專利名稱：尺寸緊湊的光學(xué)投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)投影系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及通過(guò)引入一個(gè)M×N象素濾光器得到尺寸減小的光學(xué)投影系統(tǒng)。
在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的各種視頻顯示系統(tǒng)中，光學(xué)投影系統(tǒng)已知能夠提供大尺寸的高質(zhì)量圖象。


圖1中示出了一個(gè)在先技術(shù)的光學(xué)投影系統(tǒng)100，它包括一個(gè)光源10，一個(gè)光源透鏡20，一個(gè)具有光透過(guò)部分26和光阻擋部分24的光源光闌22，一個(gè)包括反射表面32的全反射鏡30，一個(gè)分束裝置40，一組三個(gè)M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的陣列-M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第一、第二和第三陣列52、54、56，一組三個(gè)向場(chǎng)透鏡，包括第一、第二和第三向場(chǎng)透鏡60、62和64，一個(gè)具有光透過(guò)部分74和光阻擋部分72的投影光闌70，一個(gè)投影透鏡80和一個(gè)投影屏90。
在這種系統(tǒng)中，從光源10發(fā)出的白光通過(guò)位于光源10和光源光闌22之間的光源透鏡20被沿第一光學(xué)路徑會(huì)聚到光源光闌22上的光透過(guò)部分26上，其中該白光包括一個(gè)第一、一個(gè)第二和一個(gè)第三原色。光源光闌用于通過(guò)使白光的特定部分通過(guò)其上的光透過(guò)部分26而使來(lái)自光源10通過(guò)光源透鏡20的白光成形為一定形狀。來(lái)自光源光闌22的白光傳到與光源光闌22和分束裝置40呈面向關(guān)系的全反射鏡30的反射表面32。從全反射鏡30的反射表面32反射的白光沿第二光學(xué)路徑傳播并均勻地照射在包括第一和第二分光鏡42、44的分束裝置40上。第一分光鏡42位于全反射鏡30和第二分光鏡44之間，面向M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第一陣列52，接收來(lái)自全反射鏡30的反射表面32的白光，分離并反射白光中的第一原光光束至M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第一陣列52，并將第二和第三原光光束傳送至第二分光鏡44。第二分光鏡44位于M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第三陣列56和第一分光鏡42之間，面向M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第二陣列54，在接收到來(lái)自第一分光鏡42的第二和第三原光光束時(shí)，分離并反射第二原光光束至M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的第二陣列54，并將第三原光光束傳送至M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第三陣列56。陣列52、54中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡50包括一個(gè)反射鏡和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器由響應(yīng)加在其上的電場(chǎng)產(chǎn)生變形的壓電材料或電致伸縮材料制成。陣列52、54、56中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡50對(duì)應(yīng)于要顯示的各個(gè)象素。
各第一、第二和第三向場(chǎng)透鏡60、62、64分別位于第一分光鏡42與M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第一陣列52、第二分光鏡44與M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第二陣列54、以及第二分光鏡44與M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的第三陣列56之間，用于將來(lái)自分束器40中的各分光鏡42、44的各原光光束準(zhǔn)直，以將各原光光束均勻地照射在M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的相應(yīng)陣列上。
來(lái)自各陣列52、54、56的各未偏轉(zhuǎn)的可驅(qū)動(dòng)反射鏡的反射的原光光束通過(guò)分束裝置40，被相應(yīng)的向場(chǎng)透鏡會(huì)聚回投影光闌70，穿過(guò)投影光闌70的光透過(guò)部分74，而來(lái)自各陣列52、54、56的各偏轉(zhuǎn)的可驅(qū)動(dòng)反射鏡的反射的原光光束通過(guò)全反射鏡30被相應(yīng)的向場(chǎng)透鏡會(huì)聚回投影光闌70并被投影光闌70的光阻擋部分72部分地阻擋，使得會(huì)聚的原光光束的一部分通過(guò)光透過(guò)部分74，從而調(diào)制了原光光束的強(qiáng)度。來(lái)自陣列52、54、56的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡50的穿過(guò)位于向場(chǎng)透鏡60的焦點(diǎn)的投影光闌70的光透過(guò)部分74的原光光束被傳送至投影透鏡80，后者繼而將傳送的原光光束投影到投影屏90上。
上述光學(xué)投影系統(tǒng)100的一個(gè)主要缺點(diǎn)是由于使用了一對(duì)分光鏡42、44，導(dǎo)致了必須使用一組三個(gè)M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列52、54、56和向場(chǎng)透鏡60、62、64，使盡寸增大，從而使光學(xué)投影系統(tǒng)100龐大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的就是提供一個(gè)具有減小了的尺寸和簡(jiǎn)化了的結(jié)構(gòu)的光學(xué)投影系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠顯示M×N象素的圖象的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中M和N是整數(shù)，包括一個(gè)用于發(fā)出白光的光源，其中白光包括一個(gè)第一、一個(gè)第二和一個(gè)第三原光光束，每個(gè)原光光束都是一個(gè)原色；一個(gè)M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列，用于響應(yīng)電信號(hào)改變從其上反射的各原光光束的光路，其中各可驅(qū)動(dòng)反射鏡包括一個(gè)基座，一個(gè)從基座上伸出的驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)形成在驅(qū)動(dòng)器頂上的反射鏡，各可驅(qū)動(dòng)反射鏡中的反射鏡有一個(gè)彎曲部分和一個(gè)非彎曲部分，非彎曲部分是指在直接伸出在基座上的驅(qū)動(dòng)器的一部分的頂上的一部分反射鏡，并且各驅(qū)動(dòng)器是由響應(yīng)加在上的電信號(hào)產(chǎn)生變形的壓電材料或電致伸縮材料制成的；一個(gè)光源光闌，具有一個(gè)具備特定形狀的光透過(guò)部分和光阻擋部分，并被放于光源前面，用于使用來(lái)自光源的白光成形為一定形狀；一個(gè)光源透鏡，位于光源光闌和光源之間，用于將白光會(huì)聚在光源光闌上；一個(gè)光學(xué)裝置，用于將來(lái)自光源光闌的白光以預(yù)定的角度反射至M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列；一個(gè)向場(chǎng)透鏡，位于光學(xué)裝置和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列之間，其中，向場(chǎng)透鏡用于準(zhǔn)直由光學(xué)裝置反射的白光至M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列上，并用于會(huì)聚從各陣列中的可驅(qū)動(dòng)反射鏡反射的各原光光束；一個(gè)M×N象素濾光器陣列，位于向場(chǎng)透鏡和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列之間，各象素濾光器能夠僅透過(guò)原光光束中的一種，其中透過(guò)M×N象素濾光器的陣列的各原光光束入射到陣列的相應(yīng)的可驅(qū)動(dòng)反射鏡上，并且由各可驅(qū)動(dòng)反射鏡反射的各原光光束通過(guò)M×N象素濾光器陣列入射到向場(chǎng)透鏡，從而產(chǎn)生一束反射的原光光束；一個(gè)投影屏，被放置在M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列的前面，用于顯示其上的M×N個(gè)象素形成的圖象；一個(gè)投影光闌，具有一個(gè)光透過(guò)部分和一個(gè)光阻擋部分，用于使由向場(chǎng)透鏡會(huì)聚的該束反射的原光光束通過(guò)一個(gè)預(yù)定的量，從而產(chǎn)生一束調(diào)制的原光光束；以及一個(gè)投影透鏡，用于將來(lái)自投影光闌的一束經(jīng)調(diào)制的原光光束投影到投影屏上。
從下面結(jié)合附圖給出的對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明中，本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)及特征將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1為在先技術(shù)的光學(xué)投影系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)投影系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖3A為根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的M×N象素濾光器陣列的平面圖。
圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的M×N象素濾光器陣列和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列的斷面圖。
圖4A為根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的M×N象素濾光器的陣列的平面圖；以及圖4B提供了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的M×N象素濾光器和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列的斷面圖。
在圖2中說(shuō)明了本創(chuàng)造性的光學(xué)投影系統(tǒng)200的簡(jiǎn)圖，它包括一個(gè)光源10；一個(gè)光源透鏡20；一個(gè)光源光闌22，具有具備一定形狀的光透過(guò)部分26和光阻檔部分24；一個(gè)全反射鏡30，包括一個(gè)反射表面32；一個(gè)向場(chǎng)透鏡20；一個(gè)M×N象素濾光器220的陣列；一個(gè)M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的陣列250；一個(gè)投影光闌70，具有具備一個(gè)預(yù)定形狀的一個(gè)光透過(guò)部分74和一個(gè)光阻擋部分72；一個(gè)投影透鏡80以及一個(gè)投影屏90。
在這樣一個(gè)系統(tǒng)中，來(lái)自光源10的白光沿一條第一光學(xué)路徑被位于光源10和光源光闌22之間的光源透鏡20會(huì)聚到光源光闌上的光透過(guò)部分26上，其中白光包括一個(gè)第一、一個(gè)第二和一個(gè)第三原光光束，每個(gè)原光光束分別是一種原色的。光源光闌22于通過(guò)使白光的特定部分通過(guò)其上的光透過(guò)部分26將來(lái)自光源10經(jīng)過(guò)光源透鏡20的白光成形為一定形狀。來(lái)自光源光闌22的白光傳到全反射鏡30的反射表面32。全反射鏡30的反射表面32與光源光闌22和向場(chǎng)透鏡210呈面向關(guān)系。來(lái)自全反射鏡30的反射表面32的白光沿第二光學(xué)路徑傳播，并均勻地照射在M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的陣列250上。陣列250中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡230包括一個(gè)基座280，一個(gè)從基座280伸出的驅(qū)動(dòng)器240和一個(gè)形成在驅(qū)動(dòng)器240頂上的反射鏡260，其中各驅(qū)動(dòng)器240是由響應(yīng)加在其上的電壓產(chǎn)生變形的壓電材料或電致伸縮材料制成，且各驅(qū)動(dòng)反射鏡230中的反射鏡，包括一個(gè)彎曲部分290和一個(gè)非彎曲部分260，非彎曲部分260是指直接伸出在基座280上的一部分驅(qū)動(dòng)器240的頂上的一部分反射鏡。陣列250中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡230能夠響應(yīng)電信號(hào)改變從其上反射的各原光光束的光路。陣列250中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡230對(duì)應(yīng)于要顯示在投影屏90上的各象素。
向場(chǎng)透鏡210位于全反射鏡30和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的陣列250之間，將由反射表面32反射的白光準(zhǔn)直到位于向場(chǎng)透鏡210和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的陣列250之間的M×N象素濾光器220的陣列上。
參見(jiàn)圖3A，示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的M×N象素濾光器220的陣列的平面圖。該M×N象素濾光器220的陣列包括多組R(紅)象素濾光器、G(綠)象素濾光器和B(蘭)象素濾光器，每一組在水平和垂直方向上重復(fù)。例如，在一組五象素濾光器中，包括一個(gè)中心象素濾光器和四個(gè)周圍象素濾光器，各周圍象素濾光器位于中心象素濾光器的正上、正下、左方和右方，中心象素濾光器和位于其右方和左方的象素濾光器是不同原色的，而位于中心象素濾光器上方和下方的象素濾光器分別與位于中心象素濾光器左方和右方的象素濾光器是相同原色的。各象素濾光器能夠僅透過(guò)一種原光光束到各可驅(qū)動(dòng)反射鏡230上。各象素濾光器包括一個(gè)由介質(zhì)材料例如MgF2制成的分光層。
如圖3B所示，陣列250中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡230反射來(lái)自M×N象素濾光器220的陣列的各原光光束，從而產(chǎn)生一束反射的原光光束，沿一個(gè)光學(xué)路徑，即與來(lái)自M×N象素濾光器220的陣列的原光光束不同的第三路徑傳播。
另外，在圖4A中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的M×N象素濾光器320的陣列的平面圖。除了該M×N象素濾光器320的陣列具有包含多個(gè)漫射帶的黑色矩陣310之外，該有創(chuàng)造性的M×N象素濾光器320的陣列與圖3A中所示的M×N象素濾光器220的陣列相似，其中各漫射帶將陣列320中的象素濾光器列分開(kāi)。各漫射帶由光反射材料諸如鉻(Cr)制成。應(yīng)注意，黑色矩陣310中的各漫射帶必須沿M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的陣列250的列方向準(zhǔn)直。
在圖4B中，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的陣列250和M×N象素濾光器320的斷面圖。黑色矩陣310中的各漫射帶與各驅(qū)動(dòng)反射鏡230中的非彎曲部分260具有相同的寬度。圖3B和4B中的符號(hào)I1和I2分別代表當(dāng)電信號(hào)加到其上時(shí)被可驅(qū)動(dòng)反射鏡230的非彎曲部分260反射的一部分原光光束和被可驅(qū)動(dòng)反射鏡230上的反射鏡的彎曲部分290反射的佘下部分原光光束。在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的情形中，當(dāng)電信號(hào)加到驅(qū)動(dòng)器240上時(shí)，被反射鏡的非彎曲部分260反射的原光光束部分I1可能作為色彩噪聲投射到投影屏90上，而在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，圖4B中所示的部分原光光束I1被M×N象素濾光器320的陣列中的黑色矩陣的漫射帶干擾，消除了發(fā)生任何色彩噪聲的可能性。從這種意義上講，第二實(shí)施例可以被認(rèn)為是第一實(shí)施例的改進(jìn)。
該束反射的原光光束通過(guò)M×N象素濾光器220的陣列被反射回向場(chǎng)透鏡210。然后，該束反射的原光光束被向場(chǎng)透鏡210會(huì)聚到投影光闌70上。原光光束被M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡230這樣反射，使得由向場(chǎng)透鏡210會(huì)聚的該束反射的原光光束部分地照射到投影光闌70的光阻擋部分72上，從而產(chǎn)生一束調(diào)制的原光光束。該束調(diào)制的原光光束通過(guò)投影透鏡80投射到投影屏90上，以在其上形成一個(gè)由M×N個(gè)象素構(gòu)成的圖象。
與在先技術(shù)的光學(xué)投影系統(tǒng)相比，該創(chuàng)造性的光學(xué)投影系統(tǒng)具有減小了的尺寸，簡(jiǎn)化了的結(jié)構(gòu)，需要較少的元件。這是通過(guò)在其中引入第一或第二實(shí)施例，即引入M×N象素濾光器的陣列，從而去除了在先技術(shù)光學(xué)投影系統(tǒng)中的該對(duì)分光鏡、一對(duì)向場(chǎng)透鏡和一對(duì)可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列，減少了組成系統(tǒng)的元件總數(shù)，從而減小了光束必須經(jīng)過(guò)的光學(xué)路徑的長(zhǎng)度，導(dǎo)致系統(tǒng)整個(gè)尺寸的減小而達(dá)到的。
雖然本發(fā)明僅著眼于一定的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是在不脫離如所附的權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的范圍的情況下可以做出其它修改和變化。
權(quán)利要求
1.一個(gè)能夠顯示M×N象素的一個(gè)圖象的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中M和N是整數(shù)，包括一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生白光的光源，其中白光包括一個(gè)第一、一個(gè)第二和一個(gè)第三原光光束，各原光光束是原色中的一種；一個(gè)M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列，用來(lái)響應(yīng)一個(gè)電信號(hào)改變由其上反射的各原光光束的光學(xué)路徑，其中各可驅(qū)動(dòng)反射鏡包括一個(gè)基座，一個(gè)從基座上伸出的驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)形成在驅(qū)動(dòng)器頂上的反射鏡，各可驅(qū)動(dòng)反射鏡中的反射鏡有一個(gè)彎曲部分和一個(gè)非彎曲部分，非彎曲部分是指在基座上直接伸出的一部分驅(qū)動(dòng)器的頂上的一部分反射鏡，并且各驅(qū)動(dòng)器是由響應(yīng)加在其上的電信號(hào)產(chǎn)生變形的壓電或電致伸縮材料制成的；一個(gè)光源光闌，具有一個(gè)有一定形狀的光傳輸部分和一個(gè)光阻擋部分，并被放置在光源的前面，用來(lái)將來(lái)自光源的白光成形為一個(gè)預(yù)定的形狀；一個(gè)光源透鏡，位于光源光闌和光源之間，用來(lái)將白光會(huì)聚到光源光闌上；一個(gè)光學(xué)裝置，用來(lái)將來(lái)自光源光闌的白光以一個(gè)預(yù)定的角度反射到M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列上；一個(gè)向場(chǎng)透鏡，位于該光學(xué)裝置和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列之間，其中向場(chǎng)透鏡用來(lái)將從光學(xué)裝置反射的白光準(zhǔn)直到M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列上并用來(lái)會(huì)聚從該陣列中的各可驅(qū)動(dòng)反射鏡反射的各原光光束；一個(gè)M×N象素濾光器的陣列，位于向場(chǎng)透鏡和M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列之間，各象素濾光器能夠只透過(guò)一種原光光束，其中透過(guò)M×N象素濾光器的陣列的各原光光束入射到陣列中一個(gè)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)反射鏡上，而由各可驅(qū)動(dòng)反射鏡反射的各原光光束通過(guò)M×N象素濾光器的陣列入射到向場(chǎng)透鏡上，從而產(chǎn)生一束反射的原光光束；一個(gè)投影屏，被安置在M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列的前面，用來(lái)顯示其上M×N個(gè)象素形成的圖象；一個(gè)投影光闌，位于光學(xué)裝置和投影屏之間，具有一個(gè)光透過(guò)部分和一個(gè)光阻擋部分，用來(lái)使來(lái)自由向場(chǎng)透鏡會(huì)聚的那束反射的原光光束中的一個(gè)預(yù)定量通過(guò)，從而產(chǎn)生一束調(diào)制的原光光束；以及一個(gè)投影透鏡，用來(lái)將來(lái)自投影光闌的那束調(diào)制的原光光束投影到投影屏上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中M×N象素濾光器的陣列包括多組R象素濾光器、G象素濾光器和B象素濾光器，并且各組濾光器在水平和垂直方向上都進(jìn)行重復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中各象素濾光器能夠只透過(guò)一種原光光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中各組象素濾光器都呈正方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中各象素濾光器包括一個(gè)分光涂層、染料(die)涂層或色料涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中分光涂層由電介質(zhì)材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中M×N象素濾光器的陣列還包括一個(gè)有多個(gè)漫射帶的黑色矩陣，各漫射帶將陣列中的象素濾光器列分開(kāi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中黑色矩陣中的各漫射帶與各可驅(qū)動(dòng)反射鏡中的非彎曲部分具有相同的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中黑色矩陣中的各漫射帶沿M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列的列方向準(zhǔn)直。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中黑色矩陣中的各漫射帶由光反射材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中光反射材料是鉻。
全文摘要
一個(gè)能夠顯示各種尺寸的M×N象素的圖象的緊湊尺寸的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中M和N是整數(shù)，包括一個(gè)光源，一個(gè)光源光闌，一個(gè)光源透鏡，一個(gè)全反射鏡，一個(gè)M×N可驅(qū)動(dòng)反射鏡的陣列，一個(gè)投影光闌，一個(gè)投影透鏡，一個(gè)投影屏和一個(gè)M×N象素濾光器的陣列，其中M×N象素濾光器的陣列包括多組R象素濾光器，G象素濾光器和B象素濾光器，并且各組在水平和垂直方向上都重復(fù)，并且各象素濾光器能夠只透過(guò)一種原光光束。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1139761SQ9511669
公開(kāi)日1997年1月8日 申請(qǐng)日期1995年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月24日
發(fā)明者楊鎮(zhèn)世 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社