CN102269920B - 一种分离式微型激光投影装置 - Google Patents
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Abstract
一种分离式微型激光投影装置。该微型激光投影装置包括激光光源模块，控制电路，微型扫描器件，连杆和光纤及附属光学系统。激光光源模块和控制电路与微型扫描器件相分离。激光光源模块和控制电路集成于便携电子产品内部；微型扫描器件位于便携电子产品的外部，通过可旋转/伸缩/折叠的机械连杆与便携电子产品相连。激光光源模块产生的红绿蓝三色激光用过光纤传导至微型扫描器件并向外投射为二维图像。这种分离式设计适用于某些需要微型扫描器件独立于便携电子产品的嵌入式应用，如便携电子产品自身包含了用于接收投影图像的屏幕。本发明实现了微型激光投影装置中的微型扫描器件的灵活外置，结构简单、操作简便，易于实现。
Description
技术领域
本专利涉及一种分离式微型激光投影装置。该微型激光投影装置的激光光源模块和控制电路与微型扫描器件相分离。激光光源模块产生的红绿蓝三色激光用过光纤传导至微型扫描器件并投射为二维图像。这种分离式设计适用于某些需要微型扫描器件独立于便携电子产品的嵌入式应用，如便携电子产品自身包含了用于接收投影图像的屏幕。
背景技术
微型激光投影装置由于采用红绿蓝三色激光器作光源，与基于传统的白光LED(Light Emitting Diode，发光二极管)和红绿蓝三色LED光源的投影装置相比，具有色域宽广(约200％于NTSC标准色域范围)，高对比度，高饱和度，低功耗等优点，因此非常适合嵌入于手机，平板电脑(如苹果iPad)，数码相机和笔记本电脑等便携电子产品。
微型激光投影装置大多采用前向投影技术，即投影光线的传播方向背向于观察者。由于其内部的微型扫描器件有最大扫描角度的限制(一般为水平40度，垂直30度左右)，为了投射出一定大小的二维图像。微型激光投影装置与接收投影图像的屏幕之间需要有一定距离。当某些嵌入了微型激光投影装置的便携电子产品自身包含了用于接收投影图像的屏幕时，需要将微型激光投影装置的微型扫描器件单独外置(通过可旋转/伸缩/折叠的机械连杆与便携电子产品相连)，而微型激光投影装置的其余部分，如激光光源模块和控制电路内置于便携电子产品内。激光光源模块产生的红绿蓝三色激光用过光纤传导至微型扫描器件并投射为二维图像。
本发明提出了一种分离式微型激光投影装置。该微型激光投影装置的激光光源模块和控制电路与微型扫描器件相分离。激光光源模块产生的红绿蓝三色激光用过光纤传导至微型扫描器件并投射为二维图像。这种分离式设计适用于需要微型扫描器件独立于便携电子产品的嵌入式应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现嵌入了微型激光投影装置和接收投影图像的屏幕的便携电子产品，需要将微型激光投影装置的微型扫描器件单独外置
(通过可旋转/伸缩/折叠的机械连杆与便携电子产品相连)。而微型激光投影装置的其余部分，如激光光源模块和控制电路内置于便携电子产品内，与微型扫描器件相分离。
为实现上述目的，本发明采用技术方案是：它包括内置于便携电子产品内的激光光源模块和控制电路，外置于便携电子产品的微型扫描器件，用于机械连接便携电子产品和外置的微型扫描器件的连杆，用于向外置的微型扫描器件传输内置的激光光源模块产生的红绿蓝三色激光的光纤及附属光学系统。由内置于便携电子产品内的激光光源模块产生红绿蓝三色激光，通过光纤及附属光学系统传输到外置的微型扫描器件，并反射到屏幕上。控制电路接受便携电子产品的视频信号并将其转换为RGB数字信号和行/场同步信号以高速调制激光光源模块和控制外置的微型扫描器件进行高速二维扫描。
所述的激光光源模块包括可以高速调制(通常为几十MHz至上百MHz)的红/绿/蓝色激光器各一个和准直/合束光学系统。红色激光器的波长通常为635nm至642nm，可以为红色激光二极管；绿色激光器的波长通常为515nm至532nm，可以为基于二次谐波倍频技术(Second Harmonic Generation，SHG)的绿色激光器或绿色激光二极管；蓝色激光器的波长通常为425nm至475nm，可以为蓝色激光二极管。准直/合束光学系统包括对应红/绿/蓝色激光器的准直透镜各一组，二向色镜滤光片2片或3X1光纤耦合器(Fiber Coupler或Combiner)用于将准直后的红/绿/蓝色激光合成一束激光。
所述的控制电路可以接受便携电子产品的视频信号并将其转换为RGB数字信号和行/场同步信号以高速调制激光光源模块和控制外置的微型扫描器件进行高速二维扫描。
所述的微型扫描器件为用于二维激光扫描的MEMS(Microelectromechanical Systems，微机电系统)微扫描镜，它包括可动的反射镜和使反射镜绕X轴和Y轴高速转动的致动器(Actuator)。其结构通常有两种：(1)单个有万向节(Gimbal)或无万向节(Gimbal-less)的双轴微扫描镜，包括一个快扫描轴(X轴)用于行扫描和一个慢扫描轴(Y轴)用于场扫描，两个轴相互正交；(2)两个单轴微扫描镜，其中一个扫描镜负责行扫描(即X轴扫描)，它是由快速驱动器来实现完成的；另一个正交放置的单轴微扫描镜完成较慢的场扫描(Y轴扫描)。MEMS微扫描镜的扫描方式可以为双向逐行扫描，即在奇数行由左向右扫描，偶数行由右向左扫描；或双向隔行扫描，即在第一行由左向右扫描，第三行由右向左扫描，第五行由左向右扫描，以此类推，当完成奇数场扫描之后开始在第二行由左向右扫描，第四行由右向左扫描，第六行由左向右扫描，以此类推，以完成偶数场扫描。
所述的连杆用于建立便携电子产品和外置的微型扫描器件之间的机械连接。连杆的材料可以为轻质金属或高强度塑料。连杆与便携电子产品之间的连接方式可以为旋转/伸缩/折叠。
所述的光纤及附属光学系统用于向外置的微型扫描器件传输内置的激光光源模块产生的经过准直/合束的红绿蓝三色激光。所用光纤为单模(Single Mode)可见光光纤，如Corning RGB 400光纤。附属光学系统包括：1.在便携电子系统内用于将经过准直/合束的红绿蓝三色激光耦合进可见光光纤的透镜/透镜组；2.在便携系统外用于将从可见光光纤发出的红绿蓝三色激光进行准直的第二透镜/透镜组。经过第二透镜/透镜组准直的红绿蓝三色激光投射到外置的微型扫描器件上的反射镜并反射到屏幕上。
本发明由于采用了上述技术方案，具有如下优点：
1、实现了微型激光投影装置中的微型扫描器件的灵活外置；
2、结构简单、操作简便，易于实现。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构框图。
图3为激光光源模块和准直/合束光学系统(Free Space)的结构示意图。
图4为激光光源模块和准直/合束光学系统(Fiber)的结构示意图。
图5为光纤及附属光学系统和微型扫描器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：如图1所示，它包括激光光源模块1，控制电路2，微型扫描器件3，连杆4和光纤及附属光学系统5。激光光源模块1的输入端与控制电路2的一个输出端相连，接收控制电路2发出的高速调制信号。激光光源模块1的输出端与光纤及附属光学系统5的输入端相连，用于将激光光源模块1产生的高速调制过的并经过准直/合束的红绿蓝三色激光耦合入光纤及附属光学系统5。光纤及附属光学系统5的输出端与微型扫描器件3相连，经过光纤及附属光学系统5传输并准直的红绿蓝三色激光被投射在高速扫描的微型扫描器件3的反射镜上，并反射到屏幕上。控制电路2的另一个输出端与微型扫描器件3的输入端相连，控制电路2产生的电子控制信号控制微型扫描器件3完成高速扫描。连杆4用于建立便携电子产品和外置的微型扫描器件之间的机械连接。
所述的激光光源模块1包括可以高速调制(通常为几十MHz)的红/绿/蓝色激光器各一个和准直/合束光学系统。红色激光器的波长通常为635nm至642nm，可以为红色激光二极管；绿色激光器的波长通常为515nm至532nm，可以为基于二次谐波倍频技术(Second Harmonic Generation，SHG)的绿色激光器或绿色激光二极管；蓝色激光器的波长通常为425nm至475nm，可以为蓝色激光二极管。准直/合束光学系统包括对应红/绿/蓝色激光器的准直透镜各一组，二向色镜滤光片2片或3X1光纤耦合器(Fiber Coupler或Combiner)用于将准直后的红/绿/蓝色激光合成一束激光。
所述的控制电路2可以接受便携电子产品的视频信号并将其转换为RGB数字信号和行/场同步信号以高速调制激光光源模块和控制外置的微型扫描器件进行高速二维扫描。控制电路2通常包括模拟前端芯片(Analog Front End，AFE，如果接收模拟RGB信号)，数字视频处理电路和微控制器。模拟前端芯片可以采用现有的商业芯片，此处不赘述。数字视频处理电路可以采用FPGA(FieldProgrammable Gates Array，现场可编程逻辑器件)实现。微控制器可以采用独立的商业芯片或集成在FPGA内的IP(Intellectual Property)软件核。
所述的微型扫描器件3为用于二维激光扫描的MEMS(Microelectromechanical Systems，微机电系统)微扫描镜，它包括可动的反射镜和使反射镜绕X轴和Y轴高速转动的致动器(Actuator)。其结构通常有两种：(1)单个有万向节(Gimbal)或无万向节(Gimbal-less)的双轴微扫描镜，包括一个快扫描轴(X轴)用于行扫描和一个慢扫描轴(Y轴)用于场扫描，两个轴相互正交；(2)两个单轴微扫描镜，其中一个扫描镜负责行扫描(即X轴扫描)，它是由快速驱动器来实现完成的；另一个正交放置的单轴微扫描镜完成较慢的场扫描(Y轴扫描)。MEMS微扫描镜的扫描方式可以为双向逐行扫描，即在奇数行由左向右扫描，偶数行由右向左扫描；或双向隔行扫描，即在第一行由左向右扫描，第三行由右向左扫描，第五行由左向右扫描，以此类推，当完成奇数场扫描之后开始在第二行由左向右扫描，第四行由右向左扫描，第六行由左向右扫描，以此类推，以完成偶数场扫描。
所述的连杆4用于建立便携电子产品和外置的微型扫描器件之间的机械连接。连杆的材料可以为轻质金属或高强度塑料。连杆4与便携电子产品之间的连接方式可以为旋转/伸缩/折叠。
所述的光纤及附属光学系统5用于向外置的微型扫描器件传输内置的激光光源模块产生的经过准直/合束的红绿蓝三色激光。所用光纤为单模(SingleMode)可见光光纤，如Corning RGB 400光纤。附属光学系统包括：1.在便携电子系统内用于将经过准直/合束的红绿蓝三色激光耦合进可见光光纤的透镜/透镜组；2.在便携系统外用于将从可见光光纤发出的红绿蓝三色激光进行准直的第二透镜/透镜组。经过第二透镜/透镜组准直的红绿蓝三色激光投射到外置的微型扫描器件上的反射镜并反射到屏幕上。
本发明的工作原理是这样的：用户首先将便携电子设备的机械连杆展开至固定位置。在便携电子设备的主机内，激光光源模块1的输入端与控制电路2的一个输出端相连，接收控制电路2发出的高速调制信号。激光光源模块1的输出端与光纤及附属光学系统5的输入端相连，用于将激光光源模块1产生的高速调制过的并经过准直/合束的红绿蓝三色激光耦合入光纤及附属光学系统5。光纤及附属光学系统5的输出端与微型扫描器件3相连，经过光纤及附属光学系统5传输并准直的红绿蓝三色激光被投射在高速扫描的微型扫描器件3的反射镜上，并反射到屏幕上。控制电路2的另一个输出端与微型扫描器件3的输入端相连，控制电路2产生的电子控制信号控制微型扫描器件3完成高速扫描。
Claims (9)
1.一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：它包括激光光源模块，控制电路，微型扫描器件，连杆和光纤及附属光学系统。激光光源模块的输入端与控制电路的一个输出端相连，接收控制电路发出的高速调制信号。激光光源模块的输出端与光纤及附属光学系统的输入端相连，用于将激光光源模块产生的高速调制过的并经过准直/合束的红绿蓝三色激光耦合入光纤及附属光学系统。光纤及附属光学系统的输出端与微型扫描器件相连，经过光纤及附属光学系统传输并准直的红绿蓝三色激光被投射在高速扫描的微型扫描器件的反射镜上，并反射到屏幕上。控制电路的另一个输出端与微型扫描器件的输入端相连，控制电路产生的电子控制信号控制微型扫描器件完成高速扫描。连杆用于建立便携电子产品和外置的微型扫描器件之间的机械连接。
2.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：包括可以高速调制的红/绿/蓝色激光器各一个和准直/合束光学系统。
3.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：红色激光器的波长通常为635nm至642nm，可以为红色激光二极管；绿色激光器的波长通常为515nm至532nm，可以为基于二次谐波倍频技术(Second Harmonic Generation，SHG)的绿色激光器或绿色激光二极管；蓝色激光器的波长通常为425nm至475nm，可以为蓝色激光二极管。
4.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：包括对应红/绿/蓝色激光器的准直透镜各一组，二向色镜滤光片2片或3X1光纤耦合器(Fiber Coupler或Combiner)用于将准直后的红/绿/蓝色激光合成一束激光。
5.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：可以接受便携电子产品的视频信号并将其转换为RGB数字信号和行/场同步信号以高速调制激光光源模块和控制外置的微型扫描器件进行高速二维扫描。控制电路通常包括模拟前端芯片(Analog Front End，AFE，如果接收模拟RGB信号)，数字视频处理电路和微控制器。模拟前端芯片可以采用现有的商业芯片。数字视频处理电路可以采用FPGA(Field Programmable Gates Array，现场可编程逻辑器件)实现。微控制器可以采用独立的商业芯片或集成在FPGA内的IP(Intellectual Property)软件核。
6.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：微型扫描器件基于微机电系统技术，包括可动的反射镜和使反射镜绕X轴和Y轴高速转动的致动器(Actuator)。其结构通常有两种：(1)单个有万向节(Gimbal)或无万向节(Gimbal-less)的双轴微扫描镜，包括一个快扫描轴(X轴)用于行扫描和一个慢扫描轴(Y轴)用于场扫描，两个轴相互正交；(2)两个单轴微扫描镜，其中一个扫描镜负责行扫描(即X轴扫描)，它是由快速驱动器来实现完成的；另一个正交放置的单轴微扫描镜完成较慢的场扫描(Y轴扫描)。
7.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：微型扫描器件的扫描方式可以为双向逐行扫描，即在奇数行由左向右扫描，偶数行由右向左扫描；或双向隔行扫描，即在第一行由左向右扫描，第三行由右向左扫描，第五行由左向右扫描，以此类推，当完成奇数场扫描之后开始在第二行由左向右扫描，第四行由右向左扫描，第六行由左向右扫描，以此类推，以完成偶数场扫描。
8.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：连杆的材料可以为轻质金属或高强度塑料。连杆与便携电子产品之间的连接方式可以为旋转/伸缩/折叠。
9.如权利要求1所述的一种分离式微型激光投影装置，其特征在于：包括光纤及附属光学系统用于向外置的微型扫描器件传输内置的激光光源模块产生的经过准直/合束的红绿蓝三色激光。所用光纤为单模(Single Mode)可见光光纤，附属光学系统包括：1.在便携电子系统内用于将经过准直/合束的红绿蓝三色激光耦合进可见光光纤的透镜/透镜组；2.在便携系统外用于将从可见光光纤发出的红绿蓝三色激光进行准直的第二透镜/透镜组。
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