投影仪光学系统结构，光学模块和投影仪 及利用其的设备 【技术领域】
本申请要求2003年12月4日在日本申请的专利申请号为No.2003-406178和2003年12月11日在日本申请的专利申请号为No.2003-413433的优先权，两个申请的全部内容在此一并作为参考。
本发明涉及投影仪光学系统结构，光学模块，和投影仪，以及利用这种投影仪的电子设备，车辆，投影系统和橱窗(showcase)。具体地说，本发明属于实现投影仪小型化的方法。
背景技术
由于团体报告(corporate presentation)的普及增长和利用家庭影院的家庭数量增加的现象，近年来，可以作为大屏幕的显示设备(投影仪)投入这种应用的投影设备的市场迅速增长。而且，也正在进行大量研究，以将这种投影仪应用于各种其它的产品。
如在日本专利申请公开No.2002-352768中所公开的，普通投影仪迄今为止使用超高压汞蒸汽灯作为光源。至于其中为什么必须用这种灯作为光源的理由，可以引证的事实有，它们具有非常高的亮度，由于它们非常接近点光源，便于光学操作从该灯发出的光等。
但是，因为上面已经提到它们采用超高压汞蒸汽灯作为光源，通常的投影仪具有下列不足。
因为超高压汞蒸汽灯要求施加高压(例如100V-240V)，功率消耗高达200W的量级，意味着限制了降低投影仪运行成本地程度。
而且，因为超高压汞蒸汽灯点亮时达到极高的温度，必须精心地设置冷却装置来冷却灯。在这种情况下，投影仪的总重量必定很大，使得携带和运输很困难。特别是在点亮的情况下，因为整个投影仪达到很高的温度，不可能携带和运输投影仪。
如上所述，只要将超高压汞蒸汽灯用作光源，就可能限制减小投影仪尺寸/重量、降低驱动电压和降低功耗的程度。
【发明内容】
本发明是根据所述问题构思的，它的目的是提供一种投影仪光学系统结构，光学模块，和投影仪，以及利用这种投影仪的电子设备，车辆，投影系统和橱窗，这样将减小投影仪尺寸/重量、降低驱动电压和降低功耗。
采用本发明的一个或多个实施例、用于实现前述和/或其它目的的解决方法可以是投影仪光学系统结构，其利用LED(发光二极管)芯片作为光源，单个光源由多个LED芯片构成，从单个LED芯片发射的光分别被聚集/放大，并且或多或少在整个照射面以叠加的方式混合。用LED芯片作光源可以减小尺寸/重量和降低驱动电压，因此，有可能很大程度地降低功耗。另外，根据本发明一个或多个实施例，既使在相应的LED芯片中或相应的LED芯片之间的亮度和/或颜色不同，也会有均匀的光照射，在整个照射面没有亮度和/或颜色的变化。
也就是说，本发明的一个或多个实施例尽管使用LED光源，有可能实现让彩色图像的投影没有颜色不均匀和/或亮度变化的光学系统，有可能提供小型/重量轻的投影仪，其具有低驱动电压和低功耗，并且能够容易携带和运输。另外，这种优点使它们可能应用于除了投影设备之外的广泛的装置中的光学系统，有可能实现增加投影仪和其它这类装置的多用性。
尤其是，本发明的一个或多个实施例提出采用LED面光源的投影仪光学系统结构，LED面光源是由LED芯片构成的多个LED单元二维排列而形成的。这种光学结构可以设置有第一透镜阵列和第二透镜阵列。第一透镜阵列设置在LED面光源的光出射侧；包括多个排列成单独相对相应的LED单元的第一透镜元件；以及由于相应的第一透镜元件的作用，分别聚集从LED面光源的相应的LED单元发射的光。而且，第二透镜阵列设置在第一透镜阵列的光出射侧；包括多个排列成单独相对第一透镜阵列的相应的第一透镜元件的第二透镜元件；由于相应的第二透镜元件的作用，分别放大从第一透镜阵列接收到的光；使得相应的第二透镜元件出射的光在照射面以彼此叠加的方式混合。
尽管未来LED芯片照明度可增大，单个LED芯片的作用具有局限性。即，尽管努力增加芯片尺寸，增大流经的电流和由此的输出，因为由此产生的热量将增加，从热设计的观点来说，限制它的扩展应用。而且，在整个照射面难以实现均匀照明，也没有增加效率。因此，采用LED面光源，这样其中结合有制作为合适尺寸的芯片的多个LED单元以二维形式排列，就能增加亮度。而且，面光源最小化可以通过在相同的基板上排列多个LED芯片形成面光源来实现。作为这种面光源缺陷的示例，可以例举这样的事实，在其中排列的LED单元上的亮度和/或颜色的不同可以造成面光源内的相应的区域出现亮度和/或颜色变化。即，如果来自这种面光源的光用于照射照射面，在照射面也存在类似的亮度和/或颜色变化。
上述缺陷由本解决方法来减轻。为了克服该缺陷，两类透镜阵列设置在LED面光源的光出射侧，使得分别由多个LED单元出射的多个光束或多或少在整个照射面以彼此叠加的方式混合。通过在照射面以彼此叠加的方式混合光，既使在相应的LED单元中或相应的LED单元之间有亮度和/或颜色个体差异(变化)，但还有均匀的光照，让图像投影与使用通常的超高压汞蒸汽灯产生的图像投影可相比，在整个照射面没有亮度和/或颜色变化。而且，因为LED芯片产生的热量少于用超高压汞蒸汽灯产生的热量，有可能减小冷却设备的尺寸，减轻整个投影仪或其它投影设备的重量，便于携带和运输。
下面采用具体的结构示例用于构成本光学系统的相应的元件。首先，相应的LED单元的至少一部分的尺寸，相对相应的LED单元的至少一部分的至少一个第一透镜阵列的第一透镜元件的至少一部分的尺寸，和相对第一透镜阵列的至少一个的第一透镜元件的至少一部分的至少一个第二透镜阵列的第二透镜元件的至少一部分的尺寸选为彼此基本相同。这样使得从相应的LED发射的相应的光束分别被相对的相应的透镜元件聚集/放大，在照射面以叠加方式准确地混合。
而且，至少一个第一透镜阵列和至少一个第二透镜阵列的相应的透镜元件的至少一部分可以由包括由一个或多个子透镜组成的一个或多个组的透镜单元构成。而且，在至少一个第一透镜阵列中，构成透镜单元的至少一部分的相应的第一子透镜可以分别聚集从至少一个LED面光源的相应的LED单元的至少一部分发射的光。在至少一个第二透镜阵列中，构成透镜单元的至少一部分的第二子透镜可以分别放大从至少一个第一透镜阵列的第一子透镜的至少一部分接收到的光；并且第二子透镜的至少一部分出射的至少一部分光可以在至少一个照射面以彼此叠加的方式混合。
通过将第一透镜阵列和第二透镜阵列的相应的透镜元件细分成子透镜，因为从一个LED芯片发射的光可以被细分，那么细分的光在相同的照射面以叠加的方式混合，在单个LED芯片中的亮度和/或颜色变化可以被“分摊”，使得亮度和颜色在照射面以确定的方式均匀。
下面描述实现细分技术的示例。在第一种技术中，在相应的透镜单元内，相应的子透镜做成尺寸彼此大致相同(参见图3(a))。在另一种技术中，在相应的透镜单元内，相应的子透镜做成尺寸彼此大致不同，但是横跨相应的透镜，至少一种细分模式做成彼此大致相同。在彼此相对的至少一个第一透镜阵列的透镜单元和至少一个第二透镜阵列的透镜单元之间，至少一种细分模式做成彼此大致相同(参见图3(b))。在另一种技术中，在相应的透镜单元内，相应的子透镜做成尺寸彼此大致不同，但是横跨相应的透镜，至少一种细分模式做成彼此大致不同；在彼此相对的至少一个第一透镜阵列的透镜单元和至少一个第二透镜阵列的透镜单元之间，至少一种细分模式做成彼此大致相同(参见图3(c))。当相应的LED单元中或相应的LED单元之间亮度有很大个体差异时，这种技术特别有效。
而且，如果至少一个第一透镜阵列在至少一个LED面光源内结合，结果是减少构成光学系统的元件数量，这样让装配过程得以简化。
这种光学系统，实际上使用三原色光的红、绿、蓝LED单元的一个。下面说明可以用于这种情况的具体示例。首先，至少一个LED面光源可以是多个红、绿、蓝LED单元在相同平面内各以二维方式分别排列。可以采用这种结构，例如，本发明应用反射液晶型或微镜型投影仪的光学系统。即，相应的红、绿、蓝LED单元可以各排列在相同平面内，并且“定时点亮控制”可以用于切换三原色分别发光，可以对应控制构成照射面的反射液晶和/或微镜而产生投影，而高速切换相应的颜色的图像。
在这种情况下可以例举调整LED芯片亮度的示例方法，至少部分红、绿、蓝LED芯片的亮度用一个或多个光电元件来监视；至少一个白平衡通过将至少一个监视获得的信号反馈到一个或多个LED驱动电路来调整。对于LED控制的具体细节是，至少部分红、绿、蓝LED芯片的亮度通过调整流经一个或多个LED芯片的一个或多个电流的一个或多个值来控制。而且，至少部分红、绿、蓝LED芯片能够进行定时点亮；和可以调整至少一个白平衡作为至少部分红、绿、蓝LED芯片点亮时间的控制结果。在这种情况下，随着相应的红、绿、蓝LED芯片的定时点亮，彩色图像投影到图像照射面(屏幕)上。
而且，也在本发明的技术构思的范围内是具有根据任一种前述各种解决方法具有一个或多个光学系统结构的投影仪，投影仪使得第二透镜阵列的第二透镜元件的至少一部分出射的至少部分光在至少一个照射面以彼此叠加的方式混合，将一个或多个图像投影到一个或多个图像照射面上。
而且，采用本发明的一个或多个实施例用于实现前述和/或其它目的的解决方法可以是采用一个或多个光源的投影仪光学模块和/或配备一个或多个这种光学模块的投影仪，其中多个LED单元排列在光源基板上，形成LED面光源，通过来自相应的颜色的LED单元的光形成图像。使用LED芯片作为光源，能够减小尺寸/重量并降低驱动电压，因此，有可能大幅度降低电功耗。而且，根据本发明的一个或多个实施例的光学模块和/或配备这种光学模块的投影仪，不需要将白光分离成相应的红、绿、和蓝波长，不需要用于分离相应的颜色的光学元件。而且，因为LED芯片能够低压驱动，能够大幅度降低电功耗。
也就是说，根据本发明的一个或多个实施例的光学模块和/或配备这种光学模块的投影仪可以是多个LED单元排列在光源基板上，形成LED面光源，通过相应的颜色LED单元的光形成图像。结果，不需要将白光分离成相应的红、绿、和蓝波长，不需要用于分离相应的颜色的光学元件，大大地减少零件数量并能够实现光学模块小而轻。另外，因为LED芯片能够低压驱动，能够大幅度降低电功耗，能够降低运行成本。而且，因为LED芯片产生的热量很少，几乎不需要冷却设备，由于这个原因也能降低投影仪的重量；此外，整个投影仪达不到高温。从前述可以得出，能够提供极佳的便携性、能减小尺寸/重量、降低驱动电压以及降低电功耗的光学模块和投影仪。
尤其是，下面首先例举本发明应用于反射液晶或微镜的光学系统的示例结构。即，光学模块可以包括至少一个LED面光源，其由发射一个或多个红色波长光的多个红色LED单元、发射一个或多个绿色波长光的多个绿色LED单元、和发射一个或多个蓝色波长光的一个或多个蓝色LED单元各一起设置在相同基板上形成。至少一个定时点亮控制装置，用于形成定时点亮操作，这样发出相同颜色光的LED以彼此同步的方式在点亮和熄灭状态之间切换；和至少一个成像装置，用于接收来自点亮的LED的光和形成一个或多个相应于接收到的至少一种光的颜色的图像。
而且，下面可以举例本发明应用于“三面液晶”的光学系统的示例结构。即，光学模块可以包括至少一个红色LED面光源，其在至少一个基板上排列多个发出一个或多个红色波长光的红色LED单元形成；至少一个红色成像装置，用于接收来自至少一个红色LED面光源的光并对应于至少一个红色形成一个或多个图像；至少一个绿色LED面光源，其在至少一个基板上排列多个发出至少一个或多个绿色波长光的绿色LED单元形成；至少一个绿色成像装置，用于接收来自至少一个绿色LED面光源的光并对应于至少一个绿色形成一个或多个图像；至少一个蓝色LED面光源，其在至少一个基板上排列多个发出至少一个或多个蓝色波长光的蓝色LED单元形成；至少一个蓝色成像装置，用于接收来自至少一个蓝色LED面光源的光并对应于至少一个蓝色形成一个或多个图像；和至少一个图像混合装置，用于以彼此叠加的方式混合由相应的成像装置形成的图像，并形成一个或多个投影图像。
因为通常装置采用超高压汞蒸汽灯，它需要将白光分成相应的红、绿、和蓝波长，为了分离成相应的颜色需要光学元件，不可避免地增加零件数量并增加投影仪的尺寸。因为本发明的一个或多个实施例采用LED单元作为光源，由此能够直接使用彩色光形成图像，能够大大地减少零件数量，并能够实现光学模块小而轻。这样能够使投影仪便于携带。而且，因为LED芯片能够低压驱动，能够大幅度地降低电功耗，能够降低运行成本。此外，因为LED芯片产生的热量少，几乎不需要冷却设备，由于这个原因，也能减轻投影仪的重量；而且，因为，整个投影仪达不到高温，便于携带和运输。
如上所述，因为LED芯片能够低压驱动和电功耗低，用于投影仪的电源不仅能用家用交流电源，而且可以用可充电电池和/或汽车电池。即，因为能使它不需要将投影仪连接到普通电源插座等，具有便携性。
特别是，下面描述配备了上述结构的光学模块的投影仪的应用模式。第一示例可以例举具有或能够连接一个或多个投影仪的电子设备，从至少一个投影仪投向至少一个图像照射面投影至少一个图像。更具体地说，膝上型个人电脑、移动电话、手提终端装置(例如，PDA＝个人数字助理装置)、和电子游戏装置都被例举为这种电子设备的示例。
而且，也在本发明技术构思范围内的是具有一个或多个前述以车载形式在至少一个顶部提供投影仪的车辆，至少一个图像从至少一个投影仪投向至少一个安装在车内的图像照射面；车辆具有一个或多个车载投影仪提供在至少一个仪表板上，至少一个图像从至少一个投影仪投向至少一个安装在车内的照射面；和车辆具有一个或多个车载投影仪提供在车内，至少一个图像从至少一个投影仪投向至少一个从车外可看见的透明屏幕。
而且，也在本发明技术构思范围内的是投影系统，其中一个或多个前述的投影仪安装在一个或多个帐篷内，至少一个图像从至少一个投影仪投向至少一个帐篷的织物和/或投向至少一个织物内的屏幕上；和一个或多个前述的投影仪安装在橱窗内，具有至少一个图像照射面，至少一个图像从至少一个投影仪投向图像照射面。
【附图说明】
图1是表示第一类光学模块结构的示意图，用于解释光学模块的投影原理。
图2是表示第二类光学模块结构的示意图，用于解释光学模块的投影原理。
图3(a)是表示透镜单元细分技术的示例图，在每个透镜单元内，相应的子透镜做成尺寸彼此大致相同。图3(b)是根据不同于图3(a)的实现模式的透镜单元细分技术的示例图。图3(c)是根据不同于图3(a)的实现模式的透镜单元细分技术的示例图。
图4是表示根据一实施例的光学系统结构的示图。
图5是表示第一类光学模块和设置在其侧面照射图像处的投影透镜的示意图。
图6是LED面光源的斜视图。
图7是LED面光源的正视图。
图8是构成LED面光源的LED单元的放大横截面图。
图9是对应于图7并表示LED单元排列模式变化的示图。
图10是对应于图7并表示LED单元排列模式另一种变化的示图。
图11是表示第二类光学模块和设置在其侧面照射图像处的投影透镜的示意图。
图12表示投影仪与膝上型个人电脑成一体的情况下投影操作的示图。
图13是表示在投影仪能连接移动电话的情况下投影操作的示图。
图14是表示投影仪与PDA装置成一体的情况下投影操作的示图。
图15是表示投影仪与家庭电子游戏装置成一体的情况下投影操作的示图。
图16(a)是在投影仪应用于车载视频系统的情况下，投影仪的安装示图。图16(b)是在投影仪应用于车载视频系统的情况下，屏幕的安装示图。
图17是表示投影仪应用于车载显视系统的示图。
图18是表示投影仪应用于广告显示车辆的示图。
图19是表示投影仪应用于帐篷投影系统的示图。
图20是表示投影仪应用于橱窗的示图。
【具体实施方式】
下面参照附图来描述本发明的实施例。在描述具体实施例之前，先解释根据本发明一个或多个实施例的投影仪光学系统的背投(behindprojection)原理。
[第一类光学系统]
如图1所示，根据本实施例的投影仪的光学系统利用多个LED芯片32，32，...作为光源。具体地说，光源由LED面光源3构成，在面光源3中多个LED芯片32，32，...按矩阵方式(例如，也许在水平方向和垂直方向各为15)水平和垂直排列。设置相应的LED芯片32，32，...使得每一个芯片单独地装在多个反射器34，34，...的每一个内部，多个反射器34，34，...相对光源基板33整体形成。这样，装在一起的反射器34和LED芯片32构成LED单元31；因此，目前的LED面光源3的结构是多个LED单元31，31，...以矩阵形式排列。
此外，安装在前述LED面光源3前面(即，从光出射的方向)的是第一透镜阵列41，其中排列多个透镜411，411，...，单独地与相应的LED单元31，31，...相对。这些透镜411，411，...的尺寸分别与相对的LED单元31，31，...尺寸匹配。
另外，安装到前述第一透镜阵列41前面的(即，从光出射的方向)是第二透镜阵列42，其中排列多个透镜421，421，...，单独地与第一透镜阵列41的相应的透镜411，411，...相对。这些透镜421，421，...的尺寸分别与相对的第一透镜阵列41的透镜411，411，...尺寸匹配。即，选择相应的LED单元31的尺寸、与LED单元31对应的第一透镜阵列41的透镜411的尺寸、和在第一透镜阵列41对面第二透镜阵列42的透镜421的尺寸使得其彼此相同。
前述结构的结果是LED单元31出射的光被对面的第一透镜阵列41的透镜411聚集，照射安装在其前面和对面的第二透镜阵列42的透镜421。此外，照射第二透镜阵列42的透镜421的光被这些透镜421放大，并从此向前或多或少地照射整个液晶板或其它类似的照射面D。从LED单元31出射的光，被第一透镜阵列41的透镜411聚集光，被第二透镜阵列42的透镜421放大，分别通过单个LED单元31、透镜411、透镜421的组合作用来进行；结果，相应的LED芯片32，32，...分别射出多束光束或多或少在整个照射面D上以叠加的形式相互混合。在这个示例中，结构是这样，即使在相应的LED单元31，31，...中或在相应的LED单元31，31，...之间亮度和/或颜色存在个体差异(不同)，但光的照射还是均匀，在整个照射面D上没有亮度和/或颜色的变化。
[第二类光学系统]
此外，图2所示的结构是确定地防止在照射面上出现亮度和/或颜色不同的改进。这里，只描述与前述第一类光学系统不同的那些方面。
在图2所示的结构中，第一透镜阵列41和第二透镜阵列42的相应的透镜411和421被细分成子透镜(lenslet)，细分产生的子透镜在一起构成透镜单元LC。即，第一透镜阵列41的相应的透镜411分别构成多个子透镜组412，412，...；同样，第二透镜阵列42的相应的透镜421分别构成多个子透镜组422，422，...。
前述相应的透镜单元LC，LC，...的尺寸和相应相应的LED单元31，31，...的尺寸相同。而且，相对的第一透镜阵列41的子透镜412和第二透镜阵列42的子透镜422的尺寸相同。
在本结构中，LED单元出射的光分别被对面的第一透镜阵列41的透镜411的相应的子透镜412，412，...聚集(即，光被分散并被第一透镜阵列41聚集)，并照射安装在其前面和对面的第二透镜阵列42的透镜421的相应的子透镜422，422，...上。此外，照射这些子透镜422的光分别被这些子透镜422放大，从此向前地或多或少照射整个照射面D。从LED单元31出射的光被第一透镜阵列41的子透镜412聚集，又被第二透镜阵列42的子透镜422放大，分别通过单个LED单元31、子透镜412和422的组合作用来进行；结果，相应的LED芯片32，32，...分别射出的光依次被子透镜412和422聚集/放大，或多或少在整个照射面D上以重叠的形式相互混合。在这种情况下，本结构还可以这样，即使在相应的LED单元31，31，...中亮度和/或颜色存在个体差异(不同)，但是光的照射还是均匀，在整个照射面D上没有亮度和/或颜色的变化。
在本结构中的细分透镜单元LC技术可能包括，首先，如图3(a)所示，借此技术这些子透镜是每个均匀分成相同尺寸的子透镜412，412，...(在图3(a)中的透镜单元LC被均匀地分成9部分，形成子透镜412，412，...)。
另外，如图3(b)所示，在另一种可能的技术中，相应的透镜单元LC被不均匀地分成相应的子透镜412，412，...(在图3(b)中的透镜单元LC被分成9部分，中心子透镜412′尺寸小于其它子透镜412；此细分模式从一个透镜单元LC到另一个透镜单元LC分别相同)。
而且，如图3(c)所示，在另一种可能的技术中，透镜单元LC被分成相应的子透镜412，412，...的细分模式从相应的透镜单元LC，LC，...的一个到另一个是不同的(在图3(c)中的透镜单元LC被分成9部分，相应的透镜单元LC被不均匀地分成单个子透镜412，412，...；此细分模式从一个透镜单元LC到另一个透镜单元LC分别不同)。
在相应的LED单元31，31，...中或相应的LED单元31，31，...之间的亮度有很大个体差异，它将更有效地消除照射面D亮度的不同，如图3(a)和/或3(b)所示，如果在相应的透镜单元LC内和/或在相应的透镜单元LC上不均匀细分，因为来自该区域的光以相互叠加的方式混合，彼此最终达到平衡。
应注意，尽管图3表示第一透镜阵列41的透镜411的细分技术，在这种情况下，第二透镜阵列42的透镜421以与第一透镜阵列41相同的方式细分。
而且，第一透镜阵列41和第二透镜阵列42的透镜411和412以这种方式细分成子透镜，LED单元31，31，...的排列可以是相应的LED单元31的光轴和子透镜412和422的光轴同轴，或者可以以相互平行的方式设置光轴(例如，在结构中LED单元31，31，...在光源基板33上均匀地排列)。
此外，第一透镜阵列41可以事先连接到LED面光源3上，使得两者形成一个整体单元。
而且，由设置在任何一个LED面光源3中的LED单元31，31，...发射的光的颜色可以根据投影仪采用的投影方法来选择。例如，本发明应用于三面液晶型(three-panel liquid crystal type)(也称为三原色液晶快门(shut ter)投影型)投影仪，因为单个LED面光源3起到单色光源的作用，排列在相同LED面光源3上的LED单元31，31，...全都发射相同颜色的光。即，对应于相应的颜色(例如，三原色)，将提供如图1和/或2所示的三组LED面光源3，第一透镜阵列41，第二透镜阵列42和照射面D，来自它们每一种颜色的图像通过十字分色棱镜等混合并通过投影透镜投射到屏幕上。
另一方面，本发明应用于反射液晶投影仪或微镜(DMD＝数字微镜装置)投影仪，各种颜色红色、绿色和蓝色的LED单元31，31，...排列在单个LED面光源3上，“定时点亮控制”用于在三原色中切换分别地发光，相应控制构成照射面D的反射液晶和/或DMD，使得各种颜色的图像高速切换，同时，通过投影透镜投射到屏幕上。
应注意，还有可能采用多个红、绿和蓝LED单元31，31，...在相同平面分别以两维形式排列以形成LED面光源3的结构，这用于使红、绿和蓝光以叠加方式混合(由此造成同时发光)，使得用白光照射到照射面D。在这种情况下，白光被分离成三种独立的原色，而后形成相应的图像并混合相应的图像。
另外，在一般情况下，即使流过相同的电流，在LED芯片32中的亮度和/或颜色有个体差异。而且，亮度和/或颜色随时间变化，按照温度的函数而变化等。因此，例如，通过叠加混合红、绿和蓝光投影彩色图像的情况下，可以采用这样的结构，其中通过使用光电元件监视各种颜色LED光源的亮度，信号由此反馈到LED驱动电路，使得能够调整白平衡。作为控制LED芯片32亮度的方法示例，可以例举通过控制流经LED芯片32电流值的方法，和在相对三种颜色的LED芯片32进行定时点亮结构的情况下，控制各种颜色LED芯片32的点亮时间的方法。
[实施例]
接下来，参照图4，描述将前述投影关系原理应用到投影仪光学系统的具体实施例。这里的描述是针对使用前述第二类光学系统的情况。
如图4所示，第一透镜阵列41设置在LED面光源3前面(即，从光出射的方向)；第二透镜阵列42设置在第一透镜阵列41的前面；两个聚光透镜5，5设置在第二透镜阵列42的前面；DMD、液晶板或其它图像元件E设置在聚光透镜5，5的前面。前述的聚光透镜5，5是用于光学操纵照射光，使它与图像元件E的尺寸一致。
在LED面光源3上形成的是多个LED单元31，31，...，其包括在相同基板上以二维形式排列的多个红、绿和蓝LED芯片。第一透镜阵列41和第二透镜阵列42各具有尺寸与LED单元31的相同的透镜单元LC，相应的透镜单元LC由三排和三列组成，以构成9个子透镜412，412，...，422，422，...。
另外，第一透镜阵列41和第二透镜阵列42相应的透镜单元LC，LC的尺寸彼此相同。而且，第一透镜阵列41的子透镜412的尺寸与第二透镜阵列42的子透镜422的尺寸相同。
前述结构的结果，使得相应的红、绿和蓝LED单元31，31，...进行定时点亮；与其同步，图像元件E以“场序”的方式工作，以形成各种颜色的图像，形成的彩色图像投影到屏幕(未示出)上。
[其它实施例]
前述的实施例是根据LED面光源3、第一透镜阵列41、第二透镜阵列42以独立方式安装，或面光源3与第一透镜阵列41成一整体的情况进行的描述。但是，本发明不局限于此，可以采用第一透镜阵列41与第一透镜阵列42成一整体或前述三个元件相互成一整体的结构。
接下来，下面参照附图描述配备了根据前述实施例任何一个的光学系统的投影设备(例如，投影仪等)。在描述根据本发明一个或多个实施例(作用相同的设备等)的投影仪具体应用模式之前，先解释根据本发明一个或多个实施例的投影仪光学模块的投影原理和结构。
[第一类光学模块]
首先，对采用反射液晶或微镜(DMD＝数字微镜器件)作为成象装置的第一类光学模块进行描述。
图5是表示该类型的光学模块1的示意图，投影透镜2设置在照射图像的一侧。如图5所示，在本实施例的光学模块1中提供作为光源的是LED面光源(LED阵列)3，其中在相同基板33上排列多个LED单元31，31，...(参见图6)。下面具体描述该LED面光源3的结构。图6是LED面光源3的斜视图；图7是LED面光源3的正视图(从光照射方向的下游点看)；和图8是构成LED面光源3的LED单元31，31，...的放大横截面图。
从附图中可以看出，LED面光源3作为光源，并包括以矩阵方式(例如，水平方向和垂直方向各为15个)水平和垂直排列的多个LED芯片32，32，...。相应的LED芯片32，32，...排列成这样，其每一个单独装在多个反射器34，34，...中每个内，多个反射器34，34，...相对光源基板33整体形成。这样，装在一起的反射器34和LED芯片32构成一个前述的LED单元31；因此，现在的LED面光源3的结构是多个LED单元31，31，...以矩阵形式排列。
接下来，对在LED面光源3中设置的LED单元31，31，...发射的光的颜色进行描述；应该说是对各种颜色的LED单元31，31，...排列模式进行描述。在图7中，区域R是排列装有发射红色波长光的红色LED芯片的红色LED单元31R，31R，...的区域。区域G是排列装有发射绿色波长光的绿色LED芯片的绿色LED单元31G，31G，...的区域。区域B是排列装有发射蓝色波长光的蓝色LED芯片的蓝色LED单元31B，31B，...的区域。这样，LED面光源3的光源基板33的表面分割成三个区域R、G、B；单一颜色的LED单元31R，31R，...，31G，31G，...，31B，31B，...排列在单一分割区内。通过这种同色的LED单元排列在相同区域内，使得集中形成一个LED单元组，对于分别给各种颜色的各组LED芯片供电的布线(如并联)，可能简化电连线的连线模式。
而且，相应的LED单元31R，31R，...，31G，31G，...，31B，31B，...以定时点亮模式工作，使得发射相同颜色光的LED单元在点亮和熄灭状态共同同时切换。即，从红色LED单元31R，31R，...的点亮操作到绿色LED单元31G，31G，...的点亮操作、到蓝色LED单元31B，31B，...的点亮操作连续产生切换；该LED面光源3出射的光从红色到绿色再到蓝色连续切换。这种定时点亮操作在连接LED面光源3的定时点亮控制装置10的控制下发生。
此外，安装在前述LED面光源3前面(即，从光出射的方向)的是第一透镜阵列41，其中相对相应的LED单元31，31，...单独设置多个透镜。在该第一透镜阵列41中提供的相应的透镜尺寸分别与相对的LED单元31，31，...尺寸匹配。
另外，安装在前述第一透镜阵列41前面(即，沿光出射的方向)的是第二透镜阵列42，其中相对第一透镜阵列41的相应的透镜单独设置多个透镜。在第二透镜阵列42上提供的相应的透镜的尺寸分别与相对的第一透镜阵列41的透镜的尺寸匹配。即，选择相应的LED单元31的尺寸、与其对应的第一透镜阵列41的透镜尺寸、与其相对的第二透镜阵列42的透镜尺寸彼此相同。
另外，设置在前述第二透镜阵列42前面(即，从光出射的方向)的是聚光透镜5和反射镜6。而且，设置在反射镜6光路下游的是分色棱镜(dichroic prism)7和成像装置8(反射液晶和/或DMDI)。
前述的聚光透镜5光学操纵从LED面光源3发射并通过相应的第一透镜阵列41和第二透镜阵列42的光，使它与成像装置8的尺寸一致。即，由该聚光透镜5光学操纵的光被反射镜6反射，通过分色棱镜7，照射成像装置8。
在成像装置8中，对应LED面光源3发射的光的颜色切换形成图像，其通过“定时点亮控制”装置来切换，图像朝向分色棱镜7反射。即，通过成像装置8形成的红色图像、绿色图像和蓝色图像连续朝向分色棱镜7反射。因为已知反射液晶和/或DMD的结构和切换动作相应于接收到的颜色(LED面光源3发射的光的颜色)进行图像的切换，在此省略描述。此外，通过该成像装置8反射形成的图像被分色棱镜7反射，因此朝向投影透镜2，并从投影透镜2朝构成图像照射面的投影表面(屏幕等，未示出)投影。
但是，应注意本发明不局限于前述的各种颜色31R，31R，...，31G，31G，...，31B，31B，...的LED单元的排列模式。图9和10表示该LED单元排列模式的变型。在这些附图中，LED面光源3的光源基板33的表面分割成对应各种颜色的不同区域R、G、B；一种颜色的LED单元31R，31R，...，31G，31G，...，31B，31B，...排列在单个分割区内。应注意本发明不局限于前述的三种LED排列模式，它可以采用任意的设计。
[第二类光学模块]
接下来，对构成三面液晶型光学系统的第二类光学模块进行描述。
图11是表示该类型的光学模块1的示意图，投影透镜2设置在照射图像的一侧。如图11所示，在本实施例的光学模块1中提供的光源是三种LED面光源(LED阵列)3R、3G、3B，该光源的每一种分别对应三原色光--红、绿、蓝--在相同的基板上排列多个LED单元。即，在此提供用于发射红光的红色LED面光源3R，发射绿光的绿色LED面光源3G，和发射蓝光的蓝色LED面光源3B。
下面具体描述该类型的相应的LED面光源3R、3G、3B。如上面描述的第一类的光学模块的情况，相应的LED面光源3R、3G、3B的每一个是这样构成，多个LED芯片32以矩阵方式水平和垂直排列(例如，在水平和垂直方向各为15个)。而且，相应的LED芯片32排列成其每一个独立装在多个反射器的每一个里面，多个反射器与光源基板整体形成(在结构方面与参照图8描述的第一类光学模块类似)。这样，装在一起的反射器和LED芯片32构成一个前述的LED单元31；因此，相应的LED面光源3R、3G、3B每一个的结构是多个LED单元31以矩阵形式排列。此外，对三种面光源3R、3G、3B的每一种，选择在此提供的LED单元31来发射相同颜色的光。
尤其是，在位于图11底部的LED面光源中设置的LED单元31R中装有发射红色波长光的红色LED芯片；该LED面光源构成红色LED面光源3R。而且，在位于图11左侧的LED面光源中设置的LED单元装有发射绿色波长光的绿色LED芯片；该LED面光源构成绿色LED面光源3G。而且，在位于图11顶部的LED面光源设置的LED单元中装有发射蓝色波长光的蓝色LED芯片；该LED面光源构成蓝色LED面光源3B。
此外，分别安装在前述相应的LED面光源3R、3G、3B前面(即，从光出射的方向)的是第一透镜阵列41，第二透镜阵列42，和聚光透镜5；这些与前述的第一类光学模块中的情况相似。
此外，以分离方式安装在相应的聚光透镜5，5，5前面(即，从光出射的方向)的是作为成像装置的透射液晶8R、8G、8B；这些透射液晶8R、8G、8B对应各种颜色形成图像。此外，透过的各种颜色的光被作为图像混合装置的十字分色棱镜9混合，朝向投影透镜2反射这种混合形成的图像，从该投影透镜2朝构成照射面的投影表面(屏幕等，未示出)投影。
[实施例]
接下来，对具有前述光学模块1和/或投影透镜2的投影仪的应用模式进行具体描述。在下面描述的各种应用模式中，前述第一类光学模块和/或前述第二类光学模块可以在此应用。
首先，对其中结合有前述投影仪或者能够连接前述投影仪、并构成让图像从该投影仪朝屏幕和/或其它图像照射面投影的电子设备(例如，膝上型个人电脑、移动电话和/或等电子设备)的应用模式进行描述。
[膝上型个人电脑]
首先，图12表示膝上型个人电脑11(在下文中称为“膝上PC”)其中结合有前述投影仪的情况。前述投影透镜2例如可以设置成邻接膝上PC11主体的侧面，这样图像可以从该投影透镜2朝屏幕S投影。
为了将存储在膝上PC内的图像和/或视频投影到屏幕上，需要将膝上PC连接到大投影仪上并将图像和/或视频从膝上PC传送到该投影仪，以便在屏幕上产生投影。出于这个原因，需要连线的程序和包括各种设置的程序。因为本示例使膝上PC也有可能作为投影仪使用，不需要这种程序，具有极佳的用户亲合效果。
[连接移动电话]
图13表示前述投影仪A能够连接移动电话12的情况。投影仪A和移动电话12例如可以通过通信电缆12a连接，使得从移动电话12获得的互联网信息、电子邮件信息、各种各样的信息、电视屏幕快照、游戏屏幕快照和/或等信息传输到投影仪A，并从该投影仪A投影到屏幕S上。
如上所述，因为本发明一个或多个实施例中的投影仪A尺寸小，可以较少电功率消耗，投影仪A可以做得便于携带并能够用电池驱动；因此，可能构成便携式投影系统，这样可根据产生的需求投影仪A与移动电话12一起便于携带并且到屏幕S等上进行投影。
[手提终端装置]
图14表示手提终端装置13(PDA)结合有前述投影仪的情况。前述投影透镜2例如可以设置成邻接PDA 13的顶面，这样图像可以从该投影透镜2朝屏幕S投影。使得从PDA 13获得的互联网信息、电子邮件信息、各种各样的信息、电视屏幕快照、游戏屏幕快照和/或信息等投影到屏幕S。在这种情况下，可能构成便携式投影系统，这样可根据产生的需求使投影仪A以便携方式投影并且在屏幕上进行投影。各种软件，例如用于生成报告材料的软件，不再需要使用精致的投影设备在大屏幕上显示该报告材料。
[家庭电子游戏装置]
图15表示家庭电子游戏装置14结合有前述投影仪的情况。前述投影透镜2例如可以设置成邻接家庭电子游戏装置14的侧面，这样游戏图像可以从该投影透镜2投向屏幕S。
在此之前，当使用家庭电子游戏装置时，需要将家庭电子游戏装置连接到电视和/或投影仪。由于这个原因，需要连线等的程序。本示例不仅不需要这种连线程序等，在没有电视和/或投影仪的情况下，也有可使用家庭电子游戏装置。
这里结束描述电子设备的应用模式。
接下来，描述具有车载投影系统的汽车(车辆)的应用模式，车载投影系统具有前述的投影仪并让图像从该投影仪投向屏幕和/或其它图像照射面。
[车载投影系统]
图16表示前述的投影仪A应用到车载视频系统的情况。如图16(a)所示，投影仪A可容纳地安装在车内的车顶部15。图16(a)表示投影仪A从顶部15向下拉(即，向下旋转，参见附图的箭头)的情况。当这样向下拉时，投影透镜指向车辆的前面，图像可以向前投影。而且，当不用该投影仪A时，可以存入车顶内，使得投影仪A的底面与车顶面接平。
而且，卷帘式可收屏幕S安装在汽车前、后座位之间；如图16(b)所示，向下拉该可收屏幕S能够使图像从投影仪A投影到屏幕上。这样让各种类型的图像(各种类型的图像包括来自电视、DVD、VCR、游戏机等的图像)投影到屏幕S上。
而且，因为LED面光源3可以用低压驱动，本示例有可能将汽车电池(例如，12VDC)用作投影仪A的电源。
[车载显示系统]
如17表示前述投影仪A应用到车载显示系统的情况。如图所示，投影仪A安装在车内的仪表板上。而且，显示屏(中心板)16也安装在仪表板上，使得图像(例如，汽车导航图像)从前述投影仪A投影到显示屏16上。
注意驾驶员座位前面的面板16A或挡风玻璃也可以用作屏幕，图像可以从投影仪A投影到该屏幕上。即，对坐在车内的驾驶员和/或乘客来说，这种屏幕足够了。还有，汽车电池(例如，12VDC)能够用作投影仪A的电源。
[广告显示车的投影系统]
图18表示前述投影仪A应用到广告显示车的情况。如图所示，在车内从顶部悬挂安装投影仪A，这样朝车后投影图像。
而且，在车辆后面(在本示例中为后窗)安装屏幕S，图像从前述投影仪A投影到屏幕上，以便从车外可以看见。此外，广告或其它图像可以从投影仪A朝屏幕S投影。作为公司和/或商店的商业信息图像可以例举作为即时投影图像的示例。而且，该车辆用作移动商店(例如，销售食品和饮料等的旅行商店)，投影到屏幕S上的图像可以用于广告、标记、菜单、显示等。
应注意，图像从投影仪A投影到屏幕S上，屏幕S的位置不局限于安装在后窗部位，屏幕S也可以安装在侧窗部位和/或车身上的相应的部位。
[帐篷投影系统]
图19表示前述投影仪A应用到帐篷投影系统的情况。如图所示，在户外露营时，这种系统用于将图像投影到帐篷T的织物上和/或附在该织物的屏幕S上。即，投影仪A设置在帐篷T的中央，安装在角架17上或悬挂在角架17上，这样图像从该投影仪A投影到织物或屏幕S上。
在这种情况下，根据是从帐篷外(图19所示的情况)观看图像还是从帐篷内观看图像，可能需要翻转投影到织物或屏幕S上的图像，采用这种结构可以对应具体应用翻转图像。
[橱窗]
图20表示前述投影仪A应用到橱窗18的情况。如图所示，投影仪A安装在橱窗内的顶部，在橱窗18内的显示板上设置屏幕S。此外，与显示产品相关的图像(表征产品的图像和/或商业信息的图像)从投影仪A投向屏幕S。如上所述，因为本发明的一个或多个实施例的投影仪A尺寸做得小，有可能安装在橱窗内的有限空间内。
而且，本发明的投影系统还可能将专用的透明薄膜(高反射率薄膜)贴到玻璃橱窗上，从后面将图像投影到专用透明薄膜上。因此，根据图像是投影到显示板的屏幕S上还是从后面将图像投影到玻璃橱窗上，需要翻转投影的图像，在本示例也采用这种结构，对应具体应用翻转图像。
[其它实施例]
在上述的实施例中，对用于LED发光的电源没有具体限制；当然，也可以用家用交流电源，蓄电池、可充电电池(蓄电池再充电后能重复使用)、汽车电池、燃料电池和/或任何其它多种电源。
而且，例如，基于电子设备的类型，本发明没有限制选择投影仪A结合到电子设备内和/或通过通信电缆来连接。例如，图12、图14和图15所示的示例还有可能通过通信电缆来连接投影仪A和电子设备；类似地，如图13所示的示例投影仪A也有可能结合电子设备。
而且，本发明除了这些在此描述的形式以外，还可以包括多种形式，其不脱离本发明的精神或必要特征。前述实施例和工作示例仅仅是解释性的，并不构成限制。本发明的范围用权利要求所示，无论如何不受说明书的内容限制。而且，在权利要求等同范围内的所有改型和变化在本发明的范围内。