CN113126397A - 用于对投影耀斑伪影进行处理的棱镜的锯齿状出口光圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种出口光圈，该出口光圈用于布置在棱镜与能够将光投影在屏幕上的投影透镜之间，该出口光圈包括框架，该框架具有用于供光锥通过的开口以及用于将框架相对于投影透镜固定的安装点部，其中开口具有锯齿状边缘，该锯齿状边缘用于使入射在锯齿状边缘上的光沿垂直于锯齿状边缘的多个方向衍射，从而使该光在被投影到屏幕上时不被察觉。

Description

用于对投影耀斑伪影进行处理的棱镜的锯齿状出口光圈
技术领域
本发明涉及投影系统，并且更具体地，涉及用于使比如为彩色的数字投影仪的投影系统中的耀斑伪影减少的设备。
背景技术
典型的彩色数字投影仪包括照明源、照明收集和中继系统以及支持一个或更多个成像装置的分色-再合色棱镜。成像装置可以是数字微镜装置(DMD)面板，该面板接收来自照明收集和中继系统的光锥并对光进行调节以在屏幕上产生图像。
DMD是机电装置，该机电装置包括数百万个微小的镜，所述数百万个微小的镜通过单独地将每个镜翻转成“打开”状态或“关闭”状态来调节光。在3芯片系统中，棱镜上的三个这种DMD单独地调节红色、绿色和蓝色，并且然后由棱镜重新组合颜色。
这种系统的设计上的改进、比如减小的尺寸和重量，已经导致使用紧凑的棱镜，从而导致多个棱镜相交部位于光锥的光学路径附近。已经发现，这种紧凑的投影系统容易受到在主投影光锥之外的不期望的伪影的影响，这种伪影称为“耀斑”，当被投影的光照射光学路径中的特征并垂直于该特征衍射时会出现耀斑。
对于耀斑的问题的一种已知的解决方案是添加出口光圈来阻挡不期望的伪影。然而，这种光圈本身可能导致耀斑伪影，其中光圈边缘占据在主投影光锥上。
相信以下参考文献与本公开内容有关：US2007154207A1；US7651283B2；US9759847B2；JP2006133442A；CN102540287A；US10012892B2和WO2017047517A1。
发明内容
本发明的一方面是提供具有出口光圈的紧凑的投影系统，该出口光圈在不增加该出口光圈自身的耀斑的情况下阻挡棱镜相交部的耀斑。
在一个方面中，光圈设置有锯齿状的内周缘，该锯齿状的内周缘导致光沿不同的方向衍射，从而使投影图像中的入射光或“耀斑”的可见性减小。
以上方面可以通过用于布置在棱镜与能够将光投影在屏幕上的透镜之间的出口光圈来实现。出口光圈包括框架，该框架具有用于供光锥穿过的开口以及用于将框架相对于投影透镜固定的安装点部。开口优选地具有锯齿状边缘，该锯齿状边缘用于使入射在该锯齿状边缘上的光沿垂直于锯齿状边缘的多个方向衍射，从而使该光在被投影在屏幕上时不被察觉。
在另一方面中，开口是大致矩形的。
在另一方面中，锯齿状边缘是带凹口的。
在另一方面中，锯齿状边缘是三角形的。
在另一方面中，锯齿状边缘是小齿状的。
在另一方面中，锯齿状边缘是锯齿形的。
在另一方面中，锯齿状边缘是细锯齿状的。
在另一方面中，锯齿状边缘是带齿的。
在另一方面中，框架是不透明的以用于阻挡杂散光。
在另一方面中，框架是由金属板制造的。
在本说明书中，可以将元件描述为“构造成”执行一个或更多个功能或“构造成用于”这种功能。总体上，使得构造成执行或构造成用于执行功能的元件能够执行该功能、或者适用于执行该功能、或者适于执行该功能、或者能够操作成执行该功能、或者能够以其他方式执行该功能。
应当理解，出于本说明书的目的，“X、Y和Z”中的至少一者以及“X、Y和Z”中的一者或更多者的表达可以被解释为仅X、仅Y、仅Z、或者两项或更多项X、Y和Z的任意组合(例如XYZ、XY、YZ、XZ等)。类似的逻辑可以以“至少一者...”以及“一者或更多者...”表达的任何出现应用于两项或更多项。
而且，如本说明书中所使用的，“锯齿状”是指具有三角形的、锯齿形状的、不规则的、小齿状的、锯齿形的、细锯齿状的、带齿的或其他带凹口的边缘。
如在下文中必须参照形成本文的一部分的附图更充分地描述和要求保护的，这些以及随后将是明显的其他方面和优点存在于构型和操作的细节中，在整个说明书中，相似的附图标记是指相似的部件。
附图说明
图1是根据现有技术的彩色数字投影仪。
图2是根据现有技术的用于DMD面板显示装置的颜色分离-汇聚棱镜的示意表示。
图3示出了由位于光锥的光学路径附近的棱镜相交部引起的水平耀斑向投影图像左侧延伸的示例。
图4描绘了在图1的彩色数字投影仪中使用的现有技术的直边缘的出口光圈。
图5示出了图4的直边缘光圈作用在投影的光锥上从而产生垂直于光圈边缘的耀斑伪影的效果。
图6描述了根据实施方式的锯齿状边缘的出口光圈。
图7描述了图6的锯齿状边缘的出口光圈的一部分，示出了光锥以许多角度进行衍射。
具体实施方式
图1示出了典型的“3芯片”彩色数字投影仪，该投影仪包括用于将光锥3引导到照明收集和中继系统2中的光源1，该照明收集和中继系统包括匀光棒(integrator rod)和用于远心照明的透镜。彩色组合棱镜5在图2中示出。棱镜5使得能够在每个显示装置或光阀10处比如通过DMD分别调节红色、绿色和蓝色。在整个本公开中，术语“显示装置”和“光阀”是可以交换使用的。显示装置反射经调节的光、该经调节的光由棱镜重新汇聚、穿过出口光圈12，并由投影透镜13投影到屏幕上以产生图像。在三芯片设计中，汇聚机构放置在显示装置上，以帮助进行视野对准，以解决颜色的任何不当汇聚。
将注意的是，三个棱镜元件7、8和9在14a处相交，而元件9和8在14b处相交并且元件7和9在14c处相交。在图2中还示出了所投影的绿光15的理想路径的示意表示。将注意的是，所投影的绿光15的散射将导致照亮棱镜相交部14a、14b和14c，从而引起耀斑。
特别地，根据惠更斯-菲涅耳原理，形成相交部14a、14b和14c的光学元件边缘以缝的方式引起光波衍射，从而导致光垂直于缝的边缘(即形成相交部14a、14b和14c的光学元件边缘)被散射。
图3示出了由相交部14b引起的水平耀斑向被投影图像的左侧延伸的示例。
如图1中所示，在现有技术中已知的是，将出口光圈12定位成阻挡来自主投影光锥的之外的散射光的不期望的伪影，然而，如下所讨论的，传统的现有技术的出口光圈的直边用作半缝，这也会引起耀斑伪影。
图4描绘了用于防止杂散/高角度光在图像中产生伪影的现有技术的直边缘的出口光圈12。出口光圈12包括具有多个安装点部17的框架16，所述多个安装点部用于将框架相对于棱镜13安装在固定位置。框架16优选地是不透明的。框架16可以例如由金属板制造。设置了大致矩形的开口18，光锥11穿过该开口并投影到屏幕上。由于棱镜边缘在相交部14a、14b和14c处发生衍射而产生的杂散光由边缘E阻挡，以消除耀斑。
然而，在紧凑的投影系统的情况下，边缘E可以占据在主投影光锥上，使得出口光圈用作半缝，并从而引入耀斑。
图5示出了光圈12的直边缘缝作用在来自单个像素P的投影光锥上的效果如何导致垂直于直边缘E的衍射，这在被投影透镜13聚焦时显示为从像素(即耀斑F)的一个或多个侧部垂直于边缘延伸的光。如图5中示意性示出的，光线垂直于边缘E而进行衍射D，如在F处所示的，从而显示为来自被投影像素的任一侧部。
根据本发明的方面，如图6中所示，提供了改进的出口光圈18，其中相似的附图标记用于描绘与光圈12相似的特征。光圈18具有框架16，该框架具有安装点部17和大致矩形的开口18，其中框架优选地是不透明的，并且例如可以由金属板制造。然而，与现有技术的光圈12不同的是，直边缘E被锯齿状的边缘S代替，从而允许将光圈定位成与光圈12相似，以便阻止棱镜内部的缝边缘由于相交部14a、14b和14c而发生衍射，同时还防止了由于光圈边缘本身导致的额外的耀斑。
如图7中所示，锯齿状边缘的光圈S在非常宽的角度范围产生垂直于锯齿状边缘的光锥的衍射，这在被投影透镜聚焦时避免了将光汇聚成单条线，使得耀斑以各种角度出现，并且可以不再被察觉。
已经关于在使用狭窄、紧凑的棱镜5的投影系统中使用具有锯齿状内周缘的光圈方面描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解，本文中所述的具有锯齿状内周缘的光圈可以在使用常规棱镜的投影系统中使用，以便阻挡不期望的主光锥外的伪影。
根据详细的说明书，本发明的许多特征和优点是明显的，并且因此，本发明旨在通过所附权利要求来覆盖落入本发明范围内的所有这种特征和优点。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和改变，因此不期望将本发明限制于所示的和所描述的确切构型和操作，并且因此，在落入本发明的范围内的情况下，可以采用所有合适的修改和等同形式。

Claims (10)

1.一种出口光圈，所述出口光圈用于布置在棱镜与能够将光投影在屏幕上的投影透镜之间，所述出口光圈包括框架，所述框架具有用于供光锥穿过的开口以及用于将所述框架相对于所述投影透镜固定的安装点部，其中，所述开口具有锯齿状边缘，所述锯齿状边缘用于使入射在所述锯齿状边缘上的光沿垂直于所述锯齿状边缘的多个方向衍射，从而使所述光在被投影到所述屏幕上时不被察觉。
2.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述开口是大致矩形的。
3.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述锯齿状边缘是带凹口的。
4.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述锯齿状边缘是三角形的。
5.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述锯齿状边缘是小齿状的。
6.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述锯齿状边缘是锯齿形的。
7.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述锯齿状边缘是细锯齿状的。
8.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述锯齿状边缘是带齿的。
9.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述框架是不透明的以用于阻挡杂散光。
10.根据权利要求1所述的出口光圈，其中，所述框架是由金属板制造的。
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