[发明专利]使用阵列光源的光束对准系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种用于投射数字图像的装置，且更具体言之，涉及一种用于对准作为照明光源的固态激光的改良装置和方法。

背景技术

为了更合适地替换传统的幻灯片条放映机，数字投射系统尤其是多色电影投射系统必须满足对图像质量和性能的需求。在其它特征中，这意味着高分辨率、宽色彩范围、高亮度和超过1000∶1的帧顺序对比率。

多色彩数字电影投射的最有前途的方案采用两种基本型的空间光调制器(SLM)之一作为成像设备。第一种类型的空间光调制器是数字光处理器(DLP)数字微镜设备(DMD)，其由德克萨斯达拉斯的德州仪器公司开发。在众多专利例如第4,441,791号、第5,535,047号、第5,600,383号美国专利(所有都由Hornbeck发明)和第5,719,695号美国专利(由Heimbuch发明)中都描述了DLP设备。采用DLP的投射装置光学设计被披露在第5,914,818号美国专利(由Tejada等人发明)、第5,930,050号美国专利(由Dewald发明)、第6,008,951号美国专利(由Anderson发明)和第6,089,717号美国专利(由Iwai发明)中。DLP已成功用于数字投射系统中。

图1示出了使用DLP空间光调制器的投射器装置10的简化框图。光源12将多色光提供到棱镜组合件14(诸如飞利浦棱镜)中。棱镜组合件14将多色光分裂成红、绿和蓝组分带，并将每个带指向对应的空间光调制器20r、20g或20b。棱镜组合件14接着重新合成来自每个SLM 20r、20g和20b的调制光，并将此光提供给投射透镜30以投射至显示屏或其他适当的表面上。

虽然基于DLP的投射器证明了为从桌上型电脑到大电影院的多数投射应用提供必要的光产出量、对比率和色域的能力，但是仍存在固有的分辨率限制，当前设备仅提供2148×1080像素。此外，高成分和系统成本对用于高质量数字电影投射设计的DLP具有有限的适合性。而且，飞利浦或其他适合棱镜以及具有亮度所需的长工作距离的快速投射透镜的成本、尺寸、重量和复杂度是固有的限制，会对这些设备的可接受性和可用性产生负面影响。

用于数字投射的第二种类型的空间光调制器是LCD(液晶设备)。LCD通过为每个对应的像素选择性地调制入射光的偏振状态而以像素阵列形成图像。LCD看起来拥有针对高质量数字电影投射系统的空间光调制器的优点。这些优点包括相对大的设备尺寸、良好的设备成品率以及制造更高分辨率设备(例如Sony和JVC公司的4096×2160分辨率设备)的能力。利用LCD空间光调制器的电子投射装置的示例被披露在第5,808,795号(Shimomura等为发明人)美国专利、第5,798,819号(Hattori等为发明人)美国专利、第5,918,961号(Ueda为发明人)美国专利、第6,010,121号(Lee为发明人)美国专利和第6,062,694号(Oikawa等为发明人)美国专利中。LCOS(硅上液晶)设备尤其被认为对大规模图像投射是有前途的。然而，LCD组件在维持数字电影的高质量需求(尤其相对于色彩和对比度)方面具有困难，这是因为高亮度投射的高热负载会影响材料偏振质量。

照明效率持续存在的问题涉及光学扩展量(etendue)或类似地拉格朗日不变量。如在光学领域中已知的那样，光学扩展量涉及可由光学系统处理的光量。潜在地，光学扩展量越大，图像越亮。在数值上，光学扩展量与两个特征的结果成比例，即，与图像面积和数值孔径的结果成比例。就图2所示的具有光源12、光学构件18和空间光调制器20的简化的光学系统而言，光学扩展量与光源A1的面积和其输出角度θ1的因素相关，且等于调制器A的面积及其接收角度θ2。对于增加的亮度，需要从光源12的区域提供尽可能多的光。作为普遍原理，当光源处的光学扩展量与调制器处的光学扩展量最紧密匹配时，光学设计是有利的。