CN110637248A - 具有固态照明光源的空间光调制图像显示投影仪设备 - Google Patents

Abstract

在所描述实例中，一种投影仪(100)包含光源(108)以产生第一颜色的第一光(106)。所述投影仪(100)还包含磷光体(112)以选择性地接收所述第一光(106)并响应于所述第一光(106)而产生第二颜色的第二光(102)。所述投影仪(100)还包含二向色镜(153)以使所述第二光(102)的一部分通过以产生第三颜色的第三光(164)。所述二向色镜(153)将所述第二光(102)的一部分反射为第四颜色的第四光(154)。

Description

具有固态照明光源的空间光调制图像显示投影仪设备

技术领域

此大体上涉及图像显示投影仪设备及方法，并且更特定来说，涉及具有固态照明(SSI)光源的空间光调制器(SLM)图像显示投影。

背景技术

在第US 9,195,123号专利中描述实例SLM投影仪，所述专利通过引用的方式并入本文中。此实例系统通过用来自蓝色激光器的蓝色光激励磷光体而将蓝色激光器用作蓝色光的直接来源，并将其用作其它颜色光的间接来源。

使用色轮及输入光束的相对移动产生颜色序列的其它布置也是可能的。通过引用的方式并入本文的第US 8,496,352号专利描述实例色轮，其在不同的径向间隔位置处具有发射相应颜色的磷光体的同心环形轨道或环。

在具有德州仪器数字微镜装置(DMD)的某些投影仪中，红色、绿色及蓝色光在光学路径上组合在一起。

发明内容

在所描述实例中，一种投影仪包含光源以产生第一颜色的第一光。所述投影仪还包含磷光体以选择性地接收所述第一光并响应于所述第一光而产生第二颜色的第二光。所述投影仪还包含二向色镜以使所述第二光的一部分通过以产生第三颜色的第三光。所述二向色镜将所述第二光的一部分反射为第四颜色的第四光。

附图说明

图1A及1B(统称为“图1”)展示实例投影系统及实例光源。

图2A及2B(统称为“图2”)展示其它实例光源。

图3说明实例架构。

图4说明实例两芯片架构。

图5A及5B(统称为“图5”)说明磷光体发射光谱。

图6说明磷光体轮的实例配置。

图7说明另一实例架构。

图8说明另一实例架构。

图9说明图8的实例架构的修改。

图10说明具有红外(IR)光源的实例布置。

图11说明具有IR光源的另一实例布置。

图12说明具有IR光源的另一实例布置。

图13是另一实例架构。

图14是具有三部分全内反射(TIR)棱镜及数字微镜装置(DMD)的实例调制模块的图示。

图15是具有两部分反向TIR(RTIR)棱镜及DMD的另一实例调制模块的图示。

图16是具有四部分TIR棱镜及DMD的另一实例调制模块的图示。

图17是具有两个空间光调制器(SLM)的实例组合器立方体的图示。

图18是具有两个SLM的实例飞利浦(Philips)组合器的图示。

图19A到C(统称为“图19”)是具有三部分TIR与组合器立方体的实例两芯片架构的图示。

图20A到C(统称为“图20”)是另一实例架构的图示。

图21是另一实例架构的图示。

图22是实例方法的流程图。

图23是另一实例方法的流程图。

具体实施方式

在附图中，除非另外指出，否则对应数字及符号通常指代对应部分。图式不一定按比例绘制。

在此描述中，术语“耦合”可包含用中间元件进行的连接，并且在“耦合”的任何元件之间可存在额外元件及各种连接。

实例投影仪布置并入空间光调制器(SLM)，例如德州仪器(TI)数字微镜装置(DMD)，其反射镜是使用脉宽调制(PWM)强度灰度个别设置的，其设置与针对通过相应循序产生颜色的镜的照明的相应时间区段同步。“两芯片”架构具有两个DMD。因此，两芯片架构将光引导到两个DMD上，因此一种颜色的光由第一DMD调制，而另外两种颜色的光由第二DMD调制。两芯片架构使用发光激光二极管、激光/磷光体及激光架构实现高效率。下文描述实例两芯片架构。本文所描述的其它实例仅将具有一个滤光器的高输出黄色及蓝色激光二极管用于组合及顶部侧泵浦。

图1A及1B(统称为“图1”)展示实例投影系统100及实例光源。图1A展示使用蓝色激光及黄色磷光体的实例光源。在德诺(Denault)等人的“高效且稳定的激光驱动的白色光照(Efficient and Stable Laser-driven White Lighting)”(《美国物理联合会进展3》(AIPAdvances 3)，072107(2013))中描述实例黄色磷光体，所述文献以引用的方式并入本文中。黄色光源的使用实现许多益处，其包含：(a)高效的磷光体转换，其例如用于白色光源中；(b)蓝色激光二极管背光，其用于提高效率；(c)使用顶部侧泵浦来增加光输出的能力；(d)仅使用三个激光二极管，其数目与在红色、绿色及蓝色(RGB)实施方案中的数目相同，因此成本相比于RGB实施方案不会有所增加；及(e)各种实施方案，例如使用黄色及/或绿色磷光体的混合物的旋转轮实施方案。在图1A及1B的实例布置中，磷光体是固定的，而不是被安装在轮上。

激光二极管供应商已经开发用于汽车、舞台光照及一般照明的白色激光二极管。这些激光二极管使用蓝色光激发黄色磷光体来将蓝色波长源转换为黄色光。剩余蓝色光被添加到由黄色磷光体发射的光，以构成白色光源。通过改变磷光体参数，激光二极管可适于仅产生黄色光。此黄色激光二极管可由两芯片架构使用以提高亮度。

如下文中进一步描述，光源的黄色光102及蓝色光104用于创建针对两芯片架构的循序颜色驱动。在图1A的实例中，来自激光二极管108的蓝色光106从长波长通过滤光器110反射离开并照射磷光体112。磷光体112将光转换成广谱黄色光102，如下文进一步描述。蓝色激光二极管114也激发磷光体112。透镜(未展示)聚焦穿过长波长通过滤光器110的黄色光102，在这里其与来自激光二极管116的蓝色光104交替。下面描述的两芯片架构将黄色光102分离成红色及绿色光分量的分量。黄色磷光体的光谱经选择可(当经划分时)产生所需绿色及红色颜色，或任何其它所需的色域。将陷波滤光器添加到滤光器堆叠可创建更广色域。激光二极管108泵浦磷光体112的顶部侧以增加其光输出。这可提供从黄色磷光体输出的额外10％到20％的光。

蓝色光104穿过二向色镜153作为光164。在此实例中，二向色镜153反射绿色光。在其它实例中，二向色镜153可在使红色光通过的同时反射蓝色光104。当从激光二极管116提供蓝色光104(例如，由激光二极管116产生)时，光164为蓝色，并穿过棱镜166以照明空间光调制器168。调制光172穿过棱镜170到包含二向色层176的组合器174。在此实例中，二向色层176反射红色及蓝色光并且使绿色光通过。当光180到投影光学器件178时，光172从二向色层176反射离开。

黄色光102由二向色镜153分离。黄色光102的红色分量穿过二向色镜153，并遵循上文描述的针对蓝色光104的路径。黄色光102的绿色部分由二向色镜153反射为光154。光154穿过棱镜156以照明空间光调制器158。调制光162穿过棱镜160及二向色层176并与光172组合以提供光180。因此，在光180中，红色光由空间光调制器168调制，且绿色光由空间光调制器158调制。光180传递到投影光学器件178。因此，通过使用SLM 158、168将黄色光102及蓝色光104交替提供到两芯片架构，并通过使用二向色镜153将黄色光102划分成红色及绿色分量，光源提供红色、绿色及蓝色光用于驱动两芯片系统。图1B展示具有黄色磷光体152的替代实例光源150，黄色磷光体152具有由激光二极管108提供(例如，产生)的顶部侧泵。借助于光源150，通过激活激光二极管108来提供黄色光102，且通过激活激光二极管116来提供蓝色光104。

图2A及2B(统称为“图2”)展示其它实例光源。其中图2中的元件的参考数字对应于图1中的元件的参考数字。图2中的那些元件执行类似于图1中的对应元件的功能。举例来说，图2中的黄色光202、蓝色光204、蓝色光206、激光二极管208、长波长通过滤光器210及激光二极管216分别对应于图1中的黄色光102、蓝色光104、蓝色光106、激光二极管108、长波长通过滤光器110及激光二极管116。图2A展示具有固定黄色静态磷光体252的实例光源200，固定黄色静态磷光体252具有底部及顶部侧泵。激光二极管208提供顶部侧光，且激光二极管254提供远程底部侧光。通过激活激光二极管208及254提供黄色光。通过激活激光二极管216提供蓝色光。

图2B展示具有透射磷光体轮256实例光源250，透射磷光体轮256具有底部(如图2B中所定向)激光二极管254侧泵及顶部(如图2B中所定向)激光二极管208侧泵。短波长通过滤光器258安装到磷光体轮256的背侧。短波长通过滤光器258允许来自激光二极管254的光通过到磷光体轮256，但是反射由来自激光二极管254(及激光二极管208)的光的相互作用产生的黄色光。通过激活激光二极管208及254提供黄色光。通过激活激光二极管216提供蓝色光。在至少一个实例中，可在透射磷光体轮中使用绿色(或绿色及黄色的组合)磷光体。来自图1及2的实例的阐明阐明了两芯片架构，例如如下文描述的图1A及图3到21中展示的两芯片架构。

本文中的若干DMD SLM实例成像系统设计使用激光二极管及激光/磷光体光源照明。与传统的基于光源的系统相比，激光/磷光灯光源提供某些效率优势。还可减小磷光体上的激光光斑大小，以最佳地匹配系统中DMD的集光率。然而，在基于激光/磷光体的系统中，可能有必要对磷光体发射颜色进行滤光以实现所需颜色点。此滤光的实例是使用黄色发射磷光体并对磷光体发射的黄色进行滤光以实现所需红色。另一个实例是对绿色磷光体发射进行滤波以实现所需绿色点。在所述实例中的每一者中，对(由磷光体产生的)全部光谱的光进行滤光以除去光谱中不必要的部分。

照明磷光体的激光数目与投影仪的流明输出有关。额外激光导致更高流明，但会以额外电力为代价。使用额外激光还可能导致磷光体产生光的效率降低(例如，每输入瓦特的流明)，并且添加的激光器数目增加系统的成本。多芯片系统架构可减少或消除在单芯片架构中使用基于激光/磷光体的光源时遇到的一些问题。在第US 5,612,753号专利(“’753专利”)中描述使用两个DMD光调制器的全颜色投影显示系统的实例，所述专利通过引用的方式并入本文中。

‘753专利的图3说明使用白色光照明源的两调制器投影仪，其中白色光(例如来自金属卤化物弧光灯)穿过旋转色轮的颜色滤光器区段。由色轮发射的相应循序颜色光通过颜色分离棱镜中继，所述颜色分离棱镜使主导第一颜色通过到第一DMD调制器；并将其它第二种颜色通过到第二DMD调制器。颜色组合棱镜与全内反射棱镜(TIR棱镜)协作以重新组合反射的单独DMD调制光用于通过单个投影透镜成像。在此系统中，色轮始终使主要颜色中的一者通过，并在其它两种之间交替。然后，第一DMD处置红色(主导颜色)的调制，且第二DMD处置绿色及蓝色(其它颜色)的时间循序调制。

图3到图13说明具有两个数字微镜(DMD)芯片的架构中的照明实例，所述两个数字微镜(DMD)芯片使用激光源及磷光体发射而不是白色光源，并且将两棱镜立方体用于组合单独调制的颜色。通过引用的方式并入本文的2014年11月27日公开的第US 2014/0347634号专利申请案公开案揭示具有磷光体及激光源以照明两芯片及三芯片SLM架构的投影仪架构。

图3说明实例架构300。来自第一光源322的蓝色激光B1透射通过透镜325、第一成角度滤光器324及透镜328到磷光体轮309的前部上，磷光体轮309具有涂覆有黄色发射磷光体318的圆形区段(参见图3中的视图A)。举例来说，光源可为激光二极管光源。黄色区段是连续的，所述黄色区段暴露针对轮309的全旋转的入射激光，轮309每帧旋转至少一转。黄色光Y通过透镜328发射回到第一成角度滤光器324，其至少将红色分量R作为主导颜色通过透镜331、光隧道333及透镜334反射到第一全内反射棱镜(TIR棱镜)光学元件326，其将光R提供到第一DMD 332用于调制。来自第二蓝色激光源310的蓝色激光B2透射通过成角度偏振滤光器312、四分之一波片(QWP)315及透镜337到磷光体轮309的背侧上。轮309的背侧具有略大于180°的区段，其涂覆有发射绿光的磷光体314(参见图3中的视图B)，所述磷光体在略大于帧的50％的时间内响应于蓝色入射激光B2发射绿色光G，并在剩余的帧时间内将蓝色的入射光B2反射离开(例如铝)反射器317。循序发射的绿色及蓝色往回行进通过四分之一波片315并到成角度偏振滤光器312，其通过透镜338、光隧道340、透镜342及镜344将偏振移位的蓝色及绿色光反射到第二TI棱镜光学元件316，其将绿色及蓝色光提供到第二DMD 330用于公共时间循序调制。两棱镜立方体组合器306将调制主导(R)及其它颜色(G及B2)光组合成调制合成光束336，以用于将形成图像投影到目标表面上。可选择绿色磷光体区段314的相对弧形程度及激光器开/关时间以改变相应颜色调制时间以设置所需颜色(白色)点。

图4说明具有单个激光源422及单色磷光体轮409的实例两芯片架构400。单色磷光体轮409具有黄色磷光体418的弧形区段、绿色发射磷光体414的弧形区段及蓝色反射表面417的弧形区段(图4中的视图A)的圆形布置。这些弧形区段中的每一者可具有不同的长度。在此实例中，因为红色及绿色组合为黄色，所以当蓝色激光B2入射到黄色或绿色发射磷光体区段上时，黄色或绿色发射磷光体区段时发射绿色，并且当激光入射到黄色磷光体区段上时，黄色磷光体区段发射红色。蓝色激光B2被引导到磷光体轮409上(通过透射通过第一成角度偏振滤光器424、四分之一波片415及透镜434)并且被引导到一个空间光调制器。红色/绿色或绿色颜色(由对应黄色磷光体418或绿色磷光体区段414的激发而发射)返回通过透镜434及四分之一波片415，并从第一成角度偏振滤光器424反射离开通过透镜436、光隧道438及透镜440。红色光透射通过第二滤光器425到第一TIR棱镜416及第一DMD 430用于个别调制。第二滤光器425将绿色光反射到第二TIR棱镜426及第二DMD 432。第一及第二滤光器424、425将相移蓝色光(从轮409的反射表面417反射离开)反射到第二TIR棱镜426用于通过第二DMD 432用绿色光进行时间循序调制。两棱镜立方体组合器406组合时间循序调制颜色用于投影图像，以用于在显示屏(未展示)处的帧显示时间期间连续红色及时间循序绿色/蓝色调制的眼睛整合。

图4的视图B到E说明可用于图4的布置中的磷光体轮409的许多其它区段配置中的部分(分别标记为409b到e)。视图B及C展示轮409b及409c，其具有以圆形环带布置在轮的反射表面上的黄色磷光体418。视图B中的黄色磷光体418区段占据视图A中黄色磷光体418及绿色磷光体区段414两者的位置，并具有连续环形状，所述环形状被在环上直径相对位置处的蓝色激光反射表面417的两个大约30°的弧形区段所中断。视图C类似于视图B，除仅一个蓝色光反射表面417中断黄色磷光体418外。视图B或视图C的配置均不具有绿色区段。举例来说，黄色区段的磷光体成分可提供如图5A中所说明的发射光谱，其中当由入射蓝色激光激发时，黄色磷光体发射红色光及绿色光两者。适当地选择二向色滤光器425以对所发射光进行滤光，以将所需红色及绿色分量R、G引导到相应单独第一及第二DMD 430、432用于调制。

图4的视图D及E展示轮409d及409e，其具有在圆环带中布置的发射绿光的磷光体414区段，如针对视图B及C中的黄色磷光体418区段所展示。如上文描述，蓝色光反射表面417的一或多个弧形区段类似地中断绿色磷光体区段环。视图D及E轮不具有黄色磷光体区段。选择绿色区段的磷光体成分以提供红色发射及绿色发射两者，例如图5B中说明的实例发射光谱。二向色滤光器425可对所发射光进行滤光，以隔离并引导所需红色及绿色分量R、G，以通过相应单独第一及第二DMD 430、432进行调制。针对黄色及绿色磷光体418、414(由图5A、5B中所展示的光谱指示)的响应的不同高度可通过在相应第一及第二DMD 430、432处施加不同衰减(通过调整镜的开/关时序)来平衡。

图6说明在铝轮的光反射表面上使用黄色磷光体618及绿色磷光体614(具有与图5A、5B中所展示的发射光谱相同的发射光谱)的涂层的轮609的实例配置。黄色磷光体618及绿色磷光体614各自占据圆形带的150°部分，并且未涂覆区域617占据其余60°部分。因此，光反射表面在未涂覆区617中暴露。轮609可在每可用帧成像时间中旋转整数1或更大数目个的旋转。

图7说明另一实例架构700。在此实例中，磷光体轮709具有蓝色光透射狭缝719，以代替中断磷光体环区段(图7中的视图A)的蓝色光反射表面417(图4)的全部或部分。在此实例中，红色及绿色光磷光体发射R、G可与针对图4的实例所描述的相同。然而，轮709透射蓝色激光B2的至少一部分到单独路径上通过透镜734、离开镜738、离开镜738、通过透镜740、离开滤光器727、通过透镜742、通过光隧道744、通过透镜746、离开滤光器725、通过TIR棱镜726并到第二DMD 732。在此实例架构700中，当轮旋转时，由激光源722发射的蓝色激光B2的至少一部分穿过磷光体轮709的光透射狭缝719。举例来说，光透射狭缝719可为在图4的实例中的上文描述的蓝色光反射表面417的位置中添加的一或多个弧形狭缝或蓝色光透射窗口。当来自激光源722的光穿过滤光镜724，通过透镜748到旋转轮709的光透射狭缝719时，所述光的至少一部分将穿过轮并沿单独路径(其可包含额外滤光器727及具有红色及或绿色发射光中继路径的一些公共元件)被引导(例如通过反射光学器件)到第二DMD 732，用于借助于绿色颜色光进行时序循序调制。任选地，透射狭缝719可与磷光体区段部分集成在一起，因此针对帧调制循环的至少部分，可将绿色及蓝色光一起调制。与图4的实例相同，滤光器725透射红色光通过TIR棱镜716到DMD 730，并且组合器706组合来自DMD 730及DMD 732的调制光以提供针对目标表面上的图像的组合光。图7中的视图B到E说明可用于磷光体轮709的一些其它配置709b到e，其中磷光体区段714及718的配置对应于图4中的视图B到E中展示的磷光体区段414、418的配置。然而，蓝色光透射狭缝719位于图4中所展示为针对蓝色光反射表面417(图4)的位置的位置。狭缝可包含光学扩散元件(未展示)以扩散透射蓝色光。

图8说明另一实例架构800。在此实例中，透射磷光体轮809产生所有颜色。此外，在此实例中，轮809可为全部或至少用于轮的部分的光透射材料。磷光体材料在轮809的一个表面上，并且被指向轮的相反表面的激光激发。举例来说，轮809可包含光透射带，其具有由黄色光产生磷光体覆盖的第一角度黄色光区段818，由绿色光产生磷光体覆盖的第二角度绿色光区段814，以及提供蓝色激光光透射的未涂覆区段821的一或多个第三角度范围(图8中的视图A)。随着轮809转动，蓝色激光B2(从激光源822指向未覆盖后表面)将穿过透镜836及轮809，并照射黄色磷光体段818或绿色磷光体段814中的一者，或者穿过未涂覆区段821。针对图5A及5B中说明的光谱，照射黄色或绿色磷光体的光将发射红色及绿色光。磷光体发射红色光穿过透镜838、透镜840、光隧道842、透镜844及滤光器825到第一TIR棱镜816，其将红色光提供到DMD 830用于单色调制。磷光体发射的绿色光及源直接透射的蓝色光穿过透镜838、透镜840、光隧道842及透镜844，然后离开滤光器825到第二TIR棱镜826，其将绿色或蓝色光提供到DMD 832用于时间循序调制。组合器806组合来自DMD 830及DMD 832的调制光。轮809可容纳滤光器及漫射器元件835。在图8的视图B到E中展示其它实例轮配置809b到e在图8的视图B-E中展示。

图9说明使用单个滤光器来分离及组合颜色的图8的实例架构800的修改900。在此实例中，具有磷光体轮909的光源922通过透镜940及942，并通过从磷光体轮909通过透镜934、光隧道936、透镜938、TIR棱镜结构916及颜色分离棱镜结构906到DMD 930、932的同一路径产生红色、绿色及蓝色颜色。TIR棱镜结构916将光以适当的角度引导到颜色分离棱镜结构906中，其中：(a)通过反射离开中央定位成角度二向色滤光器927(f1)在一个出射面处将红色光引导到第一DMD 930；且(b)通过透射通过同一二向色滤光器927在另一出射面处将绿色及蓝色光引导到第二DMD 932。调制光束沿类似反射及透射路径返回并通过同一TIR棱镜结构916到投影透镜(未展示)用于显示合成颜色图像。如上文描述，红色及绿色光可由具有类似于图5A及5B中所展示的发射光谱的发射光谱的绿色及黄色磷光体914、918产生。相同原理适用于例如上文描述的反射性磷光体轮布置。

图10到12说明其中将红外(IR)光源引入到投影系统中的实例布置1000、1100、1200。如图10中所展示，由激光源1010引入IR光，激光源1010跟随中继光学器件的至少一部分，以用于以公共及/或时间循序方式借助于其它颜色中的一或多者进行调制。光源1022及磷光体1018产生红色光，其穿过透镜1027并反射离开滤光器1024通过透镜1031、光隧道1033、透镜1034、滤光器1025及TIR棱镜1016到SLM 1030。光源1022及磷光体1018还产生绿色光，其穿过透镜1027反射离开滤光器1024通过透镜1031、光隧道1033及透镜1034并反射离开滤光器1025通过TIR棱镜1026到SLM 1032。光源1022通过使光穿过磷光体轮1009及透镜1036产生蓝色光，所述蓝色光1036反射离开镜1038、1040及1042，且所述蓝色光穿过滤光器1024、透镜1031、光隧道1033、透镜1034，且所述蓝色光反射离开滤光器1025通过TIR棱镜1026到SLM 1032。组合器1006组合来自SLM 1030及1032的调制光，所述调制光传递到投影光学器件(未展示)。

在图11及12中，IR激光源1110、1210分别在分别在蓝色输入激光光透射滤光器1124、1224处的磷光体轮产生的光路径的方向上引入IR光，蓝色输入激光光透射滤光器1124、1224分别定位在分别蓝色激光源1122、1222与磷光体轮1109、1209之间。在实例布置1100中，光源1122及磷光体1114及1118产生红色光，其穿过透镜1127并反射离开滤光器1124通过透镜1131、光隧道1133、透镜1134、滤光器1125及TIR棱镜1116到SLM 1130。光源1122及磷光体1114及1118还产生绿色光，其穿过透镜1127并反射离开滤光器1124通过透镜1131、光隧道1133及透镜1134并反射离开滤光器1125通过TIR棱镜1126到SLM 1132。光源1122产生蓝色光，其反射离开磷光体轮1109通过透镜1127，反射离开滤光器1124通过透镜1131、光隧道1133及透镜1134，并反射离开滤光器1125通过TIR棱镜1126到SLM 1132。组合器1106组合来自SLM 1130及1132的调制光，其传递到投影光学器件(未展示)。

在实例布置1200中，具有磷光体轮1209的光源1222产生红色、绿色及蓝色光。光源1222产生蓝色光，其穿过偏振滤光器1224、四分之一(1/4)波片1225及透镜1228到磷光体轮1209。来自磷光体的有色光(或从磷光体轮1209的反射)穿过透镜1228及四分之一(1/4)波片1225，并反射离开偏振滤光器1224通过透镜1230，并反射离开镜1232通过透镜1234及色轮(集成在磷光体轮1209中)到整合隧道1236，光从整合隧道1236传递到调制及投影光学器件(未展示)。

举例来说，引入的IR光在需要IR源成像能力的模拟场所中可能很有用。在某些应用中，还可添加红色激光以增强红色。相同原理适用于引入其它光，例如在紫外线(UV)中或电磁光谱的另一个不可见光区中。

在本文描述的实例中的任何者中，调制或投影不限于红色、绿色及蓝色主要颜色，并且相同原理可容易地适用于主要或次要颜色的其它选择。

两芯片架构的实例实施方案具有单组激光器以产生红色、绿色及蓝色光。在布置中，激光创建磷光体光输出，且接着此光划分成红色及绿色分量。在蓝色时间期间，蓝色光穿过到第一(或第二)DMD，并且在此时间期间第二DMD的镜处于关闭状态。由于所有光仅由一组激光器产生，因此效率得以提高。

图13展示一个合适架构1300，其类似于上文参考图7描述的实例架构700。此系统设计使用单个激光器组作为光源1322。由磷光体1314或1318产生(或反射离开磷光体轮1309)的光穿过透镜1327到第一滤光器1324。光源1322及磷光体1314产生红色光，其穿过透镜1327并反射离开滤光器1324通过透镜1331、光隧道1333、透镜1334、滤光器1325及TIR棱镜1316到SLM1330。光源1322及磷光体1314还产生绿色光，其穿过透镜1327并反射离开滤光器1324通过透镜1331、光隧道1333及透镜1334，并反射离开滤光器1325通过TIR棱镜1326到SLM 1332。光源1322产生蓝色光，其穿过透镜1323、磷光体轮1309及透镜1336，并反射离开镜1338通过透镜1339，并反射离开镜1340通过透镜1341，并反射离开镜1342通过透镜1343、滤光器1324、透镜1331、光隧道1333及透镜1334，并反射离开滤光器1325通过TIR棱镜1326到SLM 1332。在此实例中，红色光分离到第一SLM 1330，且绿色光通过到第二SLM1332。当蓝色光存在时，其被发送到第二SLM 1332。(注意：在替代布置中，SLM 1330也可借助于滤光器改变来接收蓝色光)。SLM 1330及1332个别地调制两个光路径。然后，颜色立方体组合器1306重新组合“开”状态光。在图13中所展示的架构1300中，滤光器1325透射红色光，但是也可借助于滤光器改变来反射红色光。类似布置适用于绿色/蓝色通道。因此，滤光器1325可为透射蓝色及绿色光并且反射红色光的短波长通过滤光器。借助于此布置，主导颜色(在此实例中为红色)比相当的单个调制器系统亮多达三倍，这是因为对所述颜色的单独调制可实现其在整个帧中的投影(而不是在借助于共享调制器调制的情况下的帧的仅三分之一)。其它两种颜色(在此实例中，绿色及蓝色)将比单芯片布置的亮度高50％(即，一又二分之一倍)，这是因为其针对帧的一半而不是帧的三分之一投影，因此仅两种颜色共享调制器(而不是三种颜色共享调制器)。选择红色作为主导颜色不是必需的；然而，由非共享(第一)DMD选择用于调制的颜色通常将是需要最大增强量的颜色。可适当地控制施加到主导颜色路径的衰减，以相对于绿色及蓝色增强红色输出以获得适当的颜色平衡点。在白色光源具有均匀颜色平衡的情况下，达到50％的主导(红色)颜色路径的衰减将产生均匀颜色平衡，其中总投影流明输出将比相当的单个调制器系统高50％。

第二类型的架构修改滤光器1325之前的光源1350。举例来说，在例如上文参考图8所描述的布置中，照明模块可经改变以使用透射磷光体轮。

砂轮可使用单个磷光体或两个磷光体(以及蓝色反射或透射区段)，其中来自黄色及绿色磷光体的光谱分离成其绿色及红色两个分量。举例来说，使用单个黄色磷光体的系统可能会产生良好的白色点，并使得可使用棱镜选择良好的红色，但是绿色可能会受到影响，从而使颜色点仅位于ITU-R建议BT.709绿色点内部。如果使用单个绿色磷光体，那么绿色点可能很好(在建议709外部)，而白色点可能很差(非常青的白色点)。使用绿色磷光体及黄色磷光体两者的方法将产生两种绿色及两种红色，但是可针对两种颜色创建相同的序列，借此实现：两种绿色的混合以实现单个绿色；以及两种红色的混合以实现单个红色。

在实例照明架构中，光学路径具有用于光(来自磷光体)的蓝色拒绝滤光器，所述光被发送到绿色SLM，但允许蓝色光在蓝色时间期间(经由蓝色旁路路径)通过。针对具有蓝色旁路的架构(例如在图13中所展示)，滤光器1324拒绝蓝色光用于绿色及黄色磷光体。针对透射磷光体系统，可在磷光体轮的输出处添加滤光器以用于磷光体部分，且漫射器可用于蓝色部分。

图14到21说明具有用于组合单独调制的颜色的两个SLM的额外架构的实例。图14展示实例调制模块1400，其将来自光源的照明与投影光束的调制组合。在此实例中，光1402通过全内反射(TIR)被引导到SLM 1410。光1402进入棱镜1404，并且在棱镜1404与气隙1406之间的棱镜-空气界面处具有入射角。在此实例中，棱镜是玻璃，但是可替代地使用塑料及其它合适材料。因为光1402在棱镜-空气界面上的入射角大于临界角，所以光1402作为光1408反射到SLM 1410上。SLM 1410的每一像素处于开状态或关状态。开状态的光以一个角度反射为光1412。关状态的光以另一角度反射为光1414。在此实例中，光1412穿越六个棱镜-空气界面，所述界面：在棱镜1404与气隙1406之间；在气隙1406与棱镜1416之间；在棱镜1416与气隙1418之间；在气隙1418与棱镜1420之间；并且在棱镜1420与空气之间。因为光1412在这些棱镜-空气界面中的每一者处的入射角小于这些屏障的临界角，所以光1412如图14所展示那样穿过。光1412是用于创建图像的所需调制光。光1414在棱镜1416与气隙1418之间的棱镜-空气界面处具有大于临界角的角度的入射角。因此，光1414反射为光1422。在一些实例中，光1422进入光阱(未展示)以吸收此废光。因此，调制模块1400接收光1402并提供由SLM 1410调制的光1412。这是三件式TIR棱镜，其将处于关状态的光引导到与处于开状态的光路径不同的路径。

图15展示另一实例调制模块1500。光1502穿过棱镜1504到达SLM1506。来自SLM1506的开状态光反射为光1508，其反射为光1510。光1510穿过如图15所展示的棱镜1512以提供所需调制光。关状态光1514从棱镜-空气界面(在棱镜1504及气隙1516之间)反射离开作为光1518。在某些实例中，光1516进入光阱(未展示)以吸收此废光。由于开状态光在调制之后通过全内反射而反射，因此图15的布置有时被称为反向全内反射(RTIR)调制模块。

图16展示另一实例调制模块1600。光1602作为光1610棱镜-空气界面(在棱镜1604与气隙1608之间)反射离开。光1610穿过棱镜1612及1614到SLM 1616。来自SLM 1616的开状态光1618穿过棱镜1614、1612、1604及1606以提供所需调制光。关闭状态光1620反射离开棱镜-空气界面(在棱镜1614与气隙1622之间)作为光1624。在一些实例中，光1624进入光阱(未展示)以吸收此废光。调制模块1600在某些应用中是有用的，因为棱镜1604与棱镜1606之间的角度可选择性地与棱镜1612与棱镜1614之间的角度分离。图16是另一棱镜布置，其使用DMD附近的一个棱镜以将关状态下的光引导到与开状态下的光路径不同的路径中。

图17展示实例组合器1700。调制模块1702及1706向棱镜1710提供调制光。棱镜1710包含二向色滤光器1712，其反射光1704的颜色但使光1708的颜色通过。举例来说，光1708可为红色光，并且光1704可为蓝色光或绿色光。在此实例中，二向色滤光器1712是使较低频率红色光通过并且反射较高频率绿色及蓝色光的长波长通过滤光器。结果是光1708及1704组合并传递到用于所需图像的投影光学器件(图17中未展示)。

图18展示另一实例组合器1800。来自调制模块1806的光1808由TIR反射为光1816，并且再次由TIR反射离开棱镜-空气界面(在棱镜1812与气隙1814之间)作为光1818。来自调制模块1802的光1804穿过棱镜1810及1812。结果是光1804及光1818经组合且引导到投影光学器件(图18中未展示)用于所需图像。

图19A到C(统称为“图19”)展示实例架构1900，其具有如上文在图14到18中所描述的调制模块及组合器。然而，针对调制模块及/或组合器的不同进入及离开角度可能需要改变组件的相对定位。图19A是架构1900的侧视图。图19B是从进入光1902的角度来看的架构1900的另一侧视图(围绕图19A的y轴旋转90度)。图19C是架构1900的仰视图(围绕图19A的x轴旋转90度)。在描述中(例如，图19到21的描述)，术语“顶部”、“底部”及“侧”仅是相对参考(相对于彼此)，而不涉及任何其它参考系。举例来说，即使在图19A中的“顶部”指向地面，但是在此描述中其将仍然是“顶部”。参考图19A，光1902穿过透镜1904及1906到滤光器1908。在此实例中，滤光器1908是长波长通过滤光器。光1902由例如图1A的光源或光源150(图1B)、光源200(图2A)、光源250(图2B)或光源1350(图13)中的一者提供。如图19C中所展示，滤光器1908具有45度角，因此其将较高频率光1921(在此实例中为蓝色及绿色)反射到镜1920。如在图19B中所展示，镜1920反射较高频光1921通过透镜1924到包含SLM 1930的调制模块1932。如在图19A中所展示，来自光1902的红色光穿过滤光器1908作为光1911到镜1910，镜1910将此光(如红色光1912)反射通过透镜1914到包含SLM 1918的调制模块1916中。透镜1914及1924经布置以分别跨SLM 1918及SLM 1930更均匀地分布光。组合器1926：组合调制模块1916及1932的调制光输出；并使组合调制光传递到投影光学器件1928。然而，架构1900不像下面描述的其它实例那样紧凑。

图20A到C(统称为“图20”)展示另一实例架构，其具有如上文在图14到18中描述的调制模块及组合器。与架构1900(图19)一样，针对调制模块及/或组合器的不同进入及离开角度可能需要改变组件的相对定位。图20A是架构2000的侧视图。图20B是从进入光2002的角度来看的架构2000的另一侧视图(围绕图20A的y轴旋转90度)。图20C是架构2000的仰视图(围绕图20A的x轴旋转90度)。光2002是由例如图1A的光源的光源或光源150(图1B)、光源200(图2A)、光源250(图2B)或光源1350(图13)中的一者提供。如图20A中所展示，光2002穿过透镜2004及2006到滤光器2008。在此实例中，滤光器2008是长波长通过滤光器。滤光器2008具有45度角，因此其将较高频率光2010(在此实例中为蓝色及绿色)反射通过透镜2018到包含SLM 2022的调制模块2024中。来自光2002的红色光作为光2013穿过滤光器2008到镜2015及镜2014。还参考图20B，镜2014将此光(例如红色光2016)反射通过透镜2020到包含SLM 2032的调制模块2030中。透镜2018及2020经布置以分别跨SLM 2022及SLM 2032更均匀地分布光。组合器2026：组合调制模块2024及2030的调制光输出；并使组合调制光传递到投影光学器件2028。

图21展示具有如上文在图14到18中描述的调制模块及组合器的另一实例架构。与架构1900(图19)及2000(图20)一样，针对调制模块及/或组合器的不同进入及离开角度可能需要改变组件的相对定位。在架构2100中，光2102穿过透镜2104及2106到滤光器2108。光2102由例如图1A的光源或光源150(图1B)、200(图2A)、250(图2B)或1350(图13)中的一者的光源提供。在此实例中，滤光器2108是长波长通过滤光器。滤光器2108将较高频率光2110(在此实例中为蓝色及绿色)反射到包含SLM 2116的调制模块2114中。较低频率光2112(在此实例中为红色)穿过滤光镜2108到包含SLM 2120的调制模块2118中。组合器2126：组合调制光2124及调制光2122；使组合调制光穿过投影光学器件2128到目标图像平面。较高频率光2110及较低频率光2112也可穿过额外透镜(为清楚起见未展示)将滤光器2108放置在远心光空间中，因此进入光(当分离时)将具有跨越SLM 2116及2120的较小颜色变化。架构2100非常紧凑。

图22是实例方法2200的流程图。方法2200开始于步骤2202，其将第一颜色的光引导到产生第二颜色的光的磷光体上。在至少一个实例中，第一颜色是蓝色，且第二颜色是黄色。第一颜色光可选择性地施加到磷光体，例如使用图1A到1B及2A到2B的布置中的一者。在步骤2204，由磷光体发射的黄色光(第二颜色光)经滤光以产生第三及第四颜色，例如绿色及红色。在步骤2206，由第一空间光调制器(例如图1A的DMD)调制颜色中的一者(例如绿色)的光。在步骤2208，如上文关于图1A所描述，由第二空间光调制器交替地调制其它两种颜色(例如红色及蓝色)。步骤2210组合两个调制器的输出。

图23是另一实例方法2300的流程图。方法2300开始于步骤2302，其将第一颜色的光引导到产生第二颜色的光的磷光体上。在至少一个实例中，第一颜色是蓝色，且第二颜色是黄色。第一颜色光可选择性地施加到磷光体，例如使用磷光体轮。举例来说，步骤2304将第一颜色光引导到第二磷光体上以产生第三颜色(例如绿色)。在步骤2306，来自磷光体的光经滤光成例如红色及绿色的分量颜色。在步骤2308，通过例如DMD的第一空间光调制器来调制颜色中的一者(例如绿色)的光。在步骤2310，如上文描述，由第二空间光调制器交替地调制其它两种颜色(例如红色及蓝色)。步骤2312组合两个调制器的输出用于投影。

2018年3月6日提交的序列号为US 15/913,690的专利申请案通过引用的方式并入本文中。此外，第US 9,939,719号的专利及第US 9,664,989号的专利通过引用的方式并入本文中。

在权利要求书的范围内，所描述实例中的修改是可能的，并且其它实例是可能的。

Claims (30)

1.一种投影仪，其包括：

光源，其用以产生第一颜色的第一光；

固定磷光体，其用以响应于所述第一光而产生第二颜色的第二光；及

二向色镜，其用以：使所述第二光的第一部分作为第三颜色的第三光通过；并将所述第二光的第二部分反射为第四颜色的第四光。

2.根据权利要求1所述的投影仪，其进一步包括：

第一空间光调制器，其用以接收及调制来自所述二向色镜的所述第三光；

第二空间光调制器，其用以选择性地接收及调制来自所述二向色镜的所述第四光；及

组合器，其用以组合：如由所述第一空间光调制器调制的所述第三光；及如由所述第二空间光调制器调制的所述第四光。

3.根据权利要求2所述的投影仪，其中所述光源是第一光源，并且所述投影仪进一步包括：

第二光源，其用以产生所述第一颜色的第五光，其中所述二向色镜将反射所述第五光，所述第二空间光调制器将在第一时间段期间调制来自所述二向色镜的所述第五光，并在第二时间段期间调制来自所述二向色镜的所述第四光，并且所述组合器将组合：如由所述第一空间光调制器调制的所述第三光；以及如由所述第二空间光调制器调制的所述第五光。

4.根据权利要求3所述的投影仪，其进一步包括：

滤光器，其用以：将所述第一光反射到所述固定磷光体；将所述第五光反射到所述二向色镜；并将所述第二光通过到所述二向色镜。

5.根据权利要求3所述的投影仪，其中所述第一及第二光源是激光源。

6.根据权利要求2所述的投影仪，其中所述光源是第一光源，且所述投影仪进一步包括：

第二光源，其用以产生所述第一颜色的第五光，其中所述二向色镜将使所述第五光通过，所述第一空间光调制器将在第一时间段期间调制来自所述二向色镜的所述第五光，并在第二时间段期间调制来自所述二向色镜的所述第三光，并且所述组合器将组合：如由所述第一空间光调制器调制的所述第五光；以及如由所述第二空间光调制器调制的所述第四光。

7.根据权利要求2所述的投影仪，其中第一调制模块包含所述第一空间光调制器，且第二调制模块包含所述第二空间光调制器。

8.根据权利要求2所述的投影仪，其中所述第一及第二空间光调制器是数字微镜装置。

9.根据权利要求2所述的投影仪，其中所述组合器是包含二向色层的棱镜。

10.根据权利要求1所述的投影仪，其中所述第一颜色是蓝色，所述第二颜色是黄色，所述第三颜色是红色，且所述第四颜色是绿色。

11.根据权利要求1所述的投影仪，其中所述光源是激光二极管。

12.一种投影仪，其包括：

光源，其用以产生第一颜色的第一光；

固定磷光体，其用以响应于所述第一光而产生第二颜色的第二光；

二向色镜，其用以：使所述第二光的第一部分作为第三颜色的第三光通过；并将所述第二光的第二部分反射为第四颜色的第四光；

第一空间光调制器，其用以响应于所述第三光而产生第一调制光；

第二空间光调制器，其用以响应于所述第四光而产生第二调制光；

第一TIR棱镜，其用以将来自所述二向色镜的所述第三光提供到所述第一空间光调制器；

第二TIR棱镜，其用以将来自所述二向色镜的所述第四光提供到所述第二空间光调制器；及

组合器，其用以接收并组合所述第一及第二调制光。

13.根据权利要求12所述的投影仪，其中所述光源是第一光源，且所述投影仪进一步包括：

第二光源，其用以产生所述第一颜色的第五光，其中所述二向色镜将反射所述第五光，且所述第二空间光调制器将：在第一时间段期间响应于所述第四光产生所述第二调制光；及在第二时间段期间响应于所述第五光产生第三调制光。

14.根据权利要求13所述的投影仪，其进一步包括：

滤光器，其用以：将所述第一光反射到所述固定磷光体；将所述第五光反射到所述二向色镜；以及将所述第二光通过到所述二向色镜。

15.根据权利要求13所述的投影仪，其中所述第一及第二光源是激光源。

16.根据权利要求12所述的投影仪，其中所述光源是第一光源，且所述投影仪进一步包括：

第二光源，其用以产生所述第一颜色的第五光，其中所述二向色镜将使所述第五光通过，且所述第一空间光调制器将：在第一时间段期间响应于所述第三光产生所述第一调制光；及在第二时间段期间响应于所述第五光产生第三调制光。

17.根据权利要求16所述的投影仪，其进一步包括：

滤光器，其用以：将所述第一光反射到所述固定磷光体；将所述第五光反射到所述二向色镜；以及所述将第二光通过到所述二向色镜。

18.根据权利要求16所述的投影仪，其中所述第一及第二光源是激光源。

19.根据权利要求12所述的投影仪，其中所述第一颜色是蓝色，所述第二颜色是黄色，所述第三颜色是红色，且所述第四颜色是绿色。

20.根据权利要求12所述的投影仪，其进一步包括至少一个额外光源以产生所述第一颜色的额外光，其中所述固定磷光体将响应于所述额外光而产生所述第二光。

21.根据权利要求12所述的投影仪，其中所述第一及第二空间光调制器是数字微镜装置。

22.一种投影仪，其包括：

第一光源，其用以产生第一颜色的第一光；

第二光源，其用以产生所述第一颜色的第二光；

第三光源，其用以产生所述第一颜色的第三光；

透射磷光体轮，其具有相对的第一及第二侧，以响应于所述第一及第二光而产生第二颜色的第四光，所述第一侧将接收所述第一光，且所述第二侧将接收所述第二光；及

滤光器，其用以：在第一方向上将所述第一光反射到所述透射磷光体轮上；在与所述第一方向相反的第二方向上反射所述第三光；并使所述第四光在所述第二方向上通过。

23.根据权利要求22所述的投影仪，其进一步包括：

二向色镜，其用以：使所述第四光的第一部分作为第三颜色的第五光通过；将所述第四光的第二部分反射为第四颜色的第六光；并使来自所述滤光器的所述第三光通过；

第一空间光调制器，其用以：在第一时间段期间调制所述第五光；及在第二时间段期间调制从所述二向色镜通过的所述第三光；

第二空间光调制器，其用以调制所述第六光；及

棱镜，其包含二向色层，所述棱镜用以在所述第一时间段期间组合：如由所述第一空间光调制器调制的所述第五光；及如由所述第二空间光调制器调制的所述第六光。

24.根据权利要求23所述的投影仪，其中所述第一颜色是蓝色，所述第二颜色是黄色，所述第三颜色是红色，且所述第四颜色是绿色。

25.根据权利要求23所述的投影仪，其中所述第一及第二空间光调制器是数字微镜装置。

26.根据权利要求22所述的投影仪，其进一步包括：

二向色镜，其用以：使所述第四光的第一部分作为第三颜色的第五光通过；将所述第四光的第二部分反射为第四颜色的第六光；并反射来自所述滤光器的所述第三光；

第一空间光调制器，其用以调制所述第五光；

第二空间光调制器，其用以：在第一时间段期间调制所述第六光；及在第二时间段期间调制从所述二向色镜反射的所述第三光；及

棱镜，其包含二向色层，所述棱镜用以在所述第一时间段期间组合：如由所述第一空间光调制器调制的所述第五光；及如由所述第二空间光调制器调制的所述第六光。

27.根据权利要求26所述的投影仪，其中所述第一颜色是蓝色，所述第二颜色是黄色，所述第三颜色是红色，且所述第四颜色是绿色。

28.根据权利要求26所述的投影仪，其中所述第一及第二空间光调制器是数字微镜装置。

29.根据权利要求22所述的投影仪，其中所述第一、第二及第三光源是激光源。

30.根据权利要求29所述的投影仪，其中所述激光源中的至少一者是激光二极管。