CN1117598A - 独特的光学投影系统 - Google Patents

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Abstract

光学投影系统，包括一非点状白光光源，光源透镜，一光源挡光器，一包含第一和第二双色镜的光学装置，第一、第二和第三M×N可控反射镜阵列，第一、第二和第三场透镜，一投影挡光器，一投影透镜和一投影屏幕。光学装置中的第一双色镜包含第一部分和第二部分，其中的第一部分用来分离出一个基色光光束并使它透射到第一可控反射镜阵列上，同时把其余两个基色光光束反射到第二双色镜上，而第二部分用来反射和透射从各个可控反射镜阵列反射的各个基色光光束。

Description

独特的光学投影系统
本发明涉及一种光学投影系统，较具体地说，涉及一种具有新颖的光学遮挡装置的独特的光学投影系统。
在视像显示技术领域内可获得的各种视像显示系统中，已知光学投影系统能够在较大范围内给出高质量的图像。
图1示出了一种以往技术的光学投影系统100，它包括一个非点状白光光源1；一个史里伦(Schlieren)挡板2，其上有多个反射面和相应数目的缝隙；一个光源透镜3；一个投影透镜4；一个场透镜系统5；一个投影屏幕6；一个分光装置7，它包括第一和第二双色镜8、9；以及第一、第二和第三M×N可控反射镜(13)的阵列10、11、12。
在该系统中，由非点状白光光源1发出的白光沿着第一光路被光源透镜3聚焦在史里伦挡板2的各个反射面上，其中白光由第一、第二和第三基色光光束组成，每个基色光光束属于一个基色。史里伦挡板2的反射面面向光源透镜3和场透镜系统5放置。由于每个反射面反射的白光沿第二光路发散，并被场透镜系统5准直，从而均匀地照射包括第一和第二双色镜8、9的分光装置7，其中第一双色镜8放置在场透镜系统5和第二双色镜9之间，面向第一M×N可控反射镜(13)阵列10；而第二双色镜9放置在第一双色镜8和第三M×N可控反射镜(13)阵列12之间，面向第二M×N可控反射镜(13)阵列11。第一双色镜8接收来自场透镜系统5的白光，把白光中的第一基色光光束反射到第一M×N可控反射镜(13)阵列10上，而使第二和第三基色光光束透射到第二双色镜9上。接着，第二双色镜9接收来自第一双色镜8的第二和第三基色光光束，把第二基色光光束反射到第二M×N可控反射镜(13)阵列11上，而使第三基色光光束透射到第三M×N可控反射镜(13)阵列12上。阵列10、11、12中的每一个可控反射镜(13)都对应着要显示的每一个像素。
由各个阵列10、11、12中的各个可控反射镜13所反射的各基色光光束的光路取决于各个可控反射镜的偏转量。
从阵列10、11、12中各个没有发生偏转的可控反射镜上反射的基色光光束沿着第二光路经过第一和第二双色镜8、9，被场透镜系统5聚焦回到史里伦挡板2上，并被其上的反射面挡住；而从阵列10、11、12中各个发生了偏转的可控反射镜上反射的基色光光束沿着第三光路经过第一和第二双色镜8、9，被场透镜系统5聚焦回到史里伦挡板2上，使得有一部分聚焦的光束能穿过挡板上的缝隙。来自阵列10、11、12中各个可控反射镜(13)，并通过了缝隙的各基色光光束将射向投影透镜4，后者把来自阵列10、11、12中各可控反射镜(13)的各透镜过来的基色光光束投射在投影屏幕6上，由此显示出每一个相应的像素。
上述光学投影系统100的一个主要缺点起因于使用了史里伦挡板2。因为来自非点状光源1的白光以一个固定的角度聚焦在史里伦挡板2的各反射面上，所以在那里反射的白光是极度发散的，并具有大的光束直径，从而为了要把这样的白光均匀地照射到分光装置7和各M×N可控反射镜(13)阵列10、11、12上，然后又要把从各M×N可控反射镜(13)阵列10、11、12所反射的光重新聚焦到史里伦挡板2上，所使用的场透镜系统5必然变得极为复杂。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种不使用史里伦挡板的光学投影系统，从而排除在该系统中采用复杂场透镜系统的必要性。
根据本发明，提供了一种能够显示M×N个像素的光学投影系统，其中M和N为整数，该系统包括：一个非点状白光光源，用来沿第一光学平面上的第一光路发射白光，其中的白光由第一、第二和第三基色光光束组成，每个基色光光束属于一个基色；一个M×N可控反射镜阵列三件组，它包括第一、第二和第三M×N可控反射镜阵列，每个可控反射镜都有一个驱动器和连接在其上的反射镜，各阵列中的每个可控反射镜都能够改变在它们上面反射的各基色光光束的光路；一个光源挡光器，其上有一个具有特定形状的透光部分和一个挡光部分，它放置在第一光学平面上的第一光路中，用来使来自非点状白光光源的光成形为预定的形状；一个光源透镜，放置在光源挡光器和非点状白光光源之间，用来把由非点状白光光源发射的白光聚焦在光源挡光器上；一个包括第一和第二双色镜的光学装置，用来从来自光源挡光器的白光中分离出各个基色光光束，并分别把各个基色光光束照射到相应的各可控反射镜阵列上，其中的第一双色镜放置在光源挡光器和第一可控反射镜阵列之间，面向第二双色反射镜，用来分离出一个基色光光束，并使该光束透射到第一可控反射镜阵列上，同时把其余的两个基色光光束反射到第二双色镜上；第二双色镜放置在第一双色镜和第三可控反射镜阵列之间，面向第二可控反射镜阵，它在接收到来自第一双色镜的其余两个基色光光束时，分离出其中的一个基色光光束，并把它反射到第二可控反射镜阵列上，同时使剩下的一个基色光光束透射到第三可控反射镜阵列上；一个含有第一、第二和第三场透镜的场透镜三件组，第一、第二和第三场透镜分别放置在：第一双色镜和第一可控反射镜阵列之间，第二双色镜和第二可控反射镜阵之间，以及第二双色镜和第三可控反射镜阵列之间，这三个场透镜分别用来使各个基色光光束准直于相应的可控反射镜阵列，同时使由各个阵列中的各个可控反射镜所反射的基色光光束重新聚焦；一个投影屏幕，用来在其上显示由M×N个像素组成的图像；一个投影挡光器，其上有透光部分和挡光部分，用来使由M×N可控反射镜阵列三件组所反射的基色光光束透过预定的光量；以及一个投影透镜，用来把透过投影挡光器的基色光光束投影到投影屏幕上，由此显示各个相应的像素。
本发明的上述目的和其它目的以及优点将通过下面结合附图对优选实施例的说明而变得清楚，在附图中，
图1是以往技术的光学投影系统的原理图；
图2是根据本发明的优选实施例的光学投影系统的原理图；以及
图3是图2所示的光学装置中所使用的第一双色镜的原理图。
现在参见图2和图3，那里画出了根据本发明的优选实施例的创造性光学投影系统的原理图。需要注意，图2和图3中相同的部件用相同的参考数字表示。
在图2中，画出了创造性光学投影系统200的原理图，它包括：一个非点状白光光源101；一个光源透镜102；一个光源挡光器103，其上有一个具有特定形状的透光部分51和一个挡光部分61；一个包括第一和第二双色镜106、107的光学装置104；一个包括第一、第二和第三M×N可控反射镜(111)阵列108、109和110的M×N可控反射镜阵列三件组；一个包括第一、第二和第三场镜透112、113和114的场透镜三件组；一个带有具有特定形状的透光部分52和挡光部分62的投影挡光器115；一个投影透镜116和一个投影屏幕117。
在该系统中，由非点状白光光源101发射的白光被位于非点状白光光源101和光源挡光器103之间的光源透镜102沿着第一光学平面上的第一光路聚焦在光源挡光器103的透光部分51上，其中的白光由第一、第二和第三基色光光束组成，每个基色光光束都属于一个基色。光源挡光器103来使从非点状白光光源101发出并经过光源透镜102传来的白光成形为预定的形状，该成形是借助于使该白光中的某一部分通过挡光器上的透光部分51来实现的。从光源挡光器103来的具有预定形状的白光传播到包含第一和第二双色镜106、107的光学装置104上。以一定的角度，例如45°倾斜的，并放置在投影挡光器115和第二双色镜107之间的第一双色镜106接收来自光源挡光器103的白光，把白光中的第一基色光光束分离出来并使之透射到第一可控反射镜(111)阵列108上，同时把第二和第三基色光光束反射到第二双色镜107上。以一定的角度，例如45°倾斜的，并放置在第三可控反射镜(111)阵列110和第一双色镜106之间的，同时又面向第二M×N可控反射镜(111)阵列109的第二双色镜107，在接收到来自第一双色镜106的第二和第三基色光光束时，分离出第二基色光光束，把它反射到第二可控反射镜(111)阵列109上，同时使第三基色光光束透镜到第三可控反射镜(111)阵列110上。如图3所示，第一双色镜包括第一和第二部分24(a)和24(b)。第一双色镜106的第一和第二部分24(a)、24(b)是这样设计的：第一部分24(a)能够分离并透射一个基色光光束，同时把其余两个基色光光束反射到第二双色镜107上；而第二部分24(b)用来把由第一可控反射镜(111)阵列108反射的那个基色光光束反射到投影挡光器115上，同时使由第二、第三可控反射镜(111)阵列109、110反射的其余两基色光光束透射到投影挡光器115上。
阵列108、109、110中的每一个可控反射镜(111)都包括一个反射镜53和一个驱动器54，驱动器由压电材料或电致伸缩材料制成，它们在对施加在其上的电压作出响应时将发生形变。阵列108、109、110中的每一个可控反射镜111对应着准备显示的图像中的一个像素。
第一、第二、第三场透镜112、113、114分别位于：第一双色镜106和第一可控反射镜(111)阵列108之间，第二双色镜107和第二可控反射镜(111)阵列109之间，以及第二双色镜107和第三可控反射镜(111)阵列110之间；它们分别用来使来自光学装置104中的两个双色镜106、107的各个基色光光束准直，由此使各个基色光光束均匀地照射到相应的可控反射镜阵列上。
从各个阵列108、109、110中的各个可控反射镜111反射的各基色光光束的光路由各可控反射镜111的偏转量确定。
从各个阵列108、109、110中的各个没有发生偏转的可控反射镜上反射的基色光光束被相应的场透镜经过光学装置104聚焦返回到投影挡光器115上，并被放置在投影透镜116和光学装置104之间的投影挡光器115中的挡光部分62挡住；而从各个阵列108、109、110中各个发生了偏转的可控反射镜上反射的基色光光束被相应的场透镜沿着第三光路经过光学装置聚焦返回到投影挡光器115上，使得聚焦的基色光光束中的一部分光得以通过投影挡光器115上的透光部分52，由此调制了基色光光束的强度。
为了使组成由非点状白光光源101发出的白光的各基色光光束能在投影屏幕117上形成对应于电信号的图像，各个基色光光束在光学装置104和各个可控反射镜(111)阵列108、109、110之间的光路的长度必须相同。此外，各个基色光光束在从光源挡光器103传播到各个可控反射镜(111)阵列108、109、110时所经过的光路，以及从各个M×N可控反射镜(111)阵列108、109、110传播到投影挡光器115时所经过的光路都必须有相同的长度。这一点是这样来达到的：把光源挡光器和投影挡光器103、115放置在所使用的场透镜112、113、114的焦点处。再有，当通过光源挡光器103上的透光部分51的全部白光都能够通过投影挡光器115上的透光部分61时，该光学投影系统200的光密度可以达到它的最大值，这一点可以这样实现：使光源挡光器和投影挡光器103、115上的透光部分51、61具有相同的形状和大小。
从位于场透镜112、113、114的焦点处的投影挡光器115的透光部分61中透过的，来自各个可控反射镜(111)阵列108、109、110的各基色光光束传播到投影透镜116上，然后，后者把各透过的基色光光束投影到投影屏幕117上，由此显示出准备显示的各个像素。
本发明的光学投影系统200没有象以往技术的光学投影系统100那样在分光装置7和史里伦挡板2之间使用了复杂的场透镜系统5，而代之以使用了场透镜三件组112、113、114，并且各个场透镜分别位于：第一双色镜106和第一可控反射镜(111)阵列108之间，第二双色镜107和第二可控反射镜(111)阵列109之间，以及第二双色镜107和第三可控反射镜(111)阵列110之间。在这样的布局之下，各个基色光光束的发射度变得较小，同时光束直径也较小，因此能够被容易地聚焦，从而排除了使用复杂场透镜系统的必要性。
尽管本发明只是对某些优选实施例进行说明的，但在不偏离由所附的权利要求所确定的本发明的范畴的情形下，可以作出其它修改和变化。

Claims (6)

1、一种能够显示M×N个像素的光学投影系统，其中M和N为整数，它包括：
一个非点状白光光源，用来沿第一光学平面上的第一光路发射白光，其中的白光由第一、第二和第三基色光光束组成，每个基色光光束都属于一个基色；
一个M×N可控反射镜阵列三件组，包括第一、第二和第三M×N可控反射镜阵列，每个可控反射镜都具有一个驱动器和一个连接在其上的反射镜，各个阵列中的各个可控反射镜都能够改变在它上面反射的基色光光束的光路；
一个光源挡光器，其上有一个具有特定形状的透光部分和一个挡光部分，它放置在第一光学平面上的第一光路中，用来使由非点状白光光源所发出的白光成形为预定的形状；
一个光源透镜，放置在光源挡光器和非点状白光光源之间，用来把由非点状白光光源发射的白光聚焦在光源挡光器上。
一个包含第一和第二双色镜的光学装置，用来从来自光源挡光器的白光中分离出各个基色光光束，并把各个基色光光束照射到相应的可控反射镜阵列上，其中的第一双色镜放置在光源挡光器和第一可控反射镜阵列之间，面向第二双色镜，用来分离出一个基色光光束，使之透射到第一可控反射镜阵列上，同时把其余两个基色光光束反射到位于第一双色镜和第三可控反射镜阵之间并面向第二可控反射镜阵列的第二双色镜上，而第二双色镜在接收到来自第一双色镜的其余两个基色光光束时，从其中分离出一个基色光光束，使该分离出的基色光光束反射到第二可控反射镜阵列上，同时使剩下的一个基色光光束透射到第三可控反射镜阵列上；
一个包含第一、第二和第三场透镜的场透镜三件组，其中各个场透镜分别位于：第一双色镜和第一可控反射镜阵列之间，第二双色镜和第二可控反射镜阵列之间，以及第二双色镜和第三可控反射镜阵之间，其中的各个场透镜分别用来把各个基色光光束准直到相应的可控反射镜阵列上，并把从各个阵列中的各个可控反射镜反射的基色光光束重新聚焦；
一个投影屏幕，用来在其上显示由M×N个像素组成的图像；
一个投影挡光器，其上有一个透光部分和一个挡光部分，用来使从M×N可控反射镜阵列三件组反射的各基色光光束通过预定的光量；以及
一个投影透镜，用来把来自投影挡光器的各基色光光束投影在投影屏幕上，由此显示每一个相应的像素。
2、根据权利要求1的光学投影系统，其中光学装置中的第一双色镜包含第一和第二部分，其中的第一部分能够分离出一个基色光光束，使之透射到第一可控反射镜阵列上，同时把其余两个基色光光束反射到第二双色镜上，而第二部分用来把从第一可控反射镜阵列反射的那个基色光光束反射到投影挡光器上，同时把从第二和第三可控反射镜阵列反射并经过第二双色镜的其余两个基色光光束透射到投影挡光器上。
3、根据权利要求1的光学投影系统，其中的光源挡光器包含一个透光部分和一个挡光部分。
4、根据权利要求1的光学投影系统，其中的投影挡光器包含一个透光部分和一个挡光部分。
5、根据权利要求1的光学投影系统，其中光源挡光器的透光部分和投影挡光器的透光部分有相同的形状和大小。
6、根据权利要求1的光学投影系统，其中光源挡光器和投影挡光器都放置在该系统所使用的各场透镜的焦点处。
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