專利名稱：一種基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字光處理顯示裝置，特別是一種基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，用于全彩色圖像顯示技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)字光處理是指先把影像信號經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來的一項(xiàng)技術(shù)。 它是基于TI(美國德州儀器)公司開發(fā)的數(shù)字微鏡元件DMD(Digital Micromirror Device) 來完成可視數(shù)字信息顯示的技術(shù)。數(shù)字微鏡器件是一種基于半導(dǎo)體制造技術(shù)、由高速數(shù)字式光反射開關(guān)陣列組成的器件。數(shù)字微鏡陣列采用微電子機(jī)械原理，利用鋁濺射工藝，在半導(dǎo)體硅片上生成方形微鏡面。數(shù)字微鏡元件的成像靠微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)完成，每一個(gè)像素上都有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的微鏡，微鏡不同的位置對應(yīng)不同的出射角度。每一個(gè)微鏡相當(dāng)于一個(gè)光開關(guān)，根據(jù)需要控制微鏡開、關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)圖像顯示。數(shù)字光處理顯示技術(shù)就是應(yīng)用數(shù)字微鏡元件作為關(guān)鍵元件來實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理的過程。其原理是將光源藉由一個(gè)積分器將光均勻化后， 通過一個(gè)有色彩三原色的色輪，將光分成R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三種顏色(這里指的是基本色輪配置，當(dāng)然還可以增加其它輔助色彩，如白色、黃色、紫色等)，再將這些色彩經(jīng)由透鏡成像在數(shù)字微鏡器件表面上。以同步信號的方法，利用偏轉(zhuǎn)數(shù)字微型鏡片的電信號，將連續(xù)光調(diào)制為灰階，配合R、G、B三種顏色而將色彩表現(xiàn)出來，最后經(jīng)過鏡頭投影成像。這種基于色輪的數(shù)字光處理顯示技術(shù)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)一是色輪是一個(gè)機(jī)械部件，在顯示過程中需要高速旋轉(zhuǎn)，這就使得系統(tǒng)內(nèi)存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)，當(dāng)色輪轉(zhuǎn)速不夠高時(shí)，將使得顯示時(shí)出現(xiàn)“彩虹效應(yīng)”，具體表現(xiàn)是色彩被簡單地分離出明顯的紅、綠和藍(lán)三種單色， 看起來像彩虹一樣，這是由于用一個(gè)旋轉(zhuǎn)色輪來調(diào)制圖像色彩而產(chǎn)生的，同時(shí)因?yàn)橛行┤说囊曈X系統(tǒng)特別靈敏，能察覺出一種彩色轉(zhuǎn)換到另一種彩色的過程，而不是像大多數(shù)人那樣靠視覺暫留現(xiàn)象把幾種單色混合成新的色彩，除了某些人能把色彩分離出來，還有些人可能因?yàn)樯实难杆僮兓?，而產(chǎn)生眼睛脹痛和頭痛的情況；二是控制色輪機(jī)械旋轉(zhuǎn)時(shí)序和數(shù)字顯像時(shí)序配合要求嚴(yán)格，控制相對復(fù)雜；三是所顯示圖像的顏色是靠色輪的三個(gè)固定的紅、綠、藍(lán)圖像疊加而成，或者是增加其它輔助色彩，如白色、黃色、紫色等合成，這種方法顯示的不是真彩色圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)中存在的不足而設(shè)計(jì)的一種基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)。該數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)使用光波長帶通濾波器取代傳統(tǒng)系統(tǒng)中的色輪，避免了色輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜的控制時(shí)序，而是通過對系統(tǒng)光源發(fā)出的白光進(jìn)行帶通濾波獲得相應(yīng)顏色的光直接連續(xù)地投射到數(shù)字微鏡器件表面，實(shí)現(xiàn)了不需要使用色輪的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)只需要一個(gè)數(shù)字微鏡芯片就可以實(shí)現(xiàn)真彩色圖像的顯示。其顯像方法包括兩種方式
一種方式是光波長帶通濾波器的中心波長只工作于R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三種波長處，即白光經(jīng)過光波長帶通濾波器后，在控制器的控制下每次只允許中心波長為紅、綠、藍(lán)三種波長的光中的一種通過，通過時(shí)序控制其在一定的時(shí)間內(nèi)分別讓三種波長的光通過， 最后即可以合成出需要的彩色圖像。另一種方式是不需要進(jìn)行光的合成，白光經(jīng)過光波長帶通濾波器后，根據(jù)要顯示的顏色，直接將該顏色對應(yīng)波長的光濾出，其他波長的光則被截止，最后即可以顯示出所需要的真彩色圖像。本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)包括光源控制器、白光光源、積分柱、會(huì)聚透鏡、光闌、光波長帶通濾波器、勻光管、中繼透鏡組、數(shù)字微鏡器件、 數(shù)字微鏡控制器、變焦透鏡組、成像鏡頭、屏幕、光波長帶通濾波器控制單元、溫度傳感器、 風(fēng)扇、顯示控制處理單元、數(shù)字多媒體處理單元、無線傳輸單元、讀卡器單元、外存儲(chǔ)器、USB 接口、音視頻接口、音頻功放、揚(yáng)聲器及封閉機(jī)殼。所述白光光源、積分柱、會(huì)聚透鏡、光闌、 光波長帶通濾波器、勻光管、中繼透鏡組、數(shù)字微鏡器件、變焦透鏡組、成像鏡頭、屏幕依次成光路連接，并由封閉機(jī)殼完全封閉，封閉機(jī)殼內(nèi)壁由吸光材料組成，對反射的雜散光完全吸收。其中白光光源控制輸入端連接到光源控制器的控制輸出端上，光源控制器的控制輸入端連接到顯示控制處理單元的控制輸出端上；光波長帶通濾波器的控制輸入端連接到光波長帶通濾波器控制單元的控制輸出端，光波長帶通濾波器控制單元的控制輸入端連接到顯示控制處理單元的控制輸出端上；數(shù)字微鏡控制器的控制輸入端連接到顯示控制處理單元的控制輸出端上；變焦透鏡組的控制輸入端連接到顯示控制處理單元的控制輸出端上； 溫度傳感器的信號輸出端連接到顯示控制處理單元的信號采集輸入端上；風(fēng)扇的控制輸入端連接到顯示控制處理單元的控制輸出端；顯示控制處理單元的信號輸入端連接到數(shù)字多媒體處理單元的數(shù)據(jù)輸出端；無線傳輸單元的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元的數(shù)據(jù)輸入端；讀卡器單元的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元的數(shù)據(jù)輸入端；外存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元的數(shù)據(jù)輸入端；數(shù)字多媒體處理單元設(shè)有USB接口和音視頻接口單元；數(shù)字多媒體處理單元的音頻輸出端連接到音頻功放的輸入端，音頻功放的輸出端連接到揚(yáng)聲器的信號輸入端。本發(fā)明包括光路、數(shù)據(jù)采集處理和控制兩部分，其中光路部分白光光源發(fā)出的照明光束先后經(jīng)過積分柱、會(huì)聚透鏡、光闌后到達(dá)光波長帶通濾波器，光波長帶通濾波器在光波長帶通濾波器控制單元的控制下對白光照明光束進(jìn)行濾波，只允許選定波長的光透過到達(dá)后面的勻光管，經(jīng)過中繼透鏡組后單波長光束照射到數(shù)字微鏡器件表面上，經(jīng)過數(shù)字微鏡器件反射的單波長光束經(jīng)過變焦透鏡組和成像鏡頭后，照射到屏幕上；數(shù)據(jù)采集處理和控制部分顯示控制處理單元的控制輸出端連接到光波長帶通濾波器控制單元的控制輸入端，控制其工作于選定的波長，只允許指定顏色的光通過；顯示控制處理單元的控制輸出端連接到數(shù)字微鏡控制器的控制輸入端，根據(jù)要在屏幕上不同位置顯示不同顏色和亮度的需要，控制數(shù)字微鏡器件相應(yīng)微鏡的翻轉(zhuǎn)；顯示控制處理單元的控制輸出端連接到光路部分的變焦透鏡組的控制輸入端，根據(jù)成像屏幕的位置自動(dòng)進(jìn)行變焦控制；顯示控制處理單元的信號輸入端連接有溫度傳感器，實(shí)時(shí)測量整個(gè)系統(tǒng)工作的環(huán)境溫度，并根據(jù)測量結(jié)果控制連接在其控制輸出端上的風(fēng)扇工作進(jìn)行降溫；顯示控制處理單元的信號輸入端連接到數(shù)字多媒體處理單元的數(shù)據(jù)輸出端，可以接收并處理數(shù)字多媒體處理單元傳輸來的圖像數(shù)據(jù)并將其在屏幕上顯示出來；數(shù)字多媒體處理單元的輸入端連接有無線傳輸單元，可以與其他具有無線通信功能的設(shè)備進(jìn)行連接，接收無線終端設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并存儲(chǔ)到外存儲(chǔ)器中，并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)傳輸給顯示控制處理單元進(jìn)行顯示；數(shù)字多媒體處理單元也可以通過連接到其輸入端的讀卡器單元讀取各類存儲(chǔ)卡上的多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)或者投影顯示； 數(shù)字多媒體處理單元可以通過USB接口與USB存儲(chǔ)設(shè)備連接并讀取多媒體數(shù)據(jù)文件進(jìn)行投影顯示；數(shù)字多媒體處理單元也可以通過音視頻接口直接接收其他多媒體播放器輸出的音視頻數(shù)據(jù)流，將圖像視頻信息在屏幕上顯示，將音頻信息經(jīng)過功放后在揚(yáng)聲器上輸出。在顯示系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際圖像顯示時(shí)，顯示控制處理單元首先根據(jù)待顯示圖像的顏色和亮度計(jì)算控制光波長帶通濾波器濾波中心波長和數(shù)字微鏡器件工作的時(shí)序關(guān)系，然后按照時(shí)序控制光波長帶通濾波器輸出不同顏色(波長)的光束，同時(shí)控制相應(yīng)的數(shù)字微鏡翻轉(zhuǎn)，最后在屏幕上顯示出所需要的彩色圖像。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例下面以圖1為實(shí)施例，說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征，技術(shù)性能和效果。本實(shí)施例中，光路部分依次由白光光源2、積分柱3、會(huì)聚透鏡4、光闌5、光波長帶通濾波器6、勻光管7、中繼透鏡組8、數(shù)字微鏡器件9、變焦透鏡組11、成像鏡頭12、屏幕13 組成，其中白光光源2可以在光源控制器1的控制下提供亮度可調(diào)的寬光譜范圍的白光照明；光波長帶通濾波器6可以在光波長帶通濾波器控制單元14的控制下使得選定顏色的光透過；變焦透鏡組11可以在顯示控制處理單元17的控制下進(jìn)行成像的自動(dòng)變焦；經(jīng)過數(shù)字微鏡器件9反射的單波長光最后經(jīng)過成像鏡頭12照射到屏幕13上，光路部分由封閉機(jī)殼沈完全封閉；溫度傳感器15的信號輸出端連接到顯示控制處理單元17的信號輸入端， 通過溫度傳感器15來測量工作環(huán)境的溫度，并根據(jù)需要控制風(fēng)扇16工作；數(shù)字多媒體處理單元18的數(shù)據(jù)輸出端連接到顯示控制處理單元17的輸入端，可以將外設(shè)的多媒體數(shù)據(jù)傳輸給顯示控制處理單元17并最終投影在屏幕13上；無線傳輸單元19的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元18的輸入端，用于與外設(shè)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；讀卡器單元20的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元18的輸入端，用于讀取各種存儲(chǔ)卡中的多媒體數(shù)據(jù)；數(shù)字多媒體處理單元18的USB接口 22可以通過USB 口與其他存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)的傳輸；數(shù)字多媒體處理單元18的視頻接口 23可以直接接收各類播放器輸出的視頻信號；數(shù)字多媒體處理單元18輸出的音頻信號經(jīng)過音頻功放M后，通過揚(yáng)聲器25輸出。本發(fā)明通過使用光波長帶通濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的色輪，避免了色輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并且可以根據(jù)顯示顏色的需要每次只允許單波長(顏色)的光通過，按照時(shí)序控制光波長帶通濾波器和數(shù)字微鏡器件工作即可以在屏幕上顯示不同顏色和亮度的圖像信息，從而實(shí)現(xiàn)了具有多媒體數(shù)據(jù)處理和播放功能的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，其特征在于該顯示系統(tǒng)包括光源控制器(1)、白光光源(2)、積分柱(3)、會(huì)聚透鏡(4)、光闌(5)、光波長帶通濾波器(6)、 勻光管(7)、中繼透鏡組(8)、數(shù)字微鏡器件(9)、數(shù)字微鏡控制器(10)、變焦透鏡組(11)、 成像鏡頭(12)、屏幕(13)、光波長帶通濾波器控制單元(14)、溫度傳感器(15)、風(fēng)扇(16)、 顯示控制處理單元(17)、數(shù)字多媒體處理單元(18)、無線傳輸單元(19)、讀卡器單元(20)、 外存儲(chǔ)器(21)、USB接口(22)、音視頻接口(23)、音頻功放(24)、揚(yáng)聲器(25)及封閉機(jī)殼 (26)，所述白光光源(2)、積分柱(3)、會(huì)聚透鏡(4)、光闌(5)、光波長帶通濾波器(6)、勻光管(7)、中繼透鏡組(8)、數(shù)字微鏡器件(9)、變焦透鏡組(11)、成像鏡頭(12)、屏幕(13)依次成光路連接并由封閉機(jī)殼(26)完全封閉；光源控制器(1)的控制輸入端連接到顯示控制處理單元(17)的控制輸出端；光波長帶通濾波器(6)的控制輸入端連接到光波長帶通濾波器控制單元(14)的控制輸出端，光波長帶通濾波器控制單元(14)的控制輸入端連接到顯示控制處理單元(17)的控制輸出端；數(shù)字微鏡控制器(10)的控制輸入端連接到顯示控制處理單元(17)的控制輸出端；變焦透鏡組(11)的控制輸入端連接到顯示控制處理單元 (17)的控制輸出端；溫度傳感器(15)的信號輸出端連接到顯示控制處理單元(17)的信號輸入端；顯示控制處理單元(17)的控制輸出端連接到風(fēng)扇(16)的控制輸入端；數(shù)字多媒體處理單元(18)的數(shù)據(jù)輸出端連接到顯示控制處理單元(17)的數(shù)據(jù)輸入端；無線傳輸單元 (19)的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元(18)的輸入端；讀卡器單元(20)的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元(18)的輸入端；外存儲(chǔ)器(21)的輸出端連接到數(shù)字多媒體處理單元(18)的輸入端；數(shù)字多媒體處理單元(18)連接有USB接口(22)和音視頻接口(23)；數(shù)字多媒體處理單元(18)的輸出端連接到音頻功放(24)的輸入端，音頻功放(24)的輸出端連接到揚(yáng)聲器(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的光波長帶通濾波器(6)能夠工作于R(紅)、G(綠)、B (藍(lán))三種光波長處，也能夠工作于可見光范圍內(nèi)的任何指定波長處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的封閉機(jī)殼(26 )內(nèi)壁由吸光材料組成，能夠吸收雜散光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光波長帶通濾波器的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)包括光源控制器、白光光源、積分柱、會(huì)聚透鏡、光闌、光波長帶通濾波器、勻光管、中繼透鏡組、數(shù)字微鏡器件、數(shù)字微鏡控制器、變焦透鏡組、成像鏡頭、屏幕、光波長帶通濾波器控制單元、溫度傳感器、風(fēng)扇、顯示控制處理單元、數(shù)字多媒體處理單元、無線傳輸單元、讀卡器單元、外存儲(chǔ)器、USB接口、音視頻接口、音頻功放、揚(yáng)聲器、封閉機(jī)殼。本發(fā)明能夠通過光波長帶通濾波器在不同時(shí)間輸出不同波長的光，再經(jīng)過數(shù)字微鏡器件的反射，最后在屏幕上顯示出不同顏色和亮度的圖像，從而實(shí)現(xiàn)了不需要色輪的數(shù)字光處理顯示系統(tǒng)。
文檔編號G02B5/20GK102214451SQ20111015570
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者劉一淸, 李小進(jìn), 李慶利, 王淑仙, 田應(yīng)洪 申請人:華東師范大學(xué)