CN102119358B - 调制多激光光源发射光束的投影显示系统 - Google Patents

调制多激光光源发射光束的投影显示系统 Download PDF

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CN102119358B
CN102119358B CN 200780102351 CN200780102351A CN102119358B CN 102119358 B CN102119358 B CN 102119358B CN 200780102351 CN200780102351 CN 200780102351 CN 200780102351 A CN200780102351 A CN 200780102351A CN 102119358 B CN102119358 B CN 102119358B
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石井房雄
市川博敏
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石井房雄
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto

Abstract

本发明提供了一个投影显示系统,包括:从多个激光光源发射的多种颜色的照明光;一个照明光学系统,用于照亮不同于其他颜色的一光轴中、或一照明范围内至少一种颜色的照明光;一个偏转镜面器件,用于调制相同偏转角度的各种颜色照明光,在一帧中相继实现每种颜色的调制;一个投影光学系统,用于投影由偏转镜面器件发射的照明光的反射光;一个激光光源控制电路,用于控制每种颜色照明光的强度,其中该激光光源控制电路将每种颜色的光强比设定为指定的比例。

Description

调制多激光光源发射光束的投影显示系统

[0001] 本发明为本发明的相同申请者于2006年12月20日提交的临时申请要求一个更 早的日期,该早前提交的临时申请的申请号有误,还未确定,之后将添加至该申请。

技术领域

[0002] 本发明设及一个投影显示系统。更确切地,本发明设及一个用于调制多激光光源 发射光束的投影显示系统。

背景技术

[0003] 在阴极射线管(CRT)技术在显示业界占据主导地位后的今天,平板显示(FPD) 和投影显示W小波形系数和大屏幕尺寸受到了广泛欢迎。在几种投影显示技术中,基于 微显示技术的投影显示由于具有比平板显示(FPD)更好的画面质量、更低的制造成本而 获得了认可。市场上投影显示装置中的微显示技术主要有两种,一种是微液晶显示技术 (micro-LCD),另一种为微镜技术。微镜装置使用非偏振光,因而与使用偏振光的微液晶显 示相比有亮度上的优势。

[0004] 尽管近年来在制作空间光调制器运样的机电微镜装置方面取得了显著的进展,但 要将其应用于高质量画面的显示仍有一些限制和困难。特别是对于数字信号控制的显示图 像,反而会由于灰度等级足够导致图像不能显示,使图像质量受到影响。

[0005] 微机电镜面器件由于其在空间光调制器(SLM)方面的应用受到广泛关注。一个空 间光调制器需要一个由大量微镜单元组成的阵列。一般而言,每个SLM所需的微镜单元数 量从60, 000到几百万不等。

[0006] 图IA所示,带有屏幕2的图像显示系统1在美国专利5214420中已做公开。光源 10用于产生照亮屏幕2的光能。产生的光束9通过镜面11的聚集投射到透镜12上。透 镜12,13,14形成光束聚焦器,将光束9聚焦成为光束8。空间光调制器(SLM) 15通过总线 18受电脑19输入的数据控制,选择性地将部分光线从路径7指向放大镜5并最终显示在屏 幕2上。如图1B,SLM15包含一个反射镜阵列,该阵列由可开关的反射单元17, 27, 37和47 组成,反射单元均由通过较链30支撑并连接到机电反射镜装置衬底表面16的反射镜33组 成。运一路径的光被放大或是沿着路径4投射在屏幕2上,从而形成一个照明像素3。当单 元17处于另一位置时,光束投射到屏幕2W外,因此像素3是暗的。

[0007] 如美国专利5, 214. 420中提到的一样,大多数传统的图像显示装置都是使用镜 面的两态控制,即开态和关态。图像显示质量受到有限灰度等级的限制。尤其是在使用 PWM(脉冲宽度调节器)的传统控制电路中,控制开关状态的最低有效位化SB)或最小脉冲 宽度限制了图像的质量。由于镜面受控工作在开态或关态,传统的图像显示装置无法提供 比基于LSB的允许控制时间更短的脉冲来控制镜面。决定可调亮度最小量的、用于调整灰 度的最小光量,是在最短脉冲宽度时间内反射的光。由LSB限制导致的有限灰度引起图像 质量的下降。

[0008] 具体而言,图IC给出了美国专利5285407中一个典型的镜面单元控制电路,该控 制电路包含一个存储单元32。每个晶体管都标记为"M*",其中*为晶体管编号,所有晶体管 均为绝缘栅场效应晶体管。M5、M7为P沟道晶体管;M6、M8、M9为n沟道晶体管。电容CU C2代表存储单元32中的容性负载。存储单元32包含一个存取开关晶体管M9和一个基于 静态随机存储器(SRAM)设计的锁存器32a。连接到行线的M9通过位线接收数据信号。当 M9从字线上收到行信号后呈导通状态,使存储单元32中的数据可W被读取。锁存器32a由 两个交叉禪合的反相器M5/M6和M7/M8组成。运两个反相器能够提供两种稳态:状态1 :节 点A为高电化节点B为低电位;状态2 :节点A为低电化节点B为高电位。

[0009] 图ID显示了用四位字控制SLM时的"二进制时间长度"。正如图ID所示,时间周 期有1、2、4、8四个相对值,它们依次决定着每一位字的相对光通量。其中"1"为最低有效 位化SB), "8"为最高有效位(MSB)。在PWM控制机制下,决定灰度分辨率的最小光量就是 受"最低有效位"控制,在最短可控时间内将镜面保持在开态时的亮度。

[0010] 举个简单的例子,用n位字控制的灰度,一帖时间被分为(2"-1)个相等的时间段。 如果一帖时间是16. 7毫秒的话,每一时间段就是16. 7/(2"-1)毫秒。

[0011] 为每一帖图像的每一像素设置时长,像素上的光量为0时段时设定为黑(没有光 量),1为LSB代表的光量,15时(n= 4)为亮度最大时的光量。基于上述设定光量,镜面在 一帖中处于开态的时间是由每个像素决定的。因此,每个设有比0时段长的特定值的像素 被处于开态位置的镜面显示,运时时段的数值与在一帖内的光量相关。观众的眼睛结合了 每一像素的亮度,因此图像显示就好像是W光的模拟方式控制形成的。

[0012] 为了控制偏转镜面器件,脉宽调制要求数据位面"的格式存取,每一位面与光 量相关。因此,当每一像素的亮度由n-位数值来表示时,每帖数据都有n-位面。运样,每 个位面与对应每个镜面单元都有0或1值。在前面提到的脉宽调制中,每个位面独立加载, 镜面单元由一帖中对应的位面值来控制。例如,每个像素中代表最低有效位的位面显示为 1时段。

[0013] 用于背投电视(TV)的显示设备通常使用液晶显示化CD)、娃基液晶化CO巧、偏转 镜面器件值MD)等器件,运些器件的特性各不相同。

[0014] LCD是一种显示器件,它传输偏转照明光,用电压分别控制LCD每个像素的液晶分 子阵列,使偏转照明光的传输光强的改变成为可能。但是,LCD上驱动液晶的电路位于每一 像素周围,因此像素的孔径比仅为50%左右,值很小。进一步地,在投影光穿过不同的光学 元件,如偏转片或液晶之后,其利用率减少到数个百分点,值非常小。同时,当光穿过各种光 学元件时,由于光的光谱特性,光的波长也会逐渐改变,因此当光投影到屏幕上时,会出现 光的颜色有轻微改变的技术问题。

[0015] 同时,LCOS与LCD-样使用液晶来调控光,不同在于LCOS为反射型,LCD为投射 型。驱动LCOS每一像素的驱动电路位于像素下方,因此孔径比可队超过90%。使用LCOS 的投影显示系统在光的入射和反射时在同一光路上两次传输照明光。可W区分在同一光路 中传输的入射光和反射光,使用了不同的偏振特性。具体而言,LCOS的入射光和反射光用 偏振分束(PB巧棱镜来分离,其中PBS棱镜能够根据是P-偏振还是S-偏振决定传输还是 反射光。然而使用LCOS的投影显示系统面临一些问题,如与穿过光学元件相关的偏振干扰 的问题和无法扩大照明光的数值孔径NA的问题,因此即使孔径比很好,也会鉴定投影光学 系统中光的利用率。

[0016] 使用LCD或LCOS、通过用电压控制液晶分子阵列来实现光的调制的投影显示系统 通常为多片彩色显示系统,装配分别对应红(时、绿(G)和蓝度种颜色光源的=个显示 器件。该构造可W投影高亮度的图像。

[0017] 同时,偏转镜面器件值MD)为每一像素提供约为90%的孔径比,镜面上照明光的 反射比也为90%,因此使显示器件对光有很高的利用率。通过控制偏转镜面单元在将照明 光偏转至投影光学系统的开态和将照明光偏转至投影光学系统W外的关态两个方向间切 换来控制镜面表面的倾斜,因此能够控制投影光。由于镜面的使用,DMD允许开态投影光的 光强有小的损失。在运些投影显示系统中,有一个构造采用了只使用了一个DMD的单片顺 序彩色显示系统,连续地投影RGB各颜色。在单片顺序彩色显示系统中,RGB的每种颜色都 在一帖的=分之一时间内投影。进一步地,采用使用=个DMD的多片投影显示系统能够提 供亮度更高的彩色图像。但是,使用=个DMD的多片投影显示系统面临投影显示系统中的 光学系统变得复杂、所占空间增大的技术问题,运是因为开态和关态中反射光的光路不同, 导致投影显示器件变大。

[0018] 包含上述显示器件的显示装置的照明光源使用如高压隶灯或氣气灯的明亮光源。 近年来,我们见证了具有出众色彩还原能力的光源,如具有紧凑设计和高亮度的L邸光源 和激光光源,尤其是见证了很多价格更低、亮度更高的半导体固态光源。投影显示系统中还 发展出一种激光光源,要求输入功率约为=瓦,比传统高压隶灯等光源亮。

[0019] 在投影显示系统中使用多个激光光源来实现图像的彩色显示时,对激光光源进行 打开/关闭的切换控制,而不是使用色轮,能够顺序控制RGB各颜色,使光入射到上述显示 器件、投影图像。参考专利文献3掲示的构造就是运种使用多个激光光源的构造,其中多个 激光具有不同的颜色,通过使用各激光光源对应的镜面将运些激光会聚到同一光轴,每种 颜色的激光通过使用色轮来相继发光。因此激光光源发射的光束细腻而具有高导向性,在 光源和扩大光束的光学系统间提供了良好的空间利用率。进一步地,如参考专利文献4所 掲示的,激光光源发射的举行光束也能够照亮整个显示设备,在构造投影光学系统时提供 了很好的方便度。因此,将激光作为光源具有重大意义,简化了光源和投影显示系统的照明 光学系统。

[0020] 下面,在用DMD作为显示器件的投影显示系统中,需要将投影显示系统设计成构 成DMD的多个偏转镜面单元中每一个的镜面表面的倾角在开态和关态之间改变,其中开态 时,光偏转至投影光轴,关态时,光偏转至投影光轴W外。因此能够分离照明光光路,从空间 上分离从反射到投影屏幕上的光束的反射光路发出的照明光光束的入射光路。运里,对照 明光的入射光路而言,传统的构造是分别从RGB激光光源发射的照明光通过分光镜或类似 器件在同一光轴中合成,合成了=种颜色的照明光入射到DMD中。

[0021] 因此,各RGB照明光的光束都W相同的角度在同一光轴中入射到构成DMD的大量 偏转镜面单元的镜面表面。进一步地,汇聚到投影透镜的照明光的照明范围也几乎一致,成 为同一光轴上每束照明光的反射光的特性。对于照明光光束的入射光路,在传统投影显示 系统中,通常通过使用与各激光对应的分光镜或类似器件,在同一光轴上排列RGB各色激 光的运种构造。作为例子,参考专利文献5的图5,即本文献的图2描绘了一个投影显示系 统的构造,其中通过使用两个半-镜102和103,在同一光轴上排列了 =色激光104、105和 106,通过液晶面板101和光束放大器113,在屏幕112上投影出图像。注意:该构造中,= 束彩色激光104、105和106通过线缆108、109和110与控制器111相连,类似的,液晶面板 101通过线缆107与控制器相连,因此S色激光104、105和106由液晶面板同步控制。

[0022] 但是,如上所述,尽管激光的使用简化了光源和照明光学系统,仍面临一个技术问 题,即通过使用与各激光对应的分光镜来再同一光轴上排列各RGB激光需要保证一个空间 来放置与各激光对应的镜面,在组合该投影显示系统时需要精确定位各镜面,因此很难设 计照明光学系统。针对运个技术问题,参考专利文献6掲示了一种构造,不将各颜色的光汇 聚到同一光轴,而从立方棱镜发射各种颜色的激光,入射到调制对应各色光的显示器件;然 而该构造面临需要复杂的光学系统,如棱镜的技术问题。

[0023] 目前有许多与本申请的发明相关的专利。运些专利是:美国专利5214420、美国专 利5285407、美国专利6874893、美国专利6865309、美国专利5537258和美国专利6767100。 但运些文献均未提供解决上述困难和局限的有效解决方案。因此,仍然需要一个新的改进 的图像显示系统。

发明内容

[0024] 考虑到上述问题,本发明旨在提供一个投影显示系统,具有比传统构造进一步简 化的构造,用于向偏转镜面器件发射各色激光,而不将它们会聚到同一光轴来投影图像。

[00巧]本发明的第一方面是提供一个投影显示系统,包括:从多个激光光源发射的多种 颜色的照明光;一个照明光学系统,用于照亮不同于其他颜色的一光轴中、或一照明范围内 至少一种颜色的照明光;一个偏转镜面器件,用于调制相同偏转角度的各种颜色照明光,在 一帖中相继实现每种颜色的调制;一个投影光学系统,用于投影由偏转镜面器件发射的照 明光的反射光;一个激光光源控制电路,用于控制每种颜色照明光的强度,其中该激光光源 控制电路将每种颜色的光强比设定为指定的比例。

[00%] 本发明的第二方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:多个激光光 源发射红色、绿色和蓝色照明光,其中照射到偏转镜面器件上每种颜色的照明光强度比为 绿色比蓝色大于等于10 : 1,绿色比红色大于等于3 : 1,或红色比蓝色大于等于3 : 1。

[0027] 本发明的第=方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:多个激光光 源发射红色、绿色和蓝色照明光,偏转镜面被青色、品红色、黄色和白色中的任一种照射。

[0028] 本发明的第四方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:偏转镜面器 件由多个受控处于开态和关态的镜面单元构成,比例为开态时每种颜色照明光的反射光比 例。

[0029] 本发明的第五方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:偏转镜面器 件由多个受控处于开态、关态和振荡态的镜面单元构成,比例为振荡态投影光学系统瞳孔 位置处的比例。

[0030] 本发明的第六方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:每种颜色照 明光强度的比例由偏转镜面器件福射表面每单位面积的福射光强决定。

[0031] 本发明的第屯方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:每种颜色照 明光强度的比例由穿过投影光学系统瞳孔的强度决定。

[0032] 本发明的第八方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:激光光源控 制电路通过脉冲发射控制来控制每种颜色照明光的强度。

[0033] 本发明的第九方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:激光光源控 制电路在一帖中控制照明光的照明时间。

[0034] 本发明的第十方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:至少一种颜 色在一帖显示周期的1/4至1/2时段中得到调制。

[0035] 本发明的第十一方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:每种颜色 的激光光源是有多个子激光光源组成的激光光源阵列。

[0036] 本发明的第十二方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:每种颜色 的激光光源是有多个子激光光源组成的激光光源阵列,其中激光光源控制电路控制发射子 激光光源的数量或位置。

[0037] 本发明的第十=方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:激光光源 由多个排成二维阵列的子激光单元构成,其中单个子激光单元的波长差为Inm至3nm。

[0038] 本发明的第十四方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:通过调制 各色激光光源发射照明光得到的投影图像灰度等级数对每种颜色都相同。

[0039] 本发明的第十五方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:通过调制 各色激光光源发射照明光得到的投影图像灰度等级数对每种颜色各不相同。

[0040] 本发明的第十六方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:多个激光 光源由至少=种颜色的激光光源构成,至少具有两个偏转镜面器件,其中每个偏转镜面器 件调制至少两种颜色激光光源发射的照明光。

[0041] 本发明的第十屯方面是提供一个基于第一方面的投影显示系统,其中:偏转镜面 器件由多个镜面单元构成,其中镜面单元为边长4微米至10微米的正方形,每种颜色激光 光源的光通量反射率不同。

[0042] 本发明的第十八方面是提供一个投影显示系统,包括:

[0043] 从激光光源发射的多种颜色的照明光;

[0044] 一个照明光学系统,用于照亮不同于其他颜色的一光轴中、或一照明范围内至少 一种颜色的照明光;

[0045] 一个偏转镜面器件,用多个镜面单元偏转照明光;

[0046] 一个投影光学系统,用于投影由偏转镜面器件发射的照明光的反射光;

[0047] 一个控制电路,用于在一帖中W时分方式控制每种颜色的调制,使偏转镜面器件 的调制时间不同,从而使每种颜色的强度比为指定值。

[0048] 本发明的第十九方面是提供一个基于第十八方面的投影显示系统,其中:偏转镜 面器件根据非二进制视频信号控制。

[0049] 本发明的第二十方面是提供一个基于第十八方面的投影显示系统,其中:构成偏 转镜面器件的镜面单元受控处于开态、关态和振荡态。

[0050] 本发明的第二十一方面是提供一个基于第十八方面的投影显示系统,其中:通过 调制各色激光光源发射照明光得到的投影图像灰度等级数对每种颜色各不相同。

[0051] 本发明的第二十二方面是提供一个基于第十八方面的投影显示系统,其中:控制 电路根据控制时间决定每种颜色的灰度数。

[0052] 本发明的第二十=方面是提供一个基于第十八方面的投影显示系统,其中:

[0053] 控制电路根据视频信号控制灰度数。本发明的第二十四方面是提供一个基于第 十八方面的投影显示系统,其中:多个激光光源由至少=种颜色的激光光源构成,至少具有 两个偏转镜面器件,其中每个偏转镜面器件调制激光光源发射的照明光。

附图说明

[0054] 图IA展示了早前技术中使用微镜面器件的投影显示的基本原理; 阳化5] 图IB展示了早前技术中用于投影显示的微镜面器件的基本原理;

[0056] 图IC显示了一个早前技术中的驱动电路的例子;

[0057] 图ID显示了用于产生灰度的传统数字微镜面的二进制脉宽调制度inaryPWM)机 制。

[0058] 图2显示了一个传统投影显示系统,通过使用镜面将多个激光光源发射的激光的 光轴会聚到同一光轴;

[0059] 图3A显示了一个基于本发明实施例的传统投影显示系统,将光束轴互不相同的 多个激光光源发射的光束放大;

[0060] 图3B阐述了图3A所示具有不同光轴的多个激光入射到偏转镜面器件;

[0061] 图3C描绘了图3B所示具有不同光轴的多个激光的反射光路如何受到构成偏转镜 面器件的偏转镜面单元的镜面表面的倾斜的控制;

[0062] 图3D描绘了图3C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的多个激光光束的光束 在投影透镜瞳孔处的剖面图,其中投影透镜处于开态和关态;

[0063] 图3E描绘了图3C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的多个激光光束的光束 在投影透镜瞳孔处的剖面图,其中投影透镜处于中间态和关态; W64] 图4A作为图3A中光轴各不相同的修订示例,显示了多个激光的排布的改变。

[0065] 图4B阐述了图4A所示具有不同光轴的多个激光入射到偏转镜面器件的时间;

[0066] 图4C描绘了图4B所示具有不同光轴的多个激光的反射光路如何受到构成偏转镜 面器件的偏转镜面单元的镜面表面的倾斜的控制;

[0067] 图4D为图3C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的多个激光光束的光束在投 影透镜瞳孔处的剖面图,其中投影透镜处于中间态和关态;

[0068] 图4E为图3C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的多个激光光束的光束在投 影透镜瞳孔处的剖面图,其中投影透镜处于中间态;

[0069] 图5阐述了图4A至图4E所示偏转镜面器件的偏转镜面单元的镜面表面的倾角和 在投影透镜处观察到的激光强度的关系;

[0070] 图6为基于本发明一优选实施例的显示系统的整体构造图,它含有两个偏转镜面 器件和光轴彼此不同的红、绿、蓝色激光光源;

[0071] 图7A描述了基于一优选实施例作为图6所用颜色切换滤光片的分色滤光片;

[0072] 图7B描述了基于一优选实施例作为图6所用颜色切换滤光片的偏转滤光片;

[0073] 图8A显示了基于一优选实施例、对应图7A的单色激光中一个子帖的时间;

[0074] 图8B显示了基于一优选实施例、对应图7B的单色激光中一个子帖的时间;

[00巧]图9显示了用于基于本发明的投影显示系统的一个激光光源,它由多个排列成二 维阵列的激光组件构成;

[0076] 图10显示了一个偏转镜面器件的一个偏转镜面单元的构造示例; 阳077] 图IlA显示了用于图10所示每一偏转镜面单元的控制电路构造;

[007引图IlB显示了用于图IlA所示每一偏转镜面单元的控制电路构造;

[0079] 图12显示了用于偏转镜面器件的控制电路晶体管阵列结构;

[0080] 图13A阐述了开态微镜完全反射入射光的例子;

[0081] 图13B阐述了关态微镜不反射入射光的例子;

[0082] 图13C阐述了中间态微镜部分反射入射光的例子;

[0083] 图14阐述了基于本发明的系统图的例子。

具体实施方式

[0084] 本发明提供了一个投影显示系统,包含一个光学元件,用于传输来自光轴互不相 同的多个激光光源的光束而不改变不同的光轴。该显示系统进一步包含一个偏转镜面器 件,用于接收光束并调制在指定时段中接收到的光束。该显示系统进一步包含一个投影光 学系统,用于投影被光束照亮的偏转镜面器件的反射光。

[00化]图3A显示了基于本发明一实施例的投影显示系统的简化构造。根据该典型实施 例,图3显示了一个投影显示系统,从多个激光光源向偏转镜面器件分别发射激光。排列在 显示系统中的多个激光光源具有不同的光束轴。图3A显示了为偏转镜面器件36装配了 = 个激光光源,即蓝色31、红色32和绿色33的情况。运=个激光光源,即蓝色31s、红色32s 和绿色33s在X-Y平面上具有互不相同的光束轴31a、32a和33a。蓝色31、红色32和绿色 33的=个激光光束分别入射至光学元件35。光学元件35放大各激光光束31、32和33。光 学元件35位于偏转镜面器件36和激光光源31s、32s和33s之间。各激光光束被光学元件 35放大,放大后的蓝色31、红色32和绿色33各激光光束照亮并覆盖偏转镜面器件36的几 乎整个表面。通过将各光源构造成具有互不相同的光束轴3la、32a和33曰,入射到偏转镜面 器件36的一个偏转镜面单元上的光的角度互不相同。各激光光束31、32和33的剖面形状 相对于光轴并不对称,运些光束为楠圆形。

[0086] 偏转镜面器件36接收放大的照明激光光束31、32和33并在特定的时间内根据时 分调制过程。当偏转镜面器件36受控工作在开态时,调制的激光被反射到投影透镜37上。 通过向投影透镜37投射反射光,即各激光光束31、32和33的开态光41,在屏幕38上投影 出一幅图像。运些激光光束由处于开态的偏转镜面器件36的偏转镜面单元来调节和反射。 当激光光束31、32和33照亮偏转镜面器件36的一个偏转镜面单元时,一个偏转镜面单元 将该楠圆光束反射到投影镜头37的瞳孔处。注意:各激光光源31s、32s、33s和偏转镜面器 件36由处理器45同步控制。通过控制对应偏转镜面器件36的切换,各激光光源31s、32s 和33s受控单独或同步发射各激光光束31、32和33。

[0087] 同时,光学元件35用于放大照射到偏转镜面器件上的各激光光束31、32和33。运 些光束在一发射范围内从多个激光光源投影,其中各光束的剖面形状和大小各自不同。在 偏转镜面器件表面上,所示显示系统的构造在各激光光束31、32和33的发射范围内产生差 异。不同的激光光束31、32和33有不同的光束轴31a、32a和33曰,因此,可W调整发射范 围,使各激光发射到偏转镜面器件镜面列阵表面。镜面阵列表面是指形成为二维阵列的整 个镜面表面,包含多个偏转镜面单元,从而构成偏转镜面器件。W下,本文献将使用该术语。

[0088] 进一步地,在各激光光束31,32, 33从激光光源照射到各偏转镜面器件的偏转镜 面单元方向上装配了光学元件35,其数值孔径NA的剖面不均匀或不对称。非均匀或不对 称的光束进一步允许光强控制和调节的灵活性。在数值孔径NA范围内,投影的激光可W具 有非均匀或不对称的光强。各偏转镜面单元的反射光对应的激光光束穿过具有不均匀或不 对称数值孔径NA的光学元件35,在各激光光束31、32和33中产生了数值孔径NA的差异。 在穿过投影透镜37的瞳孔时,保持了图像显示光的不均匀性或不对称性。可替代的,可W 将数值孔径NA配置成不均匀或不对称,W在投影透镜37的瞳孔处,根据激光光束的剖面方 向形成不同的光强分布。

[0089] 当各激光光束31、32和33穿过投影透镜的瞳孔时,上述构造在运些激光光束发射 距离上产生差异。穿过投影透镜时各激光光束31、32和33的形状和运些激光光束的强度 可W调节。图3A和3B显示了光学器件35,包含=种分别对应激光光源的光学元件,用于控 制和改变发射到偏转镜面器件上光的形状和面积。进一步地,光学元件35采用具有形变表 面的光学元件。一个典型光学单元具有圆柱表面,另一典型光学单元具有偏屯、弯曲表面,另 一典型光学单元具有衍射网格,还有一典型光学单元具有纳米结构的光学元件。运些不同 种类的表面允许根据激光入射到光学元件的位置和角度,灵活控制和改变发射形状、数值 孔径NA和激光的强度。

[0090] 进一步地,在图3A中显示,图像数据通过帖存储44从图像源43输入,用于通过控 制图3A所示投影显示系统上的偏转镜面器件来调制从多个激光光源投影的光束。处理器 45同时控制偏转镜面36和多个激光光源。多个偏转镜面单元和多个激光光源的控制与施 加来控制偏转镜面器件的图像数据对应。在入射时控制偏转镜面器件对应的激光的颜色, 可W在屏幕38上投影图像数据对应的图像。基于本发明第一实施例的各激光光源通过与 偏转镜面器件同步的开态和关态切换而转变。

[0091] 多个激光光源为不同颜色的独立激光光源蓝色31、红色32和绿色33,在一帖内根 据处理器的45控制,W180化或更高的频率发射彩色光。对于某些应用,最好使用360化的 重复图形来投影彩色光,即红、绿、蓝、红、绿、蓝等等。各激光光源最好分别采用W下波长, 绿色约为540nm±20nm,红色约为630nm±20nm,蓝色约为460nm±20nm。运样的构造就可W 利用依赖于光学元件的波长来调节照明范围,数值孔径NA和激光光源发出的每种颜色激 光的强度分布。因为根据入射光的波长,不同的衍射网格有不同的衍射角度,所W激光光源 最好产生不同的、相互不重叠的激光光束。类似的,当不同颜色的光源偏振方向不同时,光 学元件中使用偏振选择单元来选择光源为图像显示系统执行色彩顺序控制。

[0092] 在一典型实施实例中,各激光光源31s、32s和33s可W配置一个激光阵列,包含大 量半导体激光源,即子激光光源,发射相应激光的颜色。运种情况下,通过调节作为子激光 光源的大量半导体激光源的数量、位置和发射单位,可W控制每种颜色的强度比。每个单独 彩色激光光源由大量低输出功耗、低成本的半导体激光阵列组成,从而使激光光源31s、32s 和33s能够提供高输出的激光。

[0093] 偏转镜面器件36包括一个列驱动器和一个行驱动器,由处理器45控制的控制数 据46和缓存47来驱动。多个镜面单元中各镜面单元的镜面表面的倾斜受控处于开态,将 激光光束发射到投影光学系统。镜面受控处于关状态,将激光光束反射至投影光学系统W 夕K镜面受控处于中间态,将部分激光光束反射到投影光学系统。可替代的,镜面受控在开 态和关态之间来回振荡,从而将激光发射到投影光学系统37或者光罩39。多个激光光源发 射的激光光束31、32和33通过光学元件35放大。发射到光罩39上的关态光42被遮挡。

[0094] 本发明的第一实例包含多个激光光源。近来发明了一个不低于3瓦的非常明亮的 激光光源。该构造可W提供非常明亮的照明光。该系统配置不同于高压隶灯或者类似高压 隶灯的系统。进一步地,对于每种彩色激光福射形状和面积大小的调节都具有灵活性。有了 运样子的激光光源,可W方便地实现对激光光源脉冲发射的控制和激光强度的灵活调整。

[0095] 图3B显示了在X-Y平面上具有不同光轴的各激光光源发射的每一激光的排布。通 过光学元件(未画出)放各激光光束,运些激光投影到偏转镜面器件上。

[0096] 图3B所示偏转镜面器件36包含多偏转镜面单元60。通过向偏转镜面单元的电 极施加电压,沿倾斜轴52改变镜面表面的倾斜使之工作在开态/关态,每个偏转镜面单元 得到控制。当单个偏转镜面单元60处于开态时,偏转镜面将激光光束反射到偏转镜面单元 上。可W设置镜面表面的倾斜,在图3A所示X-Y平面上,沿着屏幕38的方向向投影透镜37 反射光轴31a、32a和33a彼此不同的各激光光束31、32和33。偏转镜面处于关态时,将光 束反射至投影光学系统W外。可W设置镜面表面的倾斜,将激光反射到灯罩39上。第一实 施例中,在X-Y平面上放置了拥有彼此不同的光束轴31曰、3姑和33a的多激光光束31s、32s 和33s。激光光束31a、32a和33a在平行于偏转镜面器件的镜面列阵表面的方向上有不同 的角度。

[0097] 图3C是为镜面像素单元的剖面图,进一步详细描述了根据偏转镜面器件的偏转 镜面单元的倾斜角,反射到投影光学系统37或者灯罩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轴。 阳09引具体而言,在图3C中,各激光光束31、32和33从各自的激光光源发射出来,在X-Y平面上拥有彼此不同的光束轴31a、32a和33曰。运些光束由光学元件35放大,照射到偏转 镜面器件的一个偏转镜面单元60上。从单个激光光源发射的光束光强分布正常,光束的剖 面近似为圆形。进一步地,从各激光光源照射到偏转镜面单元60上的光束在穿过光学元件 35后近似为楠圆形或狭长形。该光束的剖面具有数值孔径NA,在与偏转方向垂直的方向 上,每一偏转镜面单元60的偏转方向上有一强度分布。

[0099] 当偏转镜面单元60的镜面61处于开态时,激光光束31、32和33被反射至投影透 镜37的光路上。当激光光束31、32和33被偏转镜面单元反射时,激光光束31、32和33在 X-Y平面上拥有彼此不同的光束轴31a、32a和33a。光束沿光束轴31a、32a和33a被反射, 运些光束轴在X-Y平面上互不相同,W向投影透镜37投影。各激光光束31、32和33的光 束轴31a、32a和33a在X方向上不同。X方向平行于偏转镜面器件的偏转镜面单元的偏转 轴。当镜面单元的静止镜面表面倾斜为0,处于开态时,根据反射原理,投影路径41和光 束31、32和33的入射光路夹角为2 0。另一方面,当偏转镜面单元60的镜面61处于关态 时,激光光束31、32和33被反射至光罩39的光路上而被遮挡。进一步地,当激光光束31、 32和33被偏转镜面单元反射时,激光光束31、32和33在X-Y平面上拥有彼此不同的光束 轴31曰、32a和33曰。反射光光束也在X-Y平面的方向上载互不相同的光轴31曰、32a和33a 上传输,投影至光罩39。当镜面受控工作在开态时,各激光光束31、32和33的光束轴31a、 32a和33a在X方向上不同。当镜面单元的静止镜面表面倾斜为目,处于关态时,根据反射 原理,光罩光路42和光束31、32和33的投影光路41的夹角为4 0。用于本发明第一实施 例的偏转镜面器件的一个偏转镜面单元60在衬底64上包含一个弹性较链部件65。如图 3所示,镜面61与弹性较链部件65相连。电极63和66位于弹性较链部件65左右两侧衬 底的上表面。向电极63和66施加电压在镜面61和电极之间产生一库仑力,使镜面表面倾 斜。关态制动器62和开态制动器67位于弹性较链部件65左右两侧衬底的上表面,运样关 态制动器62和开态制动器67在一倾角范围内限制了镜面的倾斜。图3C显示了位于弹性 较链部件65右侧的开态制动器67,将镜面表面的倾角限制在开态范围内。位于弹性较链部 件65左侧的关态制动器62将镜面表面的倾角限制在关态范围内。静止状态的镜面表面倾 角规定为0=O度。开态镜面表面倾角规定为0 = 12度。关态镜面表面倾角规定为0 =-12度。中间态镜面表面倾角规定为0 = -8度至+8度。

[0100] 图3D和3E为图3C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的多个激光光束的光 束在投影透镜瞳孔处的剖面图。 阳101] 在图3D中,各激光光束31、32和33具有一数值孔径NA,其剖面形状为楠圆形或狭 长形。当偏转镜面单元处于开态时,楠圆或狭长的光束由光学元件产生并入射至投影透镜, 从而覆盖整个投影透镜37,其中光学元件放大从多个在X-Y平面上具有不同光轴31a、32a 和33a的激光光源发射的激光。在运样的构造下,很容易通过光学元件改变从偏转镜面器 件W上述相对投影光学系统瞳孔截面的方向反射的光的光强分布,其中反射光的的方向如 前所述投影透镜37投影一部分剖面形状为楠圆形或狭长形的激光光束31、32和33。可W 通过调整从投影透镜37投影的光的比例来控制需要的激光光强。在一典型实施例中,各激 光光源在X-Y平面上具有彼此不同的光束轴31曰、32a和33曰,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覆盖了整个投影透镜,所有激光 将在投影透镜37处交叠,W投影图像。有了在运种构造下的交叠投影,通过放大,在透镜范 围内将合适的光强提供给福射范围,其中不同光束的剖面具有不同的形状和大小。进一步 地,既然从具有不同光轴31a、32a和33a的多个激光光源发射的各激光光束31、32和33覆 盖了整个投影透镜,用于图像显示的光强的控制可W灵活调整,W获得更高的灰度等级。 阳102] 类似的,当偏转镜面单元处于关态时,图3D所示投影透镜在瞳孔处,激光光束31、 32和33的剖面形状为楠圆形或狭长形。在X-Y平面上拥有彼此不同的光束轴31a、32a和 33a的光源发出的光束被偏转镜面单元反射至投影透镜37W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轴31曰、32a和33曰,因此各激光光束31、32和33 被偏转镜面器件反射,在X-Y平面上具有一特定位移。光罩39的遮光部分阻止了运些投影 到投影透镜W外的光的反射和干设。在图3D中,当偏转镜面器件处于开态时,光学元件照 射的激光光束31、32和33被反射,覆盖整个投影透镜。由于光学元件照射的激光光束31、 32和33被反射,光在关态时投影到投影透镜的问题进一步减小。图3E进一步阐述了通过 镜面表面倾角的控制,偏转镜面器件的偏转镜面单元的开态和关态。图3E通过光束在投影 透镜瞳孔处的剖面图进一步阐述了镜面表面处于中间态的情况,其中投影透镜用于接收图 3C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的激光光束。

[0103] 当偏转镜面单元的镜面表面倾斜受控处于中间态时,具有数值孔径NA、剖面为楠 圆形或狭长形的激光光束31、32和33被部分地反射至投影透镜37的光路上。

[0104] 各激光光束31、32和33部分地穿过投影透镜37,可W使相对开态光强更低的光 强穿过投影透镜。运允许更高的光强调节灵活性,W达到更细腻的灰度分辨率。各激光光 源在X-Y平面上具有彼此不同的光束轴31a、32a和33曰,因此各激光光束31、32和33被偏 转镜面器件反射,在X-Y平面上具有一特定位移。各激光光束31、32和33分别W相对不同 的光轴31a、32a和33a的传输比穿过投影透镜。具体的位移与光学元件的放大比有关。因 此,在中间态,对每一激光源,可W灵活调整穿过投影光学系统的反射光束的光强。

[0105] 偏转镜面器件的偏转镜面单元开态、关态和振荡态或中间态的调制控制可W调整 穿过投影光学系统的光,提高色彩等级。最好为偏转镜面单元提供调制控制,用非二进制数 来实现振荡控制。该非二进制数通过将视频信号的二进制数划分成最小单位的视频信号来 获得。 阳106] 进一步地,结合用于控制振荡态或中间态中偏转镜面器件的偏转镜面单元的时钟 调制和激光发射状态的时钟控制可W获得对显示光强更细腻的调整。例如,将偏转镜面处 相对激光处于开态时发射100%光强的1/16的振荡态或中间态的镜面调制态激光光强减 小50%,可W将穿过投影透镜的光强控制和调制为全开态光强的1/32。 阳107]进一步地,如果振荡态或中间态中一帖的指定时段中几乎同步地控制所有像素, 当激光的照明光强为50%时,来自光学系统偏转镜面器件衬底的额外光得W减小。因此,在 投影一光强或显示一暗的视频图像时,激光强度的减小可W提高图像对比对。进一步地,激 光具有宽色彩还原范围,因此结合一个具有振荡态或中间态的镜面器件可W获得更高色彩 质量的视频图像显示。 阳10引因而在一典型实施例中,显示器件构造成在垂直于偏转镜面单元的镜面表面偏转 方向的方向上,扩大照明光束的数值孔径NA。该光学结构特性导致接近关态的反射光从投 影透镜的瞳孔处一开,从而进一步减小干设、提高图像显示的对比对。

[0109] 图4A显示了改变图3A所示系统布局的本发明另一典型实施例。在X-Y平面上光 束轴各不相同的激光光源在Y-Z平面上也有彼此不同的光轴。多个激光光源的排放位置是 光束轴31a、32a和33aW不同的角度垂直于偏转镜面器件的镜面阵列表面。另外,该投影 显示系统的整体构造和原理与图3中的类似,因此不再进一步详细累述。

[0110] 图4B阐述了图4A所示Y-Z平面上光轴互不相同的各激光光源发射的激光经过光 学元件(未画出)的放大后照射到偏转镜面器件上。该偏转镜面器件包含多个偏转镜面单 元60,其中镜面表面相对偏转轴52倾斜。通过向图3B所示和所述电极施加电压,镜面受控 工作在开态和关态。镜面表面的倾斜受控处于开态,将激光反射到投影透镜的光路上。镜 面表面的倾斜受控处于关态,将激光反射到光罩的光路上被遮挡,如图3B所示。 阳111 ] 图4C进一步详细描绘了图4B所示偏转镜面器件的偏转镜面单元如何接收在Y-Z平面上具有不同光轴的各激光光源发射的激光。由于对偏转镜面单元镜面表面的控制,偏 转镜面将各激光反射至投影光学系统或光罩。

[0112] 在图4C中,各激光光束31、32和33从各自的激光光源发射出来,在Y-Z平面上拥 有彼此不同的光束轴31a、32a和33曰。光束由光学元件放大,照射到偏转镜面器件的一个 偏转镜面单元60上。在该显示系统中,各激光光束31、32和33具有一数值孔径NA,其剖 面形状为楠圆形或狭长形。激光光束31、32和33从多个激光光源投影。当偏转镜面单元 60的镜面61处于开态时,激光光束31、32和33被反射至投影透镜37的光路上。由于激光 光束31、32和33在Y-Z平面上拥有彼此不同的光束轴31曰、32a和33曰,它们的反射光分别 沿Y-Z平面上的光束轴31a、32a和33a位移。同时,当镜面单元的静止镜面表面倾斜为0, 处于开态时,根据反射原理,激光入射光路和投影光路41的夹角为2 0。当倾角为关态时, 激光光束31、32和33被反射至光罩39的光路上而被遮挡。由于激光光束31、32和33在Y-Z平面上拥有彼此不同的光束轴3la、32a和33曰,它们的反射光分别沿Y-Z平面上的光束 轴31a、32a和33a位移并入射到光罩39。同时,当镜面单元的静止镜面表面倾斜为目,处 于关态时,根据反射原理,激光入射光路和投影光路42的夹角为4 0。该例中偏转镜面单元 的构造与图3C所示类似,因此不再进一步累述。

[0113] 图4D和4E为图4C所示偏转镜面器件的偏转镜面单元反射的多个激光光束31、32 和33在投影透镜瞳孔处的剖面图。当镜面处于开态时,剖面为楠圆形或狭长形、数值孔径 为NA的激光光束31、32和33被反射至投影透镜37的光路上。各激光光束31、32和33从 多个激光光源31s、32s和33s发射出来,在Y-Z平面上拥有彼此不同的光束轴31a、32a和 33曰。也可W在相对投影光学系统瞳孔截面、指定的各激光光束31、32和33的反射光方向 上调整光强度分布。尽管光束覆盖整个投影透镜37,相对投影光学系统瞳孔截面指定方向 上具有数值孔径NA的各激光光束31、32和33的一部分被放大。运些光束的剖面形状为楠 圆形或狭长形,突出在投影透镜37W外。

[0114] 在投影透镜37的范围内产生了各激光光束31、32和33需要的光强。进一步地, 可W创造一种结构,使一部分蓝光突出在投影透镜W外,从而把蓝色设置为最暗的颜色,把 绿色设置为最亮的颜色。该彩色显示与观众的视觉特性相符合。因此最好将显示系统构造 成绿色激光的光轴33a位于蓝色和红色激光光束31和32的光轴31a和32a的中央。 阳115] 在一典型实施例中,各激光光源在Y-Z平面上具有彼此不同的光束轴31a、32a和 33日。偏转镜面单元反射的激光光束31、32和33在Y-Z平面上沿不同的光轴31日、3¾和33a平移特定的量。各激光光束的特定平移为投影透镜37范围内的各激光光束31、32和33提 供了需要的光强。运是因为各激光光束31、32和33覆盖了整个投影透镜。

[0116] -个激光光源受控为不同的颜色提供不同的反射光光学强度。各激光光束31、32 和33也可W不必覆盖整个投影透镜,激光光束也可W在投影透镜的瞳孔内投影不同的形 状和面积。

[0117] 当具有不同光轴31a、32a和33a的多个激光光源投影的各激光光束31、32和33 被反射到不同的区域,或不同的光束剖面范围,图像可W在光束覆盖整个投影透镜时得W 显示。进一步地,通过光源的应用,可W在镜面开态中获得足够的显示光强。

[0118] 类似的,在图4D所示投影透镜的瞳孔处的激光剖面,经过光学元件放大从多个激 光光源发射的各激光,激光光束31、32和33的剖面形状为楠圆形或狭长形。各激光光源在 Y-Z平面上具有彼此不同的光束轴31a、32a和33a。当偏转镜面器件的偏转镜面单元的镜 面表面倾角处于关态时,偏转镜面单元60将光束反射至投影透镜37W外的光罩39。由于 各激光光源31s、32s和33s在Y-Z平面上具有彼此不同的光束轴31日、3¾和33日,各激光光 束31、32和33被偏转镜面器件反射,在Y-Z平面上有一特定位移。然后光束被光罩39遮 挡,不产生反射光,防止了反射光干设的问题。

[0119] 当偏转镜面器件的偏转镜面单元的排列方式是,当偏转镜面单元处于开态时,光 学元件照射的各激光光束31、32和33被反射至覆盖整个投影透镜。当偏转镜面单元处于 关态时,光学元件照射的激光光束31、32和33被反射至投影透镜W外。通过镜面表面倾角 的控制,可W控制偏转镜面器件的偏转镜面单元的开态和关态。

[0120] 图4E描绘了激光光束31、32和32在投影透镜瞳孔处的剖面图形。当图4C所示 偏转镜面器件的偏转镜面单元的镜面表面倾角处于中间态时,激光光束31、32和33被反 射。在Y-Z平面上拥有彼此不同的光束轴31曰、32a和33a的多个光源发出的激光和各激光 光束31、32和32通过光学元件被放大成剖面为楠圆为狭长形的光束。当偏转镜面器件的 偏转镜面单元的镜面表面倾角处于中间态时,偏转镜面单元将部分激光光束反射至投影透 镜。各激光光束31、32和33部分地入射到投影透镜37,可W使相对开态光强更低的光强穿 过投影透镜。各激光光束31、32和33穿过整个投影透镜。通过部分穿过投影透镜的光束 的投影,可W获得对光强更细腻的可控调节,使光强具有更高的等级。进一步地,激光光源 在Y-Z平面上具有彼此不同的光束轴31a、32a和33a。偏转镜面单元反射的激光光束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穿过投影透镜37的比例不 同。图4E所示关态激光光束31、32和33与图4D所示关态中的类似。中间态的激光光束 31、32和33进一步射向关态W外的位置。激光光源和照明光学元件为偏转镜面单元处于开 态时使投影光强处于最优状态、偏转镜面单元处于振荡态或中间态时设定最优投影光强提 供了灵活性。 阳121 ] 进一步地,在实施例范围内,为照明光束在数值孔径NA在偏转镜面单元的镜面表 面偏振方向上设定了范围。当偏转镜面单元处于中间态时,该构造可W改变穿过投影透镜 瞳孔处的光的光强。

[0122] 图5阐述了偏转镜面器件的偏转镜面单元的镜面表面的倾角和在投影透镜处的 激光强度的关系。运里描述的是图3A至图3E和图4A至图4E中的镜面倾角。

[0123] 图5的纵轴是投影透镜处的激光强度,横轴是偏转镜面器件的偏转镜面单元的镜 面表面的倾角。在典型实施例中,偏转镜面单元的静止状态通常设定为镜面表面倾角0 = 0。 阳124] 当偏转镜面单元的镜面表面位于0 =-12时,由于各激光光束31、32和33被反 射至光轴39上而遮挡,最小光量投影到投影透镜上。因此,当偏转镜面器件处于关态时,来 自所有光源的零光量或最少光量穿过投影光学系统。当偏转镜面单元的镜面表面倾斜0 受控处于0 =-8°至+8°之间时,入射到投影透镜的光和各激光的比例随0接近开态倾 角0 = +12°而增大。在振荡态中,投影到投影透镜的各激光强度随偏转镜面单元的镜面 表面倾角在开态和关态之间自由振荡而改变。在中间态或振荡态中,通过改变照明光光轴 31a、32a和33a的倾斜、各照明光的数值孔径NA和各激光光源的发射强度可W很容易地控 制从多个激光光源发射、被偏转镜面器件反射、穿过投影光学系统的反射光强度。在本实施 例中,镜面表面倾角规定为0 = 0的静止状态也是中间态的一部分。因此,只有一部分被 偏转镜面单元反射的激光入射到投影透镜来投影中间光强。当偏转镜面单元的镜面表面倾 斜0受控处于0 =+12°的开态时,被偏转镜面单元反射的激光福射至整个投影透镜,从 而可W在投影透镜处最大化光强。

[01巧]图5显示了用于调制从光束轴互不相同的多个激光光源发射的光束的投影显示 系统的实施例。图3A和4A显示了在X-Y平面和Y-Z平面上放置多个激光光源的典型实施 例。运些构造可W灵活地替换。多个激光光源可W排列在所提供空间的任何位置,使它们 具有不同的光束轴31a、32a和33a。运些构造允许对入射到传输光束的光学元件的各光束 的调整。 阳126] 具有不同光束轴31a、32a和33a的多个激光的构造因此消除了对传统构造中将各 激光会聚至同一光轴的镜面的需要。在提高投影显示系统设计自由度上,该构造更简单和 有效。

[0127] 多个激光光源可W包含两个或多个半导体激光源,任一个的波长范围约为 540nm±20nm、630nm±20nm和 460nm±20nm。

[0128] 在决定包含红、绿、蓝色激光的多激光光源中每一种的激光强度比例时,优选的 比例是绿色比蓝色大于等于10 : 1,绿色比红色大于等于3 : 1,或红色比蓝色大于等于 3 : 1。提供上述比例的光源提供了最优和更清晰的彩色图像。

[0129] 作为替代实施例,下面描述了包含具有四种不同光轴的激光光源的投影显示系 统。

[0130] 图6是作为本发明一优选实施例的一个显示系统的整体构造的剖面图,它包含两 个偏转镜面器件和光轴彼此不同的红色激光光源71、蓝色激光光源72、绿色激光光源76和 浅绿色激光光源77。 阳131] 基于本实施例的投影装置使用的光学系统中,使用了四个照明激光光源,即光轴 彼此不同的红色激光光源71、蓝色激光光源72、绿色激光光源76和浅绿色激光光源77。绿 色激光光源76和浅绿色激光光源77是两个颜色近似的光源。光轴几乎平行。使用两个激 光光源能够使系统显示的视频图像色彩还原范围改变,或将运两个光源都作为绿色的光源 来调整。该显示系统进一步包含一个光学元件73,用于放大各激光的光束,和一个二向棱 镜75。该棱镜是由两个=棱镜粘合而构成的。用于完全反射绿色或浅绿色波长、传输红光 和蓝光的分色薄膜位于上述棱镜的粘合表面之间。=角棱镜之间的粘合表面的一部分和侧 面的一部分作为光罩80。偏转镜面器件74和78位于二向棱镜75的输出表面。该显示系 统进一步包含一个颜色切换滤光片81和一个投影透镜82。投影至二向棱镜75的照明光入 射角进一步说明,关态光79b投影至乐与反射方向相反的方向。同时,使用了一个光学棱镜 (未画出)来为投影到二向棱镜75的照明光排布相对表面合适的入射角。 阳132] 下面描述了包含具有四种不同光轴的激光光源的投影显示系统的构成原则。

[0133] 绿色激光光源76和浅绿色激光光源77的偏振方向相差90度。运些光从二向棱 镜75的左侧进入。红色激光光源71和偏振方向与红色激光光源相差90度的蓝色激光光 源72的照明光从二向棱镜75的右侧入射。绿色激光光源76和浅绿色激光光源77发射的 光束被光学元件73放大并进入二向棱镜75。光罩80位于二向棱镜75的两个粘合棱镜粘 合部分的下部和入射到偏转镜面器件78之前的部分表面。除了进入偏转镜面器件78的部 分,所有入射激光都被光罩80遮挡。进入偏转镜面器件78的绿色激光为P-偏振和浅绿色 激光为S-偏振。通过控制偏转镜面器件来调制控制的照明光用单实线表示,代表合成了反 射的绿光和浅绿光的特定亮度的绿色激光。由偏转镜面器件78反射的绿色激光和浅绿色 激光的开态光79a是由二向棱镜75的斜面来反射的。反射的绿色激光和浅绿色激光进一 步被形成二向棱镜75的两个=角棱镜的粘合面反射。绿色激光或浅绿色激光的开态光79a 通过颜色切换滤光片81选择性地投射到投影透镜82。该颜色切换滤光片81包含一个分色 镜和偏振光束分光器(PBS),用于根据传输光的波长或偏振状态选择传输或反射。

[0134] 下面描述红色激光光源71和蓝色激光光源72发射的激光从二向棱镜75的右侧 入射后的传输过程。红色激光光源71和蓝绿色激光光源72发射的激光光束被光学元件73 放大并进入二向棱镜75。光罩80位于二向棱镜75的两个粘合棱镜粘合部分的下部和入射 到偏转镜面器件74之前的部分表面。

[0135] 除了进入偏转镜面器件74的部分,其他入射激光被光罩80遮挡。进入偏转镜面 器件74的红色激光为P-偏振和蓝色激光为S-偏振。由偏转镜面器件74反射的红色激光 和蓝色激光的开态光79a是由二向棱镜75的斜面来反射的。反射光进一步被形成二向棱 镜75的两个=角棱镜的粘合表面反射。红色激光或蓝色绿色激光的开态光79a通过颜色 切换滤光片81选择性地投射到投影透镜82。运四种激光,即从棱镜左侧入射的绿色和浅 绿色激光、从棱镜右侧入射的红色和蓝色激光按照时间顺序进入投影透镜82,产生彩色图 像。当绿色和浅绿色激光设定为波长相同的绿光时,与红色和蓝色激光的组合构成了 =色 激光。当红光和蓝光根据在显示帖中按时间顺序投影时,绿光在一阵中持续地投影。该显 示构造消除了绿色视频图像的闪烁,因而提供了更明显的彩色图像。进一步地,绿色显示时 段比蓝色和红色的长,所有颜色都按时间顺序投影。亮度一定时,该显示图像变得更明显, 运是因为绿光比红光和蓝光具有更高的视觉敏感度。另一方面,通过使用偏转镜面单元调 制亮度等级的控制时间随显示时间的长度而增加。因此能够在偏转镜面单元中提高控制分 辨率来W更高的色调显示细腻的等级进一步地,也可W通过增加偏转镜面单元的像素量和 提供高分辨率图像,如4k*化像素,来固定每个镜面单元的传输时间数据。此外,激光光源 发射的偏振光也可W与上述P-偏振和S-偏振相反,或从线性偏振转换为圆偏振。也可W 使用通过改变照明光特性来切换颜色的方法。 阳136] 二向棱镜75的上表面和下表面不是开态光79a的入射和反射光光路,均与两个S角冷静的粘合表面垂直。光罩80位于棱镜的侧表面,因此阻止光从此处通过。当对应各激 光的偏振镜面器件上的偏转镜面单元处于关态时,关态光79b反射至一个方向,各激光被 光罩80吸收。

[0137] 如上所述,多个激光光源中包含至少两种颜色的光源。多个激光光源W时分方案 受控来区分用于显示图像的每一种颜色的光强等级。因此该投影显示系统装配了至少=个 含有至少两个偏转镜面器件的光源。进一步地,图6掲示了用于投影显示系统的多个光源 的一部分的波长区别,如绿色和浅绿色为5nm和不超过lOnm。

[0138] 图7A和7B详细描绘了图6中使用的分色滤光片。绿色和浅绿色光的波长几乎相 等。运两种光穿过青色和黄色滤光片。

[0139] 图7A阐述了包含两种颜色的分色滤光片,其中两种颜色为蓝色和绿色混合的青 色W及红色和绿色混合的黄色。图7A显示了投影在分色滤光片中黄色多于青色的投影光 的构造。分色滤光片的颜色和颜色比例可W任意决定。在分色滤光片中,当投影的激光照 射在如对角阴影部分时,运部分的颜色得W投影。

[0140] 图7B为一个分光片,包含一个分离S-偏振和P-偏振光的偏振光束分光器(PBS), W传输两种颜色,如蓝色和绿色混合的青色W及红色和绿色混合的黄色。在图7B中,S-偏 振和P-偏振的比例设定为一样,因此在PBS滤光片中,黄色和青色的比例相同。PBS滤光片 中运种偏振比例可W任意决定。由于滤光片包含S-偏振和P-偏振,当S-偏振光进入P-偏 振滤光片时,光被遮挡。当P-偏振光进入S-偏振滤光片时,光也被遮挡。图7A和7B阐述 了色轮的颜色切换。该色轮可W是使用液晶等材料或有类似功能的结构的非旋转分色滤光 片。运是因为在旋转滤光片中,如特别是在用偏振特性分离颜色的色轮中,滤光片的偏振轴 方向发生改变,因此降低了传输光强的传输效率。图8A和8B分别显示了对应图7A和7B 的每种颜色的一个子帖的时间。运种时分方案的使用使得通过在不同时段内投影不同颜色 的光来投影图像成为可能。通过控制与偏转镜面器件同步工作的各激光光源在时间划分上 的开/关,可W达到分色滤光片的作用。 阳141] 在图8A中,对应图7A所示分色滤光片的颜色的是根据在一帖中W时间划分、按照 图7A中的分色滤光片发出红光和蓝光的时间来投影的。持续向投影透镜发射绿光作为开 态光,类似于图6所示具有同步发射时段的多个激光光源。如上所述,可W通过在多个激光 光源同步发射的时间内控制投影来投影彩色图像,其中在上述时间中各激光光源的开/关 根据时分控制方案来控制。基于本发明的投影显示系统可W装配为用光学元件来放大两个 激光光源发射的激光光束,并将其福射到偏转镜面器件,使任一激光在一帖中有1/2或更 长的时间内得到调制。也可W装配为用光学元件来放大=个激光光源发射的激光光束,并 将其福射到偏转镜面器件,使任一激光在一帖中有1/3或更短的时间内得到调制。进一步 地,可W同时控制照明激光的显示时间和光强,从而修正一幅图像的色平衡和亮度平衡。通 过利用整个一幅图像的亮度和颜色信息可W灵活调整每一帖中各颜色的显示时间。例如, 在一幅红色的日落图中,如果红色在整个屏幕中都很丰富,可W延伸调制红色激光的时间, 通过增加等级在14位中只显示红色,在10至12中显示绿色和蓝色等级。 阳142] 图8B为一幅时钟图,显示了根据图7B中偏振滤光片的颜色比例,在一帖中W时间 划分来决定红光和蓝光发射时间长度的结构。投影透镜上的绿光保持为开态光,类似于图 6所示具有同步发射时段的多个激光光源,根据图7B的偏振绿光片投影彩色图像。 阳143]W上描述掲示了一种图像显示系统,其中激光光源投影的色彩图像具有四种互不 相同的光轴。

[0144] 图9显示了包含大量排成二维阵列的多个激光元件的激光的情况。

[0145] 如图9所示,单个激光光源的构造包含多个激光元件,用于提高激光光源的光强。 该光源为投影显示系统提供一个改进的激光光源。多个激光元件按纵向和横向排成二维阵 列。运个激光元件的二维阵列在每个激光元件的排放区域可W具有不同的波长。一个可替 代的构造是使不同颜色的激光具有略微不同的光轴。进一步地,单个激光光源可W排布波 长略微不同的相同颜色的多个激光光源的二维阵列。波长区别大约为±1.5nm。同种颜色 的激光的差别约为3nm。波长为520至560nm的绿色补偿可W由开-和关-控制的各激光 元件调节,其中各激光元件波长的区别约为±1.5nm。可替代的,可W将多个激光光源装配 为L邸光源,其波长的差别约为L邸光源波长的一半。进一步地,可W使用一个电路来独立 控制大量激光元件中的每一个的发射。 阳146] 下面描述了可W为投影显示系统的上述每一实施例装配的偏转镜面器件。基于 本发明的偏转镜面器件包含多个偏转镜面单元,用于根据时分方案调制互补相同的激光光 束。每一偏转镜面单元受控工作于开态,将偏转镜面单元上的照明光束反射至投影光学系 统。关态时,镜面将光束反射至投影光学系统W外。镜面还工作于中间态,将部分光束反射 至投影光学系统。镜面也可W工作于振荡态,在开态与关态之间振荡。下面将描述偏转镜 面器件中每个偏转镜面单元的详细构造和工作过程。 阳147] 图10显示了一个偏转镜面单元的构造。

[0148] 如图10的右上图为偏转镜面单元的镜面61和弹性较链65,左上图为去掉镜面61 的偏转镜面单元。图10下部显示了偏转镜面单元和镜面61在A-A'处的剖面图。图10 所示偏转镜面单元包含一个关态制动器62和一个开态制动器67,关态电极63和开态电极 66。开态制动器67到偏转轴52的距离和关态制动器62到偏转轴52的距离相等。同时, 开态制动器67的高度要低于关态制动器62。

[0149] 在运样的构造下,预定的电压施加到开态电极66上来控制镜面工作于开态。镜面 61倾斜至与开态制动器67接触,W向投影透镜反射入射光。通过向关态电极63施加预定 电压,控制镜面工作于关态,使镜面63倾斜至与关态制动器62接触,将入射光反射至投影 透镜W外。进一步地,当镜面61处于关态时,通过终止施加到关态电极63上的电压,能够控 制镜面工作于振荡态,使镜面61自由振荡,将入射光反射至镜面61振荡状态相应的方向。 本典型实施例将镜面61处于开态的开态角度设定为+12度,将镜面61处于关态的关态角 度设定为-8度。上述振荡状态中的自由振荡可W设定成在±8度之间自由振荡。开态和 关态之间的镜面偏转角度可W设定为不同值,如开态角度为+14度,关态角度为-12度。在 该实施例中,开态制动器67的高度小于关态制动器62,因此入射光的入射角度大于开态制 动器67与关态制动器62高度向等的情况。

[0150] 一个可替代的结构可W是,通过降低关态制动器62的高度,在镜面受控处于开态 时中断开态时作用于开态电极的电压,使镜面61从开态转换至振荡态。 阳151] 在从激光光源向投影光学系统的瞳孔反射80%或更多的照明光的偏转镜面单元 中,镜面61可W通过将偏转镜面单元放在中间态或振荡态投影剩下20 %的全部或部分光。 通过利用开态1/4至1/5光强增量的细腻调整,可W控制镜面为图像显示提供更高的亮点 等级。

[0152] 偏转镜面器件的偏转镜面单元可W进一步控制从不同颜色激光光源反射到投影 光学系统瞳孔的光强。不同颜色的光强依据颜色的视觉敏感特性受控。波长为相对可见 度最高的555nm的光的能量强度和光强的关系为,1瓦特的光能等于683留名的光束,该关 系随波长而改变。当绿色激光的光能为1瓦特且安装视觉敏感性分布时,波长为620nm至 640nm的红色激光光能最好小于等于0. 4瓦特,波长为480nm至450nm的蓝色色激光光能最 好小于等于0.1瓦特。至于比例,绿色比红色在2 : 1至5 : 1之间,绿色比蓝色在10 : 1 至20 : 1之间。运里,可W期望通过调整显示强度来优化每一激光光源的发射光强,因此 投影的屏幕图像与视觉敏感特性和合适的光强比例相匹配。 阳153] 当偏转镜面单元处于开态时,每束激光的光轴进一步排列成产生对应视觉敏感特 性的激光光束的光强,其中激光光束由偏转镜面单元反射,投影至投影光学系统的瞳孔。[0154] 进一步地,最好将偏转镜面器件中的一个偏转镜面单元配置成边长为4至14微米 的正方形,各偏转镜面单元间的间隙为0. 1到0. 55微米。每一激光光源每种颜色的激光光 束反射比例不同。进一步地,希望根据镜面的反射率来安排镜面的有效面积尺寸和由偏转 镜面单元间的间隙导致的衍射光引起的反射光损失。

[0K5]另外,最好将偏转镜面器件中的一个偏转镜面单元配置成边长为4至12微米的正 方形,控制镜面使穿过投影透镜瞳孔的光束包含来自偏转镜面单元镜面的衍射光。当偏转 镜面小型化、各偏转镜面单元之间的间距减小时,衍射光的角度和光强也发生改变。因此, 最好在决定照明光束的数值孔径NA和激光光源发射光强时考虑到衍射光。 阳156] 图IlA显示了用于每一偏转镜面单元的控制电路构造。图11显示了对应上述列 信号的两条线的两条位线,W及对应上述行信号的一条线的字线。在图IlA中,场效应晶体 管(FET)-I连接电极-163和字线I/位线,电容Capl连接电极-163和地。类似的,FET-2 连接电极-266和字线2/位线,电容Cap2连接电极-266和地。通过向电极-163施加预定 电压和控制字线1和位线,能够控制镜面61向电极-163倾斜。类似的,通过向电极-266 施加预定电压和控制字线2和位线,能够控制镜面61向电极-266倾斜。顺带地,在下面的 图12中,每一位线上都有一个放大器(Amp)。每一列线的输出电压由增益控制电路的输出 电压信号控制。对加在每一镜面像素的电极上电压的改变也会改变偏转镜面的库伦力。 阳157] 图IlB显示了用于图IlA所示每一偏转镜面单元的控制电路可替代构造。控制电 路具有一个电极,用于控制一个偏转镜面单元,使该镜面拉向开态方向和关态方向。进一步 地,构造中有一电线,用于向偏转镜面单元传输数据。有了运样的电路构造和在弹性较链的 左边和右边面积、高度不对称的电极,可W控制偏转镜面单元的镜面表面的倾斜。例如,弹 性较链左边和右边电极的面积不同。为关态配置面积较大的电极。将偏转镜面单元的镜面 从初态状态转至处于关态和开态的控制方法是,对定位电极施加电压,而在初态中,不对定 位电极施加电压。对定位电极施加的电压导致镜面向面积大的定位电极偏转,从而转为关 态。库仑力F由式(1)表示。因此,当定位电极处于初态时,开态电极部分和关态电极部分 镜面到定位电极的距离相等。面积较大的定位电极的关态一侧相比面积较小的开态一侧能 保留更多电荷,从而产生更大的库仑力。

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阳159] 其中r为定位电极和镜面的距离,e为介电常数,Qi和q2为电量。

[0160] 将微镜从关态转换至开态的操作描述如下。通过暂时将定位电极上的电压变至 "0"伏特,从初态倾斜至关态的镜面受控处于自由振荡状态。在自由振荡态中,在合适的时 间,即镜面接近定位电极面积更小的开态一侧的电极部分时,施加电压能够使镜面维持在 开态。根据公式(1),相比电量Qi和Q2,距离r的二次方对库仑力的影响更大。对定位电极 开态一侧和关态一侧面的合适调制导致库仑力F在定位电极和镜面距离较小的一侧更强。 尽管开态一侧定位电极的面积比关态一侧定位电极的面积小,也可W将镜面倾斜至开态光 一侧。 阳161]W下描述了集成了定位电极和布线的结构,通过控制将关光态作为初态的镜面, 可W控制镜面工作在开光态。

[0162] 可替换地,可W多阶段地对定位电极施加电压来控制镜面。

[0163] 在通过对定位电极施加电压来维持开态或关态的某一状态后将定位电极上的电 压变为"0"伏特导致镜面工作于自由振荡态。在合适的时间,即在自由振荡的镜面从开态一 侧转至开态一侧,定位电极和镜面之间的距离接近开态方向时,可W控制镜面处于开光态。 因此,当镜面和电极间的距离很小,偏转镜面单元的镜面执行自由振荡时,镜面可W被低于 将镜面从初始静止状态向开态或关态倾斜的电压。因此,当将定位电极和布线集成为一个 整体时,该构造可W对定位电极使用=个或更多等级的电压来控制偏转镜面单元。

[0164] 进一步地,控制偏转镜面单元的时钟可W与驱动激光光源的控制时钟匹配。通过 调制与镜面的偏转状态一致的光源的光强,响应的控制时钟使显示图像的光强控制更加方 便。为提高灰度数达到了更高的强度调制等级。

[0165] 图12显示了用于控制偏转镜面器件的控制电路晶体管阵列结构。图12显示了 2-位xl024巧68的晶体管阵列。每一个被虚线包围的部分对应一个偏转镜面单元。每一 偏转镜面单元由两个列信号和一个行信号控制。图中左上部的偏转镜面单元由列-1信号、 列-2信号和行-1信号控制。更确切地,通过对行-1信号施加预定电压,如果列-1信号为 "0"、列-2信号为"1",镜面切换至开态。当列-1信号为"1"、列-2信号为"0"时,镜面切 换至关态。当镜面处于关态,列-1信号为"0"、列-2信号为"1"时,镜面受控工作于振荡 态。 阳166]如图13A和13B所示,可W通过镜面角度的改变来改变反射率。在角度的可驱动 范围内,镜面的开态位置通常设计为提供最大的显示亮度的位置,关态位置通常设计为提 供最小的显示亮度的位置。通过保持镜面处于反射低于LSB亮度的光时,能够提高灰度等 级数。 阳167] 传统的系统中,将(0,1)信号作用到镜面下的电极,会使镜面处于开态位置,其中 (〇,1)信号定义为对左边电极施加零电压、对右边电极施加开态电压,如图13A所示。信号 (1,〇)则用于将镜面驱动至关态位置。

[0168] 如图13C所示,当镜面工作在振荡情况时,产生了光强比开态位置处光强小的输 出光。当镜面位于开态或关态位置时,通过对镜面下的两个电极施加零电压,或(〇,〇)信 号,可W达到振荡态。由于需要使用多位输入控制镜面,图1所示早前技术的驱动电路不能 灵活地使镜面工作在振荡态。各种计算机仿真掲示,根据光学构造,平均反射率在20%至 40%之间。如果系统选择合适,反射率可W调整到25%也就是1/4。运使得在不改变输入 光密度的情况下,输出亮度为1/4。

[0169] 在开态位置中间,通过对图13C所示在左侧用箭头表示的镜面下方的电极施加多 个脉冲,可W获得3/4的反射率。 阳170]图14为控制显示系统的典型实施例功能框图。图像显示系统接收10位输入信号。 输入信号被分成两部分:高8位和低2位。高8位送至第一态控制器,低2位送至第二态控 制器,同步信号送至时钟控制器。第二态控制器将二进制数据转换为非二进制数据。该构 造可W通过在一帖中最大化两者来控制第一态和第二态。进一步地,将该构造应用到装配 了单片彩色序列的系统中的情况下,第二态相继W180化或更高的频率显示。该构造可W 在与=种颜色,即红、绿、蓝对应的子帖中配置第二态的控制时间。也可W通过增加青色、品 红色和黄色来实现六色显示。 阳171] 同步信号在信号分分配器处产生。时钟控制器根据同步信号控制选择器的切换, 使第一态控制器控制偏转镜面器件或第二态控制器来控制。

[0172] 绿色对人类有最高的视觉敏感度。因此,可W只显示14位等级的绿色,而其他颜 色为12位。

[0173] 在一典型实施例中,使用了包含红色、绿色和蓝色的白色照明光。该照明光通过分 别来自红色、绿色和蓝色的光获得。在运种情况下,该白光只用在第一态中。

[0174] 基于本发明的投影显示系统投影一幅图像,其中该显示系统包含一个光学元件, 用于放大光轴互不相同的激光光源发射的激光的光束,一个偏转镜面器件,用于在时间划 分中,通过接受光学元件放大的光束调制各激光光束。

[0175] 本发明已经通过示例说明特定实施例做出描述,然而,应该清楚的是在本发明的 范围和概念内,可W对运些实施例进行各种修改和改变。因此,本文献和图片应作为特定的 例子而不限定其意思。

[0176] 基于本发明投影显示系统的附加声明1的第一方面是提供一个系统,包括:一个 光学元件,用于传输从光轴互不相同的多个激光光源发射的光束;一个偏转镜面器件,用于 接收上述光束、并在时间分段中调制上述光束;和一个投影光学系统,用于投影来自光束照 亮的偏转镜面器件的反射光。 阳177] 下面,基于本发明投影显示系统的附加声明2的第一方面是提供一个系统,包括: 一个光学元件,用于在包含光束剖面的形状和大小各不相同的福射范围内,照亮从光轴互 不相同的多个激光光源发射的光束;一个偏转镜面器件,用于接收上述光束、并在时间分段 中调制上述光束;和一个投影光学系统,用于投影来自光束照亮的偏转镜面器件的反射光。

[0178] 下面,基于本发明投影显示系统的附加声明3的第一方面是提供一个系统,包括: 一个光学元件,用于放大来自多个激光光源的光束,成为在投影透镜的瞳孔处不均匀、不对 称的光束;一个偏转镜面器件,用于接收上述光束、并在时间分段中调制上述光束;和一个 投影光学系统,用于投影来自光束照亮的偏转镜面器件的反射光。

[0179] 在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,希望多个激光光源是 半导体光源,包含波长范围为540nm± 20nm、630nm± 20nm和460nm± 20nm的任何两个。

[0180] 进一步地,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,优选的构 造是,多个激光光源发射的光束为红色、绿色和蓝色光,照亮偏转镜面器件的光束中,绿光 与蓝光的比例大于等于10 : 1,绿光与红光的比例大于等于3 : 1。 阳181] 进一步地,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,单个激光 光源可W构造成排列成二维阵列的多个激光元件。 阳182] 另外,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,多个激光光源 的光束轴可W配置为包含不同的角度,垂直于偏转镜面器件的镜面阵列表面。

[0183] 进一步地,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,多个激光 光源的光束轴可W配置为包含不同的角度,平行于偏转镜面器件的镜面阵列表面。 阳184] 另外,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,从多个激光光 源经光学元件照射到单个偏转镜面单元的光束在垂直于偏转镜面单元偏转轴的方向上具 有楠圆或狭长的剖面。 阳化5] 进一步地,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,从多个激 光光源经光学元件照射到单个偏转镜面单元的光束在平行于偏转镜面单元偏转轴的方向 上具有楠圆或狭长的剖面。

[0186] 进一步地,在基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中,被偏转镜 面单元反射、从多个激光光源发射、经光学元件放大的反射光只能在相对投影光学系统瞳 孔预定的方向上被放大。 阳187] 另外,基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W配置成:构成 偏转镜面器件的多个偏转镜面单元受控处于开态,将照亮偏转镜面单元的光束反射至投影 光学系统;处于关态,将光束反射至投影光学系统W外;中间态,将部分光束反射至投影光 学系统;或在开态和关态之间重复的振荡态, 阳18引另外,基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W配置成:构成 偏转镜面器件的多个偏转镜面单元受控处于开态,将照亮偏转镜面单元的光束反射至投影 光学系统;处于关态,将光束反射至投影光学系统W外;中间态,将部分光束反射至投影光 学系统;或在开态和关态之间重复的振荡态,在关态中由反射多个激光光源的光得到的整 个反射光束不在投影光系统中传输,或变成最小值。

[0189] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W配置成: 两个激光光源发射的光束在偏转镜面器件上W时间顺序被光学元件照亮,使两束光中的任 一个在一帖中大于等于1/2的时间内被调制。

[0190] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W配置成: =个激光光源发射的光束在偏转镜面器件上W时间顺序被光学元件照亮,使=束光中的任 一个在一帖中少于等于1/3的时间内被调制。 阳191] 另外,基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W配置成:多个 激光光源具有同时发光的时段。 阳192] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W配置成: 多个激光光源由相同颜色的激光光源构成。 阳193] 基于本发明投影显示系统的附加声明1、2、3的各方面中可W优选地配置成:多个 激光光源发射光束的照明光强按时间顺序发生改变。

[0194] 上述基于本发明的投影显示系统的构造消除了通过多个与各激光对应的镜面来 把多个激光光源与同一光轴匹配的需要,简化了构造,也提高了投影显示系统的设计自由 度。

[0195] 下面,基于本发明投影显示系统中使用的偏转镜面器件的附加声明1是为了提供 包含多个偏转镜面单元的偏转镜面器件,用于在时间分段中调制来自光轴各不相同的多 个激光光源的光,其中当镜面单元处于开态时,偏转镜面单元将来自至少一个光源光束的 80%至100%反射至投影光学系统的瞳孔。 阳196] 进一步地,基于本发明投影显示系统中使用的偏转镜面器件的附加声明2是为了 提供包含多个偏转镜面单元的偏转镜面器件,用于在时间分段中调制来自光轴各不相同的 多个激光光源的光,其中当镜面单元处于开态时,偏转镜面单元反射至投影光学系统的瞳 孔的光束的光学强度设定为与色彩可视度量级相关的值。 阳197] 进一步地,基于本发明投影显示系统中使用的偏转镜面器件的附加声明3是为了 提供包含多个偏转镜面单元的偏转镜面器件,用于在时间分段中调制来自光轴和颜色各不 相同的多个激光光源的光,其中当镜面单元处于开态时,偏转镜面单元反射至投影光学系 统的瞳孔的光束的光学强度根据光束的光轴而不同。

[0198] 进一步地,基于本发明投影显示系统中使用的偏转镜面器件的附加声明4是为了 提供包含多个偏转镜面单元的偏转镜面器件,用于在时间分段中调制来自光轴各不相同的 多个激光光源的光,其中该偏转镜面器件包含:一个开态,将照到偏转镜面单元的光束反射 至投影光学系统;一个关态,将光束反射至投影光学系统W外;一个中间态,将部分光束反 射至投影光学系统或一个振荡态,反复在开态和关态之间转换。 阳199]另外,基于本发明投影显示系统中使用的偏转镜面器件的附加声明5是为了提供 一个偏转镜面器件,包含:一个开态,将照到偏转镜面单元的光束反射至投影光学系统;一 个关态,将光束反射至投影光学系统W外;一个中间态,将部分光束反射至投影光学系统或 一个振荡态,反复在开态和关态之间转换,其中重复光束的调制控制是用视频信号的非二 进制数据控制。 阳200] 基于本发明投影显示系统的附加声明1至5各方面的偏转镜面器件可W配置成: 偏转镜面单元近似为方形,边长在4微米至14微米之间,激光光源发射的每种颜色光束的 反射率不同。 阳201] 基于本发明投影显示系统的附加声明1至5各方面的偏转镜面器件也可W配置 成:偏转镜面单元近似为方形,边长在4微米至14微米之间,偏转镜面单元反射、穿过投影 透镜瞳孔的光束包含从偏转镜面单元的镜面衍射的光。 阳202] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1至5各方面的偏转镜面器件可W配置成:为一个偏转镜面单元提供一条布线来向它传输数据,为控制偏转镜面单元提供 =种电压值。 阳203] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1至5各方面的偏转镜面器件可W配置成:为一个偏转镜面单元提供一个电极来控制它,其中电极位于镜面的横跨镜面的 开态一侧和关态一侧。 阳204] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1至5各方面的偏转镜面器件可W配置成:控制偏转镜面单元的时钟与驱动激光光源的时钟同步。 阳205] 进一步地,基于本发明投影显示系统的附加声明1至5各方面的偏转镜面器件也 可W配置成:将光轴各不相同的多个激光光源发射的光束W穿过光学元件后光束的剖面形 状或福射范围面积照射到时分调制的偏转镜面单元。 阳206] 最后,提供了一种图像投影方法,多个激光光源发射的光束被光学元件放大,因此 光束轴、福射范围的形状和大小各不相同,当构成偏转镜面器件的偏转镜面单元反射照在 其上的光束时,被光学元件放大的各光束被偏转镜面器件W时分方式调制,因此根据本发 明的图像投影方法投影了一幅图像。 阳207] 基于本发明的图像投影方法中使用的多个激光光源可W由至少两种颜色的激光 光源组成,多个激光光源W时分方式受控,使得图像每种颜色的等级都是投影多个激光光 源的记过。 阳20引基于本发明的图像投影方法中使用的多个激光光源中的单个激光光源可能最好 配置成:多个激光单元排列成二维阵列,每个激光单元的波长差不超过3nm。 阳209] 进一步地,基于本发明的图像投影方法可W通过使用至少=个激光光源和至少两 个偏转镜面器件来实现。

[0210] 基于本发明的图像投影方法中,最好将各激光光源的光束轴设置成:当偏转镜面 单元处于开态时,从多个激光光源发射的至少一束光沿投影光路的光轴反射。 阳211] 另外,基于本发明的图像投影方法中使用的多个激光光源的一部分中的一个激光 光源可W允许5nm到IOnm的差异。

[0212] 虽然目前已经通过上述优选实施例描述了本发明,但应该明白运种说明并不局限 于W上表述。熟读上述详细介绍并熟练掌握运一技巧的人肯定会想到许多种对装置的变动 和更改。因此,我们的目的是要让附加声明能涵盖一切体现本发明思想、属于本发明范围的 变动与更改。

Claims (24)

1. 一个投影显示系统,包括: 多个激光光源,每一激光光源发射一颜色与其它激光光源不同的激光光束并且所述多 个激光光源分别具有不同的光束轴; 一个偏转镜面器件,包括多个偏转镜面单元; 一个照明光学系统,用于放大各个激光光束形成各种颜色的照明光并且使各种颜色的 照明光照明并覆盖偏转镜面器件的整个表面,所述照明光学系统位于所述偏转镜面器件与 所述多个激光光源之间,并且所述照明光学系统包括多个分别与所述多个激光光源对应的 光学元件,用于控制和改变发射到偏转镜面器件上光的形状和面积; 一个投影光学系统,用于投影由偏转镜面器件发射的照明光的反射光;和 一个激光光源控制电路,用于控制每种颜色照明光的强度, 其中,该激光光源控制电路将每种颜色的光强比设定为指定的比例。
2. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 多个激光光源发射红色、绿色和蓝色照明光,其中 照射到偏转镜面器件上每种颜色的照明光强度比为绿色比蓝色大于等于10:1,绿色比 红色大于等于3:1,或红色比蓝色大于等于3:1。
3. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 多个激光光源发射红色、绿色和蓝色照明光,偏转镜面被青色、品红色、黄色和白色中 的任一种照射。
4. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 偏转镜面器件由多个受控处于开态和关态的镜面单元构成,比例为开态时每种颜色照 明光的反射光比例。
5. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 偏转镜面器件由多个受控处于开态、关态和振荡态的镜面单元构成,比例为振荡态投 影光学系统瞳孔位置处的比例。
6. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 每种颜色照明光强度的比例由偏转镜面器件辐射表面每单位面积的辐射光强决定。
7. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 每种颜色照明光强度的比例由穿过投影光学系统瞳孔的强度决定。
8. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 激光光源控制电路通过脉冲发射控制来控制每种颜色照明光的强度。
9. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 激光光源控制电路在一帧中控制照明光的照明时间。
10. 权利要求9所述投影显示系统,其中: 至少一种颜色在一帧显示周期的1/4至1/2时段中得到调制。
11. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 每种颜色的激光光源是有多个子激光光源组成的激光光源阵列。
12. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 每种颜色的激光光源是有多个子激光光源组成的激光光源阵列,其中 激光光源控制电路控制发射子激光光源的数量或位置。
13. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 激光光源由多个排成二维阵列的子激光单元构成,其中单个子激光单元的波长差为lnm至 3nm〇
14. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 通过调制各色激光光源发射照明光得到的投影图像灰度等级数对每种颜色都相同。
15. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 通过调制各色激光光源发射照明光得到的投影图像灰度等级数对每种颜色各不相同。
16. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 多个激光光源由至少三种颜色的激光光源构成,至少具有两个偏转镜面器件,其中 每个偏转镜面器件调制至少两种颜色激光光源发射的照明光。
17. 权利要求1所述投影显示系统,其中: 偏转镜面器件由多个镜面单元构成,其中镜面单元为边长4微米至10微米的正方形, 每种颜色激光光源的光通量反射率不同。
18. -个投影显示系统,包括: 多个激光光源,每一激光光源发射一颜色与其它激光光源不同的激光光束并且所述多 个激光光源分别具有不同的光束轴; 一个偏转镜面器件,包括多个偏转镜面单元; 一个照明光学系统,用于放大各个激光光束形成各种颜色的照明光并且使各种颜色的 照明光照明并覆盖偏转镜面器件的整个表面,所述照明光学系统位于所述偏转镜面器件与 所述多个激光光源之间,并且所述照明光学系统包括多个分别与所述多个激光光源对应的 光学元件,用于控制和改变发射到偏转镜面器件上光的形状和面积; 一个投影光学系统,用于投影由偏转镜面器件发射的照明光的反射光;和 一个控制电路,用于在一帧中以时分方式控制每种颜色的调制,使偏转镜面器件的调 制时间不同,从而使每种颜色的强度比为指定值。
19. 权利要求18所述投影显示系统,其中: 偏转镜面器件根据非二进制视频信号控制。
20. 权利要求18所述投影显示系统,其中: 构成偏转镜面器件的镜面单元受控处于开态、关态和振荡态。
21. 权利要求18所述投影显示系统,其中: 通过调制各色激光光源发射照明光得到的投影图像灰度等级数对每种颜色各不相同。
22. 权利要求18所述投影显示系统,其中: 控制电路根据控制时间决定每种颜色的灰度数。
23. 权利要求18所述投影显示系统,其中: 控制电路根据视频信号控制灰度数。
24. 权利要求18所述投影显示系统,其中: 多个激光光源由至少三种颜色的激光光源构成,至少具有两个偏转镜面器件,其中 每个偏转镜面器件调制至少两种颜色激光光源发射的照明光。
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