CN104049446B - 多色照明装置 - Google Patents

Abstract

一个光引擎提供了一种投影系统，包括一个包含多个颜色荧光色轮部分的荧光色轮；至少有两个光源用于照明所述轮的不同位置，产生至少两个按时间顺序排列的红色、绿色或蓝色光束，其特征在于，所述光束被高度同步，并表现出基本上类似的比色法，包括光谱和红绿蓝三色的平衡；一个数字微镜设备，用于调制按时间排序的红绿蓝三色，以形成图像。另一方面，一个光引擎提供了至少两个投影仪，它包括一个平铺投影系统：一个荧光色轮，具有多个颜色的荧光色轮部分的；一个光源，可以产生光束；一个电子束分割器，用于将所述光束分成至少两束高度相关的光束来照明所述轮的不同位置，以产生至少两个按时间排序的相同的红、绿和蓝光；以及一个数字微镜设备，在每个所述的投影仪上，用于调制高度相关的光束以生成一个平铺的图像。

Description

多色照明装置

技术领域

本发明涉及投影系统，并且更具体地涉及用于投影系统中照明的荧光色轮的多个照明源极的使用。

背景技术

众所周知现有技术是从单一光源产生多种颜色的光。 例如，可以使用一个荧光色轮，通过在色轮的各不同区域上的第一波长的闪光，以产生彩色光，至少这些区域中的一个包括能在第一波长光下，在第二波长的不同领域发出荧光的荧光物质。通过轮相对于光源静止的旋转，以便按顺序照亮轮的不同区域，由轮产生不同的颜色。

常规荧光色轮包括红色，绿色，和蓝色的轮节，它们是透射型（即滤色器）或反射式的。例如，蓝色激发光的位置，轮的一个区域可以做成是透射的或反射式的，与此同时，另外两个区域包含着吸收蓝色激发波长和分别由红色、绿色波长的再释放的光。因此，只有一小部分由光源产生的光通过色轮被传播。荧光色轮产生的光的量被轮上激发光的通量严格限制，也受轮将光转换到其他波长的效率限制。色轮存在的时间是由该荧光体迅速退化的程度决定的，如果它不保持在预定的温度范围内，而这又反过来限制了色轮上入射光的光强。

色轮有多种应用，如1947年2月25日颁发给哥伦比亚广播公司的美国专利2416301；2010年1月26日颁发给光学研究协会的美国专利7651243；以及2012年2月6日提交的专利申请公开号为US2012/0201030的，已分配给Intematix公司的专利。

一个这样的应用是用于彩色数字投影机以产生多彩的光。数字光处理器（DLP）是指一种投影机技术，它使用的是数字微镜设备（DMD）将投影图像投影到屏幕上的技术。典型的DLP投影机包括灯，照明系统，和一个与荧光色轮相结合的包含DMD的光引擎。对于单芯片的DMD光引擎，色轮有不同颜色的过滤部分（例如，吸收过滤器或干扰过滤器），这样当光线照亮了色轮的不同波长的光（色）穿过轮并在轮的一次旋转过程内不同时间到达DMD。

DMD是一个微机电系统（MEMS）装置，包括 一个大阵列的显微镜，它通过一个预定的角度独立地翻动每个反射镜。DMD通过在一个视频帧内，几次打开和关闭反射镜，来调节光。一个期间被按照单元顺序及帧率划分成约20至60个不同的单元。 在给定的位平面的屏幕上的每个像素由一个单一的控制单元控制，并且也被“开启”或“关闭”的平面的整个持续时间所驱动。开启的数字、持续时间和位置会根据控制光量的所述的帧进行调整。与开启时间相结合的一个给定的像素给出了像素其适当的强度。

传统的滤光轮的实例（与荧光色轮相反）请见美国专利号为7862182的“应用于投影机和相应投影机的光学系统”（Thollot等），美国专利号为7871168的“应用于双灯投影机的照明系统”（Liu等）和美国专利号为6147720的“投影系统的两个灯与单光阀”（Guerinot等）。

前面所提到的美国专利号7862182的专利，描述了一种基于偏振的液晶成像器的色轮，而不是DLP投影机。在专利182的图3中示出了一个反射型的实施例（例如， 采用LCOS设备），而专利182的图4显示了透射型的实施例（例如：使用LCD）。液晶成像器要求使用偏振光，如上面所讨论的，它并不能与DLP技术很好地合作。

在如图像平铺的应用中，两个或多个投影机的投影图像正好相邻或稍微重叠，从而产生一个较大的复合“平铺”形象。在这样的多投影系统中，伴随着个别非同步的光源和色轮，它的颜色和/或亮度可能会因为三原色和独立光源之间不同的色彩平衡，以及彼此不可预知的和可变的光源总量，导致可能发生非常不需要的变化。

发明内容

本发明一方面是用于为一个DLP投影系统提供一个光引擎，它的目的在于解决上述照明不同部分的轮的光通量限度的问题。 在一个实施例中，荧光色轮的径向相对的区域被照亮，使得荧光体可以被冷却后再重新照在其他位置。 在另一个实施例中，荧光体的同心轮的使用，使得每个轮都暴露于每次轮旋转只有一个照明事件。 在这种方式中，荧光体可以在照明事件之间休息和冷却。因此，荧光轮能够发出更多的光。

另一个方面，在平铺式投影机中的颜色和/或亮度会发生不希望的变化的问题是通过使用单一的荧光色轮和单个可被分为多个光束的光源来处理，这样就使得色彩变得在时间和强度上同步。

这些以及其他方面和优点将陆续显而易见的出现，结构和操作中的细节将再下文充分描述并要求保护，参照的附图也构成本发明的一部分，其中相同的标号表示相同的部分。

附图说明

图 1是常规的彩色DLP数字投影机的示意图。

图2是根据第一个实施例，由多个光源照射形成的一个色轮的示意图。

图3a 是根据第二个实施例的荧光色轮的示意图。

图3b是图3a中多个光源照射下，荧光色轮的示意图。

图4 是根据第三个实施例，由分割光源形成的一个荧光色轮的示意图，。

具体实施例

如图1所示，传统的彩色DLP数字投影机，包括光源10，如氙气灯和抛物面反射器，用于经聚光透镜20产生一束聚焦于旋转荧光色轮30的光。 从轮30发出的彩色光经由一组的一个或多个光学均质的矩形形状，所述被指定为40，然后被中继到空间光调制器（SLM）50，诸如DMD，液晶或光栅光阀（GLV），并反射至投影透镜60再投影到屏幕70以产生图像。任何本领域技术人员都会理解，光源10可以是激光或者其它合适的光源，例如，其中所述光源是蓝色激光，蓝色部分（B）可以是清晰的，绿色荧光体涂层可施加在绿色部分（G）和红色荧光体涂层可施加在红色部分（R），另外，如上面所讨论，轮30的一部分可以被制成反射的而不是透射的。

这种现有技术存在的问题之一在于轮30上存在激发光的通量限制上，如上文所讨论的。

参考图2，一对用来照明荧光色轮30的光束（B₁ 和B₂）。在图示的实施例中，轮30的部分32是由两束光照明的轮状部分，所述中间区域34没有被使用，然而，一个本领域技术人员可以理解的是，该色轮的照明部分可以是“饼状”，如图1中的常规色轮，而不是轮形的，然而这种传统的设计需要采用多个荧光体，因此会更昂贵。 假如入射光束B₁ 和B₂ 基本上是相同的，那么输出光束R₁，G₁，B₁ 和R₂，G₂，B₂ 则高度同步，并且将表现出基本上类似的比色法，包括频谱和RGB的平衡。光束R₁，G₁，B₁ 和R₂，G₂，B₂ 可以被聚焦到独立的空间光调制器（SLM），或者轮30可以用六部分组成，使得两个点相隔180度是相同的颜色，从而使光束可以聚焦在相同的SLM上。

根据一个替代实施例，如图3a所示，荧光色轮30上设置一个额外的轮形部分36，其被同心地定位于轮形部分32，使得每个部分32和36被独立地由光束B₁ 和B₂ 分别照明，如图3b所示。 在所有其他方面，图3a和图3b中的操作与图2的实施例相同。 特别是，在部分32和36的RGB的荧光体可以在照明事件之间休息和冷却，从而减慢荧光体的退化，以使轮30输出比由一个单一的光束照亮的图1中的色轮更多的光。 包含额外的轮形部分36使从色轮30输出的光变有效了两倍。如上面所讨论的，本领域技术人员可以知道该轮形部分32和36可以是反射的而不是透射的。 在反射荧光轮30的情况下，两个轮形部分32和36可以位于轮相对​​的两侧或轮的同一侧。

如上所述，当多个DLP投影机都设置为创建一个复合平铺图像，并且，两台投影机都有独立的很难兼容的（例如，不相关）光源时，第二个问题便出现了。 如图4所示的实施例，光束B被一个电子束分割器80分割，例如一个半透明的（50/50）的反射/发射器，偏振电子束分割器，或其他类似的装置，变为单独的但高度相关的光束B₁ 和B₂ ，然后通过轮形荧光体部分32径向相对的位置。因光束B₁ 和B₂ 用相同的荧光物质进行过滤，发出的三原色（光束R₁，G₁，B₁ 和R₂，G₂，B₂ ）是相同的，相对于额外颜色的权重是相同的，因此三原色（因而白点）之间的颜色平衡是相同的。例如，在一个单一的蓝色照明光源B中，它所得到的按时间顺序排列的RGB光束是相同的。在一个实施例中，如图4所示，色轮分割的光源，并归入单个投影仪壳体，使得R₁，G₁，B₁ 和R₂，G₂，B₂ 可以沿着独立的光路投射。或者，光束R₁，G₁，B₁ 和R₂，G₂，B₂ 可以被耦合到多台投影机，例如，通过光导纤维或其他合适的光学耦合器。

在两个不同的蓝色光源为轮照明的情况下，如在图2的实施例，RG光束将是相同的。然而，光路之间的三原色以及光路之间的相对亮度确实有一些细微的差别。例如，不同的蓝色激发源可包括不同的来自两个光源的不同波长和强度的光。 波长的不同可能最终导致最后成像上颜色的差异。因此，为获得最佳结果，应使用非常相似的波长的蓝色激光。对于红色（R）和绿色（G）光，荧光体的发光光谱通常不会被照明波长的细微差别所影响。然而，发光强度通常与激发强度相关。因此，R1/R2和G1/G2仅在激发强度上存在量上的差异。但是，由于双方均使用相同的荧光体片部分使得荧光体片部分的尺寸相同，所以，在强度上没有变化。然而，强度直接追踪蓝色光源，例如单个校正或反馈都可以用来处理任何变化，在任何情况下，对蓝原色的改变会影响白色，这个问题被图4中的实施例克服，其中所述单个光源被分割。

任何本领域技术人员可以构想其他的实施方案及其变化。 对于具有多于两个激发光束的实施例，光束可以照亮荧光色轮多个不同的位置，它们沿着一个轮形带彼此隔离。而且，在这里所描述的实施例中，蓝色激光作为激发光源。然而，本领域技术人员可以理解的是，其它波长也可用于激发荧光体的。此外，其中一个蓝色激光作为激发源，不同的激发波长的光可以作为蓝原色（例如，445nm或465nm），这些和其他的修改与变化被认为落入所附权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一个多色照明装置，用于一个平铺的投影系统，投影系统包含至少两个投影仪，包括：

一个荧光体色轮，具有多个颜色的荧光体色轮部分；

一个光源，用于产生一束光；

一个电子束分割器，用于将所述一束光分成至少两束高度相关的光束，以在不同的位置照明所述色轮，用以产生相同的红、绿和蓝光的至少两个时间序列的光束；以及

在每个所述投影仪内分别具有一个空间光调制器，每个空间光调制器用于调制至少两束高度相关的光束中的对应的一个光束以生成一个平铺的图像。

2.根据权利要求1所述的多色照明装置，其特征在于，所述光源包括蓝色激光。

3.根据权利要求1所述的多色照明装置，其特征在于，所述电子束分割器是一个半透明的反射镜，或是一个偏正的电子束分割器。

4.根据权利要求1所述的多色照明装置，其特征在于，所述不同的位置是沿着一个轮面彼此间隔开。

5.根据权利要求1所述的多色照明装置，其特征在于，所述荧光体色轮部分包括所述荧光体色轮的第一轮面，用于通过第一个所述高度相关的光束照明，和所述荧光体色轮的第二轮面，用于通过第二个所述高度相关的光束照明。

6.根据权利要求5所述的多色照明装置，其特征在于，所述第一轮面和所述第二轮面都能透射的。

7.根据权利要求5所述的多色照明装置，其特征在于，所述第一轮面和所述第二轮面都是能反射的。

8.根据权利要求7所述的多色照明装置，其特征在于，所述第一轮面和所述第二轮面设置在色轮的相对侧。

9.根据权利要求7所述的多色照明装置，其特征在于，所述第一轮面和所述第二轮面设置在色轮的相同侧。

10.根据权利要求5所述的多色照明装置，其特征在于，所述第二轮面被同心地定位在所述第一轮面内。

11.根据权利要求4所述的多色照明装置，其特征在于，所述轮面是能透射的。

12.根据权利要求4所述的多色照明装置，其特征在于，所述轮面是能反射的。