專利名稱：投影系統(tǒng)和方法
投影系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
數(shù)字光處理(DLP)投影儀一般包括照明系統(tǒng)、某種鄉(xiāng)的空間光調(diào)制器 (SLM)和投影透鏡。照明系 常包括產(chǎn)生光的光源和將來自光源的光引導(dǎo) 至SLM的反射器?；跇?biāo)將被投影的期望圖像的數(shù)據(jù)信號，SLM經(jīng)由反射(例 如數(shù)字微鏡面體(DMD))或髓射(例如液晶調(diào)制器)調(diào)制光來形成成像 光束。投影透鏡接收成像光束并且將成像光束&^例如投影屏的投影表面上 以鵬看。
投影透鏡一般設(shè)計成能提供所需放大^U或放大f皿的范圍(即變焦透 鏡)，以及最小化光學(xué)像差(例如色差、彗差、衍射和幾何畸變等)，以便提供 高質(zhì)量的投影圖像。在最小化這些光學(xué)像差的努力中，投影纖一般包含以特 定地頓序排列的多^S鏡元件的復(fù)雜系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)上通常是線狀的或圓筒狀的。 這樣的投影透鏡往往是昂貴的并且在投影儀內(nèi)部占用相對大量的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個形式提供一種投影系統(tǒng)，其包括提供照明光束的照明光源、 構(gòu)造為基于圖像信號調(diào)制照明光束以形成成像光束的調(diào)制器，和具有像差分布 并且包含反折射透鏡的投影透鏡。基于投影透鏡的像差分布來調(diào)節(jié)圖像信號。 反折射透鏡構(gòu)造為沿第一光軸接收成像光束并且沿第二光軸折疊和導(dǎo)引成像光 束，使得第一和第二光軸之間的折疊角度在所需范圍內(nèi)。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的，系統(tǒng)的模塊圖。 圖2是說明根據(jù)本發(fā)明一個示范實施例的投影透鏡的示意圖。 圖3是說明根據(jù)本發(fā)明一個示范實施例的投影邀竟的示意圖。 圖4是說明根據(jù)本發(fā)明一個示范實施例的投影M的示意圖。 圖5是說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的操作投影儀方法的^f呈圖。
具體實施例方式
在下面優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明中，參照本實施例一部分的附圖，并且在其中ffiil圖解特定實施例來展示，其中本發(fā)明是可以實施的。可以理解在不脫離 本發(fā)明范圍下可使用其他實施例和進(jìn)行結(jié)構(gòu)上，輯上的變化。因此，以下的 詳細(xì)說明不是限定的意義，并且本發(fā)明的保護(hù)范圍由附加權(quán)利要求限定。
如此處描述的，為數(shù)字投影儀提微影纖，該麟儀鵬反折射透鏡以 在所需范圍內(nèi)的折疊角度來折疊調(diào)制的成像光束，其中i^像光束根據(jù)包括，
透鏡的畸變特性的投影儀的光學(xué)畸變特性而被調(diào)制。M31用這種方式折疊成像
光束并且根據(jù)投影儀的光學(xué)畸變待性調(diào)制成像光束，皿透鏡具有折疊構(gòu)造， 這相對于傳統(tǒng)的，3t鏡在尺寸上更加緊湊，從而得到相對于傳統(tǒng)的數(shù)字sf》
儀更加緊湊的數(shù)^:影儀。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一個投影系統(tǒng)30實施例的模塊圖。根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例，投影系統(tǒng)30包括照明光源32、調(diào)制設(shè)備34和包括反折射纖38 的投影透鏡36。
在一實施例中，照明光源32產(chǎn)生照明光束并且將照明光束沿照明路徑42 以一^零的入射角并且以均勻照明調(diào)制設(shè)備34的方式引導(dǎo)至調(diào)制設(shè)備34。照明光 源32可包括高壓汞燈，氙燈，金屬鹵化物燈，或其他提供單色或多色照明光束 的適合的撒中燈。在一實施例中，照明光源32包含構(gòu)造為提供分離的光分量(例 如紅色，綠色和藍(lán)色)的發(fā)光二極管(LED)。照明光源32可以包含本領(lǐng)域技 術(shù)人員通常知曉的任何，構(gòu)造，例如基于棱鏡的構(gòu)造和基于場透鏡的構(gòu)造。
在一實施例中，調(diào)制設(shè)備34根據(jù)圖像信號44調(diào)制照明光束，形成成像光 束，該成像光束沿具有第一光軸46的第一投影路徑被導(dǎo)向至投影 36。調(diào)制 設(shè)備34包含至少一個SLM，例如翻型調(diào)制器(例如液晶顯示器(LCD))、數(shù) 字光處理(DLP)鄉(xiāng)調(diào)制器(例如數(shù)字微鏡面裝置(DMD))或其他根據(jù)圖 像信號44進(jìn)fi^itl寸或反射照明光束的所選定部分的適合SLM。在一實施例中， 照明光源32提供并且將照明光束沿照明路徑42分離成分離的照明分量(例如 紅色、綠色和藍(lán)色)，調(diào)制設(shè)備34包括分離的SLM34a、 34b和34c，它們被定 位成接收和調(diào)制對應(yīng)的照明分量。
在一實施例中，如下面更詳細(xì)描述地，反折射透鏡38包括至少第一折射表 面和最后反射表面。反折射透鏡38沿第一職路徑的光軸46接收成像光束至 第一折射表面上，并且經(jīng)由第一折射表面的折射和最后目表面的反射，折疊 并且引導(dǎo)成像光束沿具有第二光軸50的第二投影路徑到達(dá)出射光瞳48。在一實施例中，反折射透鏡38折疊成像光束，使得第一和第二光軸46， 50 之間的折疊角度(e) 52在所需的角度范圍內(nèi)。在示范的實施例中，所需的角范 圍從大約10度到大約120度。如圖所示，盡管出射光瞳48顯現(xiàn)為位于由調(diào)制 設(shè)備34和反折射透鏡38確定的一個平面內(nèi)，但是出射光瞳48可以位于該平面 的外部(例如在圖1所在頁的內(nèi)/外部)，以使得折疊角度52包含復(fù)合折疊角度。
在一實施例中，如圖l中虛線所圖示的，投影透鏡36還包括場透鏡40。場 透鏡40相鄰于出射光瞳48被定位并且被構(gòu)造為沿第二投影路徑的光軸50接收 成像光束并將成像光束沿投影路徑54投影至投影表面56，例如投影屏。在一 實施例中，反折射透鏡38被構(gòu)造成出射光瞳48的平面58基本上與調(diào)制設(shè)備34 的調(diào)制平面60—致。需要指出，當(dāng)投影透鏡36不4頓場M時，例如場透鏡 40，反折射透鏡38可以被構(gòu)造為沿第二投影路徑的光軸50直接引導(dǎo)和投影成 像光束到投影表面56上。
在一實施例中，,透鏡36被構(gòu)造為放大并且中繼調(diào)制設(shè)備34的圖像(即 成像光束)到投影表面56以{0見看。理想地，投影纖36在賜表面56上形 成調(diào)制設(shè)備34的準(zhǔn)確圖像，盡管該圖像被擴(kuò)大(即放大)。然而艦投影透鏡 36在投影表面56上投影的實際圖像可能與準(zhǔn)確的圖像有偏差。投影圖像與理想 圖像的偏差稱為透鏡像差。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，透鏡像差包括例如場曲、 色差、彗差、球面像差、畸變(例如桶形和枕形畸變)、禾口橫向色差。在一實施 例中，投影透鏡36的畸變和橫向色差特性稱為麟透鏡36的像差分布。
在一實施例中，投影透鏡36被構(gòu)造為提供高質(zhì)量分辯率或具有已知像差分 布的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。在一示范的實施例中，投影透鏡36的像差分布在 制造中是以實驗為根據(jù)地確定。同樣地，在一實施例中，圖像信號44基于投影 透鏡36的像差分布按算法調(diào)節(jié)或"預(yù)扭曲"以便抵消或預(yù)校正畸變，使得被投影 透鏡36額外弓l入的畸變和橫向色差在顯示在投影表面56的投影圖像上基本上 M4、和/或消除。
M:預(yù)處理圖像信號44以預(yù)校正圖像 ，從而補(bǔ)償皿消巳知的畸變和 橫向色差特性，對于投影透鏡36所要求的畸變和橫向色差的容限可以放寬。結(jié) 果，投影透鏡36的復(fù)雜度相對傳統(tǒng)的投影纖可以被降低，從而降低費(fèi)用并且 實現(xiàn)相對于傳統(tǒng)的投影透鏡更加緊湊的透鏡結(jié)構(gòu)。 一個這樣的緊湊的透鏡結(jié)構(gòu) 實例包括使用如上參考圖1所述并且在下面參考圖2至圖4更詳細(xì)描述的反折射3S鏡38的折疊結(jié)構(gòu)。
圖2是說明圖1中投影系統(tǒng)30的一部分的一個實施例和說明根據(jù)本發(fā)明的 投影透鏡136的一個實施例的示意圖。在一個實施例中，投影透鏡136包括反 折射透鏡138和場透鏡140。如在圖2的實施例中說明的，調(diào)制設(shè)備34根據(jù)圖 像信號44沿第一光軸146提供照明光束給反折射透鏡138，如上所述，該圖像 信號是基于投影透鏡136的像差分布被調(diào)節(jié)。
在一實施例中，反折射透鏡138包括折射前表面170和涂覆有g(shù)材料174 的后表面172，使得后表面172是湖表面。在一實施例中，反折射透鏡172 包括由為非球面的前表面170和后表面172構(gòu)成的雙凸透鏡。在一實施例中， 反折射透鏡138是以光軸146為中心并且將成像光束接收至前表面170，使得前 表面170折射該成像光束，后表面172反射該成像光束，以及前表面170再次 折射成像光束并沿具有第二光軸150的第二照明路徑引導(dǎo)該成像光束至位于光 瞳平面158的出射光瞳148，使得第一光軸146和第二光軸150之間的折疊角度 (e) 152在所需的范圍內(nèi)。
在一實施例中，場透鏡140相鄰于出射光瞳148被定位并且包括折射表面 176和折射表面178。在一實施例中，場透鏡140包含具有非球面凹面形狀的 折射表面176和非球面凸面形狀的折射表面178的負(fù)凹凸 。在一實施例中， 場透鏡140被構(gòu)造為沿第二投影路徑的光軸150接收成像光束并且沿投影路徑 154將該成像光束投影到投影表面56用作觀看。在一實施例中，場透鏡140相 對于反折射透鏡138具剤氏放大率光焦度并且被構(gòu)造成主要為麟纖136的 像差提供校正。
如圖2的實施例中說明的，反折射透鏡138被設(shè)置成使得光瞳平面158與 調(diào)制設(shè)備34的調(diào)制平面60基本上一致，以便在場透鏡140和調(diào)制設(shè)備34之間 提供緊湊的空間。然而反折射 138不是必須被這樣設(shè)置，出射光瞳148也 可以按著需要設(shè)在多個位置處。
盡管圖2的實施例中是以非球面和雙凸纖微說明的，但反折射透鏡138 可以包含許多種糊犬和結(jié)構(gòu)，例如對稱的、不對稱的(例如楔形的，參見圖4)、 球面的和非球面的(例如橢圓的、拋物面的等)。此外，盡管以包含具有單個 折射表面170的單4St鏡元件的進(jìn)行說明，但是反折射透鏡138可以包含具有 多個折射表面的位于反射面172和調(diào)制平面60之間的多，鏡元件(例如多個膠^tH元件)。同樣地，場透鏡140可以包含許多皿和結(jié)構(gòu)并且可以包含多 4St鏡的和/或鏡面。
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明一個示范實施例的投影透鏡236的示意圖。在一實 施例中，投影透鏡236包括反折射 238和，鏡240。在一實施例中，反折 射透鏡238沿具有第一光軸246的投影路徑接收來自相應(yīng)入射光瞳260的成像 光束。從基于圖像信號產(chǎn)生成像光束的調(diào)制設(shè)備弓l入成像光束到入射光瞳260 中，該圖像信號基于投影透鏡236的相應(yīng)的像差分布被調(diào)節(jié)。
在一實施例中，反折射透鏡238包括折射前表面270和涂覆有反射材料274 的后表面272，使得后表面272是g表面。在一實施例中，前表面270和后 表面272的皿都是凸透鏡。在一實施例中，反折射透鏡238被構(gòu)造為偏離第 一光軸的中心或在第一光軸246的軸外。反折射透鏡238將成像光束接收至前 表面270，以使得前表面270折射該成像光束，后表面272反射該成像光束以及 前表面270再次折射成像光束并將該成像光束沿具有第二光軸250的第二照明 路徑引導(dǎo)至位于光瞳平面258的出射光瞳248，使得第一光軸246和第二光軸 250之間的折疊角度(e)在所需的范圍內(nèi)。
在一實施例中，場透鏡240被定位在緊鄰于出射光瞳248的位置并且包括 折射表面276和折射表面278。場 240被構(gòu)造為沿光軸250接收成像光束并 且沿投影路徑254將該成像光束投影到，表面56。在一實施例中，場透鏡240 包含非對稱透鏡，相對于光軸以不對稱方式被平截或"切斷"，以便使投影itl竟 236的構(gòu)造更加緊湊。
圖4是說明另一個， 236的實施例的示意圖。投影透鏡236'類似于 投影透鏡236并且包括反折射透鏡238'和場透鏡240。在一實施例中，如在圖 4說明的，反折射透鏡238 '以類似于上面關(guān)于場透鏡240描述的方式被平截， 使得反折射透鏡238'包含不對稱的"楔形"透鏡，這樣投影透鏡236的構(gòu)造更 加緊湊。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的操作數(shù)^^儀的方法300的流程圖。 方法300開始于302，其中具有巳知像差分布的投影itl竟被提供，例如如上所述 并且分別由圖l至圖4的實施例說明的，iH竟36、 136、 236和236'。
在304， fflil例如參考圖l如上所述的照明光源32提供照明光束。在306， 基于投影透鏡的像差分布，例如ffl51調(diào)制設(shè)備34 (圖1和2)調(diào)制該照明光束，以便沿具有第一光軸的第一投影路徑提供成像光束。
在308，沿第一投影路徑的照明光^131投影透鏡被反折射地折疊，例如通 過圖l至圖4實施例的反折射igf竟38、 138、 238和238祈疊，從而沿具有第二 光軸的第二投影路徑引導(dǎo)成像光束。在一實施例中，第二光軸與第一光軸形成 了在所需的角度范圍內(nèi)的折疊角，并且在一實施例中，該成像光束沿第二麟 路徑形成了與調(diào)制設(shè)備的調(diào)制平面基本上一致的光瞳。在一示范的實施例中， 該折疊角的所需的角度范圍在大約10度到大約120度之間。
盡管在這里為了描述 實施例，具體的實施例已經(jīng)被說明和描述，本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可以知道在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下用多種變更和/或等同 的實施可以用來替換展示和描述的特定實施例。在機(jī)械、機(jī)電、電子、和計算 機(jī)方面具有技術(shù)的人員糊艮容易的知曉本發(fā)明可以是以很多種實施例執(zhí)行的。 本申請意圖是涵蓋在此處論述的優(yōu)選實施例的任何改進(jìn)，化。因此顯然地本 發(fā)明題過權(quán)利要求以及其等同意義來限定的。
權(quán)利要求
1. 一種投影系統(tǒng)(30)，其包括提供照明光束(42)的照明光源(32)；調(diào)制器(34)，其被構(gòu)造為基于圖像信號(44)調(diào)制照明光束以形成成像光束；以及具有像差分布并且包括反折射透鏡(38/138/238/238′)的投影透鏡(36/136/236/236′)，其中圖像信號基于投影透鏡的像差分布來被調(diào)節(jié)，以及其中反折射透鏡被構(gòu)造為沿第一光軸(46/146/246)接收成像光束并且沿第二光軸(50/150/250)折疊和引導(dǎo)該成像光束，以使得在第一和第二光軸之間的折疊角(52/152/252)在所需的范圍內(nèi)。
2、 如權(quán)利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中折疊角的所需的角度范圍在大約10 度和大約120度之間。
3、 如權(quán)利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述折疊角包含復(fù)合折疊角度。
4、 如權(quán)利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述反折射透鏡基本上以第一光軸 和第二光軸為中心。
5、 如權(quán)利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述反折射itH相對于第一光軸和 第二光軸是離軸的。
6、 如權(quán)利要求1所述的麟系統(tǒng)，其中所述反折射透鏡被構(gòu)造為沿第二光 軸將成像光束引導(dǎo)至出射光瞳(48)，其中該出射光瞳的平面(58)與調(diào)制器的 調(diào)制平面(60)基本上一致。
7、 如權(quán)利要求1所述的麟系統(tǒng)，其中所述反折射纖包含具有第一折射 表面(170/270)和涂覆有反射材料(174/274)的第1面(172 / 272)的 單^Ht鏡元件(138 / 238 / 238')。
8、 如權(quán)利要求1所述的投影系統(tǒng)，其中所述投影透鏡還包括沿第二光軸定 位的場透鏡(40 / 140 / 240)，其中該場透鏡被構(gòu)造為接收成像光束并且將該成 像光束沿第三光軸(54/154/254)投影到用于觀看的投影表面(56)上。
9、 一種操作投影系統(tǒng)(30)的方法(300)，該方法包括提供(302)具有像差分布并且包括反折射透鏡(38， 138/， 238/， 238，) 的投影透鏡(36/136/236/236');基于投影透鏡的像差分布調(diào)制(304/306)照明光束(42)并且沿具有第一 光軸(46/146/246)的第一投影路徑形成成像光束；以及用反折射 折疊(308)該成像光束并且沿具有第二光軸(50/150250) 的第二投影路徑弓l導(dǎo)該成像光束，其中第二光軸與第一光軸形成的折疊角(52/ 152/252)在所需的角度范圍內(nèi)。
10、如權(quán)利要求9所述的方法，其中折疊成像光束包括沿第二光軸將成像 光束引導(dǎo)到出射光瞳(48)，其中該出射光瞳位于與調(diào)制平面(60)基本上一致 的平面(58)上。
全文摘要
一種投影系統(tǒng)，包括提供照明光束的照明光源，調(diào)制器(34)，其被構(gòu)造為基于圖像信號(44)調(diào)制照明光束以形成成像光束，和具有像差分布并且包含反折射透鏡的投影透鏡。圖像信號基于投影透鏡的像差分布而被調(diào)節(jié)。反折射透鏡被構(gòu)造為沿第一光軸接收成像光束并且沿第二光軸折疊和引導(dǎo)成像光束，使得第一光軸和第二光軸之間的折疊角在所需的范圍內(nèi)。
文檔編號G02B17/08GK101297226SQ200680039814
公開日2008年10月29日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
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