CN1373383A - 微型反射镜装置及采用此微型反射镜装置的投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型反射镜装置,它具有能够相对多个转轴倾斜的微型反射镜,以便其能够用作颜色转换器,并被用于投影仪中。用于驱动微型反射镜的微型反射镜装置包括基板、设置在基板上的多个电极、以及被预定数量的第一支柱支撑并布置成能够用被每个第一支柱支撑的部分作为铰接点而相对多个转轴倾斜的支撑框。从而,由于根据本发明的微型反射镜装置和采用该微型反射镜装置的投影仪为单平板型,且不需要色盘,所以不存在由高速转动的色盘产生的噪声、由机械运动而造成的不稳定,并且降低投影成本。

Description

微型反射镜装置 及采用此微型反射镜装置的投影仪

                        技术领域

本发明涉及一种用于驱动微型反射镜以改变入射光的反射路径的微型反射镜装置，更具体地，涉及一种微型反射镜装置，其中微型反射镜能够相对多个转轴倾斜，使得其可以用作颜色转换器，并涉及一种采用该微型反射镜装置的投影仪。

                        背景技术

一般地，微型反射镜装置包括多个被静电力驱动的微型反射镜。该微型反射镜装置通过根据每个微型反射镜的倾斜角或倾斜方向而改变反射角来改变入射光的反射路径。微型反射镜装置被用于投影电视的图像显示装置和扫描仪、复印机及传真机的光学扫描装置。尤其是，当微型反射镜装置被用作图像显示装置时，与像素数量一样多的微型反射镜以二维布置。在产生图像时，入射光的反射角通过基于对应每个像素的视频信号独立驱动每个微型反射镜而确定。

参照图1，传统的微型反射镜装置5包括基板10、形成在基板10上的地址电极11和接地电极12、由一对支柱15支撑的微型反射镜16、以及在微型反射镜16和每个支柱15之间连接的扭转铰链14，用于在微型反射镜16倾斜时承受扭力。通过向接地电极12上施加电压，电压被施加到微型反射镜16上。在此，微型反射镜16由地址电极11和微型反射镜16之间的电势差产生的静电吸引力驱动。

图2示出采用传统微型反射镜装置的投影仪。参照图2，从光源20发射的光束被第一聚光镜22汇聚，并输入色盘(color wheel)25中。在此，色盘25高速转动以利用图1的单一微型反射镜16实现彩色，以便彩色图像以R(红)、G(绿)和B(蓝)颜色光依次照射微型反射镜16的方式实现。穿过色盘25的光束输入到DMD(数字微型反射镜装置)芯片30中，在该芯片中与像素数量一致的多个微型反射镜装置(图1中的5)经由第二聚光镜27排列。当每个微型反射镜16通过基于对应每个像素的视频信号的DMD驱动而倾斜一预定角度时，对应每个像素的彩色光束以适当角度反射并向投影透镜33传播。被投影透镜33放大的光束聚焦在屏幕35上。

在这种情况下，由于色盘25高速旋转，所以产生噪声，并由于机械运动而导致稳定性恶化。同样，光线在色盘25的边界部分损失。为了减少光损失，光应被会聚以具有非常小的光束尺寸。然而，由于光源20不是点光源并具有一定的体积，因而在减小光束尺寸上存在限制，从而光线损失不可避免。此外，由于色盘的单位价格非常高，所以制造的总成本增大。

                      发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种微型反射镜装置和一种采用该微型反射镜装置的投影仪，在该装置中微型反射镜相对多个转轴倾斜以用作颜色转换器。

于是，为了实现上述目的，提供一种用于驱动微型反射镜的微型反射镜装置，它包括基板、多个设置在基板上的电极、以及由预定数量的第一支柱支撑并被布置成能够用被每个第一支柱支撑的部分作为铰接点而相对多个转轴倾斜的支撑框。

在本发明中，优选的是电极对称布置成彼此面对的电极对，且每个电极由一组两个电极提供。

在本发明中优选的是微型反射镜相对两个转轴倾斜。

在本发明中优选的是转轴彼此垂直。

在本发明中优选的是支撑框包括用于支撑第二支柱的中心部分，而第二支柱支撑该微型反射镜；以及两对连接在第一支柱和该中心部分之间的弹簧。

在本发明中优选的是，弹簧相对一点对称布置，并具有锯齿形状，以便当微型反射镜倾斜时扭转并弹性变形。

同样，为了实现上述目的，提供了一种投影仪，它包括用于发光的光源；用于根据光线的波长范围分解来自光源的光线并以不同角度反射和/或透射被分解的光线的分光单元；用于通过以预定方向和角度独立旋转多个微型反射镜的每一个以形成图像的多个微型反射镜装置，每个微型反射镜能够相对多个转轴倾斜，以便穿过分光单元的入射光被选择性地反射；以及用于放大并透射从微型反射镜装置输出的光线以向屏幕传播的投影透镜单元。

在本发明中优选的是每个微型反射镜装置包括基板、多个设置在基板上的电极、由预定数量的第一支柱支撑并被布置成能够用被每个第一支柱支撑的部分作为铰接点而相对多个转轴倾斜的支撑框、从支撑框突出的第二支柱、以及由第二支柱支撑并能够通过与电极相互作用而倾斜的微型反射镜。

同样，为了实现上述目的，提供了用于驱动微型反射镜的微型反射镜装置，它包括具有内置SRAM的基板、设置在基板处以倾斜微型反射镜的多个电极、安装在基板上的至少三个支柱、以及由支柱支撑的支撑框，其中微型反射镜通过与电极的相互作用而在四个方向上倾斜。

                    附图说明

本发明的上述目的和优点将通过其优选实施例参照附图进行的详细描述而变得显而易见。

图1是传统微型反射镜装置的透视图；

图2是示意性示出采用图1的传统微型反射镜装置的投影仪的结构的视图；

图3是示出根据本发明的微型反射镜装置的分解透视图；

图4是根据本发明的微型反射镜装置的剖视图；

图5是示出根据本发明的微型反射镜装置的支撑框的平面图；

图6是示意性示出采用根据本发明的微型反射镜装置的投影仪的结构的视图；

图7是示出根据本发明的微型反射镜装置未工作状态的视图；以及

图8和图9是示出根据本发明的微型反射镜装置工作状态的视图。

                    具体实施方式

参照图3和4，根据本发明的微型反射镜装置140包括基板100、设置在基板100处的多个电极105a、105b、105c和105d，由多个第一支柱110支撑并能够用被每个第一支柱110支撑的部分作为铰接点而相对多个转轴倾斜的支撑框120、从支撑框120突出的第二支柱125、以及被第二支柱支撑并反射入射到其一个表面上的光线的微型反射镜130。

基板100包括连接到每个第一支柱110上的SRAM。第一支柱110经由支撑框120和第二支柱125电连接到微型反射镜130上。从而，当电能从基板100提供时，电能经由第一支柱110、支撑框120以及第二支柱125施加到微型反射镜130上。同样，当电压施加到电极105a、105b、105c和105d中的一个上时，在微型反射镜130和加载电压的电极之间产生静电力，从而微型反射镜130倾斜。

在此，电极105a、105b、105c和105d在基板100四边对称布置，从而微型反射镜130可以相对多个轴而被驱动。例如，微型反射镜130被构造成能够相对垂直构成的两个轴X和Y倾斜，因而，微型反射镜130可以在四个方向上倾斜。

即，在电极105a、105b、105c和105d中，微型反射镜130可以通过一对彼此面对的电极相对一个轴X-X倾斜，并通过另一对彼此面对的电极相对另一轴Y-Y倾斜。从而，微型反射镜130可以具有在四个方向之一上的反射角。

电极105a、105b、105c和105d中每一个可以为一组两个电极，以防止当微型反射镜130倾斜时由每个电极的不对称布置造成的在某一方向的不期望的倾斜。

如图5所示，支撑框120包括支撑第二支柱125的中心部分122和两对连接中心部分122和第一支柱110的弹簧124。弹簧124在微型反射镜130被静电力倾斜时弹性变形并扭转。从而，当微型反射镜130被静电力倾斜时，沿转轴X-X或Y-Y彼此面对的每对弹簧被弹性变形并扭转。因此，当除去静电力后，微型反射镜130通过弹簧124的回复力返回其初始位置。于是，微型反射镜130倾斜，直到回复力和静电力成为平衡状态为止。微型反射镜130倾斜的角度和方向由施加到电极上的电压有多高以及那个电极施加电压所决定。

第一支柱110可以为多个，尤其是至少三个。

如上所述，根据本发明的微型反射镜装置140可以相对多个轴，尤其是，相对两个轴被驱动，因此，微型反射镜130可以在四个方向上倾斜。从而，通过布置具有上述结构的多个微型反射镜并调节要被独立倾斜的各反射镜而形成图像。

在根据本发明另一优选实施例的用于驱动微型反射镜130的微型反射镜装置140中，基板100中包含SRAM(静态随机存取存储器)(未示出)，在SRAM存储有用于形成图像的信息。微型反射镜130的倾斜角和方向根据SRAM的图像信息调节。在基板100上竖立三个或更多个支柱110，且支撑框120由该支柱110支撑。

以下，将参照附图描述采用具有上述结构的微型反射镜装置的投影仪。

参照图6，采用根据本发明的微型反射镜装置的投影仪包括用于发射光束的光源150、用于根据光束的波长范围分解从光源150发出的光束以便在不同角度透射光束或反射光束的分光单元160、用于通过会聚和/或发散被分光单元160分解的R、G和B光线而引导入射光的传播路径的微型反射镜装置140、以及用于放大并将光从微型反射镜装置140投射到屏幕170上的投影透镜单元165。

微型反射镜装置140通过以预定角度(θ)倾斜微型反射镜130而改变光线的传播路径。当微型反射镜130只有一个转轴时，对于每种颜色的开和关两种状态可以通过微型反射镜装置进行选择。然而，当如本实施例那样存在两个转轴时，由于微型反射镜130可以在四个方向上，即左和右、上和下倾斜，所以可以不用色盘而实现彩色。

光源150包括用于产生光的灯153、以及用于通过反射由灯153发出的光而导引传播路径的反射镜155。反射镜155可以是一个焦点在灯153位置而另一焦点在光被会聚的点上的椭圆形，或是焦点在灯153的位置并使灯153发出且被反射镜155反射的光线成为平行光的抛物柱面镜。

分光单元160根据光线的波长范围而将光源150发出的光线分为R、G、B三种颜色，并包括第一双色镜161、第二双色镜163以及一对第一和第二全反射镜162和164。例如，作为反射红光的双色镜的第一双色镜161将红色(R)波长范围的光线反射到第一全反射镜162，同时透射绿色(G)和蓝色(B)波长范围的光线。第二双色镜163例如为用于反射在绿色波长范围内的光线并透射在其它波长范围内的光线的双色镜。经第一双色镜161透射的绿色和蓝色光线入射到第二双色镜163上。在此，绿光被反射到第二全反射镜164，同时蓝光穿过第二双色镜163。

从而，红光、绿光和蓝光分别被第一全反射镜162、第二全反射镜164以及第二双色镜163以不同角度输入到微型反射镜装置140中。然后，R、G和B光根据R、G和B光的不同入射角度和对应于每个入射角度的微型反射镜130的倾斜角而选择性输入到投影透镜单元165中，从而实现彩色。

图7示出微型反射镜装置140未工作的准备状态。在图中，附图标记R、G和B分别标识从第二双色镜163、和第一及第二全反射镜162和164发出的光线的起始点。黑色(BLACK)表示基准，用于为形成黑色图像而设定微型反射镜130的倾斜度。在此，在微型反射镜130未相对预定的基准轴I倾斜的状态下，没有R、G或B光线输入到投影透镜单元165中。

当微型反射镜130通过在由箭头所示的方向相对Y轴旋转而倾斜时，如图8所示，只有红光R输入到投影透镜单元165中，而其它颜色的光线被导引而远离投影透镜单元165，因此，只显示红颜色。同样，当微型反射镜130在由箭头所示方向相反的方向上相对Y轴倾斜时，只有蓝光B输入到投影透镜单元165中，而其它红色或绿色光被导引而远离投影透镜单元165，因此显示蓝颜色。

当微型反射镜130在箭头所示方向上相对X轴倾斜时，如图9所示，不仅没有R、G和B光输入投影透镜单元165，而且也没有无需表面反射的光线未输入到投影透镜单元165中，因此，形成黑色图像。当微型反射镜130在相反方向倾斜时，显示绿颜色G。

如上所述，在根据本发明的微型反射镜装置中，微型反射镜130可以通过向电极105a、105b、105c和105d中的任一个施加电压而在四个方向上倾斜。根据倾斜方向选择性地显示R、G和B颜色，使得微型反射镜装置可以用作颜色转换器，而不用色盘。

由于根据本发明的微型反射镜装置和采用该微型反射镜装置的投影仪为平板型，且不需要色盘，因而，没有由色盘高速转动造成的噪声，由机械运动造成的不稳定，且减小投影成本。

同样，在传统单平板型中，由于R、G和B光通过在时间顺序中被调制而处理，所以与3平板(3 panel type)型相比，光量被减少1/3。并且，因为R、G和B光需要连续刷新，颜色间断现象很严重。然而，在本发明中，与传统的单平板型相比，光量被提高。即，虽然与传统技术中相同，在光量中白光被减少1/3，但在单色情况下，可以获得与3平板型相同的光量。在混合两种颜色的情况下，光量被减少2/3，使得与传统单平板型相比改善了亮度。

此外，如果其不是运动画面，由于刷新频率减少很多，因此可以减弱颜色间断现象。

Claims (17)

1.一种用于驱动微型反射镜的微型反射镜装置，该微型反射镜装置包括：

基板；

设置在基板处的多个电极；以及

被预定数量的第一支柱支撑、并被布置成能够用被每个第一支柱支撑的部分作为铰接点而相对多个转轴倾斜的支撑框。

2.根据权利要求1所述的微型反射镜装置，其中，电极对称地布置成彼此面对的电极对，且每个电极由一组两个电极提供。

3.根据权利要求1或2所述的微型反射镜装置，其中，微型反射镜相对两个转轴倾斜。

4.根据权利要求3所述的微型反射镜装置，其中，该转轴彼此垂直。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的微型反射镜装置，其中，支撑框包括：

用于支撑第二支柱的中心部分，该第二支柱支撑微型反射镜；以及

连接在第一支柱和中心部分之间的两对弹簧。

6.根据权利要求5所述的微型反射镜装置，其中，弹簧被布置成相对一点对称，并具有锯齿形状，以在微型反射镜倾斜时被扭转并弹性变形。

7.一种投影仪，包括：

用于发光的光源；

用于根据光线的波长范围分解光线并以不同角度反射和/或透射被分解的光线的分光单元；

用于通过在预定方向和角度独立旋转多个微型反射镜中的每一个而形成图像的多个微型反射镜装置，每个微型反射镜能够相对多个转轴倾斜，从而，穿过分光单元的入射光被选择性地反射；以及

用于放大并透射从微型反射镜装置输出的光线以向屏幕传播的投影透镜单元。

8.根据权利要求7所述的投影仪，其中，每个微型反射镜装置包括：

基板；

设置在基板上的多个电极；

由预定数量的第一支柱支撑并被布置成能够用被每个第一支柱支撑的部分作为铰接点而相对多个转轴倾斜的支撑框；

从支撑框突出的第二支柱；以及

由第二支柱支撑并能够通过与电极的相互作用而倾斜的微型反射镜。

9.根据权利要求8所述的微型反射镜，其中，该电极对称地布置成彼此面对的电极对，且每个电极由一组两个电极提供。

10.根据权利要求7或8所述的投影仪，其中，微型反射镜相对两个转轴倾斜。

11.根据权利要求10所述的投影仪，其中，所述转轴彼此垂直。

12.根据权利要求8到11中任一项所述的投影仪，其中，所述支撑框包括：

用于支撑第二支柱的中心部分；以及

连接在第一支柱和中心部分之间的两对弹簧。

13.根据权利要求12所述的投影仪，其中，所述弹簧被布置成相对一点对称，并具有锯齿形状，以在微型反射镜倾斜时被扭转并弹性变形。

14.一种用于驱动微型反射镜的微型反射镜装置，该微型反射镜装置包括：

包含内置SRAM的基板；

设置在基板上以倾斜微型反射镜的多个电极；

安装在基板上的至少三个支柱；以及

由支柱支撑的支撑框，

其中，该微型反射镜通过与电极的相互作用而在四个方向上倾斜。

15.根据权利要求14所述的微型反射镜装置，其中，微型反射镜的倾斜方向由SRAM独立调节。

16.根据权利要求14或15所述的微型反射镜装置，其中，每个微型反射镜相对两个转轴倾斜。

17.根据权利要求16所述的微型反射镜，其中，所述转轴彼此垂直。

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