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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】投影ディスプレイ装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/00 20060101AFI20241008BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20241008BHJP
F21V 7/00 20060101ALI20241008BHJP
F21V 9/20 20180101ALI20241008BHJP
F21V 9/14 20060101ALI20241008BHJP
F21V 29/503 20150101ALI20241008BHJP
F21V 29/56 20150101ALI20241008BHJP
F21V 29/67 20150101ALI20241008BHJP
F21V 29/508 20150101ALI20241008BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20241008BHJP
G03B 21/16 20060101ALI20241008BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20241008BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20241008BHJP
F21Y 113/13 20160101ALN20241008BHJP
【ＦＩ】
G03B21/00 E
F21S2/00 340
F21V7/00 570
F21V9/20
F21V9/14
F21S2/00 330
F21S2/00 377
F21V29/503
F21V29/56
F21V29/67
F21V29/508
F21S2/00 375
G03B21/14 A
G03B21/14 Z
G03B21/16
H04N5/74 A
F21Y115:30
F21Y113:13
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022565981
(86)(22)【出願日】2021-03-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-02
(86)【国際出願番号】 CN2021082502
(87)【国際公開番号】W WO2021218499
(87)【国際公開日】2021-11-04
【審査請求日】2022-12-07
(31)【優先権主張番号】202010368408.X
(32)【優先日】2020-04-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】503433420
【氏名又は名称】華為技術有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｕａｗｅｉ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｂａｎｔｉａｎ， Ｌｏｎｇｇａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８１２９， Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ヤン，レェバオ
(72)【発明者】
【氏名】シエ，ジツォン
(72)【発明者】
【氏名】ティエン，ボ
(72)【発明者】
【氏名】ジャン，ジン
(72)【発明者】
【氏名】ジャオ，フェイ
(72)【発明者】
【氏名】ジャン，ジンフェイ
(72)【発明者】
【氏名】シエ，ジェンリン
【審査官】西田 光宏
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１７５０５１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１４９４１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１６１９３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－０９８４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０３１４３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０７５５６３８２（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２００２／０１７６０５４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２１３３３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１２／０８６０１１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｋ ９／００－９／９０
Ｆ２１Ｓ ２／００－４５／７０
Ｆ２１Ｖ １／００－９９／００
Ｆ２１Ｙ １１５／３０
Ｆ２１Ｙ １１３／１３
Ｇ０２Ｂ ５／００－５／１３６
Ｇ０２Ｂ ５／２０－５／３０
Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０
Ｇ０３Ｂ ２１／００－２１／１０
Ｇ０３Ｂ ２１／１２－２１／１３
Ｇ０３Ｂ ２１／１３４－２１／３０
Ｇ０３Ｂ ３３／００－３３／１６
Ｈ０４Ｎ ５／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
投影ディスプレイ装置であって、当該投影ディスプレイ装置は、光学機械モジュールを備え、該光学機械モジュールは、直線偏光された光を放射するよう構成される光源を備える、発光モジュールと、
変調構成要素を備える変調モジュールと、を備え、前記変調構成要素は、光結合プリズム及びＬＣＯＳ変調器を備え、前記ＬＣＯＳ変調器は、変調された光及び変調されていない光を生成するよう構成され、
前記光結合プリズムは、４つの矩形プリズムを備え、前記光結合プリズムは、前記４つの矩形プリズムによって形成される４つの側面と４つの交差面を有し、
前記ＬＣＯＳ変調器は、第１ＬＣＯＳ変調器、第２ＬＣＯＳ変調器及び第３ＬＣＯＳ変調器を備え、前記第１ＬＣＯＳ変調器、前記第２ＬＣＯＳ変調器及び前記第３ＬＣＯＳ変調器は、それぞれ、３つの異なる側面の発光側に配置され、
前記光源は白色光を形成するよう構成され、前記白色光は、前記４つの側面のうちの１つの側面から前記光結合プリズムに入射し、前記４つの交差面のうちの第１の２つは、前記光結合プリズムにおいて前記光源から放射される前記白色光を分裂させるよう構成され、前記４つの交差面のうちの別の２つは、前記光結合プリズムにおいて前記分裂された光を結合するよう構成され、
前記光源は、赤色光を放射するよう構成される赤色レーザ光源と、緑色光を放射するよう構成される緑色レーザ光源と、青色光を放射するよう構成される青色レーザ光源とを備え、
前記発光モジュールは、均一な光プリズムと、赤色光、緑色光及び青色光のビームを結合するよう構成されるビーム結合構成要素とを更に備え、前記均一な光プリズムは、前記緑色レーザ光源の発光側に、前記緑色レーザ光源と、前記緑色レーザ光源に対応する前記ビーム結合構成要素との間に配置され、レーザ投影中にスペックルを弱めるよう構成される、
投影ディスプレイ装置。
【請求項2】
前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光のうちの単色光の１つのビームが第１直線偏光状態にあり、前記単色光の他の２つのビームが第２直線偏光状態にあり、前記第１直線偏光状態及び前記第２直線偏光状態は異なり、前記光源は、前記第１直線偏光状態の単色光の１つのビームと、前記第２直線偏光状態の単色光の２つのビームとを使用して前記白色光を形成する、請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項3】
前記第１の２つの交差面は、偏光ビーム分裂面であり、前記別の２つの交差面は、ダイクロイック面であり、前記偏光ビーム分裂面と前記ダイクロイック面は、交互に配置される、請求項２に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項4】
異なる直線偏光状態を有する単色光の２つのビームを分裂させることができる偏光ビーム分裂面上に配置される金属ワイヤグリッドを更に備える、請求項３に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項5】
２つの偏光ビーム分裂面上に配置される金属ワイヤグリッドを更に備える、請求項３に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項6】
前記均一な光プリズムは、前記緑色レーザ光源及び前記赤色レーザ光源の各々の光出力側に配置される、請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項7】
前記均一な光プリズムは、順番に配置される複数の平行四辺形プリズムを備え、半透明及び半反射膜が、各平行四辺形プリズムのベベルエッジに配置され、前記平行四辺形プリズムの水平側の長さは、前記平行四辺形プリズムに入射する入射光のコヒーレンス長より大きい、
請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項8】
前記平行四辺形プリズムの水平エッジに沿って対称に配置される均一な光プリズムの２つの列を更に備える、請求項７に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項9】
前記発光モジュールは、前記光源の光路に沿って順次配置される、前記ビーム結合構成要素の後に続く第１フォーカスレンズと、拡散ホイールと、コリメートレンズとを更に備える、
請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項10】
前記変調モジュールは、均一な光構成要素を更に備え、前記均一な光構成要素は、連続的に、光路に沿って複眼レンズアレイ及びフォーカスレンズを備え、前記複眼レンズアレイは、前記コリメートレンズの発光側に配置され、前記変調構成要素は、前記フォーカスレンズの発光側に配置される、請求項９に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項11】
当該投影ディスプレイ装置は、冷却モジュール及び制御モジュールを更に備え、前記冷却モジュールは、前記光学機械モジュール及び前記制御モジュールを冷却するよう構成され、前記制御モジュールは、前記光学機械モジュール及び前記冷却モジュールを動作させるように制御するよう構成される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項12】
前記冷却モジュールは、空冷モジュール及び液冷モジュールを備え、前記空冷モジュールは、前記発光モジュール及び前記変調モジュールと対向し、前記液冷モジュールは、放熱パッチを備え、前記放熱パッチは、前記光源の外側に取り付けられる、請求項１１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項13】
当該投影ディスプレイ装置は、ハウジングを更に備え、前記光学機械モジュール、前記冷却モジュール及び前記制御モジュールは、前記ハウジング内に収容される、請求項１１に記載の投影ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、投影ディスプレイ技術の分野に関し、特に、投影ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
既存の投影ディスプレイ装置は、一般に、互いに連続的に接続される発光モジュール、変調モジュール及びレンズモジュールを含む。発光モジュールによって放射された光が変調モジュールによって変調された後、光は、レンズモジュールによって、画像を表示するために特定の位置（例えば画面）に投影される。
【0003】
しかしながら、関連技術においては、Ｌコス又は反射型液晶ライトバルブ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ、ＬＣＯＳ）変調器に基づく変調モジュールは、一般に、複数の偏光ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）及び１つの光結合プリズム（ｌｉｇｈｔ－ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｒｉｓｍ）（Ｘプリズムとも呼ばれる）を使用してビームを結合し、したがって、比較的大量の構成部品を必要とし、比較的複雑な構造を有する。
【0004】
したがって、現在、前述の問題を解決するために投影ディスプレイ装置が緊急に必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本出願は、関連技術における変調モジュールが比較的大量の構成部品と比較的複雑な構造を有するという問題を解決するために、投影ディスプレイ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本出願の実施形態は投影ディスプレイ装置を提供する。投影ディスプレイ装置は光学機械モジュールを含む。光学機械モジュールは発光モジュールと変調モジュールを含む。発光モジュールは、直線偏光された光を放射するよう構成される光源を含む。変調モジュールは変調構成要素を含む。変調構成要素は、光結合プリズム（ｌｉｇｈｔ－ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｒｉｓｍ）とＬＣＯＳ変調器を含む。ＬＣＯＳ変調器は、変調された光及び変調されていない光を生成するよう構成される。光結合プリズムは、４つの矩形プリズムを含む。光結合プリズムは、４つの矩形プリズムによって形成される４つの側面（ｓｉｄｅｓ）と４つの交差面（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｅｓ）を有する。ＬＣＯＳ変調器は、第１ＬＣＯＳ変調器、第２ＬＣＯＳ変調器及び第３ＬＣＯＳ変調器を含む。第１ＬＣＯＳ変調器、第２ＬＣＯＳ変調器及び第３ＬＣＯＳ変調器は、それぞれ、３つの異なる側面の発光側（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｓｉｄｅｓ）に配置される。４つの交差面のうちの少なくとも２つは、光結合プリズムにおいて光源から放射される光を分裂させるよう構成される、４つの交差面のうちの少なくとも２つは、光結合プリズムにおいて光源から放射される光を結合するよう構成される。
【0007】
光が光結合プリズムに入射した後、ビーム分裂（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）が、４つの交差面内の２つの交差面を使用することによって実装される、すなわち、光は赤色光、緑色光及び青色光に分解される。分解後に得られる単色光は、ＬＣＯＳ変調器の反対に配置される側面を通過した後、変調のために各ＬＣＯＳ変調器に入り、変調された単色光は、次いで、各ＬＣＯＳ変調器の反対に配置される側面を通過した後、光結合プリズムに入って光を結合し、結合された光が、側面のうちの１つから放射される。本出願の変調モジュールにおける光結合構成要素は、光結合プリズム及びＬＣＯＳ変調器のみを含む、すなわち、複数の偏光ビームスプリッタは省略される。このようにして、光結合構成要素の構成部品を減らすことができ、構造は簡単であり、そのため、投影ディスプレイ装置の製造コスト及び形成サイズを低減することができる。
【0008】
可能な設計では、光源は、赤色光を放射するよう構成される赤色レーザ光源と、緑色光を放射するよう構成される緑色レーザ光源と、青色光を放射するよう構成される青色レーザ光源とを含む。赤色光、緑色光及び青色光のうちの単色光の１つのビームが第１直線偏光状態にあり、単色光の他の２つのビームが第２直線偏光状態にあり、第１直線偏光状態及び第２直線偏光状態は異なる。第１直線偏光状態を有する単色光の１つのビームと、第２直線偏光状態を有する単色光の２つのビームとを使用して白色光を形成し、そのため、白色光は、第１高透明表面（ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）又は第２高透明表面から光結合プリズムに入射することができ、光結合プリズムから第３高透明表面又は第４高透明表面を通って放射されることができる。
【0009】
可能な設計では、２つの交差面は、偏光ビーム分裂面であり、他の２つの交差面は、ダイクロイック面であり、偏光ビーム分裂面とダイクロイック面は、交互に配置される。このようにして、白色光の分裂と結合を実装することができる。
【0010】
可能な設計では、金属ワイヤグリッドが、異なる直線偏光状態を有する単色光の２つのビームを分裂させることができる偏光ビーム分裂面上に配置される。このようにして、青色光と緑色光のビーム分裂効果（すなわち、Ｐ状態の光を透過させ、Ｓ状態の光を反射させる）はより良好であるか又はビーム分裂角度が大きい。
【0011】
可能な設計では、金属ワイヤグリッドは、２つの偏光ビーム分裂面上に配置される。このようにして、赤色光の偏光ビーム分裂効果はより良好であり得る。
【0012】
可能な設計では、発光モジュールは、均一な光プリズム（ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｉｇｈｔ ｐｒｉｓｍ）を更に含み、均一な光プリズムは、緑色レーザ光源の発光側に配置され、均一な光プリズムは、レーザ投影中にスペックルを弱めるよう構成される。均一な光プリズムを配置することによって、レーザ投影中のスペックルを弱めることができる。
【0013】
可能な設計では、均一な光プリズムは、緑色レーザ光源及び赤色レーザ光源の各々の光出力側に配置される。このようにして、投影効果に影響を及ぼすことなく、投影ディスプレイ装置のコスト及びサイズを更に低減することができる。
【0014】
可能な設計では、均一な光プリズムは、順番に配置される複数の平行四辺形プリズムを含み、半透明及び半反射膜が、各平行四辺形プリズムのベベルエッジ（ｂｅｖｅｌ ｅｄｇｅｓ）に配置される。
【0015】
平行四辺形プリズムの水平エッジの長さは、平行四辺形プリズムに入射する入射光のコヒーレンス長より大きい。異なる経路から放射される光の光路差は、平行四辺形プリズムの水平エッジの長さに等しい。したがって、平行四辺形プリズムの水平エッジの長さが、平行四辺形プリズムに入射する入射光のコヒーレンス長よりも大きいとき、レーザのコヒーレンスを低減することができ、レーザ投影中のスペックルを弱めることができる。
【0016】
可能な設計では、均一な光プリズムの２つの列が存在し、均一な光プリズムの２つの列は、平行四辺形プリズムの水平エッジに沿って対称に配置される。このようにして、放射光の光強度をより均一にすることができ、そのため、スペックルのコントラスト比が小さくなり、レーザ投影中のスペックルを更に弱めることができる。
【0017】
可能な設計では、発光モジュールは、光源の光路に沿って連続的に配置されるビーム結合構成要素、第１フォーカスレンズ（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｌｅｎｓ）、拡散ホイール及びコリメートレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）を更に含む。ビーム結合構成要素は、赤色光、緑色光及び青色光のビームを結合するよう構成され、均一な光プリズムは、緑色レーザ光源と、該緑色レーザ光源に対応するビーム結合構成要素との間に配置される。このようにして、発光モジュールから放射される光は、より均一であることができ、スペックルは、より少ない影響を有する。
【0018】
可能な設計では、変調モジュールは、均一な光構成要素を更に含む。均一な光構成要素は、連続的に、光路に沿って複眼レンズアレイ及びフォーカスレンズを含む。複眼レンズアレイは、コリメートレンズの発光側に配置され、変調構成要素は、フォーカスレンズの発光側に配置される。このようにして、ＬＣＯＳ変調器で生成される均一な照明を実装することができ、局所的な調光機能を実装することができる。
【0019】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は単なる例であり、本出願を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本出願の一実施形態による投影ディスプレイ装置の構造の概略図である。
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【図5】本出願の一実施形態による均一な光プリズムの構造の概略図である。
【0025】
【図6】本出願の別の実施形態による均一な光プリズムの構造の概略図である。
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【図10】本出願の一実施形態による投影ディスプレイ装置の適用シナリオの概略図である。
【0030】
参照符号：
１－光学機械モジュール；
１１－発光モジュール；
１１１－光源；
１１１ａ－赤色レーザ光源；
１１１ｂ－緑色レーザ光源；
１１１ｃ－青色レーザ光源；
１１２ａ－第１ダイクロイックミラー；
１１２ｂ－第１リフレクタ；
１１２ｃ－第２ダイクロイックミラー；
１１３－第１フォーカスレンズ；
１１４－拡散ホイール；
１１５－コリメートレンズ；
１１６－均一な光プリズム；
１１６ａ－平行四辺形プリズム；
１１６ｂ－半透過及び半反射膜；
１１７－第１上部カバー；
１１８－第１下部カバー；
１１９－第１コネクタ；
１２－変調モジュール；
１２１－均一な光構成要素；
１２１ａ－第１複眼レンズアレイ；
１２１ｂ－第２複眼レンズアレイ；
１２１ｃ－第２フォーカスレンズ；
１２１ｄ－第２リフレクタ；
１２１ｅ－第３フォーカスレンズ；
１２２－光結合構成要素；
１２２ａ－光結合プリズム；
１２２ａ１－第１高透明表面；
１２２ａ２－第２高透明表面；
１２２ａ３－第３高透明表面；
１２２ａ４－第４高透明表面；
１２２ａ５－第１交差面；
１２２ａ６－第２交差面；
１２２ａ７－第３交差面；
１２２ａ８－第４交差面；
１２２ｂ－金属ワイヤグリッド；
１２２ｃ－第１ＬＣＯＳ変調器；
１２２ｄ－第２ＬＣＯＳ変調器；
１２２ｅ－第３ＬＣＯＳ変調器；
１２３－第２上部カバー；
１２４－第２下部カバー；
１２５－第３上部カバー；
１２６－第３下部カバー；
１２７－第２コネクタ；
１２８－ヒートシンク；
１３－レンズモジュール；
１３１－第１レンズグループ；
１３２－第３リフレクタ；
１３３－第２レンズグループ；
１３４－第４リフレクタ；
２－冷却モジュール；
２１－空冷モジュール；
２１１－第１ファン
２２－液冷モジュール；
２２１－放熱パッチ
２２２－液冷ヒートシンク
２２３－第２ファン
２２４－液ポンプ
３－制御モジュール；
３１－信号トランスミッタ；
３１－ドライバ；
３３－メインコントローラ；
４－電源；
５－ハウジング．
１－光学機械モジュール；
１１－発光モジュール；
１１１－光源；
１１１ａ－赤色レーザ光源；
１１１ｂ－緑色レーザ光源；
１１１ｃ－青色レーザ光源；
１１２ａ－第１ダイクロイックミラー；
１１２ｂ－第１リフレクタ；
１１２ｃ－第２ダイクロイックミラー；
１１３－第１フォーカスレンズ；
１１４－拡散ホイール；
１１５－コリメートレンズ；
１１６－均一な光プリズム；
１１６ａ－平行四辺形プリズム；
１１６ｂ－半透過及び半反射膜；
１１７－第１上部カバー；
１１８－第１下部カバー；
１１９－第１コネクタ；
１２－変調モジュール；
１２１－均一な光構成要素；
１２１ａ－第１複眼レンズアレイ；
１２１ｂ－第２複眼レンズアレイ；
１２１ｃ－第２フォーカスレンズ；
１２１ｄ－第２リフレクタ；
１２１ｅ－第３フォーカスレンズ；
１２２－光結合構成要素；
１２２ａ－光結合プリズム；
１２２ａ１－第１高透明表面；
１２２ａ２－第２高透明表面；
１２２ａ３－第３高透明表面；
１２２ａ４－第４高透明表面；
１２２ａ５－第１交差面；
１２２ａ６－第２交差面；
１２２ａ７－第３交差面；
１２２ａ８－第４交差面；
１２２ｂ－金属ワイヤグリッド；
１２２ｃ－第１ＬＣＯＳ変調器；
１２２ｄ－第２ＬＣＯＳ変調器；
１２２ｅ－第３ＬＣＯＳ変調器；
１２３－第２上部カバー；
１２４－第２下部カバー；
１２５－第３上部カバー；
１２６－第３下部カバー；
１２７－第２コネクタ；
１２８－ヒートシンク；
１３－レンズモジュール；
１３１－第１レンズグループ；
１３２－第３リフレクタ；
１３３－第２レンズグループ；
１３４－第４リフレクタ；
２－冷却モジュール；
２１－空冷モジュール；
２１１－第１ファン
２２－液冷モジュール；
２２１－放熱パッチ
２２２－液冷ヒートシンク
２２３－第２ファン
２２４－液ポンプ
３－制御モジュール；
３１－信号トランスミッタ；
３１－ドライバ；
３３－メインコントローラ；
４－電源；
５－ハウジング．
【0031】
添付の図面は、明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成し、本出願に適合する実施態様を図示し、本出願の原理を説明するために明細書とともに使用される。
【発明を実施するための形態】
【0032】
本出願の技術的解決策をよりよく理解するために、以下では添付の図面を参照して本出願の実施形態を詳細に説明する。
【0033】
説明される実施態様は、本出願のいくつかの実施態様にすぎず、すべての実施態様ではないことに留意されたい。当業者により創造的努力を伴わずに本出願の実施態様に基づいて得られるすべての他の実施態様は、本出願の保護範囲に含まれるものとする。
【0034】
本出願の実施態様において使用される用語は、単に特定の実施態様を記載するためのものにすぎず、本出願を限定するようには意図されていない。本出願の実施形態及び添付の特許請求の範囲において使用される単数形の「ａ」、「ｓａｉｄ」及び「ｔｈｅ」という用語は、文脈において明確に別段の規定がない限り、複数形を含むようにも意図される。
【0035】
本明細書における「及び／又は」という用語は、関連付けられるオブジェクトを記述するための関連付けの関係のみを記述し、３つの関係が存在する可能性があることを表すことを理解されたい。例えばＡ及び／又はＢは、以下の３つのケース、すなわち、Ａのみが存在するケース、ＡとＢの両方が存在するケース、そしてＢのみが存在するケースを表し得る。加えて、本明細書において、「／」という文字は、一般に、関連付けられるオブジェクト間の「又は」の関係を示す。
【0036】
本出願の実施態様において説明される「上」、「下」、「左」、「右」のような位置の名詞は、添付の図面に示される視点から記述されており、本出願の実施態様に対する限定として解釈されるべきではないことに留意されたい。加えて、文脈において、ある要素が別の要素の「上方」又は「下方」に接続されるとき、当該要素は、その別の要素の「上方」又は「下方」に直接接続されることができ、あるいは中間要素を使用することにより、その別の要素の「上方」又は「下方」に間接的に接続されてもよいことを更に理解されたい。
【0037】
図１に示されるように、投影ディスプレイ装置は、ハウジング５（ハウジング５上に配置される上部カバーは図１では省略されている）と、ハウジング５に収容される光学機械モジュール１、冷却モジュール２及び制御モジュール３を含む。光学機械モジュール１は、連続的に接続される、発光モジュール１１、変調モジュール１２及びレンズモジュール１３を含む（図２を参照されたい）。冷却モジュール２は、光学機械モジュール１及び制御モジュール３を冷却するよう構成される。制御モジュール３は、光学機械モジュール１及び冷却モジュール２を動作させるように制御するよう構成される。
【0038】
冷却モジュール２は、空冷モジュール２１及び液冷モジュール２２を含む。空冷モジュール２１及び液冷モジュール２２は、ハウジング５の側壁に固定され得るか、あるいは確かにハウジング５の別の位置に固定されてもよい。空冷モジュール２１は、第１ファン２１１を含む。例えば図１の空冷モジュール２１は、２つの第１ファン２１１を含む。第１ファン２１１の一方は、光学機械モジュール１の発光モジュール１１と対向し、他方の第１ファン２１１は、光学機械モジュール１の変調モジュール１２と対向する。これは、発光モジュール１１と変調モジュール１２が、最大熱を発生する光学機械モジュール１の２つの部分であるためである。さらに、発光モジュール１１は、最大熱を発生する光学機械モジュール１の一部である。液冷モジュール２２は、放熱パッチ２２１（図３を参照されたい）と、液冷ヒートシンク２２２と、放熱パッチ２２１と液冷ヒートシンク２２２との間に接続される冷却パイプライン（図面には図示せず）と、液冷ヒートシンク２２２と対向する第２ファン２２３と、冷却パイプライン上に配置される液ポンプ２２４を含む。いくつかの実装では、光源１１１によって発生される熱を迅速かつ効果的に吸収するように、放熱パッチ２２１が発光モジュール１１の光源１１１の外側に取り付けられ（図４を参照されたい）、それによって投影ディスプレイ装置の放熱効果を効果的に改善する。
【0039】
制御モジュール３は、信号トランスミッタ３１と、変調モジュール１２の変調器に接続されるドライバ３２と、信号トランスミッタ３１及び変調器に別々に接続されるメインコントローラ３３とを含む。いくつかの実装では、信号トランスミッタ３１、ドライバ３２及びメインコントローラ３３のようなすべての構成要素がＰＣＢボードであってもよく、前述の構成要素機能を実装することができる機能モジュール又はデバイスが、ＰＣＢボード上に配置される。外部画像信号は、信号トランスミッタ３１を使用することによりメインコントローラ３３に送信される。メインコントローラ３３は、受信された画像信号に基づいて、ドライバ３２を動かすように制御する。ドライバ３２は、光源から放射される光を変調して、投影ディスプレイ装置に入力されているものと同じ画像信号を得るように、変調器を制御する。加えて、メインコントローラ３３は、これらに限定されないが、光を放射するように光源１１１を制御し、冷却モジュール２を動作させるように制御することを更に含み得る。制御モジュール３も動作時に熱を発生する可能性があることが理解され得る。ドライバ３２は、変調モジュール１２に隣接する位置に配置され得る。例えば図１の第１ファン２１１は、ドライバ３２及び変調モジュール１２に対向し得る。各変調器が１つのドライバ３２に接続されることに留意されたい。例えば図１には３つのドライバ３２が存在する、すなわち、本出願では、３つの変調器を有する投影ディスプレイ装置が使用される。もちろん、投影ディスプレイ装置は、代替的に、実際の要求に基づいて、１つの変調器又は２つの変調器を使用してもよい。ドライバ３２のタイプは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）チップ、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）チップ、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）チップ等であり得る。
【0040】
加えて、投影ディスプレイ装置は電源４を更に含み、電源４は、光学機械モジュール１、冷却モジュール２及び制御モジュール３に電気的に接続され得るので、これら３つに電源に電力を供給する。電源４のタイプは、例えば鉛蓄電池又はリチウム蓄電池であり得るが、これは、本出願において特に限定されない。
【0041】
以下に、光学機械モジュール１の様々な部品について説明する。
【0042】
＜発光モジュール１１＞
【0043】
発光モジュール１１は、偏光を放射するよう構成される光源１１１を含む。本出願で言及される光源１１１は、光源１１１が、偏光を直接放射する発光素子（例えば半導体発光素子、半導体発光素子アレイ又は電球光源）であるケースを含み、また、光源１１１が、発光素子を別の光学素子と組み合わせることによって得られ、かつ偏光を放射することができる、発光モジュール１１（例えば発光素子とレンズを組み合わせることによって得られる発光モジュール１１、発光素子と偏光変換素子を組み合わせることによって得られる発光モジュール１１）であるケースも含む。本出願において説明される光源は、発光「ブラックボックス」とみなされてよく、「ブラックボックス」は、任意のタイプの光学素子を含み得る。
【0044】
この実施形態では、光源１１１は、レーザダイオード光源、レーザダイオードアレイ光源又はレーザデバイス光源のようなレーザ光源である。光源１１１は、小さなエタンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）の特性を有しており、そのため、変調モジュール１２に入るとき、放射された偏光は、比較的小さな光スポットと、比較的小さな光発散角と比較的小さなエタンデュを有し、これは、大きな発散角のために多量の光を使用することができないケースを回避することができ、光の利用を改善する。電球光源又はＬＥＤ光源のような別の光源１１１が使用される場合、光源のエタンデュは、レーザ光源のエタンデュよりもはるかに大きい。変調器装置に入射する光スポットを入射表面のサイズに合うようにするために、光発散角が拡大されることになる。その結果、大量の光が変調モジュール１２によって使用できず、変調モジュール１２の有効光学表面の外側で吸収されて熱に変換される。
【0045】
もちろん、光利用要件が高くない環境では、電球又はＬＥＤ光源が代替的に発光モジュール１１の光源１１１として使用されてもよい。
【0046】
図４に示されるように、図４は、図３の分解の概略図である。この実施形態では、発光モジュール１１は、赤色レーザ光源１１１ａ、緑色レーザ光源１１１ｂ及び青色レーザ光源１１１ｃを含む。発光モジュール１１は、３つのレーザ光源のビームを結合するよう構成されるビーム結合構成要素を更に含み、例えばダイクロイックミラーとフォーカスレンズとの組合せであってよく、あるいはダイクロイックミラーと、リフレクタと、フォーカスレンズとの組合せであってもよい。例えば赤色レーザ光源１１１ａは一側面に配置され、緑色レーザ光源１１１ｂと青色レーザ光源１１１ｃは、赤色レーザ光源１１１ａに垂直な側面に配置される。第１ダイクロイックミラー１１２ａは、赤色レーザ光源１１１ａの発光側に配置され、第１ダイクロイックミラー１１２ａは、赤色光を透過し、青色光及び緑色光を反射するよう構成される。リフレクタは、緑色レーザ光源１１１ｂの発光側に配置され、リフレクタは、緑色光を反射するよう構成される。第２ダイクロイックミラー１１２ｃは、青色レーザ光源１１１ｃの発光側に配置され、第２ダイクロイックミラー１１２ｃは、青色光を透過し、緑色光を反射するよう構成される。特定の光路は以下のとおりである：赤色レーザ光源１１１ａが赤色光を放射する。第１ダイクロイックミラー１１２ａを通過した後、赤色光は第１フォーカスレンズ１１３に入射する。青色レーザ光源１１１ｃは青色光を放射する。第２ダイクロイックミラー１１２ｃ及び第１ダイクロイックミラー１１２ａを通過した後、青色光は第１フォーカスレンズ１１３に入射する。緑色レーザ光源１１１ｂは緑色光を放射する。第１リフレクタ１１２ｂ、第２ダイクロイックミラー１１２ｃ及び第１ダイクロイックミラー１１２ａを通過した後、緑色光は、第１フォーカスレンズ１１３に入射する。
【0047】
いくつかの実装では、発光モジュール１１は、拡散ホイール１１４及びコリメートレンズ１１５を更に含む。拡散ホイール１１４は、レーザスペックルを除去するよう構成される。コリメートレンズ１１５は、光がより長い距離範囲内で平行かつ均一であることを可能にするように機能する。第１フォーカスレンズ１１３から放射された光は、拡散ホイール１１４及びコリメートレンズ１１５を連続的に通過した後に放射され、変調モジュール１２に入射する。拡散ホイール１１４は、モータを使用することによって拡散ホイール１１４の回転を制御するように、モータに接続され得る、すなわち、拡散ホイール１１４は、該拡散ホイール１１４に入射する光を、回転方式で均一に反射する。いくつかの実装では、拡散ホイール１１４を拡散シートによって置換されてもよく、拡散シートと拡散ホイール１１４との間の相違は、拡散シートが固定されることである。レーザスペックルを除去する観点から、拡散ホイール１１４の効果は、拡散シートの効果よりも優れている。
【0048】
レーザ光源が光源として使用されるとき、投影中にスペックルが存在する可能性がある。いくつかの実装では、均一な光プリズム１１６が、緑色レーザ光源１１１ｂの発光側（特に、緑色レーザ光源１１１ｂとリフレクタとの間）に配置され、均一な光プリズム１１６の機能は、レーザ光源自体のコヒーレンスを弱め、それによって、投影中のスペックルを弱めることである。視度関数（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によると、可視スペクトルでは、人間の眼はスペクトルの中央（黄緑）に最も敏感であり、スペクトルの両端により近い位置に対して感度は低くなる。したがって、少なくとも均一な光プリズム１１６は、投影中に緑色光によって発生されるスペックルに対する人間の眼の影響を低減するように、緑色レーザ光源１１１ｂの発光側に配置される必要がある。
【0049】
もちろん、投影効果を改善するために、均一な光プリズム１１６は代替的に、赤色レーザ光源１１１ａの発光側（特に、赤色レーザ光源１１１ａと第１ダイクロイックミラー１１２ａとの間）に配置されてよく、あるいは均一な光プリズム１１６は、青色レーザ光源１１１ｃの発光側（特に、緑色レーザ光源１１１ｂとリフレクタとの間）に配置されてもよい。例えば図４に示されるように、均一な光プリズム１１６は、緑色レーザ光源１１１ｂの発光側に配置され、均一な光プリズム１１６はまた、赤色レーザ光源１１１ａの発光側にも配置される。この実装では、投影効果に影響を与えることなく、コストとサイズを更に低減するように、均一な光プリズム１１６は、青色レーザ光源１１１ｃの発光側には配置されない。
【0050】
引き続き図３及び図４を参照すると、発光モジュール１１は、第１上部カバー１１７と、該第１上部カバー１１７に固定される第１下部カバー１１８とを含む。第１キャビティが、第１上部カバー１１７と第１下部カバー１１８との間に形成される。発光モジュール１１には更に、変調モジュール１２に接続するよう構成される第１コネクタ１１９が設けられ、第１コネクタ１１９は、第１上部カバー１１７及び第１下部カバー１１８に固定される。赤色レーザ光源１１１ａ、緑色レーザ光源１１１ｂ及び青色レーザ光源１１１ｃ、均一な光プリズム１１６、第１ダイクロイックミラー１１２ａ、第２ダイクロイックミラー１１２ｃ、第１リフレクタ１１２ｂ、第１フォーカスレンズ１１３、拡散ホイール１１４及びコリメートレンズ１１５のようなの前述の構成要素はすべて、第１上部カバー１１７及び第１下部カバー１１８を使用することにより前述の構成要素を保護するように、第１キャビティ内に収容される。
【0051】
以下は、均一な光プリズム１１６の構造、機能及び原理を説明する。
【0052】
図５は、均一な光プリズム１１６の構造の概略図である。この実装では、均一な光プリズム１１６は、順番に配置された複数の平行四辺形プリズム１１６ａを含む。プリズムでは、光が入射又は放射される平面は側面（ｓｉｄｅ）であり、当該側面に垂直な平面は主断面である。主断面の形状に従って、プリズムは、三角プリズム、矩形プリズム、五角形プリズム及び平行四辺形プリズムに分類され得る。
【0053】
半透明及び半反射膜１１６ｂは、各平行四辺形プリズム１１６ａのベベルエッジ上に配置される、すなわち、光が半透明及び半反射膜１１６ｂに入射した後、光の半分が反射され、光の残り半分が透過される。均一な光プリズム１１６の両端にある平行四辺形プリズム１１６ａは、該平行四辺形プリズム１１６ａの各々が、外側との全反射を有する（ガスとみなされ得る）ので、そのケースではないことに留意されたい。したがって、入射光が、均一な光プリズム１１６の両端にある平行四辺形プリズム１１６ａに入射するとき、光は完全に反射される。反射光が入射光に垂直であることを確実にするために、各平行四辺形プリズム１１６ａのベベルエッジと水平エッジとの間の角度は４５度である。例えば入射光は、ＬＤｎ（ここで、ＬＤｎは、均一な光プリズム１１６の両端における入射光ではない、すなわち、ＬＤｎは、ＬＤ１ではない）であり、入射光ＬＤｎが平行四辺形プリズム１１６ａを通過した後の放射光は、順番にＬＤｎ１、ＬＤｎ２、ＬＤｎ３等である。ＬＤｎ１の光路はｄ１であり、ＬＤｎ２の光路はｄ１＋ｄ２であり、ＬＤｎ３の光路はｄ１＋２ｄ２である等である。ＬＤｎがＬＤ１であるとき、ＬＤ１１の光路がｄ１＋ｄ２であり、ＬＤ２２の光路がｄ１＋２ｄ２であり、ＬＤ２３の光路がｄ１＋３ｄ２であること等がわかり得、ここで、ｄ１は平行四辺形プリズム１１６ａの２つの水平エッジ間の距離であり、ｄ２は平行四辺形プリズム１１６ａの水平エッジの長さである。適用原理は、以下の通りである：光源によって放射された各レーザビームが、均一な光プリズム１１６を通過した後、複数のレーザビームに分割され、異なる経路が異なるレーザビームによって走行され、そのため、ＬＤｎ１及びＬＤｎ２のような異なる放射光によって走行される経路の長さは異なる。異なる経路の放射光の光路差が入射光のコヒーレンス長より大きいとき、レーザのコヒーレンスを低減することができ、レーザ投影中のスペックルを弱めることができる。例えばＬＤｎ１とＬＤｎ２の光路差はｄ２である。ｄ２がＬＤｎのコヒーレンス長より大きいとき、レーザのコヒーレンスを低減することができ、レーザ投影中のスペックルを弱めることができる。
【0054】
図６は、均一な光プリズム１１６の別の構造の概略図である。本実装で提供される均一な光プリズム１１６と、図５に示される均一な光プリズム１１６との間の相違は、対称的に配置される、図５に示される均一な光プリズム１１６の２つの列が存在することにある。具体的には、図５に示される均一な光プリズム１１６の２つの列が、平行四辺形プリズム１１６ａの水平エッジに沿って対称的に配置される。
【0055】
例えば入射光はＬＤｎであり、入射光ＬＤｎが平行四辺形プリズム１１６ａを通過した後の放射光は、順番にＬＤｎ１、ＬＤｎ２、ＬＤｎ３等である。ＬＤｎ１の光路は２ｄ１＋ｄ２であり、ＬＤｎ２の光路は２ｄ１であり、ＬＤｎ３の光路は２ｄ１＋ｄ２であり、ＬＤｎ４の光路は２ｄ１＋３ｄ２等である。ＬＤｎがＬＤ１であるとき、ＬＤ１１の光路は２ｄ１＋２ｄ２であり、ＬＤ２２の光路は２ｄ１＋ｄ２であり、ＬＤ２３の光路は２ｄ１＋２ｄ２であること等がわかり得る。すなわち、この実装では、隣接する放射光の２つのビーム間の光路差はｄ２であり、これは、前述の実装の場合と一致する。しかしながら、この実装では、図５の原理に加えて、更に基づく原理は、以下を含む：スペックルのサイズはスペックルコントラスト比によって表され、スペックルコントラスト比は光強度の均一性に依存する。各放射光の光強度が等しいとき、式Ｃ＝１／√Ｎによると、Ｃはスペックルコントラスト比であり、Ｎは独立パターンの量である。例えば放射光の３つのビームが存在するとき、Ｎは３に等しく、Ｃ=１／√３である。放射光の１つのビームが存在するとき（これは、放射光の３つ以上のビームが、放射光の１つのビームとして重畳されると理解され得る）、Ｃ＝１である、すなわち、放射光の光強度がより均一であるときにのみ、スペックルコントラスト比はより小さく、スペックルコントラスト比は１／√Ｎにより近い。すなわち、放射光の光強度がより均一であるとき、レーザ投影中のスペックルを更に弱めることができる。
【0056】
図５のＬＤｎは、一例として使用される。入射光ＬＤｎの光強度はＩである。半透明及び半反射原理によると、ＬＤｎ１の光強度は１／２Ｉであり、ＬＤｎ２の光強度は１／４Ｉであり、ＬＤｎ３の光強度は１／８Ｉである。ＬＤｎ３の後の放射光の光強度はＬＤｎ１のもの及びＬＤｎ２のものより小さく、無視することができる。図６のＬＤｎは、一例として使用される。入射光ＬＤｎの光強度はＩである。半透明半及び反射原理によると、ＬＤｎ１の光強度は約１／３Ｉ、ＬＤｎ２の光強度は約１／３Ｉである。ＬＤｎ３及びＬＤｎ３の後の放射光の各々の光強度は、ＬＤｎ１のもの及びＬＤｎ２のものよりも小さく、無視することができる。したがって、図５のＬＤｎ１及びＬＤｎ２の光強度と、図６のＬＤｎ１及びＬＤｎ２の光強度を比較することにより、図６のＬＤｎ１及びＬＤｎ２のスペックルコントラスト比がより小さいことがわかり得る。したがって、図６に示される均一な光プリズム１１６の放射光の光強度は、図５に示される均一な光プリズム１１６のものよりも均一であり、そのため、レーザ投影中のスペックルを更に弱めることができる。
【0057】
＜変調モジュール１２＞
【0058】
図７に示されるように、変調モジュール１２は、第２上部カバー１２３と、該第２上部カバー１２３に固定される第２下部カバー１２４とを含み、第２キャビティが、第２上部カバー１２３と第２下部カバー１２４との間に形成され、第２キャビティは、均一な光構成要素１２１を収容するよう構成される。変調モジュール１２は、第３上部カバー１２５と、該第３上部カバー１２５に固定される第３下部カバー１２６とを更に含み、第３キャビティが、第３上部カバー１２５と第３下部カバー１２６との間に形成され、第３キャビティは、光結合構成要素１２２を収容するよう構成される。変調モジュール１２は、第２コネクタ１２７を更に含み、第２コネクタ１２７は、均一な光構成要素１２１及び光結合構成要素１２２に接続するよう構成される。例えば第２コネクタ１２７の一端は、第２上部カバー１２３及び第２下部カバー１２４に固定され、他端は、第３上部カバー１２５及び第３下部カバー１２６に固定される。
【0059】
均一な光構成要素１２１は、発光モジュール１１の発光側に配置される。具体的には、均一な光構成要素１２１は、コリメートレンズ１１５の発光側に配置される。例えば発光モジュール１１は、第１コネクタ１１９を使用することによって、変調モジュール１２の第２上部カバー１２３及び第２下部カバー１２４に接続される。均一な光構成要素１２１は、複眼レンズアレイ及びフォーカスレンズを含む。発光モジュール１１から放射された光は、まず複眼レンズアレイを通過して、次いでフォーカスレンズを通過し、そのため、光は、ＬＣＯＳ変調器に照射される。加えて、複眼レンズアレイ及びフォーカスレンズを使用することによって、ＬＣＯＳ変調器で発生される均一な照明を実装することができ、局所的な調光機能を実装することができる。いくつかの他の実装解決策では、複眼レンズアレイが光学ワンド（ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｎｄ）で置換されてもよく、光学ワンドは中実光学ワンド（ｓｏｌｉｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｎｄ）又は中空光学ワンド（ｈｏｌｌｏｗ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｎｄ）であってよい。この実装では、複眼レンズアレイは、並列に配置される第１複眼レンズアレイ１２１ａと第２複眼レンズアレイ１２１ｂの２つの列を含み、フォーカスレンズは、第２フォーカスレンズ１２１ｃと第３フォーカスレンズ１２１ｅを含む。このようにして、均一な照明を実装することができる。具体的な実装原理は、ここでは説明されない。
【0060】
この実装では、均一な光構成要素１２１と光結合構成要素１２２との間に角度が存在する。例えば均一な光構成要素１２１及び光結合構成要素１２２が垂直に配置されてよく、そのため構造のコンパクト性を改善することができる。したがって、リフレクタが均一な光構成要素１２１内に配置されてよく、例えば第２リフレクタ１２１ｄが第１フォーカスレンズ１１３と第２フォーカスレンズ１２１ｃとの間に配置されてよい。もちろん、均一な光構成要素１２１及び光結合構成要素１２２は代替的に、並列に配置され得る。このようにして、均一な光構成要素１２１は、リフレクタとともに配置される必要はなく、このケースでは、第１フォーカスレンズ１１３及び第２フォーカスレンズ１２１ｃも並列に配置される。
【0061】
図８に示されるように、光結合構成要素１２２は、光結合プリズム１２２ａとＬＣＯＳ変調器を含む。光結合プリズム１２２ａは、４つの矩形プリズムを含む。光結合プリズム１２２ａは、４つの矩形プリズムによって形成される４つの側面（ｓｉｄｅｓ）と４つの交差面（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｅｓ）を有する。４つの側面の２つの隣接する側面は互いに垂直であり、４つの交差面の２つの隣接する交差面は互いに垂直である。この実装において、４つの側面は、それぞれ、第１高透明表面１２２ａ１、第２高透明表面１２２ａ２、第３高透明表面１２２ａ３及び第４高透明表面１２２ａ４であり、そのため、白色光は、高透過率で光結合プリズム１２２ａに入射するか又は光結合プリズム１２２ａから放射されることができ、それにより、光の利用を改善する。４つの交差面は、それぞれ、第１交差面１２２ａ５、第２交差面１２２ａ６、第３交差面１２２ａ７及び第４交差面１２２ａ８である。４つの交差面のうちの少なくとも２つは、光結合プリズム１２２ａ内の光源１１１から放射される光を分裂させるよう構成され、４つの交差面のうちの少なくとも２つは、光結合プリズム１２２ａ内の光源１１１から放射される光を結合するよう構成される。例えば第１交差面１２２ａ５及び第２交差面１２２ａ６は、光結合プリズム１２２ａ内の光源１１１から放射される光を分裂させることができ、第２交差面１２２ａ６と第３交差面１２２ａ７は、光結合プリズム１２２ａ内の光源１１１から放射される光を結合することができる。具体的な説明については、以下を参照されたい。したがって、４つの交差面は、白色光の分裂と結合を実装するように、異なる光学特性を有するよう配置される。例えば第１交差面１２２ａ５は、第１高透明表面１２２ａ１及び第２高透明表面１２２ａ２と別々に交差し、第２交差面１２２ａ６は、第２高透明表面１２２ａ２及び第３高透明表面１２２ａ３と別々に交差し、第３交差面１２２ａ７は、第３高透明表面１２２ａ３及び第４高透明表面１２２ａ４と別々に交差し、第４交差面１２２ａ８は、第４高透明表面１２２ａ４及び第１高透明表面１２２ａ１と別々に交差することを指定してもよい。
【0062】
この実装では、３つのＬＣＯＳ変調器が存在し、それぞれ、第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃ、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄ及び第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅである。各ＬＣＯＳ変調器は、光結合プリズム１２２ａの一側面の発光側に配置される。光が光結合プリズム１２２ａに入射した後、４つの交差面内の２つの交差面を使用することによってビーム分裂が実装される、すなわち、光は赤色光、緑色光及び青色光に分解される。分解後に得られる単色光は、ＬＣＯＳ変調器の反対に配置される側面を通過した後、変調のために各ＬＣＯＳ変調器に入り、変調された単色光は、次いで光結合プリズム１２２ａに入り、各ＬＣＯＳ変調器の反対に配置される側面を通過した後、光を結合し、結合された光は、その側面のうちの１つから放射される。
【0063】
関連技術において開示される変調モジュールの構造は、比較的複雑であり、比較的多くの量の構成部品を有することに留意されたい。例えば出願番号第２００９１０２５１６０８．０号の特許において、本特許で提供されるＬＣＯＳ変調器に基づく変調モジュールは、複数の偏光ビームスプリッタ及び１つの光結合プリズムを使用することによってビーム結合を実行する。変調モジュールの構造は複雑であり、投影ディスプレイ装置の形成サイズも増加する。しかしながら、本出願の変調モジュール１２内の光結合構成要素１２２は、光結合プリズム１２２ａ及びＬＣＯＳ変調器のみを含む、すなわち、複数の偏光ビームスプリッタが省略される。このようにして、光結合構成要素１２２の構成部品を減らすことができ、構造が簡単であり、そのため、投影ディスプレイ装置の形成サイズを小さくすることができる。
【0064】
ヒートシンク１２８が、光結合構成要素１２２の外側に更に配置される。例えばヒートシンク１２８は、第３上部カバー１２５及び／又は第３下部カバー１２６に固定（例えば取り付け）され得、ヒートシンク１２８を配置することによって各ＬＣＯＳ変調器上で良好な放熱を実施するように、各ＬＣＯＳ変調器の外側には対応するヒートシンク１２８を有する。いくつかの実装解決策では、ヒートシンク１２８はフィンであり得る。
【0065】
引き続き図８を参照すると、この実装では、第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃが、第１高透明表面１２２ａ１の片側（ｓｉｄｅ）に配置され、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄが、第２高透明表面１２２ａ２の片側に配置され、第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅが、第３高透明表面１２２ａ３の片側に配置される。発光モジュール１１から放射される光は白色光であり、単色光の１つのビームは第１直線偏光状態（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ）（例えばＳ状態又はＰ状態）であり、単色光の他の２つのビームは第２直線偏光状態（例えばＰ状態又はＳ状態）である。白色光は、第１高透明表面１２２ａ１又は第２高透明表面１２２ａ２から光結合プリズム１２２ａに入射し得、光結合プリズム１２２ａから第３高透明表面１２２ａ３又は第４高透明表面１２２ａ４を通って放射され得る。
【0066】
一例では、第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃは赤色光を変調するよう構成され、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄは青色光を変調するよう構成され、第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅは緑色光を変調するよう構成される。発光モジュール１１から放射される光は白色光である。緑色光はＰ状態の偏光であり、赤色光と青色光はＳ状態の偏光である。白色光は、第２高透明表面１２２ａ２から光結合プリズム１２２ａに入射し、光結合プリズム１２２ａから第４高透明表面１２２ａ４を通って放射される。この例では、第１交差面１２２ａ５は、赤色光に対して高透過率と、青色光及び緑色光に対して高反射の光学特性を有する、すなわち、第１交差面１２２ａ５は、ダイクロイック面である。第２交差面１２２ａ６は、Ｐ状態の偏光を透過し、Ｓ状態の偏光を反射する光学特性を有する、すなわち、第２交差面１２２ａ６は、偏光ビーム分裂面である。第３交差面１２２ａ７は、青色光及び緑色光に対して高透過率と赤色光に対して高反射の光学特性を有する、すなわち、第３交差面１２２ａ７は、ダイクロイック面である。第４交差面１２２ａ８は、Ｐ状態の偏光を透過し、Ｓ状態の偏光を反射する光学特性を有する、すなわち、第４交差面１２２ａ８は、偏光ビーム分裂面である。つまり、２つの交差面は偏光ビーム分裂面であり、他の２つの交差面はダイクロイック面であり、偏光ビーム分裂面及びダイクロイック面は交互に分布される。このようにして、白色光の分裂と結合を実装することができる。
【0067】
別の実施例では、詳細は本明細書に記載されない。第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃ、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄ及び第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅによって変調される単色光は限定されず、表１が参照され得ることに留意されたい。白色光を構成する単色光の１つのビームは第１直線偏光状態（例えばＳ状態又はＰ状態）にあり、単色光の他の２つのビームは第２直線偏光状態（例えばＰ状態又はＳ状態）にある。白色光が入射する光結合プリズム１２２ａの側面は、２つの隣接する高透明表面のうちの１つ（例えば第１高透明表面１２２ａ１又は第２高透明表面１２２ａ２）であり、結合された光が放射される光結合プリズム１２２ａの側面は、他の２つの隣接する高透明表面のうちの１つ（例えば第３高透明表面１２２ａ３又は第４高透明表面１２２ａ４）である。前述のケースは、自由に組み合わされてよい。
【表1】
【0068】
以下は、前述の例で示されるケースを使用することによって、光結合構成要素１２２における光の光路（すなわち、ここでは、均一な光構成要素１２１は無視される）を説明する。
【0069】
（１）発光モジュール１１から放射される白色光が、第２高透明表面１２２ａ２を通過した後、第１交差面１２２ａ５に入射し、第１交差面１２２ａ５を通過した後、Ｓ状態の赤色光が、第４交差面１２２ａ８に入射する。第４交差面１２２ａ８を通過した後、Ｓ状態の赤色光は反射され、第１高透明表面１２２ａ１に入射する。第１高透明表面１２２ａ１を通過する赤色光は、第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃに入射し、第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃによって変調された後にＰ状態の赤色光となる。Ｐ状態の赤色光は、第１ＬＣＯＳ変調器１２２ｃによって反射され、次いで、第１高透明表面１２２ａ１と、第４交差面１２２ａ８と、第３交差面１２２ａ７を連続的に通過する。赤色光は、第３交差面１２２ａ７から反射され、第４高透明表面１２２ａ４に入射し、最後に、変調された赤色光が、第４高透明表面１２２ａ４から放射される。
【0070】
（２）発光モジュール１１から放射される白色光は、第２高透明表面１２２ａ２を通過した後、第１交差面１２２ａ５に入射し、第１交差面１２２ａ５を通過した後、Ｓ状態の青色光が、第２交差面１２２ａ６に反射される。第２交差面１２２ａ６を通過した後、Ｓ状態の青色光は反射され、第２高透明表面１２２ａ２に入射する。第２高透明表面１２２ａ２を通過する青色光は、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄに入射し、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄによって変調された後にＰ状態の青色光となる。Ｐ状態の青色光は、第２ＬＣＯＳ変調器１２２ｄによって反射され、次いで、第２高透明表面１２２ａ２と、第２交差面１２２ａ６と、第３交差面１２２ａ７と、第４高透明表面１２２ａ４を連続的に通過する。最後に、変調された青色光が、第４高透明表面１２２ａ４から放射される。
【0071】
（３）発光モジュール１１から放射される白色光は、第２高透明表面１２２ａ２を通過した後、第１交差面１２２ａ５に入射し、第１交差面１２２ａ５を通過した後、Ｐ状態の緑色光が、第２交差面１２２ａ６に反射される。第２交差面１２２ａ６を通過した後、Ｐ状態の緑色光は、第３高透明表面１２２ａ３に入射する。第３高透明表面１２２ａ３を通過する緑色光は、第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅに入射し、第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅによって変調された後にＳ状態の緑色光となる。Ｓ状態の緑色光は、第３ＬＣＯＳ変調器１２２ｅによって反射され、次いで、第３高透明表面１２２ａ３と、第２交差面１２２ａ６と、第３交差面１２２ａ７と、第４高透明表面１２２ａ４を連続的に通過する。最後に、変調された緑色光が、第４高透明表面１２２ａ４から放射される。
【0072】
加えて、第２交差面１２２ａ６について、第２交差面１２２ａ６は、青色光及び緑色光のビーム分裂効果（すなわち、Ｐ状態の光を透過し、Ｓ状態の光を反射する）をより良好にするか又はビーム分裂角度をより大きくするために、青色光及び緑色光に対する偏光ビーム分裂機能として機能するので、金属ワイヤグリッド１２２ｂを第２交差面１２２ａ６上に配置することを考慮してもよく、例えば金属ワイヤグリッド１２２ｂを第２交差面１２２ａ６に取り付けてもよい。すなわち、金属ワイヤグリッド１２２ｂは、ビーム分裂のため及び異なる直線偏光状態にある単色光の２つのビームが通過するために、偏光ビーム分裂面上に配置される。第４交差面１２２ａ８では、第４交差面１２２ａ８が赤色光に対する偏光ビーム分裂機能として機能するので、偏光ビーム分裂特性を有するフィルム被覆表面が、赤色光に対する偏光ビーム分裂機能を実装することができる。もちろん、第４交差面１２２ａ８の偏光ビーム分裂効果をより良好にするために、金属ワイヤグリッド１２２ｂが、第４交差面１２２ａ８上に配置されてもよい。
【0073】
＜レンズモジュール１３＞
【0074】
図９に示されるように、レンズモジュール１３は、光結合構成要素１２２に接続され、光結合構成要素１２２から放射される光は、レンズモジュール１３に入射することができる。いくつかの実装では、レンズモジュール１３は、連続的に接続される第１レンズグループ１３１、第３リフレクタ１３２、第２レンズグループ１３３及び第４リフレクタ１３４を含み、ここで、第１レンズグループ１３１は、光結合構成要素１２２に接続され、最後に、投影ディスプレイ装置の放射光が、第４リフレクタ１３４から放射される。レンズモジュール１３の特定の構成は単に、本実装においてレンズモジュール１３の一例として使用されるにすぎない。レンズモジュール１３は、実際の要求に基づいて配置されてもよい。例えばレンズモジュール１３は、放射レンズ（例えば第１レンズグループ１３１）のみを有するように配置されてもよい。
【0075】
本出願において提供される投影ディスプレイ装置は、エンジニアリングプロジェクタ、シネマプロジェクタ、レーザテレビジョン、ホームシアター、教育プロジェクタ、ポータブルマイクロプロジェクタ等を含み得る。投影ディスプレイ装置は、水平面上に配置されてよく、あるいはダビットを使用することによってルーフに吊されてもよい。例えば図１０に示されるように、投影ディスプレイ装置は、グラウンド又はテーブル（テレビ台等）のような水平面上に配置されてよく、壁又はスクリーンのような投影表面に画像光を拡大及び投影するように構成される。
【0076】
上記は、単に本出願の好ましい実施態様を記載するものにすぎず、これは本出願を限定するように意図されていない。当業者にとっては、本出願において、様々な修正及び変更が行われてよい。本出願の精神及び原理から逸脱することなく行われるすべての修正、均等な置換又は改善は、本出願の保護範囲にあるものとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】