在反射式投影系统中利用离轴照明的系统和方法技术方案

一种投影系统，包括：一个用于发射照明光束的照明光源（３０２）；一个反射式显示装置（３０８），设置成接受以非零角度入射的照明光束，调制照明光束以形成反射成象光束；一个投影透镜组（３１４），有一个光轴（３２４），和一个场透镜组（３０６）。场透镜组（３０６）设置成沿一条平行于投影透镜组的光轴的光路重定向反射成象光束。反射成象光束的光路的重定向部分可与投影透镜组的光轴重合。另外，显示装置相对于投影透镜组的光轴可倾斜以容纳投影透镜组的焦平面由成象光束重定向导致的倾斜。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
在反射式投影系统中利用离轴照明的系统和方法
本专利技术总的涉及一种投影系统，尤其涉及一种包括一个偏轴场透镜组的新颖的离轴投影系统。
技术介绍
反射式液晶显示器(LCD)比透射式LCD有很多优点，因此在投影系统中的应用变得日益盛行。例如，透射式显示器一般有一个有限的孔径比(即光可到达的照射象素的总面积)，并需要象素填充以分开象素，导致一种象素化的图像。透射式显示器的限制在以合理的成本建造亮的高分辨率显示器方面造成了难以克服的问题。另一方面，反射式LCD包括一个制作在标准处理的CMOS硅芯片背面处理器上的高反射镜阵列，利用近年来由VLS I过程工程师开发的亚微米金属化过程，因而不会受到透射式显示器的限制。虽然在亮度和分辨率方面优于透射式显示器，但反射式显示器造成额外的系统设计方面的问题。例如，图1表示现有技术中的一种同轴投影系统100，它包括一个照明光源102，一个偏转分束器104，一个颜色分离器106，多个液晶显示器(LCD)108(r，g和b)，以及投影光学系统110。照明光源102产生白色源光束并将源光束导向偏转分束器104，该分束器透过一部分具有第一极性的源光束，并且沿光轴112向着颜色分离器106重取向另一部分具有第二极性的源光束。颜色分离器106将照明光束分成红色、绿色和兰色成分，并将这些每种颜色的照明光束导向各自的LCD108(r，g和b)。每个LCD108(r，g和b)由一个系统、如计算机或其它视频信号源(未示出)控制，并且每个LCD调制彩色照明光束选定部分(即象素)的极性以形成彩色成象光束，该光束被反向颜色分离器106。颜色分离器106重合并彩色成象光束，形成一个复合成象光束并将复合成象光束沿投影光学元件110的光轴112往回朝向偏置分束器104引导，只使复合成象光束的调制部分通向投影光学元件110。然后，投影光学元件110把复合成象光束的调制部分聚焦到显示面(未示出)上。-->因为系统100中的照明光束和成象光束都沿光路(即，光轴112)穿过，所以投影光学100被认做是一个“同轴”系统。同轴投影系统一般需要一个偏振分束器，如偏振分束器104，并且因此受到下列限制。首先，偏振分束器具有较高的角度敏感性。其次，偏振分束器104必须执行起偏功能和检偏功能，并且因而必须对于正交态(S&P)能很好的工作，因而需要在制造上有不理想的折衷。另外，偏振分束器104产生一条传播玻璃的较长的光路，这会在入射光束和成象光束中由于应力导致的双折射而导致不理想的象差。最后，例如与基于偏振膜的聚合物相比，偏振分束器非常昂贵。图2表示一种不需要偏振分束器的离轴投影系统200。投影系统200包括一个照明光源202，一个会聚透镜204，一个起偏器206，一个场透镜207，一个反射式LCD208，一个检偏器210和一个投影透镜组212。照明光源202产生一个由会聚透镜204聚焦的照明光束214以通过起偏器206，并且以非直角(非零的入射角)入射到LCD208上。LCD208调制照明光束214以形成成象光束216，并且将成象光束216反射向投影透镜组212。场透镜207邻近反射式LCD208设置，并且在接近投影透镜组212后部的场光阑(未示出)处聚焦照明光源202的场光阑(未示出)。照明光束214和成象光束216之间的角间隔允许起偏器206和检偏器210分离。投影透镜组212聚焦成象光束216以将LCD208的放大图像投影到显示表面220上。对于诸如系统200的结构中，带有一个LCD208和成象光束216之间的净平均角度，投影透镜组212将典型地用作图中所示(即，关于光轴218非对称)以避免梯形失真。成象光束216由此与投影透镜组212的光轴218形成一个非零的角度。投影透镜组212的复杂性依据于其光轴218和成象光束216的轴之间的角间隔量。特别是，对于成象光束216和投影透镜组212之间适于允许一个间隔的起偏器和检偏器的角间隔(如12°)，对于投影透镜的总设计视场将在比类似的在显示面220上投影类似图像的同轴系统大30％的量级。所得的投影透镜组212将趋于具有过度的失真，比类似的同轴系统更为复杂、更为昂贵。对于显示器应用中典型的＜0.25％的失真限度，如果视场减小，就可以实现轨道长度30％量级的减小，这是很有益的。因此，我们需要的是一种投影系统，它允许照明光束和成象光束之间的角间隔，没有投影图像的位移和/或失真，不用增大投影透镜所需的视场。-->
技术实现思路
本专利技术通过提供一种在反射式投影系统中利用离轴照明的新颖系统和方法克服了现有技术中的问题。本专利技术便于照明光束和成象光束的角间隔，没有投影图像的位移和/失真，并且容易满足投影透镜组的设计需要。投影系统包括一个用于发射照明光束的照明光源，用于调制照明光束以形成反射成象光束的反射式显示装置，一个投影透镜组，和一个场透镜组。场透镜组偏离投影透镜组的光轴并设置成弯折照明光束和成象光束。场透镜组重定向照明光束，以非零的入射角照明显示装置，并且沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束。在一个具体的实施例中，显示装置设置在投影透镜组的光轴上。在另一个实施例中，反射成象光束的光路的重定向部分与投影透镜组的光轴重合。在另一个实施例中，显示装置相对于投影透镜组的光轴倾斜，从而容纳投影透镜组的焦平面中由成象光束的重定向导致的倾斜。在一个实施例中，场透镜组包括一个同轴场透镜和一个光楔。在另一个实施例中，场透镜组包括一个偏轴场透镜。在另一实施例中，场透镜组由单偏轴透镜组成。另一实施例中，显示装置是一种液晶显示器(LCD)，还包括一个设置在照明光束中的线起偏器和一个设置在成象光束中的检偏器(也为线起偏器)。在另一能够彩色投影的实施例中，包括一个将照明光束分成多个彩色照明光束的颜色分离器，多个显示装置，多个场透镜组和一个颜色组合器。每个显示装置调制一种相关的彩色照明光束以形成相关的彩色成象光束。每个场透镜组偏离投影透镜组的光轴，并且设置为沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向一种相关的彩色成象光束。颜色组合器重合并彩色成象光束以形成导向投影透镜组的成象光束。还公开了一种投影显示图像的方法。该方法包括设置反射式显示装置的步骤，设置投影透镜组的步骤，将照明光束导向以非零入射角照明显示装置的步骤，用显示装置调制照明光束以形成反射成象光束的步骤，并沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束的步骤。在一种具体的方法中，并沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束的步骤包-->括沿一条与投影透镜组光轴重合的光路重定向反射成象光束。附图说明下面参考附图对本专利技术进行描述，其中附图中相同的标号表示基本上类似的元件：图1是现有同轴投影系统的框图；图2是现有离轴投影系统的框图；图3是根据本专利技术的离轴投影系统的框图；图4是图3所示场透镜组的截面图；图5是另一场透镜组的截面图；图6是图3所示投影透镜组沿光轴的截面图；图7是根据本专利技术的彩色投影系统一个通道的剖视图；图8是图7所示投影系统所有通道的顶视框图。具体实施方式本专利技术利用一个偏轴场透镜组沿投影透镜组的光轴重定向离轴成象光束克服了现有技术有关的问题。在下面的描述中，着重提出了几个细节(如，本专利技术一个实施例的光学指标)以提供对本专利技术全面的理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影系统，包括：一个用于发射照明光束的照明光源；一个用于调制照明光束以形成反射成象光束的反射式显示装置；一个投影透镜组，具有一光轴；和一个场透镜组，该场透镜组偏离投影透镜组的光轴并设置成重定向照明光束，以 非零的入射角照明显示装置，并且沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束。

【技术特征摘要】
US 2001-1-12 09/760,2111、一种投影系统，包括：一个用于发射照明光束的照明光源；一个用于调制照明光束以形成反射成象光束的反射式显示装置；一个投影透镜组，具有一光轴；和一个场透镜组，该场透镜组偏离投影透镜组的光轴并设置成重定向照明光束，以非零的入射角照明显示装置，并且沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束。2、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，反射成象光束的光路与投影透镜组的光轴重合。3、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，显示装置设置在投影透镜组的光轴上。4、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，场透镜组包括：一个与投影透镜组的光轴同轴的场透镜；和一个光楔。5、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，场透镜组包括一个偏离投影透镜组的光轴的场透镜。6、如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，场透镜组由一个偏离投影透镜组的光轴的场透镜构成。7、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，显示装置相对于投影透镜组的光轴倾斜。8、如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，显示装置相对于投影透镜组的光轴倾斜的量足以将显示装置的表面与投影透镜组和场透镜组的组合的焦平面对齐。9、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，场透镜组相对于投影透镜组的光轴倾斜。10、如权利要求9所述的投影系统，其特征在于，所述场透镜组相对于投影透镜组的光轴倾斜的量足以将显示装置的表面与投影透镜组和场透镜组的组合的焦平面对齐。11、如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，还包括：一个起偏器，设置在照明光源和显示装置之间以对照明光束起偏；和一个检偏器，与起偏器分开，设置在场透镜组和投影透镜组之间对成象光束检偏。12.如权利要求11所述的投影系统，其特征在于，还包括：一个颜色分离器，设置在照明光源和起偏器之间，将照明光束分成多种颜色的彩色照明光束；多个显示装置，每个显示装置与各自一种彩色照明光束相关联，用于调制相关的彩色照明光束以形成相关的彩色成象光束；多个场透镜组，每个场透镜组与多个显示装置中的一个相关，每个与投影透镜组的光轴偏离；和每个设置成沿平行于投影透镜组的光轴的光路指导相关的彩色成象光束；和一个颜色组合器，用于合并彩色成象光束以形成成象光束。13.如权利要求12所述的投影系统，其特征在于，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊莎贝拉T刘易斯，梅尔文弗朗西斯，马修F博恩，
申请(专利权)人：奥罗拉系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]