JP2008532056A - 小型投射ディスプレイ - Google Patents

Abstract

投射装置を開示する。本投射装置は、それぞれが既知の波長の光を生成する複数のＬＥＤ（２０２、２０４、２０６）と、ＬＥＤのそれぞれに関連し、それぞれから光を受ける、光路であって、ＶＡ波長リターダ（２１３、２２３、２３３）、第一光学選択手段（２４３、２５３、２６３）であり、該第一光学選択手段に適用された光に既知方向の方向性を与え、更に、既知方向にない方向性を有する光を反射する第一光学選択手段、ＬＣＤパネル（２３２、２３４、２３６）、及び、第一光学選択手段に実質的に垂直な方向における第二光学選択手段（２４５、２５５、２６５）を有する光路と、光路のそれぞれと連絡を取って前記光路のそれぞれから受けた光を再結合する再結合キューブ（２４０）とを有し、少なくとも一つの光路から受けた光の方向性は、残りの光路から受けた光の方向性に対し実質的に垂直である。

Description

本願は、光学投射装置の分野に関し、より詳細には、小型投射ディスプレイに関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の輝度の増大において大きな進展が見られた。結果として、ＬＥＤは、正面投射型及び背面投射型のディスプレイにおける光源としての機能を果たすために十分に明るく安価なものとなることが期待される。これら新しく明るいＬＥＤは、大きな色域と高いコントラストを備えた高品質ビデオの投射に適したものとなるであろう。また、ＬＥＤの使用は、正面投射ディスプレイの携帯機器応用を可能とする。

そのような訳で、投射装置業界では、利用できるＬＥＤ技術を連携させる必要がある。

投射装置を開示する。本投射装置は、既知の波長の光を生成する複数のＬＥＤと、ＬＥＤのそれぞれに関連し、それぞれから光を受ける光路であって、１／４波長のリターダ、自身に適用される光についての既知の要件（例えば、正しい偏光）を満たす光の通過を可能とする第一光学選択手段であり、更に、既知方向にない方向性を有する光を反射する第一光学選択手段、自身に適用される光に、第一の既知方向に実質的に垂直な方向性を提供する第二光学選択手段、ＬＣＤパネル、及び、コミュニケーション用の再結合キューブを有する光路とを有し、少なくとも一つの光路から受けた光の方向性は、残りの光路から受けた光の方向性に対し実質的に垂直である。

当然のことながら、図は、単に本発明の概念を説明するためのものであって、本発明の境界を定義するためのものではない。添付図に示され、かつ、付随する詳細な説明において記載される実施例は、具体例として使用されるものであり、本発明を実施する唯一の方法として解釈してはいけない。また、同じ参照番号は、場合によっては必要に応じて参照文字で補足されるが、類似要素を特定するために使用される。

図１は、光源としてＵＨＰランプ（図示せず）を用いた従来型の３パネルＨＴＰＳ（High Temperature Poly Silicon：高温ポリシリコン）プロジェクタ１００を示す。この従来型のプロジェクタでは、光線１０２で表される、高圧気体放電ランプ（図示せず。）からの光が、ランプ（図示せず。）と第一ダイクロイック（干渉）フィルタ１２０との間にある２つのフライアイレンズ１１０を用いて混合、すなわち、一体化される。ダイクロイックフィルタ１２０は、青と赤及び緑の成分要素とに光を分割し、青色光は、ミラー１５５方向に反射される。赤及び緑の成分は、レンズ１２５方向に透過する。ダイクロイックミラー１２５は、その後、赤及び緑色光の成分を分割し、緑色光は、Ｘ−ｃｕｂｅ（クロスダイクロプリズム）１４０方向に反射され、一方で、赤色光は、ミラー１３０方向に透過する。平面鏡１２５、１３０及び１５５は、ダイクロイックであってもノーマルであってもよいが、対応する透過型のマイクロディスプレイ液晶パネル１５０方向に３つのスペクトル光部分のそれぞれを導くために使用される。マイクロディスプレイ液晶パネル１５０は、従来の高温ポリシリコン型に基づくものであってもよい。投射装置に用いられる他の技術には、１パネルＬＣｏｓ（Liquid Crystal on silicon）及び１パネルＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）がある。

パネルを横切った後、３つのスペクトル部分は、ダイクロニックフィルタ１４０、１４５を収容する再結合キューブを用いて再結合される。ポラライザ（偏光子）又はアナライザ（検光子）は、光学的選択手段であり、パネルの前後に位置付けられ、はっきりした偏光状態になるよう多くの光を選抜する。ポラライザ又はアナライザは、基本的に、性質が等しい構成要素であり、理想的には、既知の偏光方向、例えば、水平の光を１００％通し、一方で、直交偏光方向、例えば、鉛直の光を１００％ブロックし、或いは、反射させる。パネル１５０の前のポラライザは、既知の偏光方向の光だけを確実にＬＣＤパネルに到達させるようにする。従って、“オン”と見なされるピクセルからの光だけがポラライザ又はアナライザを通過し、投射スクリーンまで進み続ける。より詳細には、ＬＣＤパネルは、ピクセルベースで選択的に偏光方向を変えることで動作する。そのため、明るい状態のピクセルは、偏光方向を変え、一方で、暗い状態のピクセルは、偏光方向を変えない。一偏光方向のみの光束が与えられた場合、ＬＣＤパネル後の“出力光”は修正され、アナライザに“ダークピクセル（暗いピクセル）”からの光だけをブロックさせるようにする。“ブライトピクセル（明るいピクセル）”からの光は、通過し、スクリーンに投射される。

図２は、本発明の第一の典型的な実施例を示す。この３パネルシステムの実施例において、３つの個別光源２０２、２０４及び２０６は、分離した光路を有する。好適な実施例において、光源２０２、２０４及び２０６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、それぞれが既知の波長の光を生成する。好適には、生成された光は、赤、緑及び青の光の色の波長に関連する。

ＬＥＤ２０２、２０４及び２０６によって生成された光は、関連するコリメータ２１２、２１４及び２１６によって集められ、かつ、平行にされる。コリメータ２１２、２１４及び２１６は、ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator：複合放物面集光器）、又は、対応するＬＥＤによって生成された光をできるだけ多く集め、かつ、焦点を合わせる他の同様のコンセントレータ（集光器）の形式であってもよい。図２に示すオプションの実施例では、インテグレータ（光結合器）２２２、２２４、２２６が光路に組み入れられ、関連するＬＥＤ２０２、２０４及び２０６によって生成された光による、パネル２３２、２３４及び２３６の実質的に均一な照度を確保するために使用される。インテグレータ２２２、２２４及び２２６は、ＴＩＲ(Total Internal Reflection：全反射)を用いて光を伝播させるガラス若しくはプラスチック（例えば、ＰＭＭＡ）の棒、又は、反射する側壁を持つくぼんだトンネルである。それは、真っ直ぐであってもよく、テーパー状であってもよい。このオプションの実施例において認識されるように、インテグレータが長くなるにつれて、対応するパネルの照度はより均一になる。

パネル２３２、２３４及び２３６は、対応するインテグレータの最後に位置付けられ、スクリーン上に投射されるイメージを形成するために使用される。ＬＣＤパネルは、選択的に光をブロックすることで動作するので、完全に白い像におけるスクリーンの均一性は、パネル上に投射される光の均一性によって決まる。また、図示されるように、プリズム２４２及び２４６は、それぞれ、光２０２及び２０６を、対応するパネル２３２及び２３６上へ方向付けるための方向指示手段として使用される。

再結合キューブ２４０は、３つの個別のパネルのイメージを、投射レンズ２５０を通して投射される単一色イメージに結合するために使用される。

図３は、再結合キューブ２４０まで透過する光を増大させるための本発明の原理をより明確に示すために、図２に示すプロジェクタの展開図を示す。一般に、ポラライザは、光源から生じる光が非偏光であるために、光の半分を吸収する。本発明の本実施例では、コリメータとインテグレータとの間に位置付けられた反射ポラライザに組み合わせた広帯域１／４波長リターダ（遅延装置）が、再結合キューブ２４０まで透過する光を増大させるのに有利である。

より詳細には、図示されるオプションの実施例において、ＬＥＤ２０２に関連する光路に関し、広帯域１／４波長リターダ２１３が、ＬＥＤ２１２とインテグレータ２２２との間の反射ポラライザ２１８と組み合わせて使用される。この場合、ポラライザ２１８は、水平に偏光した光（図の平面における矢印の方向で表される。）を透過させ、かつ、水平に偏光した光以外の光、例えば、垂直に偏光した光を光源２０２に反射させる。反射された光は、１／４波長リターダ２１３を２回通過するので、その偏光方向は、その光が反射ポラライザ２１４を通過できるような方向に変えられる。このように、本来ならば失われていた光のおよそ２５％を回復させる。理想的には、反射ポラライザ２１８は、吸収損失がない。例えば、３Ｍ社が製造するＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Foil）が、図示された反射ポラライザとして使用される。

また、ポラライザ２４３に偏光した光を向けるプリズム２４２が図示され、ポラライザ２１８と同じ偏光を有し、実質的に１００％の光をパネル２３２に通過させられる。パネル２３２を通過する光は、その後、ポラライザ２４３の方向に垂直な偏光方向を有するアナライザ２４５に供給される。ポラライザ２４５の垂直偏光は、白丸内の黒丸によって示され、図の平面に垂直な偏光を表す。従って、この図の場合、ＬＥＤ２０２から出た光は、再結合キューブ２４０に適用されるときには、垂直に偏光される。

当業者が認識するように、ＬＥＤ２０６から出た光が横切る光路は、ＬＥＤ２０２から出た光の光路に関して記載されたものと同様であり、詳細を説明するには及ばない。

ＬＥＤ２０４から出た光に関しては、この光は、１／４波長リターダ２２３並びに垂直ポラライザ２２８及び２６３に適用される。垂直偏光された光は、その後、ＬＣＤ２３４に適用され、その後、水平ポラライザ２６５に適用される。従って、水平偏光された光が再結合キューブ２４０に適用される。

コンパクト化のため、光学部品は、光学接着剤を用いてまとめられてもよく、或いは、記載された光学部品の屈折率に厳密に適合する屈折率を有する流動体を用いて結合されてもよい。認識されるように、プリズム２４２、２４６は、それらプリズムに入る光が漏出するよりむしろＴＩＲにより確実に反射されるよう、高い屈折率（例えば、ＳＦ１ガラス、ｎ＝１．７２）を示す。他の態様では、プリズム２４２及び２４６は、光を反射するために使用される誘電体ミラーと組み合わせた低指数ガラスからなるものであってもよい。

図４は、本発明の第二の典型的な実施例を示す。ここに図示された実施例において、光源２０２、２０４及び２０６は、実質的に、再結合キューブ２４０の前面に位置付けられる。この場合、光源２０４からの光は、プリズム４０５及び４１５を追加することで、再結合キューブ２４０方向に向けられる（向け直される。）。本発明における本実施例の動作は、垂直偏光された光がＬＣＤ２３２及び２３６に供給され、一方で、水平偏光された光がＬＣＤ２３４に供給される点で、図３において記載されるものと同様であり、ここで詳細を説明するには及ばない。

図示されていないが、当然のことながら、そろいのポラライザの組（例えば、２１８、２４３）がコリメータ２２２の同じ側に位置付けられてもよい。この場合、単一のポラライザは、（１）正しい偏光方向を持つ光だけをＬＣＤパネル２３２方向に透過させ、かつ、（２）“他の光”を、この光を再利用する目的で反射するという二つの機能を提供する。

本発明における全く新規の特徴が、本発明の好適な実施例に適用されながら、図示され、記載され、かつ、言及されたが、当然のことながら、記載された器具、開示された装置の形及び細部、及び、それらの動作における様々な省略、代用、及び変更は、本発明の精神から逸脱することなしに当業者によって行われ得る。例えば、本発明は、水平及び垂直偏光に関して記載されたが、垂直偏光と水平偏光とをそれぞれ合体させることは、技術に精通した者の能力の範囲内である。従って、同じ結果を得るために実質的に同じ方法における実質的に同じ機能を実行する要素の全ての組み合わせが本発明の範囲内にあることを明確に意図するものとする。また、記載されたある実施例の要素を別の実施例に代用することも、既に意図され、予定されているところである。

従来型のＨＴＰＳ投射装置の図である。 本発明の原理に従った携帯用投射装置の典型的な実施例の断面図である。 図２に示す投射装置の展開図である。 本発明の原理に従った携帯用投射装置の第二の典型的な実施例の断面図である。

Claims (19)

1. 投射装置であって：
   それぞれが既知の波長の光を生成する複数のＬＥＤ；
   前記ＬＥＤのそれぞれに関連し、それぞれから光を受ける、光路であって：１／４波長のリターダ；第一光学選択手段であり、該第一光学選択手段に適用された光に既知方向の方向性を与え、更に、既知方向にない方向性を有する光を反射する第一光学選択手段；ＬＣＤパネル；、及び、前記第一光学選択手段に実質的に垂直な方向である第二光学選択手段；を有する光路；及び、
   前記光路のそれぞれと連絡を取って前記光路のそれぞれから受けた光を再結合する再結合キューブを有し、
   少なくとも一つの光路から受けた光の方向性は、残りの光路から受けた光の方向性に対し実質的に垂直である、
   ことを特徴とする投射装置。
2. 関連するＬＥＤと光路との間に位置付けられたコリメータを更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
3. 前記光路は、インテグレータを更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
4. 前記インテグレータは、前記１／４波長リターダと前記第一光学選択手段との間に位置付けられる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の投射装置。
5. 前記インテグレータは、前記第一光学選択手段と前記ＬＣＤパネルとの間に位置付けられる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の投射装置。
6. 前記光路のうち選択されたものは、関連パネルに光を向けるために前記ＬＥＤと前記ＬＣＤパネルとの間に位置付けられた方向指示手段を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
7. 前記方向指示手段は、高い屈折率を有するプリズム、及び、誘電体ミラーに組み合わせる低指数ガラスを有するプリズムを有するグループから選ばれる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の投射装置。
8. 前記ＬＥＤは、赤、緑及び青のＬＥＤを有するグループから選ばれる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
9. 前記第一及び第二光学方向性手段の間に位置付けられる、前記第一光学方向性手段と実質的に同じ光学的方位を与える第三光学選択手段を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
10. 投射装置であって：
    赤、青及び緑のＬＥＤ；
    前記赤及び青のＬＥＤのそれぞれに関連する光路であって：１／４波長のリターダ；第一光学選択手段であり、該第一光学選択手段に適用された光に第一の方向性を与える第一光学選択手段；方向指示手段；第二光学選択手段であり、前記第一の方向性に実質的に垂直である、該第二光学選択手段に適用された光に第二の方向性を与える第二光学選択手段；を有する光路；
    前記緑のＬＥＤに関連する光路であって：１／４波長のリターダ；光学選択手段であり、該光学選択手段に適用された光に前記第二の方向性を与える光学選択手段；光学選択手段であり、該光学選択手段に適用された光に前記第一の方向性を与える光学選択手段；を有する光路；
    前記光路のそれぞれに関連するＬＣＤパネル；及び
    前記ＬＣＤパネルのそれぞれと連絡する再結合手段；
    を有する投射装置。
11. 前記光路のそれぞれにおいてコリメータを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の投射装置。
12. 前記光路のそれぞれにおいてインテグレータを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の投射装置。
13. 前記光路のそれぞれは、第三光学選択手段であり、該第三光学選択手段に適用された光に、前記第一光学選択手段と実質的に同じものを与える第三光学選択手段を更に有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の投射装置。
14. 前記緑光に関連する前記光路は、方向指示手段を更に有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の投射装置。
15. 赤、青及び緑ＬＥＤを有する小型投射装置の提供方法であって、該方法は：
    前記赤ＬＥＤの第一光路と前記青ＬＥＤの第二光路とを提供するステップであり、前記光路のそれぞれが：前記光路に適用された光を遅らせる１／４波長リターダ；前記光路に適用された光に第一の方向性を与える第一光学選択手段；前記光路の光の方向を変える方向指示手段；前記光路に適用された光に第二の方向性を与える第二光学選択手段であり、該第二の方向性が前記第一の方向性に対し実質的に垂直である第二光学選択手段；を有するステップ、
    前記日取りＬＥＤに関する光路を提供するステップであり、該光路が：１／４リターダ；前記光路に適用された光に前記第二の方向性を与える光学選択手段；前記光路に適用された光に前記第一の方向性を与える光学選択手段；を有するステップ、
    ＬＣＤパネルを前記光路のそれぞれに提供するステップ、及び
    前記ＬＣＤパネルのそれぞれと連絡する再結合手段、
    を有する方法。
16. 前記光路のそれぞれにコリメータを提供するステップを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記光路のそれぞれにインテグレータを提供するステップを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 前記光路のそれぞれは、前記光路に適用された光のための第三光学選択手段に、前記第一光学選択手段と実質的に同じものを提供するステップを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
19. 前記緑光に関する前記光路が方向指示手段を提供するステップを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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