[发明专利]使用空间与时间混合的激光投影

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及一种用于投影数字图像的设备，且更特定来说涉及一种使用偏振激光器来为数字电影投影形成均匀且实质上无散斑的图像的经改进设备及方法。

背景技术

人们对显示可比得上或超越胶片质量(尤其在大型会场)的图像的高质量数字投影系统的兴趣正在增长。用于多色彩数字电影投影的这些数字投影解决方案中最有希望的解决方案采用两个基本类型的空间光调制器(SLM)中的一者来作为图像形成装置。第一类型的空间光调制器由德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(Texas Instruments，Inc.，Dallas，TX)开发的数字光处理器(DLP)，其为数字微镜装置(DMD)。DLP已成功地用于数字投影系统中。许多专利中对DLP装置有所描述，举例来说，美国专利第4,441,791号、第5,535,047号、第5,600,383号(所有所述专利均归属于霍恩贝克(Hornbeck))。

图1显示使用DLP空间光调制器的投影仪设备10的简化框图。光源12将多色未偏振光提供到棱镜组合件14(例如飞利浦棱镜)中。棱镜组合件14将多色光分离为红色、绿色及蓝色分量波长带，且将每一带引导到对应的空间光调制器20r、20g或20b。然后棱镜组合件14重组来自每一SLM 20r、20g及20b的经调制光，且将此未偏振光提供到投影透镜30以供投影到显示器屏幕或其它合适表面上。

基于DLP的投影仪展示为从桌面到大型电影的大多数投影应用提供必要的光通过量、对比率及色域的能力。然而，存在固有的分辨率限制，其中现有装置通常提供不多于2048x1080个像素。另外，高组件及系统成本已限制DLP设计对于较高质量数字电影投影的适合性。此外，飞利浦棱镜或其它合适的组合棱镜的成本、大小、重量及复杂性是重大制约。另外，因亮度要求而需要具有长工作距离的相对快投影透镜负面地影响了这些装置的可接受性及可使用性。

用于数字投影的第二类型的空间光调制器为LCD(液晶装置)。LCD通过针对每一对应像素选择性地调制入射光的偏振状态而将图像形成为像素阵列。LCD作为用于高质量数字电影投影系统的空间光调制器似乎具有一些优势。这些优势包含相对大的装置大小、有利的装置合格率及制作较高分辨率装置(例如，可从索尼与JVC公司购得的分辨率为4096x2160的装置)的能力。在利用LCD空间光调制器的电子投影设备的实例中包括美国专利第5,808,795号(下村(Shimomura)等人)中及别处所揭示的那些设备。LCOS(硅上液晶)装置被认为特别有希望用于大规模图像投影。然而，通过LCD组件可能难以维持数字电影的高质量要求，特别是对于色彩及对比度来说，因为高亮度投影的高热负载影响这些装置的偏振质量。

照明效率的持续问题与展度或类似地与拉格朗日不变量(Lagrange invariant)相关。如光学技术中众所周知，展度与光学系统可处置的光的量相关。潜在地，展度越大，图像便越亮。在数值上，展度与两个因子(即图像面积与数值孔径)的乘积成比例。根据图2中所呈现的具有光源12、光学器件18及空间光调制器20的简化光学系统，展度为光源A1的面积与其输出角度θ1的乘积，且在良好匹配的光学系统中，此等于调制器A2的面积与其接受角度θ2的乘积。为获得增加的亮度，期望从光源12的面积提供尽可能多的光。作为一般原理，当所述光源处的展度与所述调制器处的展度最接近地匹配时，所述光学设计是有利的。

举例来说，增加数值孔径会增加展度，以使光学系统捕获更多光。类似地，增加源图像大小而以使光始发于较大面积上会增加展度。为利用照明侧上的增加的展度，所述展度必须大于或等于所述照明源的展度。然而，较大的图像大小通常导致成本较高的系统。此对于例如LCOS及DLP组件等装置尤其如此，其中硅衬底及缺陷可能性随大小而增加。作为一般规则，增加的展度导致更复杂且成本更高的光学设计。举例来说，如果使用例如美国专利第5,907,437号(斯波特贝利(Sprotbery)等人)中所概述的常规方法，那么必须将光学系统中的透镜组件设计为大展度。必须透过系统光学器件会聚的光的源图像面积是空间光调制器在红色、绿色及蓝色光路径中的组合面积的和；明显地，此是所形成的最终多色彩图像的面积的三倍。也就是说，对于此常规方法中所揭示的配置，光学组件处置相当大的图像面积且因此处置高展度，因为红色、绿色及蓝色路径是分开的且必须以光学方式会聚。此外，虽然例如‘437斯波特贝利等人的发明中所揭示的配置处置来自三倍于所形成的最终多色彩图像的面积的光，但因每一色彩路径仅含有总光等级的三分之一，因此此配置不提供任何增加的亮度益处。