專利名稱：調(diào)制多激光光源發(fā)射光束的投影顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個投影顯示系統(tǒng)。更確切地，本發(fā)明涉及一個用于調(diào)制多激光光源 發(fā)射光束的投影顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在陰極射線管(CRT)技術(shù)在顯示業(yè)界占據(jù)主導地位后的今天，平板顯示(FPD) 和投影顯示以小波形系數(shù)和大屏幕尺寸受到了廣泛歡迎。在幾種投影顯示技術(shù)中，基于 微顯示技術(shù)的投影顯示由于具有比平板顯示(FPD)更好的畫面質(zhì)量、更低的制造成本而 獲得了認可。市場上投影顯示裝置中的微顯示技術(shù)主要有兩種，一種是微液晶顯示技術(shù) (micro-LCD)，另一種為微鏡技術(shù)。微鏡裝置使用非偏振光，因而與使用偏振光的微液晶顯 示相比有亮度上的優(yōu)勢。盡管近年來在制作空間光調(diào)制器這樣的機電微鏡裝置方面取得了顯著的進展，但 要將其應(yīng)用于高質(zhì)量畫面的顯示仍有一些限制和困難。特別是對于數(shù)字信號控制的顯示圖 像，反而會由于灰度等級足夠?qū)е聢D像不能顯示，使圖像質(zhì)量受到影響。微機電鏡面器件由于其在空間光調(diào)制器(SLM)方面的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。一個空 間光調(diào)制器需要一個由大量微鏡單元組成的陣列。一般而言，每個SLM所需的微鏡單元數(shù) 量從60，000到幾百萬不等。圖IA所示，帶有屏幕2的圖像顯示系統(tǒng)1在美國專利5214420中已做公開。光源 10用于產(chǎn)生照亮屏幕2的光能。產(chǎn)生的光束9通過鏡面11的聚集投射到透鏡12上。透 鏡12，13，14形成光束聚焦器，將光束9聚焦成為光束8?？臻g光調(diào)制器(SLM) 15通過總線 18受電腦19輸入的數(shù)據(jù)控制，選擇性地將部分光線從路徑7指向放大鏡5并最終顯示在屏 幕2上。如圖1B，SLM15包含一個反射鏡陣列，該陣列由可開關(guān)的反射單元17，27，37和47 組成，反射單元均由通過鉸鏈30支撐并連接到機電反射鏡裝置襯底表面16的反射鏡33組 成。這一路徑的光被放大或是沿著路徑4投射在屏幕2上，從而形成一個照明像素3。當單 元17處于另一位置時，光束投射到屏幕2以外，因此像素3是暗的。如美國專利5，214. 420中提到的一樣，大多數(shù)傳統(tǒng)的圖像顯示裝置都是使用鏡 面的兩態(tài)控制，即開態(tài)和關(guān)態(tài)。圖像顯示質(zhì)量受到有限灰度等級的限制。尤其是在使用 PWM(脈沖寬度調(diào)節(jié)器)的傳統(tǒng)控制電路中，控制開關(guān)狀態(tài)的最低有效位(LSB)或最小脈沖 寬度限制了圖像的質(zhì)量。由于鏡面受控工作在開態(tài)或關(guān)態(tài)，傳統(tǒng)的圖像顯示裝置無法提供 比基于LSB的允許控制時間更短的脈沖來控制鏡面。決定可調(diào)亮度最小量的、用于調(diào)整灰 度的最小光量，是在最短脈沖寬度時間內(nèi)反射的光。由LSB限制導致的有限灰度引起圖像 質(zhì)量的下降。具體而言，圖IC給出了美國專利5285407中一個典型的鏡面單元控制電路，該控制電路包含一個存儲單元32。每個晶體管都標記為“M*”，其中*為晶體管編號，所有晶體管 均為絕緣柵場效應(yīng)晶體管。M5、M7為p溝道晶體管；M6、M8、M9為n溝道晶體管。電容Cl、 C2代表存儲單元32中的容性負載。存儲單元32包含一個存取開關(guān)晶體管M9和一個基于 靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)設(shè)計的鎖存器32a。連接到行線的M9通過位線接收數(shù)據(jù)信號。當 M9從字線上收到行信號后呈導通狀態(tài)，使存儲單元32中的數(shù)據(jù)可以被讀取。鎖存器32a由 兩個交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8組成。這兩個反相器能夠提供兩種穩(wěn)態(tài)狀態(tài)1 節(jié) 點A為高電位，節(jié)點B為低電位；狀態(tài)2 節(jié)點A為低電位，節(jié)點B為高電位。圖ID顯示了用四位字控制SLM時的“二進制時間長度”。正如圖ID所示，時間周 期有1、2、4、8四個相對值，它們依次決定著每一位字的相對光通量。其中“1”為最低有效 位(LSB)，“8”為最高有效位(MSB)。在PWM控制機制下，決定灰度分辨率的最小光量就是 受“最低有效位”控制，在最短可控時間內(nèi)將鏡面保持在開態(tài)時的亮度。舉個簡單的例子，用η位字控制的灰度，一幀時間被分為On-I)個相等的時間段。 如果一幀時間是16. 7毫秒的話，每一時間段就是16. 7/(2η-1)毫秒。為每一幀圖像的每一像素設(shè)置時長，像素上的光量為0時段時設(shè)定為黑(沒有光 量)，1為LSB代表的光量，15時(η = 4)為亮度最大時的光量?；谏鲜鲈O(shè)定光量，鏡面在 一幀中處于開態(tài)的時間是由每個像素決定的。因此，每個設(shè)有比0時段長的特定值的像素 被處于開態(tài)位置的鏡面顯示，這時時段的數(shù)值與在一幀內(nèi)的光量相關(guān)。觀眾的眼睛結(jié)合了 每一像素的亮度，因此圖像顯示就好像是以光的模擬方式控制形成的。為了控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件，脈寬調(diào)制要求數(shù)據(jù)以“位面”的格式存取，每一位面與光 量相關(guān)。因此，當每一像素的亮度由η-位數(shù)值來表示時，每幀數(shù)據(jù)都有η-位面。這樣，每 個位面與對應(yīng)每個鏡面單元都有0或1值。在前面提到的脈寬調(diào)制中，每個位面獨立加載， 鏡面單元由一幀中對應(yīng)的位面值來控制。例如，每個像素中代表最低有效位的位面顯示為 1時段。用于背投電視(TV)的顯示設(shè)備通常使用液晶顯示(LCD)、硅基液晶(LCOS)、偏轉(zhuǎn) 鏡面器件(DMD)等器件，這些器件的特性各不相同。IXD是一種顯示器件，它傳輸偏轉(zhuǎn)照明光，用電壓分別控制IXD每個像素的液晶分 子陣列，使偏轉(zhuǎn)照明光的傳輸光強的改變成為可能。但是，LCD上驅(qū)動液晶的電路位于每一 像素周圍，因此像素的孔徑比僅為50%左右，值很小。進一步地，在投影光穿過不同的光學 元件，如偏轉(zhuǎn)片或液晶之后，其利用率減少到數(shù)個百分點，值非常小。同時，當光穿過各種光 學元件時，由于光的光譜特性，光的波長也會逐漸改變，因此當光投影到屏幕上時，會出現(xiàn) 光的顏色有輕微改變的技術(shù)問題。同時，LCOS與IXD —樣使用液晶來調(diào)控光，不同在于LCOS為反射型，IXD為投射 型。驅(qū)動LCOS每一像素的驅(qū)動電路位于像素下方，因此孔徑比可以超過90%。使用LCOS 的投影顯示系統(tǒng)在光的入射和反射時在同一光路上兩次傳輸照明光。可以區(qū)分在同一光路 中傳輸?shù)娜肷涔夂头瓷涔?，使用了不同的偏振特性。具體而言，LCOS的入射光和反射光用 偏振分束(PBQ棱鏡來分離，其中PBS棱鏡能夠根據(jù)是P-偏振還是S-偏振決定傳輸還是 反射光。然而使用LCOS的投影顯示系統(tǒng)面臨一些問題，如與穿過光學元件相關(guān)的偏振干擾 的問題和無法擴大照明光的數(shù)值孔徑NA的問題，因此即使孔徑比很好，也會鑒定投影光學 系統(tǒng)中光的利用率。
使用LCD或LC0S、通過用電壓控制液晶分子陣列來實現(xiàn)光的調(diào)制的投影顯示系統(tǒng) 通常為多片彩色顯示系統(tǒng)，裝配分別對應(yīng)紅(R)、綠(G)和藍(B)三種顏色光源的三個顯示 器件。該構(gòu)造可以投影高亮度的圖像。同時，偏轉(zhuǎn)鏡面器件(DMD)為每一像素提供約為90%的孔徑比，鏡面上照明光的 反射比也為90%，因此使顯示器件對光有很高的利用率。通過控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元在將照明 光偏轉(zhuǎn)至投影光學系統(tǒng)的開態(tài)和將照明光偏轉(zhuǎn)至投影光學系統(tǒng)以外的關(guān)態(tài)兩個方向間切 換來控制鏡面表面的傾斜，因此能夠控制投影光。由于鏡面的使用，DMD允許開態(tài)投影光的 光強有小的損失。在這些投影顯示系統(tǒng)中，有一個構(gòu)造采用了只使用了一個DMD的單片順 序彩色顯示系統(tǒng)，連續(xù)地投影RGB各顏色。在單片順序彩色顯示系統(tǒng)中，RGB的每種顏色都 在一幀的三分之一時間內(nèi)投影。進一步地，采用使用三個DMD的多片投影顯示系統(tǒng)能夠提 供亮度更高的彩色圖像。但是，使用三個DMD的多片投影顯示系統(tǒng)面臨投影顯示系統(tǒng)中的 光學系統(tǒng)變得復雜、所占空間增大的技術(shù)問題，這是因為開態(tài)和關(guān)態(tài)中反射光的光路不同， 導致投影顯示器件變大。包含上述顯示器件的顯示裝置的照明光源使用如高壓汞燈或氙氣燈的明亮光源。 近年來，我們見證了具有出眾色彩還原能力的光源，如具有緊湊設(shè)計和高亮度的LED光源 和激光光源，尤其是見證了很多價格更低、亮度更高的半導體固態(tài)光源。投影顯示系統(tǒng)中還 發(fā)展出一種激光光源，要求輸入功率約為三瓦，比傳統(tǒng)高壓汞燈等光源亮。在投影顯示系統(tǒng)中使用多個激光光源來實現(xiàn)圖像的彩色顯示時，對激光光源進行 打開/關(guān)閉的切換控制，而不是使用色輪，能夠順序控制RGB各顏色，使光入射到上述顯示 器件、投影圖像。參考專利文獻3揭示的構(gòu)造就是這種使用多個激光光源的構(gòu)造，其中多個 激光具有不同的顏色，通過使用各激光光源對應(yīng)的鏡面將這些激光會聚到同一光軸，每種 顏色的激光通過使用色輪來相繼發(fā)光。因此激光光源發(fā)射的光束細膩而具有高導向性，在 光源和擴大光束的光學系統(tǒng)間提供了良好的空間利用率。進一步地，如參考專利文獻4所 揭示的，激光光源發(fā)射的舉行光束也能夠照亮整個顯示設(shè)備，在構(gòu)造投影光學系統(tǒng)時提供 了很好的方便度。因此，將激光作為光源具有重大意義，簡化了光源和投影顯示系統(tǒng)的照明 光學系統(tǒng)。下面，在用DMD作為顯示器件的投影顯示系統(tǒng)中，需要將投影顯示系統(tǒng)設(shè)計成構(gòu) 成DMD的多個偏轉(zhuǎn)鏡面單元中每一個的鏡面表面的傾角在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間改變，其中開態(tài) 時，光偏轉(zhuǎn)至投影光軸，關(guān)態(tài)時，光偏轉(zhuǎn)至投影光軸以外。因此能夠分離照明光光路，從空間 上分離從反射到投影屏幕上的光束的反射光路發(fā)出的照明光光束的入射光路。這里，對照 明光的入射光路而言，傳統(tǒng)的構(gòu)造是分別從RGB激光光源發(fā)射的照明光通過分光鏡或類似 器件在同一光軸中合成，合成了三種顏色的照明光入射到DMD中。因此，各RGB照明光的光束都以相同的角度在同一光軸中入射到構(gòu)成DMD的大量 偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面。進一步地，匯聚到投影透鏡的照明光的照明范圍也幾乎一致，成 為同一光軸上每束照明光的反射光的特性。對于照明光光束的入射光路，在傳統(tǒng)投影顯示 系統(tǒng)中，通常通過使用與各激光對應(yīng)的分光鏡或類似器件，在同一光軸上排列RGB各色激 光的這種構(gòu)造。作為例子，參考專利文獻5的圖5，即本文獻的圖2描繪了一個投影顯示系 統(tǒng)的構(gòu)造，其中通過使用兩個半-鏡102和103，在同一光軸上排列了三色激光104、105和 106，通過液晶面板101和光束放大器113，在屏幕112上投影出圖像。注意該構(gòu)造中，三束彩色激光104、105和106通過線纜108、109和110與控制器111相連，類似的，液晶面板 101通過線纜107與控制器相連，因此三色激光104、105和106由液晶面板同步控制。但是，如上所述，盡管激光的使用簡化了光源和照明光學系統(tǒng)，仍面臨一個技術(shù)問 題，即通過使用與各激光對應(yīng)的分光鏡來再同一光軸上排列各RGB激光需要保證一個空間 來放置與各激光對應(yīng)的鏡面，在組合該投影顯示系統(tǒng)時需要精確定位各鏡面，因此很難設(shè) 計照明光學系統(tǒng)。針對這個技術(shù)問題，參考專利文獻6揭示了一種構(gòu)造，不將各顏色的光匯 聚到同一光軸，而從立方棱鏡發(fā)射各種顏色的激光，入射到調(diào)制對應(yīng)各色光的顯示器件；然 而該構(gòu)造面臨需要復雜的光學系統(tǒng)，如棱鏡的技術(shù)問題。目前有許多與本申請的發(fā)明相關(guān)的專利。這些專利是美國專利5214420、美國專 利5285407、美國專利6874893、美國專利6865309、美國專利5537258和美國專利6767100。 但這些文獻均未提供解決上述困難和局限的有效解決方案。因此，仍然需要一個新的改進 的圖像顯示系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明旨在提供一個投影顯示系統(tǒng)，具有比傳統(tǒng)構(gòu)造進一步簡 化的構(gòu)造，用于向偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射各色激光，而不將它們會聚到同一光軸來投影圖像。本發(fā)明的第一方面是提供一個投影顯示系統(tǒng)，包括從多個激光光源發(fā)射的多種 顏色的照明光；一個照明光學系統(tǒng)，用于照亮不同于其他顏色的一光軸中、或一照明范圍內(nèi) 至少一種顏色的照明光；一個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于調(diào)制相同偏轉(zhuǎn)角度的各種顏色照明光，在 一幀中相繼實現(xiàn)每種顏色的調(diào)制；一個投影光學系統(tǒng)，用于投影由偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射的照 明光的反射光；一個激光光源控制電路，用于控制每種顏色照明光的強度，其中該激光光源 控制電路將每種顏色的光強比設(shè)定為指定的比例。本發(fā)明的第二方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光 源發(fā)射紅色、綠色和藍色照明光，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上每種顏色的照明光強度比為 綠色比藍色大于等于10 1，綠色比紅色大于等于3 1，或紅色比藍色大于等于3 1。本發(fā)明的第三方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光 源發(fā)射紅色、綠色和藍色照明光，偏轉(zhuǎn)鏡面被青色、品紅色、黃色和白色中的任一種照射。本發(fā)明的第四方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器 件由多個受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的鏡面單元構(gòu)成，比例為開態(tài)時每種顏色照明光的反射光比 例。本發(fā)明的第五方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器 件由多個受控處于開態(tài)、關(guān)態(tài)和振蕩態(tài)的鏡面單元構(gòu)成，比例為振蕩態(tài)投影光學系統(tǒng)瞳孔 位置處的比例。本發(fā)明的第六方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色照 明光強度的比例由偏轉(zhuǎn)鏡面器件輻射表面每單位面積的輻射光強決定。本發(fā)明的第七方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色照 明光強度的比例由穿過投影光學系統(tǒng)瞳孔的強度決定。本發(fā)明的第八方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中激光光源控 制電路通過脈沖發(fā)射控制來控制每種顏色照明光的強度。
本發(fā)明的第九方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中激光光源控 制電路在一幀中控制照明光的照明時間。本發(fā)明的第十方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中至少一種顏 色在一幀顯示周期的1/4至1/2時段中得到調(diào)制。本發(fā)明的第十一方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色 的激光光源是有多個子激光光源組成的激光光源陣列。本發(fā)明的第十二方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色 的激光光源是有多個子激光光源組成的激光光源陣列，其中激光光源控制電路控制發(fā)射子 激光光源的數(shù)量或位置。本發(fā)明的第十三方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中激光光源 由多個排成二維陣列的子激光單元構(gòu)成，其中單個子激光單元的波長差為Inm至3nm。本發(fā)明的第十四方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中通過調(diào)制 各色激光光源發(fā)射照明光得到的投影圖像灰度等級數(shù)對每種顏色都相同。本發(fā)明的第十五方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中通過調(diào)制 各色激光光源發(fā)射照明光得到的投影圖像灰度等級數(shù)對每種顏色各不相同。本發(fā)明的第十六方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光 光源由至少三種顏色的激光光源構(gòu)成，至少具有兩個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，其中每個偏轉(zhuǎn)鏡面器 件調(diào)制至少兩種顏色激光光源發(fā)射的照明光。本發(fā)明的第十七方面是提供一個基于第一方面的投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面 器件由多個鏡面單元構(gòu)成，其中鏡面單元為邊長4微米至10微米的正方形，每種顏色激光 光源的光通量反射率不同。本發(fā)明的第十八方面是提供一個投影顯示系統(tǒng)，包括從激光光源發(fā)射的多種顏色的照明光；—個照明光學系統(tǒng)，用于照亮不同于其他顏色的一光軸中、或一照明范圍內(nèi)至少 一種顏色的照明光；一個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用多個鏡面單元偏轉(zhuǎn)照明光；—個投影光學系統(tǒng)，用于投影由偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射的照明光的反射光；一個控制電路，用于在一幀中以時分方式控制每種顏色的調(diào)制，使偏轉(zhuǎn)鏡面器件 的調(diào)制時間不同，從而使每種顏色的強度比為指定值。本發(fā)明的第十九方面是提供一個基于第十八方面的投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡 面器件根據(jù)非二進制視頻信號控制。本發(fā)明的第二十方面是提供一個基于第十八方面的投影顯示系統(tǒng)，其中構(gòu)成偏 轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面單元受控處于開態(tài)、關(guān)態(tài)和振蕩態(tài)。本發(fā)明的第二十一方面是提供一個基于第十八方面的投影顯示系統(tǒng)，其中通過 調(diào)制各色激光光源發(fā)射照明光得到的投影圖像灰度等級數(shù)對每種顏色各不相同。本發(fā)明的第二十二方面是提供一個基于第十八方面的投影顯示系統(tǒng)，其中控制 電路根據(jù)控制時間決定每種顏色的灰度數(shù)。本發(fā)明的第二十三方面是提供一個基于第十八方面的投影顯示系統(tǒng)，其中控制電路根據(jù)視頻信號控制灰度數(shù)。本發(fā)明的第二十四方面是提供一個基于第十八方面的投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光源由至少三種顏色的激光光源構(gòu)成，至少具有 兩個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，其中每個偏轉(zhuǎn)鏡面器件調(diào)制激光光源發(fā)射的照明光。


圖IA展示了早前技術(shù)中使用微鏡面器件的投影顯示的基本原理；圖IB展示了早前技術(shù)中用于投影顯示的微鏡面器件的基本原理；圖IC顯示了一個早前技術(shù)中的驅(qū)動電路的例子；圖ID顯示了用于產(chǎn)生灰度的傳統(tǒng)數(shù)字微鏡面的二進制脈寬調(diào)制(BinaryPWM)機 制。圖2顯示了一個傳統(tǒng)投影顯示系統(tǒng)，通過使用鏡面將多個激光光源發(fā)射的激光的 光軸會聚到同一光軸；圖3A顯示了一個基于本發(fā)明實施例的傳統(tǒng)投影顯示系統(tǒng)，將光束軸互不相同的 多個激光光源發(fā)射的光束放大；圖;3B闡述了圖3A所示具有不同光軸的多個激光入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件；圖3C描繪了圖;3B所示具有不同光軸的多個激光的反射光路如何受到構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡 面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾斜的控制；圖3D描繪了圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個激光光束的光束 在投影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于開態(tài)和關(guān)態(tài)；圖3E描繪了圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個激光光束的光束 在投影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于中間態(tài)和關(guān)態(tài)；圖4A作為圖3A中光軸各不相同的修訂示例，顯示了多個激光的排布的改變。圖4B闡述了圖4A所示具有不同光軸的多個激光入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的時間；圖4C描繪了圖4B所示具有不同光軸的多個激光的反射光路如何受到構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡 面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾斜的控制；圖4D為圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個激光光束的光束在投 影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于中間態(tài)和關(guān)態(tài)；圖4E為圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個激光光束的光束在投 影透鏡瞳孔處的剖面圖，其中投影透鏡處于中間態(tài)；圖5闡述了圖4A至圖4E所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾角和 在投影透鏡處觀察到的激光強度的關(guān)系；圖6為基于本發(fā)明一優(yōu)選實施例的顯示系統(tǒng)的整體構(gòu)造圖，它含有兩個偏轉(zhuǎn)鏡面 器件和光軸彼此不同的紅、綠、藍色激光光源；圖7A描述了基于一優(yōu)選實施例作為圖6所用顏色切換濾光片的分色濾光片；圖7B描述了基于一優(yōu)選實施例作為圖6所用顏色切換濾光片的偏轉(zhuǎn)濾光片；圖8A顯示了基于一優(yōu)選實施例、對應(yīng)圖7A的單色激光中一個子幀的時間；圖8B顯示了基于一優(yōu)選實施例、對應(yīng)圖7B的單色激光中一個子幀的時間；圖9顯示了用于基于本發(fā)明的投影顯示系統(tǒng)的一個激光光源，它由多個排列成二 維陣列的激光組件構(gòu)成；圖10顯示了一個偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元的構(gòu)造示例；
圖IlA顯示了用于圖10所示每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路構(gòu)造；圖IlB顯示了用于圖IlA所示每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路構(gòu)造；圖12顯示了用于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的控制電路晶體管陣列結(jié)構(gòu)；圖13A闡述了開態(tài)微鏡完全反射入射光的例子；圖13B闡述了關(guān)態(tài)微鏡不反射入射光的例子；圖13C闡述了中間態(tài)微鏡部分反射入射光的例子；圖14闡述了基于本發(fā)明的系統(tǒng)圖的例子。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一個投影顯示系統(tǒng)，包含一個光學元件，用于傳輸來自光軸互不相 同的多個激光光源的光束而不改變不同的光軸。該顯示系統(tǒng)進一步包含一個偏轉(zhuǎn)鏡面器 件，用于接收光束并調(diào)制在指定時段中接收到的光束。該顯示系統(tǒng)進一步包含一個投影光 學系統(tǒng)，用于投影被光束照亮的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的反射光。圖3A顯示了基于本發(fā)明一實施例的投影顯示系統(tǒng)的簡化構(gòu)造。根據(jù)該典型實施 例，圖3顯示了一個投影顯示系統(tǒng)，從多個激光光源向偏轉(zhuǎn)鏡面器件分別發(fā)射激光。排列在 顯示系統(tǒng)中的多個激光光源具有不同的光束軸。圖3A顯示了為偏轉(zhuǎn)鏡面器件36裝配了三 個激光光源，即藍色31、紅色32和綠色33的情況。這三個激光光源，即藍色31s、紅色3 和綠色33s在X-Y平面上具有互不相同的光束軸31a、3^i和33a。藍色31、紅色32和綠色 33的三個激光光束分別入射至光學元件35。光學元件35放大各激光光束31、32和33。光 學元件35位于偏轉(zhuǎn)鏡面器件36和激光光源31s、3k和33s之間。各激光光束被光學元件 35放大，放大后的藍色31、紅色32和綠色33各激光光束照亮并覆蓋偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的幾 乎整個表面。通過將各光源構(gòu)造成具有互不相同的光束軸31a、3h和33a，入射到偏轉(zhuǎn)鏡面 器件36的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的光的角度互不相同。各激光光束31、32和33的剖面形狀 相對于光軸并不對稱，這些光束為橢圓形。偏轉(zhuǎn)鏡面器件36接收放大的照明激光光束31、32和33并在特定的時間內(nèi)根據(jù)時 分調(diào)制過程。當偏轉(zhuǎn)鏡面器件36受控工作在開態(tài)時，調(diào)制的激光被反射到投影透鏡37上。 通過向投影透鏡37投射反射光，即各激光光束31、32和33的開態(tài)光41，在屏幕38上投影 出一幅圖像。這些激光光束由處于開態(tài)的偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的偏轉(zhuǎn)鏡面單元來調(diào)節(jié)和反射。 當激光光束31、32和33照亮偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元時，一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元 將該橢圓光束反射到投影鏡頭37的瞳孔處。注意各激光光源31s、32s、33s和偏轉(zhuǎn)鏡面器 件36由處理器45同步控制。通過控制對應(yīng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件36的切換，各激光光源31s、3k 和33s受控單獨或同步發(fā)射各激光光束31、32和33。同時，光學元件35用于放大照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上的各激光光束31、32和33。這 些光束在一發(fā)射范圍內(nèi)從多個激光光源投影，其中各光束的剖面形狀和大小各自不同。在 偏轉(zhuǎn)鏡面器件表面上，所示顯示系統(tǒng)的構(gòu)造在各激光光束31、32和33的發(fā)射范圍內(nèi)產(chǎn)生差 異。不同的激光光束31、32和33有不同的光束軸31a、3h和33a，因此，可以調(diào)整發(fā)射范 圍，使各激光發(fā)射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件鏡面列陣表面。鏡面陣列表面是指形成為二維陣列的整 個鏡面表面，包含多個偏轉(zhuǎn)鏡面單元，從而構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件。以下，本文獻將使用該術(shù)語。進一步地，在各激光光束31，32，33從激光光源照射到各偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元方向上裝配了光學元件35，其數(shù)值孔徑NA的剖面不均勻或不對稱。非均勻或不對 稱的光束進一步允許光強控制和調(diào)節(jié)的靈活性。在數(shù)值孔徑NA范圍內(nèi)，投影的激光可以具 有非均勻或不對稱的光強。各偏轉(zhuǎn)鏡面單元的反射光對應(yīng)的激光光束穿過具有不均勻或不 對稱數(shù)值孔徑NA的光學元件35，在各激光光束31、32和33中產(chǎn)生了數(shù)值孔徑NA的差異。 在穿過投影透鏡37的瞳孔時，保持了圖像顯示光的不均勻性或不對稱性?？商娲?，可以 將數(shù)值孔徑NA配置成不均勻或不對稱，以在投影透鏡37的瞳孔處，根據(jù)激光光束的剖面方 向形成不同的光強分布。當各激光光束31、32和33穿過投影透鏡的瞳孔時，上述構(gòu)造在這些激光光束發(fā)射 距離上產(chǎn)生差異。穿過投影透鏡時各激光光束31、32和33的形狀和這些激光光束的強度 可以調(diào)節(jié)。圖3A和;3B顯示了光學器件35，包含三種分別對應(yīng)激光光源的光學元件，用于控 制和改變發(fā)射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上光的形狀和面積。進一步地，光學元件35采用具有形變表 面的光學元件。一個典型光學單元具有圓柱表面，另一典型光學單元具有偏心彎曲表面，另 一典型光學單元具有衍射網(wǎng)格，還有一典型光學單元具有納米結(jié)構(gòu)的光學元件。這些不同 種類的表面允許根據(jù)激光入射到光學元件的位置和角度，靈活控制和改變發(fā)射形狀、數(shù)值 孔徑NA和激光的強度。進一步地，在圖3A中顯示，圖像數(shù)據(jù)通過幀存儲44從圖像源43輸入，用于通過控 制圖3A所示投影顯示系統(tǒng)上的偏轉(zhuǎn)鏡面器件來調(diào)制從多個激光光源投影的光束。處理器 45同時控制偏轉(zhuǎn)鏡面36和多個激光光源。多個偏轉(zhuǎn)鏡面單元和多個激光光源的控制與施 加來控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件的圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)。在入射時控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件對應(yīng)的激光的顏色， 可以在屏幕38上投影圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的圖像?；诒景l(fā)明第一實施例的各激光光源通過與 偏轉(zhuǎn)鏡面器件同步的開態(tài)和關(guān)態(tài)切換而轉(zhuǎn)變。多個激光光源為不同顏色的獨立激光光源藍色31、紅色32和綠色33，在一幀內(nèi)根 據(jù)處理器的45控制，以180Hz或更高的頻率發(fā)射彩色光。對于某些應(yīng)用，最好使用360Hz的 重復圖形來投影彩色光，即紅、綠、藍、紅、綠、藍等等。各激光光源最好分別采用以下波長， 綠色約為MOnm士 20nm，紅色約為630nm士 20nm，藍色約為460nm士 20nm。這樣的構(gòu)造就可以 利用依賴于光學元件的波長來調(diào)節(jié)照明范圍，數(shù)值孔徑NA和激光光源發(fā)出的每種顏色激 光的強度分布。因為根據(jù)入射光的波長，不同的衍射網(wǎng)格有不同的衍射角度，所以激光光源 最好產(chǎn)生不同的、相互不重疊的激光光束。類似的，當不同顏色的光源偏振方向不同時，光 學元件中使用偏振選擇單元來選擇光源為圖像顯示系統(tǒng)執(zhí)行色彩順序控制。在一典型實施實例中，各激光光源31s、3k和33s可以配置一個激光陣列，包含大 量半導體激光源，即子激光光源，發(fā)射相應(yīng)激光的顏色。這種情況下，通過調(diào)節(jié)作為子激光 光源的大量半導體激光源的數(shù)量、位置和發(fā)射單位，可以控制每種顏色的強度比。每個單獨 彩色激光光源由大量低輸出功耗、低成本的半導體激光陣列組成，從而使激光光源31s、3k 和33s能夠提供高輸出的激光。偏轉(zhuǎn)鏡面器件36包括一個列驅(qū)動器和一個行驅(qū)動器，由處理器45控制的控制數(shù) 據(jù)46和緩存47來驅(qū)動。多個鏡面單元中各鏡面單元的鏡面表面的傾斜受控處于開態(tài)，將 激光光束發(fā)射到投影光學系統(tǒng)。鏡面受控處于關(guān)狀態(tài)，將激光光束反射至投影光學系統(tǒng)以 外。鏡面受控處于中間態(tài)，將部分激光光束反射到投影光學系統(tǒng)?？商娲?，鏡面受控在開 態(tài)和關(guān)態(tài)之間來回振蕩，從而將激光發(fā)射到投影光學系統(tǒng)37或者光罩39。多個激光光源發(fā)射的激光光束31、32和33通過光學元件35放大。發(fā)射到光罩39上的關(guān)態(tài)光42被遮擋。本發(fā)明的第一實例包含多個激光光源。近來發(fā)明了一個不低于3瓦的非常明亮的 激光光源。該構(gòu)造可以提供非常明亮的照明光。該系統(tǒng)配置不同于高壓汞燈或者類似高壓 汞燈的系統(tǒng)。進一步地，對于每種彩色激光輻射形狀和面積大小的調(diào)節(jié)都具有靈活性。有了 這樣子的激光光源，可以方便地實現(xiàn)對激光光源脈沖發(fā)射的控制和激光強度的靈活調(diào)整。圖:3B顯示了在X-Y平面上具有不同光軸的各激光光源發(fā)射的每一激光的排布。通 過光學元件(未畫出)放各激光光束，這些激光投影到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上。圖:3B所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件36包含多偏轉(zhuǎn)鏡面單元60。通過向偏轉(zhuǎn)鏡面單元的電 極施加電壓，沿傾斜軸52改變鏡面表面的傾斜使之工作在開態(tài)/關(guān)態(tài)，每個偏轉(zhuǎn)鏡面單元 得到控制。當單個偏轉(zhuǎn)鏡面單元60處于開態(tài)時，偏轉(zhuǎn)鏡面將激光光束反射到偏轉(zhuǎn)鏡面單元 上?？梢栽O(shè)置鏡面表面的傾斜，在圖3A所示X-Y平面上，沿著屏幕38的方向向投影透鏡37 反射光軸3la、3 和33a彼此不同的各激光光束31、32和33。偏轉(zhuǎn)鏡面處于關(guān)態(tài)時，將光 束反射至投影光學系統(tǒng)以外?？梢栽O(shè)置鏡面表面的傾斜，將激光反射到燈罩39上。第一實 施例中，在X-Y平面上放置了擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a的多激光光束31s、32s 和33s。激光光束31a、3h和33a在平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面列陣表面的方向上有不同 的角度。圖3C是為鏡面像素單元的剖面圖，進一步詳細描述了根據(jù)偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn) 鏡面單元的傾斜角，反射到投影光學系統(tǒng)37或者燈罩39的每一激光。在X-Y平面上，各激 光光源有彼此不同的光束軸。具體而言，在圖3C中，各激光光束31、32和33從各自的激光光源發(fā)射出來，在X_Y 平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。這些光束由光學元件35放大，照射到偏轉(zhuǎn) 鏡面器件的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元60上。從單個激光光源發(fā)射的光束光強分布正常，光束的剖 面近似為圓形。進一步地，從各激光光源照射到偏轉(zhuǎn)鏡面單元60上的光束在穿過光學元件 35后近似為橢圓形或狹長形。該光束的剖面具有數(shù)值孔徑NA，在與偏轉(zhuǎn)方向垂直的方向 上，每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元60的偏轉(zhuǎn)方向上有一強度分布。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元60的鏡面61處于開態(tài)時，激光光束31、32和33被反射至投影透 鏡37的光路上。當激光光束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射時，激光光束31、32和33在 X-Y平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。光束沿光束軸31a、3h和33a被反射， 這些光束軸在X-Y平面上互不相同，以向投影透鏡37投影。各激光光束31、32和33的光 束軸31a、3h和33a在X方向上不同。X方向平行于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的偏轉(zhuǎn) 軸。當鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為θ，處于開態(tài)時，根據(jù)反射原理，投影路徑41和光 束31、32和33的入射光路夾角為2 θ。另一方面，當偏轉(zhuǎn)鏡面單元60的鏡面61處于關(guān)態(tài) 時，激光光束31、32和33被反射至光罩39的光路上而被遮擋。進一步地，當激光光束31、 32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射時，激光光束31、32和33在X-Y平面上擁有彼此不同的光束 軸31a、3h和33a。反射光光束也在X_Y平面的方向上載互不相同的光軸31a、3h和33a 上傳輸，投影至光罩39。當鏡面受控工作在開態(tài)時，各激光光束31、32和33的光束軸31a、 3 和33a在X方向上不同。當鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為θ，處于關(guān)態(tài)時，根據(jù)反射 原理，光罩光路42和光束31、32和33的投影光路41的夾角為4 θ。用于本發(fā)明第一實施 例的偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元60在襯底64上包含一個彈性鉸鏈部件65。如圖3所示，鏡面61與彈性鉸鏈部件65相連。電極63和66位于彈性鉸鏈部件65左右兩側(cè)襯 底的上表面。向電極63和66施加電壓在鏡面61和電極之間產(chǎn)生一庫侖力，使鏡面表面傾 斜。關(guān)態(tài)制動器62和開態(tài)制動器67位于彈性鉸鏈部件65左右兩側(cè)襯底的上表面，這樣關(guān) 態(tài)制動器62和開態(tài)制動器67在一傾角范圍內(nèi)限制了鏡面的傾斜。圖3C顯示了位于彈性 鉸鏈部件65右側(cè)的開態(tài)制動器67，將鏡面表面的傾角限制在開態(tài)范圍內(nèi)。位于彈性鉸鏈部 件65左側(cè)的關(guān)態(tài)制動器62將鏡面表面的傾角限制在關(guān)態(tài)范圍內(nèi)。靜止狀態(tài)的鏡面表面傾 角規(guī)定為θ =0度。開態(tài)鏡面表面傾角規(guī)定為θ =12度。關(guān)態(tài)鏡面表面傾角規(guī)定為θ ="12度。中間態(tài)鏡面表面傾角規(guī)定為θ = -8度至+8度。圖3D和3Ε為圖3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個激光光束的光 束在投影透鏡瞳孔處的剖面圖。在圖3D中，各激光光束31、32和33具有一數(shù)值孔徑ΝΑ，其剖面形狀為橢圓形或狹 長形。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時，橢圓或狹長的光束由光學元件產(chǎn)生并入射至投影透鏡， 從而覆蓋整個投影透鏡37，其中光學元件放大從多個在X-Y平面上具有不同光軸31a、3h 和33a的激光光源發(fā)射的激光。在這樣的構(gòu)造下，很容易通過光學元件改變從偏轉(zhuǎn)鏡面器 件以上述相對投影光學系統(tǒng)瞳孔截面的方向反射的光的光強分布，其中反射光的的方向如 前所述投影透鏡37投影一部分剖面形狀為橢圓形或狹長形的激光光束31、32和33?？梢?通過調(diào)整從投影透鏡37投影的光的比例來控制需要的激光光強。在一典型實施例中，各激 光光源在X-Y平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，因此各激光光束31、32和33 在X-Y平面上有特定的位移。既然各激光光束31、32和33覆蓋了整個投影透鏡，所有激光 將在投影透鏡37處交疊，以投影圖像。有了在這種構(gòu)造下的交疊投影，通過放大，在透鏡范 圍內(nèi)將合適的光強提供給輻射范圍，其中不同光束的剖面具有不同的形狀和大小。進一步 地，既然從具有不同光軸31a、3h和33a的多個激光光源發(fā)射的各激光光束31、32和33覆 蓋了整個投影透鏡，用于圖像顯示的光強的控制可以靈活調(diào)整，以獲得更高的灰度等級。類似的，當偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于關(guān)態(tài)時，圖3D所示投影透鏡在瞳孔處，激光光束31、 32和33的剖面形狀為橢圓形或狹長形。在X-Y平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和 33a的光源發(fā)出的光束被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射至投影透鏡37以外的光罩39的光路上。各激 光光源在X-Y平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，因此各激光光束31、32和33 被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射，在X-Y平面上具有一特定位移。光罩39的遮光部分阻止了這些投影 到投影透鏡以外的光的反射和干涉。在圖3D中，當偏轉(zhuǎn)鏡面器件處于開態(tài)時，光學元件照 射的激光光束31、32和33被反射，覆蓋整個投影透鏡。由于光學元件照射的激光光束31、 32和33被反射，光在關(guān)態(tài)時投影到投影透鏡的問題進一步減小。圖3E進一步闡述了通過 鏡面表面傾角的控制，偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的開態(tài)和關(guān)態(tài)。圖3E通過光束在投影 透鏡瞳孔處的剖面圖進一步闡述了鏡面表面處于中間態(tài)的情況，其中投影透鏡用于接收圖 3C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光光束。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾斜受控處于中間態(tài)時，具有數(shù)值孔徑NA、剖面為橢 圓形或狹長形的激光光束31、32和33被部分地反射至投影透鏡37的光路上。各激光光束31、32和33部分地穿過投影透鏡37，可以使相對開態(tài)光強更低的光 強穿過投影透鏡。這允許更高的光強調(diào)節(jié)靈活性，以達到更細膩的灰度分辨率。各激光光 源在X-Y平面上具有彼此不同的光束軸3la、3 和33a，因此各激光光束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射，在X-Y平面上具有一特定位移。各激光光束31、32和33分別以相對不同 的光軸31a、3h和33a的傳輸比穿過投影透鏡。具體的位移與光學元件的放大比有關(guān)。因 此，在中間態(tài)，對每一激光源，可以靈活調(diào)整穿過投影光學系統(tǒng)的反射光束的光強。偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元開態(tài)、關(guān)態(tài)和振蕩態(tài)或中間態(tài)的調(diào)制控制可以調(diào)整 穿過投影光學系統(tǒng)的光，提高色彩等級。最好為偏轉(zhuǎn)鏡面單元提供調(diào)制控制，用非二進制數(shù) 來實現(xiàn)振蕩控制。該非二進制數(shù)通過將視頻信號的二進制數(shù)劃分成最小單位的視頻信號來 獲得。進一步地，結(jié)合用于控制振蕩態(tài)或中間態(tài)中偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的時鐘 調(diào)制和激光發(fā)射狀態(tài)的時鐘控制可以獲得對顯示光強更細膩的調(diào)整。例如，將偏轉(zhuǎn)鏡面處 相對激光處于開態(tài)時發(fā)射100%光強的1/16的振蕩態(tài)或中間態(tài)的鏡面調(diào)制態(tài)激光光強減 小50%，可以將穿過投影透鏡的光強控制和調(diào)制為全開態(tài)光強的1/32。進一步地，如果振蕩態(tài)或中間態(tài)中一幀的指定時段中幾乎同步地控制所有像素， 當激光的照明光強為50%時，來自光學系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)鏡面器件襯底的額外光得以減小。因此，在 投影一光強或顯示一暗的視頻圖像時，激光強度的減小可以提高圖像對比對。進一步地，激 光具有寬色彩還原范圍，因此結(jié)合一個具有振蕩態(tài)或中間態(tài)的鏡面器件可以獲得更高色彩 質(zhì)量的視頻圖像顯示。因而在一典型實施例中，顯示器件構(gòu)造成在垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面偏轉(zhuǎn) 方向的方向上，擴大照明光束的數(shù)值孔徑NA。該光學結(jié)構(gòu)特性導致接近關(guān)態(tài)的反射光從投 影透鏡的瞳孔處一開，從而進一步減小干涉、提高圖像顯示的對比對。圖4A顯示了改變圖3A所示系統(tǒng)布局的本發(fā)明另一典型實施例。在X-Y平面上光 束軸各不相同的激光光源在Y-Z平面上也有彼此不同的光軸。多個激光光源的排放位置是 光束軸31a、3h和33a以不同的角度垂直于偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面陣列表面。另外，該投影 顯示系統(tǒng)的整體構(gòu)造和原理與圖3中的類似，因此不再進一步詳細累述。圖4B闡述了圖4A所示Y-Z平面上光軸互不相同的各激光光源發(fā)射的激光經(jīng)過光 學元件(未畫出)的放大后照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上。該偏轉(zhuǎn)鏡面器件包含多個偏轉(zhuǎn)鏡面單 元60，其中鏡面表面相對偏轉(zhuǎn)軸52傾斜。通過向圖:3B所示和所述電極施加電壓，鏡面受控 工作在開態(tài)和關(guān)態(tài)。鏡面表面的傾斜受控處于開態(tài)，將激光反射到投影透鏡的光路上。鏡 面表面的傾斜受控處于關(guān)態(tài)，將激光反射到光罩的光路上被遮擋，如圖3B所示。圖4C進一步詳細描繪了圖4B所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元如何接收在Y-Z 平面上具有不同光軸的各激光光源發(fā)射的激光。由于對偏轉(zhuǎn)鏡面單元鏡面表面的控制，偏 轉(zhuǎn)鏡面將各激光反射至投影光學系統(tǒng)或光罩。在圖4C中，各激光光束31、32和33從各自的激光光源發(fā)射出來，在Y_Z平面上擁 有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。光束由光學元件放大，照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件的一個 偏轉(zhuǎn)鏡面單元60上。在該顯示系統(tǒng)中，各激光光束31、32和33具有一數(shù)值孔徑NA，其剖 面形狀為橢圓形或狹長形。激光光束31、32和33從多個激光光源投影。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元 60的鏡面61處于開態(tài)時，激光光束31、32和33被反射至投影透鏡37的光路上。由于激光 光束31、32和33在Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，它們的反射光分別 沿Y-Z平面上的光束軸31a、3h和33a位移。同時，當鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為Θ， 處于開態(tài)時，根據(jù)反射原理，激光入射光路和投影光路41的夾角為2 θ。當傾角為關(guān)態(tài)時，激光光束31、32和33被反射至光罩39的光路上而被遮擋。由于激光光束31、32和33在 Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，它們的反射光分別沿Y-Z平面上的光束 軸31a、3h和33a位移并入射到光罩39。同時，當鏡面單元的靜止鏡面表面傾斜為Θ，處 于關(guān)態(tài)時，根據(jù)反射原理，激光入射光路和投影光路42的夾角為4 θ。該例中偏轉(zhuǎn)鏡面單元 的構(gòu)造與圖3C所示類似，因此不再進一步累述。圖4D和4Ε為圖4C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的多個激光光束31、32 和33在投影透鏡瞳孔處的剖面圖。當鏡面處于開態(tài)時，剖面為橢圓形或狹長形、數(shù)值孔徑 為NA的激光光束31、32和33被反射至投影透鏡37的光路上。各激光光束31、32和33從 多個激光光源31s、3k和33s發(fā)射出來，在Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和 33a。也可以在相對投影光學系統(tǒng)瞳孔截面、指定的各激光光束31、32和33的反射光方向 上調(diào)整光強度分布。盡管光束覆蓋整個投影透鏡37，相對投影光學系統(tǒng)瞳孔截面指定方向 上具有數(shù)值孔徑NA的各激光光束31、32和33的一部分被放大。這些光束的剖面形狀為橢 圓形或狹長形，突出在投影透鏡37以外。在投影透鏡37的范圍內(nèi)產(chǎn)生了各激光光束31、32和33需要的光強。進一步地， 可以創(chuàng)造一種結(jié)構(gòu)，使一部分藍光突出在投影透鏡以外，從而把藍色設(shè)置為最暗的顏色，把 綠色設(shè)置為最亮的顏色。該彩色顯示與觀眾的視覺特性相符合。因此最好將顯示系統(tǒng)構(gòu)造 成綠色激光的光軸33a位于藍色和紅色激光光束31和32的光軸31a和32a的中央。在一典型實施例中，各激光光源在Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3 和 33a。偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光光束31、32和33在Y-Z平面上沿不同的光軸3la、3 和33a 平移特定的量。各激光光束的特定平移為投影透鏡37范圍內(nèi)的各激光光束31、32和33提 供了需要的光強。這是因為各激光光束31、32和33覆蓋了整個投影透鏡?！獋€激光光源受控為不同的顏色提供不同的反射光光學強度。各激光光束31、32 和33也可以不必覆蓋整個投影透鏡，激光光束也可以在投影透鏡的瞳孔內(nèi)投影不同的形 狀和面積。當具有不同光軸31a、3h和33a的多個激光光源投影的各激光光束31、32和33 被反射到不同的區(qū)域，或不同的光束剖面范圍，圖像可以在光束覆蓋整個投影透鏡時得以 顯示。進一步地，通過光源的應(yīng)用，可以在鏡面開態(tài)中獲得足夠的顯示光強。類似的，在圖4D所示投影透鏡的瞳孔處的激光剖面，經(jīng)過光學元件放大從多個激 光光源發(fā)射的各激光，激光光束31、32和33的剖面形狀為橢圓形或狹長形。各激光光源在 Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。當偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡 面表面傾角處于關(guān)態(tài)時，偏轉(zhuǎn)鏡面單元60將光束反射至投影透鏡37以外的光罩39。由于 各激光光源31s、3k和33s在Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a，各激光光 束31、32和33被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射，在Y-Z平面上有一特定位移。然后光束被光罩39遮 擋，不產(chǎn)生反射光，防止了反射光干涉的問題。當偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的排列方式是，當偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時，光 學元件照射的各激光光束31、32和33被反射至覆蓋整個投影透鏡。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于 關(guān)態(tài)時，光學元件照射的激光光束31、32和33被反射至投影透鏡以外。通過鏡面表面傾角 的控制，可以控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的開態(tài)和關(guān)態(tài)。圖4E描繪了激光光束31、32和32在投影透鏡瞳孔處的剖面圖形。當圖4C所示偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾角處于中間態(tài)時，激光光束31、32和33被反 射。在Y-Z平面上擁有彼此不同的光束軸31a、3h和33a的多個光源發(fā)出的激光和各激光 光束31、32和32通過光學元件被放大成剖面為橢圓為狹長形的光束。當偏轉(zhuǎn)鏡面器件的 偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾角處于中間態(tài)時，偏轉(zhuǎn)鏡面單元將部分激光光束反射至投影透 鏡。各激光光束31、32和33部分地入射到投影透鏡37，可以使相對開態(tài)光強更低的光強穿 過投影透鏡。各激光光束31、32和33穿過整個投影透鏡。通過部分穿過投影透鏡的光束 的投影，可以獲得對光強更細膩的可控調(diào)節(jié)，使光強具有更高的等級。進一步地，激光光源 在Y-Z平面上具有彼此不同的光束軸31a、3h和33a。偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光光束31、 32和33在Y-Z平面上平移特定的量。各激光光束31、32和33穿過投影透鏡37的比例不 同。圖4E所示關(guān)態(tài)激光光束31、32和33與圖4D所示關(guān)態(tài)中的類似。中間態(tài)的激光光束 31、32和33進一步射向關(guān)態(tài)以外的位置。激光光源和照明光學元件為偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開 態(tài)時使投影光強處于最優(yōu)狀態(tài)、偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于振蕩態(tài)或中間態(tài)時設(shè)定最優(yōu)投影光強提 供了靈活性。進一步地，在實施例范圍內(nèi)，為照明光束在數(shù)值孔徑NA在偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表 面偏振方向上設(shè)定了范圍。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于中間態(tài)時，該構(gòu)造可以改變穿過投影透鏡 瞳孔處的光的光強。圖5闡述了偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾角和在投影透鏡處的 激光強度的關(guān)系。這里描述的是圖3A至圖3E和圖4A至圖4E中的鏡面傾角。圖5的縱軸是投影透鏡處的激光強度，橫軸是偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡 面表面的傾角。在典型實施例中，偏轉(zhuǎn)鏡面單元的靜止狀態(tài)通常設(shè)定為鏡面表面傾角θ = O0當偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面位于θ = -12時，由于各激光光束31、32和33被反 射至光軸39上而遮擋，最小光量投影到投影透鏡上。因此，當偏轉(zhuǎn)鏡面器件處于關(guān)態(tài)時，來 自所有光源的零光量或最少光量穿過投影光學系統(tǒng)。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾斜θ 受控處于θ =-8°至+8°之間時，入射到投影透鏡的光和各激光的比例隨θ接近開態(tài)傾 角θ =+12°而增大。在振蕩態(tài)中，投影到投影透鏡的各激光強度隨偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面 表面傾角在開態(tài)和關(guān)態(tài)之間自由振蕩而改變。在中間態(tài)或振蕩態(tài)中，通過改變照明光光軸 31a,32a和33a的傾斜、各照明光的數(shù)值孔徑NA和各激光光源的發(fā)射強度可以很容易地控 制從多個激光光源發(fā)射、被偏轉(zhuǎn)鏡面器件反射、穿過投影光學系統(tǒng)的反射光強度。在本實施 例中，鏡面表面傾角規(guī)定為θ =0的靜止狀態(tài)也是中間態(tài)的一部分。因此，只有一部分被 偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光入射到投影透鏡來投影中間光強。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面傾 斜θ受控處于θ =+12°的開態(tài)時，被偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射的激光輻射至整個投影透鏡，從 而可以在投影透鏡處最大化光強。圖5顯示了用于調(diào)制從光束軸互不相同的多個激光光源發(fā)射的光束的投影顯示 系統(tǒng)的實施例。圖3Α和4Α顯示了在X-Y平面和Y-Z平面上放置多個激光光源的典型實施 例。這些構(gòu)造可以靈活地替換。多個激光光源可以排列在所提供空間的任何位置，使它們 具有不同的光束軸31a、3h和33a。這些構(gòu)造允許對入射到傳輸光束的光學元件的各光束 的調(diào)整。具有不同光束軸31a、3h和33a的多個激光的構(gòu)造因此消除了對傳統(tǒng)構(gòu)造中將各激光會聚至同一光軸的鏡面的需要。在提高投影顯示系統(tǒng)設(shè)計自由度上，該構(gòu)造更簡單和 有效。多個激光光源可以包含兩個或多個半導體激光源，任一個的波長范圍約為 540nm士 20nm、630nm士 20nm 和 460nm士 20nm。在決定包含紅、綠、藍色激光的多激光光源中每一種的激光強度比例時，優(yōu)選的 比例是綠色比藍色大于等于10 1，綠色比紅色大于等于3 1，或紅色比藍色大于等于 3 1。提供上述比例的光源提供了最優(yōu)和更清晰的彩色圖像。作為替代實施例，下面描述了包含具有四種不同光軸的激光光源的投影顯示系 統(tǒng)。圖6是作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一個顯示系統(tǒng)的整體構(gòu)造的剖面圖，它包含兩 個偏轉(zhuǎn)鏡面器件和光軸彼此不同的紅色激光光源71、藍色激光光源72、綠色激光光源76和 淺綠色激光光源77?；诒緦嵤├耐队把b置使用的光學系統(tǒng)中，使用了四個照明激光光源，即光軸 彼此不同的紅色激光光源71、藍色激光光源72、綠色激光光源76和淺綠色激光光源77。綠 色激光光源76和淺綠色激光光源77是兩個顏色近似的光源。光軸幾乎平行。使用兩個激 光光源能夠使系統(tǒng)顯示的視頻圖像色彩還原范圍改變，或?qū)⑦@兩個光源都作為綠色的光源 來調(diào)整。該顯示系統(tǒng)進一步包含一個光學元件73，用于放大各激光的光束，和一個二向棱 鏡75。該棱鏡是由兩個三棱鏡粘合而構(gòu)成的。用于完全反射綠色或淺綠色波長、傳輸紅光 和藍光的分色薄膜位于上述棱鏡的粘合表面之間。三角棱鏡之間的粘合表面的一部分和側(cè) 面的一部分作為光罩80。偏轉(zhuǎn)鏡面器件74和78位于二向棱鏡75的輸出表面。該顯示系 統(tǒng)進一步包含一個顏色切換濾光片81和一個投影透鏡82。投影至二向棱鏡75的照明光入 射角進一步說明，關(guān)態(tài)光79b投影至樂與反射方向相反的方向。同時，使用了一個光學棱鏡 (未畫出)來為投影到二向棱鏡75的照明光排布相對表面合適的入射角。下面描述了包含具有四種不同光軸的激光光源的投影顯示系統(tǒng)的構(gòu)成原則。綠色激光光源76和淺綠色激光光源77的偏振方向相差90度。這些光從二向棱 鏡75的左側(cè)進入。紅色激光光源71和偏振方向與紅色激光光源相差90度的藍色激光光 源72的照明光從二向棱鏡75的右側(cè)入射。綠色激光光源76和淺綠色激光光源77發(fā)射的 光束被光學元件73放大并進入二向棱鏡75。光罩80位于二向棱鏡75的兩個粘合棱鏡粘 合部分的下部和入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件78之前的部分表面。除了進入偏轉(zhuǎn)鏡面器件78的部 分，所有入射激光都被光罩80遮擋。進入偏轉(zhuǎn)鏡面器件78的綠色激光為P-偏振和淺綠色 激光為S-偏振。通過控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件來調(diào)制控制的照明光用單實線表示，代表合成了反 射的綠光和淺綠光的特定亮度的綠色激光。由偏轉(zhuǎn)鏡面器件78反射的綠色激光和淺綠色 激光的開態(tài)光79a是由二向棱鏡75的斜面來反射的。反射的綠色激光和淺綠色激光進一 步被形成二向棱鏡75的兩個三角棱鏡的粘合面反射。綠色激光或淺綠色激光的開態(tài)光79a 通過顏色切換濾光片81選擇性地投射到投影透鏡82。該顏色切換濾光片81包含一個分色 鏡和偏振光束分光器(PBS)，用于根據(jù)傳輸光的波長或偏振狀態(tài)選擇傳輸或反射。下面描述紅色激光光源71和藍色激光光源72發(fā)射的激光從二向棱鏡75的右側(cè) 入射后的傳輸過程。紅色激光光源71和藍綠色激光光源72發(fā)射的激光光束被光學元件73 放大并進入二向棱鏡75。光罩80位于二向棱鏡75的兩個粘合棱鏡粘合部分的下部和入射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件74之前的部分表面。除了進入偏轉(zhuǎn)鏡面器件74的部分，其他入射激光被光罩80遮擋。進入偏轉(zhuǎn)鏡面 器件74的紅色激光為P-偏振和藍色激光為S-偏振。由偏轉(zhuǎn)鏡面器件74反射的紅色激光 和藍色激光的開態(tài)光79a是由二向棱鏡75的斜面來反射的。反射光進一步被形成二向棱 鏡75的兩個三角棱鏡的粘合表面反射。紅色激光或藍色綠色激光的開態(tài)光79a通過顏色 切換濾光片81選擇性地投射到投影透鏡82。這四種激光，即從棱鏡左側(cè)入射的綠色和淺 綠色激光、從棱鏡右側(cè)入射的紅色和藍色激光按照時間順序進入投影透鏡82，產(chǎn)生彩色圖 像。當綠色和淺綠色激光設(shè)定為波長相同的綠光時，與紅色和藍色激光的組合構(gòu)成了三色 激光。當紅光和藍光根據(jù)在顯示幀中按時間順序投影時，綠光在一陣中持續(xù)地投影。該顯 示構(gòu)造消除了綠色視頻圖像的閃爍，因而提供了更明顯的彩色圖像。進一步地，綠色顯示時 段比藍色和紅色的長，所有顏色都按時間順序投影。亮度一定時，該顯示圖像變得更明顯， 這是因為綠光比紅光和藍光具有更高的視覺敏感度。另一方面，通過使用偏轉(zhuǎn)鏡面單元調(diào) 制亮度等級的控制時間隨顯示時間的長度而增加。因此能夠在偏轉(zhuǎn)鏡面單元中提高控制分 辨率來以更高的色調(diào)顯示細膩的等級進一步地，也可以通過增加偏轉(zhuǎn)鏡面單元的像素量和 提供高分辨率圖像，如4kMk像素，來固定每個鏡面單元的傳輸時間數(shù)據(jù)。此外，激光光源 發(fā)射的偏振光也可以與上述P-偏振和S-偏振相反，或從線性偏振轉(zhuǎn)換為圓偏振。也可以 使用通過改變照明光特性來切換顏色的方法。二向棱鏡75的上表面和下表面不是開態(tài)光79a的入射和反射光光路，均與兩個三 角冷靜的粘合表面垂直。光罩80位于棱鏡的側(cè)表面，因此阻止光從此處通過。當對應(yīng)各激 光的偏振鏡面器件上的偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于關(guān)態(tài)時，關(guān)態(tài)光79b反射至一個方向，各激光被 光罩80吸收。如上所述，多個激光光源中包含至少兩種顏色的光源。多個激光光源以時分方案 受控來區(qū)分用于顯示圖像的每一種顏色的光強等級。因此該投影顯示系統(tǒng)裝配了至少三個 含有至少兩個偏轉(zhuǎn)鏡面器件的光源。進一步地，圖6揭示了用于投影顯示系統(tǒng)的多個光源 的一部分的波長區(qū)別，如綠色和淺綠色為5nm和不超過10nm。圖7A和7B詳細描繪了圖6中使用的分色濾光片。綠色和淺綠色光的波長幾乎相 等。這兩種光穿過青色和黃色濾光片。圖7A闡述了包含兩種顏色的分色濾光片，其中兩種顏色為藍色和綠色混合的青 色以及紅色和綠色混合的黃色。圖7A顯示了投影在分色濾光片中黃色多于青色的投影光 的構(gòu)造。分色濾光片的顏色和顏色比例可以任意決定。在分色濾光片中，當投影的激光照 射在如對角陰影部分時，這部分的顏色得以投影。圖7B為一個分光片，包含一個分離S-偏振和P-偏振光的偏振光束分光器(PBS)， 以傳輸兩種顏色，如藍色和綠色混合的青色以及紅色和綠色混合的黃色。在圖7B中，S-偏 振和P-偏振的比例設(shè)定為一樣，因此在PBS濾光片中，黃色和青色的比例相同。PBS濾光片 中這種偏振比例可以任意決定。由于濾光片包含S-偏振和P-偏振，當S-偏振光進入P-偏 振濾光片時，光被遮擋。當P-偏振光進入S-偏振濾光片時，光也被遮擋。圖7A和7B闡述 了色輪的顏色切換。該色輪可以是使用液晶等材料或有類似功能的結(jié)構(gòu)的非旋轉(zhuǎn)分色濾光 片。這是因為在旋轉(zhuǎn)濾光片中，如特別是在用偏振特性分離顏色的色輪中，濾光片的偏振軸 方向發(fā)生改變，因此降低了傳輸光強的傳輸效率。圖8A和8B分別顯示了對應(yīng)圖7A和7B的每種顏色的一個子幀的時間。這種時分方案的使用使得通過在不同時段內(nèi)投影不同顏色 的光來投影圖像成為可能。通過控制與偏轉(zhuǎn)鏡面器件同步工作的各激光光源在時間劃分上 的開/關(guān)，可以達到分色濾光片的作用。在圖8A中，對應(yīng)圖7A所示分色濾光片的顏色的是根據(jù)在一幀中以時間劃分、按照 圖7A中的分色濾光片發(fā)出紅光和藍光的時間來投影的。持續(xù)向投影透鏡發(fā)射綠光作為開 態(tài)光，類似于圖6所示具有同步發(fā)射時段的多個激光光源。如上所述，可以通過在多個激光 光源同步發(fā)射的時間內(nèi)控制投影來投影彩色圖像，其中在上述時間中各激光光源的開/關(guān) 根據(jù)時分控制方案來控制。基于本發(fā)明的投影顯示系統(tǒng)可以裝配為用光學元件來放大兩個 激光光源發(fā)射的激光光束，并將其輻射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件，使任一激光在一幀中有1/2或更 長的時間內(nèi)得到調(diào)制。也可以裝配為用光學元件來放大三個激光光源發(fā)射的激光光束，并 將其輻射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件，使任一激光在一幀中有1/3或更短的時間內(nèi)得到調(diào)制。進一步 地，可以同時控制照明激光的顯示時間和光強，從而修正一幅圖像的色平衡和亮度平衡。通 過利用整個一幅圖像的亮度和顏色信息可以靈活調(diào)整每一幀中各顏色的顯示時間。例如， 在一幅紅色的日落圖中，如果紅色在整個屏幕中都很豐富，可以延伸調(diào)制紅色激光的時間， 通過增加等級在14位中只顯示紅色，在10至12中顯示綠色和藍色等級。圖8B為一幅時鐘圖，顯示了根據(jù)圖7B中偏振濾光片的顏色比例，在一幀中以時間 劃分來決定紅光和藍光發(fā)射時間長度的結(jié)構(gòu)。投影透鏡上的綠光保持為開態(tài)光，類似于圖 6所示具有同步發(fā)射時段的多個激光光源，根據(jù)圖7B的偏振綠光片投影彩色圖像。以上描述揭示了一種圖像顯示系統(tǒng)，其中激光光源投影的色彩圖像具有四種互不 相同的光軸。圖9顯示了包含大量排成二維陣列的多個激光元件的激光的情況。如圖9所示，單個激光光源的構(gòu)造包含多個激光元件，用于提高激光光源的光強。 該光源為投影顯示系統(tǒng)提供一個改進的激光光源。多個激光元件按縱向和橫向排成二維陣 列。這個激光元件的二維陣列在每個激光元件的排放區(qū)域可以具有不同的波長。一個可替 代的構(gòu)造是使不同顏色的激光具有略微不同的光軸。進一步地，單個激光光源可以排布波 長略微不同的相同顏色的多個激光光源的二維陣列。波長區(qū)別大約為士 1.5nm。同種顏色 的激光的差別約為3nm。波長為520至560nm的綠色補償可以由開_和關(guān)_控制的各激光 元件調(diào)節(jié)，其中各激光元件波長的區(qū)別約為士 1.5nm。可替代的，可以將多個激光光源裝配 為LED光源，其波長的差別約為LED光源波長的一半。進一步地，可以使用一個電路來獨立 控制大量激光元件中的每一個的發(fā)射。下面描述了可以為投影顯示系統(tǒng)的上述每一實施例裝配的偏轉(zhuǎn)鏡面器件?；?本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)鏡面器件包含多個偏轉(zhuǎn)鏡面單元，用于根據(jù)時分方案調(diào)制互補相同的激光光 束。每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元受控工作于開態(tài)，將偏轉(zhuǎn)鏡面單元上的照明光束反射至投影光學系 統(tǒng)。關(guān)態(tài)時，鏡面將光束反射至投影光學系統(tǒng)以外。鏡面還工作于中間態(tài)，將部分光束反射 至投影光學系統(tǒng)。鏡面也可以工作于振蕩態(tài)，在開態(tài)與關(guān)態(tài)之間振蕩。下面將描述偏轉(zhuǎn)鏡 面器件中每個偏轉(zhuǎn)鏡面單元的詳細構(gòu)造和工作過程。圖10顯示了一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元的構(gòu)造。如圖10的右上圖為偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面61和彈性鉸鏈65，左上圖為去掉鏡面61 的偏轉(zhuǎn)鏡面單元。圖10下部顯示了偏轉(zhuǎn)鏡面單元和鏡面61在A-A’處的剖面圖。圖10所示偏轉(zhuǎn)鏡面單元包含一個關(guān)態(tài)制動器62和一個開態(tài)制動器67，關(guān)態(tài)電極63和開態(tài)電極 66。開態(tài)制動器67到偏轉(zhuǎn)軸52的距離和關(guān)態(tài)制動器62到偏轉(zhuǎn)軸52的距離相等。同時， 開態(tài)制動器67的高度要低于關(guān)態(tài)制動器62。在這樣的構(gòu)造下，預定的電壓施加到開態(tài)電極66上來控制鏡面工作于開態(tài)。鏡面 61傾斜至與開態(tài)制動器67接觸，以向投影透鏡反射入射光。通過向關(guān)態(tài)電極63施加預定 電壓，控制鏡面工作于關(guān)態(tài)，使鏡面63傾斜至與關(guān)態(tài)制動器62接觸，將入射光反射至投影 透鏡以外。進一步地，當鏡面61處于關(guān)態(tài)時，通過終止施加到關(guān)態(tài)電極63上的電壓，能夠控 制鏡面工作于振蕩態(tài)，使鏡面61自由振蕩，將入射光反射至鏡面61振蕩狀態(tài)相應(yīng)的方向。 本典型實施例將鏡面61處于開態(tài)的開態(tài)角度設(shè)定為+12度，將鏡面61處于關(guān)態(tài)的關(guān)態(tài)角 度設(shè)定為-8度。上述振蕩狀態(tài)中的自由振蕩可以設(shè)定成在士8度之間自由振蕩。開態(tài)和 關(guān)態(tài)之間的鏡面偏轉(zhuǎn)角度可以設(shè)定為不同值，如開態(tài)角度為+14度，關(guān)態(tài)角度為-12度。在 該實施例中，開態(tài)制動器67的高度小于關(guān)態(tài)制動器62，因此入射光的入射角度大于開態(tài)制 動器67與關(guān)態(tài)制動器62高度向等的情況。一個可替代的結(jié)構(gòu)可以是，通過降低關(guān)態(tài)制動器62的高度，在鏡面受控處于開態(tài) 時中斷開態(tài)時作用于開態(tài)電極的電壓，使鏡面61從開態(tài)轉(zhuǎn)換至振蕩態(tài)。在從激光光源向投影光學系統(tǒng)的瞳孔反射80%或更多的照明光的偏轉(zhuǎn)鏡面單元 中，鏡面61可以通過將偏轉(zhuǎn)鏡面單元放在中間態(tài)或振蕩態(tài)投影剩下20%的全部或部分光。 通過利用開態(tài)1/4至1/5光強增量的細膩調(diào)整，可以控制鏡面為圖像顯示提供更高的亮點 等級。偏轉(zhuǎn)鏡面器件的偏轉(zhuǎn)鏡面單元可以進一步控制從不同顏色激光光源反射到投影 光學系統(tǒng)瞳孔的光強。不同顏色的光強依據(jù)顏色的視覺敏感特性受控。波長為相對可見 度最高的555nm的光的能量強度和光強的關(guān)系為，1瓦特的光能等于683留名的光束，該關(guān) 系隨波長而改變。當綠色激光的光能為1瓦特且安裝視覺敏感性分布時，波長為620nm至 640nm的紅色激光光能最好小于等于0. 4瓦特，波長為480nm至450nm的藍色色激光光能最 好小于等于0.1瓦特。至于比例，綠色比紅色在2 1至5 1之間，綠色比藍色在10 1 至20 1之間。這里，可以期望通過調(diào)整顯示強度來優(yōu)化每一激光光源的發(fā)射光強，因此 投影的屏幕圖像與視覺敏感特性和合適的光強比例相匹配。當偏轉(zhuǎn)鏡面單元處于開態(tài)時，每束激光的光軸進一步排列成產(chǎn)生對應(yīng)視覺敏感特 性的激光光束的光強，其中激光光束由偏轉(zhuǎn)鏡面單元反射，投影至投影光學系統(tǒng)的瞳孔。進一步地，最好將偏轉(zhuǎn)鏡面器件中的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元配置成邊長為4至14微米 的正方形，各偏轉(zhuǎn)鏡面單元間的間隙為0. 1到0. 55微米。每一激光光源每種顏色的激光光 束反射比例不同。進一步地，希望根據(jù)鏡面的反射率來安排鏡面的有效面積尺寸和由偏轉(zhuǎn) 鏡面單元間的間隙導致的衍射光引起的反射光損失。另外，最好將偏轉(zhuǎn)鏡面器件中的一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元配置成邊長為4至12微米的正 方形，控制鏡面使穿過投影透鏡瞳孔的光束包含來自偏轉(zhuǎn)鏡面單元鏡面的衍射光。當偏轉(zhuǎn) 鏡面小型化、各偏轉(zhuǎn)鏡面單元之間的間距減小時，衍射光的角度和光強也發(fā)生改變。因此， 最好在決定照明光束的數(shù)值孔徑NA和激光光源發(fā)射光強時考慮到衍射光。圖IlA顯示了用于每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路構(gòu)造。圖11顯示了對應(yīng)上述列 信號的兩條線的兩條位線，以及對應(yīng)上述行信號的一條線的字線。在圖IlA中，場效應(yīng)晶體管(FET)-I連接電極-163和字線1/位線，電容Capl連接電極-163和地。類似的，F(xiàn)ET-2 連接電極-266和字線2/位線，電容Cap2連接電極-266和地。通過向電極-163施加預定 電壓和控制字線1和位線，能夠控制鏡面61向電極-163傾斜。類似的，通過向電極-266 施加預定電壓和控制字線2和位線，能夠控制鏡面61向電極-266傾斜。順帶地，在下面的 圖12中，每一位線上都有一個放大器(Amp)。每一列線的輸出電壓由增益控制電路的輸出 電壓信號控制。對加在每一鏡面像素的電極上電壓的改變也會改變偏轉(zhuǎn)鏡面的庫倫力。圖IlB顯示了用于圖IlA所示每一偏轉(zhuǎn)鏡面單元的控制電路可替代構(gòu)造。控制電 路具有一個電極，用于控制一個偏轉(zhuǎn)鏡面單元，使該鏡面拉向開態(tài)方向和關(guān)態(tài)方向。進一步 地，構(gòu)造中有一電線，用于向偏轉(zhuǎn)鏡面單元傳輸數(shù)據(jù)。有了這樣的電路構(gòu)造和在彈性鉸鏈的 左邊和右邊面積、高度不對稱的電極，可以控制偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面表面的傾斜。例如，彈 性鉸鏈左邊和右邊電極的面積不同。為關(guān)態(tài)配置面積較大的電極。將偏轉(zhuǎn)鏡面單元的鏡面 從初態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)至處于關(guān)態(tài)和開態(tài)的控制方法是，對定位電極施加電壓，而在初態(tài)中，不對定 位電極施加電壓。對定位電極施加的電壓導致鏡面向面積大的定位電極偏轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)為關(guān) 態(tài)。庫侖力F由式(1)表示。因此，當定位電極處于初態(tài)時，開態(tài)電極部分和關(guān)態(tài)電極部分 鏡面到定位電極的距離相等。面積較大的定位電極的關(guān)態(tài)一側(cè)相比面積較小的開態(tài)一側(cè)能 保留更多電荷，從而產(chǎn)生更大的庫侖力。
權(quán)利要求
1.一個投影顯示系統(tǒng)，包括從多個激光光源發(fā)射的多種顏色的照明光；一個照明光學系統(tǒng)，用于照亮不同于其他顏色的一光軸中、或一照明范圍內(nèi)至少一種 顏色的照明光；一個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于調(diào)制相同偏轉(zhuǎn)角度的各種顏色照明光，在一幀中相繼實現(xiàn)每 種顏色的調(diào)制；一個投影光學系統(tǒng)，用于投影由偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射的照明光的反射光； 一個激光光源控制電路，用于控制每種顏色照明光的強度，其中 該激光光源控制電路將每種顏色的光強比設(shè)定為指定的比例。
2.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光源發(fā)射紅色、綠色和藍色照明光，其中照射到偏轉(zhuǎn)鏡面器件上每種顏色的照明光強度比為綠色比藍色大于等于10 1，綠色 比紅色大于等于3 1，或紅色比藍色大于等于3 1。
3.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光源發(fā)射紅色、綠色和藍色照明光，偏轉(zhuǎn)鏡面被青色、品紅色、黃色和白色中 的任一種照射。
4.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件由多個受控處于開態(tài)和關(guān)態(tài)的鏡面單元構(gòu)成，比例為開態(tài)時每種顏色照 明光的反射光比例。
5.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件由多個受控處于開態(tài)、關(guān)態(tài)和振蕩態(tài)的鏡面單元構(gòu)成，比例為振蕩態(tài)投 影光學系統(tǒng)瞳孔位置處的比例。
6.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色照明光強度的比例由偏轉(zhuǎn)鏡面器件輻射表面每單位面積的輻射光強決定。
7.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色照明光強度的比例由穿過投影光學系統(tǒng)瞳孔的強度決定。
8.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中激光光源控制電路通過脈沖發(fā)射控制來控制每種顏色照明光的強度。
9.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中激光光源控制電路在一幀中控制照明光的照明時間。
10.權(quán)利要求9所述投影顯示系統(tǒng)，其中至少一種顏色在一幀顯示周期的1/4至1/2時段中得到調(diào)制。
11.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色的激光光源是有多個子激光光源組成的激光光源陣列。
12.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中每種顏色的激光光源是有多個子激光光源組成的激光光源陣列，其中 激光光源控制電路控制發(fā)射子激光光源的數(shù)量或位置。
13.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中激光光源由多個排成二維陣列的子激光單元構(gòu)成，其中單個子激光單元的波長差為Inm 至 3nm0
14.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中通過調(diào)制各色激光光源發(fā)射照明光得到的投影圖像灰度等級數(shù)對每種顏色都相同。
15.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中通過調(diào)制各色激光光源發(fā)射照明光得到的投影圖像灰度等級數(shù)對每種顏色各不相同。
16.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光源由至少三種顏色的激光光源構(gòu)成，至少具有兩個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，其中 每個偏轉(zhuǎn)鏡面器件調(diào)制至少兩種顏色激光光源發(fā)射的照明光。
17.權(quán)利要求1所述投影顯示系統(tǒng)，其中偏轉(zhuǎn)鏡面器件由多個鏡面單元構(gòu)成，其中鏡面單元為邊長4微米至10微米的正方形， 每種顏色激光光源的光通量反射率不同。
18.一個投影顯示系統(tǒng)，包括從激光光源發(fā)射的多種顏色的照明光；一個照明光學系統(tǒng)，用于照亮不同于其他顏色的一光軸中、或一照明范圍內(nèi)至少一種 顏色的照明光；一個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用多個鏡面單元偏轉(zhuǎn)照明光； 一個投影光學系統(tǒng)，用于投影由偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射的照明光的反射光； 一個控制電路，用于在一幀中以時分方式控制每種顏色的調(diào)制，使偏轉(zhuǎn)鏡面器件的調(diào) 制時間不同，從而使每種顏色的強度比為指定值。
19.權(quán)利要求18所述投影顯示系統(tǒng)，其中 偏轉(zhuǎn)鏡面器件根據(jù)非二進制視頻信號控制。
20.權(quán)利要求18所述投影顯示系統(tǒng)，其中構(gòu)成偏轉(zhuǎn)鏡面器件的鏡面單元受控處于開態(tài)、關(guān)態(tài)和振蕩態(tài)。
21.權(quán)利要求18所述投影顯示系統(tǒng)，其中通過調(diào)制各色激光光源發(fā)射照明光得到的投影圖像灰度等級數(shù)對每種顏色各不相同。
22.權(quán)利要求18所述投影顯示系統(tǒng)，其中 控制電路根據(jù)控制時間決定每種顏色的灰度數(shù)。
23.權(quán)利要求18所述投影顯示系統(tǒng)，其中 控制電路根據(jù)視頻信號控制灰度數(shù)。
24.權(quán)利要求18所述投影顯示系統(tǒng)，其中多個激光光源由至少三種顏色的激光光源構(gòu)成，至少具有兩個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，其中 每個偏轉(zhuǎn)鏡面器件調(diào)制至少兩種顏色激光光源發(fā)射的照明光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個投影顯示系統(tǒng)，包括從多個激光光源發(fā)射的多種顏色的照明光；一個照明光學系統(tǒng)，用于照亮不同于其他顏色的一光軸中、或一照明范圍內(nèi)至少一種顏色的照明光；一個偏轉(zhuǎn)鏡面器件，用于調(diào)制相同偏轉(zhuǎn)角度的各種顏色照明光，在一幀中相繼實現(xiàn)每種顏色的調(diào)制；一個投影光學系統(tǒng)，用于投影由偏轉(zhuǎn)鏡面器件發(fā)射的照明光的反射光；一個激光光源控制電路，用于控制每種顏色照明光的強度，其中該激光光源控制電路將每種顏色的光強比設(shè)定為指定的比例。
文檔編號G02F1/29GK102119358SQ200780102351
公開日2011年7月6日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者市川博敏, 石井房雄 申請人:石井房雄