CN100376921C - 一种多行插补光纤扫描式激光显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光显示领域，特别公开了一种多行插补光纤扫描式激光显示系统。该多行插补光纤扫描式激光显示系统，其特殊之处是：包括视频处理系统、光纤偏转系统、激光器组、光纤通道、动态耦合镜组、图像放大镜组。本发明使用内嵌光纤的转鼓，转鼓内的光纤分为N组，以多行插补的方式排列，完成图像的激光偏转扫描，采用激光动态耦合技术，实现激光直接扫描成像。本发明是一种新型激光偏转扫描显示系统，减少了大口径镜组，系统成本降低，光效率提高，图像失真小，寿命长。

Description

一种多行插补光纤扫描式激光显示系统

(一)所属技术领域

本发明涉及一种多行插补光纤扫描式激光显示系统，属于激光显示领域，用于激光电视、激光投影、激光电影、激光显示器以及户内、外大屏幕激光显示系统。

(二)背景技术

激光显示技术是20世纪90年代新兴的新型彩色电视显示技术之一。随着红、蓝、绿三色固体激光器相继研制成功并投放市场；光纤及光路器件的成熟及光机电及控制技术的应用，使得激光显示及动态成像成为可能，由于激光自身的特点，其成像在色彩范围和色彩还原方面具有天然的优越性，与液晶电视显示技术、等离子体电视显示技术等相比，激光显示技术具有色域广、色纯度高、成像清晰、色彩逼真、绿色环保、节能、显示画面尺寸灵活可变、无有害电磁射线辐射等特点，并在大屏幕或超大屏幕显示技术在成本上具有优势。目前，国际上开展的激光电视研究多采用基于点扫描和线扫描两种方式的“单像素逐点扫描实现激光彩色视频显示技术”，由于该技术系统庞大复杂、造价高、稳定性差，难于实现产品的批量生产，所以研究进展缓慢；而现有激光偏转系统一般采用声光偏转器、电光偏转器、双多面转镜系统、多面转镜加振镜等偏转方式，存在诸如偏转角度小，系统复杂，系统稳定性差等问题。

(三)本发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种实现激光直接扫描成像的多行插补光纤扫描式激光显示系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种多行插补光纤扫描式激光显示系统，其特殊之处是：包括视频处理系统、光纤偏转系统、激光器组、光纤通道、动态耦合镜组、图像放大镜组。

本发明的多行插补光纤扫描式激光显示系统，所述光纤偏转系统中存在圆柱体转鼓，转鼓内嵌多行插补的N组行偏转光纤，在激光导入端：光纤在转鼓的上、下两个底面相同分布，每光纤组中各条光纤与光纤耦合镜的出射端连接并且耦合镜的接收端分别沿两底面的半径方向排列；在激光导出端：每组中的光纤在转鼓的轴线L与转鼓半径R形成的平面内按逐行扫描的要求坚向间隔M行排列并与转鼓的轴线成θ角度，其角度由屏幕的尺寸和转鼓与屏幕的距离确定并且每组光纤与轴线的夹角不同，各组光纤在周向按照360°/N圆周角在水平方向等高均布；或者将各光纤组在水平方向阶梯排列，每组中的光纤在转鼓的轴线与半径形成的平面内按逐行扫描的要求竖向间隔M行排列并且光纤与转鼓的轴线垂直；光纤的插补，按照在竖直方向上同组的相邻两条光纤间隔w条扫描线宽度的和的规律进行。

依据调制方式的不同，直接电控制激光器的发光时间的长短，更能体现节能，当然也可以采用其他的激光调制方式完成图像的再现。

本激光显示系统组成包括激光器组、视频处理、光纤动态耦合镜组、光纤组、准直镜组、扩角镜等组成显示信号的成像系统。整个扫描系统是装在转鼓上，进行动态耦合。通过光纤和准直镜，按照扫描行数将光纤分成N组，360°/N周平分转鼓，每相应角度上由多根间隔一定行线的光纤，对整鼓按照在竖直方向上同组的相邻两条光纤间隔w条扫描线宽度的和的规律进行插补，实现整幅图像的扫描，即每鼓转一周形成一幅图像。由于光纤可以弯曲，因而可以调整鼓上每根光纤的位置和方向，就可以通过光纤和准直镜在场偏转方向相应调整出射光线角度，这样在场方向基本不用放大，只需要行视角放大，并进行一定的梯形校正，从而直接投影到屏幕成像。

本系统中光纤偏转系统中存在圆柱体转鼓，转鼓内嵌多行插补的N组行偏转光纤。转鼓每转一周，形成一幅图像。照射在屏幕上的相邻两条水平光线就是由不同的激光器发出的，如此就可以避免扫描到屏幕的激光点在相邻部分产生干涉而出现明暗不同的条纹或斑点。

系统中的动态耦合组件，此组件完成从合光系统中出射的激光到转鼓的耦合，使用端面半径不同的光纤耦合镜组；在入射端，每一条光纤耦合镜端面半径按一定规律变化分布；其分布规律为：r1/r2＝(1+sinα/2)/(1+sinα/2)，其中r1、r2为相邻两个变径光纤耦合镜的半径，α＝360°/N；在出射端，每一条光纤耦合镜端面半径与光纤半径相同。在系统的工作过程中，合光系统是固定的；动态耦合组件随转鼓一同转动，当动态耦合组件转动到合光系统相对的位置时，激光束从合光系统经聚焦出射到动态耦合组件，在转鼓的转动过程中，激光束从耦合组件端面的一边运动到端面的另一边，完成激光束的动态耦合过程；转鼓的上底面和下底面都存在耦合端面，目的一是为了使耦合器中动态部分的变径光纤耦合镜直径相近，另外是为了使相同直径的转鼓能承载更高的分辩率。

光纤出射准直镜按屏幕的尺寸和转鼓与屏幕的距离调整角度，就可以将每条光纤射出的光束投向屏幕的不同位置，这样就完成了图像的场扫描过程；各光纤之间在垂直方向的间隔与需要插补的光纤数量和光束的截面直径有关。

本系统的视频信号驱动方式为按幅采集，多行线同时扫描。因为本系统是由光纤随鼓转动形成水平方向的行扫描，由多条光纤在垂直方向分布形成垂直方向上的场扫描，这样就可以使用多路并行信号同时输入至扫描系统中，转鼓转动一周就可以形成一幅画面，这就可以按幅采集数据并以并行的方式传输数据，扫描一幅画面可以只用一个场同步信号完成。

本发明使用内嵌光纤的转鼓，转鼓内的光纤分为N组，以多行插补的方式排列，完成图像的激光偏转扫描，采用激光动态耦合技术，实现激光直接扫描成像。

本发明是一种新型激光偏转扫描显示系统，减少了大口径镜组，系统成本降低，光效率提高，图像失真小，寿命长。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为动态耦合镜的结构示意图；

图3为准直镜的结构示意图；

图4为耦合入射端面分布的示意图；

图5为动态耦合组件结构示意图；

图6为光纤与准直镜分布示意图；

图7为激光显示系统方框图。

图中，1、激光器组，2、调制系统，3、合光系统，4、动态耦合器，5、转鼓，6、光纤组，7、准直镜组，8、扩角镜，9、屏幕。

(五)具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包含以下组件；

1、激光器组：由若干组激光器组成，每组激光器包括红、绿。蓝三种颜色的激光器各一支。2、调制系统：由电脉冲来控制激光器发光时间，对激光的强度进行调制。3、合光系统：将调制过的三组激光合成为一组激光。4、动态耦合器：将合成光耦合到转鼓扫描系统。5、转鼓扫描系统：由于光纤具有柔性及长寿命与光效率高等特点，使用光纤将有利于器件的安装调整及减小器件的体积，所以转鼓扫描系统内嵌光纤，激光通过动态耦合器进入本转鼓中的光纤，并通过转鼓的绕轴转动将含有图像信息的激光扫描成图像。6、光纤组：本系统中激光的通道。7、准直镜组：汇聚光纤中出射的激光束并使之直线传播。8、扩角镜：将转鼓扫描成的图像水平放大投射到屏幕。9、屏幕。

以下为本发明的一种具体实施方式：

a、按照720P普通高清电视的标准，在垂直方向上有720条扫描线，这样，就需要在转鼓中嵌入720条光纤，按照每组10条，可以分为72组，把转鼓的圆周角72等分，每一组光纤在5度的弧面上垂直分布。

b、系统将接受到的信号进行音、视频分离，将音频信号送至功率放大后进入音响系统放音；将视频信号送往视频处理板，在CPU板的控制下，经过模数转换，原来的模拟视频信号被转换成为数字信号，并被暂存并重新排列，形成并行的72组脉冲信号，其中，每一组脉冲信号可以驱动一组光纤的激光调制，然后，信号被送往视频放大，经过重新排列并放大的视频信号进入调制系统，对并行的每一个激光组的光强进行调制。

c、激光的传输与调制：由R、G，B三种颜色的激光器组成激光器组，每一种颜色的激光器各有10支，每一支激光器发出的光射入一条光纤，光纤组由30条光纤组成，分成3组，每一组包含10条光纤，每一组光纤的入射光由相同颜色的激光器射入；这些激光组经由调制系统调制以后进入合光组件；经过合光后，原来的30组光成为携带视频信号的10组激光。

d、激光的耦合与偏转：10组携带信号的激光从光纤组出射到动态耦合组件后进入转鼓中不同的光纤组，转鼓在旋转过程中完成激光的偏转，按照90帧/秒的刷新率，转鼓的转速即为90转/秒，即每分5400转的电机可以满足要求。光组透过准直镜组投射到柱形镜，经过柱形镜水平放大以后投射到屏幕。

Claims (4)

1.一种多行插补光纤扫描式激光显示系统，包括视频处理系统、光纤偏转系统、激光器组、光纤通道、光纤动态耦合镜组、图像放大镜组，其特征是：

所述光纤偏转系统中存在圆柱体转鼓，转鼓内嵌多行插补的N组行偏转光纤；

在转鼓激光导入端：光纤在转鼓的上、下两个底面相同分布，每个光纤组中各条光纤与光纤动态耦合镜的出射端连接，并且光纤动态耦合镜的入射端分别沿两底面的半径方向排列；

在转鼓激光导出端：每组中的光纤在转鼓的轴线L与转鼓半径R形成的平面内按逐行扫描的要求竖向M行排列并与转鼓的轴线L成θ角度，其角度由屏幕的尺寸和转鼓与屏幕的距离确定，各组光纤与转鼓的轴线L的θ夹角不同，各组光纤在周向按照360°/N圆周角在水平方向等高均布；或者将各光纤组在水平方向阶梯排列，每组中的光纤在转鼓的轴线L与转鼓半径R形成的平面内按逐行扫描的要求竖向M行排列并且光纤与转鼓的轴线L垂直；

光纤的插补，按照在竖直方向上同组的相邻两条光纤间隔w条扫描线宽度的和的规律进行。

2.根据权利要求1所述的多行插补光纤扫描式激光显示系统，其特征是：使用端面半径不同的光纤动态耦合镜组；在光纤动态耦合镜的入射端，每一条光纤动态耦合镜端面半径按一定规律变化分布；其分布规律为：r1/r2＝(1+sinα/2)/(1-sinα/2)，其中r1、r2为相邻两个光纤动态耦合镜的半径，α＝360°/N；在光纤动态耦合镜的出射端，每一条光纤动态耦合镜端面半径与光纤半径相同。

3.根据权利要求1所述的多行插补光纤扫描式激光显示系统，其特征是：转鼓的侧表面存在用于激光出射的若干个准直镜组，光纤出射准直镜在竖直方向上的角度可按要求安装调整。

4.根据权利要求1所述的多行插补光纤扫描式激光显示系统，其特征是：所述视频处理系统中视频信号驱动方式为按幅采集，按照要求多行线同时扫描。

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