、光分割膜により処理された後の緑光及び赤光の分布グラフである。図７aは、第１のDMDの反射光の時系列図であり、図７ｂは、第２のDMDの反射光の時系列図である。図３、図４、図５、図６、図７a、図７ｂに示すように、当該投影システムは、光源装置と、光出力装置と、光分割光合成装置と、第１の光変調装置と、第２の光変調装置とを有する１つの光源システムを備える。
図３は、本発明の１つの実施例の投影システムの構造を示す模式図である。図４は、図３の光出力装置の正面を示す模式図である。図５は、光出力装置から射出される青光及び黄光の時系列図である。図６は、光分割膜により処理された後の緑光及び赤光の分布グラフである。図７aは、第１のDMDの反射光の時系列図であり、図７ｂは、第２のDMDの反射光の時系列図である。図３、図４、図５、図６、図７a、図７ｂに示すように、当該投影システムは、光源装置と、光出力装置と、光分割光合成装置と、第１の光変調装置と、第２の光変調装置とを有する１つの光源システムを備える。
さらに、光源装置は、レーザ光源３０１と、集光レンズ３０２とを備え、光出力装置は、カラーホイール３０３を備え、光分割光合成装置は、光均一棒３０４と、光中継システム３０５と、TIRプリズム３０６と、光分割光合成プリズム３０７と、光分割膜３１０とを備える。第１の光変調装置は、第１のDMD３０８aを備え、第２の光変調装置は、第２のDMD３０８ｂを備える。当該投影システムは、さらに投影レンズ３０９を備えることが好ましい。
具体的には、レーザ光源３０１としては、青光LD（Laser Diode、半導体レーザ）を用いても良い。レーザ光源３０１から発射した青光が集光レンズ３０２により集束された後、蛍光体が塗布されているカラーホイール３０３の上に入射した。カラーホイール３０３は、青光及び黄光を含む２セグメント型カラーホイールであり、青光部分が透過光であり、黄光部分が黄色の蛍光体を励起することにより得られたものである。当然ながら、カラーホイール３０３は、他の２つの異なる色を備える２セグメント型カラーホイールであっても良く、例えば、青光及びシアン光を含む２セグメント型カラーホイールである。図５に示すように、カラーホイール３０３から青光及び黄光が時系列で出力される。青光及び黄光が光均一棒３０４に入射して均光された後、光中継システム３０５によりコリメートされ、その後、TIRプリズム３０６及び光分割光合成プリズム３０７に入射された。光分割光合成プリズム３０７の2枚のプリズム間には、入射光における黄光を赤光及び緑光に光分割する光分割膜３１０が塗布されている。光分割膜３１０において、２種類の光の一方が反射され、他方が透過されるため、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上に入射された光は、それぞれ緑光、青光及び赤光、又は赤光、青光及び緑光である。即ち、赤光が反射され緑光が透過される場合、図７aに示すように、第１のDMD３０８aに入射された光は緑光及び青光であり、図７ｂに示すように、第２のDMD３０８ｂに入射された光は赤光である。又は緑光が反射され赤光が透過される場合、第１のDMD３０８aに入射された光は赤光及び青光であり、第２のDMD３０８ｂに入射された光は緑光である。入射光は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂにより変調された後、反射され光合成されてレンズ３０９に入射し、最終的に画像が形成される。
実施例３
図８は、図３の投影システムに基づく改良された光出力装置の正面を示す模式図であり、図９は、第１のDMDの反射光の時系列図であり、図１０は、第２のDMDの反射光の時系列図であり、図８、図９及び図１０に示すように、実施例２に比べて、本実施例において、実施例２のカラーホイールを、シアン光及び黄光を含む２セグメント型カラーホイール３０３に変更する以外、他の装置が変わらない。カラーホイール３０３aから時系列でシアン光及び黄光が射出され、シアン光及び黄光が光均一棒３０４に入射して均光された後、光中継システム３０５によりコリメートされてTIRプリズム３０６及び光分割光合成プリズム３０７に入射された。光分割光合成プリズム３０７の２枚のプリズムの間には、入射光における黄光を、赤光及び緑光に光分割する光分割膜３１０が塗布されている。シアン光は、青光及び緑光に光分割され、青光及び赤光は図９に示すように、一方のDMD（例えば、第１のDMD３０８a）に入射して処理される。緑光は、図１０に示すように、他方のDMD（例えば、第２のDMD３０８ｂ）に入射して処理される。入射光は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂにより変調された後、反射され光合成されてレンズ３０９に入射し、最終的に画像が形成される。
図８は、図３の投影システムに基づく改良された光出力装置の正面を示す模式図であり、図９は、第１のDMDの反射光の時系列図であり、図１０は、第２のDMDの反射光の時系列図であり、図８、図９及び図１０に示すように、実施例２に比べて、本実施例において、実施例２のカラーホイールを、シアン光及び黄光を含む２セグメント型カラーホイール３０３に変更する以外、他の装置が変わらない。カラーホイール３０３aから時系列でシアン光及び黄光が射出され、シアン光及び黄光が光均一棒３０４に入射して均光された後、光中継システム３０５によりコリメートされてTIRプリズム３０６及び光分割光合成プリズム３０７に入射された。光分割光合成プリズム３０７の２枚のプリズムの間には、入射光における黄光を、赤光及び緑光に光分割する光分割膜３１０が塗布されている。シアン光は、青光及び緑光に光分割され、青光及び赤光は図９に示すように、一方のDMD（例えば、第１のDMD３０８a）に入射して処理される。緑光は、図１０に示すように、他方のDMD（例えば、第２のDMD３０８ｂ）に入射して処理される。入射光は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂにより変調された後、反射され光合成されてレンズ３０９に入射し、最終的に画像が形成される。
本実施例は、実施例２に比べ、２つのDMDを増やすことにより、シアン光から時系列で緑光が光分割され、黄光から時系列で緑光が光分割されるため、光の利用率が高まり、また、緑光の成分を追加したことにより、投影システムの輝度を向上させた。
実施例４
図１１は、図３の投影システムに基づくもう１つの改良された光出力装置の正面を示す模式図であり、図１１に示すように、実施例２に比べ、本実施例において、実施例２における青光及び黄光を含む２セグメント型カラーホイール３０３の後に青光、緑光、黄光を含む３セグメント型フィルターホイール３０３ｂが増設され、２セグメント型カラーホイール３０３及び３セグメント型フィルターホイール３０３ｂが１本の軸に固定され、同一の駆動装置により駆動することで２つのホイールを同期で回転させ、カラーホイール３０３が生成した黄光は、一部が３セグメント型フィルターホイール３０３ｂの上の緑光フィルターにより緑光にフィルタリングされ、一部が３セグメント型フィルターホイール３０３ｂの上の黄光フィルタを経っても依然として黄光である。図１２aは、第１のDMDの反射光の時系列図であり、図１２ｂは、第２のDMDの反射光の時系列図である。図１２a、図１２ｂに示すように、この時、２つのDMDの上の光の時系列図が得られ、これにより、２つの緑光が得られ、三原色光から青光、緑光１、緑光２及び赤光の４つの原色光に変わった。図１３aは色域の模式図であり、図１３aに示すように、この時、色域が大きくなった。
図１１は、図３の投影システムに基づくもう１つの改良された光出力装置の正面を示す模式図であり、図１１に示すように、実施例２に比べ、本実施例において、実施例２における青光及び黄光を含む２セグメント型カラーホイール３０３の後に青光、緑光、黄光を含む３セグメント型フィルターホイール３０３ｂが増設され、２セグメント型カラーホイール３０３及び３セグメント型フィルターホイール３０３ｂが１本の軸に固定され、同一の駆動装置により駆動することで２つのホイールを同期で回転させ、カラーホイール３０３が生成した黄光は、一部が３セグメント型フィルターホイール３０３ｂの上の緑光フィルターにより緑光にフィルタリングされ、一部が３セグメント型フィルターホイール３０３ｂの上の黄光フィルタを経っても依然として黄光である。図１２aは、第１のDMDの反射光の時系列図であり、図１２ｂは、第２のDMDの反射光の時系列図である。図１２a、図１２ｂに示すように、この時、２つのDMDの上の光の時系列図が得られ、これにより、２つの緑光が得られ、三原色光から青光、緑光１、緑光２及び赤光の４つの原色光に変わった。図１３aは色域の模式図であり、図１３aに示すように、この時、色域が大きくなった。
好ましくは、３セグメント型フィルターホイールの上の緑光フィルタを赤光フィルタに取り替えても良く、これにより、第２のDMDにおいて、赤光１、赤光２が得られ、更に、青光、緑光、赤光１、赤光２の４つの原色光が得られる。或いは、３セグメント型フィルターホイール３０３１を増設せず、青光及び黄光の２セグメント型カラーホイール３０３をシアン光及び黄光の２セグメント型カラーホイールに変更しても良く、これにより、青光、緑光１、緑光２及び赤光の４つの原色光が得られる。或いは、２セグメント型カラーホイール３０３を青光、緑光、黄光の３セグメント型カラーホイールに変更しても良く、これにより、同様に、青光、緑光１、緑光２及び赤光の４つの原色光が得られる。或いは、これに基づいて、同様に青光及び黄光を含む２セグメント型カラーホイール３０３であり、３セグメント型フィルターホイール３０３ｂを青光、黄光１、黄光２の３セグメント型フィルターホイールに取り替えても良く、これにより、黄光１及び黄光２である２つの異なる黄光が得られ、光分割光合成プリズム３０７にて緑光１、赤光１、緑光２、赤光２に光分割され、これにより青光、緑光１、緑光２、赤光１、赤光２の５つの原色光が得られる。図１３ｂは、色域の模式図である。図１３ｂに示すように、この時に得られた色域がより広くなる。或いは、３セグメント型フィルターホイール３０３ｂを使用せず、２セグメント型カラーホイール３０３をシアン光、緑光、黄光を含む３セグメント型カラーホイールに変更しても良く、これにより、青光、緑光１、緑光２、緑光３、赤光の５つの原色光が得られる。或いは、２セグメント型カラーホイール３０３を青光、黄光１、黄光２を含む３セグメント型カラーホイールに変更して、同様に青光、緑光１、緑光２、赤光１、赤光２の５つの原色光が得られる。
なお、本実施例の実施形態は、これらに限定されず、本実施例に基づいて更に改良しても良く、例えば、レーザ光源を増やしたり、カラーホイールの複数のセグメントの異なる色を変えたり、複数のDMDを増設したりするなどのことにより、原色、中間色の多色の射出を実現する。具体的には、レーザ光源が変調できる色域は増大させることで、より多い原色の色域が得られ、異なる画像の基準を満たし、システムにおいて変調可能な色域の範囲を高めることができる。
実施例５
図１４は、本発明の１つの好ましい実施例における投影システムの構造を示す模式図である。図１４に示すように、２つのDMDの前に第１のフィルター１４０１及び第２のフィルター１４０２が増設され、それらのフィルターはそれぞれ緑光のフィルタ及び赤光のフィルタである。図１５は色域の模式図であり、図１５に示すように、第１のフィルタ１４０１及び第２のフィルタ１４０２により緑光及び赤光がフィルタリングされた後、２つのDMDの上に入射した赤光及び緑光の色がより純粋になり、色域のより広い三原色が得られた。
図１４は、本発明の１つの好ましい実施例における投影システムの構造を示す模式図である。図１４に示すように、２つのDMDの前に第１のフィルター１４０１及び第２のフィルター１４０２が増設され、それらのフィルターはそれぞれ緑光のフィルタ及び赤光のフィルタである。図１５は色域の模式図であり、図１５に示すように、第１のフィルタ１４０１及び第２のフィルタ１４０２により緑光及び赤光がフィルタリングされた後、２つのDMDの上に入射した赤光及び緑光の色がより純粋になり、色域のより広い三原色が得られた。
実施例６
図１６は、本発明の１つの好ましい実施例による投影システムの構造を示す模式図である。図１７は、光出力装置の正面を示す模式図であり、本実施例は、実施例２の元に、本来の１つのカラーホイール３０３の代わりに、第１のカラーホイール１６０３及び第２のカラーホイール１６０４を含む２つのカラーホイールが設置され、図１６、図１７に示すように、レーザ光源はレーザ光源１６０１及びレーザ光源１６０２を備え、実際の応用では、例えば、青光のLDモジュールであっても良い。図１８は、光源装置が交互にオンする際の第１のDMD及び第２のDMDの反射光の時系列図である。図１８に示すように、レーザ光源１６０１及びレーザ光源１６０２のオン期間は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上の光時系列に対応して、第１のレーザ光源１６０１と第２のレーザ光源１６０２が交互にオンし、青光及び赤光が第１のDMD３０８aに入射され、緑光が第２のDMD３０８ｂに入射される。第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２による光源は、それぞれ集光レンズ３０２によりカラーホイール１６０３及びカラーホイール１６０４に集束され、図１７に示すように、カラーホイール１６０３及びカラーホイール１６０４は、それぞれ全ての色セグメントの青光蛍光体のカラーホイール及び全ての色セグメントの黄光蛍光体であり、カラーホイールから射出された光は、光均一棒３０４により均一され、光中継システム３０５によりコリメートされた後、青光を透過させ黄光を反射されるフィルター１６０５により、青光及び黄光は、青光を透過させ黄光を反射されるフィルター１６０５にて光合成され、TIRプリズム１６０６に入射され、光分割光合成プリズム１６０７を介して第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂに到達し、反射された後、合成光が投影レンズ３０９に入射され、最終的に画像が形成される。当然ながら、本実施例は、これに限定されることがなく、例えば、赤光及び緑光を入れ替えても良い。
図１６は、本発明の１つの好ましい実施例による投影システムの構造を示す模式図である。図１７は、光出力装置の正面を示す模式図であり、本実施例は、実施例２の元に、本来の１つのカラーホイール３０３の代わりに、第１のカラーホイール１６０３及び第２のカラーホイール１６０４を含む２つのカラーホイールが設置され、図１６、図１７に示すように、レーザ光源はレーザ光源１６０１及びレーザ光源１６０２を備え、実際の応用では、例えば、青光のLDモジュールであっても良い。図１８は、光源装置が交互にオンする際の第１のDMD及び第２のDMDの反射光の時系列図である。図１８に示すように、レーザ光源１６０１及びレーザ光源１６０２のオン期間は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上の光時系列に対応して、第１のレーザ光源１６０１と第２のレーザ光源１６０２が交互にオンし、青光及び赤光が第１のDMD３０８aに入射され、緑光が第２のDMD３０８ｂに入射される。第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２による光源は、それぞれ集光レンズ３０２によりカラーホイール１６０３及びカラーホイール１６０４に集束され、図１７に示すように、カラーホイール１６０３及びカラーホイール１６０４は、それぞれ全ての色セグメントの青光蛍光体のカラーホイール及び全ての色セグメントの黄光蛍光体であり、カラーホイールから射出された光は、光均一棒３０４により均一され、光中継システム３０５によりコリメートされた後、青光を透過させ黄光を反射されるフィルター１６０５により、青光及び黄光は、青光を透過させ黄光を反射されるフィルター１６０５にて光合成され、TIRプリズム１６０６に入射され、光分割光合成プリズム１６０７を介して第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂに到達し、反射された後、合成光が投影レンズ３０９に入射され、最終的に画像が形成される。当然ながら、本実施例は、これに限定されることがなく、例えば、赤光及び緑光を入れ替えても良い。
実施例７
図１９は、図１６の投影システムに基づく改良された後の光出力装置の正面を示す模式図であり、図１９に示すように、本実施例は、実施例５の元に、カラーホイール１６０３の代わりに、シアン色蛍光体のカラーホイール１６０３aが設置されている以外、他の装置が変わらない。図２０は、光源装置が交互にオンする際の第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの反射光の時系列図であり、図２０に示すように、第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２のオン期間は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上の光の時系列に対応して、この方法により、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの利用率を高め、輝度を増加させた。
図１９は、図１６の投影システムに基づく改良された後の光出力装置の正面を示す模式図であり、図１９に示すように、本実施例は、実施例５の元に、カラーホイール１６０３の代わりに、シアン色蛍光体のカラーホイール１６０３aが設置されている以外、他の装置が変わらない。図２０は、光源装置が交互にオンする際の第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの反射光の時系列図であり、図２０に示すように、第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２のオン期間は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上の光の時系列に対応して、この方法により、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの利用率を高め、輝度を増加させた。
実施例８
本実施例は、実施例６及び実施例７の元に、第１のレーザ光源１６０１のオン期間を増やすことにより、２つの第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２が、ある期間において同時にオンされ、一部が重なり、２つの色を処理する２つのDMDにてある期間の混合光が得られ、例えば、青光、赤光がマゼンタ色に混合され、青光、緑光がシアン色に混合される。図２１は、光源装置のオン期間を増やす際の第１のDMD及び第２のDMDの反射光の時系列図であり、図２１に示すように、カラーホイール１６０３が全ての色セグメントの青光又は全ての色セグメントのシアン光であり、これに応じて、第２のDMD３０８ｂ上の光の時系列が２つの状況に分けて、２つの光源が同時にオンになった期間内において、２つのDMDにおけるマゼンタ光、緑光及びシアン光、赤光からなる混合光は実際に白光であることで、システムの輝度を大幅に向上させた。
本実施例は、実施例６及び実施例７の元に、第１のレーザ光源１６０１のオン期間を増やすことにより、２つの第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２が、ある期間において同時にオンされ、一部が重なり、２つの色を処理する２つのDMDにてある期間の混合光が得られ、例えば、青光、赤光がマゼンタ色に混合され、青光、緑光がシアン色に混合される。図２１は、光源装置のオン期間を増やす際の第１のDMD及び第２のDMDの反射光の時系列図であり、図２１に示すように、カラーホイール１６０３が全ての色セグメントの青光又は全ての色セグメントのシアン光であり、これに応じて、第２のDMD３０８ｂ上の光の時系列が２つの状況に分けて、２つの光源が同時にオンになった期間内において、２つのDMDにおけるマゼンタ光、緑光及びシアン光、赤光からなる混合光は実際に白光であることで、システムの輝度を大幅に向上させた。
実施例９
本実施例は、実施例６の元に、全ての色セグメントの青光及び全ての色セグメントの黄光の２色のカラーホイール、又は全ての色セグメントのシアン光及び全ての色セグメントの黄光の２色のカラーホイールから射出される青光、黄光又はシアン光、黄光を、２つのレーザ光源とし、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、PWMと略称される）方式を採用してレーザ光源を変調する。図２２は、パルス幅変調方式を採用してレーザ光源を変調する際の第１のDMD及び第２のDMDの反射光の時系列図である。図２２に示すように、第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２のパルスの時系列は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上の光の時系列に対応するため、PWM変調方式を採用することにより色の切替効率を向上させ、投影表示における色離れ（color breakup）現象を効率的に解決することができる。
本実施例は、実施例６の元に、全ての色セグメントの青光及び全ての色セグメントの黄光の２色のカラーホイール、又は全ての色セグメントのシアン光及び全ての色セグメントの黄光の２色のカラーホイールから射出される青光、黄光又はシアン光、黄光を、２つのレーザ光源とし、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、PWMと略称される）方式を採用してレーザ光源を変調する。図２２は、パルス幅変調方式を採用してレーザ光源を変調する際の第１のDMD及び第２のDMDの反射光の時系列図である。図２２に示すように、第１のレーザ光源１６０１及び第２のレーザ光源１６０２のパルスの時系列は、第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの上の光の時系列に対応するため、PWM変調方式を採用することにより色の切替効率を向上させ、投影表示における色離れ（color breakup）現象を効率的に解決することができる。
実施例１０
本実施例は、実施例６の元に、２つの単一色セグメントの単一色のカラーホイールを、セグメント型カラーホイールに取り替える。図２３は、図１６の投影システムに基づく改良された光出力装置の正面を示す模式図であり、図２３に示すように、黄光及び緑光を含む２セグメント型カラーホイール１６０４a、青光のシングルセグメントの単一色のカラーホイール１６０３が用いられている。図２４は第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの反射光の時系列図である。図２４に示すように、レーザ光源及び２つのDMDの上の対応する光の時系列の図が得られる。本実施例はこのようなカラーホイールに限定されず、次のような三原色の条件を満たすことを保証できるカラーホイールであれば、全て本実施例の範囲に属する。その原色の条件は、２つのDMDにおいて、一方のDMDが１つの原色を処理し、他方のDMDが時系列で他の２つの原色を処理し、且つ一部の混色が許可され、例えば、青光、赤光がマゼンタ色に混合され、青光、緑光がシアン色に混合されることである。
本実施例は、実施例６の元に、２つの単一色セグメントの単一色のカラーホイールを、セグメント型カラーホイールに取り替える。図２３は、図１６の投影システムに基づく改良された光出力装置の正面を示す模式図であり、図２３に示すように、黄光及び緑光を含む２セグメント型カラーホイール１６０４a、青光のシングルセグメントの単一色のカラーホイール１６０３が用いられている。図２４は第１のDMD３０８a及び第２のDMD３０８ｂの反射光の時系列図である。図２４に示すように、レーザ光源及び２つのDMDの上の対応する光の時系列の図が得られる。本実施例はこのようなカラーホイールに限定されず、次のような三原色の条件を満たすことを保証できるカラーホイールであれば、全て本実施例の範囲に属する。その原色の条件は、２つのDMDにおいて、一方のDMDが１つの原色を処理し、他方のDMDが時系列で他の２つの原色を処理し、且つ一部の混色が許可され、例えば、青光、赤光がマゼンタ色に混合され、青光、緑光がシアン色に混合されることである。
また、本実施例は、セグメント型カラーホイールを用いる方法に限ることがなく、シングルセグメント型単一色のカラーホイール又は２セグメント乃至マルチセグメント型カラーホイールの後に同期で回転するフィルタホイールを増設しても良く、これにより、２つのDMDの上の三原色の条件を満たすことを保証する。当然ながら、本実施例においては、２つの単一色セグメントの単一色のカラーホイールの代わりに、セグメント型カラーホイールが用いられても良く、例えば、２セグメント型カラーホイール、シングルセグメント型単一色のカラーホイールの組み合わせ、又は２セグメント型カラーホイール、２セグメント型カラーホイールの組み合わせであり、これらは全て本実施例の保護請求の範囲に属する。本実施例は、十分な輝度を保つと共に、十分に広い色域を保つことができる。
実施例１１
図２５は、本発明の１つの好ましい実施例による投影方法のフローを示す模式図である。図２５に示すように、当該投影方法は、励起光を射出する少なくとも１つの群のレーザ光源を提供するステップS１０１１と、前記励起光を受光して少なくとも１つの複合光を含む被励起光に変換して射出するステップS１０１２と、前記複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割して、前記第１の波長光と前記第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、前記被励起光の複合光が白色光であるステップS１０１３と、前記第１の光通路で伝送された光及び前記第２の光通路で伝送された光を変調するステップS１０１４とを備える。
図２５は、本発明の１つの好ましい実施例による投影方法のフローを示す模式図である。図２５に示すように、当該投影方法は、励起光を射出する少なくとも１つの群のレーザ光源を提供するステップS１０１１と、前記励起光を受光して少なくとも１つの複合光を含む被励起光に変換して射出するステップS１０１２と、前記複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割して、前記第１の波長光と前記第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、前記被励起光の複合光が白色光であるステップS１０１３と、前記第１の光通路で伝送された光及び前記第２の光通路で伝送された光を変調するステップS１０１４とを備える。
本実施例による投影方法では、少なくとも１つの群のレーザ光源を提供し、光出力装置は、光源装置のレーザ光源に基づいて順次に異なる光を射出し、光分割光合成装置は光出力装置からの異なる光を、異なる光通路に沿ってそれぞれ射出される異なる範囲の波長の光に光分割し、光変調装置は光分割光合成装置から異なる光通路に沿って射出される光を変調する。これにより、三原色光を一定の方式で２つのDMDに割り当てて処理することができるため、光源が変調できる色域は大幅に増大させることで、システムの光効率及び信頼性を高めることができる。
上述した実施形態は、本発明の原理を説明するために用いられる例示のものであり、本発明を限定するものではない。本発明の精神及び本質から逸脱しなければ、当業者による様々な変更又は改良は、全て本発明の特許保護の範囲内に含まれる。
Claims (16)
- 励起光を射出する少なくとも一群のレーザ光源を提供するための光源装置と、
前記励起光を受光して被励起光に変換して射出し、少なくとも２つの異なる波長変換材料を備え、少なくとも１つの波長変換材料の被励起光が複合光である光出力装置と、
前記複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割して、前記第１の波長光と前記第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、前記被励起光の複合光が白色光である光分割光合成装置と、
前記第１の光通路で伝送された光を変調するための第１の光変調装置と、
前記第２の光通路で伝送された光を変調するための第２の光変調装置とを備え、
前記光出力装置はカラーホイールを備え、前記少なくとも２つの異なる波長変換材料はセグメントごとに前記カラーホイールに位置し、
前記光出力装置はさらに前記カラーホイールと同一軸で回転するセグメント型フィルターホイールを備え、前記セグメント型フィルターホイールは少なくとも２つの異なる色のフィルタ区域を有し、
前記セグメント型フィルターホイールのフィルタ区域の数は前記カラーホイールのセグメントの数より大きい、ことを特徴とする光源システム。 - 前記被励起光はさらに原色光を備え、前記光分割光合成装置は前記原色光を前記第１の光通路又は前記第２の光通路に沿って伝送することを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
- 前記少なくとも２つの異なる波長変換材料は、前記光源装置から射出される励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出する波長変換材料であることを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
- 前記光源装置から射出される励起光を吸収した後、少なくとも２つの異なる複合光を射出できる波長変換材料は、シアン色蛍光体及び黄色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及びシアン色蛍光体、又はマゼンタ色蛍光体及び黄色蛍光体であることを特徴とする請求項３に記載の光源システム。
- 前記セグメント型フィルターホイールは、青色、黄色及び緑色、又は青色、黄色及び赤色、又は青色、第１の黄色及び第２の黄色のフィルタ区域を有するセグメント型フィルターホイールを備えることを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
- 前記光源装置は２つの群のレーザ光源を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
- 前記光出力装置は前記２つの群のレーザ光源にそれぞれ対応する２つのカラーホイールを備え、各カラーホイールは少なくとも１つの波長変換材料を有し、２つのカラーホイールが有する波長変換材料は完全に同じではないことを特徴とする請求項６に記載の光源システム。
- 前記２つのカラーホイールは、一方の１つのカラーホイールが青色蛍光体を有し、他方のカラーホイールが黄色蛍光体を有し、又は一方のカラーホイールがシアン色蛍光体を有し、他方のカラーホイールが黄色及び/又は緑色蛍光体を有することを特徴とする請求項７に記載の光源システム。
- 前記光出力装置は、さらに前記カラーホイールと同一軸で回転する少なくとも１つのセグメント型フィルターホイールを備え、前記セグメント型フィルターホイールは、少なくとも１つの異なる色のフィルタ区域を有することを特徴とする請求項７に記載の光源システム。
- 前記セグメント型フィルターホイールは、黄色及び緑色のフィルタ区域を有することを特徴とする請求項９に記載の光源システム。
- 前記２つの群のレーザ光源は、交互にオン・オフすることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光源システム。
- 前記２つの群のレーザ光源は、そのうちの１つの群の光源のオン期間ともう１つの群の光源のオン期間が部分的に重なることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光源システム。
- パルス幅変調を採用して２つの群のレーザ光源を調整することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光源システム。
- 前記光源システムは、さらに第１のフィルタ及び／又は第２のフィルタを備え、前記第１のフィルタは光分割合成装置と第１の光変調装置との間の光通路に配置され、第１の光通路に沿って伝送される光をフィルタリングすることに用いられ、前記第２のフィルタは前記光分割合成装置と前記第２の光変調装置との間の光通路に配置され、第２の光通路に沿って伝送される光をフィルタリングすることに用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光源システム。
- 請求項１〜１４の何れか１つに記載の光源システムと、前記光源システムにより変調された複合光を受光して完全な投影画像を形成する投影レンズとを備えることを特徴とする投影システム。
- 励起光を射出する少なくとも１つの群のレーザ光源を提供するステップと、
前記励起光を受光して被励起光に変換して射出し、光出力装置を提供して、前記光出力装置は少なくとも２つの異なる波長変換材料を備え、少なくとも１つの波長変換材料の被励起光が複合光であるステップと、
前記複合光を第１の光通路に沿って伝送される第１の波長光及び第２の光通路に沿って伝送される第２の波長光に光分割して、前記第１の波長光と前記第２の波長光とはスペクトルのカバー範囲が異なり、前記被励起光の複合光が白色光であるステップと、
前記第１の光通路で伝送される光を変調し、前記第２の光通路で伝送される光を変調するステップとを備え、
前記光出力装置はカラーホイールを備え、前記少なくとも２つの異なる波長変換材料はセグメントごとに前記カラーホイールに位置し、
前記光出力装置はさらに前記カラーホイールと同一軸で回転するセグメント型フィルターホイールを備え、前記セグメント型フィルターホイールは少なくとも２つの異なる色のフィルタ区域を有し、
前記セグメント型フィルターホイールのフィルタ区域の数は前記カラーホイールのセグメントの数より大きい、ことを特徴とする投影方法。
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