CN101189547A - 多位置照明系统和采用此系统的投影显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种照明系统，和成像反射镜阵列一起应用在例如投影成像系统里。投影成像系统包括投影光学系统以及位于第一照明位置和第二照明位置的第一光源组件和第二光源组件。成像反射镜在第一和第二不同的反射状态之间是单独可控的，用来形成图像，其中第一反射状态把从第一照明位置发出的光反射到投影光学系统，第二反射状态把从第二照明位置发出的光反射到投影光学系统。

Description

多位置照明系统和采用此系统的投影显示系统
技术领域
本发明涉及一种照明系统，尤其是一种从多个位置提供光的照明系统，其用于同成像反射镜阵列一起应用在诸如投影成像系统里。
背景技术
一种典型的投影显示系统可以包括光源、照明光学系统、成像装置、投影光学系统、和投影屏幕。照明光学系统收集从光源发出的光并引导它到达一个或多个成像装置。由电子调节并处理的数字视频信号控制的成像装置产生一个对应于该视频信号的图像。投影光学系统随后放大该图像并将其投影到投影屏幕上。与色轮一道使用的白光源(例如弧光灯)已经被用作投影显示系统的光源。然而，最近发光二极管(LED)作为一种替代光源被提出。LED的优点包括寿命长、效率高和热特性优越。
频繁用在数字投影系统中的成像装置的一个例子是数字微镜装置(DMD)。DMD的主要特点是可旋转微反射镜阵列。每个反射镜的倾斜是由载入到与每个反射镜相关联的存储单元中的数据来单独控制的，从而来引导反射光并且空间地将视频数据的一个像素映射到投影屏幕上的一个像素。处于开启(ON)状态下的反射镜所反射的光通过投影光学系统并被投影到屏幕上以产生一个亮区域。相反，处于关闭(OFF)状态下的反射镜所反射的光偏离投影光学系统，从而产生一个暗区域。使用DMD也可以生成彩色图像，例如通过应用颜色排序或通过使用三个DMD，其中每个DMD对应一种基色(红色，蓝色和绿色)。
现有的DMD被配置为反射仅从一个方向产生的光，DMD的单个反射镜受控向投影光学系统反射光(处于ON状态下)或者向吸收区或“转储(dump)区”反射光(处于OFF状态下)。
发明内容
本发明是一种用于同成像反射镜阵列一起应用在诸如投影显示系统中的照明系统。投影成像系统包括投影光学系统以及位于第一位置和第二位置的第一光源组件和第二光源组件。成像反射镜在第一反射状态和第二反射状态之间单独可控用以形成图像，其中第一反射状态使从第一照明位置发出的光反射到投影光学系统，第二反射状态使从第二照明位置发出的光反射到光学系统。
附图说明
图1示出依据本发明的一个示范性实施例的投影成像系统。
图2示出依据本发明的第一特别实施例的投影成像系统。
图3示出依据本发明的第二特别实施例的投影成像系统。
图4是示出在本发明的示范性实施例里，光源组件、投影光学系统和“转储区”相对位置的光瞳图。
图5示出依据本发明的一个实施例的投影显示系统的控制电子装置和显示屏幕。
具体实施方式
图1示出依据本发明的一个示范性实施例的投影成像系统10。投影成像系统10包括光源组件11a和11b、具有反射镜位置14a和14b的数字微镜装置(DMD)12、和投影光学系统16。虽然DMD 12在图1中作为单个反射镜示出，但是本领域技术人员应该了解DMD 12实际上包括受控以基于图像数据来形成图像的单独可控反射镜的阵列，在图1中仅示出一个的目的是为了表达清楚。
在操作中，由光源组件11a和光源组件11b之一为DMD 12提供光。基于代表要被显示的图像的图像数据对DMD 12进行控制，从而向投影光学系统反射光或者向“转储区”反射光。当由光源组件11a提供光时，当该图像数据表明其像素处于ON状态时，DMD 12受控处在反射镜位置14a(向投影光学系统16反射)，而当该图像数据表明其像素状态处于OFF状态时，DMD 12受控处在反射镜位置14b(向“转储区”反射)。类似地，当由光源组件11b提供光时，当该图像数据表明其像素处于ON状态时，DMD 12受控处在反射镜位置14b(向投影光学系统16反射)，而当该图像数据表明其像素状态处于OFF状态时，DMD 12受控处在反射镜位置14a(向“转储区”反射)。
图2示出依据本发明的第一特别实施例的投影成像系统10-1。系统10-1类似于图1示出的系统10，该成像系统配备了包括多个LED光源的光源组件11a和11b。具体来说，光源组件11a包括了红色LED光源和绿色LED光源(分别记为光源R和光源G1)，而光源组件11b包括蓝色LED光源和绿色LED光源(分别记为光源B和光源G2)。光源组件11a也包括分色镜17a和透镜18a，而光源组件11b同样地包括分色镜17b和透镜18b。
LED光源持续发展，使其具有了效率高和输出最大化的优点，这种商业上可购得的LED将被有利地应用在本发明公布的示例性实施例里。或者也可使用有机发光二极管(OLED)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、或者其它适合的发光器件。
在操作中，由光源组件11a和光源组件11b之一为DMD 12提供光。更具体地说，由LED光源(R、G1、B或G2)其中的一个提供光的被选颜色。这可以通过把适合的LED光源开启已知的持续时间，并允许各个分色镜(17a或17b)来引导由开启的LED光源发出的光分别通过透镜(18a或18b)到达DMD 12来获得。依据本领域著名的滤光原理，分色镜17a和17b含有合适的电介质涂层用来通过或反射红色、绿色或蓝色光。如上文关于图1操作的描述，基于代表要被显示的图像的图像数据来对DMD 12进行控制，从而向投影光学系统16反射光或者向“转储区”反射光。
在一种结构中，从红色、蓝色和两个绿色LED光源发出的光以给观看者呈现完整彩色图像的方式被时分复用(也被认为是颜色排序或场序彩色)，例如通过以顺序模式开启或关闭LED光源。例如，可以以如下的顺序方式提供从这些光源中的每个发出的光：
    R     G2     G1     B
这种颜色排序方案在每个循环内提供绿色光的时间(从LED G1和G2)比提供红色光(从LED R)和蓝色光(从LED B)的时间更长。这样的方案在一个示范性实施例中是优选的，这是因为以目前的技术水平，绿色LED不能产生同红色LED和蓝色LED一样亮度的光。因此，在每个颜色排序循环过程中为从绿色LED发出的光提供更长的时间能改进绿色亮度水平。这里描述的颜色排序次序是在系统两个对边的光源组件11a和11b之间交替。
在一个替代实施例中，可以采用一个不同的颜色排序次序，即由光源组件11a的两个LED光源顺序地提供光，随后由光源组件11b的两个LED光源顺序地提供光，而不是在两个光源组件之间交替。在这个替代实施例中，一个发光顺序的例子如下：
    R     G1     G2     B
图3示出依据本发明的第二特别实施例的投影成像系统10-2。系统10-2与图1示出的系统10和图2示出的系统10-1相似，被配备了具有特定颜色光源的光源组件11a和11b。具体来说，光源组件11a提供绿色光，而光源组件11b提供红色和蓝色光。在一个示范性实施例中，绿色光、红色光和蓝色光可以由绿色LED、红色LED和蓝色LED提供，或者由其它提供特定颜色光的装置来提供。
图3的示图显示了从绿色光源组件11a和红色/蓝色光源组件11b发出的光的颜色顺序，其中标记“G”的箭头代表绿色光、标记“R”的箭头代表红色光、标记“B”的箭头代表蓝色光。这个例子中的发光顺序如下：
    R     G     B     G
图4是示出在本发明的示范性实施例中，光源组件11a和11b、投影光学系统16、以及“转储区”20a和20b的相对位置的光瞳图。为了保证被反射到“转储区”被吸收的光不与光源组件11a和11b之一所提供的光相互作用，将光源组件11a和11b其中的一个定位于被另一个光源组件、DMD 12和投影光学系统16所限定的平面(见图1)以外。例如，在图1中，光源组件11b可以位于纸面(此平面包括光源组件11a、DMD 12和投影光学系统16)上方的一个平面内，这样就使和光源组件11b相关联的“转储区”位于纸面的下面。将光源组件11a和11b中的一个定位在由另一个光源组件、DMD 12和投影光学系统16所限定的平面的外部使“转储区”20a位于一个不干扰光源组件11b的区域内，并且使“转储区”20b位于一个不干扰光源组件11a的区域内。
图5示出了一个依据本发明的实施例的投影显示系统的控制电子装置和显示屏。成像仪电子装置30操作性地连接到DMD 12，用来依据图像数据控制DMD 12的单个反射镜，以便形成正确的图像。成像仪电子装置30也被操作性地连接到和光源组件11a和11b相连接的同步电子装置。同步电子装置与成像仪电子装置协同工作保证了由光源组件11a和11b所提供的光的颜色与DMD 12的反射镜状态控制精确同步，因此与每种分立的颜色相关联(并且源于照明组件11a和11b的两个照明位置)的单色图像能被顺序地融合起来从而形成一个完整的彩色图像。DMD 12所形成的图像穿过投影光学系统16以本领域公知的方式被投射到显示屏34上。
上面所描述的本发明的实施例利用了DMD的对称特性，来把由两个照明位置提供的光反射用于投影(在ON状态下)以及反射在“转储区”内吸收(在OFF状态下)。这种结构能获得许多潜在地有利的结果。可以提供多个绿色光源(例如LED)(如以上关于图2的描述)用以提高绿色光的亮度，而不是通过在每个颜色循环过程中简单地更强地驱动绿色光源从而导致光源的寿命减少和效率降低。由多个分立的绿色光源提供光也考虑到了提高散热，这在为了提供必要的亮度采用高电流电平驱动绿色光源的情况下是重要的。另外，本发明的双边照明系统的结构可以被制造成为具有较小的装置尺寸，因为不再需要从同一侧使用沿着同一光路的光来提供所有的三种基色(红色、蓝色和绿色)。也减少了使用分色镜元件的数目(从三减到二)。本领域技术人员将意识到根据本发明的原理从多个位置提供照明的技术的其它优点。
虽然已通过优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该意识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出形式和细节的改变。例如，虽然已经通过一次提供单个基色的实施例描述了本发明，但是多个光源依次排序地运行从而从每个照明位置提供光将是可能的，因此提供的光可以是基色或者是由同时操作两个基色光源所产生的合成颜色。光源和多位置照明系统的其它组件的改变也包含在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种投影成像系统包括：
位于第一照明位置的第一光源组件和位于第二照明位置的第二光源组件；
投影光学系统；和
成像反射镜阵列，所述成像反射镜在第一反射状态和与其不同的第二反射状态间是单独可控的，用来形成图像，其中所述第一反射状态使从第一照明位置发出的光反射到所述投影光学系统，所述第二反射状态使从第二照明位置发出的光反射到所述投影光学系统。
2.如权利要求1所述的投影成像系统，其中所述第一光源组件和所述第二光源组件均包含至少一个发光二极管(LED)。
3.如权利要求2所述的投影成像系统，其中所述第一光源组件和所述第二光源组件均包含其中至少一个是绿色LED的多个LED。
4.如权利要求1所述的投影成像系统，其中所述第一光源组件包含第一发光二极管对和第一分色镜元件，而所述第二光源组件包含第二发光二极管对和第二分色镜元件。
5.如权利要求4所述的投影成像系统，其中所述第一发光二极管对包含一个红色LED和一个第一绿色LED，而第二发光二极管对包含一个蓝色LED和一个第二绿色LED。
6.如权利要求5所述的投影成像系统，其中所述第一和第二光源组件受控以(1)红色LED、(2)第二绿色LED、(3)第一绿色LED、(4)蓝色LED的次序提供颜色排序。
7.如权利要求1所述的投影成像系统，其中所述第二照明位置位于由所述第一照明位置、所述投影光学系统、和所述成像反射镜所限定的第一平面以外，因此所述第一反射状态使从所述第二照明位置发出的光反射到第一区域，所述第二反射状态使从所述第一照明位置发出的光反射到第二区域，所述第一区域位于所述第一平面以外，而所述第二区域位于由所述第二照明位置、所述投影透镜和所述成像反射镜所限定的第二平面以外。
8.一种照明系统，用于把光提供到成像反射镜阵列，其中每个成像反射镜具有第一反射状态和与其不同的第二反射状态并且依据图像数据单独可控，所述照明系统包括：
第一光源组件，其位于第一照明位置，并且可基于图像数据进行操作以沿着第一光路提供会被成像反射镜反射的光，所提供的光在所述第一反射状态下被所述成像反射镜反射到第一位置而在所述第二反射状态下被所述成像反射镜反射到第二位置；和
第二光源组件，其位于第二照明位置，并且可基于图像数据进行操作以沿着第二光路提供会被成像反射镜反射的光，所提供的光在所述第一反射状态下被所述成像反射镜反射到所述第二位置而在所述第二反射状态下被所述成像反射镜反射到第三位置。
9.如权利要求8所述的照明系统，其中所述第一光源组件和所述第二光源组件均包含至少一个发光二极管(LED)。
10.如权利要求9所述的照明系统，其中所述第一光源组件和所述第二光源组件均包含其中至少一个是绿色LED的多个LED。
11.如权利要求8所述的照明系统，其中所述第一光源组件包含第一发光二极管对和第一分色镜元件，所述第二光源组件包含第二发光二极管对和第二分色镜元件。
12.如权利要求11所述的照明系统，其中所述第一发光二极管对包含一个红色LED和一个第一绿色LED，而所述第二发光二极管对包含一个蓝色LED和一个第二绿色LED。
13.如权利要求12所述的照明系统，其中所述第一光源组件和所述第二光源组件受控以(1)红色LED、(2)第二绿色LED、(3)第一绿色LED、(4)蓝色LED的次序提供颜色排序。
14.一种投影显示系统，包括：
位于第一照明位置的第一光源组件和位于第二照明位置的第二光源组件；
投影光学系统；
成像反射镜阵列，具有第一反射状态和与其不同的第二反射状态，所述第一种反射状态使从所述第一照明位置发出的光反射到所述投影光学系统，所述第二反射状态使从所述第二照明位置发出的光反射到所述投射光学系统；
成像仪电路，被操作性地连接来控制所述成像反射镜阵列以形成图像；和
同步电路，被操作性地连接到成像仪电子装置和所述第一光源组件和所述第二光源组件，用于使成像反射镜形成的图像和由所述第一和第二光源组件提供的光的颜色和位置保持同步。
15.如权利要求14所述的投影显示系统，其中所述第一和第二光源组件均包含至少一个发光二极管(LED)。
16.如权利要求15所述的投影显示系统，其中所述第一和第二光源组件均包含其中至少一个是绿色LED的多个LED。
17.如权利要求14所述的投影显示系统，其中所述第一光源组件包含第一发光二极管对和第一分色镜元件，所述第二光源组件包含第二发光二极管对和第二分色镜元件。
18.如权利要求17所述的投影显示系统，其中所述第一发光二极管对包含一个红色LED和一个第一绿色LED，而所述第二发光二极管对包含一个蓝色LED和一个第二绿色LED。
19.如权利要求18所述的投影显示系统，其中第一和第二光源组件受控以(1)红色LED、(2)第二绿色LED、(3)第一绿色LED、(4)蓝色LED的次序提供颜色排序。
20.如权利要求14所述的投影显示系统，其中所述第二照明位置位于由所述第一照明位置、所述投影光学系统、和所述成像反射镜所限定的第一平面以外，从而所述第一反射状态使来自所述第二照明位置的光反射到第一区域而所述第二反射状态使来自所述第一照明位置的光反射到第二区域，其中所述第一区域位于所述第一平面以外而所述第二区域位于由所述第二照明位置、所述投影透镜和所述成像反射镜所限定的第二平面以外。
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