CN1135609A - 光学投影系统 - Google Patents

Abstract

光学投影系统包含非点状白光光源，光源透镜，光源光栏，反射白光的光学装置，使白光准直的场透镜，M×N薄膜可驱动反射镜的阵列，透过预定量白光的投影光栏，含有多个透镜的调制白光的预定形状的大小的中继透镜系统，把白光分成各原色光束的RGB像素滤光器，投射各原色光束的投影透镜和一个投影屏。其中RGB像素滤光器放置在投影光栏和投影透镜之间，白光只需通过RGB像素滤光器一次。

Description

光学投影系统

本发明涉及一种光学投影系统；特别是涉及一种带有新型光学挡光装置的光学投影系统。

在本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给出大幅度的高质量图像。

图1示出了以往技术的光学投影系统10的原理图，它包含一个非点状白光光源11、一个光源透镜20、一个带有光学开口26的光源光栏25、一个带有反射面55的光学装置50、一个场透镜60、一个RGB(红绿蓝)像素滤光器40、一个带有投影开口36的投影光栏35、一个投影透镜30、一个投影屏90、以及一个M×N薄膜可驱动反射镜71的阵列70。

在该系统中，从非点状白光光源11发射出的白光被光源透镜20沿着第一光路聚焦到光源光栏25上，其中的白光含有第一、第二和第三原色光束，每一原色光束对应于一个原色。光源光栏25用来把从非点状白光光源11发出并通过光源透镜20后的白光成形为预定的形状，其方法是让白光中的某一部分通过其上的开口26。透过光源光栏25并具有预定形状的白光传播到光学装置50上，其中该光学装置50的反射面55面对着场透镜60和光源光栏25。从光学装置50的反射面55反射的白光沿着第二光路发散并被场透镜60准直，由此均匀地投射到RGB像素滤光器40上，其中该RGB像素滤光器位于场透镜60和薄膜可驱动反射镜71的阵列70之间，并且面对着薄膜可驱动反射镜71的阵列70。RGB像素滤光器40接收来自场透镜60的准直的白光，并把它分成第一、第二和第三原色光束，使它们透射到薄膜可驱动反射镜71的阵列70上。阵列70中的每一个薄膜可驱动反射镜71都含有一个反射镜76、一个驱动器72、和一个有源矩阵74，其中的驱动器72由压电材料或电致伸缩材料制成，它能根据施加在其上的电信号发生形变。阵列70中的各个薄膜可驱动反射镜71分别对应着各个将被显示的像素。

从阵列70中各个薄膜可驱动反射镜71上反射的原色光束的第三光路取决于阵列70中各个薄膜可驱动反射镜71的驱动器72的形变量。

从阵列70中各个薄膜可驱动反射镜71上反射的原色光束沿着第三光路发散，当它们再次通过RGB像素滤光器40后被场透镜60聚焦返回到投影光栏35上。由于光学装置50并不位于原色光束的第三光路上，所以从阵列70中各个薄膜可驱动反射镜71反射的原色光束被场透镜60直接聚焦返回到投影光栏35上。

当从阵列70中的各个没有发生偏转的薄膜可驱动反射镜71上反射的原色光束在再次通过RGB像素滤光器40之后沿着第三光路被场透镜60聚焦返回到投影光栏35上时，使得这些原色光束不能通过投影光栏35上的投影开口36。然而，当从阵列70中的各个发生了偏转的薄膜可驱动反射镜71上反射的原色光束在再次通过RGB像素滤光器40之后沿着第三光路被场透镜60聚焦返回到投影光栏35上时，使得这些原色光束能够通过投影光栏35上的投影开口36，由此调制了各原色光束的强度。透过投影光栏35上的投影开口36的原色光束传播到投影透镜30处，后者把透过投影开口36的原色光束投射到投影屏90上，由此显示出由M×N个像素所组成的图像。

关于上述的光学投影系统10存在有一些问题。第一个也是最主要的问题是噪声问题，这是由RGB像素滤光器40将会反射一部分从光学装置50的反射面55上所反射的白光而引起的。因为该RGB像素滤光器40直接位于场透镜60和M×N薄膜可驱动反射镜71的阵列70之间的第二光路上，它将会反射从光学装置50的反射面55上所反射的白光中的某一部分，而这一部分将作为噪声出现在投影屏90上。此外，从阵列70中各个薄膜可驱动反射镜71上反射的原色光束因再次通过RGB像素滤光器40而将减小原色光束的强度，从而减小了系统10的整体光学效率。

因此，本发明的一个目的是提供一种能够防止产生噪声的光学投影系统。

本发明的另一个目的是提供一种能够使光学强度损失最小的光学投影系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种能够显示含有M×N个像素的图像的光学投影系统，其中M和N都是整数，该系统包括：一个非点状白光光源，用来发射沿着第一光路的白光，其中的白光含有第一、第二和第三原色光束，每个原色光束对应一个原色；一个M×N薄膜可驱动反射镜阵列，每个薄膜可驱动反射镜含有一个反射镜、一个驱动器和一个有源矩阵，阵列中的每个薄膜可驱动反射镜都能够改变在其上反射的白光的光路；一个光源光栏，其上带有特定形状的光源开口，它放置在第一光路中，用来使从非点状白光光源发射的白光形成预定的形状；一个光源透镜，它放置在光源光栏和非点状白光光源之间，用来使由非点状白光光源发射的白光聚焦在光源光栏上；一个光学装置，它含有一个反射面，用来把透过光源光栏的白光反射到第二光路上；一个场透镜，它放置在光学装置和薄膜反射镜阵列之间，用来使从光学装置的反射面反射的白光准直并射向薄膜可驱动反射镜阵列，并使从薄膜可驱动反射镜反射的白光沿第三光路重新聚焦；一个投影光栏，其上带有一个投影开口，它位于第三光路上，用来使从阵列中各个薄膜可驱动反射镜上反射的白光中的预定数量透过其上的投影开口，由此调制白光的强度；一个中继透镜系统，它含有多个透镜，用来调制从投影光栏透过的白光的预定形状的尺寸；一个RGB像素滤光器，用来把来自中继透镜系统的白光分成各个原色光束；一个投影屏，用来在其上显示含有N×N个像素的图像；以及一个投影透镜，用来把来自RGB像素滤光器的各原色光束投射到投影屏上，由此显示出M×N个像素的图像。

本发明的上述目的和其他的及特征将通过下面结合附图对优选实施例的说明而变得清楚明白，在附图中，

图1代表以往技术的光学投影系统的原理图；以及

图2示出根据本发明的一个优选实施例的光学投影系统的原理图。

现在参见图2，那里给出了根据本发明的一个优选实施例的光学投影系统100的原理图。

该具有创造性的光学投影系统100包括一个非点状白光光源110、一个光源透镜120、一个带有光源开口126的光源光栏125、一个含有反射面155的光学装置150、一个场透镜160、一个M×N薄膜可驱动反射镜171的阵列170、一个带有投影开口136的投影光栏135、一个含有多个透镜的中继透镜系统180、一个RGB像素滤光器140、一个投影透镜130、以及一个投影屏190。

在这个新颖的系统中，从非点状白光光源110发射的白光被位于非点状白光光源110和光源光栏125之间的光源透镜120沿着第一光路聚焦到光源光栏125的光源开口126上，其中的白光含有第一，第二，和第三原色光束，每个原色光束对应一个原色。光源光栏125的作用是，通过让白光的某一部分透过其上的光源开口126，使从非点状白光光源110发射的白光在通过光源透镜120之后成形为一个预定的形状。从光源光栏125透过的、具有预定形状的白光传播到光学装置150上。光学装置150的反射面155面向于光源光栏125和场透镜160。从光学装置150的反射面155反射的白光沿着第二光路发散，并被场透镜160准直，从而均匀地投射到M×N薄膜可驱动反射镜171的阵列170上，其中场透镜160位于光学装置150和薄膜可驱动反射镜171的阵列之间。阵列170中的每个薄膜可驱动反射镜171都含有一个驱动器172、一个有源矩阵174和一个反射镜176，其中的驱动器172由压电材料或电致伸缩材料制成，这种材料响应施加在其上的电信号将发生形变。阵列170中的各个薄膜可驱动反射镜171分别对应着准备显示的各个像素。

从阵列170中各个薄膜可驱动反射镜171上反射的白光的第三光路取决于阵列170中各个薄膜可驱动反射镜171的驱动器172的形变量。

从阵列170中各个薄膜可驱动反射镜171上反的白光沿着第三光路发散，并被场透镜160聚焦返回到投影光栏135上。因为光学装置150不位于白光的第三光路上，所以从阵列170的各个薄膜可驱动反射镜171上反射的白光被场透镜160直接聚焦返回到投影光栏135上。

当从阵列170的各个没有发生偏转的各个薄膜可驱动反射镜171上反射的白光被场透镜160沿着第三光路聚焦返回到投影光栏135上时，使得该白光不能够透过投影光栏135上的投影开口136。然而，当从阵列170的发生了偏转的各个薄膜可驱动反射镜171上反射的白光被场透镜160沿着第三光路聚焦返回到投影光栏135上时，使得该白光能够透过投影光栏135上的投影开口136，从而调制了该白光的强度。

白光从光源光栏125传播到阵列170的各个薄膜可驱动反射镜171所经过的光路长度应该等于白光从阵列170的各个薄膜可驱动反射镜171传播到投影光栏135所经过的光路长度。这一点可以通过把光源光栏125和投影光栏135放置在场透镜160的焦点上来实现。此外，当透过光源光栏125上的光源开口126的全部白光都能够透过投影光栏135上的投影开口136时，该光学投影系统100的白光强度达到最大值，这一点可以通过使光源光栏125上的光源开口126和投影光栏135上的投影开口136具有相同的形状和大小来实现。

透过投影光栏135上的投影开口136的白光传播到含有多个透镜，例如一对透镜的、放置在投影光栏135和RGB像素滤光器140之间的中继透镜系统180上，后者通过调整其各透镜之间的距离，调制白光的预定形状的大小，从而使透过投影光栏135的白光照明RGB像素滤光器的全部面积。RGB像素滤光器140位于中继透镜系统180和投影透镜130之间，接收来自中继透镜系统180的具有预定大小和形状的白光，把它分成白光的第一、第二和第三原色光束并使这些原色光束透射到投影透镜130上，后者把从RGB像素滤光器140透过的各原色光束投射到投影屏190上，由此显示出含有M×N个像素的图像。

与以往技术的光学投影系统10不同，在本发明的光学投影系统100中，RGB像素滤光器140是放置在投影光栏135和投影透镜130之间的，因此白光只需要通过RGB像素滤光器140一次，这就防止了白光强度的降低，从而防止了系统光学效率的降低，而且这还减少了反射偏离的白光量，从而减小了投影屏190上的噪声。

虽然仅仅对某些优选实施例说明了本发明，但可以在不偏离如后附权利要求中所定义的本发明范畴的情形下，做出各种其他修改和变化。

Claims (9)

1.一种能够显示含有M×N个像素的图像的光学投影系统，其中M和N都是整数，它包括：

一个非点状白光光源，用来沿第一光路发射白光，其中的白光含有第一、第二、和第三原色光束，每个原色光束对应于一个原色；

一个M×N薄膜可驱动反射镜的阵列，每个薄膜可驱动反射镜都含有一个反射镜、一个驱动器和一个有源矩阵，阵列中的每个薄膜可驱动反射镜都能够改变在其上反射的白光的光路；

一个光源光栏，其上有一个具有特定形状的光源开口，该光源光栏放置在第一光路中，用来把从非点状白光光源发射的白光成形为预定的形状；

一个光源透镜，它放置在光源光栏和非点状的白光源之间，用来把由非点状白光光源发射的白光聚焦在光源光栏上；

一个光学装置，它带有一个的反射面，用来把从光源光栏透过的白光反射到第二光路上；

一个场透镜，它位于光学装置和薄膜可驱动反射镜阵列之间，用来把从光学装置的反射面上反射的白光准直到薄膜可驱动反射镜阵列上，并用来使从薄膜可驱动反射镜阵列上反射的白光沿第三光路重新聚焦；

一个投影光栏，其上带有一个投影开口，该投影光栏位于第三光路上，用来使从阵列中各个薄膜可驱动反射镜上反射的白光中的预定量透过其上的投影开口，由此调制白光的强度；

一个RGB像素滤光器，用来把来自投影光栏的白光分成各个原色光束；

一个投影屏，用来在其上显示含有M×N个像素的图像；以及

一个投影透镜，用来把来自RGB像素滤光器的各原色光束投射到投影屏上，由此显示出M×N个像素的图像。

2.根据权利要求1的光学投影系统，它还包括一个位于投影光栏和RGB像素滤光器之间的中继透镜系统。

3.根据权利要求2的光学投影系统，其中该中继透镜系统含有多个透镜。

4.根据权利要求2的光学投影系统，其中该中继透镜系统通过调整其各透镜之间的距离来调制白光的预定形状的大小，由此使从投影光栏透过的白光照明到RGB像素滤光器140的全部面积上。

5.根据权利要求1的光学投影系统，其中的光源光栏和投影光栏都放置在场透镜的焦点处。

6.根据权利要求5的光学投影系统，其中白光从光源光栏传播到阵列中各个薄膜可驱动反射镜所经过的光路长度等于白光从阵列中各个薄膜可驱动的反射镜传播到投影光栏所经过的光路长度。

7.根据权利要求1的光学投影系统，其中光源光栏的光源开口和投影光栏的投影开口有相同的形状和大小。

8.根据权利要求1的光学投影系统，其中的光学装置位于偏离开从薄膜可驱动反射镜阵列上反射的白光的第三光路的位置上。

9.根据权利要求8的光学投影系统，其中从薄膜可驱动反射镜阵列上反射的白光被场透镜聚焦直接返回到投影光栏上。

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