CN101485210A - 便携式小型激光投影仪的最佳颜色 - Google Patents

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CN101485210A CNA2006800484408A CN200680048440A CN101485210A CN 101485210 A CN101485210 A CN 101485210A CN A2006800484408 A CNA2006800484408 A CN A2006800484408A CN 200680048440 A CN200680048440 A CN 200680048440A CN 101485210 A CN101485210 A CN 101485210A
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Abstract

一种激光束投影仪使用了包括发射多个红外激光束的半导体激光器平台(20)和发射作为所述多个红外激光束的频率变换的多个基色激光束的频率变换器(30)的光引擎，其中每个基色激光束具有与人眼的最高灵敏度相应的基色波长。激光束投影仪还使用了可用于发射作为所述多个基色激光束的混合结果的投影激光束的激光束混合器(40)。

Description

便携式小型激光投影仪的最佳颜色
技术领域
本发明总体上涉及设计成遵从辐射安全法规和条例的便携式小型激光投影仪(即PicoBeamer)。特别地，本发明涉及设计成得到便携式小型激光投影仪每个基色的最佳颜色的半导体激光器平台(例如垂直腔表面发射激光器平台)的频率变换。
背景技术
小型便携式激光投影仪使用一组包括红、绿、蓝的三基色。这些基色为了在人眼内同时产生针对明亮图像的足够色感，而需要覆盖大的色域。因此，基色的颜色波长应与如图1所示的人眼的最高灵敏度相应。此外，必须对颜色空间的诸如图2所示的一个大区域进行扫描。
当前，半导体型激光器、光存储激光器和大功率激光器形式的小型激光器是很昂贵和复杂的，而且没有用于显示应用的适当颜色波长。本发明通过提供设计成得到便携式小型激光投影仪的每种基色的最佳颜色的半导体激光器平台(例如垂直腔表面发射激光器平台)的频率变换来克服这些缺点。
发明内容
在本发明第一形式中，光引擎包括半导体激光器平台和频率变换器。工作中，半导体激光器平台发射红外激光束，频率变换器发送作为红外激光束的频率变换的基色激光束，其中基色激光束具有与人眼最高灵敏度相应的基色波长。
在本发明的第二形式中，激光束投影仪包括光引擎和光束混合器，所述光引擎包括半导体激光器平台和频率变换器。工作中，半导体激光器平台发射多个红外激光束。频率变换器发射作为所述多个红外激光束的频率变换的多个基色激光束，其中每个基色激光束具有与人眼的最高灵敏度相应的基色波长。激光束混合器发射作为所述多个基色激光束的混合结果的投影激光束。
附图说明
从以下结合附图对本发明的各个实施例的详细说明中可以进一步看到本发明的以上和其他一些形式以及本发明的各个特征和优点。这些详细说明和附图对本发明来说只是例示性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求书及其等效物来限定。
图1例示了如在本技术领域内已知的人眼对红、绿、蓝基色的最高灵敏度；
图2例示了如在本技术领域内已知的典型CIE色度图，该CIE色度图示出了按照本发明的激光束投影仪包围的颜色三角形；
图3例示了按照本发明的激光束投影仪的一个实施例的方框图；以及
图4例示了按照本发明的图3所示激光投影仪的典型实施例的方框图。
具体实施方式
本发明的如图3所示的激光束投影仪使用了包括半导体激光器平台20和频率变换器30的光引擎和激光束混合器40。工作中，半导体激光器平台20发射红外激光束IRR，由此频率变换器30发射作为红外激光束IRR的频率变换的红色激光束RLB，红色激光束RLB具有与人眼的最高灵敏度相应的红色波长(例如近似为630纳米)。在一个实施例中，半导体激光器平台20发射频率为红色激光束RLB的二分之一的红外激光束IRR，由此频率变换器30使红外激光束IRR的频率增加一倍，从而发射具有与人眼的最高灵敏度相应的红色波长的红色激光束RLB。
半导体激光器平台20还发射红外激光束IRG，由此频率变换器30发射作为红外激光束IRG的频率变换的绿色激光束GLB，绿色激光束GLB具有与人眼最高灵敏度相应的绿色波长(例如近似为530纳米)。在一个实施例中，半导体激光器平台20发射频率为绿色激光束GLB的二分之一的红外激光束IRG，由此频率变换器30使红外激光束IRG的频率增加一倍，从而发射具有与人眼的最高灵敏度相应的绿色波长的绿色激光束GLB。
半导体激光器平台20还发射红外激光束IRB，由此频率变换器30发射作为红外激光束IRB的频率变换的蓝色激光束BLB，蓝色激光束BLB具有与人眼最高灵敏度相应的蓝色波长(例如近似为440纳米)。在一个实施例中，半导体激光器平台20发射频率为蓝色激光束BLB的二分之一的红外激光束IRB，由此频率变换器30使红外激光束IRB的频率增加一倍，从而发射具有与人眼的最高灵敏度相应的蓝色波长的蓝色激光束RLB。
激光束混合器30发射作为红色激光束RLB、绿色激光束GLB和蓝色激光束BLM的混合结果的投影激光束PLB(例如白色激光束)。
图4例示了包括三个红外VCSEL 21的半导体激光器平台20(图3)的一个实施例、包括三个镜31和三个光波导32(例如周期性极化的铌酸锂倍频晶体)的频率变换器30(图3)的一个实施例和包括一个镜41(例如布拉格体光栅)、三个棱镜42和一个屏蔽玻璃43的激光束混合器40的一个实施例。
工作中，红外VCSEL 21(R)发射经倍频后波长为与人眼的最高灵敏度相应的红色波长(例如近似为630纳米)的红外激光束IRR。为此，红外激光束IRR可选地由镜31(R)起偏后再由光波导32(R)倍频，从而产生具有与人眼的最高灵敏度相应的红色波长的红色激光束RLB。
红外VCSEL 21(G)发射经倍频后波长为与人眼的最高灵敏度相应的绿色波长(例如近似为530纳米)的红外激光束IRG。为此，红外激光束IRG可选地由镜31(G)起偏后再由光波导32(G)倍频，从而产生具有与人眼的最高灵敏度相应的绿色波长的绿色激光束GLB。
红外VCSEL 21(B)发射经倍频后波长为与人眼的最高灵敏度相应的蓝色波长(例如近似为440纳米)的红外激光束IRB。为此，红外激光束IRB可选地由镜31(B)起偏后再由光波导32(B)倍频，从而产生具有与人眼的最高灵敏度相应的蓝色波长的蓝色激光束BLB。
棱镜42(R)使红色激光束RLB弯向棱镜42(G)，棱镜42(G)接收红色激光束RLB并且使绿色激光束GLB弯曲，从而得到朝向棱镜42(B)的黄色激光束YLB。棱镜32(B)接收黄色激光束YLB并且使蓝色激光束BLB弯曲，从而得到白色激光束WLB形式的投影光束。
在一个实施例中，如图4所示的激光束投影仪可以按照诸如在本技术领域内已知的系统级封装(System-in-Package)技术之类的当前封装技术来封装。
以下表1列出了在墙上插头(wall-plug)效率为10％的情况下对于一些蓝波长为得到40流明的平衡白光(D65)所需的VCSEL激光功率的典型计算结果：
表1
Figure A200680048440D00071
从表1可见，可以达到每电瓦特(W)27流明左右的理论系统效率(忽略了光损耗)。这意味着实际上40流明的白光输出需要一般为2瓦的总电功率(例如电池)。
以下表2列出了在墙上插头效率为20％的情况下对于一些蓝波长为得到40流明的平衡白光(D65)所需的VCSEL激光功率的典型计算结果：
表2
从表2可见，可以达到每电瓦特54流明左右的理论系统效率(忽略了光损耗)。这意味着实际上40流明的白光输出需要一般为1瓦的总电功率(例如电池)。
以下表2列出了在墙上插头效率为20％的情况下对于一些蓝波长为得到40流明的平衡白光(D65)所需的VCSEL激光功率的典型计算结果：
表3
Figure A200680048440D00091
从表3可见，可以达到每个电瓦特80流明左右的理论系统效率(忽略了光损耗)。这意味着实际上40流明的白光输出需要一般为146毫瓦(mW)的总电功率(例如电池)。
对于预期的每种颜色30％的WPE，本发明的倍频VCSEL技术达到几乎每瓦88流明，这对于电池供电的设备是个有趣的数字。如果光学系统效率为80％(这对于使用MEMS扫描器的小型光束形成器(mini-beamer)来说是悲观的估计)，那么屏幕上80流明的光输出功率大致折合为340mW，这比不使用这些“最佳颜色”的现有激光技术低得多。电池的功耗一般是1.5瓦，功率消耗太低，以致于不需要对激光器进行主动冷却。
参见图3和4，本领域技术人员可以理解，本发明的众多优点包括但不限于提供了对可以用其他微型激光器技术(涉及眼睛灵敏度和颜色空间)产生的基色的不兼容性的解决方案，从而构成就功耗和光学安全来说是最佳的光引擎。特别是，本发明使用由一些VCSEL激光器构成的单个激光技术平台，从而得到便携式小型激光投影仪的每个基色的“最佳颜色”，对于蓝、绿、红分别为440nm、540nm、630nm，符合与颜色三角形良好的匹配、高的人眼色灵敏度和最低的光辐射剂量。可用这些基色产生的颜色空间与自然界中大多数色彩相应，足以用于所预期的便携式小型激光投影仪的便携式应用，因此将存在具有最小辐射负载的良好的颜色再现。此外，这种基于VCSEL的体系结构的墙上插头效率预期将来可达到20-30％，这比取决于颜色的在5-15％ WPE范围内的常规激光器(激光二极管或任何其他小型微激光器)要好得多。这意味着本发明的基于VCSEL的RGB光源的功耗为使用常规激光源的二分之一或三分之一。
虽然在这里所揭示的本发明的这些实施例当前认为是优选的，但在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变更和修改。本发明的范围在所附权利要求书中给出，在等效物的意义和范围内的所有变更都应包括在内。

Claims (21)

1.一种用于激光束投影仪的光引擎，所述光引擎包括：
可用于发射红外激光束的半导体激光器平台(20)；以及
可用于与半导体激光器平台(20)进行光通信的频率变换器(30)，其用来发射作为红外激光束的频率变换的基色激光束，其中所述基色激光束具有与人眼的最高灵敏度相应的基色波长。
2.权利要求1的光引擎，其中所述基色激光束为具有与人眼的最高灵敏度相应的红色波长的红色激光束。
3.权利要求2的光引擎，其中所述红色波长近似为620纳米。
4.权利要求1的光引擎，其中所述基色激光束为具有与人眼的最高灵敏度相应的绿色波长的绿色激光束。
5.权利要求4的光引擎，其中所述绿色波长近似为530纳米。
6.权利要求1的光引擎，其中所述基色激光束为具有与人眼的最高灵敏度相应的蓝色波长的蓝色激光束。
7.权利要求6的光引擎，其中所述蓝色波长近似为440纳米。
8.权利要求1的光引擎，其中所述半导体激光器平台(20)包括可用于发射红外激光束的垂直腔表面发射激光器(21)。
9.权利要求1的光引擎，其中所述频率变换器(21)包括可用于与半导体激光器平台(20)进行光通信的光波导(32)，该光波导用来使红外激光束的频率增加一倍。
10.权利要求1的光引擎，
其中所述半导体激光器平台(20)包括可用于发射红外激光束的垂直腔表面发射激光器(21)；并且
其中所述频率变换器(21)包括可用于与垂直腔表面发射激光器(21)进行光通信的光波导(32)，该光波导用来使红外激光束的频率增加一倍。
11.一种激光束投影仪，包括：
光引擎，所述光引擎包括：
可用于发射多个红外激光束的半导体激光器平台(20)；以及
可用于与半导体激光器平台(20)进行光通信的频率变换器(30)，其用来发射作为所述多个红外激光束的频率变换的多个基色激光束，其中每个基色激光束具有与人眼的最高灵敏度相应的基色波长；以及
可用于与频率变换器(30)进行光通信的激光束混合器(40)，其用来发射作为所述多个基色激光束的混合结果的投影激光束。
12.权利要求11的激光束投影仪，其中所述基色激光束中至少一个激光束是具有与人眼的最高灵敏度相应的红色波长的红色激光束。
13.权利要求12的激光束投影仪，其中所述红色波长近似为620纳米。
14.权利要求11的激光束投影仪，其中所述基色激光束中至少一个激光束是具有与人眼的最高灵敏度相应的绿色波长的绿色激光束。
15.权利要求14的激光束投影仪，其中所述绿色波长近似为530纳米。
16.权利要求11的激光束投影仪，其中所述基色激光束中至少一个激光束是具有与人眼的最高灵敏度相应的蓝色波长的蓝色激光束。
17.权利要求16的激光束投影仪，其中所述蓝色波长近似为440纳米。
18.权利要求11的激光束投影仪，其中所述半导体激光器平台(20)包括可用于发射第一红外激光束的垂直腔表面发射激光器(21)。
19.权利要求11的激光束投影仪，其中所述频率变换器(21)包括可用于与半导体激光器平台(20)进行光通信的光波导(32)，该光波导用来使第一红外激光束的频率增加一倍。
20.权利要求11的激光束投影仪，
其中所述半导体激光器平台(20)包括可用于发射第一红外激光束的垂直腔表面发射激光器(21)；并且
其中所述频率变换器(21)包括可用于与垂直腔表面发射激光器(21)进行光通信的光波导(32)，该光波导用来使第一红外激光束的频率增加一倍。
21.权利要求11的激光束投影仪，其中所述基色激光束混合器(40)包括多个在光学上对准成使这些基色激光束混合的棱镜(42)。
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