專利名稱：包括固態(tài)光源和發(fā)光材料的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字投影系統(tǒng)，諸如基于DLP的投影系統(tǒng)或基于3LCD的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影系統(tǒng)已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間是已知的，并且仍存在改進(jìn)這種投影系統(tǒng)的期望。US2005174544比如描述了一種用于圖像投影系統(tǒng)的光源，其包括封裝用于高溫操作的一個(gè)或多個(gè)LED。有利地，LED管芯布置在封裝上，該封裝包括涂覆陶瓷的金屬基底，該基底包括一個(gè)或多個(gè)底層熱連接墊以及各底層電連接墊，每個(gè)LED管芯通過金屬基底熱耦合到熱連接墊并且電耦合到電連接墊。LED可以直接安裝在基底的金屬上或安裝在位于金屬上的電絕緣體薄涂層上。如此封裝的LED管芯陣列有利地借助低溫共燒制的金屬上陶瓷 技術(shù)(LTTC-M)來制作并且可以稱為L(zhǎng)TTC-M封裝陣列。LED有利地安裝在空腔陣列中，空腔具有錐形側(cè)面以反射來自LED的光。高溫LED光源在各種正和背投影系統(tǒng)以及顯示器中可以取代HID燈。它們對(duì)于背投影系統(tǒng)是特別有用的。US2010053565描述激光照明設(shè)備和圖像顯示設(shè)備，其使得能夠消除衍射場(chǎng)和像場(chǎng)中的斑點(diǎn)噪聲。激光照明設(shè)備包括激光光源；第一透鏡，其包括多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡在面內(nèi)方向上具有預(yù)定數(shù)值孔徑，每個(gè)微透鏡調(diào)適為擴(kuò)展從激光光源發(fā)射的激光從而由此疊加透射通過每個(gè)微透鏡的激光；以及第二透鏡，其有效直徑大于第一透鏡的有效直徑，并且用于補(bǔ)償由每個(gè)所述多個(gè)微透鏡擴(kuò)展的激光的發(fā)散角。US2009067459描述一種設(shè)有激光光源的照明光源，該激光光源包含具有指定增益區(qū)域的激光介質(zhì)，以及具有窄帶反射特性的反射體。從激光光源發(fā)射的激光的部分被反射體反射和反饋，使得激光光源的振蕩波長(zhǎng)被固定在反射波長(zhǎng)。通過改變激光光源的振蕩特性，將激光介質(zhì)的增益區(qū)域的峰偏移離開該反射波長(zhǎng)，使得激光光源的振蕩波長(zhǎng)被改變離開反射波長(zhǎng)。因而，激光光源的振蕩頻譜被展開減小斑點(diǎn)噪聲。對(duì)于投影系統(tǒng)，兩種類型的圖像面板是特別相關(guān)的，即DLP(數(shù)字光處理)類型圖像面板和(3) LCD類型圖像面板，比如另見US2006279858和US5122870A。

發(fā)明內(nèi)容
信息投影工業(yè)持續(xù)發(fā)展和擴(kuò)展。除了別的之外，為終端用戶提供附加效用的創(chuàng)新光源為業(yè)內(nèi)各方的主要焦點(diǎn)。世界范圍內(nèi)朝向生態(tài)環(huán)保的照明解決方案的驅(qū)動(dòng)力比以往更努力地推動(dòng)固態(tài)照明技術(shù)以取代氣體放電燈。數(shù)字投影工業(yè)從有關(guān)含Hg光源的全球禁令中得以豁免，這是因?yàn)槟壳安淮嬖诳尚械目商鎿Q方案。所述推動(dòng)LED技術(shù)對(duì)于高亮度要求可能不是有利的，即使這些技術(shù)更高效。用于投影的基于LED的技術(shù)的遠(yuǎn)景也看似黯淡。激光技術(shù)也正被考慮，但是成本和安全問題對(duì)于消費(fèi)投影應(yīng)用仍是問題。然而，如果那些問題被解決，完全基于激光的投影在2-3年內(nèi)會(huì)是可獲得的。
稱為混合源的可行的可替換方案會(huì)是解決方案。混合源由激光、激光泵浦的發(fā)光材料和LED源組成。盡管這種配置可能不太理想，它可能通過使用激光泵浦發(fā)光源而在接著幾年中觸發(fā)創(chuàng)新和應(yīng)用。由于激光泵浦發(fā)光材料對(duì)于投影需求而言可以比LED高效得多，這種解決方案也可以不存在與直接激光束關(guān)聯(lián)的安全問題，并且與完全激光(RGB)解決方案相比可以非常廉價(jià)。在使用LED的照明器中可以廣泛地找到發(fā)光固態(tài)光源。這種光源的最通常配置是藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)涂覆有粉末或陶瓷微板形式的發(fā)光材料(luminescentmaterial)。這種“發(fā)光材料”可以依據(jù)其化學(xué)組成而將吸收的藍(lán)色光轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪豢梢婎伾?紅色、綠色、黃色或白色)的光。這些材料在由UV/綠色二極管激光器激發(fā)(泵浦)時(shí)也可以發(fā)射投影所需的RGB顏色。那些激光器低成本地廣泛可獲得以用于藍(lán)光(blue-ray)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)字投影應(yīng)用中的主要參數(shù)的其中之一為光源的亮度和緊湊性，這因此導(dǎo)致在應(yīng) 用中更高的價(jià)值。原始設(shè)備制造商(OEM)和光源制造商正尋求方法來提高亮度，同時(shí)保留其它特性，諸如系統(tǒng)的壽命、能耗、成本、可靠性和緊湊性。能量效率是光源的一種主要參數(shù)。投影應(yīng)用的規(guī)范(specifics)要求光源具有小的集光率(etendue)，其中集光率為光源容積尺寸和發(fā)射角度的乘積。源的集光率越小，它可以越高效地在投影應(yīng)用中使用。LED光源內(nèi)在地具有非常大的集光率；這正是它們很難可以用于投影的原因。激光源具有極小的集光率并且是用于投影的最佳源。激光泵浦發(fā)光材料(發(fā)光材料陶瓷)可以是非常適合的折衷解決方案。激光本身具有非常小的集光率并且可以被聚焦成細(xì)小光斑或者被成形為期望形式而沒有顯著光損耗。然而，當(dāng)激光撞擊發(fā)光材料表面時(shí)，發(fā)光材料表面會(huì)類似朗伯散射體那樣散射光。按照這種方式獲得的散射體具有可能是相當(dāng)大的有限集光率。根據(jù)上文集光率定義并且考慮到發(fā)光材料的角度發(fā)射屬性，明顯的是，通過減小激光光斑在發(fā)光材料上的尺寸(=更加聚焦)可以減小集光率。其結(jié)果是也將獲得光斑中能量密度的增大。為了達(dá)到屏幕上2000Lm (主流投影產(chǎn)品的值)的亮度，聚焦在發(fā)光材料上的功率可以為 15W。對(duì)市場(chǎng)上使用24W激光器的某些投影儀的最近分析表明，基本上沒有發(fā)光材料能夠應(yīng)對(duì)被聚焦在所需光斑尺寸中的這種功率。發(fā)光材料色輪(PCW)可能是解決方案。這種配置允許顯著更大發(fā)光材料表面的功率負(fù)載的分布，同時(shí)保持小的激光光斑。可以在W02007141688中找到示例。在基于單個(gè)DLP的投影系統(tǒng)中使用PCW從能量效率角度來說似乎幾乎是不可避免的，并且顏色順序操作模式作為這種系統(tǒng)的通常標(biāo)準(zhǔn)而被應(yīng)用。在發(fā)光材料的更大表面上分布激光源的能量的問題中以及在實(shí)現(xiàn)功率密度的大幅減小中，PCff的使用可以起到很多幫助。因此，由于集光率的原因，發(fā)光材料上的固態(tài)光源束，特別是激光束優(yōu)選應(yīng)被聚焦。另外，鑒于投影在圖像面板(特別是DLP)上，固態(tài)光源束優(yōu)選地也應(yīng)該是均勻的。因此，本發(fā)明的一方面是提供一種可替換投影系統(tǒng)，其優(yōu)選地至少部分地進(jìn)一步消除一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)。所提出的解決方案涉及預(yù)成形(激光)束，而不是比如將激光束聚焦為典型圓形狀并且隨后借助光棒或隧道設(shè)法均勻化該發(fā)射(比如見US2006152689或CPC (復(fù)合拋物面連接器))。激光束可以被預(yù)成形(比較容易)為例如均勻矩形形式。來自這種激發(fā)光斑的發(fā)射(發(fā)光)被發(fā)現(xiàn)也是基本上矩形的。接著，需要做的唯一事情是放大發(fā)光材料發(fā)射體的圖像并且利用恰當(dāng)角度屬性將其傳遞到面板，特別是DLP面板。這可以使用(反射)收集器實(shí)現(xiàn)。反射體收集由位于PCW(優(yōu)選地環(huán)狀PCW以允許光穿過)上的發(fā)光材料發(fā)射的光，并且在DLP面板(或3IXD圖像面板)上產(chǎn)生發(fā)射體的圖像。可選地，可以應(yīng)用附加光學(xué)器件。因此，具有預(yù)成形(激光)激發(fā)光斑的布置可以減小投影系統(tǒng)中光學(xué)、機(jī)械元件的總數(shù)目，這因而減小整個(gè)系統(tǒng)的成本。它也可以由客戶以最小變化而容易地被采用于投影系統(tǒng)的當(dāng)前架構(gòu)中。因此，在第一方面，本發(fā)明提供一種投影系統(tǒng)，包括投影光源和色輪，其中投影光源包括固態(tài)光源，特別是激光二極管，該固態(tài)光源配置成產(chǎn)生具有固態(tài)光源束截面的固態(tài)光源束(特別是激光束)，以及其中束成形光學(xué)器件布置在色輪的上游，該束成形光學(xué)器件 配置成將固態(tài)光源束截面成形為矩形截面，色輪包括具有發(fā)光材料的至少兩個(gè)區(qū)域，所述發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束激發(fā)時(shí)在不同發(fā)射波長(zhǎng)產(chǎn)生可見光，其特征在于所述區(qū)域布置在距色輪的旋轉(zhuǎn)軸不同距離處。以此方式，光學(xué)器件的靈活布置會(huì)是可能的。另外，發(fā)光材料的區(qū)域由固態(tài)光源光照射的平均時(shí)間可以減小，由此節(jié)約發(fā)光材料的壽命和屬性。來自發(fā)光材料的可見光可以隨后用于投影在圖像面板上。此處，術(shù)語(yǔ)“固態(tài)光源”可以特別地涉及一種LED或涉及激光二極管。在實(shí)施例中術(shù)語(yǔ)“固態(tài)光源”還可以指代多個(gè)固態(tài)光源。多個(gè)固態(tài)光源可包括不同類型的固態(tài)光源，諸如激光二極管和LED的組合。在特定實(shí)施例中，固態(tài)光源包括激光二極管。術(shù)語(yǔ)“圖像面板”特別是指代DLP單元(包括DLP面板)或3IXD單元(包括3個(gè)IXD面板)。圖像面板的另一術(shù)語(yǔ)為比如空間光調(diào)制器，其可包括(3) IXD、DLP、LCOS和SXRD。術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”涉及項(xiàng)目或特征相對(duì)于來自光產(chǎn)生裝置(此處為固態(tài)光源)的光的傳播的布置，其中相對(duì)于來自光產(chǎn)生裝置的光束內(nèi)的第一位置，更靠近光產(chǎn)生裝置的光束內(nèi)的第二位置是“上游”，并且更遠(yuǎn)離光產(chǎn)生裝置的光束內(nèi)的第三位置為“下游”。在實(shí)施例中束成形光學(xué)器件可包括復(fù)眼(fly eye)積分器。在另一實(shí)施例中，束成形光學(xué)器件包括衍射光學(xué)元件(DOE)。在另一實(shí)施例中，束成形光學(xué)器件包括通過引用結(jié)合于此的W09518984中描述的光學(xué)設(shè)備。特別地，色輪包括發(fā)光材料，該發(fā)光材料可由固態(tài)光源束激發(fā)，并且配置成在由固態(tài)光源束激發(fā)時(shí)產(chǎn)生可見光。此可見光隨后用于投影在圖像面板上。這種色輪比如描述于通過引用結(jié)合于此的W02007141688。比如，色輪可以是用于將藍(lán)色或紫外光轉(zhuǎn)換為可見光的顏色轉(zhuǎn)換單元，該顏色轉(zhuǎn)換單元333包括至少兩個(gè)分段(section)，其中的至少一個(gè)分段是透明或半透明顏色轉(zhuǎn)換分段，所述顏色轉(zhuǎn)換單元布置成用所述藍(lán)色或紫外光交替地照射所述至少兩個(gè)分段，所述至少一個(gè)顏色轉(zhuǎn)換分段含有發(fā)光材料，其中優(yōu)選地所述發(fā)光材料為聚合物基體中的發(fā)光有機(jī)染料或者為結(jié)晶無機(jī)發(fā)光材料。特別地，顏色轉(zhuǎn)換單元可以設(shè)計(jì)成為按照一旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)振蕩器。更特別地，旋轉(zhuǎn)振蕩器為按照一旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)并且包括至少兩個(gè)分段的色輪，所述分段的至少一個(gè)為透明或半透明顏色轉(zhuǎn)換分段。在實(shí)施例中，色輪至少包括四個(gè)分段以執(zhí)行每轉(zhuǎn)大于一個(gè)顏色循環(huán)。
在實(shí)施例中，發(fā)光材料被包括在陶瓷本體中。比如，色輪可包括陶瓷部分。另夕卜，色輪優(yōu)選地包括熱沉材料。比如，色輪可包括與發(fā)光材料(特別是發(fā)光陶瓷)物理接觸的熱沉部分。用于發(fā)光材料的陶瓷本體在本領(lǐng)域中已知。比如參考美國(guó)專利申請(qǐng) No. 10/861，172(US2005/0269582)、美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/080，801 (US2006/0202105)、W02006/097868, W02007/080555, US2007/0126017 和 W02006/114726。所述文件，并且特別是在這些文件中提供的有關(guān)陶瓷層制備的信息通過引用結(jié)合于此。優(yōu)選地，色輪為環(huán)的形式(在至少部分的“邊沿”上具有發(fā)光材料)，從而減小對(duì)收集器反射的用于投影在圖像面板上的光的阻擋(另見下文)?？商鎿Q地，該輪可以是盤(disk)的形式，至少部分的盤是透明的。在此處也建議了色輪的特定實(shí)施例。矩形固態(tài)光源束形成的發(fā)射可以被投影在圖像面板(特別是DLP面板)上。為此目的，特別是收集器可以被應(yīng)用，該收集器收集來自發(fā)光材料的發(fā)光(光)。這種所收集的可見光隨后用于投影在圖像面板上。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，投影系統(tǒng)還包括收集器，特別是反射收集器，其布置在色輪的下游，并且配置成收集來自發(fā)光材料的可見光并且配置成在圖像面板(諸如數(shù)字光處·理(DLP)面板)的方向上將可見光反射成為光束。在實(shí)施例中，收集器可以配置成允許固態(tài)光源束穿過收集器從而激發(fā)發(fā)光材料，并且收集器可以配置成收集可見光。收集器可包括第一端部(底部)(此處也表示為“第一收集器端部”)以及與其相對(duì)布置的第二端部(收集器開口)。收集器可以配置成允許固態(tài)光源束穿過收集器從而激發(fā)發(fā)光材料，并且收集器可以配置成收集可見光。在實(shí)施例中，這可以通過開放的第一端部來實(shí)現(xiàn)。因此，固態(tài)光源光在收集器開口的方向上行進(jìn)穿過第一端部中的開口并且照射發(fā)光材料；其發(fā)光經(jīng)由收集器開口進(jìn)入收集器并且被收集和反射(比如在DLP的方向上)。收集器在收集器開口處可具有一橫截面，該橫截面大于收集器在第一端部處的橫截面；特別地，這可以是凹收集器(具有開放的第一端部)。凹收集器在本領(lǐng)域中已知(比如見W02010032180(在此文獻(xiàn)中，第一端部包括光源的至少部分并且第二端部包括透明板))。收集器(特別是反射收集器)可具有球形、拋物線形、橢圓形或多項(xiàng)式凹形狀。本發(fā)明的投影系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以在于，可以不再需要位于色輪下游和圖像面板(特別是DLP)上游的傳統(tǒng)光學(xué)器件。如上文所指出，預(yù)成形固態(tài)光源束對(duì)于包括色輪的發(fā)光材料是特別令人感興趣的并且是在DLP構(gòu)思中。因此，特別地，該投影系統(tǒng)是基于數(shù)字光處理(DLP)的系統(tǒng)。因此，特別適合于基于DLP的投影系統(tǒng)的上述實(shí)施例可以比較容易制造并且可以提供成本有效的解決方案。另外，所述實(shí)施例可以被應(yīng)用作為再生(retro)解決方案或再生應(yīng)用，即傳統(tǒng)光源并且可選地光學(xué)器件可以用本發(fā)明的實(shí)施例替換。可選地，對(duì)于其它應(yīng)用，諸如比如對(duì)于娛樂投影系統(tǒng)，束成形光學(xué)器件可以配置成將固態(tài)光源束橫截面成形為其它形狀，諸如星形、圓形或者任何其它期望形狀?，F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)會(huì)是它們的強(qiáng)度，或者系統(tǒng)提高強(qiáng)度的不靈活性。這對(duì)于3LCD系統(tǒng)(即基于3LCD的系統(tǒng))會(huì)特別成問題。用于基于3LCD的投影系統(tǒng)的陣列化靜態(tài)設(shè)計(jì)可具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是似乎仍不能擴(kuò)展到屏幕亮度性能大于3000流明的高亮度投影系統(tǒng)。
因此，現(xiàn)在提出了一種具有集成激光泵浦發(fā)光光源的新穎投影系統(tǒng)，其可以形成特別是3IXD系統(tǒng)所需要的常亮(constant-on)白色光源。另外，它可以使能實(shí)現(xiàn)用于3IXD系統(tǒng)的亮度擴(kuò)展。另外，它可以允許大幅減小發(fā)光材料的熱負(fù)荷，這是因?yàn)槠湓?發(fā)光材料的)大的表面上的動(dòng)態(tài)能量分布。另外，它可以靈活地升級(jí)、調(diào)整、向上或向下擴(kuò)展，而對(duì)光源的主要架構(gòu)進(jìn)行很少改變或不進(jìn)行改變。另外，對(duì)于定制設(shè)計(jì)的情形，許多參數(shù)可以被靈活地調(diào)節(jié)。除此之外，收集光學(xué)器件的容易重新布置可以使得能夠?qū)咨庠崔D(zhuǎn)變?yōu)槿?如果該應(yīng)用不需要顏色混合，或者需要可替換顏色)。在特定實(shí)施例中，按照斯托克斯頻移(Stokes shift)遞增的順序，發(fā)光材料布置在距旋轉(zhuǎn)軸遞增的距離處。因此，熱學(xué)上最具挑戰(zhàn)性的發(fā)光材料布置在最大距離處。這可能暗示著此發(fā)光材料較少被固態(tài)光源光照射，即特定區(qū)域被照射的時(shí)間可能短于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的時(shí)間，并且對(duì)于具有較小斯托克斯頻移的(多種)發(fā)光材料而言可能至少會(huì)是更短的。術(shù)語(yǔ)斯托克斯頻移是指激發(fā)波長(zhǎng)(能量)和發(fā)射波長(zhǎng)(能量)之間的差異。在實(shí)施例中，收集器(另見上文)布置在色輪的下游，該收集器配置成允許固態(tài)光源束的透射并且收集來自發(fā)光材料的可見光。這種所收集的可見光隨后用于投影在圖像面 板上。更確切地，對(duì)于每個(gè)區(qū)域，收集器可以被提供。因此，收集器可以布置在色輪的下游，該收集器配置成允許固態(tài)光源束的透射并且分別收集來自(不同區(qū)域中)各發(fā)光材料的可見光。比如，(多個(gè))收集器可以是(多個(gè))反射收集器。這種(多個(gè))收集器因而可以布置在色輪的下游，并且配置成收集來自發(fā)光材料的可見光以及在圖像面板(諸如數(shù)字光處理(DLP)面板)的方向上反射可見光。比如，收集器可以配置成允許固態(tài)光源束穿過收集器(從收集器開口到第一端部，該第一端部是開放的)從而激發(fā)發(fā)光材料，并且收集器可以配置成收集可見光。凹收集器在本領(lǐng)域中是已知的，并且比如在W02010032180中描述。收集器(特別是反射收集器)可具有球形、拋物線形或橢圓形形狀?？商鎿Q地或附加地，(多個(gè))收集器可包括一個(gè)或多個(gè)CPC(即復(fù)合拋物面聚光器)，諸如比如在通過引用結(jié)合于此的W02007102940、W02009070435或US2004131157中描述(另見下文)。這種CPC特別地布置成聚集光束從而具有明亮的照明，均勻的光場(chǎng)以及銳利的邊緣對(duì)比度。在實(shí)施例中，CPC可具有多項(xiàng)式像差。當(dāng)使用發(fā)射藍(lán)光的固態(tài)光源時(shí)，至少部分的發(fā)光材料可以用反射材料替換，即特別是在這些實(shí)施例中，色輪也可以包括反射材料。因此，在這種實(shí)施例中收集器可以配置成允許固態(tài)光源束穿過收集器(從收集器開口到第一端部，該第一端部是開放的)從而照射反射材料，并且收集器可以配置成收集反射光。特別地，反射材料為朗伯反射體。由于收集器可以配置成允許固態(tài)光源束傳輸?shù)桨l(fā)光材料，實(shí)際上收集器相對(duì)于固態(tài)光源光置于色輪的上游，而相對(duì)于發(fā)光(=發(fā)光材料的可見發(fā)射)的收集，收集器布置在色輪的下游。由于收集器的功能特別地為發(fā)光的收集，在這些實(shí)施例中收集器被考慮布置在色輪的下游。收集器(特別是反射收集器)的邊緣布置在距色輪非零距離處。優(yōu)選地，該距離是在O. 05至IOmm的范圍，特別是O. I至5mm的范圍。在特定實(shí)施例中，投影系統(tǒng)包括光學(xué)器件，該光學(xué)器件配置成將至少兩個(gè)區(qū)域(優(yōu)選地三個(gè)區(qū)域(RGB))上游的固態(tài)光源束分解為至少兩個(gè)固態(tài)光源束(優(yōu)選地至少三個(gè))，并且配置成尋址所述至少兩個(gè)區(qū)域(優(yōu)選地至少三個(gè)(RGB))。比如，所述光學(xué)器件可包括板，該板布置和配置成對(duì)于固態(tài)光源光是部分地透射的并且對(duì)于固態(tài)光源光是部分地反射的。這可以比如取決于材料和/或相對(duì)于固態(tài)光源束的角度。在另一實(shí)施例中，投影系統(tǒng)包括光學(xué)器件，該光學(xué)器件配置成將至少兩個(gè)區(qū)域的可見光組合到單個(gè)束中。比如，此單個(gè)束可以被引導(dǎo)到3IXD單元。因此，在特定實(shí)施例中，投影系統(tǒng)是基于3LCD的系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，投影系統(tǒng)包括光學(xué)器件，該光學(xué)器件配置成將來自發(fā)光材料的(未組合) 收集的可見光引導(dǎo)到3LCD單元，即分別引導(dǎo)到3LCD單元的三個(gè)IXD。在又一實(shí)施例中，投影系統(tǒng)為基于數(shù)字光處理(DLP)的系統(tǒng)。在另一方面，本發(fā)明提供該色輪本身，其包括具有發(fā)光材料的至少兩個(gè)區(qū)域，所述發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束激發(fā)時(shí)產(chǎn)生不同發(fā)射波長(zhǎng)的可見光(即所述區(qū)域提供具有不同波長(zhǎng)分布的發(fā)射)，以及其中所述區(qū)域布置在距色輪的旋轉(zhuǎn)軸不同距離處，其中按照斯托克斯頻移遞增的順序，發(fā)光材料布置在距旋轉(zhuǎn)軸遞增的距離處。特別地，按照斯托克斯頻移遞增的順序，發(fā)光材料布置在距旋轉(zhuǎn)軸遞增的距離處?？商鎿Q地，發(fā)光材料可以按照發(fā)光材料價(jià)格遞增的順序，或者按照耐溫性遞減的順序，布置在距旋轉(zhuǎn)軸遞增的距離處。在優(yōu)選實(shí)施例中，該色輪包括分別具有RGB (紅色、綠色、藍(lán)色)發(fā)光材料的三個(gè)區(qū)域。然而，色輪可包括具有至少三種顏色的超過三個(gè)區(qū)域。在特定實(shí)施例中，一種或多種發(fā)光材料包括在陶瓷本體中。使用陶瓷本體的優(yōu)點(diǎn)可以為，熱能可以更容易地被發(fā)送。在實(shí)施例中，發(fā)光材料由熱沉材料包括。比如，色輪可以是熱沉或包括熱沉材料。在特定實(shí)施例中，部分色輪可以是透射的。在另一實(shí)施例中，特別是在其中藍(lán)色固態(tài)光源而不是發(fā)光材料應(yīng)用在部分色輪上的實(shí)施例中，白色反射材料可以被應(yīng)用(對(duì)于固態(tài)光源光是反射的)。色輪可以比如分別包括(受UV激發(fā)時(shí))藍(lán)色發(fā)光材料、(受UV激發(fā)時(shí))綠色發(fā)光材料和(受UV激發(fā)時(shí))紅色發(fā)光材料。在另一實(shí)施例中，色輪可以分別包括(在藍(lán)色光照明時(shí))藍(lán)色光反射材料、(在藍(lán)色激發(fā)時(shí))綠色發(fā)光材料和(在藍(lán)色激發(fā)時(shí))紅色發(fā)光材料。因此，在其中發(fā)射藍(lán)光的固態(tài)光源被應(yīng)用的實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)RGB發(fā)光材料在適用情況下也可以指RG發(fā)光材料(即紅色和綠色發(fā)光材料)以及B反射材料(即藍(lán)色光反射材料)。比如可以被應(yīng)用的反射材料可以例如選自由下述組成的群組BaS04、Mg0和A1203。特別是利用這些實(shí)施例，更特別地與3IXD系統(tǒng)有關(guān)地，可以實(shí)現(xiàn)高亮度，從而使能實(shí)現(xiàn)用于基于3LCD的投影系統(tǒng)的解決方案O3000LM)。另外，可以提供一種成本有效的解決方案。除此之外，已有系統(tǒng)可以容易升級(jí)(再生應(yīng)用)、調(diào)整和擴(kuò)展。另外，由于發(fā)光材料上顯著減小的熱負(fù)荷的原因，該實(shí)施例可以提供長(zhǎng)壽命。該解決方案可以提供緊湊性。所述實(shí)施例允許顏色的組合以形成白色光，但也允許分離成兩個(gè)或更多個(gè)顏色，特別是三個(gè)分離的顏色。因此，在特定實(shí)施例中，建議一種3LCD系統(tǒng)，其包括如上文定義的色輪。來自發(fā)光材料的光發(fā)射必須適當(dāng)?shù)毓芾韽亩行У乜蓚鬟f到諸如DLP或3IXD單元的圖像面板。來自該發(fā)光材料上的發(fā)射光斑的光發(fā)射優(yōu)選地被投影成具有DLP單元的DLP面板或3LCD單元的(多個(gè))LCD面板的尺寸的均勻矩形光斑。在使用UHP燈的標(biāo)準(zhǔn)投影配置中，這是借助例如光通道、透鏡和反射鏡的若干光學(xué)部件來實(shí)現(xiàn)。此處建議的另一選擇是均勻化來自發(fā)光材料的光并且將其投影在3LCD單元或DLP單元上。此處，建議一種光學(xué)部件，其使能實(shí)現(xiàn)初始源和顏色轉(zhuǎn)換材料(發(fā)光材料、發(fā)光陶瓷等)的遠(yuǎn)距離定位，同時(shí)利用用于收集和均勻化從發(fā)光材料發(fā)射的光的單個(gè)部件的所有益處?？商鎿Q地，該光學(xué)部件可以與色輪組合，特別是對(duì)于DLP。因此，在另一方面，本發(fā)明提供一種投影系統(tǒng)，其包括投影光源、光學(xué)器件和發(fā)光材料，其中投影光源包括配置成產(chǎn)生固態(tài)光源束的固態(tài)光源，其中發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束激發(fā)時(shí)產(chǎn)生可見光，其中光學(xué)器件包括收集器，以及其中收集器配置成允許固態(tài)光源束穿過收集器從而激發(fā)發(fā)光材料并且配置成均勻化由發(fā)光材料發(fā)射的用于投影在圖像面板上的可見光。因此，固態(tài)光源光被引入在收集器的一個(gè)端部，并且行進(jìn)到收集器的另一端部，發(fā)光材料布置在該另一端部。該發(fā)射被收集和均勻化，并且再次在固態(tài)光源光被引入收集器處的同一端部離開收集器。收集的可見光用于投影在圖像面板上。在特定實(shí)施例中，收集器為反射均勻化器(homogenizer),優(yōu)選地為復(fù)合拋物面聚光器(CPC)(另見上文獲得特定引用)。在實(shí)施例中，CPC可具有多項(xiàng)式像差。
在實(shí)施例中，另外也在上文指出，發(fā)光材料由熱沉材料包括。在特定實(shí)施例中，熱沉材料和收集器為一集成單元。這種單元在此處也稱為“反射和顏色轉(zhuǎn)換均勻化器”(RCCH)。因此，在另一方面，本發(fā)明還提供一種復(fù)合拋物面聚光器，其包括布置在復(fù)合拋物面聚光器的第一端部(底部)(此處也表示為“第一收集器端部”)的發(fā)光材料，該第一端部與第二端部(收集器開口)相對(duì)。收集器(本身)可包括熱沉材料(諸如導(dǎo)熱本體)。因此，收集器可包括熱沉材料，從而有利于熱能的散逸。因而，在特定實(shí)施例中，投影系統(tǒng)包括具有不同發(fā)光材料的三個(gè)收集器，并且還包括光學(xué)器件，其配置成將來自三個(gè)收集器的(未組合的)收集的光引導(dǎo)到諸如3LCD單元的圖像面板，即引導(dǎo)到IXD單元的三個(gè)IXD。當(dāng)固態(tài)光源配置成產(chǎn)生UV光時(shí)，這可以特別地被應(yīng)用。收集器可以比如分別包括(受UV激發(fā)時(shí))藍(lán)色發(fā)光材料、(受UV激發(fā)時(shí))綠色發(fā)光材料和(受UV激發(fā)時(shí))紅色發(fā)光材料。在另一實(shí)施例中，收集器可以分別包括(在藍(lán)色光照明時(shí))藍(lán)色光反射材料、(在藍(lán)色激發(fā)時(shí))綠色發(fā)光材料和(在藍(lán)色激發(fā)時(shí))紅色發(fā)光材料。在先前實(shí)施例中，應(yīng)用三個(gè)RCCH ;在后一種實(shí)施例中，應(yīng)用兩個(gè)RCCH和一個(gè)反射均勻化器。在實(shí)施例中，發(fā)光材料不由收集器包括，而是略微遠(yuǎn)離收集器(即就在第一端部后面，在這種實(shí)施例中該第一端部是開放的)。這可以比如使得此實(shí)施例能夠與色輪組合。因此，在另一實(shí)施例中，發(fā)光材料由色輪包括，并且收集器(特別是反射均勻化器)布置在距色輪非零距離處(另見上文)。色輪可以比如分別包括(受UV激發(fā)時(shí))藍(lán)色發(fā)光材料、(受UV激發(fā)時(shí))綠色發(fā)光材料和(受UV激發(fā)時(shí))紅色發(fā)光材料。在另一實(shí)施例中，色輪可以分別包括(在藍(lán)色光照明時(shí))藍(lán)色光反射材料、(在藍(lán)色激發(fā)時(shí))綠色發(fā)光材料和(在藍(lán)色激發(fā)時(shí))紅色發(fā)光材料。此處也建議色輪的特定實(shí)施例。在實(shí)施例中，投影系統(tǒng)為基于3LCD的系統(tǒng)。在又一實(shí)施例中，投影系統(tǒng)為基于數(shù)字光處理(DLP)的系統(tǒng)。諸如RCCH的創(chuàng)新部件可具有許多優(yōu)點(diǎn)，諸如組合和使能使用不同光源用于激發(fā)發(fā)光材料以及將初始顏色轉(zhuǎn)換為期望顏色，有效收集發(fā)射光，均勻化光分布以及形成正確(所需要的)光斑形狀(矩形、方形、圓形、橢圓形的出口孔)。除了上述優(yōu)點(diǎn)，利用高導(dǎo)熱材料(例如Al、ALN、Cu、銀、金等)將RCCH制成固體單個(gè)本體部件，這可以有效地從發(fā)光材料移除熱負(fù)荷，使能形成非常明亮的光源。收集器單元(RCCH)可以非常緊湊，并且取決于所要求的輸出，可以比如具有約5-10X5-10X20-40mm的尺度。在發(fā)展用于投影細(xì)節(jié)的激光泵浦發(fā)光源中遇到的挑戰(zhàn)特別是涉及高效、可調(diào)適且成本有效地將多個(gè)光發(fā)射體與投影光學(xué)系統(tǒng)集成。此處，提出一種解決方案，該解決方案可以被認(rèn)為是用于形成集成激光泵浦發(fā)光光源的平臺(tái)，其可以容易地集成在基于3LCD以及基于DLP (特別是3LCD)的投影系統(tǒng)的當(dāng)前設(shè)計(jì)中，可具有更高熱穩(wěn)定性和關(guān)聯(lián)的壽命，可以是成本有效的，可以靈活地升級(jí)、調(diào)整、向上或向下擴(kuò)展而對(duì)(多個(gè))光源的主要架構(gòu)進(jìn)行很小改變或不進(jìn)行改變，并且在定制設(shè)計(jì)情況下許多參數(shù)可以被靈活地調(diào)節(jié)。因此，在另一方面，本發(fā)明提供一種投影系統(tǒng)，其包括投影光源單元和圖像面板，特別是3IXD單元，其中投影光源單元包括
a.多個(gè)固態(tài)光源，特別是多個(gè)激光二極管，其分別配置成產(chǎn)生固態(tài)光源束， b.多個(gè)收集器，其分別具有第一端部和相對(duì)的第二開口(收集器開口)，
c.分布器，在收集器上分布固態(tài)光源束以及將分布的固態(tài)光源光束在第一端部的方向上引導(dǎo)通過第二收集器開口，
d.布置在第一端部的發(fā)光材料，其中發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束激發(fā)時(shí)產(chǎn)生可見光，以及其中收集器配置成將可見光收集到發(fā)射束中；
其中投影光源單元還配置成提供多個(gè)發(fā)射束到圖像面板，特別是3LCD單元。這種光源單元從多個(gè)收集器提供多個(gè)發(fā)射束。注意，固態(tài)光源的數(shù)目可以小于收集器的數(shù)目，這是由于固態(tài)光源光可以在收集器上分布。通常，分布器的數(shù)目可以等于收集器的數(shù)目。在特定實(shí)施例中，投影系統(tǒng)還包括積分器透鏡，其配置成對(duì)多個(gè)發(fā)射束積分。比如，這可以是復(fù)眼(均勻化器)的第二透鏡。如上所述，在特定實(shí)施例中，發(fā)光材料由熱沉材料包括。另外，在實(shí)施例中發(fā)光材料可以包括在陶瓷本體中。在特定實(shí)施例中，投影系統(tǒng)可包括兩組或更多組光源單元，其中每個(gè)光源單元配置成提供多個(gè)發(fā)射束到(3LCD單元的)相應(yīng)LCD單元。特別地，投影系統(tǒng)可包括三組光源單元，其中光源單元配置成分別提供RGB光。以此方式，可以容易地提供3LCD系統(tǒng)。這種架構(gòu)可具有高的熱穩(wěn)定性，這是由于發(fā)光材料板以及每個(gè)發(fā)光材料板上的熱負(fù)荷彼此遠(yuǎn)離并且置于有效被動(dòng)熱沉材料上(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明可以將200mW激光束聚焦到50Mm的光斑中，同時(shí)在光斑中具有100° C溫度)。用于集成的激光二極管是通常并且廣泛可獲得的。激光二極管經(jīng)常安裝在特殊設(shè)計(jì)的熱沉材料中，所述熱沉材料允許最小化對(duì)彼此的熱影響并且確保良好工作穩(wěn)定性。產(chǎn)品參數(shù)中的靈活性，例如改進(jìn)的顏色性能、亮度等，可以通過下述來實(shí)現(xiàn)移除發(fā)光材料板的一個(gè)溝道并且放置部分散射的微反射鏡以及使用直接激光源用于積分。同樣，這些實(shí)施例可以很容易制造并且可以是成本有效的解決方案。另外，它們可以容易升級(jí)(再生應(yīng)用)、調(diào)整和擴(kuò)展。在實(shí)施例中，此處指出的固態(tài)光源配置成產(chǎn)生UV光。在這種情形中，發(fā)光材料可以特別包括RGB發(fā)光材料。在另一實(shí)施例中，此處指出的固態(tài)光源配置成產(chǎn)生藍(lán)色光。在這種情形中，發(fā)光材料可以特別包括RG發(fā)光材料。當(dāng)LED配置成產(chǎn)生藍(lán)色光時(shí)，在一些實(shí)施例中，部分的(多種)發(fā)光材料可以用(多種)反射材料(對(duì)固態(tài)光源光是反射的)替代(另見上文)。術(shù)語(yǔ)固態(tài)光源特別是涉及發(fā)光二極管(LED)或者激光二極管。如上所述，它們特別配置成產(chǎn)生UV或藍(lán)色光。此處諸如在“基本上所有發(fā)射”中或在“基本上由…組成”中的術(shù)語(yǔ)“基本上”將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。術(shù)語(yǔ)“基本上”也可以包括具有“完全地”、“徹底地”、“所有”等的實(shí)施例。因此，在實(shí)施例中也可以移除“基本上”。在適合情況下，術(shù)語(yǔ)“基本上”也可以涉及90%或更高，諸如95%或更高，特別是99%或更高，甚至更特別地99. 5%或更高，包括100%。術(shù)語(yǔ)“包括”還包括其中術(shù)語(yǔ)“包括”是指“由…組成”的實(shí)施例。此外，說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等用于在類似元件之間區(qū)分并且不一定用于描述相繼順序或時(shí)間順序。將理解，如此使用的術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)情形下是可互 換的，并且此處描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠按照此處描述或說明以外的順序操作。此處設(shè)備例如是在操作期間進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，本發(fā)明不限于操作的方法或者操作中的設(shè)備。應(yīng)指出，上述實(shí)施例說明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)許多可替換實(shí)施例而不背離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解讀為限制權(quán)利要求。使用動(dòng)詞"包括"及其變型不排除存在權(quán)利要求中指出的元件或步驟之外的元件或步驟。元件前的冠詞“一”("a"或"an")不排除存在多個(gè)這種元件。本發(fā)明可以借助包括若干不同元件的硬件并且借助適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)施。在列舉若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，若干這些裝置可以由同一項(xiàng)硬件實(shí)施。在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施的純粹事實(shí)不表示不能有利地使用這些措施的組合。EP1605199公開了一種投影系統(tǒng)，其包括具有不同發(fā)光材料的不同區(qū)域的色輪，所述不同區(qū)域位于距色輪的旋轉(zhuǎn)軸相同距離處。


現(xiàn)在僅僅通過示例的方式，參考所附的示意圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中相應(yīng)附圖標(biāo)記表示相應(yīng)部分，并且在附圖中
圖Ia-Ic示意性描述分別基于DLP技術(shù)的投影系統(tǒng)，色輪的版本，以及基于3LCD技術(shù)的投影系統(tǒng)；
圖2a_2e(示意性)描述與預(yù)成形固態(tài)光源束有關(guān)的一些實(shí)施例和結(jié)果；
圖3a_3d示意性描述具有布置在距旋轉(zhuǎn)軸不同距離處的發(fā)光材料的色輪的一些實(shí)施
例；
圖4a-4c示意性描述特定收集器單元，特別是CPC的一些實(shí)施例；
圖5a_5d示意性描述投影光源單元及其應(yīng)用的一些實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式通常存在兩種類型的投影系統(tǒng)，即基于DLP的投影系統(tǒng)和基于3LCD的投影系統(tǒng)。投影系統(tǒng)用附圖標(biāo)記100表示。
圖Ia示意性描述基于DLP的投影系統(tǒng)100，在此處該投影系統(tǒng)包括產(chǎn)生光束111的(基于UHP的)光源110 ;位于光源下游的色輪120 ;位于色輪下游的光學(xué)器件130，該光學(xué)器件通常包括諸如光通道、積分棒或復(fù)眼的均勻化器131以及一個(gè)或多個(gè)透鏡或反射鏡132。DLP單元140布置在在光學(xué)器件130下游，作為圖像面板290的示例。在DLP單元140的下游另外可以發(fā)現(xiàn)一些光學(xué)器件，諸如一個(gè)或多個(gè)透鏡133。投影系統(tǒng)100提供投影束 112。圖Ib示意性描述色輪120的版本，其具有顏色過濾器121。色輪可包括一個(gè)或多個(gè)這樣的過濾器，但是也可以包括無色透明部分。此處，該輪具有盤狀形狀。圖Ic示意性描述基于3IXD的版本的投影系統(tǒng)100，主要差別在于DLP單元用3IXD單元150替換，作為圖像面板290的另一示例，并且其上游的光學(xué)器件130可以包括比如布置在光源110下游的負(fù)透鏡135，該負(fù)透鏡下游的均勻化器136 (諸如復(fù)眼積分器)，該均勻化器下游的偏振器137，該偏振器下游的一個(gè)或多個(gè)透鏡138，以及透鏡下游的分解器139，該分解器布置成將光束111分解成三個(gè)不同顏色的束。 在下文描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中光源110包括用附圖標(biāo)記115表示的諸如激光二極管的固態(tài)光源，光束111為固態(tài)光源束(或者在由基于該固態(tài)光源的光源115產(chǎn)生光束的任何速率)，并且色輪120 (如果可用的話)包括諸如發(fā)光陶瓷的發(fā)光材料。圖2a示意性描述一實(shí)施例，其中束成形光學(xué)器件161布置在色輪120的下游，該束成形光學(xué)器件配置成將固態(tài)光源束截面成形為矩形截面。色輪120包括發(fā)光材料170 (特別是陶瓷)，該發(fā)光材料可由固態(tài)光源束111激發(fā)并且配置成在由固態(tài)光源束111激發(fā)時(shí)產(chǎn)生可見光116。束成形光學(xué)器件161可以比如包括復(fù)眼積分器或衍射光學(xué)元件。收集器300 (特別是反射收集器)布置在色輪120的下游。收集器300配置成從發(fā)光材料170收集可見光116并且配置成在圖像面板290 (諸如數(shù)字光處理DLP 140)的方向上(如所描述)反射可見光(作為束113)。此處，收集器在第一端部301是開放的，從而允許固態(tài)光源束111照射發(fā)光材料170。因此，此收集器300也可以被考慮布置在色輪120的上游(由于固態(tài)光源束從第一端部301行進(jìn)到第二端部302)。色輪120具有旋轉(zhuǎn)軸122。另外，色輪120可包括熱沉材料180，特別是為了散逸來自發(fā)光材料的熱。圖2b示意性描述與圖2a相同的實(shí)施例，不過是在不同視圖中。色輪120包括具有發(fā)光材料170的多個(gè)區(qū)域(有時(shí)也表示為分段)125。發(fā)光材料170可具有不同特性。比如，色輪120可包括RGB發(fā)光材料。此處，色輪120為具有環(huán)形狀的特定實(shí)施例。色輪120的環(huán)狀實(shí)施例具有“邊沿”420，該邊沿具有“輪輻”421。另外，此實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)輪開口 422。因此，色輪120的特定實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)開口 422，其可以特別地配置成允許(部分的)束(113)穿過。這也示意性描述于圖2a-2b。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，也可以設(shè)想到具有配置成允許(部分的)束(113)穿過的一個(gè)或多個(gè)開口 422的色輪120的其它形狀。圖2c和2d示出在DLP單元140上(分別沿著χ軸以及沿著I軸)顯示的束的均勻性。圖2e不意性描述一實(shí)施例,其中束成形光學(xué)器件161被結(jié)合在投影系統(tǒng)100中，該投影系統(tǒng)在此處優(yōu)選地是基于DLP的系統(tǒng)。束成形光學(xué)器件161和收集器300的引入可以導(dǎo)致減少或徹底移除色輪120和DLP單元140之間的傳統(tǒng)光學(xué)器件130。圖3a_3c示意性示出色輪120的各實(shí)施例，其中色輪120包括具有(優(yōu)選地不同的)發(fā)光材料170的至少兩個(gè)區(qū)域125，所述發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束111激發(fā)時(shí)在不同發(fā)射波長(zhǎng)產(chǎn)生可見光。各區(qū)域125布置在距旋轉(zhuǎn)軸122不同距離處。假設(shè)發(fā)光材料170是不同類型的，所述區(qū)域125優(yōu)選地按照發(fā)光材料170的斯托克斯頻移遞增的順序來布置，使得具有遞增的斯托克斯頻移的發(fā)光材料布置在距旋轉(zhuǎn)軸122遞增的距離處。比如，靠近旋轉(zhuǎn)軸122處為藍(lán)色發(fā)光材料，更遠(yuǎn)處為綠色發(fā)光材料，并且再遠(yuǎn)處為紅色發(fā)光材料。(多種)發(fā)光材料170可以包括在陶瓷本體中。另外，色輪120可包括熱沉材料180。收集器300布置在色輪120的下游，該收集器配置成允許固態(tài)光源束111的透射并且分別收集來自發(fā)光材料170的可見光。收集器300可包括復(fù)合拋物面聚光器(CPC) 190 (另見下文)，或者透鏡或者反射體和透鏡的組合。在這些實(shí)施例中，收集光學(xué)器件在第一端部301是開放的，從而允許固態(tài)光源束111照射發(fā)光材料170。收集器300布置·在距色輪120非零距離處。以此方式，色輪120可以(沿著軸120)旋轉(zhuǎn)。另外，配置成分解固態(tài)光源束111的光學(xué)器件181布置在區(qū)域125的上游，從而將固態(tài)光源束分解為至少兩個(gè)固態(tài)光源束111。以此方式，區(qū)域125可以被尋址。光學(xué)器件181可以比如包括玻璃板，其布置在適當(dāng)角度以允許反射部分的固態(tài)光源束111并且透射部分的固態(tài)光源束111。從圖可以看出，相對(duì)于發(fā)光而言，收集器300布置在色輪120的下游；相對(duì)于(通過固態(tài)光源束111)激發(fā)而言，收集器300實(shí)際上布置在色輪120的上游。另外，光學(xué)器件182配置成將各區(qū)域125的可見光組合成單個(gè)束，如圖3a中示意性描述。同樣，光學(xué)器件182可以比如包括玻璃板，其布置在適當(dāng)角度以允許反射在收集器300下游收集的發(fā)射并且透射固態(tài)光源束111。圖3b示意性描述一實(shí)施例，其中可以將不同發(fā)射分離。在基于3LCD的投影系統(tǒng)的實(shí)施例中這會(huì)是有利的。比如，不同顏色的發(fā)射可以直接地被引導(dǎo)到3IXD單元的各IXD。比如，部分的發(fā)光材料170可以用反射材料替代，特別是當(dāng)固態(tài)光源115配置成產(chǎn)生藍(lán)色光時(shí)。此處，參考分別包括發(fā)光材料170a、170b和170c的區(qū)域125，比如取代發(fā)光材料170a (最小半徑)，可以應(yīng)用反射材料。其它兩個(gè)區(qū)域125可包括發(fā)光材料170b (諸如發(fā)射綠色的發(fā)光材料)和發(fā)光材料170c (諸如發(fā)射紅色的發(fā)光材料)。在圖3c中，各區(qū)域125為環(huán)的形式。然而，環(huán)不一定是閉合的環(huán)。比如，區(qū)域125也可以布置成多個(gè)環(huán)狀布置的區(qū)域。圖3d示意性描述一實(shí)施例，其中色輪120和收集器300被結(jié)合在投影系統(tǒng)100中，此處該投影系統(tǒng)優(yōu)選地為基于3LCD的系統(tǒng)。色輪120和收集器300的引入可以導(dǎo)致減小或完全消除光源和3LCD單元150之間的傳統(tǒng)光學(xué)器件130。關(guān)于此圖的變型示意性描述于圖4c。圖4a示意性描述收集器300的實(shí)施例，即優(yōu)選地諸如復(fù)合拋物面聚光器190的反射均勻化器，其包括布置在復(fù)合拋物面聚光器的第一端部301的發(fā)光材料170,該第一端部與收集器300的收集器開口 302相對(duì)(此處該收集器開口優(yōu)選地為矩形開口，不過開口 302也可以是方形、圓形或橢圓形等)。發(fā)光材料170可以集成在單個(gè)單元中，或者可以是色輪的部分(此處未描述，但是比如見圖3a-3d)。在后一實(shí)施例中，發(fā)光材料170由色輪120包括并且收集器300布置在距色輪120非零距離處。在圖4a示意性描述的實(shí)施例中，發(fā)光材料170由熱沉材料(180)包括，并且熱沉(材料)180和收集器300為集成單元200。因此，在此實(shí)施例中，收集器300不是完全透射的，在第一端部301具有第二開口 ；此處，第一端部301是閉合的并且包括發(fā)光材料170。圖4b示意性描述這種反射和顏色轉(zhuǎn)換均勻化器(集成在第一收集器端部301中的發(fā)光材料的單個(gè)單元)的工作原理。多條線示出從發(fā)光材料170發(fā)射的射線以及在收集器300的本體中的傳播路徑。注意，收集器開口 302可以是方形、矩形、橢圓形、圓形等，但是對(duì)于此應(yīng)用優(yōu)選地為矩形(另見圖4c)。圖4c示出集成在投影系統(tǒng)100中的實(shí)施例，此處該投影系統(tǒng)是基于3LCD。投影系統(tǒng)100包括投影光源(一個(gè)或多個(gè)固態(tài)光源115)、光學(xué)器件130和發(fā)光材料170。光學(xué)器件130包括收集器300。此處，描述三個(gè)收集器300，每個(gè)收集器尋址該3IXD的一個(gè)IXD。此處，應(yīng)用了集成單元200。然而，也可以應(yīng)用諸如比如圖3a-3c中示意性描述的色輪選項(xiàng)。因此，特定收集器300，此處的CPC 190，可以被應(yīng)用用于基于3IXD的系統(tǒng)和基于數(shù)字光 處理(DLP)的系統(tǒng)這二者。部分的發(fā)光材料170可以用反射材料替代，特別是當(dāng)固態(tài)光源115配置成產(chǎn)生藍(lán)色光時(shí)。此處，分別參考發(fā)光材料170a、170b和170c，比如取代發(fā)光材料170a，可以應(yīng)用反射材料。其它收集器300可以用于分別收集發(fā)光材料170b (諸如發(fā)射綠色的發(fā)光材料)和發(fā)光材料170c (諸如發(fā)射紅色的發(fā)光材料)的發(fā)光。關(guān)于圖4c的一種變型為圖3d(組合了圖3a_3c中不意性描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例)發(fā)光材料不集成在收集器300中，而是集成在色輪中(比如見圖3a-3c)。在這種實(shí)施例中，收集器300布置在距色輪非零距離處。圖5a_5c不意性描述光源單兀215的實(shí)施例，該光源單兀包括多個(gè)固態(tài)光源115,分別配置成產(chǎn)生固態(tài)光源束111 ;多個(gè)收集器300,分別具有第一端部301和相對(duì)的第二開口 302 ;分布器181，在收集器300上分布固態(tài)光源束111并且將分布的固態(tài)光源光束在第一端部301的方向上引導(dǎo)通過第二收集器開口 302 ;以及發(fā)光材料170,其布置在第一端部301，其中發(fā)光材料170配置成在由固態(tài)光源束111激發(fā)時(shí)產(chǎn)生可見光，以及其中收集器300配置成收集可見光以形成發(fā)射束113。在實(shí)施例中，收集器300包括CPC收集器(如上所述)。圖5c示意性描述其在投影系統(tǒng)中的實(shí)施方式，并且描述投影系統(tǒng)100，該投影系統(tǒng)包括投影光源單元215和3IXD單元150，其中投影光源單元215還配置成提供多個(gè)發(fā)射束113到3LCD單元150。圖5b示意性描述包括三組光源單元(215)的實(shí)施例，其中各光源單元(215)配置成分別提供RGB光。圖5c示意性描述包括兩組或更多組光源單元215的實(shí)施例，其中每個(gè)光源單元215配置成提供多個(gè)發(fā)射束113到3IXD單元150的相應(yīng)IXD單元。
權(quán)利要求
1.一種投影系統(tǒng)(100)，包括投影光源(110)和色輪(120)，其中投影光源(110)包括固態(tài)光源(115)，該固態(tài)光源配置成產(chǎn)生具有固態(tài)光源束截面的固態(tài)光源束(111)，其中束成形光學(xué)器件(161)布置在色輪(120)的上游，該束成形光學(xué)器件配置成將固態(tài)光源束截面成形為預(yù)定義形狀，優(yōu)選地成形為矩形截面，以及其中色輪(120)包括發(fā)光材料(170)，該發(fā)光材料可由固態(tài)光源束(111)激發(fā)并且配置成在由固態(tài)光源束(111)激發(fā)時(shí)產(chǎn)生用于投影在圖像面板(290)上的可見光 (116)，色輪(120)包括具有互不相同的發(fā)光材料(170)的至少兩個(gè)區(qū)域(125)，所述發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束(111)激發(fā)時(shí)產(chǎn)生互不相同的光譜的可見光(116)，其特征在于所述區(qū)域(125)布置在距色輪(120)的旋轉(zhuǎn)軸(122)不同距離處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的投影系統(tǒng)(100)，其中束成形光學(xué)器件(161)包括復(fù)眼積分器或衍射光學(xué)兀件。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，其中固態(tài)光源(115)選自由下述組成的群組激光二極管和LED。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，其中發(fā)光材料(170)包含在陶瓷本體中或上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，其中投影系統(tǒng)(100)還包括收集器(300)，特別是反射收集器，布置在色輪(120)的下游，并且配置成收集來自發(fā)光材料(170)的可見光(116)并且配置成在圖像面板(290)的方向上反射可見光(116)，其中圖像面板(290)包括數(shù)字光處理(DLP)單元(140)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，其特征在于按照斯托克斯頻移遞增的順序，發(fā)光材料(170)布置在距旋轉(zhuǎn)軸(122)遞增的距離處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的投影系統(tǒng)(100)，其中收集器(300)布置在色輪(120)的下游，該收集器配置成允許固態(tài)光源束(111)的透射并且配置成收集來自發(fā)光材料(170)的用于投影在圖像面板(290)上的可見光(116)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的投影系統(tǒng)(100)，其中收集器(300)包括復(fù)合拋物面聚光器(CPC)(190)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，其中投影系統(tǒng)(100)為基于3LCD的系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的投影系統(tǒng)(100)，包括光學(xué)器件(182)，該光學(xué)器件配置成將來自發(fā)光材料(170)的收集的可見光(116)引導(dǎo)至3LCD單元(150)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，其中固態(tài)光源(115)配置成產(chǎn)生藍(lán)色光。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的投影系統(tǒng)(100)，包括投影光源單元(215)和3LCD單元(150)，其中投影光源單元包括 多個(gè)固態(tài)光源(115)，分別配置成產(chǎn)生固態(tài)光源束(111)， 多個(gè)收集器(300)，分別具有第一端部(301)和相對(duì)的第二開口(302)， 分布器(181)，在收集器(300)上分布固態(tài)光源束(111)并且將分布的固態(tài)光源光束在第一端部(301)的方向上引導(dǎo)通過第二收集器開口(302), 布置在第一端部(301)的發(fā)光材料(170)，其中發(fā)光材料(170)配置成在由固態(tài)光源束(Ill)激發(fā)時(shí)產(chǎn)生可見光(116)，以及其中收集器(300)配置成收集可見光(116)以形成發(fā)射束(113)； 其中投影光源單元(215)還配置成提供多個(gè)發(fā)射束(113)到3LCD單元(150)。
13.—種色輪(120)，包括具有互不相同的發(fā)光材料(170)的至少兩個(gè)區(qū)域(125)，所述發(fā)光材料配置成在由固態(tài)光源束(111)激發(fā)時(shí)產(chǎn)生互不相同的光譜的可見光(116)，以及其中區(qū)域(125)布置在距色輪(120)的旋轉(zhuǎn)軸(122)不同距離處，其中按照斯托克斯頻移 遞增的順序，發(fā)光材料(170)布置在距旋轉(zhuǎn)軸(122)遞增的距離處。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的色輪，其中色輪(120)包括分別具有RGB發(fā)光材料(170)的三個(gè)區(qū)域(125)，或者其中色輪(120)包括分別具有RG發(fā)光材料的兩個(gè)區(qū)域(125)和具有反射材料的一個(gè)區(qū)域(125)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影系統(tǒng)(100)，其包括投影光源(110)和色輪(120)，其中投影光源(110)包括固態(tài)光源(115)，該固態(tài)光源配置成產(chǎn)生具有固態(tài)光源束截面的固態(tài)光源束(111)。束成形光學(xué)器件(161)布置在色輪(120)的上游，該束成形光學(xué)器件配置成將固態(tài)光源束截面成形為矩形截面。色輪(120)包括不同發(fā)光材料(170)的各區(qū)域(125)，所述發(fā)光材料可由固態(tài)光源束(111)激發(fā)并且配置成在由固態(tài)光源束(111)激發(fā)時(shí)產(chǎn)生用于投影在圖像面板(290)上的可見光(116)。各區(qū)域(125)布置在距色輪(120)的旋轉(zhuǎn)軸(122)不同距離處。
文檔編號(hào)H04N9/31GK102971672SQ201180033906
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者Y.阿克塞諾夫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司