CN107505806A - 一种dmd调制成像系统以及激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DMD调制成像系统以及激光投影设备，涉及激光显示技术领域，用于提高激光投影设备的分辨率。包括：激光光源、偏振片、第一、第二DMD芯片、以及振镜；激光光源用于输出基色光；偏振片用于透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光；第一DMD芯片用于在一帧时间内先后调制第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号；第二DMD芯片用于在一帧时间内先后调制第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号；振镜用于在第一位置对将第一图像信号和三图像信号进行输出，在第二位置时将第二图像信号和第四图像信号进行输出。本发明用于DMD调制成像系统的制造。

Description

一种DMD调制成像系统以及激光投影设备

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种DMD调制成像系统以及激光投影设备。

背景技术

目前激光光源已逐步取代发光二极管(英文名称：Light Emitting Diode，简称：LED)成为数字微镜元件(英文全称：Digital Micro mirror Device，简称：DMD)调制成像系统的主要光源。此外，随着显示技术的发展，用户对显示的清晰度提出了更高的要求。

参照图1所示，现有技术中的DMD调制成像系统包括：蓝色激光器11、二向色镜12、准直透镜组13、荧光轮14、蓝光回路15、滤色轮16、DMD芯片17以及镜头18。其工作原理为：首先由蓝色激光器11产生的蓝色(B)激光光束投射在二向色镜12上，由于二向色镜12对激光光束透射，因此激光光束会经过准直透镜组13后投射在荧光轮14上；荧光轮14上设置有荧光区域和透射区域；当激光光束照射至荧光轮14的荧光区域时，激发产生宽光谱荧光并被荧光轮14的基板反射投射至二向色镜12；当激光光束照射至荧光轮14的透射区域时，激光光束透射过荧光轮14并经过蓝光回路15投射至二向色镜12；又由于二向色镜12对荧光反射，因此投射在二向色镜12上的荧光和激光光束进一步投射至滤色轮16；滤色轮16对二向色镜12投射来的光束进行滤光后输入DMD芯片17；DMD芯片17再对输入的光进行调制并输入镜头18，最后镜头18接收经过DMD调制后的光线输出R、G、B三色光图像。

然而，由于制造DMD芯片的工艺的复杂度和设计原理的复杂度的限制，目前现有技术的DMD调制成像系统最高只能实现2048×1080的分比率(简称：2K)，但随着显示技术的发展，用户已不再满足于2K显示，而是趋向于使用4096×2160(简称：4K)等更高分辨率进行显示，因此如何提高激光投影设备的分辨率是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种DMD调制成像系统以及激光投影设备，用于提高激光投影设备的分辨率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种DMD调制成像系统，包括：激光光源、偏振片、第一DMD芯片、第二DMD芯片以及振镜；

所述激光光源用于输出基色光；

所述偏振片用于透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光；其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光中均包含全部颜色的基色光；

所述第一DMD芯片用于接收所述第一偏振光，并在一帧时间内先后调制所述第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号；

所述第二DMD芯片用于接收所述第二偏振光，并在一帧时间内先后调制所述第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号；

所述振镜用于在第一位置时对所述第一图像信号和所述第三图像信号进行输出，在第二位置时对所述第二图像信号和所述第四图像信号进行输出。

第二方面，提供一种激光投影装置，包括第一方面所述的DMD调制成像系统。

本发明实施例提供的DMD调制成像系统，包括：激光光源、偏振片、第一DMD芯片、第二DMD芯片以及振镜；其中，激光光源可以输出基色光，偏振片可以透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光；第一DMD芯片可以在一帧时间内先后调制第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号；第二DMD芯片可以在一帧时间内先后调制第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号；振镜在第一位置时对第一图像信号和第三图像信号进行输出，在第二位置对第二图像信号和第四图像信号进行输出；由于第一DMD芯片和第二DMD芯片可以在一帧时间内分别输出两个图像信号，且振镜在不同的位置将四个图像信号输出，所以在DMD芯片可实现的分辨率相同的情况下，本发明实施例提供的DMD调制成像系统可以实现的分辨率为现有技术中DMD调制成像系统四倍，因此本发明实施例可以提高激光投影设备的分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的DMD调制成像系统的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的DMD调制成像系统的示意性结构图之一；

图3为本发明实施例提供的DMD调制成像系统的示意性结构图之二；

图4为本发明实施例提供的DMD调制成像系统的示意性结构图之三；

图5为本发明实施例提供的激光光源的示意性结构图之一；

图6为本发明实施例提供的荧光轮的示意性结构图；

图7为本发明实施例提供的激光光源的示意性结构图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

本发明的实施例提供了一种DMD调制成像系统，参照图2所示，该DMD调制成像系统包括：

激光光源21、偏振片22、第一DMD芯片23、第二DMD芯片24、振镜25以及镜头26。

激光光源21用于输出基色光。

具体的，本发明实施例中的基色光可以通过不同比例混合从而形成各种颜色的光。此外，本发明实施例中的基色光中的每一种颜色的光可以是具有随机偏振方向的光，也可以是具有特定偏振方向的光，本发明实施例对此不作限定，只要保证对于每一种颜色的基色光有一部分偏振光可以被偏振片透射，另一部分偏振光可以被偏振片反射即可。

可选的，激光光源21输出的基色光可以包括：红色光、蓝色光和绿色光。

进一步的，基色光还可以包括其他颜色的光。例如：黄色光、橙色光等。

可选的，激光光源21输出的基色光可以包括激光和/或激光产生的荧光。

偏振片22用于透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光。

其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光中均包含全部颜色的基色光；

在光线传播过程中，当光线到达光学元件(例如：偏振片)的表面时，光线的反射和透射特性均依赖于偏振现象。此时，使用的坐标系是用含有入射光和反射光的那个平面定义的。若光的偏振矢量垂直于该平面，则称为P偏振光；若光的偏振矢量平行于该平面，则称为S偏振光。任何一种偏振状态的光都可以表示为S偏振光和P偏振光的矢量和。具体的，在上述实施例中可以为：第一偏振光为P偏振光、第二偏振光为S偏振光；也可以为：第一偏振光为S偏振光，第二偏振光为P偏振光。

即，上述实施例中的偏正片22在本发明实施例中的作用可以为分离基色光中的P偏振光和S偏振光。

进一步的，偏振片22透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光，具体可以为：

1、使基色光中的P偏振光向偏振片22的透射方向传播，使基色光中的S偏振光向偏振片22的反射方向传播。

2、使基色光中的P偏振光向偏振片22的反射方向传播，使基色光中的S偏振光向偏振片22的透射方向传播。

可选的，一种可能的实现方式为：激光光源21输出的基色光可包括：随机偏振方向的红色光、绿色光以及蓝色光；第一偏振光包括：红色光的S偏振光、绿色光的S偏振光以及蓝色光的S偏振光；第一偏振光包括：红色光的P偏振光、绿色光的P偏振光以及蓝色光的P偏振光。

第一DMD芯片23用于接收第一偏振光，并在一帧时间内先后调制第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号。

具体的，一帧时间是指DMD调制成像系统输出的一帧图像的持续时间。

进一步的，第一DMD芯片23在一帧时间内先后输出第一图像信号和第二图像信号，具体可以为：将一帧时间分为相等的两个阶段，在前一个阶段输出第一图像信号，在后一个阶段中输出第二图像信号。当然，在实际使用中也可以将一帧时间分为不相等的两个阶段，并分别在两个阶段时输出第一图像信号和第二图像信号，本发明实中对如何对一帧时间进行分割不做限定，以第一DMD芯片23可以在一帧时间内输出两个图像信号为准。

此外，第一DMD芯片23输出图像信号具体可以为：第一DMD芯片23在电流的驱动下在一定范围内进行偏转，调节反射输出的光量，从而输出不同的图像信号。

需要说明的是，本发明实施例中第一DMD芯片输出的图像信号为光信号。

第二DMD芯片24用于接收第二偏振光，并在一帧时间内先后调制第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号。

需要说明的是，第二DMD芯片24与第一DMD芯片23的不同之处仅在于，其分别接收和调制第一偏振光和第二偏振光，除此之外，上述对第一DMD芯片23作用以及工作原理的说明均可援引至对第二DMD芯片24的解释说明中。

振镜25用于在第一位置时对第一图像信号和第三图像信号进行输出，在第二位置时对第二图像信号和第四图像信号进行输出。

具体的，振镜又叫激光扫描器，主要包括：反射镜和驱动装置；工作时振镜通过驱动装置带动反射镜偏转，使反射镜将在不同的反射角度接收光束并反射输出，从而带动光束偏转，达到向不同方向输出光束的目的。在本发明实施中振镜包括：第一位置和第二位置，即，驱动装置可以带动反射镜在第一位置和第二位置之间切换。示例性的，本发明实施例中的振镜可以为Y轴振镜，即，振镜可以为沿Y轴偏转的振镜。

由于本发明实施例是根据DMD芯片输出的四个图像信号来输出一帧图像，所以本发明实施例提供的DMD调制成像系统可以实现的分辨率为DMD芯片可以实现的分辨率的四倍，例如：第一DMD芯片和第二DMD芯片可以实现的分辨率均为2048×1080，则DMD调制成像系统可以实现的分辨率为4096×2160，因此本发明实施例可以提高DMD调制成像系统的分辨率。

进一步，参照图2所示，包括上述DMD调制成像系统的投影显示装置还可以包括：镜头26；镜头26用于根据第一图像信号、第二图像信号、第三图像信号以及第四图像信号输出一帧图像。

具体的，镜头可以包括多个光学镜片，在镜头接收到第一图像信号、第二图像信号、第三图像信号以及第四图像信号后，通过多个光学镜片对接收到的光进行折射、反射等处理最终输出图像。

本发明实施例提供的DMD调制成像系统，包括：激光光源、偏振片、第一DMD芯片、第二DMD芯片以及振镜；其中，激光光源可以输出基色光，偏振片可以透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光；第一DMD芯片可以在一帧时间内先后调制第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号；第二DMD芯片可以在一帧时间内先后调制第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号；振镜在第一位置时对第一图像信号和第三图像信号进行输出，在第二位置对第二图像信号和第四图像信号进行输出；由于第一DMD芯片和第二DMD芯片可以在一帧时间内分别输出两个图像信号，且振镜在不同的位置将四个图像信号输出，所以在DMD芯片可实现的分辨率相同的情况下，本发明实施例提供的DMD调制成像系统可以实现的分辨率为现有技术中DMD调制成像系统四倍，因此本发明实施例可以提高激光投影设备的分辨率。

可选的，参照图3所示，上述实施例提供的DMD调制成像系统还包括：第一全内反射(英文名称：Total Internal Reflection，简称：TIR)棱镜27和第二全内反射棱镜28。

第一全内反射棱镜27用于将第一偏振光输入第一DMD芯片23以及将第一DMD芯片23输出的图像信号输出至振镜25。

第二全内反射棱镜28用于将第二偏振光输入第二DMD芯片24以及将第二DMD芯片24输出的图像信号输出至振镜25。

可选的，参照图4所示，上述实施例提供的DMD调制成像系统还包括：第一二向色镜29；

第一二向色镜29用于将第一DMD芯片23输出的图像信号和第二DMD芯片24输出的图像信号输出至振镜25。

可选的，参照图5所示，上述实施例提供的DMD调制成像系统的激光光源21包括：激光器阵列51、波长转换部件52、蓝光回路53、第二二向色镜54以及滤色轮55；

其中，激光器阵列51用于产生激光。

具体的，激光器阵列51可以包括至少一个激光器组，每一个激光器组包括N个激光器(N≥1)，其中每一个激光器组可以产生一种颜色的激光。其中，图5中以激光器阵列包括一个激光器组，且该激光器组包括三个激光器为例进行说明。

波长转换部件52用于透射激光和通过激光产生荧光以及将荧光反射至第二二向色镜54。

可选的，参照图6所示，上述实施例中的波长转换部件52为：荧光轮60；

荧光轮60包括：荧光区域61和透射区域62；荧光区域61受到激光照射产生荧光并将荧光反射至第二二向色镜54；透射区域62对照射来的激光透射。

可选的，荧光轮60可以通过位于荧光区域的反射衬底将荧光区域产生的荧光反射至第二二向色镜54。其中，反射衬底可以通过在任意材质镀反射膜形成，也可以采用反射片制作形成。

可选的，荧光轮60的荧光区域61包括至少一种颜色的荧光粉，且该至少一种颜色的荧光粉位于荧光轮60的激光入射侧。

蓝光回路53用于接收波长转换部件52透射的激光并将波长转换部件52透射的激光投射至第二二向色镜54。

示例性的，参照图5所示，蓝光回路53可以由多个反射镜531和多个准直透镜532组成，其中，反射透镜531用于改变波长转换部件52透射的激光的传播方向，准直透镜532用于对反射镜反射531的激光的发散角度进行压缩。

第二二向色镜54对激光透射且对荧光反射，用于将激光和荧光输出至滤色轮55。

滤色轮55用于对第二二向色镜54输出的激光和荧光滤色进行后输出。

可选的，参照图7所示，上述实施例提供的DMD调制成像系统的激光光源21包括：激光器阵列71、波长转换部件72以及滤色轮73。

激光器阵列71用于产生激光；

波长转换部件72用于透射激光和通过激光产生荧光以及透射荧光。

滤色轮73用于接收波长转换部件72透射的激光和荧光，并对激光和荧光滤色进行后输出。

相比于图5所示激光光源，本发明实施例提供的激光光源不需要蓝光回路将波长转换部件透射的激光投射至第二二向色镜，且不需要第二二向色镜对激光和荧光进行合光处理，因此本发明实施例可以减少激光光源中光学镜片的使用，缩短激光光源中光路传输距离，进而利于激光光源体积的减小和成本降低。

可选的，上述图7所示激光光源中的波长转换部件72可以为：荧光轮；

荧光轮包括：荧光区域和透射区域；荧光区域受到激光照射产生荧光并透射荧光；透射区域对照射来的激光透射。

本发明实施例提供的荧光轮与上述图6所示荧光轮60的区别仅在于，本发明实施例提供的荧光轮对激光产生的荧光透射，而图6所示荧光轮60对激光产生的荧光反射。即本发明实施例中的荧光轮为透射式荧光轮，而图6所示荧光轮60为反射式荧光轮。除上述区别外，图6所示荧光轮的解释说明均可援引至本发明实施例中对本发明实施例提供的荧光轮进行解释说明。

进一步的，通常激光器阵列产生的激光所形成的光斑面积较大，而激发波长转换装置产生荧光需要的光斑较小。例如，激光器阵列产生的激光所形成的光斑面积为60mm，而激发波长转换装置产生荧光需要的光斑面积仅为0.8mm，因此在激光器阵列产生的激光入射波长转换装置之前，需要对激光器阵列产生的激光进行光束整形，以缩小激光器阵列产生的激光所形成的光斑的面积，满足波长转换部件对激光的光能密度的要求。因此，在激光器阵列与波长转换装置之间还包括用于对激光器阵列产生的激光所形成的光斑的面积进行缩小的望远镜系统。示例性的，望远镜系统可以由多个凸透镜、凹透镜组合形成。

可选的，由于当激光激发荧光粉产生荧光时，荧光的方向是不确定的且发散角度较大，并且激光在传播过程中也可能会存在一定的发散角度，因此，如照图5/7所示，在激光与荧光的光路上可以设置准直透镜组200对激光和荧光的发散角度进行压缩，从而减小激光和荧光在传播过程中的损耗。

进一步的，由于激光为高能光束，且在光路传输中会通过光束整形形成较细激光光束，从而使能量密度更大，如果能量密度不均的光束进入DMD调制成像系统，一方面可能会造成局部冲击过大形成灼伤，另一方面会造成输出图像亮度不均匀。因此如图5或7所示，本发明实施例提供的DMD调制成像系统还包括：匀光结构100；

匀光结构100位于激光光源21输出的基色光的光路上，用于匀化激光光源21输出激光光源输出的基色光。

可选的，匀光结构100具体可以为：光棒、复眼透镜、光锥中的至少一种。

本发明实施例在激光光源11输出的基色光的光路上设置了匀光结构100，因此可以对DMD调制成像系统中的基色光进行匀化，从而避免造成局部冲击过大形成灼伤以及输出图像亮度不均匀的问题。

本发明再一实施例提供一种激光投影设备，包括上述任一实施例提供的DMD调制成像系统。

本发明实施例提供的激光投影设备的DMD调制成像系统，包括：激光光源、偏振片、第一DMD芯片、第二DMD芯片以及振镜；其中，激光光源可以输出基色光，偏振片可以透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光；第一DMD芯片可以在一帧时间内先后调制第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号；第二DMD芯片可以在一帧时间内先后调制第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号；振镜在第一位置时对第一图像信号和第三图像信号进行输出，在第二位置对第二图像信号和第四图像信号进行输出；由于第一DMD芯片和第二DMD芯片可以在一帧时间内分别输出两个图像信号，且振镜在不同的位置将四个图像信号输出，所以在DMD芯片可实现的分辨率相同的情况下，本发明实施例提供的DMD调制成像系统可以实现的分辨率为现有技术中DMD调制成像系统四倍，因此本发明实施例可以提高激光投影设备的分辨率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种数字微镜元件DMD调制成像系统，其特征在于，包括：激光光源、偏振片、第一DMD芯片、第二DMD芯片以及振镜；

所述激光光源用于输出基色光；

所述偏振片用于透射所述基色光中的第一偏振光，并反射所述基色光中的第二偏振光；其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光中均包含全部颜色的基色光；

所述第一DMD芯片用于接收所述第一偏振光，并在一帧时间内先后调制所述第一偏振光输出第一图像信号和第二图像信号；

所述第二DMD芯片用于接收所述第二偏振光，并在一帧时间内先后调制所述第二偏振光输出第三图像信号和第四图像信号；

所述振镜用于在第一位置时对所述第一图像信号和所述第三图像信号进行输出，在第二位置时对所述第二图像信号和所述第四图像信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述DMD调制成像系统还包括：第一全内反射棱镜和第二全内反射棱镜；

所述第一全内反射棱镜用于将所述第一偏振光输入所述第一DMD芯片以及将所述第一DMD芯片输出的图像信号输出至所述振镜；

所述第二全内反射棱镜用于将所述第二偏振光输入所述第二DMD芯片以及将所述第二DMD芯片输出的图像信号输出至所述振镜。

3.根据权利要求1所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述DMD调制成像系统还包括：第一二向色镜；

所述第一二向色镜用于将所述第一DMD芯片输出的图像信号和所述第二DMD芯片输出的图像信号输出至所述振镜。

4.根据权利要求1所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述激光光源包括：激光器阵列、波长转换部件、蓝光回路、第二二向色镜以及滤色轮；

所述激光器阵列用于产生激光；

所述波长转换部件用于透射所述激光和通过所述激光产生荧光以及将所述荧光反射至所述第二二向色镜；

所述蓝光回路用于接收所述波长转换部件透射的激光并将所述波长转换部件透射的激光投射至所述第二二向色镜；

所述第二二向色镜对所述激光透射且对所述荧光反射，用于将所述激光和所述荧光输出至所述滤色轮；

所述滤色轮用于对所述第二二向色镜输出的所述激光和所述荧光滤色进行后输出。

5.根据权利要求4所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述波长转换部件包括：荧光轮；

所述荧光轮包括：荧光区域和透射区域；所述荧光区域受到所述激光照射产生荧光并将所述荧光反射至所述第二二向色镜；所述透射区域对照射来的所述激光透射。

6.根据权利要求1所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述激光光源包括：激光器阵列、波长转换部件以及滤色轮；

所述激光器阵列用于产生激光；

所述波长转换部件用于透射所述激光和通过所述激光产生荧光以及透射所述荧光；

所述滤色轮用于接收所述波长转换部件透射的所述激光和所述荧光，并对所述激光和所述荧光滤色进行后输出。

7.根据权利要求6所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述波长转换部件为荧光轮；

所述荧光轮包括：荧光区域和透射区域；所述荧光区域受到所述激光照射产生荧光并透射所述荧光；所述透射区域对照射来的所述激光透射。

8.根据权利要求4-7任一项所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述DMD调制成像系统还包括：匀光结构；

所述匀光结构位于所述激光光源输出的基色光的光路上，用于匀化所述激光光源输出的基色光。

9.根据权利要求8所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述匀光结构为光棒、复眼透镜、光锥中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的DMD调制成像系统，其特征在于，所述基色光包括：红色光、蓝色光和绿色光。

11.一种激光投影设备，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的DMD调制成像系统。