專利名稱：投影系統(tǒng)的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及投影系統(tǒng)，更具體地是，本發(fā)明涉及包括一全息分束器的投影系統(tǒng)。
結(jié)合液晶光學(xué)元件技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的顯示裝置的應(yīng)用正在日益增加。例如，這些顯示裝置可用于移動電話、投影系統(tǒng)、家庭娛樂系統(tǒng)和個人計算機(jī)監(jiān)視器。
一個這樣的顯示裝置是可以用在投影系統(tǒng)中形成調(diào)制的光圖像的一個空間光調(diào)制器(SLM)。對彩色投影系統(tǒng)，系統(tǒng)對每一基色通道(例如紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)基本顏色通道)都可以有一個SLM。作為一個實例，為了形成一幅調(diào)制的多色圖像，一個SLM可調(diào)制一個(紅色通道的)紅色光束以形成紅色被調(diào)制的光束圖像，一個SLM可調(diào)制一個(綠色通道的)綠色光束形成綠色被調(diào)制的光束圖像，以及另一個SLM可調(diào)制一個(藍(lán)色通道的)藍(lán)色光束形成藍(lán)色被調(diào)制的光束圖像。用這種方式，紅色、綠色和藍(lán)色被調(diào)制圖像在投影屏上組合形成多色圖像。
傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)可包括保持不同顏色通道的光束分開的光學(xué)器件。例如參考

圖1，傳統(tǒng)的反射投影系統(tǒng)10可包括產(chǎn)生一束白光的光源28。為了將此白色光束分成其基本的(不同顏色通道的)紅色、綠色和藍(lán)色光束，投影系統(tǒng)10可包括二色性分束器12和16。用這種方式，二色性分束器12可從例如白色光束中分出紅色光束。鏡子13可將紅色光束反射到偏振分束器19，偏振分束器19又將紅色光束反射到調(diào)制的紅色光束的反射SLM14。偏振分束器19將產(chǎn)生的綠色光束導(dǎo)向X-立方棱鏡24，X立方棱鏡導(dǎo)引調(diào)制的光束穿過光學(xué)元件26到投影屏上(未示出)以形成多色圖像中的一個成分，綠色調(diào)制的光圖像。投影系統(tǒng)10典型地還包括其它的光裝置。如二色性分束器16、以及將非調(diào)制綠色光束和藍(lán)色光束(來自初始的白色光束)分別導(dǎo)引到SLM18和SLM20的偏振分束器17和22。偏振分束器17和22以及X立方棱鏡24導(dǎo)引產(chǎn)生的綠色和藍(lán)色調(diào)制的圖像穿過投影光學(xué)部件26以形成多色圖像的剩余成分。
圖2描繪了一種更為小型的傳統(tǒng)投影系統(tǒng)30的一個實例。投影系統(tǒng)30使用了由棱鏡塊32、34和36形成的一種折疊的光學(xué)元件系統(tǒng)。用這種方式，光源46產(chǎn)生一白色光束，它經(jīng)由偏振分束器44被導(dǎo)向到棱鏡塊32、34和36。二色性光學(xué)涂層35和41可用在一些棱鏡塊表面以維持不同顏色通道的分離，以及將白色光束分成其基本的紅色、綠色和藍(lán)色光束。用這種方式，二色性光學(xué)涂層35和41分別將紅色光束、綠色光束和藍(lán)色光束對準(zhǔn)到SLM38、SLM40和SLM42。一旦被調(diào)制，調(diào)制的光束就沿著接近于由相關(guān)聯(lián)的非調(diào)制入射光束所走的光路(但以逆序)返回到偏振分束器44。偏振分束器44又導(dǎo)引調(diào)制的光束穿過投影光學(xué)部件48到投影屏上(未示出)形成多色圖像。
遺憾的是，二色性分束器可能十分昂貴，并且由二色性分束器濾色可能去掉了大量的光。此外，二色性分束器是多個光學(xué)裝置中的一個，多個光學(xué)裝置可能使得在系統(tǒng)10、30的校準(zhǔn)過程中被調(diào)制的光束圖像的準(zhǔn)直很麻煩而且可能由于存在多個反射面而引入大量的光損失。
因此，繼續(xù)需要一個能解決上述一個或多個問題的系統(tǒng)。
概述在本發(fā)明的一實施例中，投影系統(tǒng)包括至少一個光源、至少一個光調(diào)制器和一個全息分束器。全息分束器適用于在光源和光調(diào)制器之間建立光通信。
在另一實施例中，投影系統(tǒng)包括至少一個光源、至少一個光調(diào)制器和一個全息分束器。光源適用于提供非調(diào)制的光束，并且每一非調(diào)制的光束都與一不同的顏色通道相關(guān)聯(lián)。每一光調(diào)制器都與一不同的非調(diào)制的光束相關(guān)聯(lián)，并適用于調(diào)制相關(guān)聯(lián)的非調(diào)制的光束以產(chǎn)生一調(diào)制的光束。全息分束器適用于將非調(diào)制的光束中的每一束都導(dǎo)向到相關(guān)聯(lián)的光調(diào)制器。
在另一實施例中，一種方法包括提供參考光波和記錄干涉圖形。每一參考光波都與一不同的顏色通道相關(guān)聯(lián)，并且每一干涉圖形都與一不同的參考光波之一相關(guān)聯(lián)。干涉圖形用來產(chǎn)生物光波，并且每一物光波都與一不同的顏色通道之一相關(guān)聯(lián)。物光波被調(diào)制產(chǎn)生調(diào)制的光波。
在還有的另一實施例中，分束器包括適用于接收與不同顏色通道相關(guān)聯(lián)的光束的全息介質(zhì)。介質(zhì)適用于導(dǎo)引光束沿著不同角度的光路傳播，所述角度基于相關(guān)聯(lián)的顏色通道。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的投影系統(tǒng)示意圖。
圖4示明了一種從全息圖再現(xiàn)物光波的技術(shù)。
圖5示明了一種記錄全息圖的技術(shù)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例圖3投影系統(tǒng)的電系統(tǒng)示意圖。詳述參考圖3，根據(jù)本發(fā)明投影系統(tǒng)60的一實施例包括產(chǎn)生非調(diào)制的光束的光源76，其中的每一非調(diào)制的光束都與一特定的基色通道相關(guān)聯(lián)，即與一特定的波長范圍相關(guān)。作為一個實例，非調(diào)制的光中的一束可包括具有與紅色相關(guān)聯(lián)波長的光譜成分，因此，非調(diào)制的光束(此后稱紅色非調(diào)制的光束)與紅色通道相關(guān)聯(lián)。類似地，光束中的另一束(稱藍(lán)色非調(diào)制的光束)可與藍(lán)色通道相關(guān)聯(lián)，以及光束中的另一束(稱綠色非調(diào)制的光束)可與綠色通道相關(guān)聯(lián)。紅色、綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光束沿各自的光路91、92和93到達(dá)偏振分束器80。偏振分束器80接著改變非調(diào)制的光束的行程，將光束沿各自的光路94、95和96導(dǎo)向到空間光調(diào)制器(SLM)70、72和74的總的方向上。SLM70、72和74中的一個或多個可包括液晶顯示(LCD)面板，并且光源76可包括例如一個或多個激光和/或一個或多個發(fā)光二極管(LED)。
傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)為了控制顏色通道和SLM之間的光通信目的可包括幾個位于光源76和SLM70、72和74之間的光學(xué)裝置。但是，不同于傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)，在一些實施例中，投影系統(tǒng)60包括控制顏色通道和SLM70、72以及74之間雙向通信的全息分束器62，它是一單個光裝置(在一些實施例中)。
更具體地是，全息分束器62使每束基于光束光譜成分波長的光衍射，即全息分束器62使每束基于其相關(guān)聯(lián)顏色通道的光衍射。全息分束器62對每個顏色通道的光束施加的衍射都不相同，這個特性可用于引起非調(diào)制的光束沿分開的獨(dú)立光路64(對藍(lán)色通道)、66(對綠色通道)和68(對紅色通道)從全息分束器62出射，如下所述。
例如，類似于其它非調(diào)制的光，紅色非調(diào)制的光沿著基本在角度上與面71垂直的光路94進(jìn)入全息分束器62的入射面71。紅色非調(diào)制的光從全息分束器62反面出射的角度(稱θ3)由與紅色通道相關(guān)聯(lián)，并且存儲在全息分束器62中的干涉圖形(稱全息圖)來控制。用這種方式，全息圖使入射的紅色非調(diào)制的光束衍射使得光束以θ3角度(并且沿著光路68)從面73出射。
類似地，全息分束器62存儲著與綠色和藍(lán)色通道相關(guān)聯(lián)的全息圖。這些全息圖使綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光衍射，使得綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光束以稱為θ2和θ1的角度從面73出射并沿各自的光路66和64。因此，每一全息圖都與一特定的顏色通道相關(guān)聯(lián)，并且因為每一全息圖都是高度波長選擇的，所以全息圖不會使與其它顏色通道相關(guān)聯(lián)的光束衍射。
一旦被SLM70、72和74之一所調(diào)制，則產(chǎn)生的調(diào)制的光束就會沿著類似于入射的非調(diào)制的光束的路徑返回到偏振分束器80。更具體地是，紅色、綠色和藍(lán)色調(diào)制的光束沿各自的光路69、67和65，其基本上是沿著(在相反的方向)紅色、綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光束各自的光路68、66和64。例如，SLM70調(diào)制紅色非調(diào)制的光束以產(chǎn)生沿光路69返回到全息分束器62的紅色調(diào)制的光束，因為紅色調(diào)制的光束以近似為θ3的角度進(jìn)入全息分束器62的面73(即紅色非調(diào)制的光從面73出射的角度)，所以紅色調(diào)制的光束將沿著接近(在相反方向)紅色非調(diào)制的光束所走光路94的光路97從全息分束器62的面71出射。類似地，綠色和藍(lán)色調(diào)制的光束將沿著各自分別接近(在相反方向)綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光束所走光路95和96的光路98和99從面71出射。紅色、綠色和藍(lán)色調(diào)制的光束沿著光路96、95和94穿過偏振分束器80并到達(dá)形成有紅色、綠色和藍(lán)色調(diào)制的光束圖像的投影光學(xué)部件82上，調(diào)制的光束圖像在投影屏90上組合形成一幅多色復(fù)合圖像。
上述投影系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可包括下列中一個或多個可充分降低投影系統(tǒng)的價格；可將投影系統(tǒng)中光裝置的準(zhǔn)直簡單化；易于批量生產(chǎn)全息分束器；不需要二色性濾光器；可節(jié)約能量；可有效控制顏色保真度；可增加光通過量；以及可將投影系統(tǒng)小型化。
參考圖4，全息分束器62可包括一種存儲至少三幅全息圖的體記錄介質(zhì)61，其中每一幅全息圖用來使一不同顏色通道的光束衍射。通常，儲存的全息圖允許通過將參考波102(如紅色非調(diào)制的光束，例如進(jìn)入全息分束器62的面71時)投射在面71上而形成一再現(xiàn)的物光波104(如紅色非調(diào)制的光束，例如出射全息分束器62的面73時)。
每一幅全息圖的記錄可與其它全息圖的記錄分開單獨(dú)進(jìn)行，以防止“洗跡”被記錄在全息圖中，而每一幅全息圖(對一特定顏色通道)的記錄可用下列方法進(jìn)行。參考圖5，與特定顏色通道相關(guān)聯(lián)的參考波102被投射在全息分束器62的面71上。作為一個實例，在一些實施例中，參考波102角度基本上垂直于面71，而且參考波102和物光波100可通過，例如，發(fā)光二極管(LED)或激光器產(chǎn)生，所述發(fā)光二極管或激光器發(fā)射具有與特定顏色通道相關(guān)聯(lián)的波長的光譜成分的光。
例如，為了對藍(lán)色通道形成全息圖，LED或激光器可將藍(lán)色光束投射到面71以形成參考波102。另一LED或激光器可用來將另一藍(lán)色光束以角度θ(如圖5所示)投射到面71形成物光波100。角度θ決定光路64的路線，即藍(lán)色調(diào)制的光(即再現(xiàn)的物光波104(見圖4))所行進(jìn)的光路。與紅色和綠色通道相關(guān)聯(lián)的全息圖可用類似的方法進(jìn)行記錄。
在數(shù)學(xué)上，對特定顏色通道的全息圖可用下列方程描述H＝|O+R|2＝|O|2+|R|2+OR*+O*R，(1)這里尾標(biāo)“*”代表共軛，“O”代表物光波100且“R”代表參考波102。在再現(xiàn)過程中，全息圖再次用參考波102進(jìn)行照射，使得全息圖將參考波102衍射以產(chǎn)生再現(xiàn)物光波104，其在數(shù)學(xué)上描述如下OR＝H*R＝|O+R|2*R＝R|O|2+R|R|2+O|R|2+O*R2，(2)這里“OR”表示再現(xiàn)物光波104。如果R＝1，則在方程(2)中的第三項為初始物光波100，并且剩余光分解在其它后的三項之中。雖然后三項可能對振幅全息圖物光波100的再現(xiàn)起作用，但是在一些實施例中，記錄在全息分束器62中的全息圖是只有位相的全息圖，這種全息圖有效抑制了方程(2)的后三項且只有很小部分的光浪費(fèi)。用在全息分束器62中的全息體記錄介質(zhì)可薄可厚，在一些實施例中為幾個毫米厚。
參考圖6，投影系統(tǒng)60可包括下列電系統(tǒng)200，它可以是例如計算機(jī)系統(tǒng)的一部分或單機(jī)工作的投影機(jī)的一部分。特別地，電系統(tǒng)200可包括視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(VESA)接口202，以用于從VESA電纜201接收模擬信號。VESA標(biāo)準(zhǔn)在計算機(jī)顯示時序規(guī)范V.1，rev.0.8中有進(jìn)一步的描述，該規(guī)范可從互聯(lián)網(wǎng)www.vesa.org/standars.html上得到。這些模擬信號表示由顯示面板70、72和74形成的圖像，而且可由計算機(jī)的圖形卡產(chǎn)生。模擬信號由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器204轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且數(shù)字信號存儲在幀緩沖器206中。時序產(chǎn)生器212可連接到幀緩沖器206上，且調(diào)節(jié)圖像形成于屏59上的幀速率。處理器220(例如一個或多個中央處理單元(CPU)，微控制器或微處理器)可經(jīng)過總線208連接到幀緩沖器206。
處理器220可處理存儲在幀緩沖器206中的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生在SLM70、72和74上形成圖像的顯示。例如，處理器220可將圖形卡使用的坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換為SLM70、72和74所使用的坐標(biāo)空間，將圖形卡使用的顏色空間重新映射為SLM70、72和74使用的顏色空間，并且使得數(shù)據(jù)符合SLM70、72和74的伽馬函數(shù)。這些操作的最終結(jié)果是一組用于圖像的每一像素的RGB值。用這種方式，R值可用來形成SLM70的像素的強(qiáng)度值，G值可用來形成SLM72的像素的強(qiáng)度值，以及B值可用來形成SLM74像素的強(qiáng)度值。
在系統(tǒng)200的其它特點(diǎn)中，系統(tǒng)200可包括一個連接到總線208和驅(qū)動電壓的顯示面板接口222，以響應(yīng)于地址產(chǎn)生器214提供的信號在SLM70、72和74上形成圖像。映象215(儲存在映射存儲器216中)指出SLM70、72和74的像素單元與相應(yīng)的由SLM70、72和74顯示的圖像像素單元之間所需要的映射變換。映象215可由地址產(chǎn)生器214使用，以便為SLM70、72和74的像素單元產(chǎn)生像素地址。
其它實施例在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，在一些實施例中，SLM可用硅光柵調(diào)制器(也稱為光柵光閥)替代。作為另一個實例，全息分束器62可存儲用于其它顏色通道的全息圖，如第四顏色通道，例如其可用于在屏90和圖像傳感器之間建立雙向通信。用這種方式，第四顏色通道可以是紅外顏色通道，而且可附加一個紅外濾光器以允許接收來自屏90的、沿著與光路94、95和96相反方向光路行進(jìn)的紅外光。為了將紅外控制信號解碼的目的，全息分束器62將紅外光導(dǎo)引到(投影系統(tǒng)的)成像器上。于是，屏90的一個觀眾可以操作遙控向屏90發(fā)送紅外控制信號，因此，可與投影系統(tǒng)交互地進(jìn)行通信。
作為另一個實例，在一些實施例中，光源76可由較少或較多的光源替代。例如，在一些實施例中，單個光源如弧光燈可與二色性鏡一起使用產(chǎn)生紅色、綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光圖像。
又另一個實例，在一些實施例中，結(jié)合脈沖技術(shù)只使用一個SLM，這使得紅色、綠色和藍(lán)色非調(diào)制的光束以時間復(fù)用的方式被單獨(dú)地并且順序地投射到SLM上。用這種方式，在SLM調(diào)制紅色非調(diào)制的光束的時隙期間，SLM接收代表對紅色通道調(diào)制的電信號；在SLM調(diào)制綠色非調(diào)制的光束的時隙期間，SLM接收代表對綠色通道調(diào)制的電信號；等。
雖然本發(fā)明已經(jīng)公開，僅提及幾個有限的實施例，但是在本領(lǐng)域得益于此公開的技術(shù)人員會從中認(rèn)識到多種更改和變化。所附的權(quán)利要求將覆蓋所有落入本發(fā)明的精神和范圍的這種更改和變化。
權(quán)利要求
1.一種投影系統(tǒng)，包括至少一個光源；至少一個光調(diào)制器；以及一個全息分束器，其適用于在所述至少一個光源和所述至少一個光調(diào)制器之間建立光通信。
2.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，還包括投影光學(xué)部件，以及其中，全息分束器還適用于在所述至少一個光調(diào)制器和所述至少一個投影光學(xué)部件之間建立光通信以產(chǎn)生合成圖像。
3.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中所述至少一光源適用于產(chǎn)生非調(diào)制的光束，以及非調(diào)制的光束與至少三個顏色通道相關(guān)聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中所述的至少一個光源適用于產(chǎn)生非調(diào)制的光束，以及非調(diào)制的光束與至少四個顏色通道相關(guān)聯(lián)。
5.一種投影系統(tǒng)，包括至少一個光源，其適用于提供非調(diào)制的光束，每一非調(diào)制的光束與一不同的顏色通道相關(guān)聯(lián)；至少一個光調(diào)制器，每一個光調(diào)制器與非調(diào)制的光束中的不同的一個光束相關(guān)聯(lián)，并且適用于對相關(guān)聯(lián)的非調(diào)制的光束進(jìn)行調(diào)制以產(chǎn)生調(diào)制的光束；以及一個全息分束器，適用于將每一非調(diào)制的光束導(dǎo)引到相關(guān)聯(lián)光調(diào)制器上。
6.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，還包括投影光學(xué)部件，其中，全息分束器還適用于將調(diào)制的光束導(dǎo)向到投影光學(xué)部件形成合成圖像。
7.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中全息分束器包括基于相位的全息分束器。
8.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中非調(diào)制的光束與至少三個顏色通道相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中非調(diào)制的光束與至少四個顏色通道相關(guān)聯(lián)。
10.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中所述至少一個光源包括一個發(fā)光二極管。
11.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中所述至少一個光源包括一個激光器。
12.如權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中所述至少一個光調(diào)制器包括一個液晶顯示面板。
13.一種方法包括提供參考光波，每一參考光波與一不同的顏色通道相關(guān)聯(lián)；記錄干涉圖形，每一干涉圖形與一不同的參考光波之一相關(guān)聯(lián)；利用干涉圖形產(chǎn)生物光波，每一物光波與一不同的顏色通道相關(guān)聯(lián)；以及調(diào)制物光波以產(chǎn)生調(diào)制的光波。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中調(diào)制物光波的步驟包括將調(diào)制的光波導(dǎo)向到光學(xué)部件以形成多色圖像。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中導(dǎo)向的步驟包括利用干涉圖形。
16.如權(quán)利要求13的方法，其中提供的步驟包括利用激光器提供參考光波。
17.如權(quán)利要求13的方法，其中提供的步驟包括利用發(fā)光二極管提供參考光波。
18.一種計算機(jī)系統(tǒng)，包括一個處理器，適用于顯示與不同顏色通道相關(guān)聯(lián)的圖像；至少一個光源，適用于提供非調(diào)制的光束，每一非調(diào)制的光束與不同的顏色通道之一相關(guān)聯(lián)；至少一個光調(diào)制器，每一光調(diào)制器與一不同的非調(diào)制的光束之一相關(guān)聯(lián)，并且被適配于利用來自處理器的圖像顯示調(diào)制相關(guān)聯(lián)的非調(diào)制的光束以產(chǎn)生調(diào)制的光束；以及一個全息分束器，適用于將每一非調(diào)制的光束導(dǎo)向到相關(guān)聯(lián)的光調(diào)制器上。
19.如權(quán)利要求18的計算機(jī)系統(tǒng)，還包括投影光學(xué)部件，其中，全息分束器還適用于將調(diào)制的光束導(dǎo)向到光學(xué)元件上以形成合成圖像。
20.如權(quán)利要求18的計算機(jī)系統(tǒng)，其中全息分束器包括基于位相的全息分束器。
全文摘要
投影系統(tǒng)(60)包括至少一個光源(76),至少一個光調(diào)制器(70,72,74)和一個全息分束器(80)。光源(76)適用于提供非調(diào)制的光束(91,92,93),并且每一非調(diào)制的光束都與一不同的顏色通道之一相關(guān)聯(lián)。每一光調(diào)制器(70,72,74)與一不同的非調(diào)制的光束之一相關(guān)聯(lián)并且適用于調(diào)制相關(guān)聯(lián)的非調(diào)制的光束以產(chǎn)生調(diào)制的光束(97,98,99)。全息分束器(80)適用于將每一非調(diào)制的光束(91,92,93)導(dǎo)向到相關(guān)聯(lián)的光調(diào)制器(70,72,74)上。
文檔編號G03B21/00GK1344375SQ00805369
公開日2002年4月10日 申請日期2000年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月24日
發(fā)明者K·拉 申請人:英特爾公司