CN101598855A

CN101598855A - 激光投影成像系统

Info

Publication number: CN101598855A
Application number: CNA2008100676199A
Authority: CN
Inventors: 李方红; 汤波
Original assignee: KECHAUNG DIGITAL-DISPLAY TECHNOLOGY Co Ltd SHENZHEN
Current assignee: KECHAUNG DIGITAL-DISPLAY TECHNOLOGY Co Ltd SHENZHEN
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-09

Abstract

一种激光投影成像系统，包括：用于生成红绿蓝三色激光的三个激光光源、用于将激光投影至物体表面的投影系统、及设于激光的传播路径中分别与三个激光光源对应设置的三个可旋转的光锲、均光照明系统、三个PBS棱镜、分别与三个PBS棱镜对应设置的三个成像器件及设于三个PBS棱镜之间的一合光棱镜；三个激光光源发出的红绿蓝三色激光，分别经过与其对应的光锲、均光照明系统，再经过PBS棱镜反射到成像器件，从成像器件反射回来后透过PBS棱镜，再同时通过合光棱镜的结合发射到投影系统，并通过投影系统投射出去。本发明使用激光做投影显示的光源，具有色域广、结构简单等特点；且采用旋转的光锲，有效解决了激光干涉产生的图像斑点问题。

Description

激光投影成像系统

技术领域

本发明涉及一种使用激光作为光源的LCOS((Liquid Crystal On Silicon液晶覆硅)光学成像系统，特别涉及一种背投影电视的光学引擎。

背景技术

目前使用的投影机通常使用UHP(Ultra High Performance)灯作为光源。参阅图1，这种系统包括灯源100、紫外和红外滤光片110、偏振转换系统120、均光照明系统3、PBS棱镜4((偏振分光棱镜)、成像器件5、合光棱镜6、以及投影系统7。在该系统中，需要使用多个分光镜130或反光镜140将红绿蓝光分开以分别照射到红绿蓝成像器件上，且UHP灯的光谱需采用各种滤光片及偏振转换系统进行调整以达到理想的色坐标和色域，另外，采用UHP灯作为光源不具备激光作为光源的种种优点，因而有必要采用激光来替代UHP灯，但是，采用激光作为光源，因为激光是单色光源，易产生干涉，会使投影图像产生干涉造成的斑点噪音，因而也需要进行必要的技术改良，本发明就是针对激光作为光源所设计的激光投影成像系统。

发明内容

本发明目的，在于提供一种激光投影成像系统，其使用激光做投影成像系统的光源，具有色域广，寿命长，结构简单等特点，且，采用旋转的光锲，有效解决了干涉造成的图像问题。

为实现上述目的，本发明提供一种激光投影成像系统，包括：用于生成红绿蓝三色激光的三个激光光源、用于将激光投影至物体表面的投影系统、及设于激光的传播路径中分别与三个激光光源对应设置的三个可旋转的光锲、均光照明系统、三个PBS棱镜、分别与三个PBS棱镜对应设置的三个成像器件及设于三个PBS棱镜之间的一合光棱镜；三个激光光源发出的红绿蓝三色激光，分别经过与其对应的光锲、均光照明系统，再经过PBS棱镜反射到成像器件，从成像器件反射回来后透过PBS棱镜，再同时通过合光棱镜的结合发射到投影系统，并通过投影系统投射出去。

本发明采用的成像部件为硅基液晶反射型成像部件，即LCOS(LiquidCrystal On Silicon液晶覆硅)面板。

本发明的有益效果：1、通过采用激光光源替代UHP光源，因激光输出为偏振光，且具有稳定，方向性好，单色性等特点，以往的光学引擎中的偏振转换、分色系统都不再需要，简化了光学引擎的结构。

2、采用旋转的光锲，有效解决了干涉造成的图像斑点。

3、由于激光的单色性非常好，因此可以得到色彩范围很宽的图像，提高色彩的再现能力，从而生动演绎完美画质。且，相对目前的光学引擎采用的UHP光源，激光在寿命、光谱特性等方面都有明显的优势。

4、与传统投影机不同，激光光源具有更长久的使用寿命将消除更换灯泡的需要。

5、激光光源可以快速开关，避免了使用UHP灯开机需暖机、关机需冷却的繁琐操作。

为更进一步阐述本发明为实现预定目的所采取的技术手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，应当可由此得到深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1为现有的投影成像系统的示意图；

图2为本发明激光投影成像系统的示意图；

图3为现有UHP灯和激光光源的光谱特性比较图；及

图4为使用UHP灯和激光作为光源的色域比较图。

具体实施方式

如图2所示，本发明激光投影成像系统，包括：用于生成红绿蓝三色激光的三个激光光源1、用于将激光投影至物体表面的投影系统7、及设于激光的传播路径中分别与三个激光光源1对应设置的三个可旋转的光锲2、均光照明系统3、三个PBS棱镜(偏振分光棱镜)4、分别与三个PBS棱镜对应设置的三个成像器件5以及设于三个PBS棱镜4之间的一合光棱镜6。

其中，所述三个激光光源为分别产生红色激光、绿蓝激光及蓝色激光的三个单色激光器，即红色激光器12，绿色激光器14及蓝色激光器16。

红色激光光源、绿色激光光源、蓝色激光光源后分别设有消除干涉的三个可旋转的光锲2，分别与红色激光光源12，绿色激光光源14及蓝色激光光源16对应设置，其设于激光光源1靠近均光照明系统3的一侧并垂直于均光照明系统2的光轴，本发明中，光锲2的作用是对激光的位相进行调制，消除因激光干涉造成投影图像的斑点噪音。斑点是在高度相干的光束(如：激光)被具有随机表面特性的表面(如：纸、织物)散射出现的现象，被散射的光的不同部分由于导致强度波峰和波谷的干涉而合计为强烈波动的光图像，光锲2的设置可有效的消除图像的斑点。

所述均光照明系统3为三个，分别与红色激光光源，绿色激光光源及蓝色激光光源对应设置，采用复眼透镜阵列或者积分棒。本发明中，均光照明系统3的作用是使激光器发出的光线在成像器件6上均匀分布，提高最终投影出去的投影图像的均匀。

所述三个PBS棱镜4相对于光锲2设于均光照明系统3的另一侧，分别为红色PBS棱镜42、绿色PBS棱镜44及蓝色PBS棱镜46，均采用反射型偏振片，以反射S偏振态光透过P偏振态光。

所述三个成像器件5对应于PBS棱镜4设于可接收其反射光线的一侧，分别为红色成像器件52，绿色成像器件54及蓝色成像器件56，以利用红色激光、绿蓝激光及蓝色激光显示相应颜色的图像，其均为硅基液晶反射型成像部件，即LCOS面板。

所述三个PBS棱镜4之间有一个合光棱镜6，合光棱镜6设置于可接收到从三个PBS棱镜4透射来的光线的位置，为镀有二向色膜的立方棱镜。本发明中，合光棱镜6的作用是将红绿蓝图像合成在一起形成图像，并经投射系统7将图像放大投射出去。

所述合光棱镜6的另一侧即为可接收到合光棱镜6汇聚的成像光线的投影系统7，用于将激光投影至物体表面，投影系统7可以使用现有的多种类型的投影系统，例如，扫描投影系统以及包括液晶调制器的投影系统；经过合光棱镜6后的红色、绿色和蓝色激光再次合成为白光通过投射系统7成像。

上述PBS棱镜4、成像器件5、合光棱镜6及投影系统7的设置可采用现有技术实现。

本发明的激光投影成像系统的工作原理：红色激光光源12发出的光，经过旋转的光锲2，通过均光照明系统3，再经过红色PBS棱镜42反射到红色成像器件52。从红色成像器件52反射回来后透过红色PBS棱镜42，通过合光棱镜6发射到投影系统7，通过投影系统7投射出去。

绿色激光光源14发出的光，经过旋转的光锲2，通过均光照明系统3，再经过绿色PBS棱镜44反射到绿色成像器件54。从绿色成像器件54反射回来后透过绿色PBS棱镜44，通过合光棱镜6发射到投影系统7，通过投影系统7投射出去。

蓝色激光光源16发出的光，经过旋转的光锲2，通过均光照明系统3，再经过蓝色PBS棱镜46反射到蓝色成像器件56。从蓝色成像器件56反射回来后透过蓝色PBS棱镜46，通过合光棱镜6发射到投影系统7，通过投影系统7投射出去。

如图3所示为传统UHP灯和激光光源的光谱特性比较图，图示中，横坐标代表波长，纵坐标代表光谱功率，

参阅图3中的左图可知：浅色表示UHP灯的光谱特性，左侧的深色表示采用滤光片进行调整后的蓝色波段的光谱特性；中间的较深色表示采用滤光片进行调整后的绿色波段的光谱特性；右侧的深色表示采用滤光片进行调整后的红色波段的光谱特性；参阅图3中的右图：左侧的深色表示蓝色激光光源的光谱特性；中间的浅色表示绿色激光光源的光谱特性；右侧的深色表示红色激光光源的光谱特性。比较后可知：激光输出为偏振光，不需要以往光学引擎中的偏振转换、分光系统，也具有较好的稳定性，方向性等特性。

如图4所示为使用UHP灯和激光作为光源的色域比较图。图示中最外圈的深色马蹄形线条所包围的区域是CIE(国际发光照明委员会)1931标准的色域图，该深色马蹄形线条内部包含了用物理方法能实现的所有彩色；中间的深色大三角形线条所包围的区域是激光光源所能达到的色域范围；而最内圈的浅色小三角形线条所包围的区域是使用UHP光源能达到的色域范围；因而，由图可知：由于激光的单色性非常好，因此可以得到色彩范围很宽的图像，提高色彩的再现能力，从而生动演绎完美画质。

如上所述，本发明的光学投影成像系统使用激光作为光源，并使用消除干涉的可旋转的光锲，简化了光学引擎的结构；其次，可以得到色彩范围很宽的图像，提高色彩的再现能力，从而生动演绎完美画质；另外，激光在寿命、光谱特性等方面都有明显的优势，提高了光学投影成像系统的寿命和使用效果。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，凡是依据本发明所做的各种修饰与变化都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种激光投影成像系统，其特征在于，包括：用于生成红绿蓝三色激光的三个激光光源、用于将激光投影至物体表面的投影系统、及设于激光的传播路径中分别与三个激光光源对应设置的三个可旋转的光锲、均光照明系统、三个PBS棱镜、分别与三个PBS棱镜对应设置的三个成像器件以及设于三个PBS棱镜之间的一合光棱镜；三个激光光源发出的红绿蓝三色激光，分别经过与其对应的光锲、均光照明系统，再经过PBS棱镜反射到成像器件，从成像器件反射回来后透过PBS棱镜，再同时通过合光棱镜的结合发射到投影系统，并通过投影系统投射出去。

2、如权利要求1所述的激光投影成像系统，其特征在于，所述三个激光光源为分别产生红色激光、绿蓝激光及蓝色激光的三个单色激光器。

3、如权利要求1所述的激光投影成像系统，其特征在于，所述三个光锲分别与红色激光光源，绿色激光光源及蓝色激光光源对应设置，其设于激光光源靠近均光照明系统的一侧并垂直于均光照明系统光轴，用于消除因激光干涉造成投影图像的斑点噪音。

4、如权利要求3所述的激光投影成像系统，其特征在于，所述均光照明系统为三个，分别与红色激光光源，绿色激光光源及蓝色激光光源对应设置，采用复眼透镜阵列或者积分棒。

5、如权利要求3所述的激光投影成像系统，其特征在于，所述三个PBS棱镜相对于光锲设于均光照明系统的另一侧，分别为红色PBS棱镜、绿色PBS棱镜及蓝色PBS棱镜，均采用反射型偏振片，以反射S偏振态光透过P偏振态光。

6、如权利要求5所述的激光投影成像系统，其特征在于，所述三个成像器件对应于PBS棱镜设于可接收其反射光线的一侧，分别为红色成像器件，绿色成像器件及蓝色成像器件，以利用红色激光、绿蓝激光及蓝色激光显示相应颜色的图像，其均为硅基液晶反射型成像部件，即LCOS面板。

7、如权利要求6所述的激光投影成像系统，其特征在于，所述合光棱镜设于可接收到从三个PBS棱镜透射来的光线的位置，以将红绿蓝图像合成在一起，其为镀有二向色膜的立方棱镜。

8、如权利要求1所述的激光投影成像系统，其特征在于，红色激光光源发出的激光，经过旋转的光锲、均光照明系统，再经过红色PBS棱镜反射到红色成像器件，从红色成像器件反射回来后透过所述红色PBS棱镜，通过合光棱镜发射到投影系统，并通过投影系统投射出去。

9、如权利要求1所述的激光投影成像系统，其特征在于，绿色激光光源发出的激光，经过旋转的光锲、均光照明系统，再经过绿色PBS棱镜反射到绿色成像器件，从绿色成像器件反射后透过所述绿色PBS棱镜，通过合光棱镜发射到投影系统，并通过投影系统投射出去。

10、如权利要求1所述的激光投影成像系统，其特征在于，蓝色激光光源发出的激光，经过旋转的光锲、均光照明系统，再经过蓝色PBS棱镜反射到蓝色成像器件，从蓝色成像器件反射回来后透过所述蓝色PBS棱镜，通过合光棱镜发射到投影系统，并通过投影系统投射出去。