照明系统和集成该照明系统的投影系统技术方案

本文公开了照明系统和集成该照明系统的投影系统。所述照明系统包括独立可操作光源的二维阵列。每个光源基本上照明了像素化光调制器的整个有效区域。每个光源朝向不同的发射方向发出光。每个发射方向被导向所述有效区域的各个位置。所述有效区域中的每个像素通过独立可操作光源的二维阵列所发出的入射光锥来照明。所述光锥有锥角，并且包括每个光源发出的至少一条光线。通过调整一个或多个独立可操作光源的输出强度来控制至少一个这类光锥的锥角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及照明系统。本专利技术尤其适用于在投影系统中生 成高对比度的照明系统。
技术介绍
照明系统通常包括光源及将光从光源传输到预期目标的照明光 学器件。照明系统可在多种应用中使用，如投影显示器和用于液晶显示器(LCD)的背光源。照明系统中的光源可包括弧光灯(如水银弧 光灯)、白炽灯、荧光灯、发光二极管(LED)或激光。投影系统通常包括用于生成图像的活性光阀、用于照明该光阀 的照明系统以及用于投影和显示图像(通常在投影屏上)的光学器件。 投影系统中的照明系统通常使用一个或多个白光源，例如弧光灯。照 明系统的照明光学器件可以包括用于将白光分解为不同色光(如红、 绿和蓝)的装置。通常希望照亮光阀的方式能够使显示的投影图像具有高亮度、 高分辨率和高对比度。
技术实现思路
一般来讲，本专利技术涉及照明系统。本专利技术还涉及投影系统中采 用的照明系统。在本专利技术的一个实施例中，照明系统包括多个分立光源。可以 单独控制每个分立光源的输出光强度。照明系统还包括位于多个分立 光源共轭平面上的孔径光阑。孔径光阑有开口。多个分立光源发出的 光填充开口的至少一部分，且在孔径光阑上形成了第一光场。照明系 统还包括像素化光调制器，其具有能够显示可投影图像的有效区域。 第一光场照明该有效区域，且在有效区域上形成第二光场。第一和第二光场形成了傅立叶变换对。通过选择性控制一个或多个分立光源的 输出强度可以调整可投影图像的对比度。在本专利技术的另一个实施例中，照明系统包括独立可操作的光元件的二维阵列。照明系统还包括第一光学传输系统。第一光学传输系 统从光元件接收光，并且照明像素化光调制器的有效区域。该有效区 域能够显示可投影图像。来自至少一个光元件的光从有限多个方向照 明该有效区域。每个光元件均照亮该有效区域中的每个像素。通过调 整一个或多个光元件的输出强度可以控制可投影图像的对比度。在本专利技术的另一个实施例中，照明系统包括独立可操作光源的 二维阵列。每个光源能够基本上照明像素化光调制器的整个有效区域。每个光源朝不同的发射方向发射光。每个发射方向指向有效区域 的各自位置。独立可操作光源的二维阵列发出的入射光锥照明有效区 域中的每个像素。该光锥有锥角，包括每个光源发出的至少一条光线D通过调整一个或多个独立可操作光源的强度可控制至少一个此类光 锥的锥角。本专利技术的另一个实施例中，照明系统包括扩展光源，该扩展光 源能够发射具有可调二维强度分布的光。照明系统还包括光调制器， 该光调制器具有可显示图像的有效区域。扩展光源中的点从相同方向 照明整个有效区域。扩展光源中不同点的方向也不同。通过调整发射 光的二维强度分布可控制显示图像的对比度。在本专利技术的另一个实施例中，投影系统包括多个分立光源，这 些光源可以照亮像素化光调制器的有效区域以形成具有对比度的可 投影图像。每个分立光源基本上照明了整个有效区域。投影系统还包 括用于单独控制每个分立光源的输出光强度的处理器。处理器还确定对应于每个分立光源的对比度。处理器还确定可投影图像的平均亮 度。如果平均亮度小于阈值，处理器减少一个或多个具有低对比度的 分立光源的输出光强度，以增加可投影图像的对比度。附图说明结合附图对本专利技术的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和体会本专利技术，其中图1示出了本专利技术一个实施例中照明系统的示意性三维视图； 图2a和2b示出了图1扩展光源强度分布的两个示例性横截面-，图3示出了本专利技术一个实施例中照明系统的示意性侧视图； 图4a-4e示出了本专利技术的示意性光锥； 图5示出了本专利技术的另一个示意性光锥；图6a-6c示出了本专利技术不同实施例中示例性光组件的示意性正视图；图7示出了本专利技术一个实施例中投影显示器的示意性三维视图；图8a和8b示出了本专利技术的示例性照明方向；图9示出了本专利技术的其它示例性照明方向；图10示出了本专利技术一个实施例中光传输系统的示意性侧视图；图11示出了本专利技术另一个实施例中光传输系统的示意性侧视图；图12示出了本专利技术另一个实施例中光传输系统的示意性侧视图；图13示出了本专利技术另一个实施例中光传输系统的示意性侧视图；图14示出了本专利技术一个实施例中投影显示器的示意性侧视图； 图15示出了本专利技术一个实施例中光传输系统的示意性侧视图； 图16示出了本专利技术一个实施例中投影显示器的示意性侧视图； 图17a和17b示出了本专利技术不同实施例中示例性光源的示意 性正视图；图18示出了本专利技术一个实施例中照明系统的示意性侧视图； 图19示出了本专利技术一个实施例中投影系统的示意性侧视图；且图20示出了本专利技术另一个实施例中投影系统的示意性侧视图;具体实施方式本专利技术整体涉及照明系统。本专利技术还适用于包括照明系统且希 望以高对比度和高亮度显示投影图像的投影系统。本专利技术尤其适用于包括液晶显示器(LCD)或数字微镜装置(DMD)来生成可投影图像 的投影系统。在本说明书中，在多个图形中使用的相同附图标记指代具有相 同或相似特性和功能的相同或相似元件。本专利技术的一个优点是可动态控制照明系统的光强度分布，以优 化每个或一系列投影图像的对比度和/或亮度，取决于如投影图像的 整体亮度等。例如，对于明亮的投影图像，如室外日间场景，照明系 统可动态地控制以提供最大亮度；对于相对暗的投影图像，如夜间场 景，提供最优的对比度。图1示出了本专利技术一个实施例中照明系统100的示意性三维 视图。照明系统100包括光组件110和光调制器130。光调制器 110包括用于发光照明光调制器130的扩展光源115。根据本专利技术的一个方面，扩展光源115朝不同的发射方向发射 光，如由射线112A、 112B和112C指示的方向。扩展光源115的 二维强度分布，例如，在x-y平面上，可由电子器件105沿着x-y 平面中的一个或多个方向控制。例如，如图2a和2b所示，电子器 件105控制沿着Al-A2和Bl-B2方向的强度分布。图2a示出了 在x-y平面中，作为x方向上的位置的函数的强度I;图2b示出了 作为y方向上的位置的函数的强度。具体地讲，图2a示出了 Al-A2 方向上的示例性强度分布210和211，图2b示出了 Bl-B2方向 上的示例性强度分布220和221。强度分布210和220可对应电 子器件105的一种配置；强度分布211和221可对应电子器件105 的另一种不同的配置。应当理解，A1A2和B1B2仅为示例性方向。 一般来讲，根据本专利技术中的一个方面，电子器件105能够给扩展光 源115供电，以在x-y平面产生所需的二维强度分布。重新参考图1，光调制器130具有能够显示图像的有效区域 140。根据本专利技术的一个方面，扩展光源115中的每个发光点均可基本上照明了整个有效区域140。例如，扩展光源115的发光点113 和114中任一个均可基本上照明了整个有效区域140。此外，扩展 光源115中每个单独的发光点从公共的方向(不同的发光点有不同 的公共方向)照明有效区域140。例如，扩展光源115中的发光点 113发出立体锥角为a的光锥117。锥体117中包括示例性的光 射线113A、 113B和113C。光锥117从公共方向U照明有效区 域140。具体地讲，发射光射线113A照明有效区域140，记为光 射线Ul;发射光射线113B照明有效区域140，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投影显示器的照明系统，包括：多个分立光源，每个分立光源的输出光强度可独立控制；孔径光阑，其位于多个分立光源的共轭平面中，所述孔径光阑具有开口，所述多个分立光源发出的光填充所述开口的至少一部分，并在所述孔径光阑上形成了第一光场；以及像素化光调制器，其具有能够显示可投影图像的有效区域，所述第一光场照亮该有效区域并在该区域形成第二光场，所述第一、第二光场形成傅立叶变换对，可通过有选择地控制一个或多个所述分立光源的输出强度来调整所述可投影图像的对比度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-8-29 11/215,7701.一种用于投影显示器的照明系统，包括多个分立光源，每个分立光源的输出光强度可独立控制；孔径光阑，其位于多个分立光源的共轭平面中，所述孔径光阑具有开口，所述多个分立光源发出的光填充所述开口的至少一部分，并在所述孔径光阑上形成了第一光场；以及像素化光调制器，其具有能够显示可投影图像的有效区域，所述第一光场照亮该有效区域并在该区域形成第二光场，所述第一、第二光场形成傅立叶变换对，可通过有选择地控制一个或多个所述分立光源的输出强度来调整所述可投影图像的对比度。2. 根据权利要求1所述的照明系统，其中所述多个分立光源 形成分立光源圆形阵列。3. 根据权利要求1所述的照明系统，其中所述多个分立光源 中的至少一个是LED。4. 根据权利要求1所述的照明系统，其还包括用于独立操作 每个分立光源的电子电路。5. 根据权利要求1所述的照明系统，其中所述孔径光阑的开 口是圆形。6. 根据权利要求1所述的照明系统，其中从所述多个分立光 源发出的光基本上填充孔径光阑的整个开口。7. 根据权利要求1所述的照明系统，其中所述多个分立光源 的每一个均在孔径光阑的开口中成像。8. 根据权利要求1所述的照明系统，其中所述像素化光调制 器包括液晶调制器。9. 根据权利要求1所述的照明系统，其中所述像素化光调制 器包括数字微镜装置。10. 根据权利要求1所述的照明系统，其中通过减少所述多个 分立光源中一个或多个最外沿分立光源的输出强度来增加所述可投 影图像的对比度。11. 一种投影显示器，其包括一个或多个根据权利要求1所述 的照明系统。12. 根据权利要求11所述的投影显示器，其为前投影显示器。13. 根据权利要求11所述的投影显示器，其为背投显示器。14. 根据权利要求11所述的投影显示器，其中所述投影显示 器形成的图像为虚像。15. —种用于投影显示器的照明系统，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿利R康纳，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]