CN1890985A - 采用机电波换能器的显示系统 - Google Patents

Abstract

一种显示系统(20)采用光源(21)、显示板(31)和滤光器(23)。光学路径(OP)从光学(21)通过滤光器(23)扩展至显示板(31)，其中从光源(21)发射的光沿着光学路径(OP)通过滤光器(23)传播至显示板(31)。显示系统(20)还采用N级机电波换能器(24，40)来使滤光器(23)振动，从而有助于发射的光在显示板(31)上的期望照射。

Description

采用机电波换能器的显示系统

技术领域

本发明一般涉及机电波换能器及其在显示系统中的应用。本发明特别涉及机电波换能器及其在显示系统内用于滤色的应用。

背景技术

近年来，投影技术得到了极大发展。投影技术的主要组成部分是光引擎技术。光引擎技术包括液晶显示器(“LCD”)、数字光处理(“DLP”)和硅上液晶(liquidcrystal on Silicon)(“LCoS”)。最常规的高端视频系统采用这些光引擎技术之一。

LCD投影仪同时传送恒定的红色、绿色和蓝色图像。

DLP投影仪使用旋转色轮(color wheel)。通常，在任意给定的时刻，屏幕上的图像或是红色、绿色或蓝色，并且DLP技术依赖于不能检测到从一种颜色到另一种颜色的快速改变的肉眼。

LCoS是反射式显示技术，其中液晶层被夹在透明顶基片和硅底板之间。现有的透明顶基片通常为在显示单元的内侧上覆盖有透明铟锡氧化物电极层的玻璃板。硅底板包含所有的驱动各个铝像素电极所需要的显示驱动电子。每个这样的像素具有铝背面电极，该电极同时用作在液晶层上产生电压差的电极和用作反射入射在LCoS显示板上的光的反射器。

现有的LCoS投影显示系统使用三个(3)显示板，但是可以获得快速LCoS显示板，其可以在时间顺序模式中用于产生彩色，类似于DLP系统。

能够区分用于时间顺序彩色生成的两种主要方法。

常规的方法包含顺序地利用红光、绿光和蓝光使整个显示时间闪光(flash)的色轮。由于时间顺序彩色生成，有可能只使用一个(1)显示板来生成全彩色图像，但是在任意时刻，只利用一个(1)原色照射显示器，同时丢失其他的彩色。这样，这些系统的亮度总是受限制的。

滚动式彩色技术是生成时间顺序彩色生成的另一种方法。利用这一种方法，利用三个(3)彩色条(例如，红色、绿色和蓝色)照射显示板。使用光学子系统，这些彩色条在显示板上按照时间顺序地被滚动。结果，显示器中的每个像素接收时间顺序的红光、绿光和蓝光。但是，显示器上的不同部分利用另一相位接收这些彩色。利用滚动彩色技术，与常规的方法相比，对于彩色生成，没有主要的彩色损失，并且可以实现更高的亮度级。

但是，所有现有的彩色顺序投影技术都需要复杂的光学子系统。需要旋转色轮，这需要空间并限制产品尺寸。在滚动彩色系统的情况下，需要包含螺旋形的滤色元件的非常复杂的色轮或包含许多光学部件和旋转棱镜的另一系统。

发明内容

因此，希望提供将克服这些和其他缺点的方法和系统。

本发明的一种形式是采用光源、显示板和滤光器的显示系统。光由光源发射的光沿着从光源通过滤光器扩展至显示板的光(学)路(径)传播。滤光器在逐个光源发射期间被振动。

本发明的第二形式是操作显示系统的方法，涉及：从光源发射光，发射的光通过滤光器传播至显示板，和在发射的光通过滤光器传播时滤光器的振动。

本发明的第三形式是采用滤光器和N级机电波换能器的显示系统，该换能器在沿着经过滤光器的光学路径传播光时使滤光器振动。

从下面结合附图阅读的当前优选实施例的详细描述中，本发明的前述形式以及其他形式、特征和优点将变得进一步清楚。该详细的描述和附图仅举例说明本发明，而不是限制由所附的权利要求书及其等价物限定的本发明的范围。

附图说明

图1表示根据本发明的显示系统的一个实施例；

图2表示根据本发明的机电波换能器的一个实施例的侧视图；

图3表示在图2中示出的机电波换能器的前视图；

图4-6表示被嵌入在图2中示出的机电波换能器中的分色滤光器的不同示例性振动波形；和

图7-13表示图2中示出的堆叠式板的不同示例性移位运动。

具体实施方式

图1中示出的显示系统20以滚动方式将着色的光投影在投影屏幕100上。为此，系统20常规地采用光源21、匀光器22、滤光器23、反射式偏光片25、透镜26、透镜27、反射镜28、透镜29、偏振分束器30、显示板31和投影透镜32，用于建立光学路径OP。光源20发射出利用虚线表示的光，该光通过光学路径OP传播至投影透镜32，这生成投影在投影屏幕100上的显示板31的全彩色图像。系统20还采用新的且独特的N级机电波换能器24，用于以振动方式使滤光器23相对于光学路径OP移位，从而有助于光在显示板31上的滚动彩色照明。

滤光器23可以为任意常规类型的滤光器。优选地，滤光器23是分色滤光器，并因此在本文中随后将被描述为分色滤光器23。

图2和3作为N级机电波换能器24的一个实施例表示出6级机电波换能器40(图1)。换能器40采用六个(6)堆叠在基板70上的板50-55、六个(6)换能器单元80-85和六个(6)弹簧90-95。

换能器单元80被耦合到板50和51上，以使板50以振荡方式在±Y方向沿着板51移动，并且弹簧90被耦合到板51上，以便在+Y方向偏置板50。

换能器单元81被耦合到板51和52上，以使板51以振荡方式在±Y方向沿着板52移位，并且弹簧91被耦合到板52上，以便在+Y方向偏置板51。

换能器单元82被耦合到板52和53上，以使板52以振荡方式在±Y方向沿着板53移位，并且弹簧92被耦合到板53上，以便在+Y方向偏置板52。

换能器单元83被耦合到板53和54上，以使板53以振荡方式在±Y方向沿着板54移位，并且弹簧93被耦合到板54上，以便在+Y方向偏置板53。

换能器单元84被耦合到板54和55上，以使板54以振荡方式在±Y方向沿着板55移位，并且弹簧94被耦合到板55上，以便在+Y方向偏置板54。

换能器单元85被耦合到板55和基板70上，以使板54以振荡方式在±Y方向沿着基板70移位，并且弹簧95被耦合到基板70上，以便沿+Y方向偏置板55。

堆叠板50-55分别具有孔径60-65，并且分色滤光器23被嵌入在孔径60内。如图7所最佳示出的，孔径60-65被顺序布置，以便沿着±X方向通过各个板50-55扩展光学路径OP，从而在分色滤光器23经由换能器单元80-85由于一个或多个堆叠板50-55相对光学路径OP的振荡移位而振动时，沿着光学路径OP传播的光能通过分色滤光器23。为此，如图2和3所示，利用波控制信号CS1-CS6来控制换能器单元80-85。

波控制信号CS1-CS6能具有任意信号波形(例如，正弦、三角、锯齿形和方形波形，如图2和3所示)。本领域普通技术人员将认识到，实际上选择波控制信号CS1-CS6的实际信号波形，以使分色滤光器23以有助于结合(采用)6级机电波换能器40的显示系统的期望操作的方式振动。一个示例是分色滤光器32相对于光学路径OP的锯齿振动波形，如图4所示，以便于光在显示板(例如，图1中示出的显示板31)上的滚动彩色投影。第二示例是分色滤光器32相对于光学路径OP的台阶振动波形，如图5所示，以有助于其中按照时间顺序地利用红光、绿光和蓝光使显示板闪光的闪光操作，在整个显示板上闪光。第三示例是分色滤光器23相对于光学路径OP的块振动波形，如图6所示，以便在显示板上重复光的变化。

在用于滚动彩色投影的一个实施例中，每个波控制信号CS1-CS6的信号波形为正弦波形，用于使堆叠板50-55分别相对于光学路径OP以锯齿波形振动移位，从而使分色滤光器23振动，其中正弦波形根据下面的傅立叶级数等式(1)，近似于用于分色滤光器23的锯齿振动波形：

${f\left(\mathrm{\χ}\right)=\frac{1}{2}-\frac{1}{\mathrm{\π}}}_{}\underset{\mathrm{\η}=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{\η}}\sin \left(\frac{\mathrm{\η\π\χ}}{L}\right)---\left[1\right]$

其中L是波形的周期。

对于使一个或多个堆叠板50-55相对于光学路径OP移位，具有多种振动模式。现在，在这里将描述三种示例性振动模式。

一种振动模式包括如图8中示例性示出的板50-55沿+Y方向的共同的和相等的向上移位以及如图9中示例性示出的板50-55沿-Y方向的共同的和相等的向下移位。这个上述的横向移位以振荡方式完成，以使分色滤光器23振动。

第二种振动模式包括以振荡方式的如图10所示的板50-55沿+Y方向的共同的和不等的向上移位以及如图11所示的板50-55沿-Y方向的共同的和不等的向下移位，从而使分色滤光器23振动。这个上述的波移位以振荡方式完成，以使分色滤光器23振动。

第三种振动模式包括以振荡方式的同时的如图12所示的板50、52和54沿+Y方向的不等的向上移位与板51、53和55沿-Y方向的不等的向下移位，以及如图13所示的同时的板51、53和55沿+Y方向的不等的向上移位与板50、52和54沿-Y方向的不等的向下移位，从而使分色滤光器23振动。这个上述的曲折移位以振荡方式完成，以使分色滤光器23振动。

本领域普通技术人员将认识到，一个或多个堆叠板60-65的期望移位必须考虑基础板(underlying plate)的任意移位，并因此必须根据基础板的任意移位来计算相应控制信号。例如，板50的期望移位必须考虑基础板51-55的任意移位，并且必须根据基础板51-55的任意移位来计算控制信号CS1。

实际上，板50-55、换能器单元80-85和弹簧90-95的结构实施例取决于换能器50的特定商业实施。在基本的实施例中，板50-55利用具有用于如本文所述操作板50-55的合适刚度的金属制成，换能器单元80-85在电-磁线圈内采用金属棒，用于如在这里所述操作单元80-85，并且弹簧90-95为具有用于如在这里所描述的操作弹簧90-95的合适张力的片簧(blade spring)。

根据本文的6级机电波换能器40的描述(图2-10)，本领域技术人员将认识到，如何制造和使用根据本发明的任意N级机电波换能器，其中N≥1，并且分色滤光器能被嵌入任意移位板内(例如，在板51的孔径61内嵌入分色滤光器23)。另外，本领域技术人员将明白，能够与根据本发明的N级机电波换能器一起采用不受限制类型的显示板，诸如，例如LCoS显示板和可变形的镜像显示板。此外，本领域技术人员将明白，不受限制类型的显示系统采用根据本发明的N级机电波换能器，诸如，例如投影显示系统和直观式(直视)显示系统。在直观式显示系统的情况下，本领域技术人员将明白，作为用于照射系统的背光单元部分的本发明的应用，其具有被观察者直接观察的较大的显示板，而不需要增大投影透镜(例如，图1中示出的投影透镜32)。

虽然这里公开的本发明的实施例当前被认为是优选的，但是在不背离本发明的精神和范围的情况下能作出各种变化和修改。本发明的范围表示在所附的权利要求书中，并且落入等效的意义和范围内的所有改变都预定被包含在其中。

Claims (22)

1、一种显示系统(20)，包括：

光源(21)，用于发射光；

显示板(31)；和

滤光器(23)，用于被振动，

其中由所述光源(21)发射的光沿着从所述光源(210)经过所述滤光器(23)扩展至所述显示板(31)的光学路径(OP)传播，以及

其中所述滤光器(23)在由所述光源(21)发射光期间被振动。

2、如权利要求1所述的显示系统(20)，还包括：

用于使所述滤光器(23)作为傅立叶波形的函数振动的装置。

3、如权利要求1所述的显示系统(20)，还包括：

机电波换能器(24，40)，用于使所述滤光器(23)振动。

4、如权利要求3所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)包括具有第一孔径(60)的第一板(50)；和

其中所述滤光器(23)被嵌入在所述第一板(50)的所述第一孔径(60)。

5、如权利要求4所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)还包括第二板(51)，其具有在光通过所述滤光器(23)传播的方向与所述第一孔径(60)顺序安排的第二孔径(61)。

6、如权利要求4所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)还包括换能器单元(80)，其可用于使所述第一板(50)以振荡方式相对于光学路径(OP)移位，从而使所述滤光器(23)振动。

7、如权利要求6所述的显示系统(20)，

其中所述换能器单元(80)受控制信号(CS1)控制，该控制信号具有有助于所述显示板(31)上发射的光的期望照明的信号波形。

8、如权利要求1所述的显示系统(20)，

其中所述滤光器(23)相对于光学路径(OP)的振动波形至少包括锯齿振动波形、台阶振动波形和块振动波形之一。

9、如权利要求1所述的显示系统(20)，

其中所述滤光器(23)是分色滤光器。

10、如权利要求1所述的显示系统(20)，

其中所述显示板是可变形的镜像显示板或LCoS显示板之一。

11、如权利要求1所述的显示系统(20)，

其中显示系统(20)是投影显示系统或直观式显示系统之一。

12、一种操作包括光源(21)、显示板(31)和滤光器(23)的照明系统(20)的方法，该方法包括：

从光源(21)发射光；

通过滤光器(23)，将发射的光传播至显示板(31)；和

在发射的光传播通过滤光器(23)时，使滤光器(23)振动。

13、如权利要求12所述的方法，

其中滤光器(23)被嵌入板(50)的孔径(60)；和

其中滤光器(23)的振动包括板(50)相对于发射的光通过滤光器(23)传播的移位。

14、一种显示系统(20)，包括：

滤光器(23)，和

机电波换能器(24，40)，可用于在沿着穿过所述滤光器(23)的光学路径(OP)传播光时使所述滤光器(23)振动。

15、如权利要求14所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)包括用于使所述滤光器(23)作为傅立叶波形的函数而振动的装置。

16、如权利要求14所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)包括具有第一孔径(60)的第一板(50)；和

其中所述滤光器(23)被嵌入所述第一板(50)的所述第一孔径(60)。

17、如权利要求16所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)还包括第二板(51)，其具有沿着光通过所述滤光器(23)的传播方向与所述第一孔径(60)顺序安排的第二孔径(61)。

18、如权利要求16所述的显示系统(20)，

其中所述机电波换能器(40)还包括换能器单元(80)，其可用于以振荡方式使所述第一板(50)相对于光学路径(OP)移位，从而使所述滤光器(23)振动。

19、如权利要求18所述的显示系统(20)，

其中所述换能器单元(80)受控制信号(CS1)控制，该控制信号具有有助于发射的光在所述显示板(31)上的期望照射的信号波形。

20、如权利要求14所述的显示系统(20)，

其中所述滤光器(23)相对于光学路径(OP)的振动波形包括至少锯齿振动波形、台阶振动波形和块振动波形之一。

21、如权利要求14所述的显示系统(20)，

其中所述滤光器(23)是分色滤光器。

22、如权利要求14所述的显示系统(20)，

其中该显示系统(20)是投影显示系统或直观式显示系统之一。

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