[发明专利]针对调制器衍射效应优化的投影仪

说明书

本公开的实施例涉及针对调制器衍射效应优化的投影仪。一种光学系统，包括微镜阵列光学调制器，该微镜阵列光学调制器能够基于到微镜的开启状态或关闭状态的命令选择性地调制具有定义的窄光谱带宽的入射光束，以将数据编码在其上。微镜阵列光学调制器能够通过衍射和反射对光进行重定向以提供输出调制光束，该输出调制光束表现为衍射偏手性相关的，该衍射偏手性通过部分取决于入射在其上的光的窄光谱带宽的衍射阶的排列来描述。光学元件具有用于定义调制光束的被阻挡的部分以及被透射的剩余部分的优化的限制性孔径。光学地透射的调制光束的开启状态效率和关闭状态对比度可以取决于与优化的限制性孔径的尺寸和形状相关的输出调制光束的衍射偏手性。

本申请是国际申请号为PCT/US2013/032088、国际申请日为2013 年3月15日、进入中国国家阶段日期为2015年9月11日、中国国家申请号为201380074568.1、发明名称为“针对调制器衍射效应优化的投影仪”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本公开涉及与本申请同时提交的、名称为“Color Dependent Aperture Stop(颜色相关的孔径光阑)”的国际专利申请No. PCT/US2013/032067。

技术领域

本公开总体涉及数字图像投影，并且更具体地涉及为了与表现出衍射效应的微镜阵列空间光调制器一起使用而优化的相干光投影系统。

背景技术

目前，电影产业正从传统的基于胶片的投影仪向数字或电子电影转变。由于三维(3D)电影的流行，该趋势正在加速。正当主要基于数字光投影(DLP)技术的使用的数字电影投影已经成熟和成功时，光源和DMD调制器一直在演变。在激光器的情况下，大功率紧凑型可见光激光器变得日益成熟并且成本有竞争力，从而使激光器数字电影投影仪的发展成为可能。一种这样的系统在B.Silverstein等人的文章“A Laser-Based Digital CinemaProjector(基于激光器的数字电影投影仪)”(SID Symposium Digest，第42卷，326-329页，2011)中描述。

在由德州仪器开发的DLP技术的核心是数字微镜器件(DMD)，该器件是包括微镜阵列的空间光调制器。DMD空间光调制器已经成功地在包括满足DC2K数字电影分辨率标准的数字电影设备的数字投影系统中使用。已经在使用DC2K芯片的这种系统上进行了效率测量并且发现效率优化原理有效；然而，发现该原理对采用新DC4K芯片的系统不是也有效。

在DMD器件技术发展的早期，个体微镜55或者像素相对较大，在约30平方微米。随后，随着像素的逐渐更小，从20世纪90年代末期的约17平方微米演变到2K数字电影投影仪(2005)的 13.8x13.8μm，并且最近利用DC4K器件(2011)达到7.5μm x 7.5μm 的像素，设备的分辨率已经改善。由Silverstein等人描述的投影仪使用2K分辨率的DMD器件以用于图像光调制，并且考虑了DMD器件行为的各个方面。作为另一个示例，在G.Zheng等人在显示技术杂志(Journal of Display Technology)，第4卷(2008)发表的文章“Laser DigitalCinema Projector(激光器数字电影投影仪)”中，也描述了使用DMD器件的DC2K版本然而具有包括TIR和飞利浦棱镜组件的常规DLP投影光学器件的激光器投影仪。值得注意的是，Silverstein等人和Zheng等人描述了使用DMD器件的DC2K版本的投影仪，意味着他们服从DCI数字电影投影规范并且提供“2K”水平分辨率。

然而，如上面所注意到的，最近发布的DC4K器件具有小多了的像素来支持更高的水平分辨率标准。随着微镜尺寸的减小，衍射效应变的越来越重要并且微镜阵列可以被视为可编程的闪耀光栅。当激光与这些小像素以及子像素特征相互作用时，衍射变成甚至更大的担忧。实质上，由于一些光被引向其他衍射阶(闪耀随后部分地还原这些衍射阶)，衍射效应会引起相对于平面镜面的效率损失。