图像的单心投影的方法和装置制造方法及图纸

一种用于形成弯曲图像（１１０）的单心图像生成系统（１００）采用球面镜（９２）、分束器（１０２）、球形透镜组件（３０）以及可选的向场透镜（１１２）。图像源（９４）通过在球面镜（９２）的曲率中心Ｃ↓［ｓ］的孔径光阑定位（９６）提供源图像。分束器（１０２）提供所产生的中间图像（９０），使得它与球形透镜组件（３０）同心，以便形成弯曲图像（１１０）。

【技术实现步骤摘要】

一般来讲，本专利技术涉及投影装置，更具体地讲，涉及利用单心光学系统从基本上是平面的图像源中形成弯曲图像的装置和方法。
技术介绍
在传统的投影装置中，从实质上为平面的图像形成表面提供的图像被投影到实质上为平面的显示表面上。例如，在基于胶片的投影中，光透过平面胶片，投射到平面电影屏幕上。数字图像形成装置、如透射型和反射型液晶显示器(LCD)和数字微镜器件(DMD)以同样方式在平面上产生图像。这允许使用这些器件的投影装置采用与基于胶片的投影仪中所使用的投影光学器件相似的输出光学器件。但是，许多光学系统利用曲面来形成图像，尤其是设计成提供宽视场的浸没式光学系统。在共同转让的美国专利No.6416181(Kessler等人)中公开了这种类型的一个示例系统，通过引用将其结合于本文中，以下称作‘181专利。在‘181公开中，曲面镜与成像源、漫射表面、球面透镜以及分束器结合使用，用于提供虚像。‘181公开的单心光学装置提供具有大观测光瞳、极宽视场以及最小像差的自动立体成像。为了提供这种类型的成像并充分利用单心投影的固有优势，‘181公开的装置在假定它的源图像在平面上形成的情况下必须形成具有适当曲率的中间图像。参照图1，图中说明摘自‘181公开的更详细描述、用于提供中间弯曲图像80以便在立体投影系统82中投影的图像生成系统70的一部分。这里，图像生成器74提供来自平面、例如来自反射型LCD的源图像。中继透镜54把来自图像生成器74的光引导到漫射元件32，从而在漫射表面40上形成弯曲中间图像76。与分束器16配合工作的球面透镜组件30把弯曲中间图像76投射到曲面镜24的前聚焦面22，形成中间弯曲图像80。然后，曲面镜24为观看者14提供中间弯曲图像80的虚像。正如‘181公开所指出的，在漫射面上形成中间图像有助于克服拉格朗日不变量所施加的限制。发光装置大小与数值孔径的乘积、拉格朗日不变量确定输出亮度，是匹配一个光学系统的输出与另一个光学系统的输入的重要考虑事项。漫射器与‘181装置的配合使用是必要的，因为图像形成装置、通常是反射型LCD或另一种空间光调制器是较小的发光装置，通常测量不超过大约1平方英寸。再来看图1以及参照‘181公开，为了使图像生成器74输出的光最大，需要利用漫射元件32来提供大角度的发射光，以便充分填充投影光学系统的光瞳(从‘181装置中的图像生成器74中下行)。漫射面40经过整形，为投影光学系统提供具有所需曲率的弯曲中间图像76。虽然漫射元件的使用为形成弯曲图像提供可用的解决方案，但是使用漫射元件也存在某些缺点。在散射光中，漫射光学元件必然导致一些亮度损失。漫射面往往会增加图像中的粒度并降低对比度。因此，虽然漫射面的使用有助于克服拉格朗日不变量限制，但需要一种提供中间弯曲图像并允许提高亮度等级和高对比度的解决方案。为了提供在日光条件下可读的显示，以尼特或坎德拉/m2为单位表示的亮度极为重要。作为经验法则，明亮显示提供大约250尼特或更高的亮度。例如，笔记本LCD通常提供大约70尼特范围内的亮度，不适合于大部分户外观看。自动取款机(ATM)通常提供大约600尼特范围内的亮度。航空电子装置显示器提供900到1200尼特。特别是对于浸没式成像和模拟应用，希望能够提供具有高亮度的弯曲图像。因此，可以看到，需要一种低成本成像子系统，它从基本上是平面的图像源中提供具有高亮度的弯曲图像，作为用于投影和显示装置的中间图像。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种装置和方法，用于从基本上是平面的图像源中形成弯曲图像。考虑到这个目的，本专利技术提供一种用于形成弯曲图像的装置，它包括(a)具有镜子曲率中心的球面镜；(b)设置在球面镜顶点和镜子曲率中心之间的分束器；(c)用于向球面镜提供图像承载光的图像源；球面镜与分束器配合工作以形成图像源的中间图像，中间图像具有图像曲率中心；以及(d)球形透镜段，以图像曲率中心为中心，用于从中间图像形成弯曲图像。本专利技术的特点在于它利用简单的光学系统、利用比较便宜的反射、分束和投影光学器件来提供弯曲图像。本专利技术的优点在于它提供一种光学系统，用于形成能够以紧凑方式封装的弯曲图像，使它能够用于台式或其它小型成像应用中。本专利技术的另一个优点在于它允许使用具有大面积的图像源部件，从而允许增加的图像亮度，甚至超过为日光显示建议的最小亮度等级。本专利技术的又一个优点在于它不需要漫射面来形成弯曲图像，从而允许弯曲图像具有较高对比度并且使粒度最小。通过结合附图阅读以下说明和描述本专利技术的说明性实施例的详细说明，本领域的技术人员会理解本专利技术的这些和其它方面、特征及优点。附图说明虽然本说明以具体指出本专利技术的主题并明确要求其权益的权利要求书来结束，但是通过结合附图的以下说明，相信会更好地理解本专利技术。图1是示意图，说明用于提供在漫射元件上所形成并利用球形透镜投影的弯曲图像的光学部件的先有技术配置；图2是示意图，说明在本专利技术的装置中如何形成中间图像；图3a是示意图，说明球形透镜的光学表现；图3b是示意图，说明具有反射面的半球形透镜的光学表现；图4是示意图，说明本专利技术的第一实施例；图5是示意图，说明用于利用向场透镜形成弯曲图像的本专利技术的另一个实施例；图6是示意图，说明用于把半球形透镜与向场透镜结合使用来形成弯曲图像的本专利技术的另一个实施例；图7是示意图，说明聚焦光学元件用作空间光调制器的表面上或者附近的向场透镜时中央光线的路径；以及图8是透视图，说明本专利技术的立体实施例。具体实施例方式此描述特别针对形成根据本专利技术的装置的组成部分或者更为直接地与其结合的元件。应当理解，没有特别标明或者描述的元件可采用本领域的技术人员熟悉的各种形式。参照图2，说明根据本专利技术如何通过球面镜92形成中间图像90。来自图像源94的图像承载光通过孔径光阑定位96被引导到球面镜92，孔径光阑定位96定义可用于形成中间图像90的图像源94发出的光的角度。孔径光阑定位96处于球面镜92的曲率中心Cs。如图2所示，孔径光阑定位96以镜子曲率中心Cs为中心，通过Cs的中央光线向此相同点反射回来。如图2的跟踪光线所示，弯曲中间图像90通常在镜子曲率中心Cs与镜子焦点f之间形成。弯曲中间图像90具有处于与镜子曲率中心Cs不同位置的图像曲率中心Ci。随着图像源94和球面镜92之间的距离D增加，相应的曲率中心Ci和Cs彼此相向移动，当距离D接近无穷大时重合。在图像源94和球面镜92之间的这个理想化的无限远距离D，弯曲中间图像90将位于焦点f上。利用图2的整体配置，图像源94可以是发光的多个图像源其中任一个，例如LCD、CRT显示器或者OLED或PLED器件。对于这种配置，图像源94的两个特征极为明显(i)图像源94上形成的图像基本上是平面的。这个图像可能存在某些轻微的弯曲，例如CRT所提供的那样；但是，图2的配置在图像源94是平面的时良好地工作，并说明如何利用本专利技术的方法来形成具有曲率的中间图像90。由于大部分图像显示装置形成平面图像，因此不需要采用这种配置对现有显示部件进行修改。(ii)图像源94的直径可以是几英寸。这不像例如参照图1所示的其它用于形成弯曲中间图像的装置，对这些装置使用诸如LCD或DMD部件之类的微型显示器。为图像源94使用较大的显示装置对于增加图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成弯曲图像的装置，包括：（ａ）具有镜子曲率中心的球面镜；（ｂ）设置在所述球面镜的顶点和所述镜子曲率中心之间的分束器；（ｃ）用于向所述球面镜提供图像承载光的图像源；所述球面镜与所述分束器配合工作以形成 所述图像源的中间图像，所述中间图像具有图像曲率中心；以及（ｄ）球形透镜段，以所述图像曲率中心为中心，用于从所述中间图像形成弯曲图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JM科布，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]