CN110383145B - 用于增强的图像投影的***和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于投影包括照明光束(21，由光源20发出)和经准直光束(36，由激光源35发出)的图像的***和方法。这两个光束经由微透镜阵列(30)组合成一个光束，微透镜阵列(30)与位于微透镜阵列的焦平面中的针孔矩阵相组合。经准直光束透射通过该阵列，并且基础光束从其反射。

Description

用于增强的图像投影的***和方法
发明领域
本发明涉及图像投影方法及其***，所述方法包括组合具有不同特性的光束并且所述***包括可被用来在投影仪中组合光束的光学布置。
背景
传统投影仪基于所谓的光阀技术。整个光阀被均匀地照明并且光阀在不需要光的区域中阻挡光。光阀可以用例如LCD(液晶显示器)、DLP(数字光处理)或LCOS(硅上液晶)来实现。缺点可以是例如对于平均视频信号，大量的光能被浪费，或者不可能完全阻挡光以使得极少量的光泄漏，从而导致灰色而不是黑色。
目前，存在对能够产生更宽的动态范围(其可被称为高清晰度范围HDR)的显示器(包括投影显示器)的需求。这可以例如意味着获得更暗的黑电平和更高的峰值亮度电平。具有HDR的成像***可以提供更多黑色细节以及图像高亮的更充足表示。然而，这并不意味着平均图像亮度大大增加，因为这可以迫使眼睛适应更高的电平(这可能是痛苦的)并且仍然不利于感知到的动态范围。当增加峰值亮度时，黑电平也会升高。由于更多信息被编码在黑色附近，因此这是高度地不合需的。
由SEOS在US5978142中提出了两个光阀的级联。尽管这种办法在降低黑色中的漏光方面可能是有效的，但是其影响光吞吐量效率，因为第一光阀、成像光学器件、反射镜等中的损耗可以将峰值亮度降低多达50％。此外，在典型的HDR信号中，峰值亮度和平均亮度之间的比率通常较大，因此在这种情形中甚至更多的光能将被阻挡。
因而，对HDR投影仪更高效的办法是具有将光分布到仅在需要它的位置处的第二调制器上的第一调制器。第二调制器可以是传统的“光阀类型”。该原理有时被称为“光偏转”，其中光偏转波束通常比传统照明光束更准直。对于相同量的照明光输入，该解决方案可以递送更深的黑色和更浅的白色，并因而递送更高的对比率。
Light Blue Optics(浅蓝光学公司)在WO2010125367A中提出了其中第一调制器基于调相LCOS器件的一种办法。MTT Innovation(MTT创新公司)公开了用于波束偏转的LCoS相位调制器，即公开在CA2884903中。Hoskinson和Stoeber的“High-dynamic rangeimage projection using an auxiliary MEMS mirror array(使用辅助MEMS反射镜阵列的高动态范围图像投影)”美国光学学会，2008年，描述了另一种办法，其中模拟MEMS(微机电***)设备被用作第一调制器。使用MEMS的一个益处是光偏转变得是波长无关的。调制一个原色光束(例如用于降斑目的)和/或多个原色光束(例如用于处理白光)中的多个波长是可能的。
专利申请WO2015172236建议将具有单一调幅器的传统低动态范围投影仪与使用调相器结合调幅器的高动态范围投影仪相组合。这两个投影仪***可以各自通过其相应的投影透镜来递送图像，并且这些图像可以覆盖在同一投影屏幕上，因而这两个投影仪的输出被叠加。
然而，此类双投影仪***面临数个挑战。
例如，在屏幕上以子像素准确度覆盖这两个图像是困难的，例如，归因于
-透镜失真中的差异可造成失准，
-如果投影仪被物理地放置成彼此叠在一起并且投影仪之一被倾斜以使这两个图像的中心形成对准，则梯形失真可能显现，这是由于投影到成角度的表面上而产生的，校正需要大量的垂直透镜移位，
-在具有侧幕的电影院中，通常的做法是使用不同的透镜变焦因子在扁平和宽荧幕电影格式之间切换，并且用于在这些格式之间对两个投影仪进行切换且仍然维持子像素准确度的变焦编码的正常精度将是不够的。
此外，当使用增益屏幕时，由于投影透镜之间的偏移，总和亮度变得不可预测。当在增益屏幕上使用单个投影仪时，在投影白场时观察到热点是正常的。对于每个观察者位置，该热点在屏幕上的位置是不同的。如果增益适中，则滚降是渐进的，并且图像总体上仍然是可接受的。然而，在利用两个投影仪的情况下，每个投影仪在屏幕上的一不同位置中具有热点。但是这两个点的位置取决于观察者位置，因此第一投影仪的亮度将如何与第二投影仪的亮度相加对每个观察者而言是不同的。因此，推荐的是最小化这两个投影仪之间的偏移。在投影仪相当大的情况下，这可以通过折叠式反射镜来实现，然而，此类折叠式反射镜增加了复杂度，并且反射镜的稳定性是关键的(小的移动会容易地使屏幕上的图像位移多个像素)。
而且，在电影院应用中，每个可访问的图像信号必须被加密，因而向两个投影仪提供输入信号并非简单的信号拆分事宜。需要特殊的双输出播出服务器，具有对每个输出的单独加密。如果播放服务器被集成在投影仪内部，则该部分还将需要被完全地复制，并且在这两个播出服务器之间需要帧准确同步。
在这之后，使用两个独立的投影仪会导致组件数目的重复，例如：投影透镜、调幅级、输入信号处理块(包括内容解密)和壳体。
因此，更有利的是使用其中在单个投影仪内部提供主光源(或基础照明光源)和增强光源(或经偏转光源或经准直光源)的实现。增强光源照射调相器以便创建光场。这些光场被与主光源的均匀平场相组合，以递送调幅器的最终照明。
然而，当如WO2012145200中所建议的那样通过以不同的角度照射空间光调制器来组合两个光束时，其他复杂情况出现：
-这两个光源的光学扩展量(étendue)被相加并且在这两个光束之间存在间隙的情况下被增加。空间光调制器具有有限的光学扩展量，并且两个光束都需要落在空间光调制器的接受角内。
-组合之后的光学***中的任何渐晕(诸如通常发生在DLP颜色组合棱镜中)将不同地影响来自增强光源的光与来自基础照明光源的光，这总体上可导致亮度和颜色伪影，如图片中基础照明和光偏转照明之间的平衡是动态的。
-来自增强光源的光具有与来自基础照明光源的光不同的角度特性，这可导致：
o来自光偏转的光将作为点光源离开投影透镜，从而造成严重的激光安全危害。
o当使用激光时，不同(相干)光束在高光位置上的叠加将导致干涉图案，也被称为客观散斑。由于在源自光偏转的光中没有引入角度分集，因此激光散斑水平将是不可接受地高。
发明内容
本发明的目的是实现下述中的任何、部分或全部：
-控制由光源发出的光的光学扩展量。空间光调制器具有有限的光学扩展量，并且如果光束落在空间光调制器的接受角内，则是优选的；
-在光束组合之后减少光学***中的渐晕；
-控制具有不同角度特性的光束；
-控制离开投影透镜的光，以减少激光安全危害；
-减少经投影的图像中的散斑。
本发明的一个目的是提供一种用于组合投影***的光的***，该***包括提供基础照明光束的第一光源、提供经准直光束的第二光源、用于向经准直光束提供角度分集的微透镜阵列，以及用于将基础照明光束和经准直光束组合成组合光束的透射反射装置。微透镜阵列可以被定位在第二光源的光学路径中，在透射反射装置之前。透射反射装置可以包括可反射基础照明光束的区域，以及还有可透射经准直光束的光的区域。
这具有能够漫射经准直光束并与照明光束混合而不必漫射且进一步加宽照明光束的优点。
附加地，该***可以包括用于对经准直光束进行降斑的降斑设备。附加地，该设备可以至少部分地由微透镜阵列提供，该微透镜阵列可以是静止的或移动的。
这具有减少散斑形成的优点。
附加地或替代地，微透镜阵列的每个微透镜的焦点可以位于透射反射装置的透射部分的平面内。附加地，每个微透镜的焦点可以与透射反射装置的透射部分对准。
这具有最小化经准直光束的不期望的干扰的优点。
附加地或替代地，透射反射装置可以包括针孔反射镜，该针孔反射镜具有透射或不透明的基板，其具有在第一侧上的反射涂层，以及穿过基板和/或涂层的针孔。每个针孔可以与微透镜阵列的微透镜相关联。附加地，微透镜阵列和透射反射装置可以被布置成使得每个微透镜的焦点位置在其相关联的针孔中。附加地，针孔的直径可以是两个毗邻针孔之间的距离的至多二分之一或至多三分之一，并且至少具有与经准直光束的较长波长相对应的在透射反射装置平面中艾里斑投影的大小。附加地，针孔可以被配置成滤除出经准直光束的更高衍射级。
附加地或替代地，微透镜阵列可以被配置成使得透射通过透射反射装置的经准直光束的光学扩展量等于或小于由透射反射装置反射的基础照明光束的光学扩展量。附加地或替代地，微透镜阵列可以被配置成扩展经准直光束的光学扩展量，直到经准直光束的光学扩展量等于或小于经反射的照明光束的总光学扩展量。
这具有减少光损耗的优点。
附加地或替代地，照明光束可以以法向或接近法向的角度或以一定角度，优选地在20至35度的范围内的角度照射到透射反射装置上。
附加地或替代地，该***可以包括第一空间光调制器，以用于在微透镜阵列之前调制经准直光束的光束。附加地或替代地，可存在用于调制组合光束的第二空间光调制器。
这具有可以独立于基础照明光束来调制经准直光束的优点。
附加地或替代地，该***可以包括被布置在组合光束的光学路径中的第一TIR棱镜(28)，使得组合光束(40)被TIR棱镜(28)的TIR表面反射。附加地，该***可以包括照明成像光学器件(41)和第二TIR棱镜(42)，该第二TIR棱镜(42)被布置成使得组合光束被第二TIR棱镜(42)的TIR表面反射。附加地，第一和第二TIR棱镜可以相对于垂直于这两个棱镜之间的光轴的轴反对称地布置。
附加地或替代地，第二空间光调制器(43)被布置成使得由第二TIR棱镜的TIR表面反射的组合光束以与基础照明光束在透射反射装置上的入射角相对应的角度到达空间光调制器。附加地或替代地，投影透镜可以被布置成使得由空间光调制器(43)反射的光束到达投影透镜。
因而，透射反射装置的平面可以保持与光调制器的平面平行，并且这具有可以使焦点在整个图像中保持均匀的优点。
附加地或替代地，照明光束可以被聚焦到第二光调制器上，并且微透镜阵列可以进一步被配置成将经准直光束在所述平面中保持失焦。
附加地或替代地，透射反射装置可以包括闪耀微反射镜，其具有由闪耀角限定的成角度的透射和反射表面。附加地，闪耀角可以被选择成与第二调制器的微反射镜的倾斜角相同。
这具有允许入射的经准直光和出射的组合光束平行于光轴的优点，这对于例如某些光调制器是有益的。
附加地或替代地，微透镜阵列的分辨率至少是经准直光束的目标分辨率的两倍。
附加地或替代地，微透镜阵列可以包括移动装置。附加地，微透镜阵列可以以一定速度移动，使得微透镜阵列的两个毗邻透镜之间的过渡在显著地短于帧时间的时段内发生。附加地，微透镜阵列可以以一定速度移动，使得微透镜阵列的两个毗邻透镜之间的过渡发生在帧时间的十分之一或更短时间期间。附加地或替代地，微透镜阵列的移动可以在微透镜阵列针孔反射镜的平面中沿水平方向或垂直方向或两者。附加地，移动的幅度可以在多个毗邻的微透镜元件上延伸，优选地至少5个。
这具有减少散斑形成以及避免针孔反射镜正被成像的优点。
本发明的另一个目的是提供一种用包括基础照明光束和经准直光束的***投影图像的方法，该方法包括以下步骤：向经准直光束提供角度分集的步骤，借助于透射反射装置组合基础照明光束和经准直光束，该透射反射装置具有反射区域和透射区域，并且所述反射区域反射基础照明光束且所述透射区域透射经准直光束，并且透射反射装置的反射区域反射基础照明且透射反射装置的透射区域透射经准直的光。
这具有能够漫射经准直光束并与照明光束混合而不必漫射且进一步加宽照明光束的优点。
附加地，该方法可以包括向经准直光束提供降斑的步骤。附加地或替代地，降斑的步骤和提供角度分集的步骤可以被同时执行。附加地或替代地，提供角度分集的步骤可以进一步包括增加经准直光束的光学扩展量直到其等于或小于经反射的照明光束的总光学扩展量的步骤。
这具有能够将组合光束匹配到光调制器的区域的优点，这减少了光损耗。增加的光学扩展量也增加了眼睛的安全性。
附加地或替代地，将基础照明光束反射到透射反射装置上的步骤可以以法向或接近法向的入射角来被执行，或者以例如在20到35度范围内的入射角来执行。
这具有能够选择最适合***其他部分(例如，第二光调制器)的配置的优点。
附加地或替代地，该方法可以包括移动用于提供角度分集的装置的步骤。附加地，移动步骤可以以比投影***的帧时间短的速度执行，例如短于帧时间的十分之一。附加地或替代地，该方法可以包括在向经准直光束提供角度分集的步骤之前调制经准直光束的步骤。附加地或替代地，该方法可以包括调制组合光束的步骤。
这具有经准直光束和照明光束可以彼此独立地被调制的优点。
附加地或替代地，该方法可以包括在透射反射装置的平面中和在其中组合光束被调制的平面中提供组合光束的聚焦图像的步骤。
本发明的另一个目的是提供一种光学组件的布置，该光学组件用于与提供基础照明光束的第一光源和提供经准直光束的第二光源一起使用，并且用于在组合投影***的光时使用，该布置包括用于向经准直光束提供角度分集的微透镜阵列，以及用于将基础照明光束和经准直光束组合成组合光束的透射反射装置，该微透镜阵列被定位在第二光源的光学路径中在透射反射装置之前，其中透射反射装置包括用于反射基础照明光束的反射区域以及用于透射经准直光束的光的透射区域。
附图简述
图1示出了本发明的一实施例。
图2示出了本发明的一实施例，其包括相对于光束组合组件的法线成一角度的、基础照明光束和经准直光束的组合。
图3a示出了根据本发明的一实施例的与透射反射装置组合的微透镜阵列。
图3b示出了根据本发明的一实施例的与透射反射装置(其包括微闪耀针孔反射镜)组合的微透镜阵列。
图4示出了本发明的一实施例，其包括在光束组合组件的法向方向上的、基础照明光束和经准直光束的组合。
图5示出了在本发明的各实施例中使用的方法流程。
定义
透射反射装置是可以接收光的光学设备，其被配置成部分地透射和部分地反射。其可以被设计成在第一侧接收光以透射，同时在第二侧接收光以反射。这可以借助于例如针孔反射镜(即，在一侧具有反射涂层且设置有具有任意形状的针孔的设备)来实现。基板可以是透射的，在这种情形中，不需要在针孔处涂覆反射涂层。基板也可以是不透明的，在这种情形中，针孔贯穿基板和反射涂层。替代地，基板可以是透射的，并且包括在第一侧或主表面上的反射表面涂层，其中反射表面涂层被遍及整个表面地涂覆。替代地或附加地，针孔可以用透射的涂层替换或覆盖，至少针对在第一侧上接收来透射的光。替代地或附加地，涂层可具有二向色性或偏振属性。如果被接收用于透射的光例如具有有限的光谱成分和/或被偏振，则覆盖针孔的涂层仍可以反射光谱的其余部分以及来自被接收用于反射的光的正交偏振。该设备可在包围针孔和/或经涂覆部分的区域上包括具高度反射性的表面。还可以考虑选择性地反射和透射(其完全覆盖该区域)的表面。透射反射装置可以是例如平面镜或微闪耀针孔反射镜。针孔可以通过蚀刻例如金属或介电反射涂层来被获得。在针孔涂层之下或之上，可以施加附加的偏振和/或二向色性涂层，其对于来自经准直光束的光而言是透射的。
针孔是通常具有几微米到约一百微米的直径的小圆孔。在本发明的各实施例中，针孔设置在基板中以使光通过，针孔的直径至少是对于与针孔相关联的光束的较长波长而言的艾里斑的最大全宽的一半。在本发明的各实施例中，提供了与微透镜阵列相关联的针孔阵列，每个针孔的直径优选地是两个毗邻针孔之间的距离的至多二分之一或至多三分之一。
本发明的针孔反射镜与经准直光束一起使用，在本发明的各实施例中，经准直光束包括红、蓝和绿光分量。因而，较长波长是红色分量，例如在700nm的波长处。因而，将针对较长波长(即，700nm)计算艾里斑。使用已知公式1.22λ/d，其中d是孔的直径，在这种情形中是微透镜阵列的小透镜的直径。然而，如在本发明的各实施例中，光束以一定角度撞击针孔反射镜，艾里斑将由于该角度而增大。因而，对于针孔的最小直径的计算，针孔反射镜平面中艾里斑的投影的最大直径是需要被纳入考虑的。
微透镜阵列包括微结构(例如凸结构)阵列，其可以充当具有亚毫米范围内的尺寸的透镜，每个透镜具有焦平面。
照明光束(或即基础照明光束)具有均匀的光分布，其理想地可以在投影***中填充空间光调制器的光学扩展量且光损耗尽可能小。
经准直光束(或即经偏转光束或光偏转波束)包括高度地经准直的光束，其可以指向空间光调制器上的其中需要更高照明(诸如高光)的选定位置。
激光投影的一个常见问题是散斑的存在，并且存在处理散斑形成的各种方式。例如，有利的是，基础照明光束和经偏转光束两者均填充空间光调制器的完整光学扩展量。在这种情形中，散斑减少被最大化并且对两个光束而言的激光安全风险被最小化。这可以通过将基础照明的光学扩展量限制为光偏转波束的光学扩展量，并且将这两个照明光束引导通过移动的漫射器来实现。然而，这会增加大量的金钱成本，例如更昂贵的RGB激光源。如果较大的光学扩展量(但仍然小于空间光调制器的光学扩展量)被接受，则较低成本的RGB激光器、激光磷光源和弧光灯光源可被用于基础照明光束。然而，如果这样的照明光束被发送通过在经准直光束的中间像平面处的漫射器，则其光学扩展量将变得过大。因而，在漫射经准直光束之后组合图像将更好，如图1所示。
微透镜阵列的分辨率
微透镜阵列是一维或二维透镜阵列，其中每个透镜的直径通常在亚毫米范围内。微透镜阵列的分辨率是阵列中两个相邻元件(例如它们各自的中心处)之间的距离。
诸如经准直光束等光的分辨率
经准直光束的分辨率可以由光束可在最终图像上占据的最小面积来表示。该值可以被表示为与总图像面积的比率。
说明性实施例的详细描述
将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等被用于在类似元素之间进行区分，而不一定用于描述顺序或时间次序。这些术语可在适当情况下互换，并且本发明的各实施例可按不同于本文中所描述或解说的其他顺序操作。
而且，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、上方、下方等被用于描述性的目的，而不一定用于描述相对位置。如此使用的这些术语在合适的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的各实施例可以以不同于本文中所描述或解说的其他取向操作。权利要求书中所使用的术语“包括”不应被解释为受限于其后列出的装置；它不排除其他元素或步骤。它需要被解释为指定所阐述的如被称为特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件或其分组的存在或添加。因而，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B组成的设备。其意指对于本发明，该设备的唯一相关组件是A和B。类似地，应注意，在说明书或权利要求中也使用的术语“耦合”不应被解释为仅限于直接连接。因而，“设备A耦合到设备B”这一措辞的范围不应被限制为其中设备A的输出直接连接到设备B的输入的设备或***。这意味着在A的输出和B的输入之间存在路径，该路径可以是包括其他设备或装置的路径。
图1示出了本发明的一实施例，其中基础照明光源1提供基础照明光束10，该基础照明光束10进入例如可被用来在空间光调制器的区域上提供均匀照明的波束成形光学器件。例如，光束10可以进入基础照明积分器2，并且可以通过二向色性镜3被进一步透射。第二光束由调相器照明光源6提供，该调相器照明光源6可以提供通过调相器7和移动漫射器5(位于中间像平面处)之后的经准直光束11。移动漫射器5可以充当或有助于降斑设备。基础照明光束10和经准直光束由透射第一基础照明光束10并且反射经准直光束11的波束组合器(诸如由二向色性镜3)混合或组合。组合光束还可在其到达空间光调制器4之前进一步进入扰偏器12。该***还可包括一个或多个成像透镜(图1中未编号)。
在光偏转路径中减少或有助于减少光偏转波束11的激光散斑的一种方式是在中间像平面中使用移动漫射器5。如果使用具有任选的针孔反射镜的微透镜阵列作为漫射器，则移动该组件还可以帮助降低最终图像中各个个体微透镜元件和/或针孔的可见度。
然而，目前难以设计用于非偏振光的二向色性滤光器或反射镜，尤其是在与具有大入射角变化的光束组合以及具有带有陡峭波长边缘特性(滚降)的滤光装置的情况下。此外，在第一种情形中使用偏振分束器或在第二种情形中使用二向色性波束组合器向对用于基础照明的光源1的选择施加了限制。例如，在第一种情形中，二向色性滤光器或反射镜可能必须支持偏振光，而在第二种情形中，其可能需要具有窄光谱。在第一种情形中，当光源是非偏振的时候，偏振复原可被实现以最小化光损耗，但这将使波束的光学扩展量加倍。在第二种情形中，如果光源包括宽带光谱，则光谱分离可以通过滤波来实现，但这将降低光输出的强度。如果***应该能够处置彩色3D成像的话，则其他复杂情况会出现。
因此，更好的办法是在经准直光束的光学扩展量仍然很小的位置处组合光束而不使用任何滤光器。但这可能与将经准直光束的角度空间扩展到空间光调制器的完整光学扩展量的需要相冲突：
-如果基础照明光束10和经准直光束的组合在漫射之前被执行，则基础照明的光学扩展量将被扩展到空间光调制器的光学扩展量之外，并且光将从基础照明光束中丢失。
-如果漫射在基础照明光束10和经准直光束的组合之前被执行，则光束的光学扩展量的总和将是空间光调制器可以接受的两倍，并且光将从基础照明光束或经准直光束或甚至两者中丢失。
本发明的各实施例可以使用微透镜阵列代替漫射器来在光偏转波束中引入角度分集。因此微透镜阵列是角度分集发生器的示例。微透镜阵列也可以优选地减小光偏转波束中的散斑。因此，微透镜阵列是降斑设备的示例或者可以有助于降斑设备。通过移动微透镜阵列本身可以改善降斑。
微透镜阵列可以将经准直光束聚焦在多个小斑点中。光偏转波束和基础照明光束可以在不增加光学扩展量的情况下被组合。这可以通过在焦点的位置处提供透射反射装置(例如针孔反射镜)以使得经准直光束的焦点与透射反射装置的透射部分(即针孔)重合来获得。
专利US6094294公开了一种光学调制器设备，其包括将经调制的光聚焦到针孔阵列上的微透镜阵列。然而，针孔阵列被用来在光学调制器保持未变形时透射光并且阻挡不想要的光到达屏幕。因而，在使用中仅存在一个传统的照明光束，并且不存在针孔阵列可如何不同地管理经聚焦的光与入射照明光的教导。
微透镜阵列的分辨率优选地足够高，比光偏转波束的分辨率高至少两倍，并且优选地高至少10倍(参见上面的定义部分)，以便不限制光偏转波束的分辨率。投影图像上的经准直光束的最小面积可以是总图像面积的约10％。
例如：投影图像上的经准直光束的宽度可以是总图像宽度的约10％。对于具有4000x2000像素的4k显示器，这将意味着400x400像素(因为假设斑点是圆形的)。一个像素约为7.6微米，因而400个像素约为3mm。透镜间距应当至多是最小高光尺寸(分辨率)的十分之一。因而，在当前示例中，可以选择0.1mm的透镜间距，使得透镜间距是最小高光尺寸的30分之一。
为了维持微透镜阵列和针孔之间的适当对准，优选将两个元件集成在同一光学部件或基板内。这种布置的惩罚是在基础照明通过针孔耦合时将有一些光损耗，但这将远远小于上面提到的由于光学扩展量失配所导致的光损耗。反射镜可以是二向色性反射镜，例如反射超过95％且优选超过98％的光。为了使这种配置良好地工作，来自光偏转的光将需要保持尽可能准直。针孔优选地足够大以容适经准直光束中的角度变化并且足够小以尽可能少地干扰基础照明光束的反射。优选尽可能多地反射基础照明光束。针孔大小尺寸可取决于***配置，例如经准直光束照射在针孔上的最坏情形角度。例如，假设最坏情形角度为+/-2度(相对于标称入射角，对于闪耀配置(例如包括微闪耀反射镜56，参见图3b)，这将是法向入射+/-2°，对于其他配置，其将是24°+/-2°)，100微米的微透镜间距以及0.5mm的基板厚度、在30和45微米之间的针孔大小是合适的。这意味着总面积的7％至16％是针孔面积，或换言之，总面积的84％到93％是反射性的。
一般而言，可允许的针孔最小尺寸对应于艾里斑的大小。然而，经准直光束照射在针孔上的角度要被纳入考虑。例如，要被纳入考虑的艾里斑的大小是基板上相对于光轴倾斜的艾里斑的印迹。
针孔直径的尺寸优选地是两个毗邻针孔之间的距离的至多二分之一或三分之一。
针孔可以进一步具有滤除出较高阶衍射的功能。当光以大于相对于标称入射角+/-2度的接受角的角度进入时将不会穿过针孔。
图2示出了本发明的一实施例。基础照明光源20生成光束21，其可以进入光束成形光学器件。例如，光束21可以进入积分棒22、中继透镜23、第二积分棒24、照明光学器件25，并接着由折叠式反射镜26反射，由另一照明光学器件25、另一折叠式反射镜27重新成像，并且进入第一全内反射(TIR)棱镜28，并接着由透射反射装置反射。透射反射装置可以是针孔反射镜31，其位于中间像平面32中。调相器照明光源35提供入射在调相器37上的经准直光束36，离开调相器的光由折叠式反射镜38朝向微透镜阵列30反射，微透镜阵列30作为角度分集发生器工作。光接着由针孔反射镜31透射。微透镜阵列作为波束组合器的一部分工作。微透镜阵列30聚焦经准直的光，使得微波束可以在31中透射通过针孔。经反射的照明光和经透射的经准直的光可以作为一个组合光束40离开针孔反射镜31，其中组合光束具有减小的散斑并且具有对应于第一和第二波束的最大光学扩展量的光学扩展量。因此，微透镜阵列也可以充当降斑设备或者作为降斑设备的一部分。组合光束40被TIR棱镜28的TIR表面反射。波束40接着进入照明成像光学器件41，并且被第二TIR棱镜42的有利地与第一TIR棱镜28反对称地布置的TIR表面反射。波束接着落在空间光调制器43上，再次穿过第二TIR棱镜42并最终到达投影透镜44。
需要注意，反对称TIR棱镜设置被用来将经准直光+基础照明的中间图像成像到第二DMD调制器43上。这种对称TIR棱镜设置(包括第一TIR 28和第二TIR 42，其中第一和第二TIR被布置为彼此的镜像(相对于垂直于光轴且位于这两个TIR棱镜之间的轴))的优点在于，中间像平面32平行于DMD 43，使得可以在整个DMD上实现良好的聚焦(或受控制的散焦量)。
归因于TIR棱镜的反对称布置以及对应的透射反射装置和第二光调制器，基础照明光束在透射反射装置上的入射角和组合光束在第二空间光调制器上的入射角彼此相反(+X和–X)，并且在优选实施例中对应于第二空间光调制器的倾斜角的两倍。
基础照明光源20可以是传统的激光源，诸如如其他地方(例如在WO2012139634A1中)所描述的继之以双积分器***23、24的集群。第二积分器24的输出可以借助于成像光学元件25、26、27和28成像到其中针孔反射镜31可被放置的中间像平面32上。与用于DMD的传统照明***不同，光以一定角度从TIR的前方进入，并且可因而被以对应的负角度朝向第二调制器43反射。大多数DMD芯片可以通过倾斜各个个体反射镜来操作，以将入射光要么反射到投影透镜上要么反射离开投影透镜(例如，到散热器)。倾斜角度可以例如在10°至12°的范围内。例如，利用当前DMD设备，倾斜角度为12度，因而最佳照明角度为24度。其他常见的倾斜角度例如是10或17度。由于照射角度应该是倾斜角度的两倍，因此20至35度是优选的范围。
光可接着以大于倾斜角的角度(例如倾斜角的两倍)照射在TIR上，以便收集所有光。经准直光束可被用来在图像的其中存在光或更多光的部分处(主要是在其被需要的地方)提供“高光图像”，因此重要的是该图像可以被正确地传输到DMD芯片(或者光调制器)。由于本发明的各实施例使得可以使光以一定角度照射到DMD芯片(或光调制器)上，因此该转移可以以高精度来被执行。照明光束也受益于这种倾斜，因为其允许光束截面与DMD芯片(或光调制器)的面积之间的更好匹配，使得几乎没有光落在其外部。虽然一些散焦可能是有利的(例如，为了平滑掉高光图像中的伪影以及微透镜阵列和针孔结构)，但优选的是散焦量在DMD的面积上是恒定的。微透镜阵列现在相对于光轴的法线成一角度，但是这种影响过可以在计算相位图案时被补偿。
图4示出了本发明的替代实施例。
在该实施例中，基础照明与高光照明分别在透射反射装置31和微透镜阵列30上以零度入射角相组合。
基础照明光源20生成光束21，其可以进入光束成形光学器件。例如，光束21进入积分棒22、中继透镜23、第二积分棒24、照明光学器件25，并接着由折叠式反射镜26反射，由另一照明光学器件25重新成像到中间像平面32上。基础照明光束通过PBS(偏振波束分离器)60被拆分成两个正交偏振。
基础照明光束的第一偏振方向穿过第一四分之一波延迟器62，并接着由包括针孔反射镜31且位于中间像平面32中的透射反射装置反射。经返回的经反射的基础光再次穿过第一四分之一波延迟器62，并且偏振方向因两次通过第一四分之一波延迟器62而被旋转90°，使得光现在穿过PBS 60。
基础照明光束的第二偏振方向穿过PBS 60到达第二四分之一波延迟器63，并接着由反射镜64反射。经返回的经反射的基础光穿过第二四分之一波延迟器63。由于偏振方向现在因两次通过第二四分之一波延迟器63而被旋转90°，所以光现在被PBS 60反射。最后，基础照明光束的两个偏振方向被再次组合成组合光束40。
调相器照明光源35提供落在调相器37上的经准直且线偏振的光束36，离开调相器的光由折叠式反射镜38朝向微透镜阵列30反射，并接着由针孔反射镜31透射。微透镜阵列30聚焦经准直的光，使得微波束可以被透射通过针孔反射镜31的针孔。第三四分之一波延迟器61(其中它的慢轴的取向与第一四分之一波延迟器62正交)被添加以维持高光照明波束的线偏振，使得其保持正确偏振以使波束穿过PBS 60。照明光的经反射的第一部分和经透射的经准直光可以离开针孔反射镜31。照明光的第二部分被添加在PBS 60之后，并且所有光被组合成一个光束40，其中组合光束具有减小的散斑并且具有与第一和第二光束的最大光学扩展量相对应的光学扩展量。因此，上面提到的光学组件提供角度分集发生器和降斑设备。光束40接着经由折叠式反射镜65进入照明成像光学器件41并穿过TIR棱镜42，使得光束落在空间光调制器43上。其接着再次穿过TIR棱镜42并且最终到达投影透镜44。
需要注意，如果经准直高光照明光束具有不同的偏振，则全反射镜64和针孔反射镜31的位置可以互换。同时，微透镜阵列30的位置跟随针孔反射镜31的位置。如果期望的话，可为两个高光波束提供正交偏振，并且微透镜阵列和针孔反射镜被提供在位置64和位置31两者处。这对于增加高光波束中的总功率可以是有用的。
需要注意，在图4的设置中，中间像平面32和成像器43不再平行，这将使成像器43的位置处的高光的聚焦质量稍微降级，尤其是在角落。然而，光束保持在轴上的事实将降低照明光学器件25和照明成像光学器件41的复杂度和大小。
在任何实施例中，微透镜阵列30可以被设计成作为角度分集发生器操作。例如，微透镜阵列30可以引入类似于基础照明中的角展度(或类似的f数)的角度范围展度。针孔反射镜30可以具有与其中光聚焦(对于特定入射角)的点对准的针孔。微透镜阵列可以以使得微透镜阵列元件中的两个毗邻透镜之间的过渡发生在显著短于帧时间的时段中(例如，在帧时间的十分之一或更短时间期间)的速度移动；可以在微透镜阵列针孔反射镜的平面中的x(水平)和y(垂直)两个方向上引入移动。这是为了避免客观和主观散斑，以及由于微透镜阵列和针孔元件引起的亮度变化的固定模式。因此，在本发明的任何实施例中，微透镜阵列和针孔元件可以被设计成作为降斑设备操作。优选地，移动的幅度在若干毗邻的微透镜元件(例如，5个或更多个透镜元件)上延伸，以平均掉若干小透镜针孔组合上的亮度，因而变得不易受到小缺陷的影响。除了移动之外，微透镜阵列30的图像可被阻止在第二调制器43处处于清晰聚焦中，以使得焦平面可以相对于第二调制器43的平面被略微地移位。这允许来自毗邻微透镜阵列元件的光被混合，并且针孔在最终经投影的图像中变得不太可见。优选地，微透镜阵列可以被略微地放置在中间像平面之外。例如，焦点偏移优选地大于毗邻针孔之间距离的2.5倍，但是例如不超过10倍。
漫射器的位移与例如透镜分辨率的尺寸(如上面所解释)相关。为了确保有良好的覆盖范围，透镜间距的例如5倍的测量可被使用。在上面的示例中，透镜间距为0.1mm，因而漫射器的位移应覆盖5x0.1mm＝0.5mm。可以如下计算频率：如果帧率频率为60Hz且DMD反射镜可以在一帧中支持64位平面(这受到DMD微反射镜的物理特性和驱动电路***限制的限制)，则1/64x1/60秒是DMD对光进行采样的最小时间，理想情况下，微透镜阵列漫射器的位移在此周期期间是至少1个透镜元件，以具有完全的亮度平均值。因此，如果漫射器移动超过5个透镜元件，则其应该以高于768Hz(60x64/5)的频率移动。
然而，伪影可以并且将小于1LSB，因此即使在较慢的速度下，伪影也不被预计为变得可见。特别是与针孔反射镜在DMD成像器(其还铺展开来自针孔的光并在毗邻小透镜元件和针孔之间进行混合)上的散焦成像相组合。
在图3a中示出了与针孔反射镜31相组合的微透镜阵列的特写。针孔反射镜31包括反射的反射镜层52和多个针孔51。针孔的数目对应于微透镜的数目。照明光束21照射在针孔反射镜的反射镜侧并且被反射镜52反射。经准直光束36在此处以一定角度进入微透镜阵列30，并且每个微透镜阵列元件可以将所接收的光束聚焦到针孔51上，使得焦点位于针孔内。
在一替代实施例中，平坦针孔反射镜可以用微闪耀针孔反射镜56代替，如图3b所示。当第二调制器是DMD调制器时，优选地将闪耀角选择成与该第二调制器的微反射镜的倾斜角相同。
在本发明的另一实施例中，例如可以附加地使用其他降斑设备。例如，第一调制器也可以结合以上所描述的透射反射装置或单独地被用来减少散斑。相位调制器可以是MEM的器件。第一调制器既可被用于光偏转，而且还可被用作通过随时间改变位置来减少客观激光散斑的装置，使得通过在人类视觉***的积分时间内对不同散斑图案进行时间平均，感知到的客观散斑被减少。
这种降斑方法或降斑设备可以例如用光偏转PTT(活塞尖端倾斜)MEM的器件实现，作为活塞功能的调制，同时维持相同的水平和垂直倾斜位置。这将意味着单个反射镜元件下方的三个致动器接收共同的半随机调制信号。
替代地，另一降斑方法或降斑设备可被使用。例如，倾斜的非常小的半随机调制可足以减少客观散斑，同时引起亮度模式的可忽略的偏移。几微米的位移不会显著影响第二调制器上的亮度分布。
替代地，另一降斑方法或降斑设备可被使用。例如，还可以生成一系列驱动信号，这些驱动信号以替代方式递送所需的亮度模式(例如，多种解决方案可以递送适当的结果)。每种驱动情况将导致不同的散斑图案，并且在多个散斑图案上的时间平均将减少感知到的客观散斑。这种办法的缺点在于，当第一调制器从一个模式转变到下一个模式时，第二调制器上的亮度模式也正在转变。并且由于此时的亮度未知，因此第二调制器应切换为黑色(暗时间)。
图5示出了解说在本发明的任何实施例中使用的方法的流程图。在步骤60中，角度分集例如借助于微透镜阵列被提供给经准直光束。如图3a)或b)所示，经准直光束和基础照明光束从相反方向照射在透射反射装置上。基础照明光束照射到透射反射装置的反射区上，其在步骤61中反射基础照明光束。同样在图3a)或b)中可以看到，经准直光束照射到与反射侧相对的一侧上。透射反射装置现在透射经准直光束(步骤62)并且将其与基础照明光束组合(步骤63)。

Claims (41)

1.一种用于组合投影***的光的***，包括提供基础照明光束的第一光源、提供经准直光束的第二光源、用于向所述经准直光束提供角度分集的微透镜阵列，以及用于将所述基础照明光束和所述经准直光束组合成组合光束的透射反射装置，所述微透镜阵列在所述第二光源的光学路径中被定位在所述透射反射装置之前，其中所述透射反射装置包括用于反射所述基础照明光束的反射区以及用于透射所述经准直光束的光的透射区，所述透射反射装置的透射部分处于一平面内，并且其中所述微透镜阵列的每个微透镜的焦点位于所述透射反射装置的透射部分的所述平面内。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括用于对所述经准直光束进行降斑的降斑设备。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述降斑设备至少部分地由所述微透镜阵列提供，所述微透镜阵列能够是可移动的或静止的。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，每个微透镜的焦点与所述透射反射装置的透射部分对准。
5.根据权利要求1所述的***，
其中所述透射反射装置包括针孔反射镜，所述针孔反射镜包括不透明基板，所述基板在第一侧上具有反射涂层以及穿过所述基板和所述反射涂层的针孔，或者
其中所述透射反射装置包括针孔反射镜，所述针孔反射镜包括透射基板，所述基板在第一侧上具有反射涂层以及穿过所述反射涂层的针孔，或者所述针孔被透射涂层替换或覆盖，并且
其中每个针孔与所述微透镜阵列的微透镜相关联。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列和所述透射反射装置被布置成使得每个微透镜的焦点位置在其相关联的针孔中。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述针孔的直径是两个毗邻针孔之间的距离的至多二分之一，并且至少是在所述透射反射装置平面中与所述经准直光束的较长波长相对应的艾里斑投影的大小，所述较长波长是所述经准直光束的红色分量。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述针孔被进一步配置成滤除出所述经准直光束的较高衍射级。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列被配置成使得透射通过所述透射反射装置的所述经准直光束的光学扩展量等于或小于由所述透射反射装置反射的所述基础照明光束的光学扩展量。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列被配置成扩展所述经准直光束的光学扩展量，直到所述经准直光束的光学扩展量等于或小于所反射的照明光束的总光学扩展量。
11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述照明光束以便在20至35度的范围内的角度照射到所述透射反射装置上。
12.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述照明光束在所述透射反射装置上的倾斜角是法向的。
13.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括第一空间光调制器，以用于在所述微透镜阵列之前调制所述经准直光束的光束。
14.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括第二空间光调制器，以用于调制所述组合光束。
15.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括被布置在所述组合光束的光学路径中的第一TIR棱镜(28)，使得所述组合光束(40)被所述TIR棱镜(28)的TIR表面反射。
16.根据权利要求15所述的***，其特征在于，进一步包括照明成像光学器件(41)和第二TIR棱镜(42)，所述照明成像光学器件(41)和所述第二TIR棱镜(42)被布置成使得所述组合光束被第二TIR棱镜(42)的TIR表面反射。
17.根据权利要求16所述的***，其特征在于，所述第一和第二TIR棱镜相对于垂直于所述两个棱镜之间的光轴的轴反对称地布置。
18.根据权利要求16所述的***，其特征在于，进一步包括用于调制所述组合光束的第二空间光调制器(43)，所述第二空间光调制器被布置成使得由所述第二TIR棱镜的TIR表面反射的所述组合光束以与所述基础照明光束在所述透射反射装置上的入射角相对应的角度到达所述第二空间光调制器。
19.根据权利要求14所述的***，其特征在于，投影透镜被布置成使得由所述第二空间光调制器(43)反射的光束到达所述投影透镜。
20.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述照明光束被聚焦到所述第二空间光调制器上，并且所述微透镜阵列被进一步配置成将所述经准直光束保持在所述平面中失焦。
21.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述透射反射装置包括闪耀微反射镜，所述闪耀微反射镜具有由闪耀角限定的成角度的透射和反射表面。
22.根据权利要求21所述的***，其特征在于，所述闪耀角被选择成与所述第二空间光调制器的微反射镜的倾斜角相同。
23.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列的分辨率是所述经准直光束的目标分辨率的至少两倍。
24.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列包括移动装置。
25.根据权利要求24所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列以一定速度移动，使得所述微透镜阵列的两个毗邻透镜之间的过渡在显著地短于帧时间的时段内发生。
26.根据权利要求25所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列以一定速度移动，使得所述微透镜阵列的两个毗邻透镜之间的过渡在所述帧时间的十分之一或更短时间期间发生。
27.根据权利要求24所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列的移动在所述微透镜阵列针孔反射镜的平面中沿着水平方向或垂直方向或者沿水平方向和垂直方向这两者。
28.根据权利要求24所述的***，其特征在于，所述移动的幅度在至少5个毗邻的微透镜元件上延伸。
29.一种用于利用包括基础照明光束和经准直光束的***投影图像的方法，所述方法包括以下步骤：
-使用微透镜阵列向所述经准直光束提供角度分集，
-利用透射反射装置将所述基础照明光束和所述经准直光束相组合，所述透射反射装置包括反射区和透射区，
其中所述组合步骤通过利用所述透射反射装置的反射区反射所述基础照明光束并且利用所述透射反射装置的透射区透射经准直光束来被执行，其中所述透射反射装置的透射部分位于一平面中，并且所述微透镜阵列的每个微透镜的焦点被布置成位于所述透射反射装置的透射部分的所述平面内。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包括向所述经准直光束提供降斑的步骤。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，降斑和提供角度分集的步骤被同时执行。
32.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，提供角度分集的步骤进一步包括增加所述经准直光束的光学扩展量直到其等于或小于所反射的照明光束的总光学扩展量的步骤。
33.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，在所述透射反射装置上反射所述基础照明光束的步骤以便在20到35度的范围内的角度来被执行。
34.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，在所述透射反射装置上反射所述基础照明光束的步骤以法向入射来被执行。
35.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包括移动用于提供角度分集的装置的步骤。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述移动步骤以比所述投影***的帧时间短的速度来被执行。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述移动步骤以比所述帧时间的十分之一短的速度来被执行。
38.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包括在向所述经准直光束提供角度分集的步骤之前调制所述经准直光束的步骤。
39.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包括调制所述组合光束的步骤。
40.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述透射反射装置的平面中和在其中所述组合光束被调制的平面中提供所述组合光束的聚焦图像的步骤。
41.一种供在组合投影***的光时使用的光学组件的装置，所述装置具有提供基础照明光束的第一光源以及提供经准直光束的第二光源，所述装置包括用于向所述经准直光束提供角度分集的微透镜阵列，以及用于将所述基础照明光束和所述经准直光束组合成组合光束的透射反射装置，所述微透镜阵列在所述第二光源的光学路径中被定位在所述透射反射装置之前，其中所述透射反射装置包括用于反射所述基础照明光束的反射区以及用于透射所述经准直光束的光的透射区，所述透射反射装置的透射部分处于一平面中，并且所述微透镜阵列的每个微透镜的焦点被布置成位于所述透射反射装置的透射部分的所述平面内。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10416539B2 (en) * 2017-06-21 2019-09-17 Dolby Laboratories Licensing Corporation Spatial light modulator for reduction of certain order light
US11353783B2 (en) * 2018-07-24 2022-06-07 Sony Corporation Illumination device and projector
KR20210048495A (ko) * 2018-08-31 2021-05-03 소니 주식회사 조명 장치 및 표시 장치
EP3884341A4 (en) 2018-11-19 2022-06-01 Flightsafety International Inc. METHOD AND APPARATUS FOR REMAPING PIXEL POSITIONS
US11029592B2 (en) 2018-11-20 2021-06-08 Flightsafety International Inc. Rear projection simulator with freeform fold mirror
CN113557453A (zh) * 2019-02-28 2021-10-26 巴科股份有限公司 用于光束的空间和角度均匀化的方法和***
CA3095177A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-02 Mtt Innovation Incorporated Optical projection with combined beams
KR20230036154A (ko) * 2020-10-15 2023-03-14 에이엠에스-오스람 아시아 퍼시픽 피티이. 리미티드 확장된 조명 필드를 갖는 투영
JPWO2022196094A1 (zh) * 2021-03-18 2022-09-22
US20230087295A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-23 Rockley Photonics Limited Optical speckle receiver
WO2023186324A1 (en) * 2022-04-01 2023-10-05 Barco Nv Color projector with a beam-steered illumination and method for providing beam-steered illumination to a color projector
DE102022204111A1 (de) 2022-04-27 2023-11-02 Continental Automotive Technologies GmbH Anzeigeeinrichtung

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19812803A1 (de) * 1998-03-16 1999-10-07 Gf Mestechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Raumfilter-Arrays und Raumfilter-Array
CN101044429A (zh) * 2004-10-22 2007-09-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 投影仪***
CN101202925A (zh) * 2007-12-11 2008-06-18 上海高意激光技术有限公司 新型彩色激光投影显示设备
CN102667616A (zh) * 2010-10-04 2012-09-12 索尼公司 照明装置和显示设备
CN103477640A (zh) * 2011-04-19 2013-12-25 杜比实验室特许公司 高光投影显示器和相关方法
WO2014180509A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Lemoptix Sa A projection device
WO2015041196A1 (ja) * 2013-09-19 2015-03-26 ウシオ電機株式会社 光源装置およびプロジェクタ
CN105452955A (zh) * 2013-07-30 2016-03-30 杜比实验室特许公司 具有非机械镜光束转向的投影显示***
CN105579883A (zh) * 2014-09-05 2016-05-11 英特尔公司 图像投影仪和光学组件
CN105793744A (zh) * 2013-12-03 2016-07-20 巴科股份有限公司 用于高对比度投影***的投影子***
WO2016139769A1 (ja) * 2015-03-04 2016-09-09 パイオニア株式会社 レンズアレイ及び映像投影装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW357271B (en) 1996-02-26 1999-05-01 Seiko Epson Corp Light regulator, display and the electronic machine
GB2317290B (en) 1996-09-11 2000-12-06 Seos Displays Ltd Image display apparatus
FR2793043B1 (fr) * 1999-04-29 2003-06-06 Synelec Sa Ecran de projection
US6594079B1 (en) * 1999-08-04 2003-07-15 Agilent Technologies, Inc. Image screen and method of forming anti-reflective layer thereon
TW475334B (en) * 2000-07-14 2002-02-01 Light Opto Electronics Co Ltd High light-sensing efficiency image sensor apparatus and method of making the same
WO2007002797A2 (en) * 2005-06-29 2007-01-04 Reflexite Corporation Method and apparatus for aperture sculpting in a microlens array film
US20160357094A1 (en) * 2005-11-23 2016-12-08 Fusao Ishii Optics of projecor
GB0907297D0 (en) 2009-04-29 2009-06-10 Light Blue Optics Ltd Dynamic backlighting
TWI425301B (zh) * 2010-02-09 2014-02-01 Qisda Corp 高光機效率的投影裝置
JP5617288B2 (ja) * 2010-03-18 2014-11-05 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクター
JP5527058B2 (ja) * 2010-07-06 2014-06-18 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
TWI519824B (zh) * 2011-03-25 2016-02-01 銘異科技股份有限公司 混光方法、混光裝置以及應用該混光裝置之小型投影系統
US9482877B2 (en) 2011-04-12 2016-11-01 Barco N.V. Laser projector with reduced speckle
JP5868335B2 (ja) * 2013-01-15 2016-02-24 三菱電機株式会社 調芯方法
US9049413B2 (en) * 2013-07-30 2015-06-02 Dolby Laboratories Licensing Corporation Multiple stage modulation projector display systems having efficient light utilization
EP3058722B1 (en) 2013-10-20 2021-12-15 Mtt Innovation Incorporated Light field projectors and methods
CN106537899B (zh) 2014-05-15 2022-01-18 Mtt创新公司 优化用于多投影仪***的驱动方案
ES2765451T3 (es) * 2014-06-27 2020-06-09 Dolby Laboratories Licensing Corp Reciclaje de luz para proyectores con alto rango dinámico
JP7236642B2 (ja) * 2019-02-05 2023-03-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置及び投写型映像表示装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19812803A1 (de) * 1998-03-16 1999-10-07 Gf Mestechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Raumfilter-Arrays und Raumfilter-Array
CN101044429A (zh) * 2004-10-22 2007-09-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 投影仪***
CN101202925A (zh) * 2007-12-11 2008-06-18 上海高意激光技术有限公司 新型彩色激光投影显示设备
CN102667616A (zh) * 2010-10-04 2012-09-12 索尼公司 照明装置和显示设备
CN103477640A (zh) * 2011-04-19 2013-12-25 杜比实验室特许公司 高光投影显示器和相关方法
WO2014180509A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Lemoptix Sa A projection device
CN105452955A (zh) * 2013-07-30 2016-03-30 杜比实验室特许公司 具有非机械镜光束转向的投影显示***
WO2015041196A1 (ja) * 2013-09-19 2015-03-26 ウシオ電機株式会社 光源装置およびプロジェクタ
CN105793744A (zh) * 2013-12-03 2016-07-20 巴科股份有限公司 用于高对比度投影***的投影子***
CN105579883A (zh) * 2014-09-05 2016-05-11 英特尔公司 图像投影仪和光学组件
WO2016139769A1 (ja) * 2015-03-04 2016-09-09 パイオニア株式会社 レンズアレイ及び映像投影装置

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Publication number Publication date
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