CN1198179C - 照明系统和使用该照明系统的投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不使用色轮而实现彩色图像的照明系统、以及应用该照明系统的投影系统。该照明系统包括：第一、第二和第三发光装置和第一和第二全息图。第一、第二和第三发光装置发射具有不同波长的光束。第一和第二全息图相对所述第一、第二和第三发光装置以预定角度设置成“X”结构、并根据光波长透射或反射入射光。该投影系统包括：第一、第二和第三发光装置，第一和第二全息图，显示装置，和投影透镜单元。第一、第二和第三发光装置发射具有不同波长的光束。第一和第二全息图相对所述第一、第二和第三发光装置以预定角度设置成“X”结构、并根据光波长透射或反射入射光。显示装置根据输入信号处理沿一个方向经第一和第二全息图装置的入射光束、并形成图像。投影透镜单元将显示装置形成的图像放大并投影到屏幕上。该照明系统和投影系统可实现宽的色域。因此，该照明系统和投影系统能提供高密度和高质量的图像、并能通过压缩光束的横截面区而减小尺寸。

Description

照明系统和使用该照明系统的投影系统

技术领域

本发明涉及照明系统和投影系统，特别涉及不使用色轮即可形成彩色图像的小型照明系统、和使用该照明系统的投影系统。

背景技术

参看图1，常规投影器包括：光源100，第一中继透镜102，色轮105，蝇眼透镜107，第二中继透镜110，显示装置112，和投影透镜系统115。第一中继透镜102聚焦发自光源100的光束。色轮105将入射光分成三种颜色(R、G、B)的光束。蝇眼透镜107使已穿过色轮105的光束均匀。第二中继透镜110使已穿过蝇眼透镜107的光束聚焦。显示装置112用经色轮105而连续入射的R、G、B光束形成彩色图像。投影透镜单元115使显示装置112形成的彩色图像放大、并将放大的彩色图像投影到屏幕118上。

光源100包括：氙灯，金属卤化物灯和能发射大量不必要的红外线和紫外线、因而产生大量的热的超高性能灯。冷却扇用于冷却光源100，但它会产生噪声。另外，这些灯具有宽的发射频谱和窄的色域。所以，这些灯只能发射窄范围的色彩、且色纯度不好、寿命较短。

在常规投影系统中，驱动电机(未示出)以高速度转动色轮105、以便用R、G、B彩色照明显示装置112从而产生彩色图像。R、G、B滤色片对称地设置在色轮105上，色轮在成像期间旋转。当色轮105旋转时，彩色R、G、B基于显示装置112的响应速度连续地通过。所以，对入射光而言，2/3的光被损失。另外，在色轮105的彩色之间的边界处形成预定间隙。于是，在色轮105的彩色之间的边界处产生光损失。

此外，由于色轮105以高速度机械地旋转，所以噪音大、且稳定性差。由于驱动电机的结构限制，要使色轮105达到预定速度是很困难的。因而，会产生色乱现象。另外，色轮105的制作也很昂贵。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一个照明系统和使用该照明系统的投影系统，该照明系统尺寸紧凑、且能不使用色轮而利用简单的结构通过将从发光装置发射的不同彩色的光合成为单通道而实现彩色图像。

相应地，为了达到上述目的，提供了一个照明系统，它包括第一、第二、和第三发光装置和第一和第二全息图。第一、第二和第三发光装置发射具有不同波长的光束。所述第一、第二和第三发光装置围绕着所述第一和第二全息图设置。第一和第二全息图相对第一、第二、和第三发光装置以预定角度设置成“X”排列、并根据光的波长透过或反射入射光。

第一、第二、和第三发光装置具有阵列结构。

第一、第二、和第三发光装置是LEDs、激光二极管、有机ELCs、或FEDs。

该照明系统还包括准直光形成装置，用于准直发自第一、第二、和第三发光装置的光束。

准直光形成装置是准直透镜阵列或菲涅耳透镜阵列。

为了达到上述目的，提供一个采用本发明照明系统的投影系统。该投影系统包括：第一、第二、和第三发光装置，第一和第二全息图，显示装置，和投影透镜单元。第一、第二、和第三发光装置发射具有不同波长的光束。所述第一、第二和第三发光装置围绕着所述第一和第二全息图设置。第一和第二全息图相对第一、第二、和第三发光装置以预定角度设置成“X”排列、并根据光的波长透过或反射入射光。显示装置根据输入信号处理沿一个方向经第一和第二全息图装置的入射光束、并形成图像。投影透镜单元将显示装置形成的图像放大并投影到屏幕上。

附图说明

通过结合附图对本发明优选实施例的详细说明，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚。在附图中：

图1是常规投影器的结构示意图；

图2是本发明的照明系统和投影系统的结构示意图。

具体实施方式

参看图2，本发明的照明系统5包括：第一、第二、和第三发光装置10、13和15，它们发射具有不同波长的光束；第一和第二全息图装置30和35，它们相对第一、第二、和第三发光装置10、13和15设置成“X”形。

第一、第二、和第三发光装置10、13和15可以是发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)、有机电致发光元件(ELCs)、或场致发射显示器(FEDs)。多个发光装置可设置成两维结构以提供更大的亮度。第一、第二、和第三发光装置10、13和15或发光装置阵列可被设置成用以发射具有不同波长的光束。例如，第一发光装置10或发光装置阵列可以发射红(R)光，第二发光装置13或发光装置阵列可以发射绿(G)光，第三发光装置15或发光装置阵列可以发射兰(B)光。

第一、第二、和第三发光装置10、13和15被设置成矩形的三个侧面。第一和第二全息图装置30和35相对第一、第二、和第三发光装置10、13和15中的每一个以预定角度设置成X形。第一和第二全息图装置30和35被设置成只能透射或反射具有预定波长的光束。例如，第一全息图装置30可反射R光束、而透射其它光束，第二全息图装置35可反射B光束、而透射其它光束。于是，第一全息图装置30沿标号“A”所示方向、反射从第一发光装置10发射的R光束，第二全息图装置35沿“A”方向反射从第三发光装置15发射的B光束。第一和第二全息图装置30和35沿“A”方向透射从第二发光装置13发射的G光束。结果，第一和第二全息图装置30和35允许从第一、第二、和第三发光装置10、13和15所发射的R、G、B光束沿单通道被发射。

这里，第一和第二全息图装置30和35可利用衍射图案控制入射光的反射角。所以，与反射镜或分光镜不同，第一和第二全息图装置30和35的设置角度可被控制。换言之，当第一和第二全息图装置30和35设置成X形时，它们的倾斜角度可被控制。于是，光束的横截面区可被压缩。另一方面，反射镜或分光镜必需相对入射光束保持45°角、以便以90°角反射入射光。不过，借助衍射图案，即使当第一和第二全息图装置30和35的设置角度小于45°时，它们也能以90°角反射入射光。所以，第一和第二全息图装置30和35以小于45°的倾斜角设置、以使发射光束的横截面区比入射光束减小。因此，本发明的照明系统可以尺寸紧凑。

诸如准直透镜阵列或菲涅耳透镜阵列的准直光形成装置20、23和25可被进一步设置用来准直从第一、第二、和第三发光装置10、13和15或发光装置阵列所发射的光束。准直光形成装置20、23和25与第一、第二、和第三发光装置10、13和15或发光装置阵列相对且平行。

下面说明采用本发明照明系统的投影系统。

如图2所示，本发明的投影系统包括：第一、第二、和第三发光装置10、13和15，第一和第二全息图装置30和35，显影装置45，投影透镜单元48。第一、第二、和第三发光装置10、13和15发射具有不同波长的光束。第一和第二全息图装置30和35相对第一、第二、和第三发光装置10、13和15设置成“X”形。显影装置45根据输入信号对于经第一和第二全息图装置30和35沿同一通道入射的具有预定波长的光束进行处理、并形成图像。投影透镜单元48将显示装置45显示的图像放大并投影到屏幕50上。

如前所述，第一、第二、和第三发光装置10、13和15是发射具有不同波长光束的光源。第一、第二、和第三发光装置10、13和15可以是LEDs、LDs、有机ELCs、或FEDs。诸如准直透镜阵列或菲涅耳透镜阵列的平行光形成装置可被进一步设置，以便准直从第一、第二、和第三发光装置10、13和15所发射的光束。

第一和第二全息图装置30和35选择性地透射或反射从不同方向发射的三种光束中的每一种光束、并沿同一方向处理光束。根据输入信号，入射在显示装置45上的光束基于像素乘像素基准而切换通/断、以便形成图像。显示装置45可以是能够移动的反射镜装置或液晶显示器(LCD)。微型镜根据图像信号而执行的通/断切换操作，可使可移动反射镜实现彩色图像。

可以设置诸如积分杆(integrating rod)或蝇眼透镜以实现第一和第二全息图装置30和35和显示装置45之间光通道上的光束强度的均匀性。还可设置第一中继透镜38和第二中继透镜42。第一中继透镜38会聚从第一和第二全息图装置30和35发射并穿过均匀光形成装置40的均匀光束。第二中继透镜42会聚从均匀光形成装置40发射到显示装置45的均匀光束。

第一、第二、和第三发光装置10、13和15或发光装置阵列分别连续地发射R、G、B光束。而后，从不同方向发射的R、G、B光束因第一和第二全息图装置30和35而移动到同一通道。这里，通过控制第一和第二全息图装置30和35的倾斜角，可使穿过第一和第二全息图装置30和35而发射的光束的横截面区被压缩得比从第一、第二、和第三发光装置10、13和15所发射的光束的横截面区更小。因此，照明系统5的尺寸可以缩小，投影系统可尺寸紧凑。

经第一和第二全息图装置30和35而合成为单通道的光束穿过第一中继透镜38、均匀光形成装置40、第二中继透镜42、并以均匀状态入射到显示装置45。之后，根据图像信号，光束由显示装置45根据像素乘像素基准而进行通/断切换操作以形成彩色图像。所形成的彩色图像被投影透镜单元48放大并投影到屏幕50上。

本发明的照明系统提供的发光装置利用发光阵列可发射具有所需波长范围中的窄频谱或具有改善的色纯度的色域和较宽分布的光束。光束的横截面区可借助使用全息图装置和从不同方向发射的光束的简单结构而被压缩。所以，照明系统可被尺寸紧凑、且光损失可减小。另外，该照明系统使用发光装置或发光装置阵列。因此，与常规灯光源相比，该照明系统产生热量少，寿命得以延长。

另外，在使用本发明照明系统的投影系统中，由于照明系统设有发光装置或发光装置阵列，所以时序驱动是可能的。因此不再需要色轮，驱动色轮的电机所产生的噪音问题也可消除。由于通/断切换操作比色轮可能的旋转要快，所以可实现高帧速、并能减小功耗。因此，使用本发明照明系统的投影系统可提供高密度和高质量的图像。

Claims (15)

1.一种照明系统，包括：

第一、第二和第三发光装置，用以发射具有不同波长的光束；和

第一和第二全息图，所述第一、第二和第三发光装置围绕着所述第一和第二全息图设置，所述第一和第二全息图相对所述第一、第二和第三发光装置以预定角度设置成“X”结构、并根据光波长透射或反射入射光。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一、第二和第三发光装置具有阵列结构。

3.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于，所述第一、第二和第三发光装置中的每一个都是LEDs、激光二极管、有机ELCs、或FEDs。

4.如权利要求3所述的照明系统，还包括：准直光形成装置，用于准直从所述第一、第二和第三发光装置发射的光束。

5.如权利要求4所述的照明系统，其特征在于，所述准直光形成装置是准直透镜阵列或菲涅耳透镜阵列。

6.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一和第二全息图所成的预定角度小于45°。

7.一种投影系统，包括：

第一、第二和第三发光装置，用以发射具有不同波长的光束；和

第一和第二全息图，所述第一、第二和第三发光装置围绕着所述第一和第二全息图设置，所述第一和第二全息图相对所述第一、第二和第三发光装置以预定角度设置成“X”结构、并根据光波长透射或反射入射光；

显示装置，用于根据输入信号处理沿一个方向经第一和第二全息图装置的入射光束、并形成图像；

投影透镜单元，用于将显示装置形成的图像放大并投影到屏幕上。

8.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述第一、第二和第三发光装置具有阵列结构。

9.如权利要求7或8所述的投影系统，其特征在于，所述第一、第二和第三发光装置中的每一个都是LEDs、激光二极管、有机ELCs、或FEDs。

10.如权利要求9所述的投影系统，还包括：准直光形成装置，用于准直从所述第一、第二和第三发光装置发射的光束。

11.如权利要求10所述的投影系统，其特征在于，所述准直光形成装置是准直透镜阵列或菲涅耳透镜阵列。

12.如权利要求10所述的投影系统，还包括：均匀光形成装置，用于使从所述第一和第二全息图装置发射的光束的亮度均匀。

13.如权利要求12所述的投影系统，其特征在于，所述均匀光形成装置是积分杆或蝇眼透镜。

14.如权利要求12或13所述的投影系统，还包括：将入射光束会聚到预定位置的中继透镜位于所述均匀光形成装置之前和之后。

15.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述第一和第二全息图所成的预定角度小于45°。

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