CN2881719Y - 在投影***中用来布置光发射装置的设备 - Google Patents

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CN2881719Y CNU2005200118813U CN200520011881U CN2881719Y CN 2881719 Y CN2881719 Y CN 2881719Y CN U2005200118813 U CNU2005200118813 U CN U2005200118813U CN 200520011881 U CN200520011881 U CN 200520011881U CN 2881719 Y CN2881719 Y CN 2881719Y
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Abstract

本实用新型的实施例包括一种在投影***中用来布置光发射装置的设备。本实用新型的实施例的设备包括从平板发射光的光发射装置，对现有技术的照明装置中的发光装置的组装和校准做了改进。此外，本实用新型的实施例还提供了光学合成器和反射装置，用于把从多个装置接收的彩色光组合。

Description

在投影***中用来布置光发射装置的设备
技术领域
本发明公开的实施例涉及投影***领域，更具体地，是涉及在那些投影***中光发射装置照明装置的使用。
背景技术
用来进行例如销售演示、商务会议、教室培训、以及用于家庭影院中的多媒体投影***已经变得流行。在典型的操作中，投影***接收来自于视频单元的视频信号并将视频信号转换为用来控制一个或多个数字驱动光阀的数字信息。基于该数字信息，光阀可以操控入射光成为表示视频图像的含图像光。当前焦点已经转向在投影***中采用如发光二极管(LED)的光发射装置作为照明源来提供入射光。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种在投影***中用来布置光发射装置的设备。本实用新型的设备对现有技术的照明装置中的发光装置的组装和校准做了改进，克服了现有技术的装置中不能充分冷却、结构复杂、校准和连接困难的缺陷。本发明的实施例的设备包括从平板发射光的光发射装置。此外，本发明的实施例还提供了光学合成器和反射装置，用于把从多个装置接收的彩色光组合。本实用新型的设备与现有技术的装置相比具有很多优点，例如外形小巧，减小了气流通路的阻力，便于冷却，易于连接和校准光发射装置。
本发明提供了一种布置光发射装置的设备，包括：
沿着第一光路从平板发射在第一波长范围内的光的第一光发射装置；
沿着第二光路从所述平板发射在第二波长范围内的光的第二光发射装置；
沿着第三光路从所述平板发射在第三波长范围内的光的第三光发射装置；
第一、第二和第三光学积分器，其中每一个都具有：
接收来自于各自的第一、第二和第三光发射装置的光的输入孔径；和
沿着各自的第一、第二和第三光路传输充分积分的光的输出孔径；
其中第一、第二和第三光学积分器的每一个都包括由复眼(flyseye)透镜积分器和积分通道所组成的组中的一个；
接收沿着各自的第一和第二光路的光并将所述光反射向光学合成器的第一和第二反射装置；
接收来自于第一端的第一反射装置、第二端的第二反射装置和第三端的第三发光二极管的光并从第四端沿着第四光路传输光的所述光学合成器；以及
具有宽高比的光阀，该光阀光学耦合至所述光学合成器来接收来自于所述光学合成器的光，并将所述光调制成含图像光。
本发明还提供了一种投影***，包括：
照明装置，包括：
沿着第一光路发射在第一波长范围内的光的位于平板内的第一光发射装置；
沿着第二光路发射在第二波长范围内的光的位于所述平板内的第二光发射装置；
沿着第三光路发射在第三波长范围内的光的位于所述平板内的第三光发射装置；
接收沿着各自的第一和第二光路的光并将所述光导向至光学合成器的第一和第二反射装置；和
接收来自于第一反射装置、第二反射装置和第三发光装置的光并沿着第四光路传输光的光学合成器；
适于接收来自于数据源的彩色图像数据并基于所述彩色图像数据把控制信号发送至成像装置的控制器；以及
接收所述控制信号、接收来自于所述光学合成器的光并至少部分基于所述控制信号来调制所述光的成像装置。
附图说明
在附图的各图中以实例形式而不是限制形式对本发明的实施例进行了阐述，其中相似的参考标识代表相似的元件，并且：
图1是依照本发明的实施例采用照明装置的投影***方框图。
图2描述了依照本发明的实施例的包括将基本平行的光路合成为一个光路的光学合成器部件的照明装置。
图3描述了依照本发明的实施例的放置于单一基板上的多个光发射装置。
图4描述了依照本发明的实施例的包括锥形积分通道的照明装置。
图5描述了依照本发明的实施例的包括复眼(flyseye)透镜积分器的照明装置。
图6描述了依照本发明的实施例的包括具有两个反射装置和两个分光镜的光学合成器部件的照明装置。
具体实施方式
在以下的详细描述中，参考构成其中一部分的附图，其中全文相似的数字表示相似的部分，并且，以说明形式示出了可在其中实现本发明的具体实施例。可以理解在不脱离本发明实施例的范围内其它的实施例可以被采用，并且可以进行结构或者逻辑上的改变。如上、下、后和前这样的方向，可以在附图的讨论中使用。这些方向的使用有助于讨论，并且不打算用来限制本发明的实施例的应用。因此，以下的详细描述不能被认为在一限定范围内，并且本发明的实施例的范围通过所附权利要求和它们的等价物来限定。
附图1示出了采用本发明的照明装置32的投影***30的普通的“单通路”实施例。可以被耦合到电源34的照明装置32，可以包括多个定位于它们中每个从平板96发射光的彩色光发射装置84。光发射装置84的这种沿面取向可以有利于照明装置32内的光发射装置84的安装和对齐。将光发射装置84排列成为平面光源也可以帮助减少照明装置32的外形尺寸。光发射装置84可以包括，但并不局限于，发光二极管(LED)、有机LED(OLED)，和激光二极管(例如，边缘发射激光器或垂直空腔表面发射激光器(VCSEL))。
每一个光发射装置84可以在表示多种颜色的不同的波长范围内沿着分离的并且基本平行的光路发射光。可以将光路通过光学合成器部件33来合成为单一光路，将所有不同颜色的光转向具有相似照明区域和角度的下游元件，这将有助于投影***的广度(étendue)或者光通量的保存。
从照明装置32发射出的光可以沿着光路36传播，照射在例如光阀44这样的成像装置上，并且被例如光阀44这样的成像装置调制，并通过一个或多个投影透镜46进行传输。另一个替代实施例可以使用多个光阀并把它们放置于光合成器部件33之前的光发射装置84的光路中。另外，各种光学部件可以被放置在光路中来调整以适应实施例中的特定的设计参数。
光阀44可以包括，但不局限于，数字微镜装置(DMD)、反射液晶半导体基(LCOS)阵列装置和液晶装置(LCD)。投影透镜46可以包括，但不局限于，固定焦距透镜、可变焦距透镜和变焦透镜。
在一实施例中，光学部件可以通过光学框架一起来安装在投影仪外壳内。外壳可以是机械刚性的并且被设计成有助于散热。框架和外壳可以适于安装冷却风扇50用于通过产生气流52来冷却光学部件。光发射装置84的沿面取向也可以通过将其安置于具有较少遮挡物的主气流通路上来帮助耗散多余的热量。电源34可以用来给冷却风扇50和控制器56提供电力。
可以包括微处理器的控制器56，可以从数据源58接收表示彩色图像的彩色图像数据，并将图像数据处理成包括组成颜色数据(例如，红色、绿色和蓝色数据)的控制信号。然后可以与发送往电源34的信号适当同步将控制信号发送给光阀44，发送往电源34的信号控制发射相应的组成彩色光的光发射装置84的发射时间范围。
数据源58的例子包括，但不局限于，个人或膝上电脑、数字通用盘(DVD)、机顶盒(STB)、集成电视调谐器和摄像机。投影***30可以在多种不同的应用中实现，该应用包括但不局限于，游戏、电影、电视、广告和数据显示。
在光阀44是DMD的实施例中，DMD可以包括数字偏转镜面的高密度阵列。控制器56可以发送控制信号来有选择的控制每个镜面，使得沿光路36传播的光可以作为含图像光47被阵列中给定的镜面反射至投影透镜46，或者反射至相邻的光吸收表面。含图像光47可以通过投影透镜46传播以用来在屏幕上显示。
在一实施例中，DMD可以是由铝制微机械镜片的矩形阵列所组成的空间光调制器，其中每一个镜片都可以相对于旋转的对角线轴独立偏转例如+/-10度的或者更多的角度。通过改变下面的地址电路的存储器内容和镜面复原信号来独立地控制镜面的偏转角度(正的或负的)。
在光阀44是例如可透射的液晶显示器(LCD)的实施例中，光路36能够在没有任何弯曲的情况下，通过其传播并直接穿过投影透镜46。在该实施例中，来自于照明装置32的光可以先被偏振器偏振。然后经偏振后的光被LCD中的液晶像素的信息模式调制。“ON”像素可以以选择的通过取向来传输偏振光，这样该偏振光可以作为含图像光沿着光路47穿过背部偏振器(或者分析器)。“OFF”像素可以传输光，这样光被分析器阻挡。然后含图像光被引向通过投影透镜46来用于观看。多种LCD面板是商业可用的并且一些采用了能在本发明中采用的不同的偏振方案。
在光阀44是例如LCOS显示器的实施例中，在镜面基板层顶部上的液晶层可以调制光，这样类似于LCD显示器，光从镜面层反射或者被偏振滤波器阻挡。本发明的具体的实施例可以包括光学结构的普通的修改来进行调整适应特殊类型的光阀44。
附图2是适合用于附图1中描述的投影***30的照明装置80的简化的图示。在一实施例中照明装置80可以包括三个被安置成光从基本上相同的平板96发射的光发射装置84R、84G和84B。光发射装置84可以沿着三个不同的光路100R、100G和100B(可以是相互基本平行的)向用于将光路100合成为单一光路36的光学合成器部件112投射光。在一实施例中，光学积分器可以被放置于光发射装置84和光学合成器部件112之间的各自的光路100中，用来使光均匀和成形。
在一实施例中光学积分器可以是细长的积分通道116R、116G和116B。积分通道116可以由基于全内部反射来通过它们传输光并在它们的输出端产生基本上一致的照明区域的固体玻璃棒组成。积分通道116可以包括弄成方形的平面，也能包括可以保护内部反射的覆层或反射镜面侧壁。另一个替代实施例可以包括带有反射侧壁且中空的积分通道116，其以光学上极其类似于固体玻璃积分器的方式工作。
每一个光发射装置84可以发射对应于组成颜色的波长。组成颜色可以看作单色，当以合适的数量合成时，其产生图像像素的目标颜色。在一个实施例中，每个光发射装置84可以不定效率发射三个基本波长：蓝、绿和红中的一个。每个光发射装置84可以是单独的具有所需的组成颜色的光发射装置，或者是平均发射波长对应为所需的组成颜色的光发射装置阵列。
尽管上面的实施例描述了光发射装置84发射对应于三种基本色的光，然而其它颜色也可以额外地或选择地应用于其它的实施例中。
在一实施例中光学合成器部件112可以包括第一反射装置128、第二反射装置132和光学合成器136。第一和第二反射装置128和132可以包括适合于反射沿输入光路向光学合成器136传播的光的任何类型的装置。可以用于实施例中的反射装置的例子有，但不局限于，平面镜、曲面镜和棱镜。棱镜可以包括，例如全内部反射(TIR)棱镜和带有至少应用于一个表面的反射覆盖层的棱镜。在一个使用包括TIR棱镜的反射装置128和132的实施例中，在TIR棱镜的接收面和积分通道84R和84B之间、和在TIR棱镜的发射面和光学合成器136之间各有空气间隙。
在一个实施例中，光学合成器136可以包括第一和第二分色镜1361和1362，排列如图所示。一个实施例具有嵌于一透明光学元件内的两个分色镜136。第一分色镜1361可以反射同光发射装置84R相关联的可见波长，例如大于600nm的波长(红光)，并允许其它波长通过。因此，来自光发射装置84R并被第一反射装置128反射出的红光也可以被第一分色镜1361反射并沿光路36传出。来自绿色光发射装置84G和蓝色光发射装置84B的光可以被允许穿过第一分色镜1361。
第二分色镜1362可以反射同光发射装置84B相关联的可见波长，例如小于505nm的波长(蓝光)，并允许其它波长通过。因此，来自光发射装置84B并被第二反射装置132反射出的蓝光也可以被第二分色镜1362反射并沿光路36传出。来自绿色光发射装置84G和红色光发射装置84R的光可以被允许穿过第二分色镜1362。
在这个实施例中分色镜136可以包括允许特定频率段通过的而反射其它频率的边缘滤波器。然而，采用不同设置的可替代的实施例可以使用陷波滤波器来反射特定频率段。
合成所有的光路100成为单一光路36至少可以有助于投影***广度(étendue)的保存。投影***的每个光学部件可以有各自的广度(étendue)，它指部件可以处理的聚光锥的大小。部件的广度(étendue)与它垂直于光传播方向的面积、它的实体光锥的可接受角度和部件的折射率密切相关。通过沿着同样的路径将组成颜色的光转向光合成器部件的光学部件下游，那些光学部件的广度(étendue)可以通过利用可接受角度的有效数量来被保存。
光发射装置84可以设置成这样：光从基本上同样的平板96发射。这可以有利于光发射装置84同其它光学部件取向、校准和对齐。光发射装置可以通过具有适用于分别接收和容纳多个光发射装置的光学框架或外壳来放置于基本上同样的平板内，或者可选择地，多个光发射装置可以在配置投影***之前被放置于单一基板上。另外，采用平面光源可以减少照明装置的包装尺寸，也使得空气路径少受限制而有助于装置的冷却。
附图3是依照本发明的实施例的放置于单一基板140之上的三个光发射装置84的图示。在这个实施例中，光发射装置可以包括红光发射装置84R、绿光发射装置84G和蓝光发射装置84B。在一个实施例中，每一个光发射装置可以被独立的包装并安装到同一板上。替代实施例可以包括集成在单一基板上的多个彩色光发射装置。例如，一个实施例可以使用包括共用玻璃基板、共用透明传导层(例如铟锡氧化物(ITO))、有机层(每种颜色都不同)和成型顶部金属接点的有机LED(OLED)。另一个替代实施例可以包括发射除所需的波长外全部被过滤的白光的光发射装置，这样只有在所需波长范围内的光被发射。在一个电子板上采用多个光发射装置可以减少同不在平板内的支持板和连接器相关的数目和费用。
附图4是依照本发明的实施例的包括锥形光学积分器的照明装置81的简化图示。在这个实施例中光发射装置84、光路100和光学合成器部件112可以同附图2中的实施例相似。然而该实施例中的光学积分器可以包括带有具有不同横截面大小和形状以有利于所需光的聚集或展示的输入142和输出146孔径的积分通道144。例如，在一个实施例中，积分通道144的输出孔径146可以被成形和/或转动角度以使均匀分布的光在斜置的下游成像装置上最佳地成像。一种这样的光学积分器可以包括矩形输入端和不对称的光积分通道，该不对称的光积分通道在空间中将光积分为从通道的非矩形输出孔径出来的空间均匀模式。从非矩形输出孔径出来的均匀照明能被中继镜再次成像到与通道纵向轴倾斜放置的反射光阀上。从非矩形输出孔径出来的图像能够被有意的变形来补偿任何梯形失真、照明溢出区域和照明减弱区域，因此在可能地减少光损失的同时增加通过光阀的亮度和亮度均匀性。在本发明的范围内的不同的实施例可以包括用于光学积分器的输入和输出孔径的多种尺寸和形状的组合。
积分通道144可以具有同多种显示标准之一兼容的宽高比。这种显示标准的例子包括，但不局限于，16∶9高清晰度电视(HDTV)格式、4∶3扩展图形阵列(XGA)格式和16∶10宽屏XGA(WXGA)格式。具有不同横截面的多个光学积分器和相关联的聚集和投影光学装置可以被配置来提供所需的独特的投影显示格式。另外，其它类型的光学积分器也可以在本发明的不同的实施例中使用。
附图5是依照本发明的实施例的包括复眼(flyseye)透镜积分器150的照明装置83的简化图示。每一个复眼(flyseye)透镜积分器150可以具有第一149和第二151小透镜(lenslet)阵列。第一小透镜(lenslet)阵列149可以包括，例如，3×5阵列的第一小透镜(lenslet)，其中每一个都具有同下游光阀一样的宽高比。在采用DMD作为光阀的实施例中，第一小透镜(lenslet)的形状可以轻微地改变为平行四边形来补偿倾斜的照明角度。第二小透镜(lenslet)阵列151的小透镜(lenslet)可以呈放射状的对称(球面的或非球面的)并具有曲率中心，以用来被有选择地偏置以从第一小透镜(lenslet)阵列149相应的小透镜(lenslet)接受光线。
附图6是依照本发明的实施例的包括具有两个反射装置和两个分色镜的光学合成器部件152的照明装置82的简化图示。该实施例同附图4相似，然而，光学合成器154由两个互不交叉的分色镜1541和1542组成。在该实施例中，分色镜154没有被嵌入在同一透明光学元件中，然而在其它的实施例中有可能会。来自于蓝光发射装置84B的光可以在反射装置132反射移开、在分色镜1541反射移开、穿过第二分色镜1542并沿着光路36传播出来。来自于红光发射装置的光可以在反射装置128反射移开、然后再在第二分色镜1542反射移开并沿着光路36射出。镜面和光发射装置的放置方式可以进行调整以用来容纳特殊实施例的细节。
现今的分色镜设计可能导致一些希望被反射的光能被透过，以及一些希望被透过的光线被反射。因此，希望穿过两个分色镜1541和1542或者在一个分色镜上反射并穿过另一个的一小部分光可能非有意的被引向沿着不正确的路径(例如，非成像光路)。一个实施例可能通过放置例如绿光发射装置84G的较低效率的光发射装置于具有最少的因无意的光的改变方向带来的损失的路径上来说明该非有意的引向。该路径的确定可以取决于特定实施例中的分色镜的类型和取向以及从光发射装置84发射的光的波长。
尽管为了描述优选实施例在这里解释和描述了特定的实施例，但是在不脱离本发明的范围内，本领域的普通技术人员将理解，大量的设计用来实现同样目的的替代的和/或等同的实施方式可以替代所示和描述的特定实施例。本领域的技术人员将容易理解本发明可以在非常多的实施例中实现。本申请意图覆盖在这里所讨论的实施例的所有的改进和变形。因此，显然希望本发明仅仅被权利要求和其等价物所限制。

Claims (18)

1.一种布置光发射装置的设备，包括：
沿着第一光路从平板发射在第一波长范围内的光的第一光发射装置；
沿着第二光路从所述平板发射在第二波长范围内的光的第二光发射装置；
沿着第三光路从所述平板发射在第三波长范围内的光的第三光发射装置；
第一、第二和第三光学积分器，其中每一个都具有：
接收来自于各自的第一、第二和第三光发射装置的光的输入孔径；和
沿着各自的第一、第二和第三光路传输充分积分的光的输出孔径；
其中第一、第二和第三光学积分器的每一个都包括由复眼(flyseye)透镜积分器和积分通道所组成的组中的一个；
接收沿着各自的第一和第二光路的光并将所述光反射向光学合成器的第一和第二反射装置；
接收来自于第一端的第一反射装置、第二端的第二反射装置和第三端的第三发光二极管的光并从第四端沿着第四光路传输光的所述光学合成器；以及
具有宽高比的光阀，该光阀光学耦合至所述光学合成器来接收来自于所述光学合成器的光，并将所述光调制成含图像光。
2.如权利要求1所述的设备，其中第三光路基本上同第四光路成一条线。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述光学合成器包括：
沿着第四光路传输至少一部分在第三波长范围内的光的在第三光路上的第一和第二分光镜；
第一分光镜接收来自于第一反射装置的在第一波长范围内的光并沿着第四光路反射至少一部分所述光；
第二分光镜接收来自于第二反射装置的在第二波长范围内的光并沿着第四光路反射至少一部分所述光。
4.如权利要求3所述的设备，其中第一和第二分光镜彼此交叉并且嵌于透明光学元件内。
5如权利要求1所述的设备，其中第一和第二反射装置中的每一个都包含由棱镜和平面镜所组成的组中的一个。
6.如权利要求1所述的设备，其中第一和第二反射装置中至少一个包括全内部反射棱镜，所述棱镜具有：
接收来自于各自输出孔径的光的第一表面，在第一表面和所述输出孔径之间具有空气间隙；和
传输光至所述光学合成器的的第二表面，在第二表面和所述光学合成器之间具有空气间隙。
7.如权利要求1所述的设备，其中第一、第二和第三光学积分器的每一个输出孔径都具有同所述光阀宽高比相应的宽高比。
8.如权利要求7所述的设备，其中：
所述光学积分器的输入孔径具有尺寸和形状；
所述光学积分器的输出孔径具有尺寸和形状；并且
所述输入孔径和所述输出孔径之间在尺寸和形状中至少有一个不同。
9.如权利要求1所述的设备，其中第一、第二和第三光发射装置的每个都在各自的第一、第二和第三发射时间范围内产生光。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述光发射装置包括发光二极管。
11.一种投影***，包括：
照明装置，包括：
沿着第一光路发射在第一波长范围内的光的位于平板内的第一光发射装置；
沿着第二光路发射在第二波长范围内的光的位于所述平板内的第二光发射装置；
沿着第三光路发射在第三波长范围内的光的位于所述平板内的第三光发射装置；
接收沿着各自的第一和第二光路的光并将所述光导向至光学合成器的第一和第二反射装置；和
接收来自于第一反射装置、第二反射装置和第三发光装置的光并沿着第四光路传输光的光学合成器；
适于接收来自于数据源的彩色图像数据并基于所述彩色图像数据把控制信号发送至成像装置的控制器；以及
接收所述控制信号、接收来自于所述光学合成器的光并至少部分基于所述控制信号来调制所述光的成像装置。
12.如权利要求11所述的***，其中所述光学合成器包括：
沿着第四光路传输至少一部分在第三波长范围内的光的在第三光路上的第一和第二分光镜；
所述第一分光镜，接收来自于第一反射装置的第一波长的光并沿着第四光路反射至少一部分第一波长的光；
所述第二分光镜，接收来自于第二反射装置的第二波长的光并沿着第四光路反射至少一部分第二波长的光。
13.如权利要求11所述的***，其中第一、第二和第三光发射装置中的每个发射由红、绿和蓝光所组成的组中的一个。
14.如权利要求11所述的***，其中所述照明装置进一步包括：
分别位于第一、第二和第三光路中的第一、第二和第三光学积分器。
15.如权利要求14所述的***，其中第一、第二和第三光学积分器的每个都包括一个同所述成像装置的宽高比相应的输出宽高比。
16.如权利要求11所述的***，其中所述成像装置包括从数字微镜装置、液晶硅基装置和液晶显示器组成的组中选择的一个装置。
17.如权利要求11所述的***，其中所述数据源包括从个人电脑、数字通用盘、机顶盒和摄像机组成的组中选择的一个源。
18.如权利要求11所述的***，其中所述光发射装置包括发光二极管。
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