调制多激光光源发射光束的投影显示系统技术方案

本发明专利技术提供了一个投影显示系统，包括：多个激光光源；一个照明光学系统，用于从各激光光源向不同光轴发射光束；一个偏转镜面器件，由多个镜面单元构成，用于调制照明光学系统发射的光束；一个投影光学系统，用于投影来自光束照亮的偏转镜面器件的反射光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一个投影显示系统。更确切地，本专利技术涉及一个用于调制多激光光源发射光束的投影显示系统。
技术介绍
在阴极射线管(CRT)技术在显示业界占据主导地位后的今天，平板显示(FPD) 和投影显示以小波形系数和大屏幕尺寸受到了广泛欢迎。在几种投影显示技术中，基于微显示技术的投影显示由于具有比平板显示(FPD)更好的画面质量、更低的制造成本而获得了认可。市场上投影显示装置中的微显示技术主要有两种，一种是微液晶显示技术 (micro-LCD)，另一种为微镜技术。微镜装置使用非偏振光，因而与使用偏振光的微液晶显示相比有亮度上的优势。尽管近年来在制作空间光调制器这样的机电微镜装置方面取得了显著的进展，但要将其应用于高质量画面的显示仍有一些限制和困难。特别是对于数字信号控制的显示图像，反而会由于灰度等级足够导致图像不能显示，使图像质量受到影响。微机电镜面器件由于其在空间光调制器(SLM)方面的应用受到广泛关注。一个空间光调制器需要一个由大量微镜单元组成的阵列。一般而言，每个SLM所需的微镜单元数量从60，000到几百万不等。图IA所示，带有屏幕2的图像显示系统1在美国专利5214420中已做公开。光源 10用于产生照亮屏幕2的光能。产生的光束9通过镜面11的聚集投射到透镜12上。透镜12，13，14形成光束聚焦器，将光束9聚焦成为光束8。空间光调制器(SLM) 15通过总线 18受电脑19输入的数据控制，选择性地将部分光线从路径7指向放大镜5并最终显示在屏幕2上。如图1B，SLM15包含一个反射镜阵列，该阵列由可开关的反射单元17，27，37和47 组成，反射单元均由通过铰链30支撑并连接到机电反射镜装置衬底表面16的反射镜33组成。这一路径的光被放大或是沿着路径4投射在屏幕2上，从而形成一个照明像素3。当单元17处于另一位置时，光束投射到屏幕2以外，因此像素3是暗的。如美国专利5，214. 420中提到的一样，大多数传统的图像显示装置都是使用镜面的两态控制，即开态和关态。图像显示质量受到有限灰度等级的限制。尤其是在使用 PWM(脉冲宽度调节器)的传统控制电路中，控制开关状态的最低有效位(LSB)或最小脉冲宽度限制了图像的质量。由于镜面受控工作在开态或关态，传统的图像显示装置无法提供比基于LSB的允许控制时间更短的脉冲来控制镜面。决定可调亮度最小量的、用于调整灰度的最小光量，是在最短脉冲宽度时间内反射的光。由LSB限制导致的有限灰度引起图像质量的下降。具体而言，图IC给出了美国专利5285407中一个典型的镜面单元控制电路，该控制电路包含一个存储单元32。每个晶体管都标记为“M*”，其中“*”为晶体管编号，所有晶体管均为绝缘栅场效应晶体管。M5、M7为ρ沟道晶体管；M6、M8、M9为η沟道晶体管。电容 Cl、C2代表存储单元32中的容性负载。存储单元32包含一个存取开关晶体管Μ9和一个基于静态随机存储器(SRAM)设计的锁存器32a。连接到行线的M9通过位线接收数据信号。 当M9从字线上收到行信号后呈导通状态，使存储单元32中的数据可以被读取。锁存器32a 由两个交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8组成。这两个反相器能够提供两种稳态状态1 节点A为高电位，节点B为低电位；状态2 节点A为低电位，节点B为高电位。图ID显示了用四位字控制SLM时的“二进制时间长度”。正如图ID所示，时间周期有1、2、4、8四个相对值，它们依次决定着每一位字的相对光通量。其中“1”为最低有效位(LSB)，“8”为最高有效位(MSB)。在PWM控制机制下，决定灰度分辨率的最小光量就是受“最低有效位”控制，在最短可控时间内将镜面保持在开态时的亮度。举个简单的例子，用η位字控制的灰度，一帧时间被分为On-I)个相等的时间段。 如果一帧时间是16. 7毫秒的话，每一时间段就是16. 7/(2η-1)毫秒。为每一帧图像的每一像素设置时长，像素上的光量为0时段时设定为黑(没有光量)，1为LSB代表的光量，15时(η = 4)为亮度最大时的光量。基于上述设定光量，镜面在一帧中处于开态的时间是由每个像素决定的。因此，每个设有比0时段长的特定值的像素被处于开态位置的镜面显示，这时时段的数值与在一帧内的光量相关。观众的眼睛结合了每一像素的亮度，因此图像显示就好像是以光的模拟方式控制形成的。为了控制偏转镜面器件，脉宽调制要求数据以“位面”的格式存取，每一位面与光量相关。因此，当每一像素的亮度由η-位数值来表示时，每帧数据都有η-位面。这样，每个位面与对应每个镜面单元都有0或1值。在前面提到的脉宽调制中，每个位面独立加载， 镜面单元由一帧中对应的位面值来控制。例如，每个像素中代表最低有效位的位面显示为 1时段。用于背投电视(TV)的显示设备通常使用液晶显示(LCD)、硅基液晶(LCOS)、偏转镜面器件(DMD)等器件，这些器件的特性各不相同。IXD是一种显示器件，它传输偏转照明光，用电压分别控制IXD每个像素的液晶分子阵列，使偏转照明光的传输光强的改变成为可能。但是，LCD上驱动液晶的电路位于每一像素周围，因此像素的孔径比仅为50%左右，值很小。进一步地，在投影光穿过不同的光学元件，如偏转片或液晶之后，其利用率减少到数个百分点，值非常小。同时，当光穿过各种光学元件时，由于光的光谱特性，光的波长也会逐渐改变，因此当光投影到屏幕上时，会出现光的颜色有轻微改变的技术问题。同时，LCOS与IXD —样使用液晶来调控光，不同在于LCOS为反射型，IXD为投射型。驱动LCOS每一像素的驱动电路位于像素下方，因此孔径比可以超过90%。使用LCOS 的投影显示系统在光的入射和反射时在同一光路上两次传输照明光。可以区分在同一光路中传输的入射光和反射光，使用了不同的偏振特性。具体而言，LCOS的入射光和反射光用偏振分束(PBQ棱镜来分离，其中PBS棱镜能够根据是P-偏振还是S-偏振决定传输还是反射光。然而使用LCOS的投影显示系统面临一些问题，如与穿过光学元件相关的偏振干扰的问题和无法扩大照明光的数值孔径NA的问题，因此即使孔径比很好，也会鉴定投影光学系统中光的利用率。使用LCD或LC0S、通过用电压控制液晶分子阵列来实现光的调制的投影显示系统通常为多片彩色显示系统，装配分别对应红(R)、绿(G)和蓝(B)三种颜色光源的三个显示器件。该构造可以投影高亮度的图像。同时，偏转镜面器件(DMD)为每一像素提供约为90%的孔径比，镜面上照明光的反射比也为90%，因此使显示器件对光有很高的利用率。通过控制偏转镜面单元在将照明光偏转至投影光学系统的开态和将照明光偏转至投影光学系统以外的关态两个方向间切换来控制镜面表面的倾斜，因此能够控制投影光。由于镜面的使用，DMD允许开态投影光的光强有小的损失。在这些投影显示系统中，有一个构造采用了只使用了一个DMD的单片顺序彩色显示系统，连续地投影RGB各颜色。在单片顺序彩色显示系统中，RGB的每种颜色都在一帧的三分之一时间内投影。进一步地，采用使用三个DMD的多片投影显示系统能够提供亮度更高的彩色图像。但是，使用三个DMD的多片投影显示系统面临投影显示系统中的光学系统变得复杂、所占空间增大的技术问题，这是因为开态和关态中反射光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一个投影显示系统，包括：多个激光光源；一个照明光学系统，用于从各激光光源向不同光轴发射光束；一个偏转镜面器件，由多个镜面单元构成，用于调制照明光学系统发射的光束；一个投影光学系统，用于投影来自光束照亮的偏转镜面器件的反射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石井房雄，
申请(专利权)人：石井房雄，
类型：发明
国别省市：US