Оптическая проекционная система

 

Оптическая проекционная система содержит протяженный источник белого света, линзу источника, устройство останова источника, оптическое средство, первую, вторую и третью решетки активных зеркал с числом элементов М х N, средство разделения луча, включающее первую и вторую дихроические линзы, первую, вторую и третью полевые линзы, устройство останова проектирования, проекционную линзу и проекционный экран. Каждая полевая линза располагается между каждым дихроическим зеркалом и каждой решеткой активных зеркал и используется для коллимирования каждого основного светового луча на соответствующую решетку активных зеркал и перефокусировки каждого отраженного основного светового луча, выходящего через средство разделения луча и оптическое средство, и окончательно на устройство останова проектирования. Техническим результатом изобретения является создание проекционной системы без сложной системы полевых линз, позволяющей изображать пиксели с числом элементов М х N. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к оптической проекционной системе и, в частности, к оптической проекционной системе, имеющей новое средство оптического отклонения.

Предшествующий уровень техники Среди различных систем видеоизображения, использующихся в технике, известна оптическая проекционная система, которая позволяет обеспечивать высокое качество изображений больших размеров.

На фиг. 1 изображена оптическая проекционная система 100, соответствующая предшествующему уровню техники, которая содержит протяженный источник 1 белого света, пластину 2 Шлайнера, имеющую множество отражающих поверхностей и такое же количество щелей, линзу 3 источника, проекционную линзу 4, систему 5 полевых линз, проекционный экран 6, средство 7 разделения луча, включающее первое и второе дихроические зеркала 8, 9, и первую, вторую и третью решетки 10, 11, 12 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N.

В такой системе белый свет, излучаемый из протяженного источника 1 белого света, фокусируется вдоль первой оптической траектории света на отражающие поверхности пластины 2 Шлайнера посредством линзы 3 источника, и белый свет состоит из первого, второго и третьего основных световых лучей. Каждый из основных световых лучей является лучом основных цветов. Отражающие поверхности пластины 2 Шлайнера находятся в поле зрения линзы 3 источника и системы 5 поля линзы. Белый свет, отраженный от каждой отражающей поверхности, отклоняется по направлению второй оптической траектории и коллимируется системой 5 полевых линз, таким образом равномерно освещая средство 7 деления луча, включающее первое и второе дихроические зеркала 8, 9, в котором первое дихроическое зеркало 8 расположено между системой 5 полевых линз и вторым дихроическим зеркалом 9, которое находится в поле зрения первой решетки 10 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N, а второе дихроическое зеркало 9 расположено между первым дихроическим зеркалом 8 и третьей решеткой 12 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N, которое находится в поле зрения второй решетки 11 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N. Белый свет от системы 5 полевых линз падает на первое дихроическое зеркало 8, которое отражает первый основной луч белого света в направлении первой решетки 10 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N и передает второй и третий основные лучи света на второе дихроическое зеркало 9, на которое в свою очередь, падают второй и третий основные лучи света от первого дихроического зеркала 8, которое отражает второй основной луч света на вторую решетку 11 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N, и передает третий основной луч света на третью решетку 12 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N. Каждое из управляемых зеркал 13 решеток 10, 11, 12 соответствует каждому пикселю, который будет изображен.

Оптическая траектория отраженных основных лучей света от каждого управляемого зеркала 13 в каждой решетке 10, 11, 12 определяется величиной отклонения от него.

Отраженные основные лучи света от каждого неотклоняющегося управляемого зеркала в каждой решетке 10, 11, 12 фокусируются на пластину 2 Шлайнера посредством системы 5 полевых линз через первое и второе дихроические зеркала 8, 9 вдоль второй оптической траектории и останавливаются посредством отражающих там поверхностей, тогда как отраженные основные лучи от каждого отклоняющего управляемого зеркала в каждой решетке 10, 11, 12 фокусируются обратно на пластину 2 Шлайнера посредством системы 5 полевых линз через первое и второе дихроические зеркала 8, 9 вдоль третьей оптической траектории так, что часть фокусируемых световых лучей выходит из щели. Основные световые лучи из каждого управляемого зеркала 13 в каждой решетке 10, 11, 12, которые проходят через щели, передаются на проекционную линзу 4, которая проектирует переданные основные световые лучи от каждого управляемого зеркала 13 в каждой решетке 10, 11, 12 на проекционный экран 6 посредством отображения каждого соответствующего тому пикселя. Один из главных недостатков вышеупомянутой оптической проекционной системы 100 заключается в использовании пластины 2 Шлайнера. Поскольку белый свет, выходящий из протяженного светового источника 1, фокусируется на отражающие поверхности пластины 2 Шлайнера под фиксированным углом, отраженный белый свет от него значительно отклоняется и имеет большой диаметр луча, и для того, чтобы одинаково освещать таким белым светом средство 7 разделения луча и решетки 10, 11, 12 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N и затем перефокусировать отраженный луч от решеток 10, 11, 12 управляемых зеркал 13 с числом элементов М х N на пластину 2 Шлайнера, система 5 полевых линз, используемая в них, должна быть чрезвычайно сложной.

Раскрытие изобретения В основу настоящего изобретения положена задача создания оптической проекционной системы без использования пластины Шлайнера посредством устранения необходимости использования сложной системы полевых линз.

В соответствии с настоящим изобретением созданная оптическая проекционная система позволяет изображать пиксели с числом элементов М х N, где М и N - целые числа, и содержит протяженный источник белого света для излучения белого света вдоль первой оптической траектории на первой оптической плоскости, в которой белый свет состоит из первого, второго и третьего основных световых лучей, причем каждый из основных световых лучей является одним из основных цветов; три решетки управляемых зеркал с числом элементов М х N, включающие первую, вторую и третью решетки управляемых зеркал с числом элементов М х N, каждое управляемое зеркало, имеющее привод и зеркало, прикрепленные к нему, каждое из управляемых зеркал в решетках позволяет изменять длину оптической траектории основных световых лучей, отраженных от них; апертурную диафрагму источника, снабженную элементом передачи света, имеющим специфическую конфигурацию, и диафрагмой для света, размещенной на первой оптической траектории на первой оптической плоскости, для формирования белого света от протяженного источника белого света в предварительно заданную конфигурацию; линзу источника, расположенную между апертурной диафрагмой источника и протяженным источником белого света, для фокусировки белого света, излучаемого протяженным источником белого света на апертурную диафрагму источника, оптическое средство для отражения белого света от апертурной диафрагмы источника на предварительно заданный угол; средство разделения луча, включающее первое и второе дихроические зеркала, в котором первое дихроическое зеркало, расположенное между оптическим средством и вторым дихроическим зеркалом напротив первой решетки управляемого зеркала с числом элементов М х N, используется для изолирования и отражения первого светового луча белого света от оптического средства в первой решетке управляемых зеркал с числом элементов М х N для передачи второго и третьего основных световых лучей ко второму дихроическому зеркалу, и второе дихроическое зеркало, расположенное между первым дихроическим зеркалом и третьей решеткой управляемых зеркал с числом элементов М х N напротив второй решетки управляемых зеркал с числом элементов М х N, после приема вторых и третьих основных световых лучей от первого дихроического зеркала, для изолирования и отражения второго основного светового луча на второй решетке управляемых зеркал с числом элементов М х N, и для передачи третьего основного светового луча третьей решетки управляемых зеркал с числом элементов М х N; три полевые линзы, включающие первую, вторую и третью полевые линзы, каждая из первой, второй и третьей полевых линз расположена между первым дихроическим зеркалом и первой решеткой управляемых зеркал с числом элементов М х N, между вторым дихроическим зеркалом и второй решеткой управляемых зеркал с числом элементов М х N и между вторым дихроическим зеркалом и третьей решеткой управляемых зеркал с числом элементов М х N соответственно, в которых каждая из полевых линз используется для коллимирования каждого основного светового луча на соответствующей решетке управляемых зеркал с числом элементов М х N и для перефокусировки каждого основного светового луча, отраженного от каждого управляемого зеркала в каждой решетке; проекционный экран для отображения изображения, созданного числом пикселей М х N на проекционном экране; проекционную апертурную диафрагму, снабженную элементом передачи света и диафрагмой света, пропускающего предварительно заданное количество отраженных основных лучей от трех решеток управляемых зеркал с числом элементов М х N; и проекционную линзу для проектирования основных световых лучей от проекционной апертурной диафрагмы на проекционный экран, таким образом отображая каждый соответствующий тому пиксель.

Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схематически вид оптической проекционной системы предшествующего уровня техники; фиг. 2 изображает схематически вид оптической проекционной системы в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения; фиг. 3 изображает схематический вид оптической проекционной системы, включая подробный вид оптического средства, показанного на фиг. 2; и фиг. 4 изображает схематически вид оптической проекционной системы, включая подробный вид другого оптического средства, показанного на фиг. 2.

Лучший вариант осуществления изобретения Рассмотрим фиг. 2-4, на которых схематически изображены виды предлагаемой оптической проекционной системы в соответствии с предпочтительными вариантами настоящего изобретения. Следует отметить, что одинаковые элементы, указанные на фиг. 2-4, обозначены одинаковыми номерами.

На фиг. 2 показано, что схематически изображенный вид предлагаемой оптической проекционной системы 200 содержит протяженный источник 101 белого света, линзу 102 источника, устройство останова 103 источника, снабженного элементом 51 передачи света, имеющим специфическую конфигурацию и элемент 61 останова света, оптическое средство 104, включающее отражающую поверхность 120, средство 105 разделения луча, включающее первое и второе дихроические зеркала 106, 107, три решетки управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N, включающие первую, вторую и третью решетки 108, 109, 110 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N, три полевые линзы, включающие первую, вторую и третью полевые линзы 112, 113, 114, проекционное устройство останова 115, снабженное элементом 52 передачи света, имеющим специфическую конфигурацию и элемент 62 останова луча, проекционную линзу 116 и проекционный экран 117.

В такой системе белый свет, выходящий из протяженного источника 101 белого света, фокусируется вдоль первой оптической траектории на первую оптическую плоскость на элемент 51 передачи света на апертурную диафрагму 103 источника посредством линзы 102 источника, расположенного между протяженным источником 101 белого света и апертурной диафрагмой 103 источника, в котором белый свет состоит из первого, второго и третьего основных лучей, причем каждый из основных световых лучей представляет собой один из основных цветов. Апертурная диафрагма 103 источника используется для формирования белого света от протяженного источника 101 белого света через линзу 102 источника в предварительно заданную конфигурацию посредством разрешения определенной доли белого света проходить от него через элемент 51 передачи света. Белый свет из апертурной диафрагмы 103 источника, имеющего предварительно заданную конфигурацию, падает на отражающую поверхность 120 оптического средства 104. Отражающая поверхность 120 оптического средства 104, расположенная под углом, например, 48^o-50^o по отношению к первой оптической плоскости, находится напротив апертурной диафрагмы 103 источника и средства 105 деления луча. Белый свет, отраженный от отражающей поверхности 120 оптического средства 104, распространяется вдоль второй оптической плоскости и равномерно освещает средство 105 деления луча, включающее первое и второе дихроические зеркала 106, 107. Вторая оптическая траектория расположена под углом 80^o-100^o по отношению к первой оптической траектории 118. Первое дихроическое зеркало 106 расположено под углом, например, 45^o и расположено между оптическим средством 104 и вторым дихроическим зеркалом 107 напротив первой решетки управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N, принимает белый свет от отражающей поверхности 120 оптического средства 104, изолирует и отражает первый основной луч белого света на первую решетку 108 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N и передает второй и третий основные лучи света на второе дихроическое зеркало 107. Второе дихроическое зеркало, наклоненное под углом, например, 45^o, расположено между третьей решеткой 110 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N и первым дихроическим зеркалом 106 напротив второй решетки 109 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N, причем после приема второго и третьего основных световых лучей от первого дихроического зеркала 106, изолирует и отражает второй основной луч света на вторую решетку 109 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N и передает третий основной луч света на третью решетку 110 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N.

Каждое из управляемых зеркал 111 в решетках 108, 109, 110 включает зеркало 53 и привод 54, изготовленный из пьезоэлектрического материала или электрострикционного материала, который деформируется в ответ на прикладываемое к нему электрическое поле. Каждое из управляемых зеркал 111 в решетках 108, 109, 110 соответствует каждому пикселю, который будет изображен. Каждая из первой, второй и третьей групповых линз 112, 113, 114, размещенная между первым дихроическим зеркалом 106 и первой решеткой 108 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N, вторым дихроическим зеркалом 107 и второй решеткой 109 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N и вторым дихроическим зеркалом 107 и третьей решеткой 110 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N соответственно, используется для коллимирования каждого из основных световых лучей от каждого дихроического зеркала 106, 107 в средстве 105 разделения луча до таким образом одинакового освещения каждого из основных световых лучей на соответствующей решетке управляемых зеркал с числом элементом М х N.

Оптическая траектория отраженных основных лучей от каждых управляемых зеркал 111 в каждой решетке 108, 109, 110 определяется величиной отклонения от него.

Отраженные основные световые лучи от каждого неотклоняемого управляемого зеркала в каждой решетке 108, 109, 110 фиксируются обратно на проекционное устройство останова 115 посредством соответствующей полевой линзы через средство 105 разделения луча и остановленный посредством элемента 62 останова света проекционного устройства останова 115, расположенного между проекционной линзой 116 и оптическим средством 104, тогда как отраженные основные световые лучи от каждых отраженных управляемых зеркал в каждых решетках 108, 109, 110 фокусируются обратно на проекционную апертурную диафрагму 115 посредством соответствующей полевой линзы через средство 105 разделения луча вдоль третьей оптической траектории так, что часть сфокусированных основных световых лучей проходит через элемент 52 передачи света проекционной апертурной диафрагмой 115, таким образом модулируя интенсивность основных световых лучей.

Для того, чтобы основные световые лучи, образующие белый свет, излучались из протяженного источника 101 белого света, необходимо сформировать изображение, соответствующее электрическому сигналу на проекционном экране 117. Оптическая траектория для каждых световых лучей между оптическим средством 104 и каждыми решетками 108, 109, 110 управляемых зеркал 111 должна быть одинаковой длины. Более того, оптические траектории каждых основных световых лучей, распространяющихся от источника с апертурной диафрагмой источника до каждой решетки 108, 109, 110 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N и от каждой решетки 108, 109, 110 управляемых зеркал 111 с числом элементов М х N до проекционной апертурной диафрагмы 115, должны быть одинаковой длины.

Это достигается путем размещения апертурной диафрагмы 103 источника и проекционной апертурной диафрагмы 115 в фокусе групповых линз 112, 113, 114, используемых в нем. Кроме того, плотность света оптической проекционной системы 200 имеет максимальное значение, когда весь белый свет, который проходит через элемент 51 передачи света апертурной диафрагмы 103 источника, проходит через элемент 61 передачи света проекционной апертурной диафрагмы 115, и это может быть достигнуто путем изготовления элементов 51, 61 передачи света устройства апертурной диафрагмы 103, 115 идентичными по форме и размеру.

Основные световые лучи от каждого управляемого зеркала 111 в решетках 108, 109, 110, которые проходят через элемент 61 передачи света проекционной апертурной диафрагмы 115, расположенного в фокусе групповых линз 112, 113, 114, передаются в проекционную линзу 116, которая в свою очередь проектирует переданные основные световые лучи на проекционный экран 117 посредством изображения каждого пикселя, который необходимо изобразить.

Вместо использования сложной системы 5 полевой линзы между средством 7 разделения луча и пластиной 2 Шлайнера, как показано в оптической проекционной системе 100 предшествующего уровня техники, в предлагаемой оптической проекционной системе 200 используются три полевые линзы 112, 113, 114, каждая из полевых линз расположена между дихроическим зеркалом 106 и первой решеткой 108 управляемых зеркал 111, вторым дихроическим зеркалом и второй решеткой 109 управляемых зеркал 111 и вторым дихроическим зеркалом 107 и третьей решеткой 110 управляемых зеркал 111 соответственно. При таком устройстве каждый из основных световых лучей меньше рассеивается и имеет меньший диаметр луча и поэтому может легко фокусироваться, таким образом устраняя необходимость использования системы полевой линзы.

На фиг. 3 изображена схематически диафрагма предлагаемой оптической проекционной схемы 200 совместно с оптическим средством 104, имеющим общее зеркало 54, которое позволяет полностью отражать белый свет от апертурной диафрагмы 103 источника на средстве 105 разделения луча.

С другой стороны, на фиг. 4 изображена схема предлагаемой оптической проекционной системы 200, включающая поляризационный делитель луча (ПДЛ) 55 и пластину 56 λ/4, в которой ПДЛ 55 используется для разделения белого света на два поляризованных луча, первый и второй поляризованные лучи, и отражения одного поляризованного луча в пластине 56 λ/4, и пластину 56 λ/4, которая после приема отраженного поляризационного луча от ПДЛ 55 используется для изменения фазы отраженного поляризованного луча от ПДЛ 55 и передачи фазы измененного поляризованного луча к средству 105 разделения луча.

Хотя настоящее изобретение описано только этим примером, возможны и другие модификации и изменения, но при условии, что они не выходят за рамки настоящего изобретения, так как оно заявлено в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Оптическая проекционная система, позволяющая отображать M · N число пикселей, где M и N - целые числа, содержащая: протяженный источник белого света для излучения белого света вдоль первой оптической траектории на первую оптическую плоскость, отличающаяся тем, что белый свет состоит из первого, второго и третьего основных световых лучей, каждый основной световой луч представляет собой один из основных цветов и при этом содержит три решетки управляемых зеркал с числом элементов M · N, включающие первую, вторую и третью решетки управляемых зеркал с числом элементов M · N, каждое из управляемых зеркал, имеющее привод и зеркало, подсоединенное к нему, каждое из управляемых зеркал в решетках, выполненных с возможностью изменения длины оптической траектории, основных световых лучей, отраженных от них, апертурную диафрагму источника, снабженную элементом передачи света, имеющим специфическую конфигурацию и диафрагмой для света, размещенной на первой оптической траектории на первой оптической плоскости, для формирования белого света из протяженного источника белого света в предварительно заданную конфигурацию; линзу источника, расположенную между апертурной диафрагмой источника и протяженным источником белого света, для фокусировки белого света, излучаемого протяженным источником белого света на апертурную диафрагму источника, оптическое средство для отражения белого света от апертурной диафрагмы источника на предварительно заданный угол; средство разделения луча, включающее первое и второе дихроические зеркала, в котором первое дихроическое зеркало, расположенное между оптическим средством и вторым дихроическим зеркалом, расположенным напротив первой решетки управляемого зеркала с числом элементов M · N, используется для изолирования и отражения первого светового луча белого света от оптического средства до первой решетки управляемых зеркал с числом элементов M · N и для передачи второго и третьего основных световых лучей до второго дихроического зеркала, и второе дихроическое зеркало, расположенное между первым дихроическим зеркалом и третьей решеткой управляемых зеркал с числом элементов M · N, расположенной напротив второй решетки управляемых зеркал с числом элементов M · N, после приема вторых и третьих основных световых лучей от первого дихромического зеркала, для изолирования и отражения второго основного светового луча до второй решетки управляемых зеркал с числом элементов M · N, и для передачи третьего основного луча до третьей решетки управляемых зеркал с числом элементов M · N; три полевые линзы, включающие первую, вторую и третью полевые линзы, каждая из первой, второй и третьей полевой линзы расположена между первым дихроическим зеркалом и первой решеткой управляемых зеркал с числом элементов M · N, между вторым дихроическим зеркалом и второй решеткой управляемых зеркал с числом элементов M · N, и между вторым дихроическим зеркалом и третьей решеткой управляемых зеркал с числом элементов M · N, соответственно, и каждая полевая линза выполнена с возможностью коллимирования каждого основного светового луча на соответствующей решетке управляемых зеркал с числом элементов M · N и фокусировки каждого основного светового луча, отраженного от каждого управляемого зеркала в каждой решетке на проекционной апертурной диафрагме через средство разделения луча, проекционный экран для отображения изображения, созданного на нем с числом M · N пикселей, проекционную апертурную диафрагму, снабженную элементом передачи света и элементом остановки света, пропускающего предварительно заданное количество отраженных основных лучей от трех решеток управляемых зеркал с числом элементов M · N и проекционную линзу для проектирования основных световых лучей от проекционной апертурной диафрагмы на проекционный экран, таким образом отображая каждый соответствующий тому пиксель.

2. Оптическая проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что оптическое средство содержит зеркало, позволяющее обеспечить общее отражение белого света от диафрагмы.

3. Оптическая проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что апертурная диафрагма источника содержит элемент передачи света и элемент остановки.

4. Оптическая проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что проекционная апертурная диафрагма содержит элемент передачи света и диафрагму для света.

5. Оптическая проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что элемент передачи света апертурной диафрагмы источника совпадает с элементом передачи света проекционной апертурой диафрагмы по форме и размеру.

6. Оптическая проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что апертурная диафрагма источника и проекционная апертурная диафрагма размещаются в фокальной точке используемых в ней полевых линз.

7. Оптическая проекционная система по п.1, отличающаяся тем, что оптическое средство содержит поляризационный делитель луча (ПДЛ) и пластину λ/4, поляризационный делитель луча, используемый для разделения белого света на два поляризованных луча, первый и второй поляризованные лучи, и отраженный один из поляризованных лучей в пластине λ/4, и пластину λ/4, после приема отраженного поляризованного луча от поляризационного делителя луча, для изменения фазы отраженного поляризованного луча и передачи от них к средству разделения луча.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4