用于高動態范圍投影儀的中繼透鏡系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本說明書涉及中繼透鏡，具體地，涉及用于高動態范圍投影儀的中繼透鏡系統。
【背景技術】
[0002]通過利用提供低分辨率圖像的第一光調制器，和提供相似圖像的更高分辨率版本的第二光調制器，高動態范圍投影儀能夠獲得期望的高動態范圍。在第一光調制器和第二光調制器之間的中繼透鏡系統把從第一光調制器反射的光中繼到第二光調制器，使照射第二光調制器的低分辨率圖像模糊。不過，僅僅使光模糊不會導致最佳的高動態范圍和/或最佳的對比度。
【發明內容】
[0003]一般來說，本公開目的在于高動態范圍(HDR)投影儀用中繼透鏡系統。所述中繼透鏡系統在HDR投影儀中，把光從的第一光調制器中繼到第二光調制器。在HDR投影儀中，在從第一光調制器中繼到第二光調制器的圖像中，本實現方式的中繼光系統在光中引入球面像差，而不是僅僅使光模糊。具體地，中繼透鏡系統的給定數值孔徑和中繼透鏡系統的一個或多個透鏡的組合被配置成:在光輸入和光輸出之間的光中，引入球面像差；和抑制球面像差的光線扇形圖中的下述各項中的一個或多個:局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導數為零的點。這種球面像差導致被中繼的圖像中的像素的形狀從近似方形改變成在中繼系統的光輸出處的光中的高斯形狀和/或偽高斯形狀和/或具有寬闊的中央區域和延續多個像素的尾部的形狀。從而，孔徑光闌，孔徑光闌的位置，中繼透鏡系統的透鏡的位置和種類，和各個透鏡的種類、曲率半徑、厚度和材料至少之一都被配置，以導致期望的光線扇形圖和/或像素的形狀的期望變化。
[0004]在本說明書中，元件可被描述成“配置成”進行一種或多種功能或被“配置成用于進行”這些功能。通常，配置成進行某種功能的元件被配置成用于進行所述功能，或者適合于進行所述功能，或者適應進行所述功能，或者可操作，從而進行所述功能，或者以別的方式能夠進行所述功能。
[0005]本說明書的一個方面提供一種中繼透鏡系統，包括:光輸入；光輸出；一個或多個透鏡，所述一個或多個透鏡被配置成把來自光輸入的光中繼到光輸出；和孔徑光闌，所述孔徑光闌被配置成向通過所述一個或多個透鏡中繼的光提供給定的數值孔徑，給定數值孔徑和所述一個或多個透鏡的組合被配置成在光輸入和光輸出之間、在所述光中，引入球面像差，所述球面像差把光中的像素的形狀從在光輸入處的近似方形改變成具有如下定義的上邊界和下邊界的函數:LB(r) = 0.9X (l/2+l/2os( π r/N)),當;r〈N 時，LB(r) = 0,當 r > N時，UB(r) = 1.1exp (_(r/N)2)，其中UB是上邊界，LB是下邊界，r是距像素的中心的距離，N是進入光輸入的光中的抖動圖案的像素尺寸。
[0006]給定數值孔徑和所述一個或多個透鏡的組合可被進一步配置成抑制球面像差的光線扇形圖中的下述各項中的一個或多個:局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導數為零的點。給定數值孔徑和所述一個或多個透鏡的組合可被進一步配置成平衡三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差，以抑制下述各項中的一個或多個:局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導數為零的點。
[0007]球面像差可進一步把光中的像素的形狀從在光輸入處的近似方形改變成下述各項中的一個或多個:在光輸出處的近似高斯形狀；在光輸出處的偽高斯形狀；和在光輸出處的與光輸入相比具有寬闊的中央區域和延續光中的多個像素的尾部的形狀。所述形狀的半高全寬可延續所述多個像素的至少約+/-4個像素，尾部可延續所述多個像素的至少+/-10個像素。所述形狀的半高全寬可延續所述多個像素的約+/-3個像素到約+/-10個像素之間，尾部可延續所述多個像素的約+/-5個像素到約+/-30個像素之間。
[0008]所述函數可在上邊界和/或下邊界的給定百分比之內。
[0009]球面像差可包含球面像差的光線扇形圖中的三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差中的一個或多個。
[0010]給定數值孔徑和一個或多個透鏡的組合可被配置成進行下述各項中的一個或多個:平衡三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差，以抑制下述各項中的一個或多個:球面像差的光線扇形圖上的局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導數為零的點；和抑制光中的大于下述各項中的一個或多個的球面像差:三階球面像差；五階球面像差；和七階球面像差。
[0011]孔徑光闌的孔徑可包括直徑，該直徑在相對于給定透鏡的孔徑光闌的給定位置處引入球面像差的至少一部分，和進行下述各項中的一個或多個:平衡三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差，以抑制下述各項中的一個或多個:球面像差的光線扇形圖上的局部極大值和局部極小值；和光線扇形圖的導數為零的點；和抑制光中的大于下述各項中的一個或多個的球面像差:三階球面像差；五階球面像差；和七階球面像差。
[0012]所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡可包含球面透鏡。
[0013]給定數值孔徑可包含在約F/2到約F/8的范圍中的光圈值。
[0014]孔徑光闌的孔徑可以是:圓形；或者下述各項中的一個或多個以校正進入光輸入的光的各向異性的數值孔徑:橢圓形和不對稱。
[0015]孔徑光闌可包含下述各項中的一個或多個:可變光闌；貓眼；配置成手動調整孔徑光闌的孔徑的大小的設備；和配置成調整孔徑光闌的孔徑的大小的電動機和/或步進電動機。
[0016]中繼透鏡系統還可包括奇數個反射鏡，所述奇數個反射鏡被配置成朝著光輸出中繼從光輸入接收的光。
[0017]中繼透鏡系統可以是雙遠心的。
[0018]所述一個或多個透鏡可進一步被配置成放大從光輸入到光輸出的光，其中放大倍率可以大于1、小于1、或者約為I。
[0019]所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡的位置是能夠被沿著中繼透鏡系統的光軸調整，以致通過調整所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡的位置，能夠調整光的聚焦、變焦和像素的形狀中的一個或多個。
[0020]中繼透鏡系統還可包括下述中的一個或多個:第一設備，所述第一設備被配置成手動調整所述一個或多個透鏡中的至少一個透鏡的位置；第二設備，所述第二設備被配置成作為一組地調整所述一個或多個透鏡中的至少兩個透鏡的位置；和電動機和/或步進電動機，其被配置成調整所述一個或多個透鏡中的一個或多個透鏡的位置。
[0021]中繼透鏡系統還可包括補償板，所述補償板被配置成補償光的像散和/或慧形像散。
【附圖說明】
[0022]為了更地理解這里說明的各種實現方式，和更清楚地表示如何實施所述各種實現方式，下面將僅通過示例的方式參考附圖，附圖中:
[0023]圖1按照非限制性實現方式，描述包括用于高動態范圍投影儀的中繼透鏡系統的系統。
[0024]圖2按照非限制性實現方式，描述在球面透鏡的不同徑向光瞳坐標處與球面透鏡相互作用的光，以圖解說明球面透鏡的球面像差。
[0025]圖3按照非限制性實現方式，描述圖2的球面透鏡的示意性光線扇形圖。
[0026]圖4A按照非限制性實現方式，描述關于圖1的中繼透鏡系統的不同模擬的不同光線扇形圖和相關的像素擴散函數。
[0027]圖4B按照非限制性實現方式，描述圖1的中繼透鏡系統的像素擴散函數的上邊界和下邊界。
[0028]圖5按照非限制性實現方式，描述圖1的系統的特定非限制性實現方式的各個方面，其中第一光調制器包含2K-DMD，對應的第二光調制器包含4K-DMD，中繼透鏡系統在照射第二光調制器的光中弓I入球面像差。
[0029]圖6按照非限制性實現方式，描述圖1的系統及孔徑光闌中的橢圓形孔徑。
【具體實施方式】
[0030]圖1按照非限制性實現方式，描述包含用于高動態范圍(HDR)投影儀的中繼透鏡系統101的系統100。系統100可包含HDR投影儀的一部分；例如，系統100還包括:一個或多個第一光調制器103-1 ;—個或多個第二光調制器103-2 ;棱鏡105-1,用于把來自光源(未圖示)的光107引導向一個或多個第一光調制器103-1，和把從一個或多個第一光調制器103-1反射的光109引導向中繼透鏡系統101 ;和棱鏡105-2，用于把離開中繼透鏡系統101的光111引導向一個或多個第二光調制器103-2,和把從一個或多個第二光調制器103-2反射的光113引導向HDR投影儀的投影光學器件(未圖示)。圖1還描述與一個或多個第一光調制器103-1相互作用的光107、109的光線，和與一個或多個第二光調制器103-2相互作用的光111的光線。
[0031]下面將把一個或多個光調制器103-1、103-2可互換地共同稱為光調制器103，并且一般稱為光調制器103。下面將把棱鏡105-1、105-2可互換地共同稱為棱鏡105,并且一般稱為棱鏡105。
[0032]每個光調制器103可包括相位調制器、光調制器、反射光調制器、透射光調制器、硅基液晶(LCOS)器件、液晶顯示(LCD)器件和數字微鏡器件(DMD)中的一個或多個。此夕卜，各個棱鏡105可包括楔形棱鏡，每組棱鏡105-1、105-2可包含兩個楔形棱鏡，它們相對于彼此布置，以把光引導向光調制器103，或者引導向中繼透鏡系統101或投影光學器件。在一些實現方式中，棱鏡105-1、105-2通常相對于彼此對稱。此外,在描述的實現方式中，系統100包括:在每個所述一個或多個第一光調制器103-1和棱鏡105-1之間的直角棱鏡106-1 ;和在每個所述一個或多個第二光調制器103-2和棱鏡105-2之間的直角棱鏡106-2，以減小系統100中的空氣/鏡片界面。換句話說，系統100包含兩個棱鏡組合體，每個棱鏡組合體都由多個棱鏡兀件構成，包括(但不限于):棱鏡105-1,在一個或多個第一光調制器103-1處的直角棱鏡；和棱鏡105-2，在一個或多個第二光調制器103-2處的直角棱鏡106-2。不過，棱鏡105和106的排列通常是非限制性的，其它棱鏡和光調制器的其它排列都在本實現方式的范圍之內。此外，在一些實現方式中，每個相應的光調制器103可以和它們的相關棱鏡組合體作為一組地被調整。
[0033]一個或多個第一光調制器103-1可包含分別用于紅光、綠光和藍光中的每一個的3個光調制器，光107可包含紅光、綠光和藍光分量；棱鏡105-1從而可把光107的相應紅色、綠色和藍色分量弓I導向對應的第一光調制器103-1。
[0034]一個或多個第一光調制器103-1由處理器(未圖示)等控制，以形成第一分辨率的圖像。從一個或多個第一光調制器103-1反射的光109從而包含第一分辨率的圖像，所述第一分辨率的圖像由棱鏡105-1引導向中繼透鏡系統101。如下所述，中繼透鏡系統101在進入其中的光109中引入球面像差。在棱鏡105-2把離開中繼透鏡系統101的光111的相應紅色、綠色和藍色分量引導向對應的第二光調制器103-2的情況下,光111被從一個或多個第二光調制器103-2反射。
[0035]一個或多個第二光調制器103-2由處理器等控制，以形成比在一個或多個第一光調制器103-1處形成的圖像的第一分辨率高的第二分辨率的圖像。實際上，一個或多個第二光調制器103-2形成由投影器件投影的圖像。
[0036]從而，光111被引導向一個或多個第二光調制器103-2的需要光111的區域(例如，圖像的較明亮區域)，和被引導離開一個