用于DMD投影仪的TIR棱镜制造技术

一种用于投影显示器的光引擎（ｌｉｇｈｔ　　ｅｎｇｉｎｅ）（９）配有：１）至少一个光源（２５），２）至少一个ＴＩＲ棱镜组（１３）以及３）至少一个数字微反射镜装置（１５），其中（ａ）在光源（２５）和棱镜组（１３）之间的照射光路（５５）是不可折叠的，也就是，照射光路没有可折叠反射镜；和（ｂ）照射光路（５５）和装置的水平轴之间的夹角γ最好小于或等于大约２０°。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及微显示投影系统，并更特别地，涉及使用数字微反射镜装置(DMD)和TIR棱镜的微显示投影系统。
技术介绍
A.现有技术中使用DMD的投影显示器使用DMD(例如，TEXAS INSTRUMENTS的DMD)的典型投影显示器，具有光源(例如，高压水银弧光灯)的照射，场序制彩的色盘，以及含有积分仪和中继光学元件的照射光路。所述光源的照射光到达成像仪显示器并被每个像素的微反射镜调制。每个转向反射镜能引导其表面反射的照射，以便使其朝向投射透镜和屏幕照射或因到达屏幕而被阻塞断开进入到停滞状态。有许多方法用于将入射照射光束与出射成像光束即到达屏幕的光束，相分离。首先使用照射光束和成像光束的物理分离方法。随后设置投射透镜中的光瞳以便接收来自处于“打开”状态像素的光，并拒绝来自任何其他方向的光。第二个方法使用TIR棱镜分离照射光和DMD成像仪所反射的成像光束。TIR棱镜具有接近反射临界角的表面，也就是，在该表面上，某个角度光束经历全内反射而其他角度的光束通过该表面。TIR棱镜和DMD成像仪的使用，最初公开是在共同授予Simon Magarill的美国专利5552922中披露的。TIR棱镜和DMD成像仪共用的其他专利包括Magarill的美国专利No.5604624；Peterson等人的美国专利No.6185047；Poradish等人的美国专利No.6249387；Fielding等人的美国专利No.6250763；Okamori等人的美国专利No.6349006；以及Magarill等人的美国专利No.6461000。现在，TIR棱镜与DMD成像仪共用已经成为标准构造，以“全反射”角入射的照射光束处于在成像光路中时，所述光束通过TIR表面而没有任何反射地到达屏幕。此外，设计投射透镜的光瞳以便接受来自处于“开启”状态的像素的光束，并拒绝来自其他方向上的任何光束。附图1A和1B分别为示出背投箱体11内部DMD投射系统9的侧视图和前视图。附图2为不含箱体的相同元件的等比例构成。这两个附图示出了背投电视的箱体中所能找到的元件，所述背投电视使用现有技术中典型的DMD和TIR棱镜组件。如附图中所示，棱镜组件13设置在DMD成像仪15的前面。投射透镜17选择成像光束并将其传送到可折叠(fold)反射镜19和21，并随后到达屏幕23。现有技术中的照射系统的所有部件可在附图中看到，即，光源25(例如高压水银弧光灯)、具有马达33的色盘27、汇集通道29、中继透镜31、可折叠反射镜35以及另外的中继透镜37。B.现有技术中的照射光束、成像光束和TIR表面的操作及取向在迄今为止所制造的所有DMD成像仪上，方形像素微反射镜关于其边角倾斜。这表明，照射光束需要以相对于装置水平方向(参见下文说明)的45度角进入装置。附图3为说明现有技术中怎样满足所需45度要求的DMD成像仪的前视图。在该附图中，39为单一微反射镜像素，41表示反射镜的转向轴(运动轴)，43说明了TIR表面反射，45表示照射方向，47表示“不期望”的光源方向(参见下文说明)，49表示现有技术中所使用的照射光路折叠反射镜，以及51表示现有技术中通过使用照射光路折叠反射镜获得的“所需”光源取向(参照下文说明)。为了与微反射镜适当地作用，照射光束必须垂直于转向轴入射。因此，照射方向45相对于成像仪15的水平轴53竖起45°，所述水平轴也就是，由成像仪水平边缘限定的水平轴。在使用TIR棱镜的系统中，气隙表面穿过同样的成像仪的轴被倾斜设置。没有折叠反射镜49，照射光轴45将完全返回照射的起点，也就是返回附图3中所示的“不期望”方向的光源47。对于许多光源，并特别地，对于使用电弧喷灯(burner)(例如，高压水银弧光灯)的光源，如果电弧喷灯不是基本水平的，则有损所述光源的操作。为此，附图3中光源47的取向被认为是“不期望的”。如附图3中所示，在现有技术中，对于光源的光轴呈基本水平方向的需求可借助使用照射光路可折叠反射镜49实现。该反射镜允许光源51具有这样的取向，即相对于成像仪的水平轴53，能接受光源光轴具有一定的夹角。附图4为现有技术中TIR棱镜使用的进一步说明，在此情况中，仅是构成棱镜组13的一个棱镜13a的等比例视图，附图中的DMD成像仪15在棱镜的下方示出。在实际使用中，DMD成像仪15和棱镜组通常垂直设置。附图4示出了进入棱镜13a的照射轴55并在TIR表面57处向下反射到装置。为了说明，在所述装置平面上的照射光轴的投射光束59按附图4中虚线示出。注意到，投射与成像仪的水平轴53呈45度角。附图4也示出了转向轴41，其也与成像仪的水平53轴呈45度角。如果水平轴的正向设为附图4中的右向，那么转向轴呈+45度角，而照射轴的投射59呈-45度角。附图5A、5B和5C说明了通过现有技术中所用的TIR棱镜组的光路，其中在每个附图中示出了单一微反射镜67处于“开启”状态(+10度)。附图5A示出了照射光束61从TIR表面57反射以及成像光束63通过TIR表面的情形。对于由丙烯酸(n＝1.493)构成的棱镜以及具有10度反射镜倾斜和F/3.0光锥的DMD装置，所述棱镜角大约为35度。附图5B示出了照射光束61通过TIR表面57以及成像光束63从TIR表面反射的情形。所述成像装置的反射镜使用与附图5A中所使用的相同方法予以操作。因此，照射光束仍必须相对于倾斜“开启状态”的反射镜以一定夹角入射，并且成像(开启状态)光束仍直线离开所述装置(垂直装置平面)。为了满足这些这些条件，构成棱镜组的棱镜对于附图5B的方法和附图5A的方法具有不同的结构。特别地，对于附图5B的方法，棱镜角不同于附图5A方法的棱镜角，因为垂直入射的成像光束需要在TIR表面全反射。例如，对于丙烯酸棱镜和具有10度反射镜倾斜和F/3.0光锥的DMD装置，附图5B方法的TIR棱镜表面相对于装置表面基本为45度，而附图5A方法中为35度。附图5C示出了另一种方法，其中照射光束和成像光束的光路经历全内反射。在此情况中，在表面57和表面65处都发生全内反射。除此之外，这种方法与附图5B的相类似。特别地，如Peterson等人的美国专利No.6185047中所示，附图5C的方法，与附图5B(和附图5A)的方法相同，在照射光路中使用可折叠反射镜。
技术实现思路
如前所述，从现有技术中可以看出，使用TIR棱镜组的DMD投射显示器在光路中包括折叠式反射镜。本专利技术针对现有技术中的这种不足，提供一种投射显示器，其具有1)至少一个光源，2)至少一个TIR棱镜组以及3)至少一个数字微反射镜设备，其中(a)在光源和棱镜组之间的照射光路是未折叠的，也就是，照射光路没有折叠反射镜。这种不折叠光路不仅简化了照射光路而且也减少其长度。而长度上的减少，允许在照射光路中使用更小和/或少的中继透镜。这减少了系统照明部件以及最终整个投射显示器的成本、复杂度和重量。如下文，根据本专利技术的详细描述，由棱镜组获得不折叠的照射光路，其中通过在棱镜组中使用这样的棱镜使得照射光从所述棱镜组的TIR表面反射，成像光通过棱镜组的TIR表面，所述棱镜具有1)光入射表面和2)TIR表面，两个表面都具有(a)以大于90°的夹角相交的两边，和(b)以小于90°的夹角相交的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在屏幕上产生图像的装置，包括：（Ａ）产生照射光束的光源；（Ｂ）平板，其选择性反射照射光束以产生成像光束，所述平板包括多个设置在共面上的选择性可调节的反射元件，所述元件在至少第一位置和第二位置之间可以调节；（Ｃ）投 射透镜，其接收成像光束并在屏幕上成像；和（Ｄ）棱镜组，其将光源的照射光束透射到所述平板并透射平板的成像光束到投射透镜，所述棱镜组包括这样的棱镜，其包括：（Ⅰ）从光源接收照射光束的第一表面；（Ⅱ）第二表面，透过第一表面 的照射光束在第二表面处经历全内反射；和（Ⅲ）第三表面，将第二表面反射的照射光束透射到所述平板；其中：（ａ）第二和第三表面将平板反射的成像光束透射到投射透镜；和（ｂ）第一表面和第二表面都包括：（ｉ）以大 于９０°的夹角相交的两个边缘，和（ｉｉ）以小于９０°的夹角相交的两个边缘。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BL卡能，PR奥伊赫勒，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]