照明系统及使用该照明系统的投影系统技术方案

一种可用于在图像投影系统中产生照明光的照明系统包括至少第一成像面板。第一发光元件（例如发光二极管（ＬＥＤ））阵列产生与第一波长范围相关的第一光束。第二发光元件阵列产生与第二波长范围相关的第二光束。第二发光元件阵列至少包括产生第二波长范围内的光的第一发光元件以及产生第一波长范围内的光的第二发光元件。第二发光元件的中心波长的值比第一发光元件的中心波长更接近第一阵列中的发光元件的中心波长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可以用于投影系统中的照明系统和使用该照明系统的投影系统。更具体地说，本专利技术涉及包括产生照明光的发光元件(例如，发光二极管(LED))阵列的照明系统。
技术介绍
照明系统具有广泛的应用，包括投影显示器、液晶显示器(LCD)中的背光以及其它应用场合。投影系统通常包括光源、照明光学器件、成像装置、投影光学器件以及投影屏幕。照明光学器件收集光源发出的光并且将收集的光引向一个或多个成像装置。成像装置通过电子调节和处理的数字视频信号进行控制，产生与视频信号相应的图像光束。投影光学器件放大图像光束并将其投射到投影屏幕上。 白光源例如弧光灯已经并且仍然是投影显示系统中使用的主流光源。在使用白光源的三面板投影系统中，光被分成三个颜色通道(通常是红色、绿色和蓝色)并且被分别引向产生各种颜色图像的面板。其它一些投影系统只使用单个成像面板，因此通常使用旋转色轮过滤白光，使得一次只有一个色带的光入射在面板上。入射在面板上的光顺序地改变颜色红色/绿色/蓝色/红色，等等，并且面板顺序地被驱动为与入射光同步地形成红色/绿色/蓝色/红色图像。 然而，最近已经考虑将发光二极管(LED)作为白光源的替代物。对于三面板系统，使用红色LED阵列照明红色通道，使用绿色LED阵列照明绿色通道，使用蓝色LED阵列照明蓝色通道。LED光源的一些优点包括寿命更长、效率更高以及热特性更好。 然而，基于LED的照明光源显示的色域不能满足Society ofMotion Picture and Television Engineers在Recommended Practices145-1999，“C Color Monitor Colorimetry”(下面称为SMPTE145-1999)所提出的推荐应用。另外，为了获得可接受的白色，基于LED的照明光源经常以不能实现全部可用LED的全强度的模式工作，因此显示出的图像的总体亮度降低。 仍然需要改进用于投影系统的基于LED的照明光源的颜色和亮度。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例涉及包括至少第一成像面板的光学系统。第一发光元件阵列产生与第一波长范围相关的第一光束，发光元件可以是发光二极管(LED)。第一光束被引向至少第一成像面板。第二发光元件阵列产生与第二波长范围相关的第二光束，第二发光元件阵列至少包括第一发光元件，其产生第二波长范围内的光；以及第二发光元件，其产生第一波长范围内的光，第二光束被引向至少第一成像面板。 本专利技术的另一个实施例涉及用于投射彩色图像的投影系统。该系统包括至少第一、第二和第三成像面板。第一成像面板与彩色图像的第一颜色成分相关，第二成像面板与彩色图像的第二颜色成分相关，第三成像面板与彩色图像的第三颜色成分相关。第一发光二极管(LED)阵列能够产生与第一颜色成分相关的第一光束。第一光束被引向第一成像面板。第二LED阵列能够产生与第二颜色成分相关的第二光束。第二光束被引向第二成像面板。第三LED阵列能够产生与第三颜色成分相关的第三光束。第三光束被引向第三成像面板。第一LED阵列包括至少一个产生第二颜色成分的光的LED。 本专利技术的另一个实施例涉及一种光学系统，该系统包括至少第一和第二成像面板；以及第一发光元件阵列，其产生主要与第一波长范围相关的第一光束。第一阵列的第一发光元件产生具有第一中心波长的光。第一光束被引向第一成像面板。第二发光元件阵列产生主要与第二波长范围相关的第二光束。第二发光元件阵列至少包括第二发光元件，其产生具有第二中心波长的光；以及第三发光元件，其产生具有第三中心波长的光。第三中心波长具有比第二中心波长更接近第一中心波长的值。第二光束被引向第二成像面板。 本专利技术的上述概述并非意图描述本专利技术的每个图示的实施例或每种实施形式。附图和下面的详细说明将更具体地举例说明这些实施例。 附图说明 通过下面结合附图对各种示例性实施例的详细描述可以更全面地理解本专利技术，其中 图1示意性示出可以包括本专利技术的投影系统，其中该投影系统利用各个投影透镜单元将各个颜色通道的光投射到屏幕上； 图2示意性示出可以包括本专利技术的投影系统，其中该投影系统组合各个颜色通道的光以形成组合颜色图像光束，利用单个投影透镜单元将该组合颜色图像光束投射到屏幕上； 图3示意性示出可以包括本专利技术的投影系统，其中该投影系统使用反射式成像装置并组合各个颜色通道的光以形成组合颜色图像光束，利用单个投影透镜单元将该组合颜色图像光束投射到屏幕上； 图4和5示意性示出可以包括本专利技术的照明系统的一部分的实施例，该照明系统利用LED阵列产生被引向目标区域的光； 图6显示三个不同的LED样品的作为波长函数的标准化输出功率的曲线图； 图7表示CIE 1931色度图，该图示出标准色域和未补偿照明系统的色域； 图8表示CIE 1931色度图，该图示出标准色域和根据本专利技术原理的具有补偿照明通道的照明系统的色域； 图9表示CIE 1931色度图，该图示出标准色域和根据本专利技术原理的具有两个补偿照明通道的照明系统的色域； 图10表示CIE 1931色度图，该图示出标准色域和根据本专利技术原理的具有三个补偿照明通道的照明系统的色域； 图11示意性示出根据本专利技术原理的照明系统的示例性照明通道 图12表示曲线图，该图示出作为波长和偏振态的函数的x-cube合色器不同颜色通道中的测量光量； 图13A和13B示意性示出根据本专利技术原理的照明系统的一个颜色通道的实施例；以及 图13C示意性示出可以用于图13A和13B的系统中的透镜阵列的实施例。 不同附图中的相似标记代表相似的元件。本专利技术可以有各种修改和替代形式，下面将在附图中作为实例显示并详细地描述其细节。然而应该理解，其意图不是将本专利技术限于所描述的具体实施例。相反，其意图是覆盖落入后附权利要求书所定义的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。 具体实施例方式 具有较高输出功率的LED越来越容易得到，这为LED照明开拓了新的应用领域。可以采用高功率LED解决的一些应用包括用作投影系统和显示系统中的光源、用作机器视觉系统和照相/视频应用甚至例如汽车头灯等远程照明系统中的照明光源。基于LED的光源可以用于很多不同的应用场合。本专利技术的照明系统特别适合的一个应用是投影系统中的成像装置的照明。这种投影系统可以用于例如投影电视机中。 LED通常发出广角光，光学设计者面临的一项挑战是有效收集LED发出的光并且将光引向选定目标区域。另一项挑战是获得产生所需白色的一组颜色，同时保持照明图像尽可能亮。 图1中示意性示出的投影系统100的一个实施例包括照明各个成像装置104a、104b、104c(也称为成像面板)的多个不同颜色的光源102a、102b、102c。每个光源102a、102b、102c可以包括多个发光元件例如发光二极管(LED)，从而产生具有某一颜色的光束。通常，光源102a、102b、102c分别产生红色、绿色和蓝色的照明光束。 例如，与红色光束相关的波长范围可以是约600nm至约700nm，与绿色光束相关的波长范围可以是约500nm至约600nm，与蓝色光束相关的波长范围可以是约400nm至约500nm。这些波长范围的上下限不是严格准确的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，包括：至少第一成像面板；第一发光元件阵列，其产生主要与第一波长范围相关的第一光束，所述第一光束被引向所述至少第一成像面板；第二发光元件阵列，其产生主要与第二波长范围相关的第二光束，所述第二发光元件阵列至少包括产生所述第二波长范围内的光的第一发光元件以及产生所述第一波长范围内的光的第二发光元件，所述第二光束被引向所述至少第一成像面板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-3-30 11/094,6711.一种光学系统，包括至少第一成像面板；第一发光元件阵列，其产生主要与第一波长范围相关的第一光束，所述第一光束被引向所述至少第一成像面板；第二发光元件阵列，其产生主要与第二波长范围相关的第二光束，所述第二发光元件阵列至少包括产生所述第二波长范围内的光的第一发光元件以及产生所述第一波长范围内的光的第二发光元件，所述第二光束被引向所述至少第一成像面板。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一发光元件和所述第二发光元件是LED。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一发光元件阵列包括产生所述第一波长范围内的光的第三发光元件以及产生所述第二波长范围内的光的第四发光元件。4.根据权利要求1所述的系统，还包括第三发光元件阵列，其产生与第三波长范围相关的第三光束，所述第三发光元件阵列至少包括产生所述第三波长范围内的光的第五发光元件。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第三发光元件阵列至少包括第六发光元件，其产生所述第一和第二波长范围之一内的光。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第三发光元件阵列还至少包括第七发光元件，其产生所述第一和第二波长范围中另一个范围内的光。7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二发光元件阵列至少包括第八光源，其产生所述第三波长范围内的光。8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一发光元件阵列至少包括第九发光元件，其产生所述第二和第三波长范围的至少一个范围内的光。9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少第一成像面板至少包括所述第一成像面板、第二成像面板和第三成像面板，所述第一光束照明所述第一成像面板，所述第二光束照明所述第二成像面板，所述第三光束照明所述第三成像面板。10.根据权利要求9所述的系统，其中，第一颜色图像光束从所述第一成像面板传播，第二颜色图像光束从所述第二成像面板传播，第三颜色图像光束从所述第三成像面板传播，并且所述系统还包括二向色合色单元，其将所述第一、第二和第三颜色图像光束组合成组合颜色图像光束。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第一成像面板至少包括所述第一成像面板和第二成像面板，所述第一光束照明所述第一成像面板，所述第二光束照明所述第二成像面板。12.根据权利要求11所述的系统，其中，第一颜色图像光束从所述第一成像面板传播，第二颜色图像光束从所述第二成像面板传播，并且所述系统还包括二向色合色器，其将所述第一和第二颜色图像光束组合成组合颜色图像光束。13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二发光元件阵列中的发光元件的位置与各自的几何集光效率相关，所述第二发光元件阵列中的第二发光元件位于所述第二发光元件阵列中的如下位置，即与小于几何集光效率最大值的几何集光效率相关的位置。14.根据权利要求1所述的系统，其中，来自所述第一发光元件阵列的光利用各个折射光学元件进行收集，并且由各折射光学元件分别引向所述至少第一成像面板。15.根据权利要求1所述的系统，其中，来自所述第一发光元件阵列的光利用各自的聚焦光学元件收集并且引向隧道积分器的输入端，从所述隧道积分器的输出端射出的光被引向所述至少第一成像面板。16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二发光元件阵列包括至少九个发光元件。17.根据权利要求1所述的系统，还包括图像控制器，其连接到所述至少第一成像面板，以控制所述至少第一成像面板形成的图像。18.根据权利要求17所述的系统，其中，图像输入分析单元连接到所述图像控制器，所述图像输入分析单元接收并分析图像信息，所述图像输入分析单元将与所需图像相关的信号传输到所述图像控制器。19.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个投影透镜单元，其设置为投射从所述至少第一成像面板接收的图像光束。20.根据权利要求19所述的系统，还包括投影屏幕，所述图像光束被所述投影透镜单元投射到所述投影屏幕。21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第一成像面板包括液晶显示成像装置和数字多镜装置中至少一个。22.根据权利要求1所述的系统，还包括电源，其连接以便为所述第一和第二发光元件阵列的发光元件提供电力。23.根据权利要求22所述的系统，其中，当所述光学系统显示图像时，所述电源为所述发光元件连续地提供电力。24.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一波长范围是400nm至490nm、490nm至600nm以及600nm至700nm中的一个范围，所述第二波长范围是400nm至490nm、490nm至600nm以及600nm至700nm中的另一个范围。25.一种用于投影彩色图像的投影系统，包括至少第一、第二和第三成像面板，所述第一成像面板与所述彩色图像的第一颜色成分相关，所述第二成像面板与所述彩色图像的第二颜色成分相关，所述第三成像面板与所述彩色图像的第三颜色成分相关；第一LED阵列，其能够产生与所述第一颜色成分相关的第一光束，所述第一光束被引向所述第一成像面板；第二LED阵列，其能够产生与所述第二颜色成分相关的第二光束，所述第二光束被引向所述第二成像面板；以及第三LED阵列，其能够产生与所述第三颜色成分相关的第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙马加里尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]