[go: up one dir, main page]

TW202016574A - 具有高強度投射機制的照明系統及其操作方法 - Google Patents

具有高強度投射機制的照明系統及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202016574A
TW202016574A TW108125346A TW108125346A TW202016574A TW 202016574 A TW202016574 A TW 202016574A TW 108125346 A TW108125346 A TW 108125346A TW 108125346 A TW108125346 A TW 108125346A TW 202016574 A TW202016574 A TW 202016574A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
output
light
input device
lens
light source
Prior art date
Application number
TW108125346A
Other languages
English (en)
Inventor
張永朋
王志峰
黃國胤
張世欣
王紀勛
陳信安
肯尼斯 李
Original Assignee
美商光電自動科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商光電自動科技有限公司 filed Critical 美商光電自動科技有限公司
Publication of TW202016574A publication Critical patent/TW202016574A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources
    • G03B21/204—LED or laser light sources using secondary light emission, e.g. luminescence or fluorescence
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
    • F21V13/14—Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2066—Reflectors in illumination beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S10/00—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect
    • F21S10/007—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect using rotating transparent or colored disks, e.g. gobo wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/265—Composite lenses; Lenses with a patch-like shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/321—Optical layout thereof the reflector being a surface of revolution or a planar surface, e.g. truncated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/008—Combination of two or more successive refractors along an optical axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/16—Cooling; Preventing overheating
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

一種照明系統，包括輸入裝置，配置以產生第一發光光束；泵浦組件，光學地耦合至輸入裝置，配置以將泵浦光束投射到輸入裝置中；聚焦透鏡，與第一發光光束對準，以聚焦由泵浦光束增強的第一發光光束作為輸出光束；及輸出裝置，光學地耦合至聚焦透鏡，配置以：接收來自聚焦透鏡的輸出光束，且從投射裝置投射由輸出光束形成的應用輸出。

Description

具有高強度投射機制的照明系統及其操作方法 【相關申請的交叉引用】
本申請書主張2018年7月18日提交的美國臨時專利申請序號62/764,087的權益，並且其主題藉由引用併入本文。
本發明的具體實施例一般涉及一種照明系統，尤其涉及一種高強度的光投射系統。
投影系統包括數位投影儀、聚光燈、「光學之間」(GOBO)投影儀、以及具有各種發散和強度之光束的其他系統。傳統系統使用各種燈，例如白熾燈、鹵素燈、金屬鹵化物燈、氙燈等，以滿足某些所需效能。各種光源中的常見問題是輸出亮度和燈壽命之間的折衷。壽命長的LED已經在許多應用中使用，但亮度低於理想值。從也提供長使用壽命的系統提供高強度光的問題尚未得到解決。
因此，仍然需要一種具有高強度投射機制的照明系統，以提供改進的光產生、可靠性、和靈活性。鑑於不斷增長的商業競爭壓力，以及不斷增長的消費者期望和市場中有意義之產品差異化機會的減少，找到這些問題的答案越來越重要。此外，降低成本、提高效率和效能、以及滿足競爭壓力的需求為尋找這些問題之答案的關鍵必要性增加了更大的緊迫性。
長期以來一直在尋求對這些問題的解決方案，但先前的發展並沒有教導或提出任何解決方案，因此，本領域技術人員長期以來一直沒有解決這些問題。
本發明的具體實施例提供一種裝置和一種照明系統，包括：輸入裝置，配置以產生第一發光光束；泵浦組件，光學地耦合至輸入裝置，配置以將泵浦光束投射到輸入裝置中；聚焦透鏡，與第一發光光束對準，以聚焦由泵浦光束增強的第一發光光束作為輸出光束；及輸出裝置，光學地耦合至聚焦透鏡，配置以：接收來自聚焦透鏡的輸出光束，且從投射裝置投射由輸出光束形成的應用輸出。
本發明的具體實施例提供一種方法，其包括藉由輸入裝置產生發光光束；將泵浦光束投射到輸入裝置中；聚焦由泵浦光束增強的第一發光光束作為一輸出光束；藉由輸出裝置接收輸出光束；及從投射裝置投射由輸出光束形成的應用輸出。
本發明的某些具體實施例除了上述那些之外還具有其他步驟或元件。通過參考附圖閱讀以下詳細描述，這些步驟或元件對於本領域技術人員將變得顯而易見。
100‧‧‧照明系統
102‧‧‧第一輸入裝置
104‧‧‧第一泵浦組件
106‧‧‧第二輸入裝置
108‧‧‧第二泵浦組件
110‧‧‧第三輸入裝置
112‧‧‧藍色反射濾光器
114‧‧‧第一發光光束
116‧‧‧第一光源
118‧‧‧耦合透鏡
120‧‧‧準直透鏡
122‧‧‧第一泵浦光源
124‧‧‧第一泵浦光束
126‧‧‧綠色反射濾光器
128‧‧‧第二發光光束
130‧‧‧第二光源
132‧‧‧聚焦透鏡
134‧‧‧第二泵浦光束
136‧‧‧第二泵浦光源
140‧‧‧第三發光光束
142‧‧‧光學中心線
144‧‧‧輸出光束
146‧‧‧輸出平面
148‧‧‧輸出裝置
150‧‧‧光管
151‧‧‧氣隙
152‧‧‧在光學之前(GOBO)
153‧‧‧應用尺寸
154‧‧‧應用輸出
156‧‧‧投射裝置
200‧‧‧照明系統
202‧‧‧輸入裝置
204‧‧‧光源
206‧‧‧耦合透鏡
208‧‧‧準直透鏡
210‧‧‧高強度光束
212‧‧‧聚焦透鏡
214‧‧‧輸出平面
213‧‧‧聚焦光束
215‧‧‧輸出裝置
216‧‧‧漫射器
218‧‧‧在光學之前(GOBO)
220‧‧‧間隙
222‧‧‧GOBO輸出
224‧‧‧投射透鏡
300‧‧‧照明系統
302‧‧‧輸入裝置
304‧‧‧光源
306‧‧‧耦合透鏡
308‧‧‧準直透鏡
310‧‧‧高強度光束
311‧‧‧光學中心線
312‧‧‧聚焦透鏡
313‧‧‧聚焦光束
314‧‧‧輸出平面
315‧‧‧輸出裝置
316‧‧‧漫射器
318‧‧‧附加準直透鏡
322‧‧‧在光學之前(GOBO)
326‧‧‧投射透鏡
320‧‧‧間隙
321‧‧‧均勻化光束
324‧‧‧GOBO輸出
400‧‧‧照明系統
402‧‧‧輸入裝置
404‧‧‧來源發光二極體
406‧‧‧光源散熱器
408‧‧‧磷光體層
410‧‧‧磷光體層
412‧‧‧耦合透鏡
414‧‧‧準直透鏡
416‧‧‧雷射光源
418‧‧‧雷射散熱器
419‧‧‧雷射準直透鏡
420‧‧‧雷射泵浦光束
422‧‧‧藍色反射濾光器
424‧‧‧聚焦透鏡
446‧‧‧輸出平面
456‧‧‧輸出平面
426‧‧‧聚焦平面
427‧‧‧輸出裝置
432‧‧‧附加準直透鏡
434‧‧‧數位微鏡裝置
430‧‧‧投射光束
436‧‧‧圖像
502‧‧‧熱點
601‧‧‧強度分佈曲線
602‧‧‧輸出角度
604‧‧‧光學中心線
606‧‧‧最大角度
608‧‧‧中心線強度
610‧‧‧附加強度
700‧‧‧方法
702-710‧‧‧方塊
第一圖是本發明之具體實施例中具有高強度輸出機制之照明系統之功能方塊圖的實例。
第二圖是替代具體實施例中具有高強度輸出機制之照明系統之功能方塊圖的實例。
第三圖是替代具體實施例中之照明系統之功能方塊圖的實例。
第四圖是替代具體實施例中之照明系統之功能方塊圖的實例。
第五圖是在第四圖之數位微鏡裝置(DMD)上看到的投射光束之圖像的實例。
第六圖是第一圖之輸出光束之強度分佈的實例。
第七圖是本發明之具體實施例中之照明系統之操作方法的流程圖。
足夠詳細地描述以下具體實施例，以使本領域技術人員能夠 製造和使用本發明。應當理解，基於本揭露，其他具體實施例將是顯而易見的，並可能在不脫離本發明之具體實施例之範圍的情況下進行系統、程序、或機械改變。
在以下描述中，給出許多具體細節以提供對本發明的透徹理解。然而，顯而易見的是，可能在沒有這些具體細節的情況下實踐本發明。為了避免模糊本發明的具體實施例，未詳細揭露一些公知的電路、系統配置、和程序步驟。
顯示系統之具體實施例的附圖是半圖解的，並且未按比例繪製，並且特別地，一些尺寸是為了清楚呈現並且在附圖中被誇大地示出。類似地，儘管為了便於描述，附圖中的視圖通常顯示類似的取向，但是附圖中的這種描繪在大多數情況下是任意的。通常，本發明可以任何方向操作。
這裡提到的術語「相鄰」可定義為彼此非常接近的兩個元件。這裡提到的術語「在...上」和「鄰接」可定義為實體接觸的兩個元件，沒有中間元件。這裡提到的術語「泵」、「泵浦」或「泵抽」可定義為從第二光源向第一光源添加能量以增加第一光源的亮度。
現在參考第一圖，其中顯示在本發明的一個具體實施例中具有高強度投射機制之照明系統100之功能方塊圖的實例。照明系統100被描繪成第一輸入裝置102(例如紅光組件)由第一泵浦組件104增強，第一泵浦組件104可光學地耦合至第一輸入裝置102。第二輸入裝置106(例如綠光組件)由第二泵浦組件108增強，第二泵浦組件108可光學地耦合至第二輸入裝置106。第三輸入裝置110(例如藍光組件)可光學地耦合至藍色反射濾光器112。
第一輸入裝置102可以是配置以發出第一發光光束114(例如紅色發光光束)的硬體結構。第一輸入裝置102包括第一光源116，例如雷射紅色磷光體光源或紅色磷光體發光二極體(LED)光源，其可光學地耦合至饋送準直透鏡120的耦合透鏡118。第一泵浦組件104可包括第一泵浦光源122，例如藍色雷射光源或藍色發光二極體(LED)。第一泵浦光源122，其可光學地耦合至饋送準直透鏡120的另一組耦合透鏡118。第一泵 浦光束124可投射到藍色反射濾光器112中，以便被反射到第一輸入裝置102中。第一泵浦光束124可通過準直透鏡120和耦合透鏡118，以便泵浦第一光源116。來自第一泵浦光束124之能量的增加可增加第一發光光束114的強度。
藍色反射濾光器112可包括玻璃板、塑料或塗有二向色膜的薄膜，以反射第一泵浦光束124和第三輸入裝置110的藍色(例如藍光組件)，同時允許第一發光光束114(例如紅色發光光束)不受影響地通過。綠色反射濾光器126可定位在藍色反射濾光器112附近並垂直於藍色反射濾光器112。綠色反射濾光器126可包括塗有二向色膜的玻璃板、塑料或薄膜，以反射源自第二輸入裝置106之第二發光光束128的綠色。
第二輸入裝置106可包括第二光源130，例如綠色光源，其可光學地耦合至饋送準直透鏡120的另一組耦合透鏡118。第二光源130可以是用於產生第二發光光束128的雷射綠色磷光體光源或綠色磷光體發光二極體(LED)。第二發光光束128可從綠色反射濾光器126反射，以改變朝向聚焦透鏡132的方向。聚焦透鏡132可由玻璃、塑料、石英、多晶矽玻璃等形成用於會聚來自第一輸入裝置102、第二輸入裝置106、和第三輸入裝置110的入射光。第二光源130可從第二泵浦光源136接收第二泵浦光束134。第二泵浦光源136可光學地耦合至饋送準直透鏡120的另一組耦合透鏡118。第二泵浦光束134可以是可穿過綠色反射濾光器126而沒有影響的光束。第二泵浦光束134可進入第二輸入裝置106並照射第二光源130，以增加第二發光光束128的亮度。
第二泵浦光源136可以是藍色雷射光源或藍色磷光體LED，其能夠產生用於泵浦第二光源130的第二泵浦光束134。第三輸入裝置110可包括第三光源116，例如雷射藍色磷光體光源或藍色磷光體發光二極體(LED)光源，其可光學地耦合至饋送準直透鏡120的另一組耦合透鏡118。為了產生第三發光光束140，例如藍色發光光束。第三發光光束140可被藍色反射濾光器112反射，以跟隨光學中心線142。第一發光光束114、第二發光光束128、第三發光光束140、或其組合可沿著光學中心線142會聚在聚焦透鏡132上。
可以理解，聚焦透鏡132上的第一發光光束114、第二發光光束128、和第三發光光束140的會聚可形成聚焦在輸出平面146上的輸出光束144。輸出裝置148可定位在輸出平面146處，輸出光束144的尺寸與光管150的輸入相匹配。光管150可以是CPC，形成為具有反射塗層的錐形固體或空心錐體。光管150可由丙烯酸或聚碳酸酯塑料、玻璃、多晶矽玻璃、石英等製成。顯示為光管150之錐形固體的窄端可與輸出平面146處的輸出光束144之尺寸相匹配。光管150的較大側可與光管150與「在光學之前」(GOBO)152之間的氣隙151接壤，以便以均勻分佈的方式施加輸出光束144。GOBO 152可具有應用尺寸153。GOBO 152可以是片材、輪子、盒子、或其組合，其具有切口圖案以通過輸出光束144的一部分作為應用輸出154，例如GOBO輸出或圖案化的多色顯示。GOBO輸出154可由投射裝置156放大，用於在螢幕或表面(未示出)上顯示GOBO輸出154。應當理解，當使用較小版本的GOBO 152時，光管150的圓錐形狀可反轉。
已經發現，照明系統100可提供靈活且緊密的GOBO投射系統，用於娛樂場所、假日展示、或背景顯示。利用藍色反射濾光器112、綠色反射濾光器126、和聚焦透鏡132可實現第一發光光束114、第二發光光束128、和第三發光光束140的組合。第一泵浦組件104和第二泵浦光源136的附加泵浦可增強GOBO輸出154的亮度和分佈。
現在參考第二圖，其中顯示替代具體實施例中的照明系統200之功能方塊圖的實例。照明系統200的功能方塊圖描繪包括光源204的輸入裝置202，例如雷射磷光體光源或磷光體發光二極體(LED)光源。光源204可光學地耦合至耦合透鏡206和準直透鏡208，以產生高強度光束210。耦合透鏡206和準直透鏡208可由玻璃、塑料、石英、矽玻璃等製成。耦合透鏡206可接收光源204的輸出並均勻地分佈光源204的輸出，用於光學地耦合準直透鏡208。準直透鏡208可藉由將來自耦合透鏡206的所有光線反射為平行來形成高強度光束210。
聚焦透鏡212可由玻璃、塑料、石英、多晶矽玻璃等形成，用於會聚來自準直透鏡208的入射光。聚焦透鏡212可具有終止於輸出平 面214的固定焦距。聚焦透鏡212可在輸出平面214處產生聚焦光束213。輸出裝置215可光學地耦合至聚焦透鏡212。輸出裝置215包括可以由片材、塑料、玻璃、或其組合形成的漫射器216。漫射器216可以是晶圓、圓盤、片或矩形固體的形式。漫射器216可均勻地將聚焦光束213分配到其區域。「在光學之前」(GOBO)218可藉由間隙220與漫射器216隔開，以接收由漫射器216均勻化之聚焦光束213的圖像。GOBO 218可以是具有切口圖案的片材、輪子、盒子、或其組合，以使聚焦光束213的一部分作為GOBO輸出222，例如圖案化的高強度光。GOBO輸出222可光學地耦合至投射透鏡224，用於在螢幕或表面(未示出)上顯示GOBO輸出222。
已經發現，照明系統200可在非常小的空間內提供單色的GOBO輸出222。舉例來說，漫射器216與GOBO之間的間隙可以在8到10毫米的範圍內，並且整個照明系統200可在10厘米到13厘米的範圍內。
現在參考第三圖，其中顯示替代具體實施例中的照明系統300之功能方塊圖的實例。照明系統300的功能方塊圖描繪包括光源304的輸入裝置302，例如雷射磷光體光源或磷光體發光二極體(LED)光源。
光源304可光學地耦合至耦合透鏡306和準直透鏡308，用於產生高強度光束310。耦合透鏡306和準直透鏡308可由玻璃、塑料、石英、矽玻璃等製成。耦合透鏡306可接收光源304的輸出並均勻地分佈光源304的輸出，用於光學地耦合準直透鏡308。準直透鏡308可藉由將來自耦合透鏡306的所有光線反射為與光學中心線311平行來形成高強度光束310。
聚焦透鏡312可由玻璃、塑料、石英、多晶矽玻璃等形成，用於會聚來自準直透鏡308的入射光。聚焦透鏡312可具有終止於輸出平面314的固定焦距。聚焦透鏡312可在輸出平面314處產生聚焦光束313。輸出裝置315可包括漫射器316、附加準直透鏡318、「在光學之前」(GOBO)322、和投射透鏡326。漫射器316可由片材、塑料、玻璃、或其組合形成。漫射器316可以是晶圓、圓盤、片或矩形固體的形式。漫射器316可在其區域上均勻地分配聚焦光束313。
附加準直透鏡318可藉由間隙320與漫射器316隔開，其允 許漫射器將聚焦光束313擴展到附加準直透鏡318的尺寸。附加準直透鏡318可由玻璃、塑料、石英、矽玻璃等製成。附加準直透鏡318可使聚焦光束313在其表面區域上均勻化為均勻化光束321。附加準直透鏡318可形成為與「在光學之前」(GOBO)322相同的尺寸。GOBO 322可以是具有切口圖案的片材、輪子、盒子、或其組合，以通過均勻化光束321的一部分作為GOBO輸出324，例如圖案化的高強度光。GOBO輸出324可光學地耦合至投射透鏡326，用於在螢幕或表面(未示出)上顯示GOBO輸出324。
已經發現，藉由將附加準直透鏡318放置在距漫射器316一定距離處，照明系統300可支持GOBO 322的較大孔徑而不會損失邊緣處之GOBO輸出324的強度。均勻化光束321的均勻分佈可使用光源304，其中現有系統將需要多個光源並且仍然難以通過GOBO 322提供均勻照明。
現在參考第四圖，其中顯示替代具體實施例中的照明系統400之功能方塊圖的實例。照明系統400的功能方塊圖描繪輸入裝置402，其包括安裝在光源散熱器406上的來源發光二極體(LED)404。可在來源LED 404上或上方形成磷光體層408。磷光體層408可以是單晶結構或磷光體浸漬結構，例如玻璃、陶瓷、塑料等，由活性材料形成，用於當啟動時產生白光。磷光體層408可直接沉積在來源LED 404上，也可安裝為放置在來源LED 404上的玻璃、陶瓷、或晶體磷光體板，在來源LED 404與磷光體層408之間具有小的距離(未示出)。當磷光體層410被來源LED 404啟動時，發光光束410可從磷光體層408發出。
發光光束410可通過耦合透鏡412和準直透鏡414，以均勻地分佈來自磷光體層408的光圖案。雷射光源416可安裝在雷射散熱器418上。雷射準直透鏡419可位於雷射光源416上或與雷射光源416相鄰。雷射準直透鏡419可由玻璃、塑料、石英、多晶矽玻璃等形成。雷射光源416可以是單個雷射二極體或雷射二極體陣列，用於在雷射光源416被啟動時產生雷射泵浦光束420。雷射泵浦光束420可以是藍色雷射光，其可從藍色反射濾光器422反射。藍色反射濾光器422可包括玻璃板、塑料或塗有二向色膜的薄膜以反射雷射泵浦光束420的藍色但是通過其他顏色的光。藍色反射濾光器422可將雷射泵浦光束420反射到磷光體層408的表面上， 以便在發光光束410中產生額外的強度。
發光光束410可投射到聚焦透鏡424中。聚焦透鏡424可由玻璃、塑料、石英、多晶矽玻璃等形成，用於會聚來自準直透鏡414的發光光束410。在一個具體實施例中，輸出可在輸出平面446處終止，作為輸出平行光束。在另一具體實施例中，聚焦透鏡424可具有固定的焦距，從準直透鏡414獲取平行光束，在輸出平面456處終止作為輸出會聚光束，並將光束聚焦到距離系統輸出平面456之外部之聚焦透鏡424一定距離的聚焦平面426上。輸出裝置427可包括附加準直透鏡432和數位微鏡裝置(DMD)434。投射光束430可穿過附加準直透鏡432。附加準直透鏡432可由玻璃、塑料、石英、矽玻璃等製成，用於將投射光束430投射到數位微鏡裝置(DMD)434上，用於顯示投射光束430的圖像436。
已經發現，照明系統400可藉由選擇性地啟動雷射光源416以產生雷射泵浦光420來提供多級照明系統。可以理解，雷射泵浦光束420是雷射光的窄光束，但可藉由使用較大的藍色反射濾光器422或藉由為雷射光源416提供較大的幾何形狀來擴展。藉由使用小的幾何形狀用於雷射光源416和藍色反射濾光器422，熱點(未示出)可在發光光束410的中心部分中產生，發光光束410僅在雷射泵浦光束420被反射到磷光體層408上的情況下具有附加亮度。這在某些應用或顯示功能中非常有用，其中中心項目藉由熱點的附加亮度突出顯示，而周圍的項目不那麼明亮，例如，在聚光燈應用中，動態顯示、搜索燈、或車輛照明系統(可能使用或不使用DMD)。
現在參考第五圖，其中顯示在第四圖的數位微鏡裝置(DMD)434上看到的投射光束430之圖像436的實例。圖像436的實例描繪顯示入射投射光束430之圖像之數位微鏡裝置(DMD)的視圖。
左側圖像(A)顯示沒有啟動第四圖之雷射光源416的圖像436。照明密度均勻地分散在DMD 434的整個表面上。當雷射光源416被啟動為第四圖之雷射泵浦光束420的窄光束時，可看到在DMD 434之中心線上對準的熱點502。熱點502可以是強度增加的區域，其在DMD 434中顯示為更亮的點。可以理解，可藉由改變藍光反射濾光器422的位置或尺 寸以及第四圖之雷射光束420的尺寸來控制熱點502的尺寸和位置，以控制雷射泵浦光束420在接觸DMD 434時的寬度。這可適用於娛樂聚光燈、動態顯示器、搜索燈、或車輛照明系統。
現在參考第六圖，其中顯示第一圖之輸出光束154的強度分佈曲線601的實例。強度分佈曲線601可具有輸出角度602，其顯示來自第一圖之照明系統100之光學中心線604的呈現角度。輸出角度602可增加光學中心線604的任一側。由[0,0]表示的光學中心線604顯示隨著從光學中心線604的角度增加到最大角度606，具有緩慢增加的強烈強度。作為示例，中心線強度608可標記輸出角度602的明亮中心。隨著輸出角度602增加，附加強度610變得更大。將其與現有照明系統(未示出)進行比較，在光學中心線604處提供其最大強度，並在輸出角度602增加時提供減小的強度。強度分佈輪廓601可以是第二圖中的漫射器216和第三圖中之316的結果。這樣的漫射器在較高的角度下具有較高的輸出，在投射圖像(未示出)的螢幕上產生的投射強度將不具有較低強度的角和邊緣，因為較大角度處的額外強度將補償角落和邊緣與投射透鏡的較長投射距離。可調節光管150與聚焦透鏡132和GOBO 152的間距，以產生用於所述特定應用的熱點502和強度分佈曲線601的最佳強度。現有技術的照明系統將不能保持整個螢幕上的照明強度。
現在參考第七圖，其中顯示本發明之具體實施例中之照明系統100之操作方法700的流程圖。方法700包括：在方塊702中，由輸入裝置產生發光光束；在方塊704中，將泵浦光束投射到輸入裝置中；在方塊706中，將由泵浦光束增強的發光光束聚焦為輸出光束；在方塊708中，由輸出裝置接收輸出光束；在方塊710中，從投射裝置投射由輸出光束形成的應用輸出。
所得到的方法、程序、裝置、設備、產品、及/或系統是簡單、經濟，簡潔、高通用性、準確、靈敏、及有效，並可藉由調整已知組件實現準備、高效、經濟製造、應用、和利用。本發明之具體實施例的另一個重要態樣是它有價值地支持和服務於降低成本、簡化系統、和提高性能的歷史趨勢。
因此，本發明之具體實施例的這些和其他有價值的態樣將技術的狀態進一步提升到至少下一個級別。
雖然已經結合特定的最佳模式描述了本發明，但是應該理解，根據前面的描述，許多替換、修改、和變化對於本領域技術人員來說是顯而易見的。因此，旨在涵蓋落入所附申請專利範圍之範圍內的所有這些替代、修改、和變化。本文闡述的或附圖中示出的所有內容將以說明性和非限制性的意義解釋。

Claims (22)

  1. 一種照明系統，包括：
    一輸入裝置，配置以產生一第一發光光束；
    一泵浦組件，光學地耦合至該輸入裝置，配置以將一泵浦光束投射到該輸入裝置中；
    一聚焦透鏡，與該第一發光光束對準，以聚焦由該泵浦光束增強的該第一發光光束作為一輸出光束；及
    一輸出裝置，光學地耦合至該聚焦透鏡，配置以：
    接收來自該聚焦透鏡的該輸出光束，且
    從一投射裝置投射由該輸出光束形成的一應用輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，更包括：
    一第二輸入裝置，光學地耦合至該聚焦透鏡，配置以產生一第二發光光束；
    一反射濾光器，位於該第二輸入裝置和該聚焦透鏡之間，配置以將該第二發光光束反射到該輸出裝置中；及
    一第二泵浦組件，光學地耦合至該第二輸入裝置，配置以投射一第二泵浦光束穿過該反射濾光器並進入該第二輸入裝置中。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中：
    該輸出裝置更配置以漫射包含一光管的該輸出光束，該光管係配置以接收該輸出光束並漫射該輸出光束以匹配一應用尺寸。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，更包括：
    一第三輸入裝置，光學地耦合至該聚焦透鏡，配置以產生一第三發光光束；及
    一反射濾光器，位於該第三輸入裝置和該聚焦透鏡之間，配置以將該第三發光光束反射為與該第一發光光束平行並且在與該第一發光光束相同的方向上。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中：
    該輸入裝置包含一光源，光學地耦合至一漫射透鏡和一準直透鏡，配置以產生一高強度光束；及
    該輸出裝置包含：
    一漫射器，配置以接收該高強度光束，
    一「在光學之前」(GOBO)，藉由一間隙與該漫射器隔開，
    配置以從該高強度光束產生一GOBO輸出；及
    一投射透鏡，與該GOBO對齊，配置以投射該GOBO輸出。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該輸出裝置包括：
    一漫射器，配置以從該聚焦透鏡接收一聚焦光束；
    一附加準直透鏡，配置以從該聚焦光束產生一均勻化光束；
    一「在光學之前」(GOBO)，與該附加準直透鏡隔開，配置以從該均勻化光束產生一GOBO輸出；及
    一投射透鏡，光學地耦合至該GOBO，配置以投射該GOBO輸出。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該輸出裝置包括：
    一附加準直透鏡，配置以均勻分佈該投射光束；及
    一數位微鏡裝置(DMD)，配置以顯示該投射光束的一圖像。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，更包括：
    一雷射光源，光學地耦合至該輸入裝置；
    一準直透鏡，與該雷射光源相鄰，配置以形成一雷射泵浦光束；及
    一反射濾光器，在該雷射光源與該輸入裝置之間，配置以將該雷射泵浦光束反射到該輸入裝置中，包含產生一熱點。
  9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該輸入裝置包含：
    一第一光源，包含一雷射磷光體光源、一磷光體發光二極體(LED)、或其組合，配置以產生該第一發光光束；
    一耦合透鏡，與該第一光源對準，配置以漫射該第一發光光束；及
    一準直透鏡，與漫射透鏡對準，配置以將該第一發光光束投射到該聚焦透鏡。
  10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該輸入裝置包含：
    一來源發光二極體(LED)，安裝在一光源散熱器上，配置以冷卻該來源LED；
    一磷光體層，與該來源LED相鄰，配置以當該來源LED啟動該磷 光體層時產生一發光光束；及
    一準直透鏡，配置以將一雷射泵浦光束傳輸到該磷光體層，並當由該雷射泵浦光束啟動時，從包含一熱點的該磷光體層投射該發光光束。
  11. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該輸出裝置包含一漫射器，配置以提供一中心線強度和隨著一輸出角度之增加而增加的一附加強度。
  12. 一種用於操作一照明系統的方法，包括：
    藉由一輸入裝置產生一發光光束；
    將一泵浦光束投射到該輸入裝置中；
    聚焦由該泵浦光束增強的一第一發光光束作為一輸出光束；
    藉由一輸出裝置接收該輸出光束；及
    從一投射裝置投射由該輸出光束形成的一應用輸出。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    產生一第二發光光束；
    將來自一反射濾光器的該第二發光光束反射到該輸出裝置中；及
    將一第二泵浦光束投射穿過反射濾光器並進入該第二輸入裝置中。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中藉由該輸出裝置接收該輸出光束包括漫射該輸出光束以匹配一應用尺寸。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括產生一第三發光光束並反射該第三發光光束以與該第一發光光束平行並且在與該第一發光光束相同的方向上。
  16. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    產生一高強度光束，通過一漫射透鏡和一準直透鏡光學地耦合一光源；
    藉由一漫射器接收該高強度光束；
    從該高強度光束產生一GOBO輸出；及
    通過一投射透鏡投射該GOBO輸出。
  17. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    接收來自一聚焦透鏡的一聚焦光束；
    從該聚焦光束產生一均勻化光束；
    從該均勻化光束產生一GOBO輸出；及
    通過一投射透鏡投射該GOBO輸出。
  18. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    產生一投射光束；
    均勻分佈該投射光束；及
    在一數位微鏡裝置(DMD)上顯示該投射光束的一圖像。
  19. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    將一雷射光源光學地耦合至該輸入裝置；
    藉由與該雷射光源相鄰的一準直透鏡形成一雷射泵浦光束；及
    創建一熱點包括將該雷射泵浦光束反射到該輸入裝置中。
  20. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    藉由一雷射磷光體光源、一磷光體發光二極體(LED)、或其組合產生該第一發光光束；及
    將該第一發光光束投射到一聚焦透鏡。
  21. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括：
    冷卻一來源LED包括將該來源LED安裝在一光源散熱器上；
    藉由啟動磷光體層的該來源LED產生一發光光束；及
    當將一雷射泵浦光束傳輸到該磷光體層時，從包括一熱點的該磷光體層投射該發光光束。
  22. 如申請專利範圍第12項之方法，更包括提供一中心線強度和隨著一輸出角度之增加而增加的一附加強度。
TW108125346A 2018-07-18 2019-07-17 具有高強度投射機制的照明系統及其操作方法 TW202016574A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862764087P 2018-07-18 2018-07-18
US62/764,087 2018-07-18
US16/509,196 US10754236B2 (en) 2018-07-18 2019-07-11 Illumination system with high intensity projection mechanism and method of operation thereof
US16/509,196 2019-07-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202016574A true TW202016574A (zh) 2020-05-01

Family

ID=69161849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108125346A TW202016574A (zh) 2018-07-18 2019-07-17 具有高強度投射機制的照明系統及其操作方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10754236B2 (zh)
EP (1) EP3824348A4 (zh)
TW (1) TW202016574A (zh)
WO (1) WO2020018344A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7236642B2 (ja) * 2019-02-05 2023-03-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置及び投写型映像表示装置
CN213690207U (zh) * 2020-11-13 2021-07-13 歌尔光学科技有限公司 投影光路和投影设备

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8317331B2 (en) * 2006-06-13 2012-11-27 Wavien, Inc. Recycling system and method for increasing brightness using light pipes with one or more light sources, and a projector incorporating the same
US8496588B2 (en) * 2008-04-03 2013-07-30 Arcscan, Inc. Procedures for an ultrasonic arc scanning apparatus
US20100097802A1 (en) * 2008-10-20 2010-04-22 Robe Lighting S.R.O. Light collection system for an led luminaire
JP5223941B2 (ja) * 2011-03-28 2013-06-26 カシオ計算機株式会社 投影装置
JP5979365B2 (ja) 2011-10-06 2016-08-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置及び画像表示装置
JP5589007B2 (ja) 2012-01-18 2014-09-10 シャープ株式会社 発光装置、照明装置および車両用前照灯
US9170475B2 (en) * 2013-02-27 2015-10-27 Barco N.V. Light valve projector with laser-phosphor light converter
JPWO2015122001A1 (ja) * 2014-02-17 2017-03-30 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 プロジェクタ及び画像表示方法
CN111048463A (zh) 2015-07-23 2020-04-21 首尔半导体株式会社 显示装置制造方法
CN106523955B (zh) * 2015-09-14 2019-10-11 中强光电股份有限公司 照明系统及投影装置
DE102015222188B3 (de) * 2015-11-11 2016-11-17 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Lichtmodul für einen Fahrzeugscheinwerfer und Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen Lichtmodul
CN106764470A (zh) * 2015-11-19 2017-05-31 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种光源系统及照明装置
CN109477631B (zh) 2016-07-14 2020-07-17 三菱电机株式会社 照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3824348A1 (en) 2021-05-26
EP3824348A4 (en) 2022-04-20
US20200026170A1 (en) 2020-01-23
WO2020018344A1 (en) 2020-01-23
US10754236B2 (en) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6318863B1 (en) Illumination device and image projection apparatus including the same
JP5914878B2 (ja) 光源装置及び投写型表示装置
JP6144410B2 (ja) 発光装置及び投影システム
US9910346B2 (en) Illumination system and projection apparatus
US7083304B2 (en) Apparatus and method of using light sources of differing wavelengths in an unitized beam
US20130088689A1 (en) Light source module and projection apparatus
JP2011221504A (ja) 照明装置及びそれを用いた投写型画像表示装置
WO2014115493A1 (ja) 投写型表示装置
JP4786275B2 (ja) 発光ダイオードを採用した照明ユニット、及びこれを採用した画像投射装置
JP2011511324A (ja) 光モジュールデバイス
CN102063000A (zh) 投影仪设备、叠层型发光二极管器件以及反射型发光二极管单元
CN104870887B (zh) 光源装置
KR20110044295A (ko) 하나 이상의 광원을 구비한 광파이프를 사용하여 휘도를 증가시키기 위한 리사이클링 시스템 및 방법, 및 이를 포함하는 프로젝터
JP2017111287A (ja) 投射装置
US20070103927A1 (en) Light source device and projector using the same
CN110133950A (zh) 照明系统与投影装置
TW202016574A (zh) 具有高強度投射機制的照明系統及其操作方法
US20050213345A1 (en) Light source device for illumination
CN101176035A (zh) 投影仪设备、叠层型发光二极管器件以及反射型发光二极管单元
JP4939063B2 (ja) 光源用ランプおよびプロジェクター
US20070242231A1 (en) Illumination system and projection apparatus
CN201222158Y (zh) 投影光源装置
WO2013118272A1 (ja) 照明光学系および投写型表示装置
US11009644B2 (en) Optical system with diffusers and honeycomb condensers
CN209373338U (zh) 照明系统及投影装置