CN103365056A

CN103365056A - 蓝紫光ld照明激光投影仪

Info

Publication number: CN103365056A
Application number: CN2013102928049A
Authority: CN
Inventors: 刘明; 郭闯
Original assignee: Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Current assignee: Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种蓝紫光LD照明激光投影仪，采用蓝紫光半导体激光器激发纳米稀土下转换材料产生三基色光，作为照明光源的投影系统。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。光源模块中蓝紫光LD与下转换材料片组成阵列，实现蓝紫光到红光、绿光和蓝光的下转换，形成三基色光源；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。本发明的蓝紫光LD照明激光投影仪具有显示色域广、寿命长、效率高及自动色彩纠正等优点。

Description

蓝紫光LD照明激光投影仪

技术领域

本发明涉及一种基于蓝紫光LD照明的激光投影系统，更具体地，涉及一种采用蓝紫光半导体激光器（LD）激发新型纳米稀土发光材料来产生三基色光源的投影系统。

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。目前投影机普遍采用的是传统光源，由于其含有对环保不利的重金属、寿命短、高温高压的结构有破碎的可能等许多缺点，将逐步被LED光源和激光光源取代。

激光光源寿命长，免维护；激光线宽窄，色彩饱和度高，能够实现的色域广；而且激光是一种冷光源，不需要体积庞大的风扇散热，激光投影仪的噪声更小并易于小型化。

目前激光投影仪采用的光源主要包括：

1、三色固体激光器。比如北京中视中科光电技术有限公司生产的的激光投影机直接使用红绿蓝三色LD泵浦固体激光其器作为投影光源，该方式成本高，体积大，难以小型化。

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，此种方式难以实用化，尚无产品问世。

3、半导体激光器结合LED。如CASIO XJ-A130型激光投影仪，红色光源是通过LED直接发出，蓝光是440-460nm蓝色LD激光直接发出，绿光是通过蓝光LD激光经过荧光体产生。这种方式电光转换效率较低，功耗较大。

4、蓝光LD加荧光粉。明基LX60ST型投影仪由405nm蓝紫光LD激光阵列作为激励光源，让蓝紫色激光通过荧光粉激发出白光，白光经过色轮形成投影所需要的三色光源。此方式结构简单、成本较低，但荧光粉在高温及长时间使用时转换效率会降低，光色会偏移。

一种利用蓝紫光激发来产生不同颜色荧光的新型透明材料已经被发现【Science 13 March 1998: 1712-1714】，这种材料利用了纳米技术与稀土发光技术，属于一种下转换荧光材料，其可以在蓝紫光(360nm～450nm)照射下，依材料中金属和活化剂种类、含量的不同，而呈现出各种颜色的可见光。这种材料已经被应用到透明显示中，直接照射蓝紫激光到这种透明材料上，可以展现出各种颜色的动态图像。由于材料透明，所以显示的图像像在空中漂浮一样，具有虚幻感。

但是，由于蓝光和紫外光对人体特别是外部暴露的皮肤损害很大，直接把蓝紫激光暴露在空中非常不安全。

本发明提出一种把蓝紫LD封装在投影仪内，光源模块中蓝紫光LD与下转换材料片组成阵列，实现蓝紫光到红光、绿光和蓝光的下转换，利用蓝紫光LD激发下转换荧光材料，形成三基色光源，再经投影系统投射到屏幕上成像的方法。该方法安全性更高。该方法产生的三基色光为荧光，不需要复杂的激光消散斑装置，减少了系统复杂性。而且，采用这种方法的投影系统光源转换效率高（可以达到70%以上），功耗小，寿命长；且三色光分别产生，不需要色轮，配合色彩检测以及光源电路控制，还可以实现自动色彩纠正。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用蓝紫光LD激发新型纳米稀土下转换材料来产生三基色，从而实现激光投影显示的技术，采用蓝紫光半导体激光器（LD）激发纳米稀土下转换材料产生三基色光作为照明光源的投影系统，得到利用蓝紫光LD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：

一种蓝紫光LD照明激光投影仪，利用蓝紫光LD作为照明光源的投影仪，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，光源模块由蓝紫光LD阵列和下转换片阵列组成，下转换片阵列由三种下转换材料组成，分别实现蓝紫光到红光、绿光和蓝光的下转换，由此来形成三基色；

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后，色彩测量模块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，电路控制模块并依此数据控制光源模块。

在一些实施例中，所述下转换片阵列由三种不同组分纳米稀土下转换材料组成，在不同波长的蓝紫光LD激发下分别产生红光、绿光和蓝光三基色荧光；每种材料做成一种下转换片，下转换片按照红、绿、蓝间隔排成阵列。

在一些实施例中，所述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，所述光源模块的蓝紫光LD阵列和下转换片阵列的三基色光源按照红、绿、蓝间隔排成阵列，排列方式为单阵元间隔排列式，或采用四阵元组合间隔排列式，或红、绿、蓝三色整体排列式。

在一些实施例中，所述光源模块中的蓝紫光LD分别采用365nm、405nm和450nm激光；365nm激光用来激发纳米稀土下转换材料产生红光，405nm激光用来激发纳米稀土下转换材料产生蓝光，450nm激光用来激发纳米稀土下转换材料产生绿光。

在一些实施例中，所述下转换片阵列中下转换材料为一种采用纳米技术和稀土发光技术的发光材料。

在一些实施例中，所述光源模块中下转换片阵列后需要附加蓝紫光滤光片，滤掉激发光剩余的蓝紫光，避免对后续模块造成损害。

在一些实施例中，所述投影片模块采用LCD、LcoS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；电路控制模块控制三基色光的间隔轮流输出，替代色轮功能。

一种采用上述蓝紫光LD照明激光投影仪的投影方法，方法如下：

光源模块中蓝紫光LD阵列分别产生波长为365nm、405nm和450nm的激光，照射到下转换片阵列上，分别在下转换片阵列后产生红光、蓝光和绿光，在不同位置输出不同颜色光（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；

照明模块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（该屏幕为普通常用投影屏幕）上，人们就能在投影屏幕上看到放大后的图像；

如果光源模块中蓝紫光LD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再是白光，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蓝紫光LD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照明系统，把新型纳米稀土下转换透明材料应用到了激光投影仪中，避免了该材料常规透明显示方式中蓝紫光对人体的危害性，并能够使激光投影仪结构更紧凑、功耗更小、寿命更长，并具有自动色彩纠正功能。

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蓝紫光LD阵列以及下转换片阵列分布的示意图。

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。

本发明提出了一种蓝紫光LD照明的投影仪方案，具体来说，就是采用蓝紫激光激发新型纳米稀土下转换透明材料产生红、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由蓝紫光LD阵列1A和下转换片阵列1B组成，下转换片阵列1B由三种纳米稀土下转换透明材料组成，分别实现蓝紫光到红光、绿光和蓝光的转换；红、绿、蓝三色间隔排成阵列。

光源模块1中的蓝紫光LD可以分别采用365nm、405nm和450nm激光。365nm激光用来激发纳米稀土下转换材料产生红光，405nm激光用来激发纳米稀土下转换材料产生蓝光，450nm激光用来激发纳米稀土下转换材料产生绿光。

图2给出了蓝紫光LD阵列1A和下转换片阵列1B的一种方式。在蓝紫光LD阵列1A中，1号代表波长为405nm的LD，2号代表波长为450nm的LD，3号代表波长为365nm的LD。在下转换片阵列1B中，“红”代表能产生红光的下转换片，“绿”代表能产生绿光的下转换片，“蓝”代表能产生蓝光的下转换片。蓝紫光LD阵列1A与下转换片阵列1B前后对应，如图2箭头所示，“1”对应“蓝”，表示405nmLD直接照射能产生蓝光的下转换片，作为蓝光源；“2”对应“绿”，表示450nmLD直接照射能产生绿光的下转换片，作为绿光源；“3”对应“红”，表示365nmLD直接照射能产生红光的下转换片，作为红光源。图2中光源阵元的排列方式为单阵元间隔排列式，此方式容易实现三色混光，减轻了照明模块的负担；也可以采用四阵元组合间隔排列式或红、绿、蓝三色整体排列式，这些方式控制电路易于实现，光源维修方便，但混光难度高，需要专门设计混光系统。

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、功耗小，光转换效率高；

3、色域可以达到传统投影仪1.5倍以上；

4、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

1.一种蓝紫光LD照明激光投影仪，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）由蓝紫光LD阵列（1A）和下转换片阵列（1B）组成，所述下转换片阵列（1B）由三种下转换材料组成，分别实现蓝紫光到红光、绿光和蓝光的下转换，由此来形成三基色；

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后，所述色彩测量模块（5）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，所述电路控制模块（6）并依此数据控制光源模块（1）。

2.根据权利要求1所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，其特征在于，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所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，所述光源模块（1）的蓝紫光LD阵列（1A）和下转换片阵列（1B）的三基色光源按照红、绿、蓝间隔排成阵列，排列方式为单阵元间隔排列式，或采用四阵元组合间隔排列式，或红、绿、蓝三色整体排列式。

4.根据权利要求3所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，其特征在于，所述光源模块（1）中蓝紫光LD激光波长分别为365nm、405nm和450nm。

5.根据权利要求3所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，其特征在于，所述下转换片阵列（1B）中下转换材料为一种采用纳米技术和稀土发光技术的发光材料；

所述下转换片阵列（1B）由三种不同组分纳米稀土下转换材料组成，在不同波长的蓝紫光LD激发下分别产生红光、绿光和蓝光三基色荧光；每种材料做成一种下转换片，下转换片按照红、绿、蓝间隔排成阵列。

6.根据权利要求3所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，其特征在于，所述光源模块（1）中下转换片阵列（1B）后附加蓝紫光滤光片，滤掉激发光剩余的蓝紫光。

7.根据权利要求1所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，其特征在于，所述投影片模块（3）采用LCD、LcoS和DLP方式之一。

8.根据权利要求1所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，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。

9.根据权利要求1所述的蓝紫光LD照明激光投影仪，其特征在于，所述电路控制模块（6）根据色彩测量模块（5）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；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。

10.一种采用权利要求1～9任一项所述蓝紫光LD照明激光投影仪的投影方法，其特征在于：

光源模块（1）中蓝紫光LD阵列（1A）产生激光，照射到下转换片阵列（1B）上，分别在不同位置输出不同颜色光，分为红、绿、蓝三种颜色；

三种颜色光在照明模块（2）被混合并被匀化成光强分布均匀的光束；

照明模块（2）匀化后的光束照射到投影片模块（3）上，投影片模块（3）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）中蓝紫光LD阵列（1A）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蓝紫光LD阵列（1A）中其他阵元的光强，实现色彩自动纠正。