專利名稱：一種數(shù)字光處理投影顯示器件分色合色光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字光處理(Digital Light Processing以下簡(jiǎn)稱DLP) 投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種分色合色光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
DLP投影顯示技術(shù)近年來得到了飛快的發(fā)展，在各種前投影顯示系統(tǒng) 和背投影顯示系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用，所占有的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大。 相比于液晶顯示(LCD)和硅基液晶(LCoS)投影顯示系統(tǒng)，DLP投影機(jī) 的優(yōu)點(diǎn)是畫面細(xì)膩，對(duì)比度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光學(xué)性能穩(wěn)定。DLP投影 顯示系統(tǒng)使用數(shù)字微鏡器件(Digital Micromirror Device,以下簡(jiǎn)稱 DMD)作為顯示部件。DMD是在CMOS SRAM存儲(chǔ)器上以通常的芯片加工為 基礎(chǔ)，使用精細(xì)加工技術(shù)成型。在半導(dǎo)體芯片上以17Mm的間隔形成幾十 萬個(gè)16*16陶2的鋁膜鏡。在對(duì)角軸方向形成的薄扭轉(zhuǎn)鉸鏈上懸吊著微鏡， 由f框架與存儲(chǔ)單元之間的靜電力的作用在落地位置之間旋轉(zhuǎn)。微鏡的旋 轉(zhuǎn)角受到像素幾何學(xué)三維構(gòu)造的精確控制，而且以對(duì)角軸為中心旋轉(zhuǎn)，傾 斜成±10° ，從而取得電機(jī)械的穩(wěn)定狀態(tài)并可在這兩種狀態(tài)間高速開關(guān)。三片式DLP投影顯示系統(tǒng)的分色合色系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由改變 光路作用的全反射棱鏡(由a和b棱鏡膠合而成)，分色與合色作用的 Philips棱鏡系統(tǒng)(由c、 d和e棱鏡膠合而成)和三個(gè)調(diào)制單色光束的 DMD組成。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中分色合色系統(tǒng)重量大，光線經(jīng)過的膠合面多，后焦距 長的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種提高系統(tǒng)對(duì)比度，降低系統(tǒng)重量和復(fù) 雜度的分色合色系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明中包括 一塊分色合色棱鏡、兩塊二向色性濾色片、兩塊鋁反射鏡、三塊DMD芯片，分色合色棱鏡、紅色濾色片、藍(lán) 色濾色片及兩塊鋁反射鏡分別組合，實(shí)現(xiàn)A、 B兩種分色合色結(jié)構(gòu)。其微鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)角度為士IO。。本發(fā)明主要基于DMD的工作原理，圖2 是DMD的光調(diào)制示意圖其中Y為芯片平面的位置，微鏡面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直 紙面；A和A'分別為微鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)±10°的位置；L和L'分別是A和A' 的法線，交點(diǎn)為o。當(dāng)給一端電極加電，使微鏡面處于A位置，光線a與 L成10°入射時(shí),其反射光線b垂直芯片平面Y出射到屏幕上，此為亮態(tài)； 當(dāng)給另一端電極加電，使微鏡面處于A'位置時(shí)，反射光線為b'，與芯 片平面法線成40。，投射不到屏幕上，此為暗態(tài)。本設(shè)計(jì)是讓入射光線a 平行A的法線L入射(如圖3)，則當(dāng)微鏡面處于A'位置時(shí)，因光線a 與L'夾角20° ，反射光線b與入射光線a夾角40。，讓光線b投射到 屏幕上，郎為亮態(tài)；當(dāng)微鏡面處于A位置時(shí)，光線a被沿原方向反射回去， 不能投射到屏幕上，此為暗態(tài)。本發(fā)明讓照明光束先通過一個(gè)分色合色棱鏡，將被分解成紅綠藍(lán)三 種基色光分別照射到各自對(duì)應(yīng)的DMD上，此為分光功能；調(diào)制后的綠光直接投射向屏幕，調(diào)制后的紅光經(jīng)一個(gè)紅色濾色片與綠光合成到一起，調(diào)制 后的藍(lán)光經(jīng)一個(gè)藍(lán)色濾色片與紅綠光合成到一起，此為合光功能；最后將 合成在一起的三色光投射到屏幕上。由于本發(fā)明讓照明光束與芯片平面夾角80°入射，暗態(tài)光束沿原路
返回，亮態(tài)光線與入射光線的夾角是DMD器件中微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的四倍。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1增加了成像光路和照明光路的分離程度，減少了投影光路中的雜散 光，因而可以提高系統(tǒng)的對(duì)比度。2只使用一個(gè)分色合色棱鏡、兩個(gè)濾色片和兩個(gè)鋁反射鏡，具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是背景技術(shù)分色合色系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是背景技術(shù)中DMD光調(diào)制示意圖。圖3是本發(fā)明中DMD光調(diào)制示意圖。圖4是本發(fā)明分色合色系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)圖。也為摘要附圖。圖5是本發(fā)明分色合色系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括具有分色合色功能的X棱鏡P1，工作角為45。的紅色濾 色片P2和藍(lán)色濾色片P3，鋁反射鏡M1、 M2，調(diào)制紅光的DMD器件R、調(diào) 制綠光的DMD器件G、調(diào)制藍(lán)光的DMD器件B。實(shí)施例l各光學(xué)元件及系統(tǒng)光路如圖4所示，為方便對(duì)光路進(jìn)行說明，建立 XY平面坐標(biāo)系。照明光路與投影光路夾角40° ，投影光路平行X軸，分 色棱鏡是工作角為45。的X棱鏡，三個(gè)DMD器件R、 G、 B的旋轉(zhuǎn)對(duì)角軸 垂直光入射面放置。X棱鏡Pl將入射的照明光束分解成紅綠藍(lán)三基色光束；綠光透過分 色棱鏡Pl和反紅透藍(lán)綠濾色片P2后照射在調(diào)制綠光的DMD器件G上，暗 態(tài)時(shí)綠光被沿原路反射回去，亮態(tài)時(shí)綠光的傳播方向被改變140° ,反射
到與X軸平行的投影光路上，依次經(jīng)過P2和P3兩個(gè)濾色片。紅光的傳播 方向被分色棱鏡P1改變90。，照射在調(diào)制紅光的DMD器件R上，暗態(tài)時(shí) 紅光被沿原路反射回去，亮態(tài)時(shí)紅光的傳播方向被改變140。，平行Y軸 方向且以45。角入射到紅色濾色片P2上，濾色片把紅光與綠光合成在投 影光路±。藍(lán)光的傳播方向被分色棱鏡A1改變-90° ，先以40°角入射 到鋁鏡M2上，再被鋁鏡反射到調(diào)制藍(lán)光的DMD器件B上，暗態(tài)時(shí)藍(lán)光沿 原路反射回去，亮態(tài)時(shí)藍(lán)光的傳播方向被改變140° ，平行Y軸方向且以 45°角入射到反藍(lán)透紅綠濾色片P3上，濾色片P3把藍(lán)光與紅綠光合成在 投影光路上。最后合成在一起的三基色光束經(jīng)投影透鏡組投射到屏幕上。 實(shí)施例2各光學(xué)元件及系統(tǒng)光路如圖5所示。照明光路與投影光路夾角4(T , 投影光路平行X軸,合色棱鏡是工作角為45°的X棱鏡，三個(gè)DMD器件R、 G、 B的旋轉(zhuǎn)對(duì)角軸垂直光入射面放置。照明光束首先入射到紅色濾色片P2上，其中的紅光成分被P2反射到 調(diào)制紅光的DMD器件R上，而藍(lán)綠光透過P2入射到鋁反射鏡M1上；被R 調(diào)制后的紅光，暗態(tài)光沿原路反射回去，亮態(tài)光則平行Y軸方向入射到合 色棱鏡P1;藍(lán)綠光被反射鏡M1反射到藍(lán)色濾色片P3上，藍(lán)光成分被P3 反射，綠光成分直接透過P3后照射在調(diào)制綠光的DMD器件G上，暗態(tài)時(shí) 綠光被沿原路反射回去，亮態(tài)時(shí)綠光的傳播方向被改變140° ，反射到與 X軸平行的投影光路上，依次經(jīng)過P3和Pl。藍(lán)光被P3反射到調(diào)制藍(lán)光的 DMD器件B上，經(jīng)B調(diào)制后，其暗態(tài)光被沿原路反射回去，亮態(tài)光的傳播 方向被改變140° ，平行Y軸入射到合色棱鏡Pl上；最后合色棱鏡Pl將 三色光合成在一起經(jīng)投影透鏡組投射到屏幕上。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字光處理投影顯示器件分色合色光學(xué)系統(tǒng)，包括三個(gè)分別調(diào)制紅、綠、藍(lán)三基色光的DMD器件R、G、B，其特征在于還包括有分色合色功能的X棱鏡(P1)、紅色濾色片(P2)、藍(lán)色濾色片(P3)，兩塊鋁反射鏡(M1和M2)；DMD器件在工作中，暗態(tài)光線與入射光線成180°角；亮態(tài)光線與入射光線的夾角是DMD器件中微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的四倍，分色合色棱鏡(P1)、紅色濾色片(P2)、藍(lán)色濾色片(P3)及鋁反射鏡(M1和M2)分別組合，實(shí)現(xiàn)A、B兩種分色合色結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字光處理投影顯示器件分色合色光 學(xué)系統(tǒng)，其特征在于結(jié)構(gòu)A:分色合色棱鏡(Pl)將入射的照明光束分解 為紅綠藍(lán)三基色光束，成為分色結(jié)構(gòu)；紅色濾色片(P2)和藍(lán)色濾色片(P3) 將三個(gè)琴D器件調(diào)制后的三色圖像合成在一起，成為合色結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字光處理投影顯示器件分色合色光 學(xué)系統(tǒng)，其特征在于結(jié)構(gòu)B:紅色濾^^片(P2)和藍(lán)色濾色片(P3)將入 射的照明光束分解為紅綠藍(lán)三基色光束，成為分色結(jié)構(gòu)；分色合色棱鏡(Pl)將三個(gè)DMD器件調(diào)制后的三色圖像合成在一起，成為合色結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字光處理投影顯示器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種分色合色系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。包括三個(gè)分別調(diào)制紅、綠、藍(lán)三基色光的DMD器件R、G、B，有分色合色功能的X棱鏡(P1)、紅色濾色片(P2)、藍(lán)色濾色片(P3)，兩塊鋁反射鏡(M1和M2)。入射的照明光束與調(diào)制后的暗態(tài)光束夾角180度，亮態(tài)光線與入射光線的夾角是DMD器件中微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的四倍，X棱鏡和兩個(gè)濾色片分別組合，實(shí)現(xiàn)分色合色兩種結(jié)構(gòu)，兩個(gè)鋁反射鏡用于折疊光路。本發(fā)明僅使用一個(gè)X棱鏡，兩個(gè)濾色片和兩個(gè)反射鏡，減輕了系統(tǒng)的重量，降低了系統(tǒng)的成本；增加了成像光路和照明光路的分離程度，進(jìn)一步避免了雜散光進(jìn)入投影光路，因而可以提高系統(tǒng)的對(duì)比度。
文檔編號(hào)G02B27/10GK101149483SQ20061001720
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者馮亞云, 凌志華, 凱 安 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所