ПРОЕКТОР Российский патент 2015 года по МПК H04N9/31 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к проектору.

Уровень техники

В уровне техники известен проектор, включающий в себя осветитель, включающий в себя устройство с источником света, которое выдает приведенный к параллельному свет, модулятор отраженного света, который модулирует свет из осветителя в соответствии с информацией изображения, и проекционную систему, которая проецирует свет из модулятора света (см., например, патентный источник 1). Проектор согласно уровню техники может проецировать изображение в соответствии с информацией изображения, используя свет из осветителя.

Перечень цитируемой литературы

Патентная литература

Патентный источник 1: JP-A-2010-91927

Сущность изобретения

Техническая задача

Широко известно, что в качестве устройства с источником света в проекторе можно использовать устройство с источником света, включающее в себя твердотельный источник света, который создает свет возбуждения, и флуоресцентный слой, который создает флуоресценцию при возбуждении светом возбуждения. Поскольку устройство с источником света этого типа может быть компактным и легким и может выдавать свет высокой - для размера устройства - яркости, проектор, в котором используется устройство с источником света, имеющее упомянутую конфигурацию, тоже может быть компактным и легким и может выдавать свет высокой - для размера проектора - яркости. Такой проектор удобно использовать в качестве ультракомпактного проектора (называемого пикопроектором), который применяется, например, автономно или в составе другого устройства.

В области техники, относящейся к проекторам, всегда требуется повышение эффективности использования света. В частности, повышение эффективности использования света в ультракомпактном проекторе особенно важно ввиду проблем, являющихся результатом ультракомпактности (например, трудно обеспечить достаточное пространство), затрудняет увеличение яркости.

Решение задачи

Преимуществом некоторых аспектов изобретения является предоставление проектора, выполненного с возможностью дополнительного повышения эффективности использования света.

(1) Проектор в соответствии с аспектом изобретения включает в себя осветитель, включающий в себя устройство с источником света, которое выдает приведенный к параллельному свет и включает в себя следующие компоненты: твердотельный источник света, который создает свет возбуждения, флуоресцентный слой, который создает флуоресценцию из части света возбуждения, излучаемого из твердотельного источника света, и коллиматорную систему, которая приводит к параллельному свет из флуоресцентного слоя; модулятор света, который модулирует свет из осветителя в соответствии с информацией изображения; и проекционную систему, которая проецирует свет из модулятора света. Осветитель дополнительно включает в себя элемент преобразования поляризации, который преобразует свет из устройства с источником света в поляризованный свет, и отражатель, который размещен между устройством с источником света и элементом преобразования поляризации, пропускает свет в окрестности оптической оси устройства с источником света и отражает периферийный свет в отдалении от оптической оси устройства с источником света к флуоресцентному слою.

Проектор согласно аспекту изобретения включает в себя отражатель, который размещен между устройством с источником света и элементом преобразования поляризации. Отражатель пропускает свет в окрестности оптической оси устройства с источником света и отражает периферийный свет в отдалении от оптической оси устройства с источником света к флуоресцентному слою. Поэтому свет возбуждения, содержащийся в периферийном свете, возвращается во флуоресцентный слой. Следовательно, за счет облучения светом возбуждения оказывается возможным дополнительное излучение флуоресценции из флуоресцентного слоя. В результате можно дополнительно повысить эффективность использования света.

Поскольку периферийный свет не используется для проецирования проекционного изображения, во многих случаях - с точки зрения качества света (например, степени его параллелизма), конфигурация согласно аспекту изобретения не снижает эффективность использования света в проекторе в целом.

Поскольку проектор согласно аспекту изобретения включает в себя устройство с источником света, включающее в себя твердотельный источник света, который создает свет возбуждения, и флуоресцентный слой, который создает флуоресценцию посредством облучения светом возбуждения, проектор может быть компактным и легким и излучать свет высокой - для размера проектора - яркости.

Употребляемый здесь термин «приведенный к параллельному свет» не ограничивается только приведенным к параллельному светом в точном смысле этих слов, а включает в себя свет, который можно считать приведенным к практически параллельному свету. Кроме того, в том смысле, в каком он употребляется здесь, термин «приведенный к параллельному» не ограничивается только приведением к параллельному всего света в точном смысле этих слов, а включает в себя создание света, с которым можно работать как с приведенным к практически параллельному светом.

Отражатель может быть установлен в отдалении от элемента преобразования поляризации или может быть установлен соприкасающимся с элементом преобразования поляризации. Отражатель может быть, например, отражающим зеркалом. В альтернативном варианте отражающий слой может быть сформирован непосредственно на поверхности элемента преобразования поляризации, на которую падает свет, в процессе напыления, и этот отражающий слой можно использовать как отражатель.

(2) В проекторе согласно аспекту изобретения отражатель предпочтительно имеет светопропускающую секцию, включающую в себя оптическую ось устройства с источником света, и светоотражающую секцию, имеющую отражающее зеркало, которое окружает светопропускающую секцию.

Вышеописанная конфигурация, которая является простой конфигурацией, позволяет отражать периферийный свет. Кроме того, изменение формы светопропускающей секции позволяет регулировать внешнюю форму света, падающего на оптический элемент в последующем каскаде.

В качестве вышеописанного отражателя могут быть предоставлены, например, четыре отражающих зеркала в форме полос, расположенные вокруг оптической оси (см. фиг. 5, которая будет описана позже), как светоотражающая секция. В этом случае участок, окруженный четырьмя отражающими зеркалами, образует светопропускающую секцию. В альтернативном варианте в качестве светоотражающей секции может быть предоставлено одиночное отражающее зеркало, имеющее внутреннюю полость (например, зеркало в форме оконной рамы или зеркало в форме тора), и расположенное так, что оптическая ось проходит через внутреннюю полость (см. фиг. 8, которая будет описана позже). В этом случае светопропускающую секцию непосредственно образует полость в отражающем зеркале.

(3) В проекторе согласно аспекту изобретения светопропускающая секция предпочтительно имеет прямоугольную форму. Прямоугольная форма предпочтительно имеет центр, который совпадает с оптической осью осветителя. Прямоугольная форма предпочтительно имеет длину по диагонали в диапазоне от 70% эффективного диаметра коллиматорной системы до 110% этого диаметра.

Согласно вышеописанной конфигурации, поскольку длина по диагонали прямоугольной формы находится в диапазоне от 70% эффективного диаметра коллиматорной системы до 110% этого диаметра, свет в окрестности оптической оси отражаться не будет, а отражение периферийного света может быть достаточным.

Причина, по которой длина по диагонали прямоугольной формы находится в пределах вышеописанного диапазона, заключается в том, что, когда упомянутая длина меньше 70%, свет в окрестности оптической оси также в некоторых случаях отражается, что неблагоприятно, а когда эта длина больше 110%, достаточное отражение периферийного света в некоторых случаях оказывается невозможным.

С вышеописанной точки зрения длина по диагонали прямоугольной формы в более предпочтительном варианте находится в диапазоне от 80% эффективного диаметра коллиматорной системы до 105% этого диаметра, а в еще более предпочтительном варианте - в диапазоне от 85% эффективного диаметра коллиматорной системы до 100% этого диаметра.

В проекторе согласно аспекту изобретения светопропускающая секция имеет прямоугольную форму, имеющую центр, который совпадает с оптической осью осветителя. В этом случае, когда светопропускающую секцию используют с оптическим элементом, имеющим прямоугольную область, в пределах которой можно использовать падающий свет (например, с прямоугольным элементом преобразования поляризации и стержнем интегратора, имеющим форму прямоугольного столбика), оптический элемент в последующем каскаде можно использовать наиболее эффективным образом, так как светопропускающая секция и вышеописанная область оптического элемента имеют одну и ту же форму.

Центр прямоугольной формы необязательно совпадает с оптической осью осветителя в точном смысле этих слов, а может быть, по существу, совпадающим с ней. Кроме того, прямоугольная форма включает в себя квадратную форму.

Термин «эффективный диаметр коллиматорной системы» относится к диаметру светового потока из коллиматорной системы, рассматриваемому из плоскости, перпендикулярной оптической оси осветителя.

(4) В проекторе согласно аспекту изобретения коллиматорная система предпочтительно сформирована, по меньшей мере, из двух коллиматорных линз, а, по меньшей мере, одна поверхность из поверхностей, по меньшей мере, двух коллиматорных линз предпочтительно является асферической поверхностью.

Вышеописанная конфигурация обеспечивает точное приведение к параллельному света из флуоресцентного слоя.

Вышеописанная конфигурация также позволяет асферической поверхности регулировать распределение плотности светового потока приведенного к параллельному света.

(5) В проекторе согласно аспекту изобретения коллиматорная система предпочтительно выдает свет, имеющий, по существу, равномерное распределение плотности светового потока.

Вышеописанная конфигурация позволяет обеспечить достаточно равномерное распределение плотности светового потока в плоскости без оптической системы интеграции, вследствие чего получающийся проектор может быть компактнее и легче.

Вышеописанная коллиматорная система может быть сконфигурирована, например, так, чтобы иметь две асферические поверхности, при этом расположенная выше по ходу света асферическая поверхность, по существу, гомогенизирует распределение плотности светового потока, а расположенная ниже по ходу света асферическая поверхность приводит свет к параллельному.

(6) В проекторе согласно аспекту изобретения модулятор света предпочтительно является единственным пропускающим модулятором света.

Вышеописанная конфигурация позволяет упростить оптическую систему, в отличие от случая, в котором используется отражающий модулятор света, или случая, в котором используется множество модуляторов света. В результате, проектор может стать еще компактнее и легче.

В том смысле, каком оно употребляется здесь, слово «пропускающий» означает, что модулятор света является модулятором светопропускающего типа, таким как пропускающий жидкокристаллический модулятор света, и в том смысле, в каком оно употребляется здесь, слово «отражающий» означает, что модулятор света является модулятором светоотражающего типа, таким как отражающий жидкокристаллический модулятор света.

(7) В проекторе согласно аспекту изобретения модулятор света предпочтительно имеет цветовой фильтр.

Вышеописанная конфигурация позволяет проецировать цветное проецируемое изображение, пользуясь лишь одним модулятором света.

(8) В проекторе согласно аспекту изобретения цветовой фильтр предпочтительно сформирован из отражающих дихроичных фильтров.

Вышеописанная конфигурация позволяет отражать цветной свет, который нежелательно пропускать в процессе цветоделения, вследствие чего свет, который может перегревать модулятор света, поглощаться не будет.

Вышеописанная конфигурация также позволяет отражать часть света возбуждения, достигшую цветового фильтра, вследствие чего можно дополнительно повысить эффективность использования света, допуская падение отраженного света возбуждения снова на флуоресцентный слой.

(9) В проекторе согласно аспекту изобретения цветовой фильтр предпочтительно сформирован из цветовых фильтров, скомпонованных по шаблону Байера.

Вышеописанная конфигурация позволяет получить спроецированное изображение с очевидно высоким разрешением.

Вышеописанная конфигурация позволяет сделать так, чтобы количество дихроичных фильтров, которые пропускают зеленый свет через цветовой фильтр и отражают синий свет, было больше, чем количество других цветовых фильтров, вследствие чего оказывается возможным большее отражение синего света, который во многих случаях используется в качестве света возбуждения, и возврат его во флуоресцентный слой.

(10) В проекторе согласно аспекту изобретения оптическая система, простирающаяся от твердотельного источника света до проекционной системы, предпочтительно расположена вдоль прямой линии, если рассматривать эту оптическую систему, по меньшей мере, в одном направлении среди направлений, перпендикулярных оптической оси осветителя.

Вышеописанная конфигурация позволяет иметь проектор простой конфигурации.

Проектору согласно аспекту изобретения можно придать такую конфигурацию, что оптическая система, простирающаяся от твердотельного источника света до проекционной системы, будет располагаться вдоль прямой линии, если рассматривать эту оптическую систему, по меньшей мере, в одном направлении среди направлений, перпендикулярных оптической оси осветителя.

(11) В проекторе согласно аспекту изобретения устройство с источником света предпочтительно включает в себя светоизлучающий диод белого цвета свечения, сформированный из твердотельного источника света и флуоресцентного слоя.

Светоизлучающий диод белого цвета свечения обладает высокой яркостью и высокой надежностью и может создавать свет (красный свет, зеленый свет и синий свет), который можно использовать в качестве белого света, вследствие чего вышеописанная конфигурация обеспечивает проецирование надежного, очень яркого полноцветного изображения.

В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин «белый светоизлучающий диод» относится к устройству, которое включает в себя твердотельный источник света, сформированный из светоизлучающего диода, который создает синий свет, и флуоресцентного слоя, который создает флуоресценцию, содержащую красный свет и зеленый свет, из части синего света, так что это устройство выдает синий свет, прошедший через флуоресцентный слой одновременно с флуоресценцией.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображен проектор согласно варианту осуществления.

На фиг. 2 представлен увеличенный поперечный разрез белого светоизлучающего диода в варианте осуществления.

На фиг. 3 показаны графики, иллюстрирующие характеристику интенсивности излучаемого света твердотельного источника света и характеристику интенсивности излучаемого света люминофора в варианте осуществления.

На фиг. 4 изображено устройство с источником света в варианте осуществления.

На фиг. 5 показан отражатель в варианте осуществления, рассматриваемый с той стороны, где присутствует коллиматорная система.

На фиг. 6 показано увеличенное изображение цветового фильтра в варианте осуществления.

На фиг. 7 показана относительная интенсивность света (относительная интенсивность светового потока) у света, который выходит из проектора согласно варианту осуществления.

На фиг. 8 показан вариант отражателя, рассматриваемого с той стороны, где присутствует коллиматорная система.

Описание вариантов осуществления

Проектор согласно варианту осуществления изобретения будет описан ниже применительно к варианту осуществления, показанному на чертежах.

Вариант осуществления

На фиг. 1 изображен проектор 1000 согласно варианту осуществления. На фиг. 1(a) представлен вид сверху, иллюстрирующий оптическую систему проектора 1000, а на фиг. 1(b) показан жидкокристаллический модулятор 200 света, рассматриваемый с той стороны, где присутствует осветитель 100. На фиг. 1(a) стрелки, проведенные между светоизлучающим диодом 20 белого цвета свечения и жидкокристаллическим модулятором 200 света, приближенно показывают в качестве примера, как проходит свет. Позиции R1, R2, R3 и R4 обозначают четыре отдельные области зоны 210 формирования изображения.

На фиг. 2 представлен увеличенный поперечный разрез светоизлучающего диода 20 белого цвета свечения в варианте осуществления.

На фиг. 3 показаны графики, иллюстрирующие характеристику интенсивности излучаемого света твердотельного источника 24 света и характеристику интенсивности излучаемого света люминофора в варианте осуществления. График, показанный на фиг. 3(a), иллюстрирует характеристику интенсивности излучаемого света твердотельного источника 24 света, а график, показанный на фиг. 3(b), иллюстрирует характеристику интенсивности излучаемого света люминофора, содержащегося во флуоресцентном слое 26. Используемая здесь характеристика интенсивности излучаемого света представляет собой зависимость между интенсивностью излучаемого света и длиной волны излучаемого света, возникающей, когда к источнику света приложено напряжение или свет возбуждения падает на люминофор. По вертикальной оси на фиг. 3 отложена относительная интенсивность излучаемого света, причем на длине волны, где интенсивность излучаемого света достигает максимума, она нормализована к единице. Горизонтальная ось представляет длину волны.

На фиг. 4 изображено устройство 10 с источником света в варианте осуществления. На фиг. 4(a) показано, как свет, излучаемый из светоизлучающего диода 20 белого цвета свечения, приводится к параллельному коллиматорной системой 30. На фиг. 4(b) показаны графики, иллюстрирующие относительную интенсивность света (относительную интенсивность светового потока) у света, который выходит из коллиматорной системы 30. На фиг. 4(c) показана относительная интенсивность света (относительная интенсивность светового потока), характеризующая свет, который выходит из коллиматорной системы 30. Отметим, что лучи света, показанные на фиг. 4(a), отображают то, как свет, излучаемый из светоизлучающего диода 20 белого цвета свечения, приводится к параллельному коллиматорной системой 30, но не отображают плотность светового потока. По вертикальной оси на фиг. 4(b) отложена относительная интенсивность света, который выходит из коллиматорной системы 30, а интенсивность света, идущего вдоль оптической оси, нормализована, равняясь единице. По горизонтальной оси на фиг. 4(b) отложено расстояние от оптической оси. Прямоугольник, очерченный пунктирной линией, на фиг. 4(c) отображает форму светопропускающей секции 42.

На фиг. 5 показан отражатель 40 в варианте осуществления, рассматриваемый с той стороны, где присутствует коллиматорная система 30. Окружность, очерченная пунктирной линией, на фиг. 5, отображает эффективный диаметр коллиматорной системы 30.

На фиг. 6 показано увеличенное изображение цветового фильтра в варианте осуществления. На фиг. 6 на каждом участке, обозначенном символом R, размещен «отражающий дихроичный фильтр, который пропускает красный свет, но отражает свет, имеющий другие цвета». На каждом участке, обозначенном символом G, размещен «отражающий дихроичный фильтр, который пропускает зеленый свет, но отражает свет, имеющий другие цвета». На каждом участке, обозначенном символом B, размещен «отражающий дихроичный фильтр, который пропускает синий свет, но отражает свет, имеющий другие цвета».

На фиг. 7 показана относительная интенсивность света (относительная интенсивность светового потока), характеризующая свет, который выходит из проектора 1000 согласно варианту осуществления.

На чертежах, где изображены оптические системы и оптические элементы, три направления, перпендикулярные друг другу, называются направлением оси z (направлением оптической оси 100ax осветителя 100 на фиг. 1(a) (оптической оси освещения)), направлением оси х (направлением, параллельным плоскости взгляда на фиг. 1(a) и перпендикулярным оси z), и направлением оси y (направлением, перпендикулярным плоскости взгляда на фиг. 1(a) и перпендикулярным оси z).

На фиг. 4(b) график, начерченный сплошной линией, иллюстрирует относительную интенсивность света в плоскости, параллельной осям y и z (плоскости yz), а график, начерченный пунктирной линией, иллюстрирует относительную интенсивность света в плоскости, параллельной осям x и z (плоскости xz).

Проектор 1000 согласно варианту осуществления включает в себя осветитель 100, жидкокристаллический модулятор 200 света и проекционную систему 300, как показано на фиг. 1(a). Проектор 1000 проецирует полноцветное изображение с использованием красного света, зеленого света и синего света. Проектор 1000 представляет собой однопанельный проектор, включающий в себя в качестве модулятора света один жидкокристаллический модулятор 200 света, который представляет собой пропускающий модулятор света.

В проекторе 1000, рассматриваемом, по меньшей мере, вдоль одного из направлений, перпендикулярных оптической оси 100ax (например, направления, вдоль которого рассматривают фиг. 1(a)), оптическая система, простирающаяся от твердотельного источника 24 света (который будет описан позже) до проекционной системы 300, расположена вдоль прямой линии.

Осветитель 100 включает в себя устройство 10 с источником света, отражатель 40 и элемент 50 преобразования поляризации. Осветитель 100 выдает свет освещения, содержащий красный свет, зеленый свет и синий свет (то есть свет, который можно использовать в качестве белого света).

Устройство 10 с источником света включает в себя светоизлучающий диод 20 белого цвета свечения и коллиматорную систему 30 и выдает приведенный к параллельному свет.

Светоизлучающий диод 20 белого цвета свечения, который является диодом ламбертовского типа излучения, включает в себя подложку 22, твердотельный источник 24 света, флуоресцентный слой 26 и герметизирующий элемент 28 и излучает свет, содержащий красный свет, зеленый свет и синий свет. Светоизлучающий диод 20 белого цвета свечения дополнительно включает в себя проволочные выводы и другие компоненты, а также вышеописанные компоненты, но эти другие компоненты не будут изображены или описаны.

В качестве альтернативы, в проекторе согласно варианту осуществления изобретения возможно использование множества светоизлучающих диодов 20 белого цвета свечения.

Подложка 22 представляет собой компонент, на котором размещены твердотельный источник 24 света, флуоресцентный слой 26 и герметизирующий элемент 28, прозрачный для видимого света. Хотя это и не показано подробно, подложка 22 также имеет функцию передачи подаваемой электрической энергии в твердотельный источника 24 света, функцию рассеивания тепла в твердотельном источнике 24 света и другие функции.

Твердотельный источник 24 света сформирован из светоизлучающего диода, который создает синий свет (пики интенсивности излучаемого света на уровне примерно 460 нм, см. фиг. 3(a)), служащий не только в качестве света возбуждения, но и в качестве цветного света.

Флуоресцентный слой 26 создает флуоресценцию посредством части синего света, излучаемого из твердотельного источника 24 света. В частности, флуоресценция, содержащая красный свет (пики интенсивности излучаемого света на уровне примерно 610 нм) и зеленый свет (пики интенсивности излучаемого света на уровне примерно 550 нм), получается из части синего света (см. фиг. 3(b)).

Таким образом, светоизлучающий диод 20 белого цвета свечения излучает свет, содержащий синий свет, который не используется при создании флуоресценции, но проходит через флуоресцентный слой 26 одновременно с флуоресценцией (красным светом и зеленым светом) (то есть получается свет, который можно использовать в качестве белого света).

Флуоресцентный слой 26 образован слоем, содержащим, например, люминофор на основе алюмоиттриевого граната (АИГ). В альтернативном варианте флуоресцентный слой может содержать любой другой подходящий люминофор (такой как люминофор на основе силиката и люминофор на основе алюмотербиевого граната (АТГ)). В еще одном альтернативном варианте флуоресцентный слой может содержать люминофор, который преобразует свет возбуждения в красный свет (например, CaAlSiN₃ - люминофор красного цвета свечения), и люминофор, который преобразует свет возбуждения в зеленый свет (например, бета-сиалон - люминофор зеленого цвета свечения).

Поскольку синий свет, который не используется при создании флуоресценции, но проходит через флуоресцентный слой 26, рассеивается или отражается флуоресцентным слоем 26, светоизлучающий диод 20 белого цвета свечения излучает свет, имеющий характеристику распределения, по существу, аналогичную характеристике распределения флуоресценции.

Коллиматорная система 30 представляет собой оптический элемент, который приводит к параллельному свет из светоизлучающего диода 20 белого цвета свечения и сформирован из двух коллиматорных линз (первой линзы 32 и второй линзы 34), как показано на фиг. 1(a) и 4(a). В коллиматорной системе 30 первая линза 32 представляет собой менисковую выпуклую линзу, имеющую сферическую поверхность 31, на которую падает свет, и асферическую поверхность 33, с которой выходит свет, а вторая линза 34 представляет собой асферическую двояковыпуклую линзу, имеющую асферическую поверхность 35, на которую падает свет, и асферическую поверхность 36, с которой выходит свет, как показано на фиг. 4(a). Следовательно, коллиматорная система 30 удовлетворяет условию, заключающемуся в том, что, по меньшей мере, одна из поверхностей, по меньшей мере, двух коллиматорных линз является асферической поверхностью. Коллиматорная система 30 выдает свет, имеющий, по существу, равномерное распределение плотности светового потока, как показано на фиг. 4(b) и 4(c).

Формы первой и второй линз не ограничиваются теми, которые описаны выше, а количество линз, которые образуют коллиматорную систему, в альтернативном варианте может быть равно единице, или трем, или более.

Отражатель 40, который размещен между устройством 10 с источником света и элементом 50 преобразования поляризации, как показано на фиг. 1(a), пропускает свет в окрестности оптической оси устройства 10 с источником света (которая совпадает с оптической осью 100ax освещения в проекторе 1000) и отражает периферийный свет в отдалении от оптической оси устройства 10 с источником света к флуоресцентному слою 26. Отражатель 40 имеет светопропускающую секцию 42, включающую в себя оптическую ось 100ax освещения, и светоотражающую секцию 44, включающую в себя отражающие зеркала 45, 46, 47 и 48, которые окружают светопропускающую секцию 42, как показано на фиг. 5. Отражатель 40 размещен так, что оказывается установленным в отдалении от элемента 50 преобразования поляризации.

Светопропускающая секция 42 имеет прямоугольную форму, имеющую центр, который совпадает с оптической осью 100ax освещения. Длина по диагонали L прямоугольной формы находится в диапазоне от 70% эффективного диаметра коллиматорной системы 30 до 110% этого диаметра, например составляет около 85% этого диаметра.

В варианте осуществления прямоугольная форма задана такой, что отношение длины в горизонтальном направлении (направлении оси x) к длине в вертикальном направлении (направлении оси y) составляет 8:9. Отметим, что форма светопропускающей секции в изобретении не ограничивается той, которая описана выше, а может быть любой формой согласно конфигурации проектора.

Отражающие зеркала 45, 46, 47 и 48 в светоотражающей секции 44 размещены вокруг оптической оси 100ах освещения.

Элемент 50 преобразования поляризации преобразует свет, прошедший через светопропускающую секцию 42 отражателя 40, в поляризованный свет.

Элемент 50 преобразования поляризации имеет слой разделения поляризации, который напрямую пропускает одну составляющую линейно поляризованного света, содержащуюся в падающем свете, и отражает другую составляющую линейно поляризованного света в направлении, перпендикулярном оптической оси 100ах освещения, отражающий слой, который отражает упомянутую другую составляющую линейно поляризованного света, отраженную от слоя разделения поляризации в направлении, параллельном оптической оси 100ах освещения, и пластинку в целую волну, которая преобразует упомянутую другую составляющую линейно поляризованного света, отраженную отражающим слоем, в упомянутую одну составляющую линейно поляризованного света.

Форма светопропускающей секции 42 является такой же, как форма области, в которой элемент 50 преобразования поляризации может преобразовывать свет.

Упомянутая одна составляющая линейно поляризованного света, которая непосредственно проходит через слой разделения поляризации элемента 50 преобразования поляризации, падает на области R2 и R3 зоны 210 формирования изображения, как показано на фиг. 1. С другой стороны, упомянутая другая составляющая линейно поляризованного света, отраженная слоем разделения поляризации и проходящая через пластинку в целую волну, преобразуется в упомянутую одну составляющую линейно поляризованного света, а затем падает на области R1 и R4 зоны 210 формирования изображения.

Поскольку элемент 50 преобразования поляризации имеет вышеописанную конфигурацию, горизонтальная ширина (ширина в направлении оси x) светового потока, прошедшего через элемент 50 преобразования поляризации, вдвое превышает горизонтальную ширину светового потока перед прохождением через элемент 50 преобразования поляризации, как показано на фиг. 1. Поскольку световой поток, проходящий через светопропускающую секцию 42, имеет отношение горизонтальной длины к вертикальной длине, составляющее 8:9, световой поток, прошедший через элемент 50 преобразования поляризации, имеет отношение, составляющее 16:9.

Жидкокристаллический модулятор 200 света модулирует свет из осветителя 100 в соответствии с информацией изображения, чтобы сформировать полноцветное изображение. Жидкокристаллический модулятор 200 света размещен непосредственно после элемента 50 преобразования поляризации, как показано на фиг. 1. В вышеописанной конфигурации величину потери света и величину возмущения направления поляризации можно уменьшить, вследствие чего можно дополнительно повысить эффективность использования света.

Жидкокристаллический модулятор 200 света включает в себя цветовой фильтр. Цветовой фильтр имеет отражающие дихроичные фильтры, скомпонованные по шаблону Байера (см. фиг. 6), и служит в качестве цветоделительной системы, которая на основе пикселей разделяет свет из осветителя 100 на красный свет, зеленый свет и синий свет. Отметим, что в качестве цветоделительной системы можно использовать любую другую подходящую цветоделительную систему.

Жидкокристаллический модулятор 200 света дополнительно включает в себя поляризатор (не показан), расположенный со стороны, на которую падает свет, и заключенный между жидкокристаллическим модулятором света и элементом 50 преобразования поляризации, и поляризатор (не показан), расположенный со стороны, с которой выходит свет, заключенный между жидкокристаллическим модулятором света и проекционной системой 300. Поляризатор, расположенный со стороны, на которую падает свет, жидкокристаллический модулятор света и поляризатор, расположенный со стороны, с которой выходит свет, модулируют падающий окрашенный свет.

Сам жидкокристаллический модулятор света представляет собой пропускающий жидкокристаллический модулятор света, в котором жидкокристаллический материал, являющийся электрооптическим материалом, заключен и герметизирован между парой прозрачных стеклянных подложек. Например, в качестве переключающего устройства для модуляции - в соответствии с заданным сигналом изображения - направления поляризации одного типа линейно поляризованного света, падающего из поляризатора, расположенного со стороны, на которую падает свет, используют тонкопленочный транзистор (ТПТ) из поликристаллического кремния.

В зоне 210 формирования изображения жидкокристаллического модулятора 200 света отношение горизонтальной длины (длины в направлении оси х) к вертикальной длине (длине в направлении оси y) составляет 16:9, как показано на фиг. 1(b).

Проекционная система 300 проецирует полноцветное изображение, выдаваемое из жидкокристаллического модулятора 200 света, и формирует проецированное изображение на экране Э.

Проектор 1000 может проецировать проекционное изображение, имеющее, по существу, равномерное распределение интенсивности света по области проецирования экрана Э, как показано на фиг. 7.

Далее будут описаны полезные эффекты, обеспечиваемые проектором 1000 согласно варианту осуществления.

Проектор 1000 согласно варианту осуществления включает в себя отражатель 40. Отражатель 40 размещен между устройством 10 с источником света и элементом 50 преобразования поляризации, пропускает свет в окрестности оптической оси устройства 10 с источником света и отражает периферийный свет в отдалении от оптической оси устройства 10 с источником света к флуоресцентному слою 26. Следовательно, свет возбуждения, содержащийся в периферийном свете, возвращается во флуоресцентный слой. Вследствие этого за счет облучения светом возбуждения оказывается возможным дополнительное излучение флуоресценции из флуоресцентного слоя. В результате можно дополнительно повысить эффективность использования света.

Поскольку проектор 1000 согласно варианту осуществления включает в себя устройство 10 с источником света, которое включает в себя твердотельный источник 24 света, создающий свет возбуждения, и флуоресцентный слой 26, который создает флуоресценцию за счет облучения светом возбуждения, проектор 1000 может быть компактным и легким и может излучать свет высокой - для размера проектора - яркости.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как отражатель 40 имеет светопропускающую секцию 42, включающую в себя оптическую ось устройства 10 с источником света, и светоотражающую секцию 44, включающую в себя отражающие зеркала 45, 46, 47 и 48, которые окружают светопропускающую секцию 42, периферийный свет может быть отражен с помощью простой конфигурации.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как длина по диагонали прямоугольной формы находится в диапазоне от 70% эффективного диаметра коллиматорной системы 30 до 110% этого диаметра, свет в окрестности оптической оси отражаться не будет, а отражение периферийного света может быть достаточным.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как светопропускающая секция 42 имеет прямоугольную форму, имеющую центр, который совпадает с оптической осью осветителя (оптической осью 100ах освещения), оптический элемент в последующем каскаде можно использовать наиболее эффективным образом.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как коллиматорная система 30 сформирована, по меньшей мере, из двух коллиматорных линз и, по меньшей мере, одна из их поверхностей является асферической поверхностью, свет из флуоресцентного слоя можно приводить к параллельному точно.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как коллиматорная система 30 сформирована, по меньшей мере, из двух коллиматорных линз, и, по меньшей мере, одна из их поверхностей является асферической поверхностью, эта асферическая поверхность может регулировать распределение плотности светового потока приведенного к параллельному света.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как коллиматорная система 30 выдает свет, имеющий, по существу, равномерное распределение плотности светового потока, распределение интенсивности света, которое является достаточно равномерным, обеспечивается без оптической системы интеграции или другой аналогичной оптической системы, вследствие чего получающийся проектор может быть компактнее и легче.

Поскольку проектор 1000 согласно варианту осуществления в качестве модулятора света включает в себя единственный светопередающий модулятор (жидкокристаллический модулятор 200 света), оптическую систему можно упростить, в отличие от случая, в котором используется отражающий модулятор света, или случая, в котором предусматривается множество модуляторов. В результате проектор может быть еще более компактным и легким.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как модулятор света включает в себя цветовые фильтры, цветное проецируемое изображение можно проецировать, пользуясь лишь одним модулятором света.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как цветовой фильтр сформирован из отражающих дихроичных фильтров, окрашенный свет, который нежелательно пропускать в процессе цветоделения, можно отражать, вследствие чего окрашенный свет, который может перегревать модулятор света, поглощаться не будет.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как цветовой фильтр сформирован из отражающих дихроичных фильтров, часть света возбуждения, достигшую цветового фильтра, можно отражать, вследствие чего можно дополнительно повысить эффективность использования света, допуская падение отраженного света возбуждения снова на флуоресцентный слой.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления цветовой фильтр сформирован из цветовых фильтров, скомпонованных по шаблону Байера, спроецированное изображение может иметь, очевидно, высокое разрешение.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления цветовой фильтр сформирован из цветовых фильтров, скомпонованных по шаблону Байера, количество дихроичных фильтров, которые пропускают зеленый свет и отражают синий свет, больше, чем количество других цветовых фильтров, вследствие чего возможно большее отражение синего света, который во многих случаях используется в качестве света возбуждения, и возврат его во флуоресцентный слой.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как оптическая система, простирающаяся от твердотельного источника 24 света до проекционной системы 300, расположена вдоль прямой линии - если рассматривать эту оптическую систему, по меньшей мере, в одном из направлений, перпендикулярных оптической оси осветителя 100, проектор может иметь простую конфигурацию.

В проекторе 1000 согласно варианту осуществления, так как устройство 10 с источником света включает в себя светоизлучающий диод 20 белого цвета свечения, включающий в себя твердотельный источник 24 света и флуоресцентный слой 26, можно проецировать надежное полноцветное изображение высокой яркости.

Изобретение описано со ссылками на вышеупомянутый вариант осуществления, но не ограничивается им. Изобретение может быть воплощено во множестве аспектов при условии, что они не выходят за рамки сущности изобретения. Например, в рамках объема изобретения оказываются следующие варианты.

(1) Размеры, количество, материал и форма каждого из компонентов, описанных в вышеупомянутом варианте осуществления, представлены в качестве примера, и их можно изменять в той степени, в какой это не окажет негативного влияния на полезные эффекты изобретения.

(2) В вышеупомянутом варианте осуществления используется светоотражающая секция 44, включающая в себя четыре прямоугольных отражающих зеркала 45, 46, 47 и 48, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. На фиг. 8 показан вариант отражателя 41, рассматриваемого с той стороны, где присутствует коллиматорная система 30. Например, можно использовать светоотражающую секцию, образованную единственным отражающим зеркалом, имеющим форму с внутренней полостью (форму оконной рамы), как показано на фиг. 8.

(3) Устройство 10 с источником света в варианте осуществления выдает «свет, который можно использовать в качестве белого света", но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Устройство с источником света может выдавать свет, отличающийся от «света, который можно использовать в качестве белого света" (например, свет, содержащий большую долю составляющей света конкретного цвета).

(4) В вышеупомянутом варианте осуществления используется твердотельный источник 24 света, который создает синий свет, имеющий пик интенсивности излучаемого света на уровне примерно 460 нм, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Например, можно использовать твердотельный источник света, который создает синий свет, имеющий пик интенсивности излучаемого света в диапазоне от 440 до 450 нм. Использование такого источника света позволяет повысить эффективность создания флуоресценции в люминофоре.

(5) В вышеупомянутом варианте осуществления в качестве твердотельного источника света используется твердотельный источник 24 света, образованный светоизлучающим диодом, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Например, твердотельный источник света может быть полупроводниковым лазером.

(6) В вышеупомянутом варианте осуществления используется пропускающий проектор, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Например, можно использовать отражающий проектор.

(7) Вышеупомянутый вариант описан со ссылками на проектор, в котором используется единственный модулятор света, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Изобретение также применимо к проектору, в котором используются два или более модуляторов света.

(8) Изобретение применимо не только к проектору, который работает по методу проекции спереди и проецирует проекционное изображение со стороны, где оно наблюдается, но и к проектору, который работает по методу проекции сзади и проецирует проекционное изображение со стороны, противоположной той, где оно наблюдается.

(9) В вышеупомянутом варианте осуществления используется отражатель 40, установленный в отдалении от элемента 50 преобразования поляризации, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Можно использовать отражатель, установленный примыкающим к элементу преобразования поляризации. Кроме того, в качестве отражателя (светоотражающей секции) в вышеупомянутом варианте осуществления используются отражающие зеркала, но изобретению необязательно придавать такую конфигурацию. Например, отражающий слой можно формировать в процессе напыления непосредственно на поверхности, на которую падает свет, элемента преобразования поляризации, и этот отражающий слой можно использовать в качестве отражателя.

Перечень позиций чертежей

10 Устройство с источником света

20 Светоизлучающий диод белого цвета свечения

22 Подложка

24 Твердотельный источник света

26 Флуоресцентный слой

28 Герметизирующий элемент

30 Коллиматорная система

31 Поверхность, на которую падает свет, первой линзы

32 Первая линза

33 Поверхность, с которой излучается свет, первой линзы

34 Вторая линза

35 Поверхность, на которую падает свет, второй линзы

36 Поверхность, с которой излучается свет, второй линзы

40 Отражатель

42 Светопропускающая секция

44, 49 Светоотражающая секция

45, 46, 47, 48 Отражающее зеркало

50 Элемент преобразования поляризации

100 Осветитель

100ax Оптическая ось освещения

200 Жидкокристаллический модулятор света

210 Зона формирования изображения

300 Проекционная система

1000 Проектор

Э Экран

Изобретение относится к проекционной технике. Устройство включает в себя твердотельный источник света с флуоресцентным слоем, элемент преобразования поляризации и отражатель, который размещен между устройством с источником света и элементом преобразования поляризации. Отражатель пропускает свет в окрестности оптической оси устройства с источником света и отражает периферийный свет в отдалении от оптической оси устройства с источником света к флуоресцентному слою. Технический результат - повышение эффективности использования света и обеспечение поляризованного света с большей апертурой.10 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Проектор, содержащий:
осветитель, включающий в себя устройство с источником света, которое выдает приведенный к параллельному свет и включает в себя следующие компоненты:
твердотельный источник света, который создает свет возбуждения, флуоресцентный слой, который создает флуоресценцию из части света возбуждения, излучаемого из твердотельного источника света, и коллиматорную систему, которая приводит к параллельному свет из флуоресцентного слоя;
модулятор света, который модулирует свет из осветителя в соответствии с информацией изображения; и
проекционную систему, которая проецирует свет из модулятора света,
причем осветитель дополнительно включает в себя
элемент преобразования поляризации, который преобразует свет из устройства с источником света в поляризованный свет, и
отражатель, который размещен между устройством с источником света и элементом преобразования поляризации, пропускает свет в окрестности оптической оси устройства с источником света и отражает периферийный свет в отдалении от оптической оси устройства с источником света к флуоресцентному слою.

2. Проектор по п.1,
в котором отражатель имеет светопропускающую секцию, включающую в себя оптическую ось устройства с источником света, и светоотражающую секцию, имеющую отражающее зеркало, которое окружает светопропускающую секцию.

3. Проектор по п.2,
в котором светопропускающая секция имеет прямоугольную форму, прямоугольная форма имеет центр, который совпадает с оптической осью осветителя, и прямоугольная форма имеет длину по диагонали в диапазоне от 70% эффективного диаметра коллиматорной системы до 110% этого диаметра.

4. Проектор по п.1,
в котором коллиматорная система сформирована из по меньшей мере двух коллиматорных линз, а по меньшей мере одна поверхность из поверхностей упомянутых по меньшей мере двух коллиматорных линз является асферической поверхностью.

5. Проектор по п.4,
в котором коллиматорная система выдает свет, имеющий, по существу, равномерное распределение плотности светового потока.

6. Проектор по п.1,
в котором модулятор света является единственным пропускающим модулятором света.

7. Проектор по п.6,
в котором модулятор света имеет цветной фильтр.

8. Проектор по п.7,
в котором цветовой фильтр сформирован из отражающих дихроичных фильтров.

9. Проектор по п.8,
в котором цветовой фильтр сформирован из цветовых фильтров, скомпонованных по шаблону Байера.

10. Проектор по п.1,
в котором оптическая система, простирающаяся от твердотельного источника света до проекционной системы, расположена вдоль прямой линии, если рассматривать эту оптическую систему в по меньшей мере одном направлении среди направлений, перпендикулярных оптической оси осветителя.

11. Проектор по п.1,
в котором устройство с источником света включает в себя светоизлучающий диод белого цвета свечения, сформированный из твердотельного источника света и флуоресцентного слоя.