专利名称：投影系统的制作方法
背景本发明一般涉及投影系统，更具体地是，本发明涉及包括一全息分束器的投影系统。
结合液晶光学元件技术和半导体技术的显示装置的应用正在日益增加。例如，这些显示装置可用于移动电话、投影系统、家庭娱乐系统和个人计算机监视器。
一个这样的显示装置是可以用在投影系统中形成调制的光图像的一个空间光调制器(SLM)。对彩色投影系统，系统对每一基色通道(例如红色、绿色和蓝色(RGB)基本颜色通道)都可以有一个SLM。作为一个实例，为了形成一幅调制的多色图像，一个SLM可调制一个(红色通道的)红色光束以形成红色被调制的光束图像，一个SLM可调制一个(绿色通道的)绿色光束形成绿色被调制的光束图像，以及另一个SLM可调制一个(蓝色通道的)蓝色光束形成蓝色被调制的光束图像。用这种方式，红色、绿色和蓝色被调制图像在投影屏上组合形成多色图像。
传统的投影系统可包括保持不同颜色通道的光束分开的光学器件。例如参考
图1，传统的反射投影系统10可包括产生一束白光的光源28。为了将此白色光束分成其基本的(不同颜色通道的)红色、绿色和蓝色光束，投影系统10可包括二色性分束器12和16。用这种方式，二色性分束器12可从例如白色光束中分出红色光束。镜子13可将红色光束反射到偏振分束器19，偏振分束器19又将红色光束反射到调制的红色光束的反射SLM14。偏振分束器19将产生的绿色光束导向X-立方棱镜24，X立方棱镜导引调制的光束穿过光学元件26到投影屏上(未示出)以形成多色图像中的一个成分，绿色调制的光图像。投影系统10典型地还包括其它的光装置。如二色性分束器16、以及将非调制绿色光束和蓝色光束(来自初始的白色光束)分别导引到SLM18和SLM20的偏振分束器17和22。偏振分束器17和22以及X立方棱镜24导引产生的绿色和蓝色调制的图像穿过投影光学部件26以形成多色图像的剩余成分。
图2描绘了一种更为小型的传统投影系统30的一个实例。投影系统30使用了由棱镜块32、34和36形成的一种折叠的光学元件系统。用这种方式，光源46产生一白色光束，它经由偏振分束器44被导向到棱镜块32、34和36。二色性光学涂层35和41可用在一些棱镜块表面以维持不同颜色通道的分离，以及将白色光束分成其基本的红色、绿色和蓝色光束。用这种方式，二色性光学涂层35和41分别将红色光束、绿色光束和蓝色光束对准到SLM38、SLM40和SLM42。一旦被调制，调制的光束就沿着接近于由相关联的非调制入射光束所走的光路(但以逆序)返回到偏振分束器44。偏振分束器44又导引调制的光束穿过投影光学部件48到投影屏上(未示出)形成多色图像。
遗憾的是，二色性分束器可能十分昂贵，并且由二色性分束器滤色可能去掉了大量的光。此外，二色性分束器是多个光学装置中的一个，多个光学装置可能使得在系统10、30的校准过程中被调制的光束图像的准直很麻烦而且可能由于存在多个反射面而引入大量的光损失。
因此，继续需要一个能解决上述一个或多个问题的系统。
概述在本发明的一实施例中，投影系统包括至少一个光源、至少一个光调制器和一个全息分束器。全息分束器适用于在光源和光调制器之间建立光通信。
在另一实施例中，投影系统包括至少一个光源、至少一个光调制器和一个全息分束器。光源适用于提供非调制的光束，并且每一非调制的光束都与一不同的颜色通道相关联。每一光调制器都与一不同的非调制的光束相关联，并适用于调制相关联的非调制的光束以产生一调制的光束。全息分束器适用于将非调制的光束中的每一束都导向到相关联的光调制器。
在另一实施例中，一种方法包括提供参考光波和记录干涉图形。每一参考光波都与一不同的颜色通道相关联，并且每一干涉图形都与一不同的参考光波之一相关联。干涉图形用来产生物光波，并且每一物光波都与一不同的颜色通道之一相关联。物光波被调制产生调制的光波。
在还有的另一实施例中，分束器包括适用于接收与不同颜色通道相关联的光束的全息介质。介质适用于导引光束沿着不同角度的光路传播，所述角度基于相关联的颜色通道。
图3是根据本发明一个实施例的投影系统示意图。
图4示明了一种从全息图再现物光波的技术。
图5示明了一种记录全息图的技术。
图6是根据本发明一个实施例图3投影系统的电系统示意图。详述参考图3，根据本发明投影系统60的一实施例包括产生非调制的光束的光源76，其中的每一非调制的光束都与一特定的基色通道相关联，即与一特定的波长范围相关。作为一个实例，非调制的光中的一束可包括具有与红色相关联波长的光谱成分，因此，非调制的光束(此后称红色非调制的光束)与红色通道相关联。类似地，光束中的另一束(称蓝色非调制的光束)可与蓝色通道相关联，以及光束中的另一束(称绿色非调制的光束)可与绿色通道相关联。红色、绿色和蓝色非调制的光束沿各自的光路91、92和93到达偏振分束器80。偏振分束器80接着改变非调制的光束的行程，将光束沿各自的光路94、95和96导向到空间光调制器(SLM)70、72和74的总的方向上。SLM70、72和74中的一个或多个可包括液晶显示(LCD)面板，并且光源76可包括例如一个或多个激光和/或一个或多个发光二极管(LED)。
传统的投影系统为了控制颜色通道和SLM之间的光通信目的可包括几个位于光源76和SLM70、72和74之间的光学装置。但是，不同于传统的投影系统，在一些实施例中，投影系统60包括控制颜色通道和SLM70、72以及74之间双向通信的全息分束器62，它是一单个光装置(在一些实施例中)。
更具体地是，全息分束器62使每束基于光束光谱成分波长的光衍射，即全息分束器62使每束基于其相关联颜色通道的光衍射。全息分束器62对每个颜色通道的光束施加的衍射都不相同，这个特性可用于引起非调制的光束沿分开的独立光路64(对蓝色通道)、66(对绿色通道)和68(对红色通道)从全息分束器62出射，如下所述。
例如，类似于其它非调制的光，红色非调制的光沿着基本在角度上与面71垂直的光路94进入全息分束器62的入射面71。红色非调制的光从全息分束器62反面出射的角度(称θ3)由与红色通道相关联，并且存储在全息分束器62中的干涉图形(称全息图)来控制。用这种方式，全息图使入射的红色非调制的光束衍射使得光束以θ3角度(并且沿着光路68)从面73出射。
类似地，全息分束器62存储着与绿色和蓝色通道相关联的全息图。这些全息图使绿色和蓝色非调制的光衍射，使得绿色和蓝色非调制的光束以称为θ2和θ1的角度从面73出射并沿各自的光路66和64。因此，每一全息图都与一特定的颜色通道相关联，并且因为每一全息图都是高度波长选择的，所以全息图不会使与其它颜色通道相关联的光束衍射。
一旦被SLM70、72和74之一所调制，则产生的调制的光束就会沿着类似于入射的非调制的光束的路径返回到偏振分束器80。更具体地是，红色、绿色和蓝色调制的光束沿各自的光路69、67和65，其基本上是沿着(在相反的方向)红色、绿色和蓝色非调制的光束各自的光路68、66和64。例如，SLM70调制红色非调制的光束以产生沿光路69返回到全息分束器62的红色调制的光束，因为红色调制的光束以近似为θ3的角度进入全息分束器62的面73(即红色非调制的光从面73出射的角度)，所以红色调制的光束将沿着接近(在相反方向)红色非调制的光束所走光路94的光路97从全息分束器62的面71出射。类似地，绿色和蓝色调制的光束将沿着各自分别接近(在相反方向)绿色和蓝色非调制的光束所走光路95和96的光路98和99从面71出射。红色、绿色和蓝色调制的光束沿着光路96、95和94穿过偏振分束器80并到达形成有红色、绿色和蓝色调制的光束图像的投影光学部件82上，调制的光束图像在投影屏90上组合形成一幅多色复合图像。
上述投影系统的优点可包括下列中一个或多个可充分降低投影系统的价格；可将投影系统中光装置的准直简单化；易于批量生产全息分束器；不需要二色性滤光器；可节约能量；可有效控制颜色保真度；可增加光通过量；以及可将投影系统小型化。
参考图4，全息分束器62可包括一种存储至少三幅全息图的体记录介质61，其中每一幅全息图用来使一不同颜色通道的光束衍射。通常，储存的全息图允许通过将参考波102(如红色非调制的光束，例如进入全息分束器62的面71时)投射在面71上而形成一再现的物光波104(如红色非调制的光束，例如出射全息分束器62的面73时)。
每一幅全息图的记录可与其它全息图的记录分开单独进行，以防止“洗迹”被记录在全息图中，而每一幅全息图(对一特定颜色通道)的记录可用下列方法进行。参考图5，与特定颜色通道相关联的参考波102被投射在全息分束器62的面71上。作为一个实例，在一些实施例中，参考波102角度基本上垂直于面71，而且参考波102和物光波100可通过，例如，发光二极管(LED)或激光器产生，所述发光二极管或激光器发射具有与特定颜色通道相关联的波长的光谱成分的光。
例如，为了对蓝色通道形成全息图，LED或激光器可将蓝色光束投射到面71以形成参考波102。另一LED或激光器可用来将另一蓝色光束以角度θ(如图5所示)投射到面71形成物光波100。角度θ决定光路64的路线，即蓝色调制的光(即再现的物光波104(见图4))所行进的光路。与红色和绿色通道相关联的全息图可用类似的方法进行记录。
在数学上，对特定颜色通道的全息图可用下列方程描述H＝|O+R|2＝|O|2+|R|2+OR*+O*R，(1)这里尾标“*”代表共轭，“O”代表物光波100且“R”代表参考波102。在再现过程中，全息图再次用参考波102进行照射，使得全息图将参考波102衍射以产生再现物光波104，其在数学上描述如下OR＝H*R＝|O+R|2*R＝R|O|2+R|R|2+O|R|2+O*R2，(2)这里“OR”表示再现物光波104。如果R＝1，则在方程(2)中的第三项为初始物光波100，并且剩余光分解在其它后的三项之中。虽然后三项可能对振幅全息图物光波100的再现起作用，但是在一些实施例中，记录在全息分束器62中的全息图是只有位相的全息图，这种全息图有效抑制了方程(2)的后三项且只有很小部分的光浪费。用在全息分束器62中的全息体记录介质可薄可厚，在一些实施例中为几个毫米厚。
参考图6，投影系统60可包括下列电系统200，它可以是例如计算机系统的一部分或单机工作的投影机的一部分。特别地，电系统200可包括视频电子标准协会(VESA)接口202，以用于从VESA电缆201接收模拟信号。VESA标准在计算机显示时序规范V.1，rev.0.8中有进一步的描述，该规范可从互联网www.vesa.org/standars.html上得到。这些模拟信号表示由显示面板70、72和74形成的图像，而且可由计算机的图形卡产生。模拟信号由模数(A/D)转换器204转换成数字信号，并且数字信号存储在帧缓冲器206中。时序产生器212可连接到帧缓冲器206上，且调节图像形成于屏59上的帧速率。处理器220(例如一个或多个中央处理单元(CPU)，微控制器或微处理器)可经过总线208连接到帧缓冲器206。
处理器220可处理存储在帧缓冲器206中的数据，以产生在SLM70、72和74上形成图像的显示。例如，处理器220可将图形卡使用的坐标空间转换为SLM70、72和74所使用的坐标空间，将图形卡使用的颜色空间重新映射为SLM70、72和74使用的颜色空间，并且使得数据符合SLM70、72和74的伽马函数。这些操作的最终结果是一组用于图像的每一像素的RGB值。用这种方式，R值可用来形成SLM70的像素的强度值，G值可用来形成SLM72的像素的强度值，以及B值可用来形成SLM74像素的强度值。
在系统200的其它特点中，系统200可包括一个连接到总线208和驱动电压的显示面板接口222，以响应于地址产生器214提供的信号在SLM70、72和74上形成图像。映象215(储存在映射存储器216中)指出SLM70、72和74的像素单元与相应的由SLM70、72和74显示的图像像素单元之间所需要的映射变换。映象215可由地址产生器214使用，以便为SLM70、72和74的像素单元产生像素地址。
其它实施例在下面的权利要求的范围内。例如，在一些实施例中，SLM可用硅光栅调制器(也称为光栅光阀)替代。作为另一个实例，全息分束器62可存储用于其它颜色通道的全息图，如第四颜色通道，例如其可用于在屏90和图像传感器之间建立双向通信。用这种方式，第四颜色通道可以是红外颜色通道，而且可附加一个红外滤光器以允许接收来自屏90的、沿着与光路94、95和96相反方向光路行进的红外光。为了将红外控制信号解码的目的，全息分束器62将红外光导引到(投影系统的)成像器上。于是，屏90的一个观众可以操作遥控向屏90发送红外控制信号，因此，可与投影系统交互地进行通信。
作为另一个实例，在一些实施例中，光源76可由较少或较多的光源替代。例如，在一些实施例中，单个光源如弧光灯可与二色性镜一起使用产生红色、绿色和蓝色非调制的光图像。
又另一个实例，在一些实施例中，结合脉冲技术只使用一个SLM，这使得红色、绿色和蓝色非调制的光束以时间复用的方式被单独地并且顺序地投射到SLM上。用这种方式，在SLM调制红色非调制的光束的时隙期间，SLM接收代表对红色通道调制的电信号；在SLM调制绿色非调制的光束的时隙期间，SLM接收代表对绿色通道调制的电信号；等。
虽然本发明已经公开，仅提及几个有限的实施例，但是在本领域得益于此公开的技术人员会从中认识到多种更改和变化。所附的权利要求将覆盖所有落入本发明的精神和范围的这种更改和变化。
权利要求
1.一种投影系统，包括至少一个光源；至少一个光调制器；以及一个全息分束器，其适用于在所述至少一个光源和所述至少一个光调制器之间建立光通信。
2.如权利要求1的投影系统，还包括投影光学部件，以及其中，全息分束器还适用于在所述至少一个光调制器和所述至少一个投影光学部件之间建立光通信以产生合成图像。
3.如权利要求1的投影系统，其中所述至少一光源适用于产生非调制的光束，以及非调制的光束与至少三个颜色通道相关联。
4.如权利要求1的投影系统，其中所述的至少一个光源适用于产生非调制的光束，以及非调制的光束与至少四个颜色通道相关联。
5.一种投影系统，包括至少一个光源，其适用于提供非调制的光束，每一非调制的光束与一不同的颜色通道相关联；至少一个光调制器，每一个光调制器与非调制的光束中的不同的一个光束相关联，并且适用于对相关联的非调制的光束进行调制以产生调制的光束；以及一个全息分束器，适用于将每一非调制的光束导引到相关联光调制器上。
6.如权利要求5的投影系统，还包括投影光学部件，其中，全息分束器还适用于将调制的光束导向到投影光学部件形成合成图像。
7.如权利要求5的投影系统，其中全息分束器包括基于相位的全息分束器。
8.如权利要求5的投影系统，其中非调制的光束与至少三个颜色通道相关联。
9.如权利要求5的投影系统，其中非调制的光束与至少四个颜色通道相关联。
10.如权利要求5的投影系统，其中所述至少一个光源包括一个发光二极管。
11.如权利要求5的投影系统，其中所述至少一个光源包括一个激光器。
12.如权利要求5的投影系统，其中所述至少一个光调制器包括一个液晶显示面板。
13.一种方法包括提供参考光波，每一参考光波与一不同的颜色通道相关联；记录干涉图形，每一干涉图形与一不同的参考光波之一相关联；利用干涉图形产生物光波，每一物光波与一不同的颜色通道相关联；以及调制物光波以产生调制的光波。
14.如权利要求13的方法，其中调制物光波的步骤包括将调制的光波导向到光学部件以形成多色图像。
15.如权利要求14的方法，其中导向的步骤包括利用干涉图形。
16.如权利要求13的方法，其中提供的步骤包括利用激光器提供参考光波。
17.如权利要求13的方法，其中提供的步骤包括利用发光二极管提供参考光波。
18.一种计算机系统，包括一个处理器，适用于显示与不同颜色通道相关联的图像；至少一个光源，适用于提供非调制的光束，每一非调制的光束与不同的颜色通道之一相关联；至少一个光调制器，每一光调制器与一不同的非调制的光束之一相关联，并且被适配于利用来自处理器的图像显示调制相关联的非调制的光束以产生调制的光束；以及一个全息分束器，适用于将每一非调制的光束导向到相关联的光调制器上。
19.如权利要求18的计算机系统，还包括投影光学部件，其中，全息分束器还适用于将调制的光束导向到光学元件上以形成合成图像。
20.如权利要求18的计算机系统，其中全息分束器包括基于位相的全息分束器。
全文摘要
投影系统(60)包括至少一个光源(76),至少一个光调制器(70,72,74)和一个全息分束器(80)。光源(76)适用于提供非调制的光束(91,92,93),并且每一非调制的光束都与一不同的颜色通道之一相关联。每一光调制器(70,72,74)与一不同的非调制的光束之一相关联并且适用于调制相关联的非调制的光束以产生调制的光束(97,98,99)。全息分束器(80)适用于将每一非调制的光束(91,92,93)导向到相关联的光调制器(70,72,74)上。
文档编号G03B21/00GK1344375SQ00805369
公开日2002年4月10日 申请日期2000年1月12日 优先权日1999年3月24日
发明者K·拉 申请人:英特尔公司