CN1120181A - 真有新透镜系统的光学投影系统 - Google Patents

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Abstract

一个光学投影系统，能够显示M×N个像素并且具有缩短了的光路和由此获得一个减小了的尺寸，其中M和N是整数。该系统包括一个非点光源，一个由M×N个带驱动反射镜组成的阵列，一个投影屏，一个投影透镜和一个包括一个第一透镜单元，一个第二透镜单元和一个置于两者之间的光学反射器的透镜系统，其中光学反射器上设置了多个光孔和光吸收区域，每个透镜单元包括一个由M×N个微型透镜组成的阵列。

Description

具有新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，涉及一个具有缩短了光程并由此减小了尺寸的光学投影系统。
在从现有技术中可以获得的多种视频显示系统中，光学投影系统被认为能在大范围上提供高质量的显示。
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次共有申请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”，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-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4反射的光束沿第二光路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反射的光束沿第三光路被准直透镜8会聚并且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不足之一为其尺寸和可应用性。该光原投影系统和尺寸取决于光束的光路长度。如此，从光源发出的光束由准直透镜8准直从而使其能均匀照射到由M×N个带驱动反射镜4组成的阵列3上，而用于此目的的准直透镜，一般而言具有一个长的焦距。焦距越长，光束的光路将越长，从而，系统的尺寸将会越大。
再有，上述光学投影系统仅可用于投影类的显示，因此限制了它的全面可应用性。
因此，本发明的一个基本目的是提供一个具有缩短了光路并由此减小了尺寸的光学投影系统。
根据本发明，提供了一种能显示M×N个像素的光学投影系统，其中M和N是整数，包括：一个用来发光的非点光源；一个M×N个带驱动反射镜阵列；每个带驱动反射镜包括一个驱动器和一个反射镜；一个投影屏；一个投影透镜；以及一个包括一个第一透镜单元、一个第二透镜单元和一个位于二者之间的光学反射器的透镜系统，光学反射器具有多个光孔和光吸收区域，每个透镜单元具有一对平行侧面并在其中一个侧面上形成了M×N个微型透镜阵列，每个透镜单元中没有设置M×N个微型透镜的侧面面对面相对设置，M×N个微型透镜中的每一个具有一个焦距和一个焦点，焦点落在光学反射器的每个光孔的位置，并且M×N个带驱动反射镜阵列中的每一个反射镜都与光学反射器中的每个光孔光学对准，其中第一透镜单元中的M×N个微型透镜中的每一个被用来光源发出的光会聚到位于其焦点上的光学反射器的每个光孔上，第二透镜单元中的M×N个微型透镜中的每一个用来将透过光学反射器上每个光孔的光准直并使其均匀照射到M×N个带驱动反射镜阵列中的每个反射镜上，M×N个带驱动反射镜阵列中的每个反射镜被用来反射来自第二透镜单元中每个微型透镜的光束并使来自第二透镜单元中每个微型透镜的光束产生一个光路变化，这种变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来自第二透镜单元每个微型透镜的光束的相对位置来实现的，第二透镜单元中每个微型透镜被用来将从M×N个带驱动反射镜阵列中的每一个反射镜反射后的光束重新会聚到光学反射器的每个光孔上，从而使光学反射器调制光束的强度，而第一透镜单元的M×N个微型透镜中的每一个被用来将来自光学反射器的反射后光束准直并传递到投影透镜上，并由其再将光束会聚到投影屏上，从而在上面显示图像。
从下面结合附图对优选实施例所作的描述中，本发明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一个简图；
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的简图；
图3给出了在该有创造性的光学投影系统中使用的一个光学反射器的平面图。
图2所示为与本发明的优选实施例相一致的一个光学投影系统200的一个简图，该系统包括一个非点光源21、一个M×N个带驱动透镜23组成的阵列22，每个带驱动反射镜23具有一个驱动器24和一个反射镜39，一个投影屏27，一个投影透镜25和一个包括一个第一透镜单元29、一个第二透镜单元30和一个介于二者之间的一个光学反射器33的透镜系统28。第一和第二透镜单元29、30中的每一个进而都设置有一对侧面31，32，二者与设置在这对平行侧面之一上的M×N个微型透镜35阵列34保持平行，而透镜单元29，30中没有设置M×N个微型透镜35的阵列34的侧面面对面设置，在第一和第二透镜单元29，30上的阵列的每个微型透镜35具有焦距40和一个焦点38。
如图3所示，光学反射器33由多个光孔36和光吸收区域37组成，其中光学反射器33置于二个透镜单元29、30之间，并使光孔36与第一透镜单元29的阵列34中的M×N个微型透镜35中的每一个的焦点38相对应，光孔36的总面积等于或小于光吸收区域37的面积。从非点光源21发出的光被第一透镜单元29上由M×N个微型透镜35组成的阵列34会聚到光学反射器33上。然后，来自光学反射器33的光被第二透镜单元30上M×N个微型透镜35组成的阵列34准直并照射到M×N个带驱动反射镜23组成的阵列22上。驱动器24由一种电致位移材料，如压电晶体，或者由一种根据加到它上面的电信号产生变形的电致伸缩材料制成。来自阵列22中带驱动反射镜23的反射光束由第二透镜单元30上M×N个微型透镜35组成的阵列34会聚到光学反射器33上。带驱动反射镜23组成的阵列22中的反射镜39与光学反射器33的光孔36光学对准。通过将一个电信号加到每个驱动器24上，每个反射镜39与入射光束之间的相对位置被改变了，从而使从每个反射镜39反射的光束的光路有了一个变化。由于在光学反射器33的光吸收区域37和光孔36上每一束反射光束的光路都被改变了，从每个反射镜39反射并通过光学反射器33的光孔36的光量被改变了，从而调制了光束的强度。通过光孔36的调制光束被第一透镜单元29中的M×N个微型透镜35组成的阵列34准直，并通过一个合适的器件，如一个投影透镜25被传送到投影屏27上，从而在上面显示一个图像。
在这样一个光学投影系统中，投影屏27上的像斑亮度取决于通过光学反射器33的光孔36的光量，而光量又是受每个驱动器24变形控制的。
该光学投影系统的尺寸与光束的光路长度成正比。具有创造性的光学投影系统200，如上所述，采用了一对M×N个微型透镜35组成的阵列34来把光源21发出的光会聚到光学反射器33上，然后将来自光学反射器33的光束准直后传输到M×N个带驱动反射镜23组成的阵列22上。由于每个微型透镜35所使用的焦距比现有技术光学投影系统100中所使用的准直透镜8的焦距要小得多，这将导致光束光路长度的缩短，从而减小系统的整体尺寸。
已经仅根据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所提出的本发明之范围的情况下，可以进行其它修改和变化。

Claims (3)

1、一个能够显示M×N个像素的光学投影系统，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；
一个投影屏；
一个投影透镜；以及
一个包括一个第一透镜单元，一个第二透镜单元和一个置于二者之间的光学反射器的透镜系统，光学反射器上设置了多个光孔和光吸收区域，每个透镜单元都有一对侧面，并且都与设置在这两个平行侧面中的一个上的M×N个微型透镜阵列相平行，每个透镜单元中没有设置M×N个微型透镜阵列的侧面面对面设置，M×N个微型透镜中的每一个具有一个焦距和一个相应的焦点，焦点的位置落在光学反射器中每个光孔的位置，在M×N个带驱动反射镜组成的阵列中的每一个反射镜都与光学反射器的每个光孔光学对准，其中第一透镜单元中的M×N个微型透镜中的每一个被用来将从光源发出的光会聚到位于其焦点上的光学反射器的每一个光孔上，第二透镜单元M×N个微型透镜中的每一个被用来将从光学反射器的每个光孔通过后的光束准直并将其均匀地照射到M×N个带驱动反射镜组成的阵列上的每一个反射镜上，每个反射镜被用来反射来自第二透镜单元的每一个微型透镜的光束，并且使来自第二透镜单元的每个微型透镜的光束的光路在反射后产生一个偏差，这是通过响应一个加到相应的驱动器上的电信号改变每个反射镜与来自第二透镜单元的每个微型透镜的光束的相对位置来实现的，第二透镜单元中M×N个微型透镜中的每一个被用来将来自M×N个带驱动反射镜阵列中的每一个反射镜的反射后的光束重新会聚到光学反射器的每个光孔上，从而使其对光束的强度进行调制，而第一透镜单元中M×N个微型透镜中的每一个被用来将来自光学反射器的反射后的光束准直到投影透镜上，而投影透镜又将该光束会聚到投影屏上，从而在上面显示一个图像。
2、如权利要求1的光学投影系统，其中光学反射器中的每一个光孔都由在其两侧的一对光吸收区域来隔开。
3、如权利要求2的光学投影系统，其中光吸收区域的总面积等于或大于光孔的总面积。
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