群掃描激光投影電視及所匹配的多區(qū)域光閥屏幕的制作方法
【專利說明】群掃描激光投影電視及所匹配的多區(qū)域光閥屏幕
[0001]本發(fā)明屬機械光學(xué)領(lǐng)域:確切的講是一種極大降低振鏡或反射棱鏡體的工作轉(zhuǎn)速的激光成像方法，以及與之匹配的高對比度專用反射屏幕。
[0002]目前技術(shù)現(xiàn)狀:
[0003]激光電視(LASER TV)是利用半導(dǎo)體泵浦固態(tài)激光工作物質(zhì)，產(chǎn)生紅、綠、藍三種波長的連續(xù)激光作為彩色激光電視的光源，通過電視信號控制三基色激光掃描圖像。其色域覆蓋率理論上可以高達人眼色域范圍的90%以上。這比目前LED電視最高的62%色域覆蓋率又提高了一個檔次。色域覆蓋率的提高，不僅可以使整個電視畫面看起來更加真實、有層次感。
[0004]就掃描方式而言:目前國際上開展的激光電視研宄多采用基于點掃描和線掃描兩種方式的“單像素逐點掃描實現(xiàn)激光彩色視頻顯示技術(shù)”，由于該技術(shù)系統(tǒng)造價高、穩(wěn)定性差，難于實現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，所以研宄進展緩慢。德國LDT公司于1998年初研制出原理樣機，日本SONY公司于2002年研制出演示樣機，但是至今未能產(chǎn)業(yè)化。
[0005]本發(fā)明的目的:
[0006]在技術(shù)方面克服激光電視中的掃描偏轉(zhuǎn)難題:即是超高的驅(qū)動頻率讓激光束偏轉(zhuǎn)的主要方法是靠激光束照射在高速旋轉(zhuǎn)的多面棱鏡輪或振鏡，在角度不停變化的鏡面上反射后形成的。但巨大的頻率已經(jīng)形成極大的技術(shù)困境:如高清畫面1080行，刷新率50次/秒，每秒就要掃描5.4萬次，使用八面棱鏡輪時，因旋轉(zhuǎn)I周能掃描8次，因此5.4萬次/8為6750轉(zhuǎn)/秒，等于棱鏡輪的轉(zhuǎn)速為40.5萬轉(zhuǎn)/分鐘，如此高的轉(zhuǎn)速帶來的噪聲、潤滑、成本和壽命等都難以滿足投放市場實用的條件；本發(fā)明也同時克服了投影技術(shù)的固有缺陷:環(huán)境光對畫面對比度的影響。
[0007]本發(fā)明的特點:
[0008]用多路激光束(激光群)同步掃描，在極大的降低了多面棱鏡輪或振鏡的工作頻率或轉(zhuǎn)速的同時，掃描范圍也同時被降低了而引起多面棱鏡輪面面數(shù)量的增加，2種因素綜合作用將使轉(zhuǎn)速降低近2個數(shù)量級，即是幾十轉(zhuǎn)/秒以下的數(shù)量級；而激光器數(shù)量的增加除易于更大功率，但同時是帶來結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性；另外由于個激光束快速掃描，易于采取時間分離方法來提升對比度，基本方法是:將投影屏幕分成多個獨立區(qū)域，每個獨立區(qū)域可以被電壓驅(qū)動成反光或吸光(相當(dāng)于:白色或黑色)；跟蹤激光束的移動，當(dāng)激光束落入屏幕某區(qū)域時，該區(qū)域?qū)⒈或?qū)動成強反射狀態(tài)，反之就驅(qū)動成強吸收狀態(tài)；克服環(huán)境光對圖象的影響；當(dāng)以電子紙技術(shù)為依托，采用多區(qū)域光閥的爬行驅(qū)動方式與激光群的光點移動同步方式的配套屏幕將能實現(xiàn)環(huán)境光下超高的對比度。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵:
[0010]激光電視的結(jié)構(gòu)比較簡單:核心分為2部分:激光生成及調(diào)制部分及激光束掃描部分；本發(fā)明所涉及的是激光束掃描部分。
[0011]所涉及的激光束掃描部分:是由多個3基色(R、G、B)復(fù)合激光束構(gòu)成激光群，復(fù)合激光束沿著扇形排布，各激光束匯集在一點(相當(dāng)于扇形的圓心)。
[0012]水平掃描棱鏡的反射面的面數(shù)要滿足:1組激光群中各復(fù)合激光束掃描的小扇形彼此接壤且互相不重疊，每個復(fù)合激光束的掃描扇形角的角度很小，因而水平掃描棱鏡的反射面的面數(shù)可以較大的增加。
[0013]本發(fā)明引入新的構(gòu)件一激光群組件分為I組的或多組的情形:實際應(yīng)用中可以使用單組或多組，處于同一平面的多個復(fù)合激光束組成I組激光群，不同平面的多個激光群組成多組激光群；每一組激光群的激光束都排列成扇形(徑向放置)，其全部光束處在同一平面內(nèi)(稱為扇形面)并會聚于同一點上，對于多組激光群情況，所有激光群的扇形面要有共同的交線，而且所有扇形面上的激光束全部會聚于同一點上；激光束要有共同的匯聚點或匯聚在不超過激光束直徑的10-100倍的空間尺度內(nèi)。。
[0014]具體技術(shù)設(shè)計思路:如激光電視的水平投射角度為Θ ;1組激光群的復(fù)合激光束的數(shù)量為N，則單一復(fù)合激光束的偏轉(zhuǎn)角度近似為Ω:Ω = Θ/N ;則水平掃描棱鏡的反射面的面數(shù)可以至少增加N倍以上，因而水平掃描棱鏡的轉(zhuǎn)速將降低N倍以上。舉例說明:假設(shè)當(dāng)I組激光群中有32個復(fù)合激光束時:水平掃描棱鏡的轉(zhuǎn)速降低了 32倍，其實際轉(zhuǎn)速約為100轉(zhuǎn)/秒，垂直掃描振鏡的頻率及振幅不變；由于轉(zhuǎn)速的降低可以使水平掃描棱鏡的直徑更大，從而又加大了增加鏡面的數(shù)量的潛力；進一步講:如果使用多組激光群時，水平掃描棱鏡的轉(zhuǎn)速將降低的更大:為麗倍以上(Μ為激光群的組數(shù))；垂直掃描振鏡的頻率及振幅都降低M倍。
[0015]需要強調(diào):使用振鏡時的情形也是相同的，當(dāng)使用2振鏡(水平及垂直振鏡)時，水平振鏡的頻率及振幅降低的倍數(shù)等于I組激光群的復(fù)合激光束的數(shù)目；垂直振鏡的的頻率及振幅降低的倍數(shù)等于激光群的群數(shù)。
[0016]在反射屏幕選擇上可以使用電子紙技術(shù)(是一種無主動光源的反射型顯示技術(shù))；設(shè)計思路是采取將屏幕分成多個區(qū)域，每個區(qū)域被獨立驅(qū)動在變黑及變白之間切換，在激光束掃描到某光閥區(qū)域時呈現(xiàn)白色、其余光閥區(qū)域為呈現(xiàn)黑色，因為在任何時間內(nèi)絕大部分光閥區(qū)呈現(xiàn)黑色，因而在強烈反射激光的前提下極大的吸收了環(huán)境光，而大大的改善了對比度。
[0017]不同于以往設(shè)計；本發(fā)明采用爬行式反射光閥驅(qū)動方法，可以克服一些電子紙的響應(yīng)速度慢的不住足無法完成激光束穿越各光閥區(qū)過度帶突變切換等原因，本技術(shù)關(guān)鍵在于激光束穿越各光閥過度帶附近時要保持至少2個相臨的光閥區(qū)處于(電子紙的白狀態(tài))；以往的光閥反射屏幕的設(shè)計的反射/吸光狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都是順序驅(qū)動的，這種驅(qū)動方式只能在極其快速的理想情況下實現(xiàn)，但現(xiàn)實中的電子紙的響應(yīng)速度大多在1ms數(shù)量級，因而在跨越屏幕的區(qū)域光閥時，將產(chǎn)生嚴(yán)重問題，因而爬行驅(qū)動是極其必要的。
[0018]屏幕光閥的多個區(qū)域并行驅(qū)動也是本發(fā)明的一個重要的技術(shù)關(guān)鍵，只有這樣才能配合多激光束的同步掃描。
[0019]以電子紙技術(shù)為依托，采用多區(qū)域光閥驅(qū)動方式與激光群中的每個復(fù)合激光束配合，屏幕上的光閥的反射開關(guān)區(qū)域以光塊或光帶的爬行方式做同步掃描；爬行方式確保激光束在掃描時總能落入屏幕上開關(guān)過渡良好最高反射率的反射區(qū)內(nèi)，不會受到屏幕光閥區(qū)域邊界過度的影響，
[0020]以下結(jié)合附圖就本發(fā)明較佳實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0021]圖1激光群的組成示意圖
[0022]圖2 —種2X3激光群所構(gòu)成的激光電視掃描光柵不意圖
[0023]圖3單組激光群所構(gòu)成的激光電視掃描示意圖
[0024]圖4電子紙反射多區(qū)域光閥屏幕示意圖
[0025]圖示說明:
[0026](I)、⑵、⑶復(fù)合激光束集束器
[0027](4)水平掃描棱鏡
[0028](5)垂直掃描棱鏡
[0029](6)水平掃描棱鏡轉(zhuǎn)軸
[0030](7)、⑶、(9)獨立掃描區(qū)域
[0031](10)、(11)、(12)復(fù)合激光束
[0032](13)水平掃描棱鏡轉(zhuǎn)軸
[0033](14)投影屏幕
[0034](15)R、G、B 單色激光
[0035](21)、(22)、(23)獨立光閥區(qū)
[0036](24)、(25)屏幕光閥開關(guān)驅(qū)動信號
[0037](26)、(27)屏幕置于反射狀態(tài)的電平
[0038](28)激光束匯聚點
[0039](29)、(30)激光群平面
[0040](31)、(32)屏幕區(qū)域光閥掃描爬行方向
[0041](33)屏幕獨立掃描區(qū)域
[0042](34)激光群掃描線
[0043](35)、(36)瞬態(tài)屏幕區(qū)域光閥反射區(qū)
[0044]如圖1所示:有2組激光群，每一組都是由3個復(fù)合激光束集束器(I)、(2)、(3)組成；每一個復(fù)合激光束集束器都是由(虛線框中):R、G、B單色激光(15)經(jīng)過常規(guī)合成(可以通過選頻反射/透射片合成I束光束)；(28)是所有激光束匯聚點；每個激光群的光束都在同一平面