BE1023412B1 - Projectoroptieken voor rode laser- en fosforbron - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding verschaft een optisch sub-samenstel voor een projector die ontworpen is om samen te werken met een rode laser en een fosforbron met als voordeel dat het de verliezen reduceert of minimaliseert. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding reduceren of minimaliseren de lichtverliezen die plaatsvinden wanneer bijvoorbeeld een gele fosforescerende stof wordt gebruikt. Deze verliezen kunnen in verschillende stadia in de lichtweg optreden, zoals in het Philips-prisma, vanwege elektronische correctie, vanwege een scherpfilter en/of enige combinatie hiervan. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding verschaffen het voordeel van een kleinere, compactere, goedkopere projector met een lagere behoefte aan koeling, in het bijzonder voor een brede-gamma kleurprestatie. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn bijzonder geschikt voor een specifieke gestandaardiseerde witte kleurpunt zoals een DCI witte kleurpunt.

Description

Projectoroptieken voor rode laser- en fosforbron

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optisch sub-samenstel, een projector en werkwijze voor het bedienen van een projector, een regelaar voor het regelen van een projector en een werkwijze voor het regelen van een projector.

Achtergrond

Projectietechnologie maakt steeds meer gebruik van solid state lichtbronnen in plaats van de conventionele lampen, bijvoorbeeld het gebruik van lasers in een enkele-chip DLP-projector, drie-chip DLP-projector of andere projectoren met 3 beeldvormers (LCD, LCOS, ...).

Op laser gebaseerde solid state projectoren kunnen worden ingedeeld in twee hoofdcategori eën : • Volledige laserprojectoren (gebruikmakende van directe rode, groene en blauwe lasers) • Laserfosforprojectoren (gebruikmakende van de blauwe laser om een golflengte-conversiemateriaal te exciteren om de drie primaire kleuren te genereren).

Momenteel zijn de volledige laserprojectoren typischerwijze ultra heldere projectoren die gericht zijn op de nichemarkt van digitale cinema (DC). Laserfosforprojectoren hebben vooral een lichtopbrengst onder 12K lumen en worden daarom in de markten buiten digitale cinema verkocht. Recente verbeteringen in de fosfortechnologie maken het laserfosforprojectoren echter mogelijk om zelfs een helderheid van tot 20K lumen, en mogelijk hoger, te bereiken.

Hoge helderheid en kleurprestatie zijn belangrijk omdat een digitale cinemaprojector beelden moet projecteren volgens de DCI-norm.

In markten buiten digitale cinema kan een ander kleurengamma van de projector als het REC709-kleurengamma worden ingesteld. Het is heel belangrijk te vermelden dat REC709 slechts een aanbeveling is, geen norm. Daarom kunnen de kleurprestaties van de projectoren sterk variëren zowel voor de kleurpunt van de primaire kleuren als voor de kleur-tot-wit-verhouding (de witte kleurpunt). De DCI-norm is veel strenger en definieert het kleurengamma en de witpunt van een Digitale Cinema projectiesysteem. Sommige toleranties zijn toegestaan via lage tolerantievakken uitgedrukt in een kleurenschema voor de witte kleurpunt en de kleurpunten van de primaire kleuren.

Een vergelijking tussen het REC709-kleurenspectrum en het DCI-kleurenspectrum wordt weergegeven in figuur 1.

Huidige laser-fosfor-3-chipprojectoren genereren rode, groene en blauwe primaire kleuren met gebruik van blauwe lasers om een fosfor-golflengteomzetter te exciteren en om geel licht te genereren. Direct blauw laserlicht wordt toegevoegd aan het fosforgeel licht om een witte bron te creëren. Blauwe lasers hebben de voorkeur in plaats van blauwe LED's voor de fosforexcitatie vanwege de kleinere étendue van laserlicht. Soms worden aanvullende rode lasers of rode LED's toegevoegd om het roodgehalte te verbeteren. Het typische optische spectrum van een dergelijke witlichtbron die uit directe blauwe lasers en gele fosforescerende stof bestaat wordt weergegeven in figuur 2.

De kleurpunt voor de witte laser + fosforlichtbron zal variëren afhankelijk van een aantal ontwerpkeuzes. Voor directe blauwe lasers kan de golflengte variëren in het interval 440 nm en 470 nm en kan één golflengte of een combinatie van verschillende golflengtes in dit interval worden gebruikt.

De blauwe laser + gele fosforarchitectuur is zeer populair geworden voor projectoren in de markten buiten digitale cinema als gevolg van haar verminderde complexiteit en de juiste balans tussen prestatie en kosten. De golflengteomzetter bijvoorbeeld is slechts één type fosfor die gebruikt wordt om zowel de rode als de groene component te maken. Bovendien zijn gele fosforescerende stoffen met zeer goede prestaties (bijvoorbeeld hoge omzettingsefficiëntie, chemisch stabiel, goede doofprestaties enz.) direct beschikbaar en het meest populaire voorbeeld is de YAG:Ce-fosfor die in witte LED’s gebruikt wordt voor verlichtings- en achtergrondverlichtingstoepassingen. Het is echter een bekend feit dat de toepassing van rode fosforescerende stoffen niet eenvoudig is, vooral vanwege het feit dat rode fosforescerende stoffen een slecht thermisch gedrag hebben en zij bij temperaturen doven die veel lager zijn dan die waargenomen zijn voor goede gele fosforescerende stoffen. Ook is de omzettingsefficiëntie van de rode fosforescerende stoffen veel lager dan die van een gele fosforescerende stof (bijvoorbeeld 30-35% in vergelijking met 60-65%).

Vandaar dat het hebben van een goed presterende gele fosforescerende stof met een significant roodgehalte in veel gevallen de voorkeursoplossing is geworden.

Voor DCI-compatibele projectoren bleek deze zeer populaire oplossing van het slechts gebruiken van blauwe lasers en een gele fosforescerende stof echter eerder beperkend en zijn aanvullende verbeteringen nodig.

Om een DCI-compatibele projector te hebben bij het gebruik van een dergelijke witte directe blauwe laser + gele fosforbron moeten een aantal stappen worden uitgevoerd.

De eerste stap is om de oorspronkelijke rode, groene en blauwe primaire kleuren te hebben volgens de DCI-spec. Voor de meeste van de 3-chipprojectoren wordt het splitsen van het licht gegenereerd door de lichtbron in de drie primaire kleuren, uitgevoerd door het Philipsprisma zoals te zien in figuur 3. Het Philips-prisma is ook verantwoordelijk voor de initiële filtering van het licht. Deze filtering is het resultaat van het typische verschil van invalshoek (AOI) op de Philips-prismacoatings voor inkomend en uitgaand licht. De precies beïnvloede golflengtegebieden zijn afhankelijk van het coatingontwerp, maar een typisch geval is dat bijvoorbeeld een dip rond 490-500nm (minder zichtbaar in figuur 3) en rond 575 - 600 nm wordt gecreëerd.

De rode en groene primaire kleuren die op deze wijze zijn verkregen zijn nog steeds te breed om DCI-compitabel te zijn. De kleurpunten zijn niet in de overeenkomstige DCI-tolerantievakken. Een aanvullende filtering in het groen-rode overgangsinterval uitgevoerd met een scherpfilter is nodig met het effect dat schematisch wordt weergegeven in figuur 4.

Het golflengte-interval tussen de groene en rode golflengten (derhalve gele golflengten) waar de beeldprocessor de afsplitsing maakt tussen rood en groen, resulteert in een aanzienlijke hoeveelheid lichtverlies.

Het scherpfiltereffect dat getoond wordt in figuur 4 is slechts een voorbeeld. In werkelijkheid zullen de kenmerken van het filter moeten worden aangepast aan het exacte fosforspectrum en de exacte specificaties van de dichroische filters in het prisma om de kleurpunten van de primaire kleuren zo te corrigeren dat ze DCI-compatibel zijn.

Vanwege het grote verschil tussen het optische spectrum van een Xenonlamp en een gele fosforescerende stof, zijn de lichtverliezen door het gebruik van een scherpfilter met een Xenonlamp zeer verschillend van die van een blauwe laser + gele fosforescerende stof witte bron. In het geval van de Xenonlamp is dit meestal 8% (in lumen). Terwijl in het geval van blauwe laser + gele fosforescerende stof witte bron dit ongeveer 18% (in lumen) is.

Naast deze aanzienlijke vermindering van helderheid door het scherpfilter voor het specifieke geval van een laserfosforlichtbron, is het gebrek aan rood licht en de overmaat van groen licht in het spectrum een andere bron van helderheidreductie.

Als gevolg daarvan, is het grootste probleem bij het gebruik van de blauwe laser + gele fosforarchitectuur voor een DCI-compatibele projector (naast de aanzienlijke afname van de helderheid door de scherpfilter) het gebrek aan rood licht en de overmaat van groen licht in het typische spectrum van een gele fosforescerende stof. Hoewel dit geen probleem hoeft te zijn voor projectoren waar de kleur-tot-wit-verhouding niet een kritische parameter is, is het een groot probleem voor DCI-compatibele projectoren waar de witte kleurpunt (en dus de rood-tot-wit-verhouding) zeer goed gedefinieerd is in de DCI-norm.

Om dit probleem op te lossen en de witte kleurpunt op de DCI-streefwaarde te krijgen, moet het overschot van groen licht (en eventueel ook blauw) elektronisch worden verwijderd. Dezelfde procedure wordt ook gebruikt in de huidige op Xenon en Kwiklamp gebaseerde projectoren. Maar de verliezen als gevolg van deze elektronische correcties in de op laser-fosforescerende stof gebaseerde projectoren zijn veel hoger dan wat gewoonlijk het geval is voor een op Xenon en Kwiklamp gebaseerde projector. Met typische waarden van 30% afname van de helderheid als een gevolg van de elektronische correctie, blijkt het hebben van een fosforescerende stof met een dergelijk beperkt roodgehalte een zeer ernstig probleem.

Om het gebrek aan rood in het gele spectrum aan te pakken is een oplossing, die typisch "rood-geassisteerde laserfosforbron" wordt genoemd, voorgesteld. In dit geval wordt een aanvullende lichtbron (direct rode laser of rode LED's) gebruikt om de rode kleur die geproduceerd wordt te verhogen. Deze aanvullende lichtbron wordt toegevoegd aan de bestaande blauwe laser + gele fosforoplossing zonder typisch het soort fosforescerende stof dat wordt gebruikt te veranderen.

Dit is een zeer goede oplossing om het roodgehalte te verhogen en de verliezen als een gevolg van kleurcorrectie te verminderen, maar het minimaliseert nog steeds niet de mogelijke helderheidverliezen die nodig zijn om de DCI-specificatie of andere kleurengammaspecificaties of ander standaard witpunt, of een combinatie hiervan, te bereiken.

Samenvatting van de uitvinding

Een doel van de onderhavige uitvinding is om een optisch sub-samenstel te verschaffen voor een projector die ontworpen is om samen te werken met een rode laser en een fosforbron met het voordeel dat verliezen verminderd of geminimaliseerd worden. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding verminderen of minimaliseren de lichtverliezen die optreden als bijvoorbeeld een gele fosforescerende stof wordt gebruikt. Deze verliezen kunnen in verschillende stadia in de lichtweg optreden, zoals in het Philipsprisma, vanwege elektronische correctie, vanwege een scherpfilter en/of enige combinatie hiervan.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding verschaffen het voordeel van een kleinere, compactere, goedkopere projector met een lagere behoefte aan koeling, in het bijzonder voor een breedgamma-kleurprestatie. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn bijzonder geschikt voor een specifieke gestandaardiseerde witte kleurpunt zoals een DCI-witte kleurpunt.

Een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is om de kleurprestatie van het projectiesysteem aan een kleurengammadoel te koppelen zoals gegeven door DCI of groter met laag of minimaal lichtverlies.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn bijzonder voordelig indien toegepast als een 3-chipprojectorarchitectuur met continue witlicht-belichting.

De onderhavige uitvinding verschaft in één aspect een lichtprojectiesysteem voor het genereren van een beeld met drie primaire kleuren, in het bijzonder blauw, groen en rood, waarbij elke primaire kleur respectievelijk gedefinieerd is door een eerste, tweede en derde golfband, waarbij het lichtprojectiesysteem het volgende omvat: - een eerste blauwelaserbron die een eerste bundel van de eerste golfband uitzendt, waarbij de eerste blauwelaserbron een eerste laserbesturing heeft, - een tweede blauwelaserbron die een tweede bundel uitzendt met een centrale golflengte en een golfband, waarbij de tweede blauwelaserbron een tweede laserbesturing heeft, een derde rodelaserbron die een derde bundel van de derde golfband uitzendt, waarbij de derde rodelaserbron een derde laserbesturing heeft, een substraat met een golflengteconversie-element voor het uitzenden van licht op meerdere golflengten na absorptie van een lichtbundel bij een excitatiegolflengte binnen de golfband van de tweede blauwelaserbron, waarbij het substraat zodanig in een optisch pad van de tweede bundel is gepositioneerd dat licht dat door het golflengteconversie-element verzonden of erdoor gereflecteerd wordt, resulteert in emissie van een geconverteerde bundel met een golfband die ten minste de tweede en derde golfbanden omvat, een bundelcombineermiddel voor het combineren van de gecombineerde eerste en derde bundel en de geconverteerde bundel, welke combinatie resulteert in een witte bundel; waarbij het golflengteconversie-element het volgende heeft • een zwaartepuntgolflengte < 560 nm • GRTZC < 16%.

In een uitvoeringsvorm van het lichtprojectiesysteem van de onderhavige uitvinding heeft het golflengteconversie-element een Groengehalte dat > 65% kan zijn.

Het Groengehalte kan < 75% zijn, optioneel <80%.

De eerste golfband kan - optioneel - breder zijn dan de golfband van een individuele laserbron. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding maken het mogelijk om de laagste golflengtebijdrage of het meest blauwachtige licht van een golflengteconversie-element, zoals een fosforescerende stof of kwantum stippen, toe te voegen, wat een bredere golfband toelaat. Een dergelijke blauwe golflengte kan worden uitgebreid zodat het bijvoorbeeld 480-500 nm golflengtebereik omvat.

De tweede blauwelaserbron kan ook een UV- of bijna-UV-laserbron zijn en derhalve in het UV- of bijna-UV-golflengtebereik zijn. Dit laserlicht wordt omgezet door het golflengteconversie-element, zodat het specifieke golflengtebereik van het excitatielicht niet zo belangrijk is. Blauwe lasers van 440-470 nm golflengte zijn op dit moment een economische keuze.

Het roodgehalte is bij voorkeur < 30% en eventueel > 20%.

De percentagewaarden hebben betrekking op de relatieve energiebij dragen van het tot fosforescerende stof omgezette licht in een bepaald golflengtebereik ten opzichte van het hele fosforlichtspectrum dat als 100% wordt genomen.

Het groengehalte is het deel van het golflengteconversie-element-lichtspectrum, bijvoorbeeld fosfor- of kwantumstippenlichtspectrum voor gebruik in de groene golfband, derhalve is dit bij voorkeur een aanzienlijk percentage zoals > 65%. Een grotere hoeveelheid betekent een uiteindelijke hogere lichtopbrengst. De groene golfband is optioneel 495-575 nm als een voorbeeld. Dit licht is vooral bedoeld om door het lichtventiel in de groene beeldvormer gemoduleerd te worden. GRTZC is het “Groen-Rode-Transitiezone-Gehalte” (“Green-Red Transition Zone Content”), wat licht is van een golflengtebereik waarvan veel verliezen optreden in het Philips-prisma en/of enige aanvullende scherpfilter. Dit is licht dat niet goed behoort tot ofwel de groene of rode golfband omdat het typischerwijze de kleuren verzadigt en het kleurengamma kleiner maakt. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding gebruiken een groengolflengteconversie-element, zoals een groene fosforescerende stof of groene kwantumstippen, op zodanige wijze dat er minder hoeveelheid is van dit soort licht dan voor de gele fosforescerende stof uit de stand van de techniek.

Roodgehalte is het relatieve gedeelte van het golflengteconversie-elementspectrum, zoals een groenfosfor- of groenkwantumstippenlicht dat in de rode golfband gaat. De rode golfband wordt vooral door de directe rode lasers bediend, en het heeft de voorkeur om een hoeveelheid roodachtig licht van het golflengteconversie-element, zoals een fosforescerende stof of kwantumstippen, toe te voegen ten behoeve van het ontspikkelen. Een bovengrens van dit type roodachtig licht treedt op wanneer de kleurpunt van rood naar een te klein kleurengamma beweegt, bijvoorbeeld wanneer het voornamelijk oranje licht rond 600 nm is. Derhalve heeft het de voorkeur wanneer het roodgehalte binnen een dergelijke bovengrens wordt gehouden. Een geschikte ondergrens zou gerelateerd zijn aan het ontspikkelen, maar kan van ondergeschikt belang zijn wanneer een rodelaser-ontspikkelproces wordt toegepast. Vandaar dat de > 20% voorwaarde optioneel is. Opgemerkt moet worden dat Blauwgehalte + Groengehalte + GRTZC + Roodgehalte neerkomt op 100% voor het gebruikte golflengteconversie-element zoals een fosforescerende stof of kwantum stippen.

Dienovereenkomstig, heeft het spectrum van het golflengteconversie-element hoofdzakelijk licht in het groene kanaal, en bij voorkeur gaat slechts een kleine fractie naar de rode en blauwe kanalen voor beperkte kleurafstemming en de laserontspikkeling.

Het systeem kan ook een verwerkingseenheid omvatten die geconfigureerd is om te communiceren met een optische controle-eenheid die de relatieve intensiteit van de eerste, tweede en derde golfbanden van de witbundel meet, waarbij de verwerkingseenheid de eerste tot derde laserbesturingen onafhankelijk bestuurt om de lichtintensiteit van elk van de eerste en tweede blauwelaserbronnen onafhankelijk van de lichtintensiteit van de derde rodelaserbron aan te passen.

Bij voorkeur voor een nog betere kleurbesturing heeft het de voorkeur dat de optische controle-eenheid is ingericht om verschillende bijdragen in enige, sommige of alle golfbanden te controleren. Zo heeft het de voorkeur dat de optische controle-eenheid is ingericht om zowel het laserlicht als het golflengteconversie-element-lichtbijdrage in de rode golfband te bewaken.

De optische controle-eenheid kan een lichtsensor omvatten die ten minste één is van een fotodiodesensor, fotoweerstand, organische fotoreceptor, spectrometers, fotoversterkers, CCD of CMOS-sensoren.

Het systeem kan verder een variabel blauw- en roodreductiefilter omvatten.

Het variabele blauw- en roodreductiefilter kan het roodachtige en blauwachtige licht van het golflengte conversie-element verder reduceren dat in het rode en blauwe kanaal gaat.

Het blauw- en roodreductiefilter kan zodanig een actuator omvatten dat de hoeveelheid blauw en rood licht dat door het filter verzonden wordt kan worden aangepast door de positie van het filter te bewegen.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het golflengteconversie-element een fosforescerende stof of kwantum stippen zijn.

De onderhavige uitvinding verschaft volgens één aspect een werkwijze voor het genereren van een beeld met een lichtprojectiesysteem met drie primaire kleuren, in het bijzonder blauw, groen en rood, waarbij elke primaire kleur respectievelijk gedefinieerd is door een eerste, tweede en derde golfband, waarbij de werkwijze het volgende omvat: het generen van laserlicht van een eerste blauwelaserbron die een eerste bundel van de eerste golfband uitzendt, waarbij de eerste blauwelaserbron een eerste laserbesturing heeft, het generen van laserlicht van een tweede blauwelaserbron die een tweede bundel uitzendt met een centrale golflengte en een golfband, waarbij de tweede blauwelaserbron een tweede laserbesturing heeft, het generen van laserlicht van een derde rodelaserbron die een derde bundel van de derde golfband uitzendt, waarbij de derde rodelaserbron een derde laserbesturing heeft, het generen van een geconverteerd licht van een substraat met een golflengteconversie-element voor het uitzenden van licht op meerdere golflengten na absorptie van een lichtbundel bij een excitatiegolflengte binnen de golfband van de tweede blauwelaserbron, waarbij het substraat zodanig in een optisch pad van de tweede bundel is gepositioneerd dat licht dat door het golflengteconversie-element verzonden of erdoor gereflecteerd wordt, resulteert in emissie van een geconverteerde bundel met een golfband die ten minste de tweede en derde golfbanden omvat, het combineren van de gecombineerde eerste en derde bundel en de geconverteerde bundel, welke combinatie resulteert in een witte bundel; waarbij het golflengteconversie-element het volgende heeft • een zwaartepuntgolflengte < 560 nm • GRTZC < 16%.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze van de onderhavige uitvinding heeft het golflengteconversie-element een Groengehalte dat > 65% kan zijn.

Het Groengehalte kan < 75% zijn, optioneel <80%.

Korte beschrijving van de tekeningen

Figuur 1 toont een vergelijking tussen het REC709-kleurenspectrum en het DCI-kleurenspectrum.

Figuur 2 toont een typisch optisch spectrum van een witlichtbron die bestaat uit directe blauwe lasers en geel fosforescerende stof.

Figuur 3 toont het effect van een Philips-prisma.

Figuur 4 toont schematisch het effect van een aanvullende filtering in het groen-rode overgangsinterval uitgevoerd met een scherpfilter.

Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding van optische sub-samenstellen en een lichtbron die in een projector geïntegreerd is.

Figuur 6 toont een uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding van optische sub-samenstellen en een lichtbron die in een projector geïntegreerd is.

Figuur 7 toont een vergelijking tussen het optische spectrum van een typische groene fosforescerende stof die gebruikt wordt in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, zoals getoond in figuren 5 en 6, en een typische gele fosforescerende stof. Figuur 8 toont de spectrale kenmerken van een typische gele fosforescerende stof en een typische groene fosforescerende stof in het 575-600 nm interval volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 9 toont het spectrum van een systeem 1) (blauwe lasers + gele fosforescerende stof + rode lasers).

Figuur 10 toont het spectrum van een systeem 2) (blauwe lasers + groene fosforescerende stof + rode lasers) volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 11 toont DCI-kleurengamma en REC709-kleurengamma in de kleurruimte en respectievelijke tolerantievakken van primaire kleuren waarin het gamma van de groene fosforescerende stof met blauwe en rode laser volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 12 toont de groeneprimairekleurgolfband die gegenereerd is door groene en gele fosforescerende stoffen, waarbij het groene fosforspectrum in overeenstemming is met een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 13 toont het lichtspectrum van het licht dat is uitgezonden door de gele en groene fosforescerende stof volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 14 toont de rodeprimairekleurgolfband die gegenereerd is door gele en groene fosforescerende stof volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 15 toont het spectrum van de witte bundel in de projector stroomopwaarts voorafgaand aan het binnentreden van de beeldvormer.

Figuur 16 toont een systeem met op bundel-étendue gebaseerde werkwijze voor gebruik met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

Figuur 17 toont de toevoeging van een sensor en regelaar die terugkoppelcontrole verschaffen van de besturingen naar de uitvoeringsvorm getoond in figuur 5.

Figuur 18 toont een voorbeeld van de gevoeligheidsbereiken van de multibandsensor zoals beschreven onder verwijzing naar figuur 17 volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Definities

In deze beschrijving wordt een onderscheid gemaakt tussen de primaire kleuren van een standaard kleurengamma zoals REC 709 en een breder kleurengamma zoals DCI. DCI is echter slechts één voorbeeld van een breder kleurengamma. De uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden gebruikt voor andere bredere kleurengamma’s, bijvoorbeeld voor een nieuw en veranderd DCI-kleurengamma, of, in een ander voorbeeld, voor kleurengamma’s die dichter naar Rec-2020 bewegen, hetgeen op zich schijnbaar onbereikbaar is in zijn strikte definitie omdat het monochromatische primaire kleuren vereist die momenteel alleen met lasers mogelijk zijn.

In een projectiesysteem, is de definitie van een primaire kleur ingewikkeld omdat het afhankelijk is van waar in het optische pad de primaire kleur gedefinieerd wordt, dat wil zeggen in elk kleurkanaal, ter hoogte van de lichtmodulatorinrichtingen, stroomopwaarts van de lichtmodulatorinrichtingen of bij de uitgang van de projector. Het is vaak zo in projectiesystemen dat de drie primaire kleuren rood, groen en blauw zijn.

In optische termen wordt een primaire kleur gedefinieerd als "Eén kleurelement van drie kleuren, in een additief beeldvormingssysteem, die in verschillende verhoudingen gecombineerd kunnen worden om enige andere kleur te produceren." Elke primaire kleur wordt verder gedefinieerd, volgens een standaard, bijvoorbeeld DCI-standaard, door een golfbandbereik.

Het is belangrijk op te merken dat een primaire kleur ook gedefinieerd is in een standaard via haar kleurcoördinaten. Een bepaalde golfband en een bepaalde spectrale distributie binnen deze golfband kan een bepaalde kleurcoördinaat creëren die gelijk is aan die gedefinieerd in een standaard. Er bestaan echter verschillende oplossingen met verschillen in golfband en spectrale distributies die dezelfde kleurcoördinaten kunnen creëren.

Witpunt wordt, in additieve beeldvormingssystemen, gedefinieerd als "de kleur (of chromaciteitcoördinaten en luminantie) die wordt geproduceerd wanneer aan het systeem de maximale RGB-codewaarden worden gestuurd die het kan accepteren", zoals gedefinieerd in Color and Mastering for Digital Cinema door Glenn Kennel, 2006, ISBN-10: 0240808746. Verder specificeert het boek "DCI-specificaties en SMPTE-standaard voor schermluminantie en -chromaticiteit, dat de witpunt gedefinieerd wordt als hebbende kleurcoördinaten [0,314 0,351], Deze definitie van witpunt is echter optioneel en bovendien is de definitie verder afhankelijk van de gebruikte standaard.

De definitie van witpunt is afhankelijk van de toepassing. Daarom maken we onderscheid tussen de witpunt van de projector (of oorspronkelijke witpunt), en de streefwitpunt. We definiëren de witpunt van de projector (oorspronkelijke witpunt), als de witpunt wanneer alle drie de kleurkanalen hun maximale niveau verschaffen. We definiëren de streefwitpunt als de standaard die de projector zou moeten bereiken.

We definiëren de witpuntverschuiving als de verschuiving van de witpunt van de projector met de tijd of met het dimmen van de verlichtingsniveaus.

Op soortgelijke wijze definiëren we streef primaire kleuren als de primaire kleuren die door de standaard gedefinieerd worden, dat wil zeggen DCI-standaard, en de primaire kleuren (of oorspronkelijke primaire kleuren) van de projector als de primaire kleuren die aan elk kleurkanaal of lichtmodulatorinrichting verschaft worden. Oorspronkelijke primaire kleuren hebben dus geen elektronische correctie.

Het is duidelijk dat de primaire kleuren van de projector de witpunt van de projector definiëren, alhoewel de streef primaire kleuren echter niet per se de witpunt van het doelwit definiëren.

Beschrijving van de uitvoeringsvoorbeelden

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding hebben als doel om de kleurprestatie van een projectiesysteem te koppelen aan een streefkleurengamma zoals gegeven door DCI, of groter met lage of minimale lichtverliezen.

In één uitvoeringsvorm wordt een laserfosforlichtbron voorgesteld voor een 3-chipprojector bestaande uit, of omvattende: • Eén of meer directe blauwe lasers • Eén of meer blauwe lasers, waaronder optioneel UV- of ultra-UV-laser om een groene fosforescerende stof te exciteren • Eén of meer directe rode lasers • Eén of meer bundelcombineermiddelen om de verschillende kleurbij dragen te combineren tot een witte lichtbundel die aan een beeldvormingsprocessor wordt verschaft.

Figuren 5 en 6 tonen twee uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding van optische sub-samenstellen en een lichtbron die in een projector geïntegreerd is, met gebruik van dichroische spiegelcomponenten als bundelcombineermiddelen in de verlichtingsbron, waarbij andere voorbeelden van soortgelijke inrichtingen kunnen worden begrepen door de vakman.

Figuur 5 toont besturingen 2, 4, 6 verschaft respectievelijk voor een blauwe laser 3, een blauwe laser 5 en rode laser 7. De blauwe laser 2 zendt licht 2' in het golflengtebereik 440 -470 nm invallend op een golflengteconversie-element 8, ofwel in transmissie (niet getoond) of reflectie. Voor de golflengteconversie-elementexcitatie kan dit bereik worden uitgebreid om UV-golflengtebereiken te omvatten. De rode laser kan uitzenden in het bereik 630-650 nm hoewel langere golflengten eveneens geschikt zijn. Eventueel worden verzameloptica 9 verschaft voor het verzamelen van het uitgezonden golflengteconversie-elementlicht, bijvoorbeeld fosforlicht. Het golflengteconversie-element 8 kan een groene fosforescerende stof zijn zoals hieronder beschreven. De op basis van een golf omgezette lichtbundel 2" uitgezonden door het golflengteconversie-element 8 wordt, bijvoorbeeld door middel van dichroische spiegels 10 en 11, gericht op homogeniseeroptica 12 die dient om een uniform rechthoekig witte bundel te creëren met een bepaalde halve kegelhoek die wordt afgebeeld op de ene of meer lichtventielen in de beeldvormingsprocessor. Voorbeelden van homogeniseeroptica zijn sets van vlieg-ooglenzen (“fly-eye lenses”) of ook wel lichtstaven. Blauwe laser 5 en rode laser 7 zenden bundels 5' en 7' uit die gericht zijn op het ontspikkeloptica 13 via een dichroïsche spiegel 30. De gecombineerde bundels 5’ en 7’ worden gericht naar de homogeniseeroptica 12, bijvoorbeeld via dichroische spiegel 11. De uitvoer van de homogeniseeroptica 12 is een witte bundel 14 die invalt op een beeldvormingsprocessor met inbegrip van een TIR-prisma- en Philips-prismastructuur, 16 bijvoorbeeld, die het witte licht in drie primaire kleuren splitst zoals rode, groene en blauwe bundels die elk invallen op een lichtventiel 18a, 18b, 18C zoals een DMD. Gereflecteerde licht van de DMD's dat gemoduleerd is overeenkomstig een beeld zoals een video, wordt hervormd door de TIR-prisma- en Philips-prismastructuur 16 om de projectiebundel 19 te vormen die wordt gericht door een projectielens 20.

Figuur 6 toont een verdere uitvoeringsvorm met besturingen 2, 4, 6 verschaft respectievelijk voor een blauwe laser 3, een blauwe laser 5 en rode laser 7. De rode laser kan uitzenden in het bereik 630 - 650 nm hoewel langere golflengten eveneens geschikt zijn. De blauwe laser 2 zendt licht 2' uit in het golflengtebereik 440-470 nm invallend op een golflengteconversie-element 8, ofwel in transmissie (niet getoond) of reflectie. Voor de golflengteconversie-elementexcitatie kan dit bereik worden uitgebreid om UV-golflengtebereiken te omvatten. Optioneel worden verzameloptica 9 verschaft voor het verzamelen van het uitgezonden golflengteconversie-elementlicht, bijvoorbeeld fosforlicht. Het golflengteconversie-element 8 kan een groene fosforescerende stof zijn zoals hieronder beschreven is. De op basis van een golf omgezette lichtbundel 2" die uitgezonden wordt door het golflengteconversie-element 8, wordt gericht, bijvoorbeeld door middel van dichroïsche spiegels 9 en 11 op homogeniseeroptica 12 die dient om een uniform rechthoekige witte bundel te creëren met een bepaalde halve kegelhoek die wordt afgebeeld op de ene of meer lichtventielen in de beeldvormingsprocessor. Voorbeelden van homogeniseeroptica zijn sets van vlieg-ooglenzen (“fly-eye lenses”) of ook wel lichtstaven. Blauwe laser 5 in het golflengtebereik 440 - 470 nm en rode laser 7 in het golflengtebereik 630 - 650 nm zenden bundels 5’ en 7’ uit, die zijn gericht op het ontspikkeloptica 13 via een dichroïsche spiegel 9. De gecombineerde bundels 5’ en 7’ zijn gericht op de homogeniseeroptica 12, bijvoorbeeld via dichroïsche spiegel 11. De uitvoer van de homogeniseeroptica 12 is een witte bundel 14 die invalt op een beeldvormingsprocessor met inbegrip van een TIR-prisma en Philips-prismastructuur, 16 bijvoorbeeld, die het witte licht in drie primaire kleuren splitst zoals rode, groene en blauwe bundels die elk invallen op een lichtventiel 18a, 18b, 18C zoals een DMD. Gereflecteerd licht van de DMD's dat gemoduleerd is overeenkomstig een beeld zoals een video wordt hervormd door de TIR-prisma- en Philips-prismastructuur 16 om de projectiebundel 19 te vormen die wordt gericht door een projectielens 20.

Merk op dat er in figuren 5 en 6 geen bijkomend scherpfilter getoond is in of in de buurt van de beeldvormingsprocessor, omdat het een van de doelen is van uitvoeringsvormen van deze uitvinding om de verliezen te minimaliseren door het vermijden van de aanwezigheid van een scherpfilter in geval van DCI-compliantie. Een scherpfilter kan echter worden gebruikt in sommige uitvoeringsvormen, hoewel dit minder voorkeur heeft.

In geval van vereisten van zelfs een breder kleurenbereik, kan het bijkomend scherpfilter echter nog steeds worden geïntroduceerd, bijvoorbeeld bij de ingang van de TIR- en Philips-pii smastructuur, echter opnieuw met lagere filterverliezen dan voor een geval uit de stand van de techniek.

De eerste stap die kan worden gebruikt met elk van de uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zoals getoond in figuren 5 en 6, is om een fosforescerende stof met een specifiek spectrum te gebruiken, anders dan het zogenaamde gelefosforspectrum, zoals van een YAG:Ce-fosfor, in combinatie met directe blauwe lasers en directe rode lasers teneinde de lichtverliezen tot een minimum te beperken. De spectrale vermogensverdeling van het door de fosforescerende stof uitgezonden licht onder 440 - 470 nm excitatie van de blauwe laser 2 van figuur 5 of 6, heeft een piekgolflengte die verschoven is naar lagere golflengten vergeleken met wat gewoonlijk "gele fosforescerende stof' genoemd is en dat beschreven was ten opzichte van de stand van de techniek. Aangezien de piekgolflengte hiervan verschoven is naar lagere golflengten, zal dit type fosforescerende stof een "groene fosforescerende stof' genoemd worden.

Een geschikte "groene fosforescerende stof' voor het verminderen of minimaliseren van verliezen in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zoals een belichtingssysteem zoals hierboven beschreven met betrekking tot figuren 5 of 6, moet de volgende voorwaarden bereiken met betrekking tot het spectrum: • Zwaartepuntgolfl engte < 560 nm • Groengehalte > 65% • GRTZC < 16%.

De eerste golfband kan - optioneel - breder zijn dan de golfband van gelijk welke individuele laserbron. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding staan het toevoegen toe van blauwachtig van een golflengteconversie-element, zoals een fosforescerende stof of kwantumstippen, die een bredere golfband toestaat. Een dergelijke golfband kan bijvoorbeeld 480 - 500 nm zijn.

De tweede blauwelaserbron kan ook in de UV- of bijna-UV-golflengtebereiken zijn. Dit laserlicht wordt omgezet door het golflengteconversie-element, zodat het specifieke golflengtebereik van het excitatielicht niet zo belangrijk is. Blauwe lasers van 440 - 470 nm golflengte zijn op dit moment een economische keuze.

Het roodgehalte is bij voorkeur < 30% en optioneel > 20%.

De percentagewaarden hebben betrekking op de relatieve energiebijdragen van het middels fosforescerende stof omgezet licht in een bepaald golflengtebereik vergeleken met het gehele fosforlichtspectrum dat als 100% genomen is.

Het groengehalte is het deel van het golflengteconversie-element-lichtspectrum, bijvoorbeeld fosfor- of kwantumstippen-lichtspectrum voor gebruik in de groene golfband, vandaar dat dit bij voorkeur een aanzienlijk percentage is zoals >65%. Een grotere hoeveelheid betekent een hogere lichtopbrengst aan het einde. De groene golfband is optioneel 495 - 575 nm als een voorbeeld. Dit licht is vooral bedoeld om te worden gemoduleerd door het lichtventiel in het groene kleurkanaal. GRTZC is het “Groen-Rode-Transitiezone-Gehalte (“Green-Red Transition Zone Content”), dat licht van een golflengtebereik is waarvan veel verliezen optreden in het Philips-prisma en/of enig aanvullend scherpfilter. Dit licht behoort niet erg goed tot noch de groene noch rode golfband omdat het typischerwijze de kleuren onverzadigd maakt en het kleurengamma kleiner maakt. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding gebruiken een groenegolflengteconversie-element, zoals een groene fosforescerende stof of groene kwantumstippen op een zodanige wijze dat er minder hoeveelheid van dit soort licht is dan de gele fosforescerende stof van de stand van de techniek.

Roodgehalte (“Red Content”) is het relatieve gedeelte van het golflengteconversie-elementspectrum, zoals een groene fosforescerende stof of groene kwantumstippen van het licht dat de rode golfband in gaat. De rode golfband wordt meestal bediend door de directe rode lasers, en het heeft de voorkeur om een hoeveelheid roodachtig licht van het golflengteconversie-elementtoe te voegen zoals een fosforescerende stof of kwantumstippen ten behoeve van het ontspikkelen. Een bovengrens van dit type roodachtig licht treedt op als de kleurpunt van de rood naar een te kleine kleurengamma beweegt, bijvoorbeeld als het vooral oranje licht rond 600 nm is. Daarom heeft het de voorkeur dat het roodgehalte binnen een dergelijke bovengrens wordt gehouden. Een geschikte ondergrens zou ontspikkel-gerelateerd zijn maar van ondergeschikt belang kunnen zijn wanneer een rodelaser-ontspikkelproces wordt toegepast. Vandaar dat de >20%-voorwaarde optioneel is. Opgemerkt moet worden dat BlauwGehalte + GroenGehalte + GRTZC + RoodGehalte (“Blue Content + Green Content + GRTZC + Red Content”), 100% bedraagt voor het golflengteconversie-element zoals een fosforescerende stof of kwantumstippen die gebruikt worden.

Dienovereenkomstig, heeft het spectrum van het golflengteconversie-element licht hoofdzakelijk in het groene kanaal, en gaat bij voorkeur slechts een kleine fractie naar rode en blauwe kanalen voor beperkte kleurafstemming en laserontspikkeling.

Bovendien is het, vooral wanneer het combineren van de bundel in het verlichtingsmiddel wordt uitgevoerd met behulp van een op een dichroïsche spiegel gebaseerd systeem (zoals getoond in de uitvoeringsvormen van figuren 5 en 6 hierboven), ook gunstig om het volgende criterium toe te voegen: • Roodgehalte <30%.

Waarbij de parameters die gebruikt worden om de groene fosforescerende stof te beschrijven worden gedefinieerd als: • Zwaartepuntgolflengte zijnde de golflengte die de integraal van een spectrum (waarbij S(X) de spectrale energieverdeling is) verdeelt in twee gelijke delen volgens de volgende formule:

• Groengehalte wordt gedefinieerd als

• Roodgehalte wordt gedefinieerd als

• Blauw gehalte wordt gedefinieerd als

• Groen-rood overgangszone gehalte (GRTZC) wordt gedefinieerd als

In bovenstaande beschrijvingen, vertegenwoordigt S(X) het spectrum van het golflengte-geconverteerde licht van de golflengteconversie-elementen zoals fosforescerende stof, die binnen de gespecificeerde grenzen in de integralen hierboven geïntegreerd is. Merk op dat de spectrale integratie-intervallen zoals vermeld op de integrale grenswaarden 575 - 600 nm zijn voor GRTZC.

De golflengte-intervallen die in de voorgaande formules gebruikt zijn, zijn gebaseerd op typische waarden voor een halve golflengte voor dichroïsche coatings in het Philips-prisma.

Piekgolflengte is de golflengte bij de maximale intensiteit van het spectrum. Dit wordt dikwijls gebruikt als een parameter in fosforinformatiebladen omdat het zeer gemakkelijk uit de spectrale energieverdeling te bepalen is. Het heeft echter weinig betekenis voor praktische doeleinden omdat twee fosforescerende stoffen met exact dezelfde piekgolflengte een compleet verschillende kleurwaarneming kunnen hebben. Het heeft de voorkeur om zwaartepuntgolflengte en blauw-, groen- en roodgehalte te gebruiken om nauwkeuriger de spectrale karakteristieken van een fosforescerende stof te beschrijven.

Een vergelijking tussen het optische spectrum van een typische groene fosforescerende stof en een typische gele fosforescerende stof die gebruikt worden in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding met 3-chiplaserfosforbelichtingssysteem zoals getoond in figuren 5 en 6, is weergegeven in figuur 7.

Het verschil tussen het groenefosforspectrum en het gelefosforspectrum hoeft niet erg groot te zijn (bijvoorbeeld een 19 nm verschuiving in piekgolflengte en zwaartepuntgolflengte maar dit verschil kan groter of kleiner zijn afhankelijk van de exacte te vergelijken fosforescerende stoffen). Dit verschil beïnvloedt echter aanzienlijk de projectorprestaties zoals hieronder in detail zal worden beschreven. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen verminderde helderheidverliezen verschaffen als een specifieke groene fosforescerende stof in combinatie met directe blauwe lasers en directe rode lasers wordt gebruikt.

De verbeteringen verschijnen op verschillende niveaus in het projectieontwerp: 1. Minder dichroïsche verliezen in het Philips-prisma of een soortgelijk dichroïsch systeem dat wordt gebruikt om het witte licht te scheiden in de drie primaire kleuren.

Een kenmerkend verschil van invalshoek (“Angle Of Incidence”, AOI) op de Philips-prisma-coatings voor inkomend en uitgaand licht, dat specifiek in 3-chip-DLP-projectiemiddelen gebruikt wordt, genereert een "dip" rond 490 - 500 nm (minder zichtbaar in figuur 3) en een meer prominente rond 575 - 600 nm (zie figuur 3). De exacte positie en vorm van de dip is uiteraard afhankelijk van het coatingontwerp en dit kan invloed hebben op de eindwaarde van de helderheidsverbetering die gebruikmaakt van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, maar de algemene conclusie blijft hetzelfde.

De spectrale karakteristieken van een typische gele fosforescerende stof en een typische groene fosforescerende stof in het 575-600nm-interval zijn getoond in figuur 8, waarbij het interval wordt aangegeven door twee verticale lijnen. Deze lijnen zijn ook de randvoorwaarden in de integraal hierboven voor de GRTZC. De groene fosforescerende stof zal beter presteren omdat het een lagere energie heeft ten opzichte van het gele spectrum in dat specifieke golflengte-interval. Daarom zullen de verliezen lager zijn, vooral omdat het Philips-prisma een dip heeft in het bereik dat getoond wordt door de twee verticale lijnen die zijn weergegeven in figuur 8 en de groene fosforescerende stof naar lagere golflengtes van die specifieke golflengteband verschoven wordt.

Deze vaststelling wordt zelfs duidelijker indien het optische spectrum op drie verschillende posities wordt geëvalueerd:

Systeem 1): blauwe lasers + gele fosforescerende stof + rode lasers (zie figuur 9)

Systeem 2): blauwe lasers + groene fosforescerende stof + rode lasers (uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, zie figuur 10): • Positie 1 - dit is het fosforspectrum zonder filtering zoals opgenomen net nadat de golflengteconversie heeft plaatsgevonden; • Positie 2 - dit is het spectrum nadat de kleurbundelcombinatie dichroisch in het belichtingsstelsel deel waarbij deze prestaties en energieverliezen enigszins kunnen variëren in afhankelijkheid van de bundelcombinatiewerkwijze die gebruikt is in het ontwerp - dichroïsch-gebaseerd of étendue-gebaseerd zoals hieronder uiteengezet. • Positie 3 - gemeten na de projectielens en dit toont het effect van het Phillips-prisma.

Door het uitvoeren van vermogens- en helderheidsmetingen op verschillende posities, kan een typische waarde worden verkregen die uitdrukt dat gemiddeld een systeem dat gebruikmaakt van een gele fosforescerende stof, ongeveer 9% minder helder is dan een systeem dat gebruikmaakt van een groene fosforescerende stof overeenkomstig uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, vanwege dichroïsche verliezen alleen al in de prima’s. 2. Minder verliezen als gevolg van het scherpfilter

Door het meten van de kleurpunten van de primaire kleuren voor beide systemen 1) en 2), worden bijkomende problemen en bronnen van verliezen voor de gelefosforsystemen onthuld.

Systeem 2) dat gebruikmaakt van de groene fosforescerende stof plus directe blauwe en rode lasers kan heel dicht bij het absolute DCI-compatibel worden gemaakt. Ten eerste met betrekking tot het kleurengamma gemaakt van primaire kleuren door toepassing van de belichting op de Philips-prisma met geschikte coatings, en zonder het gebruikmaken van enig bijkomend scherpfilter. Ten tweede, met betrekking tot de witpunt, door gebruik te maken van de geschikte vermogensniveaus van de 3 typen laserbronnen zoals weergegeven in figuren 5 en 6, zonder enig gebruik - of slechts minimaal gebruik - van kleurcorrectie via de beeldvormers.

Vergelijkingssysteem 1) dat gebruik maakt van de gele fosforescerende stof is niet DCI-compatibel, vooral met betrekking tot de groene primaire kleur. Een scherpfilter zal nodig zijn om de kleurpunten van sommige van de primaire kleuren zoals voornamelijk de groene primaire kleur in de desbetreffende DCI-tolerantievakken te brengen. DCI-tolerantievakken duiden variaties aan voor, bijvoorbeeld, de primaire kleuren, zodat ze nog steeds "binnen de specificaties" vallen. Met de gelefosforoplossing van de stand van de techniek en geen scherpfilter toegepast, valt de groene primaire kleur typischerwijze buiten het groenetolerantievak. Dit wordt getoond in figuren 11 en 12.

En zoals eerder genoemd, is een dergelijk extra scherpfilter, zoals nodig in een configuratie op basis van een geel spectrum, typischerwijze verantwoordelijk voor een extra 18% afname in helderheid. 3. Minder verliezen in een dichroïsch systeem om de directe rode lasers te combineren met het rode licht van het fosforescerende stof

In een rood-geassisteerde-laserfosforlichtbron worden bijkomende rode lasers of rode LED's gebruikt om de rood -tot-wit-verhouding te verbeteren en om de primaire kleur rood in het haalbare kleurengamma te verbreden.

Verschillende werkwijzen voor het combineren van rood licht van de rode lasers met de rode component van de gele fosforescerende stof kunnen worden gebruikt: étendue en op golflengte gebaseerde systemen zijn het meest gangbaar. Ook op polarisatie gebaseerde combinatie is mogelijk, maar dit vereist speciale maatregelen van het optische ontwerp en dit is minder gangbaar. Dezelfde werkwijzen kunnen worden gebruikt met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding die de groene fosforescerende stof gebruikt.

Wanneer de op golflengte gebaseerde recombinatiewerkwijze wordt toegepast, wordt een deel van het licht van de fosforescerende stof gebruikt omdat het dezelfde golflengte heeft als de directe lasers.

In figuur 13 is een voorbeeld het geval van een enkele golflengte van 635 nm.

Minder licht hoeft gefilterd te worden in het geval van de groene fosforescerende stof (uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding) om ruimte te maken voor de toevoeging van directe rode lasers. Voor het geval van de twee verschillende ("gele" en "groene") fosforescerende stoffen die in deze berekeningen gebruikt worden, is de opbrengst in helderheid weer ongeveer 9% in het voordeel van de groene fosforescerende stof dat wordt gebruikt in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

In het geval van de golflengterecombinatie voor rode lasers - rood licht van de fosforescerende stof heeft het de voorkeur om bijkomende beperking toe te voegen aan de spectrakarakteristiek van de groene fosforescerende stof in de zin dat het Roodgehalte bij voorkeur lager dan 30% is. 4. Mogelijke verbeteringen door hogere efficiëntie van de groene fosforescerende stof

Theoretisch zal een groene fosforescerende stof een hogere conversie-efficiëntie hebben vanwege een lagere Stokes-verschuiving wanneer die vergeleken wordt met een gele fosforescerende stof. Dit betekent dat hetzelfde excitatieniveau door blauwe lasers op groene of gele fosforescerende stof, een hogere energieniveau zal creëren van geconverteerd licht in het geval van de groene fosforescerende stof, die dan bovendien meer gebruikt wordt in het groene kanaal (hoger Groengehalte), en minder verspild wordt in de Groen-rood-overgangsfiltering die plaatsvindt in de beeldvormingsprocessor (punt 1 en 2 hierboven), en minder verlies in het rode kanaal wanneer het bijkomend roodlaserlicht wordt toegevoegd via een dichroïsche (golflengte gebaseerde) werkwijze (punt 3 hierboven).

Alle drie de soorten verbeteringen die hierboven beschreven samengenomen, zullen de uitvoeringsvormen van deze uitvinding die gebruikmaken van een groene fosforescerende stof die opgewekt is door blauwe lasers, met bijkomende blauwe lasers en rode lasers ongeveer 32% efficiënter in het gebruik zijn van het fosforlicht dan hetzelfde systeem dat gebruikmaakt van een gele fosforescerende stof zoals weergegeven in tabel 1 :

Totaal 32%

Verliezen als gevolg van het dichroïsche dat wordt gebruikt 9% om ruimte te maken voor de rodel asertoevoeging

Verliezen als gevolg van het scherpfilter: 18%

Verliezen in het prisma: 9%

Tabel 1

Uitvoeringsvormen met bijkomende verbeteringen

In de eerste uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding maken de kenmerken van het groene fosforescerende stof het mogelijk om de verliezen in een rood-geassisteerde configuratie te verminderen of te minimaliseren. Voor de tweede stap van de uitvinding zijn uitvoeringsvormen met bijkomende beperkingen beschreven die bijkomende verbeteringen kunnen brengen: 1. Minimum blauwgehalte > 1,5%

Als 445- of 455-nm-lasers worden gebruikt voor het directeblauwelaserpad in plaats van de duurdere 465-nm-lasers, is het voordelig dat een klein deel van het fosforlicht lekt in het blauwe kanaal. De blauwe primaire kleur die verkregen is met directe 445-455-nm-lasers is niet DCI-compatibel. Echter, het toevoegen van cyaan licht voor de fosforescerende stof in de juiste hoeveelheid zal de blauwe kleurpunt in het DCI-tolerantievak te brengen. Dit wordt bereikt in het systeem dat gebruikmaakt van de beschreven groene fosforescerende stof. Typischerwijze is er met gele fosforescerende stoffen minder cyaan licht beschikbaar als het spectrum naar hogere golflengten verschoven is zoals te zien is in figuur 13. 2. Minimum roodgehalte > 20%

In de eerste uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding die hierboven beschreven zijn, is het, wanneer de golflengterecombinatie wordt gebruikt voor het toevoegen van de directe rode lasers aan het rode licht van het groene, voordelig om een klein roodgehalte (bijvoorbeeld minder dan 30%) te hebben. Het heeft echter ten behoeve van het ontspikkelen de voorkeur om zoveel als mogelijk roodbijdrage te hebben van de fosforescerende stof, aangezien dit een volledig spikkelvrije bijdrage verschaft. Daarom is in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding de minimale-roodgehalte-doelstelling ingesteld op 20%. Vandaar dat een voorkeurstraject 20 - 30% is.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding verschaffen een 3-chipprojectorarchitectuur die gebruikmaakt van fosforlicht van een groene fosforescerende stof (bijvoorbeeld met specifieke spectrale eigenschappen) en combineren het met aanvullend blauw en rood laserlicht zodanig dat de projector een hogere lichtopbrengstefficiëntie heeft in het geval van breder-kleurgamma-toepassingen zoals DCI.

Voor het toevoegen van het rood laserlicht en de fractie fosforlicht dat naar de beeldvormer in het rode kanaal van de beeldvormende module gaat, zijn er 2 conceptueel verschillende werkwijzen. - Dichroïsch-gebaseerde combinatie - Bundel-étendue-gebaseerde combinatie.

De dichroïsch-gebaseerde combinatiewerkwijze gebruikt, indien toegepast in de uitvoeringsvormen die getoond zijn in figuren 5 en 6, typischerwijze een dichroïsche spiegel om het laserlicht en het fosforlicht te combineren. Dit betekent bijvoorbeeld, zoals te zien is op spiegel 11 in figuren 5 en 6, dat het rode laserlicht dat typischerwijze een grotere golflengte heeft, naar de beeldvormingsprocessor wordt uitgezonden, en de lagere golflengten van het fosforlicht naar de beeldvormingsprocessor worden gereflecteerd.

Deze combinatiewerkwijze omvat enkele verliezen in de overgangsgolflengten, en als gevolg van de hogere bijdrage van de kleineband-lasergolflengte, heeft het de voorkeur om het overgangsgolflengtebereik (tussen reflectie en transmissie van het licht) iets lager te plaatsen dan de lasergolflengte, met een resultaat dat de hogere golflengtebijdragen van het fosforlicht verloren gaan. Zie figuur 15.

De bundel-étendue-gebaseerde werkwijze is bekend uit US2013/0100644, zie figuur 16. US2013/0100644 is in zijn geheel opgenomen doorverwijzing. US2013/0100644 beschrijft een excitatielichtbron, een aanvullende lichtbron, een lichtcombinatie-inrichting, een lichtverzamelinrichting, een lichtreflectie-inrichting, een golflengteconversie-inrichting, een reflectiesubstraat en een lichthomogenisatie-inrichting. Het excitatielicht en het aanvullende licht worden gecombineerd door de lichtcombinatie-inrichting, vervolgens is het gecombineerde licht invallend op de lichtverzamelinrichting. Na te zijn verzameld en doorgegeven door de lichtverzamelinrichting, valt het gecombineerde licht op de golflengteconversie-inrichting. De golflengteconversie-inrichting absorbeert het invallende excitatielicht en converteert het om naar een geconverteerd licht waarvan de golflengte verschilt van die van het excitatielicht. Het geconverteerde licht gegenereerd door de golflengteconversie-inrichting is isotroop, zodat een deel van het geconverteerde licht zich zal voortplanten in de tegengestelde richting van het excitatielicht terwijl een ander deel van het geconverteerde licht zich zal voortplanten in de voorwaartse richting. Ondertussen zal een deel van het excitatielicht dat door de golflengteconversie-inrichting verzonden is, worden gereflecteerd door het reflectiesubstraat dat zich aan de zijkant van de golflengteconversie-inrichting bevindt afgekeerd van de excitatielichtbron. Het invallende bijkomende licht wordt verder verstrooid door de golflengteconversie-inrichting. Een deel van het verstrooide bijkomende licht wordt gereflecteerd direct door de golflengteconversie-inrichting en plant zich voort naar de lichtreflectie-inrichting, terwijl een ander deel van het verstrooide bijkomende licht door de golflengteconversie-inrichting passeert en gereflecteerd wordt door het reflectiesubstraat terug naar de golflengteconversie-inrichting en er doorheen gaat. Het merendeel van het geconverteerde licht en het merendeel van het bijkomende licht worden verzameld en naar de lichthomogenisatie-inrichting gericht voor homogenisering.

In dit geval wordt de lichtverzameloptica gemaakt die het gereflecteerde licht afvangt dat door de fosforescerende stof geconverteerd is van een eerste laserbron die de fosforescerende stof exciteert, en het gereflecteerde van de bijkomende laserbron van een andere kleur. Er zijn geen verliezen uit oogpunt van golflengte. Het spectrum van de rode laser zal over het spectrum van het fosforlicht heen worden gelegd, zonder overgangszone en spectrale dip voor golflengtes die iets kleiner zijn dan de rodelasergolflengte.

In dit geval echter zullen er uit het gereflecteerde laserlicht nog een paar geometrisch gebaseerde verliezen zijn die terug kunnen komen naar de toegangsopening in dit systeem, zelfs wanneer het aanvullende idee van een reflecterend filter voor het fosforlicht wordt toegevoegd zoals beschreven is in US2013/0194551. Het op bundel-étendue gebaseerd combinatiesysteem lijdt aan de geometrische verliezen die gevormd worden door de toegangsopening in de verzameloptica, en is, derhalve, in het algemeen minder efficiënt voor deze functie.

Het idee om de groene fosforescerende stof met zijn specifieke spectrale kenmerken te gebruiken zal niet door deze combinatiewerkwijze beïnvloed worden, met betrekking tot de volgende aspecten: - De hoeveelheid geel licht die verloren gaat in het Philips-prisma en/of aanvullend scherpfilter. - De lagere dominante golflengte van het licht dat binnenkomt in het groene kanaal van de 3-chipbeeldvormer.

De hoeveelheid cyaan licht van de groene fosforescerende stof.

Toepassing van een groene fosforescerende stof in plaats van een gele fosforescerende stof is voordelig voor het geval waarin de dichroïschgebaseerde combinatiewerkwijze toegepast wordt, en waarbij de hoeveelheid doorrodefosfor-geconverteerd lichtverlies lager zal zijn in het geval van de groene fosforescerende stof in plaats van de gele fosforescerende stof.

Vele projectoren uit de stand van de techniek bevatten een interne detectie-inrichting voor het zekerstellen van een gecontroleerde lichtopbrengst. Een interne sensor detecteert een niveau van verlichting van het beeldvormingsdeel van de projector, en uit haar feedback, wordt een nieuw besturingsniveau gekozen voor het aansturen van de component(en) zodat het lichtniveau wordt geregeld, dat wil zeggen een hogere besturingsniveau zodat het lichtopbrengstverlies wordt gecompenseerd, bijvoorbeeld zoals beschreven is in US2011/304659 voor op lampen gebaseerde projectoren.

In het geval van een verlichtingssysteem overeenkomstig uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan een kleurensensor worden toegevoegd die het mogelijk maakt om het lichtniveau te regelen, met behoud van de witpunt en de kleurpunten. Hiervoor is de kleursensor bij voorkeur uitgerust met multibanddetectiemogelijkheden. Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding en een voorbeeld van de locatie van een multibandsensor, en een voorbeeld van de gevoeligheidsbereiken van de multibandsensor zijn beschreven onder verwijzing naar figuren 17 en 18.

Figuur 17 toont de toevoeging van een sensor 22 en regelaar 24 die een terugkoppel regeling van de besturingen 2, 4, 6 verschaften naar de uitvoeringsvorm die getoond is in figuur 5. Dezelfde sensor 22 en regelaar 24 kunnen op exact dezelfde manier worden toegevoegd aan de uitvoeringsvorm die getoond is in figuur 6 en die wordt opgenomen als een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

De lichtsensor of -sensoren kan/kunnen ten minste één van een fotodiodesensor, lichtgevoelige weerstand (fotoresistor), organische fotoreceptor, spectrometers, foto-versterkers, CCD of CMOS-sensoren zijn.

De regelaar 24 neemt de terugkoppeling van de multibanddetectie van de kleurensensor 22, en leidt daaruit de juiste besturingniveaus af voor de besturingen 2, 4, 6 respectievelijk van de verschillende laserbronnen 3, 5, 7, zodat het gewenste helderheidniveau wordt bereikt voor de projector op een zeker gewenst (en stabiel) witpunt. En op een tweede niveau kan deze aanpak ook worden gebruikt om te corrigeren voor eventuele verschillen van de individuele primaire kleurpunten van de projector, bijvoorbeeld - om maar een voorbeeld te geven - om te compenseren voor een veranderende verhouding van rood laserlicht en rood licht van de fluorescerende stof, hetgeen gevolgen zou hebben voor de kleurpunt van de rode primaire kleur die samengesteld is uit de 2 bijdragen.

De onderhavige uitvinding verschaft een onafhankelijke uitvinding van een multiband kleurensensor voor het controleren van combinaties van fosforlicht en laserlicht. Deze onafhankelijke uitvinding verschaft een regelaar die de terugkoppeling op zich neemt van multibanddetectie van een kleurensensor of kleursensoren, en daaruit de juiste besturingniveaus afleidt voor ten minste één besturing van een of meer laserbronnen, zodat een gewenst helderheidsniveau wordt bereikt op een bepaalde gewenst (en stabiel) witpunt. Deze uitvoeringsvorm kan worden gebruikt om verschillen van afzonderlijke primairekleurpunten te corrigeren, bijvoorbeeld ter compensatie van een veranderende verhouding van rood laserlicht en rood licht van een fosforescerende stof, die de kleurpunt van de rode primaire kleur zou beïnvloeden die samengesteld is uit twee roodbijdragen. Deze uitvoeringsvorm kan ook een verwerkingseenheid omvatten die geconfigureerd is om te communiceren met een multiband optischecontrole-eenheid die de relatieve intensiteit van eerste, tweede en derde golflengtebanden een witte bundel meet, waarbij de verwerkingseenheid verder een verandering berekent van de besturingniveaus van de eerste tot derde laserbundel volgens de relatieve intensiteit van de eerste, tweede en derde golfbanden van de witte bundel om een witpuntverschuiving aan te passen, en waarbij de eerste tot derde laserbesturingen onafhankelijk geregeld zijn om zo de lichtintensiteit aan te passen van elk van een eerste en tweede blauwelaserbron onafhankelijk van de lichtintensiteit van een rodelaserbron.

In een van de uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan een variabele blauw- en roodreductiefilter worden gebruikt om het roodachtig en blauwachtig licht van het golflengteconversie-element (dat wil zeggen specifieke golflengtebereiken) verder te verminderen dat het rode en blauwe kanaal in gaat, voor het beter afstemmen van een kleur.

In deze uitvoeringsvormen, omvatten de blauw- en roodreductiefilters een actuator, zodanig dat de hoeveelheid blauw en rood licht dat door het filter overgebracht wordt, aangepast kan worden door de positie van het filter te bewegen. De actuator kan een rotatiefase zijn voor het roteren van het afstembare filter of ten minste één translatiefase voor het bewegen van het afstembare filter in een richting loodrecht op de optische as van het projectorsysteem. Het filter kan een coatingpatroon omvatten. Het patroon kan een verhoogde dichtheid van blauwen roodverminderende patronen hebben, waarbij de richting van dichtheidstoename aangepast is aan de bewegingsrichting van de mechanische actuator zodanig dat de intensiteit van blauw en rood licht kan worden aangepast.

Claims (29)

1. Conclusies

   1. Lichtprojectiesysteem voor het genereren van een afbeelding met drie primaire kleuren, in het bijzonder blauw, groen en rood, waarbij elke primaire kleur respectievelijk gedefinieerd is door een eerste, tweede en derde golfband, waarbij het lichtprojectiesysteem het volgende omvat: een eerste blauwelaserbron die een eerste bundel van de eerste golfband uitzendt, waarbij de eerste blauwelaserbron een eerste laserbesturing heeft, een tweede blauwelaserbron die een tweede bundel uitzendt met een centrale golflengte en een golfband, waarbij de tweede blauwelaserbron een tweede laserbesturing heeft, een derde rodelaserbron die een derde bundel van de derde golfband uitzendt, waarbij de derde rodelaserbron een derde laserbesturing heeft, een substraat met een golflengteconversie-element voor het uitzenden van licht op meerdere golflengten na absorptie van een lichtbundel bij een excitatiegolflengte binnen de golfband van de tweede blauwelaserbron, waarbij het substraat zodanig in een optisch pad van de tweede bundel is gepositioneerd dat licht dat door het golflengteconversie-element verzonden of erdoor gereflecteerd wordt, resulteert in emissie van een geconverteerde bundel met een golfband die ten minste de tweede en derde golfbanden omvat, een bundelcombineermiddel voor het combineren van de gecombineerde eerste en derde bundel en de geconverteerde bundel, welke combinatie resulteert in een witte bundel; waarbij het golflengteconversie-element het volgende heeft • een zwaartepuntgolflengte < 560 nm • GRTZC < 16%.
2. 2. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 1, waarbij het golflengteconversie-element een groengehalte > 65% heeft.
3. 3. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 2, waarbij het groengehalte < 75%, optioneel < 80%.
4. 4. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, dat als een 3-chipprojectorarchitectuur geïmplementeerd is.
5. 5. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij de eerste golfband breder is dan de golfband van om het even welke individuele laserbron.
6. 6. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, dat blauwachtig licht van het golflengteconversie-element toevoegt in de golfband 480-500 nm.
7. 7. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij de tweede blauwelaserbron een UV- of bijna-UV-laserbron is.
8. 8. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 7, waarbij blauwe laser in de golfband 440-470 nm golflengte is.
9. 9. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij een roodgehalte bij voorkeur < 30% is en eventueel > 20% is, waarbij de percentagewaarden betrekking hebben op relatieve energiebijdragen van het geconverteerde licht van het golflengteconversie-element in een bepaald golflengtebereik in vergelijking met het hele lichtspectrum van het golflengteconversie-element dat als 100% wordt genomen.
10. 10. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke van de conclusies 2-9, waarbij het groengehalte het deel is van het golflengteconversie-element-lichtspectrum.
11. 11. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij de groene golfband in het bereik 495 - 575 nm is.
12. 12. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij GRTZC het Groen-Rode-Transitiezone-Gehalte (“Green-Red Transition Zone Content”) is.
13. 13. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 12, waarbij het GRTZC licht is dat kleuren onverzadigd maakt en het kleurengamma kleiner maakt.
14. 14. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij rood Gehalte (“red Content”) het relatieve gedeelte van het golflengteconversie-elementspectrum is dat in de rode golfband gaat.
15. 15. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 14, waarbij de rode golfband licht heeft van de rode laser, en een toegevoegde hoeveelheid roodachtig licht van het golflengteconversie-element voor het ontspikkelen.
16. 16. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 15, waarbij een bovenste limiet van het roodachtige licht wordt bereikt wanneer het kleurpunt van rood naar een kleiner kleurengamma beweegt.
17. 17. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 16, waarbij het roodachtige licht oranje licht bij 600 nm is.
18. 18. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie waarbij het Blauwe licht + Groene licht + GRTZC + Rode licht 100% van het licht van het golflengteconversie-element bedraagt.
19. 19. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, verder omvattende een verwerkingseenheid die geconfigureerd is om te communiceren met een optische controle-eenheid die relatieve intensiteit meet van de eerste, tweede en derde golfbanden van de witte bundel, waarbij de verwerkingseenheid de eerste tot derde laserbesturingen onafhankelijk reguleert om zo de lichtintensiteit aan te passen van elk van een eerste en tweede blauwelaserbron onafhankelijk van de lichtintensiteit van de derde rodelaserbron.
20. 20. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 19, waarbij de optische controle-eenheid is ingericht om verschillende bijdragen in enige, sommige of alle golfbanden te bewaken.
21. 21. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 20, waarbij de optische bewakings-eenheid is ingericht om zowel het laserlicht als de golflengteconversie-elementlichtbijdrage in de rode golfband te bewaken.
22. 22. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke van de conclusies 19-21, waarbij de optische controle-eenheid een lichtsensor omvat die ten minste één is van een fotodiodesensor, fotoweerstand, organische fotoreceptor, spectrometers, fotoversterkers, CCD of CMOS sensoren.
23. 23. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, verder omvattende een variabel blauw- of roodreductiefilter.
24. 24. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 23, waarbij het variabele blauw- en roodreductiefilter verder het roodachtige en blauwachtige licht reduceert van het golflengteconversie-element dat in het rode en blauwe kanaal gaat.
25. 25. Lichtprojectiesysteem volgens conclusie 23 of 24, waarbij het blauw- en roodreductiefilter een actuator kan omvatten zodanig dat de hoeveelheid blauw en rood licht dat door het filter verzonden wordt kan worden aangepast door de positie van het filter te bewegen.
26. 26. Lichtprojectiesysteem volgens om het even welke voorgaande conclusie, waarbij het golflengteconversie-element een fosforescerende stof is of kwantum stippen zijn.
27. 27. Werkwijze voor het genereren van een beeld met een lichtprojectiesysteem met drie primaire kleuren, in het bijzonder blauw, groen en rood, waarbij elke primaire kleur respectievelijk gedefinieerd is door een eerste, tweede en derde golfband, waarbij de werkwijze het volgende omvat: het generen van laserlicht van een eerste blauwelaserbron die een eerste bundel van de eerste golfband uitzendt, waarbij de eerste blauwelaserbron een eerste laserbesturing heeft, het generen van laserlicht van een tweede blauwelaserbron die een tweede bundel uitzendt met een centrale golflengte en een golfband, waarbij de tweede blauwelaserbron een tweede laserbesturing heeft, het generen van laserlicht van een derde rodelaserbron die een derde bundel van de derde golfband uitzendt, waarbij de derde rodelaserbron een derde laserbesturing heeft, het generen van een geconverteerd licht van een substraat met een golflengteconversie-element voor het uitzenden van licht op meerdere golflengten na absorptie van een lichtbundel bij een excitatiegolflengte binnen de golfband van de tweede blauwelaserbron, waarbij het substraat zodanig in een optisch pad van de tweede bundel is gepositioneerd dat licht dat door het golflengteconversie-element verzonden of erdoor gereflecteerd wordt, resulteert in emissie van een geconverteerde bundel met een golfband die ten minste de tweede en derde golfbanden omvat, het combineren van de gecombineerde eerste en derde bundel en de geconverteerde bundel, welke combinatie resulteert in een witte bundel; waarbij het golflengteconversie-element het volgende heeft • een zwaartepuntgolfl engte <560 nm • GRTZC < 16%.
28. 28. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij het golflengteconversie-element een groengehalte > 65% heeft.
29. 29. Werkwijze volgens conclusie 28, waarbij het groengehalte < 75%, optioneel < 80%.