TWI251715B - Two-stage projector architecture - Google Patents

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TWI251715B
TWI251715B TW092133867A TW92133867A TWI251715B TW I251715 B TWI251715 B TW I251715B TW 092133867 A TW092133867 A TW 092133867A TW 92133867 A TW92133867 A TW 92133867A TW I251715 B TWI251715 B TW I251715B
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Valter Drazic
Estill Thone Hall Jr
Eugene Murphy O'donnell
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Thomson Licensing Sa
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Description

1251715 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明與具有二級式投影機結構之顯示系統有關。 【先前技術】 液晶顯示器（Liquid crystal displays ; LCD)，特定言之使 用反射光引擎或成像器之石夕上液晶（liquid crystal on silicon ;LCOS)系統正日益盛行用於成像裝置如背投影電視（rear projection televisl0n ; Rp丁v)中。在]^〇3系統中，所投影 的光由一極化分光器（p〇larizing beain splitter ; PBS)極化且 引導至包含一像素矩陣之一LC〇s成像器或光引擎上。本說 明書自始至終且與相關技術之實際應用一致而使用術語像 素來表示影像之一小區域或點、光透射之對應部分及成像 裔產生該光透射之部分。 成像器之每一像素依據向成像器或光引擎輸入之一灰階 口數凋.夂入射於其上之光以形成一分離式已調變光信號或 像素矩陣。已調變光信號矩陣從成像器反射或輪出且引導 至一投影透鏡系統，其將已調變光投影到—顯示營幕上、、： 組合光之像素以形成可觀看的影像。在此系統中，自像: 至像素之灰階變化由處理影像信號所使用之位元： 。^月亮狀態（即最大光）至黑暗狀態（最小光）之對比= 像為中光的洩漏限制。 又成 現有LC0S系統之主要缺點之—係難以減少 光的數量且因而難以提# g '、 9 '恶中 光的汽漏，且係、LC〇u統中固有的。 刀係由於
O\89\89660.DOC 1251715 此外由於輸入係一固定數目（如8、10等）的位元（其 况明光之全範圍），故趨向於存在很少的位元可用於說、 片較黑暗區域中的微小差異。此點可導致輪廓中的人工因 素0 〜ΛΤ、 Μ日 ^ 乃沄係使用 c〇l〇rswitchtm或類似裝置以基於該特 々荷疋圖框中的最大 值來縮放整個圖片。此方法改善一些圖片，但是對於包含 較高與較低光位準的圖片效果不明顯。解決該問題的2 嘗試著眼於製造更好的成像器上等，但是這些嘗試至^ 增量改善。 ° 夕為 所需要的係能提高視訊影像（特定言之黑暗狀態中）之對 比度且減少輪廓中的人工因素之一投影系統。 、 【發明内容】 相關申請案交互參考 本申請案要求2002年丨2月4日所申請、標題為「二級式投 影機結構」之美國臨時專利申請序列號碼第60/430,997號1 律師檔案號碼為PU020471)之權利，此處以引用方式將其1 部併入。 本申清案亦要求標題為「四邊形至四邊形之中繼系統」 之美國臨時專利申請序列號碼第60/430,819號（律師檔案號 碼為PU020475)之權利，此處以引用方式將其全部併入。 本發明提供一種投影系統，其基於像素對像素使用一二 級式投影結構提供已改善的光信號對比度及輪廓從而改善 所有的視訊圖片。在本發明之一範例性具體實施例中，此
0 \89\89660 DOC !251715 投影系統包括配置以基於像素對 供-第一輸出矩陣之一第一成二::: =光頻帶進而提 所提供之該影像之每-像素之灰階值^比例對像素基礎與 一钕L . 自值成比例。定位且配置 接收該第-已調變光像素之輪出矩陣且A 於像素對像素調變來自該第一成 基 执你女 豕态之先之該等個別已調 •又象素，該像素對像素基礎與所提供之該影像之每—像素 =第二灰階值成比例。第二成像器之每—像素提供強度 ^弟-成像n巾制像素之已調變輸出光及第：成像器中 為該像素所選取之一灰階值成比例之一輸出光。 【實施方式】 本發明提供對比度已增強且輪廓已減少之一投影系統( 口用於電視顯示器）。在圖！所說明之範例虹⑽系统令， 白光1由燈10產生。燈10可為適合用於LC〇s系統之任何燈 。/列如可制—短弧汞燈。白光1進人—積分器20,其將白 光之通〜光束朝投影糸統3〇引導。白光丄接著分離出其 成分，即光2之紅、綠及藍（RGB)頻帶。_光2可由二向色 鏡（未顯示）分離且經引導進入分離的紅色、綠色及藍色投影 糸統30中用於調變。已調變的则光2接著由一棱鏡裝配件 (一未顯示)重新組合並由一投影透鏡裝配件4〇投影到顯示螢 幕（未顯示）上去。 或者白光1可由例如一色輪（未顯示）在時域中分離成光2 之咖頻帶，因而每次將—者引導至單—l⑽投影系統3〇 中。 圖h兄明使用依據本發明之二級式投影結構之一範例性
O:\89\89660.DOC 1251715 LCOS投影系統30。光2之單色RGB頻帶依次由兩個不同的 成像為50、60基於像素對像素進行調變。光2之rgb頻帶包 含一 p極化成分3與一 s極化成分4(在圖3中顯示）。光2之此等 RGB頻帶進入一第一 PBS 71之一第一表面71a並由該第— PBS 71内之一極化表面71p進行極化。極化表面71p允許光2 之RGB頻帶之p極化成分3穿過第一 pBS 71至一第二表面 71b，同時遠離投影路徑以一角度反射s極化成分，其在該 路徑處透過第四表面71d離開第一 PBS 71。第一成像器5〇 置放在第一 PBS 71之與第一表面71a(光iRGB頻帶在該處 進入第一 PBS 71處）對置的第二表面71b之外。穿過pBS 71 之P極化成分3因而入射於第一成像器5〇上。 在圖2所說明之範例性具體實施例中，第一成像器50係包 含一已極化液晶矩陣（對應於顯示影像之像素（未顯示））之 一 LC0S成像器。此等晶體依據自身之方向透射光，而其方 向隨提供給第一成像器5〇之信號所產生之電場強度變化。 成像為像素基於與提供給第一成像器50之每一個別像素之 灰值成比例之像素對像素調變p極化光3。由於已調變個 別像素’第一成像器5〇提供包含一像素或離散光點矩陣之 第一光矩陣5。第一光矩陣5係透過第一 PBS 71之第二表 面7 lb從第一成像器5〇反射回之已調變$極化光之一輸出， 其中该第一光矩陣由極化表面7 1?以一角度透過第三表面 71c反射出第一 pBS 7丨。第一光矩陣$之每一像素具有與第 成像器50中所提供之該像素之個別灰階值成比例之一強 度或照度。
O:\89\89660.DOC ^51715 極化光之第一光矩陣5透過中繼透鏡系統8〇由s 7 1反 射其提供第一光矩陣5之一對一透射。在圖2所說明之範 例丨生具體貝施例中，中繼透鏡系統8〇包含一系列配置以提 供較低影像（係採用大約為丨的放大率透射）變形之非球形與 :彩色透鏡，1而將第一成像器5〇中每一輸出像素投影於 弟一成像器6 0之對應像素上。 如圖2中所示，範例性中繼透鏡系統8〇包含位於第一 π與透鏡系'統焦點或系統止點83之間之—第—非球形透鏡 81與一第一無彩色透鏡82。在系統止點83與第二成像器Μ 之間，透鏡系統80包含一第二無彩色透鏡84與一第二非球 形透鏡85。第-非球形透鏡81具有―第—表面…與第二表 無彩色透鏡82之第一表面82a)。第二無彩色透鏡以之表面 84a、84b及84c將發散的光圖案分配到第二非球形透鏡=上 面仙，其將來自第—PBS 71之發散光圖”曲成朝透鏡系 統80之光學軸會聚之一光圖案。第一無彩色透鏡“具有一 第一表面82a、一第二表面82b及一第三表面82〇，其將來自 第一非球形透鏡81之會聚光圖案聚焦於系統止點“上。在 系統止點83處，光圖案反向且發散。具有一第—表面8^、 -第二表面84b及—第三表面84e之第二無彩色透鏡第 一無彩色透鏡82之鏡像（即相同的透鏡向後轉使得第二無 彩色透鏡84之第一表面84a等效於第一無彩色透鏡“之第 三表面82c且第二無彩色透鏡84之第三表面8讣等效於第一 。具有-第-表面85a與-第二表面85b之第二非球形透鏡 85係第-非球形透鏡81之鏡像。表面85a與咖使光圖案彎 O:\89\89660.DOC -11 - 1251715 曲從而在第二成像器72上會聚形成一反向影像，其與第一 成像器50之物體或像素矩陣一對一地對應。中繼透鏡系統 80之表面係配置以配合成像器50、60及PBS 71、72用以達 成第一成像器50與第二成像器60之像素一對一的對應。範 例性二級式投影系統30之表面匯總提供於表1中且表面8 1 a 、81b、85a與85b之非球形係數提供於表2中。可基於此等 因數如成本、尺寸、照度位準及其他設計因數對此範例性 投影系統進行各種修改。在中繼透鏡系統80中，無彩色透 鏡82與84係等效透鏡且非球形透鏡81與85係等效透鏡。因 而，需要很少獨特的零件從而提高製造效率且降低成本。 表1(尺度以毫米為單位） 裝置 表面 類型 半徑 厚度 玻璃 直徑 二次曲線 50 . 物體 標準 無窮大 11.25436 0 71 第二(71b) 標準 無窮大 28 SF2 24.07539 0 71 第三(71c) 標準 無窮大 11.44304 29.59782 0 81 第一 (81a) 光滑非 球形 45.72373 11.60359 BAK2 40 -0.941321 81 第二(81b) 光滑非 球形 -29.74398 1.061985 40 -2.300802 82 第一 (82a) 標準 16.45201 9.507266 BAK2 28 -0.003454099 82 第二(82b) 標準 696.8212 6.993905 SF15 28 0 82 第三(82c) 標準 10.75055 6.389217 14 0 83 止點 標準 無窮大 6.389217 10.09268 0 84 第一 (84a) 標準 -10.75055 6.993905 SF15 14 0 84 第二(S4b) 標準 -696.8212 9.507266 BAK2 28 0 84 第三(8如） 標準 -16.45201 1.061985 28 -0.003454099 85 第一 (85a) 光滑非 球形 29.74398 11.60359 BAK2 40 -2.300802 85 第二(85b) 光滑非 球形 -45.72373 11.44304 40 -0.941321 72 第一 (72a) 標準 無窮大 28 SF2 31.9247 0 72 第二(72b) 標準 無窮大 11.25436 25.06428 0 60 影像 標準 無窮大 20.44114 0 O:\89\89660.DOC -12 - 1251715 表2 有關係.數 表面81a、85b 表面81b、85a ? Γ -2.5672672e-005 -2.5672139e-005 r4 -3.6464646e-007 _4.6458644e-007 Γ° -1.3360629e-009 -5.3232556e-010 沪 2.2079531e-012 9.3458426e-013 rlu 4.0274312e-019 -2.9875722e-019 r12 3.2408025e-022 8.6192792e-022 r14 -4.230269 le-024 5.022829e-024 r15 -1.3350251e-026 1.9281194e-026 第一光矩陣5離開中繼透鏡系統80後透過一第一表面72a 進入一第二PBS 72中。第二PBS72具有一極化表面72p，其 透過一第二表面72b將s極化第一光矩陣5反射到一第二成 像器60上。在圖2所說明之範例性具體實施例中，第二成像 器60係一LCOS成像器，其基於與提供給第二成像器60之每 一個別像素之灰階值成比例之像素對像素對先前已調變第 一光矩陣5進行調變。第二成像器60之像素與第一成像器50 之像素及顯示影像之像素一對一地對應。因而，輸入第二 成像器60之特定像素（！，j)係從第一成像器50輸出之對應像 素（i ， j)。 第二成像器60接著產生p極化光之一輸出矩陣6。輸出矩 陣6中光之每一像素係藉由提供給成像器之第二成像器60 之該像素之灰階值而進行強度調變。因而輸出矩陣6之一特 定像素（i，：j)將具有與第一成像器中其對應像素〇，^:^及第 二成像器60中其對應像素（1，j)2之灰階值都成比例之一強度。 特定像素（i，J)之光輸出L由第一成像器50之給定像素上 之入射光、為第一成像器50之給定像素所選取之灰階值及 O:\89\89660.DOC -13 - I251715 第二成像II 6〇巾所選取之灰階值之乘積給定： L^LO X G1 X 〇2 對於一給定像素L0為一常數（係燈1〇及照射李统之—了 :)。因而’光輸出L實際上主要由每-成像器5。、60為: 素所選取之灰階值決定。例如，將灰階標準化為工最大且 假設每一成像器具有非常適度的對比度2〇〇:1，則像素（1 , J)之明亮狀態為1且像素（1 ’〕·)之黑暗狀態為1/2⑻(非零，由 於洩漏）。因而，二級式投影機結構具有4〇,〇〇〇:1的
圍。 X
Lmax =1 X 1 = 1 ;
Lmin = .005 X ·〇〇5 = ·〇〇〇〇25 由此等限制定義之照度範圍給出1/ 〇〇〇〇25:1或 的一對比度。重要之處，若在現存的單一成像器結構中使 用該假設的成像器，範例性二級式投影機結構之黑暗狀態 之照度將僅為明骨狀態之照度之四萬分之一而非明亮狀態 照度之百分之二。熟悉本技術者將明白，為使成本大幅低 於具有較高對比度之成像器，可提供具有較低對比度之成 像為。因而’使用對比度為2 0 0:1之兩成像器之二級式投影 系統將提供40,000:1的對比度，而使用一對比度為5〇〇:ι之 更貴的成像器之單級投影系統僅提供500:1的對比度。此外 ，使用一對比度為500:1的成像器與一對比度為200:1的便宜 成像器之二級式投影系統之系統對比度將為100,000:1。因 而，可製定一成本/性能折衷方案用以製造一最佳化的投影 系統。 Ο \89\89660 DOC -14- 1251715 透過PBS或反射之光洩漏隨後每次透過PBS 71、72透射時 大4刀的光沒漏從影像路徑轉向，因而先前部分中只有一 部分繼續沿著影像路徑。因而，光信號每次穿過pBS時，反 向極化洩漏減少。 如同PBS—樣，沒有完美的成像器，一小部分光將由第一 成像杰50之灰階值設定為黑暗狀態之像素反射為$極化第 五Λ漏8與Ρ極化第四洩漏形成鮮明對比，s極化第五洩漏 F刀將由極化表面7 1 ρ與極化表面7反射到第二成像 印60上，原因為第五洩漏與第一光矩陣5具有相同的極化。 §第一成像器60之對應像素設定為黑暗狀態時，如上所述 第五Λ漏8透過第二成像器6〇之對比度進一步減少，將黑暗 狀怨中的光減少為第六洩漏8,並增強對比度。 額外的光洩漏9發生於第二成像器6〇中。然而，此額外的 光洩漏9係來自第-光矩陣5且先前由第一成像器71調變過 ，因而將為比入射於第一成像器71上之RGB頻帶3更小之光 信號之一部分。因而，本發明之二級式投影結構透過額外 的極化濾光且透過串列成像器5〇、6〇之累積對比度減少洩 漏。 依據本發明之二級式投影機系統之另一優點為，更大數 目的位兀可用以描述影像較黑暗區域之陰影中之微小差異 從而減 >、輪扉。例如，若使用八個位元為成像器之每一 像素產生灰階值，則可定義28或256個灰階陰影。然而，在 本發明中由於兩成像器5〇、6〇依序調變影像相同像素，故 可定義216或65,536個灰階陰影。因而可大大減少輪靡。
O:\89\89660.DOC -16- 1251715 如圖4與5所示之本發明之一替代具體實施例中，二級式 投影系統包含具有三個第一級成像器15〇R、15〇]3與15〇G分 別用於調變（基於像素對像素）紅色、綠色與藍色光之一第一 級100。第一級成像器15〇il、15〇B、bOG之每一個提供一 已調變單色光像素矩陣151P。第一級成像器使光極化旋轉 使得輸出矩陣15 1P係p極化光。在所說明之具體實施例中， 第一級100係配置於COL〇RQUADtm結構中，其中四個彩色 遥擇性分光益1 2 0鄰接以形成一正方形圖案且配置使其選 擇性地傳送或反射各種顏色光，從而進入第一級丨〇〇之每一 顏色的光引導至不同的第一級成像器15〇R、15〇B、15〇(}。 C〇L〇RQUADTM結構僅將紅色光引導至紅色成像器i5〇r、 色光引導至藍色成像器15 〇 R、綠色光引導至綠色成像器 1 50G。COLORQUAD™結構接著將三個已調變單色光像素 矩陣15 1P從第一級1〇〇引導出來朝向第二級2〇〇。應明白各 種顏色光中每一種在第一級1〇〇中傳播相同距離。因而三種 顏色可同時加以調變與投影。 圖4所說明之具體實施例亦包含具有三個配置於
COLORQUAD結構中之弟二級成像器“OR、160B、160G 之一第一級16 0，該結構再次將光分成三種不同顏色：紅色 、監色及綠色並將它們引導至三個第二級成像器1 6〇r、 160B、160G。第二級成像器160R、160B ' 160G基於像素對 像素調變從第一級成像器150R、150B、150G輸出之光以形 成已兩次調變單色光像素矩陣2 0 1。此等已兩次調變單色光 像素矩陣201係藉由C0L0RQUADTM結構引導至投影透鏡 O:\89\89660.DOC -17- 1251715 系統（未顯示）中，該投影透鏡系統將矩陣投影到螢幕（未顯 示）上以形成可觀看的彩色影像。 一替代範例性中繼透鏡系統380係置放於第一級1 5〇與第 二級160之間以將第一級成像器！50R、15〇B、15〇G之輸出 像素投影到第二級成像器160R、160B、160G之對應像素上 ’從而第二級輸出之一特定像素將包含一紅色像素、一藍 色像素及一綠色像素，每一個已調變兩次（一次由第一級成 像态150R、150B、150G調變且另一次由對應的第二級成像 器 160R、160B、160G調變）。 COLORQUAD™結構應僅接收邊化光。因而，將s極化光 1〇1引入第一級100中，其中將s極化光1〇1分成已個別且同 時由三個成像器15011、150B&15〇G調變之三種顏色。由於 第二級200之C〇L0RQUADTM結構應接收s極化輸入且來自 第一級1 00之已調變單色光像素矩陣1 5 1係p極化光，故第一 級100與第二級2〇〇之間的極化必須加以旋轉。因而，在圖4 與5所說明之具體實施例中，半波板383係置放於第一級ι〇〇 與第一級200之間。半波板3 83最有效的位置係中繼透鏡系 統之孔徑或透鏡止點處。 如圖5中所示，替代範例性中繼透鏡系統3 8〇包含位於第 一級100與透鏡止點或系統止點之間之一第一非球形透鏡 381與一第一無彩色透鏡382。在系統止點與第二級2〇〇之間 ，替代範例性透鏡系統380包含一第二無彩色透鏡384與一 第一非球形透鏡385。第一非球形透鏡381具有一第一表面 381 a與第二表面381b，其將來自第一級1〇〇之發散光圖案彎 O:\89\89660 DOC -18 - 1251715 曲成朝透鏡系統380之光學軸會聚之一光圖案。第一無彩色 透鏡382具有一第一表面382a、一第二表面382b及一第三表 面382c，其將來自第一非球形透鏡381之會聚光圖案聚焦於 系統止點上。在系統止點處，光圖案反向且發散。具有一 弟一表面384a、一第二表面38仆及一第三表面384ς之第二 然形色透鏡384具有與第一無彩色透鏡382相同之配置但方 向相反（即相同的透鏡向後轉使得第二無彩色透鏡之第 一表面384a等效於第一無彩色透鏡382之第三表面38仏，且 弟二無彩色透鏡384之第三表面384c等效於第一無彩色透 鏡382之第—表面382a)。第二無彩色透鏡384之表面384a、 384b及384c將發散的光圖案分配到第二非球形透鏡上。 具有一第一表面385a與一第二表面385b之第二非球形透鏡 3 85具有與第一非球形透鏡381相同的配置但方向相反。表 面385a與385b使光圖案彎曲從而在第二級2〇〇上會聚形成 一反向影像，其與第一級100之物體或像素矩陣一對一地對 應。中繼透鏡系統380之表面係配置以配合成像以爾、 150B、150G、160R、160B、160G 及 COLORQUADtm 結構用 以達成第一級成像器150R、15〇B、15〇G與第二級成像器 蠢、應、祕之像素—對—的對應。#代範例性中繼 透鏡系統380之表面匯總提供於表3令且表面％。、38“、 385a與385b之非球形係數提供於表4中。雖然顯示紅色成像 器150R與160R，但是對於藍色與綠色成像器，_繼透鏡季 統係相同的。可基於此等因數如成本、尺寸、照度位準及 其他設計因數對此替代範例性中繼透鏡系統38〇進行各種 0 \89\89660 DOC -19- 1251715 修改。在替代範例性中繼透鏡系統3 8 0中，無彩色透鏡3 8 2 與3 84係等效的且非球形透鏡381與385係等效的。因而，需 要很少獨特的零件從而提高製造效率且降低成本。 表3(尺度以毫米為單位） 表面 類型 ¥徑 厚度 玻璃 直徑 二次曲線 150R 標準 無窮大 5 20.4 0 120 標準 1窮大 22 SF2 35.6 0 120 標準 無窮大 2.01 BK7 35.6 0 120 標準 無窮大 27 SF2 43.42 0 120 標準 無窮大 3.39 BK7 43.42 0 120 標準 "^窮大 15.35734 34.44785 0 381a 光滑非球形 54.31735 11.64581 BAK2 41.60527 '300586 381b 光滑非球形 -53.66137 16.97665 41.49939 -2.189343 382a 標準 16.10644 10.20515 BAK2 28.1681 -0.03218522 382b 標準 ί51.12306 4.214673 SF15 23.92413 0 382c 標準 [12.39113 9.160193 16.74992 0.3226084 ST〇 標準 Infinity 1.1 BK7 13.61922 0 383 標準 Infinity 9.160193 14.0642 0 384a 標準 -12.39113 4.214673 SF15 16.74992 0.3226084 384b 標準 -51.12306 10.20515 BAK2 23.92413 0 384c 標準 -16.10644 16.97665 28.16813 -0.03218522 385a 光滑非球形 53.66137 11.64581 BAK2 41.49939 -2.189343 385b 光滑非球形 -54.31735 15.35734 41.60527 -1.300586 120 標準 無窮大 3.39 BK7 34.44785 0 120 標準 無窮大 27 SF2 43.42 0 120 i 標準 無窮大 2.01 BK7 43.42 0 120 標準 無窮大 22 SF2 35.6 0 表面 類型 半徑 厚度 玻璃 直徑 —次曲線 120 標準 無窮大 5 35.6 0 160R 標準 無窮大 20.4 0 表4 有關 係數 表面381a : 光滑非球形 表面381b : 光滑非球形 表面385a : 光滑非球形 表面385b : 光滑非球形 r 7.2863779e-005 6.5067317e-005 6.5067317e-005 7.2863779e-005 r4 3.8342926e-007 3.7276989e-007 3.7276989e-007 3.8342926e-007 r6 -1.6715824e-009 -1.3168408e-009 -1.3168408e-009 -1.6715824e-009 r8 6.3658429e-012 2.828627e-012 2.828627e-012 6.3658429e-012 r10 -2.3418598e-015 1.0954082e-014 1.0954082e-014 -2.3418598e-015 r12 -2.1109997e-018 -9.2267507e-019 -9.2267507e-019 -2.1109997e-018 r14 . 3.4975822e-020 -6.4427989e-020 -6.4427989e-020 3.4975822e-020 r16 -1.2083771e-022 1.723144e-023 1.723144e-023 -1.2083771e-022 0 \89\89660 DOC -20- 1251715 替代範例性中繼透鏡系統380之正方形化能量與場曲率 變形已使用ZEMAXTM軟體計算。如圖6中所示，來自第一 級成像器15〇!1、1506、150(}上特定像素之光能量至少大約 百刀之五十（50%)聚焦於十二微米的正方形（如第二級成像 器16〇!1、160B、160G之對應像素）上。如圖7中所示，由替 代範例性中繼系統380之場曲率引起之變形小於大約百分 之 0.5 〇 前面說明了實施本發明的一些可能性。在本發明之範疇 :精神内亦可能存在許多其它的具體實施例。例如，雖然 前面的說明與圖式係針對LC0S成像器，但是使用數位光處 理（dlgltal nght processmg ; DLP)成像器之類似系統亦為本 發明之範•内所預期。因此，前面的說明應視為圖示說明 而非限制，且本發明的範，係由隨附的中請專利範圍及其 全部等效内容所決定。 【圖式簡單說明】 上文已參照附圖說明本發明，其中： 圖1顯示依據本發明之一範例性具體實施例之具有 級式投影結構之LCOS投影系統之方塊圖； 圖2顯示圖丨之投影系統之範例性透鏡中繼系統； 圖3顯示圖1之投影系統中的光洩漏； 圖4顯示依據本發明之一替代範 一 ^王，、體貫施例之具有 一、、及式投影結構之LCOS投影系統之方塊圖； 圖5顯不圖4之投影系統之範例性中繼透鏡系統· 圖6顯示為圖5之中繼透鏡系統所計算之正方形化能量；及
O:\89\89660DOC -21 - 1251715 圖7顯示圖5之中繼透鏡系統因場曲率引起之變形。 【圖式代表符號說明】 1 白光 2 RGB光 3, 3，，、4, 3”，、4 4 4, 4，， P極化成分/RGB頻帶 ρ極化第二沒漏 弟二沒漏 第四洩漏 S極化成分 第一、;曳漏 p極化弟>一）¾漏 第一光矩陣 輸出矩陣 7 顯示影像 8 弟五）¾漏 8’ 第六洩漏 9 光洩漏 10 20 30 40 50 ^ 60 71 71a 燈/光 積分 投影系統 投影透鏡裝配件 成像器 第一極化分光器/第一成像器 第一表面 O:\89\89660.DOC -22 - 1251715 71b 第二表面 71c 第三表面 71d 第四表面 71p 極化表面 72 第二極化分光器/第二成 72a 第一表面 72b 第二表面 72c 第三表面 72p 極化表面 80 中繼透鏡系統 81 第一非球形透鏡 81a 第一表面 81b 第二表面 82 第一無彩色透鏡 82a 第一表面 82b 第二表面 82c 第三表面 83 透鏡系統焦點/系統止點 84 第二無彩色透鏡 84a 第一表面 84b 第二表面 84c 第三表面 85 第二非球形透鏡 85a 第一表面 二成像器 O:\89\89660.DOC -23 1251715 85b 100 101 150R、150B、150G 151P 120 160 160R、160B、160G 200 201 380 381 381a 381b 382 382a 382b 382c 383 384 384a 384b 384c 385 第二表面 第一級 s極化光 第一級成像器 已調變單色光像素矩陣 彩色選擇性分光器 第二級 第二級成像器 第二級 已調變單色光像素矩陣 中繼透鏡系統 第一非球形透鏡 第一表面 第二表面 第一無彩色透鏡 第一表面 第二表面 第三表面 半波板 第二無彩色透鏡 第一表面 第二表面 第三表面 第二非球形透鏡 O:\89\89660 DOC -24- 1251715 385a 第一表面 385b 第二表面 O:\89\89660 DOC -25 -

Claims (1)

1251?紫^縱2(案 拾申睛專利範圍 94年10月） —種投影系統，用於投影包含—像夸U—'」 一像素具有已調變之照度’該投影系統包含. ⑹C’被配置用以基於像素對像素之基礎而 素基礎與所提供线影狀每其像素對像 一 像素之灰階值成比例；及 像器，被定位魏置用以接收該已調變光像 輸出矩陣，且基於像素對像素之基礎而調變來 ::-成像器之光之該等個別已調變像素，其像素對 象素基礎與所提供之該影像之每—像素之—第二灰階值 成比例。 Ή請專利範圍第旧之投料統，其中該[成像器與 该弟_成像器之至少一者係一石夕上液晶似⑽）成像器。 申明專利範圍第2項之投影系統，其中該第一成像器與 该第二成像器都為矽上液晶（LCOS)成像器。 4·如申明專利圍第3項之投影系統，其中該第一成像器與 該第二成像器尺寸不同。 5·如申請專利範圍第3項之投影系統，其中該第一成像器與 該第二成像器允許不同位準的洩漏。 6. 如申請專利範圍第1項之投影系統，其中該等成像器之至 少一者為一數位光處理（DLP)成像器。 7. 如申請專利範圍第2項之投影系統，其進一步包含至少一 極化分光器用於向該矽上液晶（LC〇S)成像器提供極化 光0 O:\89\89660-941018.DOC Γ¥1(Μ8 1251715 8. 如申請專利範圍第ι項之投影kir，ί; . γγτ…」丄 ^ 昇進一步包含一中繼 9· 透鏡系統用於將來自該第-成像器每-像素之已調變光 輸出引導至該第二成像器之一對應像素。 如申請專利範圍第8項之投影系統，其進一步包含一投令 透鏡裝配件用於將來自該第二成像器之已調變光投影到 一顯示螢幕上。 1〇.如申請專利範圍第8項之投影系統，其中該中繼透鏡系統 係對稱的。 • ^種第—成像器與_第二成像器之影像投影系統 • α亥等第_與帛二成像器之每一個包含配置以提供一光 輸:之—對應像素矩陣，該光輸出已與所提供之該像素 ^一灰隸成比例進行調變，該投影系統係配置為使得 來自/亥第-成像器一特定像素之一已調變輸出係投影到 =第二成像器之—對應像素上；從而該第二成像器一特 ^像素之光輸出係與所提供之該像素之灰階值及所提供 之忒第成像器之對應像素之灰階值都成比例。 12.如：請專利範圍第U項之影像投影系統，其中該第一成 η β亥第一成像器之至少一者係一矽上液晶光引擎。 13·如申請專利範圍第u項之影像投影系統，其進—步包含 一中繼透鏡系統用於將來自該第一成像器之該特定像素 之光輸出引導至該第二成像器之該對應像素上。 ’、 14· 一種光投影系統，其包含·· ^具有一像素陣列之第一成像器，每一像素提供強肩 —Li像素所選取之一灰階值成比例之一已調變光輸出； ,2有與该弟一成像器中該像素陣列對應之一像素陣 =之第二成像器，每—像素提供強度與該[成像器中 -對應像素之-已調變光輸^該像素所選取之一灰階 值成比例之一光輸出；及 一將來自該第一成像5|备一德I ^ 取1豕為母像素之已調變光輸出引導 至該第二成像器一對應像素之中繼透鏡系統。 15.如申請專利範圍第14項之光投影系統’其中該第一成像 器與該第二成像器之至少一者係—石夕 擎。 以如申請專利範圍第14項之光投影系統，其中該第一成像 器與該第二成像器之至少一者係—數位光脈衝成像器。 π如申請專利範圍第14項之光投影系統，其進一步包含一 投影透鏡裝配件用於將來自該第― +曰必乐_成像器之已調變光投 影到一顯示螢幕上。 it如申請專利範圍第μ項之光投 ^ 又〜糸統，其中該中繼透鏡 糸統係對稱的。 19.如申請專利範圍第i 4項光 %仅〜糸統，其中該第一成像 器與該第二成像器係等效的。。 2〇· —種二級式投影系統，其包含： 一具有一或多個用於基於像素斟 I對像素調變光之成像器 之第一級； 一具有一或多個用於基於像素對 I對像素調變光之成像器 之第二級；及 將 O:\89\89660-941018.D0C 該等第一級成像器之像素輪出投影 到該等第二級 5 94 10·! 8 千；::] 1251715 成像器之對應像素上之中繼了 -——————J 21·如申請專利範圍第20項之二級式投影系統，其中該第一 級包含分別用於調變紅色、藍色及綠色光之三個成像器 及配置以將所需要顏色的光引導至每一成像器之一結構 22. 如申請專利範圍第21項之二級式投影㈣，其中該第二 級包含分別用於調變紅色、藍色及綠色光之三個成像器 及配置以將所需要顏色的光引導至每-成像ϋ之-結構 23.如申請專利範圍第22項之二級式投影系統，其進一步包 含置放於該第一級與該第二級之間之一半波板。 24如申請專利範圍第23項之二級式投影系統，其中該半波 板係置放於該中繼透鏡系統之系統止點處。 25.如申請專利範圍第2〇項之二級式投影系統，其中該中繼 透鏡系統將來自一第一級成像器一特定像素之至少約百 分之50的能量正方形化於一第二級成像器之對應像素上 26·如申請專利範圍第2〇項之二級式投影系統，其中該中繼 透鏡糸統提供因場曲率引起小於大約百分之〇 . 5之一變形 O:\89\89660-941018.DOC -4-
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