CN100492158C - 成象装置 - Google Patents

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Abstract

推荐的成象装置适合于对待成象物体(O)进行光学成象，以便产生物体图象(OI)，并且它适合于对显示图象(DI)进行光学投影，以便产生投影图象(PI)。

Description

成象装置
技术领域
本发明涉及一种成象装置，特别是兼有成象和投影能力的成象装置。
背景技术
当前，许多电子装置都可用于成象，这些装置具有成象能力并且特别是有图象记录能力。进一步开发已知光-电子装置的一个目标一方面是减小这种装置的尺寸，另一方面还要改进这些装置的功能，特别是关于不同功能的多样性和多重性。
发明内容
本发明的目的是提供一个成象装置，它进一步减小了尺寸并且进一步增加了功能的多样性。
使用根据权力要求1的成象装置，可达到这一目的。本发明的成象装置的优选实施例在相关的子权力要求的范围之内。
按照本发明，推荐的成象装置适合于以第一种成象模式对待成象物体进行光学成象，以便产生至少一个对应于上述物体的物体实象。此外，按照本发明，这种成象装置适合于以第二种成象模式对显示图象进行光学投影，以便产生至少一个对应上述显示图象的投影实象，其中，提供一个光学物镜装置，其中，上述光学物镜装置或它的一部分适合于工作在上述第一种成象模式，作为图象记录物镜或摄象物镜，或作为它的一部分，其中，上述光学物镜装置或它的一部分适合于工作在上述第二种成象模式，作为图象投影物镜或投影仪物镜，或作为它的一部分，其中，提供图象传感器装置，用于在上述第一种成象模式产生和/或记录上述物体实象，其中，提供一个照明单元，和上述光学物镜装置一起用于在上述第二种成象模式以光学方式对上述显示图象进行投影，以便获得上述投影实象，其中，在光学路径中提供一个公共偏振可选的光束分离装置，该装置一方面位于上述光学物镜装置和上述图象传感器装置之间，另一方面位于上述光学物镜装置和上述照明单元之间，以使用于上述物体实象的光在上述第一种成象模式从上述光学物镜装置耦合到上述图象传感器装置，并且以使用于上述显示图象的光在上述第二种成象模式从上述照明单元耦合到上述光学物镜装置。
因此，本发明的基本概念是把成象或记录能力与投影能力结合在单一的成象装置中。所以，仅需要一个装置对一个物体成象，产生至少一个对应于上述物体的实象，并且对待投影的给定的显示图象进行光学投影。比较而言，先前的技术需要至少两个装置去实现成象和投影这两个目的。例如，一个摄象记录仪用于成象，一个图像投影仪用于投射图象。
按照本发明成象装置的优选实施例，上述成象装置适合于对上述显示图象进行外部投影，以便获得一个外部的投影实象。因此，本发明的成象装置能用于在外部屏幕上产生投影实象，或者类似的图象。
本发明的成象装置和一个光学物镜装置一起提供，上述光学物镜装置或它的一部分，适合于在上述第一种成象模式用作图象记录物镜或摄象物镜，或作为它的一部分。此外，上述光学物镜装置或它的一部分，适合于在上述第二种成象模式用作图象投影物镜或作为投影仪物镜，或作为它的一部分。因此，按照这个特别的方法，本发明的成象装置的部件能用于不同的工作模式。结果，部件的数量以及实现本发明所需要的空间就减少了。
突出的优点是本发明的成象装置适合于以模拟或数字方式产生上述物体实象。
为实现上述物体实象的产生和/或记录，图象传感器装置被提供。
按照本发明的一个优选的实施例，上述图象传感器装置包含至少一个电荷耦合器件。也可以是多个电荷耦合器件，例如可以提供不同的频谱分量或彩色。
换言之或进而言之，其优点是提供存储装置用于存储上述物体实象、上述显示图象，它的微分和/或它的对应的图象信息。
按照进一步优选的更优越的实施例，提供一个评估/控制单元，用于至少控制上述第一种和第二种成象模式。
再者，上述评估/控制单元适合于提取，特别是从上述图象传感器装置，评估和/或存储在上述存储装置上的，对应于上述物体实象的图象信息。
还有，上述评估/控制单元适合于控制上述投影实象的形成，特别基本图象信息，尤其是存储的信息，以及从上述存储装置读取的信息，和/或特别是外部提供的，对应于待投影的上述显示图象的信息。
如果上述照明单元适合受控于上述评估/控制单元，和/或受控于上述存储装置，还有更进一步的优点
进一步，上述照明单元包含一个适合于投影目的的光源装置则更有利，特别是高压气体放电灯装置，LED装置和/或类似的装置。
再者，上述照明单元包含一个光阀门器件，特别是一个微显示器件，一个LCD器件、硅液晶(LCOS)器件和/或数字镜像器件(DMD)，用于产生上述显示图象或它的初型，特别是基于上述对应图象的信息。
在本发明的成象装置中，上述光阀门器件可以包含单个光阀门用于所有基本彩色，或者一个光阀门用于上述基本彩色中的一个。
本发明的成象装置特别适合于对观众显示当前摄取的和/或先前记录的图象，方法是借助提供的取景器镜片，在取景器模式显示个别的图像。
上述取景器镜片可包含一个取景器屏用于产生实象。
换言之，上述取景器镜片可包含一个取景器目镜，用于产生虚象。
更可取的是，本发明的成象装置适合于处理多个图象，特别是图象序列或电影。
若本发明的成象装置构成为具有投影仪能力的摄象记录装置，则还有更多的优点
本发明的这些和其它方面，现在用以下篇幅作更详细的解释：
提供一个装置，例如它记录视频图象就象摄象记录仪，并且在记录之后能把视频图象投影到屏幕上。两种应用方式，摄相机和投影仪可以共亨同一镜头。使图画成象并投影这个图象。此外，投影单元的部件可用作电子取景器。
在摄象记录仪模式，物镜用于在图象传感器上形成主体的实象，例如CCD(电荷耦合器件)。图象被记录下来，模拟或数字，并存储在存储器件或存储装置上。提供的电子取景器可用于立即给出所记录景物的返馈。在取景器中，图象被显示在小尺寸的显示器上，例如TFT-LCD(薄膜晶体管驱动的液晶显示)或LOCS(硅液晶，反射显示型)。
在投影仪模式，一个或多个显示装置，如PSI-LCD(多硅驱动液晶显示，传输显示型)，LCOS(硅上液晶，反射显示型)或DMD(数字镜像器件，反射显示型)可用于显示图象，它借助于投影物镜在屏幕上成象。具有足够光通量的灯和一个具有高效率的光学照明单元是必须的，以便照射显示器件并得到光亮的屏幕成象。
在这些模式，可用一个偏振光分离器PBS传输光的一个偏振分量并反射互补分量。也可用能转换偏振光偏振方向的电子半波延迟器。它们通常由填充在两个玻璃片之间的准直液晶层组成，并且能以加电场的方式转换它们的光特性。
己知的视象投影仪和摄象记录仪是分离的装置。本发明描述了如何把这种装置集成为一个装置的原理。这种装置的部件对两个用途来说是共亨的以便节省空间、重量和成本。
附图说明
下面，参阅基于本发明优选实施例的相关的图，本发明的这些和更多的方面将会得到更详细的解释。
图1借助图解和横断面侧视图，对本发明第一种成象或摄象记录仪模式，解释其原理和过程。
图2借助图解和横断面的侧视图，对本发明第二种成象或投影模式，解释其原理和过程。
图3、4对本发明原理涉及到的不同类型的照明单元进行解释。
图5-7借助图解和横断面侧视图，说明本发明原理中用到的取景器的不同实施例。
具体实施方式
在下面的描述中，具有相似功能或相似结构的类似元件用相同的参考符号表示，这些元件的详细描述不再赘述。
附图中的附图标记的含义为：
1 发光器件
10  光学物镜装置，透镜装置
20 光束分离装置，光束偏振分离器
30 LCD器件，光阀门器件
30 a-c LCD器件，光阀门器件
31 延迟装置，旋转半波延迟器
32 光混合器件，立体混合器
33 硅上液晶(LcoS)器件，或光阀门片
40 图象传感器装置，图象传感器，CCD
50 照明单元
60 取景器透镜
61 取景器屏幕
62 取景器目镜
70 评估/控制单元
80 存储装置
DI   显示图象
DII  图象信息，用于显示图象
0    物体
0I   物体实象
0II  图象信息，用于物体实象
PI   投影实象
P    P偏振状态或分量
S    S偏振状态或分量
Sc   屏幕
图1和图2借助图解的侧视图，解释本发明对一个物体成象和投影显示图象的原理。
在图1的摄象记录仪模式中，摄取一张图画。主体或物体0借助透镜或物镜装置10在图象传感器40上成象。在这种模式中，偏振光束分离器PBS20不起作用。它把进入的光线分离为线性偏振分量S(垂直，来自德文Senkrecht)和P(平行于入射平面)。一般而言，使光线偏振对图象质量没有影响，因为大多数情况下，从主体进来的光线是无偏振的。在某些情况下，主体含有镜面反射，光线因Fresnel反射而产生部分偏振。在这种情况下，将一个旋转半波延迟器安装在透镜10的前面有助于使这种反射减至最小。已经指出，图象传感器检测到的强度因偏振而减半。
投影模式示于图2。显示图画或显示图象DI的图画被投向屏幕S。图画被显示在LCD上，它被照明单元50照亮。这个照明单元50含有一个光源和光学部件去收集光线并使其偏振。旋转半波延迟器31处于一个位置，变换偏振状态为S状态。这个S偏振光在PDS20上反射并穿过透境10投向屏幕S，在那里显示在LCD上的图画DI投影到屏幕上，以便产生投影实象PI。
示于图1和图2的实施例中，图象传感器装置40、LCD板30和照明单元50，分别连接到所提供的评估/控制单元70以及存储装置80，其中，关于物体0的物体实象信息0 II，以及关于显示图象D I的信息D II被存储起来。
在具有时序彩色产生的单板实施例中，示于图2中的传输LCDs当前的响应时间太慢。这些显示板通常被用于图3的3板实施例。显示板30a、30b和30c分别用于红色、绿色和兰色通道。用立体混合器(X-Cube)32对光线重新组合。
图3的3板实施例有着大而苯的缺点。为了把白色光束分离为它的基本彩色并照亮所有的板，照明单元50是复杂的。
示于图4的是另一种更紧凑的单板实施例LcoS 33。
一般的取景器模式示于图5。当前摄取的图象或先前记录的图象显示在LCD上，并借助取景器透镜60对观众成象。旋转半波延迟器31移到一个位置，在那里，输出光线变换为P状态，传送到PBS10并进入取景器透镜60。取景器透镜60含有一些透镜去校正因光路折迭而产生的图象畸变和镜象或棱柱。照明单元50的照明源已减弱，或者采用分离的低强度照明源，以便使亮度适合于小尺寸的取景器图象并节省电源。
第一个取景器实施例示于图6，显示在LCD上的图画的实象在扩展的取景器屏幕61上形成。观众在屏幕61上看到实象。
更进一步的取景器实施例示于图7。当由目镜62看去时，观众看到一个显示在LCD上的图画的虚象。
可用一个液晶单元代替机械旋转半波延迟器31。液晶单元以加电位的方式转换极化状态，而不是机械式旋转的延迟器。
偏振光束分离器可用反光镜快门来代替。这个快门在投影模式时为“打开”，在那里，来自照明单元50的光线被镜面快门反射朝向透镜.10。在摄象记录仪模式与在取景器模式一样，这个快门是“关闭”，其含意为光线能通过并分别达到图象传感器40或取景器60。在此情况下，不再需要半波延迟器31。
与采用分离的摄象记录仪和投影装置相比，就成本方面和紧凑性而言，本发明更具优越性。

Claims (17)

1.成象装置，
-它适合于在第一种成象模式以光学方式使成象物体(0)成象，以便产生至少一个对应于上述物体(0)的物体实象(OI)，并且
-它适合于在第二种成象模式以光学方式投影一个显示图象(DI)，以便产生至少一个对应于上述显示图象(DI)的投影实象(PI)，
-其中，提供一个光学物镜装置(10)，
-其中，上述光学物镜装置(10)或它的一部分适合于工作在上述第一种成象模式，作为图象记录物镜或摄象物镜，或作为它的一部分，
-其中，上述光学物镜装置(10)或它的一部分适合于工作在上述第二种成象模式，作为图象投影物镜或投影仪物镜，或作为它的一部分，
-其中，提供图象传感器装置(40)，用于在上述第一种成象模式产生和/或记录上述物体实象(OI)，
-其中，提供一个照明单元(50)，和上述光学物镜装置(10)一起用于在上述第二种成象模式以光学方式对上述显示图象(DI)进行投影，以便获得上述投影实象(PI)，以及
-其中，在光学路径中提供一个公共偏振可选的光束分离装置(20)，该装置一方面位于上述光学物镜装置(10)和上述图象传感器装置(40)之间，另一方面位于上述光学物镜装置(10)和上述照明单元(50)之间，以使用于上述物体实象(OI)的光在上述第一种成象模式从上述光学物镜装置(10)耦合到上述图象传感器装置(40)，并且以使用于上述显示图象(DI)的光在上述第二种成象模式从上述照明单元(50)耦合到上述光学物镜装置(10)。
2.根据权利要求1的成象装置，
它适合于外部投影上述显示图象(DI)，以便获得外部投影实象(PI)。
3.根据权利要求1的成象装置，
它适合于以模拟或数字方式产生上述物体实象(OI)。
4.根据权利要求1的成象装置，
其中，上述图象传感器装置(40)包含至少一个电荷耦合器件。
5.根据权利要求1的成象装置，
其中，提供存储装置(80)，用于存储上述物体实象(OI)，上述显示图象(DI)，上述物体实象(OI)或上述显示图象(DI)的微分，或上述物体实象(OI)或上述显示图象(DI)的图象信息(D II，O II)。
6.根据权利要求1的成象装置，
其中，提供一个评估/控制单元(70)，用于控制上述第一种和第二种成象模式。
7.根据权利要求6的成象装置，
其中，上述评估/控制单元(70)适合于从上述图象传感器装置(40)提取，评估或存储在上述存储装置(80)的图象信息(O II)，它对应于上述物体实象(OI)。
8.根据权利要求6的成象装置，
其中，上述评估/控制单元(70)适合于基于图象信息(D II)控制上述投影实象(PI)的形成，图象信息(D II)对应于上述待投影的显示图象(DI)，是已存储的和从上述存储装置(80)读取的，或是外部提供的。
9.根据权利要求6的成象装置，
其中，上述照明单元(50)适合受控于上述评估/控制单元(70)。
10.根据权利要求1的成象装置，
其中，上述照明单元(50)包含一个适合于投影目的的光源装置、高压气体放电灯装置或LED装置。
11.根据权利要求1的成象装置，
其中，上述照明单元(50)包含一个光阀门器件(30)、微型显示、LCD器件、硅上液晶(LCoS)器件或数字镜像器件(DMD)，用于基于与上述显示图象(DI)对应的上述对应图象信息(D II)产生上述显示图象(DI)或它的初型。
12.根据权利要求11的成象装置，
其中，上述光阀门器件(30)包含用于全部基本彩色的单个光阀门，或一个光阀门用于每个基本彩色。
13.根据权利要求1的成象装置，
它适合于把当前摄取的或先前记录的图象显示给观众，在取景器模式，借助于提供的取景器透镜(60)显示个别的图象。
14.根据权利要求13的成象装置，
其中，上述取景器透镜(60)包含一个取景器屏幕(61)，用于产生实象。
15.根据权利要求13的成象装置，
其中，上述取景器透镜(60)包含一个取景器目镜(62)，用于产生虚象。
16.根据权利要求1的成象装置，
它适合于处理多个图象、图象序列或电影。
17.根据权利要求1的成象装置，
它是具有投影仪能力的摄象记录装置。
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