紧凑多调制器投影仪的制作方法

本发明大体上涉及投影仪，且更特定来说，涉及多调制器投影仪。

背景技术：

空间光调制器(slm)是投影仪行业中使用的光调制装置。slm的实例是数字微镜装置(dmd)。slm的表面包含数千或数十万个图片元素(像素)。在dmd的情况下，图片元素是镜。光照亮镜，且镜的物理调制生成所要图像。投影光学器件投影从slm反射的光。使用例如色轮、多个光源及镜的调制的技术，基于slm的投影仪可投影全色图像。此称为单调制器或“单芯片”投影仪。然而，此类型的系统一次仅可投影一种色彩。从一种色彩转变为另一色彩可产生非所要伪影且可使敏感的人感到不适。三调制器(“三芯片”)投影仪使用专用于投影的每一色彩(通常是红、绿及蓝)的slm。此类型的投影仪避免由色彩转变引起的伪影。然而，组合来自三个slm的三个图像所必要的光学器件较大、复杂且昂贵。

技术实现要素：

根据实例，一种投影仪包含：第一棱镜，其具有反射具有第一色彩的光的二向色层；及第二棱镜，其具有所述第二棱镜的第一表面上的第一空间光调制器。所述投影仪还包含：第一光源，其将经导引穿过所述第二棱镜的第二表面的具有所述第一色彩的第一光提供到所述第一空间光调制器，所述第一空间光调制器可操作以调制所述第一光以将从所述第二棱镜的所述第二表面及所述第一棱镜的所述二向色层反射的经调制第一光提供到投影光学器件。所述投影仪还包含：第三棱镜，其具有所述第三棱镜的第一表面上的第二空间光调制器；及第二光源，其将经导引穿过所述第三棱镜的第二表面的第二色彩的第二光提供到所述第二空间光调制器，所述第二空间光调制器可操作以调制所述第二光以将从所述第三棱镜的所述第二表面反射且穿过所述第一棱镜的所述二向色层的经调制第二光提供到所述投影光学器件。

附图说明

图1a、1b及1c(统称“图1”)分别是实例投影仪的俯视图、背视图及侧视图。

图2是全内反射原理的图形表示。

图3是展示光通过实例布置的路径的示意图。

图4是从dmd的反射表面所见的dmd的一个镜的图。

图5是如图4的镜的镜的侧视图。

图6是另一实例棱镜的示意图。

图7a、7b及7c(统称“图7”)是实例x棱镜的正视图、俯视图及透视图。

图8是展示红光流动通过实例投影仪的示意图。

图9是展示蓝光流动通过实例投影仪的示意图。

图10是展示绿光流动通过实例投影仪的示意图。

图11是包含光源布置的实例投影仪。

图12是包含光源布置的另一实例投影仪。

图13是包含光源布置的另一实例投影仪。

图14是另一实例投影仪。

图15是实例方法的流程图。

具体实施方式

在图式中，除非另外指示，否则对应数字及符号大体上指代对应部件。图式不一定是按比例绘制。

在此描述中，术语“经耦合”可包含用中介元件进行的连接，且额外元件及各种连接可存在于“经耦合”的任何元件之间。

图1a、1b及1c(统称“图1”)分别是实例投影仪100的俯视图、背视图及侧视图。所应用于图1a的标记“俯视图”是任意的且仅提供参考系。标记“顶部”、“底部”、“正面”及“背面”是任意的，且在本文中仅为了解释的清楚起见而使用。投影仪100可以任何定向操作。另外，图1a、1b及1c中的每一者的左上角中的笛卡尔参考系为这些图提供相对定向。slm104在棱镜102的表面上。slm108在棱镜106的表面上。slm112在棱镜110的表面上。图1a以虚线展示slm112，因为在此实例中，slm112在棱镜110的底部表面上且因此与图1a的视图相对。x棱镜114包含二向色层116及118。二向色层116及118从拐角延伸到图1a的视图中的对角且因此在图1a的视图中形成x。在实例中，棱镜102、106及110及x棱镜114是玻璃或光学级别塑料。如本文中在下文更充分解释，通过slm104、108及110调制的光在x棱镜114中组合且通过投影光学器件120投影。图1a为清楚起见将投影光学器件120展示为单个透镜。如本文中使用，术语“投影光学器件”包含单个透镜或包含多个透镜及光圈。在实例中，“投影光学器件”包含变焦及/或聚焦机构。如本文中在下文更充分解释，在实例中，slm104调制蓝光源122，slm112调制绿光源124且slm108调制红光源126。红、绿及蓝(rgb)是可提供全色域的色彩组合的一个实例。在其它实例中，其它色彩组合可提供全图像所必需的色彩。

图1b是实例投影仪100的背视图。图1b的视角与投影透镜120相对。惯例通常将图像的投影方向标记为投影仪的“正面”。在图1b的图中，棱镜102及106具有三角形形状。slm104在棱镜102的一个表面上。在棱镜102的相对成角表面处，气隙131分离折叠棱镜130与棱镜102。slm108在棱镜106的一个表面上。在棱镜106的相对角面处，气隙133分离折叠棱镜132与棱镜106。棱镜110从图1b向外延伸，但处于相对于棱镜102及106的倒转位置中，如关于图1c更充分解释。

图1c是实例投影仪100的侧视图。为清楚起见，图1b省略折叠棱镜134，且图1c省略折叠棱镜130。在此实例投影仪中，slm112在投影仪100的底部上，如图1b中展示，而其它slm(例如slm104)在投影仪100的顶部上。slm的此定位对投影仪100的操作是不必要的。举例来说，翻转棱镜110允许slm112处于投影仪100的顶部上。然而，将slm中的至少一者置放于其它slm的相对侧上允许更多空间用于接线、冷却及到slm的其它互连。气隙135分离折叠棱镜134与棱镜110。气隙135及气隙131及133在空气与邻近气隙的相应棱镜之间提供折射率差。本文中在下文进一步解释折射率差的操作意义。

气隙131、133及135的任一侧上的棱镜的表面提供光的全内反射(tir)能力。简单来说，当光以比临界角更大的角照射边界时，光从具有不同折射率的两种材料之间的边界反射。临界角是其折射角是90°的入射角。入射角是从法线到折射边界的角。在光线从玻璃传递到空气中的情况下，从界面发出的光朝向玻璃转向。当入射角(θi)充分增加使得透射角(θt)达到90度时，没有光会透射到空气中。即，透射的光完全反射。斯涅尔定律(snell’slaw)确定临界角θc。方程式(1)陈述斯涅尔定律。

n1sinθi＝n2sinθt(1)

其中n1是玻璃的折射率，且n2是空气的折射率(1)。

方程式(2)是方程式(1)的代数重排。

为了找出临界角，获得当θt＝90且因此sinθt＝1时θi的值。求解θc产生方程式(3)，其是用于临界角的方程式：

图2是这些原理的图形表示。图表200展示边界202，其是具有不同折射率的两种材料之间的边界。垂线203确定方程式(1)、(2)及(3)的角。临界角204是距垂线203的角θc。光206以小于角θc的角θi照射边界202。因此，光线206将穿过边界202作为相对于垂线203具有角θt的光208，其中方程式(1)确定角θt。相反地，光210以大于临界角204的角θir照射边界202。因此，光210从边界202反射作为光212。

图3是展示光通过实例布置的路径的示意图。slm308、棱镜306、折叠棱镜342及气隙333分别如同图1的slm108、棱镜106、折叠棱镜132及气隙133。图3为了清楚起见展示一个棱镜/slm群组。棱镜群组300的操作如同包含slm104、棱镜102及折叠棱镜130(图1)的群组的操作，且还如同包含slm112、棱镜110及折叠棱镜134(图1)的群组的操作。在棱镜群组300中，光源326提供经准直光340。实例光源包含激光器、发光二极管、激光激发磷光体或其它光源。透镜、光管、透镜阵列及其它光调节机构可调节来自那些源的光以提供光源326。

气隙333及折叠棱镜342的不同折叠率产生边界。光340照射边界的角大于临界角，使得光340通过tir反射以提供光332。折射层涂覆折叠棱镜342的表面344使得光332从表面344反射。举例来说，反射层是经沉积金属。在图3的实例中，表面344是平坦的。然而，在其它实例中，表面344可具有一曲率以调节或聚焦光332作为经反射光345。表面344可具有凹面形状或可具有不对称轮廓以校正光332。光345穿过气隙333，这是因为其具有小于临界角的入射角。棱镜342与气隙之间的边界处的任何折射是相反的且等于气隙333与棱镜306之间的折射。因此，图3为了简单起见将光345描绘为直线穿过气隙333。

如图3中展示，光345可以一个以上角从slm308的表面反射。即，每一像素可反射作为光346或光350。在此实例中，slm308是dmd。如本文中在下文关于图4及5进一步解释，slm308中的每一像素可基于加载到slm308中的图像数据倾斜，使得slm308调制从slm308的表面反射的光以提供由光源326提供的色彩的光所要图像。当像素“开”时，光345从slm308反射成光346。接着，光346通过tir从棱镜306的成角表面反射以提供光348，其在x棱镜114(图1)与由其它棱镜群组提供的其它色彩的经调制光组合，如本文中在下文进一步解释。另一方面，当像素“关”时，光345反射成光350。光350也通过tir从棱镜306的下表面反射，但是是以使得此光不会在x棱镜114(图1)中组合而是从x棱镜114(图1)的表面中的垂直于由二向色层116及118形成的x的一者离开作为废弃光的角度进行此反射。在实例中，光阱(未展示)在光350离开x棱镜114(图1)之后捕获其使得光350不会干扰经投影图像。在其它实例中，其它类型的空间光调制器可包含液晶显示器(lcd)或硅基液晶(lcos)slm。因为那些类型的slm仅反射“开”的像素且捕获或传递“关”的像素，所以光345与346之间的反射角将是那样相同的。因此，棱镜306必须具有与这些其它类型的slm稍微不同的几何形状。

图4是从dmd的反射表面所见的如同slm308(图3)的dmd的一个镜的图。图400展示镜402。在此实例中，镜402具有正方形配置，在镜402的相对拐角处具有枢轴点404。

图5是如同镜402(图4)的镜的镜的侧视图。图500展示镜502。枢轴点504如同图4的枢轴点404处于镜502的拐角处。枢轴连接(未展示)通过枢轴点504从衬底506悬挂镜502。为了改变镜502的状态，与镜502相关联的存储器单元(未展示)接收一(开)或零(关)的数据位。在将数据位加载到存储器单元中之后，施加于整个dmd或用于复位dmd上的群组的复位信号导致镜502使用(例如)静电力取得零位置510或一位置512。在无复位信号的情况下，镜502在无复位信号位置508处平行于衬底506的表面。在这三个位置中的一者(例如开位置512)中，光345反射成光346(图3)。在另一位置中(例如关位置510)，光345反射成光350(图3)。dmd可含有许多如同镜502的镜。举例来说，经配置用于高清(hd)电视机的dmd包含1920x1080或超过两百万个镜。

图6是另一实例棱镜的示意图。棱镜群组600使用镜654而非折叠棱镜以所需角反射光640以提供光644。透镜652可调节或聚焦光644。在实例中，透镜652是一个透镜、透镜群组或透镜与其它光学机构的组合。光源626、光646、光650、光648、slm608及棱镜606分别如同图3的光源326、光346、光350、光348、slm308及棱镜306。

图7a、7b及7c(统称“图7”)是如同x棱镜714的实例x棱镜的正视图、俯视图及透视图。x棱镜714如同图1的x棱镜114。图7a展示二向色层716的半部及二向色层718的半部。此图从这些二向色层交叉彼此之处隐藏这些二向色层的其它半部。图7b是更清楚地展示二向色层716与二向色层718在x棱镜714的中心中交叉的俯视图。在此实例中，x棱镜714的顶部轮廓是正方形。另外，二向色层716及二向色层718从那个正方形的一个拐角延伸到相对拐角。因此，二向色层716及二向色层718与x棱镜714的侧中的任何者成45°角。图7c是展示x棱镜714内二向色层716及二向色层718的位置的透视图。

图8是展示红光流动通过实例投影仪的示意图。投影仪800如同图1的投影仪100。红光源826、slm808、投影光学器件820及棱镜806分别如同图1的红光源126、slm108、投影光学器件120及棱镜106。光848如同图3的光348。即，光848是由slm808调制的红色光。x棱镜814中的二向色层816仅反射红光且允许其它色彩的光通过。因此，光848从二向色层816反射作为光864到投影光学器件820。相反地，x棱镜814的二向色层818仅反射蓝光。因此，光848在其遇到二向色层818的任何地方穿过二向色层818且仅从二向色层816反射。

图9是展示蓝光流动通过实例投影仪的示意图。投影仪900如同图1的投影仪100。蓝光源922、slm904、投影光学器件920及棱镜902分别如同图1的蓝光源122、slm104、投影光学器件120及棱镜102。光948如同图3的光348。即，光948是由slm904调制的蓝光。x棱镜914中的二向色层918仅反射蓝光且允许其它色彩的光通过。因此，光948从二向色层918反射作为光968到投影光学器件920。相反地，x棱镜914的二向色层916仅反射红光。因此，光948在其遇到二向色层916的任何地方穿过二向色层916且仅从二向色层918反射。

图10是展示绿光流动通过实例投影仪的示意图。投影仪1000如同图1的投影仪100。绿光源1024、slm1012、投影光学器件1020及棱镜1010分别如同图1的绿光源124、slm112、投影光学器件120及棱镜110。光1048如同图3的光348。即，光1048是由slm1012调制的绿光。x棱镜1014中的二向色层1018仅反射蓝光且允许其它色彩的光通过。x棱镜1014的二向色层1016仅反射红光。因此，光1048穿过二向色层1016及二向色层1018两者且穿过到投影光学器件1020。因此，通过组合图8到10的光路径，经调制红光848、经调制蓝光948及经调制绿光1048在x棱镜814/914/1014中组合且投影光学器件820/920/1020(其如同图1的投影光学器件120)将经组合的经调制光投影为图像。因此，投影仪800/900/1000(其如同图1的投影仪100)的紧凑且相对便宜的布置提供完整个rgb全色图像。

图11是包含光源布置的实例投影仪。在投影仪1100中，棱镜1102、1106及1110、slm1104、1108及1112、x棱镜1114、二向色层1116及1118及投影光学器件1120分别如同图1的棱镜102、106及110、slm104、108及112、x棱镜114、二向色层116及118及投影光学器件120。绿光源124将slm1112调制的绿光提供到棱镜1110。为了提供更紧凑装置，红光源1122以90°角从镜1162反射以将slm1104调制的红光提供到棱镜1102。类似地，为了提供更紧凑装置，蓝光源1126以90°角从镜1164反射以将slm1108调制的蓝光提供到棱镜1106。

图12是包含光源布置的另一实例投影仪。在投影仪1200中，棱镜1202、1206及1210、slm1204、1208及1212、x棱镜1214、二向色层1216及1218及投影光学器件1220分别如同图1的棱镜102、106及110、slm104、108及112、x棱镜114、二向色层116及118及投影光学器件120。光源1270提供光1271。光源1270是(例如)一个全谱白光源，或在另一实例中，光源1270是一组红光源、绿光源及蓝光源。光源1270撞击二向色镜1272。二向色镜1272反射红光，使得来自光源1270的红光反射成红光1222。红光1222以90°角从镜1262反射以将slm1204调制的红光提供到棱镜1202。绿光1274及蓝光1276穿过二向色镜1272且撞击二向色镜1278。二向色镜1278仅反射绿光，使得绿光1274从镜1278反射以提供绿光1224。绿光1224将slm1212调制的绿光提供到棱镜1210。蓝光1276穿过二向色镜1278以提供蓝光1280，其从镜1282(其可为二向色镜以减少红光或绿光的任何泄漏)反射以提供光1226。蓝光1226以90°角从镜1264反射以将slm1208调制的蓝光提供到棱镜1206。因此，投影仪1200提供具有单个光源或捆绑光源的紧凑布置。

图13是包含光源布置的另一实例投影仪。在投影仪1300中，棱镜1302、1306及1310、slm1304、1308及1312、x棱镜1314、二向色层1316及1318及投影光学器件1320分别如同图1的棱镜102、106及110、slm104、108及112、x棱镜114、二向色层116及118及投影光学器件120。光源1370提供光1371。光源1370是(例如)一个全谱白光源，或在另一实例中，光源1370是一组红光源、绿光源及蓝光源。光源1370撞击二向色镜1372。二向色镜1372反射红光，使得来自光源1370的红光从二向色镜1372反射成红光1374，其从镜1376(其可为二向色镜以减少蓝光或绿光的任何泄漏)反射以提供红光源1322。红光源1322以90°角从镜1362反射以将slm1304调制的红光提供到棱镜1302。光源1370还撞击二向色镜1378。二向色镜1378反射蓝光，使得来自光源1370的蓝光从镜1378反射成蓝光1380，其从镜1382(其可为二向色镜以减少红光或绿光的任何泄漏)反射以提供蓝光1326。蓝光1326以90°角从镜1364反射以将slm1308调制的蓝光提供到棱镜1306。因为红光及蓝光分别是由二向色镜1372及1378反射，所以光源1370的剩余部分是绿光1324。绿光1324将slm1312调制的绿光提供到棱镜1310。因此，投影仪1300提供具有单个光源或捆绑光源的另一紧凑布置。在另一实例中，二向色镜1372及1378在如同x棱镜1314的x棱镜(未展示)中。

图14是另一实例投影仪。在投影仪1400中，棱镜1402及1410、slm1404及1412、x棱镜1414、二向色层1418及投影光学器件1420分别如同图1的棱镜102及110、slm104及112、x棱镜114、二向色层118及投影光学器件120。光源1470提供光1471。光源1470是(例如)一个全谱白光源，或在另一实例中，光源1470是一组红光、绿光及蓝光源。光源1470撞击二向色镜1472。二向色镜1472反射红光，使得来自光源1470的红光从二向色镜1472反射成红光1422。红光1422以90°角从镜1462反射以将slm1404调制的红光提供到棱镜1402。光源1370还撞击镜1478。镜1478将剩余绿光1474及蓝光1476反射成绿光1424及蓝光1426。绿光1424及蓝光1426将slm1412调制的光提供到棱镜1410。因此，投影仪1300提供具有单个光源或捆绑光源的另一紧凑布置。在实例中，光源1470使用单独蓝光源及绿光源交替提供蓝光及绿光。接着，slm1412在光源1370提供绿光时调制绿光，且slm1412在光源1370提供蓝光时调制蓝光。在替代实例中，色轮(未展示)用于适时分离绿光1474与蓝光或分离绿光1424与蓝光1426。

图15是实例方法1500的流程图。步骤1502提供具有不同色彩的至少两个光源。步骤1504导引光源穿过相应棱镜的表面到另一棱镜表面上的相应空间光调制器。步骤1506将由空间光调制器调制的光从相应棱镜的表面反射到x棱镜。步骤1508组合从相应棱镜的表面反射的经调制光并将经组合经调制光提供到投影光学器件。

修改在所描述的实例中是可能的，且在权利要求书的范围内，其它实例是可能的。