用于光束投影儀的照明光學系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于光束投影儀的照明光學系統，所述照明光學系統包括：光源；顏色轉換單元，具有至少一個熒光物質層，所述熒光物質層用于反射來自所述光源的光或轉換從所述光源發射的光的波長以形成波長被轉換的光；二向色鏡，使從所述光源發射的光入射到所述顏色轉換單元上。由顏色轉換單元反射或發射的具有不同的波長的光通過相同的路徑入射到顯示面板上。在所述照明光學系統中，從一個光源發出的光可被處理以產生紅光、綠光和藍光，所述紅光、綠光和藍光能夠通過與由所述顏色轉換單元反射或發射的光相同的光路依次入射到顯示面板上。
【專利說明】用于光束投影儀的照明光學系統
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及一種光學設備，更具體地說，涉及一種用于光束投影儀的光學系統，所述光學系統對從顯示面板輸出的圖像進行放大，并將已放大的圖像投射到屏幕上。
【背景技術】
[0002]光束投影儀是利用光學系統和顯示面板來實現放大圖像的光學儀器。圖像的大小可以根據光束投影儀與屏幕之間的距離被調節。如果能確保光束投影儀與屏幕之間有足夠距離，則易于實現具有高清晰度的大的圖像，而與顯示裝置的大小無關。
[0003]光束投影儀結構中的光學系統可以分為照明光學系統和透射光學系統。所述照明光學系統表示由布置在從光源到顯示面板的光路上的光學元件形成的光學系統，所述透射光學系統表示由布置在從顯示面板到被構造為投射圖像的投影透鏡的光路上的光學組件形成的光學系統。在操作中，所述光源產生的光行進穿過照明光學系統，以入射到顯示面板上，在顯示面板上實現的圖像行進穿過透射光學系統，并穿過透射透鏡而最后投射到光束投影儀的外部。
[0004]通常，投影光學系統對在顯示面板上實現的圖像進行放大，并將圖像投射到屏幕上。圖像的清晰度可通過聚焦而被選擇性地調整。照明光學系統使紅光、綠光和藍光分別入射到顯示面板上。使用發光二極管以提供構成照明光學系統的光源，從而顯著地提高光束投影儀的顏色再現。此外，使用激光二極管作為光源的產品已經被提出。第8167440美國專利(于2012年5月I日登記)公開了一種結構，在該結構中，將發光二極管和激光二極管組合起來作為照明光學系統的光源。在所述美國專利中公開的照明光學系統使用發射藍色激光的激光二極管與發射紅光的發光二極管的組合作為光源，并且紅光、綠光和藍光分別沿不同的路徑行進，以到達顯示面板。
[0005]最近，已經做出了使這樣的光束投影儀小型化的技術開發，以將光束投影儀配備在便攜式終端(諸如移動通信終端、便攜式計算機、多媒體播放器以及緊湊型數碼相機)中。通過這樣的實現方式，可投射存儲在配備有光束投影儀的便攜式終端中的數據或運動圖像。
[0006]為了構造小型化的光束投影儀，必須將顯示面板和光學系統小型化。諸如DMD (數字微鏡器件)和LCoS(硅基液晶)的緊湊型平板裝置已經被開發作為顯示面板，并應用于光束投影儀。然而，如上所述，盡管通過使用多個發光二極管和/或激光二極管來在顏色再現方面改善照明光學系統，但是根據將入射到顯示面板上的光的顏色，光在照明光學系統中沿不同的路徑行進，這需要諸如透鏡和反射鏡的多個光學組件。當在便攜式終端中實現將多個光源以及所述透鏡和反射鏡布置在不同的光路上時，難以實現小型化。

【發明內容】

[0007]因此，本發明的一方面提供一種光束投影儀的照明光學系統，即使光具有不同的顏色，所述照明光學系統也能夠使所述光的光路彼此一致。[0008]本發明的另一方面是提供一種光束投影儀的照明光學系統，所述照明光學系統用于使光的光路彼此一致，以共用光學組件，從而利于小型化。
[0009]本發明的另一方面是提供一種照明光學系統和一種使用所述照明光學系統的光束投影儀，在所述照明光學系統中，在不用發光二極管作為光源的情況下，僅使用激光二極管便可實現紅、綠、黃和藍的顏色，使得這樣的照明光學系統的結構可被簡化，從而簡化了其結構，降低了制造成本，并且使照明光學系統小型化。
[0010]本發明的又一方面是提供一種照明光學系統和一種包括所述照明光學系統的光束投影儀，在所述照明光學系統中，通過使用全反射棱鏡，不管激光二極管的數量如何，所述照明光學系統都能夠保持光學效率。
[0011]本發明的又一方面提供一種照明光學系統和一種包括所述照明光學系統的光束投影儀，在所述照明光學系統中，所述照明光學系統利用采用單個藍色激光二極管的光源、多個棱鏡和在預定區域內設置有反射區域的旋轉輪來尋求結構簡化。
[0012]根據本發明的一方面，一種用于光束投影儀的照明光學系統包括:光源；顏色轉換單元，具有至少一個熒光物質層，所述至少一個熒光物質層反射從光源發射的光或轉換光源發射的光的波長以形成波長被轉換的光；二向色鏡，以預定角度設置，用于偏轉從所述光源發射的光，以使所述光入射到顏色轉換單元上。由顏色轉換單元反射的光或發射的具有不同波長的波長被轉換的光通過相同的路徑入射到顯示面板上。
[0013]根據本發明的又一方面，一種用于光束投影儀的照明光學系統包括:光源；顏色轉換單元，被形成為具有至少一個熒光物質層，所述至少一個熒光物質層轉換從所述光源發射的光的波長以形成波長被轉換的光。所述顏色轉換單元可包括:反射板，繞著旋轉軸旋轉，所述旋轉軸基本平行于從顏色轉換單元發射的光的光軸的方向；反射層，反射從所述光源發射出的藍色激光。所述熒光物質層可通過形成被從所述光源發射出的光激發并分別發射綠光和紅光的綠色熒光物質層和紅色熒光物質層而被構造，并且由所述反射層反射的光和由所述熒光物質層發射的光通過相同的路徑入射到顯示面板上。
[0014]根據本發明教導的用于光束投影儀的上述光學系統可包含在便攜式終端、便攜式計算機、多媒體播放器、緊湊型數碼相機或適合于對存儲在其中的數據或運動畫面進行投射的任何雙工系統中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]從下面結合附圖的詳細描述中，本發明的以上和其它方面、特點及優點將變得更加清楚，附圖中:
[0016]圖1示出根據本發明的示例性實施例的光束投影儀的照明光學系統；
[0017]圖2是示出圖1中所示的照明光學系統的二向色鏡的俯視圖；
[0018]圖3和圖4是用于描述圖2中所示的二向色鏡的反射特性的視圖；
[0019]圖5是示出圖1中所示的照明光學系統的顏色轉換單元的俯視圖；
[0020]圖6是用于描述在圖5中所示的顏色轉換單元的反射層的反射特性的曲線圖；
[0021]圖7是示出根據本發明的另一示例性實施例的光束投影儀的照明光學系統的結構的視圖；
[0022]圖8是用于描述圖7中所示的照明光學系統的操作的視圖；[0023]圖9是示意性地示出了根據本發明的另一示例性實施例的包括照明光學系統的光束投影儀沿著光路的結構示圖；
[0024]圖10是示出了當采用藍色激光二極管作為圖9中所示的光束投影儀的單個光源時所使用的旋轉輪的平面圖；
[0025]圖11是示出了當采用紫外激光二極管作為圖9中所示的光束投影儀的單個光源時所使用的旋轉輪的平面圖；
[0026]圖12是示意性地示出了圖9中所示的光束投影儀的修改示例沿著光路的結構示圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，將參照附圖來描述本發明的各種實施例。為了清楚和簡明的目的，由于包含于此的已知的功能和構造的詳細描述可能使本發明的主題反而模糊，因此將省略這些已知的功能和構造的詳細描述。
[0028]圖1示出了光束投影儀的照明光學系統100的結構。如圖所示，光束投影儀的照明光學系統100包括光源101、顏色轉換單元103和二向色鏡102，其中，從光源101發射的光通過二向色鏡102入射到顏色轉換單元103上，由顏色轉換單元103發射的具有不同的波長的光在同一路徑中沿相反的方向傳播，以入射到顯示面板109上。這里，根據光的頻率分別決定光的顏色。因此，如上所述的“具有不同波長的光”表示光具有不同顏色。
[0029]根據示例性實施例，激光二極管(具體地說，發射藍色激光的激光二極管)可被用作光源101。可選擇地，發射紫外激光的激光二極管可被用作光源101。激光具有固定的波長，因此具有一種顏色。在操作中，雖然激光光束的直徑在行進路徑上發生微小的變化，但是它仍然具有優良的準直性。因此，當使用激光二極管作為光源來構造光束投影儀的照明光學系統時，優選的是，使從光源101發射的激光傳播給擴散板113以將光功率擴散。
[0030]顏色轉換單兀103形成有突光物質層135,突光物質被從光源101發射的光激發以改變光的波長，換句話說，以產生并發射不同顏色的光。在這種情況下，當在從光源101發射的光入射到顏色轉換單元103的同時所述光被集中到狹窄的區域時，所述熒光物質可能會被損壞。為了克服所述問題，使用擴散板113對光源101的光功率在更大的區域進行擴散。另外，例如，用于調整從光源101射出的激光的路徑或光束形狀的透鏡111可以被布置在激光的行進路徑Al上。
[0031 ] 由于顏色轉換單元103包括熒光物質層135，所以顏色轉換單元103對從所述光源101發射的激光進行處理，以發射紅光、綠光和藍光。這里，當光源101發射藍色激光時，顏色轉換單元103可設置有用于反射在其上接收到的藍光的反射層。可選擇地，當光源101發射紫外激光時，顏色轉換單元103中的熒光物質層被在其上接收到的紫外激光激發，以從所述熒光物質層發射藍光。
[0032]參照圖5，顏色轉換單元103可以包括由激光激發以發射紅光、綠光或藍光的熒光物質層135。熒光物質層135可以被分為紅色熒光物質層(R)、綠色熒光物質層(G)和藍色熒光物質層(B)，其中，紅色熒光物質層(R)、綠色熒光物質層(G)和藍色熒光物質層(B)環繞顏色轉換單元103的熒光物質層135周向地布置。
[0033]如果光源101是發射藍色激光的激光二極管，則每個藍色熒光物質層⑶可由反射層140替代。如圖5中所示，圖5中以放大的比例示出了藍色熒光物質層(B)的一部分，通過布置圓錐形或多邊棱錐形的反射突起139來形成反射層140。注意:除了圓錐形或多邊棱錐形之外，所述反射突起139可具有半球形或帶有預定曲率的彎曲形狀。
[0034]同時，顏色轉換單元103還可設置有黃色熒光物質層(Y)。黃色熒光物質層(Y)被入射到顏色轉換單元103上的光激發，從而發射黃光。與沒有設置黃色熒光物質層(Y)的顏色轉換單元相比，設置有黃色熒光物質層(Y)的顏色轉換單元103可向顯示面板109提供更明亮的照明。由于藍色、紅色和綠色照明的提供，可以實現幾乎所有的通過視覺可識別的顏色，黃色熒光物質層(Y)被設置以提高照明的亮度。因此，不一定需要形成黃色熒光物質層⑴。
[0035]如上所述的熒光物質層135形成在圓形的反射板133上，反射板133繞旋轉軸R旋轉，旋轉軸R平行于從顏色轉換單元103發射的光的光軸方向，更具體地說，旋轉軸R平行于隨后要進行描述的聚光透鏡131的光軸方向O。從光源101發射的光入射在顏色轉換單元103的固定位置上，隨著反射板133被轉動，在預定的時間間隔內產生任意一種顏色的熒光物質層被激發。因此，如果當光源101發射激光時轉動反射板133，則顏色轉換單元103交替地發射紅光、綠光和藍光。
[0036]在所述情況下，如果光源101發射藍色激光，則藍色熒光物質層(B)被反射層140取代，顏色轉換單元103實際上將會反射藍色激光，而不是發射藍光。如上所述，反射層140通過布置圓錐形的、多邊棱錐形的或彎曲的反射突起139而形成。因此，當最初從光源101發射的激光被集中到相對狹小的區域時，由反射層140反射的光被擴散到預定區域。
[0037]圖6是示出了當反射層由圓錐形反射突起139形成時，測量得到的由所述反射層反射的光的光功率的曲線圖。在圖6中示出的所述曲線圖中，零(O)度的角度表示實際入射到所述反射層上的藍色激光的光軸。相對光功率值是繞入射在所述反射層上的激光的光軸180度的角度范圍內進行測量的。可以看出，參照入射光的光軸，通過所述反射層的結構反射的藍光的光功率集中在20度至50度的角度范圍內，更具體地說，集中在30度到40度的角度范圍內。因此，在距反射層特定的距離處，由反射層140反射的藍光將在與入射光的光軸垂直的平面上形成圓形帶狀。因此，在藍光穿過諸如用于調節光束形狀的聚光透鏡131和透鏡111的其他光學組件的過程期間，藍光被處理為適合顯示面板109的形式。
[0038]二向色鏡102改變從光源101發射的激光的路徑Al，以使所述激光入射到顏色轉換單元103上。在二向色鏡102的一側形成用于反射藍色激光或紫外(UV)激光的反射區域121和123。當二向色鏡102被放置在從顏色轉換單元103發射的光的傳播路徑A2上時，優選地設置允許從顏色轉換單元103發出的藍光透射的透射區域125。
[0039]參照圖2，二向色鏡102的反射區域包括:第一反射區域121，形成在二向色鏡102的一側；第二反射區域123，形成在第一反射區域121的周圍；透射區域125，形成在第一反射區域121和第二反射區域123之間。優選地，所述透射區域125具有大致的圓形帶狀。然而，由于二向色鏡102相對于光源101的光軸和從顏色轉換單元103發射的光的光軸傾斜地放置，所以透射區域125可投射橢圓形。
[0040]二向色鏡102透射被如上所述的顏色轉換單元103反射的藍色激光，然而，二向色鏡102也反射從光源101發射的藍色激光。即，當光源101發射藍色激光時，反射層140反射在顏色轉換單元103上形成的藍色激光。在距反射層140的一定距離處，由反射層140反射的藍光在與入射光的光軸垂直的平面上具有圓形帶狀。因此，當光源101發射圓形帶狀的藍色激光以穿過時，具有如圖2中所示的反射區域121、反射區域123及透射區域125的二向色鏡102是特別適合的結構，并且顏色轉換單元103形成有反射藍色激光的反射層140。
[0041]同時，在熒光物質層135被激發以發射紅光和綠光的過程中，藍光可被顏色轉換單元103部分地反射，從而劣化紅色和綠色的顏色再現。然而，由于第一反射區域121和第二反射區域123反射藍光，并且僅透射紅光和綠光，所以可抑制紅色和綠色的顏色再現的劣化。
[0042]圖3和圖4是用于描述在圖2中所示的二向色鏡102的反射特性的視圖。具體地說，從圖3可以看出，第一反射區域121和第二反射區域123對于藍光(Blue)具有接近100%的反射率，對于紅光(Red)和綠光(Green)具有接近100 %的透射率。此外，當光源101輸出紫外激光時，二向色鏡102的整個一側被優選地形成為紫外反射區域。在這種情況下，如圖4中所示，顯而易見的是，二向色鏡102的反射區域對于紫外線具有接近100%的反射率特性，同時對于紅光(Red)、綠光(Green)、藍光(Blue)具有接近100%的透射率特性。
[0043]當光源101發射藍色激光時，藍色激光被第一反射區域121或第二反射區域123反射，以入射到顏色轉換單元103上。此外，從顏色轉換單元103發射或反射的光實際上透射穿過二向色鏡102，以入射到顯示面板109上。此時，從顏色轉換單元103發射的紅光或綠光不僅可以傳播穿過透射區域125，也可傳播穿過第一反射區域121和第二反射區域123。從顏色轉換單元103發射或反射的藍光傳播穿過透射區域125。當光源101發射紫外激光時，顏色轉換單元103產生并發射的紅光、綠光和藍光傳播穿過二向色鏡102的反射區域。
[0044]同時，諸如聚光透鏡131的光學組件可被布置在二向色鏡102和顏色轉換單元103之間，以調整入射到顏色轉換單元103上的光或從顏色轉換單元103發射的光的光束形狀或者路徑。這里，聚光透鏡131將由二向色鏡102反射并入射到顏色轉換單元103上的光聚集到預定位置，并調整從顏色轉換單元103發射的光的傳播路徑A2，以使其基本上平行于光軸O。也就是說，從顏色轉換單元103發射的光基本上平行于聚光透鏡131的光軸O傳播，并入射到顯示面板109上。
[0045]由于顏色轉換單元103分別產生并發射紅光、綠光和藍光，所以可減小布置在光源101和顯示面板109之間的光學組件的數量，并且不同顏色的光通過相同的路徑入射到顯示面板109上。因此，所述光束投影儀的光學系統(具體地說，照明光學系統)可以在結構上被簡化，以使所述光束投影儀小型化，這可便于將所述光束投影儀安裝到諸如移動通信終端的便攜式終端。
[0046]圖7和圖8示出了根據本發明的另一示例性實施例的用于光束投影儀的照明光學系統200。根據本示例性實施例的照明光學系統200與前面的示例性實施例的區別在于:二向色鏡被替換為具有全反射特性的反射鏡202。因此，應當注意，在詳細描述本示例性實施例時，易于從前面的示例性實施例中使用的所述組件將由相同的標號表示，或者可省略所述標號或其詳細描述。
[0047]如圖所示，示例的照明光學系統200包括多個光源101。光源101的數量可以考慮諸如光束投影儀所需的規格及各光源本身的功率進行不同的設置，顯然，如果一個光源滿足光束投影儀所需的規格，則可以僅使用一個光源。[0048]每個光源101可以由發射藍色激光的激光二極管或發射紫外激光的激光二極管構成。當發射的藍色激光的激光二極管被用于每個光源101時，顏色轉換單元103的熒光物質層135可以通過沿著圓周方向布置三種類型的層來形成，所述三種類型的層被藍色激光激發，以分別發射紅光、綠光和藍光。此時，在前面的示例性實施例中，發射藍光(B)的熒光物質層可以被由圓錐形的、多邊棱錐形的或彎曲的反射突起139的布置而形成的反射層取代。當發射紫外激光的激光二極管被用于每一個光源101時，顏色轉換單元103的熒光物質層135可以通過沿圓周方向布置三種類型的層而形成，所述三種類型的層由紫外激光激發，以分別發射紅光、綠光和藍光。
[0049]當從光源101發射的光LO具體為激光時，用于調整光束的形狀的擴散板113和透鏡213優選地布置在光源101和反射鏡202之間。如上所述，擴散板113被設置為將光源101的光功率進行更廣泛地擴散，以防止損壞諸如顏色轉換單元103的熒光物質層135。此時，通過擴散板113擴散的光透射穿過透鏡213，然后由反射鏡202反射。此時，反射鏡202優選地安裝在從顏色轉換單元103發射的光的傳播路徑之外。
[0050]通過布置所述二向色鏡，可這樣構造前面的示例性實施例:從所述光源發射的激光被二向色鏡反射，以通過與顏色轉換單元的光軸一致的路徑入射到所述顏色轉換單元上。也就是說，在前面的示例性實施例中，入射到顏色轉換單元上的光被顏色轉換單元發射，并沿著與通過聚光透鏡傳播的光的相同的路徑傳播。然而，所述傳播方向與從顏色轉換單元發射并傳播穿過聚光透鏡的光的傳播方向相反。反之，如本示例性實施例中，當反射鏡202具有全反射特性時，從顏色轉換單元103發射的光也由反射鏡202反射。因此，在根據本示例性實施例的照明光學系統200中，由反射鏡202反射以入射到聚光透鏡131上的光沿著與相應的聚光透鏡131的光軸O平行的方向在聚光透鏡131的光軸O之外傳播。也就是說，反射鏡202被布置在顏色轉換單元103發射的光PI的傳播路徑之外的位置。
[0051]如圖8中所不，根據本不例性實施例的照明光學系統200,從光源101發射的光LO基本上彼此平行地傳播，并且由反射鏡202反射。由反射鏡202反射的光平行于聚光透鏡131的光軸O傳播并入射到聚光透鏡131上，聚光透鏡131改變入射光的路徑，從而所述光被聚集到顏色轉換單元103上的預定位置。顏色轉換單元103的熒光物質層135被入射光激發，并且根據時間間隔產生并發射紅光、綠光或藍光。聚光透鏡131改變從顏色轉換單元103發射的光的路徑，使得所述光沿著基本上平行于光軸O的方向傳播。從顏色轉換單元103發射的光或由顏色轉換單元103的反射層反射的光的傳播路徑被聚光透鏡改變，以入射到顯示面板109上。
[0052]由于如上所述的顏色轉換單元103的反射板133旋轉，所以在光入射點穿過紅色熒光物質層(R)的時間間隔期間，顏色轉換單元103發射紅光。也就是說，根據使得光入射點穿過的熒光物質層的特性，在預定的時間間隔期間，由相應的熒光物質層發射的相應顏色的光被提供給顯示面板109。
[0053]如前面的示例性實施例中，根據本示例性實施例的照明光學系統200被構造為使得從顏色轉換單元103發射的紅光、綠光和藍光通過相同的路徑而入射到顯示面板109上，因此，與傳統的照明光學系統相比，所述照明光學系統的光學組件的數量可以減小。因此，有利于照明光學系統200的小型化。
[0054]圖9是示意性地示出了根據本發明的另一示例性實施例的光束投影儀10的結構視圖。應當注意，圖9中所示的光學系統可以應用到緊湊型光束投影儀，所述緊湊型光束投影儀可連接到或應用到諸如移動通信終端、計算機、MP3播放器、緊湊型數碼相機的便攜式裝置中，以便允許用戶通過將內容投影到屏幕上，在期望的時間和任何地方查看信息。目前普及的移動通信終端的示例包括智能電話和平板PC。
[0055]如前面所述，光束投影儀由照明光學系統和投影光學系統組成。照明光學系統表示布置在從單個光源300到顯示面板390的光路上的光學系統，投影光學系統表示布置在從顯示面板390到投影透鏡組301的光路上的光學系統。下面將在此描述設置在光束投射儀10中以發射光束從而產生各種顏色的照明光學系統的操作過程。
[0056]如圖9中所示，在根據本發明的示例性實施例的光束投影儀10中使用的照明光學系統使用單個光源300和作為顏色轉換單元的旋轉輪340或342，所述旋轉輪340或342使得從單個光源300發出的光束產生紅/綠/黃/藍(R/G/Y/B)顏色，從單個的光源300發出的光束被準直/均勻化，然后通過反射裝置入射到顯示面板390上，然后從顯示面板的390輸出的光束通過投影透鏡系統301投影到屏幕(未示出)上。
[0057]上述的照明光學系統利用單個光源300以及旋轉輪340和旋轉輪342來實現R/G/Y/B顏色。
[0058]圖10示出了采用波長為450nm的藍色激光二極管作為單個光源時所使用的旋轉輪340的結構。
[0059]參照圖10連同圖9，單個光源300由激光二極管(具體地說，用于發射藍色光束的藍色(B)激光二極管)構成。另外，旋轉輪340由第一區域(R、G、Y)和第二區域340a構成，第一區域(R、G、Y)被構造為產生與從單個光源300發出的光束(即，藍色光束)不同的顏色，第二區域340a被構造為產生與從單個光源300發出的光束(即，藍色光束)相同的顏色。旋轉輪340包括旋轉軸,所述旋轉軸是驅動電機(未示出)的旋轉軸,并且旋轉輪340在圓周區域上包括作為第一區域的三個熒光區域(R、G、Y)和作為第二區域的一個反射區域340a。以下，第一區域將被稱為“熒光區域(R、G、Y)”，第二區域將被稱為“反射區域340a”。
[0060]每個熒光區域上涂覆有R/G/Y熒光物質。每個熒光區域(R、G、Y)被入射光束激發，以產生以朗伯(Lambertian)光束形狀的R/G/Y顏色。也就是說，各個熒光區域在旋轉輪上以預定的形狀涂覆有R/G/Y熒光物質，其中，所述熒光物質包括:熒光物質(G)，通過被光束激發以發射綠色；熒光物質(R)，通過被光束激發以發射紅色；熒光物質(Y)，通過被光束激發以發射黃色。涂覆在熒光區域(R、G、Y)上的熒光物質的每個涂層的形狀可作各種改變。此外，可調節單個光源300的強度和設置在旋轉輪340的熒光區域(R、G、Y)中的每個熒光物質涂覆的區域的大小，以便調節R/G/Y顏色。
[0061]反射區域340a是反射從單個光源300發射的光束的區域。如前所述，從單個的光源300發射的光束是藍光，所述藍光由旋轉輪340的反射區域340a反射。
[0062]優選地，為了反射藍色光束，反射區域340a可通過經由噴砂制造多個圓錐形圖案、半圓形或半橢圓形的形狀而被構造，以產生朗伯反射光。可選擇地，反射區域340a可以通過涂覆白色熒光物質或通過設置諸如反射鏡的反光材料而被構造。所述涂覆在反射區域340a上的白色熒光物質可以由高反射的白色擴散熒光涂層形成。
[0063]可選擇地，反射區域340a可通過多個產生朗伯反射光的圓錐形圖案或通過噴砂法而隨機地設置有多個反射鏡。也就是說，入射的藍光通過被隨機圖案化的反射鏡反射。在反射區域中，形成多個凹陷的形狀，其中，隨機形成了三維圓錐形形狀、半圓形形狀或棱錐形狀，以便將入射的藍色光束向第一棱鏡反射。
[0064]注意前面所描述的，當單個光源300由藍色激光二極管構成時，反射區域340a應設置在旋轉輪340中，以反射藍色光束。然而，當單個光源300由UV(紫外)激光二極管構成時，在旋轉輪上不需要設置反射區域。
[0065]圖11是示出當單個光源300由UV激光二極管構成時所使用的旋轉輪342的結構的平面圖。以下，將參照圖11連同圖9對旋轉輪342的結構進行描述。
[0066]在圖11中示出的旋轉輪342具有當使用波長為405nm的紫外激光二極管作為單個光源時所使用的構造，其中，旋轉輪342的中心是驅動電機(未示出)的旋轉軸，在外圓周區域設置有四個熒光區域(R、G、B、Y)。所述熒光區域(R、G、Y、B)是通過交替涂覆熒光物質R/G/Y/B而形成的區域。每個熒光區域(R、G、Y、B)被入射光激發，從而以朗伯形狀產生R/G/Y/B顏色中的每種顏色。每種所產生的顏色通過第一棱鏡320改變其光路，從而引導其朝向復眼透鏡350。
[0067]返回參照圖9，將描述根據本發明的示例性實施例的設置有照明光學系統的光束投影儀10的構造。首先，參照光路，照明光學系統按照下述順序包括:單個光源300、被構造為執行準直/聚光的第一透鏡組310和第二透鏡組330、旋轉輪340或旋轉輪342、復眼透鏡350、中繼透鏡360、反射鏡370和聚光透鏡380。在照明光學系統中，反射鏡370是用于按照期望改變從所述光源發射的光束的光路的反射鏡，在照明光學系統中也可以不設置反射鏡370。
[0068]對于單個光源300，可采用諸如波長為450nm的藍色激光二極管或波長為405nm的UV激光二極管。根據從驅動單元(未示出)輸入的驅動信號來操作單個光源300。
[0069]為了提高從單個光源發射的光束的效率，可設置擴散膜或擴散板(未示出)。也就是說，所述擴散膜或擴散板可布置在單個光源300和第一準直透鏡310之間。此外，為了將穿過擴散膜或擴散板的光束生成均勻光束形狀，還可設置光束整形器(未示出)。所述光束整形器(未示出)可設置在第一準直透鏡310上或設置在第一準直透鏡310與第一棱鏡320之間。
[0070]從單個光源300發射的光束穿過第一準直透鏡310。第一準直透鏡310提供集中或準直光束的功能。穿過第一棱鏡320的光束通過第二準直透鏡330被集中到旋轉輪340或旋轉輪342上。對于第一棱鏡320，采用RTIR(逆向全內反射)棱鏡。
[0071]第二準直透鏡330提供雙重功能，即，集中穿過第一棱鏡320朝向旋轉輪340或旋轉輪342的光束的功能，以及準直由旋轉輪340或旋轉輪342反射或發射的光束的功能。
[0072]入射到旋轉輪340或旋轉輪342上的光束激發涂覆在旋轉輪上的熒光物質(R/G/Y或R/G/Y/B)或者被部分地反射。因此，入射在旋轉輪340、342上的具有單一波長帶為450nm或405nm的光被轉換成不同的波長帶(諸如紅、綠、黃或藍)的光。光路被旋轉輪340或342后面的第一棱鏡改變的光束通過復眼透鏡350被均勻化，然后穿過中繼透鏡360，光束的光路被中繼透鏡360調整或改道而到達顯示面板390。
[0073]穿過中繼透鏡360的光束被反射鏡(二向色鏡)370改變光路。然后，在穿過聚光透鏡380之后，光束通過第二棱鏡395到達顯示面板390。對于顯示面板390，可以使用DMD (數字微鏡器件)、LCOS (硅基液晶)、IXD、GLV (光柵光閥)或S0M(空間光調制器)。
[0074]如上所述，光束投影儀10是緊湊型光束投影儀，對所述光束投影儀進行小型化和變輕是很重要的。由于與參照圖1所描述的光束投影儀相比，在光束投影儀10中設置數量較小的光學元件和較少的光路，所以根據圖9中所示的實施例的光束投影儀10在小型化方面具有優勢并有效地降低了產品成本，同時在將圖像投射到屏幕方面保持高水平的質量。
[0075]此外，從單個光源300發射的光束的路徑和從旋轉輪發射的光束的路徑被布置在相同的光軸方向上，這使得易于參照光學方向來布置光學系統的元件。其結果是，與現有技術相比，光學元件的安裝或對準過程的變得更加方便。此外，由于以這樣的方式制作結構，使得從旋轉輪發射的光束通過第一棱鏡320被引導朝向復眼透鏡350，從旋轉輪發射的光束和通過第一棱鏡320被引導朝向復眼透鏡350的光束彼此垂直，因此容易安裝和對準光學元件。
[0076]圖12示出了根據本發明的又一實施例的在圖9中所示的光束投射儀的修改示例。將省略對圖12中示出的光束投射儀的光學系統的組件中的單個光源和旋轉輪的結構的描述，因為已經參照圖10和圖11詳細描述過單個光源和旋轉輪。就光路和棱鏡結構而言，圖12中所示的光束投影儀不同于圖10中所示的光束投射儀。因此，在描述圖12中所示的光束投射儀40時，根據與圖9中所示的光束投射儀10相比的光路，僅描述光學系統的不同結構，為避免冗余將省略重復的描述。
[0077]如圖12中所示，光束投影儀40包括與顯示面板相關的照明光學系統和投影光學系統。在照明光學系統中，通過一對第一棱鏡420和422,從單個光源400發射的光束的光路與從入射在旋轉輪440或442上或從旋轉輪440或442發射的光束的光路的取向彼此垂直。第一棱鏡420和422由兩個全內反射棱鏡構成,所述兩個內反射棱鏡被布置成在其傾斜面上彼此緊密接觸。
[0078]如上所述構造的照明光學系統具有的優點在于:因為從單個光源發射的光能夠被處理以產生通過相同的光路能夠依次入射到顯示面板上的紅光、綠光和藍光，所以可減小布置在光路中的諸如透鏡和反射鏡的光學部件的數量。另外，所述照明光學系統具有優點:因為隨著光學部件的數量減小有利于小型化，所以所述照明光學系統可有助于光束投影儀的小型化。此外，照明光學系統可以使將光束投影儀安裝到例如便攜式終端變得容易。
[0079]此外，本發明的照明光學系統僅利用單個藍色或紫外激光二極管作為光源來實現R/G/Y/B顏色，因此，可降低制造成本。具體地說，本發明的光束投影儀中采用的準直透鏡執行光束聚焦和準直功能，因此光學元件的數量可被減小。因此，可進一步降低制造成本并可使光束投影儀小型化。
[0080]此外，優點在于:由于在本發明的光束投影儀中采用第一棱鏡，因此不管激光二極管光源的數量如何，所述照明光學系統都能夠保持光學效率。此外，入射在旋轉輪上的光束和由旋轉輪發射的光束在同一軸線上，這樣既可以提高光學效率，也有助于光學系統元件的對準。
[0081]雖然已經參照本發明的示例性實施例具體示出和描述了本發明，但是本領域普通技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以對其形式和細節進行各種改變。
【權利要求】
1.一種用于光束投影儀的照明光學系統，其特征在于，所述照明光學系統包括: 至少一個光源(101)，用于產生光； 顏色轉換單元(103)，具有至少一個熒光物質層(135)，所述熒光物質層(135)用于反射從所述至少一個光源(101)發射的光，或者轉換從所述至少一個光源(101)發射的光的波長以形成波長被轉換的光； 至少一個二向色鏡(102)，以預定的角度布置，用于偏轉從所述至少一個光源(101)發射的光，以使所述光入射到所述顏色轉換單元(103)上， 其中，由所述顏色轉換單元(103)反射的光或波長被轉換的光通過相同的路徑入射到顯示面板(109)上。
2.根據權利要求1所述的照明光學系統，其特征在于，所述至少一個光源(101)是用于產生藍色激光或紫外激光的激光二極管。
3.根據權利要求2所述的照明光學系統，其特征在于，所述顏色轉換單元(103)包括:反射板(133)，繞旋轉軸旋轉，所述旋轉軸平行于從所述顏色轉換單元(103)發射的波長被轉換的光的光軸方向，所述至少一個熒光物質層(135)形成在所述反射板(133)上， 所述至少一個熒光物質層(135)包括:綠色熒光物質層和紅色熒光物質層，布置在所述反射板(133)的圓周方向上，被構造成被從所述光源發射的光激發，以分別發射綠光和紅光。
4.根據權利要求3所述的照明光學系統，其特征在于，所述熒光物質層(135)包括:反射層(140)，反射從所述至少一個光源(101)發射的藍色激光。
5.根據權利要求3所述的照明光學系統，其特征在于，所述顏色轉換單元(103)的所述至少一個熒光物質層(135)還包括:黃色熒光物質層，布置在反射板(133)的圓周方向上，被構造成被從所述至少一個光源(101)發射的光激發，以發射黃光。
6.根據權利要求3所述的照明光學系統，其特征在于，所述二向色鏡(102)包括: 第一反射區域(121)，用于反射藍色激光以入射到所述顏色轉換單元(103)上； 第二反射區域(123)，在所述第一反射區域(121)的周圍形成，用于反射藍色激光以入射到所述顏色轉換單元(103)上；透射區域(125)，形成在所述第一反射區域(121)和所述第二反射區域(123)之間，其中，由所述熒光物質層(135)發射的綠光和紅光透射穿過所述第一反射區域(121)、所述第二反射區域(123)和所述透射區域(125)，被所述顏色轉換單元(103)的所述反射層(140)反射的藍光透射穿過所述透射區域(125)。
7.根據權利要求6所述的照明光學系統，其特征在于，所述透射區域(125)具有圓形或橢圓形帶狀。
8.根據權利要求3所述的照明光學系統，其特征在于，所述照明光學系統還包括:至少一個聚光透鏡(131)，設置在所述顏色轉換單元(103)與所述二向色鏡(102)之間，用于使得被所述二向色鏡(102)反射的光入射到顏色轉換單元(103)上，并用于對準由顏色轉換單元(103)發射的光的傳播方向，使所述傳播方向基本平行于所述至少一個聚光透鏡(131)的光軸方向，從而使由所述顏色轉換單元(103)發射的光入射到所述二向色鏡(102)上。
9.根據權利要求4所述的照明光學系統，其特征在于，所述反射層(140)由多個圓錐形或棱錐形反射突起(139)形成。
10.一種用于光束投影儀的照明光學系統，其特征在于，所述照明光學系統包括: 至少一個光源(101)； 顏色轉換單元(103)，具有至少一個熒光物質層(135)，所述熒光物質層轉換從所述至少一個光源(101)發射的光的波長以形成波長被轉換的光； 其中，所述顏色轉換單元(103)包括:反射板(133)，繞旋轉軸旋轉，所述旋轉軸平行于從顏色轉換單元(103)發射的波長被轉換的光的光軸方向，所述至少一個熒光物質層(135)形成在反射板(133)上， 所述至少一個熒光物質層(135)包括:綠色熒光物質層和紅色熒光物質層，形成在反射板(133)的圓周方向上，被構造成被從所述光源(101)發射的光激發，以分別發射綠光和紅光； 反射層(140)，用于反射從所述至少一個光源(101)發射的藍色激光。
11.根據權利要求10所述的照明光學系統，其特征在于，由反射層(140)反射的光和由顏色轉換單元(103)發射的波長被轉換的光通過相同的路徑入射到顯示面板(109)上。
12.根據權利要求11所述的照明光學系統，其特征在于，所述照明光學系統還包括: 至少一個反射鏡(202)，以預定的角度布置，用于偏轉從所述光源(101)發射的光以入射到所述顏色轉換單元(103)上； 至少一個聚光透鏡(131)，設置在所述反射鏡(202)和所述顏色轉換單元(103)之間，用于使得被所述反射鏡(202)反射的光`入射到所述顏色轉換單元(103)上， 其中，通過所述反射鏡(202)入射到所述至少一個聚光透鏡(131)上的光基本平行于所述聚光透鏡(131)的光軸傳播。
13.根據權利要求12所述的照明光學系統，其特征在于，被所述反射層(140)反射的光和從所述顏色轉換單元(103)發射的波長被轉換的光透射穿過所述至少一個聚光透鏡(131)，并且基本平行于所述至少一個聚光透鏡(131)的光軸的傳播。
14.根據權利要求10所述的照明光學系統，其特征在于，所述反射層(140)由多個圓錐形或棱錐形反射突起(139)形成。
15.根據權利要求10所述的照明光學系統，其特征在于，所述至少一個熒光物質層(135)還包括:黃色熒光物質層，布置在反射板(133)的圓周方向上，被構造成被從所述至少一個光源(101)發射的光激發，以發射黃光， 其中，所述反射層(140)、綠色熒光物質層、紅色熒光物質層和黃色熒光物質層交替地圍繞反射板(133)。
16.一種設置在光束投影儀中的照明光學系統，其特征在于，所述照明光學系統包括: 單個光源(300，400)； 旋轉輪(340，342)，包括:涂覆有多種熒光物質的區域，所述多種熒光物質被從單個光源(300，400)發射的光束激發，所述區域用于反射所述光束，以產生具有與所述光束的顏色不同的顏色的光束；區域(340a)，用于反射從棱鏡入射的光束，以產生具有與所述光束的顏色相同的顏色的光束。
17.根據權利要求16所述的照明光學系統，其特征在于，所述單個光源(300，400)是藍色激光二極管。
18.根據權利要求17所述的照明光學系統，其特征在于，反射與光源的顏色相同的顏色的所述區域(340a)由產生朗伯反射光的圓錐形或橢圓形的圖案形成。
19.根據權利要求16的照明光學系統，其特征在于，反射光束的所述區域(340a)涂覆有白色的熒光物質或反射材料。
20.一種設置在光束投影儀中的照明光學系統，其特征在于，所述照明光學系統包括: 單個光源(300，400)； 旋轉輪(340，342)，設置有涂覆有R/G/Y/B熒光物質的區域，所述熒光物質被從單個光源(300，400)入射的光束激發。
21.根據權利要求20所述的照明光學系統，其特征在于，所述單個光源(300，400)是紫外激光二極管。
22.一種包括照明光學系統的光束投影儀，其特征在于，所述照明光學系統包括: 單個光源(300，400)； 第一棱鏡(320)，對從所述單個光源(300，400)發射的光束進行全反射； 旋轉輪(340，342)，包括:涂覆有多種熒光物質的區域，所述多種熒光物質被從單個光源(300，400)入射的光束激發，所述區域用于反射所述光束，以產生具有與所述光束的顏色不同的顏色的光束；以及反射從棱鏡入射的光束以產生具有與所述光束相同的顏色的光束的區域； 透鏡系統(310 ，330)，將從單個光源(300，400)發射的光集中到旋轉輪(340，342)，或者對從所述旋轉輪(340，342)發射的光束進行準直， 其中，從照明光學系統發射的光束入射到顯示面板(390)上，并且從所述顯示面板(390)發射的光束通過投影透鏡系統(301)投射到屏幕上。
23.根據權利要求22所述的光束投影儀，其中，反射藍光的所述區域由產生朗伯反射光的多個圓錐形或橢圓形的圖案形成。
24.根據權利要求23所述的光束投影儀，其中，通過噴砂將多個半橢圓形的圖案隨機地形成在反射光束的區域中。
25.根據權利要求22所述的光束投影儀，其中，所述單個光源(300，400)是發射藍色激光的藍色激光二極管，所述涂覆有熒光物質的區域根據R/G/Y顏色被劃分地進行涂覆，從而所述熒光物質根據各個顏色被入射光束激發。
26.根據權利要求22所述的光束投影儀，其中，從所述單個光源(300，400)發射的光束以及入射到所述旋轉輪(340，342)的光束或從所述旋轉輪(340，342)反射的光束被布置在同一光軸上。
27.根據權利要求22所述的光束投影儀，還包括: 擴射膜或擴散板，設置在所述單個光源(300，400)和所述第一棱鏡(320)之間。
28.根據權利要求22所述的光束投影儀，其中，從照明光學系統發射的光束通過穿過復眼透鏡(350)被均勻化，并依次穿過中繼透鏡(360)、反射鏡(370)、聚光透鏡(380)和第二棱鏡(395)，使得均勻化的光束傳播到顯示面板(390)上。
29.根據權利要求28所述的光束投影儀，其中，從所述顯示面板(390)發射的光束的光路被所述第二棱鏡(395)改變，以將所述光束引導至投影透鏡系統(301)。
30.根據權利要求28所述的光束投影儀，其中，所述第一棱鏡(320)是全內反射棱鏡，所述第二棱鏡(395)是逆向全內反射棱鏡。
31.根據權利要求22所述的光束投影儀，所述顯示面板由數字微鏡器件或硅基液晶構成。
32.—種包括照明光學系統的光束投影儀，其中，所述照明光學系統包括: 單個光源(300，400)； 第一棱鏡(320)和第二棱鏡(395)，對從單個光源(300，400)發射的光束進行全反射，以改變或校正光束的光路； 旋轉輪(340，342)，包括:涂覆有多種熒光物質的區域，所述多種熒光物質被從所述單個光源(300，400)發射的光束激發，所述區域用于反射所述光束，以產生具有與所述光束的顏色不同的顏色的光束；反射從棱鏡入射的光束以產生具有與所述光束的顏色相同的顏色的光束的區域； 透鏡系統(310，330)，將從單個光源發射的光集中到旋轉輪，或者對由所述旋轉輪發射的光束進行準直， 其中，從照明光學系統發射的光束入射到顯示面板(390)上，從顯示面板(390)發射的光束通過投影透鏡系統(30`1)投射到屏幕上。
【文檔編號】G02B26/00GK103869590SQ201310520978
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2012年12月7日
【發明者】金容官, 樸成夏, 桂溶燦, 李重基, 樸重完 申請人:三星電子株式會社