压电微镜芯片做偏转的激光投影仪.doc

压电微镜芯片做偏转的激光投影仪本发明提供一种压电微镜作偏转的激光投影仪，其核心压电微镜，是根据压电材料的反压电效应原理，给压电材料加上正向电压时，压电材料在极化方向上产生正向力；给压电材料加上反向电压时，压电材料在极化方向上产生反向力，两个相反力的作用使压电材料产生机械扩张，压缩变形，实现电机械运动转换。该压电微镜由水平偏转电片和垂直偏转电片叠加组成一组双重结构，在最上层压电材料的表面抛光处理成为镜面，使其成为激光束扫描的偏转面：从图像的正面看，左右方向上的偏转完成水平方向的扫描，上下方向上的偏转完成垂直方向上的扫描。RGB即红绿蓝三束激光通过一个光学棱镜汇集成一束激光，射到压电微镜反光镜面上，压电微镜受控制电路的控制使激光做水平垂直扫描，完成一帧帧图像。本发明利用激光发光频谱的单一性所产生的极细的激光束，经过压电微镜扫描直接生成图像，完全不需要液晶，数字微镜DMD,LCOS等图像生成器做中间载体，简化了整体方案及结构，大幅度降低成本，使之成为市场能易接受，可以广泛推广的激光投影仪。本发明的有用效果是：1 激光束扫描直接生成图像：利用激光发光频谱的单一性所产生的极细的激光束，经过压电微镜扫描直接生成图像，完全不需要液晶，数字微镜DMD,LCOS等图像生成器做中间载体，简化了整体方案及结构，大幅度降低成本，而这些图像生成器成本占整个投影机成本的主要成分，它们技术的复杂性，加工难度随着高清技术标准的不断推出呈几何级数增长，以致达到现今技术的极限。DLP由于加工难度大，成品率低，至今还只有单片式占据市场，与尽管有缺陷的液晶不分伯仲，并没有将3LCD液晶挤出市场之外；3片式DLP投影价格太高，市场无法接受，主流市场基本无货可供；对LCOS抱有极大希望，但除了JVC，SONY少量推出外，目前还无法与液晶，DLP相抗衡。因此省掉这一块，即省掉了主要成本，研制投资和时间。利用极细的激光束扫描直接生成图像的效率最高，成本最低，时间最短，无疑是最佳方案。反之，若把激光当作UHP高压灯，LED发光二极管等普通散光光源来用，则根本没有发挥激光的特点，这样的投影机只能称为“激光做光源的投影机” 。而不是真正意义上的激光投影机。其次，UHP高压灯，LED为散光光源，只有聚焦收敛成为一束，才能进入比光源面积更小的约0.7英寸的LCD,DLP,LCOS芯片的窗口，才能充分利用好光源的光能，否则造成光的损失；与此相反，由于激光束极细，仅约1mm的直径，必须扩光几百倍，才能覆盖整个0.7英寸的窗口。一方面3LCD，DLP,LCOS的成本很高无法降下来，另一方面又加上激光及光学扩光，混光的高成本，使得总体成本上升，其结果是得不偿失。而唯一可以得出的结论是：激光的色彩比UHP，LED等更为丰富绚丽，更节电而已，但却付出更高成本的代价。本发明方案的优势在于：充分利用激光所具有的独有特性，以极细的激光束直接扫描生成图像，如同电视显像管用电子扫描在荧光屏上显示图像一样，而这又是UHP高压灯，LED二极管等任何光源都是不可能做到的。2 扫描的核心器件压电微镜芯片本发明没有采用长春光机所和Symbol公司的在圆柱体贴满光学镜片的旋转镜的办法，而是根据压电材料的反压电原理，给压电材料加上正向电压时，压电材料在极化方向上产生正向力；给压电材料加上反向电压时，压电材料在极化方向上产生反向力，两个相反力的作用使压电材料产生机械扩张，压缩变形，成为跷跷板，实现电机械运动的转换。压电材料种类很多，其加工工艺也相当成熟。以机电或电机转换的压电器件在电子领域早已经广泛应用。它的加工工艺远没有需要纳米加工技术的DMD芯片，液晶，LCOS等那样的高精密，高难度，高成本，而芯片的合格率却比起它们高的多。在体积方面，由于激光光束极细，该压电微镜的面积可以缩小在1c 以内，厚度薄到仅几个毫米，如同一片光可改写的存储器EPROM芯片一般大小，引脚只有几根；完全抛弃了旋转圆柱体的结构形状，更不需要微电机驱动，无机械旋转运动，在压电微镜芯片的弹性范围内工作，寿命极长，并且无噪音无磨损无发热，环保。成本方面，由于液晶，DMD,LCOS芯片的成本和加工难度与其像素的多少直接相关，以n个像素的成本为N计算，只有一片的压电微镜芯片的成本只有它们的N分之一。这还不包括前者全部像素及其复杂的驱动线路和驱动元件在内。故此，压电微镜的制造成本远远低于液晶，DMD,LCOS的成本。3 与3LCD一样，RGB三色激光的汇聚采用光学棱镜，将红绿蓝三色激光三色激光汇聚成为一束激光，投射到压电微镜芯片上。由于激光束的直径极小，约1mm。若以激光束的直径1mm来计算，棱镜的体积可以小于444（mm）以内，这对于目前的0.7英寸的3LCD液晶头投影棱镜来说，3色激光汇聚棱镜体积仅为3片液晶聚会棱镜的几百万分之一！4 光效率：液晶透光方式和它的窗口面积是液晶投影光效率低的致命缺点。光线透过液晶体时将损失大部分光源，再由于窗口面积挡住了另一部分光，所以液晶投影光效低，只有采用3片液晶之后才能弥补液晶光源的不足；DLP投影的DMD芯片光效比液晶芯片高得多，但它的各个像素之间存在间隙，不可能达到全反射；单片DLP还需要色轮，使DLP投影机的光效只能达到1/3，为此DLP又采用多色轮才能使光效有所改善；压电微镜反射镜片仅只有一片，可以达到全反射的光效，故其光效率最高。5 高清制式的制约：随着显示图像越来越向数字高分辨率，高色域发展，新的高清标准不断提出，给制造液晶，DLP,LCOS芯片的难度越来越大，成本越来越高，而采用激光扫描直