用于高動態(tài)范圍投影儀的中繼透鏡系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明書涉及中繼透鏡，具體地，涉及用于高動態(tài)范圍投影儀的中繼透鏡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]通過利用提供低分辨率圖像的第一光調(diào)制器，和提供相似圖像的更高分辨率版本的第二光調(diào)制器，高動態(tài)范圍投影儀能夠獲得期望的高動態(tài)范圍。在第一光調(diào)制器和第二光調(diào)制器之間的中繼透鏡系統(tǒng)把從第一光調(diào)制器反射的光中繼到第二光調(diào)制器，使照射第二光調(diào)制器的低分辨率圖像模糊。不過，僅僅使光模糊不會導(dǎo)致最佳的高動態(tài)范圍和/或最佳的對比度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一般來說，本公開目的在于高動態(tài)范圍(HDR)投影儀用中繼透鏡系統(tǒng)。所述中繼透鏡系統(tǒng)在HDR投影儀中，把光從的第一光調(diào)制器中繼到第二光調(diào)制器。在HDR投影儀中，在從第一光調(diào)制器中繼到第二光調(diào)制器的圖像中，本實現(xiàn)方式的中繼光系統(tǒng)在光中引入球面像差，而不是僅僅使光模糊。具體地，中繼透鏡系統(tǒng)的給定數(shù)值孔徑和中繼透鏡系統(tǒng)的一個或多個透鏡的組合被配置成:在光輸入和光輸出之間的光中，引入球面像差；和抑制球面像差的光線扇形圖中的下述各項中的一個或多個:局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)。這種球面像差導(dǎo)致被中繼的圖像中的像素的形狀從近似方形改變成在中繼系統(tǒng)的光輸出處的光中的高斯形狀和/或偽高斯形狀和/或具有寬闊的中央?yún)^(qū)域和延續(xù)多個像素的尾部的形狀。從而，孔徑光闌，孔徑光闌的位置，中繼透鏡系統(tǒng)的透鏡的位置和種類，和各個透鏡的種類、曲率半徑、厚度和材料至少之一都被配置，以導(dǎo)致期望的光線扇形圖和/或像素的形狀的期望變化。
[0004]在本說明書中，元件可被描述成“配置成”進(jìn)行一種或多種功能或被“配置成用于進(jìn)行”這些功能。通常，配置成進(jìn)行某種功能的元件被配置成用于進(jìn)行所述功能，或者適合于進(jìn)行所述功能，或者適應(yīng)進(jìn)行所述功能，或者可操作，從而進(jìn)行所述功能，或者以別的方式能夠進(jìn)行所述功能。
[0005]本說明書的一個方面提供一種中繼透鏡系統(tǒng)，包括:光輸入；光輸出；一個或多個透鏡，所述一個或多個透鏡被配置成把來自光輸入的光中繼到光輸出；和孔徑光闌，所述孔徑光闌被配置成向通過所述一個或多個透鏡中繼的光提供給定的數(shù)值孔徑，給定數(shù)值孔徑和所述一個或多個透鏡的組合被配置成在光輸入和光輸出之間、在所述光中，引入球面像差，并且抑制球面像差的光線扇形圖中的下述各項中的一個或多個:局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)。
[0006]給定數(shù)值孔徑和所述一個或多個透鏡的組合可被進(jìn)一步配置成平衡三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差，以抑制下述各項中的一個或多個:局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)。
[0007]球面像差可把光中的像素的形狀從在光輸入處的近似方形改變成在光輸出處的與光輸入相比具有寬闊的中央?yún)^(qū)域和延續(xù)光中的多個像素的尾部的形狀。所述形狀的半高全寬可延續(xù)所述多個像素的至少約+/-4個像素，尾部可延續(xù)所述多個像素的至少+/-10個像素。所述形狀的半高全寬可延續(xù)所述多個像素的約+/-3個像素到約+/-10個像素之間，尾部可延續(xù)所述多個像素的約+/-5個像素到約+/-30個像素之間。
[0008]球面相差可以將所述光中像素的形狀從在所述光輸入處的近似方形改變成以下各項中的一個或多個:在所述光輸出處的近似高斯形狀；以及在所述光輸出處的偽高斯形狀。
[0009]所述球面像差可以將所述光中像素的形狀從在所述光輸入處的近似方形改變成具有上邊界和下邊界的函數(shù)。所述函數(shù)可在上邊界和/或下邊界的給定百分比之內(nèi)。
[0010]給定數(shù)值孔徑和一個或多個透鏡的組合可被配置成進(jìn)行下述各項中的一個或多個:平衡三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差，以抑制下述各項中的一個或多個:球面像差的光線扇形圖上的局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)；和抑制光中的大于下述各項中的一個或多個的球面像差:三階球面像差；五階球面像差；和七階球面像差。
[0011]孔徑光闌的孔徑可包括直徑，該直徑在相對于給定透鏡的孔徑光闌的給定位置處引入球面像差的至少一部分，和進(jìn)行下述各項中的一個或多個:平衡三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差，以抑制下述各項中的一個或多個:球面像差的光線扇形圖上的局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)；和抑制光中的大于下述各項中的一個或多個的球面像差:三階球面像差；五階球面像差；和七階球面像差。
[0012]所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡可包含球面透鏡。
[0013]給定數(shù)值孔徑可包含在約F/2到約F/8的范圍中的光圈值。
[0014]孔徑光闌的孔徑可以是:圓形；或者下述各項中的一個或多個以校正進(jìn)入光輸入的光的各向異性的數(shù)值孔徑:橢圓形和不對稱。
[0015]孔徑光闌可包含下述各項中的一個或多個:可變光闌；貓眼；配置成手動調(diào)整孔徑光闌的孔徑的大小的設(shè)備；和配置成調(diào)整孔徑光闌的孔徑的大小的電動機(jī)和/或步進(jìn)電動機(jī)。
[0016]中繼透鏡系統(tǒng)還可包括奇數(shù)個反射鏡，所述奇數(shù)個反射鏡被配置成朝著光輸出中繼從光輸入接收的光。
[0017]中繼透鏡系統(tǒng)可以是雙遠(yuǎn)心的。
[0018]所述一個或多個透鏡可進(jìn)一步被配置成放大從光輸入到光輸出的光，其中放大倍率可以大于1、小于1、或者約為I。
[0019]所述一個或多個透鏡以及所述孔徑光闌中的至少一者可以被配置為調(diào)整所述光的聚焦、變焦和像素的形狀中的一個或多個。
[0020]所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡的位置是能夠被沿著中繼透鏡系統(tǒng)的光軸調(diào)整，以致通過調(diào)整所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡的位置，能夠調(diào)整光的聚焦、變焦和像素的形狀中的一個或多個。
[0021]中繼透鏡系統(tǒng)還可包括下述中的一個或多個:第一設(shè)備，所述第一設(shè)備被配置成手動調(diào)整所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡的位置；第二設(shè)備，所述第二設(shè)備被配置成作為一組地調(diào)整所述一個或多個透鏡中的至少兩個透鏡的位置；和電動機(jī)和/或步進(jìn)電動機(jī)，其被配置成調(diào)整所述一個或多個透鏡中的一個或多個透鏡的位置。
[0022]所述一個或多個透鏡中的至少第一子集能夠被作為一組地調(diào)整，以調(diào)整聚焦，所述一個或多個透鏡中至少第二子集能夠被作為一組地調(diào)整，以調(diào)整變焦，并且所述一個或多個透鏡中至少第三子集能夠被作為一組地調(diào)整，以調(diào)整像素擴(kuò)散函數(shù)的形狀。
[0023]中繼透鏡系統(tǒng)還可包括補(bǔ)償板，所述補(bǔ)償板被配置成補(bǔ)償光的像散和/或慧形像散。
【附圖說明】
[0024]為了更地理解這里說明的各種實現(xiàn)方式，和更清楚地表示如何實施所述各種實現(xiàn)方式，下面將僅通過示例的方式參考附圖，附圖中:
[0025]圖1按照非限制性實現(xiàn)方式，描述包括用于高動態(tài)范圍投影儀的中繼透鏡系統(tǒng)的系統(tǒng)。
[0026]圖2按照非限制性實現(xiàn)方式，描述在球面透鏡的不同徑向光瞳坐標(biāo)處與球面透鏡相互作用的光，以圖解說明球面透鏡的球面像差。
[0027]圖3按照非限制性實現(xiàn)方式，描述圖2的球面透鏡的示意性光線扇形圖。
[0028]圖4A按照非限制性實現(xiàn)方式，描述關(guān)于圖1的中繼透鏡系統(tǒng)的不同模擬的不同光線扇形圖和相關(guān)的像素擴(kuò)散函數(shù)。
[0029]圖4B按照非限制性實現(xiàn)方式，描述圖1的中繼透鏡系統(tǒng)的像素擴(kuò)散函數(shù)的上邊界和下邊界。
[0030]圖5按照非限制性實現(xiàn)方式，描述圖1的系統(tǒng)的特定非限制性實現(xiàn)方式的各個方面，其中第一光調(diào)制器包含2K-DMD，對應(yīng)的第二光調(diào)制器包含4K-DMD，中繼透鏡系統(tǒng)在照射第二光調(diào)制器的光中弓I入球面像差。
[0031]圖6按照非限制性實現(xiàn)方式，描述圖1的系統(tǒng)及孔徑光闌中的橢圓形孔徑。
【具體實施方式】
[0032]圖1按照非限制性實現(xiàn)方式，描述包含用于高動態(tài)范圍(HDR)投影儀的中繼透鏡系統(tǒng)101的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可包含HDR投影儀的一部分；例如，系統(tǒng)100還包括:一個或多個第一光調(diào)制器103-1 ;—個或多個第二光調(diào)制器103-2 ;棱鏡105-1,用于把來自光源(未圖示)的光107引導(dǎo)向一個或多個第一光調(diào)制器103-1，和把從一個或多個第一光調(diào)制器103-1反射的光109引導(dǎo)向中繼透鏡系統(tǒng)101 ;和棱鏡105-2，用于把離開中繼透鏡系統(tǒng)101的光111引導(dǎo)向一個或多個第二光調(diào)制器103-2,和把從一個或多個第二光調(diào)制器103-2反射的光113引導(dǎo)向HDR投影儀的投影光學(xué)器件(未圖示)。圖1還描述與一個或多個第一光調(diào)制器103-1相互作用的光107、109的光線，和與一個或多個第二光調(diào)制器103-2相互作用的光111的光線。
[0033]下面將把一個或多個光調(diào)制器103-1、103-2可互換地共同稱為光調(diào)制器103，并且一般稱為光調(diào)制器103。下面將把棱鏡105-1、105-2可互換地共同稱為棱鏡105,并且一般稱為棱鏡105。
[0034]每個光調(diào)制器103可包括相位調(diào)制器、光調(diào)制器、反射光調(diào)制器、透射光調(diào)制器、硅基液晶(LCOS)器件、液晶顯示(LCD)器件和數(shù)字微鏡器件(DMD)中的一個或多個。此夕卜，各個棱鏡105可包括楔形棱鏡，每組棱鏡105-1、105-2可包含兩個楔形棱鏡，它們相對于彼此布置，以把光引導(dǎo)向光調(diào)制器103，或者引導(dǎo)向中繼透鏡系統(tǒng)101或投影光學(xué)器件。在一些實現(xiàn)方式中，棱鏡105-1、105_2通常相對于彼此對稱。此外,在描述的實現(xiàn)方式中，系統(tǒng)100包括:在每個所述一個或多個第一光調(diào)制器103-1和棱鏡105-1之間的直角棱鏡106-1 ;和在每個所述一個或多個第二光調(diào)制器103-2和棱鏡105-2之間的直角棱鏡106-2，以減小系統(tǒng)100中的空氣/鏡片界面。換句話說，系統(tǒng)100包含兩個棱鏡組合體，每個棱鏡組合體都由多個棱鏡兀件構(gòu)成，包括(但不限于):棱鏡105-1,在一個或多個第一光調(diào)制器103-1處的直角棱鏡；和棱鏡105-2，在一個或多個第二光調(diào)制器103-2處的直角棱鏡106-2。不過，棱鏡105和106的排列通常是非限制性的，其它棱鏡和光調(diào)制器的其它排列都在本實現(xiàn)方式的范圍之內(nèi)。此外，在一些實現(xiàn)方式中，每個相應(yīng)的光調(diào)制器103可以和它們的相關(guān)棱鏡組合體作為一組地被調(diào)整。
[0035]一個或多個第一光調(diào)制器103-1可包含分別用于紅光、綠光和藍(lán)光中的每一個的3個光調(diào)制器，光107可包含紅光、綠光和藍(lán)光分量；棱鏡105-1從而可把光107的相應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色分量弓I導(dǎo)向?qū)?yīng)的第一光調(diào)制器103-1。
[0036]一個或多個第一光調(diào)制器103-1由處理器(未圖示)等控制，以形成第一分辨率的圖像。從一個或多個第一光調(diào)制器103-1反射的光109從而包含第一分辨率的圖像，所述第一分辨率的圖像由棱鏡105-1引導(dǎo)向中繼透鏡系統(tǒng)101。如下所述，中繼透鏡系統(tǒng)101在進(jìn)入其中的光109中引入球面像差。在棱鏡105-2把離開中繼透鏡系統(tǒng)101的光111的相應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色分量引導(dǎo)向?qū)?yīng)的第二光調(diào)制器103-2的情況下,光111被從一個或多個第二光調(diào)制器103-2反射。
[0037]一個或多個第二光調(diào)制器103-2由處理器等控制，以形成比在一個或多個第一光調(diào)制器103-1處形成的圖像的第一分辨率高的第二分辨率的圖像。實際上，一個或多個第二光調(diào)制器10