CN1139761A - 尺寸紧凑的光学投影*** - Google Patents

Abstract

一个能够显示各种尺寸的M×N象素的图象的紧凑尺寸的光学投影***，其中M和N是整数，包括一个光源，一个光源光阑，一个光源透镜，一个全反射镜，一个M×N可驱动反射镜的阵列，一个投影光阑，一个投影透镜，一个投影屏和一个M×N象素滤光器的阵列，其中M×N象素滤光器的阵列包括多组R象素滤光器，G象素滤光器和B象素滤光器，并且各组在水平和垂直方向上都重复，并且各象素滤光器能够只透过一种原光光束。

Description

尺寸紧凑的光学投影***

本发明涉及一种光学投影***，更具体地说，涉及通过引入一个M×N象素滤光器得到尺寸减小的光学投影***。

在本技术领域中已知的各种视频显示***中，光学投影***已知能够提供大尺寸的高质量图象。

图1中示出了一个在先技术的光学投影***100，它包括一个光源10，一个光源透镜20，一个具有光透过部分26和光阻挡部分24的光源光阑22，一个包括反射表面32的全反射镜30，一个分束装置40，一组三个M×N可驱动反射镜50的阵列-M×N可驱动反射镜50的第一、第二和第三阵列52、54、56，一组三个向场透镜，包括第一、第二和第三向场透镜60、62和64，一个具有光透过部分74和光阻挡部分72的投影光阑70，一个投影透镜80和一个投影屏90。

在这种***中，从光源10发出的白光通过位于光源10和光源光阑22之间的光源透镜20被沿第一光学路径会聚到光源光阑22上的光透过部分26上，其中该白光包括一个第一、一个第二和一个第三原色。光源光阑用于通过使白光的特定部分通过其上的光透过部分26而使来自光源10通过光源透镜20的白光成形为一定形状。来自光源光阑22的白光传到与光源光阑22和分束装置40呈面向关系的全反射镜30的反射表面32。从全反射镜30的反射表面32反射的白光沿第二光学路径传播并均匀地照射在包括第一和第二分光镜42、44的分束装置40上。第一分光镜42位于全反射镜30和第二分光镜44之间，面向M×N可驱动反射镜50的第一阵列52，接收来自全反射镜30的反射表面32的白光，分离并反射白光中的第一原光光束至M×N可驱动反射镜50的第一阵列52，并将第二和第三原光光束传送至第二分光镜44。第二分光镜44位于M×N可驱动反射镜50的第三阵列56和第一分光镜42之间，面向M×N可驱动反射镜50的第二阵列54，在接收到来自第一分光镜42的第二和第三原光光束时，分离并反射第二原光光束至M×N可驱动反射镜的第二阵列54，并将第三原光光束传送至M×N可驱动反射镜50的第三阵列56。阵列52、54中的各可驱动反射镜50包括一个反射镜和一个驱动器，该驱动器由响应加在其上的电场产生变形的压电材料或电致伸缩材料制成。阵列52、54、56中的各可驱动反射镜50对应于要显示的各个象素。

各第一、第二和第三向场透镜60、62、64分别位于第一分光镜42与M×N可驱动反射镜50的第一阵列52、第二分光镜44与M×N可驱动反射镜50的第二阵列54、以及第二分光镜44与M×N可驱动反射镜50的第三阵列56之间，用于将来自分束器40中的各分光镜42、44的各原光光束准直，以将各原光光束均匀地照射在M×N可驱动反射镜的相应阵列上。

来自各阵列52、54、56的各未偏转的可驱动反射镜的反射的原光光束通过分束装置40，被相应的向场透镜会聚回投影光阑70，穿过投影光阑70的光透过部分74，而来自各阵列52、54、56的各偏转的可驱动反射镜的反射的原光光束通过全反射镜30被相应的向场透镜会聚回投影光阑70并被投影光阑70的光阻挡部分72部分地阻挡，使得会聚的原光光束的一部分通过光透过部分74，从而调制了原光光束的强度。来自阵列52、54、56的各可驱动反射镜50的穿过位于向场透镜60的焦点的投影光阑70的光透过部分74的原光光束被传送至投影透镜80，后者继而将传送的原光光束投影到投影屏90上。

上述光学投影***100的一个主要缺点是由于使用了一对分光镜42、44，导致了必须使用一组三个M×N可驱动反射镜阵列52、54、56和向场透镜60、62、64，使尽寸增大，从而使光学投影***100庞大，而且结构复杂。

因此，本发明的一个主要目的就是提供一个具有减小了的尺寸和简化了的结构的光学投影***。

根据本发明，提供一种能够显示M×N象素的图象的光学投影***，其中M和N是整数，包括：一个用于发出白光的光源，其中白光包括一个第一、一个第二和一个第三原光光束，每个原光光束都是一个原色；一个M×N可驱动反射镜阵列，用于响应电信号改变从其上反射的各原光光束的光路，其中各可驱动反射镜包括一个基座，一个从基座上伸出的驱动器和一个形成在驱动器顶上的反射镜，各可驱动反射镜中的反射镜有一个弯曲部分和一个非弯曲部分，非弯曲部分是指在直接伸出在基座上的驱动器的一部分的顶上的一部分反射镜，并且各驱动器是由响应加在上的电信号产生变形的压电材料或电致伸缩材料制成的；一个光源光阑，具有一个具备特定形状的光透过部分和光阻挡部分，并被放于光源前面，用于使用来自光源的白光成形为一定形状；一个光源透镜，位于光源光阑和光源之间，用于将白光会聚在光源光阑上；一个光学装置，用于将来自光源光阑的白光以预定的角度反射至M×N可驱动反射镜阵列；一个向场透镜，位于光学装置和M×N可驱动反射镜阵列之间，其中，向场透镜用于准直由光学装置反射的白光至M×N可驱动反射镜阵列上，并用于会聚从各阵列中的可驱动反射镜反射的各原光光束；一个M×N象素滤光器阵列，位于向场透镜和M×N可驱动反射镜阵列之间，各象素滤光器能够仅透过原光光束中的一种，其中透过M×N象素滤光器的阵列的各原光光束入射到阵列的相应的可驱动反射镜上，并且由各可驱动反射镜反射的各原光光束通过M×N象素滤光器阵列入射到向场透镜，从而产生一束反射的原光光束；一个投影屏，被放置在M×N可驱动反射镜阵列的前面，用于显示其上的M×N个象素形成的图象；一个投影光阑，具有一个光透过部分和一个光阻挡部分，用于使由向场透镜会聚的该束反射的原光光束通过一个预定的量，从而产生一束调制的原光光束；以及一个投影透镜，用于将来自投影光阑的一束经调制的原光光束投影到投影屏上。

从下面结合附图给出的对优选实施例的说明中，本发明的上述和其他优点及特征将变得显而易见，其中：

图1为在先技术的光学投影***的简图；

图2提供了根据本发明的光学投影***的简图；

图3A为根据本发明的第一优选实施例的M×N象素滤光器阵列的平面图。

图3B示出根据本发明的第一优选实施例的M×N象素滤光器阵列和M×N可驱动反射镜阵列的断面图。

图4A为根据本发明的第二优选实施例的M×N象素滤光器的阵列的平面图；以及

图4B提供了根据本发明的第二优选实施例的M×N象素滤光器和M×N可驱动反射镜阵列的断面图。

在图2中说明了本创造性的光学投影***200的简图，它包括：一个光源10；一个光源透镜20；一个光源光阑22，具有具备一定形状的光透过部分26和光阻档部分24；一个全反射镜30，包括一个反射表面32；一个向场透镜20；一个M×N象素滤光器220的阵列；一个M×N可驱动反射镜230的阵列250；一个投影光阑70，具有具备一个预定形状的一个光透过部分74和一个光阻挡部分72；一个投影透镜80以及一个投影屏90。

在这样一个***中，来自光源10的白光沿一条第一光学路径被位于光源10和光源光阑22之间的光源透镜20会聚到光源光阑上的光透过部分26上，其中白光包括一个第一、一个第二和一个第三原光光束，每个原光光束分别是一种原色的。光源光阑22于通过使白光的特定部分通过其上的光透过部分26将来自光源10经过光源透镜20的白光成形为一定形状。来自光源光阑22的白光传到全反射镜30的反射表面32。全反射镜30的反射表面32与光源光阑22和向场透镜210呈面向关系。来自全反射镜30的反射表面32的白光沿第二光学路径传播，并均匀地照射在M×N可驱动反射镜230的阵列250上。阵列250中的各可驱动反射镜230包括一个基座280，一个从基座280伸出的驱动器240和一个形成在驱动器240顶上的反射镜260，其中各驱动器240是由响应加在其上的电压产生变形的压电材料或电致伸缩材料制成，且各驱动反射镜230中的反射镜，包括一个弯曲部分290和一个非弯曲部分260，非弯曲部分260是指直接伸出在基座280上的一部分驱动器240的顶上的一部分反射镜。阵列250中的各可驱动反射镜230能够响应电信号改变从其上反射的各原光光束的光路。阵列250中的各可驱动反射镜230对应于要显示在投影屏90上的各象素。

向场透镜210位于全反射镜30和M×N可驱动反射镜230的阵列250之间，将由反射表面32反射的白光准直到位于向场透镜210和M×N可驱动反射镜230的阵列250之间的M×N象素滤光器220的阵列上。

参见图3A，示了根据本发明的第一实施例的M×N象素滤光器220的阵列的平面图。该M×N象素滤光器220的阵列包括多组R(红)象素滤光器、G(绿)象素滤光器和B(兰)象素滤光器，每一组在水平和垂直方向上重复。例如，在一组五象素滤光器中，包括一个中心象素滤光器和四个周围象素滤光器，各周围象素滤光器位于中心象素滤光器的正上、正下、左方和右方，中心象素滤光器和位于其右方和左方的象素滤光器是不同原色的，而位于中心象素滤光器上方和下方的象素滤光器分别与位于中心象素滤光器左方和右方的象素滤光器是相同原色的。各象素滤光器能够仅透过一种原光光束到各可驱动反射镜230上。各象素滤光器包括一个由介质材料例如MgF₂制成的分光层。

如图3B所示，阵列250中的各可驱动反射镜230反射来自M×N象素滤光器220的阵列的各原光光束，从而产生一束反射的原光光束，沿一个光学路径，即与来自M×N象素滤光器220的阵列的原光光束不同的第三路径传播。

另外，在图4A中示出了根据本发明的第二优选实施例的M×N象素滤光器320的阵列的平面图。除了该M×N象素滤光器320的阵列具有包含多个漫射带的黑色矩阵310之外，该有创造性的M×N象素滤光器320的阵列与图3A中所示的M×N象素滤光器220的阵列相似，其中各漫射带将阵列320中的象素滤光器列分开。各漫射带由光反射材料诸如铬(Cr)制成。应注意，黑色矩阵310中的各漫射带必须沿M×N可驱动反射镜230的阵列250的列方向准直。

在图4B中，示出了根据本发明的第二优选实施例的M×N可驱动反射镜230的阵列250和M×N象素滤光器320的断面图。黑色矩阵310中的各漫射带与各驱动反射镜230中的非弯曲部分260具有相同的宽度。图3B和4B中的符号I1和I2分别代表当电信号加到其上时被可驱动反射镜230的非弯曲部分260反射的一部分原光光束和被可驱动反射镜230上的反射镜的弯曲部分290反射的佘下部分原光光束。在本发明的第一优选实施例的情形中，当电信号加到驱动器240上时，被反射镜的非弯曲部分260反射的原光光束部分I1可能作为色彩噪声投射到投影屏90上，而在本发明的第二实施例中，图4B中所示的部分原光光束I1被M×N象素滤光器320的阵列中的黑色矩阵的漫射带干扰，消除了发生任何色彩噪声的可能性。从这种意义上讲，第二实施例可以被认为是第一实施例的改进。

该束反射的原光光束通过M×N象素滤光器220的阵列被反射回向场透镜210。然后，该束反射的原光光束被向场透镜210会聚到投影光阑70上。原光光束被M×N可驱动反射镜230这样反射，使得由向场透镜210会聚的该束反射的原光光束部分地照射到投影光阑70的光阻挡部分72上，从而产生一束调制的原光光束。该束调制的原光光束通过投影透镜80投射到投影屏90上，以在其上形成一个由M×N个象素构成的图象。

与在先技术的光学投影***相比，该创造性的光学投影***具有减小了的尺寸，简化了的结构，需要较少的元件。这是通过在其中引入第一或第二实施例，即引入M×N象素滤光器的阵列，从而去除了在先技术光学投影***中的该对分光镜、一对向场透镜和一对可驱动反射镜阵列，减少了组成***的元件总数，从而减小了光束必须经过的光学路径的长度，导致***整个尺寸的减小而达到的。

虽然本发明仅着眼于一定的实施例进行了描述，但是在不脱离如所附的权利要求中提出的本发明的范围的情况下可以做出其它修改和变化。

Claims (11)

1、一个能够显示M×N象素的一个图象的光学投影***，其中M和N是整数，包括：一个用来产生白光的光源，其中白光包括一个第一、一个第二和一个第三原光光束，各原光光束是原色中的一种；

一个M×N可驱动反射镜阵列，用来响应一个电信号改变由其上反射的各原光光束的光学路径，其中各可驱动反射镜包括一个基座，一个从基座上伸出的驱动器和一个形成在驱动器顶上的反射镜，各可驱动反射镜中的反射镜有一个弯曲部分和一个非弯曲部分，非弯曲部分是指在基座上直接伸出的一部分驱动器的顶上的一部分反射镜，并且各驱动器是由响应加在其上的电信号产生变形的压电或电致伸缩材料制成的；

一个光源光阑，具有一个有一定形状的光传输部分和一个光阻挡部分，并被放置在光源的前面，用来将来自光源的白光成形为一个预定的形状；

一个光源透镜，位于光源光阑和光源之间，用来将白光会聚到光源光阑上；

一个光学装置，用来将来自光源光阑的白光以一个预定的角度反射到M×N可驱动反射镜的阵列上；

一个向场透镜，位于该光学装置和M×N可驱动反射镜的阵列之间，其中向场透镜用来将从光学装置反射的白光准直到M×N可驱动反射镜的阵列上并用来会聚从该阵列中的各可驱动反射镜反射的各原光光束；

一个M×N象素滤光器的阵列，位于向场透镜和M×N可驱动反射镜的阵列之间，各象素滤光器能够只透过一种原光光束，其中透过M×N象素滤光器的阵列的各原光光束入射到阵列中一个相应的驱动反射镜上，而由各可驱动反射镜反射的各原光光束通过M×N象素滤光器的阵列入射到向场透镜上，从而产生一束反射的原光光束；

一个投影屏，被安置在M×N可驱动反射镜的阵列的前面，用来显示其上M×N个象素形成的图象；

一个投影光阑，位于光学装置和投影屏之间，具有一个光透过部分和一个光阻挡部分，用来使来自由向场透镜会聚的那束反射的原光光束中的一个预定量通过，从而产生一束调制的原光光束；以及

一个投影透镜，用来将来自投影光阑的那束调制的原光光束投影到投影屏上。

2、根据权利要求1的光学投影***，其中M×N象素滤光器的阵列包括多组R象素滤光器、G象素滤光器和B象素滤光器，并且各组滤光器在水平和垂直方向上都进行重复。

3、根据权利要求1的光学投影***，其中各象素滤光器能够只透过一种原光光束。

4、根据权利要求3的光学投影***，其中各组象素滤光器都呈正方形。

5、根据权利要求3的光学投影***，其中各象素滤光器包括一个分光涂层、染料(die)涂层或色料涂层。

6、根据权利要求5的光学投影***，其中分光涂层由电介质材料制成。

7、根据权利要求2的光学投影***，其中M×N象素滤光器的阵列还包括一个有多个漫射带的黑色矩阵，各漫射带将阵列中的象素滤光器列分开。

8、根据权利要求7的光学投影***，其中黑色矩阵中的各漫射带与各可驱动反射镜中的非弯曲部分具有相同的宽度。

9、根据权利要求7的光学投影***，其中黑色矩阵中的各漫射带沿M×N可驱动反射镜的阵列的列方向准直。

10、根据权利要求7的光学投影***，其中黑色矩阵中的各漫射带由光反射材料制成。

11、根据权利要求10的光学投影***，其中光反射材料是铬。

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