專利名稱：用于單個成像器微顯示的離散的高開關速度的照明幾何結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種投影系統(tǒng)，更特別地涉及一種利用具有單個成像器微顯示的離散的單色高開關速度的光源的投影系統(tǒng)。
背景技術：
微顯示越來越多地用于在顯示應用比如背投電視中投影圖像。對于彩色投影系統(tǒng)，微顯示器的一個或多個成像器逐個像素地調(diào)制一個單色光輸入，以形成調(diào)制光像素的矩陣。然后，三個單色調(diào)制光的矩陣在屏幕或漫射片上組合以形成可視彩色圖像。該單色成像可以通過將白色光源分成三個單色光束、并利用三個分開的成像器來調(diào)制分開的單色光束(稱作多成像器微顯示)來實現(xiàn)。然而，在微顯示投影系統(tǒng)中使用三個分開的成像器會是昂貴的。
可選擇地，白色光源例如可以由色輪在時間上分成單色光束，以使分開的單色光束被單個成像器順序地調(diào)制。由于光色改變的速度，所以這些順序(sequential)顏色由眼睛混合以產(chǎn)生彩色圖像。用于在時間上分離光的色輪也會是昂貴的。此外，當光束處于將色輪的不同顏色濾光片分開的輻條上時，光的傳輸效率受到不利的影響。單個成像器微顯示投影系統(tǒng)也提供了差的功率效率，因為在任何給定時間產(chǎn)生的大多數(shù)光被色輪濾出。
用于改變自發(fā)光發(fā)射的波長的諧振微腔結構(RMA)裝置例如從美國專利No.5,804,919和5,955,839中可知。這些裝置重新吸收在期望的波長范圍之外的光，從而僅僅發(fā)射在期望的波長范圍的光，同時減少了總功耗。
發(fā)明內(nèi)容
提出一種使用三個離散的快速開關的光源來制造用于單個成像器微顯示裝置的照明系統(tǒng)的系統(tǒng)。在本發(fā)明的典型實施例中提供一種投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)包括三個離散單色光源，用于順序地提供藍色、綠色和紅色的單色束給單個成像器。每個單色光源具有與投影系統(tǒng)的刷新率相一致的開關速度，以用于產(chǎn)生順序離散的單色光束，該單個成像器逐個像素地調(diào)制每個單色光束以形成調(diào)制光像素的矩陣。這些單色調(diào)制光的矩陣被組合以形成全色可視圖像。
本發(fā)明將參考附圖進行描述，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明典型實施例使用具有單個成像器的離散的高開關速度照明源的投影系統(tǒng)的框圖；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例通過三個離散的高開關速度照明源所產(chǎn)生的單色光束的路徑。
具體實施例方式
圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的投影系統(tǒng)。三個單色光源10B、10G和10R分別發(fā)射處于藍色、綠色和紅色光譜的單色光束11B、11G和11R。在所說明的例子中，單色光源10B、10G、10R是諧振微腔結構(RMA)裝置。這些單色光源10B、10G和10R被順序接通，以使在任何時間點，這三個單色光源中只有一個被接通。因此，雖然圖2中為了方便起見示出了全部三個單色光束11B、11G、11R，但是在任何特定時間將產(chǎn)生這三個光束中的僅僅一個光束。這些單色光源10B、10G、10R具有高開關速度，以使它們每個對于采用典型投影系統(tǒng)的顯示器可以在單個刷新周期期間被循環(huán)打開。例如，具有UHP燈并使用順序顏色的典型液晶顯示電視或DLP顯示電視具有每一視頻幀大約2至6個周期的顏色變化速度(RGBRGB等)。該顏色變化速度或循環(huán)速度受到物理色輪速度和為了電弧穩(wěn)定性而對燈進行脈沖激勵的必要性的約束。快的循環(huán)速度造成燈壽命快速惡化，而慢的循環(huán)速度留下可見的順序彩色偽像。單色光源10B、10G、10R可以以幾微秒來循環(huán)而不快速地惡化其壽命。因此，使用單色光源10B、10G、10R允許每一視頻幀許多次循環(huán)，因此減小了順序彩色偽像的可能性。
這三個單色光源10B、10G、10R與X立方體(X-cube)30的三面30X、30Y和30Z對準。典型X立方體可以從Unaxis of Golden，Colorado或JDS Uniphase ofSanta Rosa，California獲得。該X立方體30具有兩個選擇性反射面30B、30R，它們互相垂直并且與來自三個單色光源10B、10G、10R中的每個的光束成45度角。選擇性反射面30B、30R允許處于大部分色譜的光穿過，而反射處于特定色譜的光。選擇性反射面30B例如反射處于藍色光譜的光，而允許處于綠色和紅色光譜的光穿過它。相比之下，選擇性反射面30R反射處于紅色光譜的光，而允許處于藍色和綠色光譜的光穿過它。
在圖1的投影系統(tǒng)中，由與X立方體30的面30Y對準的綠色單色光源10G產(chǎn)生處于綠色光譜的p偏振光束11G。該綠色光束11G進入面30Y，并且穿過X立方體30的選擇性反射面30B、30R二者，從而通過X立方體30與面30Y相對布置的面30A射出。藍色單色光源10B被布置成與X立方體的面30X對準。該藍色單色光源10B產(chǎn)生處于藍色光譜的p偏振光束11B。該藍色光束11B通過面30X進入X立方體30，并且由選擇性反射面30B成直角地反射，從而通過面30A射出X立方體30。應當注意，藍色光束11B的一部分入射在選擇性反射面30R上，但是由于選擇性反射面30R僅僅反射處于紅色光譜的光，因此這一藍色光穿過選擇性反射面30R。紅色單色光源10R被布置成與X立方體的面30Z對準。該紅色單色光源10R產(chǎn)生處于紅色光譜的p偏振光束11R。該紅色光束11R通過面30Z進入X立方體30，并且由選擇性反射面30R成直角地反射，從而通過面30A射出X立方體30。應當注意，該紅色光束11R的一部分入射在選擇性反射面30B上，但是由于選擇性反射面30B僅僅反射處于藍色光譜的光，因此這一紅色光穿過選擇性反射面30B。
從前面的描述中應當理解，來自這三個單色光源10B、10G、10R的每個單色光束都通過面30A射出X立方體30。在本發(fā)明的典型實施例中，將單色光源10B、10G、10R布置成距X立方體30的中心的距離相等，以使這三個單色光束行進相等的距離。這將便于順序定時，正如以下將討論的那樣。
成像器輸入立方體40被布置成最接近源30A，這三個單色光束中的每個光束都通過該源30A射出X立方體30。該成像器輸入立方體40被布置成使得單色光束11B、11G、11R進入面向X立方體30的面40A，并且射出面向單個成像器20的面40B。成像器20可以是硅上液晶(LCOS)成像器或是數(shù)字光脈沖(DLP)成像器。該成像器輸入立方體40與成像器20相匹配。因此，如果如在所說明的實施例中成像器20是LCOS成像器，則成像器輸入立方體40是偏振分束器(PBS)。相反，如果成像器20是DLP成像器，則成像器輸入立方體40是全內(nèi)反射(TIR)棱鏡。本領域技術人員將會理解，單色光束11B、11G、11R由成像器輸入立方體40引導到成像器20中。單個成像器20逐個像素地調(diào)制單色光束11B、11G、11R，以形成用于每個彩色束的調(diào)制光像素12B、12G、12R的矩陣或陣列。調(diào)制光像素12B、12G、12R的矩陣由成像器輸入立方體40引導穿過面40C并且進入投影透鏡50。由投影透鏡50將調(diào)制光的單色矩陣投影到屏幕(未示出)上，在屏幕上這些單色矩陣被觀察者的眼睛組合以形成全色可視圖像。
這三個單色光源10B、10G、10R由控制系統(tǒng)(未示出)順序接通。該控制系統(tǒng)使光源同步，以使當這些光源之一接通時，另兩個光源斷開。這些光源被順序接通，從而允許單個成像器20調(diào)制這三個單色光束11B、11G、11R中的每個。
雖然關于使用用于光源10B、10G、10R的RMA裝置進行了說明和描述，但是設想了使用發(fā)光二極管或激光二極管陣列作為光源10B、10G、10R的可選實施例。對于這些可選實施例，將使用中繼系統(tǒng)來接通和切斷這些發(fā)光二極管或激光二極管陣列。
根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)的一個優(yōu)勢是，能夠非常快速地“開啟”或“關斷”這三個單色光源10B、10G、10R，因此可以使用電子裝置來產(chǎn)生順序顏色(代替了機械裝置，或者相當慢的(并且低效率的)液晶(LC)轉換)。而且存在功率優(yōu)勢，因為來自這些光源中的每個的光束處于非常窄的色帶或波長，因此較少的功率浪費在不需要波長的光上。僅僅產(chǎn)生具有處于三原色(藍色、綠色和紅色)的波長的光。
前述說明了用于實行本發(fā)明的一些可能性。在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，許多其它的實施例也是可能的。因此，打算前面的描述被看作是說明性的而不是限制性的，并且本發(fā)明的范圍由所附權利要求書連同它們的等同物的全部范圍來給出。
權利要求
1.一種投影系統(tǒng)，包括至少三個單色光源，每個光源具有與投影系統(tǒng)的刷新率相一致的開關速度，以用于產(chǎn)生處于藍色、紅色和綠色光譜的單色光束；以及單個成像器，用于逐個像素地調(diào)制這些單色光束，以形成調(diào)制光像素的矩陣。
2.權利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中控制電子裝置順序地接通所述至少三個單色光源。
3.權利要求1所述的投影系統(tǒng)，還包括X立方體，用于向所述成像器引導來自所述三個單色光源的每個單色光束。
4.權利要求3所述的投影系統(tǒng)，還包括成像器輸入立方體，用于將單色光束引導到所述成像器中以及將調(diào)制光像素的矩陣引導到投影透鏡中。
5.權利要求4所述的投影系統(tǒng)，其中所述成像器是DLP成像器，以及所述成像器輸入立方體是TIR棱鏡。
6.權利要求4所述的投影系統(tǒng)，其中所述成像器是LCOS成像器，以及所述成像器輸入立方體是偏振分束器。
7.權利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述單色光源是諧振微腔結構(RMA)裝置。
8.權利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述單色光源是發(fā)光二極管。
9.權利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述單色光源是激光二極管陣列。
10.一種顯示設備，包括至少三個單色光源，其具有與投影系統(tǒng)的刷新率相一致的開關速度，以用于產(chǎn)生具有處于藍色、紅色和綠色光譜的單色光束；成像器，用于逐個像素地調(diào)制所述單色光束，以形成調(diào)制光像素的矩陣；成像器輸入立方體，用于將單色光束引導到所述成像器中以及將調(diào)制光像素的矩陣引導到投影透鏡中；以及X立方體，用于將來自所述至少三個單色光源的每個單色光束引導到所述成像器輸入立方體中。
11.權利要求10所述的顯示設備，其中控制器順序地接通所述至少三個單色光源。
12.權利要求10所述的顯示設備，其中所述成像器是DLP成像器，以及所述成像器輸入立方體是TIR棱鏡。
13.權利要求10所述的顯示設備，其中所述成像器是LCOS成像器，以及所述成像器輸入立方體是偏振分束器。
14.權利要求10所述的顯示設備，其中所述單色光源是諧振微腔結構裝置。
15.權利要求10所述的顯示設備，其中所述單色光源是發(fā)光二極管。
16.權利要求10所述的顯示設備，其中所述單色光源是激光二極管陣列。
全文摘要
提供了一種投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)包括三個離散的單色光源以用于順序地提供藍色、綠色和紅色的單色光束到單個成像器，該成像器逐個像素地調(diào)制所述光以形成調(diào)制光像素的矩陣。每個單色光源具有與投影系統(tǒng)的刷新率相一致的開關速度，以用于產(chǎn)生順序離散的單色光束。所述單色調(diào)制光的矩陣被組合以形成全色可視圖像。
文檔編號H04N9/31GK101036395SQ200480043647
公開日2007年9月12日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權日2004年7月22日
發(fā)明者E·T·小哈爾, J·E·利斯特, E·M·奧唐奈爾 申請人:湯姆森許可公司