JP7091226B2

JP7091226B2 - 投影機、光学エンジン及び画素シフト装置

Info

Publication number: JP7091226B2
Application number: JP2018207836A
Authority: JP
Inventors: 韋豪陳; 竣▲しん▼ 呂; 宗信廖
Original assignee: 中強光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2038-11-05
Also published as: US10739667B2; CN110082999A; JP2019128584A; US20190235364A1; CN110082999B

Description

本発明は、光学装置及びその部品に関し、特に、投影機、光学エンジン及び画素シフト装置に関する。

投影機が、大型画面を形成するための表示装置である。投影機の結像原理は、ライトバルブにより光源からの照明光束を映像光束に変換し、そして、レンズにより映像光束を投射到スクリーン又は壁面に投射するということである。

投影画面の画素品質を向上させるために、幾つかの投影機のライトバルブとレンズとの間に画素シフト装置（「画素ずらし装置」とも言う）が設置され、画素シフト装置の振動によって画素を適度に往復シフトさせることで、投影画面における画素粒子が目立ち過ぎることを避ける。非テレセントリック(Non-telecentric)光学系の投影機について言えば、その光源モジュールが生成した光束は、画素シフト装置を通過した後にライトバルブに到着し、そして、ライトバルブにより反射された後に再び画素シフト装置を通過して投影レンズへ伝播する。このような設計方式では、光源モジュールが生成した一部の光束は、直接、画素シフト装置により反射されてレンズに進入し、そして、レンズにより射出され、これにより、雑散光を引き起こして画面品質に悪影響を与える恐れがある。

なお、この「背景技術」の部分が、本発明の内容への理解を助けるためだけのものであるため、この「背景技術」の部分に開示されている内容は、当業者に知られていない技術を含む可能性がある。よって、この「背景技術」の部分に開示されている内容は、該内容、又は、本発明の１つ又は複数の実施例が解決しようとする課題が本発明出願前に既に当業者に周知されていることを意味しない。

本発明は、雑散光を避けることができる投影機、光学エンジン及び画素シフト装置を提供することを課題とする。

本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている技術の特徴からさらに理解することができる。

上述の１つ又は一部又は全部の目的或いは他の目的を達成するために、本発明の一実施例では、投影機が提供され、それは、光源モジュール及び光学エンジンを含み、光源モジュールは、照明光束を提供し、光学エンジンは、ライトバルブ、投影レンズ及び画素シフト装置を含む。ライトバルブは、照明光束の伝播経路に配置され、そのうち、ライトバルブは、能動面を有し、能動面は、照明光束を映像光束に変換し、且つ映像光束を反射する。投影レンズは、映像光束の伝播経路に配置され、且つ映像光束を投影機の外へ投射する。画素シフト装置は、ライトバルブと投影レンズとの間に位置し、そのうち、画素シフト装置は、フレーム及び透光板を含み、透光板は、透光面を含み、フレームは、少なくとも１つの載置面を有し、フレームの載置面は、透光板の少なくとも一部の周縁を載置し、載置面は、能動面に対して傾斜し、これにより、透光面が能動面に対して傾斜するようにさせ、透光板は、照明光束の伝播経路及び映像光束の伝播経路に配置され、フレームは、透光板が振動するようにさせるために用いられる。

また、投影機に用いられる光学エンジンが提供され、投影機は、光源モジュールを含み、光源モジュールは、照明光束を提供し、光学エンジンは、ライトバルブ、投影レンズ及び画素シフト装置を含む。ライトバルブは、照明光束の伝播経路に配置され、そのうち、ライトバルブは、能動面を有し、能動面は、照明光束を映像光束に変換し、且つ映像光束を反射する。投影レンズは、映像光束の伝播経路に配置され、且つ映像光束を投影機の外へ投射する。画素シフト装置は、ライトバルブと投影レンズとの間に位置し、そのうち、画素シフト装置は、フレーム及び透光板を含み、透光板は、フレームに配置され、且つ透光面を含み、フレームは、少なくとも１つの載置面を有し、フレームの載置面は、透光板の少なくとも一部の周縁を載置し、載置面は、能動面に対して傾斜し、これにより、透光面が能動面に傾斜するようにさせ、透光板は、照明光束の伝播経路及び映像光束の伝播経路に配置され、フレームは、透光板が振動するようにさせるために用いられる。

また、投影機に用いられる画素シフト装置が提供され、画素シフト装置は、フレーム及び透光板を含む。フレームは、位置決め面及び少なくとも１つの載置面を含む。透光板は、透光面を含み、フレームの載置面は、透光板の少なくとも一部の周縁を載置し、載置面は、位置決め面に対して傾斜し、これにより、透光面が位置決め面に対して傾斜するようにさせ、そのうち、フレームは、透光板が振動するようにさせるために用いられる。

以上のことから、本発明の実施例は、少なくとも次のような１つの利点又は作用効果を有する。画素シフト装置の透光板の透光面がライトバルブの能動面に対して傾斜し、これにより、光源モジュールからの一部の照明光束が透光板の透光面により反射される時に、反射された照明光束が投影レンズへ伝播せず、雑散光を避けることができる。

本発明の上述の特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げて添付した図面を参照することにより、詳細に説明する。

本発明の一実施例における投影機を示す図である。図1の光学エンジンの一部部品の側面図である。図2の画素シフト装置及びベースの立体図である。図2のライトバルブと図3の透光板との相対的関係を示す図である。図3の画素シフト装置の他の視野角における立体図である。図3のベース及びフレームの立体図である。本発明の他の実施例におけるベース及びフレームの立体図である。本発明の他の実施例におけるベースの立体図である。

本発明の上述した及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく次のような好ましい実施例の詳細な説明により明確になる。なお、次の実施例に言及されている方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前又は後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。

図1は、本発明の一実施例における投影機を示す図である。図1に示すように、本実施例の投影機100は、光源モジュール110及び光学エンジン120を含み、光学エンジン120は、ライトバルブ122及び投影レンズ124を含む。光源モジュール110は、照明光束L1を提供し、照明光束L1は、ライトバルブ122に導かれる。ライトバルブ122は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micro-mirror device、DMD)であり、照明光束L1の伝播経路に配置され、且つ照明光束L1を映像光束L2に変換し、ライトバルブ122は、映像光束L2を投影レンズ124へ反射する。投影レンズ124は、映像光束L2の伝播経路に配置され、且つ映像光束L2を投影機100の外へ投射する。

図2は、図1の光学エンジンの一部部品の側面図である。図3は、図2の画素シフト装置及びベースの立体図である。図4は、図2のライトバルブと図3の透光板との相対的関係を示している。図2～図4に示すように、本実施例の投影機100は、例えば、非テレセントリック(Non-telecentric)光学系のものであり、光学エンジン120は、さらに、画素シフト装置126及びベース128を含み、ベース128は、例えば、光学エンジン120の台座又は殻体の一部であり、画素シフト装置126は、ベース128に配置され、且つライトバルブ122と投影レンズ124との間に位置し、ライトバルブ122からの映像光束L2を受けるために用いられ、画素シフト装置126は、往復微振動し、これにより、射出された画面の画素がシフトするようにさせる。

具体的に言えば、ライトバルブ122は、図4に示すように、能動面(active area plane)122aを有し、能動面122aは、図1及び図2に示す照明光束L1を変調して映像光束L2に変換し、且つ映像光束L2を反射する。能動面122aは、例えば、矩形であり、且つ複数のデジタル・マイクロミラー・デバイス(図示せず)の反射アレーからなり、このようなデジタル・マイクロミラー・デバイスは、各デジタル・マイクロミラー・デバイスの反射鏡の偏向角度（deflection angle）及び偏向時間（deflection time）を制御することで、それに入射した照明光束L1を映像光束L2に変換し、また、投影レンズ124へ反射することができる。画素シフト装置126は、フレーム126a及び透光板126bを含み、フレーム126aは、ベース128に配置され、透光板126bは、例えば、平板ガラスであり、且つフレーム126aに配置され、且つ照明光束L1の伝播経路及び映像光束L2の伝播経路に位置する。画素シフト装置126がライトバルブ122の前方に配置されるため、照明光束L1は、集光レンズ(符号なし)を通過してから、先ず画素シフト装置126の透光板126bを斜めに通過し、続いてライトバルブ122に入射する。ライトバルブ122により変換された映像光束L2は、順に、画素シフト装置126の透光板126b及び投影レンズ124を通過することができる。フレーム126aは、適切なアクチュエータ(図示せず)によって駆動され、枢軸を以て往復微振動することで、透光板126bが往復微振動するようにさせ、これにより、映像光束L2の伝播方向が迅速に小角度で往復シフトするようにさせることができる。このようにして、投影レンズ124から(図1に示すように)射出した画面の画素がシフトするようになり、また、残像（persistence of vision）の効果により、映像のオーバーラップ（overlap）を達成し、画面解像度増加の機能を実現することができる。画素シフト装置126は、振動状態及び静止状態を有し、そのうち、フレーム126aがアクチュエータにより駆動されている時に、それは、振動状態にあり、フレーム126aがアクチュエータに駆動されない時に、それは、静止状態にある。

図2～図4に示すように、透光板126bは、フレーム126aに配置され、且つ透光面S1及び透光面S2を含む。本実施例の透光面S1及び透光面S2は、例えば、互に相対し、且つ互い平行な２つの平面である。一部の照明光束L1は、順に透光面S1、S2を通過した後にライトバルブ122に伝播し、そして、ライトバルブ122の能動面122aにより映像光束L2に変換され、映像光束L2は、ライトバルブ122の能動面122aにより反射された後に順に透光面S2、S1を通過して投影レンズ124へ伝播する。透光板126bの透光面S1、S2は、少なくとも、前記静止状態で、ライトバルブ122の能動面122aに対して傾斜し、即ち、透光板126bの透光面S1、S2は、前記静止状態で、ライトバルブ122の能動面122aとの間に傾斜角θを有する。これにより、光源モジュール110からの照明光束L1が斜めに透光板126bの透光面S1、S2に入射した時に、一部の照明光束(図2では、L1’で示される)は、透光面S1、S2により反射されるため、ライトバルブ122に伝播しない。透光面S1、S2の傾斜の設計により反射された一部の照明光束L’が投影レンズ124を通過せず、これにより、雑散光が射出されて結像品質に悪影響を与えるのを避けることができる。

図5は、図3の画素シフト装置の他の視野角における立体図である。図5に示すように、画素シフト装置126のフレーム126aは、相対する２つの位置決め部P1、P2を含み、また、位置決め部P1、P2によりベース128に位置決めされる。位置決め部P1は、位置決め面S3を有し、位置決め部P2は、位置決め面S4を有し、位置決め面S3、S4は、ベース128に当接するために用いられる。位置決め面S3及び位置決め面S4は、例えば、ライトバルブ122の能動面122a(図4に示される)に平行である。即ち、透光板126bの透光面S1、S2は、フレーム126aの位置決め面S3、S4に傾斜する。

本実施例では、透光板126bの透光面S1、S2がライトバルブ122の能動面122aに対する傾斜角θの角度は、例えば、0度よりも大きく、且つ5度以下であり、即ち、透光板126bの透光面S1、S2がフレーム126aの位置決め面S3、S4に対する傾斜角度は、例えば、0度よりも大きく、且つ5度以下である。傾斜角θが5度よりも大きい場合、画素シフト装置126振動時に、画面解像度増加の機能を失うことがある。他の実施例では、透光板126bの透光面S1、S2が他の異なる傾斜角を有するように構成されても良く、本発明は、これについて限定しない。

図2に示すように、本実施例では、光学エンジン120は、さらに、光吸収放熱部129を含み、透光面S1又は透光面S2により反射された照明光束(図2では、L1’で示される)は、例えば、光吸収放熱部129に伝播して吸収され、これにより、予期せずに光学エンジン120内の他の構造により反射されて投影レンズ124に進入するのを避けることができる。また、図2及び図4に示すように、透光面S1、S2が、例えば、能動面122aの長軸を回転軸として図2中の能動面122aの上方へ回転し、或いは、透光面S1、S2が、能動面122aの対角線を回転軸として図2中の能動面122aの上方へ回転することで、透光面S1、S2が能動面122aに対して傾斜した配置を達成し、これにより、このように配置された透光面S1又はS2により反射された照明光束(図2では、L1’で示される)は、光吸収放熱部129に導くことができる。

図6は、図3のベース及びフレームの立体図である。本実施例では、フレーム126aは、図6に示すように、少なくとも１つの載置面S5を有し、本実施例では、連続した環状表面である。他の実施例では、載置面S5は、フレーム上の斜め向かいの角に位置する２つの表面であっても良く、透光板を載置するために用いられるが、本発明は、これに限定されない。載置面S5は、透光板126b(図4に示される)の少なくとも一部の周縁を載置する。載置面S5は、例えば、位置決め面S3、S4(図5に示される)及びライトバルブ122の能動面122a(図4に示される)に対して傾斜し、これにより、載置面S5に置かれる透光板126bの透光面S1、S2が位置決め面S3、S4及び能動面122aに対して傾斜するようにさせることができる。他の実施例では、他の方式により、透光板126bの透光面S1、S2が位置決め面S3、S4及び能動面122aに対して傾斜するようにさせても良く、以下、例を挙げて説明する。

図7は、本発明の他の実施例におけるベース及びフレームの立体図である。図7に示す実施例と、図6に示す実施例との相違点は、図7のフレーム126bの載置面S5’が位置決め面S3、S4(図5に示される)及び能動面122a(図4に示される)に対して傾斜せず、位置決め面S3、S4(図5に示される)及び能動面122a(図4に示される)に平行であることにある。その代わりに、図7に示す実施例の画素シフト装置は、さらに、少なくとも１つの受けシート（pad）126c(図7には、２つある)を含み、受けシート126cは、載置面S5’と透光板(図3に示す透光板126bと同様)との間に配置され、これにより、透光板126bの透光面S1、S2が位置決め面S3、S4及び能動面122aに対して傾斜するようにさせることができる。

図8は、本発明の他の実施例におけるベースの立体図である。図8に示す実施例と、図7に示す実施例との相違点は、図8に示す実施例は、図7に示す受けシート126cにより、透光板126bの透光面S1、S2が傾斜するようにさせないことにある。図8に示す実施例の画素シフト装置は、少なくとも１つの受けシート126d(図8には、２つある)を含み、受けシート126dは、ベース128とフレームの位置決め部(図7に示すフレーム126aの位置決め部P1、P2のようである)との間に配置され、これにより、透光板126b(図3に示す透光板126bのようである)の透光面S1、S2が位置決め面S3、S4及び能動面122aに対して傾斜するようにさせることができる。

以上のことから、本発明の実施例は、少なくとも次のような１つの利点又は作用効果を有する。画素シフト装置の透光板の透光面がライトバルブの能動面に対して傾斜し、これにより、光源モジュールからの一部の照明光束が透光板の透光面により反射される時に、反射された照明光束が透光面の傾斜の設計により投影レンズへ伝播しないため、雑散光を避けることができる。

本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の思想と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の一部と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及している「第一」、「第二」などの用語は、要素（element）に名前を付け、又は、異なる実施例又は範囲を区別するためのもののみであり、要素の数量上の上限又は下限を限定するためのものでない。

100：投影機
110：光源モジュール
120：光学エンジン
122：ライトバルブ
122a：能動面
124：投影レンズ
126：画素シフト装置
126a：フレーム
126b：透光板
126c、126d：受けシート（pad）
128：ベース
129：光吸収放熱部
L1、L1’：照明光束
L2：映像光束
P1、P2：位置決め部
S1、S2：透光面
S3、S4：位置決め面
S5、S5’：載置面
θ：傾斜角

Claims

光源モジュール及び光学エンジンを含む投影機であって、
前記光源モジュールは、照明光束を提供し、前記光学エンジンは、ライトバルブ、投影レンズ及び画素シフト装置を含み、
前記ライトバルブは、前記照明光束の伝播経路に配置され、前記ライトバルブは、能動面を有し、前記能動面は、前記照明光束を映像光束に変換し、且つ前記映像光束を反射し、
前記投影レンズは、前記映像光束の伝播経路に配置され、且つ前記映像光束を前記投影機の外へ投射し、
前記画素シフト装置は、前記ライトバルブと前記投影レンズとの間に位置し、前記画素シフト装置は、振動状態及び静止状態を有し、前記画素シフト装置は、フレーム及び透光板を含み、前記透光板は、透光面を含み、前記フレームは、少なくとも１つの載置面を有し、前記フレームの前記載置面は、前記透光板の少なくとも一部の周縁を載置し、前記載置面は、前記静止状態において前記能動面に対して傾斜し、これにより、前記透光面が前記静止状態において前記能動面に対して傾斜するようにさせ、前記透光板は、前記照明光束の伝播経路及び前記映像光束の伝播経路に配置され、前記フレームは、前記振動状態においてアクチュエータにより駆動されることで、前記透光板が振動するようにさせるために用いられる、投影機。
請求項1に記載の投影機であって、
一部の前記照明光束は、前記透光面を通過した後に前記ライトバルブに伝播し、前記ライトバルブにより前記映像光束に変換され、前記映像光束は、前記ライトバルブにより反射された後に前記透光面を通過して前記投影レンズに伝播し、他の一部の前記照明光束は、前記透光面により反射された後に前記投影レンズを通過しない、投影機。
請求項2に記載の投影機であって、
前記投影機は、光吸収放熱部を含み、前記他の一部の照明光束は、前記透光面により反射された後に前記光吸収放熱部に伝播する、投影機。
請求項1に記載の投影機であって、
前記投影機は、非テレセントリック・アーキテクチャである、投影機。
請求項1に記載の投影機であって、
前記静止状態において前記透光面の前記能動面に対しての傾斜角は、0度よりも大きく、且つ5度以下である、投影機。
投影機に用いられる光学エンジンであって、
前記投影機は、光源モジュールを含み、前記光源モジュールは、照明光束を提供し、前記光学エンジンは、ライトバルブ、投影レンズ及び画素シフト装置を含み、
前記ライトバルブは、前記照明光束の伝播経路に配置され、前記ライトバルブは、能動面を有し、前記能動面は、前記照明光束を映像光束に変換し、且つ前記映像光束を反射し、
前記投影レンズは、前記映像光束の伝播経路に配置され、且つ前記映像光束を前記投影機の外へ投射し、
前記画素シフト装置は、前記ライトバルブと前記投影レンズとの間に位置し、前記画素シフト装置は、振動状態及び静止状態を有し、前記画素シフト装置は、フレーム及び透光板を含み、前記透光板は、透光面を含み、前記フレームは、少なくとも１つの載置面を有し、前記フレームの前記載置面は、前記透光板の少なくとも一部の周縁を載置し、前記載置面は、前記静止状態において前記能動面に対して傾斜し、これにより、前記透光面が前記静止状態において前記能動面に対して傾斜するようにさせ、前記透光板は、前記照明光束の伝播経路及び前記映像光束の伝播経路に配置され、前記フレームは、前記振動状態においてアクチュエータにより駆動されることで、前記透光板が振動するようにさせるために用いられる、光学エンジン。
請求項6に記載の光学エンジンであって、
一部の前記照明光束は、前記透光面に通過した後に前記ライトバルブに伝播し、前記ライトバルブにより前記映像光束に変換され、前記映像光束は、前記ライトバルブにより反射された後に前記透光面を通過して前記投影レンズに伝播し、他の一部の前記照明光束は、前記透光面により反射された後に前記投影レンズを通過しない、光学エンジン。
請求項7に記載の光学エンジンであって、
前記光学エンジンは、さらに、光吸収放熱部を含み、前記他の部の照明光束は、前記透光面により反射された後に前記光吸収放熱部に伝播する、光学エンジン。
請求項6に記載の光学エンジンであって、
前記静止状態において前記透光面の前記能動面に対しての傾斜角は、0度よりも大きく、且つ5度以下である、光学エンジン。
投影機に用いられる画素シフト装置であって、
前記画素シフト装置は、フレーム及び透光板を含み、前記画素シフト装置は、振動状態及び静止状態を有し、
前記フレームは、位置決め面及び少なくとも１つの載置面を有し、
前記透光板は、前記フレームに配置され、前記透光板は、透光面を含み、前記フレームの前記載置面は、前記透光板の少なくとも一部の周縁を載置し、前記載置面は、前記静止状態において前記位置決め面に対して傾斜し、これにより、前記透光面が前記静止状態において前記位置決め面に対して傾斜するようにさせ、前記フレームは、前記振動状態においてアクチュエータにより駆動されることで、前記透光板が振動するようにさせるために用いられる、画素シフト装置。
請求項10に記載の画素シフト装置であって、
前記静止状態において前記透光面の前記位置決め面に対しての傾斜角は、0度よりも大きく、且つ5度以下である、画素シフト装置。