用于高动态范围投影仪的中继透镜系统技术方案

提供了一种用于高动态范围投影仪的中继透镜系统。所述中继透镜系统包括：光输入；光输出；一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定的数值孔径，给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在光输入和光输出之间、在所述光中，引入球面像差，所述球面像差把光中的像素的形状从在光输入处的近似方形改变成上边界和下边界的函数，所述函数以距像素的中心的距离，和进入光输入的光中的抖动图案的像素尺寸为基础。

【技术实现步骤摘要】
用于高动态范围投影仪的中继透镜系统
本说明书涉及中继透镜，具体地，涉及用于高动态范围投影仪的中继透镜系统。
技术介绍
通过利用提供低分辨率图像的第一光调制器，和提供相似图像的更高分辨率版本的第二光调制器，高动态范围投影仪能够获得期望的高动态范围。在第一光调制器和第二光调制器之间的中继透镜系统把从第一光调制器反射的光中继到第二光调制器，使照射第二光调制器的低分辨率图像模糊。不过，仅仅使光模糊不会导致最佳的高动态范围和/或最佳的对比度。
技术实现思路
一般来说，本公开目的在于高动态范围(HDR)投影仪用中继透镜系统。所述中继透镜系统在HDR投影仪中，把光从的第一光调制器中继到第二光调制器。在HDR投影仪中，在从第一光调制器中继到第二光调制器的图像中，本实现方式的中继光系统在光中引入球面像差，而不是仅仅使光模糊。具体地，中继透镜系统的给定数值孔径和中继透镜系统的一个或多个透镜的组合被配置成：在光输入和光输出之间的光中，引入球面像差；和抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。这种球面像差导致被中继的图像中的像素的形状从近似方形改变成在中继系统的光输出处的光中的高斯形状和/或伪高斯形状和/或具有宽阔的中央区域和延续多个像素的尾部的形状。从而，孔径光阑，孔径光阑的位置，中继透镜系统的透镜的位置和种类，和各个透镜的种类、曲率半径、厚度和材料至少之一都被配置，以导致期望的光线扇形图和/或像素的形状的期望变化。在本说明书中，元件可被描述成“配置成”进行一种或多种功能或被“配置成用于进行”这些功能。通常，配置成进行某种功能的元件被配置成用于进行所述功能，或者适合于进行所述功能，或者适应进行所述功能，或者可操作，从而进行所述功能，或者以别的方式能够进行所述功能。本说明书的一个方面提供一种中继透镜系统，包括：光输入；光输出；一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定的数值孔径，给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在光输入和光输出之间、在所述光中，引入球面像差，所述球面像差把光中的像素的形状从在光输入处的近似方形改变成具有如下定义的上边界和下边界的函数：LB(r)＝0.9×(1/2+1/2os(πr/N))，当r<N时，LB(r)＝0，当r≥N时，UB(r)＝1.1exp(-(r/N)2)，其中UB是上边界，LB是下边界，r是距像素的中心的距离，N是进入光输入的光中的抖动图案的像素尺寸。给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合可被进一步配置成抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合可被进一步配置成平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。球面像差可进一步把光中的像素的形状从在光输入处的近似方形改变成下述各项中的一个或多个：在光输出处的近似高斯形状；在光输出处的伪高斯形状；和在光输出处的与光输入相比具有宽阔的中央区域和延续光中的多个像素的尾部的形状。所述形状的半高全宽可延续所述多个像素的至少约+/-4个像素，尾部可延续所述多个像素的至少+/-10个像素。所述形状的半高全宽可延续所述多个像素的约+/-3个像素到约+/-10个像素之间，尾部可延续所述多个像素的约+/-5个像素到约+/-30个像素之间。所述函数可在上边界和/或下边界的给定百分比之内。球面像差可包含球面像差的光线扇形图中的三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差中的一个或多个。给定数值孔径和一个或多个透镜的组合可被配置成进行下述各项中的一个或多个：平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：球面像差的光线扇形图上的局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点；和抑制光中的大于下述各项中的一个或多个的球面像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差。孔径光阑的孔径可包括直径，该直径在相对于给定透镜的孔径光阑的给定位置处引入球面像差的至少一部分，和进行下述各项中的一个或多个：平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：球面像差的光线扇形图上的局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点；和抑制光中的大于下述各项中的一个或多个的球面像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差。所述一个或多个透镜中的至少一个透镜可包含球面透镜。给定数值孔径可包含在约F/2到约F/8的范围中的光圈值。孔径光阑的孔径可以是：圆形；或者下述各项中的一个或多个以校正进入光输入的光的各向异性的数值孔径：椭圆形和不对称。孔径光阑可包含下述各项中的一个或多个：可变光阑；猫眼；配置成手动调整孔径光阑的孔径的大小的设备；和配置成调整孔径光阑的孔径的大小的电动机和/或步进电动机。中继透镜系统还可包括奇数个反射镜，所述奇数个反射镜被配置成朝着光输出中继从光输入接收的光。中继透镜系统可以是双远心的。所述一个或多个透镜可进一步被配置成放大从光输入到光输出的光，其中放大倍率可以大于1、小于1、或者约为1。所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置是能够被沿着中继透镜系统的光轴调整，以致通过调整所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置，能够调整光的聚焦、变焦和像素的形状中的一个或多个。中继透镜系统还可包括下述中的一个或多个：第一设备，所述第一设备被配置成手动调整所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置；第二设备，所述第二设备被配置成作为一组地调整所述一个或多个透镜中的至少两个透镜的位置；和电动机和/或步进电动机，其被配置成调整所述一个或多个透镜中的一个或多个透镜的位置。中继透镜系统还可包括补偿板，所述补偿板被配置成补偿光的像散和/或慧形像散。附图说明为了更地理解这里说明的各种实现方式，和更清楚地表示如何实施所述各种实现方式，下面将仅通过示例的方式参考附图，附图中：图1按照非限制性实现方式，描述包括用于高动态范围投影仪的中继透镜系统的系统。图2按照非限制性实现方式，描述在球面透镜的不同径向光瞳坐标处与球面透镜相互作用的光，以图解说明球面透镜的球面像差。图3按照非限制性实现方式，描述图2的球面透镜的示意性光线扇形图。图4A按照非限制性实现方式，描述关于图1的中继透镜系统的不同模拟的不同光线扇形图和相关的像素扩散函数。图4B按照非限制性实现方式，描述图1的中继透镜系统的像素扩散函数的上边界和下边界。图5按照非限制性实现方式，描述图1的系统的特定非限制性实现方式的各个方面，其中第一光调制器包含2K-DMD，对应的第二光调制器包含4K-DMD，中继透镜系统在照射第二光调制器的光中引入球面像差。图6按照非限制性实现方式，描述图1的系统及孔径光阑中的椭圆形孔径。具体实施方式图1按照非限制性实现方式，描述包含用于高动态范围(HDR)投影仪的中继透镜系统101的系统100。系统100可包含HDR投影仪的一部分；例如，系统100还包括：一个或多个第一光调制器103-1；一个或多个第二光调制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中继透镜系统，包括：光输入；光输出；一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定数值孔径，所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在所述光输入和所述光输出之间，在所述光中引入球面像差，所述球面像差把所述光中的像素的形状从在所述光输入处的近似方形改变成具有如下定义的上边界和下边界的函数：LB(r)＝0.9×(1/2+1/2cos(πr/N))，当r<N时，LB(r)＝0，当r≥N时，UB(r)＝1.1exp(‑(r/N)2)，其中UB是上边界，LB是下边界，r是距像素的中心的距离，N是进入所述光输入的光中的抖动图案的像素尺寸。

【技术特征摘要】
2013.11.04 US 14/070,8311.一种中继透镜系统，包括：光输入；光输出；一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定数值孔径，所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在所述光输入和所述光输出之间，在所述光中引入球面像差，所述球面像差把所述光中的像素的形状从在所述光输入处的近似方形改变成具有如下定义的上边界和下边界的函数：LB(r)＝0.9×(1/2+1/2cos(πr/N))，当r＜N时，LB(r)＝0，当r≥N时，UB(r)＝1.1exp(-(r/N)2)，其中UB是上边界，LB是下边界，r是距像素的中心的距离，N是进入所述光输入的光中的抖动图案的像素尺寸。2.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被进一步配置成抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。3.按照权利要求2所述的中继透镜系统，其中给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被进一步配置成平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。4.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中球面像差把所述光中的像素的形状从在所述光输入处的近似方形改变成下述各项中的一个或多个：在所述光输出处的近似高斯形状；在所述光输出处的伪高斯形状；和在所述光输出处的与所述光输入相比具有宽阔的中央区域和延续光中的多个像素的尾部的形状。5.按照权利要求4所述的中继透镜系统，其中所述形状的半高全宽延续所述多个像素的至少+/-4个像素，所述尾部延续所述多个像素的至少+/-10个像素。6.按照权利要求4所述的中继透镜系统，其中所述形状的半高全宽延续所述多个像素的+/-3个像素到+/-10个像素之间，所述尾部延续所述多个像素的+/-5个像素到+/-30个像素之间。7.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述函数比所述上边界低上边界的给定百分比之内和/或比所述下边界高下边界的给定百分比之内。8.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中球面像差包含球面像差的光线扇形图中的三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差中的一个或多个。9.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合可被配置成进行下述各项中的一个或多个：平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤康一，李氓，J·杜姆，J·施尔德斯，
申请(专利权)人：科视数字系统加拿大股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA