CN103365055B - 红外照明投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外照明投影仪，采用红外激光照射上转换材料产生三基色，并作为照明光源的投影仪。本发明由光源模块、照明模块、投影片模块、投影光学模块、色彩测量模块和电路控制模块组成。光源模块中红外半导体激光模块与上转换片组成阵列，实现红外到红光、绿光和蓝光的转换；照明模块对三种颜色光匀光；投影片模块实现要投影图像的初始显示；投影光学模块实现把投影片模块上显示的图像成像到投影屏；色彩测量模块对照明模块输出的匀化后的光进行色彩测量；电路控制模块实现色彩自动纠正。本发明的红外照明投影仪具有显示色域广、寿命长、成本低及自动色彩纠正等优点。

Description

红外照明投影仪
技术领域
本发明涉及一种红外照明投影仪，更具体地，涉及一种采用红外激光器照射上转换材料产生三基色照明光的投影仪。
背景技术
投影仪是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所。一套完整的投影仪包括照明系统、投影片、成像光学系统、投影屏幕以及辅助电路组成。投影片的工作方式分为CRT，LCD，LCoS，DLP等不同类型。照明系统中的光源是投影仪唯一的消耗材料，是选购投影机时必须考虑的重要因素。目前投影机普遍采用的是传统光源：金属卤素灯泡、UHE灯泡、UHP灯泡等。现在，这种光源技术很成熟，却有致命的三个缺点：
A、含有重金属，对环保不利；
B、光源寿命短，而且随着单灯功率的提升，寿命还要大幅缩减；
C、结构所致，高温高压的结构有破碎的可能。
在民用中，投影仪灯泡损坏无法使用的现象时有发生，再加上灯泡寿命短，经常更换灯泡不但会带来经济损失，而且大大浪费了用户的时间和精力。特别是换灯需要一定的技术基础，对普通用户来说难度很大。
为了克服传统光源的缺点，激光光源作为一种新型技术被引入投影仪中。首先，激光光源寿命长，在正常模式下工作，高压汞灯只有3000小时的使用寿命，而激光光源可以达到20000小时以上。其次，功耗大幅降低，激光光源功耗只有传统光源的一半。第三，由于激光线宽窄，色彩饱和度高，能够实现的色域广。再有，激光是一种冷光源，不需要体积庞大的风扇散热，因此激光投影仪的噪声更小。
目前投影仪可采用的激光光源技术主要包括：
1、三色固体激光器。其直接采用半导体泵浦或灯泵浦固体激光器。由于目前的固体激光器需要倍频或三倍频晶体才能产生绿光和蓝光，成本过高，而且体积降不下来；
2、三色半导体激光器。大功率的蓝光半导体激光器价格昂贵，寿命较短；而且绿光半导体激光器目前技术尚未成熟，难以商用化；
3、半导体激光器结合LED。三基色采用不同方式实现，一般蓝光采用半导体激光，绿光采用固体激光，红光采用LED。这种折中方式并不能完全展示激光显示的优势。
上转换材料是一种把长波长光转换为短波长光的技术，目前上转换材料已经可以实现红外激发产生红、绿、蓝三基色光输出。如果采用红外半导体激光激发不同的上转换材料，就能够产生投影仪需要的三基色。由于红外半导体激光器技术已经非常成熟，大功率阵列式输出的技术难题也已经攻克，成本也控制到了商用化水平，而上转换材料工艺也已成熟，大批量制作的成本可以大幅度降低，因此，利用红外半导体激光激发上转换材料产生三基色完全可以实现。另外，由于稀土掺杂上转换材料的发光为稀土原子发光，其发光谱线很窄，可以达到几个纳米，小于LED的几十纳米的光谱线宽，因此，仍保持了激光显示色彩饱和度高，显示色域广的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用红外激光照射上转换材料来实现三基色，从而实现激光显示投影仪的技术，是一种利用红外激光作为照明光源的投影仪。
为达到上述目的，本发明采用以下方案：
一种红外照明投影仪，其由光源模块、照明模块、投影片模块、投影光学模块、色彩测量模块和电路控制模块组成；其中，光源模块产生红绿蓝三基色光，光源模块连接到照明模块，光源模块受电路控制模块控制；照明模块对光源模块发射的三种颜色光分别匀光，照明模块投射到投影片模块；投影片模块的初始显示传递到投影光学模块，投影光学模块把成像到投影屏；色彩测量模块对照明模块输出的匀化后的光进行色彩测量，比较其与白光的差别，并把结果输入到电路控制模块；电路控制模块接收色彩测量模块输出的数据，并依此数据控制光源模块。
在一些实施例中，所述光源模块由红外激光阵列和上转换片阵列组成，上转换片阵列由三种上转换材料组成，分别实现红外到红光、绿光和蓝光的转换；每种材料做成一种上转换片，上转换片按照红、绿、蓝间隔排成阵列。
在一些实施例中，所述光源模块中红外激光采用980nm或808nm激光；投影片模块实现要投影图像的初始显示；投影光学模块实现把投影片模块上显示的图像成像到投影屏。
在一些实施例中，所述光源模块中上转换材料采用氧化物、氟化物或硫化物稀土掺杂。
在一些实施例中，所述投影片模块采用LCD、coS和DLP方式之一，主要实现要投影图像的初始显示。
在一些实施例中，所述色彩测量模块采用光电二极管加三色滤光片实现。
在一些实施例中，所述电路控制模块有两个作用：一、根据色彩测量模块的测量结果调整红外激光阵列各阵元的输出光强，实现色彩自动纠正；二、控制三基色光的间隔轮流输出，替代色轮功能。
一种采用上述红外照明投影仪的投影方法，包括如下：
光源模块中红外激光阵列产生808nm或980nm的红外激光，照射到上转换片阵列上，分别在不同转换片上产生不同颜色光（分为红、绿、蓝三种颜色）；
三种颜色光在照明模块中被混合并被匀化成光强分布均匀的光束；
匀化后的光束照射到投影片模块上，投影片模块上显示了要投影的原始图像；
投影片模块上的图像被投影光学模块按比例放大并成像到投影屏幕上，人们就能在投影屏幕上看到放大后的图像；
如果光源模块中红外激光阵列中某一阵元损坏或强度降低，色彩测量模块在照明模块中测到的颜色不在是白光，这时色彩测量模块就把测量数据传输给电路控制模块，电路控制模块计算出修正值并控制红外激光阵列中其他阵元的光强，实现色彩自动纠正。
本发明改进了激光投影仪，以低成本实现了激光显示亮度高、色域广、噪音小、功耗低的优势，并具有自动色彩纠正功能，为激光投影仪商用化、平民化提供了一种实现方式。
附图说明
图1 所示为本发明实施例的系统框图。
图2 所示为本发明实施例光源模块中红、绿、蓝上转换片阵列分布示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下通过实施例对本发明做进一步的阐述。
本发明提出了一种红外照明投影仪方案，具体来说，就是采用红外半导体激光激发上转换片产生红、绿、蓝三基色光，代替传统的灯泡投影光源，来实现激光投影显示。
本发明实施例的投影系统框图如图1所示，其主要包括：光源模块1，照明模块2，投影片模块3，投影光学模块4，色彩测量模块5，电路控制模块6。
其中光源模块1由红外激光阵列和上转换片阵列组成，上转换片阵列由三种上转换材料组成，分别实现红外到红光、绿光和蓝光的转换；每种材料做成一种上转换片，上转换片按照红、绿、蓝间隔排成阵列。
图2给出了上转换片排列的几种方式，其中每一个阵元为三种上转换材料之一制成，并对应一个红外半导体激光模块。方式（a）为单阵元间隔排列式，此方式容易实现三色混光，但电路控制及维修不太方便；方式（b）为四阵元组合间隔排列式；方式（c）为红、绿、蓝三色整体排列式；方式（d）为三线阵元组合间隔排列式。方式（b）、（c）、（d）与方式（a）比较，控制电路易于实现，且光源维修方便，但混光难度高，需要专门设计混光系统。
光源模块1中红外激光可以为波长808nm或980nm的红外激光；
照明模块2对三种颜色光分别匀光；
投影片模块3采用LCD，LcoS和DLP方式之一，主要实现要投影图像的初始显示；
投影光学模块4实现把投影片模块上显示的图像成像到投影屏；
色彩测量模块5对照明模块输出的匀化后的光进行色彩测量，比较其与白光的差别，并把结果输入到电路控制模块；
电路控制模块6有两个作用：一、根据色彩测量模块的测量结果调整红外激光阵列各阵元的输出光强，实现色彩自动纠正；二、控制三基色光的间隔轮流输出，替代色轮功能。
本发明实施的投影仪优点：
1. 结构紧凑、体积小；
2. 成本低，大批量生产上转换材料价格能进一步降低；
3. 工作寿命长，可以达到几万个小时，免维护；
4. 色域可以达到传统投影仪1.5倍以上；
5. 具有自动色彩纠正功能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种红外照明投影仪，其特征在于，由光源模块(1)、照明模块(2)、投影片模块(3)、投影光学模块(4)、色彩测量模块(5)和电路控制模块(6)组成；
所述光源模块(1)产生红绿蓝三基色光，所述光源模块(1)连接到照明模块(2)，所述光源模块(1)受电路控制模块(6)控制；所述照明模块(2)对光源模块(1)发射的三种颜色光分别匀光，所述照明模块(2)投射到投影片模块(3)；所述投影片模块(3)的初始显示传递到投影光学模块(4)，所述投影光学模块(4)把所述投影片模块(3)上显示的图像成像到投影屏；
所述色彩测量模块(5)对照明模块(2)输出的匀化后的光进行色彩测量，比较其与白光的差别，并把结果输入到电路控制模块(6)；
所述电路控制模块(6)接收色彩测量模块(5)输出的数据，并依此数据控制光源模块(1)；
所述光源模块(1)由红外激光阵列和上转换片阵列组成，上转换片阵列由三种上转换材料组成，分别实现红外到红光、绿光和蓝光的转换；每种材料做成一种上转换片，上转换片按照红、绿、蓝间隔排成阵列；
所述电路控制模块(6)根据色彩测量模块的测量结果调整红外激光阵列各阵元的输出光强，实现色彩自动纠正；并且，所述电路控制模块(6)控制三基色光的间隔轮流输出，替代色轮功能。
2.根据权利要求1所述的红外照明投影仪，其特征在于，所述光源模块(1)中红外激光采用980nm或808nm激光；所述投影片模块(3)实现要投影图像的初始显示；所述投影光学模块(4)实现把投影片模块上显示的图像成像到投影屏。
3.根据权利要求1所述的红外照明投影仪，其特征在于，所述光源模块(1)中上转换材料采用氧化物、氟化物或硫化物稀土掺杂。
4.根据权利要求1所述的红外照明投影仪，其特征在于，所述投影片模块(3)采用LCD、LcoS和DLP方式之一。
5.根据权利要求1所述的红外照明投影仪，其特征在于，所述色彩测量模块(5)采用光电二极管加三色滤光片实现。
6.一种采用权利要求1～5任一项所述红外照明投影仪的投影方法，其特征在于：
光源模块(1)中红外激光阵列产生的红外激光，照射到上转换片阵列上，分别在不同转换片上产生不同颜色光，分为红、绿、蓝三种颜色；其中，所述上转换片阵列上的每一个阵元为三种上转换材料之一制成，并对应一个红外激光模块；
三种颜色光在照明模块(2)中被匀化成光强分布均匀的光束；
匀化后的光束照射到投影片模块(3)上，投影片模块上显示了要投影的原始图像；
投影片模块(3)上的图像被投影光学模块(4)按比例放大并成像到投影屏幕上，人们就能在投影屏幕上看到放大后的图像；
如果光源模块(1)中红外激光阵列中某一阵元损坏或强度降低，色彩测量模块(5)在照明模块(2)中测到的颜色不再是白光，这时色彩测量模块(5)就把测量数据传输给电路控制模块(6)，电路控制模块(6)计算出修正值并控制红外激光阵列中其他阵元的光强，实现色彩自动纠正。
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