JP5875865B2 - 光出力の輝度を増大するために光をリサイクルする装置、及び、その装置を組み込んだledプロジェクタ - Google Patents
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Description
1.白色蛍燐光体LEDはより短い波長とより大きなバンドギャップを持つため、より高い接合温度で動作でき、ヒートシンクの必要条件を緩和する。
2.単色LEDを使用できるため、マルチカラーLEDを多重化する必要がなくなる。
3.カラーホイールは開発された優れたコンポーネントであり、その寿命は非常に長い。
4.標準的な投影エンジン構成を使用することが可能であり、また、こうした標準的な投影エンジンの大量生産の経験を持つメーカーは沢山ある。
5.多くのメーカーが白色蛍燐光体LEDを製造している。
6.より小型の白色蛍燐光体LEDを複数使用することで、広い放出範囲が得られる。この放出範囲には、リサイクル効率を低下させ得るLEDどうしの間の空継ぎ目がない。
Claims (31)
- 光出力の輝度を増大するために光をリサイクルする装置であって、
入力端と出力端とを有したリサイクル用ライトパイプを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端は、光源からの入力光を受けるための入力口と、反射性入力面とを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端は、前記リサイクル用ライトパイプから光を出力するための出力口と、前記出力端に向けられた光の一部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端へ反射する反射性出力面とを備え、
前記入力口は前記反射性出力面で反射された光の一部分をリサイクルのために前記光源へ伝達し、前記反射性入力面は光の残り部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端へ反射し、これにより、光のリサイクルを介して、前記出力口から出た光の輝度が増大する、装置であり、
少なくとも2つの光源と、少なくとも2つのリサイクル用ライトパイプと、前記少なくとも2つのリサイクル用ライトパイプの出力を結合して1本の出力ビームを生成する6側面型のビーム結合器とをさらに備え、
前記ビーム結合器の6側面の各々は、前記ビーム結合器が導波管として機能できるよう、内部全反射を促進するように研磨されており、
前記ビーム結合器が、半反射面を提供するように被覆された対角面を備える装置。 - 光出力の輝度を増大するために光をリサイクルする装置であって、
入力端と出力端とを有したリサイクル用ライトパイプを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端は、光源からの入力光を受けるための入力口と、反射性入力面とを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端は、前記リサイクル用ライトパイプから光を出力するための出力口と、前記出力端に向けられた光の一部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端へ反射する反射性出力面とを備え、
前記入力口は前記反射性出力面で反射された光の一部分をリサイクルのために前記光源へ伝達し、前記反射性入力面は光の残り部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端へ反射し、これにより、光のリサイクルを介して、前記出力口から出た光の輝度が増大する、装置であり、
少なくとも4つの光源と、少なくとも4つのリサイクル用ライトパイプと、少なくとも2つの6側面型ビーム結合器とをさらに備え、
第1ビーム結合器の半反射面を提供するように被覆された対角面は光をリサイクルするように方向付けられ、第2ビーム結合器の半反射面を提供するように被覆された対角面は装置からの光を出力するように方向付けられており、前記第1、第2ビーム結合器の前記対角面の方向付けは互いに異なっている、装置。 - 光出力の輝度を増大するために光をリサイクルする装置であって、
入力端と出力端とを有したリサイクル用ライトパイプを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端は、光源からの入力光を受けるための入力口と、反射性入力面とを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端は、前記リサイクル用ライトパイプから光を出力するための出力口と、前記出力端に向けられた光の一部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端へ反射する反射性出力面とを備え、
前記入力口は前記反射性出力面で反射された光の一部分をリサイクルのために前記光源へ伝達し、前記反射性入力面は光の残り部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端へ反射し、これにより、光のリサイクルを介して、前記出力口から出た光の輝度が増大する、装置であり、
前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端に反射偏光子をさらに備え、
前記リサイクル用ライトパイプは、屈折率の合致する接着剤(index matching glue)、エポキシ、流体を充填した共通面を持った第1、第2テーパ型ライトパイプを備え、
前記第1テーパ型ライトパイプに入る入力光は前記第2テーパ型ライトパイプ内に結合し、
前記反射偏光子は未使用の偏光された光を反射し前記光源に戻してリサイクルすることにより、前記光出力の輝度を増大させる、装置。 - 光出力の輝度を増大するために光をリサイクルする装置であって、
入力端と出力端とを有したリサイクル用ライトパイプを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端は、光源からの入力光を受けるための入力口と、反射性入力面とを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端は、前記リサイクル用ライトパイプから光を出力するための出力口と、前記出力端に向けられた光の一部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端へ反射する反射性出力面とを備え、
前記入力口は前記反射性出力面で反射された光の一部分をリサイクルのために前記光源へ伝達し、前記反射性入力面は光の残り部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端へ反射し、これにより、光のリサイクルを介して、前記出力口から出た光の輝度が増大する、装置であり、
少なくとも2つの光源と、各々のリサイクル用ライトパイプの前記出力端における反射偏光子とをさらに備え、
前記各々のリサイクル用ライトパイプは、屈折率の合致する接着剤(index matching glue)、エポキシ、流体を充填した共通面を持つ第1、第2テーパ型ライトパイプを備え、
前記第1テーパ型ライトパイプに入る入力光は前記第2テーパ型ライトパイプ内に結合し、
前記各々のリサイクル用ライトパイプの前記反射偏光子は未使用の偏光された光を反射し対応する光源に戻してリサイクルすることにより、前記光出力の輝度を増大させる、装置。 - 光出力の輝度を増大するために光をリサイクルする装置であって、
入力端と出力端とを有したリサイクル用ライトパイプを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端は、光源からの入力光を受けるための入力口と、反射性入力面とを備え、
前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端は、前記リサイクル用ライトパイプから光を出力するための出力口と、前記出力端に向けられた光の一部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記入力端へ反射する反射性出力面とを備え、
前記入力口は前記反射性出力面で反射された光の一部分をリサイクルのために前記光源へ伝達し、前記反射性入力面は光の残り部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端へ反射し、これにより、光のリサイクルを介して、前記出力口から出た光の輝度が増大する、装置であり、
各々がLEDである少なくとも2つの光源と、
導波管として機能できるよう、反射面を提供し、内部全反射(TIR)を促進するために全ての側面を反射可能に研磨した6側面型ビームスプリッタ/結合器(BSC)システムとをさらに備え、
前記BSCシステムは、各LEDからの光の第1部分を前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端へ出力として反射し、前記各LEDからの光の第2部分をリサイクルのために別のLEDへ反射し、さらに、前記各LEDからの光のこれら以外の部分を前記BSCシステムの反射表面に向けて方向付ける、装置。 - 前記リサイクル用ライトパイプが、中空の直線型ライトパイプ、中空のテーパ型ライトパイプ、中実の直線型ライトパイプ、または中実のテーパ型ライトパイプのいずれか1つである、請求項1に記載の装置。
- 前記入力口の形状が矩形または円形であり、前記出力口の形状がアスペクト比が6:9または4:3の矩形または円形である、請求項1に記載の装置。
- 前記リサイクル用ライトパイプの前記反射性入力面と前記反射性出力面の少なくとも1つが波長板を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記光源は、ライトパイプに結合したデュアル放物面状リフレクタ(DPR)ランプ、白色LED、カラーLED、ライトパイプからの出力、LEDまたはレーザで励起した蛍燐光体からの出力、またはLEDまたはレーザでポンピングしたアップコンバート材料(up-converting materials)からの出力のいずれか1つである、請求項1に記載の装置。
- 前記ビーム結合器の前記対角面が、前記半反射面を提供するために空間的に反射性の部分を備えている、請求項1に記載の装置。
- 各リサイクル用ライトパイプと前記ビーム結合器との間に空隙または屈折率の低い接着剤(low index glue)をさらに備えている、請求項1に記載の装置。
- 前記ビーム結合器が、1本の偏光出力ビームを提供するために反射偏光子を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも2つの光源の各々は、ライトパイプの入力端に結合したデュアル放物面状リフレクタ(DPR)ランプであり、前記ライトパイプの出力端は前記リサイクル用ライトパイプの前記入力口に結合している、請求項1に記載の装置。
- 前記ビーム結合器が、光を反射する反射性の出力面と、光を出力するための出力口とを備えている、請求項13に記載の装置。
- 前記光源を少なくとも3つ、前記リサイクル用ライトパイプを少なくとも3つ備える装置であって、前記ビーム結合器は前記リサイクル用ライトパイプの出力を結合して、前記1本の出力ビームを提供する、請求項1に記載の装置。
- 光源としてデュアル放物面状リフレクタ(DPR)ランプを備え、前記反射偏光子は未使用の偏光された光を反射し前記DPRランプに戻してリサイクルすることにより、前記光出力の輝度を増大させる、請求項3に記載の装置。
- 前記光源は前記リサイクル用ライトパイプの入力口に結合した白色LEDであり、投影エンジン、表示パネル、投影レンズ、リレーレンズ、カラーホイールをさらに備え、
前記投影エンジンは、導波管として機能する光学コンポーネントであり、
前記リサイクル用ライトパイプの出力は、前記リレーレンズ、前記表示パネル、前記カラーホイールを介して前記投影エンジン内に結合し、これにより、前記投影レンズによってスクリーン上に投影するための連続したカラー画像が提供される、請求項1,2,4、又は5に記載の装置を組み込んだLEDプロジェクタ。 - 前記表示パネルがデジタルミラーデバイス(DMD)、またはシリコン基板上に液晶を形成した反射型の液晶表示(LCOS)パネルである、請求項17に記載のLEDプロジェクタ。
- 前記LEDにより放出された光の一部分を反射し前記LEDに戻すことで光をリサイクルするリサイクルリフレクタをさらに備え、
前記リサイクルリフレクタは光を出力するための出力口を備えている、請求項17に記載のLEDプロジェクタ。 - 前記LEDは複数の単色LEDまたはマルチカラーLEDを備え、
前記リサイクルリフレクタは1つのLEDからの光を別のLED上に反射することで、リサイクルの効率を高める、請求項19に記載のLEDプロジェクタ。 - 前記リサイクルリフレクタの前記出力口から出た光を、前記リサイクル用ライトパイプ内で合わせるための集光レンズをさらに備える、請求項19に記載のLEDプロジェクタ。
- 前記光源はRGB LEDであり、また、投影エンジンと、表示パネルと、投影レンズと、リレーレンズと、レンズレットアレイと、前記RGB LEDから放出された光の一部分を反射しRGB LEDに戻して光をリサイクルするためのリサイクルリフレクタとをさらに備え、
前記投影エンジンは、導波管として機能する光学コンポーネントであり、
前記リサイクルリフレクタは、前記レンズレットアレイに結合された光を出力するための出力口を備え、
3色の光を時間多重化して、前記投影レンズがスクリーン上に投影するカラー画像を提供するために、前記リサイクル用ライトパイプの出力は、前記リレーレンズと、前記表示パネルと、前記レンズレットアレイとを介して前記投影エンジン内に結合される、請求項1,2,4、又は5に記載の装置を組み込んだLEDプロジェクタ。 - 前記リサイクルリフレクタは出力面を具備した中実の光学コンポーネントであり、
前記リサイクルリフレクタの前記出力面の一部分は、反射面を提供するために反射性被覆材で被覆されており、前記リサイクルリフレクタの前記出力面の残り部分は、前記出力口を提供するために透過性である、請求項19に記載のLEDプロジェクタ。 - 前記光源は複数のLEDと、レンズシステムと、各LEDからの光の一部分を反射し前記複数のLEDに戻し、前記光の残り部分を出力するために前記レンズシステムに結合されるリサイクルリフレクタとを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記レンズシステムが、所定の角度で拡散するように光を出力するように構成されている、請求項24に記載の装置。
- 前記光源が、前記リサイクルリフレクタからの光の残り部分を受光するよう位置決めされた、または、前記レンズシステムから出力された光を受光するように位置決めされた拡散板を備える、請求項24に記載の装置。
- 前記BSCシステムが、一部が反射性である対角線上の境界面を備えている、請求項5に記載の装置。
- 偏光した光出力を提供するために、前記リサイクル用ライトパイプの前記出力端に反射偏光子をさらに備える、請求項5に記載の装置。
- 複数のBSCシステムと、複数のLEDと、TIRを促進するように全ての面を反射可能に研磨した三角プリズムとをさらに備える、請求項5に記載の装置。
- 前記光源としての入力光を提供するLEDと、投影エンジンと、投影レンズと、表示パネルと、レンズレットアレイと、カラーホイールと、リレーレンズと、さらに、前記入力光の一部分を前記レンズレットアレイへ出力し、前記入力光の残り部分を反射し前記LEDに戻してリサイクルするためのリサイクルリフレクタとを備えるLEDプロジェクタであって、
前記投影エンジンは、導波管として機能する光学コンポーネントであり、
前記レンズレットアレイを介した前記リサイクル用ライトパイプの出力としての光を、前記カラーホイール、前記リレーレンズ、前記表示パネルを介して、前記投影エンジンで適切なタイミングで結合させ、これにより、前記投影レンズがスクリーン上に投影する連続したカラー画像が提供される、請求項1,2,4、又は5に記載の装置を組み込んだLEDプロジェクタ。 - 前記レンズレットアレイが円形または矩形アレイに配列されている、請求項30に記載のLEDプロジェクタ。
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