CN101505389B - 激光投影显示装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光投影显示装置及实现方法。其中，该显示装置包括：图像信号处理单元，用于接收并处理输入的图像信号，输出图像信号中三基色的亮度、对应于图像显示的行同步电压和场同步电压；光源单元，控制输出强度与所述图像信号中三基色的亮度成正比的三色激光；光束扫描单元，使所述光源单元发出的三色激光束在水平方向和垂直方向扫描移动，且移动速度和所述光源单元提供的水平同步信号以及垂直同步信号同步，使得经过水平方向和垂直方向扫描的三色光束投影到屏幕、墙壁或水幕上形成图像。本发明符合显示潮流的发展趋势，具有体积小、功耗小、成像色彩鲜明、成像景深远、成像宽高比和尺寸可调等诸多优点。

Description

激光投影显示装置及实现方法

技术领域

本发明涉及投影显示技术，尤其是涉及一种激光投影显示装置及实现方法。

背景技术

按工作原理进行分类，当前的平面显示器主要分为两大类：一类是电子枪扫描，逐点显示图像，主要产品为阴极射线管(CRT)及其衍生显示设备；另一类是光学阵列显示，图像直接输出到二维阵列并通过某种方式同时显示所有图像点，主要产品包括液晶背面显示(Liquid Crystal Display，LCD)、等离子体背面显示(Plasma Display Panel，PDP)、发光管阵列显示(LED Matrix Display，LMD)、液晶投影显示(LCD Projector)、数字微镜投影显示(Digital Micro-mirror Device，DMD)等。

上述显示设备体积较大，生产工艺复杂，且能源的利用效率较低。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种激光投影显示装置及实现方法，通过使用激光光源进行成像投影，从而获得一种新的投影显示方式。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种激光投影显示装置，其包括：

图像处理单元，处理输入的图像信号，输出为图像信号中各像点的三基色的亮度和对应于图像信号显示的行同步电压和场同步电压；

光源单元，控制输出强度与所述图像信号中三基色的亮度成正比的三色激光，并使三色激光合成到同一束光；

光束扫描单元，分别以行同步电压和场同步电压为控制电压，驱动水平扫描镜和垂直扫描镜转动，使所述光源单元发出的三色激光束在水平方向和垂直方向分别在水平扫描镜和垂直扫描镜之上扫描移动，且移动速度和三色激光的亮度调制同步使得经过水平方向和垂直方向扫描的三色光束投影到屏幕、墙壁或水幕上形成图像。

优选的，所述光源单元包括：

红绿蓝激光产生单元，分别发射红绿蓝三种颜色的激光束；

多色光的合路器，将所述产生单元发出的三色激光合成一路传输。

优选的，所述红绿蓝激光产生单元包括：

分别发射红绿蓝三种颜色的激光束的三个激光器；

激光准直器，分别将红绿蓝三种颜色的激光束整形为平行或基本平行的激光束；

激光调制单元，用于改变激光束的亮度并输出激光束。

优选的，所述激光器包括红色半导体激光器、蓝色半导体激光器和绿色激光泵浦固体激光器；

所述激光调制单元包括两种调制方式：对红色半导体激光器和蓝色半导体激光器采用改变驱动电流的内调制方式来改变输出激光的亮度；对绿色激光泵浦固体激光器采用声光调制来改变输出激光的亮度。

优选的，所述多色光的合路器包括多块二向色滤光片，所述二向色滤光片透射选定颜色的光，同时反射其他颜色的光。

优选的，所述多色光的合路器包括光色散器件，所述光色散器件改变入射到其上的光的传播方向，且不同颜色的光被改变的传播角度不同；

所述光色散器件为光色散棱镜或光色散光栅。

优选的，所述光束扫描单元包括：

由所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜组成的扫描镜，且水平扫描镜和垂直扫描镜分别沿水平方向和垂直方向旋转，三色激光束分别入射到水平扫描镜和垂直扫描镜，使得最终被反射的光束的出射角度同时沿水平方向和垂直方向旋转；

驱动所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜转动的电机单元。电机单元包含两个分别对应水平扫描和垂直扫描的电机，或者只包含一个电机提供垂直扫描以及变速机构提供水平扫描；

以行同步电压和场同步电压为控制电压，产生控制信号控制所述电机的转角的控制单元。

优选的，所述水平扫描镜设置在一个具有对称多侧面扁平柱体的每个侧面上，且该对称多侧面扁平柱体由所述电机单元驱动；入射光束的位置固定而所述水平扫描镜随着该对称多侧面扁平柱体旋转，当入射光束从一个侧面的一端移动到该另一端时，由所述水平扫描镜反射出去的光束从一个水平角度移动到另一个水平角度。

优选的，所述垂直扫描镜装设置在另一个具有对称多侧面扁平柱体的每个侧面上，且该对称多侧面扁平柱体由所述电机单元驱动；入射光束的位置固定而所述垂直扫描镜随着该对称多侧面扁平柱体旋转，当入射光束从一个侧面上的一端移动到另一端时，反射出去的光束从一个垂直角度移动到另一个垂直角度。

另外，所述光束扫描单元还包括：用于检测带动所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜转动的两个所述对称多侧面扁平柱体的转角的传感器，将检测结果反馈至所述控制单元，通过反馈控制实现扫描镜的转动与所述图像信号同步。

优选的，所述电机单元由所述控制单元实现同步，且通过所述控制单元调整所述。电机单元中含两电机时，两个电机的转速比可以调整以得到不同宽高比的投影图像。

优选的，所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜是分别通过在两个所述对称多侧面扁平柱体的各个侧面都镀上形成反射镜的反射膜而构成。

优选的，所述输入的图像信号为来自计算机输出的显示信号；其中，计算机的显示输出为VGA或VGA兼容的模拟模式，且根据预设的刷新频率输出各像素点红绿蓝三种颜色的模拟图像信号，以及水平同步信号和垂直同步信号。

优选的，所述输入的图像信号为来自计算机输出的显示信号，其中，计算机的显示输出为DVI或DVI兼容的数字模式，且根据预设的刷新频率输出各像素点红绿蓝三种颜色的数字图像信号，以及水平同步信号和垂直同步信号；由所述图像处理单元将数字图像信号转换为模拟信号，并提供给所述光源单元以控制红绿蓝三种颜色激光的亮度。

优选的，所述输入的图像信号为来自手持电子设备的显示信号，其中，该手持电子设备的显示输出为模拟或数字模式，根据预设的刷新频率输出各像素点红绿蓝三种颜色的图像信号，以及水平同步信号和垂直同步信号；由所述图像处理单元将数字图像信号转换为模拟信号，并提供给所述光源单元。

优选的，所述图像处理单元包括：

产生对应于图像信号中视频显示的行同步电压和场同步电压的行场同步电压产生电路；

从图像信号提取三基色亮度信息的RGB亮度提取电路。

优选的，所述输入的图像信号为电视信号；所述图像处理单元包括：

接收并对输入的电视信号进行解调和解码处理的解调解码电路；

产生对应于电视信号中视频显示的行同步电压和场同步电压的行场同步电压产生电路；

输出音频信号的多通道声音输出接口；

从所述解调解码电路输出的视频信号提取三基色亮度信息的RGB亮度提取电路。

另外，本发明还公开一种激光投影显示的实现方法，其包括：

处理输入的图像信号，输出图像信号中三基色的亮度和对应于图像信号显示的行同步电压和场同步电压；

通过调制驱动电流，控制分别输出强度与所述视频信号中三基色的亮度成正比的三色激光，并使三色激光合成到同一束光；；

分别以行同步电压和场同步电压为控制电压，由电机单元分别驱动水平扫描镜和垂直扫描镜转动，使三色激光束在水平方向和垂直方向分别在水平扫描镜和垂直扫描镜之上扫描移动，且移动速度和三色激光的亮度调制同步使得经过水平方向和垂直方向扫描的三色光束投影到屏幕、墙壁或水幕上形成图像。

优选的，本方法还包括：检测所述电机的转角，通过反馈控制实现所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜的转动与所述图像信号同步。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过使用激光光源进行成像投影，可直接在外部的墙壁、屏幕或者水幕上成像，方便实用。

2、体积小。传统显示设备里需要采用热光源、成像透镜、真空电子管、大屏幕这些器件中的部分或全部，受限于种种因素，这些器件的体积都无法缩小，相应的成像设备也就体积庞大了。本发明提出的激光投影成像设备不需要任何这种器件，直接在外部的墙壁或屏幕上成像，成像设备只有拳头大小；

3、功耗小。由于激光的发散角小，利用效率远高于热光源以及荧光，室内显示所需总功率只有几瓦，且随着激光制作技术的发展，所需功率还能继续下降。

4、投影成像色彩鲜明。色纯度超过NTSC标准一倍，而且没有传统光源的紫外线，使得眼睛看画面的时候很放松，远优于目前任何其他显示方式。

5、成像景深远。由于是由激光点直接构成像点，而激光点在数米甚至数十米外才有明显发射现象，成像景深至少有数米，远高于普通成像设备数厘米的景深；且激光投影成像无需对焦，而且即使成像表面不平，一样能得到清晰的图像。

6、生产工艺相对简单，不需真空环境，成本低廉。

7、投影成像的尺寸、宽高比以及显示位置都可以方便地调整，适用于更多的播放场合以及更多的图像视频格式。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中输入为电视信号时的较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

激光扫描显示的研究自上世纪80年代即已进行，但当时激光色彩品种贫乏，彩色显示的成本过高，故激光扫描显示技术发展缓慢。而近年来激光器发展迅速，彩色显示所需的红蓝绿三种颜色的激光器可靠性大为提高，同时成本也稳步下降，基于这类激光光源的彩色激光投影显示性价比高于现有的显示技术，市场竞争力很强。

鉴于激光扫描显示通过逐点扫描激光点的方式显示平面图像，结合扫描显示和光学显示的优点，具有体积小、能耗低、生产工艺也相对简单的优点，且成像质量甚高，极可能成为下一代显示设备中的主力。

因此，本发明提出一种通过使用激光光源进行成像投影的激光投影显示装置，以符合显示潮流的发展趋势。

如图1所示，本发明大致包括三部分：图像信号处理单元10、光源单元20和光束扫描单元30。

图像信号处理单元10接收并对输入的图像信号(为计算机显示信号或手持电子设备的显示信号或电视信号)进行处理，输出三基色亮度信息，以及行同步和场同步信号。

光源单元20主用实现包括红绿蓝三色激光的调制与合路。红光和蓝光光源采用半导体激光器，直接调制驱动电流使得输出激光的强度和电视信号中相应颜色成分的亮度成正比；绿色光源采用激光泵浦固体激光器，采用外部调制器使得输出激光的强度和电视信号中绿色成分的亮度成正比。

具体来说，光源单元20包括：激光调制电路210、红绿蓝激光产生单元220和合路器230；由所述激光调制电路210控制所述红绿蓝激光产生单元220分别输出强度与所述视频信号中三基色的亮度成正比的三色激光；由合路器230将三色激光合成一路传输，减少了合路损耗。

其中，合路器230包括多块二向色滤光片，所述二向色滤光片透射选定颜色的光，同时反射其他颜色的光；或者，合路器230包括光色散器件，所述光色散器件改变入射到其上的光的传播方向，且不同颜色的光被改变的传播角度不同；所述光色散器件为光色散棱镜或光色散光栅。

另外，所述红绿蓝激光产生单元220包括：分别发射红绿蓝三种颜色的激光束的三个激光器；激光准直器，分别将红绿蓝三种颜色的激光束整形为平行或基本平行的激光束；激光调制单元，用于改变激光束的亮度并输出激光束。

另外，光束扫描单元30使所述光源单元发出的三色激光束在水平方向和垂直方向扫描移动，且移动速度和三色激光的亮度调制同步使得经过水平方向和垂直方向扫描的三色光束投影到屏幕、墙壁或水幕上形成图像。

具体来说，光束扫描单元30包括：由所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜组成的扫描镜340；驱动所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜转动的电机单元320；以行同步电压和场同步电压为控制电压，产生控制信号控制所述电机单元320的转角的控制单元310；检测所述电机320的转角并反馈至所述控制单元310，通过反馈控制实现扫描镜的转动与所述视频信号同步的感应器330。

并且，所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜分别设置于两个对称多侧面扁平柱体之上，且该对称多侧面扁平柱体的各个侧面都镀成镜面形成反射镜的反射膜。当对称多侧面扁平柱体旋转时，各个侧面上形成的反射镜随之发生偏转，射到反射镜上的激光光束被反射出去的角度也跟着改变，从而实现光束的扫描，发射出去的光线形成图像可直接投影到幕布或墙壁上。

结合图2所示，当输入为电视信号时，本发明所述的图像信号处理单元10包括一些具体的信号处理电路。

图像信号处理单元10保留传统电视机中接收和处理电视信号的部分，但扫描电压的生成和高压放大，电子枪以及控制，显像管等部分都不再需要。近年来很多半导体厂家开发了电视信号接收处理的专用芯片，具有体积小和低功耗就能实现所需功能，因此，本方案中将采用这种芯片。具体来说，图像信号处理单元10包括：接收并对输入的电视信号进行解调和解码处理的解调解码电路110；产生对应于电视信号中视频显示的行同步电压和场同步电压的行场同步电压产生电路130；输出音频信号的多通道声音输出接口120；以及将音频信号放大输出的喇叭121，其当多通道声音输出接口120接外接喇叭时，该内置的喇叭121会自动被屏蔽；从所述解调解码电路输出的视频信号提取三基色亮度信息的RGB亮度提取电路140。

综上，本发明通过使用激光光源进行成像投影，可直接在外部的墙壁、屏幕或水幕上成像，方便实用。

Claims (23)

1.一种激光投影显示装置，其特征在于，包括：

图像处理单元(10)，处理输入的图像信号，输出为图像信号中各像点的三基色的亮度和对应于图像信号显示的行同步电压和场同步电压；

光源单元(20)，控制输出强度与所述图像信号中三基色的亮度成正比的三色激光，并使三色激光合成到同一束光；

光束扫描单元(30)，分别以行同步电压和场同步电压为控制电压，驱动水平扫描镜和垂直扫描镜转动，使所述光源单元(20)发出的三色激光束在水平方向和垂直方向分别在水平扫描镜和垂直扫描镜之上扫描移动，且移动速度和三色激光的亮度调制同步使得经过水平方向和垂直方向扫描的三色光束投影到屏幕、墙壁或水幕上形成图像。

2.根据权利要求1所述激光投影显示装置，其特征在于，所述光源单元(20)包括：

红绿蓝激光产生单元(220)，分别发射红绿蓝三种颜色的激光束；

多色光的合路器(230)，将所述产生单元(220)发出的三色激光合成一路传输。

3.根据权利要求2所述激光投影显示装置，其特征在于，所述红绿蓝激光产生单元(220)包括：

分别发射红绿蓝三种颜色的激光束的三个激光器；

激光准直器，分别将红绿蓝三种颜色的激光束整形为平行或基本平行的激光束；

激光调制单元，用于改变激光束的亮度并输出激光束。

4.根据权利要求3所述激光投影显示装置，其特征在于，所述激光器包括红色半导体激光器、蓝色半导体激光器和绿色激光泵浦固体激光器；

所述激光调制单元包括两种调制方式：对红色半导体激光器和蓝色半导体激光器采用改变驱动电流的内调制方式来改变输出激光的亮度；对绿色激光泵浦固体激光器采用声光调制来改变输出激光的亮度。

5.根据权利要求2所述激光投影显示装置，其特征在于，所述多色光的合路器(230)包括多块二向色滤光片，所述二向色滤光片透射选定颜色的光，同时反射其他颜色的光。

6.根据权利要求2所述激光投影显示装置，其特征在于，所述多色光的合路器(230)包括光色散器件，所述光色散器件改变入射到其上的光的传播方向，且不同颜色的光被改变的传播角度不同；

所述光色散器件为光色散棱镜或光色散光栅。

7.根据权利要求1所述激光投影显示装置，其特征在于，所述光束扫描单元(30)包括：

由所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜组成的扫描镜(340)，且水平扫描镜和垂直扫描镜分别沿水平方向和垂直方向旋转，三色激光束分别入射到水平扫描镜和垂直扫描镜，使得最终被反射的光束的出射角度同时沿水平方向和垂直方向旋转；

驱动所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜转动的电机单元(320)。电机单元包含两个分别对应水平扫描和垂直扫描的电机，或者只包含一个电机提供垂直扫描以及变速机构提供水平扫描；

以行同步电压和场同步电压为控制电压，产生控制信号控制所述电机单元(320)的转角的控制单元(310)。

8.根据权利要求7所述激光投影显示装置，其特征在于，所述水平扫描镜设置在一个具有对称多侧面扁平柱体的每个侧面上，且该对称多侧面扁平柱体由所述电机单元(320)驱动；入射光束的位置固定而所述水平扫描镜随着该对称多侧面扁平柱体旋转，当入射光束从一个侧面的一端移动到该另一端时，由所述水平扫描镜反射出去的光束从一个水平角度移动到另一个水平角度。

9.根据权利要求8所述激光投影显示装置，其特征在于，所述垂直扫描镜装设置在另一个具有对称多侧面扁平柱体的每个侧面上，且该对称多侧面扁平柱体由所述电机单元(320)驱动；入射光束的位置固定而所述垂直扫描镜随着该对称多侧面扁平柱体旋转，当入射光束从一个侧面上的一端移动到另一端时，反射出去的光束从一个垂直角度移动到另一个垂直角度。

10.根据权利要求9所述激光投影显示装置，其特征在于，所述光束扫描单元(30)还包括：用于检测带动所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜转动的两个所述对称多侧面扁平柱体的转角的传感器(330)，将检测结果反馈至所述控制单元(310)，通过反馈控制实现扫描镜(340)的转动与所述图像信号同步。

11.根据权利要求7所述激光投影显示装置，其特征在于，所述电机单元(320)由所述控制单元(310)实现同步，且通过所述控制单元(310)调整所述转速。电机单元(320)中含两电机时，两个电机的转速比可以调整以得到不同宽高比的投影图像。

12.根据权利要求1至11任何一项所述激光投影显示装置，其特征在于，所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜是分别通过在两个所述对称多侧面扁平柱体的各个侧面都镀上形成反射镜的反射膜而构成。

13.根据权利要求1所述激光投影显示装置，其特征在于，所述输入的图像信号为来自计算机输出的显示信号；其中，计算机的显示输出为VGA或VGA兼容的模拟模式，且根据预设的刷新频率输出各像素点红绿蓝三种颜色的模拟图像信号，以及水平同步信号和垂直同步信号。

14.根据权利要求1所述激光投影显示装置，其特征在于，所述输入的图像信号为来自计算机输出的显示信号，其中，计算机的显示输出为DVI或DVI兼容的数字模式，且根据预设的刷新频率输出各像素点红绿蓝三种颜色的数字图像信号，以及水平同步信号和垂直同步信号；由所述图像处理单元(10)将数字图像信号转换为模拟信号，并提供给所述光源单元(20)以控制红绿蓝三种颜色激光的亮度。

15.根据权利要求1所述激光投影显示装置，其特征在于，所述输入的图像信号为来自手持电子设备的显示信号，其中，该手持电子设备的显示输出为模拟或数字模式，根据预设的刷新频率输出各像素点红绿蓝三种颜色的图像信号，以及水平同步信号和垂直同步信号；由所述图像处理单元(10)将数字图像信号转换为模拟信号，并提供给所述光源单元(20)。

16.根据权利要求13或14或15所述激光投影显示装置，其特征在于，所述图像处理单元(10)包括：

产生对应于图像信号中视频显示的行同步电压和场同步电压的行场同步电压产生电路(130)；

从图像信号提取三基色亮度信息的RGB亮度提取电路(140)。

17.根据权利要求1所述激光投影显示装置，其特征在于，所述输入的图像信号为电视信号。

18.根据权利要求17所述激光投影显示装置，其特征在于，所述图像处理单元(10)包括：

接收并对输入的电视信号进行解调和解码处理的解调解码电路(110)；

产生对应于电视信号中视频显示的行同步电压和场同步电压的行场同步电压产生电路(130)；

输出音频信号的多通道声音输出接口(120)；

从所述解调解码电路(110)输出的视频信号提取三基色亮度信息的RGB亮度提取电路(140)。

19.一种激光投影显示的实现方法，其特征在于，包括：

处理输入的图像信号，输出图像信号中三基色的亮度和对应于图像信号显示的行同步电压和场同步电压；

通过调制驱动电流，控制分别输出强度与所述视频信号中三基色的亮度成正比的三色激光，并使三色激光合成到同一束光；；

分别以行同步电压和场同步电压为控制电压，由电机单元分别驱动水平扫描镜和垂直扫描镜转动，使三色激光束在水平方向和垂直方向分别在水平扫描镜和垂直扫描镜之上扫描移动，且移动速度和三色激光的亮度调制同步使得经过水平方向和垂直方向扫描的三色光束投影到屏幕、墙壁或水幕上形成图像。

20.根据权利要求19所述激光投影显示的实现方法，其特征在于，还包括：检测所述组电机的转角，通过反馈控制实现所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜的转动与所述图像信号同步。

21.根据权利要求19所述激光投影显示的实现方法，其特征在于，所述水平扫描镜装设置在一个具有对称多侧面扁平柱体的每个侧面上，且该对称多侧面扁平柱体由所述电机单元驱动；入射光束的位置固定而所述水平扫描镜随着该对称多侧面扁平柱体旋转，当入射光束从一个侧面上的一端移动到另一端时，反射出去的光束从一个水平角度移动到另一个水平角度。

22.根据权利要求21所述激光投影显示的实现方法，其特征在于，所述垂直扫描镜装设置在另一个具有对称多侧面扁平柱体的每个侧面上，且该对称多侧面扁平柱体由所述电机单元驱动；入射光束的位置固定而所述垂直扫描镜随着该对称多侧面扁平柱体旋转，当入射光束从一个侧面上的一端移动到另一端时，反射出去的光束从一个垂直角度移动到另一个垂直角度。

23.根据权利要求19至22任何一项所述激光投影显示的实现方法，其特征在于，所述水平扫描镜和所述垂直扫描镜是分别通过在两个所述对称多侧面扁平柱体的各个侧面都镀上形成反射镜的反射膜而构成。

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