專利名稱：控制在輪輻時(shí)間期間所發(fā)射光的照明系統(tǒng)、方法和投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制在輪輻時(shí)間期間發(fā)射的光的照明系統(tǒng)。本發(fā)明也涉及一種包括該照明系統(tǒng)的投影設(shè)備和一種用于在該照明系統(tǒng)中使用 的色輪。
背景技術(shù)：
用于投影設(shè)備的照明系統(tǒng)本身是已知的。它們除了使用于其它設(shè)備中之外還使用 于如投影儀(beamer)的投影設(shè)備和投影電視中。在這樣的圖像投影系統(tǒng)中，在照明系統(tǒng)中 生成的光入射圖像創(chuàng)建單元，例如液晶顯示器(又稱為L(zhǎng)CD)或者例如數(shù)字光處理單元(又 稱為DLP)或者例如硅上液晶(又稱為L(zhǎng)CoS)，此后向屏幕或者墻壁上投影圖像。用于投影 設(shè)備的投影系統(tǒng)通常在隨時(shí)間重復(fù)的光色序列中發(fā)光。各后續(xù)光色在投影設(shè)備中用來(lái)生成 部分圖像。通過(guò)后續(xù)地在屏幕上疊加部分圖像來(lái)生成圖像。這樣的圖像投影設(shè)備的質(zhì)量常 常由可以產(chǎn)生的圖像亮度表示。已知照明系統(tǒng)發(fā)射光色序列的一種方式是通過(guò)使用色輪。色輪一般布置于照明系 統(tǒng)的光源與照明系統(tǒng)的光輸出窗口之間。色輪包括多個(gè)色段，這些色段通過(guò)在光源與光輸 出窗口之間對(duì)多個(gè)色段之中的色段依次定位來(lái)確定照明系統(tǒng)發(fā)射的光色序列。在使用具有多個(gè)色段的色輪時(shí)的一個(gè)弊端在于，已知照明系統(tǒng)發(fā)射的光色在所謂 輪輻時(shí)間期間持續(xù)改變。輪輻時(shí)間是如下時(shí)間間隔，在該時(shí)間間隔期間在兩個(gè)相鄰色段之 間的邊界在光源與光輸出窗口之間通過(guò)。在輪輻時(shí)間期間光色的持續(xù)改變?cè)谕队霸O(shè)備產(chǎn)生 的圖像中引起所不希望的色效果。一種克服在輪輻時(shí)間期間的持續(xù)色改變的方式是在輪輻時(shí)間期間簡(jiǎn)單地關(guān)斷光 源。然而，在輪輻時(shí)間期間關(guān)斷光減少照明系統(tǒng)的亮度，這對(duì)于投影設(shè)備是非常不希望的。 因而，已經(jīng)開(kāi)發(fā)可選照明系統(tǒng)以最優(yōu)地使用在輪輻時(shí)間期間發(fā)射的光。例如，美國(guó)專利申請(qǐng) US2007/0035703提供一種用于主動(dòng)補(bǔ)償輪輻光的系統(tǒng)。該引用的美國(guó)專利申請(qǐng)改進(jìn)了可以 用來(lái)使用在輪輻時(shí)間期間生成的光的稱為輪輻光恢復(fù)(SLR)的技術(shù)。該已知照明系統(tǒng)包括 配置成在色輪的非輪輻時(shí)間期間生成第一光電平的光源。該系統(tǒng)還包括配置成測(cè)量第一光 電平以生成非輪輻光電平的光電二極管組件。處理器被配置成基于非輪輻光電平來(lái)設(shè)置輪 輻光補(bǔ)償值。如果特定像素的陰影包括各自在閾值以上的紅、綠和藍(lán)光電平，則運(yùn)用針對(duì)該 特定像素的在輪輻時(shí)間期間生成的光。另外，為了有助于在非SLR與SLR之間的轉(zhuǎn)變以及 反向轉(zhuǎn)變更平滑，視頻單元可以被配置成減去在非輪輻時(shí)間期間生成的光的某一部分以補(bǔ) 償在輪輻時(shí)間期間輸出的附加光。這一補(bǔ)償因子稱為輪輻時(shí)間補(bǔ)償值。該已知系統(tǒng)的一個(gè)弊端在于他需要大量計(jì)算能力以使用在輪輻時(shí)間期間發(fā)射的 部分光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可以易于由投影設(shè)備使用而復(fù)雜度減少的在輪 輻時(shí)間期間發(fā)光的照明系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的通過(guò)一種用于投影設(shè)備的照明系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該照 明系統(tǒng)包括光源、色輪和用于驅(qū)動(dòng)光源的驅(qū)動(dòng)單元，-色輪包括確定照明系統(tǒng)發(fā)射的光色的多個(gè)色段，色輪被配置用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)色輪 在光源與光輸出窗口之間的光路中對(duì)多個(gè)色段之中的色段依次定位，色輪的輪輻為兩個(gè)相 鄰色段之間的邊界，-光源包括各自朝向照明系統(tǒng)的光輸出窗口發(fā)光的第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元，_第一發(fā)光單元、第二發(fā)光單元和輪輻被配置用于輪輻在越過(guò)光源與光輸出窗口 之間的光路時(shí)防止同時(shí)越過(guò)第一發(fā)光單元與光輸出窗口之間的第一光路以及第二發(fā)光單 元與光輸出窗口之間的第二光路，_驅(qū)動(dòng)單元被配置用于在輪輻越過(guò)第一光路時(shí)的時(shí)間間隔期間關(guān)斷第一發(fā)光單兀。根據(jù)常規(guī)系統(tǒng)的輪輻時(shí)間是輪輻在光源與光輸出窗口之間越過(guò)的時(shí)間。根據(jù)本發(fā) 明的措施的效果在于通過(guò)配置驅(qū)動(dòng)單元以在輪輻時(shí)間的第一部分期間關(guān)斷第一發(fā)光單元， 該第一部分是輪輻越過(guò)第一光路的時(shí)間間隔，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)發(fā)射的光由第二發(fā)光 單元確定。由于第一發(fā)光單元、第二發(fā)光單元和邊界被配置用于防止輪輻同時(shí)越過(guò)第一光 路和第二光路，所以第二發(fā)光單元與色段的關(guān)聯(lián)部分一起確定在輪輻時(shí)間的第一部分期間 基本上保持恒定的由照明系統(tǒng)發(fā)射的光色。因而由于在輪輻時(shí)間的第一部分期間發(fā)射的光 色基本上恒定，所以此光可以相對(duì)容易地由投影設(shè)備使用而無(wú)需用于主動(dòng)補(bǔ)償輪輻光的復(fù) 雜補(bǔ)償算法。光源可以包括第三發(fā)光單元和更多發(fā)光單元。優(yōu)選地，第一發(fā)光單元、第二發(fā)光單 元、第三發(fā)光單元、任何更多發(fā)光單元和輪輻被配置用于防止輪輻同時(shí)越過(guò)第一光路、第二 光路、在第三發(fā)光單元與光輸出窗口之間的第三光路以及在又一發(fā)光單元與光輸出窗口之 間的任何又一光路。通過(guò)在輪輻越過(guò)第二光路的時(shí)間間隔期間關(guān)斷第二發(fā)光單元，第三發(fā) 光單元和可能更多發(fā)光單元保持接通并且發(fā)射具有確定顏色的光。這同樣使在輪輻時(shí)間期 間發(fā)射的光具有基本上恒定顏色，因此在輪輻時(shí)間期間發(fā)射的光可以相對(duì)容易地由投影設(shè) 備使用。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)光單元相對(duì)于第二發(fā)光單元的定位防止輪輻 同時(shí)越過(guò)第一光路和第二光路，或者其中輪輻的形狀防止輪輻同時(shí)越過(guò)第一光路和第二光路。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元還被配置用于在關(guān)斷第一發(fā)光單元期間增 加第二發(fā)光單元發(fā)射的光強(qiáng)度。這一實(shí)施例的益處在于第二發(fā)光單元發(fā)射的光強(qiáng)度增加使 在輪輻時(shí)間的第一部分期間照明系統(tǒng)發(fā)射的光強(qiáng)度能夠基本上等于輪輻時(shí)間以外照明系 統(tǒng)發(fā)射的光強(qiáng)度。一般而言，光源的冷卻是關(guān)鍵的。尤其是在使用發(fā)光二極管作為第一發(fā) 光單元和第二發(fā)光單元時(shí)，第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元發(fā)射的最大光強(qiáng)度嚴(yán)重地依賴于 發(fā)光二極管的冷卻。由于在輪輻時(shí)間的第一部分期間關(guān)斷第一發(fā)光單元，所以無(wú)需在輪輻 時(shí)間的第一部分期間冷卻第一發(fā)光單元，從而允許對(duì)于第二發(fā)光單元的發(fā)光二極管的更多冷卻能力。因而可以提升第二發(fā)光單元的功率從而實(shí)現(xiàn)增加第二發(fā)光單元發(fā)射的光強(qiáng)度。在其中照明系統(tǒng)包括第三發(fā)光單元和更多發(fā)光單元的一個(gè)實(shí)施例中，第二發(fā)光單 元的提升可以與第三發(fā)光單元和更多發(fā)光單元的提升同時(shí)進(jìn)行，以允許將對(duì)第一發(fā)光單元 的切斷補(bǔ)償分布于照明系統(tǒng)的所有發(fā)光單元。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元被配置成在輪輻越過(guò)第二光路時(shí)的時(shí)間間 隔關(guān)斷第二發(fā)光單元而接通第一發(fā)光單元。這一實(shí)施例的益處在于它允許照明系統(tǒng)從第一 顏色(在輪輻時(shí)間的第一部分期間與第二發(fā)光單元關(guān)聯(lián))基本上逐步轉(zhuǎn)向第二顏色(與第 一發(fā)光單元和下一色段關(guān)聯(lián))。在輪輻時(shí)間的第一部分期間，輪輻在第一發(fā)光單元關(guān)斷的期 間越過(guò)第一光路。在輪輻時(shí)間的第二部分為輪輻越過(guò)第二光路的時(shí)間間隔期間，關(guān)斷第二 發(fā)光單元以防止照明系統(tǒng)發(fā)射的光色漸變。然而同時(shí)，色段的下一色段布置于第一光路中 從而確定第一發(fā)光單元發(fā)射的光色。通過(guò)關(guān)斷第二發(fā)光單元的光并且通過(guò)在輪輻時(shí)間的第 二部分期間接通第一發(fā)光單元的光，照明系統(tǒng)發(fā)射的顏色從第一顏色基本上逐步變成第二 顏色。優(yōu)選地，僅在已經(jīng)切斷第二發(fā)光單元之后接通第一發(fā)光單元，這可以在照明系統(tǒng) 未發(fā)光的輪輻時(shí)間期間生成小的時(shí)間窗口。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元還被配置用于在關(guān)斷第二發(fā)光單元期間增 加第一發(fā)光單元的發(fā)光強(qiáng)度。這一實(shí)施例的益處在于第一發(fā)光單元發(fā)射的光強(qiáng)度增加使在 輪輻時(shí)間的第二部分期間照明系統(tǒng)發(fā)射的光強(qiáng)度基本上等于輪輻時(shí)間以外照明系統(tǒng)發(fā)射 的光強(qiáng)度。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，照射系統(tǒng)還包括朝向光輸出窗口發(fā)光的第三發(fā)光單 元，輪輻被配置用于依次越過(guò)第一發(fā)光單元的第一光路、第二發(fā)光單元的第二光路以及在 第三發(fā)光單元與光輸出窗口之間的第三光路，其中驅(qū)動(dòng)單元被配置成在輪輻越過(guò)第二光路 時(shí)關(guān)斷第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元，或者其中驅(qū)動(dòng)單元被配置成在輪輻越過(guò)第二光路時(shí) 切斷第二發(fā)光單元和第三發(fā)光單元。選擇關(guān)斷第一發(fā)光單元或者第二發(fā)光單元中的哪一個(gè) 確定了輪輻時(shí)間期間顏色變成新顏色的瞬間。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)不同色段生成的顏色的效率來(lái)確定在輪輻越過(guò) 第二光路時(shí)選擇關(guān)斷第一發(fā)光單元還是第三發(fā)光單元。這一實(shí)施例可以在色輪包括用于例 如將從發(fā)光單元發(fā)射的藍(lán)光轉(zhuǎn)換層紅光和綠光的發(fā)光材料時(shí)尤為有益。由于用于生成紅光 的發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換效率通常相對(duì)低，所以在使用熒光體輪(phosphorwheel)時(shí)照明系統(tǒng)發(fā) 射的紅光強(qiáng)度相對(duì)低?？梢赃x擇輪輻時(shí)段期間的變色瞬間使得從照明系統(tǒng)發(fā)射紅光的時(shí)間 與發(fā)射其余光的時(shí)間相比相對(duì)長(zhǎng)。第一發(fā)光單元、第二發(fā)光單元和第三發(fā)光單元的切換序 列甚至可以在熒光體輪從生成綠光的段變成生成紅光的段時(shí)與在熒光體輪從生成紅光的 段變成生成藍(lán)光的段時(shí)相比有所不同?？梢岳邕x擇這一不同切換序列使得從照明系統(tǒng)發(fā) 射紅光的時(shí)間最長(zhǎng)。這可以用來(lái)為光強(qiáng)度最低的顏色提供附加光強(qiáng)度。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，照明系統(tǒng)還包括用于感測(cè)由照明系統(tǒng)發(fā)射的光強(qiáng)度 的光傳感器。這一實(shí)施例的益處在于它允許主動(dòng)控制第二發(fā)光單元或者第一發(fā)光單元的 提升以例如保證照明系統(tǒng)發(fā)射的光電平保持恒定。尤其由于發(fā)光單元的老化效應(yīng)，所以單 獨(dú)發(fā)光單元發(fā)射的光強(qiáng)度可能在它的壽命期間變化。通過(guò)經(jīng)由光傳感器測(cè)量照明系統(tǒng)發(fā)射 的光強(qiáng)度，驅(qū)動(dòng)單元可以適配個(gè)別發(fā)光單元發(fā)射的光強(qiáng)度以主動(dòng)控制光電平使得它保持恒定。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)光單元包括第一發(fā)光器陣列，并且其中第二 發(fā)光單元包括第二發(fā)光器陣列。這一實(shí)施例的益處在于使用第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元 中的發(fā)光器陣列使光源的縱橫比能夠基本上對(duì)應(yīng)于待產(chǎn)生的圖像的縱橫比。這使照明系統(tǒng) 和投影設(shè)備能夠使投影圖像所需的光學(xué)器件最少，并且能夠最小化光學(xué)擴(kuò)展量的降低。在照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)光器陣列被布置成基本上平行于第二發(fā)光器 陣列，并且其中第一發(fā)光器陣列和第二發(fā)光器陣列在輪輻布置于光源與光輸出窗口之間時(shí) 布置成基本上平行于輪輻。這一實(shí)施例的益處在于發(fā)光器的這一布置使其中輪輻越過(guò)光源 的光路的時(shí)間期間最短。本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求11所述的投影設(shè)備。本發(fā)明也涉及一種用于在如權(quán)利要求1至10中所述的照明系統(tǒng)中使用的色輪，其 中色輪包括用于校準(zhǔn)(collimate)多個(gè)色段中的色段朝向照明系統(tǒng)的光輸出窗口發(fā)射的 光的校準(zhǔn)光學(xué)器件。這一實(shí)施例的益處在于校準(zhǔn)光學(xué)器件集成于色輪中使得限制了照明系 統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量的增加。光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量是照明系統(tǒng)中的重要參數(shù)。為了具有照明 系統(tǒng)的最優(yōu)效率并且限制光損耗，照明系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)為使得由于光穿過(guò)照明系統(tǒng)所致的 光學(xué)擴(kuò)展量增加盡可能小。通常，在使用校準(zhǔn)器和色輪的已知照明系統(tǒng)中，校準(zhǔn)器布置于已 知照明系統(tǒng)的色輪與出光窗口之間。在這樣的已知配置中，色段與校準(zhǔn)器之間的距離相對(duì) 大從而使照明系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量增加。尤其是當(dāng)色段包括用于將光源發(fā)射的至少部分光轉(zhuǎn) 換成不同顏色的光的光學(xué)材料時(shí)，發(fā)光材料發(fā)射的光基本上在所有方向上進(jìn)行發(fā)射。這樣， 通常在層中涂敷的發(fā)光材料可以視為L(zhǎng)ambertian發(fā)光器。為了保留光學(xué)擴(kuò)展量或者限制 光學(xué)擴(kuò)展量增加。校準(zhǔn)器優(yōu)選地定位成盡可能接近光學(xué)材料層。另外當(dāng)色段包括擴(kuò)散元件 時(shí)，這一擴(kuò)散元件也可以視為L(zhǎng)ambertian發(fā)光器。另外在這樣的實(shí)施例中，校準(zhǔn)器應(yīng)當(dāng)定 位成盡可能接近擴(kuò)散元件以限制光學(xué)擴(kuò)展量的增加。在根據(jù)本發(fā)明的色輪中，色輪包括校 準(zhǔn)光學(xué)器件。在這樣的配置中，發(fā)光材料層與校準(zhǔn)光學(xué)器件之間或者擴(kuò)散元件與校準(zhǔn)光學(xué) 器件之間的距離相對(duì)小，從而限制用于照明系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量的增加，因此優(yōu)化了根據(jù)本 發(fā)明的光照系統(tǒng)的效率。在色輪的一個(gè)實(shí)施例中，色輪包括襯底，該襯底包括多個(gè)色段，其中襯底包括校準(zhǔn) 光學(xué)器件。一般而言，色段的發(fā)光材料在襯底上涂敷為層或者可以在襯底的部分中集成為 粒子。襯底的剩余部分一般用于色輪的穩(wěn)定性。色輪的襯底的該剩余部分可以用于集成校 準(zhǔn)光學(xué)器件。在色輪的一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)光學(xué)器件包括用于校準(zhǔn)色段發(fā)射的光的反射元件， 和/或包括用于校準(zhǔn)色段發(fā)射的光的衍射元件，和/或包括布置于色段與光輸出窗口之 間用于校準(zhǔn)色段發(fā)射的光的折射元件。該實(shí)施例在將反射元件用于校準(zhǔn)時(shí)的益處在于， 反射元件可以相對(duì)容易地應(yīng)用于色段的邊緣或者將其涂敷為在兩個(gè)相鄰色段之間的輪輻 上的反射層。用于校準(zhǔn)的反射元件的又一益處在于反射元件在校準(zhǔn)時(shí)不引入色差。在 使用衍射元件時(shí)的益處在于衍射元件可以相對(duì)容易地例如使用印刷技術(shù)或者浮雕技術(shù) (embossingtechnologies)施加于例如色段上。另外，有效衍射校準(zhǔn)元件在色輪中可以無(wú)需 大量高度，這允許色輪保持相對(duì)薄和緊湊。這些衍射元件可以例如是例如由城齒結(jié)構(gòu)(由 折射率不同的兩種材料構(gòu)成)構(gòu)成的光柵。該實(shí)施例在將折射元件用于校準(zhǔn)時(shí)的益處在于折射元件的校準(zhǔn)效率由于折射元件中的反射損耗而與反射元件相比更大。另外，折射元件 可以例如預(yù)見(jiàn)來(lái)自光源的光束的發(fā)散度并且可以校正光束的發(fā)散度以校準(zhǔn)光。例如，用于 藍(lán)色的色段可以是用于透射由光源發(fā)射的藍(lán)色光束的基本上透明色段。在這樣的實(shí)施例 中，在具有具體發(fā)散度的預(yù)定方向上已經(jīng)主要發(fā)射由光源發(fā)射的光束。在這樣的實(shí)施例中， 折射元件可以校正發(fā)射的光束的發(fā)散度并由此高效地校準(zhǔn)藍(lán)光。折射元件可以是例如集成 于襯底中的透鏡元件或者可以例如是例如施加于襯底的頂部上的菲涅耳透鏡。折射元件也 可以是用于基本上僅在單個(gè)方向上校準(zhǔn)的圓柱透鏡。在色輪中，這樣的圓柱透鏡例如可以 成形為圓環(huán)(torus)。根據(jù)本發(fā)明的色輪也可以包括反射元件、衍射元件和/或折射元件的組合。反射 元件、衍射元件和/或折射元件的這一組合可以應(yīng)用于單個(gè)色段?？蛇x地，反射元件可以應(yīng) 用于色輪的一個(gè)色段，折射元件可以應(yīng)用于色輪的第二色段，而衍射元件可以應(yīng)用于第三 色段。另外，校準(zhǔn)強(qiáng)度可以因不同色段而不同。例如，發(fā)射藍(lán)色的色段通常為基本上透明 的色段(在光源發(fā)射藍(lán)光的實(shí)施例中)。因而在如下光束中發(fā)射藍(lán)光，該光束源于光源并且 通常要求與其它色段(其中色段例如包括通?？梢砸暈長(zhǎng)ambertian輻射器的發(fā)光材料) 相比不同的校準(zhǔn)強(qiáng)度。折射元件可以由應(yīng)用于襯底中的折射率梯度構(gòu)成，這具有的益處在 于這可以完全集成于色輪的襯底以內(nèi)?？蛇x地，折射元件可以例如由菲涅耳型透鏡構(gòu)成，這 具有的優(yōu)點(diǎn)在于折射元件的這一實(shí)施例可以集成于襯底中。在色輪的一個(gè)實(shí)施例中，色段包括在色段內(nèi)布置成至少部分平行于光路、用于在 切線方向上和/或在徑向方向上校準(zhǔn)色段發(fā)射的光的反射邊界。在徑向方向上延伸的反射 邊界校準(zhǔn)在切線方向上擴(kuò)展的光，而在切線方向上延伸的反射邊界校準(zhǔn)在徑向方向上擴(kuò)展 的光。反射邊界可以例如是又一輪輻，該輪輻不是布置于兩個(gè)相鄰色段之間的邊界(作為 輪輻)而是布置于單個(gè)色段內(nèi)。由于應(yīng)用又一輪輻，所以限制了光在切線方向上的擴(kuò)展，由 此在切線方向上校準(zhǔn)光。在這樣的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元可以被配置成也在又一輪輻越過(guò)第 一光路時(shí)的時(shí)間間隔期間關(guān)斷第一發(fā)光單元。反射邊界可以可選地至少部分地在切線方向 上延伸并且可以例如具有例如相對(duì)于色輪的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱布置的部分弧形。這樣的反射邊界 將在徑向方向上校準(zhǔn)色段發(fā)射的光。


根據(jù)下文描述的實(shí)施例本發(fā)明的這些和其它方面是清楚，并且將參照這些實(shí)施例 闡明這些和其它方面。在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的簡(jiǎn)化橫截面圖，而圖1B和1C示出了根據(jù)本 發(fā)明的具有相對(duì)于色輪的第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元的布置的色輪的不同實(shí)施例，圖2A、2B、2C和2D各自示出了在時(shí)間序列中示出的多個(gè)發(fā)光器陣列而兩段之間的 邊界在光源與光輸出窗口之間越過(guò)，而圖2E圖示了第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元隨時(shí)間 發(fā)射的光強(qiáng)度并且圖示了照明系統(tǒng)發(fā)射的顏色，圖3A、3B、3C和3D各自示出了在時(shí)間序列中所示多個(gè)發(fā)光器陣列的不同實(shí)施例而 兩段之間的邊界在光源與光輸出窗口之間越過(guò)，而圖3E圖示了第一發(fā)光單元、第二發(fā)光單元和第三發(fā)光單元隨時(shí)間發(fā)射的光強(qiáng)度并且圖示了照明系統(tǒng)發(fā)射的顏色，圖4示出了包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的投影設(shè)備，并且圖5A、5B、5C、5D、5E和5F示出了根據(jù)本發(fā)明的色輪的更多實(shí)施例的橫截面圖和俯 視圖。附圖僅為圖解而未按比例繪制。具體為求簡(jiǎn)潔，特別夸大了一些尺度。圖中的類 似部件盡可能多地由相同標(biāo)號(hào)表示。
具體實(shí)施例方式圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化橫截面圖。照明系統(tǒng)100包括光 源10 (見(jiàn)圖1B和1C)、色輪20和用于驅(qū)動(dòng)光源10的驅(qū)動(dòng)單元92。如圖1A中所示照明系 統(tǒng)100還包括用于驅(qū)動(dòng)色輪200的電機(jī)90、用于朝向光輸出窗口 110將光源10發(fā)射的光重 定向的折疊鏡120、用于感測(cè)照明系統(tǒng)100發(fā)射的光強(qiáng)度的光傳感器94和作為用于冷卻光 源10的冷卻元件的散熱器130。光源10發(fā)射的光遵循在圖1A中由點(diǎn)劃線80表示的光路 80。折疊鏡120例如是半透明鏡120，其朝向光傳感器94透射光源10發(fā)射的部分光。光 源10包括各自經(jīng)由色輪20朝向光輸出窗口 110發(fā)光的第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元 60 (見(jiàn)圖1B和1C)。圖1A中所示色輪20的橫截面圖沿著線AA (見(jiàn)圖1B)、因而僅示出光源 10的第一發(fā)光單元50。優(yōu)選地，第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60發(fā)射的光色基本上相 同，并且照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色是通過(guò)色輪20以及光源10發(fā)射的光色確定的。色輪20 包括不同色段R、G、B (見(jiàn)圖IB和1C)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)色輪20，不同段將布置于光源10與光輸出 窗口 110之間的光路80中。具體色段R、G、B的組合與光源10的顏色一起確定照明系統(tǒng) 100發(fā)射的光色。色輪20的不同段R、G、B可以包括濾色器，各濾色器透射具有例如從紅、綠、藍(lán)、品 紅、黃和青之中選擇的顏色之一的光。在這樣的實(shí)施例中，光源10優(yōu)選地發(fā)射基本上白光， 該白光包括已知數(shù)量的所選光色?？蛇x地，不同段R、G、B包括這樣的層該層包括將光源 10發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成顏色從紅、綠、藍(lán)、品紅、黃和青之中選擇的光的發(fā)光材料。在這樣的實(shí) 施例中，光源10可以例如發(fā)射可以由個(gè)別發(fā)光層轉(zhuǎn)換成所需顏色或者例如可以發(fā)射藍(lán)光 的紫外線光。在其中光源10發(fā)射藍(lán)光的實(shí)施例中，用R表示的段的發(fā)光材料吸收藍(lán)光并且 將它轉(zhuǎn)換成紅光。用G表示的段的發(fā)光材料吸收藍(lán)光并且將它轉(zhuǎn)換成綠光。優(yōu)選地，用R 表示的段的發(fā)光材料和用G表示的段的發(fā)光材料各自包括在色輪20的面向光源10的一側(cè) 上布置的特定二色鏡。在用G表示的段的發(fā)光材料上布置的二色鏡透射藍(lán)光而反射發(fā)光材 料生成的綠光。在用R表示的段的發(fā)光材料上布置的二色鏡透射藍(lán)光而反射發(fā)光材料生成 的紅光。使用二色鏡，在發(fā)光材料中生成的基本上所有綠光和紅光在光輸出窗口 110的方 向上由色輪20發(fā)射。用B表示的段不含發(fā)光材料并且透射來(lái)自光源10的藍(lán)光。在使用色 輪20上的發(fā)光材料層產(chǎn)生熒光體輪20時(shí)的益處在于光源10中生成的光的更大一部分從 照明系統(tǒng)100發(fā)射、尤其是在應(yīng)用二色鏡時(shí)。作為比較當(dāng)光源10發(fā)射基本上白光時(shí)，由于 段R、G、B的濾色器吸收除了具有具體顏色的光之外的所有光，光的至少60%未被使用。另 外，使用熒光體輪20生成遠(yuǎn)熒光體配置，該配置具有的益處在于發(fā)光材料層的效率由于發(fā) 光材料的溫度更低而更高以及將在熒光體輪20上使用的發(fā)光材料范圍由于發(fā)光材料的溫 度通常更低而更大。另外，可以在反射中使用熒光體輪20。在使用由光源10發(fā)射的藍(lán)光時(shí)的益處在于沒(méi)有為了生成藍(lán)光而需要的光轉(zhuǎn)換，這減少系統(tǒng)中的能量損耗。另外，在將藍(lán)光 用于生成紅光和綠光時(shí)的輪輻移位與在將紫外線光用于生成紅光和綠光時(shí)的輪輻移位相 比更少?gòu)亩M(jìn)一步減少系統(tǒng)中的能量損耗。色輪10可以包括多于三段并且可以與光源10發(fā)射的光色一起生成與列舉的紅、 綠、藍(lán)、品紅、黃和青不同的顏色。在已知照明系統(tǒng)中，色輪的兩個(gè)相鄰色段之間的邊界在光源與光輸出窗口之間穿 過(guò)從而產(chǎn)生在該時(shí)間窗口期間光色從第一顏色漸變成第二顏色的時(shí)間窗口。兩個(gè)相鄰色 段之間的邊界通常稱為輪輻40，而輪輻在光源10與光輸出窗口 110之間越過(guò)的時(shí)間通常 稱為輪輻時(shí)間Tsp (見(jiàn)圖2)。由于在輪輻時(shí)間段期間通過(guò)輸出窗口 110發(fā)射的光色并不恒 定，所以已知照明系統(tǒng)在輪輻時(shí)間期間簡(jiǎn)單地關(guān)斷光，從而大量減少照明系統(tǒng)的亮度，或者 已知照明系統(tǒng)包括復(fù)雜補(bǔ)償技術(shù)以仍然以高效和可預(yù)測(cè)的方式使用照明系統(tǒng)在輪輻時(shí)間 期間發(fā)射的光。然而這些后一種已知照明系統(tǒng)需要復(fù)雜數(shù)據(jù)補(bǔ)償。在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)100中，在輪輻時(shí)間Tsp期間發(fā)射的光可以由例如投影 設(shè)備使用而無(wú)需復(fù)雜補(bǔ)償技術(shù)。為此，第一發(fā)光單元50、第二發(fā)光單元60和色輪20的輪輻 40被配置用于輪輻40在越過(guò)光源10與光輸出窗口 110之間的光路80時(shí)防止同時(shí)越過(guò)第 一發(fā)光單元50與光輸出窗口 110之間的第一光路以及第二發(fā)光單元60與光輸出窗口 110 之間的第二光路。另外，驅(qū)動(dòng)單元92被配置成在輪輻時(shí)間的第一部分pi期間關(guān)斷第一發(fā) 光單元50 (參見(jiàn)圖2)，該第一部分是輪輻40越過(guò)第一光路的時(shí)間間隔。第一光路和第二光 路在光入射色輪20時(shí)基本上分離。然而在第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60的光之后， 第一光路和第二光路可以例如在可以用來(lái)提高照明系統(tǒng)100發(fā)射的光在光輸出窗口 110內(nèi) 的均勻性的合成光學(xué)器件(未示出)中完全地或者部分地重疊。為了防止輪輻40同時(shí)穿越第一光路和第二光路，第一發(fā)光單元50的定位可以如 圖1B中所示在切線方向上放置于第二發(fā)光單元60旁邊。圖1B示出了與由第一發(fā)光單元 50和第二發(fā)光單元60構(gòu)成的光源10 —起的色輪20。由于第二發(fā)光單元60在切線方向上 放置于第一發(fā)光單元50旁邊，所以輪輻40首先越過(guò)第一光路而后續(xù)越過(guò)第二光路。一種 防止輪輻40同時(shí)越過(guò)第一光路和第二光路的可選方式是通過(guò)調(diào)整如圖1C中所示輪輻40 的形狀。圖1C也示出了與由第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60構(gòu)成的光源10 —起的色 輪22?，F(xiàn)在第二發(fā)光單元60在徑向方向上放置于第一發(fā)光單元50旁邊。然而，輪輻40的 形狀使輪輻40首先越過(guò)第一光路而后續(xù)越過(guò)第二光路?？紤]由G表示的色段位于光源10與光輸出窗口 110之間。因而，照明系統(tǒng)100發(fā) 射的光色為綠。當(dāng)在箭頭的方向上旋轉(zhuǎn)色輪20、22、24時(shí)，代表由G表示的色段與由B表示 的色段之間邊界40的輪輻40將越過(guò)光源10與光輸出窗口 110之間的光路80。在如圖1B 和1C中所示兩種配置中，輪輻40將在輪輻時(shí)間的第一部分pi期間首先越過(guò)第一發(fā)光單 元50與光輸出窗口 110之間的第一光路。驅(qū)動(dòng)單元92在輪輻時(shí)間的第一部分pi期間關(guān) 斷第一發(fā)光單元50而維持第二發(fā)光單元60發(fā)光。發(fā)光系統(tǒng)100發(fā)射的光色仍然為綠，盡 管強(qiáng)度可以是在接通第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60時(shí)強(qiáng)度的一半。為了克服照明系 統(tǒng)100發(fā)射光強(qiáng)度的減少，驅(qū)動(dòng)單元92可以在輪輻時(shí)間的第一部分pi期間提升第二發(fā)光 單元60的光輸出。在輪輻40已經(jīng)越過(guò)第一光路之后，由B表示的色段位于第一發(fā)光單元 50與光輸出窗口 110之間。當(dāng)色輪20繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它將在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間越過(guò)第二發(fā)光單元60與光輸出窗口 110之間的第二光路(見(jiàn)圖2)。在輪輻時(shí)間的第二部分 P2期間，驅(qū)動(dòng)單元92可以關(guān)斷第二發(fā)光單元60而可以接通第一發(fā)光單元50。這時(shí)，照明 系統(tǒng)100發(fā)射的光色從綠突變成藍(lán)，因?yàn)橛葿表示的色段位于第一發(fā)光單元50與光輸出窗 口 110之間。由于沒(méi)有從綠向藍(lán)的漸變，所以照明系統(tǒng)發(fā)射的光可以易于由投影系統(tǒng)使用 而無(wú)需復(fù)雜補(bǔ)償技術(shù)。為了保證照明系統(tǒng)在輪輻時(shí)間的第二部分P2期間發(fā)射的光強(qiáng)度基 本上等于照明系統(tǒng)在輪輻時(shí)間Tsp以外發(fā)射的光強(qiáng)度，驅(qū)動(dòng)單元92可以在輪輻時(shí)間的第二 部分P2期間提升第一發(fā)光單元的輸出。為了防止由色輪20、22、24的不同色段R、G、B產(chǎn)生的光的任何混合，在輪輻時(shí)間的 第一部分pi與輪輻時(shí)間的第二部分p2之間可以有不發(fā)光的短暫時(shí)間間隔。這尤其可以在 色輪20、22、24包括發(fā)光材料時(shí)實(shí)現(xiàn)，以防止由于發(fā)光材料的余輝效應(yīng)所致的光混合。光源10可以包括任何發(fā)光單元50、60，例如發(fā)光二極管、激光二極管或者其它小 型亮光源。在使用發(fā)光二極管和/或激光二極管時(shí)的益處在于可以容易地在短時(shí)間內(nèi)提升 發(fā)光單元以發(fā)射增加量的光。在圖2A至2D和圖3A至3D中示出了在輪輻40在光源10、12、14與光輸出窗口 110之間越過(guò)時(shí)的這些不同階段。圖2E和3E各自示出了輪輻時(shí)間Tsp和一連串輪輻時(shí)間 部分pl、p2 ；pl、p2、p3，在這些部分期間可以接通、提升或者關(guān)斷第一發(fā)光單元50和/或第 二發(fā)光單元60和/或第三發(fā)光單元70。圖2A、2B、2C和2D各自示出了光源12由第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60構(gòu) 成。第一發(fā)光單元50由第一發(fā)光器陣列52、54、56構(gòu)成，而第二發(fā)光單元60由第二發(fā)光器 陣列62、64、66構(gòu)成。第一發(fā)光器陣列52、54、56和第二發(fā)光器陣列62、64、66中的各發(fā)光 器陣列在輪輻40分別越過(guò)第一發(fā)光器陣列52、54、56和第二發(fā)光器陣列62、64、66時(shí)基本 上布置成平行于輪輻40。圖2A至2D示出了時(shí)間序列，在該時(shí)間序列期間輪輻40越過(guò)光源 12。輪輻40在由箭頭表示的方向上移動(dòng)。圖2A示出了其中在第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60經(jīng)由色輪20的相同段R、 G、B時(shí)朝向光輸出窗口 110發(fā)光時(shí)的情形。這對(duì)應(yīng)于在輪輻時(shí)間Tsp以外的時(shí)間期間照明 系統(tǒng)100的光輸出。第一發(fā)光器陣列52、54、56和第二發(fā)光器陣列62、64、66均將被接通。圖2B示出了其中輪輻40越過(guò)第一光路的情形。這一時(shí)間間隔表示為輪輻時(shí)間的 第一部分pi (參見(jiàn)圖2E)。在輪輻時(shí)間的第一部分pi期間關(guān)斷第一發(fā)光器陣列52、54、56， 而第二發(fā)光器陣列62、64、66保持接通，優(yōu)選為以提升的強(qiáng)度接通。圖2C示出了其中輪輻40越過(guò)第二光路的情形。這一時(shí)間間隔表示為輪輻時(shí)間的 第二部分p2 (見(jiàn)圖2E)。在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間關(guān)斷第二發(fā)光器陣列62、64、66，而 接通第一發(fā)光器陣列52、54、56，優(yōu)選以提升的強(qiáng)度接通。在這一階段，照明系統(tǒng)100發(fā)射的 光色如在圖2E中由‘Out’表示的底部圖形所示那樣改變。圖2D示出了其中輪輻40已經(jīng)越過(guò)光源12的情形。當(dāng)接通第二發(fā)光器陣列62、 64,66并且將第一發(fā)光器陣列52、54、56的強(qiáng)度減少至輪輻時(shí)間Tsp以外的強(qiáng)度水平時(shí)，第 一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60經(jīng)由色輪20的相同段R、G、B朝向光輸出窗口 110發(fā)光。在圖2E中也示出了這四個(gè)階段。由標(biāo)號(hào)50表示的第一圖形表示第一發(fā)光單元50 隨時(shí)間t的光輸出強(qiáng)度。在第一圖形中，第一發(fā)光單元50的狀態(tài)也由措辭“接通”、“關(guān)斷” 和“提升”表示，這些措辭分別表示第一發(fā)光單元50何時(shí)接通、關(guān)斷以及第一發(fā)光單元50的輸出強(qiáng)度何時(shí)提升。由標(biāo)號(hào)60表示的第二圖形表示第二發(fā)光單元60隨時(shí)間t的光輸出 強(qiáng)度。在第二圖形中，第二發(fā)光單元60的狀態(tài)也由措辭“接通”、“關(guān)斷”和“提升”表示，這 些措辭分別表示第二發(fā)光單元60何時(shí)接通、關(guān)斷以及第二發(fā)光單元60的輸出強(qiáng)度何時(shí)提 升。由文字標(biāo)簽‘Out’表示的第三圖形表示照明系統(tǒng)100隨時(shí)間t的光輸出強(qiáng)度。另外， 第三圖形示出了在輪輻時(shí)間途中從藍(lán)(由標(biāo)號(hào)B表示)變成綠(由標(biāo)號(hào)G表示)的光色。 第三圖形也示出了照明系統(tǒng)100的輸出強(qiáng)度在輪輻時(shí)間Tsp期間維持基本上恒定并且示出 了照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色未從藍(lán)光漸變成綠光(如已知照明系統(tǒng)具有的那樣)而是在輪 輻時(shí)間的第一部分pl與輪輻時(shí)間的第二部分P2之間突變。由于這一顏色突變，照明系統(tǒng) 100在輪輻時(shí)間Tsp期間發(fā)射的光可以易于由投影設(shè)備200使用而無(wú)需復(fù)雜的補(bǔ)償技術(shù)。圖3A、3B、3C和3D各自示出了光源14的不同實(shí)施例。圖3中所示光源14由第一 發(fā)光單元50、第二發(fā)光單元60和第三發(fā)光單元70構(gòu)成。第一發(fā)光單元50由第一發(fā)光器陣 列52、54構(gòu)成，第二發(fā)光單元60由第二發(fā)光器陣列62、64構(gòu)成，而第三發(fā)光單元70由第三 發(fā)光器陣列72、74構(gòu)成。同樣，第一發(fā)光器陣列52、54、第二發(fā)光器陣列62、64和第三發(fā)光 器陣列72、74在輪輻40分別越過(guò)第一發(fā)光器陣列52、54、第二發(fā)光器陣列62、64和第三發(fā) 光器陣列72、74時(shí)基本上布置成平行于輪輻40。圖3A至3D示出了時(shí)間序列，在該時(shí)間序 列中輪輻40越過(guò)光源14。輪輻40在由箭頭表示的方向上移動(dòng)。圖3A示出了在第一、第二和第三發(fā)光單元50、60、70各自經(jīng)由色輪20的相同段R、 G、B朝向光輸出窗口 110發(fā)光時(shí)的情形。這對(duì)應(yīng)于在輪輻時(shí)間Tsp以外的時(shí)間期間照明系 統(tǒng)100的光輸出。接通所有發(fā)光器陣列52,54 ；62,64 ；72、74。圖3B示出了其中輪輻40在輪輻時(shí)間的第一部分pl期間越過(guò)第一光路的情形(參 見(jiàn)圖3E)。在輪輻時(shí)間的第一部分pl期間關(guān)斷第一發(fā)光器陣列52、54，而第二發(fā)光器陣列 62、64和第三發(fā)光器陣列72、74保持接通。為了保證在輪輻時(shí)間pl的第一部分發(fā)射的光強(qiáng) 度保持基本上恒定，可以提升第二發(fā)光器陣列62、64和第三發(fā)光器陣列72、74以發(fā)射更高 強(qiáng)度的光。圖3C示出了其中輪輻40在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間越過(guò)第二光路的情形(參 見(jiàn)圖3E)。在輪輻時(shí)間的這一第二部分p2期間，關(guān)斷第二發(fā)光器陣列62、64以防止照明系 統(tǒng)發(fā)射的光色逐漸地變色。在圖3A至3E中所示實(shí)施例中，在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間 再次接通第一發(fā)光器陣列52、54，而關(guān)斷第三發(fā)光器陣列72、74。因而，第一發(fā)光器陣列52、 54與色段R、G、B的布置于第一發(fā)光器陣列52、54的光路中的部分一起確定照明系統(tǒng)100 發(fā)射的光色。因而照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色在輪輻時(shí)間的第一部分pl與輪輻時(shí)間的第二 部分P2之間改變。為了保證在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間發(fā)射的光強(qiáng)度與輪輻時(shí)間的第 一部分pl相比保持基本上恒定，可以提升第一發(fā)光器陣列52、54以發(fā)射更高強(qiáng)度的光。這 在圖3E中由在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間的更高脈沖和由文字標(biāo)簽“X-提升”表示。標(biāo) 簽‘X-提升’也表示必須比第二發(fā)光器陣列62、64和第三發(fā)光器陣列72、74更多地提升第 一發(fā)光器陣列52、54的強(qiáng)度，從而照明系統(tǒng)100發(fā)射的光強(qiáng)度保持基本上恒定。在一個(gè)可選實(shí)施例中，第一發(fā)光器陣列52、54可以在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間 保持關(guān)斷，并且可以進(jìn)一步提升第三發(fā)光器陣列72、74，從而照明系統(tǒng)100發(fā)射的光強(qiáng)度保 持基本上恒定。在這一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色在輪輻時(shí)間的第一部分pl與輪 輻時(shí)間的第二部分P2之間尚未改變、但是在輪輻時(shí)間的第二部分p2與輪輻時(shí)間的第三部分p3之間改變(參見(jiàn)圖3E)。根據(jù)前述示例清楚的是，可以通過(guò)選擇發(fā)光單元50、60、70中的哪一個(gè)被“接通” 或者“關(guān)斷”來(lái)選擇在輪輻時(shí)段Tsp期間的變色瞬間(參見(jiàn)圖3E)。這可以在色輪包括用 于將從發(fā)光單元50、60、60發(fā)射的例如藍(lán)光轉(zhuǎn)換成紅光和綠光的發(fā)光材料時(shí)有益地加以使 用。由于用于生成紅光的發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)低，所以在使用熒光體輪20時(shí)照明系統(tǒng) 100發(fā)射的紅光強(qiáng)度相對(duì)低?？梢赃x擇在輪輻時(shí)段Tsp期間的變色瞬間使得從照明系統(tǒng)100 發(fā)射紅光的時(shí)間與發(fā)射其余光的時(shí)間相比相對(duì)長(zhǎng)。例如，當(dāng)作為生成綠色的色段G與生成 紅色的色段R之間邊界的第一輪輻40越過(guò)光源10的光路80時(shí)，“關(guān)斷”發(fā)光單元50、60、 70中的哪一個(gè)的序列可以與在作為生成紅色的色段R與生成藍(lán)色的色段B之間邊界的第 二輪輻40越過(guò)光路80時(shí)相比有所不同?？梢岳邕x擇這一不同切換序列使得從照明系統(tǒng) 100發(fā)射紅光的時(shí)間最長(zhǎng)。這可以用來(lái)為光強(qiáng)度最低的顏色提供附加光強(qiáng)度。在又一實(shí)施例中，可以在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間接通第一發(fā)光器陣列52、 54，并且第三發(fā)光器陣列可以在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間保持接通。因而，照明系統(tǒng)100 發(fā)射的光色改變，因?yàn)榈谝话l(fā)光器陣列52、54發(fā)射的光色與第三發(fā)光器陣列72、74發(fā)射的 光色相比取決于色輪20的不同色段。例如當(dāng)色段20包括生成紅色的色段R、生成藍(lán)色的色 段B和生成綠色的色段G時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施例發(fā)射的顏色為中間色，例如黃(為紅和 綠的組合)、品紅(為紅和藍(lán)的組合)和青(為綠和藍(lán)的組合)。照明系統(tǒng)100在輪輻時(shí)間 的第二部分P2期間發(fā)射的光的中間色與照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色相比是不同的，但是在輪 輻時(shí)間的第二部分P2期間保持基本上恒定。這使投影設(shè)備200能夠相對(duì)容易地使用照明 系統(tǒng)100在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間發(fā)射的光。圖3D示出了其中輪輻40在輪輻時(shí)間的第三部分p3期間越過(guò)第三發(fā)光單元70與 光輸出窗口 110之間的光路的情形(參見(jiàn)圖3E)。在輪輻時(shí)間的這一第三部分p3期間接通 第一發(fā)光器陣列52、54和第二發(fā)光器陣列62、64，而關(guān)斷第三發(fā)光器陣列72、74。為了確保 在輪輻時(shí)間的第三部分P3期間發(fā)射的光強(qiáng)度保持基本上恒定，可以提升第一發(fā)光器陣列 52,54和第二發(fā)光器陣列62、64以發(fā)射更高強(qiáng)度的光。在其中中間色在輪輻時(shí)間的第二部分p2期間由照明系統(tǒng)100發(fā)射的實(shí)施例中，照 明系統(tǒng)100發(fā)射的顏色將同樣在輪輻時(shí)間的第二部分p2與輪輻時(shí)間的第三部分p3之間改 變。在輪輻時(shí)間的第三部分P3期間，第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60各自經(jīng)由確定照 明系統(tǒng)100發(fā)射的光色的色輪20的的相同段R、G、B朝向光輸出窗口 110發(fā)光。其中輪輻40已經(jīng)越過(guò)光源14的下一情形并未加以示出并且基本上與圖2D相同。 在輪輻時(shí)間的第三部分P3之后同樣接通第三發(fā)光器陣列72、74，并且同樣將第一發(fā)光器陣 列52、54和第二發(fā)光器陣列62、64發(fā)射的光強(qiáng)度減少至輪輻時(shí)間Tsp以外的強(qiáng)度水平。第 一發(fā)光單元50、第二發(fā)光單元60和第三發(fā)光單元70各自經(jīng)由色輪20的相同段R、G、B朝 向光輸出窗110發(fā)光。在圖3E中也示出了這五個(gè)階段。由標(biāo)號(hào)50表示的第一圖形表示第一發(fā)光單元50 隨時(shí)間t的光輸出強(qiáng)度。在第一圖形中，第一發(fā)光單元50的狀態(tài)由措辭“接通”、“關(guān)斷”、 “提升”和“X-提升”表示，這些措辭分別表示第一發(fā)光單元50何時(shí)接通、關(guān)斷以及第一發(fā)光 單元50的輸出強(qiáng)度何時(shí)提升或者提升更多。由標(biāo)號(hào)60表示的第二圖形表示第二發(fā)光單元 60隨時(shí)間t的光輸出強(qiáng)度。在第二圖形中，第二發(fā)光單元60的狀態(tài)也由措辭“接通”、“關(guān)
13斷”和“提升”表示，這些字眼分別表示第二發(fā)光單元60何時(shí)接通、關(guān)斷以及第二發(fā)光單元 60的輸出強(qiáng)度何時(shí)提升。由標(biāo)號(hào)70表示的第三圖形表示第三發(fā)光單元70隨時(shí)間t的光 輸出強(qiáng)度。在第三圖形中，第三發(fā)光單元70的狀態(tài)也由措辭“接通”、“關(guān)斷”和“提升”表 示，這些措辭分別表示第三發(fā)光單元70何時(shí)接通、關(guān)斷以及第二發(fā)光單元60的輸出強(qiáng)度何 時(shí)提升。由文字標(biāo)簽“Out”表示的第四圖形表示照明系統(tǒng)100隨時(shí)間t的光輸出強(qiáng)度。另 外，第四圖形示出了在輪輻時(shí)間的第一部分pi與輪輻時(shí)間的第二部分p2之間從藍(lán)(由標(biāo) 號(hào)B表示)變成綠(由標(biāo)號(hào)G表示)的光色。第四圖形也示出了照明系統(tǒng)100的輸出強(qiáng)度 在輪輻時(shí)間Tsp期間維持基本上恒定并且示出了照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色沒(méi)有如已知照明 系統(tǒng)具有的那樣從藍(lán)光漸變成綠光而是在輪輻時(shí)間的第一部分Pi與輪輻時(shí)間的第二部分 P2之間突變。由于這一顏色突變，照明系統(tǒng)100在輪輻時(shí)間Tsp期間發(fā)射的光可以易于由 投影設(shè)備200使用而無(wú)需復(fù)雜補(bǔ)償技術(shù)。圖4示出了包括根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)100的投影設(shè)備200。投影設(shè)備200包括 用于在數(shù)字光處理單元230上投射照明系統(tǒng)100發(fā)射的光的擴(kuò)束透鏡(expander lens) 210 和物鏡220。后續(xù)地，數(shù)字光處理單元230經(jīng)由通過(guò)光閥的投射或者經(jīng)由從微鏡陣列的反射 生成在墻壁上或者在屏幕上后續(xù)投影的圖形。圖5A、5B、5C、5D、5E和5F示出了根據(jù)本發(fā)明的色輪的更多實(shí)施例的橫截面圖和俯 視圖。在圖5A、5B、5C和5D中示出了色輪20、22、24的橫截面圖，其中圖5A中所示實(shí)施例 示出了用于校準(zhǔn)光的反射元件26，其中圖5B和5C中所示實(shí)施例示出了用于校準(zhǔn)光的折射 元件27A和27B，并且其中圖5D中所示實(shí)施例示出了用于校準(zhǔn)光的衍射元件25。色輪20、 22,24包括襯底28。色段G的發(fā)光材料在襯底28上涂敷為層并且在圖5A、5B、5C和5D中 表示為灰色區(qū)域。發(fā)光材料可以涂敷為層或者可以在襯底28的部分中集成為粒子(未示 出)。襯底28的其余部分一般用于色輪20、22、24的穩(wěn)定性。色輪20、22、24的襯底28的 這一其余部分可以用于合成校準(zhǔn)光學(xué)器件25、26、27A、27B。由于校準(zhǔn)光學(xué)器件25、26、27A、 27B集成于色輪20、22、24的襯底28中，所以限制了照明系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量的增加，因此提 高照明系統(tǒng)100的效率。圖5A示出了包括反射元件26的校準(zhǔn)光學(xué)器件26。反射元件26可以相對(duì)容易地 涂敷于色段R、G、B的邊緣或者在兩個(gè)相鄰色段R、G、B之間在輪輻40上涂敷為反射層。優(yōu) 選地，反射元件26被布置為反射體杯(見(jiàn)圖5A的橫截面)，然而反射元件26也可以被布置 成基本上平行于光路80。虛線箭頭表示反射元件26校準(zhǔn)的由發(fā)光元件60發(fā)射的光束。圖5B示出了包括折射元件27A的校準(zhǔn)光學(xué)器件27A。折射元件27A可以由襯底 28中所用折射率梯度(未示出)構(gòu)成，這具有的益處在于這可以完全集成于色輪的襯底以 內(nèi)。取而代之，折射元件27A可以例如是集成于襯底28中的透鏡27A。圖5C示出了包括菲涅耳行透鏡27B的校準(zhǔn)光學(xué)器件27B，該透鏡可以例如應(yīng)用于 襯底28的涂敷有發(fā)光層的表面上(未示出)或者可以集成于色輪20的襯底28中。在這 樣的實(shí)施例中，校準(zhǔn)光學(xué)器件27B與色段G之間的距離可以相對(duì)小。另外，在使用菲涅耳型 透鏡27B時(shí)的益處在于可以限制襯底28的厚度從而允許限制色輪20的厚度。虛線箭頭表 示折射元件27B校準(zhǔn)的由發(fā)光元件60發(fā)射的光束。圖5D示出了包括衍射光柵25的校準(zhǔn)光學(xué)器件25，該光柵可以例如涂敷于襯底28 的表面上(未示出)或者可以例如涂敷于發(fā)光材料G的表面上(未示出)或者可以例如涂敷于發(fā)光材料G的表面上(未示出)或者可以集成于襯底28中?？梢岳缡褂糜∷⒓夹g(shù) 或者浮雕技術(shù)來(lái)相對(duì)容易地涂敷衍射元件25。另外，使用衍射元件25允許限制校準(zhǔn)光學(xué)器 件的厚度從而允許限制色輪20的厚度。這些衍射元件25可以例如是由例如城齒結(jié)構(gòu)(該 結(jié)構(gòu)由折射率不同的材料構(gòu)成)構(gòu)成的光柵25。根據(jù)本發(fā)明的色輪20、22、24也可以包括反射元件26、衍射元件25和/或折射元 件27A、27B的組合。校準(zhǔn)元件25、26、27A、27B的這一組合可以應(yīng)用于單個(gè)色段R;G;B?？?選地，反射元件26可以涂敷于色輪20、22、24的一個(gè)色段R、G、B，而折射元件27A、27B可以 涂敷于色輪20、22、24的第二色段R、G、B。圖5E示出了根據(jù)本發(fā)明的色輪20的俯視圖。圖5E中所示色輪20與圖1B中所 示色輪20基本上相同，但是現(xiàn)在反射元件26用作輪輻40 (見(jiàn)圖1B和1C)或者反射元件26 應(yīng)用于輪輻40上。在圖5E中所示實(shí)施例中，反射元件26被布置成基本上平行于光路80， 因此輪輻40的寬度將基本上沒(méi)有增加(將僅增加構(gòu)成反射元件26的反射層的厚度)?？?選地，當(dāng)反射元件26不知為反射杯(見(jiàn)圖5A)時(shí)，輪輻40在切線方向上的尺度將增加。為 了仍然能夠減少照明系統(tǒng)100的輪輻時(shí)間(見(jiàn)圖1A)，必須適配第一發(fā)光單元50 (見(jiàn)圖1B 和1C)與第二發(fā)光單元60 (見(jiàn)圖1B和1C)之間的距離使得輪輻40未同時(shí)越過(guò)第一發(fā)光單 元50與光輸出窗口 110之間的第一光路和第二發(fā)光單元60與光輸出窗口 110之間的第二 光路。圖5F示出了根據(jù)本發(fā)明的色輪24的又一實(shí)施例的俯視圖。在這一實(shí)施例中，色 段R、G、B包括在色段R、G、B內(nèi)布置成至少部分平行于光路80用于在切線方向上和/或在 徑向方向上的反射邊界29A、29B、29C，用于校準(zhǔn)色段R、G、B發(fā)射的光。反射邊界29A可以 是并非布置于兩個(gè)相鄰色段R、G、B之間(作為輪輻40)的邊界而是布置于單個(gè)色段R、G、 B以內(nèi)的又一輪輻29A。由于應(yīng)用反射邊界29A，所以限制光在切線方向上的擴(kuò)展，因此在切 線方向上校準(zhǔn)光。在這樣的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元92可以被配置成也在又一輪輻29越過(guò)第 一光路時(shí)的時(shí)間間隔期間關(guān)斷第一發(fā)光單元50。又一輪輻29A也可以代之以被布置成相對(duì) 于光軸80傾斜某一角度，比如如圖5A中所示反射杯的反射元件26之一。在這樣的實(shí)施例 中，又一輪輻29A的尺度在切線方向上增加。反射邊界29B、29C也可以是布置于切線方向上用于限制光在徑向方向上擴(kuò)展的 邊界。這樣的反射邊界29B、29C可以例如具有例如相對(duì)于色輪24的旋轉(zhuǎn)軸91對(duì)稱布置的 部分弧形。這樣的反射邊界29B、29C將在徑向方向上校準(zhǔn)色段發(fā)射的光。可選地，反射邊界 29B、29C可以具有用于例如部分地在徑向方向上而部分地在切線方向上校準(zhǔn)光的任何其它 形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚可以與照明系統(tǒng)分離地應(yīng)用如這里公開(kāi)的包括校準(zhǔn)光學(xué) 器件25、26、27A、27B、29A、29B、29C的色輪20、22、24而無(wú)需將驅(qū)動(dòng)單元92用于減少輪輻時(shí) 間、也無(wú)需使用具有第一和第二發(fā)光單元50、60的光源10、12、14。本發(fā)明也涉及一種在用于投影設(shè)備200的照明系統(tǒng)100中驅(qū)動(dòng)光源10、12、14的 方法。照明系統(tǒng)100包括光源10、12、14、色輪20、22、24和用于驅(qū)動(dòng)光源10、12、14的驅(qū)動(dòng) 單元92。色輪20、22、24包括對(duì)照明系統(tǒng)100發(fā)射的光色進(jìn)行確定的多個(gè)色段R、G、B。色 輪20、22、24被配置用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)色輪20、22、24在光源10、12、14與光輸出窗110之間的 光路80中對(duì)多個(gè)色段R、G、B之中的色段R、G、B依次定位。色輪20、22、24的輪輻40為兩個(gè)相鄰色段R、G、B之間的邊界40。照明系統(tǒng)100還包括光源10、12、14，該光源包括第一發(fā) 光單元50和第二發(fā)光單元60，第一發(fā)光單元50和第二發(fā)光單元60中的各發(fā)光單元朝向照 明系統(tǒng)100的光輸出窗110發(fā)光。第一發(fā)光單元50、第二發(fā)光單元60和輪輻40被配置用 于輪輻40在越過(guò)光源10、12、14與光輸出窗口 110之間的光路80時(shí)防止同時(shí)越過(guò)第一發(fā) 光單元50與光輸出窗口 110之間的第一光路以及第二發(fā)光單元60與光輸出窗口 110之間 的第二光路。驅(qū)動(dòng)光源10、12、14的方法包括以下步驟在輪輻40越過(guò)第一光路時(shí)的時(shí)間 間隔Pi期間切斷第一發(fā)光單元50(見(jiàn)圖2E和3E)。該方法包括以下步驟在關(guān)斷第一發(fā)光單元50期間增加第二發(fā)光單元60發(fā)射的 光強(qiáng)度。本發(fā)明也涉及一種用于實(shí)現(xiàn)如前段中所示方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)注意上文提到的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說(shuō)明而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制， 并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)許多替代實(shí)施例而不脫離所附權(quán)利要求書(shū)的范圍。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)之間的任何標(biāo)號(hào)不應(yīng)理解為限制權(quán)利要求。動(dòng)詞“包括” 及其變形的使用并不排除存在除了權(quán)利要求中陳述的要素或者步驟之外的要素或者步驟。 先于要素的冠詞“一個(gè)/ 一種”并不排除存在多個(gè)這樣的要素。在列出若干裝置的設(shè)備權(quán) 利要求中，若干這些裝置可以由同一項(xiàng)硬件體現(xiàn)。僅在在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載 某些措施的情況并不表示無(wú)法有利地利用這些措施的組合。
權(quán)利要求
一種用于投影設(shè)備(200)的照明系統(tǒng)(100)，所述照明系統(tǒng)(100)包括光源(10，12，14)、色輪(20，22，24)和用于驅(qū)動(dòng)所述光源(10，12，14)的驅(qū)動(dòng)單元(92)，-所述色輪(20，22，24)包括對(duì)所述照明系統(tǒng)(100)發(fā)射的光色進(jìn)行確定的多個(gè)色段(R，G，B)，所述色輪(20，22，24)被配置用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述色輪(20，22，24)在所述光源(10，12，14)與光輸出窗口(110)之間的光路(80)中對(duì)所述多個(gè)色段(R，G，B)之中的色段(R，G，B)依次定位，所述色輪(20，22，24)的輪輻(40)為兩個(gè)相鄰色段(R，G，B)之間的邊界(40)，-所述光源(10，12，14)包括各自朝向所述照明系統(tǒng)(100)的光輸出窗口(110)發(fā)光的第一發(fā)光單元(50)和第二發(fā)光單元(60)，-所述第一發(fā)光單元(50)、所述第二發(fā)光單元(60)和所述輪輻(40)被配置用于所述輪輻(40)在越過(guò)所述光源(10，12，14)與所述光輸出窗口(110)之間的所述光路(80)時(shí)防止同時(shí)穿越所述第一發(fā)光單元(50)與所述光輸出窗口(110)之間的第一光路和所述第二發(fā)光單元(60)與所述光輸出窗口(110)之間的第二光路，-所述驅(qū)動(dòng)單元(92)被配置用于在所述輪輻(40)越過(guò)所述第一光路時(shí)的時(shí)間間隔(p1)期間關(guān)斷所述第一發(fā)光單元(50)。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述第一發(fā)光單元(50)相對(duì)于所述第二 發(fā)光單元(60)的定位防止所述輪輻(40)同時(shí)越過(guò)所述第一光路和所述第二光路，或者其 中所述輪輻(40)的形狀防止所述輪輻(40)同時(shí)越過(guò)所述第一光路和所述第二光路。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述驅(qū)動(dòng)單元(92)還被配置用于 在關(guān)斷所述第一發(fā)光單元(50)期間增加所述第二發(fā)光單元(60)的發(fā)光強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述驅(qū)動(dòng)單元(92)被配置成 在所述輪輻(40)越過(guò)所述第二光路(60)時(shí)的時(shí)間間隔(p2)期間關(guān)斷所述第二發(fā)光單元 (60)而接通所述第一發(fā)光單元(50)。
5.如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述驅(qū)動(dòng)單元(92)還被配置用于在關(guān)斷 所述第二發(fā)光單元(60)期間增加所述第一發(fā)光單元(50)的發(fā)光強(qiáng)度。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或者5所述的照明系統(tǒng)(100)，所述照明系統(tǒng)(100)還包括朝 向所述光輸出窗口(110)發(fā)光的第三發(fā)光單元(70)，所述輪輻(40)被配置用于依次越過(guò)所 述第一發(fā)光單元(50)的所述第一光路、所述第二發(fā)光單元(60)的所述第二光路和在所述 第三發(fā)光單元(70)與所述光輸出窗口(110)之間的第三光路，其中所述驅(qū)動(dòng)單元(92)被 配置用于在所述輪輻越過(guò)所述第二光路時(shí)關(guān)斷所述第一發(fā)光單元(50)和所述第二發(fā)光單 元(60)，或者其中所述驅(qū)動(dòng)單元(92)被配置成在所述輪輻越過(guò)所述第二光路時(shí)關(guān)斷所述 第二發(fā)光單元(60)和所述第三發(fā)光單元(70)。
7.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)(100)，其中在所述輪輻越過(guò)所述第二光路時(shí)選擇關(guān) 斷所述第一發(fā)光單元(50)或者所述第三發(fā)光單元(70)取決于所述不同色段(R，G，B)生成 色的效率。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述照明系統(tǒng)(100)還包括用于 感測(cè)所述照明系統(tǒng)(100)發(fā)射的光強(qiáng)度的光傳感器(94)。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述第一發(fā)光單元(50)包括第 一發(fā)光器陣列(52，54，56)，并且其中所述第二發(fā)光單元(60)包括第二發(fā)光器陣列(62，64，66)，并且其中所述第三發(fā)光單元(70)包括第三發(fā)光器陣列(72，74，76)。
10.如權(quán)利要求9所述的照明系統(tǒng)(100)，其中所述第一發(fā)光器陣列(52，54，56)被布 置成基本上平行于所述第二發(fā)光器陣列(62，64，66)，并且其中所述第一發(fā)光器陣列(52， 54，56)和所述第二發(fā)光器陣列(62，64，66)在所述輪輻(40)布置于所述光源(10，12，14) 與所述光輸出窗口(110)之間時(shí)布置成基本上平行于所述輪輻(40)。
11.一種投影設(shè)備(200)，包括如任一前述權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(100)。
12.一種色輪(20，22，24，24)，用于在如權(quán)利要求1至10所述的照明系統(tǒng)(100)中使 用，其中所述色輪(20，22，24)包括校準(zhǔn)光學(xué)器件(25，26，27A，27B，29A，29B，29C)，用于校 準(zhǔn)所述多個(gè)色段(R，G，B)中的色段(R，G，B)朝向所述照明系統(tǒng)(100)的所述光輸出窗口 (110)發(fā)射的光。
13.如權(quán)利要求12所述的色輪(20，22，24)，所述色輪(20，22，24)包括襯底(28)，所 述襯底(28)包括所述多個(gè)色段(R，G，B)，其中所述襯底(28)包括所述校準(zhǔn)光學(xué)器件(25， 26，27A，27B，29A，29B，29C)。
14.如權(quán)利要求12或者13所述的色輪(20，22，24)，其中所述校準(zhǔn)光學(xué)器件(25，26， 27A，27B，29A，29B，29C)包括用于校準(zhǔn)所述色段(R ；G ；B)發(fā)射的光的反射元件(26)；和/ 或包括用于校準(zhǔn)所述色段(R ；G ；B)發(fā)射的光的的衍射元件(25)；和/或包括布置于所述色 段(R ；G ；B)與所述光輸出窗口(110)之間用于校準(zhǔn)所述色段(R ；G ；B)發(fā)射的光的折射元 件(27A，27B)。
15.如權(quán)利要求12、13或者14所述的色輪(20，22，24)，其中所述色段(R；G ；B)包括在 所述色段(R ；G ；B)布置成至少平行于所述光路(80)的反射邊界(29A，29B，29C)，用于在切 線方向(29A)上和/或在徑向方向(29B，29C)上校準(zhǔn)所述色段(R ;G ;B)發(fā)射的光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)(100)、一種投影設(shè)備和一種色輪(20，22，24)。該照明系統(tǒng)包括光源，該光源包括各自朝向光輸出窗口(110)發(fā)光的第一發(fā)光單元(50)和第二發(fā)光單元。該照明系統(tǒng)包括色輪，該色輪包括多個(gè)色段(R，G，B)，在兩個(gè)相鄰色段之間的邊界為輪輻(40)。第一發(fā)光單元、第二發(fā)光單元和輪輻被配置用于輪輻在越過(guò)光源與光輸出窗口之間的光路(80)時(shí)防止同時(shí)越過(guò)第一發(fā)光單元與光輸出窗口之間的第一光路以及第二發(fā)光單元與光輸出窗口之間的第二光路。該照明系統(tǒng)還包括配置用于在輪輻越過(guò)第一光路時(shí)的時(shí)間間隔(p1)關(guān)斷第一發(fā)光單元的驅(qū)動(dòng)單元(92)。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的效果在于在輪輻時(shí)間期間發(fā)射的光色并未發(fā)生漸變而是相對(duì)突然地改變，從而使投影設(shè)備能夠使用在輪輻時(shí)間期間發(fā)射的光而無(wú)需復(fù)雜補(bǔ)償技術(shù)。
文檔編號(hào)H04N9/31GK101878652SQ200880117962
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者D·A·貝諾伊, E·J·M·帕宇盧森, J·德格拉夫, M·J·J·范德盧貝, M·P·J·皮特斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司