JP7013549B2

JP7013549B2 - 光源モジュール

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Publication number: JP7013549B2
Application number: JP2020190102A
Authority: JP
Inventors: ▲雪▼▲亭▼ 劉
Original assignee: ▲雪▼▲亭▼ 劉
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2022-01-31
Anticipated expiration: 2040-11-16
Also published as: KR20210064073A; JP2021081723A; EP3825764A1; CN112835254A; US20210157224A1; EP3825764C0; CN112835254B; US11131918B2; KR102419044B1; EP3825764B1

Description

本発明は、投影設備に関し、詳しくは投影設備の光源モジュールに関するものである。

特許文献１により掲示されたプロジェクターの光源システムには、該案の図２に示すようにプロジェクター内に分光部材２５Ａを格納するための空間を確保することが必要である。特許文献２により掲示されたプロジェクターの光源システムにも、該案の図１に示すようにプロジェクター内に分光部材７３０を格納するための空間を確保することが必要である。言い換えれば、特許文献１および特許文献２の主な欠点はプロジェクターの体積を増大させることである。それに対して、プロジェクターの体積を縮減できるプロジェクターの光源システムは期待される。

米国特許公開９，４２９，８３１号公報米国特許公開１０，５７１，７８８号公報

本発明は投影設備の光源モジュールを提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するため、光源モジュールは発光ユニット、集光ユニット、分光ユニットおよび光変換ユニットを備える。発光ユニットは第一カラービームを生成するレーザー光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を有する。第一カラービームは第一光路を有する。集光ユニットは第一光路に配置され、入射側および出射側を有する。集光ユニットの役割は入射側から入り込んだビームを一方向に集めることである。分光ユニットは入射側および出射側の間のエリアに配置され、入射側から集光ユニットに入射した第一カラービームを反射させる。光変換ユニットは分光ユニットから反射した第一カラービームを吸収して第二カラービームを生成する。

本発明の一つの特徴は発光ユニットがレーザー光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を有することである。

本発明のもう一つの特徴は次のとおりである。光変換ユニットは第一平面を有する。集光ユニットは第一平凸レンズを有する。第一平凸レンズは入射側の近くに位置する第一平面状入射面と、出射側の近くに位置する第一凸状出射面と、第一平面に垂直な第一光軸とを有する。分光ユニットは分光コーディングを有する。分光コーティングは第一凸状出射面の第一部分に分布するように配置される。

本発明の別の一つの特徴は第一カラービームの第一光路が第一平凸レンズの第一光軸に平行することである。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。第一カラービームの第一光路と第一平凸レンズの第一光軸は所定角度を成すように交差する。所定角度は０度から９０度の間である。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。第一平凸レンズの第一凸状出射面は第二部分を有する。第二部分は反射防止コーティング（Anti Reflection Coating）を含有する。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。光変換ユニットは第一平面を有する。集光ユニットは第一平凸レンズおよび第二平凸レンズを有する。第一平凸レンズは入射側の近くに位置する第一平面状入射面と、出射側の近くに位置する第一凸状出射面とを有する。第二平凸レンズは第二平面状入射面および第二凸状出射面を有する。第二平凸レンズおよび第一平凸レンズは光軸を共通するように入射側および出射側の間に配置され、第二平面状入射面を第一平凸レンズの第一凸状出射面に隣接させ、共通の軸が第一平面に垂直である。分光ユニットは分光コーディングを有する。分光コーティングは第二平面状入射面の第一部分に分布するように配置される。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。光変換ユニットは第一平面を有する。集光ユニットは第一平凸レンズおよび第二平凸レンズを有する。第一平凸レンズは入射側の近くに位置する第一平面状入射面と、出射側の近くに位置する第一凸状出射面とを有する。第二平凸レンズは第二平面状入射面および第二凸状出射面を有する。第二平凸レンズおよび第一平凸レンズは光軸を共通するように入射側および出射側の間に配置され、第二平面状入射面を第一平凸レンズの第一凸状出射面に隣接させ、共通の光軸が第一平面に垂直である。分光ユニットは分光レンズを有する。分光レンズは第二平面状入射面と第一凸状出射面との間に配置される。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。集光ユニットはさらに非球面両凸ミラーを有する。非球面両凸ミラーは第一凸状入射面および第三凸状出射面を有する。非球面両凸ミラー、第二平凸レンズおよび第一平凸レンズは光軸を共通するように入射側および出射側の間に配置される。第一凸状入射面は第二凸状出射面に隣接する。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。光変換ユニットはヒートシンクおよび波長変換層を有する。波長変換層はヒートシンクに配置される。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。波長変換層は第一波長変換エリアおよび第二波長変換エリアを有する。ヒートシンクは回転可能に配置され、第一波長変換エリアおよび第二波長変換エリアの交替を繰り返し、第一カラービームの径路に波長変換を行う。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。ヒートシンクは反射エリアを有し、かつ第一波長変換エリア、第二波長変換エリアおよび反射エリアの交替を繰り返し、第一カラービームの径路に波長変換および光反射を行う。

本発明の別の一つの特徴は次のとおりである。ヒートシンクはさらに光透過エリアを有し、かつ第一波長変換エリア、第二波長変換エリアおよび光透過エリアの交替を繰り返し、第一カラービームの径路に波長変換および光透過を行う。

本発明の第１実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第１実施形態による光源モジュールの平凸レンズに分光コーティングおよび反射防止コーティングが配置された状態を示す模式図である。本発明の第２実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第３実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第４実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第５実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第５実施形態による光源モジュールの光変換ユニットを示す平面図である。本発明の第６実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第６実施形態による光源モジュールの光変換ユニットを示す斜視図である。本発明の第７実施形態による光源モジュールの光変換ユニットを示す斜視図である。本発明の第８実施形態による光源モジュールを示す模式図である。本発明の第８実施形態による光源モジュールの光変換ユニットを示す斜視図である。本発明の第９実施形態による光源モジュールの光変換ユニットを示す斜視図である。

以下、本発明による光源モジュールを図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態による光源モジュール１０は発光ユニット１２、集光ユニット１４、分光ユニット１６および光変換ユニット１８を備える。

発光ユニット１２は第一カラービームを生成するレーザー光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）光源である。第一カラービームは第一光路を有する。本実施形態において、発光ユニット１２はレーザー光源を採用し、第一光路ＢＬ１を有するブルービーム２０を生成する。

集光ユニット１４は第一光路ＢＬ１に配置され、入射側１４０および出射側１４２を有する。集光ユニット１４は一つまたは複数のレンズを有し、入射側１４０から入り込んだビームを一方向に集める。本実施形態において、集光ユニット１４は第一平凸レンズ２２、第二平凸レンズ２４および非球面両凸ミラー２６を有する。第一平凸レンズ２２、第二平凸レンズ２４および非球面両凸ミラー２６は第一光軸Ｙを共通するように入射側１４０および出射側１４２の間に配置される。第一光軸Ｙと第一光路ＢＬ１は所定角度θを成すように交差する。所定角度θは０度から９０度の間であり、３０度から４５度の間に設定されることが好ましい。本実施形態において、所定角度θは３０度である。

分光ユニット１６はエリア１４４に配置される。光変換ユニット１８は分光ユニット１６から反射した第一カラービーム（即ちブルービーム２０）を吸収して第二カラービームを生成する。本実施形態において、光変換ユニット１８は第一光軸Ｙに垂直な第一平面Ｘと、ヒートシンク２８と、ヒートシンク２８に配置された波長変換層３０とを有する。

図１に示すように、第一平凸レンズ２２は第一平面状入射面２２０および第一凸状出射面２２２を有する。第一平面状入射面２２０は入射側１４０の近くに位置付けられ、第一平面Ｘに平行する。第二平凸レンズ２４は第二平面状入射面２４０および第二凸状出射面２４２を有する。非球面両凸ミラー２６は凸状入射面２６０および第三凸状出射面２６２を有する。第二平面状入射面２４０および第一凸状出射面２２２は隣り合う。凸状入射面２６０および第二凸状出射面２４２は隣り合う。第三凸状出射面２６２は出射側１４２の近くに位置する。

図２に示すように、第一凸状出射面２２２は第一部分２７および第二部分２９を有する。分光ユニット１６は第一部分２７に分布する分光コーティング１７と、第二部分２９に分布する反射防止コーティング（Anti Reflection Coating）１９とを有する。本実施形態において、発光ユニット１２および分光コーティング１７は第二平面Ｓの左側に位置付けられる。第一部分２７は面積が第一凸状出射面２２２の全体面積の５０％であるか、それ以下であるため、集光ユニット１４に入射した可視光に影響を与えることがない。

波長変換層３０は第一波長変換部材を有する。第一波長変換部材は分光ユニット１６から波長変換層３０に反射したブルービーム２０を吸収し、赤色光ビーム、緑色光ビームまたは黄色光ビームなどの第二カラービームＬ２に変換する。詳しく言えば、第一平凸レンズ２２に入射したブルービーム２０は分光コーティング１７によって波長変換層３０に反射し、スポットライトとなると同時に第二カラービームＬ２を生成する。第二カラービームＬ２は集光ユニット１４に入射し、続いてプロジェクターのバックエンドデバイスに伝わる。

（第２実施形態）
図３は第２実施形態による光源モジュール１０'を示す模式図である。第１実施形態による光源モジュール１０との違いは次のとおりである。光源モジュール１０'において、発光ユニット１２'から放出されたブルービーム２０'の第二光路ＢＬ１'は第一光軸Ｙに平行である。第一平凸レンズ２２'に入射したブルービーム２０'は分光ユニット１６'によって波長変換層３０'に反射し、第二カラービームＬ２'を生成する。

（第３実施形態）
図４は第３実施形態による光源モジュール１０"を示す模式図である。第１実施形態による光源モジュール１０との違いは次のとおりである。光源モジュール１０"において、分光ユニット１６"は第二平凸レンズ２４"の第二平面状入射面２４０"に配置される。発光ユニット１２"は光路ＢＬ１"を有するブルービーム２０"を放出する。第二平凸レンズ２４"に入射したブルービーム２０"は分光ユニット１６"によって波長変換層３０"に反射し、第二カラービームＬ２"を生成する。

（第４実施形態）
図５に示すように、第４実施形態による光源モジュール１００は発光ユニット１０２、集光ユニット１０４、分光ユニット１０６および光変換ユニット１０８を備える。集光ユニット１０４は第一平凸レンズ１１０、第二平凸レンズ１１２および非球面両凸ミラー１１４を有する。第１実施形態による光源モジュール１０との違いは次のとおりである。光源モジュール１００において、分光ユニット１０６、即ち分光レンズは第一平凸レンズ１１０の第一凸状出射面１１００と第二平凸レンズ１１２の第二平面状入射面１１２０との間に配置される。第４実施形態において、発光ユニット１０２は第一光路ＢＬ１０を有するブルービーム１０２０を放出する。第一平凸レンズ１１０を通って第二平凸レンズ１１２に入射したブルービーム１０２０は分光レンズ、即ち分光ユニット１０６によって光変換ユニット１０８に反射し、第二カラービームＬ２０を生成する。

（第５実施形態）
図６および図７に示すように、本発明の第５実施形態による光源モジュール２００は発光ユニット２０２、集光ユニット２０４、分光ユニット２０６および光変換ユニット２０８を備える。集光ユニット２０４は第一平凸レンズ２１０、第二平凸レンズ２１２および非球面両凸ミラー２１４を有する。第１実施形態による光源モジュール１０との違いは次のとおりである。光源モジュール２００において、光変換ユニット２０８はリング状ヒートシンク２１６および波長変換層２１８を有する。リング状ヒートシンク２１６はモーター２５０によって駆動される。波長変換層２１８はリング状ヒートシンク２１６に配置される。第５実施形態において、波長変換層２１８は図７に示すように環状を呈する。図６に示すように、発光ユニット２０２から放出されて集光ユニット２０４に入射したブルービーム２０３は分光ユニット２０６によって波長変換層２１８に反射し、第二カラービーム２０９を生成する。第二カラービーム２０９は集光ユニット２０４に入射し、続いてプロジェクターのバックエンドデバイスに伝わる。

（第６実施形態）
図８および図９に示すように、本発明の第６実施形態による光源モジュール３００は発光ユニット３０２、集光ユニット３０４、分光ユニット３０６、光変換ユニット３０８を備える。集光ユニット３０４は第一平凸レンズ３１０、第二平凸レンズ３１２および非球面両凸ミラー３１４を有する。第５実施形態による光源モジュール２００との違いは次のとおりである。図９に示すように、光源モジュール３００において、光変換ユニット３０８のリング状ヒートシンク３１６に配置された波長変換層３１８は第一波長変換エリア３２０および第二波長変換エリア３２２を有する。リング状ヒートシンク３１６は反射エリア３２４を有する。リング状ヒートシンク３１６を回転させれば、第一波長変換エリア３２０、第二波長変換エリア３２２および反射エリア３２４は交替でブルービーム３２８が分光ユニット３０６を介して反射して生成したブルービーム３２８'の光路に対応する。図８に示すように、分光ユニット３０６から反射したブルービーム３２８'が第一波長変換エリア３２０に入射すれば、第一励起ビームＬ１を生成する。ブルービーム３２８'が第二波長変換エリア３２２に入射すれば、第二カラービームＬ２を生成する。ブルービーム３２８'が反射エリア３２４に入射すれば、反射ビームＬ３を生成する。

（第７実施形態）
図１０に示すように、本発明の第７実施形態と第6実施形態との違いは光変換ユニット４００にある。第７実施形態において、光変換ユニット４００はヒートシンク４０２および波長変換層４０４を有する。波長変換層４０４は第一波長変換エリア４０６および第二波長変換エリア４０８を有する。第６実施形態により掲示された光源モジュール３００の光変換ユニット３０８に対して、光変換ユニット４００のヒートシンク４０２はさらに傾斜状の反射エリア４１０を有するため、反射ビームの進行方向を調整できる。

（第８実施形態）
図１１および図１２に示すように、本発明の第８実施形態と第７実施形態との違いは光変換ユニット５００にある。第８実施形態において、光変換ユニット５００はヒートシンク５０２および波長変換層５０４を有する。波長変換層５０４は第一波長変換エリア５０６および第二波長変換エリア５０８を有する。第7実施形態により掲示された光変換ユニット４００に対して、光変換ユニット５００のヒートシンク５０２はさらに空洞になる光透過エリア５１０を有するため、図１１に示すように、分光ユニット５１４から反射して光透過エリア５１０に入射したブルービーム５１２は出射ビームＬ４を生成する。

（第９実施形態）
図１３に示すように、本発明の第９実施形態と第８実施形態との違いは光透過エリア５１０'にある。第９実施形態において、ヒートシンク５０２'に配置された光透過エリア５１０'は光透過可能なフラットレンズまたは光透過可能な拡散レンズから構成され、光透過効果および光放出効果を生じる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、発光ユニットと集光ユニットとの間の第一光路に拡散ユニットを増設することができる。拡散ユニットは発光ユニットからのビームが波長変換層に集まって生成したスポットライトの均一性を上昇させることができる。または、本発明は上述した実施形態に限定されず、発光ユニットと集光ユニットとの間の第一光路にレンズアレイを増設することができる。レンズアレイは発光ユニットからのビームが波長変換層に集まって生成したスポットライトの均一性を上昇させることができる。

１０、１０'、１０"：光源モジュール、
１２、１２'、１２"：発光ユニット、
１４：集光ユニット、
１４０：入射側、
１４２：出射側、
１４４：エリア、
１６、１６'、１６"：分光ユニット、
１７：分光コーティング、
１８：光変換ユニット、
１９：反射防止コーティング、
２０、２０'、２０"：ブルービーム、
２２、２２'：第一平凸レンズ、
２３：第一入射面、
２４、２４"：第二平凸レンズ、
２５：第一出射面、
２６：非球面両凸ミラー、
２７：第一部分、
２８：ヒートシンク、
２９：第二部分、
３０、３０"：波長変換層、
１００：光源モジュール、
１０２：発光ユニット、
１０４：集光ユニット、
１０６：分光ユニット、
１０８：光変換ユニット、
１１０：第一平凸レンズ、
１１２：第二平凸レンズ、
１１４：非球面両凸ミラー、
１０２０：ブルービーム、
１１００：第一凸状出射面、
１１２０：第二平面状入射面、
２００：光源モジュール、
２０２：発光ユニット、
２０３：ブルービーム、
２０４：集光ユニット、
２０６：分光ユニット、
２０８：光変換ユニット、
２０９：第二カラービーム、
２１０：第一平凸レンズ、
２１２：第二平凸レンズ、
２１４：非球面両凸ミラー、
２１６：リング状ヒートシンク、
２１８：波長変換層、
２２０：第一平面状入射面、
２２２：第一凸状出射面、
２２４：ブルービーム、
２４０、２４０"：第二平面状入射面、
２４２：第二凸状出射面、
２５０：モーター、
２６０：凸状入射面、
２６２：第三凸状出射面、
３００：光源モジュール、
３０２：発光ユニット、
３０４：集光ユニット、
３０６：分光ユニット、
３０８：光変換ユニット、
３１０：第一平凸レンズ、
３１２：第二平凸レンズ
３１４：非球面両凸ミラー、
３１６：リング状ヒートシンク、
３１８：波長変換層、
３２０：第一波長変換エリア、
３２２：第二波長変換エリア、
３２４：反射エリア、
３２８、３２８'：ブルービーム、
４００：光変換ユニット、
４０２：ヒートシンク、
４０４：波長変換層、
４０６：第一波長変換エリア、
４０８：第二波長変換エリア、
４１０：反射エリア、
５００：光変換ユニット、
５０２、５０２'：ヒートシンク、
５０４：波長変換層、
５０６：第一波長変換エリア、
５０８：第二波長変換エリア、
５１０、５１０'：光透過エリア、
５１２：ブルービーム、
５１４：分光ユニット、
５１６：フラットレンズ、
ＢＬ１、ＢＬ１'、ＢＬ１０：第一光路、
ＢＬ１"：光路、
Ｌ２、Ｌ２'、Ｌ２"、Ｌ２０：第二カラービーム、
Ｌ１：第一励起ビーム、
Ｌ３：反射ビーム、
Ｌ４：出射ビーム、
Ｓ：第二平面、
Ｘ：第一平面、
Ｙ：第一光軸、
θ：所定角度

Claims

発光ユニット、集光ユニット、分光ユニットおよび光変換ユニットを備え、
前記発光ユニットは、第一カラービームを生成し、前記第一カラービームは第一光路を有し、
前記集光ユニットは、前記第一光路に配置され、入射側および出射側を有し、役割が前記入射側から入り込んだビームを一方向に集めることであり、
前記分光ユニットは、前記入射側および前記出射側の間のエリアに配置され、前記入射側から前記集光ユニットに入射した前記第一カラービームを反射させ、
前記光変換ユニットは、前記分光ユニットから反射した前記第一カラービームを吸収して第二カラービームを生成し、前記第二カラービームは前記入射側から前記集光ユニットに入射し、続いて前記出射側から放出され、
前記光変換ユニットは、第一平面を有し、
前記集光ユニットは、第一平凸レンズを有し、
前記第一平凸レンズは、前記入射側の近くに位置する第一平面状入射面と、前記出射側の近くに位置する第一凸状出射面と、前記第一平面に垂直な第一光軸とを有し、
前記分光ユニットは、分光コーティングを有し、
前記分光コーティングは、前記第一凸状出射面の第一部分に分布するように配置され、
前記第一カラービームの前記第一光路と前記第一平凸レンズの前記第一光軸は、所定角度を成すように交差し、前記所定角度は０度から９０度の間であることを特徴とする光源モジュール。
前記発光ユニットはレーザー光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を有することを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
前記第一平凸レンズの前記第一凸状出射面は第二部分を有し、前記第二部分は反射防止コーティング（Anti Reflection Coating）を含有することを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
前記第一凸状出射面の前記第一部分は面積が前記第一凸状出射面の全体面積の５０％であるか、それ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
前記集光ユニットはさらに第二平凸レンズを有し、前記第二平凸レンズは第二平面状入射面および第二凸状出射面を有し、前記第二平凸レンズおよび前記第一平凸レンズは光軸を共通するように前記入射側および前記出射側の間に配置され、前記第二平面状入射面は前記第一平凸レンズの前記第一凸状出射面に隣接することを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
前記分光コーティングは、前記第二平面状入射面の第一部分に分布するように配置されることを特徴とする請求項５に記載の光源モジュール。
前記集光ユニットはさらに非球面両凸レンズを有し、前記非球面両凸レンズは第一凸状入射面および第三凸状出射面を有し、前記非球面両凸レンズ、前記第二平凸レンズおよび前記第一平凸レンズは光軸を共通するように前記入射側および前記出射側の間に配置され、前記第一凸状入射面は前記第二凸状出射面に隣接することを特徴とする請求項６に記載の光源モジュール。
前記光変換ユニットはさらにヒートシンクおよび波長変換層を有し、前記波長変換層は前記ヒートシンクに配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
前記ヒートシンクは回転可能に配置されることを特徴とする請求項８に記載の光源モジュール。
前記波長変換層は第一波長変換エリアおよび第二波長変換エリアを有することを特徴とする請求項９に記載の光源モジュール。