專利名稱：發(fā)光單元和具有該發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
與本發(fā)明一致的設(shè)備和方法涉及一種用于照射光的發(fā)光單元和具有該發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備，更具體地講，涉及一種可通過以陣列方式排列大量的小尺寸光源來(lái)實(shí)現(xiàn)亮屏(bright screen)的發(fā)光單元和具有該發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，發(fā)光單元包括發(fā)射光的光源以及傳輸由光源發(fā)射的光的發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)。發(fā)光單元被廣泛用于利用不具有發(fā)光能力的成像裝置，諸如液晶顯示器(LCD)或數(shù)字微鏡裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的圖像投影設(shè)備中。最近，已開發(fā)出使用諸如發(fā)光二極管(LED)的小尺寸發(fā)光裝置作為光源的發(fā)光單元和圖像投影設(shè)備。
圖1是第6882379號(hào)美國(guó)專利中公開的傳統(tǒng)圖像投影設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。參照?qǐng)D1，該傳統(tǒng)圖像投影設(shè)備使用透鏡陣列2R、2G和2B來(lái)對(duì)從以陣列方式排列的紅色LED光源1R、綠色LED光源1G和藍(lán)色LED光源1B發(fā)射的彩色光進(jìn)行準(zhǔn)直，并使用顏色合成棱鏡3來(lái)合成彩色光。彩色光通過顏色合成棱鏡3而被并入一條光路中，然后照射到LCD裝置5上。由顯示控制電路8來(lái)控制紅色LED光源1R、綠色LED光源1G和藍(lán)色LED光源1B以及LCD裝置5的驅(qū)動(dòng)。光在LCD裝置5中被調(diào)制為圖像信息，并通過投影透鏡6被表現(xiàn)為投影屏幕7上的圖像。
在該傳統(tǒng)圖像投影設(shè)備中，由于以陣列方式排列的紅色LED光源1R、綠色LED光源1G和藍(lán)色LED光源1B的發(fā)射區(qū)域應(yīng)該不大于LCD裝置5的有效顯示區(qū)域，因而難以陣列多個(gè)LED光源，因此，投影的圖像的亮度受到限制。
此外，由于從以陣列方式排列的紅色LED光源1R、綠色LED光源1G和藍(lán)色LED光源1B發(fā)射的光穿過透鏡陣列2R、2G和2B，然后照射到LCD裝置5上，因此不能夠容易地獲得投影屏幕7上的光均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可通過增加以陣列方式排列的小尺寸光源的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)亮屏并獲得高光學(xué)效率的發(fā)光單元以及具有該發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種發(fā)光單元，包括至少一個(gè)光源單元，發(fā)射準(zhǔn)直的光束；光學(xué)積分器，將來(lái)自所述至少一個(gè)光源單元的準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為具有均勻亮度分布的均勻光束；和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，置于所述至少一個(gè)光源單元和光學(xué)積分器之間，其中，該會(huì)聚透鏡系統(tǒng)減小從所述至少一個(gè)光源單元發(fā)射的準(zhǔn)直光束的橫截面，然后將具有減小的橫截面的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)向光學(xué)積分器，并且具有物與物的像之間的1∶1共軛特性。
所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)可以是遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)。
所述至少一個(gè)光源單元可具有發(fā)射面，光學(xué)積分器可具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面可具有相似的形狀，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)可具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面可位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的物面，光學(xué)積分器的入射面可位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的像面。
所述至少一個(gè)光源單元可具有發(fā)射面，光學(xué)積分器可具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面可具有相似的形狀，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)可具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面可位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的物面，光學(xué)積分器的入射面可位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的像面。
所述光學(xué)積分器可以是具有長(zhǎng)方體形狀的光隧或復(fù)眼透鏡。
如果發(fā)光單元包括多個(gè)光源單元并且所述多個(gè)光源單元發(fā)射不同顏色的光，則該發(fā)光單元還可包括顏色合成棱鏡，置于所述多個(gè)光源單元和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)之間，用于對(duì)不同顏色的光進(jìn)行合成，以使不同顏色的光沿著同一光路傳播。
所述多個(gè)光源單元中的每一個(gè)可包括多個(gè)LED光源，以二維陣列方式排列；和準(zhǔn)直器，對(duì)從所述多個(gè)LED光源發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。
所述準(zhǔn)直器可包括以陣列方式排列的多個(gè)拋物反射鏡，其分別與所述多個(gè)LED光源一起構(gòu)成光學(xué)模塊。
所述準(zhǔn)直器可以以與所述多個(gè)光源單元的排列對(duì)應(yīng)的透鏡陣列方式形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種圖像投影設(shè)備，包括發(fā)光單元；成像裝置，利用從發(fā)光單元入射的具有均勻亮度分布的均勻光束來(lái)形成與圖像信號(hào)輸入對(duì)應(yīng)的圖像；和投影透鏡單元，對(duì)由成像裝置形成的圖像進(jìn)行放大并將其投影到屏幕上，其中，所述發(fā)光單元包括至少一個(gè)光源單元，發(fā)射準(zhǔn)直的光束；光學(xué)積分器，將來(lái)自所述至少一個(gè)光源單元的準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為均勻光束；和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，置于所述至少一個(gè)光源單元和光學(xué)積分器之間，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)減小從所述至少一個(gè)光源單元發(fā)射的準(zhǔn)直光束的橫截面，然后將具有減小的橫截面的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)向光學(xué)積分器，并且具有物的像與物之間的1∶1共軛特性。
所述成像裝置可以是選擇性地反射來(lái)自發(fā)光單元的均勻光束以形成圖像的反射型成像裝置，并且該圖像投影設(shè)備還可包括位于發(fā)光單元和成像裝置之間的光路變換器，其中，所述光路變換器改變從發(fā)光單元入射的均勻光束的路徑，并將由成像裝置反射的光向著屏幕引導(dǎo)。
所述反射型成像裝置可包括以陣列方式排列的多個(gè)微鏡。
所述反射型成像裝置可以是反射型LCD裝置，所述光路變換器可根據(jù)均勻光束的偏振來(lái)透射或反射該均勻光束。
所述成像裝置可以是透射型LCD裝置。


通過參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中圖1是在第6882379號(hào)美國(guó)專利中公開的傳統(tǒng)圖像投影設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光單元的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3示出圖2的會(huì)聚投影系統(tǒng)中產(chǎn)生的光的示例性光路；
圖4是圖2的示例性光隧的示意性透視圖；圖5是使用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是圖5的示例性透鏡陣列型準(zhǔn)直器的示意性透視圖；圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的另一示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是圖7的第一至第三光源單元的示例性結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；圖9是圖8的一個(gè)示例性LED光學(xué)模塊的透視圖；圖10是沿圖9的線X-X截取的截面圖；和圖11和圖12是具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的投影設(shè)備的其它示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光單元的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖，圖3示出圖2的會(huì)聚透鏡系統(tǒng)中產(chǎn)生的光的示例性光路。
參照?qǐng)D2和圖3，該發(fā)光單元包括至少一個(gè)光源單元，發(fā)射準(zhǔn)直的光束；光學(xué)積分器50，用于使來(lái)自光源單元的入射光均勻；和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30，布置于光源單元和光學(xué)積分器50之間。
該發(fā)光單元可設(shè)置有多個(gè)光源單元。在這種情況下，光源單元可發(fā)射不同顏色。在圖2和圖3中，發(fā)光單元設(shè)置有例如分別發(fā)射紅光、綠光和藍(lán)光的第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c。
當(dāng)如圖2和圖3中所示，發(fā)光單元設(shè)置有第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c時(shí)，在第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c與會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30之間還可布置例如X-立方棱鏡的顏色合成棱鏡20。顏色合成棱鏡20對(duì)從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的彩色光進(jìn)行合成，并使合成的彩色光并入一條光路中?？蛇x地，發(fā)光單元可設(shè)置有發(fā)射白光的單個(gè)光源單元。在這種情況下，不需要顏色合成棱鏡20。
第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c包括以二維陣列方式排列的多個(gè)LED光源，其將在隨后的實(shí)施例中示出；和準(zhǔn)直器，用于對(duì)從LED光源發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。準(zhǔn)直器可以是與多個(gè)LED光源的排列對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡元件的排列，或者是與每一LED光源一起構(gòu)成光學(xué)模塊的拋物反射鏡的排列。以準(zhǔn)直透鏡元件或拋物反射鏡分別與LED光源對(duì)應(yīng)的方式來(lái)構(gòu)造準(zhǔn)直器。
第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射例如紅光、綠光和藍(lán)光。從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的紅光、綠光和藍(lán)光入射到顏色合成棱鏡20上。顏色合成棱鏡20對(duì)入射光進(jìn)行合成以便從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c入射的彩色光沿著同一光路傳播。
光學(xué)積分器50將來(lái)自第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的被并入同一光路中的入射光束轉(zhuǎn)換為均勻光。光學(xué)積分器50可以是如圖4中所示的具有長(zhǎng)方體形狀的光隧(light tunnel)51。圖4示出光隧51為中空的示例。光隧51可以是具有長(zhǎng)方體形狀的光學(xué)介質(zhì)塊?？蛇x地，可使用一對(duì)復(fù)眼透鏡(圖11的151)作為光學(xué)積分器50，來(lái)代替光隧51。
第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c具有發(fā)射面11a、11b和11c，光隧51具有入射面51a。第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c以及光隧51的入射面51a具有相似的形狀，例如其寬高比與圖像投影設(shè)備的成像裝置的寬高比相同的矩形形狀。
為此，在第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c中，LED光源以及準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直透鏡元件或拋物反射鏡被構(gòu)造為具有矩形形狀，該矩形形狀的寬高比與光隧51的寬高比相同。
會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30可被構(gòu)造以減小從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的光束的橫截面并使具有減小的橫截面的光束傳播到光隧51，并具有物與像之間1∶1共軛的特性。通過使用具有物與像之間1∶1共軛特性的會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30，僅入射光的放大率被改變并且所述光被傳輸，而光展量(etendue)守恒。會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30使來(lái)自物面的光能夠形成為像面上的實(shí)像。
可通過將會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30構(gòu)造為例如遠(yuǎn)心(telecentric)透鏡系統(tǒng)來(lái)獲得物到像的1∶1共軛特性。因此，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30可以是遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)。在這種情況下，可以構(gòu)造會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30以使會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30的物方和像方的兩端滿足遠(yuǎn)心條件。
此外，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30可具有與第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c(即準(zhǔn)直器的發(fā)射面)的大小與光隧51的入射面51a的大小之比對(duì)應(yīng)的放大率，更優(yōu)選地(但非必需地)，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30可具有與該大小之比相等的放大率。
在這種情況下，當(dāng)?shù)谝还庠磫卧?0a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30的物面，光隧51的入射面51a位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30的像面時(shí)，從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的光可以以最大的效率被傳送到光隧51，其將在隨后進(jìn)行描述。此外，由于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30是遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，因此入射在光隧51上的光的角度被調(diào)制時(shí)可能產(chǎn)生的損失可被最小化。
由于LED光源不是點(diǎn)光源，而是面光源，因此從LED光源發(fā)射并由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直的光不是完全平行光。因此，從LED光源發(fā)射并由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直的光束的主光線彼此平行，存在相對(duì)于作為中心軸的每一主光線發(fā)散的光。
假設(shè)第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c的面積為“A”，從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射并相對(duì)于主光線發(fā)散的光的發(fā)散角為“θA”，光隧51的入射面51a的面積為“B”，進(jìn)入光隧51并相對(duì)于主光線會(huì)聚的光的會(huì)聚角為“θB”。
當(dāng)來(lái)自物面的對(duì)稱地相對(duì)于主光線發(fā)散的光被傳遞為像面上相對(duì)于主光線會(huì)聚的光時(shí)，光展量守恒。
當(dāng)?shù)谝还庠磫卧?0a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30的物面，并且光隧51的入射面51a位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30的像面時(shí)，根據(jù)光展量守恒，面積“A”乘以發(fā)散角“θA”的正弦值的平方(即“sin2θA”)可等于面積“B”乘以會(huì)聚角“θB”的正弦值的平方(即“sin2θB”)，即“Asin2θA”可等于“Bsin2θB”。由于光隧51的入射面51a的面積“B”小于第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c的面積“A”，因此光隧51的入射面51a上會(huì)聚光相對(duì)于主光線的會(huì)聚角“θB”大于第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c上發(fā)散光相對(duì)于主光線的發(fā)散角“θA”。
遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)是這樣一種透鏡系統(tǒng)，即在物面處具有平行的主光線的光可通過該透鏡系統(tǒng)而在保持主光線平行的同時(shí)被傳遞到像面，這可從圖3中示出的光路理解。
由于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30被構(gòu)造為允許物面與像面之間1∶1共軛比的特性，并且是遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)，因此僅從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的具有近似平行主光線的光束的大小被會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30減小，并在保持主光線平行的同時(shí)入射在光隧51上。
因此，僅從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的光的橫截面被減小并入射到光隧51上，而光的主光線保持平行，以使從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的光可以以最大的效率被傳輸?shù)焦馑?1。此外，根據(jù)光展量守恒，光隧51的入射面51a上會(huì)聚光相對(duì)于主光線的會(huì)聚角“θB”大于第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c上發(fā)散光相對(duì)于主光線的發(fā)散角“θA”。然而，由于光的主光線保持平行，因此與光的主光線在非平行狀態(tài)下入射的情況相比，在入射在光隧51上的光的角度被調(diào)制時(shí)可能產(chǎn)生的損失可被最小化。
當(dāng)入射在光隧51上的光為會(huì)聚的光時(shí)，光的主光線不平行，且存在相對(duì)于作為中心軸的光的主光線會(huì)聚的光。因此，由于在這種情況下比在光的主光線平行的情況下存在更多不滿足光隧51內(nèi)的全內(nèi)反射(TIR)條件的光，所以光傳輸損失大于入射光的主光線平行的情況下的光傳輸損失。
圖2和圖3示出會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30包括四個(gè)透鏡的示例。這些透鏡的數(shù)量和設(shè)計(jì)規(guī)格可被改變，只要保持1∶1共軛特性。此外，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30可被改變，只要滿足遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)條件。
在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光單元中，從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的主光線平行的光束被保持在平行狀態(tài)，并且所述光束僅在大小方面減小，然后被傳遞到例如光隧51的光學(xué)積分器50上，以使光傳輸效率較高，并且第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面11a、11b和11c的面積可大于光學(xué)積分器50的入射面(即光隧51的入射面51a)的面積。因此，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c中排列的LED光源的數(shù)量不受限制。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的發(fā)光單元中，可構(gòu)造具有高光學(xué)效率的系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)可優(yōu)化并設(shè)計(jì)LED光源陣列的數(shù)量以便獲得足夠量的光，并且可實(shí)現(xiàn)亮屏(bright screen)。此外，在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光單元中，由于光束的大小被會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30減小并由光學(xué)積分器30混合，因此可獲得均勻的照射光。
現(xiàn)在，將描述具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的示例性實(shí)施例。
圖5是使用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。參照?qǐng)D5，該圖像投影設(shè)備包括發(fā)光單元；成像裝置80，利用從發(fā)光單元入射的光來(lái)形成對(duì)應(yīng)于圖像信號(hào)輸入的圖像；和投影透鏡單元90，對(duì)由成像裝置80形成的圖像進(jìn)行放大并將其投影到屏幕100上。
在本示例性實(shí)施例中，發(fā)光單元的第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c中的每一個(gè)包括以二維陣列方式排列的多個(gè)LED光源13；和準(zhǔn)直器15，對(duì)從LED光源13發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。準(zhǔn)直器15以透鏡陣列方式形成。
圖6是透鏡陣列型準(zhǔn)直器15的示意性透視圖。參照?qǐng)D6，透鏡陣列型準(zhǔn)直器15包括以與LED光源13的排列對(duì)應(yīng)的二維陣列方式排列的多個(gè)準(zhǔn)直透鏡元件15a。準(zhǔn)直器15的準(zhǔn)直透鏡元件15a分別對(duì)應(yīng)于LED光源13。
如圖6中所示，準(zhǔn)直器15可具有其中形成有以二維陣列方式排列的準(zhǔn)直透鏡元件15a的單個(gè)透鏡板結(jié)構(gòu)。
如上所述，LED光源13被排列以形成二維陣列，準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直透鏡元件15a可以以二維陣列方式排列以與LED光源13的排列對(duì)應(yīng)。
LED光源13被置于相應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡元件15a的各焦點(diǎn)處。
如上所述，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c具有發(fā)射面，光學(xué)積分器50(例如光隧51)具有入射面51a。第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的發(fā)射面以及光隧51的入射面51a可以形成有相似的形狀，例如，形成具有與成像裝置80的寬高比相同的寬高比的矩形形狀。
在這種情況下，在第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c中，LED光源13和準(zhǔn)直器15的準(zhǔn)直透鏡元件15a可以以矩形形狀排列，該矩形形狀具有與光隧51的入射面51a的寬高比相同的寬高比。
這里，發(fā)光單元的其余結(jié)構(gòu)如參照?qǐng)D2至圖4所描述的，其中，附圖中的相同標(biāo)號(hào)表示相同元件，將不再重復(fù)其描述。
從第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c發(fā)射的具有平行主光線的近似平行光由顏色合成棱鏡20并入一條光路中，并入射在會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30上。當(dāng)光束入射在光隧51上時(shí)，僅近似平行光的光束的橫截面面積被會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30減小，而主光線保持平行狀態(tài)。具有均勻亮度分布的白光從光隧51發(fā)出，該均勻光照射到成像裝置80上。
在本示例性實(shí)施例中，成像裝置80是反射型成像裝置，其以像素為單位控制入射的均勻光以形成圖像。
反射型成像裝置80可以是反射型LCD裝置(圖11的181)或是其中微鏡形成為陣列的裝置面板，如數(shù)字光處理(DLP)面板81(也稱為數(shù)字微鏡裝置(DMD))?？蛇x地，成像裝置80可以是透射型LCD裝置(圖12的281)。
圖5示出DLP面板81被用作成像裝置80的示例。DLP面板81包括獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的微鏡的二維陣列。DLP面板81根據(jù)輸入圖像信號(hào)來(lái)為每一像素改變反射光的角度，以形成圖像。
當(dāng)反射型成像裝置被用作成像裝置80時(shí)，圖像投影設(shè)備還可包括位于光隧51和成像裝置80之間的光路變換器。該光路變換器改變?nèi)肷涔獾穆窂揭詫墓馑?1入射的光引導(dǎo)向成像裝置80，并且從成像裝置80反射的表示圖像信息的光向著投影透鏡單元90傳播。當(dāng)DLP面板81被用作反射型成像裝置80時(shí)，全內(nèi)反射(TIR)棱鏡70可被用作光路變換器，如圖5中所示。
還可沿著光學(xué)積分器50和光路變換器之間(例如光隧51和TIR棱鏡70之間)的光路布置中繼透鏡系統(tǒng)60，該中繼透鏡系統(tǒng)60用于根據(jù)成像裝置80的有效面積來(lái)放大或減小從光學(xué)積分器50發(fā)射的光的橫截面。
在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖像投影設(shè)備中，由成像裝置80形成的包含圖像信息的光通過TIR棱鏡透射到投影透鏡單元90，投影透鏡單元90對(duì)由成像裝置80形成的圖像進(jìn)行放大并將其投影到屏幕100上。
圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的另一示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖7中，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c包括LED光源13和準(zhǔn)直器115，并且準(zhǔn)直器115包括與每一LED光源13一起構(gòu)成光學(xué)模塊的拋物反射鏡120的排列，除了這些之外，圖7和圖5的圖像投影設(shè)備是相同的。這里，圖5和圖7中相似的標(biāo)號(hào)表示基本具有相同或相似功能的相似元件。
圖8是圖7的第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c的示意性透視圖。如圖8中所示，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c中的每一個(gè)包括LED光源13；和準(zhǔn)直器115，包括與每一LED光源13一起構(gòu)成光學(xué)模塊的拋物反射鏡120的排列。準(zhǔn)直器115具有其中拋物反射鏡120分別對(duì)應(yīng)于LED光源13的結(jié)構(gòu)。
同樣的，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c中的每一個(gè)具有這樣的形狀其中，多個(gè)包括LED光源13和拋物反射鏡120的LED光學(xué)模塊以二維陣列方式排列。這里，由于LED光源13產(chǎn)生的光少于金屬鹵化物燈或超高壓燈產(chǎn)生的光，因此可以陣列方式使用LED光源13。
圖9是圖8的LED光學(xué)模塊的透視圖，圖10是沿圖9的線X-X截取的截面圖。
參照?qǐng)D8至圖10，每一LED光學(xué)模塊包括LED光源13和對(duì)從LED光源13發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直的拋物反射鏡120。
拋物反射鏡120包括拋物反射面121、入射面122和光學(xué)引導(dǎo)部分124。通過入射面122入射在拋物反射鏡120上的光從拋物反射面121反射，并向著光學(xué)引導(dǎo)部分124傳播。
入射面122可包含拋物反射面121的主軸126，或者可與包含主軸126的平面平行，或者相對(duì)于包含主軸126的平面傾斜預(yù)定角度。凹球面部分123形成于入射面122的中心部分，凹球面部分123的大小使LED光源13的LED芯片13a可插入凹球面部分123內(nèi)。光學(xué)引導(dǎo)部分124具有矩形橫截面。
可以構(gòu)造拋物反射鏡120以使LED光源13被結(jié)合為在光學(xué)引導(dǎo)部分124下方突出。為此，光學(xué)引導(dǎo)部分124的與入射面122平行的表面125相對(duì)于入射面122在向上方向上成臺(tái)階狀，從而減小了光學(xué)引導(dǎo)部分124的橫截面。
通過拋物反射鏡120的上述形成方式，從拋物反射面121反射的光通過LED光源13的圓頂(dome)的可能性再次被降低，以使大量的光可通過光學(xué)引導(dǎo)部分124。
當(dāng)由LED光源13發(fā)射的光的一部分從拋物反射面121反射，然后向著凹球面部分123傳播時(shí)，由于拋物反射鏡120的內(nèi)部材料與拋物反射鏡120的周圍介質(zhì)之間的折射率差異，光的量通過從凹球面部分123反射或透射通過凹球面部分123而被減小。在這種情況下，光學(xué)引導(dǎo)部分124的發(fā)射面127上的光強(qiáng)度分布可表現(xiàn)為在發(fā)射面127的中心的向上方向上輕微偏斜。然而，當(dāng)如圖9所示，光學(xué)引導(dǎo)部分124的與入射面122平行的表面125在入射面122的向上方向上成臺(tái)階狀時(shí)，更多的光可通過光學(xué)引導(dǎo)部分124，并且發(fā)射面127上的光強(qiáng)度分布可集中在發(fā)射面127的中心。
為此，可考慮凹球面部分123的形狀和大小，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整入射面122與光學(xué)引導(dǎo)部分124的表面125之間的臺(tái)階大小，以在拋物反射鏡120的發(fā)射面127上產(chǎn)生光的均勻分布。
拋物反射面121不僅僅表示具有錐體系數(shù)(K＝-1)的嚴(yán)格拋物面。拋物反射鏡120中使用的拋物反射面121表示具有從-0.4至-2.5(優(yōu)選但非必需的，-0.7至-1.6)范圍內(nèi)的“K”的非球面。可適當(dāng)?shù)剡x擇拋物反射面121的“K”，以對(duì)從LED光源13以光可有效地照射到將被照射的物體上的發(fā)射角發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。具有錐體系數(shù)(K＝-1)的拋物反射面121將作為示例進(jìn)行描述。
LED光源13包括發(fā)射光的LED芯片13a。盡管沒有示出，但是LED光源13包括用于消散在LED芯片13a中產(chǎn)生的熱的散熱體以及用于對(duì)LED芯片13a施加電流的電極。
LED光源13還可包括圓頂透鏡(或帽)13b。LED光源13被置于拋物反射面121的焦點(diǎn)“F”處。具體地，LED光源13以LED芯片13a被置于拋物反射面121的焦點(diǎn)“F”處的方式安裝。凹球面部分123在拋物反射面121的焦點(diǎn)“F”附近提供LED光源13的LED芯片13a可被置于其中的空間。凹球面部分123可以以這樣的方式形成，即中心與拋物反射面121的焦點(diǎn)一致以與LED光源13的圓頂透鏡(或帽)13b的形狀對(duì)應(yīng)。
如上所述，由于LED芯片13a不是點(diǎn)光源，而是面光源，因此不是所有光產(chǎn)生點(diǎn)都恰好位于拋物反射面121的焦點(diǎn)“F”處。因此，從LED芯片13a發(fā)射并從拋物反射面121反射的光不是完全平行光，可存在相對(duì)于光的平行主光線發(fā)散的光。
可以以LED光源13的光軸“c”幾乎垂直于拋物反射面121的主軸126的方式來(lái)布置LED光源13。然而，本發(fā)明不限于此。
從LED芯片13a發(fā)射的光通過凹球面部分123進(jìn)入拋物反射鏡120。光從拋物反射面121反射并被準(zhǔn)直，以形成幾乎平行于主軸126的光。光傳播到光學(xué)引導(dǎo)部分124中，并通過發(fā)射面127發(fā)射。發(fā)射面127的二維陣列是準(zhǔn)直器115的發(fā)射面115a。
在LED光源13中，LED芯片13a可以沒有圓頂透鏡(或帽)13b而暴露。在這種情況下，可在凹球面部分123中填充緩沖材料。
當(dāng)LED芯片13a沒有圓頂透鏡(或帽)13b而暴露時(shí)，在拋物反射鏡120和LED芯片13a之間介入空氣。當(dāng)從LED芯片13a發(fā)射的光入射在拋物反射鏡120上時(shí)，由于空氣與拋物反射鏡120的折射率差異，光在凹球面部分123的邊界面處折射。然后，由于光從LED芯片13a發(fā)射的區(qū)域不完全處于拋物反射面121的焦點(diǎn)“F”，因此準(zhǔn)直效率降低。緩沖材料用于補(bǔ)償拋物反射鏡120與諸如空氣的外部介質(zhì)的折射率差異。緩沖材料的折射率可以介于拋物反射鏡120的折射率與空氣的折射率之間。即使當(dāng)LED光源13具有圓頂透鏡(或帽)13b時(shí)，也可在凹球面部分123中填充緩沖材料。該緩沖材料的折射率可以介于圓頂透鏡(或帽)13b的折射率與拋物反射鏡120的折射率之間。
圖11是具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的圖像投影設(shè)備的另一示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。這里，本實(shí)施例中的相同標(biāo)號(hào)表示相同的元件，將不再重復(fù)其描述。
參照?qǐng)D11，該圖像投影設(shè)備包括作為成像裝置80的反射型LCD裝置181。在這種情況下，該圖像投影設(shè)備可包括一對(duì)復(fù)眼透鏡151作為光學(xué)積分器50，復(fù)眼透鏡151具有凸透鏡形狀或柱面透鏡形狀的多個(gè)透鏡胞陣列?？蛇x地，可使用光隧(圖4的51)作為光學(xué)積分器50，來(lái)代替復(fù)眼透鏡151。
在該圖像投影設(shè)備中，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c可包括如圖5中所示的陣列的LED光源以及以透鏡陣列方式形成的準(zhǔn)直器，或者包括如圖7中所示的陣列的LED光源以及以拋物反射鏡方式形成的準(zhǔn)直器。
復(fù)眼透鏡151的入射面可以位于發(fā)光單元的會(huì)聚透鏡系統(tǒng)30的像面。
反射型LCD裝置181以像素為單位反射入射的均勻照射光，以形成圖像。反射型LCD裝置181根據(jù)圖像信號(hào)來(lái)以像素為單位改變?nèi)肷涔獾钠瘢赃x擇性地開啟或關(guān)閉反射的光，從而形成圖像。
當(dāng)反射型LCD裝置181被用作成像裝置80時(shí)，圖像投影設(shè)備可包括作為用于改變?nèi)肷涔獾墓饴返墓饴纷儞Q器的偏振分束器170。偏振分束器170改變?nèi)肷涔獾墓饴芬允箯陌l(fā)光單元入射的一種偏振的光被引導(dǎo)向反射型LCD裝置181，而從反射型LCD裝置181反射的不同偏振的光被引導(dǎo)向投影透鏡單元90。
為了提高光學(xué)效率，圖像投影設(shè)備還可包括偏振轉(zhuǎn)換器155，偏振轉(zhuǎn)換器155將從發(fā)光單元發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為單種偏振的光，并將該光透射向偏振分束器170，沿著復(fù)眼透鏡151與偏振分束器170之間的光路來(lái)布置偏振轉(zhuǎn)換器155。偏振轉(zhuǎn)換器155使用多個(gè)小尺寸偏振分束器156根據(jù)偏振來(lái)分離光，并且僅在具有預(yù)定偏振的光的路徑上包括半波片157，以使入射到偏振轉(zhuǎn)換器155上的大部分非偏振光改變?yōu)樘囟ㄆ竦墓?。偏振轉(zhuǎn)換器155是本領(lǐng)域所公知的。
圖12是具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備的另一示例性實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖12的圖像投影設(shè)備包括作為成像裝置80的透射型LCD裝置281，除此之外，圖11和圖12的圖像投影設(shè)備是相同的。當(dāng)透射型LCD裝置281被用作成像裝置80時(shí)，不需要用作光路變換器的偏振分束器(圖11的170)。
透射型LCD裝置281根據(jù)圖像信號(hào)來(lái)以像素為單位改變均勻入射光的偏振，以選擇性地透射光，從而形成圖像。
在本示例性實(shí)施例的圖像投影設(shè)備中，第一光源單元10a、第二光源單元10b和第三光源單元10c可包括如圖5中所示的陣列的LED光源以及以透鏡陣列方式布置的準(zhǔn)直器，或者包括如圖7所示的陣列的LED光源以及包括拋物反射鏡的準(zhǔn)直器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的發(fā)光單元適用于各種圖像投影設(shè)備。
在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光單元以及具有該發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備中，LED光源被用作小尺寸光源。然而，本發(fā)明不限于此，可使用不同類型的小尺寸光源，例如有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光器件(EL)或場(chǎng)發(fā)射器件(FED)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，以陣列方式排列的小尺寸光源的數(shù)量不受限制，從而可陣列足夠數(shù)量的小尺寸光源，并且利用會(huì)聚透鏡系統(tǒng)僅減小其中從光源單元發(fā)射的光的主光線彼此平行的光束的橫截面，而保持光的主光線的平行狀態(tài)，從而光可被傳輸?shù)焦鈱W(xué)積分器。
因此，可構(gòu)造具有高光學(xué)效率的系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)優(yōu)化LED光源陣列的數(shù)量以獲得足夠量的光，從而可實(shí)現(xiàn)亮屏。此外，具有由會(huì)聚透鏡系統(tǒng)減小的橫截面的光束由光學(xué)積分器混合，從而可獲得均勻光。
盡管已參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體地顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光單元，包括至少一個(gè)光源單元，發(fā)射準(zhǔn)直的光束；光學(xué)積分器，將來(lái)自所述至少一個(gè)光源單元的準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為均勻光束；和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，置于所述至少一個(gè)光源單元和光學(xué)積分器之間，其中，該會(huì)聚透鏡系統(tǒng)減小來(lái)自所述至少一個(gè)光源單元的準(zhǔn)直光束的橫截面，然后將具有減小的橫截面的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)向光學(xué)積分器，并且具有物與物的像之間的1∶1共軛特性。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光單元，其中，所述均勻光束具有均勻的亮度分布。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光單元，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光單元，其中，所述至少一個(gè)光源單元具有發(fā)射面，光學(xué)積分器具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光單元，其中，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的物面，光學(xué)積分器的入射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的像面。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光單元，其中，所述至少一個(gè)光源單元具有發(fā)射面，光學(xué)積分器具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光單元，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的放大率等于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光單元，其中，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的物面，光學(xué)積分器的入射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的像面。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光單元，其中，所述光學(xué)積分器包括至少一個(gè)具有長(zhǎng)方體形狀的光隧或至少一個(gè)復(fù)眼透鏡。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光單元，其中，所述至少一個(gè)光源單元具有發(fā)射面，光學(xué)積分器具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，所述相似的形狀具有相同的寬高比。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光單元，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)光源單元包括發(fā)射不同顏色的光的多個(gè)光源單元時(shí)，該發(fā)光單元還包括顏色合成棱鏡，置于所述多個(gè)光源單元和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)之間，其中，所述顏色合成棱鏡對(duì)不同顏色的光進(jìn)行合成，以使不同顏色的光沿著同一光路傳播。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光單元，其中，所述多個(gè)光源單元中的至少一個(gè)包括多個(gè)LED光源，以二維陣列方式排列；和準(zhǔn)直器，對(duì)從所述多個(gè)LED光源發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光單元，其中，所述準(zhǔn)直器包括以陣列方式排列的多個(gè)拋物反射鏡，其分別與所述多個(gè)LED光源一起構(gòu)成光學(xué)模塊。
14.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光單元，其中，所述準(zhǔn)直器以與所述多個(gè)LED光源的排列對(duì)應(yīng)的透鏡陣列方式形成。
15.一種圖像投影設(shè)備，包括發(fā)光單元；成像裝置，利用從發(fā)光單元入射的均勻光束來(lái)形成與圖像信號(hào)輸入對(duì)應(yīng)的圖像；和投影透鏡單元，對(duì)由成像裝置形成的圖像進(jìn)行放大并將其投影到屏幕上，其中，所述發(fā)光單元包括至少一個(gè)光源單元，發(fā)射準(zhǔn)直的光束；光學(xué)積分器，將來(lái)自所述至少一個(gè)光源單元的準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為均勻光束；和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，置于所述至少一個(gè)光源單元和光學(xué)積分器之間，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)減小從所述至少一個(gè)光源單元發(fā)射的準(zhǔn)直光束的橫截面，然后將具有減小的橫截面的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)向光學(xué)積分器，并且具有物的像與物之間的1∶1共軛特性。
16.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述均勻光束具有均勻的亮度分布。
17.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)。
18.如權(quán)利要求17所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)光源單元具有發(fā)射面，光學(xué)積分器具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
19.如權(quán)利要求18所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的物面，光學(xué)積分器的入射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的像面。
20.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)光源單元具有發(fā)射面，光學(xué)積分器具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，會(huì)聚透鏡系統(tǒng)具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
21.如權(quán)利要求20所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的放大率等于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比。
22.如權(quán)利要求20所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的物面，光學(xué)積分器的入射面位于會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的像面。
23.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述光學(xué)積分器包括至少一個(gè)具有長(zhǎng)方體形狀的光隧或至少一個(gè)復(fù)眼透鏡。
24.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)光源單元具有發(fā)射面，光學(xué)積分器具有入射面，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，所述相似的形狀具有與成像裝置的寬高比相同的寬高比。
25.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，當(dāng)所述成像裝置包括選擇性地反射來(lái)自發(fā)光單元的均勻光束以形成圖像的反射型成像裝置時(shí)，該圖像投影設(shè)備還包括位于發(fā)光單元和成像裝置之間的光路變換器，其中，所述光路變換器改變從發(fā)光單元入射的均勻光束的路徑，并將由成像裝置反射的光向著屏幕引導(dǎo)。
26.如權(quán)利要求25所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述反射型成像裝置包括以陣列方式排列的多個(gè)微鏡。
27.如權(quán)利要求25所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述反射型成像裝置包括反射型液晶顯示裝置，所述光路變換器根據(jù)均勻光束的偏振來(lái)透射或反射該均勻光束。
28.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述成像裝置包括透射型液晶顯示裝置。
29.如權(quán)利要求15所述的圖像投影設(shè)備，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)光源單元包括發(fā)射不同顏色的光的多個(gè)光源單元時(shí)，該圖像投影設(shè)備還包括位于所述多個(gè)光源單元和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)之間的顏色合成棱鏡，其中，該顏色合成棱鏡對(duì)不同顏色的光進(jìn)行合成，以使不同顏色的光沿著同一光路傳播。
30.如權(quán)利要求29所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述多個(gè)光源單元中的至少一個(gè)包括多個(gè)LED光源，以二維陣列方式排列；和準(zhǔn)直器，對(duì)從所述多個(gè)LED光源發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。
31.如權(quán)利要求30所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述準(zhǔn)直器包括以陣列方式排列的多個(gè)拋物反射鏡，其分別與所述多個(gè)LED光源一起構(gòu)成光學(xué)模塊。
32.如權(quán)利要求30所述的圖像投影設(shè)備，其中，所述準(zhǔn)直器以與所述多個(gè)LED光源的排列對(duì)應(yīng)的透鏡陣列方式形成。
33.一種光照射方法，包括(a)發(fā)射準(zhǔn)直光束；(b)通過減小準(zhǔn)直光束的橫截面來(lái)會(huì)聚準(zhǔn)直光束，并引導(dǎo)具有減小的橫截面的準(zhǔn)直光束，同時(shí)保持物與物的像之間的1∶1共軛特性；和(c)將引導(dǎo)的準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為均勻光束。
34.如權(quán)利要求33所述的方法其中，利用具有發(fā)射面的至少一個(gè)光源單元來(lái)執(zhí)行操作(a)，利用具有入射面的光學(xué)積分器來(lái)執(zhí)行操作(c)；并且其中，利用會(huì)聚透鏡系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行操作(b)中減小準(zhǔn)直光束的橫截面的操作，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的放大率等于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，操作(c)包括利用至少一個(gè)具有長(zhǎng)方體形狀的光隧或至少一個(gè)復(fù)眼透鏡來(lái)對(duì)引導(dǎo)的準(zhǔn)直光束進(jìn)行積分。
37.如權(quán)利要求33所述的方法其中，利用具有發(fā)射面的至少一個(gè)光源單元來(lái)執(zhí)行操作(a)，利用具有入射面的光學(xué)積分器來(lái)執(zhí)行操作(c)；并且其中，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，所述相似的形狀具有相同的寬高比。
38.利用根據(jù)權(quán)利要求33所述的光照射方法的圖像投影方法，該圖像投影方法包括(d)利用均勻光束來(lái)形成對(duì)應(yīng)于圖像信號(hào)輸入的圖像；(e)對(duì)在操作(d)中形成的圖像進(jìn)行放大并將其投影到屏幕上。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，利用具有發(fā)射面的至少一個(gè)光源單元來(lái)執(zhí)行操作(a)，利用具有入射面的光學(xué)積分器來(lái)執(zhí)行操作(c)；并且其中，利用會(huì)聚透鏡系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行操作(b)中的減小準(zhǔn)直光束的橫截面的操作，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)具有取決于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比的放大率。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述會(huì)聚透鏡系統(tǒng)的放大率等于所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面的大小與光學(xué)積分器的入射面的大小之比。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，操作(c)包括利用至少一個(gè)具有長(zhǎng)方體形狀的光隧或至少一個(gè)復(fù)眼透鏡來(lái)對(duì)引導(dǎo)的準(zhǔn)直光束進(jìn)行積分。
42.如權(quán)利要求38所述的方法其中，利用具有發(fā)射面的至少一個(gè)光源單元來(lái)執(zhí)行操作(a)，利用具有入射面的光學(xué)積分器來(lái)執(zhí)行操作(c)，利用成像裝置來(lái)執(zhí)行操作(d)；并且其中，所述至少一個(gè)光源單元的發(fā)射面和光學(xué)積分器的入射面具有相似的形狀，所述相似的形狀具有與成像裝置的寬高比相同的寬高比。
43.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，當(dāng)利用選擇性地反射均勻光束的反射型成像裝置來(lái)執(zhí)行操作(d)時(shí)，操作(d)還包括改變均勻光束的路徑并反射表示圖像的信息的光。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述改變均勻光束的路徑包括根據(jù)所述均勻光束的偏振來(lái)透射或反射該均勻光束。
全文摘要
提供一種發(fā)光單元和具有該發(fā)光單元的圖像投影設(shè)備。該發(fā)光單元包括至少一個(gè)光源單元，發(fā)射準(zhǔn)直的光束；光學(xué)積分器，將來(lái)自所述至少一個(gè)光源單元的準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為均勻光束；和會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，被置于所述至少一個(gè)光源單元和光學(xué)積分器之間，減小從所述至少一個(gè)光源單元發(fā)射的準(zhǔn)直光束的橫截面，然后將具有減小的橫截面的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)向光學(xué)積分器，并且具有物與物的像之間1∶1共軛特性。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1854807SQ20061007498
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者李啟薰, 李元鏞, 李迎鐵 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社