使用具有中继透镜和二向色性组合器的空间光调制器的投影装置制造方法及图纸

用于投射多色图像的数字投影装置（１０）包括一个放大中继透镜组装件（２８），其作为每个分量色的光调制组装件（３８）的部分。所述中继透镜组装件（２８）增加了到作为二向色性组合器的Ｖ－板组装件（２５）或Ｖ－棱镜组装件（２７）的入射光的有效ｆ／＃，所述二向色性组合器被用来将来自每个光调制组装件（３８）的每个色的调制光进行组合，以便于形成多色图像。所述放大中继透镜组装件（２８）还提供投影透镜（３２）的减少的工作距离，从而允许较低成本的设计，并且便利于用最适合于显示表面（４０）的投影透镜（３２）来替代。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种投影装置，其用于投射一个采用空间光调制器所形成的数字图像，且更具体而言涉及一种改进的装置和方法，其用于把在多个空间光调制器处产生的多色数字图像接续到这种投影装置投射路径中的二向色性组合元件上。
技术介绍
为了使数字投影系统被视为对传统电影投影机的适当替代物，其必须满足要求更多的图像质量要求。这对于多色电影投影系统尤其如此。为了提供一个对传统电影质量投影机具有竞争力的选择方案，数字投影装置必须满足高标准的性能，即提供高分辨率、宽色域(gamut)、高亮度以及超过1000∶1的帧顺序反差比。多色数字电影投射最有前途的方案采用两个基本类型空间光调制器中的一个作为图像形成设备。所述第一类型空间光调制器是由位于德克萨斯州达拉斯的Texas Instruments，Inc.，(得克萨斯仪表公司)所研制的数字微镜设备(DMD)。DMD设备在众多专利，例如美国专利号4,441,791；5,535,047；5,600,383(全部属于Hornbeck)以及美国专利号5,719,695(Heimbuch)中被加以描述。采用DMD的投影装置的光学设计在美国专利号5,914,818(Tejada等人)；5,930,050(Dewald)；6,008,951(Anderson)；以及6,089,717(Iwai)中得到公开。DMD已经被采用在数字投影系统中。然而，虽然基于DMD的投影机展示出一些提供必要的光通过量、反差比以及色域等的能力，但是固有的分辨率局限性(目前设备仅提供1024×768像素)以及高昂的组件及系统成本已经限制DMD被高质量数字电影投射的接受性。用于数字投射的第二类型空间光调制器是液晶设备(LCD)。通过选择性地调制每个对应像素的入射光偏振状态，LCD作为一个像素阵列形成图像。LCD作为高质量数字电影投影系统的空间光调制器看起来具有优点。这些优点包括相对大的设备尺寸及有利的设备产量。在采用LCD空间光调制器的电子投影装置当中的实例是在美国专利号5,808,795(Shimomura等人)；5,798,819(Hattori等人)；5,918,961(Ueda等人)；6,010,121(Maki等人)及6,062,694(Oikawa等人)中所公开的那些实例。在使用空间光调制器的电子投影装置中，传统上为红、绿及蓝(RGB)的单个色在光学路径的对应红、绿或蓝部分被单独地调制。然后每个色经调制的光被加以组合，以形成一个合成的多色RGB彩色图像。对于投影光学装置，存在两种将经调制的色光进行组合的基本方法。可以被表征为会聚方法的第一种方法，适合于早期的传统投影系统。使用所述的会聚方法，分量红、绿及蓝光具有单独的轴，所述轴由有效地将每个光学路径按照所需进行弯曲的投影光学装置进行会聚，以便于在一些焦平面上形成一个合成的多色彩色图像。作为一个示例性实例，美国专利号5,345,262(Yee等人)公开了一种会聚的视频投影系统。重要地是，美国专利号5,345,262的公开内容示例出会聚投射方法存在的主要问题之一即，单独的彩色图像必须在投射表面上被正确地对准。沿着任何一个色光投射路径的聚焦不良或对准不良可以很容易导致令人不满意的图像。利用这个方法，图像路径仅在焦平面上被会聚，遵守这点是有益的。美国专利号5,907,437(Sprotbery等人)公开了利用上述会聚方法来简化设计的复杂性并减轻多色投影系统所固有的一些光学路径对准及配准问题所做的努力。在美国专利号5,907,437的公开内容中，光阀投影系统被加以说明，其中会聚光学系统将红、绿和蓝调制的光学路径进行会聚，以便于形成一个有利地居中于投影透镜轴的会聚图像。因此，在美国专利号5,907,437所概述的设计策略简化了使用会聚方法的系统的投影透镜设计任务。然而，会聚方法所固有的其它问题还尚存。与美国专利号5,907,437所公开方法相类似的方法所存在的一个显著问题是相对高的etendue。正如在光学技术中所众所周知的那样，etendue涉及可以由光学系统所处理的光量。潜在地，etendue越大，图像越亮。在数字上，etendue与两个系数即图像面积及数值孔径的乘积成比例。例如增加数值孔径，便增加了etendue，以便于光学系统捕捉更多的光。同样，增加源图像尺寸，以便于光起源在一个较大面积上，则增加了etendue且因此增加了亮度。通常，增加的etendue导致一个更复杂且昂贵的光学设计。例如，利用如在美国专利号5,907,437所概述的方法，光学系统中的透镜部件必须被设计成大的etendue。必须通过系统光学装置而会聚的光的源图像面积是空间光调制器在红、绿和蓝光学路径上的组合面积之和；显著地，这是所形成的最终多色图像面积的三倍。即，对于在美国专利号5,907,437中所公开的配置，由于红、绿和蓝色路径是分开的且必须在光学上被会聚，所以光学部件处理一个相当大的图像面积，由此一个高的etendue。此外，虽然在美国专利号5,907,437中所公开的配置处理来自三倍于所形成的最终多色图像的面积的光，但是这个配置并不能付担得起任何增加的亮度的益处，因为每个色路径仅包含总光水平的三分之一。更具体而言，如在美国专利号5,907,437中所公开的会聚光学系统中的第二中继透镜及投影透镜固有地受大的etendue的约束，这增添了这一方案的成本及复杂性。此外，第二中继透镜必须在整个可视频谱上被色校正。与此同时，中继透镜的不同部分以及投影透镜的不同部分处理不同的波长，这样局部性的透镜不完美性、灰尘或污物不仅影响所投射的图像，而且可以影响色质量。于是，鉴于etendue的约束、色校正的要求、灰尘及污物的敏感性以及将用于数字投射的亮度水平最大化的需要，看起来存在阻碍美国专利号5,907,437中所示范会聚方法的显著固有局限性。投影光学装置的另一方法可以被表征为同轴方法。与其中分量红、绿和蓝光束被弯曲以在一焦平面上会聚的会聚方法相对照，所述同轴方法沿着公用轴将分量红、绿和蓝调制光束组合。为了进行此项工作，同轴方法采用一个二向色性组合元件，如X-立方体或Philips棱镜。如在美国专利号5,098,183(Sonehara)和美国专利号6,019,474(Doany等人)中所公开的那些X-立方体或X-棱镜及有关的二向色性光学元件在光学成像技术中是众所周知的。二向色性组合元件将来自每个色路径的调制光进行组合，且沿着公共轴将色路径折叠在一起，以便于向投影透镜提供组合的彩色图像。参考图1，其中示出使用同轴方法的传统数字投影装置10的简化方框图。每个色路径(r＝红色，g＝绿色，b＝蓝色)使用相似的部件用于形成一个经调制的光束。在每个路径中的单个部件被适当地标注有附加的r、g或b。然而，对于随后的说明，仅当有必要时，才规定色路径之间的差异。光源20沿着三个色路径中的任何一个路径，提供未经调制的光，其被均匀化光学装置22调节以提供一个均匀的照明。偏振束分裂器24将具有适当偏振状态的光导引到空间光调制器30，所述空间光调制器30在像素位的阵列上选择性地调制入射光的偏振状态。空间光调制器30的动作形成了一个图像。来自这个图像的经调制的光在沿着光轴Or、Og、Ob通过偏振束分裂器24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投射多色图像的投影装置，所述装置包括：（ａ）用于形成具有第一波长的放大实像的第一光调制组装件、用于形成具有第二波长的放大实像的第二光调制组装件、以及用于形成具有第三波长的放大实像的第三光调制组装件，其中每个调制组装件被类似地加以 构造且包括：（ｉ）空间光调制器，其用于调制来自一光源的入射光以形成第一图像；以及（ｉｉ）具有中继透镜光学轴的放大中继透镜，所述放大中继透镜将所述第一图像聚焦向二向色性组合器，以便于沿着所述中继透镜光学轴形成所述第一图像的所述放大实像 ；（ｂ）所述二向色性组合器将每个中继透镜光学轴组合到一个公共投射轴上，以便于从具有第一波长的放大实像、具有第二波长的放大实像、以及具有第三波长的放大实像来形成多色图像，所述二向色性组合器包括沿着所述公共投射轴被放置在第一倾斜角的第一二向 色性表面、以及相邻着，沿着所述公共投射轴与所述第一倾斜角相垂直方向放置的第二二向色性表面，其中所述第一和第二二向色性表面并不交叉；以及（ｃ）用于将多色图像投射向显示表面的投影透镜。

【技术特征摘要】
US 2002-4-25 10/1318711.一种用于投射多色图像的投影装置，所述装置包括(a)用于形成具有第一波长的放大实像的第一光调制组装件、用于形成具有第二波长的放大实像的第二光调制组装件、以及用于形成具有第三波长的放大实像的第三光调制组装件，其中每个调制组装件被类似地加以构造且包括(i)空间光调制器，其用于调制来自一光源的入射光以形成第一图像；以及(ii)具有中继透镜光学轴的放大中继透镜，所述放大中继透镜将所述第一图像聚焦向二向色性组合器，以便于沿着所述中继透镜光学轴形成所述第一图像的所述放大实像；(b)所述二向色性组合器将每个中继透镜光学轴组合到一个公共投射轴上，以便于从具有第一波长的放大实像、具有第二波长的放大实像、以及具有第三波长的放大实像来形成多色图像，所述二向色性组合器包括沿着所述公共投射轴被放置在第一倾斜角的...

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