用于单阶光栅光阀式投影系统的有角度照明技术方案

一种显示装置在显示屏幕上投影一个二维图像，并且包括照明光学器件、光调制器、分离光学器件和扫描光学器件。光调制器被光学耦合到照明光学器件，使得照明光学器件在操作中按离轴照明照射光调制器，还使得光调制器将光引导到一个用于明亮像素的光轴上，从而形成在轴光，并且引导光离开暗像素的光轴，从而形成离轴光。分离光学器件被耦合到光调制器，并且分离离轴光与在轴光，在轴光产生由投影和扫描光学器件显示的实图像和虚图像。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到图像投影仪领域。本专利技术具体涉及的领域是用于单阶光栅光阀式投影系统的有角度照明。
技术介绍
近年来业已开发了采用MEMS(微机电系统)技术的光调制器，在其中可以配置用来引导光的可移动元件。此类光调制器的一个例子是Bloom等人的美国专利U.S.5,311,360中揭示的光栅光阀(GLV)，GLV可以按反射模式和衍射模式来配置。在附图说明图1中示意性表示由Bloom等人提出的GLV。GLV10包括悬在衬底14之上的可移动的伸长元件12。图2A表示现有技术中GLV10的第一侧视图，图中按反射模式表示GLV10。每一个可移动的伸长元件12包括第一反射涂层16。在可移动的伸长元件12之间散布有第二反射涂层18。按照反射模式，第一和第二反射涂层16和18的上表面被分开入射光I的半波长λ/2的高度差。从第二反射涂层18反射的入射光I比从第一反射涂层16反射的入射光I多传播一个整波长。这样，从第一和第二反射涂层16和18反射的入射光I就会从构造上组合成反射光R。因此，按照反射模式的GLV10就产生反射光R。图2B表示现有技术中GLV10的第二侧视图，图中按衍射模式表示GLV。为了从反射模式过渡到衍射模式，可移动的伸长元件12与衬底14之间的静电位使可移动的伸长元件12移动并接触到衬底14。为了保持衍射模式，静电位要保持可移动的伸长元件12顶住衬底14。按照衍射模式，第一和第二反射涂层16和18的上表面被分开入射光I的四分之一波长λ/4。从第二反射涂层18反射的入射光I比从第一反射涂层16反射的入射光I多传播半个波长。这样，从第一和第二反射涂层16和18反射的入射光I就会相消干涉而产生衍射。这种衍射包括加一衍射阶D+1和减一衍射阶D-1因此，按照衍射模式的GLV10就产生加一和减一衍射阶D+1和D-1。图3A和3B表示现有技术中GLV的第一种变形。第一变形的GLV10A包括与第二伸长元件23相互交叉的第一伸长元件22。第一伸长元件22包括第三反射涂层26；第二伸长元件23包括第四反射涂层28。按照图3A所示的反射模式，第三和第四反射涂层26和28被维持在相同的高度，以产生反射光R。按照图3B所示的衍射模式，第三和第四反射涂层26和28被分开入射光I的四分之一波长λ/4的第二高度差，以产生包括加一和减一衍射阶D+1和D-1的衍射。在Bloom等人的美国专利U.S.5,982,553中揭示了采用GLV的一种显示系统。该显示系统包括红、绿、蓝激光器，一个分色镜组，照明光学器件，GLV，施特仑光学器件，投影光学器件，扫描镜，和用来将彩色图像投影到显示屏幕上的显示电子器件。由显示电子器件驱动并被耦合到GLV(通过分色镜组和照明光学器件)的红、绿、蓝激光器，依次用红、绿、蓝色照明照射GLV。由显示电子器件驱动的GLV产生一个像素的线性阵列，它响应来自显示电子器件的信号随时间而改变，每一个像素在一个给定的瞬时按反射模式或衍射模式来配置。这样，GLV就能用处在反射模式或衍射模式的红、绿、蓝像素的每一个产生顺序的红、绿、蓝像素线性阵列。然后将红、绿、蓝像素耦合到施特仑光学器件，它阻塞反射模式并且至少允许加一和减一衍射阶D+1和D-1通过施特仑光学器件。在通过施特仑光学器件之后，红、绿、蓝像素的线性阵列具有对应于GLV中处在衍射模式的那些像素的亮像素，和对应于GLV中处在反射模式的那些像素的暗像素。投影光学器件(通过扫描镜)将红、绿、蓝像素的线性阵列投影到显示屏幕上，同时由显示电子器件驱动的扫描镜横跨显示屏幕扫描红、绿、蓝像素的线性阵列。这样，显示系统就能在显示屏幕上产生一个二维彩色图像。采用GLV的另一种显示系统包括红、绿、蓝激光器；红、绿、蓝照明光学器件；第一，第二和第三GLV；分色镜组；投影光学器件；扫描镜；和显示电子器件。红、绿、蓝激光器；通过红、绿、蓝照明光学器件分别照明第一，第二和第三GLV。第一，第二和第三GLV响应来自显示电子器件的信号分别产生红、绿、蓝像素的线性阵列。分色镜组将红、绿、蓝像素的线性阵列引导到施特仑光学器件，它至少允许加一和减一衍射阶D+1和D-1通过施特仑光学器件。投影光学器件通过扫描镜将红、绿、蓝像素的线性阵列投影到显示屏幕上，同时由显示电子器件驱动的扫描镜横跨显示屏幕扫描红、绿、蓝像素的线性阵列。这样，另一种显示系统就在显示屏幕上产生二维彩色图像。GLV式显示系统的应用实例包括家庭娱乐系统，会议室用途，和电影院用途等等。在家庭娱乐系统或会议室用途中，GLV式显示系统将二维彩色图像投影到装在墙上的显示屏幕上。在电影院用途中，GLV式显示系统将来自显示放映室的二维彩色图像投影到电影屏幕上。GLV式显示系统还可以用于印刷用途。在这种情况下，系统中不包括扫描镜，并且使代替屏幕的印刷介质移动以便由固定的光线来实现印刷。上述GLV式显示系统按照±衍射阶投射光。从理论上说，如果光被过滤成两个衍射阶，能够投射或反射的最大光通量仅有入射光束的81％。此类系统所面临的另一问题是需要有更加复杂的分离光学器件配置或施特仑光学器件。在这种将光过滤成两个独立衍射阶的系统中，分离光学系统必须有两个狭缝来自接收这两阶。这种配置需要一组复杂的光学器件来适当分离这两阶。实施这种GLV式系统的再一个缺点是要求GLV产生宽锥体的光。在一个按照±1衍射阶产生光的系统中，GLV和投影屏幕之间的所有光学器件必须具有低F数以便收集大量的光。这意味着光学器件必须有较高的光通过量，因而需要较大的透镜。较大的透镜捕捉更多的光，包括额外的背景光，因此，产生的图像对比度较低，图像不够清晰。另外，较大的透镜势必价格昂贵。需要有一种能够实现衍射光调制器的显示系统，既能按单一衍射阶投射光，又能提供较高的对比度。这种系统允许较大百分数的入射光能够按衍射阶投射。仅仅采用一个衍射阶的光调制器也能实现较为简单且廉价的分离光学器件配置。另外，采用这种光调制器不再要求所有光学器件具有低F数和高光通过量，从而降低系统的整体成本。专利技术概述本专利技术是用来为单阶光栅光阀式投影系统提供有角度照明的一种显示装置和方法。这种显示装置和方法包括一个与照明光学器件光学耦合的光调制器，使得照明光学器件在操作中按离轴照明照射光调制器，并且使得光调制器在操作中对于亮像素将光引导到光轴上，从而形成在轴光。进而，对于暗像素，光调制器引导光离开光轴，从而形成离轴光。用来为单阶光栅光阀式投影系统提供有角度照明的这种显示装置和方法还包括与光调制器光学耦合的分离光学器件，使得分离光学器件在操作中将离轴光与在轴光分离，用在轴光产生一个二维图像，在最佳实施例中是一个实图像。二维图像也可以是一种虚图像。最后，该装置和方法还包括与分离光学器件光学耦合的投影和扫描光学器件。附图简介图1表示现有技术中光栅光阀(GLV)的示意图。图2表示现有技术的GLV的侧视图。图3表示现有技术中另一种GLV的侧视图。图4的示意图表示本专利技术的显示装置。图5表示本专利技术的显示光学器件的平面图。图6表示本专利技术的显示光学器件的正面图，显示光学器件在图中沿着光轴展开。最佳实施例的详细说明在图4中示意性表示了本专利技术的一种显示系统。显示系统40包括显示光学器件42和显示电子器件44。显示光学器件42包括激光器46，照明光学器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示装置包括：ａ．照明光学器件；ｂ．与照明光学器件光学耦合的光调制器，使得照明光学器件在操作中按离轴照明照射光调制器；ｃ．与光调制器光学耦合的分离光学器件；以及ｄ．与分离光学器件光学耦合的投影和扫描光学器件。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：DT阿姆，
申请(专利权)人：硅光机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]