專利名稱：照明系統(tǒng)與采用此系統(tǒng)的投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)與一種采用此系統(tǒng)的投影機(jī)，而更為具體地說，涉及一種能夠不帶一色輪而完成一彩色圖像的照明系統(tǒng)，以及一種采用此照明系統(tǒng)的投影機(jī)。
背景技術(shù)：
參照圖1，一現(xiàn)有的投影機(jī)包括一光源100；一第一中繼透鏡102，用于會(huì)聚從光源100發(fā)出的光束；一色輪105，用于分解一入射光束成為R、G和B各色光束；一蠅眼透鏡107，用于使得通過色輪105的光束成為均勻的；一第二中繼透鏡110，用于會(huì)聚通過蠅眼透鏡107的光束；一顯示裝置112，用于由經(jīng)由色輪105順序輸入的R、G和B各色光束形成一彩色圖像；以及一投射透鏡系統(tǒng)115，用于放大由顯示裝置112形成的圖像并將其朝向一屏幕118投射。
一氙氣燈、一金屬-鹵化物燈，或者一UHP燈，用作光源100。這些燈都過多地發(fā)射不需要的紅外線和紫外線。于是，隨著很多熱量的生成，就要使用一部冷卻風(fēng)扇來降低溫度。不過，冷卻風(fēng)扇是造成噪音的來源之一。另外，由于燈光光源的光譜廣布在全部各種波長上，所以因色域狹窄，顏色的選擇受限、顏色的純度低下，以及使用壽命較短，所以不可能穩(wěn)定地使用燈具。
在現(xiàn)有的投影機(jī)中，為了完成一彩色圖像，色輪105由一驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(未畫出)以一高速使之轉(zhuǎn)動(dòng)，以致R、G和B各色光束順序地照射在顯示裝置112上。R、G和B各濾色鏡對等地配置在色輪105的整個(gè)表面上。三種顏色在色輪105轉(zhuǎn)動(dòng)期間按照顯示裝置112的反應(yīng)速度一個(gè)個(gè)地按順序被利用，2/3的光線損失了。另外，由于一間隙形成在各相鄰濾色鏡以便最好地生成一種顏色，所以光線損失發(fā)生在間隙處。
其次，由于色輪105以高速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以產(chǎn)生了噪音。另外，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對穩(wěn)定性具有不良影響。其次，由于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的機(jī)械局限性，難以獲得超過某一定程序的速度而出現(xiàn)顏色中斷現(xiàn)象。另外，由于色輪的單價(jià)很高，制作成本提高了。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述各種問題，本發(fā)明的一項(xiàng)目的是，提供一種照明系統(tǒng)，能夠通過采用一種發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束的發(fā)光裝置而不帶色輪地形成一彩色圖像，以致顏色純度和色域得以增大；以及一種采用此照明系統(tǒng)的投影機(jī)。
本發(fā)明的另一項(xiàng)目的是，提供一種照明系統(tǒng)，具有至少一個(gè)全息光學(xué)器件或一衍射光學(xué)裝置以盡量減小光束的截面，以致光線損失得以減小和容積得以減小；以及一種采用此照明系統(tǒng)的投影機(jī)。
為了達(dá)到以上各項(xiàng)目的，提供一種照明系統(tǒng)，包括一照明單元，此單元包括至少一發(fā)光裝置，用于發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束，以及至少一個(gè)全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出光束的截面；以及一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)過全息光學(xué)器件的一入射光束的行進(jìn)光徑。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中發(fā)光裝置具有一陣列結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中發(fā)光裝置是一發(fā)光二極管(LED)、一激光二極管(LD)、一有機(jī)電致發(fā)光器(EL)和一場致發(fā)射顯示器(FED)之中的一種。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中全息光學(xué)器件包括一第一全息光學(xué)器件，用于改變從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束的行進(jìn)方向；以及一第二全息光學(xué)器件，用于減小其行進(jìn)方向由第一全息光學(xué)器件予以改變的一入射光束的衍射角度，其中在一入射光束由第一光徑變換器予以反射時(shí)，全息光學(xué)器件減小此光束的截面。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中第一全息光學(xué)器件用于使得一入射光束射在傾斜成一預(yù)定角度的第二全息光學(xué)器件上并彼此平行。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中第一光徑變換器是一反射鏡。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中照明系統(tǒng)還包括一第二光徑變換器，用于通過有選擇地透射或反射光束來改變通過第一光徑變換器的光束的行進(jìn)路徑。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中復(fù)數(shù)照明單元用于發(fā)射具有各不同波長的光束的照明單元在水平方向上配置成一行。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中第二光徑變換器是一雙色濾光鏡，用于按照光束波長反射或透射通過第一光徑變換器的光束。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中第二光徑變換器是一膽甾波帶調(diào)制濾光鏡，用于按照光束的偏振方向和波長反射或透射通過第一光束變換器的光束。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中膽甾波帶調(diào)制濾光鏡包括一第一鏡面，用于反射一右旋圓偏振光束和透射一左旋圓偏振光束；以及一第二鏡面，用于透射一右旋圓偏振光束和反射一左旋圓偏振光束。這是相對于一具有一預(yù)定波長的光束。
優(yōu)選的是，復(fù)數(shù)的用于發(fā)射具有各不同波長的各光束的照明單元配置得以一預(yù)定角度彼此分離開。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中第二光徑變換器是一X棱鏡或X型雙色濾光鏡。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中照明單元進(jìn)一步配置在一多層結(jié)構(gòu)之中。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中在權(quán)利要求13中申明權(quán)利的照明系統(tǒng)還包括一平行光束形成單元，用于使得從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束成為一平行光束。
為了達(dá)到以上各項(xiàng)目的，提供一種照明系統(tǒng)，包括至少一發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列，發(fā)射具有一波長的光束；一第三全息光學(xué)器件，用于會(huì)聚從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束；一第四全息光學(xué)器件，用于使得通過第三全息光學(xué)器件的一入射光束成為其截面被減小的一平行光束；一第五全息光學(xué)器件，用于減小由第四全息光學(xué)器件使之平行的一入射光束的衍射角度；以及一第一光徑變換器，用于改變通過第五全息光學(xué)器件的一入射光束的行進(jìn)路徑。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明中第五全息光學(xué)器件設(shè)置在一平面上，該平面不同于相鄰第五全息光學(xué)器件的平面，并且不妨礙來自相鄰第五全息光學(xué)器件的一光束的行進(jìn)路徑。
為了達(dá)到以上各項(xiàng)目的，提供一種照明系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照明單元，具有至少一發(fā)光裝置用于發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束和至少一衍射光學(xué)裝置用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出的光束的截面；以及一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)由衍射光學(xué)裝置輸入的一入射光束的行進(jìn)路徑。
為了達(dá)到以上各項(xiàng)目的，提供一種投影機(jī)，包括至少一個(gè)照明單元，它包括至少一發(fā)光裝置用于發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束和至少一全息光學(xué)器件用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出的光束的截面；一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)由全息光學(xué)器件輸入的一入射光束的行進(jìn)路徑；一顯示裝置，用于通過處理按照一成像信號(hào)從第一光徑變換器輸入的光束來形成一圖像；以及一投射透鏡單元，用于放大由顯示裝置形成的圖像并朝向一屏幕投射經(jīng)過加大的圖像。


本發(fā)明的以上各項(xiàng)目的和優(yōu)點(diǎn)通過參照所附各圖詳細(xì)說明其各項(xiàng)實(shí)施例將會(huì)更加明顯，各圖中圖1是表明一現(xiàn)有投影機(jī)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖2和3是表明符合本發(fā)明一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例的一種照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視圖；圖4是表明符合本發(fā)明另一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例的一種照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視圖；圖5至7是符合本發(fā)明多項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例的照明系統(tǒng)中光徑變換器的視圖；以及圖8是表明采用符合本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一種投影機(jī)的結(jié)構(gòu)的視圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖2和5，符合本發(fā)明一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例的一種照明系統(tǒng)包括至少一發(fā)光裝置10a、10b和10c，用于發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束；一照明單元1和11，具有至少一個(gè)全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置10a、10b和10c發(fā)出的光束的截面；以及一第一光徑變換器20，用于變換通過全息光學(xué)器件的一入射光線的行進(jìn)路徑。
一LED(發(fā)光二極管)、一LD(激光二極管)、一有機(jī)EL(電致發(fā)光器)，或者一FED(場致發(fā)射顯示器)，用作各發(fā)光裝置10a、10b和10c。另外，各發(fā)光裝置10a、10b和10c成陣列配置。這里，各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c可以制成發(fā)射具有不同波長的光束，即包括比如發(fā)射具有紅色(R)波長的光束的第一發(fā)光裝置10a、發(fā)射具有綠色(G)波長的光束的第二發(fā)光裝置10b，以及發(fā)射具有蘭色(B)波長的光束的第三發(fā)射裝置10c。
全息光學(xué)器件可以包括第一全息光學(xué)器件15，用于使得從第一至第二各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c發(fā)出的各光束彼此傾斜或平行；以及一第二全息光學(xué)器件18，用于以一小角度衍射通過第一全息光學(xué)器件的各入射光束。一般，具有一較大衍射角度的一全息光學(xué)器件比起具有一較小衍射角度的一全息光學(xué)器件來較難制作，并具有較小的衍射效率?？紤]到以上情況，可使一光束射在第二全息光學(xué)器件18上而其方向由第一全息光學(xué)器件15使之傾斜，以便減小由第二全息光學(xué)器件18衍射的光束的衍射角度。
由第二全息光學(xué)器件15衍射的光束的行進(jìn)路徑由于第一光徑變換器，比如一反射鏡20，使之反射而被改變。這里，隨著由第二全息光學(xué)器件18衍射的光束的衍射角度增大，由反射鏡20反射的光束的截面被減小了。相反，如上所述，隨著衍射角度增大，全息光學(xué)器件難以制作，而且衍射效率被降低了。為了解決以上各種問題，入射在第二全息光學(xué)器件18上的光束可通過利用第一全息光學(xué)器件15使之適當(dāng)傾斜。這里，雖然在本實(shí)施例中包括兩個(gè)全息光學(xué)器件，即第一和第二全息光學(xué)器件15和18，但通過適當(dāng)配置兩個(gè)或多個(gè)全息光學(xué)器件，可以提高減小光束截面效果。
同時(shí)，可以進(jìn)一步設(shè)置一平行光束形成單元13，諸如一準(zhǔn)直透鏡陣列或一菲涅耳(Fresnel)透鏡陣列，用于使得從各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c發(fā)出的各光束彼此平行。另外，可以進(jìn)一步設(shè)置一第二光徑變換器30，用于二次改變其光經(jīng)由第一光徑變換器20予以改變的光束的光徑，以致光束可以沿著一所需的光徑行進(jìn)。
比如，可以為每一R、G和B波長設(shè)置至少一個(gè)或多個(gè)具有以上結(jié)構(gòu)的照明單元1和11。亦即，為了確保充分的光量，可以設(shè)置許多照明單元1和11用于發(fā)射具有R、G和B波長的各光束。如圖2之中所示，各照明單元1和11可以沿水平方向配置成一行，如圖3之中所示，或者照明單元1、1′、11和11′可以沿垂直方向配置在一多層結(jié)構(gòu)之中。照明單元1、1′、11和11′在一多層結(jié)構(gòu)中可以彼此面對地對稱配置。這些水平或多層結(jié)構(gòu)可以由對應(yīng)于每一波長的每一照明單元同樣組成。這里，由于與示于圖2之中的各器件具有相同參照編號(hào)的各器件具有相同的功能，所以將略去對于它們的詳細(xì)說明。參照編號(hào)30′是指一第二光徑變換器，配置得可以由以上部照明單元1和11以及多層結(jié)構(gòu)中的下部照明單元1′和11′發(fā)出的各光束共同使用。
參照圖4，符合本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的每一照明單元21和31包括第三全息光學(xué)器件23，用于會(huì)聚從各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c發(fā)出的光束；第四全息光學(xué)器件25，用于使得從第三全息光學(xué)器件23所發(fā)出光束減小光束的截面；以及第五全息光學(xué)器件28，用于衍射從第四全息光學(xué)器件25發(fā)出的光束以減小光束的截面。這里，與上述各項(xiàng)實(shí)施例相比，既然只是至少一個(gè)全息光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)是有所不同的，則在其他結(jié)構(gòu)方面沒有任何實(shí)際的差別。完成與圖2之中所示各構(gòu)件相同功能的各構(gòu)件具有相同的參照編號(hào)。
當(dāng)光束由第三全息光學(xué)器件23會(huì)聚，并由第四全息光學(xué)器件25使之成為一平行光束時(shí)，平行光束的截面，與從各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c發(fā)出的光束的截面相比，被減小了。隨著由第五全息光學(xué)器件28衍射而受到壓縮的和由第一光徑變換器20′反射的原先光束，該光束在其截面被進(jìn)一步減小的情況下行進(jìn)。
照明單元21和31，具有各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c以及第一至第五全息光學(xué)器件23、25和28，可以在水平方向上成多重地配置。比如，如圖4所示，當(dāng)?shù)谖搴偷诹彰鲉卧?1和31在水平方向上彼此平行配置時(shí)，第五全息光學(xué)器件28配置的平面不同于相鄰第五全息光學(xué)器件所設(shè)置的平面，以使來自相鄰第五全息光學(xué)器件的光束的行進(jìn)不會(huì)受阻。亦即，包括在第五照明單元21之中的第五全息光學(xué)器件28所配置的平面不同于包括在第四照明單元31之中的第五全息光學(xué)器件28所在的平面，以不妨礙從第四照明單元31發(fā)出的光束的行進(jìn)路徑。因此，第一光徑變換器20′對應(yīng)于各自的照明單元21和31獨(dú)立地配置。
照明單元21和31可以沿垂直方向配置在一多層結(jié)構(gòu)之中。除了以上配置在水平方向上以外。另外，當(dāng)配置在多層結(jié)構(gòu)之中時(shí)，照明單元21和31可以對稱彼此面對地配置。
這里，一平行光束形成單元13，諸如一準(zhǔn)直透鏡陣列或菲涅耳透鏡陣列，可以另外設(shè)置在各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c與第三全息光學(xué)器件23之間，用于使得從各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c發(fā)出的光束成為一平行光束。各第一光徑變換器20和20′改變?nèi)肷涔馐男羞M(jìn)路徑，該入射光束具有由第三至第五各全息光學(xué)器件23、25和28所減小的截面。比如，一反射鏡可以用作平行光束形成單元13。
另外，各第二光徑變換器30和30′可以有選擇地透射或反射一入射光束，以使沿著各不同光徑輸入的光束沿著相同的光徑行進(jìn)。如圖5所示，每一第二光徑變換器30和30′，可以由第一、第二和第三各雙色濾光鏡30a、30b和30c構(gòu)成，這些雙色濾光鏡可以按照光束的波長反射或透射來自各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c的光束。比如，第一發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列10a可以發(fā)射具有R波長的光束，第二發(fā)光裝置或陣列10b可以發(fā)射具有G波長的光束，以及第三發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列10c可以發(fā)射具有B波長的光束。
第一雙色濾光鏡30a只反射R光束而透射另外的G和B光束。第二雙色濾光鏡30b只反射G光束而透射另外的R和B光束。第三雙色濾光鏡30c只反射B光束而透射另外的R和G光束。因而，當(dāng)R光束經(jīng)由各照明裝置1、11、21和31，以及各第一光徑變換器20和20′，射在第一雙色濾光鏡30a上時(shí)，R光束被反射為以圖5中各箭頭A所指的方向。因而，具有各不同光徑的R、G和B各色光束沿著相同的路徑行進(jìn)。
如圖6所示，一種膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35，可以用作第二光徑變換器，用于有選擇地按照光束偏振方向反射或透射入射光束。膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35可以改變具有預(yù)定波長的光束的光徑，比如，通過反射右旋圓偏振光束和透射左旋圓偏振光束，或者通過透射右旋圓偏振光束和反射左旋圓偏振光束，來予以實(shí)現(xiàn)。膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35可以由第一、第二和第三膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35a、35b和35c組成，用于按照圓偏轉(zhuǎn)的方向有選擇地透射或反射具有R波長的光束、個(gè)有G波長的光束和具有B波長的光束。
為了通過采用右旋圓偏振光束和左旋圓偏振光束二者來提高光的效率，用于相對于對應(yīng)每一濾光鏡的波長反射右旋圓偏振光束和透射左偏振光束的第一鏡面37，和用于透射右旋圓偏振光束和反射左旋圓偏振光束的第二鏡面38，適當(dāng)?shù)嘏渲迷诿恳坏谝?、第二和第三膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35a、35b和35c之中。這里，由+號(hào)表示右旋圓偏振光束，由-號(hào)表示左旋圓偏振光束。比如，R+表示右圓偏振的R光束而R-表示左圓偏振的R光束。
R、G和B各光束，通過各照明1、11、21和31以及各第一光徑變換器20和20′朝向第一、第二和第三膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35a、35b和35c行進(jìn)。第一、第二和第三膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35a、35b和35c把第一和第二鏡面37和38包含在相對于光束輸入所在方向的對角方向上。這里，在R光束的行進(jìn)路徑中，當(dāng)由各第一光徑變換器20和20′反射的R光束的右旋圓偏振光束(R+)首先遇到第一鏡面37時(shí)，R+光束由第一鏡面37反射。然后，當(dāng)遇到其行進(jìn)路徑上的第二鏡面38時(shí)，R+光束通過第二鏡面38而行進(jìn)在方向A′上。同時(shí)，當(dāng)R+光束首先遇到第二鏡面38時(shí)，R+光束透過第二鏡面38。然后，R+光束由第一鏡面37反射而行進(jìn)在方向A′上。
另外，當(dāng)由各第一光徑變換器20和20′反射的R光束的左旋圓偏振光束(R-)首先遇到第一鏡面37時(shí)，該R-光束透過第一鏡面37。然后，當(dāng)遇到其行進(jìn)路徑上的第二鏡面38時(shí)，R-光束由第二鏡面38反射而行進(jìn)在方向A′上。同時(shí)，當(dāng)R-光束首先遇到第二鏡面38時(shí)，R-光束由第二鏡面38反射而行進(jìn)在方向A′上。
以上各種操作同等地適用于右旋和左旋圓偏振(G+)和(G-)的G光束，以及右旋和左旋圓偏振(B+)和(B-)的B光束，以使各光束行進(jìn)在相同方向A′上。第一、第二和第三膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35a、35b和35c有選擇地透射或反射具有相應(yīng)波長的光束和透射與偏振方向無關(guān)的具有各不同波長的所有光束。這樣，由于右旋偏振和左旋偏振兩種光束可以有效地得到利用，光的效率被提高了。
與以上不同，第二光徑變換器，如圖7所示，可以由X棱鏡60或X型雙色濾光膜構(gòu)成。這里，各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c配置得相對于X棱鏡60或X型雙色濾光膜以預(yù)定的角度沿徑向分離開來。X棱鏡60包括第一、第二和第三入射表面61、62和63，設(shè)置得面對對應(yīng)于每一R、G和B色照明單元1和11，以及一單獨(dú)的出光表面64。另外，X棱鏡60包括第三和第四鏡面60a和60b，配置得如同一字母X那樣彼此交叉，以便按照波長有選擇地透射或反射入射光線。比如，第三鏡面60a反射R光束而透射具有各不同波長的G和B各光束。第四鏡面60b反射B光束而透射具有各不同波長的R和G各光束。
R、G和B色各光束，是從各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c發(fā)出并通過至少一個(gè)全息光學(xué)器件15和18或23、25和28以及各第一光徑變換器20和20′，入射在與光束對應(yīng)的X棱鏡60的第一至第三各入射表面61、62和63上。R、G和B色各入射光束通過第三和第四鏡面60a和60b或由它們反射而穿過出光表面64出去，行進(jìn)在相同方向上。
按照以上的優(yōu)選實(shí)施例，各照明單元1、11、21和31可以以多種方式配置，而各第二光徑變換器30、35和60可以選定和設(shè)置得適合于這種配置。另外，在以上優(yōu)選實(shí)施例中所述至少一個(gè)全息光學(xué)器件可以用至少一個(gè)具有相同功能的衍射光學(xué)器件代替。
同時(shí)，一種采用符合本發(fā)明照明系統(tǒng)的投影機(jī)，如圖8所示，包括一照明系統(tǒng)65，用于發(fā)射光束；一顯示裝置70，用于通過利用從照明系統(tǒng)65發(fā)出的R、G和B色的光束來形成圖像；以及一投射透鏡單元75，用于使得由顯示裝置70形成的圖像朝向一屏幕80行進(jìn)。照明系統(tǒng)65是由一照明單元和一第一光徑變換器組成的。照明單元包括至少一發(fā)光裝置，用于發(fā)射具有預(yù)定波長的光束，以及至少一個(gè)全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出光束的截面。第一光徑變換器可改變經(jīng)由全息光學(xué)器件輸入的入射光束的行進(jìn)路徑。
照明系統(tǒng)65表明了參照圖2至7所述照明系統(tǒng)，并由圖8的參照編號(hào)65指出。一LED(發(fā)光二極管)、一LD(激光二極管)、一有機(jī)EL(電致發(fā)光器)，或FED(場致發(fā)射顯示器)可以用作發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c。發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列是由發(fā)射R、G和B色各光束的第一至第三發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c構(gòu)成的。另外，具有相同結(jié)構(gòu)的各照明單元1和11可以進(jìn)一步放置在水平或垂直方向上以確保充分的光量。
全息光學(xué)器件15和18，或23、25和28，可以由一具有相同功能的衍射光學(xué)裝置代替而可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
當(dāng)?shù)谝恢恋谌靼l(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列10a、10b和10c配置成一行時(shí)，通過各全息光學(xué)器件15和18或23、25和28以各第一光徑變換器20和20′的所有R、G和B色光束都在相同方向上輸出并彼此平行。第二光徑變換器可以由第一至第三各雙色濾光鏡30a、30b和30c組成，以便通過按照入射光束的波長有選擇地透射或反射各光束而改變R、G和B各光束的行進(jìn)路徑。
可以進(jìn)一步設(shè)置一蠅眼透鏡67，用于使得經(jīng)由第一至第三各雙色濾光鏡30a、30b和30c行進(jìn)在相同方向的R、G和B色各光束均勻分布；以及一中繼透鏡68，用于朝向顯示裝置70會(huì)聚光束。然后，一彩色圖像利用R、G和B各光束由顯示裝置70形成。顯示裝置70可以是一活動(dòng)鏡面裝置，用于按照一成像信號(hào)通過微型鏡面的開/關(guān)切換操作來完成一彩色圖像，或者是一LCD，用于通過偏振和調(diào)制入射光束來完成一彩色圖像。
這里，雖然第一至第三各雙色濾光鏡30a、30b和30c在以上優(yōu)選實(shí)施例中用作第二光徑變換器，但是也可以采用膽甾波帶調(diào)制濾光鏡35用于按照光束圓偏振波長來透射或反射入射光束。
另外，可以采用X棱鏡60或X型雙色濾光鏡，用于通過按照光束的波長透射或反射入射光束來改變從各不同方向輸入的R、G和B色各光束的光徑以行進(jìn)在相同方向上。這里，用于發(fā)射R、G和B色各光束的第一至第三各發(fā)光裝置或各陣列10a、10b和10c配置得相對于X棱鏡60或X型雙色濾光鏡以一預(yù)定的角度在徑向上分離開來，如圖7所示。具有以上結(jié)構(gòu)的照明系統(tǒng)可以代替包括第一至第三各發(fā)光裝置或各陣列10a、10b和10c以及各雙色濾光鏡30a、30b和30c的照明系統(tǒng)。
從照明系統(tǒng)65發(fā)出的R、G和B色各光束在通過蠅眼透鏡67和中繼透鏡68之后入射在顯示裝置70上以形成一彩色圖像。彩色圖像由投射透鏡單元75放大，而后形成在屏幕80上。
如上所述，在符合本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，顏色純度通過采用用于發(fā)射具有所需波長譜帶的一狹窄波譜的光束的發(fā)光裝置或發(fā)光陣列而得以提高。另外，具有一較寬分布的顏色色域可以確保，而從一全息光學(xué)器件或衍射光學(xué)器件發(fā)出光束的截面可以減至最小，以致照明系統(tǒng)可以做得輕巧而光線損失可以減少。其次，與現(xiàn)有的燈具光源相比，生成較少熱量，而且使用壽命延長了。
另外，在采用符合本發(fā)明的照明系統(tǒng)的投影機(jī)中，由于可能由具有一發(fā)光裝置的照明系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間順序激發(fā)，所以色輪是不需要的。由于開/關(guān)切換操作可能快于色輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所以獲得高幀頻率并降低能耗。因而，采用本發(fā)明的照明系統(tǒng)的投影機(jī)可提供具有高分辨率和高質(zhì)量的圖像。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括一照明單元，包括至少一發(fā)光裝置，用于發(fā)射具有預(yù)定波長的光束；以及至少一全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出的光束的截面；以及一第一光徑變換器，用于改變通過所述全息光學(xué)器件的入射光束的行進(jìn)路徑。
2.按照權(quán)利要求1所述照明系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置具有一陣列結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述照明系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置是一發(fā)光二極管(LED)、一激光二極管(LD)、一有機(jī)電致發(fā)光器(EL)和一場致發(fā)射顯示器(FED)之中的一種。
4.按照權(quán)利要求3所述照明系統(tǒng)，其中所述全息光學(xué)器件包括一第一全息光學(xué)器件，用于改變從所述發(fā)光裝置或所述發(fā)光陣列發(fā)出光束的行進(jìn)方向；以及一第二全息光學(xué)器件，用于減小一入射光束的衍射角度，入射光束的行進(jìn)方向由所述第一全息光學(xué)器件改變，以及其中當(dāng)入射光束由所述第一光徑變換器予以反射時(shí)，全息光學(xué)器件減小入射光束的截面。
5.按照權(quán)利要求4所述照明系統(tǒng)，其中所述第一全息光學(xué)器件用于使得入射光束以一預(yù)定角度入射在第二全息光學(xué)器件上并彼此平行。
6.按照權(quán)利要求4或5所述照明系統(tǒng)，其中所述第一光徑變換器是一反射鏡。
7.按照權(quán)利要求4或5所述照明系統(tǒng)，還包括一第二光徑變換器，用于通過有選擇地透射或反射光束來改變通過第一光徑變換器的光束的行進(jìn)路徑。
8.按照權(quán)利要求7所述照明系統(tǒng)，其中復(fù)數(shù)的用于發(fā)射具有不同波長光束的照明單元在水平方向上配置成一行。
9.按照權(quán)利要求8所述照明系統(tǒng)，其中所述第二光徑變換器是一雙色濾光鏡，用于按照光束波長反射或透射通過所述第一光徑變換器的光束。
10.按照權(quán)利要求7所述照明系統(tǒng)，其中所述第二光徑變換器是一膽甾波帶調(diào)制濾光鏡，用于按照光束的偏振方向和波長反射或透射通過所述第一光徑變換器的光束。
11.按照權(quán)利要求10所述照明系統(tǒng)，其中膽甾波帶調(diào)制濾光鏡包括一第一鏡面，用于反射一右旋圓偏振光束和透射一左旋圓偏振光束；以及一第二鏡面，用于透射一右旋圓偏振光束和反射一左旋圓偏振光束，這是相對于具有預(yù)定波長的光束而論的。
12.按照權(quán)利要求7所述照明系統(tǒng)，其中復(fù)數(shù)用于發(fā)射具有各不同波長光束的照明單元配置得以一預(yù)定角度彼此分離開。
13.按照權(quán)利要求12所述照明系統(tǒng)，其中第二光徑變換器是一X棱鏡或X型雙色濾光鏡。
14.按照權(quán)利要求1、2、8或12所述照明系統(tǒng)，其中照明單元進(jìn)一步配置在一多層結(jié)構(gòu)之中。
15.按照權(quán)利要求1、2、8或12所述照明系統(tǒng)，還包括一平行光束形成單元，用于使得從所述發(fā)光裝置或所述發(fā)光陣列發(fā)出的光束成為一平行光束。
16.按照權(quán)利要求15所述照明系統(tǒng)，其中平行光束形成單元是一準(zhǔn)直透鏡陣列或菲涅耳(Fresnel)透鏡陣列。
17.一種照明系統(tǒng)，包括至少一發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列，用于發(fā)射具有一波長的光束；一第三全息光學(xué)器件，用于會(huì)聚從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束；一第四全息光學(xué)器件，用于使得通過第三全息光學(xué)器件的一入射光束成為其截面被減小的一平行光束；一第五全息光學(xué)器件，用于減小由第四全息光學(xué)器件使之平行的一入射光束的衍射角度；以及一第一光徑變換器，用于改變通過第五全息光學(xué)器件的一入射光束的行進(jìn)路徑。
18.按照權(quán)利要求17所述照明系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列是一發(fā)光二極管(LED)、一激光二極管(LD)、一有機(jī)電致發(fā)生器(EL)和一場致發(fā)射顯示器(FED)之中的一種。
19.按照權(quán)利要求17或18所述照明系統(tǒng)，其中第一光徑變換器是一反射鏡。
20.按照權(quán)利要求17或18所述照明系統(tǒng)，還包括一第二光徑變換器，用于通過有選擇地透射或反射光束來改變通過第一光徑變換器的光束的行進(jìn)路徑。
21.按照權(quán)利要求20所述照明系統(tǒng)，其中多個(gè)用于發(fā)射具有不同波長光束的發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列在水平方向上配置成一行。
22.按照權(quán)利要求21所述照明系統(tǒng)，其中第二光徑變換器是一雙色濾光鏡，用于按照光束的波長反射或透射通過第一光徑變換器的光束。
23.按照權(quán)利要求21所述照明系統(tǒng)，其中第二光徑變換器是一膽甾波帶調(diào)制濾光鏡，用于按照光束的偏振方向和波長反射或透射通過第一光徑變換器的光束。
24.按照權(quán)利要求23所述照明系統(tǒng)，其中膽甾波帶調(diào)制濾光鏡包括一第一鏡面，用于反射一右旋圓偏振光束和透射一左旋圓偏振光束；以及一第二鏡面，用于透射一右旋圓偏振光束和反射一左旋圓偏振光束。這是相對于具有預(yù)定波長的光束而論的。
25.按照權(quán)利要求20所述照明系統(tǒng)，其中復(fù)數(shù)用于發(fā)射具有不同波長光束的發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列配置得以一預(yù)定的角度彼此分離開。
26.按照權(quán)利要求25所述照明系統(tǒng)，其中第二光徑變換器是一X棱鏡或X型雙色濾光鏡。
27.按照權(quán)利要求17、18、21或25所述照明系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列、第一至第三各全息光學(xué)器件和第一光徑變換器進(jìn)一步配置在一多層結(jié)構(gòu)之中，以致確保充分的光量。
28.按照權(quán)利要求27所述照明系統(tǒng)，其中多層結(jié)構(gòu)是一對稱結(jié)構(gòu)。
29.按照權(quán)利要求17或18所述照明系統(tǒng)，其中設(shè)置第五全息光學(xué)器件的平面不同于相鄰第五全息光學(xué)器件的平面。
30.按照或是權(quán)利要求17、18、21或25所述照明系統(tǒng)，還包括一平行光束形成單元，用于使得從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束成為一平行光束。
31.按照權(quán)利要求30所述照明系統(tǒng)，其中平行光束形成單元是一準(zhǔn)直透鏡陣列或菲涅耳透鏡陣列。
32.一種投影機(jī)，包括至少一個(gè)照明單元，包括至少一發(fā)光裝置，用于發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束；以及至少一全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出的光束的截面；一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)由全息光學(xué)器件輸入的一入射光束的行進(jìn)路途；一顯示裝置，用于通過按照一成像信號(hào)處理從第一光徑變換器輸入的光束來形成圖像；以及一投射透鏡單元，用于放大由顯示裝置形成的圖像并把放大的圖像向一屏幕投射。
33.按照權(quán)利要求32所述投影機(jī)，其中發(fā)光裝置具有一陣列結(jié)構(gòu)。
34.按照權(quán)利要求32或33所述投影機(jī)，其中發(fā)光裝置是一發(fā)光二極管(LED)、一激光二極管(LD)、一有機(jī)電致發(fā)光器(EL)和一場致發(fā)射顯示器(FED)之中的一種。
35.按照權(quán)利要求34所述投影機(jī)，其中全息光學(xué)器件包括一第一全息光學(xué)器件，用于改變從發(fā)光裝置或陣列發(fā)出光束的行進(jìn)方向；以及一第二全息光學(xué)器件，用于其行進(jìn)方向減小由第一全息光學(xué)器件予以改變的一入射光束的衍射角度，以及其中全息光學(xué)器件當(dāng)入射光束由第一光徑變換器反射時(shí)減小此光束的截面。
36.按照權(quán)利要求35所述投影機(jī)，其中第一全息光學(xué)器件用于使得入射光束以預(yù)定傾斜的角度入射在第二全息光學(xué)器件上并是平行的。
37.按照權(quán)利要求34所述投影機(jī)，其中全息光學(xué)器件包括一第三全息光學(xué)器件，用于會(huì)聚從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束；一第四全息光學(xué)器件，用于使得通過第三全息光學(xué)器件的入射光束成為一平行光束而其截面被減小了；以及一第五全息光學(xué)器件，用于減小由第四全息光學(xué)器件使之平行的入射光束的衍射角度。
38.按照權(quán)利要求37所述投影機(jī)，其中第五全息光學(xué)器件設(shè)置的平面不同于相鄰第五全息光學(xué)器件的平面，而不妨礙來自相鄰第五全息光學(xué)器件光束的行進(jìn)路徑。
39.按照權(quán)利要求35或37所述投影機(jī)，其中第一光徑變換器是一反射鏡。
40.按照權(quán)利要求35或37所述投影機(jī)，還包括一第二光徑變換器，用于通過有選擇地透射或反射光束來改變通過第一光徑變換器的光束。
41.按照權(quán)利要求40所述投影機(jī)，其中多個(gè)用于發(fā)射具有不同波長光束的照明單元在一水平方向配置成一行。
42.按照權(quán)利要求41所述投影機(jī)，其中第二光徑變換器是一雙色濾光鏡，用于按照光束的波長來反射或透射通過第一光徑變換器的光束。
43.按照權(quán)利要求41所述投影機(jī)，其中第二光徑變換器是一膽甾波帶調(diào)制濾光鏡(cholesteric band modulation filter)，用于按照光束的偏振方向和波長來反射或透射通過第一光徑變換器的光束。
44.按照權(quán)利要求43所述投影機(jī)，其中膽甾波帶調(diào)制濾光鏡包括一第一鏡面，用于反射一右旋圓偏振光束和透射一左旋圓偏振光束；以及一第二鏡面，用于透射一右旋圓偏振光束和反射一左旋圓偏振光束。這是對應(yīng)于具有一預(yù)定波長的光束而論的。
45.按照權(quán)利要求40所述投影機(jī)，其中多個(gè)用于發(fā)射具有各不同波長光束的照明單元配置得以一預(yù)定的角度彼此分離開。
46.按照權(quán)利要求45所述投影機(jī)，其中第二光徑變換器是一X棱鏡或X型雙色濾光鏡。
47.按照權(quán)利要求32、33、41或45所述投影機(jī)，其中各照明單元進(jìn)一步配置在一多層結(jié)構(gòu)中。
48.按照權(quán)利要求32、33、41或45所述投影機(jī)，還包括一平行光束形成單元，用于使得從各發(fā)光裝置或各發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束成為一平行光束。
49.按照權(quán)利要求48所述投影機(jī)，其中平行光束形成單元是一準(zhǔn)直透鏡陣列或菲涅耳透鏡陣列。
50.一種照明系統(tǒng)，包括至少一個(gè)照明單元，具有至少一用于發(fā)射具有預(yù)定波長光束的發(fā)光裝置；以及至少一衍射光學(xué)裝置，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出光束的截面；以及一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)由衍射光學(xué)裝置輸入的入射光束的行進(jìn)路徑。
51.按照權(quán)利要求50所述照明系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置具有一成組結(jié)構(gòu)。
52.按照權(quán)利要求50或51所述照明系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置是一發(fā)光二極管(LED)、一激光二極管(LD)、一有機(jī)電致發(fā)光器(EL)和一場致發(fā)生顯示器(FED)之中的一種。
53.按照權(quán)利要求52所述照明系統(tǒng)，其中衍射光學(xué)器件包括一第一衍射光學(xué)裝置，用于改變從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束的行進(jìn)方向；以及一第二衍射光學(xué)裝置，用于其行進(jìn)方向由第一衍射光學(xué)予以改變的一入射光束的衍射角度，以致在由第一光徑變換器反射時(shí)入射光束的截面被減小了。
54.按照權(quán)利要求52所述照明系統(tǒng)，其中衍射光學(xué)裝置包括一第三衍射光學(xué)裝置，用于會(huì)聚從發(fā)光裝置或發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光束；一第四衍射光學(xué)裝置，用于使得通過第三衍射光學(xué)裝置的入射光束成為平行光束，而其截面被減小了；以及一第五衍射光學(xué)裝置，用于減小由第四衍射光學(xué)裝置使之平行的入射光束的衍射角度。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)包括一照明單元，它包括至少一發(fā)光裝置，用于發(fā)射具有預(yù)定波長的光束，以及至少一個(gè)全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出的光束的截面；以及一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)過全息光學(xué)器件的一入射光束的行進(jìn)路徑。一投影機(jī)包括至少一個(gè)照明單元，它包括至少一部發(fā)光裝置，用于發(fā)射具有一預(yù)定波長的光束，以及至少一個(gè)全息光學(xué)器件，用于減小從發(fā)光裝置發(fā)出的光束的截面；一第一光徑變換器，用于改變經(jīng)由全息光學(xué)器件輸入的一入射光束的行進(jìn)路徑；一顯示裝置，用于通過按照一成影信號(hào)處理從光徑變換器輸入的一光束來形成圖像；以及一投射透鏡單元，用于放大由顯示裝置形成的圖像并向一屏幕投射放大的圖像。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1412617SQ02142878
公開日2003年4月23日 申請日期2002年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者金成河, 基里爾·S·索科洛夫 申請人:三星電子株式會(huì)社