專利名稱：調(diào)制多激光光源發(fā)射光束的投影顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)投影顯示系統(tǒng)。更確切地，本發(fā)明涉及一個(gè)用于調(diào)制多激光光源發(fā)射光束的投影顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在陰極射線管(CRT)技術(shù)在顯示業(yè)界占據(jù)主導(dǎo)地位后的今天，平板顯示(FPD) 和投影顯示以小波形系數(shù)和大屏幕尺寸受到了廣泛歡迎。在幾種投影顯示技術(shù)中，基于微顯示技術(shù)的投影顯示由于具有比平板顯示(FPD)更好的畫面質(zhì)量、更低的制造成本而獲得了認(rèn)可。市場上投影顯示裝置中的微顯示技術(shù)主要有兩種，一種是微液晶顯示技術(shù) (micro-LCD)，另一種為微鏡技術(shù)。微鏡裝置使用非偏振光，因而與使用偏振光的微液晶顯示相比有亮度上的優(yōu)勢。盡管近年來在制作空間光調(diào)制器這樣的機(jī)電微鏡裝置方面取得了顯著的進(jìn)展，但要將其應(yīng)用于高質(zhì)量畫面的顯示仍有一些限制和困難。特別是對于數(shù)字信號控制的顯示圖像，反而會(huì)由于灰度等級足夠?qū)е聢D像不能顯示，使圖像質(zhì)量受到影響。微機(jī)電鏡面器件由于其在空間光調(diào)制器(SLM)方面的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。一個(gè)空間光調(diào)制器需要一個(gè)由大量微鏡單元組成的陣列。一般而言，每個(gè)SLM所需的微鏡單元數(shù)量從60，000到幾百萬不等。圖IA所示，帶有屏幕2的圖像顯示系統(tǒng)1在美國專利5214420中已做公開。光源 10用于產(chǎn)生照亮屏幕2的光能。產(chǎn)生的光束9通過鏡面11的聚集投射到透鏡12上。透鏡12，13，14形成光束聚焦器，將光束9聚焦成為光束8?？臻g光調(diào)制器(SLM) 15通過總線 18受電腦19輸入的數(shù)據(jù)控制，選擇性地將部分光線從路徑7指向放大鏡5并最終顯示在屏幕2上。如圖1B，SLM15包含一個(gè)反射鏡陣列，該陣列由可開關(guān)的反射單元17，27，37和47 組成，反射單元均由通過鉸鏈30支撐并連接到機(jī)電反射鏡裝置襯底表面16的反射鏡33組成。這一路徑的光被放大或是沿著路徑4投射在屏幕2上，從而形成一個(gè)照明像素3。當(dāng)單元17處于另一位置時(shí)，光束投射到屏幕2以外，因此像素3是暗的。如美國專利5，214. 420中提到的一樣，大多數(shù)傳統(tǒng)的圖像顯示裝置都是使用鏡面的兩態(tài)控制，即開態(tài)和關(guān)態(tài)。圖像顯示質(zhì)量受到有限灰度等級的限制。尤其是在使用 PWM(脈沖寬度調(diào)節(jié)器)的傳統(tǒng)控制電路中，控制開關(guān)狀態(tài)的最低有效位(LSB)或最小脈沖寬度限制了圖像的質(zhì)量。由于鏡面受控工作在開態(tài)或關(guān)態(tài)，傳統(tǒng)的圖像顯示裝置無法提供比基于LSB的允許控制時(shí)間更短的脈沖來控制鏡面。決定可調(diào)亮度最小量的、用于調(diào)整灰度的最小光量，是在最短脈沖寬度時(shí)間內(nèi)反射的光。由LSB限制導(dǎo)致的有限灰度引起圖像質(zhì)量的下降。具體而言，圖IC給出了美國專利5285407中一個(gè)典型的鏡面單元控制電路，該控制電路包含一個(gè)存儲(chǔ)單元32。每個(gè)晶體管都標(biāo)記為“M*”，其中“*”為晶體管編號，所有晶體管均為絕緣柵場效應(yīng)晶體管。M5、M7為ρ溝道晶體管；M6、M8、M9為η溝道晶體管。電容 Cl、C2代表存儲(chǔ)單元32中的容性負(fù)載。存儲(chǔ)單元32包含一個(gè)存取開關(guān)晶體管Μ9和一個(gè)基于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)設(shè)計(jì)的鎖存器32a。連接到行線的M9通過位線接收數(shù)據(jù)信號。 當(dāng)M9從字線上收到行信號后呈導(dǎo)通狀態(tài)，使存儲(chǔ)單元32中的數(shù)據(jù)可以被讀取。鎖存器32a 由兩個(gè)交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8組成。這兩個(gè)反相器能夠提供兩種穩(wěn)態(tài)狀態(tài)1 節(jié)點(diǎn)A為高電位，節(jié)點(diǎn)B為低電位；狀態(tài)2 節(jié)點(diǎn)A為低電位，節(jié)點(diǎn)B為高電位。圖ID顯示了用四位字控制SLM時(shí)的“二進(jìn)制時(shí)間長度”。正如圖ID所示，時(shí)間周期有1、2、4、8四個(gè)相對值，它們依次決定著每一位字的相對光通量。其中“1”為最低有效位(LSB)，“8”為最高有效位(MSB)。在PWM控制機(jī)制下，決定灰度分辨率的最小光量就是受“最低有效位”控制，在最短可控時(shí)間內(nèi)將鏡面保持在開態(tài)時(shí)的亮度。舉個(gè)簡單的例子，用η位字控制的灰度，一幀時(shí)間被分為On-I)個(gè)相等的時(shí)間段。 如果一幀時(shí)間是16. 7毫秒的話，每一時(shí)間段就是16. 7/(2η-1)毫秒。為每一幀圖像的每一像素設(shè)置時(shí)長，像素上的光量為0時(shí)段時(shí)設(shè)定為黑(沒有光量)，1為LSB代表的光量，15時(shí)(η = 4)為亮度最大時(shí)的光量?；谏鲜鲈O(shè)定光量，鏡面在一幀中處于開態(tài)的時(shí)間是由每個(gè)像素決定的。因此，每個(gè)設(shè)有比0時(shí)段長的特定值的像素被處于開態(tài)位置的鏡面顯示，這時(shí)時(shí)段的數(shù)值與在一幀內(nèi)的光量相關(guān)。觀眾的眼睛結(jié)合了每一像素的亮度，因此圖像顯示就好像是以光的模擬方式控制形成的。為了控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件，脈寬調(diào)制要求數(shù)據(jù)以“位面”的格式存取，每一位面與光量相關(guān)。因此，當(dāng)每一像素的亮度由η-位數(shù)值來表示時(shí)，每幀數(shù)據(jù)都有η-位面。這樣，每個(gè)位面與對應(yīng)每個(gè)鏡面單元都有0或1值。在前面提到的脈寬調(diào)制中，每個(gè)位面獨(dú)立加載， 鏡面單元由一幀中對應(yīng)的位面值來控制。例如，每個(gè)像素中代表最低有效位的位面顯示為 1時(shí)段。用于背投電視(TV)的顯示設(shè)備通常使用液晶顯示(LCD)、硅基液晶(LCOS)、偏轉(zhuǎn)鏡面器件(DMD)等器件，這些器件的特性各不相同。IXD是一種顯示器件，它傳輸偏轉(zhuǎn)照明光，用電壓分別控制IXD每個(gè)像素的液晶分子陣列，使偏轉(zhuǎn)照明光的傳輸光強(qiáng)的改變成為可能。但是，LCD上驅(qū)動(dòng)液晶的電路位于每一像素周圍，因此像素的孔徑比僅為50%左右，值很小。進(jìn)一步地，在投影光穿過不同的光學(xué)元件，如偏轉(zhuǎn)片或液晶之后，其利用率減少到數(shù)個(gè)百分點(diǎn)，值非常小。同時(shí)，當(dāng)光穿過各種光學(xué)元件時(shí)，由于光的光譜特性，光的波長也會(huì)逐漸改變，因此當(dāng)光投影到屏幕上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)光的顏色有輕微改變的技術(shù)問題。同時(shí)，LCOS與IXD —樣使用液晶來調(diào)控光，不同在于LCOS為反射型，IXD為投射型。驅(qū)動(dòng)LCOS每一像素的驅(qū)動(dòng)電路位于像素下方，因此孔徑比可以超過90%。使用LCOS 的投影顯示系統(tǒng)在光的入射和反射時(shí)在同一光路上兩次傳輸照明光?？梢詤^(qū)分在同一光路中傳輸?shù)娜肷涔夂头瓷涔猓褂昧瞬煌钠裉匦?。具體而言，LCOS的入射光和反射光用偏振分束(PBQ棱鏡來分離，其中PBS棱鏡能夠根據(jù)是P-偏振還是S-偏振決定傳輸還是反射光。然而使用LCOS的投影顯示系統(tǒng)面臨一些問題，如與穿過光學(xué)元件相關(guān)的偏振干擾的問題和無法擴(kuò)大照明光的數(shù)值孔徑NA的問題，因此即使孔徑比很好，也會(huì)鑒定投影光學(xué)系統(tǒng)中光的利用率。
使用LCD或LC0S、通過用電壓控制液晶分子陣列來實(shí)現(xiàn)光的調(diào)制的投影顯示系統(tǒng)通常為多片彩色顯示系統(tǒng)，裝配分別對應(yīng)紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三種顏色光源的三個(gè)顯示器件。該構(gòu)造可以投影高亮度的圖像。同時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面器件(DMD)為每一像素提供約為90%的孔徑比，鏡面上照明光的反射比也為90%，因此使顯示器件對光有很高的利用率。通過控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元在將照明光偏轉(zhuǎn)至投影光學(xué)系統(tǒng)的開態(tài)和將照明光偏轉(zhuǎn)至投影光學(xué)系統(tǒng)以外的關(guān)態(tài)兩個(gè)方向間切換來控制鏡面表面的傾斜，因此能夠控制投影光。由于鏡面的使用，DMD允許開態(tài)投影光的光強(qiáng)有小的損失。在這些投影顯示系統(tǒng)中，有一個(gè)構(gòu)造采用了只使用了一個(gè)DMD的單片順序彩色顯示系統(tǒng)，連續(xù)地投影RGB各顏色。在單片順序彩色顯示系統(tǒng)中，RGB的每種顏色都在一幀的三分之一時(shí)間內(nèi)投影。進(jìn)一步地，采用使用三個(gè)DMD的多片投影顯示系統(tǒng)能夠提供亮度更高的彩色圖像。但是，使用三個(gè)DMD的多片投影顯示系統(tǒng)面臨投影顯示系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)變得復(fù)雜、所占空間增大的技術(shù)問題，這是因?yàn)殚_態(tài)和關(guān)態(tài)中反射光的光路不同， 導(dǎo)致投影顯示器件變大。包含上述顯示器件的顯示裝置的照明光源使用如高壓汞燈或氙氣燈的明亮光源。 近年來，我們見證了具有出眾色彩還原能力的光源，如具有緊湊設(shè)計(jì)和高亮度的LED光源和激光光源，尤其是見證了很多價(jià)格更低、亮度更高的半導(dǎo)體固態(tài)光源。投影顯示系統(tǒng)中還發(fā)展出一種激光光源，要求輸入功率約為三瓦，比傳統(tǒng)高壓汞燈等光源亮。在投影顯示系統(tǒng)中使用多個(gè)激光光源來實(shí)現(xiàn)圖像的彩色顯示時(shí)，對激光光源進(jìn)行打開/關(guān)閉的切換控制，而不是使用色輪，能夠順序控制RGB各顏色，使光入射到上述顯示器件、投影圖像。參考專利文獻(xiàn)3揭示的構(gòu)造就是這種使用多個(gè)激光光源的構(gòu)造，其中多個(gè)激光具有不同的顏色，通過使用各激光光源對應(yīng)的鏡面將這些激光會(huì)聚到同一光軸，每種顏色的激光通過使用色輪來相繼發(fā)光。因此激光光源發(fā)射的光束細(xì)膩而具有高導(dǎo)向性，在光源和光學(xué)系統(tǒng)間提供了良好的空間利用率，其中光學(xué)系統(tǒng)擴(kuò)大了光束。進(jìn)一步地，如參考專利文獻(xiàn)4所揭示的，激光光源發(fā)射的舉行光束也能夠照亮整個(gè)顯示設(shè)備，在構(gòu)造投影光學(xué)系統(tǒng)時(shí)提供了很好的方便度。因此，將激光作為光源具有重大意義，簡化了光源和投影顯示系統(tǒng)的照明光學(xué)系統(tǒng)。下面，在用DMD作為顯示器件的投影顯示系統(tǒng)中，需要將投影顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)成構(gòu)成DMD的多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元中每一個(gè)的鏡面表面的傾角在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間改變，其中開態(tài)時(shí)，光偏轉(zhuǎn)至投影光軸，關(guān)態(tài)時(shí)，光偏轉(zhuǎn)至投影光軸以外。因此能夠分離照明光光路，從空間上分離從反射到投影屏幕上的光束的反射光路發(fā)出的照明光光束的入射光路。這里，對照明光的入射光路而言，傳統(tǒng)的構(gòu)造是分別從RGB激光光源發(fā)射的照明光通過分光鏡或類似器件在同一光軸中合成，合成了三種顏色的照明光入射到DMD中。因此，各RGB照明光的光束都以相同的角度在同一光軸中入射到構(gòu)成DMD的大量偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面。進(jìn)一步地，匯聚到投影透鏡的照明光的照明范圍也幾乎一致，成為同一光軸上每束照明光的反射光的特性。對于照明光光束的入射光路，在傳統(tǒng)投影顯示系統(tǒng)中，通常通過使用與各激光對應(yīng)的分光鏡或類似器件，在同一光軸上排列RGB各色激光的這種構(gòu)造。作為例子，參考專利文獻(xiàn)5的圖5，即本文獻(xiàn)的圖2描繪了一個(gè)投影顯示系統(tǒng)的構(gòu)造，其中通過使用兩個(gè)半-鏡102和103，在同一光軸上排列了三色激光104、105和 106，通過液晶面板101和光束放大器113，在屏幕112上投影出圖像。注意該構(gòu)造中，三束彩色激光104、105和106通過線纜108、109和110與控制器111相連，類似的，液晶面板 101通過線纜107與控制器相連，因此三色激光104、105和106由液晶面板同步控制。但是，如上所述，盡管激光的使用簡化了光源和照明光學(xué)系統(tǒng)，仍面臨一個(gè)技術(shù)問題，即通過使用與各激光對應(yīng)的分光鏡來再同一光軸上排列各RGB激光需要保證一個(gè)空間來放置與各激光對應(yīng)的鏡面，在組合該投影顯示系統(tǒng)時(shí)需要精確定位各鏡面，因此很難設(shè)計(jì)照明光學(xué)系統(tǒng)。針對這個(gè)技術(shù)問題，參考專利文獻(xiàn)6揭示了一種構(gòu)造，不將各顏色的光匯聚到同一光軸，而從立方棱鏡發(fā)射各種顏色的激光，入射到調(diào)制對應(yīng)各色光的顯示器件；然而該構(gòu)造面臨需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，如棱鏡的技術(shù)問題。目前有許多與本申請的發(fā)明相關(guān)的專利。這些專利是美國專利5214420、美國專利5285407、美國專利6874893、美國專利6865309、美國專利5537258和美國專利6767100。 但這些文獻(xiàn)均未提供解決上述困難和局限的有效解決方案。因此，仍然需要一個(gè)新的改進(jìn)的圖像顯示系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明旨在提供一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，具有比傳統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)一步簡化的構(gòu)造，用于向偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射各色激光，而不將它們會(huì)聚到同一光軸來投影圖像。本發(fā)明的第一方面是提供一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)鏡面單元構(gòu)成，用于調(diào)制照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射的光束；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸包含不同的角度，垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。本發(fā)明的第三個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸包含不同的角度，平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。本發(fā)明的第四個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸不同地平行于與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面垂直的方向。本發(fā)明的第五個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸包不同地平行于與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面平行的方向。本發(fā)明的第六個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)激光光源都由多個(gè)子激光光源構(gòu)成。本發(fā)明的第七個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的一條光束在垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)軸方向上具有狹長的剖面。本發(fā)明的第八個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的一條光束在平行于偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)軸方向上具有狹長的剖面。本發(fā)明的第九個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的一條光束具有狹長的剖面，相對投影光學(xué)系統(tǒng)的軸并不對稱。
本發(fā)明的第十個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中光束軸上光束剖面的光強(qiáng)最大。本發(fā)明的第十一個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中鄰近偏轉(zhuǎn)鏡面的間隙在0. 1微米到0. 5微米之間。本發(fā)明的第十二個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件在時(shí)間分段中調(diào)制激光光源發(fā)射的照明光光束。本發(fā)明的第十三個(gè)方面是提供基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中被偏轉(zhuǎn)鏡面反射、穿過投影透鏡瞳孔的光束包含偏轉(zhuǎn)鏡面器件鏡面的衍射光。本發(fā)明的第十四方面是提供一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的鏡面單元構(gòu)成；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光，其中穿過投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔的反射光的光束剖面面積根據(jù)處于開態(tài)的各激光光源而不同。本發(fā)明的第十五方面是提供一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的鏡面單元構(gòu)成；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光，其中反射的反射光根據(jù)處于關(guān)態(tài)的各激光光源而不同被偏轉(zhuǎn)到不同的位置。本發(fā)明的第十六方面是提供一種圖像投影方法，包括下列步驟將多個(gè)激光光源發(fā)射的多個(gè)光束照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上，其中激光光源的各光束軸和/或光束的剖面面積互不相同，偏轉(zhuǎn)鏡面器件由多個(gè)鏡面單元構(gòu)成，受控處于開態(tài)或關(guān)態(tài)；將照射到鏡面單元上的光束反射到投影光學(xué)系統(tǒng)，并在上述構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面單元處于開態(tài)時(shí)投影一幅圖像。本發(fā)明的第十七方面是提供基于第十六方面的圖像投影方法，其中至少一個(gè)激光光源的光束被反射到與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面列垂直的方向，其他激光光源的光束被反射到不垂直的方向。本發(fā)明的第十八方面是提供基于第十六方面的圖像投影方法，其中至少一個(gè)激光光源的光束被反射到與投影光學(xué)系統(tǒng)平行的方向，其他激光光源的光束被反射到不平行的方向。本發(fā)明的第十九方面是提供基于第十六方面的圖像投影方法，其中至少一個(gè)激光光源的光束被反射到與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列程普通角度不同的方向上。本發(fā)明的第二十方面是提供基于第十六方面的圖像投影方法，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件相繼調(diào)制和反射各激光光源發(fā)射的照明光光束。本發(fā)明的第二十一方面是提供基于第十六方面的圖像投影方法，其中各光束在多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件處得到調(diào)制，各光束在多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)處產(chǎn)生的反射光同時(shí)投影。本發(fā)明的第二十二方面是提供一個(gè)基于聲明十五的投影顯示系統(tǒng)，其中豎立著一個(gè)光罩。本發(fā)明的第二十三方面是提供一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同角度發(fā)射光束；多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的、以不同的角度和/或方向相互照亮的鏡面單元構(gòu)成；以及一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于結(jié)合偏轉(zhuǎn)鏡面器件上照明光束的反射光，其中反射的反射光根據(jù)處于關(guān)態(tài)的每個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件偏轉(zhuǎn)至不同位置。本發(fā)明的第二十四方面是提供一個(gè)基于聲明二十三的投影顯示系統(tǒng)，其中在偏轉(zhuǎn)鏡面器件之間豎立著一個(gè)光罩。


圖IA展示了早前技術(shù)中使用微鏡面器件的投影顯示的基本原理；圖IB展示了早前技術(shù)中用于投影顯示的微鏡面器件的基本原理；圖IC顯示了一個(gè)早前技術(shù)中的驅(qū)動(dòng)電路的例子；圖ID顯示了用于產(chǎn)生灰度的傳統(tǒng)數(shù)字微鏡面的二進(jìn)制脈寬調(diào)制(BinaryPWM)機(jī)制。圖2顯示了一個(gè)傳統(tǒng)投影顯示系統(tǒng)，通過使用鏡面將多個(gè)激光光源發(fā)射的激光的光軸會(huì)聚到同一光軸；圖3A顯示了一個(gè)基于本發(fā)明實(shí)施例的傳統(tǒng)投影顯示系統(tǒng)，將光束軸互不相同的多個(gè)激光光源發(fā)射的光束放大。圖;3B闡述了圖3A所示具有不同光軸的多個(gè)激光入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件；圖3C描繪了圖;3B所示具有不同光軸的多個(gè)激光的反射光路如何受到構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾斜的控制；圖3D描繪了圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個(gè)激光光束的光束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于開態(tài)和關(guān)態(tài)；圖3E描繪了圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個(gè)激光光束的光束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于中間態(tài)和關(guān)態(tài)；圖4A作為圖3A中光軸各不相同的修訂示例，顯示了多個(gè)激光的排布的改變。圖4B闡述了圖4A所示具有不同光軸的多個(gè)激光入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的時(shí)間；圖4C描繪了圖4B所示具有不同光軸的多個(gè)激光的反射光路如何受到構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾斜的控制；圖4D為圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個(gè)激光光束的光束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于中間態(tài)和關(guān)態(tài)；圖4E為圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個(gè)激光光束的光束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于中間態(tài)；圖5闡述了圖4A至圖4E所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾角和在投影透鏡處觀察到的激光強(qiáng)度的關(guān)系；圖6為基于本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的顯示系統(tǒng)的整體構(gòu)造圖，它含有兩個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件和光軸彼此不同的紅、綠、藍(lán)色激光光源。圖7A描述了基于一優(yōu)選實(shí)施例作為圖6所用顏色切換濾光片的分色濾光片；圖7B描述了基于一優(yōu)選實(shí)施例作為圖6所用顏色切換濾光片的偏轉(zhuǎn)濾光片；圖8A顯示了基于一優(yōu)選實(shí)施例、對應(yīng)圖7A的單色激光中一個(gè)子幀的時(shí)間；圖8B顯示了基于一優(yōu)選實(shí)施例、對應(yīng)圖7B的單色激光中一個(gè)子幀的時(shí)間；
圖9顯示了用于基于本發(fā)明的投影顯示系統(tǒng)的一個(gè)激光光源，它由多個(gè)排列成二維陣列的激光組件構(gòu)成；圖10顯示了一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的構(gòu)造示例；圖IlA顯示了用于圖10所示每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路構(gòu)造；圖IlB顯示了用于圖IlA所示每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路構(gòu)造；圖12顯示了用于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的控制電路晶體管陣列結(jié)構(gòu)；圖13A闡述了開態(tài)微鏡完全反射入射光的例子；圖13B闡述了關(guān)態(tài)微鏡不反射入射光的例子；圖13C闡述了中間態(tài)微鏡部分反射入射光的例子；圖14闡述了基于本發(fā)明的系統(tǒng)圖的例子。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包含一個(gè)光學(xué)元件，用于傳輸來自光軸互不相同的多個(gè)激光光源的光束而不改變不同的光軸。該顯示系統(tǒng)進(jìn)一步包含一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于接收光束并調(diào)制在指定時(shí)段中接收到的光束。該顯示系統(tǒng)進(jìn)一步包含一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影被光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。圖3A顯示了基于本發(fā)明一實(shí)施例的投影顯示系統(tǒng)的簡化構(gòu)造。根據(jù)該典型實(shí)施例，圖3顯示了一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，從多個(gè)激光光源向偏轉(zhuǎn)鏡面器件分別發(fā)射激光。排列在顯示系統(tǒng)中的多個(gè)激光光源具有不同的光束軸。圖3A顯示了為偏轉(zhuǎn)鏡面器件36裝配了三個(gè)激光光源，即藍(lán)色31、紅色32和綠色 33的情況。這三個(gè)激光光源，即藍(lán)色31s、紅色3 和綠色33s在X-Y平面上具有互不相同的光束軸31a、3h和33a。藍(lán)色31、紅色32和綠色33的三個(gè)激光光束分別入射至光學(xué)元件 35。光學(xué)元件35放大各激光光束31、32和33。光學(xué)元件35位于偏轉(zhuǎn)鏡面器件36和激光光源31s、3 和33s之間。各激光光束被光學(xué)元件35放大，放大后的藍(lán)色31、紅色32和綠色33各激光光束照亮并覆蓋偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的幾乎整個(gè)表面。通過將各光源構(gòu)造成具有互不相同的光束軸31a、3h和33a，入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的光的角度互不相同。各激光光束31、32和33的剖面形狀相對于光軸并不對稱，這些光束為橢圓形。偏轉(zhuǎn)鏡面器件36接收放大的照明激光光束31、32和33并在特定的時(shí)間內(nèi)根據(jù)時(shí)分調(diào)制過程。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件36受控工作在開態(tài)時(shí)，調(diào)制的激光被反射到投影透鏡37上。通過向投影透鏡37投射反射光，即各激光光束31、32和33的開態(tài)光41，在屏幕 38上投影出一幅圖像。這些激光光束由處于開態(tài)的偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的偏轉(zhuǎn)鏡面單元來調(diào)節(jié)和反射。當(dāng)激光光束31、32和33照亮偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元時(shí)，一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元將該橢圓光束反射到投影鏡頭37的瞳孔處。注意各激光光源31s、3k、33s和偏轉(zhuǎn)鏡面器件36由處理器45同步控制。
通過控制對應(yīng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的切換，各激光光源31s、3k和33s受控單獨(dú)或同步發(fā)射各激光光束31、32和33。同時(shí)，光學(xué)元件35用于放大照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上的各激光光束31、32和33。這些光束在一發(fā)射范圍內(nèi)從多個(gè)激光光源投影，其中各光束的剖面形狀和大小各自不同。在偏轉(zhuǎn)鏡面器件表面上，所示顯示系統(tǒng)的構(gòu)造在各激光光束31、32和33的發(fā)射范圍內(nèi)產(chǎn)生差異。不同的激光光束31、32和33有不同的光束軸3la、3 和33a，因此，可以調(diào)整發(fā)射范圍，使各激光發(fā)射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件鏡面列陣表面。鏡面陣列表面是指形成為二維陣列的整個(gè)鏡面表面，包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元，從而構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件。以下，本文獻(xiàn)將使用該術(shù)語。進(jìn)一步地，在各激光光束31，32，33從激光光源照射到各偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元方向上裝配了光學(xué)元件35，其數(shù)值孔徑NA的剖面不均勻或不對稱。非均勻或不對稱的光束進(jìn)一步允許光強(qiáng)控制和調(diào)節(jié)的靈活性。在數(shù)值孔徑NA范圍內(nèi)，投影的激光可以具有非均勻或不對稱的光強(qiáng)。各偏轉(zhuǎn)鏡面單元的反射光對應(yīng)的激光光束穿過具有不均勻或不對稱數(shù)值孔徑NA的光學(xué)元件35，在各激光光束31、32和33中產(chǎn)生了數(shù)值孔徑NA的差異。在穿過投影透鏡37的瞳孔時(shí)，保持了圖像顯示光的不均勻性或不對稱性?？商娲?，可以將數(shù)值孔徑NA配置成不均勻或不對稱，以在投影透鏡37的瞳孔處，根據(jù)激光光束的剖面方向形成不同的光強(qiáng)分布。當(dāng)各激光光束31、32和33穿過投影透鏡的瞳孔時(shí)，上述構(gòu)造在這些激光光束發(fā)射距離上產(chǎn)生差異。穿過投影透鏡時(shí)各激光光束31、32和33的形狀和這些激光光束的強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)。圖3A和;3B顯示了光學(xué)器件35，包含三種分別對應(yīng)激光光源的光學(xué)元件，用于控制和改變發(fā)射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上光的形狀和面積。進(jìn)一步地，光學(xué)元件35采用具有形變表面的光學(xué)元件。一個(gè)典型光學(xué)單元具有圓柱表面，另一典型光學(xué)單元具有偏心彎曲表面，另一典型光學(xué)單元具有衍射網(wǎng)格，還有一典型光學(xué)單元具有納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。這些不同種類的表面允許根據(jù)激光入射到光學(xué)元件的位置和角度，靈活控制和改變發(fā)射形狀、數(shù)值孔徑NA和激光的強(qiáng)度。進(jìn)一步地，在圖3A中顯示，圖像數(shù)據(jù)通過幀存儲(chǔ)44從圖像源43輸入，用于通過控制圖3A所示投影顯示系統(tǒng)上的偏轉(zhuǎn)鏡面器件來調(diào)制從多個(gè)激光光源投影的光束。處理器 45同時(shí)控制偏轉(zhuǎn)鏡面36和多個(gè)激光光源。多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元和多個(gè)激光光源的控制與施加來控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件的圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)。在入射時(shí)控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件對應(yīng)的激光的顏色， 可以在屏幕38上投影圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的圖像?；诒景l(fā)明第一實(shí)施例的各激光光源通過與偏轉(zhuǎn)鏡面器件同步的開態(tài)和關(guān)態(tài)切換而轉(zhuǎn)變。多個(gè)激光光源為不同顏色的獨(dú)立激光光源藍(lán)色31、紅色32和綠色33，在一幀內(nèi)根據(jù)處理器的45控制，以180Hz或更高的頻率發(fā)射彩色光。對于某些應(yīng)用，最好使用360Hz的重復(fù)圖形來投影彩色光，即紅、綠、藍(lán)、紅、綠、藍(lán)等等。各激光光源最好分別采用以下波長， 綠色約為MOnm士 20nm，紅色約為630nm士 20nm，藍(lán)色約為460nm士 20nm。這樣的構(gòu)造就可以利用依賴于光學(xué)元件的波長來調(diào)節(jié)照明范圍，數(shù)值孔徑NA和激光光源發(fā)出的每種顏色激光的強(qiáng)度分布。因?yàn)楦鶕?jù)入射光的波長，不同的衍射網(wǎng)格有不同的衍射角度，所以激光光源最好產(chǎn)生不同的、相互不重疊的激光光束。類似的，當(dāng)不同顏色的光源偏振方向不同時(shí)，光學(xué)元件中使用偏振選擇單元來選擇光源為圖像顯示系統(tǒng)執(zhí)行色彩順序控制。在一典型實(shí)施實(shí)例中，各激光光源31s、3k和33s可以配置一個(gè)激光陣列，包含大量半導(dǎo)體激光源，即子激光光源，發(fā)射相應(yīng)激光的顏色。這種情況下，通過調(diào)節(jié)作為子激光光源的大量半導(dǎo)體激光源的數(shù)量、位置和發(fā)射單位，可以控制每種顏色的強(qiáng)度比。每個(gè)單獨(dú)彩色激光光源由大量低輸出功耗、低成本的半導(dǎo)體激光陣列組成，從而使激光光源31s、32s 和33s能夠提供高輸出的激光。偏轉(zhuǎn)鏡面器件36包括一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，由處理器45控制的控制數(shù)據(jù)46和緩存47來驅(qū)動(dòng)。多個(gè)鏡面單元中各鏡面單元的鏡面表面的傾斜受控處于開態(tài)，將激光光束發(fā)射到投影光學(xué)系統(tǒng)。鏡面受控處于關(guān)狀態(tài)，將激光光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外。鏡面受控處于中間態(tài)，將部分激光光束反射到投影光學(xué)系統(tǒng)?？商娲?，鏡面受控在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間來回振蕩，從而將激光發(fā)射到投影光學(xué)系統(tǒng)37或者光罩39。多個(gè)激光光源發(fā)射的激光光束 31、32和33通過光學(xué)元件35放大。發(fā)射到光罩39上的關(guān)態(tài)光42被遮擋。本發(fā)明的第一實(shí)例包含多個(gè)激光光源。近來發(fā)明了一個(gè)不低于3瓦的非常明亮的激光光源。該構(gòu)造可以提供非常明亮的照明光。該系統(tǒng)配置不同于高壓汞燈或者類似高壓汞燈的系統(tǒng)。進(jìn)一步地，對于每種彩色激光輻射形狀和面積大小的調(diào)節(jié)都具有靈活性。有了這樣子的激光光源，可以方便地實(shí)現(xiàn)對激光光源脈沖發(fā)射的控制和激光強(qiáng)度的靈活調(diào)整。圖;3B顯示了在X-Y平面上具有不同光軸的各激光光源發(fā)射的每一激光的排布。通過光學(xué)元件(未畫出)放各激光光束，這些激光投影到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上。圖:3B所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件36包含多偏轉(zhuǎn)鏡面單元60。通過向偏轉(zhuǎn)鏡面單元的電極施加電壓，沿傾斜軸52改變鏡面表面的傾斜使之工作在開態(tài)/關(guān)態(tài)，每個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元得到控制。當(dāng)單個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60處于開態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面將激光光束反射到偏轉(zhuǎn)鏡面單元上?？梢栽O(shè)置鏡面表面的傾斜，在圖3A所示X-Y平面上，沿著屏幕38的方向向投影透鏡37 反射光軸3la、3 和33a彼此不同的各激光光束31、32和33。偏轉(zhuǎn)鏡面處于關(guān)態(tài)時(shí)，將光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外?？梢栽O(shè)置鏡面表面的傾斜，將激光反射到燈罩39上。第一實(shí)施例中，在X-Y平面上放置了擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a的多激光光束31s、32s 和33s。激光光束31a、3h和33a在平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面列陣表面的方向上有不同的角度。圖3C是為鏡面像素單元的剖面圖，進(jìn)一步詳細(xì)描述了根據(jù)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的傾斜角，反射到投影光學(xué)系統(tǒng)37或者燈罩39的每一激光。在X-Y平面上，各激光光源有彼此不同的光束軸。具體而言，在圖3C中，各激光光束31、32和33從各自的激光光源發(fā)射出來，在X_Y 平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。這些光束由光學(xué)元件35放大，照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60上。從單個(gè)激光光源發(fā)射的光束光強(qiáng)分布正常，光束的剖面近似為圓形。進(jìn)一步地，從各激光光源照射到偏轉(zhuǎn)鏡面單元60上的光束在穿過光學(xué)元件 35后近似為橢圓形或狹長形。該光束的剖面具有數(shù)值孔徑NA，在與偏轉(zhuǎn)方向垂直的方向上，每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元60的偏轉(zhuǎn)方向上有一強(qiáng)度分布。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60的鏡面61處于開態(tài)時(shí)，激光光束31、32和33被反射至投影透鏡37的光路上。當(dāng)激光光束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射時(shí)，激光光束31、32和33在 X-Y平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。光束沿光束軸31a、3h和33a被反射， 這些光束軸在X-Y平面上互不相同，以向投影透鏡37投影。各激光光束31、32和33的光束軸31a、3h和33a在X方向上不同。X方向平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)軸。當(dāng)鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為θ，處于開態(tài)時(shí)，根據(jù)反射原理，投影路徑41和光束31、32和33的入射光路夾角為2 θ。另一方面，當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60的鏡面61處于關(guān)態(tài)時(shí)，激光光束31、32和33被反射至光罩39的光路上而被遮擋。進(jìn)一步地，當(dāng)激光光束31、 32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射時(shí)，激光光束31、32和33在X-Y平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。反射光光束也在X_Y平面的方向上載互不相同的光軸31a、3h和33a 上傳輸，投影至光罩39。當(dāng)鏡面受控工作在開態(tài)時(shí)，各激光光束31、32和33的光束軸31a、 3 和33a在X方向上不同。當(dāng)鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為θ，處于關(guān)態(tài)時(shí)，根據(jù)反射原理，光罩光路42和光束31、32和33的投影光路41的夾角為4 θ。用于本發(fā)明第一實(shí)施例的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60在襯底64上包含一個(gè)彈性鉸鏈部件65。如圖 3所示，鏡面61與彈性鉸鏈部件65相連。電極63和66位于彈性鉸鏈部件65左右兩側(cè)襯底的上表面。向電極63和66施加電壓在鏡面61和電極之間產(chǎn)生一庫侖力，使鏡面表面傾斜。關(guān)態(tài)制動(dòng)器62和開態(tài)制動(dòng)器67位于彈性鉸鏈部件65左右兩側(cè)襯底的上表面，這樣關(guān)態(tài)制動(dòng)器62和開態(tài)制動(dòng)器67在一傾角范圍內(nèi)限制了鏡面的傾斜。圖3C顯示了位于彈性鉸鏈部件65右側(cè)的開態(tài)制動(dòng)器67，將鏡面表面的傾角限制在開態(tài)范圍內(nèi)。位于彈性鉸鏈部件65左側(cè)的關(guān)態(tài)制動(dòng)器62將鏡面表面的傾角限制在關(guān)態(tài)范圍內(nèi)。靜止?fàn)顟B(tài)的鏡面表面傾角規(guī)定為θ =0度。開態(tài)鏡面表面傾角規(guī)定為θ =12度。關(guān)態(tài)鏡面表面傾角規(guī)定為θ ="12度。中間態(tài)鏡面表面傾角規(guī)定為θ = -8度至+8度。圖3D和3Ε為圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個(gè)激光光束的光束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖。在圖3D中，各激光光束31、32和33具有一數(shù)值孔徑ΝΑ，其剖面形狀為橢圓形或狹長形。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，橢圓或狹長的光束由光學(xué)元件產(chǎn)生并入射至投影透鏡， 從而覆蓋整個(gè)投影透鏡37，其中光學(xué)元件放大從多個(gè)在X-Y平面上具有不同光軸31a、3h 和33a的激光光源發(fā)射的激光。在這樣的構(gòu)造下，很容易通過光學(xué)元件改變從偏轉(zhuǎn)鏡面器件以上述相對投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔截面的方向反射的光的光強(qiáng)分布，其中反射光的的方向如前所述投影透鏡37投影一部分剖面形狀為橢圓形或狹長形的激光光束31、32和33?？梢酝ㄟ^調(diào)整從投影透鏡37投影的光的比例來控制需要的激光光強(qiáng)。在一典型實(shí)施例中，各激光光源在X-Y平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，因此各激光光束31、32和33在 X-Y平面上有特定的位移。既然各激光光束31、32和33覆蓋了整個(gè)投影透鏡，所有激光將在投影透鏡37處交疊，以投影圖像。有了在這種構(gòu)造下的交疊投影，通過放大，在透鏡范圍內(nèi)將合適的光強(qiáng)提供給輻射范圍，其中不同光束的剖面具有不同的形狀和大小。進(jìn)一步地， 既然從具有不同光軸31a、3h和33a的多個(gè)激光光源發(fā)射的各激光光束31、32和33覆蓋了整個(gè)投影透鏡，用于圖像顯示的光強(qiáng)的控制可以靈活調(diào)整，以獲得更高的灰度等級。類似的，當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于關(guān)態(tài)時(shí)，圖3D所示投影透鏡在瞳孔處，激光光束31、32和33的剖面形狀為橢圓形或狹長形。在X-Y平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a的光源發(fā)出的光束被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射至投影透鏡37以外的光罩39的光路上。各激光光源在X-Y平面上具有彼此不同的光束軸3la、3 和33a，因此各激光光束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射，在X-Y平面上具有一特定位移。光罩39的遮光部分阻止了這些投影到投影透鏡以外的光的反射和干涉。在圖3D中，當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件處于開態(tài)時(shí)，光學(xué)元件照射的激光光束 31、32和33被反射，覆蓋整個(gè)投影透鏡。由于光學(xué)元件照射的激光光束31、32和33被反射，光在關(guān)態(tài)時(shí)投影到投影透鏡的問題進(jìn)一步減小。圖3E進(jìn)一步闡述了通過鏡面表面傾角的控制，偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的開態(tài)和關(guān)態(tài)。圖3E通過光束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖進(jìn)一步闡述了鏡面表面處于中間態(tài)的情況，其中投影透鏡用于接收圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光光束。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾斜受控處于中間態(tài)時(shí)，具有數(shù)值孔徑NA、剖面為橢圓形或狹長形的激光光束31、32和33被部分地反射至投影透鏡37的光路上。各激光光束 31,32和33部分地穿過投影透鏡37，可以使相對開態(tài)光強(qiáng)更低的光強(qiáng)穿過投影透鏡。這允許更高的光強(qiáng)調(diào)節(jié)靈活性，以達(dá)到更細(xì)膩的灰度分辨率。各激光光源在X-Y平面上具有彼此不同的光束軸3la、3 和33a，因此各激光光束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射，在X-Y 平面上具有一特定位移。各激光光束31、32和33分別以相對不同的光軸31a、3h和33a 的傳輸比穿過投影透鏡。具體的位移與光學(xué)元件的放大比有關(guān)。因此，在中間態(tài)，對每一激光源，可以靈活調(diào)整穿過投影光學(xué)系統(tǒng)的反射光束的光強(qiáng)。偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元開態(tài)、關(guān)態(tài)和振蕩態(tài)或中間態(tài)的調(diào)制控制可以調(diào)整穿過投影光學(xué)系統(tǒng)的光，提高色彩等級。最好為偏轉(zhuǎn)鏡面單元提供調(diào)制控制，用非二進(jìn)制數(shù)來實(shí)現(xiàn)振蕩控制。該非二進(jìn)制數(shù)通過將視頻信號的二進(jìn)制數(shù)劃分成最小單位的視頻信號來獲得。進(jìn)一步地，結(jié)合用于控制振蕩態(tài)或中間態(tài)中偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的時(shí)鐘調(diào)制和激光發(fā)射狀態(tài)的時(shí)鐘控制可以獲得對顯示光強(qiáng)更細(xì)膩的調(diào)整。例如，將偏轉(zhuǎn)鏡面處相對激光處于開態(tài)時(shí)發(fā)射100%光強(qiáng)的1/16的振蕩態(tài)或中間態(tài)的鏡面調(diào)制態(tài)激光光強(qiáng)減小50%，可以將穿過投影透鏡的光強(qiáng)控制和調(diào)制為全開態(tài)光強(qiáng)的1/32。進(jìn)一步地，如果振蕩態(tài)或中間態(tài)中一幀的指定時(shí)段中幾乎同步地控制所有像素， 當(dāng)激光的照明光強(qiáng)為50%時(shí)，來自光學(xué)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件襯底的額外光得以減小。因此，在投影一光強(qiáng)或顯示一暗的視頻圖像時(shí)，激光強(qiáng)度的減小可以提高圖像對比對。進(jìn)一步地，激光具有寬色彩還原范圍，因此結(jié)合一個(gè)具有振蕩態(tài)或中間態(tài)的鏡面器件可以獲得更高色彩質(zhì)量的視頻圖像顯示。因而在一典型實(shí)施例中，顯示器件構(gòu)造成在垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面偏轉(zhuǎn)方向的方向上，擴(kuò)大照明光束的數(shù)值孔徑NA。該光學(xué)結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致接近關(guān)態(tài)的反射光從投影透鏡的瞳孔處一開，從而進(jìn)一步減小干涉、提高圖像顯示的對比對。圖4A顯示了改變圖3A所示系統(tǒng)布局的本發(fā)明另一典型實(shí)施例。在X-Y平面上光束軸各不相同的激光光源在Y-Z平面上也有彼此不同的光軸。多個(gè)激光光源的排放位置是光束軸31a、3h和33a以不同的角度垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。另外，該投影顯示系統(tǒng)的整體構(gòu)造和原理與圖3中的類似，因此不再進(jìn)一步詳細(xì)累述。圖4B闡述了圖4A所示Y-Z平面上光軸互不相同的各激光光源發(fā)射的激光經(jīng)過光學(xué)元件(未畫出)的放大后照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上。該偏轉(zhuǎn)鏡面器件包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60，其中鏡面表面相對偏轉(zhuǎn)軸52傾斜。通過向圖:3B所示和所述電極施加電壓，鏡面受控工作在開態(tài)和關(guān)態(tài)。鏡面表面的傾斜受控處于開態(tài)，將激光反射到投影透鏡的光路上。鏡面表面的傾斜受控處于關(guān)態(tài)，將激光反射到光罩的光路上被遮擋，如圖3B所示。圖4C進(jìn)一步詳細(xì)描繪了圖4B所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元如何接收在Y-Z 平面上具有不同光軸的各激光光源發(fā)射的激光。由于對偏轉(zhuǎn)鏡面單元鏡面表面的控制，偏轉(zhuǎn)鏡面將各激光反射至投影光學(xué)系統(tǒng)或光罩。在圖4C中，各激光光束31、32和33從各自的激光光源發(fā)射出來，在Y_Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。光束由光學(xué)元件放大，照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元60上。在該顯示系統(tǒng)中，各激光光束31、32和33具有一數(shù)值孔徑NA，其剖面形狀為橢圓形或狹長形。激光光束31、32和33從多個(gè)激光光源投影。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元 60的鏡面61處于開態(tài)時(shí)，激光光束31、32和33被反射至投影透鏡37的光路上。由于激光光束31、32和33在Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，它們的反射光分別沿Y-Z平面上的光束軸31a、3h和33a位移。同時(shí)，當(dāng)鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為Θ， 處于開態(tài)時(shí)，根據(jù)反射原理，激光入射光路和投影光路41的夾角為2 θ。當(dāng)傾角為關(guān)態(tài)時(shí)， 激光光束31、32和33被反射至光罩39的光路上而被遮擋。由于激光光束31、32和33在 Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，它們的反射光分別沿Y-Z平面上的光束軸31a、3h和33a位移并入射到光罩39。同時(shí)，當(dāng)鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為θ，處于關(guān)態(tài)時(shí)，根據(jù)反射原理，激光入射光路和投影光路42的夾角為4 θ。該例中偏轉(zhuǎn)鏡面單元的構(gòu)造與圖3C所示類似，因此不再進(jìn)一步累述。圖4D和4Ε為圖4C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個(gè)激光光束31、32 和33在投影透鏡瞳孔處的剖面圖。當(dāng)鏡面處于開態(tài)時(shí)，剖面為橢圓形或狹長形、數(shù)值孔徑為NA的激光光束31、32和33被反射至投影透鏡37的光路上。各激光光束31、32和33從多個(gè)激光光源31s、3k和33s發(fā)射出來，在Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和 33a。也可以在相對投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔截面、指定的各激光光束31、32和33的反射光方向上調(diào)整光強(qiáng)度分布。盡管光束覆蓋整個(gè)投影透鏡37，相對投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔截面指定方向上具有數(shù)值孔徑NA的各激光光束31、32和33的一部分被放大。這些光束的剖面形狀為橢圓形或狹長形，突出在投影透鏡37以外。在投影透鏡37的范圍內(nèi)產(chǎn)生了各激光光束31、32 和33需要的光強(qiáng)。進(jìn)一步地，可以創(chuàng)造一種結(jié)構(gòu)，使一部分藍(lán)光突出在投影透鏡以外，從而把藍(lán)色設(shè)置為最暗的顏色，把綠色設(shè)置為最亮的顏色。該彩色顯示與觀眾的視覺特性相符合。因此最好將顯示系統(tǒng)構(gòu)造成綠色激光的光軸33a位于藍(lán)色和紅色激光光束31和32的光軸31a和32a的中央。在一典型實(shí)施例中，各激光光源在Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3 和 33a。偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光光束31、32和33在Y-Z平面上沿不同的光軸3la、3 和33a 平移特定的量。各激光光束的特定平移為投影透鏡37范圍內(nèi)的各激光光束31、32和33提供了需要的光強(qiáng)。這是因?yàn)楦骷す夤馐?1、32和33覆蓋了整個(gè)投影透鏡。一個(gè)激光光源受控為不同的顏色提供不同的反射光光學(xué)強(qiáng)度。各激光光束31、32 和33也可以不必覆蓋整個(gè)投影透鏡，激光光束也可以在投影透鏡的瞳孔內(nèi)投影不同的形狀和面積。當(dāng)具有不同光軸31a、3h和33a的多個(gè)激光光源投影的各激光光束31、32和33 被反射到不同的區(qū)域，或不同的光束剖面范圍，圖像可以在光束覆蓋整個(gè)投影透鏡時(shí)得以顯示。進(jìn)一步地，通過光源的應(yīng)用，可以在鏡面開態(tài)中獲得足夠的顯示光強(qiáng)。類似的，在圖4D所示投影透鏡的瞳孔處的激光剖面，經(jīng)過光學(xué)元件放大從多個(gè)激光光源發(fā)射的各激光，激光光束31、32和33的剖面形狀為橢圓形或狹長形。各激光光源在 Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾角處于關(guān)態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面單元60將光束反射至投影透鏡37以外的光罩39。由于各激光光源31s、3k和33s在Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，各激光光束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射，在Y-Z平面上有一特定位移。然后光束被光罩39遮擋，不產(chǎn)生反射光，防止了反射光干涉的問題。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的排列方式是，當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，光學(xué)元件照射的各激光光束31、32和33被反射至覆蓋整個(gè)投影透鏡。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于關(guān)態(tài)時(shí)，光學(xué)元件照射的激光光束31、32和33被反射至投影透鏡以外。通過鏡面表面傾角的控制，可以控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的開態(tài)和關(guān)態(tài)。圖4E描繪了激光光束31、32和32在投影透鏡瞳孔處的剖面圖形。當(dāng)圖4C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾角處于中間態(tài)時(shí)，激光光束31、32和33被反射。在Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a的多個(gè)光源發(fā)出的激光和各激光光束31、32和32通過光學(xué)元件被放大成剖面為橢圓為狹長形的光束。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾角處于中間態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面單元將部分激光光束反射至投影透鏡。各激光光束31、32和33部分地入射到投影透鏡37，可以使相對開態(tài)光強(qiáng)更低的光強(qiáng)穿過投影透鏡。各激光光束31、32和33穿過整個(gè)投影透鏡。通過部分穿過投影透鏡的光束的投影，可以獲得對光強(qiáng)更細(xì)膩的可控調(diào)節(jié)，使光強(qiáng)具有更高的等級。進(jìn)一步地，激光光源在Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光光束31、 32和33在Y-Z平面上平移特定的量。各激光光束31、32和33穿過投影透鏡37的比例不同。圖4E所示關(guān)態(tài)激光光束31、32和33與圖4D所示關(guān)態(tài)中的類似。中間態(tài)的激光光束 31、32和33進(jìn)一步射向關(guān)態(tài)以外的位置。激光光源和照明光學(xué)元件為偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)使投影光強(qiáng)處于最優(yōu)狀態(tài)、偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于振蕩態(tài)或中間態(tài)時(shí)設(shè)定最優(yōu)投影光強(qiáng)提供了靈活性。進(jìn)一步地，在實(shí)施例范圍內(nèi)，為照明光束在數(shù)值孔徑NA在偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面偏振方向上設(shè)定了范圍。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于中間態(tài)時(shí)，該構(gòu)造可以改變穿過投影透鏡瞳孔處的光的光強(qiáng)。圖5闡述了偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾角和在投影透鏡處的激光強(qiáng)度的關(guān)系。這里描述的是圖3A至圖3E和圖4A至圖4E中的鏡面傾角。圖5的縱軸是投影透鏡處的激光強(qiáng)度，橫軸是偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾角。在典型實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)鏡面單元的靜止?fàn)顟B(tài)通常設(shè)定為鏡面表面傾角θ = O0當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面位于θ = -12時(shí)，由于各激光光束31、32和33被反射至光軸39上而遮擋，最小光量投影到投影透鏡上。因此，當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件處于關(guān)態(tài)時(shí)，來自所有光源的零光量或最少光量穿過投影光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾斜θ 受控處于θ =-8°至+8°之間時(shí)，入射到投影透鏡的光和各激光的比例隨θ接近開態(tài)傾角θ =+12°而增大。在振蕩態(tài)中，投影到投影透鏡的各激光強(qiáng)度隨偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾角在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間自由振蕩而改變。在中間態(tài)或振蕩態(tài)中，通過改變照明光光軸 31a,32a和33a的傾斜、各照明光的數(shù)值孔徑NA和各激光光源的發(fā)射強(qiáng)度可以很容易地控制從多個(gè)激光光源發(fā)射、被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射、穿過投影光學(xué)系統(tǒng)的反射光強(qiáng)度。在本實(shí)施例中，鏡面表面傾角規(guī)定為θ =0的靜止?fàn)顟B(tài)也是中間態(tài)的一部分。因此，只有一部分被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光入射到投影透鏡來投影中間光強(qiáng)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾斜θ受控處于θ =+12°的開態(tài)時(shí)，被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光輻射至整個(gè)投影透鏡，從而可以在投影透鏡處最大化光強(qiáng)。圖5顯示了用于調(diào)制從光束軸互不相同的多個(gè)激光光源發(fā)射的光束的投影顯示系統(tǒng)的實(shí)施例。圖3Α和4Α顯示了在X-Y平面和Y-Z平面上放置多個(gè)激光光源的典型實(shí)施例。這些構(gòu)造可以靈活地替換。多個(gè)激光光源可以排列在所提供空間的任何位置，使它們具有不同的光束軸31a、3h和33a。這些構(gòu)造允許對入射到傳輸光束的光學(xué)元件的各光束的調(diào)整。具有不同光束軸31a、3h和33a的多個(gè)激光的構(gòu)造因此消除了對傳統(tǒng)構(gòu)造中將各激光會(huì)聚至同一光軸的鏡面的需要。在提高投影顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)自由度上，該構(gòu)造更簡單和有效。多個(gè)激光光源可以包含兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激光源，任一個(gè)的波長范圍約為 540nm士 20nm、630nm士 20nm 和 460nm士 20nm。在決定包含紅、綠、藍(lán)色激光的多激光光源中每一種的激光強(qiáng)度比例時(shí)，優(yōu)選的比例是綠色比藍(lán)色大于等于10 1，綠色比紅色大于等于3 1，或紅色比藍(lán)色大于等于 3 1。提供上述比例的光源提供了最優(yōu)和更清晰的彩色圖像。作為替代實(shí)施例，下面描述了包含具有四種不同光軸的激光光源的投影顯示系統(tǒng)。圖6是作為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)顯示系統(tǒng)的整體構(gòu)造的剖面圖，它包含兩個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件和光軸彼此不同的紅色激光光源71、藍(lán)色激光光源72、綠色激光光源76和淺綠色激光光源77?；诒緦?shí)施例的投影裝置使用的光學(xué)系統(tǒng)中，使用了四個(gè)照明激光光源，即光軸彼此不同的紅色激光光源71、藍(lán)色激光光源72、綠色激光光源76和淺綠色激光光源77。綠色激光光源76和淺綠色激光光源77是兩個(gè)顏色近似的光源。光軸幾乎平行。使用兩個(gè)激光光源能夠使系統(tǒng)顯示的視頻圖像色彩還原范圍改變，或?qū)⑦@兩個(gè)光源都作為綠色的光源來調(diào)整。該顯示系統(tǒng)進(jìn)一步包含一個(gè)光學(xué)元件73，用于放大各激光的光束，和一個(gè)二向棱鏡75。該棱鏡是由兩個(gè)三棱鏡粘合而構(gòu)成的。用于完全反射綠色或淺綠色波長、傳輸紅光和藍(lán)光的分色薄膜位于上述棱鏡的粘合表面之間。三角棱鏡之間的粘合表面的一部分和側(cè)面的一部分作為光罩80。偏轉(zhuǎn)鏡面器件74和78位于二向棱鏡75的輸出表面。該顯示系統(tǒng)進(jìn)一步包含一個(gè)顏色切換濾光片81和一個(gè)投影透鏡82。投影至二向棱鏡75的照明光入射角進(jìn)一步說明，關(guān)態(tài)光79b投影至樂與反射方向相反的方向。同時(shí)，使用了一個(gè)光學(xué)棱鏡 (未畫出)來為投影到二向棱鏡75的照明光排布相對表面合適的入射角。下面描述了包含具有四種不同光軸的激光光源的投影顯示系統(tǒng)的構(gòu)成原則。綠色激光光源76和淺綠色激光光源77的偏振方向相差90度。這些光從二向棱鏡75的左側(cè)進(jìn)入。紅色激光光源71和偏振方向與紅色激光光源相差90度的藍(lán)色激光光
17源72的照明光從二向棱鏡75的右側(cè)入射。綠色激光光源76和淺綠色激光光源77發(fā)射的光束被光學(xué)元件73放大并進(jìn)入二向棱鏡75。光罩80位于二向棱鏡75的兩個(gè)粘合棱鏡粘合部分的下部和入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件78之前的部分表面。除了進(jìn)入偏轉(zhuǎn)鏡面器件78的部分，所有入射激光都被光罩80遮擋。進(jìn)入偏轉(zhuǎn)鏡面器件78的綠色激光為P-偏振和淺綠色激光為S-偏振。通過控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件來調(diào)制控制的照明光用單實(shí)線表示，代表合成了反射的綠光和淺綠光的特定亮度的綠色激光。由偏轉(zhuǎn)鏡面器件78反射的綠色激光和淺綠色激光的開態(tài)光79a是由二向棱鏡75的斜面來反射的。反射的綠色激光和淺綠色激光進(jìn)一步被形成二向棱鏡75的兩個(gè)三角棱鏡的粘合面反射。綠色激光或淺綠色激光的開態(tài)光79a 通過顏色切換濾光片81選擇性地投射到投影透鏡82。該顏色切換濾光片81包含一個(gè)分色鏡和偏振光束分光器(PBS)，用于根據(jù)傳輸光的波長或偏振狀態(tài)選擇傳輸或反射。下面描述紅色激光光源71和藍(lán)色激光光源72發(fā)射的激光從二向棱鏡75的右側(cè)入射后的傳輸過程。紅色激光光源71和藍(lán)綠色激光光源72發(fā)射的激光光束被光學(xué)元件73 放大并進(jìn)入二向棱鏡75。光罩80位于二向棱鏡75的兩個(gè)粘合棱鏡粘合部分的下部和入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件74之前的部分表面。除了進(jìn)入偏轉(zhuǎn)鏡面器件74的部分，其他入射激光被光罩80遮擋。進(jìn)入偏轉(zhuǎn)鏡面器件74的紅色激光為P-偏振和藍(lán)色激光為S-偏振。由偏轉(zhuǎn)鏡面器件74反射的紅色激光和藍(lán)色激光的開態(tài)光79a是由二向棱鏡75的斜面來反射的。 反射光進(jìn)一步被形成二向棱鏡75的兩個(gè)三角棱鏡的粘合表面反射。紅色激光或藍(lán)色綠色激光的開態(tài)光79a通過顏色切換濾光片81選擇性地投射到投影透鏡82。這四種激光，即從棱鏡左側(cè)入射的綠色和淺綠色激光、從棱鏡右側(cè)入射的紅色和藍(lán)色激光按照時(shí)間順序進(jìn)入投影透鏡82，產(chǎn)生彩色圖像。當(dāng)綠色和淺綠色激光設(shè)定為波長相同的綠光時(shí)，與紅色和藍(lán)色激光的組合構(gòu)成了三色激光。當(dāng)紅光和藍(lán)光根據(jù)在顯示幀中按時(shí)間順序投影時(shí)，綠光在一陣中持續(xù)地投影。該顯示構(gòu)造消除了綠色視頻圖像的閃爍，因而提供了更明顯的彩色圖像。 進(jìn)一步地，綠色顯示時(shí)段比藍(lán)色和紅色的長，所有顏色都按時(shí)間順序投影。亮度一定時(shí)，該顯示圖像變得更明顯，這是因?yàn)榫G光比紅光和藍(lán)光具有更高的視覺敏感度。另一方面，通過使用偏轉(zhuǎn)鏡面單元調(diào)制亮度等級的控制時(shí)間隨顯示時(shí)間的長度而增加。因此能夠在偏轉(zhuǎn)鏡面單元中提高控制分辨率來以更高的色調(diào)顯示細(xì)膩的等級進(jìn)一步地，也可以通過增加偏轉(zhuǎn)鏡面單元的像素量和提供高分辨率圖像，如4kMk像素，來固定每個(gè)鏡面單元的傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)。此外，激光光源發(fā)射的偏振光也可以與上述P-偏振和S-偏振相反，或從線性偏振轉(zhuǎn)換為圓偏振。也可以使用通過改變照明光特性來切換顏色的方法。二向棱鏡75的上表面和下表面不是開態(tài)光79a的入射和反射光光路，均與兩個(gè)三角冷靜的粘合表面垂直。光罩80位于棱鏡的側(cè)表面，因此阻止光從此處通過。當(dāng)對應(yīng)各激光的偏振鏡面器件上的偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于關(guān)態(tài)時(shí)，關(guān)態(tài)光79b反射至一個(gè)方向，各激光被光罩80吸收。如上所述，多個(gè)激光光源中包含至少兩種顏色的光源。多個(gè)激光光源以時(shí)分方案受控來區(qū)分用于顯示圖像的每一種顏色的光強(qiáng)等級。因此該投影顯示系統(tǒng)裝配了至少三個(gè)含有至少兩個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的光源。進(jìn)一步地，圖6揭示了用于投影顯示系統(tǒng)的多個(gè)光源的一部分的波長區(qū)別，如綠色和淺綠色為5nm和不超過10nm。圖7A和7B詳細(xì)描繪了圖6中使用的分色濾光片。綠色和淺綠色光的波長幾乎相等。這兩種光穿過青色和黃色濾光片。
圖7A闡述了包含兩種顏色的分色濾光片，其中兩種顏色為藍(lán)色和綠色混合的青色以及紅色和綠色混合的黃色。圖7A顯示了投影在分色濾光片中黃色多于青色的投影光的構(gòu)造。分色濾光片的顏色和顏色比例可以任意決定。在分色濾光片中，當(dāng)投影的激光照射在如對角陰影部分時(shí)，這部分的顏色得以投影。圖7B為一個(gè)分光片，包含一個(gè)分離S-偏振和P-偏振光的偏振光束分光器(PBS)， 以傳輸兩種顏色，如藍(lán)色和綠色混合的青色以及紅色和綠色混合的黃色。在圖7B中，S-偏振和P-偏振的比例設(shè)定為一樣，因此在PBS濾光片中，黃色和青色的比例相同。PBS濾光片中這種偏振比例可以任意決定。由于濾光片包含S-偏振和P-偏振，當(dāng)S-偏振光進(jìn)入P-偏振濾光片時(shí)，光被遮擋。當(dāng)P-偏振光進(jìn)入S-偏振濾光片時(shí)，光也被遮擋。圖7A和7B闡述了色輪的顏色切換。該色輪可以是使用液晶等材料或有類似功能的結(jié)構(gòu)的非旋轉(zhuǎn)分色濾光片。這是因?yàn)樵谛D(zhuǎn)濾光片中，如特別是在用偏振特性分離顏色的色輪中，濾光片的偏振軸方向發(fā)生改變，因此降低了傳輸光強(qiáng)的傳輸效率。8A和8B分別顯示了對應(yīng)圖7A和7B 的每種顏色的一個(gè)子幀的時(shí)間。這種時(shí)分方案的使用使得通過在不同時(shí)段內(nèi)投影不同顏色的光來投影圖像成為可能。通過控制與偏轉(zhuǎn)鏡面器件同步工作的各激光光源在時(shí)間劃分上的開/關(guān)，可以達(dá)到分色濾光片的作用。在圖8A中，對應(yīng)圖7A所示分色濾光片的顏色的是根據(jù)在一幀中以時(shí)間劃分、按照圖7A中的分色濾光片發(fā)出紅光和藍(lán)光的時(shí)間來投影的。持續(xù)向投影透鏡發(fā)射綠光作為開態(tài)光，類似于圖6所示具有同步發(fā)射時(shí)段的多個(gè)激光光源。如上所述，可以通過在多個(gè)激光光源同步發(fā)射的時(shí)間內(nèi)控制投影來投影彩色圖像，其中在上述時(shí)間中各激光光源的開/關(guān)根據(jù)時(shí)分控制方案來控制?；诒景l(fā)明的投影顯示系統(tǒng)可以裝配為用光學(xué)元件來放大兩個(gè)激光光源發(fā)射的激光光束，并將其輻射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件，使任一激光在一幀中有1/2或更長的時(shí)間內(nèi)得到調(diào)制。也可以裝配為用光學(xué)元件來放大三個(gè)激光光源發(fā)射的激光光束，并將其輻射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件，使任一激光在一幀中有1/3或更短的時(shí)間內(nèi)得到調(diào)制。進(jìn)一步地，可以同時(shí)控制照明激光的顯示時(shí)間和光強(qiáng)，從而修正一幅圖像的色平衡和亮度平衡。通過利用整個(gè)一幅圖像的亮度和顏色信息可以靈活調(diào)整每一幀中各顏色的顯示時(shí)間。例如， 在一幅紅色的日落圖中，如果紅色在整個(gè)屏幕中都很豐富，可以延伸調(diào)制紅色激光的時(shí)間， 通過增加等級在14位中只顯示紅色，在10至12中顯示綠色和藍(lán)色等級。圖8B為一幅時(shí)鐘圖，顯示了根據(jù)圖7B中偏振濾光片的顏色比例，在一幀中以時(shí)間劃分來決定紅光和藍(lán)光發(fā)射時(shí)間長度的結(jié)構(gòu)。投影透鏡上的綠光保持為開態(tài)光，類似于圖 6所示具有同步發(fā)射時(shí)段的多個(gè)激光光源，根據(jù)圖7B的偏振綠光片投影彩色圖像。以上描述揭示了一種圖像顯示系統(tǒng)，其中激光光源投影的色彩圖像具有四種互不相同的光軸。圖9顯示了包含大量排成二維陣列的多個(gè)激光元件的激光的情況。如圖9所示，單個(gè)激光光源的構(gòu)造包含多個(gè)激光元件，用于提高激光光源的光強(qiáng)。 該光源為投影顯示系統(tǒng)提供一個(gè)改進(jìn)的激光光源。多個(gè)激光元件按縱向和橫向排成二維陣列。這個(gè)激光元件的二維陣列在每個(gè)激光元件的排放區(qū)域可以具有不同的波長。一個(gè)可替代的構(gòu)造是使不同顏色的激光具有略微不同的光軸。進(jìn)一步地，單個(gè)激光光源可以排布波長略微不同的相同顏色的多個(gè)激光光源的二維陣列。波長區(qū)別大約為士 1.5nm。同種顏色的激光的差別約為3nm。波長為520至560nm的綠色補(bǔ)償可以由開_和關(guān)_控制的各激光元件調(diào)節(jié)，其中各激光元件波長的區(qū)別約為士 1.5nm?？商娲?，可以將多個(gè)激光光源裝配為LED光源，其波長的差別約為LED光源波長的一半。進(jìn)一步地，可以使用一個(gè)電路來獨(dú)立控制大量激光元件中的每一個(gè)的發(fā)射。下面描述了可以為投影顯示系統(tǒng)的上述每一實(shí)施例裝配的偏轉(zhuǎn)鏡面器件?；诒景l(fā)明的偏轉(zhuǎn)鏡面器件包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元，用于根據(jù)時(shí)分方案調(diào)制互補(bǔ)相同的激光光束。每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元受控工作于開態(tài)，將偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的照明光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)。關(guān)態(tài)時(shí)，鏡面將光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外。鏡面還工作于中間態(tài)，將部分光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)。鏡面也可以工作于振蕩態(tài)，在開態(tài)與關(guān)態(tài)之間振蕩。下面將描述偏轉(zhuǎn)鏡面器件中每個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的詳細(xì)構(gòu)造和工作過程。圖10顯示了一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的構(gòu)造。如圖10的右上圖為偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面61和彈性鉸鏈65，左上圖為去掉鏡面61 的偏轉(zhuǎn)鏡面單元。圖10下部顯示了偏轉(zhuǎn)鏡面單元和鏡面61在A-A’處的剖面圖。圖10 所示偏轉(zhuǎn)鏡面單元包含一個(gè)關(guān)態(tài)制動(dòng)器62和一個(gè)開態(tài)制動(dòng)器67，關(guān)態(tài)電極63和開態(tài)電極 66。開態(tài)制動(dòng)器67到偏轉(zhuǎn)軸52的距離和關(guān)態(tài)制動(dòng)器62到偏轉(zhuǎn)軸52的距離相等。同時(shí)， 開態(tài)制動(dòng)器67的高度要低于關(guān)態(tài)制動(dòng)器62。在這樣的構(gòu)造下，預(yù)定的電壓施加到開態(tài)電極66上來控制鏡面工作于開態(tài)。鏡面 61傾斜至與開態(tài)制動(dòng)器67接觸，以向投影透鏡反射入射光。通過向關(guān)態(tài)電極63施加預(yù)定電壓，控制鏡面工作于關(guān)態(tài)，使鏡面63傾斜至與關(guān)態(tài)制動(dòng)器62接觸，將入射光反射至投影透鏡以外。進(jìn)一步地，當(dāng)鏡面61處于關(guān)態(tài)時(shí)，通過終止施加到關(guān)態(tài)電極63上的電壓，能夠控制鏡面工作于振蕩態(tài)，使鏡面61自由振蕩，將入射光反射至鏡面61振蕩狀態(tài)相應(yīng)的方向。 本典型實(shí)施例將鏡面61處于開態(tài)的開態(tài)角度設(shè)定為+12度，將鏡面61處于關(guān)態(tài)的關(guān)態(tài)角度設(shè)定為-8度。上述振蕩狀態(tài)中的自由振蕩可以設(shè)定成在士8度之間自由振蕩。開態(tài)和關(guān)態(tài)之間的鏡面偏轉(zhuǎn)角度可以設(shè)定為不同值，如開態(tài)角度為+14度，關(guān)態(tài)角度為-12度。在該實(shí)施例中，開態(tài)制動(dòng)器67的高度小于關(guān)態(tài)制動(dòng)器62，因此入射光的入射角度大于開態(tài)制動(dòng)器67與關(guān)態(tài)制動(dòng)器62高度向等的情況。一個(gè)可替代的結(jié)構(gòu)可以是，通過降低關(guān)態(tài)制動(dòng)器62的高度，在鏡面受控處于開態(tài)時(shí)中斷開態(tài)時(shí)作用于開態(tài)電極的電壓，使鏡面61從開態(tài)轉(zhuǎn)換至振蕩態(tài)。在從激光光源向投影光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔反射80%或更多的照明光的偏轉(zhuǎn)鏡面單元中，鏡面61可以通過將偏轉(zhuǎn)鏡面單元放在中間態(tài)或振蕩態(tài)投影剩下20%的全部或部分光。 通過利用開態(tài)1/4至1/5光強(qiáng)增量的細(xì)膩調(diào)整，可以控制鏡面為圖像顯示提供更高的亮點(diǎn)等級。偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元可以進(jìn)一步控制從不同顏色激光光源反射到投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔的光強(qiáng)。不同顏色的光強(qiáng)依據(jù)顏色的視覺敏感特性受控。波長為相對可見度最高的555nm的光的能量強(qiáng)度和光強(qiáng)的關(guān)系為，1瓦特的光能等于683留名的光束，該關(guān)系隨波長而改變。當(dāng)綠色激光的光能為1瓦特且安裝視覺敏感性分布時(shí)，波長為620nm至 640nm的紅色激光光能最好小于等于0. 4瓦特，波長為480nm至450nm的藍(lán)色色激光光能最好小于等于0.1瓦特。至于比例，綠色比紅色在2 1至5 1之間，綠色比藍(lán)色在10 1 至20 1之間。這里，可以期望通過調(diào)整顯示強(qiáng)度來優(yōu)化每一激光光源的發(fā)射光強(qiáng)，因此投影的屏幕圖像與視覺敏感特性和合適的光強(qiáng)比例相匹配。
當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，每束激光的光軸進(jìn)一步排列成產(chǎn)生對應(yīng)視覺敏感特性的激光光束的光強(qiáng)，其中激光光束由偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射，投影至投影光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔。進(jìn)一步地，最好將偏轉(zhuǎn)鏡面器件中的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元配置成邊長為4至14微米的正方形，各偏轉(zhuǎn)鏡面單元間的間隙為0. 1到0. 55微米。每一激光光源每種顏色的激光光束反射比例不同。進(jìn)一步地，希望根據(jù)鏡面的反射率來安排鏡面的有效面積尺寸和由偏轉(zhuǎn)鏡面單元間的間隙導(dǎo)致的衍射光引起的反射光損失。另外，最好將偏轉(zhuǎn)鏡面器件中的一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元配置成邊長為4至12微米的正方形，控制鏡面使穿過投影透鏡瞳孔的光束包含來自偏轉(zhuǎn)鏡面單元鏡面的衍射光。當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面小型化、各偏轉(zhuǎn)鏡面單元之間的間距減小時(shí)，衍射光的角度和光強(qiáng)也發(fā)生改變。因此， 最好在決定照明光束的數(shù)值孔徑NA和激光光源發(fā)射光強(qiáng)時(shí)考慮到衍射光。圖IlA顯示了用于每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路構(gòu)造。圖11顯示了對應(yīng)上述列信號的兩條線的兩條位線，以及對應(yīng)上述行信號的一條線的字線。在圖IlA中，場效應(yīng)晶體管(FET)-I連接電極-163和字線1/位線，電容Capl連接電極-163和地。類似的，F(xiàn)ET-2 連接電極-266和字線2/位線，電容Cap2連接電極-266和地。通過向電極-163施加預(yù)定電壓和控制字線1和位線，能夠控制鏡面61向電極-163傾斜。類似的，通過向電極-266 施加預(yù)定電壓和控制字線2和位線，能夠控制鏡面61向電極-266傾斜。順帶地，在下面的圖12中，每一位線上都有一個(gè)放大器(Amp)。每一列線的輸出電壓由增益控制電路的輸出電壓信號控制。對加在每一鏡面像素的電極上電壓的改變也會(huì)改變偏轉(zhuǎn)鏡面的庫倫力。圖IlB顯示了用于圖IlA所示每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路可替代構(gòu)造。控制電路具有一個(gè)電極，用于控制一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元，使該鏡面拉向開態(tài)方向和關(guān)態(tài)方向。進(jìn)一步地，構(gòu)造中有一電線，用于向偏轉(zhuǎn)鏡面單元傳輸數(shù)據(jù)。有了這樣的電路構(gòu)造和在彈性鉸鏈的左邊和右邊面積、高度不對稱的電極，可以控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾斜。例如，彈性鉸鏈左邊和右邊電極的面積不同。為關(guān)態(tài)配置面積較大的電極。將偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面從初態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)至處于關(guān)態(tài)和開態(tài)的控制方法是，對定位電極施加電壓，而在初態(tài)中，不對定位電極施加電壓。對定位電極施加的電壓導(dǎo)致鏡面向面積大的定位電極偏轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)為關(guān)態(tài)。庫侖力F由式(1)表示。因此，當(dāng)定位電極處于初態(tài)時(shí)，開態(tài)電極部分和關(guān)態(tài)電極部分鏡面到定位電極的距離相等。面積較大的定位電極的關(guān)態(tài)一側(cè)相比面積較小的開態(tài)一側(cè)能保留更多電荷，從而產(chǎn)生更大的庫侖力。F = —i-r-· —^2--(I),
Anr ε其中r為定位電極和鏡面的距離，ε為介電常數(shù)，Ql和q2為電量。將微鏡從關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換至開態(tài)的操作描述如下。通過暫時(shí)將定位電極上的電壓變至 “0”伏特，從初態(tài)傾斜至關(guān)態(tài)的鏡面受控處于自由振蕩狀態(tài)。在自由振蕩態(tài)中，在合適的時(shí)間，即鏡面接近定位電極面積更小的開態(tài)一側(cè)的電極部分時(shí)，施加電壓能夠使鏡面維持在開態(tài)。根據(jù)公式(1)，相比電量Cl1和％，距離r的二次方對庫侖力的影響更大。對定位電極開態(tài)一側(cè)和關(guān)態(tài)一側(cè)面的合適調(diào)制導(dǎo)致庫侖力F在定位電極和鏡面距離較小的一側(cè)更強(qiáng)。 盡管開態(tài)一側(cè)定位電極的面積比關(guān)態(tài)一側(cè)定位電極的面積小，也可以將鏡面傾斜至開態(tài)光一側(cè)。以下描述了集成了定位電極和布線的結(jié)構(gòu)，通過控制將關(guān)光態(tài)作為初態(tài)的鏡面，可以控制鏡面工作在開光態(tài)。可替換地，可以多階段地對定位電極施加電壓來控制鏡面。在通過對定位電極施加電壓來維持開態(tài)或關(guān)態(tài)的某一狀態(tài)后將定位電極上的電壓變?yōu)椤?”伏特導(dǎo)致鏡面工作于自由振蕩態(tài)。在合適的時(shí)間，即在自由振蕩的鏡面從開態(tài)一側(cè)轉(zhuǎn)至開態(tài)一側(cè)，定位電極和鏡面之間的距離接近開態(tài)方向時(shí)，可以控制鏡面處于開光態(tài)。 因此，當(dāng)鏡面和電極間的距離很小，偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面執(zhí)行自由振蕩時(shí)，鏡面可以被低于將鏡面從初始靜止?fàn)顟B(tài)向開態(tài)或關(guān)態(tài)傾斜的電壓。因此，當(dāng)將定位電極和布線集成為一個(gè)整體時(shí)，該構(gòu)造可以對定位電極使用三個(gè)或更多等級的電壓來控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元。進(jìn)一步地，控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元的時(shí)鐘可以與驅(qū)動(dòng)激光光源的控制時(shí)鐘匹配。通過調(diào)制與鏡面的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)一致的光源的光強(qiáng)，響應(yīng)的控制時(shí)鐘使顯示圖像的光強(qiáng)控制更加方便。為提高灰度數(shù)達(dá)到了更高的強(qiáng)度調(diào)制等級。圖12顯示了用于控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件的控制電路晶體管陣列結(jié)構(gòu)。圖12顯示了 2-位xlOMx768的晶體管陣列。每一個(gè)被虛線包圍的部分對應(yīng)一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元。每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元由兩個(gè)列信號和一個(gè)行信號控制。圖中左上部的偏轉(zhuǎn)鏡面單元由列-1信號、 列-2信號和行-1信號控制。更確切地，通過對行-1信號施加預(yù)定電壓，如果列-1信號為 “0”、列-2信號為“1”，鏡面切換至開態(tài)。當(dāng)列-1信號為“1”、列-2信號為“0”時(shí)，鏡面切換至關(guān)態(tài)。當(dāng)鏡面處于關(guān)態(tài)，列-1信號為“0”、列-2信號為“ 1”時(shí)，鏡面受控工作于振蕩態(tài)。如圖13A和1 所示，可以通過鏡面角度的改變來改變反射率。在角度的可驅(qū)動(dòng)范圍內(nèi)，鏡面的開態(tài)位置通常設(shè)計(jì)為提供最大的顯示亮度的位置，關(guān)態(tài)位置通常設(shè)計(jì)為提供最小的顯示亮度的位置。通過保持鏡面處于反射低于LSB亮度的光時(shí)，能夠提高灰度等級數(shù)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，將(0，1)信號作用到鏡面下的電極，會(huì)使鏡面處于開態(tài)位置，其中 (0,1)信號定義為對左邊電極施加零電壓、對右邊電極施加開態(tài)電壓，如圖13A所示。信號 (1,0)則用于將鏡面驅(qū)動(dòng)至關(guān)態(tài)位置。如圖13C所示，當(dāng)鏡面工作在振蕩情況時(shí)，產(chǎn)生了光強(qiáng)比開態(tài)位置處光強(qiáng)小的輸出光。當(dāng)鏡面位于開態(tài)或關(guān)態(tài)位置時(shí)，通過對鏡面下的兩個(gè)電極施加零電壓，或(0，0)信號，可以達(dá)到振蕩態(tài)。由于需要使用多位輸入控制鏡面，圖1所示早前技術(shù)的驅(qū)動(dòng)電路不能靈活地使鏡面工作在振蕩態(tài)。各種計(jì)算機(jī)仿真揭示，根據(jù)光學(xué)構(gòu)造，平均反射率在20%至 40%之間。如果系統(tǒng)選擇合適，反射率可以調(diào)整到25%也就是1/4。這使得在不改變輸入光密度的情況下，輸出亮度為1/4。在開態(tài)位置中間，通過對圖13C所示在左側(cè)用箭頭表示的鏡面下方的電極施加多個(gè)脈沖，可以獲得3/4的反射率。圖14為控制顯示系統(tǒng)的典型實(shí)施例功能框圖。圖像顯示系統(tǒng)接收10位輸入信號。 輸入信號被分成兩部分高8位和低2位。高8位送至第一態(tài)控制器，低2位送至第二態(tài)控制器，同步信號送至?xí)r鐘控制器。第二態(tài)控制器將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為非二進(jìn)制數(shù)據(jù)。該構(gòu)造可以通過在一幀中最大化兩者來控制第一態(tài)和第二態(tài)。進(jìn)一步地，將該構(gòu)造應(yīng)用到裝配了單片彩色序列的系統(tǒng)中的情況下，第二態(tài)相繼以180Hz或更高的頻率顯示。該構(gòu)造可以在與三種顏色，即紅、綠、藍(lán)對應(yīng)的子幀中配置第二態(tài)的控制時(shí)間。也可以通過增加青色、品紅色和黃色來實(shí)現(xiàn)六色顯示。同步信號在信號分分配器處產(chǎn)生。時(shí)鐘控制器根據(jù)同步信號控制選擇器的切換， 使第一態(tài)控制器控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件或第二態(tài)控制器來控制。綠色對人類有最高的視覺敏感度。因此，可以只顯示14位等級的綠色，而其他顏色為12位。在一典型實(shí)施例中，使用了包含紅色、綠色和藍(lán)色的白色照明光。該照明光通過分別來自紅色、綠色和藍(lán)色的光獲得。在這種情況下，該白光只用在第一態(tài)中?；诒景l(fā)明的投影顯示系統(tǒng)投影一幅圖像，其中該顯示系統(tǒng)包含一個(gè)光學(xué)元件， 用于放大光軸互不相同的激光光源發(fā)射的激光的光束，一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于在時(shí)間劃分中，通過接受光學(xué)元件放大的光束調(diào)制各激光光束。本發(fā)明已經(jīng)通過示例說明特定實(shí)施例做出描述，然而，應(yīng)該清楚的是在本發(fā)明的范圍和概念內(nèi)，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。因此，本文獻(xiàn)和圖片應(yīng)作為特定的例子而不限定其意思?；诒景l(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1的第一方面是提供一個(gè)系統(tǒng)，包括一個(gè)光學(xué)元件，用于傳輸從光軸互不相同的多個(gè)激光光源發(fā)射的光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于接收上述光束、并在時(shí)間分段中調(diào)制上述光束；和一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。下面，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明2的第一方面是提供一個(gè)系統(tǒng)，包括 一個(gè)光學(xué)元件，用于在包含光束剖面的形狀和大小各不相同的輻射范圍內(nèi)，照亮從光軸互不相同的多個(gè)激光光源發(fā)射的光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于接收上述光束、并在時(shí)間分段中調(diào)制上述光束；和一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。下面，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明3的第一方面是提供一個(gè)系統(tǒng)，包括 一個(gè)光學(xué)元件，用于放大來自多個(gè)激光光源的光束，成為在投影透鏡的瞳孔處不均勻、不對稱的光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于接收上述光束、并在時(shí)間分段中調(diào)制上述光束；和一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，希望多個(gè)激光光源是半導(dǎo)體光源，包含波長范圍為MOnm士20nm、630nm士20nm和460nm士20nm的任何兩個(gè)。進(jìn)一步地，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，優(yōu)選的構(gòu)造是，多個(gè)激光光源發(fā)射的光束為紅色、綠色和藍(lán)色光，照亮偏轉(zhuǎn)鏡面器件的光束中，綠光與藍(lán)光的比例大于等于10 1，綠光與紅光的比例大于等于3 1。進(jìn)一步地，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，單個(gè)激光光源可以構(gòu)造成排列成二維陣列的多個(gè)激光元件。另外，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，多個(gè)激光光源的光束軸可以配置為包含不同的角度，垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。進(jìn)一步地，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，多個(gè)激光光源的光束軸可以配置為包含不同的角度，平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。另外，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，從多個(gè)激光光源經(jīng)光學(xué)元件照射到單個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的光束在垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面單元偏轉(zhuǎn)軸的方向上具有橢圓或狹長的剖面。
23
進(jìn)一步地，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，從多個(gè)激光光源經(jīng)光學(xué)元件照射到單個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的光束在平行于偏轉(zhuǎn)鏡面單元偏轉(zhuǎn)軸的方向上具有橢圓或狹長的剖面。進(jìn)一步地，在基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中，被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射、從多個(gè)激光光源發(fā)射、經(jīng)光學(xué)元件放大的反射光只能在相對投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔預(yù)定的方向上被放大。另外，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以配置成構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元受控處于開態(tài)，將照亮偏轉(zhuǎn)鏡面單元的光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)；處于關(guān)態(tài)，將光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外；中間態(tài)，將部分光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)；或在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間重復(fù)的振蕩態(tài)，在中間態(tài)或振蕩態(tài)中，由反射多個(gè)激光光源的光得到、穿過投影光學(xué)系統(tǒng)的反射光束的光學(xué)強(qiáng)度對每一激光光源而言各不相同。另外，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以配置成構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元受控處于開態(tài)，將照亮偏轉(zhuǎn)鏡面單元的光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)；處于關(guān)態(tài)，將光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外；中間態(tài)，將部分光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)；或在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間重復(fù)的振蕩態(tài)，在關(guān)態(tài)中由反射多個(gè)激光光源的光得到的整個(gè)反射光束不在投影光系統(tǒng)中傳輸，或變成最小值。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以配置成 兩個(gè)激光光源發(fā)射的光束在偏轉(zhuǎn)鏡面器件上以時(shí)間順序被光學(xué)元件照亮，使兩束光中的任一個(gè)在一幀中大于等于1/2的時(shí)間內(nèi)被調(diào)制。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以配置成 三個(gè)激光光源發(fā)射的光束在偏轉(zhuǎn)鏡面器件上以時(shí)間順序被光學(xué)元件照亮，使三束光中的任一個(gè)在一幀中少于等于1/3的時(shí)間內(nèi)被調(diào)制。另外，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以配置成多個(gè)激光光源具有同時(shí)發(fā)光的時(shí)段。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以配置成 多個(gè)激光光源由相同顏色的激光光源構(gòu)成?；诒景l(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1、2、3的各方面中可以優(yōu)選地配置成多個(gè)激光光源發(fā)射光束的照明光強(qiáng)按時(shí)間順序發(fā)生改變。上述基于本發(fā)明的投影顯示系統(tǒng)的構(gòu)造消除了通過多個(gè)與各激光對應(yīng)的鏡面來把多個(gè)激光光源與同一光軸匹配的需要，簡化了構(gòu)造，也提高了投影顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自由度。下面，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)中使用的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的附加聲明1是為了提供包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于在時(shí)間分段中調(diào)制來自光軸各不相同的多個(gè)激光光源的光，其中當(dāng)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面單元將來自至少一個(gè)光源光束的 80%至100%反射至投影光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)中使用的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的附加聲明2是為了提供包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于在時(shí)間分段中調(diào)制來自光軸各不相同的多個(gè)激光光源的光，其中當(dāng)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射至投影光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔的光束的光學(xué)強(qiáng)度設(shè)定為與色彩可視度量級相關(guān)的值。
進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)中使用的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的附加聲明3是為了提供包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于在時(shí)間分段中調(diào)制來自光軸和顏色各不相同的多個(gè)激光光源的光，其中當(dāng)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射至投影光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔的光束的光學(xué)強(qiáng)度根據(jù)光束的光軸而不同。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)中使用的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的附加聲明4是為了提供包含多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于在時(shí)間分段中調(diào)制來自光軸各不相同的多個(gè)激光光源的光，其中該偏轉(zhuǎn)鏡面器件包含一個(gè)開態(tài)，將照到偏轉(zhuǎn)鏡面單元的光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)；一個(gè)關(guān)態(tài)，將光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外；一個(gè)中間態(tài)，將部分光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)或一個(gè)振蕩態(tài)，反復(fù)在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間轉(zhuǎn)換。另外，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)中使用的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的附加聲明5是為了提供一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，包含一個(gè)開態(tài)，將照到偏轉(zhuǎn)鏡面單元的光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)；一個(gè)關(guān)態(tài)，將光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)以外；一個(gè)中間態(tài)，將部分光束反射至投影光學(xué)系統(tǒng)或一個(gè)振蕩態(tài)，反復(fù)在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，其中重復(fù)光束的調(diào)制控制是用視頻信號的非二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制?；诒景l(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1至5各方面的偏轉(zhuǎn)鏡面器件可以配置成 偏轉(zhuǎn)鏡面單元近似為方形，邊長在4微米至14微米之間，激光光源發(fā)射的每種顏色光束的反射率不同?；诒景l(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1至5各方面的偏轉(zhuǎn)鏡面器件也可以配置成偏轉(zhuǎn)鏡面單元近似為方形，邊長在4微米至14微米之間，偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射、穿過投影透鏡瞳孔的光束包含從偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面衍射的光。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1至5各方面的偏轉(zhuǎn)鏡面器件可以配置成為一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元提供一條布線來向它傳輸數(shù)據(jù)，為控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元提供三種電壓值。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1至5各方面的偏轉(zhuǎn)鏡面器件可以配置成為一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元提供一個(gè)電極來控制它，其中電極位于鏡面的橫跨鏡面的開態(tài)一側(cè)和關(guān)態(tài)一側(cè)。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1至5各方面的偏轉(zhuǎn)鏡面器件可以配置成控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元的時(shí)鐘與驅(qū)動(dòng)激光光源的時(shí)鐘同步。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明投影顯示系統(tǒng)的附加聲明1至5各方面的偏轉(zhuǎn)鏡面器件也可以配置成將光軸各不相同的多個(gè)激光光源發(fā)射的光束以穿過光學(xué)元件后光束的剖面形狀或輻射范圍面積照射到時(shí)分調(diào)制的偏轉(zhuǎn)鏡面單元。最后，提供了一種圖像投影方法，多個(gè)激光光源發(fā)射的光束被光學(xué)元件放大，因此光束軸、輻射范圍的形狀和大小各不相同，當(dāng)構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射照在其上的光束時(shí)，被光學(xué)元件放大的各光束被偏轉(zhuǎn)鏡面器件以時(shí)分方式調(diào)制，因此根據(jù)本發(fā)明的圖像投影方法投影了一幅圖像。基于本發(fā)明的圖像投影方法中使用的多個(gè)激光光源可以由至少兩種顏色的激光光源組成，多個(gè)激光光源以時(shí)分方式受控，使得圖像每種顏色的等級都是投影多個(gè)激光光源的記過?；诒景l(fā)明的圖像投影方法中使用的多個(gè)激光光源中的單個(gè)激光光源可能最好配置成多個(gè)激光單元排列成二維陣列，每個(gè)激光單元的波長差不超過3nm。進(jìn)一步地，基于本發(fā)明的圖像投影方法可以通過使用至少三個(gè)激光光源和至少兩個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件來實(shí)現(xiàn)?；诒景l(fā)明的圖像投影方法中，最好將各激光光源的光束軸設(shè)置成當(dāng)偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時(shí)，從多個(gè)激光光源發(fā)射的至少一束光沿投影光路的光軸反射。另外，基于本發(fā)明的圖像投影方法中使用的多個(gè)激光光源的一部分中的一個(gè)激光光源可以允許5nm到IOnm的差異。雖然目前已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該明白這種說明并不局限于以上表述。熟讀上述詳細(xì)介紹并熟練掌握這一技巧的人肯定會(huì)想到許多種對裝置的變動(dòng)和更改。因此，我們的目的是要讓附加聲明能涵蓋一切體現(xiàn)本發(fā)明思想、屬于本發(fā)明范圍的變動(dòng)與更改。
權(quán)利要求
1.一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括 多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)鏡面單元構(gòu)成，用于調(diào)制照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射的光束；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。
2.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸包含不同的角度，垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。
3.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸包含不同的角度，平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。
4.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸不同地平行于與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面垂直的方向。
5.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)激光光源的光束軸不同地平行于與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面平行的方向。
6.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)激光光源是有多個(gè)子激光光源組成的激光陣列。
7.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的一條光束在垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)軸方向上具有狹長的剖面。
8.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的一條光束在平行于偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn)軸方向上具有狹長的剖面。
9.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的一條光束狹長剖面相對投影光學(xué)系統(tǒng)的軸并不對稱。
10.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中 光束軸上光束剖面的光強(qiáng)最大。
11.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中鄰近偏轉(zhuǎn)鏡面之間的間隙在0. 1微米到0. 585微米之間。
12.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件在時(shí)間分段中調(diào)制激光光源發(fā)射的照明光光束。
13.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中被偏轉(zhuǎn)鏡面反射、穿過投影透鏡瞳孔的光束包含偏轉(zhuǎn)鏡面器件鏡面的衍射光。
14.一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括 多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束； 一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的鏡面單元構(gòu)成； 一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光，其中穿過投影光學(xué)系統(tǒng)瞳孔的反射光的光束剖面面積根據(jù)處于開態(tài)的各激光光源而不同。
15.一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束； 一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的鏡面單元構(gòu)成； 一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光，其中反射的反射光根據(jù)處于關(guān)態(tài)的各激光光源而不同被偏轉(zhuǎn)到不同的位置。
16.一種圖像投影方法，包括以下步驟將多個(gè)激光光源發(fā)射的多個(gè)光束照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上，其中激光光源的各光束軸和 /或光束的剖面面積互不相同，偏轉(zhuǎn)鏡面器件由多個(gè)鏡面單元構(gòu)成，受控處于開態(tài)或關(guān)態(tài)； 將照射到鏡面單元上的光束反射到投影光學(xué)系統(tǒng)，并在上述構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面單元處于開態(tài)時(shí)投影一幅圖像。
17.權(quán)利要求16所述圖像投影方法，其中至少一個(gè)激光光源的光束被反射到與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面列垂直的方向，其他激光光源的光束被反射到不垂直的方向。
18.權(quán)利要求16所述圖像投影方法，其中至少一個(gè)激光光源的光束被反射到與投影光學(xué)系統(tǒng)平行的方向，其他激光光源的光束被反射到不垂直的方向。
19.權(quán)利要求16所述圖像投影方法，其中至少一個(gè)激光光源的光束被反射到與偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列程普通角度不同的方向上。
20.權(quán)利要求16所述圖像投影方法，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件調(diào)制和反射各激光光源發(fā)射的照明光光束。
21.權(quán)利要求16所述圖像投影方法，其中各光束在多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件處得到調(diào)制，各光束在多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的每一個(gè)處產(chǎn)生的反射光同時(shí)投影。
22.權(quán)利要求15所述投影顯示系統(tǒng)，其中 排列著一個(gè)光罩。
23.一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括 多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同角度發(fā)射照明光束； 多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的、以不同的角度和/或方向相互照亮的鏡面單元構(gòu)成；以及一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于結(jié)合偏轉(zhuǎn)鏡面器件上照明光束的反射光，其中反射的反射光根據(jù)處于關(guān)態(tài)的每個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件偏轉(zhuǎn)至不同位置。
24.權(quán)利要求23所述投影顯示系統(tǒng)，其中 在偏轉(zhuǎn)鏡面器件之間排列著一個(gè)光罩。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個(gè)投影顯示系統(tǒng)，包括多個(gè)激光光源；一個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)，用于從各激光光源向不同光軸發(fā)射光束；一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡面器件，由多個(gè)鏡面單元構(gòu)成，用于調(diào)制照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射的光束；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于投影來自光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。
文檔編號G02B27/18GK102239437SQ200780102352
公開日2011年11月9日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者前田義浩, 市川博敏, 石井房雄, 荒井一馬 申請人:石井房雄