CN103563362B

CN103563362B - 光学器件

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Publication number: CN103563362B
Application number: CN201280026121.2A
Authority: CN
Inventors: N.阿贝勒; L.基彻尔
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: North Limited
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-04-03
Also published as: CN103563362A; US20180136551A1; US20140098350A1; WO2012163574A1; JP5995214B2; JP2013047774A; US9395613B2; US10133165B2; EP2716050A1; EP2716050B1

Abstract

根据本发明，提供一种光学器件，该光学器件包括：多个光源，每个光源可操作以提供光束；至少一个光束组合器，光束组合器可操作以将来自多个光源的光束组合以提供组合光束；光束分光器，光束分光器布置成接收组合光束并且将组合光束分成主光束和辅助光束，其中辅助光束的一个或多个特性表征主光束的一个或多个特性，其中光束分光器包括第一表面和第二表面，主光束穿过第一表面从光束分光器发出，辅助光束穿过第二表面从光束分光器发出；反射镜部件，反射镜部件包括反射镜，其中反射镜部件布置成使得反射镜可以反射穿过光束分光器的第一表面发出的主光束，并且其中反射镜可以围绕至少一个振荡轴振荡以扫描主光束；其中，光学器件还包括光电二极管，光电二极管构造成接收辅助光束并且检测辅助光束的一个或多个特性，其中光电二极管构造成从与光束分光器的第一表面或第二表面中的至少一个平行偏离，以减少被引导至反射镜的杂散光的量。还提供一种投射图像的相应方法。

Description

光学器件

技术领域

本发明涉及光学器件，具体地涉及但也不仅限于包括布置用来减少杂散光作用的光电二极管的光学器件。

背景技术

控制由投影装置投射出的光是很关键的。这种控制对于确保投影图像色彩平衡不受到环境和系统温度漂移的影响以及确保由投影装置投射出清晰锐利图像来说是必要的。

通常不执行对由投影装置投射的光的直接测量，由于构造成直接测量由投影装置投射的光的光学传感器会干扰投射光并因此会损害投射的图像的质量。因此，通常，光学传感器定位在投影装置内并且布置成使得这些光学传感器在光被投射之前在投影装置内对光进行测量。由光学传感器测量的光的特性假定为与由投影装置投射的光的特性相同；基于由光学传感器测量的光来执行对投影装置的控制，以使得投影装置投射出具有预定特性的光。但是，在现有投影装置中，在光被光学传感器感测之后，光在被投射之前穿过一个或多个其他光学元件。在光通过这些其他光学元件时产生光学损失；因此由光学传感器测量的光的特性将非常不同于由投影装置投射的光的特性。因此，不能实现精确控制投影装置以使得投影装置投射出具有预定特性的光。

投影装置内的光学部件（例如光学传感器）将产生杂散光。将光学部件定位在投影装置内对于使由投影装置投射出杂散光最小化来说很关键。由投影装置投射的杂散光会损害投射的图像的质量。在现有投影装置中，光学部件（例如光学传感器）不是最优地定位成使投影装置的投射最小化。

此外，如果例如投影装置被包含在移动电话或摄像机中，则使投影装置的尺寸最小化很关键。更小的投影装置通常使用MEMS微镜装置来投射光。对于现有投影装置，这些MEMS微镜装置被容纳在外壳内。不利地，外壳增大投影装置的尺寸，由于外壳必需至少足够大以容纳MEMS微镜。具有这种外壳的投影装置对于某些应用来说太大了。

本发明的目的是消除或减少至少某些上述缺点。

发明内容

根据本发明，提供一种光学器件，该光学器件包括：多个光源，每个光源可操作以提供光束；至少一个光束组合器，光束组合器可操作以将来自多个光源的光束组合以提供组合光束；光束分光器，光束分光器布置成接收组合光束并且将组合光束分成主光束和辅助光束，其中辅助光束的一个或多个特性表征主光束的一个或多个特性，其中光束分光器包括第一表面和第二表面，主光束穿过第一表面从光束分光器发出，辅助光束穿过第二表面从光束分光器发出；反射镜部件，反射镜部件包括反射镜，其中反射镜部件布置成使得反射镜可以反射被发出穿过光束分光器的第一表面或者由光束分光器的第一表面反射的主光束，并且其中反射镜可以围绕至少一个振荡轴振荡以扫描主光束；其中，光学器件还包括光电二极管，光电二极管构造成接收辅助光束并且检测辅助光束的一个或多个特性，其中光电二极管构造成从与光束分光器的第一表面或第二表面中的至少一个平行偏离，以减少被引导至反射镜的杂散光的量。

光学器件可以包括电荷耦合器件（CCD）（例如CCD传感器）、CMOS传感器、光电二极管阵列或单个光电二极管。

可选地，除光束分光器之外或代替光束分光器，可以提供半反射或半透射元件。

通常，由反射镜反射的主光束用于将图像投射在显示屏上。

通过将光电二极管布置成从与光束分光器的第一表面或第二表面中的至少一个平行偏离，在光电二极管处产生的杂散光将被引导远离光束分光器；因此杂散光将不会被光束分光器透射到反射镜。到达光束分光器的任意杂散光将会被光束分光器偏转远离反射镜的方向。因此，在光电二极管处产生的杂散光将不会由反射镜接收。通常，主光束当由反射镜反射和扫描时限定图像；所以通常反射镜将图像投射在显示屏上。由于反射镜将接收较少的杂散光，将提高被投射的图像的质量。

由于辅助光束的一个或多个特性表征主光束的一个或多个特性，被检测的辅助光束的一个或多个特性可以用于监测被提供到反射镜以进行扫描的主光束的特性。

一个或多个特性可以包括下列至少一项：光强度、光波长、光调制速度、（一个或多个光束之间的）光束对准、在光电二极管表面上的光束尺寸/形状、斑点级别、激光模式、激光发散、像散、激光束均匀性、激光器老化。

反射镜部件优选是MEMS反射镜装置。MEMS反射镜装置是包含光学MEMS（微机电系统）的装置。光学MEMS可以包括适合于随着时间变化移动和偏转光的圆柱形、矩形或方形微镜。微镜通常由扭转臂连接到固定部分并且可以沿着一个或两个轴倾斜和振荡。可以使用不同的致动原理，包括静电、热、电磁或压电。已知MEMS微镜装置的面积约几mm²。MEMS微镜装置可以包括单个微镜，微镜构造成沿着两个振荡轴振荡以沿着水平和竖直方向两者扫描光。可替换地，MEMS微镜装置可以包括第一MEMS微镜和第二MEMS微镜，第一MEMS微镜构造成沿着第一振荡轴振荡以沿着水平方向扫描光，第二MEMS微镜构造成沿着第二振荡轴振荡以沿着竖直方向扫描光。优选地，第一和第二MEMS微镜将被精确定位成使得振荡轴正交。

组合光束还可以通过第一表面被接收到光束分光器中。

一个或多个光源可以包括一个或多个激光器。

光电二极管还可以构造成从与光束分光器的第一表面和第二表面两者平行偏离。

光电二极管可以是雪崩光电二极管。应当理解，可以使用具有光电二极管作用的任意其他部件，代替光电二极管。

光束分光器的第一表面还可以包括抗反射涂层。光束分光器的第二表面还可以包括抗反射涂层。抗反射涂层可以包括单层或多层电介质材料或金属氧化物，例如SiO_x、Si_xNy、MgO、MgF_x、Ti_xO_y。

光学器件还可以包括控制器，控制器可与光电二极管可操作地通信以接收与表征主光束的一个或多个特性的辅助光束的一个或多个特性有关的数据，并且控制多个光源中的每一个以使得主光束的一个或多个特性保持在一个或多个预定特性。

光学器件还可以包括检测装置，检测装置用于检测检测辅助光束入射在光电二极管上的位置。这将能够检测出光源（例如激光器）的未对准。例如，如果辅助光被检测出在光电二极管上的位置是光电二极管上预定区域外侧，则可以确定一个或多个光源未对准。这在制造阶段特别有用；在这些阶段中，在将微镜部件结合到光学器件中之前，可以根据需要使用检测装置执行测试以检测光源是否对准。如果发现光源正确对准（例如，用于检测辅助光束入射在光电二极管上的位置的检测装置，检测到辅助光束在光电二极管上预定区域内侧的位置上入射），则可以通过结合微镜部件来完成光学器件。但是，在很多情况下，例如由于制造缺陷或者误操作，光源将会未对准。具有未对准的光源的光学器件不能适当地起作用，并且这些有缺陷的光学器件必须被弃用。如果检测装置显示光源未对准（例如，用于检测辅助光束入射在光电二极管上的位置的检测装置，检测出辅助光束在光电二极管上预定区域外侧的位置上入射），则可以在将微镜部件结合到光学器件中之前弃用该光学器件。因此，检测装置使得微镜部件能够仅被结合到光源正确对准的那些光学器件中。

光学器件可以构造成使得光束分光器直接与反射镜光学通信。在这种情况下，在光束分光器和反射镜之间没有布置光学元件；由于反射镜接收直接来自光束分光器而不需要穿过任意其他光学元件的主光束，因此在主光束从光束分光器传到反射镜时将有很少或者没有光学损失。因此，在光束分光器上的主光束的特性和最终到达反射镜的主光束的特性之间有很少或者没有差异。因此，由光电二极管在光束分光器处获得的对辅助光束的特性的测量将提供在反射镜处接收的主光束的特性的精确代表。结果，因此到达反射镜的主光束的更精确控制能够被实施，因此可以实现更精确控制由反射镜反射和扫描的主光束。如果由反射镜反射和扫描的主光束用于将图像投射在显示屏上，则由本发明提供的对到达反射镜的主光束的改进且更精确的控制，将能够改进对投射图像的特性的控制。

光学器件还可以包括具有窗口的外壳，由反射镜反射的主光束可以穿过窗口，其中光学器件还包括反射表面，反射表面布置成接收来自光束分光器的主光束并且将主光束反射至反射镜，其中反射表面构造成与窗口形成一体。反射表面与窗口成一体提供更紧凑的光学器件。

光束组合器、光束分光器和反射镜布置成使得由反射镜反射的主光束穿过组合光束，以减少在由反射镜反射的主光束中的斑点。组合光束可以从光束组合器传到光束分光器。由反射镜反射的主光束与组合光束的相互作用，减少在由反射镜反射的主光束中的斑点，即提供抗斑点效果。斑点减少使得更锐利的图像能够通过光学器件投射在显示屏上。

光学器件还可以包括窗口，由反射镜反射的主光束可以穿过窗口，其中窗口构造成调节穿过窗口的主光束的光学特性。窗口可以构造成对穿过窗口的主光束进行聚焦。窗口可以构造成对穿过窗口的主光束进行发散。窗口可以构造成改变穿过窗口的主光束的方向。例如，窗口可以构造成改变沿着水平法向行进的主光束的方向，以使得主光束以与水平法向成45^o角被投射。

窗口可以构造成减少斑点效应。例如，窗口可以构造成振动以减少斑点效应。窗口还可以包括斑点减少层。斑点减少层可以构造成振动以进一步减少斑点效应。斑点减少层可以包括可以漫射光的材料。斑点减少层可以包括构造成从穿过斑点减少层的光束产生多个输出光角度的材料。多个输出光角度可以较小，以不损失光束准直或聚焦，但仍然减少斑点。斑点减少层可以包括构造成产生穿过斑点减少层的光束的多种偏振的材料。斑点减少层可以包括构造成从穿过斑点减少层的光束产生多个波长的材料。斑点减少层可以是抗斑点层。

可以用在斑点减少层中的材料或者可以用于从输入光束产生多个输出光角度的材料，可以是通常衍射、漫射的材料或者可以在半透明介质中生成全息图案的材料（如聚合物或PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯））或由具有漫射或衍射光能力的纳米材料组成的材料。通过具有默认改变光偏振的LCD透射面板可以完成生成光束的多种偏振。窗口可以构造成使光暗淡。窗口可以包括构造成使穿过窗口的光暗淡的层。窗口优选包括可以调节偏振的LCD透射面板。通过改变LCD透射面板的偏振性，穿过LCD透射面板的光的特性（例如强度）会改变；因此从窗口输出的光的强度会因此减小从而实现使光暗淡。

窗口还可以包括功能部分。功能部分可以与窗口形成一体或结合到窗口中。功能部分优选地在窗口的整个表面的一部分上延伸。功能部分可以包括构造成测量穿过窗口的光的一个或多个特性的光电二极管。例如，光电二极管可以构造成测量穿过窗口的光的光强度和/或对准性。功能部分可以附加地或可替换地包括反射表面。反射表面可以布置成将穿过窗口的至少某些光反射至感测装置，感测装置构造成感测光的一个或多个特性。感测装置可以是光电二极管。功能部分可以包括光吸收层。光吸收层可以包括高吸收材料。光吸收层可以布置成减少光从窗口的杂散反射。光吸收层可以布置成减少杂散光从窗口的反射。例如，光吸收层可以防止杂散光被窗口反射到光学器件内部。

光学器件还可以包括第二光束分光器。第二光束分光器优选地布置成使组合光束的一部分偏转。第二光束分光器可以布置成将组合光束的一部分偏转到光学器件中的反射镜。将光偏转到反射镜，使得反射镜的特性能够被检测到，例如可以检测反射镜的振荡速度和反射镜的位置。第二光束分光器可以布置成将组合光束的一部分偏转到可操作检测光的一个或多个特性的装置。将光偏转到可操作检测光的一个或多个特性的装置，使得组合光束的特性能够被检测到，例如，亮度、波长等。第二光束分光器可以布置成将组合光束的一部分偏转到光学器件中的反射镜和/或偏转到可操作检测光的一个或多个特性的装置。

如上所述，光学器件可以包括第二光束分光器。光学器件还可以包括一个或多个附加光电二极管。优选的，光学器件包括第二和第三光电二极管。第二光束分光器可以布置在光束组合器和光束分光器之间的光路中。第二光束分光器可以布置成接收来自光束组合器的光并将一部分光偏转到反射镜。第二光束分光器构造成使得没有被偏转到反射镜的一部分光传到光束分光器。

一个或多个附加光电二极管优选地布置成使得它们可以接收已经在反射镜处从第二光束分光器接收并且从反射镜被偏转的光。第二和第三光电二极管优选地布置成使得它们可以接收已经在反射镜处从第二光束分光器接收并且从反射镜被偏转的光。反射镜可以布置成将其从第二光束分光器接收的光偏转到第二和第三光电二极管。

一个或多个附加光电二极管可以构造成感测它们从反射镜接收的光的一个或多个特性。第二和第三光电二极管可以构造成感测它们从反射镜接收的光的一个或多个特性。第二和第三光电二极管可以构造成感测它们从反射镜接收的光束的位置。光束的位置与反射镜的扫描角相关。优选地，第二和第三光电二极管构造成感测它们从反射镜接收的光束的位置变化速率。光束的位置变化速率与反射镜的振荡速度相关。因此，检测从反射镜偏转的光的特性能够间接地确定反射镜的参数；例如，根据光束的位置变化速率可以确定诸如反射镜振荡频率的参数，当由反射镜偏转的光束的位置与致动信号相比较时还可以感测运动相位，并且根据光束的位置可以确定反射镜扫描角。

第二光束分光器可以布置成接收来自光束组合器的光并且将一部分光偏转到构造成检测光的一个或多个特性的装置。该装置可以是光电二极管、分光计、或可操作以检测光的一个或多个特性的任意其他装置。第二光束分光器可以布置在光束组合器和光束分光器之间的光路中。第二光束分光器优选地构造成使得没有被偏转到该装置的一部分光传到其他光束分光器。

光学器件还可以包括外壳，其中反射镜部件限定外壳的表面的至少一部分。外壳可以至少容纳多个光源、光束组合器、光束分光器和光电二极管。

反射镜部件可以限定外壳的上表面和下表面的至少一部分。因此，由于外壳不需要延伸遍布反射镜部件的上表面和下表面，所以外壳的整体厚度可以减小。

反射镜部件还可以限定外壳的四个表面的至少一部分。例如，反射镜部件可以限定外壳的上表面、下表面、第一侧表面和第二侧表面的至少一部分。

光学器件可以包括单个导电构件，单个导电构件构造成电连接光源、光电二极管和反射镜部件中的每一个。单个导电构件可以包括柔性材料。单个导电构件可以包括单体柔性回路。

根据本发明的另一方面，提供一种包括根据任一权利要求所述的光学器件的投影装置。

根据本发明的另一方面，提供一种投射图像的方法，该方法包括如下步骤：操作多个光源以使得每个光源提供光束；将光束组合以提供组合光束；使用光束分光器将组合光束分成主光束和辅助光束，其中辅助光束的特性表征主光束的特性，其中光束分光器包括第一表面和第二表面，主光束穿过第一表面从光束分光器发出，辅助光束穿过第二表面被发出；在光电二极管处接收辅助光束，光电二极管构造成从与光束分光器的第一表面或第二表面中的至少一个平行偏离；使用光电二极管检测辅助光束的一个或多个特性；处理辅助光束的检测的一个或多个特性以确定主光束的特性；扫描主光束以将图像投射在显示屏上。

可选地，代替光束分光器，可以提供半反射或半透射元件。

该方法还包括如下步骤：调节多个光源中的一个或多个光源，以使得主光束的一个或多个特性匹配一个或多个预定特性。

根据本发明的另一方面，提供一种光学器件，该光学器件包括反射镜，反射镜可以反射光并且围绕一个或多个振荡轴振荡以扫描反射的光；多个光学元件，其中多个光学元件布置成使得这些光学元件向反射镜提供光，以使得反射镜可以反射光并且可以围绕反射镜的一个或多个振荡轴振荡以扫描反射的光，其中光学器件还包括光电二极管，光电二极管与光学元件光学连通，光学元件与反射镜直接光学连通，以使得光电二极管可以检测由所述光学元件发送到反射镜的光的一个或多个特性。

由于光在到达反射镜之前不与其他光学元件相互作用，当光从与反射镜直接光学连通的光学元件行进至反射镜时，没有光学损失或者至少很少有光学损失。因此，在与反射镜直接光学连通的光学元件处测量的光的特性，将与到达反射镜的光的特性相同或者至少基本相同。因此，通过提供与光学元件光学连通的光电二极管，其中光学元件与反射镜直接光学连通，则可以精确地测量由反射镜反射并扫描的光的特性。因此，可以更精确地控制由反射镜反射并扫描的光。如果反射镜用于投射图像，则由于可以实现由反射镜投射的光的更准确的特性，所以本发明能够改进对投射图像的特性的控制。

根据本发明的另一方面，提供一种适合于容纳一个或多个光学元件的外壳模块，其中外壳模块构造成使得外壳模块可以与反射镜部件合作以形成外壳，其中反射镜部件限定外壳的表面的至少一部分。

根据本发明的另一方面，提供一种包括容纳一个或多个光学元件的外壳的光学器件，其中光学器件包括反射镜部件，其中反射镜部件构造成限定外壳的表面的至少一部分。

在上述方面中的每一个中，反射镜部件可以限定外壳的上表面和下表面的至少一部分。

在上述方面中的每一个中，反射镜部件可以限定外壳的四个表面的至少一部分。例如，反射镜部件可以限定外壳的上表面、下表面、第一侧表面和第二侧表面的至少一部分。

在上述方面/实施例中的每一个中，反射镜部件优选为MEMS微镜装置。

多个光源可以包括激光器。

附图说明

借助于对实施例的描述将更好地理解本发明，实施例仅作为示例给出并且由附图示出，其中：

图1提供根据本发明的实施例的光学器件的俯瞰图；

图2a-图2c提供用于图1所示的光学器件1中的光束分光器11和光电二极管29的不同可能构造的侧视图；

图3提供用在图1的器件中的单个导电构件的透视图；

图4a-图4d提供用在图1的器件中的窗口的透视图，图4e和图4f提供棱镜的侧视图，图4g提供反射板的侧视图，该反射板可以在窗口之外或替换窗口设置，且图4f示出在图1的器件中使用的窗口的另一可能构造；

图5提供根据本发明的另一实施例的光学器件的俯瞰图；

图6提供根据本发明的另一实施例的光学器件的俯瞰图；

图7提供根据本发明的另一实施例的光学器件的俯瞰图；

图8a和图8b分别提供根据本发明的光学器件的外壳的俯瞰图和侧视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的光学器件1的俯瞰图。

光学器件1包括各自可操作以发出光束5a、5b、5c的三个光源3a、3b、3c。优选地，光源3a、3b、3c是激光器形式。在本具体示例中，光源3a发出红色光束5a；光源3b发出绿色光束；光源3c发出蓝色光束5c。应当理解本发明不限于具有这种特定颜色顺序；光源3a、3b、3c可以具有任意其他颜色顺序；例如，光源3a可以发出绿色光束；光源3b可以发出蓝色光束；光源3c可以发出红色光束。

发出的光束5a、5b、5c被引导至光束组合器7，在光束组合器7中这些光束被组合以提供组合光束9。光束组合器可以可选地由单个部件限定或者可以由多个部件限定；例如，如图1所示的光学器件1中一样，光束组合器7可以由三个半反射窗7a、7b、7c限定。

光学器件1还包括光束分光器11。光束分光器11布置成接收组合光束9并将组合光束9分成主光束13和辅助光束15。主光束13构造成限定图像的一系列像素，以使得当主光束13投射在显示屏上时，投射图像将显示在显示屏上。辅助光束15的一个或多个特性表征主光束13的一个或多个特性。例如，辅助光束15的亮度或强度与主光束13的亮度或强度成比例；或者辅助光束15中红色、绿色和蓝色光的比例与主光束13中红色、绿色和蓝色光的比例相同。

光束分光器11包括第一表面17，光束分光器11通过第一表面17接收组合光束9并且通过该第一表面17主光束13从光束分光器11发出。光束分光器11还包括第二表面19；通过该第二表面19，辅助光束15从光束分光器11发出。光束分光器11的第一表面17和第二表面19各自具有抗反射涂层33。抗反射涂层33包括单层或多层电介质材料或金属氧化物，例如SiO_x、Si_xNy、MgO、MgF_x、Ti_xO_y。

光学器件1还包括MEMS微镜装置21形式的反射镜部件。MEMS微镜装置21包括MEMS微镜23，MEMS微镜23布置成使得MEMS微镜23可以将从光束分光器11接收的主光束13反射到显示屏27。MEMS微镜23还可以围绕至少一个振荡轴振荡以扫描主光束13；在具体示例中，MEMS微镜23构造成使得MEMS微镜23可以围绕两个正交的振荡轴振荡以使得MEMS微镜23可以沿着显示屏27在水平方向和竖直方向两者上对光进行扫描。被MEMS微镜23反射和扫描的主光束13在显示屏27上限定出图像25，即，投射图像25。

光学器件1包括光电二极管29。光电二极管29构造成接收来自光束分光器11的辅助光束15。光电二极管29构造成检测辅助光束15的一个或多个特性；例如，光电二极管29构造成检测辅助光束15的亮度或强度和/或辅助光束15中红色、绿色和蓝色光的比例。由于辅助光束15的特性表征或成比例于主光束13的一个或多个特性，辅助光束15的检测特性可以用于监测由MEMS微镜23投射的主光束13的特性。通过控制主光束13的特性可以控制投射图像25的光学特性。

光电二极管29布置成使得光电二极管29从与光束分光器11的第二表面19平行偏离。通过将光电二极管29布置成从与光束分光器11的第二表面19平行偏离，在光电二极管29处产生的杂散光31a一般将被引导远离光束分光器11；因此，杂散光31a将不会被光束分光器11透射到MEMS微镜23。确实到达光束分光器11的任意杂散光31b将会被光束分光器11偏转远离MEMS微镜23；由于光电二极管29布置成从与第二表面19平行偏离，杂散光31b因此将具有确保杂散光31b将被偏转远离MEMS微镜23的入射角。光束分光器11上的抗反射涂层33将进一步增强光束分光器将杂散光31偏转远离MEMS微镜23的能力。因此，在光电二极管29处产生的杂散光将不会由MEMS微镜23接收。由于MEMS微镜23将接收较少的杂散光，将提高被投射在显示屏27上的图像25的质量。在图1所示的具体示例中，光电二极管29布置成使得光电二极管29还从与光束分光器11的第一表面17平行偏离。

如图1所示，光束组合器7（在本示例中由三个半反射窗7a、7b、7c限定）、光束分光器11、MEMS微镜装置21布置成使得由MEMS微镜23反射的主光束15穿过从光束组合器7传到光束分光器11的组合光束9。这具有减少由MEMS微镜23反射的主光束15中的斑点的效果。减少斑点提供更清晰更锐利的投射图像25。

光学器件1还包括控制器32，控制器32可与光电二极管29操作上连通以接收与由光电二极管29测量的辅助光束的一个或多个特性有关的数据。控制器32可以处理与辅助光束的一个或多个特性有关的数据以获得与主光束13的一个或多个特性有关的数据。控制器32还可与每个光源3a、3b、3c操作上连通并且可以控制每个光源3a、3b、3c，以使得主光束13的一个或多个特性可以保持在一个或多个预定特性。通过控制主光束13，投射图像25的光学特性受到控制。因此，通过控制主光束13的特性以使得这些特性保持在一个或多个预定特性，投射图像25的光学特性可以保持在预定光学特性。应当注意，控制器32可以是微控制器；控制器32可以构造成还与另一数字处理单元（微控制器、FPGA等）通信以共享信息或计算或执行算法。

光学器件1可以操作以将图像25投射在显示屏27上。在操作期间，光源3a、3b、3c操作以分别发出红色光束5a；绿色光束5b；和蓝色光束5c。光束5a、5b、5c在光束组合器7中组合以提供组合光束9。光束分光器11然后将组合光束9分成主光束13和辅助光束15，其中辅助光束15的特性表征主光束13的特性。主光束13被从光束分光器11穿过光束分光器11的第一表面17发出，辅助光束被从光束分光器11穿过光束分光器11的第二表面19发出。辅助光束15在光电二极管29处被接收，光电二极管29构造成从与光束分光器11的第二表面19平行偏离。使用光电二极管29检测辅助光束15的一个或多个特性。由光电二极管29检测的辅助光束15的一个或多个特性经处理以确定主光束13的特性。光源3a、3b、3c可以由控制器32调节以使得主光束13的被确定的特性匹配预定特性。MEMS微镜装置21的MEMS微镜23朝向显示屏27反射主光束13，并且围绕MEMS微镜23的振荡轴振荡以沿着显示屏扫描主光束13，以在显示屏27上显示出投射图像25。通过控制光源3a、3b、3c以使得主光束13的被确定的特性匹配预定特性，显示屏27的光学特性可以保持在预定光学特性。

光学器件1还包括用于检测辅助光束15入射在光电二极管29上的位置的检测装置35。检测装置35可以构造成与光电二极管29形成一体。这将能够检测出光源3a、3b、3c的未对准。例如，如果辅助光15被检测出在光电二极管29上的位置是光电二极管29上预定区域外侧，则可以确定光源3a、3b、3c中的一个或多个未对准。这在制造阶段特别有用；在这些阶段中，在将MEMS微镜装置21结合到光学器件中之前，可以根据需要使用检测装置35执行测试以检测光源3a、3b、3c是否对准。如果发现光源3a、3b、3c正确对准（例如，用于检测辅助光束15入射在光电二极管29上的位置的检测装置35，检测到辅助光束15在光电二极管29上预定区域内侧的位置上入射），则可以通过结合MEMS微镜装置21来完成光学器件1。但是，在很多情况下，例如由于制造缺陷或者误操作，光源3a、3b、3c将会未正确对准。具有未对准的光源3a、3b、3c的光学器件1不能适当地起作用，并且这些有缺陷的光学器件必须被弃用。如果检测装置35显示光源3a、3b、3c未对准（例如，检测装置35检测出辅助光束15在光电二极管29上预定区域外侧的位置上入射），则可以在将MEMS微镜装置21结合到光学器件1中之前弃用该光学器件1。因此，检测装置35使得MEMS微镜装置21能够仅被结合到光源3a、3b、3c正确对准的那些光学器件1中。

在图1所示的实施例中，光学器件1构造成使得光束分光器11直接与MEMS微镜装置21的MEMS微镜23光学连通。因此，在光束分光器11和MEMS微镜23之间没有布置光学元件。由于MEMS微镜23接收直接来自光束分光器11而不需要穿过任意其他光学元件的主光束13，因此在主光束13从光束分光器11传到MEMS微镜23时将有很少或者没有光学损失。因此，在入射到光束分光器11上的主光束15的特性和最终到达MEMS微镜23并被检测到的主光束15的特性之间有很少或者没有差异。因此，由光电二极管29在光束分光器11处获得的辅助光束15的特性将精确表现由MEMS微镜23接收并反射的主光束15的特性。结果，因此可以实施对到达MEMS微镜23的主光束15的更精确控制，因此可以实现对由MEMS微镜23反射和扫描的主光束15的更精确控制。这使得投射图像25的光学特性能够被更精确控制。

图2a-图2c提供用于图1所示的光学器件1中的光束分光器11和光电二极管29的不同可能构造的侧视图。图2a示出标准光束分光器11，其中光束分光器的第一表面17和第二表面19平行。光电二极管29布置成使得光电二极管29从与光束分光器11的第一表面17和第二表面19都平行偏离。在图1所示的光学器件中，光束分光器11和光电二极管29布置成如图2a所示。但是，应当理解，为使本发明起作用，光电二极管29仅需要从与第一表面17或第二表面19中至少一个平行偏离。因此，为实现本发明的有利效果，光电二极管29仅需要布置成使得光电二极管29从与光束分光器29的第一表面17或第二表面19平行偏离。图2b和图2c示出光束分光器11和光电二极管29的可能构造，其中光电二极管29从与光束分光器29的第一表面17或第二表面19中一者平行偏离。

图2b示出光束分光器11b；与图2a中所示的光束分光器11不同，光束分光器11b的第一表面17b和第二表面19b不平行；而是光束分光器11b为楔形。光束分光器11b构造成使得光束分光器11b的第一表面17b竖直，光束分光器11b的第二表面19b从竖直法向偏离。光电二极管29布置成与光束分光器11b的第二表面19b平行。由于光束分光器11b的第一表面17b和第二表面19b不平行，通过将光电二极管29布置成使得光电二极管29与第二表面19b平行，光电二极管29将被布置成使得光电二极管29从与光束分光器11b的第一表面17b平行偏离。在图2b所示的具体示例中，光电二极管29被固定到光束分光器11b的第二表面19b。可以使用任意适合固定装置将光电二极管29固定到光束分光器11b的第二表面19b。

图2c示出用于图1所示的光学器件1中的光束分光器11和光电二极管29的另一可能构造。图2c所示的构造类似于图2b所示的构造；光束分光器11c的第一表面17c和第二表面19c不平行；而是光束分光器为楔形。与图2b所示构造不同，光束分光器11c的第二表面19c竖直，光束分光器11c的第一表面17c从竖直法向偏离。光电二极管29布置成与光束分光器11c的第二表面19c平行。由于光束分光器11c的第一表面17c和第二表面19c不平行，通过将光电二极管29布置成使得光电二极管29与第二表面19c平行，光电二极管29将被布置成使得光电二极管29从与光束分光器11c的第一表面17c平行偏离。在图2c所示的具体示例中，光电二极管29被固定到光束分光器11c的第二表面19c。可以使用任意适合固定装置将光电二极管29固定到光束分光器11c的第二表面19c。光学器件1的另一特征是光学器件1包括单个导电构件，单个导电构件构造成电连接光源3a、3b、3c、光电二极管29、和MEMS微镜装置21中的每一个。单个导电构件可以电连接光源3a、3b、3c、光电二极管29和MEMS微镜装置21、检测装置35和控制器32中的每一个。图3提供用在图1的光学器件中的单个导电构件40的透视图；图3示出与光学器件1绝缘的单个导电构件40。单个导电构件40包括柔性材料，柔性材料使得单个导电构件40能够根据需要弯曲。

如图3所示，单个导电构件40包括五个电触头41a-41e；电触头41a-41c分别用于建立与每个光源3a、3b、3c的电连接；电触头41d用于建立与光电二极管29的电连接；电触头41e用于建立与MEMS微镜装置21的电连接。单个导电构件40包括主导电平台43，主导电平台43电连接五个电触头41a-41e中的每一个。应当理解，导电构件40可以具有任意数量的电触头。设置在导电构件40中的电触头的数量可以取决于导电构件将电连接的部件的数量。

图1所示的光学器件1还包括外壳37。外壳37容纳光源3a、3b、3c、光束组合器7、光束分光器11和光电二极管29。外壳37还可以构造成容纳MEMS微镜装置21，或者可替换地，如之后将讨论的，MEMS微镜装置21可以限定外壳37的一部分。

窗口39设置在外壳37中。由MEMS微镜23反射的光可以从外壳37穿过窗口39发出，以使得光可以入射在显示屏27以在显示屏27上投射出投射图像25。窗口39可以具有任意适合构造。窗口39可以构造成调节穿过窗口39的光的光学特性。窗口39可以采取要求根据需要调节穿过窗口39的光的光学特性的任意适合构造。窗口39构造成振动以减少斑点效应；光学器件1包括可操作以振动窗口39的振动装置（未示出）。

图4a-图4e提供如何将窗口39构造成使得窗口39将调节穿过窗口39的光45的光学特性的示例的透视图。图4a示出如何将窗口39构造成改变穿过窗口39的光45的方向，即，将光45的方向向上改变；可选地，图4a所示的窗口39可以构造成改变光45的方向以使得光45被垂直地引导，即，光45从入射在窗口39上的水平方向改变方向90度到达在光45离开窗口39时的竖直方向。图4b示出如何将窗口39构造成发散穿过窗口39的光45。使光45发散将增大投射图像25的尺寸。图4c示出如何将窗口39构造成聚焦穿过窗口39的光45。使光聚焦将减小投射图像的尺寸并且将增强图像亮度。图4d示出窗口39当然可以构造成使得光45的方向保持不改变。图4e示出用于窗口39的另一可能构造。图4e示出窗口39可以由棱镜46限定。图4e所示的棱镜46具有五个侧面。应当理解，棱镜46可以具有任意数量的侧面，并且不限于具有五个侧面。具有五个侧面的棱镜46将被称作五棱镜46。如图4e所示，五棱镜46可以将光45的方向从水平方向改变成竖直方向。窗口39还可以包括抗斑点层44，抗斑点层44设置在窗口39的一个或多个表面上。抗斑点层44将减少在光45穿过窗口39被投射在投影屏上时产生斑点效应。

除了窗口39之外或者替换窗口39，由MEMS微镜23反射的光可以从外壳37内部发出到棱镜47或反射板48。图4f和图4g分别示出棱镜47和反射板48。棱镜47具有表面49，表面49布置成与水平法向成45º；但是应当理解，棱镜47可以可替换地构造成具有布置成与水平法向成任意其他角度的表面49。板48也被示出与水平法向成45º取向。棱镜47和反射板48定位成使得它们可以将光45的方向从水平方向改变至竖直方向。但是应当理解，棱镜47和反射板48可以定向成任意其他特点取向以将光45的方向改变成任意其他方向。与窗口39不同，光45不穿过棱镜47或反射板48。

如果除窗口39之外还使用棱镜47或反射板48，则棱镜47或反射板48布置在光学器件1中以使得棱镜47或反射板48将接收穿过窗口39的光45。如果使用棱镜47或反射板48替代窗口39，则棱镜47或反射板48布置在光学器件1中以使得棱镜47或反射板48直接接收由MEMS微镜23反射的光。

棱镜47和/或反射板48还可以在棱镜47和/或反射板48的一个或多个表面上具有抗斑点层（未示出）。抗斑点层将减少在光45被投射在投影屏上时产生的斑点效应。

抗斑点层44可以构造成振动以进一步减少斑点效应。抗斑点层44可以包括可以漫射光的材料。抗斑点层44可以包括构造成从穿过抗斑点层44的光束产生多个输出光角度的材料；多个输出光角度可以较小。抗斑点层44可以包括构造成产生穿过抗斑点层44的光束的多种偏振的材料。抗斑点层44可以包括构造成从穿过抗斑点层44的光束产生多个波长的材料。

可以用在抗斑点层中的材料可以是通常衍射、漫射的材料或者可以在半透明介质中生成全息图案的材料（如聚合物或PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯））或由具有漫射或衍射光能力的纳米材料组成的材料。通过具有默认改变光偏振的LCD透射面板可以完成光束的多种偏振的产生。

窗口39可以构造成使光暗淡；例如，窗口可以包括构造成使穿过窗口39的光暗淡的层。窗口优选包括可以调节偏振的LCD透射面板。通过改变LCD透射面板的偏振性，穿过LCD透射面板的光的特性（例如强度）会改变；因此从窗口输出的光的强度会因此减小从而实现使光暗淡。

图4h示出如何构造图1的光学器件1中的窗口39的另一可能示例。如图4h所示，窗口39还可以包括功能部分101。功能部分101可以与窗口39形成一体。功能部分101优选地在窗口39的整个表面103的一部分上延伸。功能部分101可以包括构造成测量穿过窗口39的光的一个或多个特性的光电二极管。例如，光电二极管可以构造成测量穿过窗口39的光的光强度和/或角度或对准性。功能部分101可以附加地或可替换地包括反射表面。反射表面可以布置成将穿过窗口39的至少某些光反射至感测装置（未示出），感测装置构造成感测光的一个或多个特性。感测装置可以是光电二极管。功能部分101可以包括光吸收层，光吸收层布置成减少从窗口39反射到光学器件1内部的杂散光。

图5提供根据本发明的另一实施例的光学器件500的俯瞰图。光学器件500具有很多与图1所示的光学器件1相同的特征，相同的特征被赋予相同的附图标记。

光学器件500包括第二光束分光器501。第二光束分光器501布置在光束组合器（7、7a、7b、7c）和光束分光器11之间的光路中，以使得组合光束9由第二光束分光器501接收。第二光束分光器501布置成将其接收的组合光束9偏转到MEMS微镜23。未被偏转到MEMS微镜23的一部分光（即，光9c）穿过第二光束分光器501到达光束分光器11。

光学器件500还包括第二和第三光电二极管505a、505b。MEMS微镜23还布置成将其从第二光束分光器501接收的光束9a偏转到第二和第三光电二极管505a、505b。由MEMS微镜23偏转的光（即，偏转光束9b）由第二和第三光电二极管505a、505b接收。第二和第三光电二极管505a、505b构造成感测它们从MEMS微镜23接收的偏转光束9b的一个或多个特性。第二和第三光电二极管505a、505b构造成感测偏转光束9b的位置；偏转光束9b的位置与MEMS微镜23的扫描角相关，因此从偏转光束9b的感测位置可以确定MEMS微镜23的扫描角。第二和第三光电二极管505a、505b还构造成感测它们从MEMS微镜23接收的偏转光束9b的位置变化速率；偏转光束9b的位置变化速率与MEMS微镜23的振荡速度相关，因此从偏转光束9b的感测的位置变化速率可以确定MEMS微镜23的振荡频率。

图6提供根据本发明的另一实施例的光学器件600的俯瞰图。光学器件600具有很多与图1所示的光学器件1相同的特征，相同的特征被赋予相同的附图标记。

光学器件600还包括第二光束分光器601。第二光束分光器601布置在光束组合器（7、7a、7b、7c）和光束分光器11之间的光路中，以使得组合光束9由第二光束分光器601接收。第二光束分光器601布置成将其接收的组合光束9的一部分9a偏转到装置603。未被偏转到装置603的一部分光（即，光9c）穿过第二光束分光器601到达光束分光器11。

装置603构造成检测光的一个或多个特性。装置603可以是光电二极管、分光计、或可操作以检测光的一个或多个特性的任意其他装置。当装置603接收从第二光束分光器601偏转的光9a时，装置603操作以检测光9a的一个或多个特性。

图7提供根据本发明的另一实施例的光学器件50的俯瞰图。光学器件50具有很多与图1所示的光学器件1相同的特征，相同的特征被赋予相同的附图标记。与图1所示的光学器件1不同，光束分光器11和光电二极管定位成使得由MEMS微镜23反射的主光束13不穿过组合光束9。

光学器件50还包括反射表面51形式的反射装置，反射表面51与窗口39形成一体。反射表面51布置成接收来自光束分光器11的主光束13并且将主光束13反射到MEMS微镜装置21的MEMS微镜23。通常，在现有技术器件中，反射装置设置成单独的反射镜部件；但是，本发明通过将反射表面51结合到窗口39中有利地实现更紧凑的光学器件50。光学器件50与现有技术光学器件相比具有更少的单独光学部件。

图8a提供用在上述光学器件1、50中的每一个中的外壳37的可能构造的俯瞰图。图8b提供图8a所示的外壳37的后视图。

从图8a可以看出，外壳37构造成使得MEMS微镜装置21能够限定外壳37的至少一部分表面61、63、65、67。图8a示出MEMS微镜装置21的上表面69限定外壳37的上表面61的一部分。MEMS微镜装置21的侧表面73、75还分别限定外壳37的侧表面63、65的一部分。从图6b可以更清楚地看出，MEMS微镜装置21的下表面71还限定外壳37的下表面67的一部分。因此，MEMS微镜装置21限定外壳37的表面61、63、65、67中每一个的一部分。应当理解，外壳37可以可替换地构造成使得MEMS微镜装置21限定外壳37的表面61、63、65、67中仅某一些表面的一部分；例如，外壳37可以构造成使得仅MEMS微镜装置21的上表面69和MEMS微镜装置21的下表面71能够分别限定外壳37的上表面61和下表面67的一部分。

有利地，由于MEMS微镜装置21限定外壳37的表面61、63、65、67的至少一部分，光学器件1、50变得更紧凑。例如，如果MEMS微镜装置21的上表面69和下表面71各自分别限定外壳37的上表面61和下表面67的一部分，则由于外壳37不会延伸超过MEMS微镜装置21的上表面69和下表面71，所以光学器件1、50的整体厚度可以减小。在这种情况下，光学器件1、50的厚度“t”将不会多出MEMS微镜装置21的厚度“T”。由于光学器件1、50的整体厚度“t”减小，可以实现更紧凑的光学器件1、50。

在不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，本发明的所述实施例的各种修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。尽管结合具体优选实施例描述了本发明，但是应当理解要求保护的本发明不应过度限制于这种具体实施例。

Claims

1.一种光学器件，包括：

多个光源，每个光源可操作以提供光束；

至少一个光束组合器，所述光束组合器可操作以将来自所述多个光源的光束组合以提供组合光束；

光束分光器，所述光束分光器布置成接收所述组合光束并且将所述组合光束分成主光束和辅助光束，其中所述辅助光束的一个或多个特性表征所述主光束的一个或多个特性，其中所述光束分光器包括第一表面和第二表面，所述第一表面反射所述主光束，使得所述主光束从所述光束分光器发出，所述辅助光束穿过所述第二表面从所述光束分光器发出；

反射镜部件，所述反射镜部件包括反射镜，其中所述反射镜部件布置成使得所述反射镜能够反射穿过所述光束分光器的所述第一表面发出的所述主光束，并且其中所述反射镜能够围绕至少一个振荡轴振荡以扫描所述主光束；

其中，所述光学器件还包括光电二极管，所述光电二极管构造成接收所述辅助光束并且检测所述辅助光束的一个或多个特性，其中所述光电二极管构造成使得所述光电二极管的表面从与所述光束分光器的所述第一表面或所述第二表面中的至少一个平行偏离，以减少被引导至所述反射镜的杂散光的量。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述光电二极管还构造成从与所述光束分光器的所述第一表面和所述第二表面两者平行偏离。

3.根据权利要求1所述的光学器件，还包括控制器，所述控制器可与所述光电二极管可操作地连通以接收与表征所述主光束的一个或多个特性的所述辅助光束的一个或多个特性有关的数据，并且控制多个激光器中的每一个以使得所述主光束的一个或多个特性保持在一个或多个预定特性。

4.根据权利要求1所述的光学器件，还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述辅助光束入射在所述光电二极管上的位置。

5.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述光束分光器布置成直接与所述反射镜光学连通。

6.根据权利要求中1所述的光学器件，还包括具有窗口的外壳，由所述反射镜反射的所述主光束能够穿过所述窗口，其中所述光学器件还包括反射表面，所述反射表面布置成接收来自所述光束分光器的所述主光束并且将所述主光束反射至所述反射镜，其中所述反射表面构造成与所述窗口形成一体。

7.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述光束组合器、所述光束分光器和所述反射镜布置成使得由所述反射镜反射的所述主光束穿过所述组合光束，以减少在由所述反射镜反射的所述主光束中的斑点。

8.根据权利要求1所述的光学器件，还包括窗口，由所述反射镜反射的所述主光束能够穿过所述窗口，其中所述窗口构造成调节穿过所述窗口的所述主光束的光学特性。

9.根据权利要求8所述的光学器件，其中，所述窗口构造成减少斑点效应。

10.根据权利要求1所述的光学器件，还包括外壳，其中所述反射镜部件限定所述外壳的表面的至少一部分。

11.根据权利要求1所述的光学器件，还包括第二光束分光器，其中所述第二光束分光器布置成使所述组合光束的一部分偏转。

12.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述光学器件包括单个导电构件，所述单个导电构件构造成电连接所述光源、所述光电二极管和所述反射镜部件中的每一个。

13.一种包括根据权利要求1所述的光学器件的投影装置。

14.一种投射图像的方法，所述方法包括如下步骤：

操作多个光源以使得每个光源提供光束；

将所述光束组合以提供组合光束；

使用光束分光器将所述组合光束分成主光束和辅助光束，其中所述辅助光束的特性表征所述主光束的特性，其中所述光束分光器包括第一表面和第二表面，所述主光束穿过所述第一表面从所述光束分光器发出，所述辅助光束穿过所述第二表面被发出；

使用光束分光器将所述主光束反射到反射镜；

在光电二极管处接收所述辅助光束，所述光电二极管构造成使得所述光电二极管的表面从与所述光束分光器的所述第一表面或所述第二表面中的至少一个平行偏离；

使用所述光电二极管检测所述辅助光束的一个或多个特性；

处理所述辅助光束的被检测的一个或多个特性以确定所述主光束的特性；

扫描所述主光束以将图像投射在显示屏上。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括如下步骤：调节所述多个光源中的一个或多个光源，以使得所述主光束的一个或多个特性匹配一个或多个预定特性。