專利名稱：圖像顯示設(shè)備和投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像設(shè)備，尤其涉及觀察通過透鏡放大的圖像的成像設(shè)備，該成像在小的圖像顯示元件上，該顯示元件具有能夠根據(jù)圖像信息控制光的多個(gè)像素，該成像設(shè)備可應(yīng)用于如投影顯示裝置之類的電子顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
廣泛使用稱為前投影儀或后投影儀的圖像顯示設(shè)備，該圖像顯示設(shè)備顯示通過投影透鏡放大在圖像顯示元件上顯示的圖像所產(chǎn)生的圖像，該圖像顯示元件具有能夠根據(jù)圖像信息控制光的多個(gè)像素。作為這類顯示元件，已經(jīng)開發(fā)并使用CRT、液晶面板、DMD(數(shù)字微鏡裝置(注冊(cè)商標(biāo))由Texas Instruments Incorporated制造)。另外，正在研究無機(jī)EL、無機(jī)LED、有機(jī)LED等。
而且，作為不顯示放大圖像而且顯示原始尺寸圖像的圖像顯示設(shè)備，已經(jīng)發(fā)展和使用了除了上述CRT、液晶面板、無機(jī)EL、無機(jī)LED、有機(jī)LED之外的等離子顯示和熒光顯示管。另外，正在研究場致發(fā)射顯示(FED)、等離子尋址顯示器(PALC)等。盡管它們大致分成兩類，自發(fā)射型和空間光調(diào)制器型，但是每類都具有能夠控制光的多個(gè)像素。
上述成像設(shè)備共同的需要是，獲得高分辨率，也就是增加像素?cái)?shù)。用于廣播使用的具有大約一千掃描線的HDTV的顯示設(shè)備已經(jīng)上市。另外，隨著使用液晶面板技術(shù)增強(qiáng)分辨率，已經(jīng)宣布進(jìn)行具有大約兩千掃描線的顯示設(shè)備的開發(fā)，用于工作站計(jì)算機(jī)。然而，增大像素?cái)?shù)可能降低液晶面板的生產(chǎn)率，并可能降低開口面積比(open area ratio)。從而，具有成本增大，亮度和對(duì)比度降低，并且能耗增大的問題。
為了解決上述問題，日本專利No.2939826和日本未審公開專利申請(qǐng)No.6-197297公開了進(jìn)行隔行掃描顯示的圖像顯示設(shè)備，該設(shè)備使用單個(gè)圖像顯示元件，具有兩倍像素?cái)?shù)。日本未審公開專利申請(qǐng)No.7-36054公開了使用單個(gè)圖像顯示元件具有四倍以上像素?cái)?shù)的顯示設(shè)備。這些顯示設(shè)備屬于所謂的像素移動(dòng)型，它是通過用時(shí)間分隔高速偏轉(zhuǎn)從圖像顯示元件投影的光的光路來增大像素可見數(shù)量的方法。日本未審公開專利申請(qǐng)公開了通過用光路偏轉(zhuǎn)裝置增大整個(gè)圖像來增大分辨率的技術(shù)。
尤其是，日本專利No.2939826中公開的投影顯示設(shè)備包括能夠轉(zhuǎn)動(dòng)透射光的偏轉(zhuǎn)方向的至少一個(gè)光學(xué)元件，和在從顯示元件到屏幕的光路中間具有雙折射效果的至少一個(gè)透明元件，其中在投影光路中具有用于移動(dòng)由顯示元件形成的圖像的裝置。另外，該投影顯示設(shè)備還包括用于通過有效減小顯示元件的開口面積比，從而試圖提高對(duì)比度，將顯示元件的像素的投影區(qū)域離散投影的裝置。
日本未審公開專利申請(qǐng)No.6-197297中公開的液晶投影儀構(gòu)造和設(shè)置成，通過控制電路的控制改變可變棱鏡的玻璃板的傾斜度，其中當(dāng)玻璃板向上傾斜時(shí)，光軸通過穿過可變棱鏡向下折射預(yù)定角度，并且當(dāng)玻璃板向下傾斜時(shí)，光軸通過穿過可變棱鏡向上折射預(yù)定角度。也就是，通過改變棱鏡的楔形構(gòu)造，投影光學(xué)系統(tǒng)的入射角偏轉(zhuǎn)微小角度，從而獲得圖像移動(dòng)。
通過與垂直同步信號(hào)等同步重復(fù)進(jìn)行控制電路的控制，提高了投影到屏幕上的圖像的分辨率。在日本未審公開專利申請(qǐng)No.2002-139792中公開的圖像顯示設(shè)備中，在由光偏轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行偏轉(zhuǎn)之前和之后，屏幕和光軸之間交點(diǎn)(intersection)的移動(dòng)量設(shè)置成等于作為在穿過每個(gè)交點(diǎn)的線上投影的圖像的圖像片的寬度，使得通過由光偏轉(zhuǎn)裝置在預(yù)定時(shí)間間隔偏轉(zhuǎn)光來顯示多個(gè)圖像片，即，由光學(xué)調(diào)制元件形成的圖像的像素?cái)?shù)由光偏轉(zhuǎn)裝置增加。
圖1示出了傳統(tǒng)圖像顯示設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，它通過使用光路偏轉(zhuǎn)元件高速移動(dòng)像素，從而明顯增加像素?cái)?shù)。圖2示出了光閥和投影透鏡之間的位置關(guān)系。
在圖1中，光路偏轉(zhuǎn)元件2位于光閥1和具有投影透鏡5和6的投影光學(xué)系統(tǒng)之間。穿過光路偏轉(zhuǎn)元件的光投影到屏幕4上。光路偏轉(zhuǎn)元件2具有將光路偏轉(zhuǎn)與所顯示像素間距的一半相對(duì)應(yīng)的角度的功能。在這種情況下，BF是投影光學(xué)系統(tǒng)3的投影透鏡的后焦點(diǎn)，D是液晶面板(光閥1)和光路偏轉(zhuǎn)元件2之間的間隔(D＜BF)，并且P是光閥1的圖像像素間距。
由于光路偏轉(zhuǎn)角與間隔D相比非常小，所以如果光路偏轉(zhuǎn)元件2所獲得的偏轉(zhuǎn)角為Δθ，則建立如下關(guān)系。
TanΔθ≈sinΔθ≈P/2D例如，如果P＝14μm并且D＝30mm，則Δθ＝48.1秒，即Δθ＝0.01336度。相反，如果Δθ確定，則移動(dòng)量ΔS由P/2＝D-sinΔθ計(jì)算。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到P/2的值與D的值成比例。也就是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，光閥1和光路偏轉(zhuǎn)元件2之間的位置關(guān)系影響移動(dòng)量ΔS。
另一方面，通過在常規(guī)成像設(shè)備的組裝過程中將光閥、各個(gè)棱鏡和投影透鏡組裝到投影設(shè)備的外殼中時(shí)使部件公差和裝配公差緊湊，而取消調(diào)節(jié)過程，可能保持性能。然而，僅僅通過將部件集合起來分配公差獲得性能可能增加部件成本和裝配成本，這是不實(shí)際的。
實(shí)際上，通過所謂的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)保持用于將圖像投影到屏幕上的性能，其中各類部件的精度和定位精度具有一定公差，并且最終與目標(biāo)面相對(duì)應(yīng)的光閥在光軸方向微小移動(dòng)。在這種情況下，對(duì)光路偏轉(zhuǎn)元件2位于投影透鏡5和光閥1之間的情況進(jìn)行考慮。
例如，當(dāng)設(shè)置具有D＝30mm、P＝14μm并且Δθ＝48.1秒的偏轉(zhuǎn)元件時(shí)，板具有所有焦點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍，從而偏轉(zhuǎn)元件的位置設(shè)定誤差為大約±0.5mm?！?.5mm對(duì)應(yīng)于30mm的3.4％的值。
因此，如果在偏轉(zhuǎn)元件固定的狀態(tài)下進(jìn)行板在光軸方向的位置調(diào)節(jié)，則產(chǎn)生7μm的移動(dòng)誤差的3.2％的誤差，也就是0.22μm的誤差。盡管該值非常小，但是當(dāng)顯示具有關(guān)于在線和空間顯示中奇數(shù)點(diǎn)是ON還是偶數(shù)點(diǎn)是ON的微小差別寬度的線時(shí)，出現(xiàn)問題。
在圖2中，為了解釋上述問題，為了易于識(shí)別，增大了移動(dòng)量。光閥1上“O”位置處的像素以用實(shí)線表示的光通量朝光路偏轉(zhuǎn)元件2移動(dòng)，并高速朝著由實(shí)線和虛線表示的兩個(gè)方向轉(zhuǎn)換，并且好像位置“O’”處的像素的圖像由目標(biāo)透鏡投影到屏幕上。移動(dòng)量等于圖2中所示的距離A。
然而，如果通過光閥1的焦點(diǎn)位置對(duì)準(zhǔn)將光閥1調(diào)節(jié)到由虛線表示的位置處，則從目標(biāo)透鏡5觀察到的光閥1上的像素移動(dòng)量為A+Δ，并且可以認(rèn)識(shí)到像素的移動(dòng)量產(chǎn)生波動(dòng)。而且，由于移動(dòng)像素的時(shí)間周期取決于光路偏轉(zhuǎn)元件2的驅(qū)動(dòng)周期，所以總是在時(shí)間周期中具有顯示泄漏，并且泄漏的光產(chǎn)生影響，降低了分辨率。盡管光在傳統(tǒng)設(shè)備中受到切割，從而防止分辨率下降，但是從有效使用光的角度來看還需要進(jìn)一步改進(jìn)，并且還有改進(jìn)空間。
應(yīng)當(dāng)注意到，圖3是示出傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖，其中光路偏轉(zhuǎn)元件位于投影光學(xué)系統(tǒng)和空間光調(diào)制元件之間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本目的是，提供一種改進(jìn)的和有用的圖像顯示設(shè)備，其中消除了上述問題。
本發(fā)明的更加具體的目的是，提供一種圖像顯示設(shè)備和投影光學(xué)系統(tǒng)，它們能通過抑制投影點(diǎn)因光路偏轉(zhuǎn)元件的位置偏移而位置波動(dòng)，獲得高質(zhì)量圖像。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種圖像顯示設(shè)備，包括照明光源；顯示圖像的空間光調(diào)制元件；投影光學(xué)系統(tǒng)，它將形成在空間光調(diào)制元件上的圖像放大并投影；光路偏轉(zhuǎn)元件，它設(shè)置在所述空間光調(diào)制元件和由投影光學(xué)系統(tǒng)形成在屏幕上的圖像之間，從而根據(jù)屏幕幀周期偏轉(zhuǎn)投影在屏幕上的圖像的光路，所述光路偏轉(zhuǎn)元件高速移動(dòng)投影在屏幕上的圖像的光路，從而明顯增加像素的數(shù)量，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件位于所述投影光學(xué)系統(tǒng)中。
根據(jù)上述本發(fā)明，可以進(jìn)行光軸方向聚焦，同時(shí)保持空間光調(diào)制元件和光路偏轉(zhuǎn)元件之間的關(guān)系。于是可以消除屏幕上像素的移動(dòng)量波動(dòng)，這獲得了更加精細(xì)的圖像顯示。
在本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中，光路偏轉(zhuǎn)元件可以位于投影光學(xué)系統(tǒng)的光圈位置處或其附近。因此，由于光路偏轉(zhuǎn)元件的面內(nèi)(in-plane)變化，所以偏轉(zhuǎn)角面內(nèi)變化。另外，光路偏轉(zhuǎn)元件可以是反射型光路偏轉(zhuǎn)元件。或者，光路偏轉(zhuǎn)元件可以是檢流計(jì)式反射鏡?；蛘撸饴菲D(zhuǎn)元件可以是反射鏡陣列，該反射鏡陣列具有二維布置的可機(jī)械移動(dòng)的反射鏡。
在本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中，通過將光路偏轉(zhuǎn)元件獲得的像素移動(dòng)量增大到大于像素在像素移動(dòng)方向上的設(shè)置寬度，進(jìn)行多屏幕顯示。
在本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中，光路偏轉(zhuǎn)元件包括至少兩組元件，每組元件都在一個(gè)方向上移動(dòng)像素，從而像素在彼此垂直的方向上高速移動(dòng)。
在本發(fā)明所述圖像顯示設(shè)備中，光路偏轉(zhuǎn)元件包括第一和第二光路偏轉(zhuǎn)元件，該第一光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)小于像素間距的移動(dòng)量，該第二光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)與有效像素區(qū)域相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)量，從而增大所顯示的像素的可見數(shù)量，并增大顯示區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種圖像顯示設(shè)備，包括照明光源；顯示圖像的空間光調(diào)制元件；投影光學(xué)系統(tǒng)，它將形成在空間光調(diào)制元件上的圖像放大并投影；光路偏轉(zhuǎn)元件，它設(shè)置在所述空間光調(diào)制元件和由投影光學(xué)系統(tǒng)形成在屏幕上的圖像之間，并根據(jù)屏幕幀周期偏轉(zhuǎn)投影在屏幕上的圖像的光路，光路偏轉(zhuǎn)元件高速移動(dòng)投影在屏幕上的圖像的光路，從而明顯增加像素的數(shù)量，其中，通過將光路偏轉(zhuǎn)元件獲得的移動(dòng)量設(shè)置成等于或大于與垂直方向和水平方向之一上的像素?cái)?shù)相對(duì)應(yīng)的量，并小于與垂直方向和水平方向的另一個(gè)方向上像素?cái)?shù)相對(duì)應(yīng)的量，改變屏幕的長寬比。根據(jù)上述發(fā)明，空間光調(diào)制元件的有效像素顯示區(qū)域增加，由此形成高質(zhì)量圖像。
在上述本發(fā)明所述圖像顯示設(shè)備中，在圖像明顯彼此重疊的屏幕的中央部分中，像素的移動(dòng)量增大等于或小于像素間距的量，從而明顯增大中央部分中的像素密度。
另外，在上述本發(fā)明的圖像顯示設(shè)備中，通過將光路偏轉(zhuǎn)元件獲得的像素移動(dòng)量增大到大于像素移動(dòng)方向上像素的設(shè)置寬度，進(jìn)行多屏幕顯示。
在上述本發(fā)明所述圖像顯示設(shè)備中，光路偏轉(zhuǎn)元件包括至少兩組元件，每組元件都在一個(gè)方向上移動(dòng)像素，從而像素在彼此垂直的方向上高速移動(dòng)。
在上述本發(fā)明所述圖像顯示設(shè)備中，光路偏轉(zhuǎn)元件可以包括第一和第二光路偏轉(zhuǎn)元件，該第一光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)小于像素間距的移動(dòng)量，該第二光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)與有效像素區(qū)域相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)量，從而增大所顯示的像素的可見數(shù)量，并增大顯示區(qū)域。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于將由空間光調(diào)制元件調(diào)制的光投影在投影表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)，包括多個(gè)透鏡；光路偏轉(zhuǎn)元件；及驅(qū)動(dòng)光路偏轉(zhuǎn)元件的驅(qū)動(dòng)部件，其中，光路偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置在所述空間光調(diào)制元件一側(cè)上的透鏡和所述投影表面一側(cè)上的透鏡之間。根據(jù)本發(fā)明，反射型光路偏轉(zhuǎn)元件可以設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)中，它獲得了適合于光路進(jìn)行折疊的結(jié)構(gòu)的緊湊結(jié)構(gòu)。
上述本發(fā)明所述投影光學(xué)系統(tǒng)可以還包括光圈構(gòu)件，其中，光路偏轉(zhuǎn)元件位于光圈構(gòu)件附近?；蛘?，上述本發(fā)明所述投影光學(xué)系統(tǒng)可以還包括光圈構(gòu)件，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件連接到所述光圈構(gòu)件上。
在上述本發(fā)明所述投影光學(xué)系統(tǒng)中，光路偏轉(zhuǎn)元件包括反射鏡和驅(qū)動(dòng)該反射鏡的驅(qū)動(dòng)部分，并且驅(qū)動(dòng)部分改變光軸和反射鏡的鏡表面之間的傾斜角度，從而偏轉(zhuǎn)光的投影方向。反射鏡的傾斜角度至少在兩個(gè)軸向上變化。
在上述本發(fā)明所述投影光學(xué)系統(tǒng)中，光路偏轉(zhuǎn)元件包括兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件，它們?cè)O(shè)置成使得兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)光路的方向彼此垂直。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像顯示設(shè)備，包括如上所述的投影光學(xué)系統(tǒng)；及將光投影到空間光調(diào)制元件的照明光源。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明確。
圖1是示出傳統(tǒng)圖像顯示設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是示出光閥和投影透鏡之間位置關(guān)系的視圖；圖3是示出傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的視圖，其中光路偏轉(zhuǎn)元件位于投影光學(xué)系統(tǒng)和空間光調(diào)制元件之間；圖4A是設(shè)置在本發(fā)明的第一實(shí)施例所述光學(xué)顯示設(shè)備中的投影光學(xué)系統(tǒng)的視圖；圖4B是示出光路偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)光路的情況的視圖；圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的視圖；圖6是從光軸方向觀察的光圈構(gòu)件(aperture member)和光路偏轉(zhuǎn)元件的視圖；圖7是示出用于通過等于或小于像素間距的移動(dòng)量進(jìn)行明顯高分辨率顯示的光路的情況的視圖；圖8是示出用于通過移動(dòng)等于或大于移動(dòng)方向上屏幕尺寸的量增大屏幕尺寸的光路的情況的視圖；
圖9是用于解釋在本發(fā)明第四實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖10是用于解釋在本發(fā)明第五實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖11是用于解釋在本發(fā)明第六實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖12是示出檢流計(jì)式反射鏡將反射光的偏轉(zhuǎn)方向在兩個(gè)方向之間轉(zhuǎn)換的狀態(tài)的視圖；圖13是用于解釋在本發(fā)明第九實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖14A是用于解釋在本發(fā)明第十一實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖14B是圖14A中由虛線包圍部分的放大視圖；圖15A是用于解釋在本發(fā)明第十二實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖15B是圖15A中由虛線包圍部分的放大視圖；圖16A是用于解釋在本發(fā)明第十三實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；圖16B是圖16A中由虛線包圍部分的放大視圖；圖17是用于解釋在本發(fā)明第十四實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備中進(jìn)行的移動(dòng)操作的視圖；及圖18是本發(fā)明第五實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D4A和4B，對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)注意的是，與圖1至3中所示部件相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。
如圖4A中所示，本發(fā)明第一實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備10包括用于照明的光源(附圖中未示出)；顯示圖像的作為空間光調(diào)制元件的光閥1；光路偏轉(zhuǎn)元件2，該光路偏轉(zhuǎn)元件根據(jù)形成在光閥1上的圖像的信號(hào)偏轉(zhuǎn)光路；及投影光學(xué)系統(tǒng)3。該光路偏轉(zhuǎn)元件2設(shè)置在投影光學(xué)系統(tǒng)3中。
該投影光學(xué)系統(tǒng)3將經(jīng)如液晶裝置、反射型點(diǎn)陣液晶裝置、數(shù)字微鏡裝置等之類的空間光調(diào)制元件調(diào)制的光投射到如屏幕之類的投射表面上。投影光學(xué)系統(tǒng)3包括多個(gè)透鏡、光圈、反射鏡(mirror)、棱鏡(prism)、偏振光學(xué)系統(tǒng)、照明光學(xué)系統(tǒng)等。應(yīng)當(dāng)注意的是，投影光學(xué)系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)不僅局限于圖4A和4B中所示結(jié)構(gòu)，并且包括一般稱之為投影光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)。尤其是，已知折疊型投影光學(xué)系統(tǒng)，它用于投影顯示等，并且這種投影光學(xué)系統(tǒng)包括在本發(fā)明所述投影光學(xué)系統(tǒng)中。
將參照?qǐng)D4A和4B，描述本發(fā)明所述圖像顯示設(shè)備的操作。投影光學(xué)系統(tǒng)3以顛倒的模式將光閥1上的每個(gè)圖像位置f1、f2和f3投射到屏幕表面4上f1’、f2’、f3’位置處。在本實(shí)施例中，透鏡布置成投影光學(xué)系統(tǒng)3在屏幕表面4上不形成立體圖像，而是形成倒轉(zhuǎn)圖像。
盡管取決于設(shè)計(jì)，但是在多數(shù)情況下，投影光學(xué)系統(tǒng)3在物側(cè)(objectside)(光閥1側(cè))使用稱之為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，從而有效地接收反射光，在投射的屏幕表面上獲得均勻的照明。在遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)中，來自光閥1上圖像位置的主光彼此平行。在這種光學(xué)系統(tǒng)中，曾經(jīng)分叉擴(kuò)散的光由第一階段光學(xué)系統(tǒng)匯集，并通過透鏡系統(tǒng)中的光路，該光路被折射一角度，該角度小于來自光閥1的反射分叉光，從而從光學(xué)系統(tǒng)的最終平面射出的光在屏幕表面4上形成圖像。也就是，在投影設(shè)備中使用的傳統(tǒng)遠(yuǎn)心投影光學(xué)系統(tǒng)中，在光學(xué)系統(tǒng)中移動(dòng)光的角度與(光閥1上的)物平面上的圖像信息(像素位置信息)相對(duì)應(yīng)。
圖4A示出了投影光學(xué)系統(tǒng)3的示意圖，該投影光學(xué)系統(tǒng)描述了系統(tǒng)中彼此平行的光路。圖4B示出了光路偏轉(zhuǎn)元件2偏轉(zhuǎn)光路的情況。
光路在光學(xué)系統(tǒng)中偏轉(zhuǎn)微小角度，從而在屏幕表面4上獲得期望的像素移動(dòng)(移動(dòng)量ΔS)。像素移動(dòng)的方向可以是水平方向、垂直方向、水平方向和垂直方向的組合方向和傾斜方向中的一個(gè)。通過像素的移動(dòng)試圖獲得高分辨率。
在將遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)用作投影光學(xué)系統(tǒng)3的多種投影型顯示設(shè)備中，光閥1上的像素位置信息可以與光路中主光的角度信息相關(guān)。通過將傳統(tǒng)光路偏轉(zhuǎn)元件2設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)中，從而使用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方法，可以很容易實(shí)現(xiàn)像素移動(dòng)，這提供了精細(xì)的和高分辨率的圖像。這具有一優(yōu)點(diǎn)，即其中因光閥1的位置調(diào)整而引起的像素移動(dòng)量變化比傳統(tǒng)技術(shù)中小。當(dāng)光路偏轉(zhuǎn)元件2位于光路在投影光學(xué)系統(tǒng)3中基本彼此平行的位置處時(shí)，該優(yōu)點(diǎn)最大化。
盡管在附圖中未示出，但是圖像顯示設(shè)備10還包括有效地將照明光導(dǎo)入到光閥1中的照明光學(xué)系統(tǒng)，以及用于獲得彩色圖像的成像系統(tǒng)?？梢允褂盟^的色彩序貫法(color sequential method)，其中以視覺無法分辨R、G、B轉(zhuǎn)換的較高轉(zhuǎn)換速度，R、G、B彩色照明光按時(shí)間順序投射到單個(gè)面板(光閥1)上，從而形成彩色圖像。
而且，可以使用投射圖像的方法，該圖像通過將RGB光投射到與RGB的每種色彩相對(duì)應(yīng)的光閥1上由二向棱鏡等進(jìn)行合成，并通過移動(dòng)像素進(jìn)行放大。作為可應(yīng)用到本實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備10的照明光源，可以使用鹵素?zé)?、氙氣燈、金屬鹵素?zé)?、超高壓汞燈等。而且，也可以?yīng)用如LED燈或LD等之類的單色光。具有較高亮度的白LED可以用作照明光源。
照明光學(xué)系統(tǒng)可以安裝成使得獲得較高照明效率。作為照明光學(xué)系統(tǒng)的特定例子，可以使用具有位于光源附近(與光源整體形成)的反射鏡的超高壓汞燈。
可以安裝這樣的照明光學(xué)系統(tǒng)，它通過使用如稱之為整體光學(xué)系統(tǒng)(蠅眼透鏡對(duì))的照明均勻化裝置在面板表面上提供均勻的照明分布，該照明均勻化裝置處理經(jīng)反射鏡反射而具有方向性的光。另外，可以將透射式液晶面板、數(shù)字微鏡裝置(DMD；商標(biāo)；由Texas InstrumentsIncorporated制造)等用作可以應(yīng)用到光閥1上的光閥。盡管在附圖中未示出，但是當(dāng)使用反射型液晶光閥時(shí)，可以使用一分離裝置，以獲得高效的照明，該分離裝置與偏振光分束器(polarization beam splitter)組合，用于將照明光路與投射光路分離。
當(dāng)將上述DMD板(商標(biāo)Texas Instruments Incorporated)安裝成光閥時(shí)，使用斜入射光學(xué)系統(tǒng)、使用全反射棱鏡的光路分離器等。當(dāng)使用不具有偏振依賴性的光閥時(shí)，從光學(xué)使用效率的角度來看，適合將檢流計(jì)式反射鏡、微鏡陣列等用作光路偏轉(zhuǎn)元件2。于是，可以根據(jù)光閥1的種類使用合適的光學(xué)系統(tǒng)。
現(xiàn)在，將描述本發(fā)明第二實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備。在第二實(shí)施例中，除了第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)之外，光路偏轉(zhuǎn)元件2設(shè)置在透射光學(xué)系統(tǒng)3的光圈位置處或其附近，如圖5中所示。
圖6示出了位于透射光學(xué)系統(tǒng)中光圈位置處的光圈構(gòu)件8。通過使用圖6中所示的光圈構(gòu)件8，光圈位置與設(shè)置光路偏轉(zhuǎn)元件2的位置重合。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖6中所示光圈的形式僅僅是例子，并且光圈不僅局限于圓形。例如，光圈可以是與屏幕尺寸相對(duì)應(yīng)的方形，或者可以是橢圓形。
由于來自光閥1上的所有像素的光都通過光路偏轉(zhuǎn)元件2的透射平面的有效區(qū)域，所以在光路偏轉(zhuǎn)元件2的平面變化影響較小(光路偏轉(zhuǎn)角的位置中的變化)。根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，其中光路偏轉(zhuǎn)元件位于投影透鏡和光閥之間，如圖4A中所示的光閥1上的像素f1和f2的光在從光閥1穿出之后不馬上彼此空間重合，并且定位在光路偏轉(zhuǎn)元件2中，在該光路偏轉(zhuǎn)元件處，從像素穿出的光彼此不同。
也就是，在光路偏轉(zhuǎn)元件2位于投影透鏡和光閥之間的傳統(tǒng)方法中存在的問題在于，穿過光路偏轉(zhuǎn)元件2的光往往受到光路偏轉(zhuǎn)元件2的面內(nèi)變動(dòng)影響。然而，將光路偏轉(zhuǎn)元件2設(shè)置在光圈位置處或其附近提供使變動(dòng)均勻的效果，從而使得像素的移動(dòng)量均勻。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D7描述本發(fā)明第三實(shí)施例所述圖像顯示設(shè)備。在本發(fā)明所述第三實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)角可以形成為使得提高設(shè)置的自由度并獲得緊湊的光學(xué)系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，除了光路偏轉(zhuǎn)元件2位于投影光學(xué)系統(tǒng)3中的設(shè)置之外，光路偏轉(zhuǎn)元件2為反射型。
隨著操作進(jìn)行，反射光路由光路偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)微小角度，從而在屏幕表面4上產(chǎn)生期望的像素移動(dòng)。通過在人無法識(shí)別的時(shí)間周期中進(jìn)行高速移動(dòng)，可以獲得明顯的高分辨率。在圖7中，出于解釋像素移動(dòng)的目的，將偏轉(zhuǎn)角度放大。
在圖3中所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，其中光路偏轉(zhuǎn)元件2位于投影光學(xué)系統(tǒng)3和光閥1之間，在光路偏轉(zhuǎn)元件2和投影光學(xué)系統(tǒng)3之間需要用于折疊光的空間。于是，如果光路偏轉(zhuǎn)元件2如圖3中那樣定位，則極大地減少了用于定位其它光學(xué)部件的空間，所述光學(xué)部件如用于將照明光與成像光分離的棱鏡，或用于色彩合成的棱鏡。因此，需要具有較長后焦點(diǎn)的光學(xué)系統(tǒng)。
于是，如果后焦點(diǎn)足夠長，則反射型光路偏轉(zhuǎn)元件2可以定位在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，其中光路偏轉(zhuǎn)元件2定位在投影光學(xué)系統(tǒng)3和光閥1之間。然而，實(shí)際上投影透鏡的空間由如光路分離的PBS或二向棱鏡之類的光學(xué)部件占據(jù)，從而不可能將反射型光路偏轉(zhuǎn)元件定位在光閥1和投影光學(xué)系統(tǒng)3之間。
另一方面，如果，反射型光路偏轉(zhuǎn)元件2象本實(shí)施例中那樣定位在光學(xué)系統(tǒng)中，則可以馬上解決包括設(shè)置的問題在內(nèi)的所有問題。另外，由于折疊光學(xué)系統(tǒng)用于投影光學(xué)系統(tǒng)3，所以投影光學(xué)系統(tǒng)3可以制作得較緊湊。
而且，如果光路偏轉(zhuǎn)元件2設(shè)置在投影光學(xué)系統(tǒng)3中，則還具有下述優(yōu)點(diǎn)。如圖8中所示，當(dāng)在有效像素區(qū)域中進(jìn)行像素移動(dòng)時(shí)，像素移動(dòng)量增大，使得位置幀的頂線(head line)(屏幕4上用虛線表示的最低端的線)順利連接到位置幀的端線(屏幕4上用實(shí)線表示的最上端的線)上，并且需要獲得高準(zhǔn)確性。也就是，像素必須設(shè)置成使得圖像的連接部分無法視覺分辨。于是，通過將光路偏轉(zhuǎn)元件2定位在光學(xué)系統(tǒng)中，可以消除光路偏轉(zhuǎn)元件2的面內(nèi)變動(dòng)的影響，這能夠在連接部分處獲得準(zhǔn)確的移動(dòng)量。
現(xiàn)在，將參照附圖9描述本發(fā)明第四實(shí)施例所述的圖像顯示設(shè)備。在本實(shí)施例中，顯示區(qū)域可放大，并且有效地使用顯示在光閥1上的像素，從而可以在不降低分辨率的情況下改變長寬比。為了獲得上述特征，光路偏轉(zhuǎn)元件2移動(dòng)像素的量設(shè)置成等于多個(gè)像素，從而明顯改變顯示尺寸。
圖9示出了不具有像素移動(dòng)的屏幕(1)和經(jīng)過像素移動(dòng)的屏幕(2)。兩種屏幕都彼此重疊(3)所表示的移動(dòng)量ΔS。在附圖中，每個(gè)小方形□都對(duì)應(yīng)于象素。應(yīng)注意的是，由于空間光調(diào)制元件調(diào)制的光被微透鏡等減少，所以附圖中方形□的一側(cè)是空間光調(diào)制元件的一側(cè)的一半。
圖9示出了像素移動(dòng)方向設(shè)置成屏幕的橫向，并且圖像在橫向上移動(dòng)，從而光閥1的長寬比從4(橫向)∶3(縱向)轉(zhuǎn)變?yōu)?6(橫向)∶9(縱向)的狀態(tài)。結(jié)果，盡管產(chǎn)生了屏幕(1)和屏幕(2)彼此重疊的部分(5)，但是通過根據(jù)圖像處理轉(zhuǎn)換光閥1上的顯示，對(duì)圖像進(jìn)行顯示，使得圖像顯示成好像它們是同一圖像。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D10描述本發(fā)明第五實(shí)施例。在本實(shí)施例中，顯示區(qū)域增大，并且中央部分的可見分辨率(apparent resolution)增強(qiáng)，從而獲得較高質(zhì)量的圖像顯示。
通過在上述第四實(shí)施例中圖9中所示的重疊區(qū)域(5)上進(jìn)一步進(jìn)行1/2像素移動(dòng)，可以使圖10中重疊區(qū)域(6)中的像素密度加倍。該技術(shù)能夠增強(qiáng)中央部分的分辨率，尤其是在電視等中。
現(xiàn)在，將描述本發(fā)明的第六實(shí)施例。在本實(shí)施例中，顯示區(qū)域加倍，從而增大了分辨率，并能夠獨(dú)立進(jìn)行兩個(gè)屏幕的顯示，從而提高圖像顯示設(shè)備的使用方便性。
盡管上述第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中要求像素準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，但是在顯示區(qū)域完全分離之前，可以進(jìn)行像素移動(dòng)。也就是，如圖11中所示，屏幕(1)和屏幕(2)在橫向上完全彼此分離。在這種情況下，偏轉(zhuǎn)角設(shè)置成將顯示區(qū)域完全分離的值，如圖11中所示。分離的方向可以是垂直方向或水平方向或傾斜方向。
由于獲得了雙倍屏幕顯示，所以圖像顯示設(shè)備可以應(yīng)用于各種裝置。另外，每個(gè)屏幕都能夠單獨(dú)顯示不同圖像。而且，通過使用左右屏幕之間的視差，可以將該技術(shù)應(yīng)用于3維圖像顯示。于是，如果試圖僅僅提供兩個(gè)單獨(dú)屏幕，則不需要在像素級(jí)別將兩個(gè)屏幕的連接部分匹配。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D7、8和12描述本發(fā)明的第七實(shí)施例。在第七實(shí)施例中，消除了偏振光的處理，從而提高了光的使用效率。
在上述第五和第六實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，檢流計(jì)式反射鏡用作光路偏轉(zhuǎn)元件2。由于在傳統(tǒng)光路偏轉(zhuǎn)元件中使用液晶構(gòu)件進(jìn)行利用偏振依賴性的轉(zhuǎn)換，所以適合于將與液晶面板組合的結(jié)構(gòu)用作光閥。另一方面，通過使用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，變得易于使用反射型光閥，該光閥使用微鏡裝置(DMD注冊(cè)商標(biāo)；由Texas Instruments Incorporated制造)。也就是，不需要使用偏振光轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)或用于將照明光與投影成像光分離的偏振光分離元件，這獲得了更加簡化的光學(xué)系統(tǒng)。
圖12說明了作為光路偏轉(zhuǎn)元件的檢流計(jì)式反射鏡7以高轉(zhuǎn)換速度將來自光閥1的反射光的偏轉(zhuǎn)方向在兩個(gè)方向之間轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。兩個(gè)方向中的光路用實(shí)線和虛線表示。如圖中所示，反射點(diǎn)在檢流計(jì)式反射鏡7的支承點(diǎn)附近的位置和遠(yuǎn)離支承點(diǎn)的位置之間有所不同。也就是，光學(xué)系統(tǒng)為偏心系統(tǒng)，并且在微小角度變化情況下不是問題的圖像惡化變成使高分辨率圖像顯示設(shè)備中投影性能下降的原因，該高分辨率圖像顯示設(shè)備在需要將偏轉(zhuǎn)角度設(shè)置較大的情況下進(jìn)行基于幀單元的像素移動(dòng)。
通過將微鏡裝置(DMD注冊(cè)商標(biāo)；由Texas Instruments Incorporated制造)用作消除光路中的這種差的裝置，可以基于每個(gè)微小區(qū)域分配反射角。于是，如用圖12中所示實(shí)線和虛線所表示的，反射點(diǎn)不會(huì)變化，由于投影光學(xué)系統(tǒng)的作用，所以這能夠防止圖像降質(zhì)。
該微鏡裝置(DMD注冊(cè)商標(biāo)；由Texas Instruments Incorporated制造)提供高速機(jī)械轉(zhuǎn)換速度，如幾微秒到幾十微秒，并且可以幾乎忽略圖像在像素移動(dòng)期間的狀態(tài)。在使用液晶的光路偏轉(zhuǎn)元件中，通過不顯示偏轉(zhuǎn)期間的圖像，即通過中斷光(以高速度中斷照明側(cè)上的光或者用光閥中斷光)進(jìn)行像素移動(dòng)，可以防止可視分辨率的降低。
另一方面，使用微鏡裝置(DMD注冊(cè)商標(biāo)；由Texas InstrumentsIncorporated制造)能夠消除這種光的中斷。另外，該微鏡裝置(DMD注冊(cè)商標(biāo)；由Texas Instruments Incorporated制造)能夠提供幾度到幾十度的反射鏡偏轉(zhuǎn)角度，該裝置適合于移動(dòng)整個(gè)幀。
圖7說明了用于通過等于或小于象素間距的移動(dòng)量進(jìn)行可視高分辨率顯示的光路的情況。圖8說明了用于通過在移動(dòng)方向上移動(dòng)等于或大于屏幕尺寸的量增大屏幕尺寸的光路情況。
現(xiàn)在，將描述本發(fā)明的第八實(shí)施例。在本實(shí)施例中，防止了反射位置的變化，從而提供高質(zhì)量圖像，反射位置的變化是具有較大直徑反射鏡的光路偏轉(zhuǎn)元件的問題。另外，通過用微鏡制作光路偏轉(zhuǎn)元件實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)，從而增大了像素移動(dòng)速度。而且，消除了在傳統(tǒng)技術(shù)中所需要的光的中斷，從而試圖提高光的使用效率。
尤其是，在本實(shí)施例中，將反射鏡陣列用作上述第五和第六實(shí)施例的光路偏轉(zhuǎn)元件2，該反射鏡組具有二維模式的可機(jī)械移動(dòng)的反射鏡。作為反射鏡陣列，其中以二維模式設(shè)置可機(jī)械移動(dòng)的反射鏡，該微鏡裝置(DMD注冊(cè)商標(biāo)；由Texas Instruments Incorporated制造)為典型裝置，并在本實(shí)施例中用作光路偏轉(zhuǎn)元件。
將參照?qǐng)D13描述本發(fā)明的第九實(shí)施例。在本實(shí)施例中，除了第七實(shí)施例的結(jié)構(gòu)之外，還試圖以低成本實(shí)現(xiàn)增加有效像素的數(shù)量，和改進(jìn)圖像的精細(xì)度(fineness)。
在本實(shí)施例中，增加像素?cái)?shù)量的方向設(shè)置成兩個(gè)彼此垂直的方向。尤其是，如圖13中所示，像素?cái)?shù)量在每個(gè)垂直和水平方向上都加倍，從而像素總數(shù)變?yōu)樗谋丁?yīng)當(dāng)注意的是，圖13說明了投影屏幕上的放大顯示區(qū)域。通過在垂直方向上移動(dòng)與(垂直方向上有效像素?cái)?shù)量)×(垂直方向上象素間距)相對(duì)應(yīng)的量，并在水平方向上也移動(dòng)與(水平方向上有效像素?cái)?shù)量)×(水平方向上象素間距)相對(duì)應(yīng)的量，該顯示區(qū)域放大四倍，并且像素?cái)?shù)量也增大四倍。
當(dāng)不進(jìn)行像素移動(dòng)時(shí)，只顯示與位置(1)相對(duì)應(yīng)的像素。然而，在本實(shí)施例中，通過高速重復(fù)像素移動(dòng)，操作光閥，從而通過驅(qū)動(dòng)光閥，和像素移動(dòng)同步輸出與位置(2)至(4)相對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)，增大顯示區(qū)域。
現(xiàn)在，將描述本發(fā)明的第十實(shí)施例。在本實(shí)施例中，除了第七實(shí)施例的目的之外，還試圖以低成本實(shí)現(xiàn)增加有效像素的數(shù)量和改進(jìn)圖像的精細(xì)度。
尤其是，通過光路偏轉(zhuǎn)元件2將像素移動(dòng)小于像素間距的移動(dòng)量使像素?cái)?shù)量加倍，增大像素的可見數(shù)量，該光路偏轉(zhuǎn)元件進(jìn)行微小角度的偏轉(zhuǎn)，并且還通過與光閥1的有效像素相對(duì)應(yīng)的像素移動(dòng)將顯示區(qū)域加倍。如果光路偏轉(zhuǎn)元件2A移動(dòng)像素的半個(gè)間距，并且光路偏轉(zhuǎn)元件2B移動(dòng)與光閥1的有效像素相對(duì)應(yīng)的量，則認(rèn)為有8種組合，即，兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件2A和2B都位于光閥1和投影光學(xué)系統(tǒng)3之間的結(jié)構(gòu)，無論每個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件2A和2B是反射型或透射型，光路偏轉(zhuǎn)元件2A和2B的其中一個(gè)位于投影光學(xué)系統(tǒng)3中的結(jié)構(gòu)。這對(duì)于將光路偏轉(zhuǎn)元件2A定位在投影光學(xué)系統(tǒng)3之前，并將光路偏轉(zhuǎn)元件2B定位在投影光學(xué)系統(tǒng)3中的布局具有優(yōu)點(diǎn)。
圖14A說明了整個(gè)屏幕。圖14B說明了圖14A中用虛線環(huán)繞的放大部分11。面板尺寸具有與垂直伸長的顯示區(qū)域相對(duì)應(yīng)的長寬比，該顯示區(qū)域由光路偏轉(zhuǎn)元件2分成左右兩半，從而獲得具有期望長寬比的顯示尺寸。在水平方向上，像素的間距P的一半以高速移動(dòng)，從而顯示總共四倍的像素?cái)?shù)量(第十一實(shí)施例)。
每個(gè)上述實(shí)施例都是一個(gè)例子，并且垂直方向和水平方向之間的關(guān)系可以顛倒。另外，即使是同一方向，也具有效果。
圖10說明了本發(fā)明的第十二實(shí)施例，其中顯示區(qū)域在垂直方向上移動(dòng)，并且像素移動(dòng)間距P的一半的量。
圖16A和16B說明了本發(fā)明的第十三實(shí)施例。在第十三實(shí)施例中，通過在水平方向上移動(dòng)等于或大于屏幕尺寸的量獲得兩個(gè)屏幕顯示，通過1/2像素移動(dòng)的組合同時(shí)獲得高分辨率和顯示尺寸增大。
圖17說明了用于解釋本發(fā)明的第十四實(shí)施例的屏幕。在第十四實(shí)施例中，在長寬比將發(fā)生變化方向上的移動(dòng)量與多個(gè)像素相對(duì)應(yīng)，并且在長寬比將發(fā)生變化的方向上移動(dòng)1/2間距。盡管未在圖中說明，但是像素密度可以通過移動(dòng)光路偏轉(zhuǎn)元件2而加倍，該光路偏轉(zhuǎn)元件在傾斜方向上將光偏轉(zhuǎn)微小角度。
盡管光路偏轉(zhuǎn)元件使用反射鏡陣列在一方向上進(jìn)行角度偏轉(zhuǎn)，但是本發(fā)明不僅局限于這種在一維方向上的驅(qū)動(dòng)，其中可機(jī)械移動(dòng)的反射鏡以二維模式設(shè)置在該反射鏡陣列中，如微鏡裝置(DMD；商標(biāo)；由TexasInstruments Incorporated制造)。如果反射鏡陣列可以在彼此垂直的兩個(gè)方向上受到驅(qū)動(dòng)，則變得可能進(jìn)行這樣的顯示，即，通過單個(gè)反射鏡陣列在垂直方向和水平方向上將像素?cái)?shù)量加倍。
圖18說明了本發(fā)明第十五實(shí)施例所述的光學(xué)系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，包括反射鏡的光路偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置在投影光學(xué)系統(tǒng)中。
從空間光調(diào)制元件(圖中未示出)出射的光在附圖中從左側(cè)入射到投影光學(xué)系統(tǒng)15上。入射到投影光學(xué)系統(tǒng)15上的光通過投影透鏡，并由包含反射鏡的光路偏轉(zhuǎn)元件16反射。然后，光通過投影透鏡(投影光學(xué)系統(tǒng)17)，該投影透鏡設(shè)置在與光入射軸傾斜的方向上，并且光在如屏幕之類的投影表面18上形成圖像。
此處，包含反射鏡的光路偏轉(zhuǎn)元件16設(shè)置有如驅(qū)動(dòng)器之類的驅(qū)動(dòng)部分，從而改變相對(duì)光路偏轉(zhuǎn)元件16的光入射軸的傾斜角度。通過高速改變光路偏轉(zhuǎn)元件16的傾斜角度，由光路偏轉(zhuǎn)元件16反射的反射光的方向以高速改變。于是，人眼可以將從一個(gè)像素出射的光看作從兩個(gè)像素出射的光。
作為具體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，壓電元件用作用于驅(qū)動(dòng)光路偏轉(zhuǎn)元件16的驅(qū)動(dòng)器，其中壓電元件連接到光路偏轉(zhuǎn)元件16的反射鏡的一側(cè)上，并且該反射鏡的相對(duì)側(cè)受到支承，從而壓電元件所產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)換成反射鏡的角度變化。通過控制施加到壓電元件上的電壓，可以控制光路的偏轉(zhuǎn)角度。另外，可以利用使用電磁驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)，它通常在拾取器光學(xué)系統(tǒng)中使用。而且反射鏡的支承部分可以制作成基本一個(gè)點(diǎn)，從而獲得雙驅(qū)動(dòng)軸。圖18中所示的投影光學(xué)系統(tǒng)是所謂的投影透鏡，它使用常規(guī)折射光學(xué)系統(tǒng)，并且本發(fā)明不僅局限于這種透鏡構(gòu)造。
將描述本發(fā)明的第十六實(shí)施例。在本實(shí)施例中，使用能夠在一個(gè)軸的方向上偏轉(zhuǎn)光路的兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件，并且這兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置使得它們兩個(gè)的偏轉(zhuǎn)方向彼此垂直，從而在四個(gè)不同方向上改變光路的偏轉(zhuǎn)方向。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于視覺的持續(xù)性，所以人眼可以將從一個(gè)像素出射的光看作從四個(gè)像素出射的光。當(dāng)然，根據(jù)透鏡設(shè)計(jì)布局，可以在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)折疊部分，并且可以進(jìn)行兩組光路偏轉(zhuǎn)?；蛘?，至少在一個(gè)軸的方向上進(jìn)行光路偏轉(zhuǎn)的其中一個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件可以設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)中，并且另一個(gè)可以設(shè)置在面板和投影光學(xué)系統(tǒng)之間。根據(jù)兩組光路偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置在面板和投影光學(xué)系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)，可以減小板和投影透鏡之間的距離，這提高了布局設(shè)計(jì)的自由度。
本發(fā)明不僅局限于具體公開的實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示設(shè)備，包括照明光源；顯示圖像的空間光調(diào)制元件；投影光學(xué)系統(tǒng)，它將形成在空間光調(diào)制元件上的圖像放大并投影；光路偏轉(zhuǎn)元件，它設(shè)置在所述空間光調(diào)制元件和由投影光學(xué)系統(tǒng)形成在屏幕上的圖像之間，從而根據(jù)屏幕幀周期偏轉(zhuǎn)投影在屏幕上的圖像的光路，所述光路偏轉(zhuǎn)元件高速移動(dòng)投影在屏幕上的圖像的光路，從而明顯增加像素的數(shù)量，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件位于所述投影光學(xué)系統(tǒng)中。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件位于所述投影光學(xué)系統(tǒng)的光圈位置處或其附近。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件為反射型光路偏轉(zhuǎn)元件。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件為檢流計(jì)式反射鏡。
5.如權(quán)利要求3所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件為反射鏡陣列，該反射鏡陣列具有以二維模式設(shè)置的可機(jī)械移動(dòng)的反射鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，通過將由所述光路偏轉(zhuǎn)元件獲得的像素移動(dòng)量增大到大于像素在像素移動(dòng)方向上的設(shè)置寬度，進(jìn)行多屏幕顯示。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件包括至少兩組元件，每組元件都在一個(gè)方向上移動(dòng)像素，從而像素在彼此垂直的方向上高速移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件包括第一和第二光路偏轉(zhuǎn)元件，該第一光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)小于像素間距的移動(dòng)量，而該第二光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)與有效像素區(qū)域相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)量，從而增大所顯示的像素的可見數(shù)量，并增大顯示區(qū)域。
9.一種圖像顯示設(shè)備，包括照明光源；顯示圖像的空間光調(diào)制元件；投影光學(xué)系統(tǒng)，它將形成在空間光調(diào)制元件上的圖像放大并投影；光路偏轉(zhuǎn)元件，它設(shè)置在所述空間光調(diào)制元件和由投影光學(xué)系統(tǒng)形成在屏幕上的圖像之間，并根據(jù)屏幕幀周期偏轉(zhuǎn)投影在屏幕上的圖像的光路，所述光路偏轉(zhuǎn)元件高速移動(dòng)投影在屏幕上的圖像的光路，從而明顯增加像素的數(shù)量，其中，通過將所述光路偏轉(zhuǎn)元件所獲得的移動(dòng)量設(shè)置成等于或大于與垂直方向和水平方向之一上的像素?cái)?shù)量相對(duì)應(yīng)的量，并小于與垂直方向和水平方向的另一個(gè)方向上像素?cái)?shù)量相對(duì)應(yīng)的量，改變屏幕的長寬比。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中，在圖像明顯彼此重疊的屏幕的中央部分中，像素的移動(dòng)量增大等于或小于像素間距的量，從而明顯增大中央部分中的像素密度。
11.如權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中，通過將所述光路偏轉(zhuǎn)元件獲得的像素移動(dòng)量增大到大于像素移動(dòng)方向上像素的設(shè)置寬度，進(jìn)行多屏幕顯示。
12.如權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件包括至少兩組元件，每組元件都在一個(gè)方向上移動(dòng)像素，從而像素在彼此垂直的方向上高速移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件包括第一和第二光路偏轉(zhuǎn)元件，該第一光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)小于像素間距的移動(dòng)量，而該第二光路偏轉(zhuǎn)元件將像素偏轉(zhuǎn)與有效像素區(qū)域相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)量，從而增大所顯示的像素的可見數(shù)量，并增大顯示區(qū)域。
14.一種用于將由空間光調(diào)制元件調(diào)制的光投影在投影表面上的投影光學(xué)系統(tǒng)，包括多個(gè)透鏡；光路偏轉(zhuǎn)元件；及驅(qū)動(dòng)光路偏轉(zhuǎn)元件的驅(qū)動(dòng)部件，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置在所述空間光調(diào)制元件一側(cè)上的透鏡和所述投影表面一側(cè)上的透鏡之間。
15.如權(quán)利要求14所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，還包括光圈構(gòu)件，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件位于所述光圈構(gòu)件附近。
16.如權(quán)利要求14所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，還包括光圈構(gòu)件，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件連接到所述光圈構(gòu)件上。
17.如權(quán)利要求14所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件包括反射鏡和驅(qū)動(dòng)該反射鏡的驅(qū)動(dòng)部分，并且所述驅(qū)動(dòng)部分改變光軸和所述反射鏡的鏡表面之間的傾斜角度，從而偏轉(zhuǎn)光的投影方向。
18.如權(quán)利要求17所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射鏡的傾斜角度至少在兩個(gè)軸向上變化。
19.如權(quán)利要求14所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)元件包括兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件，它們?cè)O(shè)置成使得兩個(gè)光路偏轉(zhuǎn)元件偏轉(zhuǎn)光路的方向彼此垂直。
20.一種圖像顯示設(shè)備，包括如權(quán)利要求14所述的投影光學(xué)系統(tǒng)；及將光投影到空間光調(diào)制元件的照明光源。
全文摘要
一種圖像顯示設(shè)備，通過抑制投影點(diǎn)的位置因光路偏轉(zhuǎn)元件的位置偏移而波動(dòng)，獲得高質(zhì)量圖像。空間光調(diào)制元件(1)通過投影來自照明光源的光顯示圖像。投影光學(xué)系統(tǒng)(3)增大和投影形成在空間光調(diào)制元件(1)上的圖像。光路偏轉(zhuǎn)元件(2)設(shè)置在空間光調(diào)制元件(1)和形成在屏幕(4)上的圖像之間，從而根據(jù)屏幕幀周期偏轉(zhuǎn)光路。該光路偏轉(zhuǎn)元件(2)高速移動(dòng)投影在屏幕(4)上的圖像的光路，從而明顯增加像素?cái)?shù)量。光路偏轉(zhuǎn)元件(2)位于投影光學(xué)系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G02F1/29GK1954257SQ200580015128
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者藤田和弘, 逢坂敬信, 宮垣一也, 高浦淳, 小林正典, 杉本浩之, 浪江健史, 松木由美, 鴇田才明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光