CN101587284A - 一种激光投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光投影系统，该投影系统利用其应用环境中所固有的运动，实现了激光投影过程中的消相干，省去了传统激光投影系统中的消相干装置。使得投影系统的结构更加紧凑，性能更加稳定，提高了投影系统中激光的利用效率，同时降低了系统成本。并且由于本发明采用激光光源，所以大大提高了系统使用寿命，得到的投影图像色域更宽、色彩更鲜艳。

Description

一种激光投影系统

技术领域

本发明涉及一种投影系统，具体涉及一种激光投影系统。

背景技术

地铁是现代城市中必不可少的交通工具，它安全、准时、快速的优点极大地便捷了人们的出行。日常生活中，为了将地铁隧道两边的空间有效利用起来播放广告、公益短片等，有人提出利用电影放映原理，通过动画的方式利用灯箱或LED屏幕形成的若干幅图画来实现动态显示。上述方法的缺点是对列车行驶速度有限制；耗电量大，增加地铁隧道内的火灾隐患；成本高昂，不方便进行维护；没有同期声配合画面的显示，宣传效果不够立体。

针对上述技术不足，还有人提出在地铁列车上安装LCD投影仪或DLP投影仪，将画面投射到隧道侧壁墙面上实现影像的播放。专利号为ZL200520024198.3的实用新型专利提出在列车顶部安装投影装置，将画面投射到隧道侧壁的屏幕上并在列车内配有同期声。这样虽然解决了画面效果受列车速度影响、安全隐患大以及宣传效果不立体的问题，但是这两种投影装置使用灯泡为光源，有以下缺点：一是会产生大量废热，需要良好的散热装置帮助散热且光路不封闭造成进灰严重需时常清理，这样增加了系统复杂性和维护的难度，降低了系统可靠性；二是为防止灯泡因列车震动而损坏，需要为投影仪整机加装减震垫，增加了安装的复杂程度；三是灯泡寿命较短，一般为5000小时，实际工作3000小时即可感觉到明显的亮度衰减。此外，以灯泡为光源的投影仪投影图象色域不宽，色饱和度也不高。

发明内容

因此，本发明为了解决上述技术不足，提出一种用于运动物体的激光投影系统。

本发明提供一种投影系统，包括，

激光投影装置，用于产生投影图像；

屏幕，用于接收并显示所述投影图像；

其中，所述激光投影装置与所述屏幕之间保持相对运动，并且所述激

光投影装置将所述投影图像投影在所述屏幕上。

上述的投影系统，其中，所述激光投影装置不包括消相干装置。

上述的投影系统，其中，所述相对运动为相对的定向长程运动。

上述的投影系统，其中，所述相对运动是指所述激光投影装置相对于固定的屏幕发生平行于屏幕表面的定向的长程运动。

上述的投影系统，其中，所述相对运动为相对的定向长程运动与非定向短程运动组成的合运动。

上述的投影系统，其中，所述相对运动是指所述激光投影装置相对于固定的屏幕发生平行于屏幕表面的定向的长程运动和激光投影装置自身发生的短程的随机振动。

上述的投影系统，所述激光投影装置设置在地铁列车上，所述屏幕设置在地铁隧道侧壁上或隧道侧壁与地铁轨道之间，并沿平行于地铁轨道方向延伸。

上述的投影系统，所述激光投影装置设置在汽车或火车上，所述屏幕为山体隧道、过江隧道或海底隧道的侧壁。

上述的投影系统，所述激光投影装置置于所述车辆(地铁列车或汽车或火车)的顶部外侧或顶部内侧或底部内侧。

上述的投影系统，所述屏幕为表面均匀粗糙化的朗伯漫反射体。

上述的投影系统，所述激光投影装置的开启和关闭由列车员控制或由列车内电脑自动控制。

采用以上技术方案的有益效果有：

1.无需另设消相干装置，减少了整机的部件，提高了激光光源的利用率，降低了能耗，提高了系统可靠性，降低了制造成本和维护成本，有助于减小整机体积。

2.比一般的投影系统寿命更长，激光投影系统整机寿命取决于三基色激光器的寿命，一般可达到5～10万小时；

3.激光投影系统色彩比采用灯泡作光源的投影系统更逼真更鲜艳，影像效果更佳；

4.与采用灯泡作光源的投影系统相比，更便于安装，维护也更方便。

附图说明

图1为普通的投影系统中散斑产生的原理示意图；

图2为将本发明的投影系统中的激光投影装置置于地铁列车顶部外侧的示意图；

图3为将本发明的投影系统用于汽车或火车行驶于隧道的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明装置的工作原理作一详细说明。

图1为普通的激光投影系统中的散斑形成的原理示意图。光束102和光束103为激光投影装置101发出的投影光中相隔较近的两束子光束，光束102和光束103为相干光，当激光投影装置101和屏幕104保持相对静止时，光束102和光束103经过屏幕粗糙表面某点反射后在屏幕前附近空间某点A发生干涉，如果在点A发生相长干涉，此时人眼看到点A为一亮点，如果在点A发生相消干涉，此时人眼看到点A为一暗点，同理，激光投影装置101发出的投影光中其他很多束相近的子光束在屏幕104表面发生漫反射后，也在屏幕前附近的空间发生相长或相消干涉，这些相长或相消干涉的点连成一片就形成亮暗无规分布的散斑图案，并为人眼所见。在激光显示领域中，由于激光的相干性，激光散斑非常影响画面质量，一直是困扰人们的一个难题。所以通常在激光投影装置中，为了抑制或者消除激光散斑，消相干装置必不可少。

但是，当激光投影装置相对于屏幕发生相对运动特别是两者之间发生平行于屏幕表面的定向长程运动时(本技术领域人员应当理解，所述平行仅描述运动方向，并非几何上的严格平行)，投影光束所对应的投影区域的屏幕粗糙表面的形状在不断变化，造成上述的投影子光束102和103发生干涉的点A的位置也在随机变化，从而大量干涉所形成的激光散斑图案也随之不断变化，由于视觉暂留效应，人眼看到的是散斑在一段时间内的叠加图像，散斑图案的亮点暗点随机叠加后平均了整个画面的亮度，给观察者带来的直观感受是散斑现象很轻微或感觉不到散斑。这种方法虽然没有消除激光的时间相干性和空间相干性，但是其达到的效果与采用单独消相干装置消除激光相干性没有差别。

基于上述原理，本发明提供一种用于运动物体的激光投影系统。本发明的投影系统包括激光投影装置和屏幕，其中激光投影装置中未设置消相干装置，其投射到屏幕上的投影光为相干光，屏幕采用粗糙的朗伯漫反射体。本发明的激光投影装置安装在运动物体(例如地铁列车)上，屏幕设置在运动物体的一侧。当运动物体运动时，带动激光投影装置相对于屏幕发生运动(定向的长程运动)，使得投影光束所照射的屏幕粗糙表面的形状不断快速变化，基于上述消散斑的原理，观察者此时看到减弱的散斑或看不到散斑。此外，定向长程的运动还不可避免地会带来运动物体以及激光投影装置的随机振动(非定向的短程运动)，使得屏幕与激光投影装置之间的距离随机变化，从而加剧了散斑的变化，使得消散斑效果更好。

与传统的采用单独消相干装置的激光投影系统相比，本发明的激光投影系统省去消相干装置的意义在于：由于激光投影系统所使用的激光器要求高输出功率(大于等于1W)，如果利用效率不高，需要进一步提高其原始输出功率，会在技术上引入很大困难，同时还会引入散热困难、光束质量变差等一系列问题。本发明由于减少了整机的部件，从而减少了对激光的损耗，提高了对激光的利用效率，降低了能耗，降低了制造成本和维护成本，同时有利于提高系统可靠性，有助于减小整机体积，所有这些都有助于普及激光投影系统在列车上的应用。

此外，本发明的激光光源优选采用波长为635nm、532nm和457nm的三基色激光光源，其围成的色域三角形面积占人眼色域面积的80.3％，为采用灯泡作光源的投影装置的2倍多，另外激光光谱为线谱，灯泡光谱为带谱，激光投影装置的投影图像色饱和度更高，以上两点使得激光投影装置投射的影像实际效果比采用灯泡作光源的投影装置更逼真、更鲜艳。另外激光投影装置的寿命取决于三基色激光光源寿命，一般来讲三基色激光光源的平均无故障运行时间为5～10万小时，比灯泡的5000小时寿命高出10倍以上。当然本发明的激光投影系统还可以采用单基色激光光源或多基色激光光源作为光源，而不仅限于三基色激光光源。

下面说明本发明的具体应用的例子。

实施例1：

图2为将本发明的激光投影装置安装于地铁列车顶部外侧的实施例示意图。屏幕204安装在地铁轨道两侧与车窗202大体等高的位置上并沿地铁轨道延伸(屏幕204还可以直接设置在地铁隧道侧壁上)，激光投影装置201中未设置消相干装置，其将投影光203投射到屏幕204上，所投影的内容经过屏幕204漫反射后通过车窗202进入乘客的眼睛。通过将激光投影装置201安装到列车上，利用列车的行进造成的屏幕粗糙表面形状的变化减弱甚至消除了激光投影过程中产生的散斑(其原理与图1中所示的原理相同)，此外，在列车向前行驶的过程中，不可避免会产生沿空间各个方向的随机振动，这种随机振动也带动列车上的激光投影装置发生振幅很小的随机振动(非定向的短程运动)，使得屏幕与激光投影装置之间的距离随机地瞬变，从而加剧了上述散斑图案的变化，使得消散斑效果进一步优化。

为保证投影效果，屏幕204优选采用白色且表面均匀粗糙化的朗伯漫反射体，投影画面宽度应略比屏幕小一些，以使投影画面的边缘不至于因车辆的上下振动溢出屏幕204的边缘。车厢内部配有同期声。列车进站和出站时，由列车员控制或由列车内电脑自动控制激光投影装置201的开启或关闭，以防止投影光203入射到站台乘客的眼睛里。该开启和关闭动作可以是给投影镜头加盖开盖或者开启关闭激光投影装置201的电源。所述激光投影装置201还可以置于所述地铁列车顶部内侧或底部内侧。

实施例2：

图3为将本发明的投影系统用于汽车或火车行驶于隧道的示意图。其中所述激光投影装置置于汽车或火车列车上，所述隧道为山体隧道、过江隧道或海底隧道。激光投影装置301中未设置消相干装置，其置于车辆顶部内侧，投影装置301的镜头外露，屏幕304安装在隧道侧壁上两侧与车窗302大体等高的位置上并沿隧道延伸(屏幕304还可以是粉刷过的隧道侧壁)，激光投影装置301将投影光303投射到屏幕304上，所投影的内容经过屏幕304漫反射后通过车窗302进入乘客的眼睛。本实施例所述方法尤其适合在旅游团乘坐旅游车出行时，车辆经过隧道的短暂空白时间播放旅游景点短片来辅助导游的介绍。

本实施例中激光投影装置301的开关控制以及消散斑原理与实施例1相同，此处不再做重复说明。

在本实施例中，所述激光投影装置301还可以置于所述汽车或列车顶部外侧或底部内侧。

在上面的实施例中屏幕优选为朗伯漫反射体，但实际上并不一定是严格意义上的表面均匀粗糙化的朗伯漫反射体，只要是具有一定的粗糙度，能够显示出投影图像的漫反射体即可。例如，还可以是白色幕布或粉刷过的隧道墙体。

虽然本发明的激光投影系统主要用于车辆在隧道内行驶时产生投影，但是实际上，本发明的激光投影系统可以用于任何在激光投影装置和屏幕之间发生相对运动的场合，例如用于旋转的舞台上固定的投影仪向地面或四周的墙面投影的场合。

另外，虽然在上面的例子中，均采用两个激光投影装置，分别向列车两侧的屏幕投影。作为特例，也可以仅在车辆某一侧安装激光投影装置和屏幕。但在实际应用中，还可以只设置一个激光投影装置达到两侧屏幕同时显示画面的效果，例如利用分光镜或其它方式将激光图像分别向两侧的屏幕投影。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种投影系统，包括，

激光投影装置，用于产生投影图像；

屏幕，用于接收并显示所述投影图像；

其中，所述激光投影装置与所述屏幕之间保持相对运动，并且所述激光投影装置将所述投影图像投影在所述屏幕上。

2.如权利要求1所述的投影系统，其中，所述激光投影装置不包括消相干装置。

3.如权利要求1或2所述的投影系统，其中，所述相对运动为相对的定向长程运动。

4.如权利要求3所述的投影系统，其中，所述相对运动是指所述激光投影装置相对于固定的屏幕发生平行于屏幕表面的定向的长程运动。

5.如权利要求1或2所述的投影系统，其中，所述相对运动为相对的定向长程运动与非定向短程运动组成的合运动。

6.如权利要求5所述的投影系统，其中，所述相对运动是指所述激光投影装置相对于固定的屏幕发生平行于屏幕表面的定向的长程运动和激光投影装置自身发生的短程的随机振动。

7.如权利要求1-6之一所述的投影系统，所述激光投影装置设置在地铁列车上，所述屏幕设置在地铁隧道侧壁上或隧道侧壁与地铁轨道之间，并沿平行于地铁轨道方向延伸。

8.如权利要求1-6之一所述的投影系统，所述激光投影装置设置在汽车或火车上，所述屏幕为山体隧道、过江隧道或海底隧道的侧壁。

9.如权利要求7或8所述的投影系统，所述激光投影装置置于所述地铁列车或汽车或火车的顶部外侧或顶部内侧或底部内侧。

10.如权利要求1-9之一所述的投影系统，所述屏幕为表面均匀粗糙化的朗伯漫反射体。

11.如权利要求1-10之一所述的投影系统，所述激光投影装置的开启和关闭由列车员控制或由列车内电脑自动控制。

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