CN104570558A - 一种智能激光投影系统 - Google Patents

Abstract

一种智能激光投影系统包括智能激光投影机，智能激光投影机包括机壳、投影镜、棱镜组件、若干激光头组件；棱镜组件包括棱镜座和反光棱镜；棱镜座中央开设有个通孔；反光棱镜安装在棱镜座上；反光棱镜的前端开设有若干斜面，每个斜面上镀全反射镜面；若干个激光头组件安装在机壳内，位于棱镜组件的棱镜座的后侧；每个激光头组件包括激光头、快速开关、凸透镜；快速开关安装在激光头的前端；凸透镜安装在快速开关的前端；其中至少个激光头组件位于棱镜座的后侧，该激光头组件的激光头的方向正对通孔，剩下的激光头组件的激光头对准若干个斜面，每个斜面有至少个激光头对准。本发明智能激光投影系统，光损失极小，亮度高，安全性高。

Description

一种智能激光投影系统

技术领域

本发明涉及一种激光投影设备，尤其涉及一种安全性能高、亮度高的智能激光投影系统。

背景技术

采用激光头做投影机有很多优点：色饱和度高，亮度高，重量轻，体积小，发热量低，寿命长。当前很多公司都想开发激光束的投影机，但是出现的问题是激光束在屏上投射的像素点时间太短，不能形成足够的照度，即亮度不足。

如图1所示，为现有的第一种激光集束方案，由两片50%透光率镜片完成聚光（即50%透光，50%反光），设每镜片处理后的有效光强为40%，则红光最后光强为原来的40%X40%=16%，蓝光最后光强为原来的40%X40%=16%，绿光最后光强为原来的40%。

这种方案只能做三色光，如果增加激光头，光强的衰减更大。镜片生产难度大，一致性差。

如图2所示，为现有的第二种激光集束方案，由两片50%透光率镜片交叉完成聚光，设每镜片处理后的有效光强为40%，则红光最后光强为原来的16%，蓝光最后光强为原来的16%，绿光最后光强为原来的16%；并且激光还需要作扩束处理后才能作集束处理，光强损失更大。镜片生产难度大，一致性差。

这种方案只能做三色光，更多色无法做。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有的智能激光投影机的缺陷，提供一种智能激光投影系统，光损失极小，亮度高，投影屏幕高反光，安全性高，避免人眼受到激光的灼伤。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种智能激光投影系统，其包括智能激光投影机，该智能激光投影机包括机壳、投影镜以及安装在该机壳内的棱镜组件、若干个激光头组件、光收束器、光阑、多面旋转棱镜、比流计角度反射镜；

该棱镜组件安装在该机壳内靠中部位置，该棱镜组件包括一棱镜座和一反光棱镜；

该棱镜座是一回转体，其中央开设有一个通孔；

该反光棱镜是一回转体，其后端插设固定在该通孔中，从而将该反光棱镜安装在该棱镜座上；

该反光棱镜的前端开设有若干个斜面，该每一个斜面上镀全反射镜面；

该若干个激光头组件安装在机壳内，位于该棱镜组件的棱镜座的后侧；

该每一个激光头组件包括激光头、快速开关、凸透镜；

该快速开关安装在该激光头的前端，其中心开设有供激光通过的激光通道；

该凸透镜安装在该快速开关的前端，完成激光的聚焦；

该若干个激光头组件中，其中至少一个激光头组件位于该棱镜座的后侧，该至少一个激光头组件的激光头方向正对该通孔，剩下的激光头组件的激光头对准该若干个斜面，每一个斜面至少有一个激光头与之对准；

该光收束器安装在该反光棱镜的前侧，该光收束器包括若干个凸透镜；

该光阑安装在该光收束器的前侧；

该多面旋转棱镜安装在该光阑的前侧，该多面旋转棱镜是多面反射镜；

该比流计角度反射镜安装在该多面旋转棱镜的下方；

该投影镜安装在该机壳上，位于该比流计角度反射镜的后侧。

上述技术方案的进一步限定在于，该智能激光投影系统还包括投影屏幕，该投影屏幕包括一投影屏基板和一反光层，该反光层固定安装在该投影屏基板表面；

该反光层是由涂覆在投影屏基板表面的一层含细微反光珠的材料组成，或者是由涂覆在投影屏基板表面的一层细微反光纤维组成，或者是由若干个横截面为等腰直角三角形的反射凸起条组成，该若干个反射凸起条形成相互垂直的反射面。

上述技术方案的进一步限定在于，该反光棱镜包含两个斜面，该两个斜面的相交线与该反光棱镜的纵向轴线垂直相交；

或者该反光棱镜包含三个以上斜面，该若干个斜面彼此间隔相同的角度分布，每两个相邻的斜面相交后具有一条相交线，一共有若干条相交线，该若干条相交线相交于该反光棱镜的纵向轴线上同一点，且垂直于反光棱镜的纵向轴线的平面横切该若干个斜面后形成的横截面是正多变形，该正多边形的边数与该斜面的数量相同。

上述技术方案的进一步限定在于，该激光头组件的数量比该反光棱镜的斜面的数量多一个；其中一个激光头组件位于该棱镜座的后侧，该激光头组件的激光头的方向正对该通孔；剩下的激光头组件的激光头对准该若干个斜面，每一个斜面有一个激光头与之对准。

上述技术方案的进一步限定在于，该若干个激光头组件中有多个激光头组件位于该棱镜座的后侧，该多个激光头组件的激光头的方向正对该通孔，剩下的激光头组件的激光头对准该若干个斜面，每一个斜面有多个激光头与之对准。上述技术方案的进一步限定在于，该智能激光投影机还包括摄像头，该摄像头安装在该机壳上，位于该投影镜的上方。

上述技术方案的进一步限定在于，该光阑由若干个开小圆孔的材料构成。

与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：采用激光头、棱镜组件和若干个激光头组件，光损失极小，亮度高；投影屏幕，采用特殊的反光材料与发光材料，高反光；使用摄像头对投影屏幕行监控，以自动调节图像的亮度，自动校正图像变形问题，设置激光警戒区，并用声音文字及自动关断的方式提升安全性，避免人眼受到激光的灼伤。

附图说明

图1是现有的第一种激光集束方案的示意图。

图2是现有的第二种激光集束方案的示意图。

图3是本发明的智能激光投影机结构示意图。

图4是本发明的棱镜组件的结构示意图。

图5是本发明的棱镜组件和激光头组件的结构示意图。

图6是本发明的投影屏幕的发光层的反光珠的结构示意图。

图7是本发明的投影屏幕的发光层的反光纤维的结构示意图。

图8是本发明的投影屏幕的发光层的反射凸起条的结构示意图。

图9是本发明的棱镜组件的另一个结构示意图。

图10是本发明第二实施例棱镜组件和激光头组件的结构示意图。

图11是图10中A部分的放大图。

具体实施方式

请参阅图3至图9，本发明提出一种智能激光投影系统，其包括智能激光投影机1和投影屏幕（图未示）。

该智能激光投影机1包括机壳10、棱镜组件12、若干个激光头组件14、光收束器16、光阑18、多面旋转棱镜20、比流计角度反射镜22、投影镜24和摄像头26。

该棱镜组件12、若干个激光头组件14、光收束器16、光阑18、多面旋转棱镜20、比流计角度反射镜22都安装在该机壳10内。

该棱镜组件12安装在该机壳10内靠中部位置，该棱镜组件12包括一棱镜座122和一反光棱镜124。

该棱镜座122是一回转体，其中央开设有一个通孔1222。

该反光棱镜124是一回转体，其后端插设固定在该通孔1222中，从而将该反光棱镜124安装在该棱镜座122上。

该反光棱镜124的前端开设有若干个斜面1242。该每一个斜面1242上镀全反射镜面。

当该反光棱镜124包含两个斜面1242时，如图4所示，该反光棱镜124包括两个斜面1242，该两个斜面1242的相交线与该反光棱镜124的纵向轴线垂直相交。

该反光棱镜124包含三个以上斜面1242时，该若干个斜面1242彼此间隔相同的角度分布，每两个相邻的斜面1242相交后具有一条相交线，一共有若干条相交线，该若干条相交线相交于该反光棱镜124的纵向轴线上同一点，且垂直于反光棱镜124的纵向轴线的平面横切该若干个斜面1242后形成的横截面是正多变形，该正多边形的边数与该斜面的数量相同。

当该反光棱镜124包括三个斜面1242时，每两个相邻的斜面1242相交后具有一条相交线，一共有三条相交线，该三条相交线相交于该反光棱镜124的纵向轴线上同一点，且垂直于反光棱镜124的纵向轴线的平面横切该三个斜面1242后形成的横截面是正三角形。

当该反光棱镜124包括四个斜面1242时，每两个相邻的斜面1242具有一条相交线，一共有四条相交线，该四条相交线相交于该反光棱镜124的纵向轴线上同一点，且垂直于反光棱镜124的纵向轴线的平面横切该四个斜面1242后形成的横截面是正方形。

如图5所示，该反光棱镜124包括五个斜面1242，每两个相邻的斜面1242具有一条相交线，一共有五条相交线，该五条相交线相交于该反光棱镜124的纵向轴线上同一点，且垂直于反光棱镜124的纵向轴线的平面横切该五个斜面1242后形成的横截面是正五边形。

该若干个激光头组件14安装在机壳10内，位于该棱镜组件12的棱镜座122的后侧。

该激光头组件14的数量比该反光棱镜124的斜面1242的数量多一个。

该每一个激光头组件14包括激光头142、快速开关144、凸透镜146。

该激光头142可以发出激光。

该快速开关144安装在该激光头142的前端，其中心开设有供激光通过的激光通道1442。

该快速开关144可以快速打开或是关断通过的激光，以在屏幕上形成图形，还可以微调角度，使几个激光头142发出的几束激光能最大限度通过整个光通道，并在屏幕上聚合成一个光点。

该凸透镜146安装在该快速开关144的前端，完成激光的聚焦。

该若干个激光头组件14中，其中一个激光头组件14位于该棱镜座122的后侧，该激光头组件14的激光头142方向正对该通孔1222。该激光头142发射出的激光从该通孔1222进入穿过该反光棱镜124，沿着该反光棱镜124的纵向轴线方向行进。另外剩下的激光头组件14分布在上述正对通孔1222的激光头142的周围，它们的激光头142对准该若干个斜面1242，每个斜面1424有一个激光头142对准，这些激光头142发射的激光经该若干斜面1242反射。

该光收束器16安装在该反光棱镜124的前侧。

该光收束器16包括若干个凸透镜162，用于缩小激光的直径。

该光阑18安装在该光收束器16的前侧。

该光阑18由若干个开小圆孔的材料构成，用于减少杂散光线，增加投影光点的清晰度。

该多面旋转棱镜20安装在该光阑18的前侧。

该多面旋转棱镜20是多面反射镜，其由高速电机（图未示）带动旋转，完成激光在屏幕上X轴向（水平方向）的扫描，即决定了场频扫描频率。

该比流计角度反射镜22安装在该多面旋转棱镜20的下方。

该比流计角度反射镜22是反射镜，其由电机（图未示）带动而旋转，完成激光在屏幕上Y轴向（垂直方向）的扫描，即决定了行频扫描频率。

该多面旋转棱镜20和该比流计角度反射镜22共同工作以完成一个帧的扫描。

该投影镜24安装在该机壳10上，位于该比流计角度反射镜22的后侧。该投影镜24用于扩展图像，使图像放大到屏幕尺寸大小。

该摄像头26安装在该机壳10上，位于该投影镜24的上方。该摄像头26用于安全、报警及光线、图像形状、图像颜色等的校正。

有人一走入投影区，就会被摄像头26捉到相对变化影像，智能激光投影机1立即报警并降低亮度或关掉激光的输出，激光本身亮度不高时则不会出现警告标志。

投影屏幕（图未示）设置不当，导致局部过亮或过暗影响投影效果则提醒纠正。

检测投影区亮度、色度、偏色，根据不同亮度自动修正智能激光投影机1的亮度、色度、偏色。

该投影屏幕（图未示）包括一投影屏基板（图未示）和一反光层（图未示）。

该反光层（图未示）固定安装在该投影屏基板（图未示）表面。

该反光层（图未示）有三种方式：

第一种方式是：该反光层（图未示）是由涂覆在投影屏基板（图未示）表面的一层含细微反光珠的材料组成，如图6所示，经所述反光珠的作用，入射光与返回光永远平行。

第二种方式是：该反光层（图未示）是由涂覆在投影屏基板（图未示）表面的一层细微反光纤维组成，如图7所示，经所述反光纤维的作用，入射光与返回光永远平行。

第三种方式是：该反光层（图未示）由若干个横截面为等腰直角三角形的反射凸起条542组成，如图8所示，该若干个反射凸起条542形成相互垂直的反射面，使入射光与返回光永远平行。

光致发光材料可以选用以下两种材料：

一、稀土余辉发光涂料：稀土元素因具有丰富的能级和4f电子跃迁等电子结构的特殊性而具有光、电、磁等许多特性。这种材料具有余辉时间长、发光亮度高、材料的化学稳定性高等优点，适合做这类投影屏。

二、三基色稀土荧光发光材料：因三基色激光光线频谱单一，不适合使用较宽频谱的发光材料，因此要使用与激光频谱一致的发光材料。

综上所述，投影屏幕（图未示）的设计如下：选用适合的反光材料，使用户在观看区内获得最多的反射光，以提升投影屏图像亮度；选用适合的发光材料，提升投影屏上亮点存留时间，以提升投影屏图像亮度。

下面以包括两个斜面1242的反光棱镜124为例，说明整个工作过程：

三个激光头142得电后分别发出红、蓝、绿三色激光。

激光经快速开关144作快速通断的调制（以形成投影图像的像素点）。

三色激光经凸透镜146作聚焦，焦点在反光棱镜124边缘，红光经反光棱镜124透射出来，光强损失约为5%，反光棱镜124两斜面1242镀全反射镜面，并与蓝光、绿光两入射光形成大反射角（80度以上）以降低光强损失，绿光、蓝光经反光棱镜124的上下斜面1242反射，光强损失约为2%，由此光线集束后红光最后光强为原来的95%，蓝光最后光强为原来的98%，绿光最后光强为原来的98%，光强损失很小。

激光经过光收束器16透镜组缩小激光直径。

激光经过光阑18滤除凌乱的杂光，提升成像的清晰程度、正确性和亮度。

激光经过该多面旋转棱镜20形成X轴成像扫描。

激光经过该比流计角度反射镜22旋转形成激光在屏幕上Y轴成像扫描。

激光经过投影镜24放大。

最后激光到达投影屏幕（图未示）上。

光学部分计算：

像素计算：

像素数量：按高清图计算，X轴为1280点。

屏幕尺寸：X轴为2000MM。

像素大小：1.5625MM/点

像素大小的控制：由光阑18与光收束器16控制

反光棱镜124外激光聚束可行性计算：

如图7所示：为反光棱镜124小端面（尖点）的尺寸，设加工能力为A=0.5MM。

设激光头142激光原始直径为0.6MM（通常为0.5MM以下），经过激光头142处的凸透镜146聚焦后焦点落到反光棱镜124的尖点附近，因A=0.5MM，所以激光束近100%的比列完成通过，形成三束分别相距为0.8MM的平行光。

经过光收束器16的压缩（因为光束相距为0.8MM的小尺寸，故采用10部压缩比例），三束光相距变为0.08MM。

激光束直径的计算：

投影屏幕（图未示）宽2000MM，投影镜24直径为50MM（取有效值20MM），得出投影镜24大比例为100倍，像素大小为1.5625MM，则到达投影镜24的激光束直径为0.0156MM，即光阑18的直径为0.0156MM偏下，并且调整光收束器16使激光束在投影屏幕（图未示）聚焦。

本发明中，可以增加反光棱镜124的斜面1242的数量，因此可以做多色激光，以增加视频的色饱和度及色彩还原能力。镜片生产难度小，一致性好。

本发明具有以下有益效果：采用激光头142、棱镜组件12和若干个激光头组件14，光损失极小，亮度高；投影屏幕（图未示），采用特殊的反光材料与发光材料，高反光；使用摄像头26对投影屏幕（图未示）进行监控，以自动调节图像的亮度，自动校正图像变形问题，设置激光警戒区，并用声音文字及自动关断的方式提升安全性，避免人眼受到激光的灼伤。

图10、图11为本发明的第二实施例，该反光棱镜124包含两个斜面1242，每一个斜面1242对应有四个激光头组件14，同时激光头组件14位于该棱镜座122的后侧，其四个激光头142的方向正对该通孔1222。其它结构都与之前记述相同。激光头组件14数量的增多能够增强激光强度。

Claims (7)

1.一种智能激光投影系统，其特征在于，其包括智能激光投影机，该智能激光投影机包括机壳、投影镜以及安装在该机壳内的棱镜组件、若干个激光头组件、光收束器、光阑、多面旋转棱镜、比流计角度反射镜；

该棱镜组件安装在该机壳内靠中部位置，该棱镜组件包括一棱镜座和一反光棱镜；

该棱镜座是一回转体，其中央开设有一个通孔；

该反光棱镜是一回转体，其后端插设固定在该通孔中，从而将该反光棱镜安装在该棱镜座上；

该反光棱镜的前端开设有若干个斜面，该每一个斜面上镀全反射镜面；

该若干个激光头组件安装在机壳内，位于该棱镜组件的棱镜座的后侧；

该每一个激光头组件包括激光头、快速开关、凸透镜；

该快速开关安装在该激光头的前端，其中心开设有供激光通过的激光通道；

该凸透镜安装在该快速开关的前端，完成激光的聚焦；

该若干个激光头组件中，其中至少一个激光头组件位于该棱镜座的后侧，该至少一个激光头组件的激光头方向正对该通孔，剩下的的激光头对准该若干个斜面，每一个斜面至少有一个激光头与之对准；

该光收束器安装在该反光棱镜的前侧，该光收束器包括若干个凸透镜；

该光阑安装在该光收束器的前侧；

该多面旋转棱镜安装在该光阑的前侧，该多面旋转棱镜是多面反射镜；

该比流计角度反射镜安装在该多面旋转棱镜的下方；

该投影镜安装在该机壳上，位于该比流计角度反射镜的后侧。

2.根据权利要求1所述的一种智能激光投影系统，其特征在于，该智能激光投影系统还包括投影屏幕，该投影屏幕包括一投影屏基板和一反光层，该反光层固定安装在该投影屏基板表面；

该反光层是由涂覆在投影屏基板表面的一层含细微反光珠的材料组成，或者是由涂覆在投影屏基板表面的一层细微反光纤维组成，或者是由若干个横截面为等腰直角三角形的反射凸起条组成，该若干个反射凸起条形成相互垂直的反射面。

3.根据权利要求1所述的一种智能激光投影系统，其特征在于，该反光棱镜包含两个斜面，该两个斜面的相交线与该反光棱镜的纵向轴线垂直相交；

或者该反光棱镜包含三个以上斜面，该若干个斜面彼此间隔相同的角度分布，每两个相邻的斜面相交后具有一条相交线，一共有若干条相交线，该若干条相交线相交于该反光棱镜的纵向轴线上同一点，且垂直于反光棱镜的纵向轴线的平面横切该若干个斜面后形成的横截面是正多变形，该正多边形的边数与该斜面的数量相同。

4.根据权利要求1或3所述的一种智能激光投影系统，其特征在于，该激光头组件的数量比该反光棱镜的斜面的数量多一个；其中一个激光头组件位于该棱镜座的后侧，该激光头组件的激光头的方向正对该通孔；剩下的激光头组件的激光头对准该若干个斜面，每一个斜面有一个激光头与之对准。

5.根据权利要求1或3所述的一种智能激光投影系统，其特征在于，该若干个激光头组件中有多个激光头组件位于该棱镜座的后侧，该多个激光头组件的激光头的方向正对该通孔，剩下的激光头组件的激光头对准该若干个斜面，每一个斜面有多个激光头与之对准。

6.根据权利要求1所述的一种智能激光投影系统，其特征在于，该智能激光投影机还包括摄像头，该摄像头安装在该机壳上，位于该投影镜的上方。

7.根据权利要求1所述的一种智能激光投影系统，其特征在于，该光阑由若干个开小圆孔的材料构成。