CN102439509B - 无源对准方法及其在微投影装置中的应用 - Google Patents

Abstract

一种光学微投影系统，包括如下组件：至少一个光源(401)；至少一个基于MEMS技术的反射镜(200)，用于偏移来自所述光源的光；至少一个分光镜(403)；至少一个波片(400)；其中每个组件具有平行六面体外形及在至少一侧上的接触面(500)并且其中至少两个所述组件的相互对准通过所述组件的参考接触面(500)之间相互直接接触提供。所提出的结构使得可以避免使用动态光学组装方法并最小化系统中的光损耗。

Description

无源对准方法及其在微投影装置中的应用

技术领域

本发明涉及具有至少一个光源、波束分离器、至少一个MEMS扫描反射镜和至少一个波片的微扫描和投影装置。其还涉及组装这样的微投影系统的方法。

背景技术

光系统的独立组件通常需要对准以使得系统有效工作，而各组件彼此之间微小的不对准会在光路中引起严重的效率损失或误差。当前有两种主要技术来将多个光组件组装在一起：“无源”和“有源”对准技术。

经典的光组件对准包括使用复杂外部机械结构来精确固定每个独立组件在其位置。该固定系统也被称为无源对准方法。无源对准方法广泛应用于成像光器件，其中光组件的位置在初始固定后不再需要调整。取决于光系统的复杂性、尺寸和精确性，这种机械固定结构的制造可能会过于复杂以至于不能用通常的机械技术制造。而且，制造产量会大幅下降，从而增加关于组装这样的光系统的相关成本。

对于精确的光组件对准，大多数时候需要使用有源装配技术，其中每个组件被依次放置并且在系统运行时调整它们的位置。有源对准方法广泛应用于使用相干辐射的小组件的场合，例如激光二极管和其它半导体光元件。

但是，如果更多的组件必须一起对准以形成完整的光系统，有源对准方法会变得非常耗时和增加成本。

授予Adreasch Wolfgang的美国专利5,833,202描述了一种机械固定系统，其中标准微光元件被初始安装于各个单片框架中，其可依次固定在安装片上的位置。该固定系统包括复杂的组装步骤而提供的对准能力差。

授予Remy de Graffenried的WO 99/26754描述了一种用于通过焊接接头将小型化组件固定于基盘上的方法。所公开的方法运作非常昂贵并且对于对准精确性提供较差的结果。

文件US 7238621描述了用于制造光装置和微机械装置的方法，其中两装置都和衬底被整体集成。光学表面和微机械装置的每个都在适于形成该装置的一蚀刻步骤中形成。所公开的实施例使得光学表面和微机械装置可以不受限于衬底表面上的严峻的表面状况而制造。该方法中需要的蚀刻步骤要求特别昂贵的设备且包括复杂的制造工艺。

US 6649435(US2002/0086458A1)公开了微反射镜阵列向微反射镜设备以及微反射镜设备向显示系统对准的系统和方法。所述系统和方法通过使用一组一致的精度参考区域改进了微反射镜阵列到显示系统的对准。微反射镜设备衬底连接在模片安装操作中安装的模片的对准固定部分，而在被安装在显示系统中时连接到类似的固定物。设备衬底由在两边的预定区域以及在顶表面上的三个预定区域固定。当在该设备中安装所述装置时，可为X-Y平面对准使用光学技术。设备或插槽的使用增加了系统的复杂性并且明显地降低了精确度。

WO2007/120831A2描述了一种集成光子模块，其中用对准框架对多个光学组件进行支撑和对准。

通常来说，所有这些文件包括以复杂的步骤为特征的方法和系统，并且没有提供所有组件的精确和可靠的对准。

对于微投影应用，必须使用高精度组装和对准方法，对于基于微反射镜的扫描投影系统特别是这样。

具有共振微反射镜的微机电系统(MEMS)当前被用于投影目的。投影可通过使用沿着两个中央和垂直轴轴移动(二自由度2DOF)的单反射镜，或沿着一个中央轴移动(一自由度1DOF)彼此呈90度放置的两个反射镜来完成。图1和图2示出了所述两种投影方案。在图1A中，图像通过将由激光器101产生的准直激光束置于框架105中的2DOF微反射镜表面102的中间而产生。激光束在两个方向被反射和偏移，从而在投影表面104投影扫描图像。在图1B中，被投影的图像通过将准直激光束置于第一1DOF微反射镜表面102的中间而产生。通过相对于第一1DOF微反射镜90度放置的转动轴，激光被反射到第二1DOF微反射镜表面103。在反射镜运转期间，准直激光束可以特定频率脉动以产生具有明亮、黑暗和灰度部分的图像。当使用单色激光源时，单色图像被投影。当同时使用多个不同单色激光源时，多色图像被投影。

根据上述投影系统设计，在激光源和微反射镜之间需要精确的对准。举例来说，当微反射镜的反射和移动部分具有1平方毫米的尺寸和在1/e强度直径为0.5毫米的高斯分布激光束必须对准以击中反射镜的中央，最大对准偏差可为50-100μm级别。

光学系统中的不对准的一个后果是光路中的光损耗，其导致较暗的投影图像并且这会增加投射系统内部的温度。这种不对准的另一个后果是投影图像中的较低的光均匀性。

对于投影应用的具有光学组件的MEMS微反射镜不对准的另一个后果是投影图像的变形。

如图2所示，MEMS微反射镜为经典的是移出夹持衬底平面201的可移动结构202。由此，微反射镜不能直接接触到光组件，例如透镜或棱镜，因为这将妨碍微反射镜的机械移动。

根据上述已知方法获得的光组件的对准存在若干问题。具体来说，为了多个光学组件的精确对准，机械放置解决方案成为关键的瓶颈并且导致对准错误。

使用移动部件(例如MEMS部件)的投影系统的这些光学组装装置的另一个问题是使用小机械支持物的事实，而机械制造公差增加额外的对准错误。

具有光组件的MEMS微反射镜组件的另一个问题是对于小尺寸或复杂度的设计，不是总能使用有源对准的事实，而然后可能出现大的对准错误。

不能使用有源对准的具有光组件的MEMS微反射镜组件的又一个问题是对准问题在光学组装阶段检测不到，而仅仅当所有的激光和MEMS驱动电子部件组装到光学组件后才能检测到的事实，由此引起对有缺陷的投影系统的修理的困难。

现有组装和对准方法的又一个问题是高昂的成本。

因此，整体上需要一种用于具有MEMS微反射镜和MEMS组件的光组件的新的组装技术和设计，其不存在上述缺陷，也即通过现有方法获得的组装技术和设计的问题。

US2006/0274273A1公开了一种光成像引擎，包括偏振分光镜，四分之一波延迟器，MEMS成像装置，后两个组件具有彼此相互配合的平坦表面。但是所描述的部件的大部分，例如光源和分光镜均不具有平行六面体外形。所有系统部件的对准因而不可能或包括复杂的对准方法。

US2008/0158519A1公开了一种微反射镜阵列到微反射镜设备以及微反射镜设备到显示系统的对准方法。

发明内容

根据本发明，这些目的通过包括下述组件的光学微投影系统完成：

至少一个光源；

至少一个基于MEMS技术的反射镜，用于偏移来自所述光源的光；

至少一个分光镜；

可选地，一个波片，用于改变激光束的偏振；

其中，每个组件具有平行六面体外形及在至少一侧上的接触面并且其中至少两个所述组件的相互对准是通过所述组件的接触面之间相互直接接触而提供。

由于所述接触面，所述微光模块以彼此直接接触的方式组装，对准被简化且更加精确。光系统中适当的对准包括在光路中不存在光损耗，从而避免引起较暗的投影图像以及避免投影系统内部的温度的增加。

所述接触面优选为光学平坦(至少1/4波长，波长等于632.8nm)。这使得面之间实现了最佳的接触并且提供相邻模块之间更加容易的对准。两个相邻接触面优选具有至少大约相同的尺寸以提供大接触表面和精确的对准。

所述模块优选被提供了基本平行六面体的形状或外形且优选为矩形或正方形外形以提供光系统的容易的对准和组装。所有组件组装在堆叠的结构中并且彼此接触的事实大大减少了可能的不对准问题并使得系统非常紧凑并且机械坚固。

所述可选的波片优选为四分之一波长波片。但是，其它波片也是可能的，例如，无色四分之一波长波片延迟器，无色半波长波片延迟器，液晶可变延迟器，线性偏光镜，二色滤光镜，带通滤光镜，热和冷反射镜，groiting。无色波片延迟器保证在预定波长范围几乎不存在延迟差别。四分之一波长和半波长波片延迟器可由石英的聚合物制得。所述延迟器可为零阶延迟器(即对不同入射角度没有延迟差别)。系统中还可提供更多的透镜中的一个。

在一个变形中，所述组件被设置在相互对准的组件的堆中，每个组件的一个平面与所述堆的至少另一个组件的一个平面直接接触。这些特征使得可将微光装置组装为结合了有源和无源技术特性的单独的整块。由此，以不同技术制造的多个光组件可被以堆叠固定方式组装，形成一个单独的整块。

在一个实施例中，所述光学微投影系统包括一框架，用于固定所述组件，至少一些组件包括参考侧面以用于与所述框架对准。这样的设置使得要组装的模块沿着特别适于提供快速和容易的对准的参考平面来放置。但当在垂直于光路的任意方向上光组件的精确定位不必要时，精确的参考侧面也可被省略。

在另一个变形中，MEMS组件为放置于提供接触面的顶部窗口后的全封装扫描微反射镜。MEMS组件与其他类型组件的有效集成由此成为可能，而不存在对准的困难。MEMS移动微反射镜由此可被用于具有接触面的设置中。

在一个有益的实施例中，至少一个模块为集成到平行六面体(优选为矩形或方形)形组件的梯度折射率介质制得的透镜，其具有由所述梯度折射率介质提供的至少一个接触面。该面适于直接与相邻组件(例如四分之一波片，反射镜顶面窗口、或其它)协作，从而在组装在一起时在组件之间提供减少的或不提供空气间隙。例如，如果放置于所述MEMS反射镜顶部窗口和两个四分之一波长波片之间的两个透镜由梯度折射率介质制得，透镜和四分之一波片或反射镜顶部窗口之间的空气间隙会被完全去除。由于空气间隙造成的光损耗由此被消除。

根据另一个方面，相邻的微光组件具有相同的折射率。这在界面处提供了在光损耗上的减小。举例来说，相邻的微光组件由相同的光学材料制得。

根据另一个方面，光组件使用与要组装的组件具有相似折射率的组装材料或胶水连接在一起。举例来说，如果所有光组件通过使用具有类似于分光镜的或微反射镜顶部窗口的光折射率的粘性涂层粘接在一起，光功率的增益显著提高。

在优选实施例中，MEMS微反射镜顶部窗口使用与分光镜类似的材料制造以进一步减小光损耗。

在进一步的实施例中，所述光系统包括彼此平行放置的至少两个光源，并且，在运行时，光束被反射到分光镜。

在另一个进一步实施例中，所述光系统包括彼此垂直放置的至少两个光源，并且，在运行时，光束组合器以输出光源相同的方向传输组合后的光。

在又一个进一步实施例中，三个光源彼此垂直放置并具有中央光束组合器。

在一个进一步实施例中，所述光学微投影系统还包括光束组合器。所述光束组合器使用多个激光光源实现彩色投影。所述光束组合器最好被提供至少两个接触面以实现相邻模块容易的放置和对准。

有利的是，在用于支撑所述光源并提供至少一个接触面的激光固定器中提供所述光源。可选择各种光源，例如，激光二极管、垂直腔面发射二极管(VCSEL)、准直发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLED)。

本发明还提供一种组装上述光学微投影系统的方法，包括：

提供至少两个基本垂直的参考平面；

放置要组装的光系统模块在预组装位置，所述模块具有平行六面体外形及至少一个接触面，所述接触面彼此相对；

调整所述模块紧密配合参考平面以使得所述模块对准使得光系统正常运行；

放置所述模块使得接触面彼此接触；

使用组装工具连接所述模块以提供所述光系统。

本方法的一优点是组装流程可由此由手工或使用自动化系统执行。不同的块可以使用不同的胶水，例如UV固化胶或其它任何表面组合方法或使用组件固定器或框架固定在一起。

附图说明

本发明前述的以及其它的目的、特性、方面和优点将通过参考附图以说明而非限制的方式给出的如下具体实施例的说明而变得显而易见，其中：

图1A和1B，如上所述，示出分别使用沿两个垂直轴移动或二自由度(2DOF)的单反射镜的基于现有MEMS微反射镜的投影器以及使用沿一个轴移动(1DOF)的两个MEMS微反射镜的投影器的例子；

图2，如上所述，示出运行中的现有MEMS微反射镜的例子，其相对于固定器平面具有倾斜度；

图3A示出从两边以顶部晶片完全封装的MEMS微反射镜，而图3B是图3A沿AA’截面的截面图且示出MEMS微反射镜的运行运动；

图4A示出使用矩形块作为光组件或光组件固定器。图4B示出支撑相互对准的组件的堆的框架的部分；基于矩形块，通过使用矩形块的两个面作为对准参考，该框架还可被提供以用于光堆叠单元对准的参考面。图4C和4D示出聚合物或金属框架，以及沿参考侧面对准和固定的组件，还有可用一个或多个夹子固定的顶墙。图4E示出了其中集成了光学微投影系统的手机的例子；

图5A为显示具有光组件和激光源的有相似尺寸的两个封装的MEMS微反射镜的组件的视图。图5B以分解单元示出相同的构架；

图6A示出图5A中呈现的构架的变形，其中MEMS微反射镜被彼此面对放置。图6B以分解单元示出相同的结构。

图7A示出基于图5A所示构架的微投影器的工作原理。图7B示出基于图6A所示架构的微投影器的工作原理；

图8A示出不需要位于立方体分光镜和两个反射镜之间的透镜404的投影构架。图8B示出了不需要立方体分光镜和两个反射镜之间的透镜404的构架。图8C示出了使用单2DOF MEMS微反射镜的另一个光学系统构架。

图9A示出了混合多个激光源以实现单彩色光束的构架。图9B和图9C展示为了相同目的的其它色彩混合技术；

图10示出图9A所示色彩混合和图8A的投影构架的结合；

图11A和11B示出为扫描和投影目的的其它结构，其使用不同的中央块形状，其中固定有光组件。

具体实施方式

为清楚起见，作为展示微系统的通常做法，不同的图并非按比例绘制。

图3A和3B示出全封装MEMS微反射镜芯片200。全封装MEMS微反射镜芯片200由具有允许光穿透并且反射到位于衬底201中的微反射镜表面202的光窗口204的顶部组成。顶部光窗口通常由玻璃、硼硅酸玻璃或borofloat材料制造。微反射镜表面同样可使用例如金、铝或银等反射材料沉积为薄膜覆盖以获得对可见光和红外光波长的强光反射。可选地，MEMS微反射镜芯片还可由衬底203从MEMS微反射镜芯片的另一侧封装。理想情况下，每个透明单元应两侧覆盖抗反射涂层以避免任何寄生光反射。

使用平行六面体外形以及在封装的MEMS微反射镜两侧都使用平参考表面500可实现系统的其它相互接触组件的合适对准。

图4A示出使用正方形或矩形块301作为光组件或作为其它光器件的固定器。正方形块，无论是否作为固定器，可由玻璃、聚合物或其他块状或中空材料制造。不同的组件例如棱镜302，立方体303或透镜可被安装在平行六面体固定器301的一个或多个面上。光组件可被放置于固定器301的中央，但是如果需要也可放置在其它任何地方。

本发明的另一方面涉及在组装光系统时使用那些模块301的两个或多个侧面作为对准参考侧面。如图4B所示，组装对准是通过使用两个矩形固定器侧面作为参考平面304和305来执行。至少某些组件的侧面直接接触到那些参考表面，由此提供精确的相互对准而不需要调整。该技术的优点是组装流程可以手工或者使用自动化系统执行。

不同的模块可以通过使用不同的胶水，例如UV固化胶或任何其他表面结合方法固定在一起。在另一个实施例中，组件被放置在框架310中，其包括用于放置和对准组件的多个侧面304,305,306。侧面可被精确地加工以放置和对准框架中的组件，但是，在大多数情况下，参考侧面并不是必需的，并且组件只是使用它们直接接触的参考面来彼此对准。

在一个实施例中，形成其中放置组件的框架如图4C所示。该框架使得可以考虑所有方向，从底部到侧面、顶部、后部和前部来放置以及可选地对准组件，使得可以在光系统的组装过程中实现准确对准并且保证该对准的耐久性。举例来说，PVC框架提供一种节省成本的方案。例如铝或铜或其他金属材料的其它材料也可以使用。PVC或金属框架可通过传统机器由块状材料制造。制造框架的另一种可能是使用铸造的金属的聚合物。

图4D示出具有沿侧面固定的光组件的聚合物或金属框架310。顶壁311可利用一个或多个夹子311a固定到基底框架310。顶壁可帮助保护投影系统防尘。顶壁可使用与基底框架相同的材料制造。

图4E示出了其中集成有根据本发明的光学微投影系统的移动电话的例子。微投影系统可放置于移动电话壳的底部320上。移动电话壳的底部320和上部321可具有用于激光束的孔322，该孔被置于电话前表面323的中间。

本发明的另一方面在图5A中示出，其中具有顶部204并且沿着一旋转轴(1DOF)独立移动的两个微反射镜被固定在偏振立方体分光镜403的两个不同面上，在一起的还有两个四分之一波长波片400、两个玻璃或聚合物透镜404以及放置于其中可插入玻璃或聚合物准直透镜的优化的激光固定器402中的激光源401。使用包括如矩形或正方形的平坦接触面500(如图3B，4B，5B和6B所示)的形状或外形提供所有那些组件，其使得可以堆叠结构组装它们。由于MEMS微反射镜顶部窗口204由硼硅酸玻璃或borofloat制成，该微反射镜可以直接接触其它相邻光组件放置。所有组件以堆叠结构并彼此接触地组装的事实，显著地减少了可能的误对准问题并使得系统非常紧凑且机械牢固。使用参考侧面的模块的居中和相互对准也是有益的。附图标记205指代用于驱动MEMS的电缆。

可被独立使用的本系统的改进被提出，通过去除整个堆叠光系统中的空气间隙来减小光损耗。空气间隙尤其出现在当每个光组件的接触表面不是完全平坦时。由图5B可见，至少两个透镜404用于微投影系统中，这些透镜通常由玻璃或聚合物材料制成。在本实施例中，它们的表面可为圆形或非球形，由此在透镜和相邻的模块之间建立空气间隙。

为了消除该空气间隙，非平面的透镜最好被替代为由梯度折射率介质制造并具有平坦外表面的透镜404。透镜404和四分之一波片400或反射镜顶部窗口204之间的空气间隙可由此被完全消除。

梯度折射率(GRIN)透镜在现有光学技术领域中是已知的，并用在多种材料或组件内的聚焦和准直光。GRIN透镜通过精确控制的从光轴到透镜边缘的透镜材料的折射率的径向变化来聚焦光线。该技术使得能够提供包括例如准直透镜的具有平坦面的透镜。这些面被用作接触面500。通过渐变地改变透镜材料中的折射率，光线可被平滑和连续地转向到焦点。在本发明的微投影系统中对GRIN透镜的使用使得可以提供如矩形或正方形的平行六面体形块中准确控制的折射变化，由此避免凹的或凸的外表面。

图5B示出了图5A的分解视图，扫描和投影系统所有的独立组件被提供了用于彼此相互配合的接触面500。图5B中激光固定器402由具有正方形或矩形形状的独立组件组成，并且其一侧与中央立方体分光镜430接触。激光固定器402可被制造成具有圆柱体形空洞，该空洞最好置于固定器的中央，但也可置于其它位置，如果激光芯片401具有需要如此放置的特定的波束形状以优化通过光系统的光的话。

图5A的光系统的工作原理在图7A中示出，其中激光光束以两个相同或不同的发散角度射出激光二极管401，通过放置于离激光二极管发射表面等于其焦距长度的距离的激光固定器中的透镜402，以准直光线具有椭圆或圆形形状。如果激光二极管发散角度彼此不同则获得椭圆形状。如果两个发散角度相等或者特殊的圆化光元件被附加于透镜402，则获得圆形形状。

在图7A中以箭头代表的准直的以及水平的线性偏振激光束必须以这样的方式与偏振立方体分光镜403涂层匹配，即使得光的主要部分穿过立方体分光镜403。

从立方体分光镜403射出的水平偏振光束通过四分之一波片400和透镜404，其使得光束变为圆偏振并被聚焦。在图7A中，圆偏振光用一系列箭头和圆点代表。圆偏振光聚焦到MEMS微反射镜表面202。MEMS微反射镜表面202将入射光反射回透镜404以及四分之一波片400。这时光被准直且垂直偏振，光的垂直偏振在图7A中用圆点代表。

这时垂直偏振光大部分被立方体分光镜403涂层表面反射。另一个四分之一波片400和透镜404使得光束为圆偏振并聚焦到第二MEMS微反射镜202上。通过反射光束第二次通过两个组件使得光束准直并且水平偏振。激光束被传输通过立方体分光镜403并被导向投影表面。

图5A所示的提出的结构通过使用封装的MEMS微反射镜200和其它光组件的机械特性使得可以最小化系统中的光损耗并显著地减少组件的光学对准的问题。图5A的扫描和投影系统还具备允许使用有相似反射表面大小和相似芯片大小的双微反射镜，从而减少了组装复杂性的优点。

图5A所示的结构的另一个优点在于光束聚焦在两个MEMS微反射镜表面202上，使得可以减小反射镜尺寸。MEMS微反射镜反射和移动部分尺寸202的减小使得可以增加反射镜的扫描频率，其直接相关于可由此也随之增加的投影图像的分辨率。

另一个提出的用于扫描和投影应用的光结构在图6A中示出，其中两个MEMS微反射镜200彼此相对放置。该光投影系统，如图6B的分解视图所示，以类似于图5A/5B中提出的方式运行。相比于图5A/5B中所提出的，该结构的主要特性与传输通过立方体分光镜403的光束相关。图7B中说明了图6A所示结构的光学工作原理。图7B所述结构相比于图7A的结构具有光强度损耗减少的优点。其实，在图7A的结构中，光束仅在立方体分光镜403上反射一次并且两次传输通过分光镜403的总长度，而在图7B的结构中，光束在立方体分光镜403上反射两次并且一次通过立方体分光器的总长度。立方体分光镜通常显示出比传输效率好的反射效率，由此，图7B所示的结构比图7A所示结构光损耗低。

另一个提出的用于扫描和投影目的的光结构在图8A中示出，其中光系统不需要两个透镜404也能正常运行。在图8A的实施例中，第二反射镜具有使得可以收集所有被第一反射镜表面反射的光的矩形形状。其对应于图1B所示的相同的原理，但是分光镜和四分之一波片放置于两个反射镜之间。该结构减少了要组装的组件数量，并且简化了整个光系统。在图8A中，激光二极管401输出光通过使用非球面的玻璃或聚合物透镜402以圆形或椭圆光束准直。准直光束通过偏振立方体分光镜403和四分之一波片400并被两个1DOF MEMS微反射镜200的第一移动表面202反射。光束之后被反射到第二1DOF MEMS微反射镜200，其在旋转轴方向具有更长的反射部件，长得足以收集所有第一1DOF MEMS微反射镜扫的光。然后反射光束被传输通过偏振立方体分光镜403进入投影平面。

图8B显示了与图8A相同的光学原理，具有两个1DOF MEMS微反射镜200彼此相对放置。类似于图8A所示的光结构，图8B的系统具有两个1DOF MEMS微反射镜200中之一，长得足以收集所有被第一1DOF MEMS微反射镜扫的光。如在前图7B所解释的，图8B所示的该两个1DOF MEMS微反射镜彼此面对放置的光学配置有助于减少偏振立方体分光镜403中的光损耗。

图8C示出了用于扫描或投影应用的另一个结构，其中图8A和图8B的两个单独的1DOF MEMS微反射镜被替代为一个单独的2DOF MEMS微反射镜。该新结构的优点是减少了系统中的组件数量并且降低了在偏振立方体分光镜403中的光束反射次数。另一个优点在于系统中光损耗的减少。该结构仅出现一个四分之一波片400而不是前面图8A和8B所述的两个。

由于光系统中的组件直接接触，在光从一个光组件传输到下一个时，仅出现很小的折射率变化，从而减少了由于折射率改变反射的光损耗量。如果所有光组件使用具有类似于分光镜403的或微反射镜顶部窗口204的光学折射率的粘性涂层粘接在一起，则光功率的增益显著提高。理想情况下，MEMS微反射镜顶部204窗口应使用类似于分光镜403的材料制造以进一步减小光损耗。

单色扫描和投影可通过使用单一的激光光源的在前所述的结构实现。对于具有多个激光光源的彩色投影，类似的组装思想可被通过特别成形已知光束组合器800光模块(图9A)而得到应用。光束组合器800可由具有允许反射特定波长和传输特定其它波长的特殊涂层的多个光组件800A、800B和800C组成。在图9A和图9B的例子中，多个激光光源805被设置为彼此平行并沿其长度垂直于光束组合器800放置。如果光学涂层被针对每个光源的波长设定，在光束组合器的输出804处的结果光束由每一个光源的叠加组成。如果所有的光源使用三个透镜801A、802A、803A独立地准直，得到的组合光束也将是准直的。图9C示出了具有可以用于将不同光束混合在一起的光束组合器806的另一种结构。

所提出的用于彩色投影的结构使用三个光源，通常为红、绿和蓝，以实现可见光谱范围。但是，该结构并不限于三个光源以及可见光谱，而可以被扩展到多个光源和光谱的其它部分，这有助于实现更宽的光谱范围。

图10示出了其中图9A的光束组合器用在类似于图5A的投影结构的投影结构中的系统。在图10中，光束组合器800被特殊设计以具有与偏振立方体分光镜403相同的侧面尺寸。理想情况下，光束组合器800由与偏振立方体分光镜403相同的材料制成以避免两种材料之间任何反射或光损耗。图10所示的投影系统通过使用图4B所示的技术以包括相互配合的接触面组装成堆叠的整块。图8A、6A、8B和8C所示的所有投影结构均可应用于图10的完整投影系统。

用于扫描和投影目的的进一步提出的光学结构在图11A和图11B中得到说明。这两个结构分别呈现了中央体405和406，在其上可以遵循图4B提出和描述的对准和组装技术来对准和连接其它光组件。中央体可用玻璃、聚合物或其它块或中空材料制造。该不同的光系统可以与用单色或多色激光光源工作的任意上述结构一起使用。这些结构具有进一步减小扫描和投影目的所需的光组件的数量的优点。

为进一步减小所提出的系统中的组件数量，部分光束组合器可以和部分分光镜制造在一起。以相继的方式，准直透镜、部分光束组合器和部分分光镜也可以在单个模子中制造。

激光光源在本发明中被描述为光源。本领域技术人员将理解这里－上面描述的光源401和805可应用例如激光二极管、垂直腔面发射二极管(VCSEL)，超辐射发光二极管(SLED)等，但也可选用光纤导光或准直发光二极管(LED)。这些替代方式、变化和改进均落入本发明的精神和范围中。

MEMS扫描微反射镜的形状不限于图2所示的几何形状，而还可具有圆形或椭圆形。所述的新的结构可以应用于基于静电、电磁、热和压电驱动原理的完全或部分封装的MEMS扫描微反射镜。

Claims (15)

1.一种光学微投影系统，包括如下组件：

至少一个光源(401)；

至少一个基于MEMS技术的反射镜(202)，用于偏移来自所述光源的光；

至少一个分光镜(403)；

至少一个波片(400)，用于改变激光光束的偏振；

其中每个组件具有平行六面体外形及在至少一侧上的接触面(500)并且其中至少两个所述组件的相互对准是所述组件的接触面(500)之间的相互直接接触提供的。

2.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中所述分光镜(403)具有至少两个或三个接触面(500)并且所述波片(400)在相对侧上具有两个接触面(500)。

3.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中所述接触面(500)是光学平坦的，具有至少1/4波长，波长等于632.8nm。

4.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中所述组件设置在相互对准的组件的堆中，每个组件与堆中的至少一个其它组件直接接触。

5.如权利要求4所述的光学微投影系统，包括用于固定所述组件的框架，其中一些组件包括用于对准所述框架的参考侧面。

6.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中所述至少一个基于MEMS技术的反射镜为放置在提供接触面(500)的顶部窗口(204)后的全封装扫描微反射镜(200)。

7.如权利要求1所述的光学微投影系统，还包括至少一个模块，所述至少一个模块为集成到平行六面体形的组件中的梯度折射率介质制造的透镜，所述平行六面体形的组件具有由所述梯度折射率介质提供的至少一个接触面(500)。

8.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中所述组件中的至少两个组件相邻放置，且其中所述至少两个组件具有相同的折射系数。

9.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中所述组件中的至少两个组件相邻放置，且其中所述至少两个组件由相同光学材料制造。

10.如权利要求1所述的光学微投影系统，包括彼此平行放置的至少两个光源(401)，并且其中在运行时光束被反射到分光镜(403)。

11.如权利要求1所述的光学微投影系统，包括彼此垂直放置的至少两个光源(401,805)，并且其中在运行时光束组合器(800)以与输出光源相同的方向传输组合光。

12.如权利要求1所述的光学微投影系统，包括平行的至少三个光源(401,805)，且其中所述三个光源(401,805)中的每一个放置成与中央光束组合器(800)垂直。

13.如权利要求1所述的光学微投影系统，进一步包括光束组合器(800)。

14.如权利要求1所述的光学微投影系统，其中在用于支持所述光源并提供至少一个接触面(500)的激光固定器(402)中提供所述光源(401,805)。

15.一种组装如在前任一权利要求所述光学微投影系统的方法，包括如下步骤：

提供至少两个垂直的参考平面(304,305)；

放置光学微投影系统组件在预组装位置，所述光学微投影系统组件具有平行六面体外形及至少一个接触面(500)，所述接触面彼此相对；

调整所述光学微投影系统组件紧密配合参考平面(304,305)以使得所述光学微投影系统组件对准从而使得所述光学微投影系统正常运行；

放置所述光学微投影系统组件使得接触面(500)彼此接触；

使用组装工具连接所述光学微投影系统组件以提供所述光学微投影系统。