CN104813228B

CN104813228B - 对投影器的成像光学元件的照射

Info

Publication number: CN104813228B
Application number: CN201380020907.8A
Authority: CN
Inventors: 奥利弗·梅尔
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Coretronic Corp
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: WO2013156522A3; WO2013156522A2; DE102012206525B4; CN104813228A; US20150062540A1; DE102012206525A1; US9904157B2

Abstract

一种用于照射投影器(11)的成像光学元件(12)的方法，其中成像光学元件(12)由不同半导体光源(13‑16)的不同颜色的光(Lb1，Lg，Lr)顺序地不仅以单色的方式、而且也以叠加成混合光的方式照射。投影器(11)具有成像光学元件(12)和至少两个产生不同颜色的光(Lb1，Lb2，Lg，Lr)的用于照射成像光学元件(12)的半导体光源(13‑16)，其中投影器(11)设计成用于执行所述方法。

Description

对投影器的成像光学元件的照射

技术领域

本发明涉及一种用于照射投影器的成像光学元件的方法，其中成像光学元件由不同光源的、尤其是不同半导体光源的不同颜色的光照射。本发明也涉及一种用于执行所述方法的投影器，其中投影器具有成像光学元件和至少两个产生不同颜色的光的用于照射成像光学元件的半导体光源。本发明优选可用于视频投影器。

背景技术

在视频投影器中，成像基于借助于成像光学元件(“成像器”)、例如基于DLP(“Digital Light Processing”数字光处理)、LCD(“Liquid Crystal Display”，液晶显示)或LCoS(“Liquid Crystal on Silicon”，硅基液晶)技术有针对性地接通和切断光束的各个像点或像素。为了显示特定的颜色，宽带辐射的光源(例如，放电灯)的光分解成其原色(例如借助于带有相应的滤色器的旋转的色轮)，所述原色随后通常利用唯一的成像器顺序地转变成需要的功率分量(在DLP技术中例如作为所谓的单片式DLP技术)。这尤其也适用于“白色”的显示。在假设三个原色(例如，红色、绿色和蓝色)在例如各三分之一的各分别确定的时间分量中的时间分量中交替时，相应地，三个顺序活跃的原色通道中的每个仅在该时间分量期间使用。由此得出下述缺点：所使用的光通量仅是技术方面最大可提供的光通量的一部分、例如三分之一(在该情况下全部三个原色通道至100％可用)。

为了部分地解决所述缺点，在色轮之内也能够存在透光部段，所述透光部段具有高的并且与波长无关的透射(“白色部段”)。白色部段的大小通过技术实现方案固定地预设从而能够在视频投影器运行期间不再发生改变。由于这种限制而必要的是，将色轮关于部段分布针对投影器的特定的应用类型一次性优化(例如，针对具有高的白色面积分量的数据投影或具有高的色彩饱和的图像材料的投影)。

功率关于顺序的混合光的各个颜色分量的动态调整能够通过Osram公司的所谓的Unishape法(灯泡照明技术)来进行，其中汞蒸汽灯的功率消耗进而汞蒸汽灯的弧光中的亮度与色轮的过滤部段同步地非常快地改变，因此，灯短暂地以较低的或较高的功率运行。因此，能够调整光学特性、例如色彩分量、亮度等。在单片式DLP投影器中，因此，借助所述方法能够明显增大色温和色彩饱和。然而在此，色段的长度不能够改变。

此外已知视频投影器，所述视频投影器为了产生原色的顺序的序列而应用半导体光源和发光材料转换。

发明内容

本发明的目的是，至少部分地克服现有技术的缺点。

所述目的通过一种用于照射投影器的成像光学元件的方法和一种投影器来实现。在所述方法中，用不同半导体光源的不同颜色的光顺序地不仅以单色的方式、而且也以叠加成混合光的方式照射所述成像光学元件，并且通过白色的混合光照射所述成像光学元件。所述投影器具有成像光学元件和至少两个产生不同颜色的光的用于照射所述成像光学元件的半导体光源，其中投影器设计成用于执行上述方法，并且通过白色的混合光照射所述成像光学元件。优选的实施方式尤其能够从下文中得出。

所述目的通过用于照射投影器的成像光学元件的方法来实现，其中成像光学元件由不同半导体光源的不同颜色的光顺序地不仅以单色的方式、而且也以叠加成混合光的方式照射。

通过所述方法，成像光学元件能够以不同颜色的顺序序列暂时地由混合光照射，由此实现较高的光通量。应用半导体光源与应用色轮相比能够实现通过暂时改变(延长或缩短)各所属的至少一个半导体光源的激活来动态地设定各个色彩分量。借助于所属的工作电流的变化也可以改变半导体光源激活期间的光通量。由此，例如又能够建立与Unishape法的简单的兼容性。此外，在执行该方法时不需要附加的硬件成本。

成像光学元件例如为了执行DLP投影能够具有微镜设备，例如所谓的微系统的“Digital Micromirror Device，数字微镜设备”(DMD)。但是，成像光学元件也能够具有反射的或可穿透的液晶显示单元(LCD)，例如以用于执行LCD或LCoS法，

由不同半导体光源(直接或间接地)产生的不同颜色的光可以是具有至少基本上仅一种纯色(例如，绿色、蓝色或红色)的单色的或具有多个单色的多色的(例如，绿色的和蓝色的色彩或色彩分量，所述色彩或色彩分量共同产生青白色的或青绿色的光)。多色的颜色例如可以从对由半导体光源放射的初级光借助于对其敏感的发光材料仅部分波长转换中得出。

成像光学元件顺序地不仅以单色的方式、而且也以叠加成混合光的方式照射涉及由半导体光源产生的光。“单色”因此尤其能够理解成由一个或相同类型的半导体光源产生的(单色的或多色的)光，而混合光尤其从光的时间上的且空间上的叠加或组合得出，所述光由不同的或不同类型的半导体光源产生。

一个设计方案是，成像光学元件由仅一部分颜色的光组成的混合光照射。通过至少暂时地避免由全部颜色的光(例如由全部半导体光源或其类型的光同时)组成的混合光，与纯顺序照射的情况下相比，提供更高的光通量，并且同时色彩饱和仍是高的。例如，在提供四种颜色时，成像光学元件可以由两种颜色和/或三种颜色的光组成的混合光照射。这种原理也能够扩展到多于四种颜色。

一个特殊的设计方案是，成像光学元件由(仅)两种颜色的光组成的混合光照射。通过避免多于两种颜色的光(例如，多于两种不同的半导体光源或其类型的光同时)组成的混合光，与在纯顺序照射的情况下相比提供更高的光通量，并且色彩饱和同时是高的。

又一个设计方案是，成像光学元件通过不同颜色的光的顺序的序列照射，并且其中不同颜色的依次的光在预定的组合持续时间中叠加以用于产生混合光。该设计方案能够实现尤其简单地操控半导体光源。

另一个设计方案是，成像光学元件由两种颜色的每种可能组合的混合光照射。由此，提供大量的两色的混合颜色，这有助于感觉自然的图像再现。

又一个设计方案是，成像光学元件顺序地不仅以单色的方式、而且也由全部颜色的光的组合组成的混合光照射。由此，能够提供尤其高的光通量。

此外，一个设计方案是，不同颜色的光对应于原色组。因此，能够提供要投影的图像的大的色彩空间或色域。

还一个设计方案是，成像光学元件通过红光、绿光和蓝光的顺序序列照射，其中不同原色的依次的光在预定的组合持续时间中叠加成黄色、青色的或品红色的混合光。这通过避免单独的白色部段能够实现高的色彩饱和。更确切地说，在两个原色之间进行颜色转变时，这两个原色在一定的持续时间(“组合持续时间”)中重叠或叠加。因此，在组合持续时间期间，成像光学元件分别借助于红光和绿光、绿光和蓝光以及蓝光和红光同时运行。通过原色时间上的叠加，提高总光通量，然而不同时产生白光。替代于此，生成新的混合颜色组(在此，由红色和绿色产生黄色，由绿色和蓝色产生青色以及由蓝色和红色产生品红色)。通过在时间上集成黄色的、青色的和品红色的光，然后出现期望的附加的白色效果的光通量。该设计方案尤其能够应用于电影投影。

此外，一个设计方案是，成像光学元件通过白色的混合光照射。该设计方案尤其能够用于需要高的光通量的投影类型或投影应用，例如用于数据投影。原色为此在预设的时间中全部同时运行。因此，在白色部段期间，成像光学元件优选接通应显示白色的全部像点或像素。白光分量的动态的变型形式(例如通过设定其长度或强度)是可行的。

所述目的也通过一种投影器来实现，所述投影器具有成像光学元件和至少两个产生不同颜色的光的用于照射成像光学元件的半导体光源，其中投影器设计成用于如上所述地执行所述方法。

所述投影器具有与所述方法相同的优点并且能够类似地构造。

产生不同颜色的光的至少两个半导体光源例如能够直接产生光(“初级光”)或通过照射至少一种发光材料且随后进行转换成次级光的至少部分的波长转换而间接产生光。半导体光源的光的各个颜色因此尤其可以是单色的或多色的。

一个改进方案是，至少一个半导体光源具有发光二极管。又一个改进方案是，至少一个半导体光源具有激光器。每种颜色能够由一个或多个半导体光源产生。

至少一个半导体光源能够包含至少一种进行波长转换的发光材料(例如，转换型LED)。发光材料能够替选地或附加地远离半导体光源(作为尤其仅发射初级光的半导体光源)设置(“远程磷光体”)。至少一个半导体光源因此也能够包括具有通过至少一个半导体光源激发的发光材料或这种发光材料元件的光源。

如果存在发光二极管，那么所述发光二极管以单独封装的发光二极管的形式或以LED芯片的形式存在。多个LED芯片能够安装在共同的衬底(“Submount”)上。至少一个发光二极管能够配装有至少一个自身的和/或共同的光学元件以用于射束引导，例如至少一个菲涅尔透镜、准直仪等。代替或除了例如基于InGaN或AlInGaP的无机发光二极管，通常也能够使用有机LED(OLED，例如聚合物OLED)。

一个改进方案是，投影器构成为单片式DLP投影器并且为此具有DLP微镜设备作为成像光学元件，所述成像光学元件设计成用于，将由半导体光源借助于上述方法产生的光以像点的方式投射到图像墙或投影平面上。可以在DLP微镜设备上游或下游接入至少一个光学元件，例如偏转镜、透镜等。

又一个改进方案是，投影器构成为单片式LCD投影器，例如基于反射的或可透光的液晶显示(LCD)，例如构成为单片式LCoS投影器。

一个设计方案是，半导体光源分别具有至少一个用于产生蓝色光的发光二极管或激光器、至少一个用于产生红色光的发光二极管和至少一个用于产生绿色光的发光二极管或激光激发的发光材料元件。这能够实现尤其紧凑和强光的构造。

蓝光尤其可以包括在420nm和490nm之间、尤其在440nm和480nm之间、尤其在445nm和460nm之间的波长范围中的光或者是这种光。

绿光尤其可以是在490nm和575nm之间的波长范围中的光或者是这种光。

红光可以包括狭义上的红光(尤其在650nm和750nm之间的波长范围中)、狭义上的橘色光(尤其在585nm和620nm之间的波长范围中)和/或狭义上的琥珀色光(尤其在620nm和650nm之间的波长范围中)或者是这种光。(其他意义的)红光因此尤其可以包括在585nm和750nm的波长范围中的光或者是这种光。

所述波长范围尤其能够涉及峰值波长或中央波长。

具体地，投影器可以包括至少一个“蓝色的”激光器以产生蓝光、至少一个“红色的”发光二极管以产生红光和至少一个“绿色的”激光激发的发光材料元件以产生绿光。

又一个特殊的改进方案是，替代至少一个“蓝色的”激光器使用至少一个“蓝色的”发光二极管。

还一个特殊的改进方案是，替代至少一个“绿色的”激光激发的发光材料元件应用至少一个“绿色的”发光二极管。

又一个设计方案是，投影器能够在多个运行模式之间切换。这能够实现投影器的尤其大的应用范围。投影器能够在多个运行模式之间切换尤其能够表示，投影器为相应的运行模式分别使用不同类型和长度的混合光部段，所述混合光部段为所选择的运行模式能够实现光通量和色彩饱和之间的最优折中。

运行模式例如能够包括数据投影、彩色图像投影、黑白图像投影和/或胶片投影。

另一个设计方案是，投影器以一个运行模式运行，其中成像光学元件通过红光、绿光和蓝光的顺序序列照射，其中不同原色的依次的光在预定的组合持续时间中叠加成黄色的、青色的或品红色的混合光。这能够在光通量高的情况下实现尤其高的色彩饱和，这对胶片投影的运行模式而言能够是尤其有利的。

又一个设计方案是，投影器以下述运行模式运行，其中成像光学元件通过白色的混合光照射。这在色彩饱和足够的情况下能够实现尤其高的光通量，这对于数据投影的运行模式而言能够是尤其有利的。

此外，一个设计方案是，能够可变地调节半导体光源的激活持续时间。因此，能够实现更可变地调整由投影器投影的光。

此外，一个改进方案是，能够根据要投影的图像内容调节或改变光源的工作值(例如，工作电流)和/或光源的激活持续时间。

尤其地，投影器也可以设计成用于实现暗期，在所述暗期中不投影任何光。借助于暗期例如能够减小图像亮度。

投影器例如能够构成为视频投影器。

附图说明

本发明的在上文中描述的特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的类型和方式结合下面对实施例的示意性的描述更清晰且更清楚地理解，所述实施例结合附图来详细阐述。在此，为了概览，相同的或起相同作用的元件设有相同的附图标记。

图1示出投影器的所选择的元件的斜视图；

图2示出能够用于运行图1中的投影器的第一激活或时钟脉冲图；并且

图3示出能够用于运行图1中的投影器的第二激活或时钟脉冲图。

具体实施方式

图1示出投影器11的所选择的元件的斜视图，所述投影器例如能够作为视频投影器运行。投影器11具有呈DLP微镜设备的形式的成像光学元件12和三个产生不同颜色的光的用于照射成像光学元件12的半导体光源13、14和15、16。因此，投影器11构成为单片式DLP投影器。

第一半导体光源是(至少)一个蓝色的激光器13，所述激光器将其蓝色的(初级)光Lb1穿过部分可穿透的镜17并且继续穿过透光光学元件18、例如一个或多个透镜投射到成像光学元件12上。蓝光Lb1从成像光学元件12(典型地经由光学元件23)以像点的方式反射到图像平面B上并且在那里产生要通过投影器11投影的图像Bd的蓝光分量。

第二半导体光源是(至少)一个红色的发光二极管14，所述发光二极管将其红色的(初级)光Lr穿过部分可穿透的镜17并且继续穿过透光光学元件18投射到成像元件12上。红光Lr从成像光学元件12以像点的方式反射到图像平面B上并且在那里产生要通过投影器11投影的图像的红光分量。

第三半导体光源包括(至少)一个蓝色的激光器15，所述蓝色的激光器将其蓝色的(初级)光Lb2穿过部分可穿透的镜17并且继续穿过透光光学元件20、例如一个或多个透镜投射到具有发光材料16的环形的转换区域21上，在此为：旋转轮22。旋转轮22用于：通过所述旋转轮使发光材料16在由蓝色的激光器15产生的静态光斑下方转动来防止过强地加热发光材料16。转换区域21也可以替选地仅分部段地环形地或弧线形地构成。发光材料16将蓝光Lb2至少基本上完全转变成绿光Lg。绿光Lg借助于透光光学元件20被引导到部分可穿透的镜17上。蓝色的激光器15和发光材料16也能够视作为呈激光激发的发光材料元件15、16的形式的半导体光源。

部分可穿透的镜17对于绿光Lg不是可穿透的，而是构成为是反射的，使得所述绿光从部分可穿透的镜17穿过透光光学元件18反射到成像光学元件12上。绿光Lg从成像光学元件12以像点的方式反射到图像平面B上并且在那里产生要通过投影器11投影的图像的绿光分量。

投影器11可在多个运行模式之间切换，如在下文中借助半导体光源13、14和15、16的属于相应的运行模式的激活或时钟脉冲图来阐述。

图2示出能够用于运行图1中的投影器11的半导体光源13、14和15、16的第一激活或时钟脉冲图，更确切地说尤其用于数据投影。第一时钟脉冲图示出关于时间t绘制以时钟脉冲的方式引入到半导体光源13、14和15中的工作电流Ib、Ir或Ig。工作电流Ib、Ir或Ig非常接近地对应于半导体光源13、14或15、16的光通量。工作电流Ib、Ir和Ig仅在特定的接通持续时间或激活持续时间tb＝t2-t0或t8-t5等、tr＝t4-t1等或tg＝t6-t3等中接通。接通持续时间tb、tr和tg能够是不同的或可以至少是成对地是相同的、尤其全部地相同的。

工作电流Ib、Ir或Ig的时钟脉冲为，使得成像光学元件12顺序地不仅单色地、而且也叠加地由混合光照射。例如，在初始时刻t0开始时，仅接通用于驱动蓝色的激光器13的工作电流Ib，使得也仅蓝色的激光器13放射其蓝光Lb1。成像光学元件12在此单色地、即仅由蓝色照射。

在接下来的时刻t1，附加地，用于运行红色的发光二极管14的工作电流Ir被接入，并且随后在时刻t2之后，工作电流Ib再次切断。在持续时间B1＝t1-t0中进行单色蓝光照射之后，在持续时间(“组合持续时间”)B2＝t2-t1中对成像元件12进行叠加照射。因此，在持续时间B2期间，成像元件12以两色的方式用蓝色的激光器13和红色的发光二极管14的蓝红色的或品红色的混合光照射。

从时刻t2开始直至时刻t3，又跟随单色红色的持续时间B3＝t3-t2。

在时刻t3，附加地，接入用于运行蓝色的激光器15的工作电流Ig，并且在时刻t4之后红色的发光二极管14的工作电流Ir才再次切断。因此，在持续时间B3之后，在组合持续时间B4＝t4-t3中，由红色的发光二极管14和激光激发的发光材料元件15、16的红绿色的或黄色的混合光以叠加的方式照射成像元件12。

从时刻t4起直至时刻t5，又跟随单色的、现在是绿色的持续时间B5＝t5-t4。在时刻t5，附加地，接入用于运行蓝色的激光器13的工作电流Ib，并且在时刻t6之后，蓝色的激光器15的工作电流Ig才再次切断。在绿色的持续时间B5之后，因此在组合持续时间B6＝t6-t5中，用蓝色的激光器13和激光激发的发光材料元件15、16的蓝绿色的或青色的混合光以叠加的方式照射成像元件12。

在时刻t6切断蓝色的激光器15之后，又跟随单色的蓝色的持续时间B1’＝t7-t6，持续时间B2至B6连接于所述持续时间B1’，等等。

从持续时间B1或B1’至B6的组合得出的时间段尤其可以短到，使得所述时间段在时间上不可由人眼分辨从而尽管其为顺序的基本形式仍整体感觉为是彩色的。

可选地，半导体光源13、14、15、16的接通或激活持续时间tb、tr和tg和/或持续时间B1或B1’至B6能够可变地调节。因此，能够实现更可变地调整由投影器投影的光。

尤其地，激活或时钟脉冲图可选地也可以具有暗期，在所述暗期期间，半导体光源13-16都不是活跃的。

图3示出能够用于运行图1中的投影器11的第二激活或时钟脉冲图，更确切地说尤其用于胶片投影。

在此，运行半导体光源13-16，(接通其运行电流Ib、Ir或Ig)，使得不再出现两色的组合持续时间B2、B4和B6，而是顺序地依次产生首先仅单色的持续时间B7(蓝色的)＝t2-t0、B8(红色)＝t4-t2或B9(绿色)＝t6-t4。

为了提供高的光通量，附加地在持续时间t8-t6中产生白光部段B10。在白光部段期间，激活所有的半导体光源13-16，使得产生红绿蓝色的或白色的混合光。

在此，也能够可变地调节半导体光源13-16的接通或激活持续时间tb、tr和tg和/或持续时间B7至B10。尤其地，激活或时钟脉冲图也可以可选地产生暗期，在所述暗期期间半导体光源13-16都不是活跃的。

从持续时间B7至B10的组合得出的时间段尤其可以短到，使得所述时间段在时间上不可由人眼分辨从而尽管其为顺序的基本形式仍整体感觉为是彩色的。

尤其地，投影器也可以设计成用于实现暗期，在所述暗期中不投影光。借助于暗期，例如能够减小图像亮度，而不必调整半导体光源的工作电流。

虽然详尽地通过示出的实施例详细说明和描述本发明，但是本发明不局限于此并且其他的变型形式能够由本领域技术人员从中推导出，而不脱离本发明的保护范围。

因此，在图2和图3中示出的过程也可以组合，例如通过实现两色的混合光B2、B4和/或B6和附加地白色部段。

在图2和图3中示出的过程能够与投影器的相应的运行模式相关联并且可选地进行选择。

Claims

1.一种用于照射投影器(11)的成像光学元件(12)的方法，其中用不同半导体光源(13，14，15，16)的不同颜色的光(Lb1，Lg，Lr)顺序地不仅以单色的方式、而且也以叠加成混合光的方式照射所述成像光学元件(12)，并且其中通过白色的混合光照射所述成像光学元件(12)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中用仅一部分所述颜色的光(Lb1，Lg，Lr)组成的混合光照射所述成像光学元件。

3.根据权利要求2所述的方法，其中用两个颜色的光(Lb1，Lg，Lr)组成的混合光照射所述成像光学元件(12)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中用不同颜色的光(Lb1，Lg，Lr)的顺序序列(tb，tr，tg)照射所述成像光学元件(12)，并且其中不同颜色的依次的光(Lb1，Lg，Lr)在预定的组合持续时间(B2，B4，B6；B10)中叠加以产生混合光。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其中用两种颜色任意可能组合的混合光照射所述成像光学元件(12)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中顺序地不仅以单色的方式(B7-B9)、而且也用全部颜色的光(Lb1，Lg，Lr)的组合组成的混合光(B10)照射所述成像光学元件(12)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中不同颜色的光(Lb1，Lg，Lr)对应于原色组。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述通过红色的、绿色的和蓝色的光(Lb1，Lg，Lr)的顺序的序列(tb，tr，tg)照射所述成像光学元件(12)，其中不同原色的依次的光(Lb1，Lg，Lr)在预定的组合持续时间(B2，B4，B6)中叠加成黄色的、青色的或品红色的混合光。

9.一种投影器(11)，所述投影器具有：

-成像光学元件(12)；和

-至少两个产生不同颜色的光(Lb1，Lg，Lr)的用于照射所述成像光学元件(12)的半导体光源(13，14，15，16)，

其中

-所述投影器(11)设计成用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法，

-其中通过白色的混合光照射所述成像光学元件(12)。

10.根据权利要求9所述的投影器(11)，其中所述半导体光源(13，14，15，16)分别具有：

-至少一个用于产生蓝色的光(Lb1)的发光二极管或激光器(13)；

-至少一个用于产生红色的光(Lr)的发光二极管(14)；和

-至少一个用于产生绿色的光(Lg)的发光二极管或激光激发的发光材料元件(15，16)。

11.根据权利要求9或10所述的投影器(11)，

其中所述投影器(11)能够在多个运行模式之间切换。

12.根据权利要求11所述的投影器(11)，

其中所述投影器(11)以借助根据权利要求7所述的方法的运行模式运行。

13.根据权利要求11所述的投影器(11)，

其中所述投影器(11)以借助根据权利要求8所述的方法的运行模式运行。

14.根据权利要求9或10所述的投影器(11)，

其中能够可变地调节所述半导体光源(13-16)的激活持续时间(tb，tg，tr，B1-B10)。