投影图像显示系统的光学元件安装和对准的装置和方法制造方法及图纸

一种适用于安装和校正用于投影图像显示系统（２１）的光学引擎（２０）的装置和方法，它能够产生聚焦、会聚、高分辨率和一致性好且具有优化的对比度和亮度的全彩色图像，光学引擎的一个照明系统的光学元件的校正可优化从一个光源（２６）转变成一组三个成像器（３８，４０和４２）的光线的效率和性能。光学引擎（２０）的一个投影子系统（２４）的光学元件的校正可优化由成像器（３８，４０和４２）所输出的三基色分量，以在一个投影屏幕上投影全彩色的图像。该校正是通过精确定位光学元件和精确调整光学元件的某些元件的相对位置和范围的装置和方法获得的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及投影图像显示系统，更具体地说，涉及安装和对准投影图像显示系统中光学引擎的光学元件的装置和方法。
技术介绍
投影图像显示系统是用于在单个大型的投影屏上显示图像的，例如，大型的电视屏幕或电脑显示器。在通常的设计中，投影图像显示系统可以具有前投或背投的投影单元，所投影的图像是由诸如阴极射线管之类的三个图像源形成的。图像源通过三个单独的投影透镜提供红、绿、蓝三基色图像中的每种基色图像。基色的图像重叠在投影屏上构成了复合的全彩色图像。在前投式投影单元中，从图像源投影出的基色图像投影在反射型投影屏幕的前面，该屏幕将图像反射给在屏幕前面的观众。在背投式投影单元中，基色图像是投影在透射型投影屏幕的背面并且向屏幕前面的观众传输。在其它属性方面，这类投影图像显示系统都显得十分庞大和笨重，因为它需要三个单独的图像源。已经提出了一种简化的投影图像显示系统，它只使用了一个单独的光学引擎及一个单一的出射口。基于一个单独的光学引擎的投影图像显示系统减小了在三基色彩色图像之间的偏色的问题并且简化了投影屏幕的设计，因为在该设计中，屏幕不需要对来自三个透镜系统的彩色进行混合。然而，光学引擎中的光学元件必须沿着在灯和投影屏之间的光路精确的对准和定位，使之可利用一个单独的光学引擎来产生和投影出一个令人满意的全彩色的图像。常规的利用光学引擎的投影图像显示系统在安装和对准光学元件及光学系统的组件方面均显不足，使得图像难以最佳聚焦，色彩不能适当地会聚且达不到令人满意的对比度。至今为止，对对准光学元件来说，还没有有效的令人满意的装置和方法。通常，手工的安装过程会无意中带来光学元件的失准。例如，在安装光学引擎的过程中，只是简单地通过扣紧紧固件来将光学元件可靠地固定在对准的位置上，就可能使已经恰当对准和定位的光学元件失准或错位。在光学引擎中的关键光学元件的微米级的失准都可能带来严重的品质下降，例如，投影图像显示系统投影到投影屏上的全彩色图像的亮度，色彩会聚，对比度。此外，常规的投影图像显示系统都不能有效地利用照明子系统所输出的光通量。例如，调制提供基色图像光通量的成像器必须充分地被亮度高而均匀的光通量所照亮。否则，基色图像将可能品质降低而造成全彩色图像的品质下降。在常规的投影图像显示系统中，光通量在成像器位置处过展开了给定百分比，使光的面积大于成像器的有效面积，以包容对准误差。偏出成像器的过展开光束的光子便浪费掉，从而降低了照明系统输出的可有效用于成像的光通量的百分比。因此，就需要一个适用于单独光学引擎投影图像显示系统的光学元件的精确安装和对准的装置和方法，使之能产生三种基色图像并精确合成出一幅最佳的全彩色图像。
技术实现思路
本专利技术克服了适用于单独光学引擎的投影图像显示系统的光学元件的对准系统和对准方法中的上述和其它不足和缺点。在结合某些实施例讨论本专利技术的过程中，应该理解到，本专利技术并不局限于这些实施例。相反，本专利技术包括了在本专利技术的精神和范围内所包括的所有的更改，改进及等效的技术方案。根据本专利技术，提供了一种投影图像显示系统，它所具有的对准和安装性能能够在观看的表面上投影出高对比度、高分辨率的全彩色图像。该显示系统包括一个照明子系统，一个色彩分离子系统，三个调制成像器，一个斜削孔子系统和一个投影透镜组件。照明子系统可以发射出一束可见光，且其包含了一个用于将可见光束沿着第一光轴反射的冷光镜。色彩分离子系统包含了一个相对于第一光轴定位的输入光学元件，来接受可见光束。色彩分离子系统可以把可见光束分离成三束基色光。三个调制成像器相对于色彩分离系统定位，用于接受三束基色光中的相应光束。每一个调制成像器都包含一矩形有效区域，且根据一个给定的图像信号来调制各基色光，以产生调制的基色光的各光束。斜削孔子系统用来接受和复合三束调制的基色光，以形成一幅全彩色图像。投影透镜组件将斜削孔子系统合成的全彩色图像投影到显示屏上。在某些投影图像显示系统的实施例中，色彩分离子系统，三个调制成像器，斜削孔子系统和投影透镜组件都是安装在一个单一的安装板上。冷光镜可相对于输入光学元件移动，将各束基色光的第一尺寸都对准三个光调制成像器的各自矩形有效区域的第一尺寸。安装板可以相对于冷光镜沿第一方向移动，以便于将各束基色光的第二尺寸都能对准三个光调制成像器的各自矩形有效区域的第二尺寸。在一例显示系统的实施例中，照明子系统包含了一个能够角度定位的光学元件，它可以将各束基色光的第一尺寸与三个光调制成像器的各自矩形有效区域的第一尺寸成一角度定向。在另一例显示系统的实施例中，安装板可以相对于冷光镜的第二方向移动，以便于各束基色光可以聚焦在三个调制成像器的矩形有效区域的各自位置上。在另一例显示系统的实施例中，斜削孔子系统包含了一个或更多的光学元件，用于在三束调制基色光束通过投影透镜组件投影到观看表面之前调节三束调制基色光的对比度。在还有一例显示系统的实施例中，色彩分离子系统中的输入光学元件包括了一个偏振光束分光镜，色彩分离子系统包括了一个方棱镜组件的输入面。在还有一例显示系统的实施例中，斜削孔子系统包括了一个方棱镜组件的输出面。在还有一例显示系统的实施例中，照明子系统包含了一个具有聚焦点的光源和一个带有平面输入面的光学集成器。光源和光学集成器都对准第二光轴。光源可以在基本平行于光学集成器的平面输入面的平面内移动，以便于将光源的聚焦点基本对准能够优化光学集成器传输的光的平面输入面的平面位置上。根据本专利技术的另一方面，提供了适用于投影图像显示系统的照明子系统的光学组件，该光学组件包括一个具有开孔的灯外罩，一个反射器，一个能够在照明系统的光路中改变光的属性的光学元件，一个能够发射出由反射器反射的光的光源，以及一个用于将反射器固定在能使来自光源的发射光通过灯外罩的开孔的位置上的圆周形安装法兰。反射器可以是椭圆形的，它可以具有一个用于反射光的聚焦点和一个沿着它的聚焦点延伸的第一光轴。光学元件可以是一个光学集成器，它可以具有一个第二光轴，该光轴能够光学对准反射器的第一光轴，使之形成对准的状态，以及定位在反射器的聚焦点上的一平面型的端面。圆周形安装法兰可以相对于灯外罩的两个互相垂直方向且在至少基本平行于光学元件的平面端面中移动，以形成一对准的状态。根据本专利技术的另一方面，提供了一个安装组件，它适用于将一个光学元件可枢转地安装在投影图像显示系统的照明子系统中，在该系统中，诸如光学集成器的光学元件可用于改变在照明系统光路中的光的属性。该安装组件包括一个带有一个第一弧形支撑表面的主体部件，一个适用于将光学元件支撑在主体部件上的支架，以及一个构成可释放地将支架以所选择的倾斜角度可靠地固定在主体部件上的安装元件。该支架具有一个第二弧形支撑表面，它可相对于主体部件的第一支撑表面可枢转地安装并且可以在主体部件中在一倾斜角度的范围旋转，以便于将光学元件旋转至所需要的角度方位。安装元件具有一个允许支架可以相对于主体部件移动的释放件和一个将支架以所需要的角度方位可靠的固定在主体部件上的收紧状态。当形成收紧状态时，支架基本上不会将来自安装元件的扭矩传递到支架，因此，在收紧的过程中，所要求的角度方位就不会失准。较佳的是，该支架具有一对第二弧形的支撑表面，它可以相对于主体部件上的一对第一弧形支撑表面枢转。根据本专利技术的另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将全彩色图像投影到观看表面上的投影图像显示系统，它包括：一个可以操控以发射可见光束的照明子系统，所述照明光学系统包括一个冷光镜，它用于沿着一个第一光学轴反射可见光束；一个色彩分离子系统，它包括一个输入光学元件，该元件相对 于所述第一光轴定位，使之可以接受可见光束，所述色彩分离光学系统可操控地将该可见光束分离成三束基色光；多个诸如三个光调制成像器，所述三个光调制成像器相对于所述色彩分离光学系统来定位，使得可接受三束基色光中相应的一束基色光，所述三个光调 制成像器中的各个成像器均包括一个有效区域，它可以基于一个给定图像信号可操控地调制相应的基色光束，来产生一相应的调制的基色光束；色彩复合子系统，可操控地接受和复合三束调制的基色光束，以形成全彩色的图像；以及，一个投影透镜组件， 它能可操控地将由所述色彩复合光学系统所合成的全彩色图像投影到观看表面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RR凡诺弗卢普，D雷纳特，DM斯尼弗里，EG福尔克森，BE三斯布里，ME基西，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]