微投影仪制造技术

本发明专利技术提供了一种投影显示器，该投影显示器包括：照明系统，其包括至少一个激光源单元，并且被构造为和可用于产生一个或更多个光束；空间光调制（ＳＬＭ）系统，其设置在所述照明系统的输出端，并且包括用于根据图像数据对入射到其上的光进行调制的一个或更多个ＳＬＭ单元；以及光投影光学器件，其用于将调制光成像在投影表面上。所述照明系统包括至少一个光束成形单元，所述照明系统包括至少一个光束成形单元，所述光束成形单元包括由前、后微透镜阵列ＭＬＡ所形成的双微透镜阵列ＤＭＬＡ结构，所述前、后微透镜阵列ＭＬＡ位于沿着光朝向所述ＳＬＭ单元传播的光路间隔开的前、后平行平面中。所述ＤＭＬＡ结构被设置为，使得所述ＤＭＬＡ的每个小透镜都能将入射到其上的光引导到所述ＳＬＭ单元的整个有效表面上，每个小透镜都具有与所述ＳＬＭ单元的所述有效表面的宽高比相对应的几何宽高比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及投影显示系统，具体来讲，涉及一种与便携式电子装置兼容的紧凑移 动投影显示系统。
技术介绍
传统上，投影显示系统被用于在出于娱乐目的会议中、个人和汽车应用等中显示 放大的图像。近年来，投影显示系统进入了具有图像/视频和网上冲浪应用的手持移动装 置的领域，所述手持移动装置例如是移动电话、PDA、便携式媒体播放器、紧凑存储装置、配 套装置、通信网络设备、膝上型计算机和口袋个人计算机、GPS导航仪。然而，用在手持装置 中的小尺寸显示屏幕对于这类应用一直存在瓶颈。例如，图形HTML页面或高分辨率图像/ 视频由于这些显示屏幕尺寸小而不能正确显示在其上。数字图片数据实际上是在移动手持 装置内捕获的。因此，为了真实地欣赏高分辨率图像/视频的品质，或者为了进行有效的网 上冲浪，用户将会优选较大的显示器，可以通过使用投影显示系统来实现这种较大的显示 器。投影显示系统中的屏幕尺寸不受移动装置尺寸的限制，可以达到几英寸至几十英寸的 尺寸。通常，投影显示系统包括与聚光(light collection)光学器件相关联的主照明源 (通常是红绿蓝(RGB))、将不同颜色的光组合在一起并且将光转送到空间光调制器(SLM) 的一些光递送系统(light deliveryscheme)，以及投影透镜单元。SLM根据输入的视频信 号对照射它的光进行空间调制。在一些构造中，使用公共SLM来调制多个通道(多个颜色) 的光。在其它构造中，每个通道都与其自身的SLM相关联。空间光调制器(SLM)或成像仪 (imager)都被用于对光进行调制，无论是通过光透射还是通过光反射。SLM是NXM像素的 矩阵，被电调制成与光源脉冲同步地传送(透射/反射)或阻挡光。对来自照明系统的光 的调制是根据产生子帧序列中的某个图像所需的图像数据来进行的，每个子帧均包含NXM 个像素，每个像素均具有几十或几百甚至几千个灰度级。为此，SLM由对应的图像相关信号 来操作。投影显示系统中使用的SLM类型中的一种是基于液晶层对每个像素的偏振态进行 控制，使之在穿过分析偏振器之后将电信号显示为正确的空间调制图像。透射型液晶微显 示器(LCD)、硅上液晶(LC0S)、透射型LCOS(T-LCOS)是液晶SLM的最广泛使用的实例。另 一种SLM类型是数字微镜器件(DMD)，其控制每个像素处的微镜的位置，以将光导向投影透 镜或者导向吸收屏(absorbing screen)。空间调制图像被投影透镜放大并且投影在远距离 表面上。照明源例如可以是钨-卤灯、高密度放电(HID)灯或诸如发光二极管(LED)和激 光器的固态照明源，包括激光二极管、垂直腔表面发射激光器(VECSEL)和二极管泵浦固态 (DPSS)激光器。红色谱带中的单模激光源是公知的并且在DVD产业中产量很高，但是应该 以阵列方式使用以提供足够的输出功率。至于绿色激光源，绿色激光二极管尚未商用，但是 频率加倍的二极管泵浦固态(DPSS)激光器已经达到了超过50mW的峰功率。蓝色激光二极 管正在逐步在市场上商用。4基于高功率灯、LED或其它非相关源的投影仪系统的特征可能在于高光学扩展量 (etendue)(即，源表面上的方形束发散的产物)，这会造成由于照明系统和投影透镜的有 限光圈数而导致的投影仪光学系统的低会聚效率。结果，照明源处需要大量的功耗，以得到 投影图像的足够亮度。另外，紧凑SLM上的高均勻度的LED或灯照明的设计不是微不足道 的。因此，仅基于高功率灯的投影仪系统或者其它非相干源的体积非常大，难以操纵、其活 动性受限，因此不可能被缩小为非常紧凑的便携式手持投影装置。在W007060666、W005036211、W003005733、W004084534、W004064410 中已经开发并且公开了一些能够实现投影显示系统小型化并且提供高品质性能的通用解决方案，所有这 些专利都转让给了本申请的受让人。
技术实现思路
移动手持型投影显示器对系统设计、构造和技术施加了相当多的限制。对于移动 投影显示器的一般要求包括电池操作、被动散热、小质量和尺寸(包括对于紧凑光学尺寸 的要求)和相对低的成本，并且仍旧保持投影图像的高亮度和高品质。这些要求尤其导致 对于光源和光学器件的特别选择。选择具有高空间相干性的光源需要特别注意粒度和散斑 减少。本专利技术提供了一种新型的紧凑投影显示器(有时称作“微投影仪”、“nano投影 仪”、“Pico投影仪”)，其能够用于(例如，并入到)移动手持电子装置。根据本专利技术的一个广泛方面，所述投影显示器包括照明系统，其包括至少一个激 光源，并且被构造为和可用于产生一个或更多个光束；空间光调制(SLM)系统，其设置在所 述照明系统的输出端，并且包括用于根据图像数据对入射到其上的光进行调制的一个或更 多个SLM单元；以及光投影光学器件，其用于将调制光成像在投影表面上。所述照明系统 包括至少一个(优选地是远心的)光束成形单元，所述光束成形单元包括由沿着光朝向所 述SLM单元传播的光路间隔开的前、后平行平面所形成的双微透镜阵列(DMLA)结构。所述 DMLA结构被设置为，使得所述DMLA的每个小透镜都能将入射到其上的光引导到所述SLM单 元的整个有效表面上，每个小透镜都具有与所述SLM单元的所述有效表面的宽高比相对应 的几何宽高比。优选地，所述DMLA的小透镜限定了矩形孔径。小透镜的宽高比与SLM的有效表面的宽高比之间的匹配优化了照明系统的效率。 应该注意的是，照明系统的优化效率以光学单元的有限功耗、小占用空间(最大25X25mm) 和体积(3-5cc)提供了足够亮的图像。还应该注意的是，本文使用的光束成形是指对光束的光学处理，使得在期望的光 束截面内提供空间均勻的光强，其目的在于提供对SLM有效表面/区域的均勻照明。光束成 形单元可以被构造为衍射型光学元件、折射型微光学元件或者这类元件的阵列。光束成形 单元被构造为包括双微透镜阵列(DMLA)，该DMLA具有前、后(共对准)微透镜阵列(MLA)。 这类前后MLA可以位于预定厚度的单个基底的两侧，或者彼此间隔开预定的气隙。优选地， 前MLA的焦平面与后MLA的主平面一致。本专利技术的投影显示器的小尺寸是通过如下步骤实现的显著缩短装置内的光的光 路以及减小照明和投影路径中涉及的光束的截面。投影的照明系统被构造为将光源单元产生的大部分功率导向空间光调制器(SLM)，使其具有如下特性高空间均勻性、有限的数值 孔径和SLM有效表面的尺寸内光线的优选远心结构、近场和远场散斑效应显著减少。照明系统包括一个或更多个激光源并且可选地还包括LED源。在一个实施方式 中，使用了由两个激光源和一个LED提供的三原色光。在另一个实施方式中，使用了提供三原色光的三个激光源。激光源的使用提供了 单色光，单色光在传播方向上得到了良好的限定并且使得能够制造出非常紧凑的装置。然 而，激光源需要特殊的光束成形技术和散斑减少技术。当相干光束穿过光学系统时，在屏幕 表面上可以观察到主散斑图案的生成。主散斑图案是由投影的相干光的不同光束之间的随 机干扰造成的，由此降低了图像质量。本专利技术的投影显示器被构造用于通过使用去散斑单 元来消除或者至少显著地减少散斑效应，并且将一组多个光束叠加到SLM上，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影显示器，该投影显示器包括：照明系统，其包括至少一个激光源单元，并且被构造为和可用于产生一个或更多个光束；空间光调制ＳＬＭ系统，其设置在所述照明系统的输出端，并且包括用于根据图像数据对入射到其上的光进行调制的一个或更多个ＳＬＭ单元；以及光投影光学器件，其用于将调制光成像在投影表面上；所述照明系统包括至少一个光束成形单元，所述光束成形单元包括由前、后微透镜阵列ＭＬＡ形成的双微透镜阵列ＤＭＬＡ结构，所述前、后微透镜阵列ＭＬＡ位于沿着光朝向所述ＳＬＭ单元传播的光路间隔开的前、后平行平面中，所述ＤＭＬＡ结构被设置为，使得所述ＤＭＬＡ的每个小透镜都能将入射到其上的光引导至所述ＳＬＭ单元的整个有效表面上，每个小透镜都具有与所述ＳＬＭ单元的所述有效表面的宽高比相对应的几何宽高比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-25 60/974,958;US 2008-5-13 61/052,855;US一种投影显示器，该投影显示器包括照明系统，其包括至少一个激光源单元，并且被构造为和可用于产生一个或更多个光束；空间光调制SLM系统，其设置在所述照明系统的输出端，并且包括用于根据图像数据对入射到其上的光进行调制的一个或更多个SLM单元；以及光投影光学器件，其用于将调制光成像在投影表面上；所述照明系统包括至少一个光束成形单元，所述光束成形单元包括由前、后微透镜阵列MLA形成的双微透镜阵列DMLA结构，所述前、后微透镜阵列MLA位于沿着光朝向所述SLM单元传播的光路间隔开的前、后平行平面中，所述DMLA结构被设置为，使得所述DMLA的每个小透镜都能将入射到其上的光引导至所述SLM单元的整个有效表面上，每个小透镜都具有与所述SLM单元的所述有效表面的宽高比相对应的几何宽高比。2.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述DMLA的每个透镜都限定了大致矩形 的孔径。3.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述照明系统被构造为减少所述激光中 的散斑效应。4.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述照明系统包括设置在所述DMLA结构 上游的至少一个激光束的光路中的至少一个去散斑单元。5.根据权利要求4所述的投影显示器，其中，所述去散斑单元被构造并可用于产生随 着时间和空间而随机变化的光散射图案。6.根据权利要求5所述的投影显示器，其中，所述去散斑单元包括可连续移置扩散器。7.根据权利要求6所述的投影显示器，其中，所述可连续移置扩散器包括可旋转散射 表面。8.根据权利要求6或7所述的投影显示器，其中，所述扩散器被构造并可用于限定扩散 角度，使得入射到所述扩散器上的光的发散角和所述扩散器的扩散角度之和小于由所述小 透镜的数值孔径NA限定的角度的两倍。9.根据权利要求6至8中任一项所述的投影显示器，其中，所述可移置扩散器位于从所 述激光源单元向着所述DMLA结构传播的光的光路中，与所述DMLA分隔开选定的某一距离， 以避免所述扩散器的散射表面成像到所述DMLA上。10.根据权利要求9所述的投影显示器，其中，所述照明系统包括位于所述至少一个激 光源的输出端的至少一个准直器，所述可连续移置扩散器位于准直光的光路中。11.根据权利要求6至10中任一项所述的投影显示器，其中，所述可移置扩散器包括以 下之...

【专利技术属性】
技术研发人员：兹维尼扎尼，梅厄阿洛尼，西蒙亚洛夫，乌兹拉赫姆，雅各布兰德，
申请(专利权)人：以克斯普雷有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]