專利名稱：用于視頻投影機的聚焦系統的制作方法
說明書本發明涉及一種用于視頻投影機的光束聚焦系統，包含至少一個圖象縮微裝置DMD(數字微鏡裝置)。基于圖象縮微裝置DMD(數字微鏡裝置)的視頻投影系統與使用顯象管的裝置相比因其優質的圖象，特別是因其亮度、分辨率以及小尺寸投影機，正得以日益推廣。
簡單地說一個圖象縮微裝置DMD由一套邊長為16μm的正方形鋁反射鏡組成，其中每一個都組成投影圖象的一個元素，即一個象素。該鏡可以繞一對角線旋轉±10度，并且所述旋轉沿任一方向都是由位于鏡下方旋轉軸相對兩側上的兩個電極的動作產生的。當該鏡處于“靜止”狀態，即，當它不被兩個電極中的一個吸引時，光以相對于鏡面垂直線20度角擊中該鏡。當該鏡沿一個方向旋轉時，反射光線將偏離出所述投影透鏡；因此，光線沒有被發送到屏幕，即，該象素為“關”；如果旋轉發生在相反方向，則該象素為“開”，因為所述反射光被發送到所述屏幕。
SRAM型(靜態隨機存取存儲器)的各單元被連接到每一個象素，該存儲器包含用于控制確保反射鏡旋轉的電極的所有信息。即使每個鏡反射的光的亮度相同，由于人類眼睛的累積效應，也可通過改變保持象素“開”的期間使亮度發生變化。
一個視頻投影機可包含1～3個圖象縮微裝置DMD。僅采用一個圖象縮微裝置DMD的解決方案非常有利于降低其成本、整體尺寸和重量。本發明主要涉及這種解決方案。
為了得到一個僅采用一個DMD裝置時的彩色圖象，所述圖象縮微裝置DMD的反射鏡被三原色即紅、綠和藍色順序照射。通過向一個被稱作色輪的轉輪發射照射燈的光來得到三原色，該色輪分成至少三個部分，每一部分由一個適合于產生三原色中一種顏色的分色濾光片組成。通過旋轉該色輪，被發送到所述圖象縮微裝置DMD的光束將按順序帶有所有三種不同的顏色。
在視頻投影機中要求光束聚焦。這通常是通過一個聚焦透鏡系統，也稱為“中繼透鏡”來獲得；根據已知考勒(Kohler)的結構，聚焦平面可以在投影透鏡的入口處得到，或根據臨界的或阿貝(Abbe)的照射圖，聚焦平面被定位在所述圖象縮微裝置DMD的表面。后一結構在對位于投影屏幕上的垂直中心定位方面占據優勢，因為在圖象縮微裝置DMD上圖象的尺寸已大到在不損失其亮度的情況下確保投影透鏡在投影軸垂直方向上的位移在±6mm。在前向投影情況下，這允許屏幕上圖象的垂直位移約等于該圖象自身的高度。
已知的使用至少三個聚焦透鏡的聚焦系統有圖象質量差的缺點，其主要原因是色差現象、球面像差及還有被稱為場彎曲的失真現象。另外所述聚焦透鏡通常會產生相當大的圖象畸變。
大家都知道色差現象是由于穿過一個聚焦透鏡的光束聚焦平面是由光束各成分的波長所決定的，例如—束藍光聚焦于靠近透鏡的平面，而一束紅光聚焦于離透鏡較遠的的平面；一束綠光則聚焦于紅藍光平面之間的中間平面。按照阿貝(Abbe)的照射圖，在一視頻投影機只包含一個圖象縮微裝置DMD的情況下，在圖象縮微裝置DMD的平面上的聚焦是三原色的聚焦平面之間折中的結果。同樣的原理也適用于考勒(Kohler)的結構，其中光束聚焦于投影透鏡的入口。
球面像差發生在一光束穿過一個聚焦透鏡時，此時所述光束的所謂邊際光線，即，穿過透鏡邊緣的光線，將聚焦到離穿過透鏡中心區域的所謂傍軸光線的透鏡平面較近的點。在這種情況下聚焦也是中心或傍軸光線和邊緣光線之間折中的結果。場彎曲現象是由于透鏡聚焦的圖象被正確聚焦在一個彎曲的表面而不是在一個平面造成的。還是在這種情況下，作為所述排列在一個平面上的圖象微處理裝置DMD的反射鏡，聚焦也是折中的結果。最后，變形一詞指的是圖象的幾何變形，最重要的是所謂的“傾斜”變形，該變形發生在當一矩形的光透過透鏡系統后形成一平行四邊形，此變形稱為枕形失真和桶形失真。
為了減少上述失真和變形，通常采用適當的透鏡系統，其中每一影響都被一特殊的光學器件所校正。其結果是增加了透鏡的個數及隨之而來的更復雜的投影及更高的費用。
本發明的目的在于解決上述缺陷及提供一種用于視頻投影的聚焦系統，同已有解決方案相比有改進的結構和更有效。
在這種情形下，本發明的主要目的是提供一種避免上述缺陷的視頻投影的聚焦系統，它能以一種更簡單更經濟的方式均勻且少形變地聚焦一圖象，它能在使用更少的透鏡數量的同時大大地提高圖象的質量。
為了達到這一目標，本發明的目的在于提供一種包含所附權利要求特征的用于視頻投影的聚焦系統，該權利要求和本說明書構成一個整體。
本發明的進一步的目的，特征及優點將從以下的具體的描述和非限制例形式的附圖得以更清楚的顯現。
圖1示出本發明一用于視頻投影機的聚焦系統的示意圖；圖2示出本發明第二實施例的一用于視頻投影機的聚焦系統的示意圖。
在圖1中，標號1指出一帶拋物柱面反射鏡的照射燈，標號2指出一非球面電容器，它將光聚焦在由一平行六面體形成的集合棒4的入口，該平行六面體能確保從照射燈1射出光的形成均勻光束。所述集合棒之前是一色輪3，如以上所述，通過它的分色濾光片允許對僅使用一個圖象縮微裝置DMD的視頻投影機中的色彩進行再生。從所述集合棒出射的光由一被稱作中繼透鏡的透鏡系統收集。中繼透鏡指一種將圖象傳送到目標或投影透鏡的透鏡系統及其他光學裝置。所述中繼透鏡由標號5、6、7指出。所述透鏡5、6、7將光傳送到標號為10的圖象縮微裝置DMD。根據阿貝的照射平面，從所述集合棒4出來的圖象在DMD10上形成了一個放大的聚焦圖象。然而，以下因素也適用于圖象被聚焦在以下所述的投影透鏡11(考勒的照射平面)(圖1)的入口這種情況。
根據本發明標號為5的透鏡是由一非球面透鏡得到的，即，聚焦透鏡的輪廓是按照一標準聚焦透鏡的球形輪廓修改而成的輪廓，這樣可以減少球面像差。
用數學表述，所述透鏡的曲面是用一等式來代表的，它除了球面分量以外還包括高于二階的多項式分量。
沿著如圖中經過ABCD的點狀線所示的光束的光路，球面透鏡5之后是一消色差雙合透鏡6。該消色差雙合透鏡6由用不同光學玻璃獲得的一個發散透鏡和一聚焦透鏡互相結合組成。如果適當選擇兩種玻璃的折射率則可以顯著地減少色差。
除了作為中繼透鏡傳送圖象，和對單一透鏡引起的特定像差的補償作用，非球面透鏡5和消色差雙合透鏡6的組合將有利于充分減少上文提到的場彎曲現象和圖象的畸變。
很明顯，非球面透鏡5的輪廓和用于消色差雙合透鏡6中的光學玻璃的折射率是根據從燈1向圖象縮微裝置DMD10延伸的光路ABC的特性，例如，其長度，反射次數，光束截面，等等進行選擇的。
消色差雙合透鏡6之后按次序接著一個聚焦透鏡7，從而完成了該中繼透鏡系統。
因此，使用一組簡單，低成本的由非球面透鏡5、消色差雙合透鏡6和聚焦透鏡7組成的作為中繼透鏡系統的三透鏡系統可以充分減少由主要的幾何像差、色差及由聚焦系統引起的畸變。為了進一步減少球面像差，所述透鏡7最好是一平—凸透鏡。
棱鏡8為TIR(全內部反射)型棱鏡，它將光束以設備制造商出版的說明書中通常所要求的20度的入射角轉送到所述圖象縮微裝置DMD10中。
棱鏡9將來自圖象縮微裝置DMD10的反射鏡的光束偏轉向投影透鏡11。
非球面透鏡5和消色差雙合透鏡6的同時使用有利于圖象縮微裝置DMD10的表面照射的一致性，避免了中心區域比周圍區域亮。
最后，減少球面像差有利于將光線更準確地集中在圖象縮微裝置DMD10的有效區域，即包含鏡子的區域，從而增加總效率和相應的系統亮度。
圖2示出本發明在采用考勒照射平面時的聚焦系統，即當圖象聚焦到所述投影透鏡11的入口。
在這一情況下，反射鏡12將光束以正確的入射角發送到圖象縮微裝置DMD，這樣就不必使用圖1中的棱鏡8、9。為了避免元件和光路之間的機械干擾，反射鏡12還按照帶圖象縮微裝置DMD的投影機中的常規技術將光束向上偏離。圖2中余下的塊與圖1中同樣標號的塊相對應，并具有相同功能。
很明顯，本領域的技術人員可以在不偏離此創新的新穎的精神的情況下，從上例描述的視頻投影機聚焦系統得出許多變化的方式。同樣清楚的是在具體實現本發明時各元件可以與所描述的的形式和尺寸不同，也可以由技術等同物替代。
比如，由燈1到圖象縮微裝置DMD10的光路ABC這一部分可以包含多個反射而不是如圖1、2實施例中那樣，僅僅只有一個反射。
請注意，盡管有利因素減少了，上述聚焦系統也可以被用于使用兩個或兩個以上圖象縮微裝置DMD的視頻投影機。
權利要求
1.一種用于視頻投影機的光束聚焦系統，所述視頻投影機包含光源(1)、用于將圖象傳送到視頻投影機的投影透鏡(11)的光學裝置(5，6，7)及圖象縮微裝置(10)，其特征在于所述用于傳送圖象的光學裝置(5，6，7)包含至少一個非球面透鏡(5)，透鏡(5)與至少一個消色差雙合透鏡(6)相關聯。
2.如權利要求1所述的視頻投影機的光束聚焦系統，其特征在于，所述非球面透鏡(5)與消色差雙合透鏡(6)順序地位于光路上。
3.如權利要求1所述的視頻投影機的光束聚焦系統，其特征在于，所述消色差雙合透鏡(6)由至少有不同折射率的兩種帶光學玻璃組成。
4.如權利要求1所述的視頻投影機的光束聚焦系統，其特征在于，該系統還包括一個平—凸透鏡。
5.如權利要求1所述的視頻投影機的光束聚焦系統，其特征在于，依據阿貝的照射平面，所述圖象被聚焦在一個圖象縮微裝置DMD(10)的表面。
6.如權利要求1所述的視頻投影機的光束聚焦系統，其特征在于，依據考勒的照射平面，所述在圖象縮微裝置DMD(10)后的圖象聚焦在所述投影透鏡(11)的入口。
7.如權利要求4或5所述的視頻投影機的光束聚焦系統，其特征在于，從光源(1)延伸到圖象縮微裝置DMD(10)的光路(ABC)經歷一次或一次以上的反射。
8.一種用于視頻投影機的光束聚焦系統，包含一個中繼透鏡系統(5，6，7)，一束光束從一光源(1)穿過圖象縮微裝置DMD(10)到達一投影透鏡(11)，其特征在于，所述中繼透鏡系統(5，6，7)通過一像差校正裝置，特別是一球面透鏡及一消色差雙合透鏡得到。
全文摘要
用于視頻投影機的聚焦系統，包含至少一個圖象縮微裝置DMD(數字微鏡裝置)；該系統的主要特征在于它包含至少一個與至少一個消色差雙合透鏡相連的非球面透鏡。這種構造使色差、球面像差、場的曲率及變形得以實質性的降低，從而為該圖象縮微裝置提供了更均勻的照射。
文檔編號H04N9/31GK1401191SQ01804085
公開日2003年3月5日 申請日期2001年1月23日 優先權日2000年1月26日
發明者G·巴拉扎 申請人:Sim2多媒體股份公司