[發明專利]顏色相關的孔徑光闌

有效

• 申請號: 201380018943.0
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104220920B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: J·鮑倫;S·C·雷德;A·F·庫爾茨
• 申請（專利權）人: 圖像影院國際有限公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B5/00;G03B21/14;H04N9/31;G02B26/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

相關申請的交叉引用

要求題為“Color Dependent Aperture Stop”、于2012年4月3日提交的美國臨時專利申請61/686,318的優先權，其整體通過引用方式被并入于此。

本發明與同本發明同時提交的、題為“Projector Optimized for Modulator Diffraction Effects”的第PCT/____________號[代理人案號I0002/869626]國際專利申請相關。

技術領域

本發明一般涉及用于電影顯示的體系和方法，并且更具體地(雖然不必排它地)涉及具有孔徑光闌尺寸及形狀的投影透鏡和具有孔徑光闌尺寸及形狀的照明系統，其中此二者或任一者可以在尺寸或形狀上作為波長的函數而變化。

背景技術

在光學設計中，一個光學系統可能緊隨著另一光學系統。在這種情況下，有效地將光從一個系統耦合到另一個系統可能是重要的。這可以通過例如使用三種考慮來完成。

首先，離開第一系統的光的工作f數(f-number)可與進入第二系統的光的工作f數相匹配，這可以幫助使光的軸向光束被有效地耦合。有效的耦合可以涉及成本和光通量。如果第一系統的f數小而第二系統的f數較大，那么通過將它們連接在一起，一些光可能會損失。如果第一系統的f數大而第二系統的f數較低，那么沒有或者大體上沒有光被損失但是第二系統“太昂貴”，因為它被超安全標準設計以工作在較大的孔徑尺寸。因此，一種方法是將兩個系統匹配起來。用于優化光學子系統之間的光的有效耦合的第二條件是確保第一系統的出射光瞳的定位可以與第二系統的入射光瞳的定位相同，這可以幫助光的離軸光束被有效地耦合。最后，任何在第一系統中完成的漸暈可以由第二系統中類似的漸暈相匹配。作為場位置的函數的漸暈(Vignetting)可以用來改變有效f數。假設光瞳定位和漸暈是在光學設計中被仔細考慮的細節，且假設系統具有圓對稱性，那么工作f數、NA、錐角或者f數中的任一個(在無限共軛系統中)都可以用作匹配的標準。

在孔徑光闌不再是圓形時(例如在光瞳掩模被使用時)，先前的項不再是常數而是作為角度的函數而變化。然而在某些角度下仍然存在最大半徑，其對應于最大錐角和NA以及最小工作f數或f數。光學部件可以被設計成在這種條件下工作，因此與之前同樣的匹配標準可以被使用。然而，可能要強加一個附加的條件，即第一系統的出射光瞳的形狀和定向要與第二系統的入射光瞳的形狀和定向相匹配。

匹配工作f數的原理通常被用在投影儀中的投影和照明光學部件的設計中。尤其，這被使用在DPL電影投影儀中，其使用由Texas Instruments Inc.of Dallas,TX提供的數字微鏡器件(DMD)。DMD空間光調制器已經被成功采用在包括滿足DC2K數字電影分辨率標準的數字電影設備的數字投影系統中。效率測量已經在這些使用DC2K芯片的系統上被執行，并且發現效率優化原理是有效的；然而，對于利用新的DC4K芯片的系統，沒有發現原理同樣有效地起作用。

獨立于包括基于DMD和LCOS的投影儀的數字投影技術的發展，激光投影技術隨著激光的發展已經逐步發展在相當獨立的道路上。一個示例是在論文"Laser Digital Cinema Projector,"by G.Zheng et al.,Journal of Display Technology,Vol.4,pp.314-318(2008)中描述的系統，這個系統將激光改進到傳統的基于2K DMD的數字電影投影儀中。在“A Laser-Based Digital Cinema Projector”,by B.Silverstein et al.(SID Symposium Digest,Vol.42,pp.326-329,2011)中描述的第二示例性系統描述了使用2K DMD空間光調制器和普通光學部件的激光投影儀。

為了支持激光投影儀的發展，使用紅色、綠色和藍色激光執行了透射實驗。不可接受的效率損失在激光波長和4K DMD器件的各種組合中被觀察到。這些損失可能是由于增加的DC4K芯片的較精細的節距衍射。衍射在傳播波(例如光波)遇到障礙物且其行為被修改時出現。例如，這可以發生在障礙物的尺寸與波長相似且障礙物包括多個、緊密排列的縫隙時。這還可以導致無法根據幾何光學推斷的光分布的復雜散布。