專(zhuān)利名稱(chēng)：激光投影成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用激光作為光源的LCOS((Liquid Crystal On Silicon液
晶覆硅)光學(xué)成像系統(tǒng)，特別涉及一種背投影電視的光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
目前使用的投影機(jī)通常使用UHP (Ultra High Performance)燈作為光源。 參閱圖1，這種系統(tǒng)包括燈源100、紫外和紅外濾光片110、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)120、 均光照明系統(tǒng)3、 PBS棱鏡4 ((偏振分光棱鏡)、成像器件5、合光棱鏡6、以 及投影系統(tǒng)7。在該系統(tǒng)中，需要使用多個(gè)分光鏡130或反光鏡140將紅綠藍(lán) 光分開(kāi)以分別照射到紅綠藍(lán)成像器件上，且UHP燈的光譜需采用各種濾光片 及偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到理想的色坐標(biāo)和色域，另外，采用UHP燈作 為光源不具備激光作為光源的種種優(yōu)點(diǎn)，因而有必要采用激光來(lái)替代UHP燈， 但是，采用激光作為光源，因?yàn)榧す馐菃紊庠矗桩a(chǎn)生干涉，會(huì)使投影圖像 產(chǎn)生干涉造成的斑點(diǎn)噪音，因而也需要進(jìn)行必要的技術(shù)改良，本發(fā)明就是針對(duì) 激光作為光源所設(shè)計(jì)的激光投影成像系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的，在于提供一種激光投影成像系統(tǒng)，其使用激光做投影成像系 統(tǒng)的光源，具有色域廣，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，且，采用旋轉(zhuǎn)的光鍥，有 效解決了干涉造成的圖像問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光投影成像系統(tǒng)，包括用于生成紅 綠藍(lán)三色激光的三個(gè)激光光源、用于將激光投影至物體表面的投影系統(tǒng)、及設(shè) 于激光的傳播路徑中分別與三個(gè)激光光源對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)可旋轉(zhuǎn)的光鍥、均光 照明系統(tǒng)、三個(gè)PBS棱鏡、分別與三個(gè)PBS棱鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)成像器件及 設(shè)于三個(gè)PBS棱鏡之間的一合光棱鏡；三個(gè)激光光源發(fā)出的紅綠藍(lán)三色激光，分別經(jīng)過(guò)與其對(duì)應(yīng)的光鍥、均光照明系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)PBS棱鏡反射到成像器件， 從成像器件反射回來(lái)后透過(guò)PBS棱鏡，再同時(shí)通過(guò)合光棱鏡的結(jié)合發(fā)射到投 影系統(tǒng)，并通過(guò)投影系統(tǒng)投射出去。
本發(fā)明采用的成像部件為硅基液晶反射型成像部件，即LCOS(Liquid Crystal On Silicon液晶覆硅)面板。
本發(fā)明的有益效果1、通過(guò)采用激光光源替代UHP光源，因激光輸出為 偏振光，且具有穩(wěn)定，方向性好，單色性等特點(diǎn)，以往的光學(xué)引擎中的偏振轉(zhuǎn) 換、分色系統(tǒng)都不再需要，簡(jiǎn)化了光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)。
2、 采用旋轉(zhuǎn)的光鍥，有效解決了干涉造成的圖像斑點(diǎn)。
3、 由于激光的單色性非常好，因此可以得到色彩范圍很寬的圖像，提高 色彩的再現(xiàn)能力，從而生動(dòng)演繹完美畫(huà)質(zhì)。且，相對(duì)目前的光學(xué)引擎采用的 UHP光源，激光在壽命、光譜特性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
4、 與傳統(tǒng)投影機(jī)不同，激光光源具有更長(zhǎng)久的使用壽命將消除更換燈泡 的需要。
5、 激光光源可以快速開(kāi)關(guān)，避免了使用UHP燈開(kāi)機(jī)需暖機(jī)、關(guān)機(jī)需冷卻 的繁瑣操作。
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，請(qǐng)參閱 以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)可 由此得到深入且具體的了解，然而附圖僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā) 明加以限制。


下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，將使發(fā)明的技 術(shù)方案及其他有益效果顯而易見(jiàn)。 附圖中，
圖1為現(xiàn)有的投影成像系統(tǒng)的示意圖2為本發(fā)明激光投影成像系統(tǒng)的示意圖3為現(xiàn)有UHP燈和激光光源的光譜特性比較圖；及
圖4為使用UHP燈和激光作為光源的色域比較圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明激光投影成像系統(tǒng)，包括用于生成紅綠藍(lán)三色激光 的三個(gè)激光光源l、用于將激光投影至物體表面的投影系統(tǒng)7、及設(shè)于激光的 傳播路徑中分別與三個(gè)激光光源1對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)可旋轉(zhuǎn)的光鍥2、均光照明 系統(tǒng)3、三個(gè)PBS棱鏡(偏振分光棱鏡)4、分別與三個(gè)PBS棱鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置的 三個(gè)成像器件5以及設(shè)于三個(gè)PBS棱鏡4之間的一合光棱鏡6。
其中，所述三個(gè)激光光源為分別產(chǎn)生紅色激光、綠藍(lán)激光及藍(lán)色激光的三 個(gè)單色激光器，即紅色激光器12，綠色激光器14及藍(lán)色激光器16。
紅色激光光源、綠色激光光源、藍(lán)色激光光源后分別設(shè)有消除干涉的三個(gè) 可旋轉(zhuǎn)的光鍥2，分別與紅色激光光源12，綠色激光光源14及藍(lán)色激光光源 16對(duì)應(yīng)設(shè)置，其設(shè)于激光光源1靠近均光照明系統(tǒng)3的一側(cè)并垂直于均光照 明系統(tǒng)2的光軸，本發(fā)明中，光鍥2的作用是對(duì)激光的位相進(jìn)行調(diào)制，消除因 激光干涉造成投影圖像的斑點(diǎn)噪音。斑點(diǎn)是在高度相干的光束(如激光)被 具有隨機(jī)表面特性的表面(如紙、織物)散射出現(xiàn)的現(xiàn)象，被散射的光的不 同部分由于導(dǎo)致強(qiáng)度波峰和波谷的干涉而合計(jì)為強(qiáng)烈波動(dòng)的光圖像，光鍥2 的設(shè)置可有效的消除圖像的斑點(diǎn)。
所述均光照明系統(tǒng)3為三個(gè)，分別與紅色激光光源，綠色激光光源及藍(lán)色 激光光源對(duì)應(yīng)設(shè)置，采用復(fù)眼透鏡陣列或者積分棒。本發(fā)明中，均光照明系統(tǒng) 3的作用是使激光器發(fā)出的光線(xiàn)在成像器件6上均勻分布，提高最終投影出去 的投影圖像的均勻。
所述三個(gè)PBS棱鏡4相對(duì)于光鍥2設(shè)于均光照明系統(tǒng)3的另一側(cè)，分別 為紅色PBS棱鏡42、綠色PBS棱鏡44及藍(lán)色PBS棱鏡46，均采用反射型偏 振片，以反射S偏振態(tài)光透過(guò)P偏振態(tài)光。
所述三個(gè)成像器件5對(duì)應(yīng)于PBS棱鏡4設(shè)于可接收其反射光線(xiàn)的一側(cè)， 分別為紅色成像器件52，綠色成像器件54及藍(lán)色成像器件56，以利用紅色激 光、綠藍(lán)激光及藍(lán)色激光顯示相應(yīng)顏色的圖像，其均為硅基液晶反射型成像部 件，艮卩LCOS面板。
所述三個(gè)PBS棱鏡4之間有一個(gè)合光棱鏡6，合光棱鏡6設(shè)置于可接收到 從三個(gè)PBS棱鏡4透射來(lái)的光線(xiàn)的位置，為鍍有二向色膜的立方棱鏡。本發(fā) 明中，合光棱鏡6的作用是將紅綠藍(lán)圖像合成在一起形成圖像，并經(jīng)投射系統(tǒng)7將圖像放大投射出去。
所述合光棱鏡6的另一側(cè)即為可接收到合光棱鏡6匯聚的成像光線(xiàn)的投影 系統(tǒng)7，用于將激光投影至物體表面，投影系統(tǒng)7可以使用現(xiàn)有的多種類(lèi)型的 投影系統(tǒng)，例如，掃描投影系統(tǒng)以及包括液晶調(diào)制器的投影系統(tǒng)；經(jīng)過(guò)合光棱 鏡6后的紅色、綠色和藍(lán)色激光再次合成為白光通過(guò)投射系統(tǒng)7成像。
上述PBS棱鏡4、成像器件5、合光棱鏡6及投影系統(tǒng)7的設(shè)置可采用現(xiàn) 有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的激光投影成像系統(tǒng)的工作原理紅色激光光源12發(fā)出的光，經(jīng) 過(guò)旋轉(zhuǎn)的光鍥2，通過(guò)均光照明系統(tǒng)3，再經(jīng)過(guò)紅色PBS棱鏡42反射到紅色 成像器件52。從紅色成像器件52反射回來(lái)后透過(guò)紅色PBS棱鏡42，通過(guò)合 光棱鏡6發(fā)射到投影系統(tǒng)7，通過(guò)投影系統(tǒng)7投射出去。
綠色激光光源14發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的光鍥2，通過(guò)均光照明系統(tǒng)3，再 經(jīng)過(guò)綠色PBS棱鏡44反射到綠色成像器件54。從綠色成像器件54反射回來(lái) 后透過(guò)綠色PBS棱鏡44，通過(guò)合光棱鏡6發(fā)射到投影系統(tǒng)7，通過(guò)投影系統(tǒng)7 投射出去。
藍(lán)色激光光源16發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的光鍥2，通過(guò)均光照明系統(tǒng)3，再 經(jīng)過(guò)藍(lán)色PBS棱鏡46反射到藍(lán)色成像器件56。從藍(lán)色成像器件56反射回來(lái) 后透過(guò)藍(lán)色PBS棱鏡46，通過(guò)合光棱鏡6發(fā)射到投影系統(tǒng)7，通過(guò)投影系統(tǒng)7 投射出去。
如圖3所示為傳統(tǒng)UHP燈和激光光源的光譜特性比較圖，圖示中，橫坐 標(biāo)代表波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)代表光譜功率，
參閱圖3中的左圖可知淺色表示UHP燈的光譜特性，左側(cè)的深色表示 采用濾光片進(jìn)行調(diào)整后的藍(lán)色波段的光譜特性；中間的較深色表示采用濾光片 進(jìn)行調(diào)整后的綠色波段的光譜特性；右側(cè)的深色表示采用濾光片進(jìn)行調(diào)整后的 紅色波段的光譜特性；參閱圖3中的右圖左側(cè)的深色表示藍(lán)色激光光源的光 譜特性；中間的淺色表示綠色激光光源的光譜特性；右側(cè)的深色表示紅色激光 光源的光譜特性。比較后可知激光輸出為偏振光，不需要以往光學(xué)引擎中的 偏振轉(zhuǎn)換、分光系統(tǒng)，也具有較好的穩(wěn)定性，方向性等特性。
如圖4所示為使用UHP燈和激光作為光源的色域比較圖。圖示中最外圈 的深色馬蹄形線(xiàn)條所包圍的區(qū)域是C正(國(guó)際發(fā)光照明委員會(huì))1931標(biāo)準(zhǔn)的色域圖，該深色馬蹄形線(xiàn)條內(nèi)部包含了用物理方法能實(shí)現(xiàn)的所有彩色；中間的深 色大三角形線(xiàn)條所包圍的區(qū)域是激光光源所能達(dá)到的色域范圍；而最內(nèi)圈的淺 色小三角形線(xiàn)條所包圍的區(qū)域是使用UHP光源能達(dá)到的色域范圍；因而，由 圖可知由于激光的單色性非常好，因此可以得到色彩范圍很寬的圖像，提高 色彩的再現(xiàn)能力，從而生動(dòng)演繹完美畫(huà)質(zhì)。
如上所述，本發(fā)明的光學(xué)投影成像系統(tǒng)使用激光作為光源，并使用消除干 涉的可旋轉(zhuǎn)的光鍥，簡(jiǎn)化了光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)；其次，可以得到色彩范圍很寬的 圖像，提高色彩的再現(xiàn)能力，從而生動(dòng)演繹完美畫(huà)質(zhì)；另外，激光在壽命、光 譜特性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，提高了光學(xué)投影成像系統(tǒng)的壽命和使用效果。
以上所述的僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明所做的各種修飾 與變化都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，包括用于生成紅綠藍(lán)三色激光的三個(gè)激光光源、用于將激光投影至物體表面的投影系統(tǒng)、及設(shè)于激光的傳播路徑中分別與三個(gè)激光光源對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)可旋轉(zhuǎn)的光鍥、均光照明系統(tǒng)、三個(gè)PBS棱鏡、分別與三個(gè)PBS棱鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)成像器件以及設(shè)于三個(gè)PBS棱鏡之間的一合光棱鏡；三個(gè)激光光源發(fā)出的紅綠藍(lán)三色激光，分別經(jīng)過(guò)與其對(duì)應(yīng)的光鍥、均光照明系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)PBS棱鏡反射到成像器件，從成像器件反射回來(lái)后透過(guò)PBS棱鏡，再同時(shí)通過(guò)合光棱鏡的結(jié)合發(fā)射到投影系統(tǒng)，并通過(guò)投影系統(tǒng)投射出去。
2、 如權(quán)利要求1所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，所述三個(gè)激光 光源為分別產(chǎn)生紅色激光、綠藍(lán)激光及藍(lán)色激光的三個(gè)單色激光器。
3、 如權(quán)利要求1所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，所述三個(gè)光鍥 分別與紅色激光光源，綠色激光光源及藍(lán)色激光光源對(duì)應(yīng)設(shè)置，其設(shè)于激光光 源靠近均光照明系統(tǒng)的一側(cè)并垂直于均光照明系統(tǒng)光軸，用于消除因激光干涉 造成投影圖像的斑點(diǎn)噪音。
4、 如權(quán)利要求3所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，所述均光照明 系統(tǒng)為三個(gè)，分別與紅色激光光源，綠色激光光源及藍(lán)色激光光源對(duì)應(yīng)設(shè)置， 采用復(fù)眼透鏡陣列或者積分棒。
5、 如權(quán)利要求3所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，所述三個(gè)PBS 棱鏡相對(duì)于光鍥設(shè)于均光照明系統(tǒng)的另一側(cè)，分別為紅色PBS棱鏡、綠色PBS 棱鏡及藍(lán)色PBS棱鏡，均采用反射型偏振片，以反射S偏振態(tài)光透過(guò)P偏振 態(tài)光。
6、 如權(quán)利要求5所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，所述三個(gè)成像 器件對(duì)應(yīng)于PBS棱鏡設(shè)于可接收其反射光線(xiàn)的一側(cè)，分別為紅色成像器件， 綠色成像器件及藍(lán)色成像器件，以利用紅色激光、綠藍(lán)激光及藍(lán)色激光顯示相 應(yīng)顏色的圖像，其均為硅基液晶反射型成像部件，即LCOS面板。
7、 如權(quán)利要求6所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，所述合光棱鏡 設(shè)于可接收到從三個(gè)PBS棱鏡透射來(lái)的光線(xiàn)的位置，以將紅綠藍(lán)圖像合成在一起，其為鍍有二向色膜的立方棱鏡。
8、 如權(quán)利要求1所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，紅色激光光源 發(fā)出的激光，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的光鍥、均光照明系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)紅色PBS棱鏡反射到 紅色成像器件，從紅色成像器件反射回來(lái)后透過(guò)所述紅色PBS棱鏡，通過(guò)合 光棱鏡發(fā)射到投影系統(tǒng)，并通過(guò)投影系統(tǒng)投射出去。
9、 如權(quán)利要求1所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，綠色激光光源 發(fā)出的激光，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的光鍥、均光照明系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)綠色PBS棱鏡反射到 綠色成像器件，從綠色成像器件反射后透過(guò)所述綠色PBS棱鏡，通過(guò)合光棱 鏡發(fā)射到投影系統(tǒng)，并通過(guò)投影系統(tǒng)投射出去。
10、 如權(quán)利要求1所述的激光投影成像系統(tǒng)，其特征在于，藍(lán)色激光光源 發(fā)出的激光，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的光鍥、均光照明系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)藍(lán)色PBS棱鏡反射到 藍(lán)色成像器件，從藍(lán)色成像器件反射回來(lái)后透過(guò)所述藍(lán)色PBS棱鏡，通過(guò)合 光棱鏡發(fā)射到投影系統(tǒng)，并通過(guò)投影系統(tǒng)投射出去。
全文摘要
一種激光投影成像系統(tǒng)，包括用于生成紅綠藍(lán)三色激光的三個(gè)激光光源、用于將激光投影至物體表面的投影系統(tǒng)、及設(shè)于激光的傳播路徑中分別與三個(gè)激光光源對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)可旋轉(zhuǎn)的光鍥、均光照明系統(tǒng)、三個(gè)PBS棱鏡、分別與三個(gè)PBS棱鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置的三個(gè)成像器件及設(shè)于三個(gè)PBS棱鏡之間的一合光棱鏡；三個(gè)激光光源發(fā)出的紅綠藍(lán)三色激光，分別經(jīng)過(guò)與其對(duì)應(yīng)的光鍥、均光照明系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)PBS棱鏡反射到成像器件，從成像器件反射回來(lái)后透過(guò)PBS棱鏡，再同時(shí)通過(guò)合光棱鏡的結(jié)合發(fā)射到投影系統(tǒng)，并通過(guò)投影系統(tǒng)投射出去。本發(fā)明使用激光做投影顯示的光源，具有色域廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；且采用旋轉(zhuǎn)的光鍥，有效解決了激光干涉產(chǎn)生的圖像斑點(diǎn)問(wèn)題。
文檔編號(hào)G02B27/48GK101598855SQ200810067619
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者李方紅, 波 湯 申請(qǐng)人:深圳市科創(chuàng)數(shù)字顯示技術(shù)有限公司