CN1077293C - 具有可变焦投影透镜系统的光学投影系统 - Google Patents

具有可变焦投影透镜系统的光学投影系统 Download PDF

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Abstract

一种能够以不同的尺寸显示具有M×N个像素的图象的光学投影系统，其中M和N是整数，包括一个非点光源，一个准直透镜，一个会聚透镜，一个光学反射器，一个由M×N个带驱动反射镜组成的阵列，以及一个可变焦距投影透镜系统，该透镜系统包括一个正放大倍数透镜组和一个负放大倍数透镜组，二者相隔一个距离，其中不同尺寸的图象是通过改变可变焦距投影透镜系统中正、负放大倍数透镜组之间的距离来提供的。

Description

具有可变焦投影透镜系统的光学投影系统
本发明涉及一个光学投影系统，更特殊地，涉及一个通过采用一个可变焦投影透镜系统从而能在一个投影屏上显示不同尺寸图象的光学投影系统。
在现有技术的各种视频显示系统中，光学投影系统被认为能在大范围内提供高质量的图象。
如图1所示的一个现有技术光学投影系统100，包括一个非点光源1，一个设置有多个反射表面及相应数目狭缝的光学反射器2，一个由M×N个带驱动反射镜4组成的阵列3，一个聚焦、一个投影和一个准直透镜6、7、8，以及一个投影屏9。这样一个光学投影系统在一个未决共有申请U.S.Ser.No.08/220，799中被更完整地描述，其题目为“光学反射器件”(Optical Baffling Device)，在此引入作为参考。在这样一个系统中，从非点光源1发射的光沿着一个第一光路10被会聚透镜6会聚到光学反射器2的反射表面上。光学反射器2的反射表面与会聚透镜6和准直透镜8有面对应关系。从每一个反射表面反射的光束沿着一个第二光路11发散，并被准直透镜8准一准直，从而均匀照射到由M×N个带驱动反射镜4组成的阵列3上，每一个带驱动反射镜4对应于拟显示的每个像素。从每个带驱动反射镜4反射的光的光路由其偏转量来确定。从每个未偏转带驱动反射镜反射的光束沿着第二光路11被准直透镜8会聚后回到光学反射器2并被其反射表面阻挡，而从每个偏转后的带驱动反射镜4反射的光束沿着第三光路12被准直透镜8会聚并且使被会聚后的光束中的一部分通过反射器上的狭缝。来自每个带驱动反射镜4并透过狭缝的光束被传输给投影透镜7，并由其将来自带驱动反射镜4的传播光束会聚到投影屏9，从而显示相应的每一个像素。
上述光学投影系统的主要缺点之一就是缺乏提供不同尺寸图象的手段，在某种程度上，其中包括整个系统的尺寸都是由投影透镜的焦距预先确定的。
因此，本发明的一个基本目的就是提供一种能够提供不同尺寸图象的光学投影系统。
根据本发明，提供了一种能显示一个不同尺寸的具有M×N个像素的图象的光学投影系统，其中M和N是整数，包括：一个用于发出光束的非点光源；一个由M×N个带驱动反射镜组成的阵列，每个带驱动反射镜包括一个驱动器和一个反射镜；一个具有一个焦距和一个相应的焦点的会聚透镜；一个准直透镜；一个具有多个反射表面和狭缝的光学反射器，其中反射表面设置在会聚透镜的焦点位置，并且与会聚透镜和准直透镜有面对应关系；一个用来显示图象的投影屏；一个包括一个正放大倍数透镜和一个负放大倍数透镜的可变焦投影透镜系统，每个放大透镜具有一个主点和一个相应的焦点，当二个放大透镜的主点分开一段距离时，该可变焦距投影透镜系统具有一个焦距，其中会聚透镜被用来将从光源发出的光束沿着第一光路会聚到位于其焦点上的光学反射器的反射表面上；光学反射器的反射表面被用来沿着一个第二光路反射并使光束发散，准直透镜被用来将从光学反射器的反射表面反射后的光束准直并将准直后的光束均匀地照射到M×N个带驱动反射镜组成的阵列中的每一个反射镜上；M×N个带驱动反射镜组成的阵列中的每个反射镜被用来反射来自准直透镜的准直光束，并且在从M×N个带驱动反射镜组成的阵列中的每个反射镜反射回来的光路中造成一个变化，这种变化是通过将一个电信号加到相应的驱动器上从而改变反射镜与准直光束的相对位置来进行的；准直透镜被用来重新将从M×N个带驱动反射镜阵列中的每一个反射镜反射的光束会聚到光学反射器的反射面和狭缝上，从而使光学反射器对光束的强度进行调制；可变焦投影透镜被用来通过改变正、负放大倍数透镜主点之间的距离，在一个可变的焦距上将来自光学反射器的调制后光束会聚到投影屏上，从而使所说的光学系统以不同的尺寸显示M×N个像素组成的图象。
从下面结合所附的图对优选实施例所作的描述中，本发明的连同上述和其它目的和优点将变得明显，其中：
图1表示一个现有技术光学投影系统的简图；以及
图2所示为与本发明的一个优选实施例相一致的一个光学投影系统的简图。
图2所示为与本发明的一个优选实施例相一致的一个光学投影系统200的简图，包括一个非点光源21，一个由M×N个带驱动反射镜23组成的阵列22，带驱动反射镜23中的每一个具有一个驱动器24和一个反射镜25，一个会聚透镜26，一个准直透镜27，一个光学反射器28，一个投影屏29和一个设置有一个正(+)放大倍数透镜31和一个负(-)放大倍数透镜32的可变焦距投影透镜系统30。
会聚透镜26具有一个焦距33和一个相应的焦点34，而光学反射器28具有多个反射表面和狭缝，其中光学反射器28的反射表面位于会聚透镜26的焦点34所在的位置，并且与会聚透镜26和准直透镜27具有面对应关系。放大透镜31，32中的每一个具有一个主点35，36。
从非点光源21发出的光束由会聚透镜26沿第一光路40会聚到光学反射器28的反射表面上。光学反射器28的反射面与会聚透镜26和准直透镜27具有面对应关系，该反射面沿着第二光路41把光束反射并发散到准直透镜27上，准直透镜27又将从光学反射器28的反射表面反射后的光束准直并使其均匀照射到由M×N个带驱动反射镜23组成的阵列22上，每个带驱动的反射镜23与一个拟显示的像素相对应。由M×N个带驱动反射镜23组成的阵列22靠近或位于准直透镜27的焦点位置。
驱动器24是由一个电致位移材料，如一种压电式或一种电致伸缩材料构成，这种材料根据所加的电压产生形变。
从每个带驱动反射镜23反射后的光束的光路由偏转量确定。阵列22中的每一个反射镜25与光学反射器28的反射表面光学对准。通过将一个电信号加到每个驱动器24上，每个驱动器24以至每个反射镜25与入射光束的相对位置发生变化，从而造成从每一个反射镜25反射回去的光束的光路产生一个变化。从每一个未产生偏转的带驱动反射镜反射的光束由准直透镜27沿第二光路41会聚后回到光学反射器28的反射面，而从每一个偏转后的带驱动反射镜反射的光束由准直透镜27沿第三光路42会聚，从而使被会聚后的光束的一部分通过狭缝。换句话说，由于在光学反射器28的所有反射表面和狭缝上，每个反射光束的光路被改变了，所以从每个反射镜25反射并穿过光学反射器28的狭缝的光量被改变了，从而使光学反射器28对光束的强度进行调制。
为了在投影屏29上形成M×N个像素的图象，来自光学反射器28的调制后光束由可变焦距透镜系统30会聚到投影屏29上，系统30包括正、负放大倍数透镜31，32。在该具有创造性的光学投影系统200中，准直透镜27根据从M×N个带驱动反射镜23形成的阵列22反射的光束在接近无穷远处形成一个图象，因为阵列22位于或接近准直透镜27的焦点位置。通过在光学投影系统200中采用可变焦距投影透镜系统30，改变可变焦距投影透镜系统30的焦距，可以以不同的尺寸显示图象，这一点可以采用改变放大透镜31，32各自主点35，36之间的间隔距离来实现。
如图2所示，当主点35，36之间的间隔为d时，如果可变焦距投影透镜系统30的系统焦距为f，那么，为了获得比f大的焦距，放大透镜31，32的主点35，36必须相互移近一些，而如果要获得比f小的焦距，主点35，36必须彼此移远一些。
系统焦距f和放大透镜31，32的主点35，36之间的间隔d的关系可以用下式表示： f = f 1 · f 2 f 1 + f 2 - d
其中f1是正放大倍数透镜31的焦距，f2是负放大倍数透镜32的焦距。
结合可变焦距投影透镜系统30，应该指出，可变焦距投影透镜系统30可以由多个正放大倍数透镜和负放大倍数透镜来组成，从而提供可以变化的焦距。
已经仅针对某个优选实施例对本发明作了描述，在不偏离所附的权利要求中提出的本发明的范围的情况下，可以进行其它修正和变化。

Claims (2)

1、一种能以不同尺寸提供一个由M×N个像素组成的图象的光学投影系统(200)，其中M和N为整数，包括：
一个用于发光的非点光源(21)；
一个由M×N个带驱动反射镜(23)组成的阵列(22)，每个带驱动反射镜(23)包括一个驱动器(24)和一个反射镜(25)；
一个具有一个焦距和一个相应焦点的会聚透镜(26)；
一个准直透镜(27)；
一个具有多个反射表面和狭缝的光学反射器(28)，其中反射表面位于会聚透镜(26)的焦点位置，并且与会聚透镜(26)和准直透镜(27)具有面对应关系；
一个用于显示图象的投影屏(29)；
一个包括一个正放大倍数透镜(31)和一个负放大倍数透镜(32)的可变焦距投影透镜系统(30)，每个放大透镜(31，32)具有一个主点和一个相应的焦点，当两个放大透镜(31，32)的主点被分开一个距离时，可变焦距投影透镜系统(30)具有一个焦距，其中会聚透镜(26)被用来将来自光源的光束沿第一光路会聚到位于其焦点的光学反射器(28)的反射面上；光学反射器(28)的反射面被用来将光束沿第二光路反射并发散；准直透镜(27)用来将从光学反射器(28)反射后的光束准直并将准直后的光束均匀照射到M×N个带驱动反射镜阵列(22)中的每一个反射镜(23)上；M×N个带驱动反射镜阵列(22)中的每一个反射镜(23)被用来反射来自准直透镜(27)的准直光束，并且在从M×N个带驱动反射镜阵列(22)中的每一个反射镜(23)反射的光束的光路中造成一种变化，这种变化是通过将一个电信号加到相应的驱动器(24)上从而改变反射镜(25)与准直光束之间的相对位置来实现的；准直透镜(27)被用来将从M×N个带驱动反射镜阵列(22)反射后的光束重新会聚到光学反射器(28)的反射表面和狭缝上，并使光学反射器(28)对光束的强度进行调制；可变焦距投影透镜(30)将来自光学反射器(28)的调制后光束以一个可变化的焦距会聚到投影屏(29)上，焦距的变化是通过改变正、负放大倍数透镜主点间的距离来实现的，并使所述的光学投影系统(200)能以不同的尺寸显示具有M×N个像素的图象。
2、如权利要求1的光学投影系统，其中可变焦距投影透镜系统(30)包括多个正、负放大倍数透镜(31，32)。
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