专利名称：在反射式投影系统中利用离轴照明的系统和方法
技术领域：
本发明总的涉及一种投影系统，尤其涉及一种包括一个偏轴场透镜组的新颖的离轴投影系统。
背景技术：
反射式液晶显示器(LCD)比透射式LCD有很多优点，因此在投影系统中的应用变得日益盛行。例如，透射式显示器一般有一个有限的孔径比(即光可到达的照射象素的总面积)，并需要象素填充以分开象素，导致一种象素化的图像。透射式显示器的限制在以合理的成本建造亮的高分辨率显示器方面造成了难以克服的问题。另一方面，反射式LCD包括一个制作在标准处理的CMOS硅芯片背面处理器上的高反射镜阵列，利用近年来由VLS I过程工程师开发的亚微米金属化过程，因而不会受到透射式显示器的限制。
虽然在亮度和分辨率方面优于透射式显示器，但反射式显示器造成额外的系统设计方面的问题。例如，图1表示现有技术中的一种同轴投影系统100，它包括一个照明光源102，一个偏转分束器104，一个颜色分离器106，多个液晶显示器(LCD)108(r，g和b)，以及投影光学系统110。照明光源102产生白色源光束并将源光束导向偏转分束器104，该分束器透过一部分具有第一极性的源光束，并且沿光轴112向着颜色分离器106重取向另一部分具有第二极性的源光束。颜色分离器106将照明光束分成红色、绿色和兰色成分，并将这些每种颜色的照明光束导向各自的LCD108(r，g和b)。每个LCD108(r，g和b)由一个系统、如计算机或其它视频信号源(未示出)控制，并且每个LCD调制彩色照明光束选定部分(即象素)的极性以形成彩色成象光束，该光束被反向颜色分离器106。颜色分离器106重合并彩色成象光束，形成一个复合成象光束并将复合成象光束沿投影光学元件110的光轴112往回朝向偏置分束器104引导，只使复合成象光束的调制部分通向投影光学元件110。然后，投影光学元件110把复合成象光束的调制部分聚焦到显示面(未示出)上。
因为系统100中的照明光束和成象光束都沿光路(即，光轴112)穿过，所以投影光学100被认做是一个“同轴”系统。同轴投影系统一般需要一个偏振分束器，如偏振分束器104，并且因此受到下列限制。首先，偏振分束器具有较高的角度敏感性。其次，偏振分束器104必须执行起偏功能和检偏功能，并且因而必须对于正交态(S&P)能很好的工作，因而需要在制造上有不理想的折衷。另外，偏振分束器104产生一条传播玻璃的较长的光路，这会在入射光束和成象光束中由于应力导致的双折射而导致不理想的象差。最后，例如与基于偏振膜的聚合物相比，偏振分束器非常昂贵。
图2表示一种不需要偏振分束器的离轴投影系统200。投影系统200包括一个照明光源202，一个会聚透镜204，一个起偏器206，一个场透镜207，一个反射式LCD208，一个检偏器210和一个投影透镜组212。照明光源202产生一个由会聚透镜204聚焦的照明光束214以通过起偏器206，并且以非直角(非零的入射角)入射到LCD208上。LCD208调制照明光束214以形成成象光束216，并且将成象光束216反射向投影透镜组212。场透镜207邻近反射式LCD208设置，并且在接近投影透镜组212后部的场光阑(未示出)处聚焦照明光源202的场光阑(未示出)。照明光束214和成象光束216之间的角间隔允许起偏器206和检偏器210分离。
投影透镜组212聚焦成象光束216以将LCD208的放大图像投影到显示表面220上。对于诸如系统200的结构中，带有一个LCD208和成象光束216之间的净平均角度，投影透镜组212将典型地用作图中所示(即，关于光轴218非对称)以避免梯形失真。成象光束216由此与投影透镜组212的光轴218形成一个非零的角度。
投影透镜组212的复杂性依据于其光轴218和成象光束216的轴之间的角间隔量。特别是，对于成象光束216和投影透镜组212之间适于允许一个间隔的起偏器和检偏器的角间隔(如12°)，对于投影透镜的总设计视场将在比类似的在显示面220上投影类似图像的同轴系统大30％的量级。所得的投影透镜组212将趋于具有过度的失真，比类似的同轴系统更为复杂、更为昂贵。对于显示器应用中典型的＜0.25％的失真限度，如果视场减小，就可以实现轨道长度30％量级的减小，这是很有益的。
因此，我们需要的是一种投影系统，它允许照明光束和成象光束之间的角间隔，没有投影图像的位移和/或失真，不用增大投影透镜所需的视场。
发明内容
本发明通过提供一种在反射式投影系统中利用离轴照明的新颖系统和方法克服了现有技术中的问题。本发明便于照明光束和成象光束的角间隔，没有投影图像的位移和/失真，并且容易满足投影透镜组的设计需要。
投影系统包括一个用于发射照明光束的照明光源，用于调制照明光束以形成反射成象光束的反射式显示装置，一个投影透镜组，和一个场透镜组。场透镜组偏离投影透镜组的光轴并设置成弯折照明光束和成象光束。场透镜组重定向照明光束，以非零的入射角照明显示装置，并且沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束。在一个具体的实施例中，显示装置设置在投影透镜组的光轴上。在另一个实施例中，反射成象光束的光路的重定向部分与投影透镜组的光轴重合。在另一个实施例中，显示装置相对于投影透镜组的光轴倾斜，从而容纳投影透镜组的焦平面中由成象光束的重定向导致的倾斜。
在一个实施例中，场透镜组包括一个同轴场透镜和一个光楔。在另一个实施例中，场透镜组包括一个偏轴场透镜。在另一实施例中，场透镜组由单偏轴透镜组成。
另一实施例中，显示装置是一种液晶显示器(LCD)，还包括一个设置在照明光束中的线起偏器和一个设置在成象光束中的检偏器(也为线起偏器)。
在另一能够彩色投影的实施例中，包括一个将照明光束分成多个彩色照明光束的颜色分离器，多个显示装置，多个场透镜组和一个颜色组合器。每个显示装置调制一种相关的彩色照明光束以形成相关的彩色成象光束。每个场透镜组偏离投影透镜组的光轴，并且设置为沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向一种相关的彩色成象光束。颜色组合器重合并彩色成象光束以形成导向投影透镜组的成象光束。
还公开了一种投影显示图像的方法。该方法包括设置反射式显示装置的步骤，设置投影透镜组的步骤，将照明光束导向以非零入射角照明显示装置的步骤，用显示装置调制照明光束以形成反射成象光束的步骤，并沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束的步骤。在一种具体的方法中，并沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束的步骤包括沿一条与投影透镜组光轴重合的光路重定向反射成象光束。
下面参考附图对本发明进行描述，其中附图中相同的标号表示基本上类似的元件图1是现有同轴投影系统的框图；图2是现有离轴投影系统的框图；图3是根据本发明的离轴投影系统的框图；图4是图3所示场透镜组的截面图；图5是另一场透镜组的截面图；图6是图3所示投影透镜组沿光轴的截面图；图7是根据本发明的彩色投影系统一个通道的剖视图；图8是图7所示投影系统所有通道的顶视框图。
具体实施例方式
本发明利用一个偏轴场透镜组沿投影透镜组的光轴重定向离轴成象光束克服了现有技术有关的问题。在下面的描述中，着重提出了几个细节(如，本发明一个实施例的光学指标)以提供对本发明全面的理解。但本领域的技术人员将会理解，本发明可以离开这些细节了实时。在其它的实例中，省去了对公知光学实施(如程序的优化)和组件的具体描述，因此并不会模糊对本发明的理解。
图3表示一种离轴投影系统300，包括一个照明光源302，一个起偏器304，一个场透镜组306，一个反射式显示装置308，一个检偏器310和一个投影透镜组314。照明光源302产生一个照明光束316并指导照明光束316沿光路318穿过起偏器304。起偏器304将照明光束316线性起偏为第一偏振态，与起偏器304的透射轴对应。
场透镜组306邻近显示装置308设置，将照明光源302的场光阑(未示出)聚焦到接近投影透镜组314的后部的场光阑(未示出)，由此避免大部分照明光束316损耗。场透镜组306使照明光束316偏离光路318，以一个减小的非零入射角入射到显示装置308上。
在此实施例中，显示装置308是一个液晶显示器(LCD)。LCD308由一个系统、如计算机或视频信号源(未示出)控制，调制照明光束316选定部分(如象素)的极性，从而形成一个成象光束320，该光束沿光路322反射。
场透镜组306还偏转成象光束320，沿光路322重定向成象光束320。因为场透镜组306偏离投影透镜组314的光轴324，所以可以将场透镜组306设置成沿光轴324重定向成象光束，使得光路322与光轴324重合。特别是，LCD308轻微地偏离光轴324。没有偏轴场透镜组306的话，成象光束320将随从光路326。
将偏轴元件组合到场透镜组306中与偏轴投影光学元件相对，实质上减小了引入到投影图像中的象差，因为象差度与投影透镜314的视场有关。特别是，经典的失真按视场的立方比例(视场3)。彗差也是宽视场透镜的一个问题，并且作为一项基本象差以一阶视场为比例。因此，尽可能接近显示器308地弯折成象光束320将减小投影图像中的象差。
但鉴于上述公开，本领域的技术人员将会理解，在特定的应用中，场透镜组的偏轴元件移向投影光学元件并远离显示装置，不会消损本发明的实用性。事实上，可以把光楔移向投影透镜组314的一个位置328，在该位置光楔只阻截成象光束320。如果这样移动，将要求光楔较厚以便提供两倍的角光束偏离。另外，将需要向上移动投影透镜组314以沿重定向光路326对齐光轴324与成象光束。尽管有这些位移，但这些偏轴元件仍被认为包含在场透镜组中。
本领域的技术人员将还会理解，在实际的光学系统中，可以进行微小的调节以优化系统的性能。例如，可以相对于光轴324略微地移动成象光束320以优化系统的光学性能。因此，此处用于表示位置关系的词(如平行、重合等)应该是广义的，从而包含这种微小的调节。
检偏器310也是一个线偏振器。投影系统300至少可以以两种不同的模式工作。例如，如果检偏器310的透射轴平行于起偏器304的透射轴取向，则检偏器310将透过成象光束320的未调制部分并阻挡其调制部分。另一方面，如果检偏器310的透射轴正交于起偏器304的透射轴取向，则检偏器310将透过成象光束320的调制部分并阻挡其未调制部分。在一个实施例中，起偏器304和检偏器310均由可从PolaroidCorporation得到的HN42HE偏振材料制作。
投影透镜组314接收来自检偏器310的成象光束320，并聚焦该光束以在显示面(未示出)上投影图像。因为成象光束320沿投影透镜组314的光轴324或接近该光轴地传播，所以投影透镜组314的近轴部分(中心部分)用于在显示器上成象。这便于低f数投影透镜、如f2-f4的使用，不会把不当的象差引入到投影图像中。
投影透镜组314相对于光轴322略倾斜(约3.6°)。倾斜投影透镜组314提高显示场上的成象，不会导致不能接受的梯形失真量。另外，相对于光轴324移动场透镜组306和LCD308，连带着倾斜投影透镜组314将在系统光轴之上移动投影图像一个所需的量。本领域的技术人员将会理解，对于不同的系统，依据每个系统特有的特性必须改变投影透镜组314的倾斜度，并且在某些情况下可以完全删除。
图4是场透镜组306的截面图，图中所示透镜组包括一个同轴场透镜402和一个光楔404。场透镜402在投影透镜组314的场光阑处聚焦照明光源302的场光阑，如上所述。当照明光束316(图3)和成象光束320(图3)通过光楔时被光楔偏转，使得成象光束320从光路322上的光楔404出射，与投影透镜组314的光轴324重合或接近重合。光线穿过光楔404的角偏转依据于光楔404的折射率、光楔404的顶角406、光线的入射角以及入射光线的波长。设计光楔以产生理想的角偏转完全在光学领域技术人员的能力之内，如Hecht，Optics2ndEd.，1987，pp.163-166中所述，该文在此引为参考。
成象光束320被光楔404的偏转导致投影透镜组314焦平面中的倾斜。这种焦平面中的倾斜通过相对于光轴324倾斜显示装置一个角度θ而适应，从而将显示器308的反射面与投影透镜组314的最佳焦平面对齐。这种调节使梯形失真最小或消除梯形失真。另外，LCD308可以垂直偏离光轴324以进一步优化投影图像。
图5是另一种场透镜组306A的截面图，其中同轴场透镜402和光楔404由一个偏轴场透镜502代替。场透镜502基本上偏离显示装置308和投影透镜组314的光轴324。特别是，场透镜502的光轴处于或接近于其边缘504，场透镜的下边缘设置在显示装置308的下边缘之下。例如，在一个具体实施例中，显示装置308的高度近似15mm，偏轴场透镜504的光轴设置在装置308的中心之下。
图6是详细表示投影透镜组314的截面图，其中该透镜组包括一个变焦透镜组602和一个聚焦透镜组603，二者均设置在投影透镜组314的光轴324上。变焦透镜组602包括一个第一双凸透镜604，一个与第一双凹透镜608接触的第二双凸透镜606，和一个与第二双凸透镜612接触的第三双凸透镜610，所有的透镜都沿光轴324对齐。变焦透镜组602可以沿光轴324相对于聚焦透镜组603移动以调节投影图像的放大率。聚焦透镜组603包括一个第一弯月面透镜614，一个双凸透镜616，一个第二弯月面透镜618，一个第三弯月面透镜620和一个双凸透镜622，所有这些透镜都沿光轴324对齐。第二弯月面透镜618可以沿光轴324相对于聚焦透镜组603的其余透镜移动以聚焦投影图像。
图7是根据本发明彩色投影系统700的一个通道的剖视图。投影系统700类似于投影系统300，除了在照明光束316中设置两个交叉的二向色板702(r)和702(b)，并且在成象光束320中设置一个彩色直角棱镜704。二向色板702(r)和702(b)将照明光束316分成红316(r)(图8)、兰316(b)(图8)和绿316(g)彩色照明光束，并且把每一束彩色照明光316(r，b和g)导向各自的LCD308(r)(图8)、308(b)(图8)和308(g)。LCD308(r，b和g)调制彩色照明光束316(r，b和g)以分别形成彩色成象光束320(r，b和g)，并且将彩色成象光束320(r，b和g)返回重新合并彩色成象光束320(r，b和g)的彩色直角棱镜704，形成彩色成象光束320。偏轴场透镜502(r，b和g)沿光轴322(r，b和g)重定向彩色成象光束320(r，b和g)，这些彩色成象光束320(r，b和g)与投影透镜组314的光轴324的各个片段324(r，b和g)重合或接近重合。二向色板702(r)和702(b)均大约3mm厚，分别与照明光束316和成象光束320形成45°和135°的角度。照明光束316和成象光束320之间的角间隔以及通过二向色板702(r和b)的颜色分离允许单独的起偏器304(r，b和g)和单独的检偏器310(r，b和g)用于每个彩色通道，有利地解耦起偏和颜色分离过程。象差补偿元件(如弱柱状透镜)可以组合到投影透镜组314中以校正由二向色板702(r和b)引入到投影图像中的任何象散。
图8表示投影系统700的顶视图，包括系统的其余彩色通道。光轴324位于纸平面中，而成象光束320遮蔽照明光束316，而照明光束316发自位于纸平面以下的照明光源302。投影透镜组314延伸穿过纸平面，并且遮蔽照明光源302的视线。类似地，检偏器310(r，b和g)分别遮蔽起偏器304(r，b和g)的视线。
下面的光学指标详述了本发明的一个具体实施例，其中该实施例提出的光学指标不与其它附图中提出的实施例一致。在光学指标中给出的表面与本发明后投影系统的下列元件对应表面1-6对应于后投影折叠式反射镜；表面7-23对应于投影透镜组；图24-25对应于合成彩色直角棱镜；表面26-29和38-41对应于场透镜；表面30-33、34-37和50-IMA对应于成象装置；表面42-43和45是用于物理轮廓表示的虚设表面；和表面44对应于照明光源的出射孔径位置。
本领域的技术人员将会知道，本发明的范围不由具体给出的光学指标限定。
光学指标一般性透镜数据表面 53光阑 19系统孔径 像空间F/#＝3.5玻璃样本 Schott射线瞄准 Paraxial Reference，Cache OnX光瞳移位 0Y光瞳移位 0Z光瞳移位 0Apodization Uniform.factor＝0.00000E+000有效焦距 17.30586(空气中)有效焦距 17.30586(在像空间)后焦距 -1.41264总轨道 304像空间F/# 3.5近轴工作F/# 3.51222工作F/# 3.525914像空间NA 0.1409391物空间NA 0.005798216光阑半径 8.777825近轴像高 12.41447近轴放大率 -0.0407299入射光瞳直径 4.944531入射光瞳位置 286.3766出射光瞳直径 57.68271
出射光瞳位置 203.3021场类型 毫米级的物高最大场 304.8基波 0.555透镜单位 毫米角放大率 -0.08571947场 8场类型 毫米级的物高#X值Y值权重(Weight)10.000000 0.000000 1.0000002243.840000 182.880000 1.0000003192.000000091.200000 1.00000040.000000 182.880000 1.0000005243.840000 0.000000 1.0000006243.840000 -182.8800001.00000070.000000 -182.8800001.0000008192.000000 -91.200000 1.000000渐晕因子#VDX VDY VCX VCY10.0000000.0000000.0000000.00000020.0000000.0000000.0000000.00000030.0000000.0000000.0000000.00000040.0000000.0000000.0000000.00000050.0000000.0000000.0000000.00000060.0000000.0000000.0000000.00000070.0000000.0000000.0000000.00000080.0000000.0000000.0000000.000000波长 5单位 微米#值权重(Weight)10.470000 0.09100020.510000 0.50300030.555000 1.00000040.610000 0.50300050.650000 0.107000表面数据概括表面类型注解半径厚度镜子(Glass)直径 圆锥度OBJ标准无限人 140 609.6 01 COORDBRK 0 - -2标准 无限大 0MIRROR 609.9846 03 COORDBRK -0 - -4标准 无限大 -248 417.8938 05 COORDBRK -0 - -6 COORDBRK -0 - -
7EVENASPH 6 178.6901-6 1.491668，55.31019267.0005108EVENASPH -39.42224 -50 47.8829409COORDBRK - 0 - -10COORDBRK- 0 - -11标准无限大 0MIRROR 42.97209012 COORDBRK - 0 - -13标准无限大 38.5160836.84685014标准 TP1.1460 -29.108 3LAK8 24.03219015标准 TP2.346 -59.58840.2 24.82568016标准 TP5.6101 142.496 3LASF3 24.85084017标准 TP0.7602 19.309 7.3 SF14 24.36006018标准 TP3.1832 -80.85328 21.0794724.277780STO标准 TP1.7820 -45.26233SF617.55565020标准 TP1.3881 35.2577 5.099995 SK419.9445 021标准-35.25770.2 21.15012022标准 TP2.3099 58.671464.41 SSK51 22.85238023标准 TP2.1506 -54.62520.9999488 23.23788024标准无限大 28 BK723.32803025标准无限大 48 24.06586026COORDBRK- 0 - -27COORDBRK 倾斜场透镜- 0 - -28标准 TP4.196 106.57844.2 SF57 55.25607029标准无限大 0 55.08193030COORDBRK- 1 - -31标准无限大 0.7 BK725.16091032标准无限大 0 24.94614033标准 ULCD 无限大 0MIRROR 24.94614034标准无限大 0 24.94614035标准无限大 -0.7 BK724.94614036标准无限大 -1 25.0931 037COORDBRK- 0 - -38标准无限大 -4.2 SF57 53.92453039标准106.57840 53.87472040COORDBRK- 0 - -41COORDBRK 非倾斜场透镜 - 0 - -42标准无限大 -48 27.0162 043标准无限大 -40 80.92517044标准无限大 40 137.6562045标准无穷大 4880.92517046COORDBRK- 0 - -47COORDBRK 倾斜场透镜- 0 - -48标准106.57844.2 SF57 53.87472049标准无穷大 0 53.92453050COORDBRK- 1 - -51标准无穷大 0.7 BK7 25.0931 052标准无穷大 0 24.946140IMA标准 无穷大24.946140表面数据细目
表面OBJ 标准散射 无表面1 COORDBRK偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 -33关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面2 标准散射 无表面3 COORDBRK偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 -33关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面4 标准散射 无表面5 COORDBRK偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 -0.17215857关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面6 COORDBRK偏向X 0偏向Y -4.4849655关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面7 EVENASPH注释 6
r2的系数 -0.0068101369r4的系数 0r6的系数 7.5889271e-011r8的系数 0r10的系数 0r12的系数 0r14的系数 0r16的系数 0散射 无表面8 EVENASPHr2的系数 -0.013..7995r4的系数 -3.465254e-006r6的系数 0r8的系数 0r10的系数 0r12的系数 0r14的系数 0r16的系数 0散射 无表面9 COORDBRK偏向X 0偏向Y -1.5432298关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面10 COORDBRK偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 33关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面11 标准散射 无表面12 COORDBRK偏向X 0
偏向Y 0关于X倾斜 33关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面13 标准散射 无表面14 标准注释 TP1.1460散射 无表面15 标准注释 TP2.346散射 无表面16 标准注释 TP5.6101散射 无表面17 标准注释 TP0.7602散射 无表面18 标准注释 TP3.1832散射 无表面STO 标准注释 TP1.7820散射 无表面20 标准注释 TP1.3881散射 无表面21 标准散射 无表面22 标准注释 TP2.3099
散射 无表面23 标准注释 TP2.1506散射 无表面24 标准散射 无表面25 标准散射 无表面26 COORDBRK偏向X 0偏向Y 17.673295关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面27 COORDBRK注释 倾斜场透镜偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 4.9686119关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面28 标准注释 TP4.196散射 无表面29 标准散射 无表面30 COORDBRK偏向X 0偏向Y -17.67448关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面31 标准散射 无表面32 标准散射 无表面33 标准注释 ULCD散射 无表面34 标准散射 无表面35 标准散射 无表面36 标准散射 无表面37 COORDBRK偏向X 0偏向Y 17.67448关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面38 标准散射 无表面39 标准散射 无表面40 COORDBRK偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 -4.9686119关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面41 COORDBRK注释 非倾斜场透镜偏向X 0偏向Y -17.673295关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面42 标准散射 无表面43 标准散射 无表面44 标准散射 无表面45 标准散射 无表面46 COORDBRK偏向X 0偏向Y 17.673295关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面47 COORDBRK注释 倾斜场透镜偏向X 0偏向Y 0关于X倾斜 4.9686119关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面48 标准散射 无表面49 标准散射 无表面50 COORDBRK偏向X 0偏向Y -17.67448关于X倾斜 0关于Y倾斜 0关于Z倾斜 0顺序 偏轴再倾斜散射 无表面51 标准散射 无表面52 标准散射 无表面IMA 标准散射 无对本发明具体实施例的描述到此结束。描述的很多特征可以在不脱离本发明范围的前提下替换、更改或省去。例如，可以用另一种显示器如可变形反射镜装置代替反射式LCD。另外例如可以以交叉的方式设置二向色板702(r和b)，并且可以用其它的颜色组合器如彩色直角棱镜代替二向色板702(r和b)的顶部。这些与具体实施例的种种偏差对于本领域的技术人员而言、尤其在考虑到前面的公开之后是显而易见的。
权利要求
1.一种投影系统，包括一个用于发射照明光束的照明光源；一个用于调制照明光束以形成反射成象光束的反射式显示装置；一个投影透镜组，具有一光轴；和一个场透镜组，该场透镜组偏离投影透镜组的光轴并设置成重定向照明光束，以非零的入射角照明显示装置，并且沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束。
2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，反射成象光束的光路与投影透镜组的光轴重合。
3.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，显示装置设置在投影透镜组的光轴上。
4.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，场透镜组包括一个与投影透镜组的光轴同轴的场透镜；和一个光楔。
5.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，场透镜组包括一个偏离投影透镜组的光轴的场透镜。
6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，场透镜组由一个偏离投影透镜组的光轴的场透镜构成。
7.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，显示装置相对于投影透镜组的光轴倾斜。
8.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，显示装置相对于投影透镜组的光轴倾斜的量足以将显示装置的表面与投影透镜组和场透镜组的组合的焦平面对齐。
9.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，场透镜组相对于投影透镜组的光轴倾斜。
10.如权利要求9所述的投影系统，其特征在于，所述场透镜组相对于投影透镜组的光轴倾斜的量足以将显示装置的表面与投影透镜组和场透镜组的组合的焦平面对齐。
11.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，还包括一个起偏器，设置在照明光源和显示装置之间以对照明光束起偏；和一个检偏器，与起偏器分开，设置在场透镜组和投影透镜组之间对成象光束检偏。
12.如权利要求11所述的投影系统，其特征在于，还包括一个颜色分离器，设置在照明光源和起偏器之间，将照明光束分成多种颜色的彩色照明光束；多个显示装置，每个显示装置与各自一种彩色照明光束相关联，用于调制相关的彩色照明光束以形成相关的彩色成象光束；多个场透镜组，每个场透镜组与多个显示装置中的一个相关，每个与投影透镜组的光轴偏离；和每个设置成沿平行于投影透镜组的光轴的光路指导相关的彩色成象光束；和一个颜色组合器，用于合并彩色成象光束以形成成象光束。
13.如权利要求12所述的投影系统，其特征在于，还包括多个起偏器，每个起偏器与多个显示装置之一相关，并且被设置在相关的显示装置和颜色分离器之间；和多个检偏器，每个与多个显示装置之一相关，并且被设置在相关的显示装置和颜色合并装置之间。
14.一种投影显示图像的方法，该方法包括设置一个反射式显示装置；设置一个具有一个光轴的投影透镜组；将照明光束导向以非零入射角照明显示装置；用显示装置调制照明光束以形成反射成象光束；和沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向反射成象光束的步骤包括沿一条与投影透镜组光轴重合的光路重定向反射成象光束。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，设置一个反射式显示装置的步骤包括在投影透镜组的光轴上设置所述的反射式显示装置。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，重定向成象光束的步骤包括在成象光束的光路中设置一个光楔。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，重定向成象光束的步骤包括在成象光束的光路中设置一个场透镜，该透镜具有偏离投影透镜组的光轴的光轴。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，用显示装置调制照明光束的步骤包括通过相对于投影透镜组的光轴倾斜显示装置使显示装置的表面与投影透镜组的焦平面对齐。
20.如权利要求14所述的方法，还包括对照明光束起偏；和用一个与起偏器分开的检偏器对成象光束检偏。
21.如权利要求14所述的方法，还包括将照明光束分成多个彩色照明光束；用多个反射式显示装置中相关的一个调制彩色照明光束中的一个以形成多个彩色成象光束；利用多个场透镜组中相关的一个沿平行于投影透镜组光轴的光路重定向所述的每一种彩色成象光束，其中多个场透镜组的每一透镜具有偏离投影透镜组光轴的光轴；和重合并多个彩色成象光束以形成成象光束。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括用多个相关起偏器中的一个对所述的彩色照明光束中的一个起偏；和用多个相关检偏器中的一个对每个彩色成象光束检偏，所述的相关检偏器与相关的起偏器分开。
23.一种投影系统，包括一个用于发射照明光束的照明光源；一个显示装置，设置成接受以非零角度入射的照明光束，调制照明光束以形成反射成象光束；一个投影透镜组，有一个光轴；和一个设置在成象光束中的光楔，将所述的照明光束弯折成随从一条平行于投影透镜组的光轴的光路。
全文摘要
一种投影系统，包括一个用于发射照明光束的照明光源(302)；一个反射式显示装置(308)，设置成接受以非零角度入射的照明光束，调制照明光束以形成反射成象光束；一个投影透镜组(314)，有一个光轴(324)，和一个场透镜组(306)。场透镜组(306)设置成沿一条平行于投影透镜组的光轴的光路重定向反射成象光束。反射成象光束的光路的重定向部分可与投影透镜组的光轴重合。另外，显示装置相对于投影透镜组的光轴可倾斜以容纳投影透镜组的焦平面由成象光束重定向导致的倾斜。
文档编号G03B21/14GK1493017SQ02805164
公开日2004年4月28日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年1月12日
发明者伊莎贝拉·T·刘易斯, 梅尔文·弗朗西斯, 马修·F·博恩, 弗朗西斯, F 博恩, 伊莎贝拉 T 刘易斯 申请人:奥罗拉系统公司