14是以作為相對位置(X軸)(例如,由至少一個光調制器103-1產生的圖像中的像素位置)的函數繪制的相對強度(y軸)的形式提供的。PxSF表示中繼透鏡系統101對光109的圖像中的方形(和/或矩形)像素如何整形和/或改變;換句話說,PxSF表示中繼透鏡系統101如何把光輸入121接收的光109改變成離開光輸出123的光111。通過假定進入中繼透鏡系統101的像素是邊緣清晰的方形,并在像素離開中繼透鏡系統101時,模擬和/或測量中繼透鏡系統101的給定設計對該像素的影響,可以確定PxSF。從而,各條曲線401、402、403、404代表整個中繼透鏡系統101的光線扇形圖(即,所有的透鏡125和孔徑光闌127對從其通過的光的累積影響),各條曲線411、412、413、414代表整個中繼透鏡系統101的PxSF (即,即,所有的透鏡125和孔徑光闌127對通過的光的累積影響)。
[0062]曲線401是線性的,表示在中繼透鏡系統101中未出現球面像差的理想情況:從而,曲線401表示僅僅使像素散焦和/或使像素模糊的中繼透鏡系統101。在曲線411中可以看出這種散焦對中繼透鏡系統101的PxSF的影響,在曲線411中,在PxSF中出現波紋。這種波紋是不受歡迎的,因為難以對它們對由至少一個第二光調制器103-2產生的最終圖像的影響進行建模,和/或它們在由至少一個第二光調制器103-2產生的最終圖像中,產生不希望有的失真。
[0063]曲線402包括中繼透鏡系統101中的三階球面像差,從而假定給定數值孔徑和一個或多個透鏡125的組合被配置成在光輸入121和光輸出123之間的光和/或像素中引入三階球面像差。在曲線412中可看出引入三階球面像差對中繼透鏡系統101的PxSF的影響,在曲線412中,在PxSF中未出現波紋,但是PxSF包含半寬度較小的較大峰值。
[0064]然而,對系統100中的期望的高動態范圍來說,已確定中繼透鏡系統101的球面像差應把從其透射通過的光中的像素的形狀從在光輸入121處的近似方形改變成下述各項中的一個或多個:在光輸出123處的近似高斯形狀;在光輸出123處的偽高斯形狀;和在光輸出123處的具有寬闊的中央區域和延續光111中的多個像素的尾部的形狀。
[0065]例如,在一些實現方式中,光109中的一個像素(例如,利用至少一個第一光調制器103-1形成的圖像的一個像素)可被擴散在至少一個第二光調制器103-2上的約4到約20個像素的大小之內(不過,這樣的尺寸不應被視為特別的限制)。下面參考圖4B,將更詳細地說明這種像素擴散。從而,由于曲線412由極窄的波峰支配,因此對系統100的一些實現方式來說并不理想。然而,對于其它實現方式,例如高亮度實現方式,利用由曲線412表示的PxSF可導致期望的高動態范圍。
[0066]從而,現在參見曲線403,曲線403包括中繼透鏡系統101中的三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差的組合,從而假定給定數值孔徑和一個或多個透鏡125的組合被配置成在光輸入121和光輸出123之間、在光和/或像素中,引入三階球面像差,五階球面像差和七階球面像差的組合,并且三階、五階和七階球面像差都被平衡,以產生曲線403。通過選擇和/或調整下述各項中的一個或多個,可以發生所述平衡:各個透鏡125的種類、曲率半徑、厚度和材料至少之一;一個或多個透鏡125的位置;孔徑光闌127的位置;和孔徑光闌127的直徑的大小。可在系統100和/或中繼透鏡系統101的光學模型中,和/或一旦裝配和/或部署系統100和/或中繼透鏡系統101,發生所述選擇和/或調整。此外,不必計算式(I)中的a3、a5和a7的精確值;相反,可以選擇和/或調整各個透鏡125的種類、曲率半徑、厚度和材料至少之一,一個或多個透鏡125的位置,孔徑光闌127的位置,和孔徑光闌127的直徑的大小,直到獲得期望的光線扇形圖,和/或期望的像素擴散為止。
[0067]此外,三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差被“平衡”,以抑制局部極大值、局部極小值和/或光線扇形圖的導數為O的點,如曲線403中一樣。相反,對于“未被平衡的”三階球面像差,五階球面像差和七階球面像差的影響的例子,參見下面說明的曲線404。
[0068]在曲線413中可看出引入并平衡三階、五階和七階球面像差對中繼透鏡系統101的PxSF的影響,在曲線413中,在PxSF中未出現波紋,PxSF包含較寬的半高全寬的較大峰值。換句話說,曲線413包含具有寬闊的中央區域和延續在光輸出123的光中的多個像素和/或延續至少一個第二光調制器103-2的多個像素的平滑下降尾部的形狀。
[0069]現在參見曲線404,曲線404包含局部極大值、局部極小值和/或光線扇形圖的導數為O的點。這樣的局部極大值、局部極小值等對中繼透鏡系統101的PxSF具有有害的影響。具體地,當三階、五階和七階球面像差未被“平衡”以抑制局部極大值、局部極小值和/或光線扇形圖的導數為O的點時,產生曲線404。當在中繼透鏡系統101中,出現另外的更高階的球面像差,比如階數高于七階球面像差的球面像差時,也會出現這樣的局部極大值、局部極小值和/或光線扇形圖的導數為O的點。
[0070]在曲線414中,可以看出這種未平衡,和/或引入階數高于七階球面像差的球面像差對中繼透鏡系統101的PxSF的影響,在曲線414中,在PxSF中出現波紋,并且PxSF包含在復雜并且波紋狀的基數之上的半寬度較窄的較大峰值。這樣的波紋不受歡迎,因為難以對于它們對至少一個第二光調制器103-2產生的最終圖像的影響進行建模,和/或它們在由至少一個第二光調制器103-2產生的最終圖像中產生不希望有的失真。此外,波紋越大,它們就越難被建模,和/或它們在最終圖像中引入的失真越大。
[0071]從而,在一些實現方式中,孔徑光闌127的給定數值孔徑和一個或多個透鏡125的組合被配置成平衡三階、五階和七階球面像差和/或抑制球面像差中的高于七階球面像差的球面像差,例如,抑制九階以上的球面像差。在這些實現方式中,孔徑光闌127的孔徑包含在相對于給定透鏡125的孔徑光闌127的給定位置,引入球面像差的至少一部分,并且有助于平衡三階、五階和七階球面像差,和/或濾出光中的大于三階球面像差、五階球面像差和七階球面像差中的一個或多個的像差的直徑。換句話說,選擇孔徑光闌127的孔徑的直徑,以致中繼透鏡系統101的光線扇形圖中的局部極大值、局部極小值和/或光線扇形圖的導數為O的點被抑制和/或消除。
[0072]盡管這樣的抑制未完全消除PxSF中的波紋,不過,所述抑制將使對光線扇形圖和透射通過中繼透鏡系統101的光的影響降至最小。
[0073]從而,中繼透鏡系統101 —般被配置成向從其透射通過的光引入控制良好的球面像差。具體地,中繼透鏡系統101被配置成:抑制關聯光線扇形圖中的局部極大值、局部極小值和/或光線扇形圖的導數為O的點;和作為結果,抑制PxSF中的波紋。
[0074]在一些實現方式中,中繼系統101被配置成在PxSF中提供平滑下降的尾部,和/或控制PxSF,以致它是下述各項中的一個或多個:高斯形狀、偽高斯形狀、和具有寬闊的中央區域和延續在光輸出123的光中的多個像素的尾部的形狀。在一些實現方式中,通過包括五階和七階球面像差的組合,可以獲得平滑下降的尾部,并且包括三階球面像差,以使PxSF的中央部分寬闊和平坦。為此,光線扇形圖包括斜率的絕對值增大的在中央區域(例如,包括等光程區域的中央區域)之外的區域,但是排除局部極大值、局部極小值和光線扇形圖的導數為O的點,以便避免PxSF中的波紋。
[0075]然而,在其中利用高得多的F/#光學器件的實現方式中,利用三階球面像差和抑制五階球面像差也會導致期望的高動態范圍。不過,這對系統100具有其它影響,比如衍射影響、效率影響和集光影響。簡而言之,可根據孔徑光闌的給定孔徑,調整各個透鏡125的種類、曲率半徑、厚度和材料至少之一,透鏡125的位置,和孔徑光闌127的位置,以平衡孔徑的各種影響和獲得聞動態范圍。
[0076]在一些實現方式中,可相對于上邊界函數和下邊界函數,定義導致期望的高動態范圍的PxSF和/或球面像差。例如,現在參見圖4B,圖4B描述包含關于中繼透鏡系統101的PxSF的下邊界的曲線421,包含關于中繼透鏡系統101的PxSF的上邊界的曲線423,和包含它們的平均值的曲線425。曲線421、423、425被繪制成作為離由至少一個第一光調制器103-1產生的圖像的給定像素的距離(X軸)的函數的相對強度(y軸)。此外,各條曲線421、423、425是下述各項中的一個或多個:近似高斯形狀;偽高斯形狀;和具有寬闊的中央區域和延續多個像素的尾部的形狀。
[0077]可根據建模、模擬、經驗、實驗、系統100的邊界條件等中的一項或多項,分別定義上邊界和下邊界中每一個。例如,如圖所示,來自由PxSF整形的像素的光將最小散布在+/-5個像素(即,由曲線421表示的下邊界)內,最多散布在約+/-10個像素(即,由曲線423表示的上邊界)內。然而,在其它實現方式中,例如,在其中使用高F/#光學器件的實現方式中,可以定義表示上邊界和下邊界的其它曲線。
[0078]在具體的非限制性實現方式中,由中繼透鏡系統101引入的球面像差把光中的像素的形狀從在光輸入121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:
[0079]LB (r) = 0.9 X (l/2+l/2cos ( π r/N))當 r〈N 時式(2)
[0080]LB (r) = O 當 r > N 時式(3)
[0081]UB (r) = 1.1exp (- (r/N)2)式(4)
[0082]其中UB是上邊界,LB是下邊界,r是離像素的中心的距離,N是進入光輸入121中的光的抖動圖案的像素尺寸。例如,在其中利用5X5像素抖動圖案的實現方式中,N = 5。然而,在其它實現方式中,可以利用其它大小的抖動圖案,從而利用N的其它值。此外,參見圖4B,下邊界曲線421可用式⑵和(3)表示,上邊界曲線423可用式(4)表示。
[0083]然而,在一些實現方式中,函數可以在(例如)上曲線421、423和式(2)、(3)、(4)中的一個或多個定義的上邊界和/或下邊界的給定百分率之內。例如,所述給定百分率可約為10%。換句話說,PxSF可以或者較高或者較低地在曲線421、423的給定百分率內,從而能夠實現系統101的高動態范圍。在一些實現方式中,所述給定百分率可約為10%。
[0084]此外,盡管可以利用特定的函數來表征曲線421、423的形狀(例如,關于“高斯(Gaussian) ”),不過,曲線421、423可被一般地表征為大約滿足以下條件中的一個或多個條件: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。
[0085]之后參見圖5,圖5描述描述系統100的具體的非限制性實現方式的各個方面,具體地,分別描述第一光調制器103-1和第二光調制器103-2的一部分。在圖5中,第一光調制器103-1包含2K-DMD,對應的第二光調制器103-2包含4K-DMD。圖5中進一步圖解說明參考圖4A、圖4B討論的原理。
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