ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, СПОСОБ И ПРОЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОМ, ИСПУСКАЕМЫМ В ТЕЧЕНИЕ СПИЦЕВОГО ПЕРИОДА ВРЕМЕНИ
ILLUMINATION SYSTEM, METHOD AND PROJECTION DEVICE FOR CONTROLLING LIGHT EMITTED DURING SPOKE TIME PERIOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к осветительной системе для управления светом, испускаемым в течение спицевого времени.
Изобретение также относится к проекционному устройству, содержащему осветительную систему, и цветовому диску для использования в осветительной системе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Осветительные системы для проекционных устройств по сути известны. Они, в числе прочего, используются в проекционных устройствах, таких как видеопроекторы и проекционные телевизоры. В такой системе проецирования изображения свет, вырабатываемый в осветительной системе, падает на узел создания изображения, например жидкокристаллический дисплей (кроме того, также указываемый как LCD), или, например, узел цифровой обработки света (кроме того, также указываемый как DLP), либо, например, жидкий кристалл на кремнии (кроме того, также указываемый ссылкой как LCoS), после которого изображение проецируется на экран или стену. Осветительные системы для проекционных устройств типично испускают свет в последовательности цветов света, которая повторяется во времени. Каждый из последовательных цветов света используется в проекционном устройстве для формирования частичного изображения. Изображение формируется последовательным наложением частичных изображений на экране. Качество такого устройства проецирования изображений часто указывается яркостью изображения, которое может создаваться.
Один из способов испускания последовательности цветов света известной осветительной системой происходит посредством использования цветового диска. Цветовой диск обычно расположен между источником света осветительной системы и окном вывода света осветительной системы. Цветовой диск содержит множество цветовых сегментов, которые определяют последовательность цветов света, испускаемого осветительной системой, располагая последовательно цветовые сегменты из множества цветовых сегментов, между источником света и окном вывода света.
Недостаток при использовании цветового диска, имеющего множество цветовых сегментов, состоит в том, что цвет света, испускаемого известной осветительной системой, постоянно изменяется в течение так называемого спицевого времени. Спицевое время является временным интервалом, в течение которого граница между двумя соседними цветовыми сегментами проходит между источником света и окном вывода света. Постоянное изменение цвета света в течение спицевого времени вызывает нежелательные цветовые эффекты в изображении, создаваемом проекционным устройством.
Один из способов преодоления постоянного изменения цвета в течение спицевого времени состоит в том, чтобы просто выключать источник света в течение спицевого времени. Однако выключение света в течение спицевого времени уменьшает яркость осветительной системы, что очень нежелательно для проекционных устройств. Поэтому были разработаны альтернативные осветительные системы, чтобы оптимально использовать свет, который испускается в течение спицевого времени. Например, заявка US2007/0035703 на выдачу патента США предлагает систему для активной компенсации спицевого света. Упомянутая заявка на выдачу патента США улучшает технологию, известную как восстановление спицевого света (SLR), которая может применяться для использования света, формируемого в течение спицевых периодов времени. Известная осветительная система содержит источник света, сконфигурированный для формирования первого уровня освещенности в течение неспицевого времени цветового диска. Система дополнительно содержит фотодиодную сборку, сконфигурированную для измерения первого уровня освещенности, чтобы формировать неспицевый уровень освещенности. Процессор сконфигурирован для установления значения компенсации спицевого света на основании неспицевого уровня освещенности. Свет, формируемый в течение спицевого времени для конкретного пикселя, используется, если оттенок конкретного пикселя включает в себя красный, зеленый и синий уровень освещенности, каждый из которых находится выше порогового значения. Кроме того, для содействия более плавному переходу между не SLR и SLR, и наоборот, видеоузел может быть сконфигурирован для вычитания некоторой части света, сформированного в течение неспицевых периодов времени, для компенсации дополнительной светоотдачи в течение спицевых периодов времени. Этот коэффициент компенсации указывается как значение компенсации спицевого времени.
Недостаток известной системы состоит в том, что она требует значительной вычислительной мощности для использования части света, испускаемого в течение спицевого времени.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить осветительную систему, которая испускает свет в течение спицевого времени, который может легко использоваться проекционным устройством наряду с обладанием пониженной сложностью.
Согласно первому аспекту изобретения цель достигается осветительной системой для проекционного устройства, причем осветительная система содержит источник света, цветовой диск и узел возбуждения для возбуждения источника света,
- причем цветовой диск содержит множество цветовых сегментов, определяющих цвет света, испускаемого осветительной системой, причем цветовой диск сконфигурирован для последовательного расположения цветовых сегментов из множества цветовых сегментов на оптическом пути между источником света и окном вывода света посредством вращения цветового диска, причем спица цветового диска является границей между двумя соседними цветовыми сегментами,
- причем источник света содержит первый светоизлучающий узел и второй светоизлучающий узел, причем каждый испускает свет в направлении окна вывода света осветительной системы,
- причем первый светоизлучающий узел, второй светоизлучающий узел и спица сконфигурированы для предотвращения, чтобы спица при пересечении оптического пути между источником света и окном вывода света одновременно пересекала первый оптический путь между первым светоизлучающим узлом и окном вывода света и второй оптический путь между вторым светоизлучающим узлом и окном вывода света,
- причем узел возбуждения сконфигурирован для выключения первого светоизлучающего узла в течение временного интервала, когда спица пересекает первый оптический путь.
Спицевое время согласно традиционной системе является временем, в течение которого спица проходит между источником света и окном вывода света. Эффект от мер согласно изобретению состоит в том, что посредством конфигурирования узла возбуждения для выключения первого светоизлучающего узла в течение первой части спицевого времени, являющейся временным интервалом, в течение которого спица пересекает первый оптический путь, свет, испускаемый осветительной системой согласно изобретению, определяется вторым светоизлучающим узлом. Так как первый светоизлучающий узел, второй светоизлучающий узел и граница сконфигурированы для предотвращения, чтобы спица одновременно пересекала первый оптический путь и второй оптический путь, второй светоизлучающий узел вместе с ассоциативно связанной частью цветового сегмента определяют цвет света, испускаемого осветительной системой, который остается по существу постоянным в течение первой части спицевого времени. Поэтому вследствие по существу постоянного цвета света, испускаемого в течение первой части спицевого времени, этот свет может относительно легко использоваться проекционным устройством без сложных алгоритмов компенсации для активной компенсации спицевого света.
Источник света может содержать третий светоизлучающий узел и дополнительные светоизлучающие узлы. Предпочтительно, первый светоизлучающий узел, второй светоизлучающий узел, третий светоизлучающий узел, любой дополнительный светоизлучающий узел и спица сконфигурированы для предотвращения, чтобы спица одновременно пересекала первый оптический путь, второй оптический путь, третий оптический путь между третьим светоизлучающим узлом и окном вывода света, и любой дополнительный оптический путь между дополнительным светоизлучающим узлом и окном вывода света. Посредством выключения второго светоизлучающего узла в течение временного интервала, когда спица пересекает второй оптический путь, третий и, возможно, дополнительный светоизлучающие, узлы остаются включенными и испускают свет, имеющий определенный цвет. Это вновь заставляет свет, испускаемый в течение спицевого времени, иметь по существу постоянный цвет и, таким образом, свет, испускаемый в течение спицевого времени, может относительно легко использоваться проекционным устройством.
В варианте осуществления осветительной системы расположение первого светоизлучающего узла по отношению ко второму светоизлучающему узлу предотвращает, чтобы спица одновременно пересекала первый оптический путь и второй оптический путь, или при этом форма спицы предотвращает, чтобы спица одновременно пересекала первый оптический путь и второй оптический путь.
В варианте осуществления осветительной системы узел возбуждения дополнительно сконфигурирован для увеличения интенсивности испускания света вторым светоизлучающим узлом во время выключения первого светоизлучающего узла. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что увеличение интенсивности света, испускаемого вторым светоизлучающим узлом, дает интенсивности света, испускаемого осветительной системой в течение первой части спицевого времени, быть по существу равной интенсивности света, испускаемого осветительной системой вне спицевого времени. Обычно охлаждение источника света является критически важным. Особенно при использовании светоизлучающих диодов в качестве первого светоизлучающего узла и второго светоизлучающего узла, максимальная интенсивность света, испускаемого первым светоизлучающим узлом и вторым светоизлучающим узлом, сильно зависит от охлаждения светоизлучающих диодов. Вследствие выключения первого светоизлучающего узла в течение первой части спицевого времени первому светоизлучающему узлу не требуется охлаждаться в течение первой части спицевого времени, предоставляя большую охлаждающую способность светоизлучающему диоду второго светоизлучающего узла. Как следствие, мощность второго светоизлучающего узла может подниматься, давая в результате увеличение интенсивности света, излучаемого вторым светоизлучающим узлом.
В варианте осуществления, в котором осветительная система содержит третий светоизлучающий узел и дополнительные светоизлучающие узлы, подъем мощности второго светоизлучающего узла может быть одновременным с подъемом мощности третьего светоизлучающего узла и дополнительного светоизлучающего узла для предоставления возможности компенсации выключения первого светоизлучающего узла быть распределенной по всем светоизлучающим узлам осветительной системы.
В варианте осуществления осветительной системы узел возбуждения сконфигурирован для выключения второго светоизлучающего узла и включения первого светоизлучающего узла в течение временного интервала, когда спица проходит между вторым оптическим путем. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что он предоставляет осветительной системе возможность по существу ступенчато переходить с первого цвета (ассоциативно связанного со вторым светоизлучающим узлом в течение первой части спицевого времени) на второй цвет (ассоциативно связанный с первым светоизлучающим узлом и следующим цветовым сегментом). В течение первой части спицевого времени спица пересекает первый оптический путь, в течение которого первый светоизлучающий узел выключен. В течение второй части спицевого времени, являющейся временным интервалом, в течение которого спица пересекает второй оптический путь, второй светоизлучающий узел выключается для предотвращения, чтобы цвет света, испускаемого осветительной системой, изменялся постепенно. Однако одновременно следующий сегмент цветового диска размещен в первом оптическом пути, определяя цвет испускания света первым светоизлучающим узлом. Посредством выключения света второго светоизлучающего узла и посредством включения света первого светоизлучающего узла в течение второй части спицевого времени цвет, испускаемый осветительной системой, меняется с первого цвета на второй цвет по существу ступенчато.
Предпочтительно, первый светоизлучающий узел включается только после того, как был выключен второй светоизлучающий узел, что может формировать небольшое временное окно в течение спицевого времени, в котором осветительная система не испускает свет.
В варианте осуществления осветительной системы узел возбуждения дополнительно сконфигурирован для увеличения интенсивности испускания света первым светоизлучающим узлом во время выключения второго светоизлучающего узла. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что увеличение интенсивности света, испускаемого первым светоизлучающим узлом, дает интенсивности света, испускаемого осветительной системой в течение второй части спицевого времени, быть по существу равной интенсивности света, испускаемого осветительной системой вне спицевого времени.
В варианте осуществления осветительной системы осветительная система дополнительно содержит третий светоизлучающий узел, испускающий свет в направлении окна вывода света, причем спица сконфигурирована для последовательного пересечения первого оптического пути первого светоизлучающего узла, второго оптического пути второго светоизлучающего узла и третьего оптического пути между третьим светоизлучающим узлом и окном вывода света, в которой узел возбуждения сконфигурирован для выключения первого светоизлучающего узла и второго светоизлучающего узла, когда спица пересекает второй оптический путь, или в которой узел возбуждения сконфигурирован для выключения второго светоизлучающего узла и третьего светоизлучающего узла, когда спица пересекает второй оптический путь. Выбор, какой из первого светоизлучающего узла или второго светоизлучающего узла выключается, определяет момент в течение спицевого времени, когда цвет меняется на новый цвет.
В варианте осуществления осветительной системы выбор выключения первого светоизлучающего узла или третьего светоизлучающего узла, когда спица пересекает второй оптический путь, определяется отдачей цвета, формируемого разными цветовыми сегментами. Этот вариант осуществления может быть особенно полезен, когда цветовой диск содержит люминесцентный материал, например, для преобразования синего света, испускаемого из светоизлучающих узлов, в красный свет и зеленый свет. Так как эффективность преобразования люминесцентного материала для формирования красного света типично относительно низка, интенсивность красного света, испускаемого осветительной системой, когда используется люминофорный диск, относительно низка. Момент изменения цвета в течение спицевого периода может выбираться, так чтобы время, в течение которого красный свет испускается из осветительной системы, был относительно длинным по сравнению с временем, в течение которого испускается оставшаяся часть света. Последовательность переключения первого светоизлучающего узла, второго светоизлучающего узла и третьего светоизлучающего узла даже может быть другой, когда люминофорный диск сменяется с сегмента, вырабатывающего зеленый свет на сегмент, вырабатывающий красный цвет, по сравнению с тем, когда люминофорный диск сменяется с сегмента, вырабатывающего красный свет, на сегмент, вырабатывающий синий свет. Эта другая последовательность переключения, например, может выбираться, так чтобы время, в течение которого красный свет испускается из осветительной системы, было наибольшим. Это может использоваться для обеспечения дополнительной интенсивности света для цвета, интенсивность света которого является самой низкой.
В варианте осуществления осветительной системы осветительная система дополнительно содержит светочувствительный датчик для восприятия интенсивности света, испускаемого осветительной системой. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что он предоставляет возможность активного управления подъемом мощности второго светоизлучающего узла или первого светоизлучающего узла, например, чтобы гарантировать, что уровень света, испускаемого осветительной системой, остается постоянным. Особенно вследствие эффектов старения светоизлучающих узлов интенсивность света, излучаемого отдельными светоизлучающими узлами, может меняться в течение их срока службы. Посредством измерения интенсивности света, испускаемого осветительной системой, с помощью светочувствительного датчика узел возбуждения может приспосабливать интенсивность света, испускаемого отдельным светоизлучающим узлом, чтобы активно управлять уровнем освещенности, так чтобы он оставался постоянным.
В варианте осуществления осветительной системы первый светоизлучающий узел содержит первую матрицу излучателей света, и при этом второй светоизлучающий узел содержит вторую матрицу излучателей света. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что использование матрицы излучателей света в первом светоизлучающем узле и втором светоизлучающем узле дает соотношению геометрических размеров источника света возможность по существу соответствовать соотношению геометрических размеров изображения, которое должно создаваться. Это дает осветительной системе и проекционному устройству возможность минимизировать оптику, требуемую для проецирования изображения, и дает возможность минимизации сокращения разброса.
В варианте осуществления осветительной системы первая матрица излучателей света расположена по существу параллельно второй матрице излучателей света, и при этом первая матрица излучателей света и вторая матрица излучателей света расположены по существу параллельно спице, когда спица размещена между источником света и окном вывода света. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что это размещение излучателей света заставляет временной интервал, в течение которого спица пересекает оптический путь источника света, быть наикратчайшим.
Изобретение, кроме того, относится к проекционному устройству, заявленному в пункте 11 формулы изобретения.
Изобретение также относится к цветовому диску для использования в осветительной системе, которая заявлена в пунктах с 1 по 10 формулы изобретения, при этом цветовой диск содержит коллимирующую оптику для коллимации света, испускаемого цветовым сегментом из множества цветовых сегментов, по направлению к окну вывода света осветительной системы. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что объединение коллимирующей оптики в цветовом диске дает возможность ограничивать увеличение разброса осветительной системы. Разброс оптической системы является важным параметром в осветительных системах. Чтобы иметь оптимальную эффективность осветительной системы и для ограничения потерь света, осветительная система должна быть сконструирована, так чтобы увеличение разброса, обусловленного светом, проходящим через осветительную систему, было как можно меньшим. Типично, в известных осветительных системах, которые используют как коллиматор, так и цветовой диск, коллиматор расположен между цветовым диском и окном выхода света известной осветительной системы. В такой известной конфигурации расстояние между цветовым сегментом и коллиматором является относительно большим, вызывая увеличение разброса осветительной системы. Особенно когда цветовой сегмент содержит люминесцентный материал для преобразования по меньшей мере части света, испускаемого источником света, в свет другого цвета, свет, испускаемый люминесцентным материалом, испускается по существу во всех направлениях. По существу, люминесцентный материал, который типично нанесен слоем, может считаться ламбертовским излучателем света. Для сохранения разброса или ограничения увеличения разброса коллиматор предпочтительно расположен как можно ближе к слою люминесцентного материала. К тому же, когда цветовой сегмент содержит рассеивающий элемент, этот рассеивающий элемент также может рассматриваться в качестве ламбертовского излучателя света. К тому же в таком варианте осуществления коллиматор должен быть расположен как можно ближе к рассеивающему элементу для ограничения увеличения разброса. В цветовом диске согласно изобретению цветовой диск содержит коллимирующую оптику. В такой конфигурации расстояние между слоем люминесцентного материала и коллимирующей оптикой или между рассеивающим элементом и коллимирующей оптикой является относительно малым, так чтобы увеличение разброса для осветительной системы было ограниченным, таким образом, оптимизируя эффективность осветительной системы согласно изобретению.
В варианте осуществления цветового диска цветовой диск содержит подложку, содержащую множество цветовых сегментов, при этом подложка содержит коллимирующую оптику. Обычно люминесцентный материал цветового сегмента нанесен как слой на подложку или может быть интегрирован как частица в часть подложки. Оставшаяся часть подложки обычно используется для прочности цветового диска. Эта оставшаяся часть подложки цветового диска может использоваться для встраивания коллимирующей оптики.
В варианте осуществления цветового диска коллимирующая оптика содержит отражающий элемент для коллимации света, испускаемого цветовым сегментом, и/или содержит дифракционный элемент для коллимации света, испускаемого цветовым сегментом, и/или содержит преломляющий элемент, расположенный между цветовым сегментом и окном вывода света для коллимации света, испускаемого цветовым сегментом. Преимущество варианта осуществления при использовании отражающего элемента для коллимации состоит в том, что отражающий элемент может относительно легко наноситься на кромку цветового сегмента или наноситься как отражающий слой на спицу между двумя соседними цветовыми сегментами. Дополнительное преимущество отражающего элемента для коллимации состоит в том, что отражающий элемент не привносит хроматическую аберрацию при коллимации. Преимущество при использовании дифракционного элемента состоит в том, что дифракционный элемент, например, может относительно легко наноситься на цветовой сегмент, например, с использованием технологий печати или технологий тиснения (чеканки). Более того, эффективный дифракционный коллимирующий элемент может не требовать большой высоты в цветовом диске, что дает цветовому диску возможность оставаться относительно тонким и компактным. Эти дифракционные элементы, например, могут быть решеткой, например, составленной из зубчатых структур, составленных из двух материалов, имеющих разный показатель преломления. Преимущество варианта осуществления при использовании преломляющего элемента для коллимации состоит в том, что эффективность коллимации преломляющего элемента является большей по сравнению с отражательным элементом вследствие потерь на отражение в отражательном элементе. Более того, преломляющий элемент, например, может предупреждать расхождение пучка (луча) света из источника света и может корректировать расхождение пучка для коллимации света. Например, цветовой сегмент для синего цвета может быть по существу прозрачным цветовым сегментом для пропускания пучка света синего цвета, испускаемого источником света. В таком варианте осуществления пучок света, испускаемый источником света, уже преимущественно испускается в предопределенном направлении, имея определенное расхождение. В таком варианте осуществления преломляющий элемент может вводить поправку на расхождение испускаемого пучка света и, по существу, эффективно коллимировать синий свет. Преломляющий элемент может быть линзовым элементом, например, встроенным в подложку, или, например, может быть линзой Френеля, например, наложенной на верх подложки. Преломляющий элемент также может быть цилиндрической линзой для коллимации по существу только в единственном направлении. В цветовом диске такая цилиндрическая линза, например, может быть сформирована в виде тора.
Цветовой диск согласно изобретению также может содержать комбинацию отражающего элемента, дифракционного элемента и/или преломляющего элемента. Эта комбинация отражающего, дифракционного и/или преломляющего элементов может быть применена в одиночном цветовом сегменте. В качестве альтернативы отражательный элемент может применяться в одном цветовом сегменте цветового диска, преломляющий элемент может применяться во втором цветовом сегменте цветового диска, а дифракционный элемент может применяться в третьем цветовом сегменте.
Более того, интенсивность коллимации может различаться для разных цветовых сегментов. Например, цветовой сегмент, испускающий синий цвет, типично является по существу прозрачным цветовым сегментом (в варианте осуществления, в котором источник света испускает синий свет). Поэтому синий свет испускается в пучке света, возникающем из источника света и типично требующем иной интенсивности коллимации по сравнению с другими цветовыми сегментами, в которых цветовой сегмент, например, содержит люминесцентный материал, который типично может считаться ламбертовским излучателем. Преломляющий элемент может быть создан из отклонения (градиента) показателя преломления, примененного в подложке, который обладает преимуществом, что таковой может быть полностью интегрирован внутри подложки цветового диска. В качестве альтернативы преломляющий элемент, например, может быть составлен из френелевского типа линзы, которая имеет преимущество, что этот вариант осуществления преломляющего элемента также может быть интегрирован в подложке.
В варианте осуществления цветового диска цветовой сегмент содержит отражающую границу раздела, расположенную по меньшей мере частично параллельно оптическому пути в пределах цветового сегмента для коллимации света, испускаемого цветовым сегментом в тангенциальном направлении и/или в радиальном направлении. Отражательная граница раздела, тянущаяся в радиальном направлении, коллимирует свет, который распространяется в тангенциальном направлении, а отражательная граница раздела, тянущаяся в тангенциальном направлении, коллимирует свет, который распространяется в радиальном направлении. Отражательная граница раздела, например, может быть дополнительной спицей, которая не является границей раздела, расположенной между двумя соседними цветовыми сегментами (как спица), но которая расположена внутри одиночного цветового сегмента. Вследствие применения дополнительной спицы распространение света в тангенциальном направлении ограничено, таким образом, коллимируя свет в тангенциальном направлении. В таком варианте осуществления узел возбуждения может быть сконфигурирован, чтобы также выключать первый светоизлучающий узел в течение временного интервала, когда дополнительная спица пересекает первый оптический путь. Отражательная граница раздела в качестве альтернативы может тянуться по меньшей мере частично в тангенциальном направлении и, например, может иметь форму неполной дуги, например, расположенную симметрично по отношению к оси вращения цветового диска. Такая отражающая граница раздела коллимировала бы свет, испускаемый цветовым сегментом в радиальном направлении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения очевидны из и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.
На чертежах:
фиг.1 показывает упрощенный вид в поперечном разрезе осветительной системы согласно изобретению, а фиг.1B и 1C показывают разные варианты осуществления цветового диска вместе с расположением первого светоизлучающего узла и второго светоизлучающего узла относительно цветового диска согласно изобретению,
фиг.2A, 2B, 2C и 2D, каждая, показывают множество матриц излучателей света, показанных во временной последовательности, в то время как граница раздела между двумя сегментами проходит между источником света и окном вывода света, а фиг.2E иллюстрирует интенсивность света, испускаемую первым светоизлучающим узлом и вторым светоизлучающим узлом, во времени и иллюстрирует цвет, испускаемый осветительной системой,
фиг.3A, 3B, 3C и 3D, каждая, показывают разный вариант осуществления множества матриц излучателей света, показанных во временной последовательности, в то время как граница раздела между двумя сегментами проходит между источником света и окном вывода света, а фиг.3E иллюстрирует интенсивность света, испускаемую первым светоизлучающим узлом, вторым светоизлучающим узлом и третьим светоизлучающим узлом, во времени и иллюстрирует цвет, испускаемый осветительной системой,
фиг.4 показывает проекционное устройство, содержащее осветительную систему согласно изобретению, и
фиг.5A, 5B, 5C, 5D, 5E и 5F показывают вид в поперечном разрезе и вид сверху дополнительных вариантов осуществления цветового диска согласно изобретению.
Фигуры являются только схематическими и не начерчены, чтобы определять масштаб. Более точно, для ясности, некоторые размеры сильно преувеличены. Подобные компоненты на фигурах, насколько возможно, обозначены одинаковыми номерами ссылок.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 показывает упрощенный вид в поперечном разрезе осветительной системы 100 согласно изобретению. Осветительная система 100 содержит источник 10 света (смотрите фиг.1B и 1C), цветовой диск 20 и узел 92 возбуждения для возбуждения источника 10 света. Осветительная система 100, как показано на фиг.1A, дополнительно содержит двигатель 90 для привода цветового диска 20, складное зеркало 120 для перенаправления света, испускаемого источником 10 света, в направлении окна 110 вывода света, светочувствительный датчик 94 для восприятия интенсивности света, испускаемого осветительной системой 100, и теплоотвод 130 в качестве охлаждающего элемента для охлаждения источника 10 света. Свет, испускаемый источником 10 света, следует оптическому пути 80, который указан на фиг.1A штрихпунктирной линией 80. Складное зеркало 120, например, является полупрозрачным зеркалом 120, которое пропускает часть света, испускаемого источником 10 света, в направлении светочувствительного датчика 94. Источник 10 света содержит первый светоизлучающий узел 50 и второй светоизлучающий узел 60 (смотрите фиг.1B и 1C), причем каждый испускает свет через цветовой диск 20 в направлении окна 110 вывода света. Вид в поперечном разрезе цветового диска 20, показанного на фиг.1A, имеет место вдоль линии AA (смотрите фиг.1B) и, следовательно, показывает только первый светоизлучающий узел 50 источника 10 света. Предпочтительно, цвет света, испускаемого первым светоизлучающим узлом 50 и вторым светоизлучающим узлом 60, по существу идентичен, и цвет света, испускаемого осветительной системой 100, определяется цветовым диском 20 вместе с цветом света, испускаемого источником 10 света. Цветовой диск 20 содержит разные цветовые сегменты R, G, B (смотрите фиг.1B и 1C). Посредством вращения цветового диска 20, другой сегмент будет размещаться на оптическом пути 80 между источником 10 света и окном 110 вывода света. Комбинирование отдельных цветовых сегментов R, G, B вместе с цветом источника 10 света определяет цвет света, испускаемого осветительной системой 100.
Разные сегменты R, G, B цветового диска 20 могут содержать цветовые фильтры, каждый из которых пропускает свет, имеющий один из цветов, например, выбранный из красного, зеленого, синего, пурпурного, желтого и голубого. В таком варианте осуществления источник 10 света предпочтительно испускает по существу белый свет, который содержит известные количества выбранных цветов света. В качестве альтернативы разные сегменты R, G, B содержат слой, содержащий люминесцентный материал, который преобразует свет, испускаемый источником 10 света, в свет цветов, выбранных из красного, зеленого, синего, пурпурного, желтого и голубого. В таком варианте осуществления источник 10 света, например, испускает ультрафиолетовый свет, который может преобразовываться отдельными люминесцентными слоями в требуемые цвета или который, например, может испускать синий свет. В варианте осуществления, в котором источник 10 света испускает синий свет, люминесцентный материал сегмента, указанного R, поглощает синий свет и преобразует его в красный свет. Люминесцентный материал сегмента, указанного G, поглощает синий свет и преобразует его в зеленый свет. Предпочтительно, люминесцентный материал сегмента, указанного R, и люминесцентный материал сегмента, указанного G, каждый содержит специальное дихроичное зеркало, расположенное на стороне цветового диска 20, обращенной к источнику 10 света. Дихроичное зеркало, расположенное на люминесцентном материале сегмента, указанного G, пропускает синий свет и отражает зеленый свет, вырабатываемый люминесцентным материалом. Дихроичное зеркало, расположенное на люминесцентном материале сегмента, указанного R, пропускает синий свет и отражает красный свет, вырабатываемый люминесцентным материалом. С использованием дихроичного зеркала по существу весь зеленый свет и красный свет, вырабатываемый в люминесцентном материале, испускается цветовым диском 20 в направлении окна 110 вывода света. Сегмент, указанный B, не содержит в себе люминесцентный материал и пропускает синий свет от источника 10 света. Преимущество при использовании слоя люминесцентного материала на цветовом диске 20, формирующем люминофорный диск 20, состоит в том, что большая часть света, вырабатываемого в источнике 10 света, испускается из осветительной системы 100, особенно, когда применяется дихроичное зеркало. В сравнении: когда источник 10 света испускает по существу белый свет, по меньшей мере 60% света не используется вследствие цветовых фильтров сегментов R, G, B, поглощающих весь свет, кроме света, имеющего определенный цвет. Более того, использование люминофорного диска 20 формирует удаленную люминофорную конфигурацию, имеющую преимущества более высокой эффективности слоя люминесцентного материала, обусловленной более низкой температурой люминесцентного материала, и большего диапазона люминесцентных материалов, которые должны использоваться на люминофорном диске 20 вследствие типичной более низкой температуры люминесцентного материала. Более того, люминофорный диск 20 может использоваться при отражении. Преимущество при использовании синего света, испускаемого источником 10 света, состоит в том, что нет преобразования света, требуемого для вырабатывания синего света, что снижает энергетические потери в системе. Более того, стоксов сдвиг при использовании синего света для выработки красного света и зеленого света является меньшим по сравнению со стоксовым сдвигом при использовании ультрафиолетового света для выработки красного света и зеленого света, дополнительно снижая энергетические потери в системе.
Цветовой диск 10 может содержать более чем три сегмента и может формировать, вместе с цветом света, испускаемого источником 10 света, иные цвета, чем перечисленные красный, зеленый, синий, пурпурный, желтый и голубой.
В известной осветительной системе прохождение границы раздела между двумя соседними цветовыми сегментами цветового диска между источником света и окном вывода света формирует временное окно, в течение которого цвет света постепенно изменяется с первого цвета на второй цвет. Границы раздела между двумя соседними цветовыми сегментами типично называются спицами 40, а время, в течение которого спица проходит между источником 10 света и окном 110 вывода света, типично называется спицевым временем Tsp (смотрите фиг.2). Так как цвет света, испускаемого через окно 110 вывода в течение спицевого периода времени, не является постоянным, известная осветительная система либо просто выключает источник света в течение спицевого времени, значительно снижая яркость осветительной системы, либо известная осветительная система содержит сложные технологии компенсации, чтобы по-прежнему использовать свет, испускаемый осветительной системой в течение спицевого времени, эффективным и предсказуемым образом. Эти последние известные осветительные системы, однако, требуют сложной компенсации данных.
В осветительной системе 100 согласно изобретению свет, испускаемый в течение спицевого времени Tsp, например, может использоваться проекционным устройством без необходимости сложных технологий компенсации. Для этой цели первый светоизлучающий узел 50, второй светоизлучающий узел 60 и спицы 40 цветового диска 20 сконфигурированы для предотвращения, чтобы спицы 40 при пересечении оптического пути 80 между источником 10 света и окном 110 вывода света одновременно пересекали первый оптический путь между первым светоизлучающим узлом 50 и окном 110 вывода света и второй оптический путь между вторым светоизлучающим узлом 60 и окном 110 вывода света. Более того, узел 92 возбуждения сконфигурирован для выключения первого светоизлучающего узла 50 в течение первой части спицевого времени p1 (смотрите фиг.2), которая является временным интервалом, в течение которого спица 40 пересекает первый оптический путь. Первый оптический путь и второй оптический путь являются по существу отдельными, когда свет падает на цветовой диск 20. Однако за светом первого светоизлучающего узла 50 и второго светоизлучающего узла 60 первый оптический путь и второй оптический путь могут полостью или частично перекрываться, например, в интегрирующей оптике (не показана), которая может использоваться для улучшения равномерности света, испускаемого осветительной системой 100 по всему окну 110 вывода света.
Для предотвращения, чтобы спица 40 одновременно пересекала первый оптический путь и второй оптический путь, расположение первого светоизлучающего узла 50 может быть размещено возле второго светоизлучающего узла 60 в тангенциальном направлении, как показано на фиг.1B. Фиг.1B показывает цветовой диск 20 вместе с источником 10 света, составленным из первого светоизлучающего узла 50 и второго светоизлучающего узла 60. Вследствие размещения второго светоизлучающего узла 60 возле первого светоизлучающего узла 50 в тангенциальном направлении спица 40 сначала пересекает первый оптический путь, а потом пересекает второй оптический путь. Альтернативный способ для предотвращения, чтобы спица 40 одновременно пересекала первый оптический путь второй оптический путь, заключается в формировании спицы 40, как показано на фиг.1C. Фиг.1C также показывает цветовой диск 22 вместе с источником 10 света, составленным из первого светоизлучающего узла 50 и второго светоизлучающего узла 60. Теперь второй светоизлучающий узел 60 расположен возле первого светоизлучающего узла 50 в радиальном направлении. Однако форма спицы 40 заставляет спицу 40 сначала пересекать первый оптический путь, а впоследствии пересекать второй оптический путь.
Положим, что цветовой сегмент, указанный G, расположен между источником 10 света и окном 110 вывода света. Как следствие, цвет света, испускаемого осветительной системой 100, является зеленым. При вращении цветового диска 20, 22, 24 в направлении стрелки спица 40, представляющая границу 40 раздела между цветовым сегментом, указанным G, и цветовым сегментом, указанным B, будет пересекать оптический путь 80 между источником 10 света и окном 110 вывода света. В обеих конфигурациях, которые показаны на фиг.1B и 1C, спица 40 сначала будет пересекать первый оптический путь между первым светоизлучающим узлом 50 и окном 110 вывода света в течение первой части спицевого времени p1. Узел 92 возбуждения выключает первый светоизлучающий узел 50 в течение первой части спицевого времени p1 наряду с поддержкой второго светоизлучающего узла 60 для испускания света. Цвет света, испускаемого осветительной системой 100, по-прежнему является зеленым, хотя интенсивность может быть половиной интенсивности, когда были бы включены оба, первый светоизлучающий узел 50 и второй светоизлучающий узел 60. Чтобы преодолеть пониженную интенсивность света, испускаемого осветительной системой 100, узел 92 возбуждения может поднимать светоотдачу второго светоизлучающего узла 60 в течение первой части спицевого времени p1. После того как спица 40 пересекла первый оптический путь, цветовой сегмент, указанный B, располагается между первым светоизлучающим узлом 50 и окном 110 вывода света. Когда цветовой диск 20 продолжает вращаться, он будет пересекать второй оптический путь между вторым светоизлучающим узлом 60 и окном 110 вывода света в течение второй части спицевого времени p2 (смотрите фиг.2). В течение второй части спицевого времени p2 узел 92 возбуждения может выключать второй светоизлучающий узел 60 и может включать первый светоизлучающий узел 50. В то время цвет света, испускаемого осветительной системой 100, резко меняется с зеленого на синий, вследствие того что цветовой сегмент, указанный B, расположен между первым светоизлучающим узлом 50 и окном 110 вывода света. Так как нет постепенного изменения с зеленого на синий, свет, испускаемый осветительной системой, может легко использоваться проекционной системой без сложных технологий компенсации. Чтобы гарантировать, что интенсивность света, испускаемого осветительной системой в течение второй части спицевого времени p2, является по существу равной интенсивности света, испускаемого осветительной системой вне спицевого времени Tsp, узел 92 возбуждения может поднимать отдачу первого светоизлучающего узла в течение второй части спицевого времени p2.
Для предотвращения какого бы то ни было смешивания света, вытекающего из разных сегментов R, G, B цветового диска 20, 22, 24, может быть короткий временной интервал между первой частью спицевого времени p1 и второй частью спицевого времени p2, в течение которого не испускается никакой свет. Это, в особенности, может делаться, когда цветовой диск 20, 22, 24 содержит люминесцентный материал для предотвращения смешивания света вследствие эффектов послесвечения люминесцентных материалов.
Источник 10 света может содержать любой светоизлучающий узел 50, 60, например, светоизлучающие диоды, лазерные диоды или другие малые яркие источники света. Преимущество при использовании светоизлучающих диодов и/или лазерных диодов состоит в том, что эти светоизлучающие узлы могут относительно легко подвергаться подъему мощности в течение короткого времени для испускания увеличенного количества света.
Эти разные стадии, когда спица 40 проходит между источником 10, 12, 14 света и окном 110 вывода света, показаны на фиг.2A-2D и фиг.3A-3D. Фиг.2E и 3E каждая показывает спицевое время Tsp и последовательность частей спицевых времен p1, p2; p1, p2, p3, в течение которых первый светоизлучающий узел 50 и/или второй светоизлучающий узел 60, и/или третий светоизлучающий узел 70 может включаться, подвергаться подъему мощности или выключаться.
Каждая из фиг.2A, 2B, 2C и 2D показывает источник 12 света, составленный из первого светоизлучающего узла 50 и второго светоизлучающего узла 60. Первый светоизлучающий узел 50 составлен из первой матрицы излучателей 52, 54, 56 света, а второй светоизлучающий узел 60 составлен из второй матрицы излучателей 62, 64, 66 света. Каждая из первой матрицы излучателей 52, 54, 56 света и второй матрицы излучателей 62, 64, 66 света расположена по существу параллельно спице 40, когда спица 40 проходит первую матрицу излучателей 52, 54, 56 света и вторую матрицу излучателей 62, 64, 66 света соответственно. Фиг.2A-2D показывают временную последовательность, в течение которой спица 40 проходит источник 12 света. Спица 40 перемещается в направлении, указанном стрелкой.
Фиг.2A показывает ситуацию, когда оба, первый светоизлучающий узел 50 и второй светоизлучающий узел 60, испускают свет по направлению к окну 110 вывода света через один и тот же сегмент R, G, B цветового диска 20. Это соответствует светоотдаче осветительной системы 100 в течение времени вне спицевого времени Tsp. Обе, первая матрица излучателей 52, 54, 56 света и вторая матрица излучателей 62, 64, 66 света, будут включены.
Фиг.2B показывает ситуацию, в которой спица 40 пересекает первый оптический путь. Этот временной интервал указывается в качестве первой части спицевого времени p1 (смотрите фиг.2E). В течение первой части спицевого времени p1 первая матрица излучателей 52, 54, 56 света выключена, пока вторая матрица излучателей 62, 64, 66 света остается включенной, предпочтительно, с поднятой интенсивностью.
Фиг.2C показывает ситуацию, в которой спица 40 пересекает второй оптический путь. Этот временной интервал указывается как вторая часть спицевого времени p2 (смотрите фиг.2E). В течение второй части спицевого времени p2 вторая матрица излучателей 62, 64, 66 света выключена, пока первая матрица излучателей 52, 54, 56 света включена, предпочтительно, с поднятой интенсивностью.
На этой стадии цвет света, испускаемого осветительной системой 100, изменяется, как указано на фиг.2E нижним графиком, указанным 'Выход'.
Фиг.2D показывает ситуацию, в которой спица 40 прошла источник 12 света. При включении второй матрицы излучателей 62, 64, 66 света и уменьшении интенсивности первой матрицы излучателей 52, 54, 56 света до уровня интенсивности вне спицевого времени Tsp оба, первый светоизлучающий узел 50 и второй светоизлучающий узел 60, испускают свет в направлении окна 110 вывода света через один и тот же сегмент R, G, B цветового диска 20.
Эти четыре стадии также показаны на фиг.2E. Первый график, указанный номером 50 ссылки, указывает интенсивность светоотдачи по времени t первого светоизлучающего узла 50. На первом графике также состояние первого светоизлучающего узла 50 указано текстом 'вкл.', 'выкл.' и 'подъем', указывающим, когда первый светоизлучающий узел 50 включен, выключен и когда выходная интенсивность первого светоизлучающего узла 50 поднята соответственно. Второй график, указанный номером 60 ссылки, указывает интенсивность светоотдачи по времени t второго светоизлучающего узла 60. На втором графике также состояние второго светоизлучающего узла 60 указано текстом 'вкл.', 'выкл.' и 'подъем', указывающим, когда второй светоизлучающий узел 60 включен, выключен и когда выходная интенсивность второго светоизлучающего узла 60 поднята соответственно. Третий график, указанный текстовой меткой 'Выход', указывает интенсивность светоотдачи по времени t осветительной системы 100. Более того, третий график показывает цвет света, который на половине хода в спицевом времени изменяется с синего (указанного символом B ссылки) на зеленый (указанный символом G ссылки). Третий график также показывает, что выходная интенсивность осветительной системы 100 сохраняется по существу постоянной в течение спицевого времени Tsp и показывает, что цвет света, испускаемого осветительной системой 100, не изменяется постепенно с синего света на зеленый свет (как имеют известные осветительные системы), а резко меняется между первой частью спицевого времени p1 и второй частью спицевого времени p2. Вследствие этого резкого изменения цвета свет, испускаемый осветительной системой 100 в течение спицевого времени Tsp, может легко использоваться проекционным устройством 200 без необходимости в сложных технологиях компенсации.
Каждая из фиг.3A, 3B, 3C и 3D показывает разный вариант осуществления источника 14 света. Источник 14 света, показанный на фиг.3, составлен из первого светоизлучающего узла 50, второго светоизлучающего узла 60 и третьего светоизлучающего узла 70. Первый светоизлучающий узел 50 составлен из первой матрицы излучателей 52, 54 света, второй светоизлучающий узел 60 составлен из второй матрицы излучателей 62, 64 света, а третий светоизлучающий узел 70 составлен из третьей матрицы излучателей 72, 74 света. К тому же каждая из первой матрицы излучателей 52, 54 света, второй матрицы излучателей 62, 64 света и третьей матрицы излучателей 72, 74 света расположена по существу параллельно спице 40, когда спица 40 проходит первую матрицу излучателей 52, 54 света, вторую матрицу излучателей 62, 64 света и третью матрицу излучателей 72, 74 света соответственно. Фиг.3A-3D показывают временную последовательность, в течение которой спица 40 проходит источник 14 света. Спица 40 перемещается в направлении, указанном стрелкой.
Фиг.3A показывает ситуацию, когда все, первый, второй и третий светоизлучающие узлы 50, 60 и 70, каждый, испускают свет по направлению к окну 110 вывода света через один и тот же сегмент R, G, B цветового диска 20. Это соответствует светоотдаче осветительной системы 100 в течение времени вне спицевого времени Tsp. Все матрицы излучателей 52, 54; 62, 64; 72, 74 света включены.
Фиг.3B показывает ситуацию, в которой спица 40 пересекает первый оптический путь в течение первой части спицевого времени p1 (смотрите фиг.3E). В течение этой первой части спицевого времени p1 первая матрица излучателей 52, 54 света выключена, пока вторая матрица излучателей 62, 64 света и третья матрица излучателей 72, 74 света остаются включенными. Чтобы гарантировать, что интенсивность света, испускаемого в течение первой части спицевого времени p1, остается по существу постоянной, вторая матрица излучателей 62, 64 света и третья матрица излучателей 72, 74 света могут подвергаться подъему мощности для испускания более высокой интенсивности света.
Фиг.3C показывает ситуацию, в которой спица 40 пересекает второй оптический путь в течение второй части спицевого времени p2 (смотрите фиг.3E). В течение этой второй части спицевого времени p2 вторая матрица излучателей 62, 64 света выключается для предотвращения, чтобы цвет света, испускаемого осветительной системой, изменял цвет постепенно. В варианте осуществления, показанном на фиг.3A-3E, первая матрица излучателей 52, 54 света вновь включается в течение второй части спицевого времени p2, пока третья матрица излучателей 72, 74 света выключена. Как следствие, первая светоизлучающая матрица 52, 54 вместе с частью цветового сегмента R, G, B, которая расположена на оптическом пути первой светоизлучающей матрицы 52, 54, определяет цвет света, испускаемого осветительной системой 100. Поэтому цвет света, испускаемого осветительной системой 100, меняется между первой частью спицевого времени p1 и второй частью спицевого времени p2. Чтобы гарантировать, что интенсивность света, испускаемого в течение второй части спицевого времени p2, остается по существу постоянной по сравнению с первой частью спицевого времени p1, первая матрица излучателей 52, 54 света может подвергаться подъему мощности для испускания более высокой интенсивности света. Это указано на фиг.3E более высоким импульсом в течение второй части спицевого времени p2 и текстовой меткой «X-подъем». Метка 'X-подъем' также указывает, что интенсивность первой матрицы излучателей 52, 54 света должна подниматься больше, чем второй матрицы излучателей 62, 64 света и третьей матрицы излучателей 72, 74 света, так чтобы интенсивность света, испускаемого осветительной системой 100, оставалась по существу постоянной.
В альтернативном варианте осуществления первая матрица излучателей 52, 54 света может оставаться выключенной в течение второй части спицевого времени p2, а третья матрица излучателей 72, 74 света может дополнительно подвергаться подъему мощности, так чтобы интенсивность света, испускаемого осветительной системой 100, оставалась по существу постоянной. В этом варианте осуществления цвет света, испускаемого осветительной системой 100, однако, изменяется не между первой частью спицевого времени p1 и второй частью спицевого времени p2, а между второй частью спицевого времени p2 и третьей частью спицевого времени p3 (смотрите фиг.3E).
Из предыдущего примера ясно, что момент изменения цвета в течение спицевого периода Tsp (смотрите фиг.3E) может выбираться посредством выбора, какой из светоизлучающих узлов 50, 60, 70 'включается' или 'выключается'. Это может выгодно использоваться, когда цветовой диск содержит люминесцентный материал, например, для преобразования синего света, испускаемого из светоизлучающих узлов 50, 60, 70, в красный свет и зеленый свет. Так как эффективность преобразования люминесцентного материала для формирования красного света относительно низка, интенсивность красного света, испускаемого осветительной системой 100, когда используется люминофорный диск 20, относительно низка. Момент изменения цвета в течение спицевого периода Tsp может выбираться, так чтобы время, в течение которого красный свет испускается из осветительной системы 100, был относительно длинным по сравнению с временем, в течение которого испускается оставшаяся часть света. Например, когда первая спица 40 является границей раздела между цветовым сегментом, вырабатывающим зеленый цвет G, и цветовым сегментом, вырабатывающим красный цвет R, пересекает оптический путь 80 источника 10 света, последовательность, с которой светоизлучающие узлы 50, 60, 70 выключаются, может быть другой по сравнению с тем, когда вторая спица 40, являющаяся границей раздела между цветовым сегментом, вырабатывающим красный цвет R, и цветовым сегментом, вырабатывающим синий цвет B, пересекает оптический путь 80. Эта другая последовательность переключения, например, может выбираться, так что время, в течение которого красный свет испускается из осветительной системы 100, наибольшее. Это может использоваться для обеспечения дополнительной интенсивности света для цвета, интенсивность света которого является самой низкой.
В том же самом дополнительном варианте осуществления первая матрица излучателей 52, 54 света может включаться в течение второй части спицевого времени p2, а третья матрица излучателей света может оставаться включенной в течение второй части спицевого времени p2. Как результат, цвет света, испускаемого осветительной системой 100, изменяется, так как цвет света, испускаемого первой матрицей излучателей 52, 54 света, определяется другим цветовым сегментом цветового диска 20 по сравнению с цветом света, испускаемого третьей матрицей излучателей 72, 74 света. Например, когда цветовой диск 20 содержит цветовой сегмент R, вырабатывающий красный цвет, цветовой сегмент B, вырабатывающий синий цвет, и цветовой сегмент G, вырабатывающий зеленый цвет, цвет, испускаемый настоящим вариантом осуществления согласно изобретению, является промежуточным цветом, например желтым (являющимся сочетанием красного и зеленого), пурпурным (являющимся сочетанием красного и синего) и голубым (являющимся сочетанием зеленого и синего). Промежуточный цвет света, испускаемого осветительной системой 100 в течение второй части спицевого времени p2, является другим по сравнению с цветом света, испускаемого осветительной системой 100, но остается по существу постоянным в течение второй части спицевого времени p2. Это дает проекционному устройству 200 возможность относительно легко использовать свет, испускаемый осветительной системой 100 в течение второй части спицевого времени p2.
Фиг.3D показывает ситуацию, в которой спица 40 пересекает третий оптический путь между третьим светоизлучающим узлом 70 и окном 110 вывода света в течение третьей части спицевого времени p3 (смотрите фиг.3E). В течение этой третьей части спицевого времени p3 первая матрица излучателей 52, 54 света и вторая матрица излучателей 62, 64 света включены, пока третья матрица излучателей 72, 74 света выключена. Чтобы гарантировать, что интенсивность света, испускаемого в течение третьей части спицевого времени p3, остается по существу постоянной, первая матрица излучателей 52, 54 света и вторая матрица излучателей 62, 64 света могут подвергаться подъему мощности для испускания более высокой интенсивности света.
В варианте осуществления, в котором промежуточный цвет испускается осветительной системой 100 в течение второй части спицевого времени p2, цвет, испускаемый осветительной системой 100, вновь будет изменяться между второй частью спицевого времени p2 и третьей частью спицевого времени p3. В течение третьей части спицевого времени p3 каждый из первого светоизлучающего узла 50 и второго светоизлучающего узла 60 испускает свет в направлении окна 110 вывода света через один и тот же сегмент R, G, B цветового диска 20, который определяет цвет света, испускаемого осветительной системой 100.
Следующая ситуация, в которой спица 40 прошла источник 14 света, не показана и по существу идентична фиг.2D. После третьей части спицевого времени p3 третья матрица излучателей 72, 74 света вновь включается, и интенсивность света, испускаемого первой матрицей излучателей 52, 54 света и второй матрицей излучателей 62, 64 света, вновь уменьшается до уровня интенсивности вне спицевого времени Tsp. Первый светоизлучающий узел 50, второй светоизлучающий узел 60 и третий светоизлучающий узел 70 каждый испускает свет по направлению к окну 110 вывода света через один и тот же сегмент R, G, B цветового диска 20.
Эти пять стадий также показаны на фиг.3E. Первый график, указанный номером 50 ссылки, указывает интенсивность светоотдачи по времени t первого светоизлучающего узла 50. На первом графике также состояние первого светоизлучающего узла 50 указано текстом 'вкл.', 'выкл.', 'подъем' и 'X-подъем', указывающим, когда первый светоизлучающий узел 50 включен, выключен, когда выходная интенсивность первого светоизлучающего узла 50 поднята или еще больше поднята соответственно. Второй график, указанный номером 60 ссылки, указывает интенсивность светоотдачи по времени t второго светоизлучающего узла 60. На втором графике также состояние второго светоизлучающего узла 60 указано текстом 'вкл.', 'выкл.' и 'подъем', указывающим, когда второй светоизлучающий узел 60 включен, выключен и когда выходная интенсивность второго светоизлучающего узла 60 поднята соответственно. Третий график, указанный номером 70 ссылки, указывает интенсивность светоотдачи по времени t третьего светоизлучающего узла 70. На третьем графике также состояние третьего светоизлучающего узла 70 указано текстом 'вкл.', 'выкл.' и 'подъем', указывающим, когда третий светоизлучающий узел 70 включен, выключен и когда выходная интенсивность второго светоизлучающего узла 60 поднята соответственно. Четвертый график, указанный текстовой меткой 'Выход', указывает интенсивность светоотдачи по времени t осветительной системы 100. Более того, четвертый график показывает цвет света, который изменяется с синего (указанного символом B ссылки) на зеленый (указанный символом G ссылки) между первой частью спицевого времени p1 и второй частью спицевого времени p2. Четвертый график также показывает, что выходная интенсивность осветительной системы 100 сохраняется по существу постоянной в течение спицевого времени Tsp и показывает, что цвет света, испускаемого осветительной системой 100, не изменяется постепенно с синего света на зеленый свет (как имеют известные осветительные системы), а резко меняется между первой частью спицевого времени p1 и второй частью спицевого времени p2. Вследствие этого резкого изменения цвета свет, испускаемый осветительной системой 100 в течение спицевого времени Tsp, может легко использоваться проекционным устройством 200 без необходимости в сложных технологиях компенсации.
Фиг.4 показывает проекционное устройство 200, содержащее осветительную систему 100 согласно изобретению. Проекционное устройство 200 содержит линзу-расширитель 210 и полевую линзу 220 для проецирования света, испускаемого осветительной системой 100 на узел 230 цифровой обработки света. Узел 230 цифровой обработки света впоследствии формирует изображение посредством пропускания через оптические затворы или посредством отражения от матрицы микрозеркал, которое впоследствии проецируется на стене или на экране.
Фиг.5A, 5B, 5C, 5D, 5E и 5F показывают вид в поперечном разрезе и вид сверху дополнительных вариантов осуществления цветового диска согласно изобретению. На фиг.5A, 5B, 5C и 5D показан вид в поперечном разрезе цветового диска 20, 22, 24, на которых вариант осуществления, показанный на фиг.5A, показывает отражающий элемент 26 для коллимации света, на которых вариант осуществления, показанный на фиг.5B и 5C, показывает преломляющие элементы 27A и 27B для коллимации света и на которых вариант осуществления, показанный на фиг.5D, показывает дифракционный элемент 25 для коллимации света. Цветовой диск 20, 22, 24 содержит подложку 28. Люминесцентный материал цветового сегмента G нанесен в качестве слоя на подложку 28 и указан на фиг.5A, 5B, 5C и 5D в качестве серой зоны. Люминесцентный материал может быть нанесен в качестве слоя или может быть интегрирован в качестве частиц в часть подложки 28 (не показана). Оставшаяся часть подложки 28 обычно используется для прочности цветового диска 20, 22, 24. Эта оставшаяся часть подложки 28 цветового диска 20, 22, 24 может использоваться для встраивания коллимирующей оптики 25, 26, 27A, 27B. Вследствие встраивания коллимирующей оптики 25, 26, 27A, 27B в подложку 28 цветового диска 20, 22, 24 увеличение разброса осветительной системы ограничивается, таким образом, улучшая эффективность световой системы 100.
Фиг.5A показывает коллимирующую оптику 26, содержащую отражающий элемент 26. Отражающий элемент 26 может быть относительно легко наложен на край цветового сегмента R, G, B или нанесен в качестве отражающего слоя на спицу 40 между двумя соседними сегментами R, G, B. Предпочтительно, отражающий элемент 26 расположен как отражатель-чашка (смотрите поперечный разрез по фиг.5A), однако отражающий элемент 26 также может быть расположен по существу параллельно оптическому пути 80. Пунктирная стрелка указывает пучок света, испускаемый светоизлучающим элементом 60, который коллимируется отражающим элементом 26.
Фиг.5B показывает коллимирующую оптику 27A, содержащую преломляющий элемент 27A. Преломляющий элемент 27A может быть создан из градиента показателя преломления (не показан), примененного в подложке 28, который обладает преимуществом, что это может быть полностью интегрировано внутри подложки цветового диска. В качестве альтернативы преломляющий элемент 27A, например, может быть линзой 27A, интегрированной в подложку 28.
Фиг.5C показывает коллимирующую оптику 27B, содержащую френелевский тип линзы 27B, которая, например, может быть наложена на поверхность подложки 28, на которой нанесен люминесцентный слой (не показан), или может быть интегрирована в подложку 28 цветового диска 20. В таком варианте осуществления расстояние между коллимирующей оптикой 27B и цветовым сегментом G может быть относительно малым. Более того, преимущество при использовании френелевского типа линзы 27B состоит в том, что толщина подложки 28 может быть ограничена, предоставляя возможность ограничивать толщину цветового диска 20. Пунктирная стрелка указывает пучок света, испускаемый светоизлучающим элементом 60, который коллимируется преломляющим элементом 27B.
Фиг.5D показывает коллимирующую оптику 25, содержащую дифракционную решетку 25, которая, например, может быть нанесена на поверхность подложки 28 (не показана) или которая, например, может быть нанесена на поверхность люминесцентного материала G (не показан), либо которая может быть интегрирована в подложку 28. Дифракционный элемент 25, например, может относительно легко наноситься, например, с использованием технологий печати или технологий тиснения. Более того, использование дифракционного элемента 25 предоставляет толщине коллимирующей оптики быть ограниченной, давая возможность ограничивать толщину цветового диска 20. Эти дифракционное элементы 25, например, могут быть решеткой 25, например, составленной из зубчатых структур, составленных из двух материалов, имеющих разный показатель преломления.
Цветовой диск 20, 22, 24 согласно изобретению также может содержать комбинацию отражательного элемента 26, дифракционного элемента 25 и/или преломляющего элемента 27A, 27B. Эта комбинация коллимационных элементов 25, 26, 27A, 27B может применяться в одиночном цветовом сегменте R; G; B. В качестве альтернативы отражательный элемент 26 может применяться в одном цветовом сегменте R, G, B цветового диска 20, 22, 24, а преломляющий элемент 27A, 27B может применяться во втором цветовом сегменте R, G, B цветового диска 20, 22, 24.
Фиг.5E показывает вид сверху цветового диска 20 согласно изобретению. Цветовой диск 20, показанный на фиг.5E, по существу идентичен цветовому диску 20, показанном на фиг.1B, но теперь с отражательным элементом 26, наложенным на спицу 40 (смотрите фиг.1B и 1C), или с отражательным элементом 26, наложенным на спицу 40. В варианте осуществления, показанном на фиг.5E, отражательный элемент 26 расположен по существу параллельно оптическому пути 80 и, таким образом, ширина спицы 40 по существу не увеличится (увеличится только на толщину отражательного слоя, составляющего отражательный элемент 26). В качестве альтернативы, когда отражательный элемент 26 расположен как отражательная чашка (смотрите фиг.5A), размер спицы 40 в тангенциальном направлении увеличится. Чтобы по-прежнему быть способным уменьшать спицевое время осветительной системы 100 (смотрите фиг.1A), расстояние между первым светоизлучающим узлом 50 (смотрите фиг.1B и 1C) и вторым светоизлучающим узлом 60 (смотрите фиг.1B и 1C) должно быть приспособлено, так чтобы спица 40 не пересекала одновременно первый оптический путь между первым светоизлучающим узлом 50 и окном 110 вывода света и второй оптический путь между вторым светоизлучающим узлом 60 и окном 110 вывода света.
Фиг.5F показывает вид сверху дополнительного варианта осуществления цветового диска 24 согласно изобретению. В этом варианте осуществления цветовой сегмент R, G, B содержит отражательную границу 29A, 29B, 29C раздела, расположенную по меньшей мере частично параллельно оптическому пути 80 в пределах цветового сегмента R, G, B для коллимации света, испускаемого цветовым сегментом R, G, B в тангенциальном направлении и/или в радиальном направлении. Отражательная граница 29A раздела может быть дополнительной спицей 29A, которая не является границей раздела, расположенной между двумя соседними цветовыми сегментами R, G, B (как спица 40), но которая расположена внутри одиночного цветового сегмента R, G, B. Вследствие применения отражательной границы 29A раздела распространение света в тангенциальном направлении ограничено, таким образом, коллимируя свет в тангенциальном направлении. В таком варианте осуществления узел 92 возбуждения может быть сконфигурирован, чтобы также выключать первый светоизлучающий узел 50 в течение временного интервала, когда дополнительная спица 29 пересекает первый оптический путь. Также дополнительная спица 29A в качестве альтернативы может быть расположена под углом, наклонным относительно оптической оси 80, таким как у отражательных элементов 26 отражательной чашки, которая показана на фиг.5A. В таком варианте осуществления размеры дополнительной спицы 29A увеличиваются в тангенциальном направлении.
Отражательная граница 29B, 29C раздела также может быть границей раздела, расположенной в тангенциальном направлении, для ограничения распространения света в радиальном направлении. Такая отражательная граница 29B, 29C раздела, например, может иметь форму неполной дуги, например, расположенную симметрично по отношению к оси 91 вращения цветового диска 24. Такая отражательная граница 29B, 29C раздела коллимировала бы свет, испускаемый цветовым сегментом в радиальном направлении. В качестве альтернативы отражательная граница 29B, 29C раздела может иметь любую другую форму для коллимации света, например, частично в радиальном направлении и частично в тангенциальном направлении.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что цветовой диск 20, 22, 24, содержащий коллимирующую оптику 25, 26, 27A, 27B, 29A, 29B, 29C, как раскрыто в материалах настоящей заявки, может применяться отдельно от осветительной системы, таким образом, без использования узла 92 возбуждения для уменьшения спицевого времени и без использования источника 10, 12, 14 света, имеющего первый и второй светоизлучающий узел 50, 60.
Изобретение также относится к способу возбуждения источника 10, 12, 14 света в осветительной системе 100 для проекционного устройства 200. Осветительная система 100 содержит источник 10, 12, 14 света, цветовой диск 20, 22, 24 и узел 92 возбуждения для возбуждения источника 10, 12, 14 света. Цветовой диск 20, 22, 24 содержит множество цветовых сегментов R, G, B, определяющих цвет света, испускаемого осветительной системой 100. Цветовой диск 20, 22, 24 сконфигурирован для последовательного расположения цветовых сегментов R, G, B из множества цветовых сегментов R, G, B на оптическом пути 80 между источником 10, 12, 14 света и окном 110 вывода света посредством вращения цветового диска 20, 22, 24. Спица 40 цветового диска 20, 22, 24 является границей 40 раздела между двумя соседними цветовыми сегментами R, G, B. Осветительная система 100 дополнительно содержит источник 10, 12, 14 света, содержащий первый светоизлучающий узел 50 и второй светоизлучающий узел 60, причем каждый из первого светоизлучающего узла 50 и второго светоизлучающего узла 60 испускает свет в направлении окна 110 вывода света осветительной системы 100. Первый светоизлучающий узел 50, второй светоизлучающий узел 60 и спица 40 сконфигурированы для предотвращения, чтобы спица 40 при пересечении оптического пути 80 между источником 10, 12, 14 света и окном 110 вывода света одновременно пересекала первый оптический путь между первым светоизлучающим узлом 50 и окном 110 вывода света и второй оптический путь между вторым светоизлучающим узлом 60 и окном 110 вывода света. Способ возбуждения источника 10, 12, 14 света содержит этап: выключения первого светоизлучающего узла 50 в течение временного интервала p1 (смотрите фиг.2E и 3E), когда спица (40) пересекает первый оптический путь.
Способ дополнительно содержит этап: увеличения интенсивности света, испускаемого вторым светоизлучающим узлом 60 во время выключения первого светоизлучающего узла 50.
Изобретение также относится к компьютерному программному продукту для выполнения способа, который указан в предыдущем параграфе.
Должно быть отмечено, что вышеупомянутые варианты осуществления скорее иллюстрируют, чем ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники будут способны конструировать многочисленные альтернативные варианты осуществления, не выходя из объема прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения любые символы ссылок, помещенные между круглыми скобками, не должны истолковываться в качестве ограничивающих формулу изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, иных чем изложенные в пункте формулы изобретения. Использование единственного числа при описании элемента не исключает наличия множества таких элементов. В пункте формулы изобретения об устройстве, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть воплощены одним и тем же элементом аппаратных средств. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что комбинация этих критериев не может быть использована с выгодой.