CN1070331C - 光学投影系统 - Google Patents
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Abstract
一个光学投影系统包括一个非点白光源，一个光源透镜，一个光源挡光器，一个光学装置，一个第一、一个第二和一个第三具有M×N个带驱动反射镜的阵列，一个包括一个第一和一个第二分色镜的分束装置，一个第一、一个第二和一个第三场透镜，一个投影挡光器，一个投影透镜和一个投影屏。场透镜中的每一个定位在每一个分色镜和每个具有带驱动反射镜的阵列之间且被用来将每束基本光束准直到相应的具有带驱动反射镜的阵列上，并且将每束反射后的基本光束重新聚焦通过分束装置和光学装置，最终到达投影挡光器。
Description
本发明的技术领域
本发明涉及一种光学投影系统，且，更特殊地，涉及一种具有一种新的光学挡光装置的光学投影系统。
背景技术
在本技术领域可以获得的多种视频显示系统中，已知一个光学投影系统能够在一个大的范围上提供高质量的图象。
在图1中所示为一个现有技术光学投影系统100，该系统包括非点白光源1，一个设置有多个反射表面和相应数目狭缝的纹影条2(schlierenbar)，一个光源透镜3，一个投影透镜4，一个场透镜系统5，一个投影屏6，一个包括一个第一和一个第二分色镜8,9的分束装置，以及具有M×N个带驱动反射镜13的一个第一、一个第二和一个第三阵列。
在这样一个系统中，一束从非点白光源1发出的白光沿着第一光学光路通过光源透镜3被聚焦到纹影条2的反射表面上，其中的白光由一个第一、一个第二和一个第三基本光束组成，基本光束中的每一束即为基色中的一个。纹影条2的反射表面与光源透镜3和场透镜系统5呈面对面的关系。从反射表面中的每一个反射的白光沿一个第二光路发散并由场透镜系统5进行准直，从而均匀地照射到分束装置7上，分束装置7包括第一和第二分色镜8,9，其中第一分色镜8被设置在场透镜系统5和第二分色镜9之间且面对具有M×N个带驱动反射镜13的第一阵列10，而第二分色镜9介于第一分色镜8和具有M×N个带驱动反射镜13的第三阵列12之间且面对具有M×N个带驱动反射镜13的第二阵列11。第一分色镜8接收来自场透镜系统5的白光，将白光中的第一基本光束反射到具有M×N个带驱动反射镜13的第一阵列10上，并使第二和第三基本光束透过到达第二分色镜9，而分色镜9又接收来自第一分色镜8的第二和第三基本光束，将第二基本光束反射到具有M×N个带驱动反射镜13的第二阵列11上，并使第三基本光束透过到达具有M×N个带驱动反射镜的第三阵列12上。阵列10,11,12中的带驱动反射镜13中的每一个对应被显示的每一个像素。
在阵列10,11,12中的每一个阵列中，从带驱动反射镜13中的每一个反射后的基本光束的光路由其偏转量来确定。
在阵列10,11,12中的每一个阵列中，从没有偏转的带驱动反射镜中的每一个反射的基本光束由场透镜系统5且通过第一和第二分色镜8,9被沿着第二光路聚焦回到纹影条2上并且被其反射表面阻挡，而在阵列10,11,12中的每一个阵列中，从偏转的带驱动反射镜中的每一个反射的基本光束由场透镜系统5且通过第一和第二分色镜8,9被沿着一个第三光路聚焦回到纹影条2上，从而使聚焦光束的一部分通过其狭缝。在阵列10,11,12中的每一个阵列中，来自带驱动的反射镜13中的每一个且通过狭缝的基本光束透过投影透镜4，而投影透镜4将在阵列10,11,12中的每一个阵列中来自带驱动反射镜13中的每一个的已透过的基本光束投影到投影屏6上，由此显示与其相对应的像素中的每一个。
上述光学投影系统100的主要缺点之一在于使用纹影条2。因为从非点光源1放出的白光以一个固定的角度被聚焦到纹影条2的反射表面上，从其反射的白光是极其发散的且具有一个大的光束直径，为了将这样一束白光均匀地照射到分束装置7以及具有M×N个带驱动反射镜13的阵列10,11,12上，然后将从具有M×N个带驱动反射镜13的阵列10,11,12反射的光重新聚焦到纹影条2上，其中使用的场透镜系统5必须变得极其复杂。
发明的公开
因此，本发明的一个主要目的是要提供一种不采用一个纹影条的光学投影系统，从而排除了为此提供一个复杂场透镜系统的要求。
根据本发明，所提供的一个光学投影系统能够显示M×N个象素，其中M和N是整数，包括：用来在一个第一光学平面上沿一个第一光路发出一束白光的一个非点白光源，其中的白光由一个第一、一个第二和一个第三基本光束组成，基本光束中的每一束即为基色中的一个；一套三个具有M×N个带驱动反射镜的阵列，包括一个第一、一个第二和一个第三具有带驱动反射镜的阵列，带驱动反射镜中的每一个具有一个驱动器和一个与其相连的反射镜，在阵列中的每一个带驱动反射镜能够改变从其反射的基本光束的光路；一个光源挡光器，设置有一个具有一个特定形状的透光部分和一个挡光部分且被设置在第一光学平面中的第一光路中，用来将来自非点白光源的白光整形成一个预先确定的形状；一个光源透镜，设置在光源挡光器与非点白光源之间，用来将由非点白光源发出的白光聚焦到光源挡光器上；一个光学装置，用来以一个预先确定的角度反射来自光源挡光器的白光；一个分束装置，包括一个第一和一个第二分色镜，其中第一分色镜设置在光学装置和第二分色镜之间且面对具有M×N个带驱动反射镜的第一阵列，被用来编离并反射来自光学装置的白光中第一基本光束并使其到达具有M×N个带驱动的反射镜的第一阵列，并且使第二、第三基本光束透过到达第二分色镜，而第二分色镜设置在第一分色镜和具有M×N个带驱动反射镜的第三阵列之间且面对具有M×N个带驱动反射镜的第二阵列，在接收来自第一分色镜的第二、第三基本光束时用来隔离并反射第二基本光束并使其到达具有M×N个带驱动反射镜的第二阵列，并使第三基本光束透过到达具有M×N个带驱动的反射镜的第三阵列；一套三个场透镜，包括一个第一、一个第二和一个第三场透镜，第一、第二和第三场透镜中的每一个分别定位在第一分色镜与具有M×N个带驱动反射镜的第一阵列之间，第二分色镜与具有M×N个带驱动反射镜的第二阵列之间，以及第二分色镜与具有M×N个带驱动反射镜的第三阵列之间，其中场透镜中的每一个被用来将基本光束中的每一束准直到相应的具有M×N个带驱动反射镜的阵列上且将从每个阵列中的每个带驱动反射镜反射的基本光束中的每一束重新聚焦；一个投影屏，用来在其上面显示一个由M×N个像束构成的图像；一个投影挡光器，设置有一个透光部分和一个挡光部分，用来使从一套三个具有M×N个带驱动反射镜的阵列反射后的基本光束中的一部分光通过，这部分的量是预先确定的；以及一个投影透镜用来将来自投影挡光器的基本光束投影到投影屏上去，从而在其上相应的地方显示像素中的每一个。
附图简述
从下面结合附图对优选实施方案进行的描述中，本发明连同上述及其他目的和优点将变得明显，其中：
图1所示为一个现有技术光学投影系统的示意图；
图2所示为根据本发明的一个优选实施方案的一个光学投影系统的示意图；
图3所示为该光学投影系统的一个示意图，其中包括了图2中所示的光学装置和一个详细视图；且
图4所示为该光学投影系统的一个示意图，其中包括了图2中所示的第一种光学装置的一个详细视图。
本发明的实施模式
现参考图2至4，提供了根据本发明的优选实施例的本发明的光学投影系统的示意图。应该指出的是，在图2至4中出现的相同部分用相同的参考数字来表示。
在图2中，所示为本发明的光学投影系统200一个示意图，包括一个非点白光源101，一个光源透镜102，一个设置有一个具有特定形状的透光部分51和一个挡光部分61的光源挡光器103，一个包括一个反射面120的光学装置104，一个包括一个第一和一个第二分色镜的106,107分束装置，一套三个具有M×N个带驱动反射镜111的阵列，包括一个第一、一个第二和一个第三具有M×N个带驱动反射镜111的阵列108,109,110，一个设置有一个具有特定形状的透光部分52和一个挡光部分62的投影挡光器115，一个投影透镜116和一个投影屏117。
在这样一个系统中，从非点白光源101的一束白光由设置在非点白光源101和光源挡光器之间的光源透镜102沿一个第一光学平面中的一个第一光路聚焦到光源挡光器103上的透光部分51上，其中的白光由一个第一、一个第二和一个第三基本光束组成，基本光束中的每一束即为基色中的一个。光源挡光器103被用来将来自非点白光源101且通过光源透镜镜102的白光整形成一个预先确定的形状，即使白光中的单个部分通过其透光部分51。来自光源挡光器103且具有预先确定形状的白光传播到光学装置104的反射表面120上。光学装置104的反射表面120，以一个角度，例如48°-50°，相对于第一光学平面倾斜，与光源挡光器103和分束装置105呈面对面的关系。从光学装置104的反射表面120反射的白光沿一个第二光路传播，且均匀地照射到包括第一和第二分色镜106,107的分束装置105上。第二光路相对于第一光路118倾斜80°-100°。第一分色镜106，以一个角度如45°，倾斜，被设置在光学装置104和第二分色镜107之间且面对具有M×N个带驱动反射镜111的第一阵列108，它接收来自光学装置104的反射表面的白光，隔离并反射白光中的第一基本光束并使其到达具有M×N个带驱动反射镜111的第一阵列108，并且使第二、第三基本光束透过到达第二分色镜107。第二分色镜，以一个角度，如45°，倾斜，被设置在具有M×N个带驱动反射镜111的第三阵列110和第一分色镜之间且面对具有M×N个带驱动反射镜111的第二阵列109，在接收来自第一分色镜的第二、第三基本光束时用来隔离并反射第二基本光束并使其到达具有M×N个带驱动反射镜111的第二阵列109，并且使第三基本光束透过到达具有M×N个带驱动反射镜111的第三阵列110。在阵列108,109,110中的每个带驱反射镜包括一个反射镜53和一个由一种压电材料或一种电致伸缩材料制成的驱动器54，这些材料根据加在其上的电场来改变其形状。在阵列108,109,110中的每个带驱动反射镜111对应对要显示的每个像素。
第一、第二和第三场透镜112,113,114中的每一个分别定位在第一分色镜106与具有M×N个带驱动反射镜111的第一阵列108之间，第二分色镜107与具有M×N个带驱动反射镜111的第二阵列109之间，以及第二分色镜109与具有M×N个带驱动反射镜111的第三阵列110之间，它们被用来将来自分束装置105中的分色镜106,107中的每一个的每束基本光束准直并由此将每束基本光束均匀地照射到相应地、具有M×N个带驱动反射镜的阵列上。
在阵列108,109,110的每一个阵列中，从每个带驱动反射镜111反射后的基本光束的光路由其偏转量来确定。
在阵列108,109,110中的每一个中，从每个没有偏转的带驱动反射镜反射后的基本光束由相应的场透镜且通过分束装置105被聚焦回到投影挡光器115上，并且被设置在投影透镜116和光学装置104之间的投影挡光器115的挡光部分62阻挡，而在阵列108,109,110中的每一个中，从偏转的带驱动反射镜反射后的基本光束由相应的场透镜且通过分束装置105沿着一个第三光路被聚焦回到纹影挡光器115上，从而使聚焦后的基本光束中的一部分通过投影挡光器115的透光部分52，由此调制了基本光束的强度。
为了使构成从非点白光源101发出的白光的基本光束能够对应于投影屏117上的一个电信号形成一个图象，每束基本光束在光学装置104与带驱动反射镜111阵列108,109,110中的每一个之间的光路必须具有相同的长度。再有，每束基本光束从光源挡光器103到具有M×N个带驱动反射镜111阵列108,109,110中的每一个以及从具有M×N个带驱动反射镜111的阵列108,109,110中的每一个到投影挡光器115所通过的光路也必须具有相同的长度。这是通过将光源和投影挡光器103,115定位在所采用的场透镜112,113,114的焦点上来实现的。另外，当所有通过光源挡光器103的透光部分51的白光通过投影挡光器115的透光部分61时，光学投影系统200的光强度达到最高，这一点可以通过使光源和投影挡光器103,115的透光部分形状和大小一样来实现。
来自阵列108,109,110中的每个带驱动反射镜111且通过位于场镜112,113,114的焦点上的投影挡光器115的透光部分61的基本光束被传输到投影透镜116上，而投影透镜又将传输过来的基本光束投影到投影屏117上，从而显示了被显示的每个像素。
替代如在现有技术光学投影系统100中所观察到的那样，在分束装置7和纹影条2之间用一个复杂的场透镜，本发现的光学投影系统200采用一套三个场透镜112,113,114，场透镜中的每一个分别设置在第一分色镜106和具有带驱动反射镜111的第一阵列108之间，在第二分色镜107和具有带驱动反射镜111的第二阵列109之间，以及在第二分色镜107和具有带驱动反射镜111的第三阵列110之间。在这样一种方案下，每束基本光束成为较小发散的且具有一个较小的光束直径，因此，能够被方便地聚焦，从而排除了采用一个复杂场透镜系统的要求。
图3所示为本发明的光学投影系统200的一个示意图，其中采用了一个具有一个全反射镜54的光学装置104，该反射镜能够将来自光源挡光器的白光全部反射到分束装置105上。
另外，图4所示为本发明的光学投影系统200的一个示意图，其中采用了一个偏振分束器(PBS)55和一个λ/4板56板，其中PBS55被用来将白光分成一对偏振光束，一个第一和一个第二偏振光束，且将偏振光中的一束反射到λ/4板56上，而λ/4板56在接收从PBS55反射后的偏振光束时，被用来改变从PBS55反射后的偏振光的位相，且使位相改变后的偏振光束透过到达分束装置105。
仅针对某些优选实施例方案对本发明进行了描述，在不偏离下面权利要求中所提出的本发现的范围的情况下，可以进行其他修正和变化。
Claims (7)
1、一种能够显示M×N个像素的光学投影系统，其中M,N是整数，包括：
一个非点白光源，用来在一个第一光学平面上沿一个第一光路发出一束白光，其中的白光由一个第一、一个第二和一个第三基本光束组成，基本光束中的每一个即为基色中的一个；
一套三个具有M×N个带驱动反射镜的阵列，包括一个第一、一个第二和一个第三具有M×N个带驱动反射镜的阵列，带驱动反射镜中的每一个具有一个驱动器和一个与其相连的反射镜，在阵列中的每一个带驱动反射镜能够改变从其反射的基本光束的光路；
一个光源挡光器，设置有一个具有一个特定形状的透光部分和一个挡光部分且被设置在第一光学平面中的第一光路中，用来将来自非点白光源的白光整形成一个预先确定的形状；
一个光源透镜，设置在光源挡光器与非点白光源之间，用来将由非点白光源发出的白光聚焦到光源挡光器上；
一个光学装置，用来以一个预先确定的角度反射来自光源挡光器的白光；
一个分束装置，包括一个第一和一个第二分色镜，其中第一分色镜设置在光学装置和第二分色镜之间且面对具有M×N个带驱动反射镜的第一阵列，被用来隔离并反射来自光学装置的白光中第一基本光束并使其到达具有M×N个带驱动的反射镜的第一阵列，并且使第二、第三基本光束透过到达第二分色镜，而第二分色镜设置在第一分色镜和具有M×N个带驱动反射镜的第三阵列之间且面对具有M×N个带驱动反射镜的第二阵列，在接收来自第一分色镜的第二、第三基本光束时用来隔离并反射第二基本光束并使其到达具有M×N个带驱动反射镜的第二阵列，并使第三基本光束透过到达具有M×N个带驱动的反射镜的第三阵列；
一套三个场透镜，包括一个第一、一个第二和一个第三场透镜，第一、第二和第三场透镜中的每一个个分别定位在第一分色镜与具有M×N个带驱动反射镜的第一阵列之间，第二分色镜与具有M×N个带驱动反射镜的第二阵列之间，以及第二分色镜与具有M×N个带驱动反射镜的第三阵列之间，其中场透镜中的每一个被用来将基本光束中的每一束准直到相应的具有M×N个带驱动反射镜的阵列上且将从每个阵列中的每个带驱动反射镜反射的基本光束中的每一束重新聚焦；
一个投影屏，用来在其上面显示一个由M×N个像束构成的图像；一个投影挡光器，设置有一个透光部分和一个挡光部分，用来使从一套三个具有M×N个带驱动反射镜的阵列反射后的基本光束中的一部分光通过，这部分的量是预先确定的；以及一个投影透镜用来将来自投影挡光器的基本光束投影到投影屏上去，从而在其上相应的地方显示像素中的每一个。
2、如权利要求1的光学投影系统，其中的光学装置包括一个全反射镜，该镜能使来自光源挡光器的白光全部反射。
3、如权利要求1的光学投影系统，其中的光源挡光器包括一个透光部分和一个挡光部分。
4、如权利要求1的光学投影系统，其中的投影挡光器包括一个透光部分和一个挡光部分。
5、如权利要求1的光学投影系统，其中光源挡光器的透光部分与投影挡光器的透光部分在形状和尺寸上是相同的。
6、如权利要求1的光学投影系统，其中光源和投影挡光器设置在所采用的场透镜的焦点上。
7、如权利要求1的光学投影系统，其中的光学装置包括一个偏振分束器(PBS)和一个λ/4板，该偏振分束被用来将白光分成一对偏振光束，一个第一和一个第二偏振光束，且将偏振光束中的一束反射到λ/4板上，而λ/4板在接收从偏振分束器反射后的偏振光束时，被用来改变反射后的偏振光的位相，且使其从中透过到达分束装置。
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