图像投影仪和光学组件的制作方法_5

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40的平面图。如图4所示的光学组件 40具有与如图1所示的光学组件1相同的许多特征,并且赋予类似特征相同的参考数字。将 了解,光学组件40可以具有如图2和3所示的光学组件20、30的特征或条件中的任何一个或 多个特征或条件。
[0182] 与如图1所示的光学组件相比,根据本发明另一个实施例的光学组件40包括根据 本发明另一个实施例的图像投影仪2c,它具有包括玻璃块46的多光束生成器41(将了解,本 发明不限于需要玻璃块46;将了解,在多光束生成器41中可以使用任何合适的光学透明材 料)。平面分束器涂层42(它可包括半反射材料)形式的平面分束器9提供在玻璃块81的一个 表面49a上,而平面反射涂层43(它可包括反射材料)形式的平面反射器10提供在玻璃块46 的第二相对表面49b上。在该实施例中,平面分束器涂层42定义平面分束器9,而平面反射涂 层43定义平面反射器10。第一和第二表面49a、b平坦且彼此平行,从而使得平面分束器涂层 42和平面反射涂层43也是平行且平坦的。
[0183] 重要地,平面分束器涂层42配置成使得从平面反射器涂层43反射的光45从平面反 射器涂层43直接传到聚焦透镜11,而不经过平面分束器42。这可通过以下方法来实现:只将 平面分束器涂层42定位在玻璃块46的第一表面49a的一部分上,以使得平面分束器涂层42 不覆盖整个平面反射器涂层43;和/或提供具有比平面反射器涂层43的周长小的周长的平 面分束器涂层42,以使得平面分束器涂层42不覆盖整个平面反射器涂层43。在如图4所示的 该实施例中,平面分束器涂层42只提供在玻璃块46的第一表面49a的一部分上,以使得平面 分束器涂层42不覆盖整个平面反射器涂层43。因此,经过平面分束器涂层42的准直光束45 由平面反射器涂层43直接反射到聚焦透镜11,而不经过平面分束器涂层42。多光束分裂器 41包括玻璃块46,并且玻璃块46的一个表面上的平面分束器涂层42定义平面分束器涂层 42,而提供在玻璃块46的相对表面上的平面反射涂层43定义平面反射器43。
[0184] 有利地,由于由平面反射器43反射的光束45直接从平面反射器43传到聚焦透镜11 而不经过平面分束器42,所以多光束分裂器41从单个准直光束45只生成两个光束48a、48b, 并且这两个光束48a、48b具有类似光学功率。当这两个光束48a、48b通过聚焦透镜11聚焦到 显微透镜阵列3上的相同点16时,这两个光束48a、48b中的每个光束将产生相同强度的干涉 图案,并且其在角度上相对于彼此偏移,例如光束之一 48a的干涉图案的最大值位于另一光 束48b的干涉图案的最小值处;由于这两个光束48a、48b具有相同光学功率,所以干涉图案 将最终得到完美的平衡,从而获得具有减少的波纹的恒定光学功率图像。
[0185] 将了解,在如图4所示的实施例的变型中,不在多光束生成器中提供玻璃块;而是 多光束生成器可以简单地采用如图1所示的光学组件1的图像投影仪2的多光束生成器8的 形式,多光束生成器8包括作为由空气间隙13间隔的机械上独立的结构的平面分束器元件 90和平面反射器元件100。在该变型中,平面分束器元件90和平面反射器元件100可以简单 定位,以使得平面分束器元件90不完全覆盖平面反射器元件100;或者可以设计平面分束器 元件90的尺寸以便具有比平面反射器元件100的周长小的周长,从而使得平面分束器元件 90不完全覆盖平面反射器元件100;从而允许从平面反射器元件100反射的光45从平面反射 器元件100直接传到聚焦透镜11,而不经过平面分束器元件90。
[0186] 图6示出根据本发明另一个实施例的光学组件60。光学组件60包含如图1-4所示的 光学组件(1,20,30,40)的许多相同特征,并且赋予类似特征相同的参考数字。将了解,光学 组件60可以包含如图1 -4所示的实施例的任何特征。
[0187] 不同于其它实施例,光学组件60包括多个多光束生成器61、62,它们布置成彼此进 行光学通信。多光束生成器61、62中的每个多光束生成器可以包括在已经描述过的任何其 它光学组件实施例中示出的多光束生成器8、41、80的一个或多个特征。
[0188] 所述多个多光束生成器中的每个多光束生成器具有不同定向,以使得它们各自位 于不同定向的平面64、65上或平行于不同定向的平面64、65。在该示例中,多光束生成器61 的平面分束器9和平面反射器10位于第一平面64上或平行于第一平面64,而多光束生成器 62的平面分束器9和平面反射器10位于第二平面65上或平行于第二平面65。第一平面64和 第二平面65定向成使得在平面64、65之间存在120°角。优选地,多光束生成器61的第一平面 64沿(101)定向,而多光束生成器62的第二平面65沿(-1-10)定向。于是,这两个平面之间的 角度为120°。平面的定向由垂直于平面的向量(X y z)定义。第一平面64垂直于(101)向量 66定向,而第二平面65垂直于(-1-10)向量67定向。
[0189] 将了解,尽管光学组件60只示出位于不同平面64、65上的两个多光束生成器61、 62,但是在光学组件60中可以设置任意数量的多光束生成器,每个多光束生成器与另一个 多光束生成器进行光学通信,并且每个多光束生成器的平面分束器9和平面反射器10位于 不同定向的平面上或平行于不同定向的平面。
[0190] 有利地,由于光学组件60包括进行光学通信并且位于不同定向的平面64、65上或 平行于不同定向的平面64、65的两个多光束生成器61、62,所以这使得能够达成斑点和波纹 的进一步减少,这是因为当利用两个多光束生成器61、62时,形成多光束的2D阵列6L2D多 光束阵列69中的每个多光束由聚焦透镜11聚焦到显微透镜阵列3上的相同点16,从而定义 单个像素17。然后,在点16处形成多个斑点图案或波纹图案,例如它们在2D中最终得到平 衡,从而提供改进的斑点和波纹减少。以此方式投射投影图像的每个像素,从而使得在整个 投影图像上的斑点和波纹减少。
[0191] 如图1中示出的实施例中所述,显微透镜阵列3中的显微透镜3'的大小都相同,但 是在本发明的变型中,显微透镜阵列3可以配置成具有如图5a所示的不同大小的显微透镜。 图5a示出可在本发明的任何实施例中使用的屏幕3的备选配置的透视图。图5a示出包括不 同大小的显微透镜51的显微透镜阵列50形式的屏幕3。因此,在显微透镜阵列50中,显微透 镜阵列50中的显微透镜51之间的节距'P'在显微透镜阵列50中不同。更准确地说,在该示例 中,显微透镜阵列50中的显微透镜51的大小从显微透镜阵列51的显微透镜的中心列53朝向 显微透镜的最外边的列54增大。沿每个相应列53、54的显微透镜的大小相同;但是,在实施 例的变型中,沿每个相应列53、54的显微透镜的大小可以增大或减小。
[0192] 在该实施例的另一个变型中,显微透镜阵列50中的显微透镜51的大小可以从显微 透镜阵列51的显微透镜的中心行56朝向显微透镜的最外边的行57增大。沿每个相应行56、 57的显微透镜的大小可以相同;但是,在本发明的另一个变型中,沿每个相应行56、57的显 微透镜的大小可以增大或减小。
[0193] 特别地,显微透镜阵列50中的显微透镜51的大小使得连续显微透镜51之间的节距 等于:
[0194] (Peff/cos0scan)
[0195] 其中Peff是预定义有效节距值,并且0scan是从投影仪装置发射的光束在该显微透 镜51上的入射角。'有效节距'是显微透镜的节距沿入射光方向0_"的投影。
[0196] 图5b示出由于其中显微透镜阵列的所有显微透镜具有相同尺寸的显微透镜阵列 引起的问题。当在显微透镜阵列上扫描光束时,光束在显微透镜阵列上的入射角将在扫描 幅度上改变;当朝向最外边的显微透镜扫描光束时,入射角将减小,从而使得光束经历小于 相邻显微透镜的中心之间的物理距离的'有效节距';这可导致沿扫描幅度变化的干涉图案 (其中,扫描幅度是振荡MEMS镜6扫描准直光束5时的幅度)。由于通#θ ρ = λ/Ρ定义干涉图案 的两个最大值之间的角度,所以当扫描幅度增加时,'有效节距'变得更小,因此ΘΡ变得更 大,并且所计算的MBG的厚度对于完美地平衡干涉图案不是最佳的。有利地,如图5a所示的 显微透镜阵列解决了这个问题;因为显微透镜的大小设计成使得连续显微透镜51之间的节 距等于(P eff/C〇S0sc;an),所以它补偿了 MEMS镜6的光束扫描,从而使得光束所经历的'有效节 距'在整个扫描幅度上相等。
[0197] 在如图5所示的显微透镜阵列50的另一个变型中,显微透镜阵列中的显微透镜51 的尺寸可以进一步设计成使得它们补偿在振荡MEMS镜6扫描准直光束5时发生的准直光束5 在平面分束器9上的入射角的变化。在此情况下,光学组件优选将采用如图3所示的光学组 件30的形式,并且光学组件30将配置成使得平面分束器9(分束器涂层82)和平面反射器10 (反射涂层84)之间的距离'h'由下式给定:
[0199] 分束器涂层82和反射涂层84之间的玻璃块81的厚度'Τ'定义平面分束器9 (分束器 涂层82)和平面反射器10(反射涂层84)之间的距离'h',因此光学组件30配置成使得通过选 择具有合适厚度的玻璃块81来满足' h '的上述条件。
[0200] 光学组件30配置成使得从多光束生成器80输出的两个连续(即,两个相邻)多光束 15a_c之间在入射在聚焦透镜11上之前测量的距离' d '为:
[0202]光学组件30配置成使得对于'中心光束'满足'h'和'd'的以上条件。当扫描角度的 幅度增大时,将改变,并且满足对'd'的条件的'h'的所需值也将因此改变。但是,难以具 有变化的厚度' h ',因为分束器和反射器优选应当是平面的。在本解决方案中,变量θρ = λ/Ρ 因包含在显微透镜之间具有增大的节距的显微透镜阵列而在扫描角度上有所变化,例如, 对'd'的条件随输入角度Θ,的变化恒定。优选地,显微透镜阵列50中的显微透镜之间的节距 P应当优选地根据以下等式改变:
[0204]其中该等式的所有变量通过设计光学组件30而固定,并且镜6的扫描改 变。
[0205]将了解,尽管如图5a所示的屏幕3是显微透镜阵列50的形式,但是屏幕3可以备选 地是显微镜阵列的形式,它在连续显微镜之间具有与上文针对显微透镜阵列50所描述的节 距状况相同的节距状况。还将了解,以上所述的任何光学组件可以具有如图5a所示的形式 的屏幕3。还将了解,屏幕3可以备选地包括显微镜阵列,并且类似地,显微镜阵列中的连续 显微镜之间的节距可以等于(P eff/c〇S0scan)。
[0206] 此外,将了解,在上述图像投影仪2、2b、2c和/或光学组件实施例1、20、30、40、60中 的每一个中,聚焦透镜11可以采用任何合适的形式;例如,聚焦透镜11可以是简单的凸透 镜、平凸透镜、双凸透镜或F-theta透镜。另外或者备选地,聚焦透镜11还可配置成校正色 差;例如,聚焦透镜11可以是诸如消色差双合透镜的消色差透镜或具有配置成校正色差的 表面光栅的透镜。
[0207] 在上述图像投影仪2、2b、2c和/或光学组件实施例1、20、30、40、60中的每一个中, 光源4可以配置成在脉冲中发射准直光束5,每个光脉冲定义投影图像的单个像素。每个脉 冲可以包括用于定义投影图像的对应像素所必需的红色、绿色和蓝色光束的量;因此,在此 情况下,光源在相同脉冲中同时发射红色、绿色和蓝色光束。可能因在相同脉冲中具有红 色、绿色和蓝色光束而引起的一个问题是,红色、绿色和蓝色光束中的每个光束入射在聚焦 透镜11的相同位置上;结果,由于色差,红色、绿色和蓝色光束将聚焦到屏幕3上
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