[发明专利]一种包括光栅光阀阵列和干涉光学系统和显示装置

说明书

发明技术领域

总体上讲，本发明涉及一种包括空间光调制器件的显示系统。尤其涉及一种小型显示系统，其中光入射到光栅光阀阵列构成的空间光调制器上，该调制器对入射到其上的光波前进行相位调制，相位调制后的波前与参考波前干涉合成，并进行显示。

背景技术

小型显示器件在一些场合是有用的，诸如视频仿真中所用的便携式显示器，等等。应当理解，本文讨论的小型显示器是一种足够小的显示器，它需要一个光学放大装置配合工作。这种显示器的优点是其能耗比具有与放大后小型显示器视觉尺寸相等的实际尺寸的传统显示器能耗要小。

特别适于用作小型显示系统中空间光调制组件的器件是反射光栅光阀(GLV)阵列。这种显示器在US．5，459，610有详细描述。这种类型的反射光栅光阀阵列可以提供很高度显示分辨率，很高的开关速度和很大的带宽，且阵列的工作元件尺寸很小(大约1×40微米)。这些很小的工作元件可以用低电压驱动工作，因此，通过二极管激光器照明与适当的光学系统组合，有可能实现以(Q)干电池为能源的掌中投影显示器。

设计这种显示系统的主要问题是由于这样的情况，GLV阵列通过衍射来调制光，且入射到阵列上进行调制的光在返回时是反射与衍射光的组合。因此，用于显示器的光学系统不仅必须能够放大、聚焦或投影GLV阵列的图象以形成显示图象，而且必须能够分离衍射和反射光。

已知的大多数用于分离衍射和反射光的光学装置是纹影光学系统。利用纹影光学系统，可使GLV阵列衍射的光以不同于该阵列所反射光的角度离开GLV阵列。该光的不同衍射级可以有不同的衍射角。通常，第一级(最亮)用于显示图象。纹影光学系统可以安置成这样，在该系统的某些点比如在光瞳位置，衍射和反射光线可以物理地分离开。这样可以用光阑遮挡住反射光，从而至少理论上仅仅让衍射光通过光阑，提供显示的图象。

纹影光学系统本身存在着几个固有的问题。例如，分离衍射光的要求使得提供衍射光的GLV阵列照明效率有些降低。由于光学系统的实际局限(象差)，一个光阑也难以百分之百地阻挡住反射光。通过光阑的反射光构成杂散光，它有降低图象对比度的作用。杂散光还包括光学表面的重影反射光。这些重影反射光没有被光学系统引向光阑。衍射光的散射光和不需要的衍射级也在分离反射和衍射光时产生问题。

因此，需要另一种方法用GLV器件形成显示器。该方法不应该依赖于来自GLV阵列用于形成图象的衍射和反射光的物理分离。

发明概要

本发明旨在提供一种基于GLV阵列(空间光调制器)的显示器件。该系统不需要纹影光学系统来分离反射和衍射的光。该系统包含有GLV阵列，而该阵列包括多排纵向延伸的，平行排列且间隔开的可移动反射组件。每个所述的可移动组件可以平行于光栅平面地相对于光栅平面单独移动一个与待显示图象单元对应的量。作为GLV阵列干涉图的象被即时地显示出图象。

一方面，该系统包括提供相位不变的第一光波前的第一光学装置。包含有GLV阵列的第二光学装置，它使第一光波前变成被GLV阵列的可移动反射组件空间相位调制的第二光波前，和相位不变的第三光波前。第三光学装置用于形成对应于第二和第三光波前的第一和第二图象，而且第二和第三光学装置的结构是这样的：它们使第一和第二图象干涉合成，以提供出显示图象。

在本发明的一个实施例中，第二和第三光学装置实际上构成了一个迈克尔逊干涉仪。第三光波前是该干涉仪的参考波前，并由参考反射镜反射出来的第一光波前的反射部分构成。

在本发明的另一个实施例中，第二和第三光学装置实际上是一个波前剪错干涉仪。GLV阵列在每排可移动反射镜中还具有一排间隔开的固定反射组件。固定反射组件位于平行于光栅平面的一个平面内，彼此间隔开的距离与可移动反射组件的相同，且横向排列成每个固定反射组件都处在相邻可移动反射组件之间的横向位置。

第二光学装置使第一光波前由GLV阵列反射出来，然后反射的波前被分成两个复合波前，其每一个都包含分别对应于GLV阵列的固定和可移动反射组件的相位不变和相位调制的部分。第二光学装置使复合光波前轴向传播，并彼此横向移开一个等于反射镜组件之间间隔整数倍的距离，进而该复合光波前的相位调制部分合成起来形成第二光波前，而该复合光波前相位不变的部分合成起来形成第二光波前。

本发明系统所产生的图象可以放大成实象，而投影到观看表面(如屏幕)上。这些图象也可以放大成虚象，而由观看者通过第三光学系统直接观看。