成像路径散斑减轻制造技术

本发明专利技术公开了用于采用适时移动像位置来投影图像以减轻散斑的光学投影系统以及相关方法。示例性光学系统可以包括投影机，所述投影机具有光源、中继透镜以及至少一个用来投影像的投影透镜。中继透镜或投影透镜可以具有至少一个能被基本上正交于光学系统的光轴适时平移的透镜元件。可替换地，投影透镜可以被整体地适时移动来降低散斑。进一步地，在立体实施方案中，两个投影透镜可以被采用，其中在每个投影透镜中的至少一个元件是可变动的，以适时移动像来降低散斑。而且，针对像移动的电子补偿(例如电子寻址或像变形)可以被采用，以在适当的位置在与散斑降低移动相反的方向上移动像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】成像路径散斑减轻优先权声明:本公开是2011年11月8日递交的、题为“成像路径散斑减轻(Imaging path speckle mitigation) ” 的美国临时专利申请 N0.61/557223 的非临时转换且因此要求该美国临时专利申请N0.61/557223的优先权，该美国临时专利申请N0.61/557223的全部内容通过引用被并入本文。
本公开一般地涉及投影系统，并且更具体地，涉及二维和三维投影系统以及显示技术和部件。
技术介绍
一般地，现在的显示和投影技术可以包括部署、观看和/或显示三维(“3D”)内容的功能。最近，对这些功能的增加的需求已推动对投影技术的增强性能的需要。投影系统典型地使用弧光灯作为光源，并且在一个例子中，针对影院投影系统，使用氙弧源作为光源。弧光灯具有由于电极腐蚀而随时间减弱的亮度、相对于收集光学器件的在弧位置上的变动以及在灯壁上的粒子堆积。更多现代光源采用相干光源(例如激光器)而不是非相干弧光灯。相比于标准非相干源(灯)，相干或部分相干源的使用可以在显示或照明上具有优势，因为相干或部分相干源可以获得更高的亮度、更好的可靠性以及更大的色域。激光器，与典型弧光灯相比，特别地提供具有更长寿命的更亮的光源。既然激光器是相干光源，当激光光从粗糙度在波长量级的表面被散射时激光器受到散斑出现的影响。当相干但不同相位的反射光束中的部分相长地和/或相消地附加在探测器(例如人眼)的单个分辨点内时散斑形成。在投影系统中，散斑是由于显示屏幕或目标上光的干涉导致能被观察者或仪器观察的在强度上的变化。相邻分辨点的高对比度性质打断像的空间连续性。这样，这些典型地高频的强度变化对显示或像应用是非常不期望的。因此，在本
中，具有沿光路减轻像散斑而不显著影响像质的技术将是期望的。
技术实现思路
本公开提供采用像位置适时移动来减轻散斑的显示系统的降低散斑。示例性光学系统可以包括投影机，所述投影机具有光源、中继透镜以及至少一个用来投影像的投影透镜。为移动在中间像面像素面板上生成的所述像，光学元件组(optical train)中的单个透镜元件可以基本上正交于光轴被平移。附加地，透镜元件的一个或透镜元件的更多个可以被平移，导致所述中间像面上所述像的这样的平移，其中对所述像的调制传递函数、轴向色差、横向色差和/或畸变几乎没有影响。从机械实施方式的角度，在一个具体的实施例中，移动单个透镜元件可以通过所述中继透镜中透镜元件的大致3μπι横向移动被实施，以为大致8.5μπι像素面板提供大致半个像素的像移动。可替换地，所述投影透镜中的一个透镜元件或更多个透镜元件可以基本上正交于所述光学系统的所述光轴被适时平移。另外，所述投影透镜可以被整体地适时移动来降低散斑。在一个示例性实施方案中，根据所公开的原理构建的光学系统可以包括照明像素面板的光源以及中继所述像素面板的中间像的中继透镜，所述中继透镜位于由所述光源和像素面板产生的成像路径上。这样的示例性光学系统也可以包括至少一个投影透镜，所述至少一个投影透镜用来将从所述中继透镜接收的中间图像投影到显示屏幕(例如投影屏幕)上。如上面所讨论的，在这样的实施方案中，所述中继透镜的至少一部分或所述投影透镜的至少一部分基本上正交于所述光学系统的光轴是适时可平移的，以移动所述屏幕上的投影图像的位置，由此减轻图像散斑。而且，针对所述像移动的电子补偿(例如电子寻址或像变形)可以在所述像素面板上被采用，以在适当的位置在与所述散斑降低移动相反的方向上移动所述像。另外，在立体实施方案中，两个投影透镜可以被采用，其中每个投影透镜中的至少一个元件是可变动的，以适时移动像来降低散斑。在一个实施方案中，根据所公开的原理构建的立体光学投影系统可以包括用来照明像素面板的激光光源以及用来中继所述像素面板的中间立体图像的中继透镜，所述中继透镜被放置在由所述像素面板和光源产生的成像路径上。在这样的实施方案中，所述立体光学系统也可以包括第一和第二投影透镜，所述第一和第二投影透镜用来将从所述中继透镜接收的立体中间图像投影到显示屏幕(例如投影屏幕)上。如上面所提及的，所述屏幕上的投影立体图像的位置是可适时变动的，由此减轻图像散斑。如之前一样，针对所述像移动的电子补偿可以在所述像素面板上被采用，以在适当位置上在与所述散斑降低移动相反的方向移动所述像。在其他方面，根据所公开的原理降低像散斑的方法在本文被提供。例如，在光学系统中减轻图像散斑的示例性方法可以包括用光源照明像素面板，以及用被放置在由所述像素面板和光源产生的成像路径上的中继透镜中继所述像素面板的中间像。这样的方法还可以包括用至少一个投影透镜将从所述中继透镜接收的中间图像投影到显示屏幕上。根据本文所公开的原理，这样的方法也可以包括通过基本上正交于所述光学系统的光轴适时平移所述中继透镜的至少一部分或所述投影透镜的至少一部分来移动所述像素面板上的投影图像的位置，以由此减轻图像散斑。再一次，针对所述像移动的电子补偿也可以被采用，以在适当位置上在所述散斑降低移动相反的方向移动所述像素面板上的所述中间像。【附图说明】在附图中，以举例的方式图示说明实施方案，图中相同的数字指代类似的部件，并且其中:图1是图示说明根据所公开的原理的中继透镜的一个实施方案的示意图；图2是图示说明根据所公开的原理的投影透镜的一个实施方案的示意图；图3是图示说明根据所公开的原理的中继透镜和投影透镜的一个实施方案的示意图；以及图4是图示说明根据所公开的原理的包括偏振转换系统和投影透镜的立体光学投影系统的一个实施方案的示意图。【具体实施方式】一般地，激光器可以提供与用于显示系统的传统的弧光灯相比具有更长寿命的亮光源。激光器可以基本上是相干源，并且当激光光从粗糙度在波长量级的表面散射时可以和光斑的出现相关联。当基本上相干但不同相位的反射光束中的部分相长地和/或相消地在探测器(例如人眼)的单个分辨点内互相作用时散斑可以形成。相邻分辨点的高对比度性质可以打断像的空间连续性。散斑可以通过一些方法被减轻，该方法包括，但不限于,如 J.Goodman 在《Roberts&Co》(2007)的“光学中的散斑现象”(Speckle Phenomena inOptics, (Roberts&Co2007))中讨论的偏振分集、时间平均、波长分集、角度分集以及时间或空间相干性降低等等。如本文所讨论的，像位置的时间平均可以在屏幕上被采用来减轻所感知的散斑。尽管本文讨论的实施例可以采用激光器，其他系统(例如弧光灯系统和LED光源)也可以具有部分相干性并且可以生成散斑。从而，LED灯系统、弧光灯系统以及弧光灯投影机也可以根据本文所公开的原理被使用。像稳定技术可以在摄像系统中被利用来当摄像机被摇晃时纠正传感器上的像位置。摄像机的像稳定在美国专利N0.5654826和美国专利N0.5579171中被讨论，该美国专利N0.5654826和美国专利N0.5579171 二者的全部内容通过引用被并入本文。如本文讨论的以及根据所公开的原理，除其他方法以外，像稳定概念可以被应用来在投影系统中减轻散斑。有源和无源偏振转换立体投影系统(“PCS”)在美国专利申请公开N0.US2009/0128780A1中被一般本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，所述光学系统包括：光源，所述光源照明像素面板；中继透镜，所述中继透镜在所述像素面板和光源的成像路径上被配置来中继所述像素面板的中间像；以及至少一个投影透镜，所述至少一个投影透镜用来将从所述中继透镜接收的所述中间像投影到屏幕，其中所述中继透镜或所述投影透镜中的至少一部分基本上正交于所述光学系统的光轴是适时可平移的，以移动所述屏幕上的投影图像的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.08 US 61/557,2231.一种光学系统，所述光学系统包括: 光源，所述光源照明像素面板； 中继透镜，所述中继透镜在所述像素面板和光源的成像路径上被配置来中继所述像素面板的中间像；以及 至少一个投影透镜，所述至少一个投影透镜用来将从所述中继透镜接收的所述中间像投影到屏幕，其中所述中继透镜或所述投影透镜中的至少一部分基本上正交于所述光学系统的光轴是适时可平移的，以移动所述屏幕上的投影图像的位置。2.如权利要求1的光学系统，其中在所述中继透镜内的单个透镜元件是可平移所述像素面板的像素尺寸的一部分的，以提供在所述屏幕上的所述投影图像中的大致半个像素的像移动。3.如权利要求1的光学系统，其中所述中继透镜是双高斯系统，所述双高斯系统包括被对称地安置在孔径周围的两个外透镜和两个内胶合凹凸透镜。4.如权利要求1的光学系统，其中所述光学系统是立体显示系统，所述立体显示系统包括两个投影透镜，并且其中在所述投影透镜中的每个中的至少一个透镜元件是适时可平移的，以移动所述屏幕上的所述投影图像的位置。5.如权利要求1的光学系统，其中所述光学系统是立体显示系统，所述立体显示系统包括两个投影透镜和偏振转换系统，其中所述偏振转换系统的偏振分束器是围绕基本上垂直于所述光轴可适时转动的，以移动所述屏幕上的所述投影图像的位置，由此减轻图像散斑。6.如权利要求1的光学系统，其中所述光源是激光光源。7.如权利要求1的光学系统，其中所述投影透镜是整体地适时可平移的，以移动所述屏幕上的所述投影图像的位置。8.如权利要求1的光学系统，还包括电子寻址子系统，所述电子寻址子系统被配置来采用电子寻址在通过所述至少一个部分的所述平移提供的所述移动的相反方向移动所述像素面板上的所述图像。9.如权利要求1的光学系统，还包括像变形子系统，所述图像变形子系统被配置来采用像变形在通过所述至少一个部分的所述平移提供的所述移动的相反方向移动所述像素面板上的所述图像。10.一种在光学系统中减轻图像散斑的方法，所述方法包括: 用光源照明像素面板上的图像； 用被放置在由所述光源产生的成像路径上的中继透镜中继所述像素面板的中间像； 用至少一个投影透镜将从所述中继透镜接收的所述中间像投影到屏幕上；以及 通过基本上正交于所述光学系统的光轴适时平移所述中继透镜或所述投影透镜中的至少一部分来移动所述屏幕上的投影图像的位置。11.如权利要求10的方法，其中移动所述屏幕上的所述投影图像的位置的步骤包括以所述像素面板的像素尺寸的一部分平移所述中继透镜内的单个透镜元件，以提供所述屏幕上的所述投影图像中的大致半个像素的像移动。12.如权利要求10的方法，其中所述中继透镜是双高斯系统，所述双高斯系统包括被对称地安置在孔径周围的两个外透镜和两个内胶合凹凸透镜。13.如权利要求10的方法，其中所述光学系统是立体显示系统，所述立体显示系统包括两个投影透镜，并且其中移动所述屏幕上的所述投影图像的位置的步骤包括适时平移在所述投影透镜中的每个中的至少一个透镜元件，以移动所述屏幕上的所述投影图像的位置。14.如权利要求10的方法，其中所述光学系统是立体显示系统，所述立体显示系统包括两个投影透镜和偏振转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·H·舒克，
申请(专利权)人：瑞尔D股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US