CN117015743A - 用于扩展量利用的投影系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于扩展量利用的投影系统包括：第一光源，所述第一光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；第一投影光学器件，所述第一投影光学器件被配置为将第一图像投影到屏幕上；第二投影光学器件，所述第二投影光学器件被配置为将第二图像投影到所述屏幕上；以及扩展量分光器部件。所述扩展量分光器部件被配置为：接收来自所述光源的所述光，从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求以下优先申请的优先权：2021年7月1日提交的欧洲专利申请号21183142.5、2021年6月28日提交的美国临时专利申请号63/215,755以及2021年3月12日提交的美国临时专利申请号63/160,374，这些专利申请通过引用被并入本文。
发明背景
1.技术领域
本申请总体上涉及投影系统和驱动投影系统的方法。
2.背景技术
数字投影系统通常利用光源和光学系统将图像投影到表面或屏幕上。光学系统包括如反射镜、透镜、波导、光纤、分束器、漫射器、空间光调制器(SLM)等的部件。一些新兴的成像技术使用光束转向技术，其通过相位调制、倾斜反射镜装置、上升反射镜/活塞装置等来实现。在这样的系统中，输出图像的质量取决于光的扩展量(etendue)，扩展量是光源的有效空间和角度大小的度量。
发明内容
本公开的各个方面涉及使用光源的高扩展量分量和低扩展量分量二者进行投影显示的电路、系统和方法。
在本公开的一个示例性方面中，提供了一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量；第一投影光学器件，所述第一投影光学器件被配置为将第一图像投影到屏幕上；第二投影光学器件，所述第二投影光学器件被配置为将第二图像投影到所述屏幕上；以及扩展量分光器部件。所述扩展量分光器部件被配置为：接收来自所述光源的所述光，从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
在本公开的另一示例性方面中，提供了一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射具有第一量扩展量的第一光；投影装置，所述投影装置被配置为将第一图像投影到屏幕上；以及至少一个光学部件。所述至少一个光学部件被配置为：接收所述第一光，提取具有低于所述第一量扩展量的第二量扩展量的第二光，以及向所述投影装置提供所述第二光。
在本公开的另一示例性方面中，提供了一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射具有第一扩展量的第一光；以及扩展量部件，其中，所述扩展量部件被配置为接收所述第一光，并从所述第一光中提取具有第二扩展量的第二光和具有第三扩展量的第三光，其中所述第二扩展量低于所述第一扩展量，并且其中所述第一扩展量低于所述第三扩展量。所述投影系统包括：第一光调制器，所述第一光调制器被配置为接收第二光，以与第一图像相关联的方式调制所述第二光，并且输出经调制的所述第二光；以及第二光调制器，所述第二光调制器被配置为接收来自所述第一光调制器的经调制的所述第二光，并且接收来自所述扩展量部件的第三光，以与所述第一图像相关联的方式调制所述第三光并附加地调制经调制的所述第二光，并且输出经调制的所述第三光和经附加调制的第二光。
在本公开的另一示例性方面中，提供了一种用于投影系统内的扩展量利用的方法，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；第一投影光学器件，所述第一投影光学器件被配置为将第一图像投影到屏幕上；第二投影光学器件，所述第二投影光学器件被配置为将第二图像投影到所述屏幕上；以及扩展量分光器部件，所述方法包括：接收来自所述光源的所述光，从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
在本公开的另一示例性方面中，提供了一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令当由包括以下各项的投影系统的处理器执行时使所述投影系统执行以下操作，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；第一投影光学器件，所述第一投影光学器件被配置为将第一图像投影到屏幕上；第二投影光学器件，所述第二投影光学器件被配置为将第二图像投影到所述屏幕上；以及扩展量分光器部件；所述操作包括：接收来自所述光源的所述光，从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
附图说明
参考附图，在以下描述中更全面地公开了各种实施例的这些和其他更详细和具体的特征，在附图中：
图1图示了根据本公开的各个方面的示例性投影系统的框图；
图2图示了根据本公开的各个方面的示例性相位调制器；
图3A至图3B图示了与本公开的各个方面一起使用的示例性相位光调制器的视图；
图4图示了与本公开的各个方面一起使用的示例性扩展量分光器的截面视图；
图5图示了与本公开的各个方面一起使用的另一示例性扩展量分光器的截面视图；
图6图示了与本公开的各个方面一起使用的另一示例性扩展量分光器的截面视图；
图7图示了与本公开的各个方面一起使用的另一示例性扩展量分光器的截面视图；
图8图示了根据本公开的各个方面将低和高扩展量比率与照明半径的关系进行比较的曲线图；
图9图示了根据本公开的各个方面的另一示例性投影系统的框图；
图10图示了根据本公开的各个方面的另一示例性投影系统的框图；以及
图11图示了根据本公开的各个方面的另一示例性投影系统的框图。
具体实施方式
本公开和其各方面可以以各种形式来体现，包括由以下各项控制的硬件或电路：计算机实施的方法、计算机程序产品、计算机系统和网络、用户接口和应用程序编程接口；以及硬件实施的方法、信号处理电路、存储器阵列、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。前述发明内容仅旨在给出本公开的各个方面的一般想法，并且不以任何方式限制本公开的范围。
在以下描述中，阐述了如电路配置、定时、操作等的许多细节，以提供对本公开的一个或多个方面的理解。对本领域技术人员而言显而易见的是，这些具体细节仅是示例性的，并且不旨在限制本申请的范围。
此外，虽然本公开主要集中于其中将各种电路用在数字投影系统中的示例，但是应当理解，这仅仅是实施方式的一个示例。进一步应当理解，所公开的系统和方法可以用在其中需要对光进行投影的任何装置中；例如，影院投影系统、消费级投影系统和其他商业投影系统、平视显示器、虚拟现实显示器等。
投影系统
图1图示了根据本公开的各个方面的示例性投影系统100的框图。具体地，图1图示了投影系统100，该投影系统包括：光源101，该光源被配置为发射第一光102；扩展量分光器部件103，所述扩展量分光器部件被配置为接收第一光102并对其进行重定向或以其他方式对其进行修改，以创建第一扩展量分量412和第二扩展量分量414；相位光调制器(PLM)105，所述PLM被配置为对第一扩展量分量412和/或第二扩展量分量414施加空间变化相位调制，从而使第一扩展量分量412和/或第二扩展量分量414转向并生成第三光106；第一投影光学器件107，该第一投影光学器件被配置为接收第三光106并且重定向或以其他方式修改第三光，从而生成第四光108；滤光片109，该滤光片被配置为过滤第四光108，从而生成第五光110；以及第二投影光学器件111，该第二投影光学器件被配置为接收第五光110，并且将第五光作为第六光112投影到屏幕113上。投影系统可以进一步包括基于幅度的空间光调制器(SLM)或其他附加调制器105’，如图1中以虚线所示。虽然扩展量分光器部件103被图示为在光源101与PLM 105之间，但是实际上扩展量分光器部件103可以位于投影系统100内且在光源101之后的单独位置(即，在第一投影光学器件107与滤光片109之间等)。另外，虽然第二扩展量分量414被图示为被递送到SLM 105’，但是第二扩展量分量414可以被递送到投影系统100的其他部件，比如第一投影光学器件107、滤光片109或第二投影光学器件111。第二扩展量分量414可以被第三投影光学器件115修改，如图1中以虚线所示。第三投影光学器件115可以包括被配置为使第二扩展量分量414均匀化的积分棒(integrating rod)或蝇眼阵列。在一些实施例中，第一扩展量分量412被提供给第三投影光学器件115，并且第二扩展量分量414被提供给PLM 105。通过使一个部件绕过PLM 105，可以提高整体的光学效率。
投影系统100进一步包括控制器114，该控制器被配置为控制投影系统100的各种部件，比如光源101、PLM 105和/或SLM 105’。在一些实施方式中，控制器114可以附加地或替代性地控制投影系统100的其他部件，包括但不限于扩展量分光器部件103、第一投影光学器件107、和/或第二投影光学器件111。控制器114可以是投影系统100的一个或多个处理器，如中央处理单元(CPU)。扩展量分光器部件103、第一投影光学器件107以及第二投影光学器件111可以分别包括如反射镜、透镜、波导、光纤、分束器、漫射器等的一个或多个光学部件。控制器114可以基于图像内容控制光源101来控制明亮度(例如，调光)。在一些实施方式中，扩展量分光器部件103可以被配置为基于图像内容将第一光102动态分成第一扩展量分量412和第二扩展量分量414，如下文更详细描述的。当存在时，SLM 105’可以由控制器114控制。例如，控制器114可以向SLM105’提供控制信号，以控制SLM 105’的各个调制元件。除了屏幕113之外，图1所图示的部件可以集成到壳体中以提供投影装置。这种投影装置可以包括如存储器、输入/输出端口、通信电路、电源等的附加部件。分量可以进一步在两个投影仪之间拆分。在一些实施方式中，第一扩展量分量412和第二扩展量分量414被提供给单独的投影仪，如下文更详细描述的。
光源101可以是例如激光光源、发光二极管(LED)阵列等。一般地，光源101是发射光的任何光发射器。在本公开的一些方面，光源101可以包括多个单独的光发射器，每个光发射器对应于不同的波长或波长带。光源101可以包括光纤耦接(比如单光纤耦接激光器)、直接耦接等。光源101响应于控制器114提供的图像信号而发射光。图像信号包括与要连续显示的多个帧相对应的图像数据。图像信号可以以流式传输或基于云的方式来源于外部源，可以来源于投影系统100的内部存储器(如硬盘)，可以来源于能够操作地连接到投影系统100的可移动介质，或者来源于以上各项的组合。
如图1所图示的，控制器114控制PLM 105，该PLM从光源101接收光。PLM 105对光施加空间变化相位调制，并且将经调制的光朝向第一投影光学器件107引导。PLM 105可以是反射型的，其中，PLM 105对具有空间变化相位的入射光进行反射；替代性地，PLM 105可以是透射型的，其中，当光穿过PLM 105时，PLM 105对光施加空间变化相位。在本公开的一些方面，PLM 105具有硅基液晶(liquid-crystal-on-silicon,LCOS)架构。在本公开的其他方面，PLM 105具有如数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)等的微机电系统(MEMS)架构。
图2图示了PLM 105的一个示例，该PLM被实施为反射式LCOS PLM 200并且以局部截面图示出。如图2所图示的，PLM 200包括硅背板210、第一电极层220、第二电极层230、液晶层240、盖板玻璃250和间隔件260。硅背板210包括与PLM 200相关联的电子电路，如互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管等。第一电极层220包括设置在透明矩阵222中的反射元件221的阵列。反射元件221可以由如铝或银等的任何高光学反射材料形成。透明矩阵222可以由如透明氧化物等的任何高光学透射材料形成。第二电极层230可以由如氧化铟锡(ITO)薄膜等的任何光学透明导电材料形成。第二电极层230可以被提供为与第一电极层220的多个反射元件221相对应的公共电极。在这样的配置中，多个反射元件221中的每一个将经由相应的电场耦接到第二电极层230，从而将PLM 200分成任何像素元件阵列。像素元件可以是例如PLM 200的最小可寻址元件，比如多个反射元件221中的每一个。因此，多个反射元件221中的各个反射元件(或子集)可以经由设置在硅背板210中的电子电路来寻址，从而修改对应反射元件221的状态。像素元件的子集可以被组合(或分组)在一起进行控制，以便改变(例如，降低)PLM 200的原生分辨率。
液晶层240设置于第一电极层220与第二电极层230之间，并且包括多个液晶241。液晶241是以介于固态与液态之间的相存在的粒子；换句话说，液晶241表现出一定程度的方向有序，而非位置有序。液晶241倾向于指向的方向被称为“指向矢(director)”。液晶层240基于液晶241的双折射率Δn来修改从盖板玻璃250进入的入射光，所述双折射率可以表示为平行于指向矢的方向上的折射率与垂直于指向矢的方向上的折射率之差。由此，最大光程差可以表示为双折射率乘以液晶层240的厚度。该厚度通过间隔件260来设定，该间隔件密封PLM 200并确保盖板玻璃250与硅背板210之间相隔设定距离。液晶241通常沿第一电极层220与第二电极层230之间的电场线定向自身。如图2所图示的，靠近PLM 200中心的液晶241以这种方式定向，而靠近PLM 200外围的液晶241由于没有电场线通过而基本上未定向。通过经由相位驱动信号寻址多个反射元件221中的各个反射元件，可以逐像素地确定液晶241的取向。
图3A至图3B示出了实施为DMD 300的PLM 105的另一示例。图3A图示了DMD 300的平面视图，并且图3B图示了DMD 300的部分截面视图。DMD 300包括以二维矩形阵列布置在基板304上的多个正方形微镜302。在一些示例中，DMD 300可以是来自德州仪器(TexasInstruments)的数字光处理器(DLP)。每个微镜302可以对应于最终投影图像的一个像素，并且可以被配置为由于静电或其他致动方式而绕旋转轴线308(其针对微镜302的一个特定子集示出)倾斜。各个微镜302具有宽度312，并且被布置成间隔具有宽度310的间隙。微镜302可以由任何高反射材料(如铝或银)形成或者涂覆有任何高反射材料，从而镜面反射光。微镜302之间的间隙可以是吸收性的，使得进入间隙的输入光被基板304吸收。
虽然图3A仅明确示出了一些代表性微镜302，但实际上DMD 300可以包括数量等于投影系统100的分辨率的更多的单独微镜。在一些示例中，分辨率可以是2K(2048×1080)、4K(4096×2160)、1080p(1920×1080)、消费级4K(3840×2160)等。此外，在一些示例中，微镜302可以是矩形的并且被布置成矩形阵列；可以是六边形的并且被布置成六边形阵列等。此外，虽然图3A图示了以倾斜方向延伸的旋转轴线308，但在一些实施方式中，旋转轴线308可以垂直地或水平地延伸。
如图3B中可以看到的，每个微镜302可以通过轭314连接到基板304，该轭可旋转地连接到微镜302。基板304包括多个电极316。虽然在图3B的截面视图中每个微镜302仅可见两个电极316，但是每个微镜302实际上可以包括附加电极。尽管未在图3B中特别图示，但DMD 300可以进一步包括间隔层、支撑层、用于控制微镜302的高度或取向的铰链部件等。基板304可以包括与DMD 300相关联的电子电路，如CMOS晶体管、存储器元件等。
不管针对PLM 105使用哪种特定架构，该PLM都由控制器114控制以逐像素地采取特定相位配置。因此，PLM 105利用相应像素元件的阵列，如960×540阵列。阵列中像素元件的数量可以与PLM 105的分辨率相对应。最大分辨率可以由光源101的点扩散函数(point-spread function,PSF)和投影系统100中的各种光学部件的参数来确定。在一些实施方式中，多于一个PLM 105可以彼此结合使用。在这种配置中，每个调制器的像素元件的数量可以不同(例如，第一PLM 105的像素元件数量大于第二PLM 105的像素元件数量)。另外，PLM105的像素元件数量可以小于SLM 105’的像素元件数量。替代性地，PLM 105的像素元件数量可以等于或大于SLM 105’的像素元件数量。
光扩展量
扩展量是对光源有效空间和角度大小的度量，并且与mm2*sr(球面度)、M2因子或光束参数乘积(point-spread function,BPP)等的项相关。对于基于光束转向的投影系统，投影图像的最小聚焦光斑大小(或像素)取决于扩展量水平。以这种方式，光斑大小随扩展量的增加而增大，并且高扩展量导致低图像质量(例如，明亮物体周围出现光晕、最大明亮度降低等)。因此，这种投影系统通常需要具有低扩展量的激光光源。
当光纤耦接激光器用作光源101时，扩展量基于光纤半径和光纤输出端的立体角，如等式1所提供的：
G:＝π(Rfiber)2Ωfiber [等式1]
其中：
G＝扩展量
Rfiber＝光纤半径
Ωfiber＝光纤输出端的立体角
光纤输出端的立体角取决于光纤的数值孔径，如公式2所提供的：
其中：
NA＝光纤的数值孔径
因为扩展量直接取决于半径，所以任何给定的光源都由多个扩展量分量构成。例如，当观察光纤耦接激光器的中心并沿半径朝向激光器的外部极限移动时，扩展量的测量值会从低扩展量增加到高扩展量。如影院投影等的许多投影系统需要高激光功率，这也可能导致更高的激光扩展量。这种高激光扩展量导致投影仪效率低且图像质量差。为了利用高激光功率，同时高效地使用高扩展量光来驱动需要较低扩展量光的投影系统，实施扩展量分光器部件，该扩展量分光器部件将激光输出分成具有不同扩展量水平的若干扩展量分量。
图4提供了扩展量分光器部件103，该扩展量分光器部件包括准直器400、反射镜402(示出为第一反射镜段402a和第二反射镜段402b)、高扩展量路径404、扩束器406和低扩展量路径408。光源101发射的第一光102由准直器400接收。准直器400将第一光102校准成准直光410。反射镜402反射准直光410的一部分，该部分作为第一扩展量分量412(例如，高扩展量分量)投影到高扩展量路径404(例如，第一扩展量路径)。准直光410的剩余部分是第二扩展量分量414(例如，低扩展量分量)，并且由扩束器406接收。扩束器406将第二扩展量分量414扩展成经扩展的第二扩展量分量416，然后该经扩展的第二扩展量分量由低扩展量路径408(例如，第二扩展量路径)接收。在一些实施方式中，第二扩展量分量414可以被直接提供给低扩展量路径408，而无需扩展。
反射镜402可以是圆环形状，使得准直光410的中心部分是第二扩展量分量414，导致第一扩展量分量412是圆环形状。虽然第一扩展量分量412包括在其中心的孔，但是第一扩展量分量412自身的扩展量被认为相当于紧凑的对应物。另外，在一些实施例中，低扩展量分量可以具有孔，而高扩展量分量是紧凑的。反射镜402的中心可以是圆形、矩形、正方形等。当反射镜402的中心是矩形时，反射镜402的中心的纵横比可以与PLM 105的纵横比相匹配。通过使反射镜402的中心的纵横比与PLM 105的纵横比相匹配，减少了光的浪费，并且利用了更大量的第二扩展量分量414。当纵横比相匹配时，在PLM 105上产生的均匀照明通过消除由纵横比不匹配时发生的不均匀照明而产生的伪影来提高图像质量。
另外，在一些实施方式中，反射镜402可以是动态可调节的，以基于图像内容来调节中心的大小和/或纵横比(例如，通过沿轨道移动反射镜402的部分，通过电控制反射镜的反射特性等)。因此，扩展量分光器部件103可以能够处于若干不同的状态，每种状态下第一扩展量分量412与第二扩展量分量414的比率不同。在一些布置中，反射镜402(或反射第二扩展量分量414的反射镜)的中心可以具有与PLM 105(或接收第二扩展量分量414的其他光调制器)的纵横比基本上相似的纵横比，其中，“基本上相似”被理解为意指如果反射镜402的中心的宽度和PLM 105的宽度被缩放为相同，则反射镜402的中心的高度将在PLM 105的高度的10％以内。
扩展量分光器部件103的另外实施方式也是可能的。例如，类似的反射镜402可以在较小尺度(例如，反射镜针孔)上使用。在一个实施例中，高扩展量路径404包括使第一扩展量分量412均匀化的光纤，从而去除圆环形状。第一扩展量分量412可以通过其他方式被均匀化，比如利用积分棒、漫射器或蝇眼光学器件。在其他实施方式中，可以使用傅里叶滤光片来实现光束的角度过滤。基于图像内容和/或投影仪要求，可以丢弃第一扩展量分量412和第二扩展量分量414中的一个。在这样的实施方式中，第二扩展量分量414被反射离开反射镜，而第一扩展量分量412只是继续通过高扩展量路径404，或者由附加的光学器件(比如，扩束器406或被配置为操纵第一扩展量分量412的大小的其他透镜)操纵。在另一实施方式中，反射镜402是以第一角度反射第一扩展量分量412的第一反射镜，并且反射镜402的中心包括被配置为以第二角度反射第二扩展量分量414的第二反射镜。每个实施例可以包括被改变的或另外的光学器件，使得第一扩展量分量412和第二扩展量分量414以期望的形式被发送到期望的下游部件。
在一个实施方式中，反射镜可以反射准直光410的中心(例如，与反射镜402相反的反射镜)。图5提供了根据这种实施方式的扩展量分光器部件103。图5的扩展量分光器部件103包括准直器500、反射镜502、低扩展量路径504和高扩展量路径508。光源101发射的第一光102由准直器500接收。准直器500将第一光102校准成准直光506。反射镜502反射准直光506的一部分，该部分作为第一扩展量分量510(例如，低扩展量分量)投影到低扩展量路径504。准直光506的剩余部分是第二扩展量分量512(例如，高扩展量分量，图示为第一高扩展量分量512a和第二高扩展量分量512b)。第二扩展量分量512进入高扩展量路径508。如上所述，当第一高扩展量分量512a和第二高扩展量分量512b向下游移动时可以被均匀化。
图6提供了根据另一实施方式的扩展量分光器部件103。图6的扩展量分光器部件103包括第一准直器600、第二准直器604、第一轴锥体608a和第二轴锥体608b(统称为轴锥体608)。第一准直器600接收第一光102。第一准直器600将第一光102校准成第一准直光602。第一准直光602被第二准直器604接收。第二准直器604将第一准直光602校准成第二准直光614。第二准直光包括第一扩展量分量606和第二扩展量分量612。第二扩展量分量612可以进入高扩展量路径(未示出)。第一扩展量分量606可以分成两个部分(第一部分606a和第二部分606b)。
第一轴锥体608a和第二轴锥体608b可以各自是具有平坦中心部分的平顶轴锥体。轴锥体608的平坦中心部分将第一扩展量分量606引至低扩展量路径(未示出)。可以改变轴锥体608的平坦中心部分的直径，以精确容纳投影系统100的低扩展量路径部分所需的光量。轴锥体608的向外成角度的部分可以折射第一扩展量分量606，使得第一扩展量分量606容易被引至低扩展量路径。
在一些实施方式中，扩展量分离直接发生在光源101处。例如，图7提供了根据这种实施例的扩展量分光器部件103。该扩展量分光器部件103包括反射镜706、高扩展量路径708和低扩展量路径710。光源101是由多个源712构成的阵列。光源101投影由第一扩展量分量702(例如，高扩展量分量)和第二扩展量分量704(例如，低扩展量分量)构成的第一光700。多个源712的第一子集可以被配置为投影第一扩展量分量702，并且多个源712的第二子集可以被配置为投影第二扩展量分量704。每个子集所选择的源712可以彼此交错。第一扩展量分量702直接进入高扩展量路径708。第二扩展量分量704反射离开反射镜706，并进入低扩展量路径710。在其他实施方式中，附加的光学器件可以位于光源101以及高扩展量路径708和/或低扩展量路径710内。
参考图8，基于准直光410的大小，取决于光源101的扩展量、每条路径中期望的光能量的量以及每个调制器的大小，所存在的第二扩展量分量414与第一扩展量分量412的比率(例如，低扩展量与高扩展量的比率)会有所不同。图8提供了图示在保持滤光片中的低扩展量孔径大小不变时，随着准直光410的半径的增加，第一扩展量分量412与第二扩展量分量414之间的关系的曲线图。准直光410的大小可以基于SLM 105’处的期望角度来选择。另外，只有准直光410的一小部分功率到达SLM 105’，由等式3提供：
其中：
PSLM＝SLM上的功率
WSLM＝SLM的宽度
HSLM＝SLM的高度
Rill＝照明半径
ρSLM＝SLM间距(Pitch)
因此，准直光410的大小(例如，Rill)可以基于期望图像和投影仪的要求来调节。虽然等式3定义了圆形光束，但是如前所述，也可以利用其他光束形状和大小(比如正方形或矩形光束)。
驱动具有分离扩展量分量的投影仪系统
第一扩展量分量412和第二扩展量分量414(或以下等效地称为经扩展的第二扩展量分量416)分别被提供给高扩展量路径404和低扩展量路径408。高扩展量路径404和低扩展量路径408都可以各自通向单独的投影仪。例如，图9提供了包括第一投影仪902和第二投影仪904的示例性投影系统900。扩展量分光器部件103通过高扩展量路径404连接到第一投影仪902，并且扩展量分光器部件103通过低扩展量路径408连接到第二投影仪904。第一投影仪902和第二投影仪904都可以包括投影系统100(如图1所示)的部件，比如PLM 105、第一投影光学器件107、滤光片109、SLM 105’、第二投影光学器件111和/或控制器114。因此，第一投影仪902可以包括第一投影光学器件，而第二投影仪904可以包括第二投影光学器件。第一投影仪902和第二投影仪904可以各自具有不同的能力。例如，第一投影仪902可以是具有逐像素光预算的标准DLP高扩展量投影仪，而第二投影仪904可以是具有全局光预算的光束转向低扩展量投影仪。另外，由于第一投影仪902接收第一扩展量分量412，由第一投影仪902投影在屏幕113上的图像包括或基于第一扩展量分量412。相应地，第二投影仪904接收第二扩展量分量414，并且由第二投影仪904投影在屏幕113上的图像包括或基于第二扩展量分量414。
每个投影仪能够以不同的方式利用其相应的扩展量分量。例如，第一投影仪902可以使用高扩展量路径404来投影通过普通DLP(或调幅器)生成的期望图像的分量。同时，第二投影仪904可以使用低扩展量路径408来投影期望图像的单独分量，这可以使用光束转向来实现更高的峰值高光。然后，这些图像在屏幕113上投影在彼此的顶部。第一投影仪902和第二投影仪904也可以在屏幕113上显示相同的图像，但是对第一扩展量分量412和第二扩展量分量414执行不同的光学操作。
图10提供了附加的示例性投影系统1000，其中扩展量分光器部件103位于第二投影仪904内。低扩展量路径408在第二投影仪904内，并且使用第二扩展量分量414来驱动第二投影仪904。第一投影仪902经由高扩展量路径404接收第一扩展量分量412。在光源101是光纤耦接的实施方式中，来自光源101的光纤大小可以小于第一投影仪902(其是高扩展量投影仪)的光纤。因为第一投影仪902因此不需要小型光纤，所以通过为高扩展量路径404使用更大的光纤提高了系统的效率。
图11提供了另一示例性投影系统1100，其中高扩展量路径404和低扩展量路径408都在第一投影仪902内。第一扩展量分量412(来自高扩展量路径404)和第二扩展量分量414(来自低扩展量路径408)被组合用于单个图像输出。第一扩展量分量412和第二扩展量分量414的组合可以出现在投影系统1100内扩展量分光器部件103之后的任何地方。例如，第一扩展量分量412和第二扩展量分量414可以都汇聚到同一调制器(比如SLM 105’)上，或者在调制器之前(比如在第一投影光学器件107处)。组合第一扩展量分量412和第二扩展量分量414可以使用用于组合光路的任何合适的技术来执行，比如基于波长的技术、基于偏振的技术等。用于组合光路的另外的技术可以在美国专利号10,488,746“Aperture Sharing forHighlight Projection[用于高光投影的孔径共享]”中找到，该专利的全部内容通过引用并入本文。通过重新组合第一扩展量分量412和第二扩展量分量414，第一光102被充分利用以在屏幕113上提供图像。
在其他实施方式中，两种不同波长(例如，不同颜色)的两束光可以被提供给两个单独的扩展量分光器部件。例如，第一光被分成第一扩展量分量和第二扩展量分量，而第二光被分成第三扩展量分量和第四扩展量分量。第一扩展量分量然后可以与第四扩展量分量组合，并且第二扩展量分量然后可以与第三扩展量分量组合。因此，可以组合不同波长和偏振状态的光，同时仍然高效地利用每束光的高扩展量分量和低扩展量分量。
在一些实施方式中，投影系统包括多个不同的波长，每个波长被提供给一个颜色通道。每个颜色通道可以包括例如关于投影系统100所述的部件。以这种方式，每个颜色通道可以包括它自己的PLM 105和/或它自己的SLM 105’。另外，每个颜色通道可以包括它自己的扩展量分光器部件103。替代性地，在一些实施方式中，两个或更多个颜色通道或每个颜色通道共享相同的扩展量分光器部件103。
关于本文所描述的过程、系统、方法、启发法等，应当理解，虽然这些过程等的的步骤已经被描述为按照特定有序的顺序进行，但是这些过程可以利用以与本文描述的顺序不同的顺序执行的所描述步骤来实践。进一步应当理解，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或者可以省略本文描述的某些步骤。换句话说，本文的过程描述是出于说明某些实施例的目的而提供的，并且决不应当被解释为为了限制权利要求。
因此，应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。通过阅读以上描述，除了所提供的示例之外的许多实施例和应用程序将是显而易见的。范围不应当参考以上描述来确定，而是应当参考所附权利要求以及这些权利要求所覆盖的等效物的全部范围来确定。预期并希望的是，本文讨论的技术将在以后有所发展，所公开的系统和方法将结合进这种以后的实施例中。总之，应当理解，本申请是可以进行修改和改变的。
权利要求中所使用的所有术语都旨在被赋予其如了解本文描述的技术的人所理解的最广泛的合理解释及普通含义，除非本文中出现相反的明确指示。特别地，如“一(a)”、“该(the)”、“所述(said)”等的单数冠词的使用应当被理解为记载一个或多个所指示的要素，除非权利要求记载了相反的明确限制。
提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的性质。基于其将不被用于解释或者限制权利要求的范围或者含义的理解而提交本摘要。另外，在前述的具体实施方式中可见，出于将本公开连成一个整体的目的而将各种特征一起组合到各种实施例中。本公开的方法不应当被解释为反映所要求保护的实施例并入了比每项权利要求中所明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如权利要求所反映的，创造性主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，所附权利要求由此被结合到具体实施方式中，每项权利要求独自作为单独要求保护的主题。
可以从以下枚举的示例实施例(EEE)中理解本发明的各个方面：
EEE1.一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：
光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；
第一投影光学器件，所述第一投影光学器件被配置为将第一图像投影到屏幕上；
第二投影光学器件，所述第二投影光学器件被配置为将第二图像投影到所述屏幕上；以及
扩展量分光器部件，所述扩展量分光器部件被配置为：
接收来自所述光源的所述光，
从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，
向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及
向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
EEE2.根据EEE 1所述的投影系统，其中，所述第一投影光学器件被配置为使用所述第一扩展量分量投影所述第一图像，并且所述第二投影光学器件被配置为使用所述第二扩展量分量投影所述第二图像。
EEE3.根据EEE 1或EEE 2所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件可被重新配置为至少第一状态和第二状态，其中，在所述第一状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第一部分作为所述第一扩展量分量，其中，在所述第二状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第二部分作为所述第一扩展量分量，并且其中，所述第二部分大于所述第一部分。
EEE4.根据EEE 3所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件包括移动光学部件和致动器，并且其中，所述致动器被配置为移动所述移动光学部件，作为将所述扩展量分光器部件重新配置为至少所述第一状态和所述第二状态的一部分。
EEE5.根据EEE 3或EEE 4所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件包括电控制光学部件和控制器，并且其中，所述控制器被配置为调节所述电控制光学部件，作为将所述扩展量分光器部件重新配置为至少所述第一状态和所述第二状态的一部分。
EEE6.根据EEE 1至5中任一项所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件包括：
反射镜，所述反射镜被配置为反射所述第一扩展量分量，并且被配置为使所述第二扩展量分量通过。
EEE7.根据EEE 6所述的投影系统，其中，所述反射镜包括被配置为使所述第二扩展量分量通过的中心，并且其中，所述中心的纵横比与被配置为接收所述第二扩展量分量的调制器的纵横比相同。
EEE8.根据EEE 1至7中任一项所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件包括：
第一轴锥体和第二轴锥体，其中，所述第一轴锥体和所述第二轴锥体各自被配置为将所述第一扩展量分量的一部分引导至所述第一投影光学器件。
EEE9.根据EEE 1至8中任一项所述的投影系统，其中，所述光源是由多个源构成的阵列，其中，所述多个源的第一子集被配置为投影所述第一扩展量分量，并且其中，所述多个源的第二子集被配置为投影所述第二扩展量分量。
EEE10.一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：
光源，所述光源被配置为发射具有第一量扩展量的第一光；
投影装置，所述投影装置被配置为将第一图像投影到屏幕上；以及
至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置为：
接收所述第一光；
提取具有低于所述第一量扩展量的第二量扩展量的第二光；以及
向所述投影装置提供所述第二光。
EEE11.根据EEE 10所述的投影系统，其中，所述投影装置包括具有第一纵横比并接收所述第二光的光调制器，并且其中，所述至少一个光学部件的第二纵横比与所述第一纵横比基本上相似。
EEE12.根据EEE 10或EEE 11所述的投影系统，其中，所述至少一个光学部件被配置为将所述第一光分成所述第二光和第三光，其中，所述第三光的第三量扩展量比所述第一量扩展量高，并且其中，所述至少一个光学部件被配置为吸收所述第三光的至少一部分。
EEE13.根据EEE 10至12中任一项所述的投影系统，进一步包括反射镜，所述反射镜被配置为通过反射所述第一光的一部分来提取所述第二光。
EEE14.一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：
光源，所述光源被配置为发射具有第一扩展量的第一光；
扩展量部件，其中，所述扩展量部件被配置为接收所述第一光，并从所述第一光中提取具有第二扩展量的第二光和具有第三扩展量的第三光，其中，所述第二扩展量低于所述第一扩展量，并且其中，所述第一扩展量低于所述第三扩展量；
第一光调制器，所述第一光调制器被配置为接收所述第二光，以与第一图像相关联的方式调制所述第二光，并且输出经调制的所述第二光；以及
第二光调制器，所述第二光调制器被配置为接收来自所述第一光调制器的经调制的所述第二光，并且接收来自所述扩展量部件的第三光，以与所述第一图像相关联的方式调制所述第三光并附加地调制经调制的所述第二光，并且输出经调制的所述第三光和经附加调制的第二光。
EEE15.根据EEE 14所述的投影系统，进一步包括至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置为接收所述第二光调制器的输出并将所述第一图像投影到屏幕上。
EEE16.根据EEE 14或EEE 15所述的投影系统，其中，所述第一光调制器包括光束转向器件。
EEE17.根据EEE 14至16中任一项所述的投影系统，其中，所述第一光调制器包括多个数字反射镜，并且其中，所述第二光调制器包括第二多个数字反射镜。
EEE18.根据EEE 14至17中任一项所述的投影系统，其中，所述第一光调制器包括MEMS阵列，并且其中，所述第二光调制器包括DMD阵列。
EEE19.根据EEE 14至18中任一项所述的投影系统，其中，所述第一光调制器的像素元件的数量大于所述第二光调制器的像素元件的数量。
EEE20.根据EEE 14至19中任一项所述的投影系统，其中，所述第一光调制器和所述第二光调制器的像素元件的数量相同。
EEE21.一种用于投影系统内的扩展量利用的方法，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；第一投影光学器件，所述第一投影光学器件被配置为将第一图像投影到屏幕上；第二投影光学器件，所述第二投影光学器件被配置为将第二图像投影到所述屏幕上；以及扩展量分光器部件，所述方法包括：
接收来自所述光源的所述光，
从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，
向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及
向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
EEE22.根据EEE 21所述的方法，其中，所述扩展量分光器部件可被重新配置为至少第一状态和第二状态，其中，在所述第一状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第一部分作为所述第一扩展量分量，其中，在所述第二状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第二部分作为所述第一扩展量分量，并且其中，所述第二部分大于所述第一部分。
EEE23.根据EEE 22所述的方法，其中，所述扩展量分光器部件包括移动光学部件和致动器，并且其中，所述方法包括移动所述移动光学部件，作为将所述扩展量分光器部件重新配置为至少所述第一状态和所述第二状态的一部分。
EEE24.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令当由投影系统的处理器执行时使所述投影系统执行包括根据EEE 21至23中任一项所述的方法的操作。
Claims (27)
1.一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：
光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；
第一投影光学器件，所述第一投影光学器件能够配置为将图像投影到屏幕上；
第二投影光学器件，所述第二投影光学器件能够配置为将图像投影到屏幕上；以及
扩展量分光器部件，所述扩展量分光器部件被配置为：
接收来自所述光源的所述光，
从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，
向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及
向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量，其中，所述第一投影光学器件被配置为使用所述第一扩展量分量投影第一图像，并且所述第二投影光学器件被配置为使用所述第二扩展量分量投影第二图像。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影系统包括接收所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量之一的相位光调制器，其中，所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量中的另一个绕过所述相位光调制器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件能够被重新配置为至少第一状态和第二状态，其中在所述第一状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第一部分作为所述第一扩展量分量，其中在所述第二状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第二部分作为所述第一扩展量分量，并且其中所述第二部分大于所述第一部分。
4.根据权利要求3所述的投影系统，其中所述扩展量分光器部件包括移动光学部件和致动器，并且其中所述致动器被配置为移动所述移动光学部件，作为将所述扩展量分光器部件重新配置为至少所述第一状态和所述第二状态的一部分。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件包括电控制光学部件和控制器，并且其中，所述控制器被配置为调节所述电控制光学部件，作为将所述扩展量分光器部件重新配置为至少所述第一状态和所述第二状态的一部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的投影系统，其中所述扩展量分光器部件包括：
反射镜，所述反射镜被配置为反射所述第一扩展量分量，并且被配置为使所述第二扩展量分量通过。
7.根据权利要求6所述的投影系统，其中所述反射镜包括被配置为使所述第二扩展量分量通过的中心，并且其中所述中心的纵横比与被配置为接收所述第二扩展量分量的调制器的纵横比相同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的投影系统，其中，所述扩展量分光器部件包括：
第一轴锥体和第二轴锥体，其中，所述第一轴锥体和所述第二轴锥体各自被配置为将所述第一扩展量分量的一部分引导至所述第一投影光学器件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的投影系统，其中，所述光源是由多个源构成的阵列，其中所述多个源的第一子集被配置为投影所述第一扩展量分量，并且其中所述多个源的第二子集被配置为投影所述第二扩展量分量。
10.一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：
光源，所述光源被配置为发射具有第一量扩展量的第一光；
投影装置，所述投影装置可配置为将图像投影到屏幕上；以及
至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置为：
接收所述第一光；
提取具有低于所述第一量扩展量的第二量扩展量的第二光；以及
向所述投影装置提供所述第二光。
11.根据权利要求10所述的投影系统，其中所述投影装置包括具有第一纵横比并接收所述第二光的光调制器，并且其中所述至少一个光学部件的第二纵横比与所述第一纵横比基本上相似。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的投影系统，其中所述至少一个光学部件被配置为将所述第一光分成所述第二光和第三光，其中所述第三光的第三量扩展量比所述第一量扩展量高，并且其中所述至少一个光学部件被配置为吸收所述第三光的至少一部分。
13.如权利要求10至12中任一项所述的投影系统，进一步包括反射镜，所述反射镜被配置为通过反射所述第一光的一部分来提取所述第二光。
14.一种用于扩展量利用的投影系统，所述投影系统包括：
光源，所述光源被配置为发射具有第一扩展量的第一光；
扩展量部件，其中，所述扩展量部件被配置为接收所述第一光，并从所述第一光中提取具有第二扩展量的第二光和具有第三扩展量的第三光，其中所述第二扩展量低于所述第一扩展量，并且其中所述第一扩展量低于所述第三扩展量；
第一光调制器，所述第一光调制器被配置为接收所述第二光，以与第一图像相关联的方式调制所述第二光，并且输出经调制的所述第二光；以及
第二光调制器，所述第二光调制器被配置为接收来自所述第一光调制器的经调制的所述第二光，并且接收来自所述扩展量部件的所述第三光，以与所述第一图像相关联的方式调制所述第三光并附加地调制经调制的所述第二光，并且输出经调制的所述第三光和经附加调制的第二光。
15.根据权利要求14所述的投影系统，进一步包括至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置为接收所述第二光调制器的输出并将所述第一图像投影到屏幕上。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的投影系统，其中所述第一光调制器包括光束转向器件。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的投影系统，其中所述第一光调制器包括多个数字反射镜，并且其中所述第二光调制器包括第二多个数字反射镜。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的投影系统，其中所述第一光调制器包括MEMS阵列，并且其中所述第二光调制器包括DMD阵列。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的投影系统，其中，所述第一光调制器的像素元件的数量大于所述第二光调制器的像素元件的数量。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的投影系统，其中，所述第一光调制器和所述第二光调制器的像素元件的数量相同。
21.一种用于投影系统内的扩展量利用的方法，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射光，所述光包括第一扩展量分量和第二扩展量分量，其中，所述第一扩展量分量的扩展量比所述第二扩展量分量的扩展量低；第一投影光学器件，所述第一投影光学器件能够配置为将图像投影到屏幕上；第二投影光学器件，所述第二投影光学器件能够配置为将图像投影到屏幕上；以及扩展量分光器部件，其中，所述第一投影光学器件被配置为使用所述第一扩展量分量投影第一图像，并且所述第二投影光学器件被配置为使用所述第二扩展量分量投影第二图像，所述方法包括：
接收来自所述光源的所述光，
从所述光中提取所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量，
向所述第一投影光学器件提供所述第一扩展量分量，以及
向所述第二投影光学器件提供所述第二扩展量分量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述投影系统包括接收所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量之一的相位光调制器，其中，所述第一扩展量分量和所述第二扩展量分量中的另一个绕过所述相位光调制器。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中，所述扩展量分光器部件能够被重新配置为至少第一状态和第二状态，其中在所述第一状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第一部分作为所述第一扩展量分量，其中在所述第二状态中，所述扩展量分光器部件提取所述光的第二部分作为所述第一扩展量分量，并且其中所述第二部分大于所述第一部分。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述扩展量分光器部件包括移动光学部件和致动器，并且其中，所述方法包括移动所述移动光学部件，作为将所述扩展量分光器部件重新配置为至少所述第一状态和所述第二状态的一部分。
25.一种用于投影系统内的扩展量利用的方法，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射具有第一量扩展量的第一光；投影装置，所述投影装置能够配置为将图像投影到屏幕上；以及至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置为：接收所述第一光，提取具有低于所述第一量扩展量的第二量扩展量的第二光，以及向所述投影装置提供所述第二光，所述方法包括：
接收所述第一光；
提取具有低于所述第一量扩展量的第二量扩展量的第二光；以及
向所述投影装置提供所述第二光。
26.一种用于投影系统内的扩展量利用的方法，所述投影系统包括：光源，所述光源被配置为发射具有第一扩展量的第一光；扩展量部件，其中，所述扩展量部件被配置为接收所述第一光，并从所述第一光中提取具有第二扩展量的第二光和具有第三扩展量的第三光，其中所述第二扩展量低于所述第一扩展量，并且其中所述第一扩展量低于所述第三扩展量；第一光调制器，所述第一光调制器被配置为接收所述第二光，以与第一图像相关联的方式调制所述第二光，并且输出经调制的所述第二光；以及第二光调制器，所述第二光调制器被配置为接收来自所述第一光调制器的经调制的所述第二光，并且接收来自所述扩展量部件的所述第三光，以与所述第一图像相关联的方式调制所述第三光并附加地调制经调制的所述第二光，并且输出经调制的所述第三光和经附加调制的第二光，所述方法包括：
接收所述第一光；
从所述第一光中提取具有第二扩展量的第二光和具有第三扩展量的第三光，其中，所述第二扩展量低于所述第一扩展量，并且其中，所述第一扩展量低于所述第三扩展量；
接收所述第二光；
以与第一图像相关联的方式调制所述第二光；
输出经调制的第二光；
接收经调制的所述第二光并接收所述第三光；
以与所述第一图像相关联的方式调制所述第三光并附加地调制经调制的所述第二光；以及
输出所述第三光和经附加调制的第二光。
27.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令当由投影系统的处理器执行时使所述投影系统执行包括根据权利要求21至26中任一项所述的方法的操作。
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