CN109300429A - 用于激光显示的激光器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光显示领域，公开了一种用于激光显示的激光器控制系统，能够灵活且易于实现行光功率配比的调节。本发明包括控制并发出电路信号的控制组件、根据电路信号控制电路通断的开关组件、提供电流以驱动激光器的驱动组件以及发射激光的激光器组件；所述控制组件将需要实现的发光方式以电路信号的方式传输到开关组件，所述开关组件根据控制信号进行各路激光器的开关控制，从而控制驱动组件按照预设的开关方式给激光器供电，从而调节各基色激光器的占空比，最终实现激光器按照预设的配色模式来发射激光。本发明适用于激光显示器。

Description

用于激光显示的激光器控制系统

技术领域

本发明涉及激光显示领域，特别涉及用于激光显示的激光器控制系统。

背景技术

随着显示技术的发展，激光由于其单色性好、亮度高、寿命长等优势，在显示领域的应用中独树一帜，基于激光良好的单色性，在色彩方面的表现具有其他光源难以比拟的优势。目前鉴于红绿光激光器居高不下的成本，激光显示行业主流的颜色方案为蓝色激光加荧光粉的方案，但随着红光和绿光的激光器技术的发展，未来激光显示将向纯激光光源的方向发展，最大化的发挥出激光在色彩表现方面的优势。

三基色均为激光光源所带来的是各单色场更为纯粹的色彩表现以及更高的色域，能够最大程度的还原自然界的色彩，而各基色激光器的功率配比在白平衡的调节中尤为关键，合理的功率配比方能最大的发挥出纯激光光源的色彩表现能力。针对不同额定光功率、不同中心波长的激光光源在达到同样的显示效果时需要不同的光功率配比来匹配所需的白平衡，或者在同等的激光器条件下需要达到不同的色彩效果也同样需要不同的光功率配比来实现，这就要求有一种灵活且易于实现的方案来进行光功率配比的调节，从而实现纯激光显示最优的显示效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种用于激光显示的激光器控制系统，能够灵活且易于实现行光功率配比的调节。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：用于激光显示的激光器控制系统，包括控制并发出电路信号的控制组件、根据电路信号控制电路通断的开关组件、提供电流以驱动激光器的驱动组件以及发射激光的激光器组件；

所述控制组件将需要实现的发光方式以电路信号的方式传输到开关组件，所述开关组件根据控制信号进行各路激光器的开关控制，从而控制驱动组件按照预设的开关方式给激光器供电，从而调节各基色激光器的占空比，最终实现激光器按照预设的配色模式来发射激光。

进一步的，所述控制组件可内置驱动程序和存储单元，所述存储单元预存有对应配色方案的电路信息，所述驱动程序通过调用存储单元内的电路信息后向开关组件发出电路通断的指令。

进一步的，调节各基色激光器的占空比的方法为：通过控制在一个时钟周期内各基色激光器通电时间的长短来控制各基色的占空比。

进一步的，所述激光器组件中的激光器可以为半导体激光器，也可以为全固态激光器。

进一步的，所述激光器组件可以分为三个分组件，分别对应使用R、G、B三基色的激光器。

进一步的，所述激光器分组件所用的各基色激光器可以为单一中心波长的激光器，也可以为多个中心波长的激光器，比如蓝光激光器分组件所用的激光器可以仅使用中心波长为455nm的激光器，也可以混合使用455nm和465nm的激光器，当然根据系统设计需求可以选择更多中心波长的激光器混合使用。

进一步的，纯RGB配色方案下所述各基色的激光器在一个时钟周期内依次通电，即各色激光器不同时点亮，三基色占空比的和为100％。

进一步的，在纯RGB配色方案的基础上，本发明根据设计需求设置了公用段，使得在同一个时钟周期内存在同时点亮两基色或者三基色的激光器的时间段。

本发明的有益效果是：本发明可以实现各种满足要求的白平衡配色方案，且在合理的激光器功率下只需在系统中改变驱动程序，进而改变各色的占空比，最终实现所需的功率配比，无需对系统进行硬件升级就可达到各种不同的显示效果，极大地提升了纯激光显示在色彩上的灵活性。

附图说明

图1为色彩调节方法流程图。

图2为激光器控制系统结构示意图。

图3为纯RGB 7500k配色模式电路驱动信号示意图。

图4为纯RGB 8000k配色模式电路驱动信号示意图。

图5为R、G设置公用段提高光通量电路驱动信号示意图。

图6为设置R、B公用段提高色温电路驱动信号示意图。

图7为RGB设置公用段电路驱动信号示意图。

符号说明：10为控制组件；20为开关组件；30为驱动组件；40为激光器组件；401为R激光器分组件；402为G激光器分组件；403为B激光器分组件。

具体实施方式

本发明提出的激光器控制系统，包含控制并发出电路信号的控制组件、根据电路信号控制电路通断的开关组件、提供电流以驱动激光器的驱动组件以及发射激光的激光器组件。

所述控制组件内置有驱动程序和存储单元，存储单元预存有与配色方案相对应的电路信息，所述驱动程序可以通过调用存储单元内的电路信息后向开关组件发出电路通断的指令。

所述激光器组件可按三基色进行区分，分为R、G、B三个激光器分组件，各分组件分别选用对应中心波长的激光器，但各分组件里选用的激光器的中心波长根据系统设计需求可不局限于一种，如R激光器分组件里就可以同时选用638nm和642nm的激光器，所用激光器优选为半导体激光器，也可为全固态激光器，各分组件激光器的总功率根据激光器实际产品以及系统的光功率需求进行选择。

所述各激光器分组件根据电路排线需求可单路驱动，也可多路驱动，当然，这里每一路驱动都将激光器进行串联以保证各驱动电路中每个激光器驱动电流大小相等，并且各驱动电路优选地由开关组件独立控制通断。

所述开关组件根据控制组件发出的指令来控制各激光器分组件的通断，开关组件既能实现将每个激光器分组件作为一个整体来分别控制通断，也可针对各激光器分组件的每一路驱动分别控制通断。亦即实现各基色激光器驱动电流的通断相互独立。

所述驱动组件为每一路驱动电路提供驱动电流，各路驱动电流的幅值根据所驱动的激光器的额定电流值可以分别设定。

通过上述的控制系统能够实现各基色占空比的灵活控制，本发明所述的色彩调节方法都是基于此进行实施的。

所述色彩调节方法基础的配色方案为纯RGB的配色方式，通过各基色占空比来调节各基色的功率比。所用R、G、B各色激光器的光功率分别为m、p、o，各基色的占空比为α、β、γ，则功率比为：

R∶G∶B＝mα∶pβ∶oγ

所配出的白场色坐标为：

其中：

X＝mαx′_R+pβx′_G+oγx′_B

Y＝mαy′_R+pβy′_G+oγy′_B

Z＝mαz′_R+pβz′_G+oγz′_B

x′_R、y′_R、z′_R为所用红光的的波长对应的三刺激值，x′_G、y′_G、z′_G为所用绿光的的波长对应的三刺激值，x′_B、y′_B、z′_B为所用蓝光的的波长对应的三刺激值，本发明所述色坐标以及三刺激值均基于CIE1931。值得注意的是，若各基色激光器组件所用的激光器不止一种，也即不止一个中心波长，可将各波长的激光器按功率比合成等效中心波长的三刺激值进行配色，亦即上述配色方程变为：

各参数与前文所述含义相同，以下标n区分各基色不同中心波长的激光器，由此可从目标色坐标出发，反推出各基色激光器的功率比，进而得出各基色激光器的占空比，所述占空比即各基色激光器在每一个时钟周期内点亮的时间与时钟周期的比值，通过在驱动程序中控制电路通断的时间即可实现所述配色方案。

在纯RGB配色方案的基础上可以进行灵活调节，纯RGB配色方案中，各基色激光器点亮的时间互不重合，三基色占空比之和为100％，如此能得到最高的彩色亮度以及色域，在此基础上，可以在部分时间段内同时点亮两基色、甚至三基色的激光器，设置公用段，以此得到不同需求的白平衡配色方案，其各色的占空比可以经过多次迭代后得到。比如需要更高的白场亮度，可将R和G设置公用段，相当于在配色中加入了黄色，或者需要更高的色温，可优选地将蓝色占空比提高，与红色段或者绿色段形成公用段，当然，这里加入公用段后各色的占空比需要反复调节以得到满足要求的白平衡。

实施例

如图2所示为本发明的系统结构框图，包含控制并发出电路信号的控制组件10、根据电路信号控制电路通断的开关组件20、提供电流以驱动激光器的驱动组件30以及发射激光的激光器组件40。激光器组件包含R激光器分组件401、G激光器分组件402和B激光器分组件403。

图1所示为色彩调节方法流程图，为了更详细的说明本实施方式，本实施例中设定目标显示效果输入如下：色温7500k(白场色坐标x＝0.3004,y＝0.3103),光通量大于2400lm，SRGB色域大于55％,彩色亮度大于2200lm。各基色激光器功率、中心波长输入如下：R激光器分组件选用总激光功率40W，额定电流2.8A，中心波长638nm(刺激值为x’＝0.484744,y’＝0.191155,z’＝0.000024)；G激光器分组件选用总激光功率51W，额定电流1.6A，中心波长525nm(刺激值为x’＝0.1096,y’＝0.7932,z’＝0.05725)；B激光器分组件选用总激光功率76W，额定电流6.0A，中心波长465nm(刺激值为x’＝0.251,y’＝0.0739,z’＝1.5281)；将以上参数代入发明内容中所述配色方程中，经MATLAB求解方程可得三基色的光功率配比为：R:G:B＝1.94372：1.29842：1，结合各激光器分组件的额定光功率值可计算得各基色的占空比为：R:G:B＝57.7734％:27.5831％:14.6435％，将该占空比数据写入驱动程序，载入控制组件中以实现如图3所示的电路脉冲信号，图示各驱动电路的幅值即为各路的驱动电流值，脉冲宽度在单位时钟周期内的占比即为各基色的占空比。所述控制组件将占空比信息通过驱动程序翻译为脉冲信息传递到开关组件，开关组件按照该电路信息控制驱动组件给各激光器分组件供电，各激光器分组件即可以按照预设的占空比发射激光，最终得到目标设定的7500k的白平衡显示模式。以系统光效24％进行计算，结合各基色的人眼视觉函数可得各单色场光通量为：R＝724lm、G＝1829lm、B＝87lm，白场光通量为2624lm，彩色亮度为2624lm，SRGB色域约为60％，满足预设的目标显示效果。

为了进一步体现该色彩调节方法的灵活性和低成本，在上述实施例的基础上需将色温提升至8000k,其余要求不变，将8000k色坐标x＝0.2922,y＝0.3048代入上述配色方程，经MATLAB求解得三基色的光功率配比为：R:G:B＝1.94372：1.29842：1，结合各激光器分组件的额定光功率值可计算得各基色的占空比为：R:G:B＝56.278％:28.1181％:15.6039％，通过在驱动程序进行更改占空比数据，即可实现如图4所示驱动脉冲信号，从而控制各激光器分组件按照预设的占空比发射激光，实现8000k的白平衡显示模式，同上述计算可得本实施例各单色场光通量为：R＝705lm、G＝1853lm、B＝93lm，白场光通量为2647lm，彩色亮度为2647lm，SRGB色域约为60％，满足预设目标要求，本实施例仅需在上一实施例基础上进行软件更新即可实现新的显示指标。

在上述实施例的基础上，硬件条件不变，要求实现更高的白场光通量，彩色亮度可适当降低，本实施例中通过在上述8000k配色实施例基础上设置红段和绿段的公用段L1以提高白场的光通量，图5为该实施例的电路脉冲信号示意图，公用段占空比为10％，即将R段和G段各自占空比提高5％，占空比为：R:G:B＝61.278％:33.1181％:15.6039％，经迭代计算，该实施例可得到白场光通量为3057lm,各单色场光通量为：R＝642lm、G＝1533lm、B＝93lm，彩色亮度为2268lm，色温迭代计算后大约为8200k。在本实施例中，未进行硬件变换，仅在软件上调整了各色段的占空比，即可实现新的显示指标。

基于不同的显示要求，本发明通过调节各基色的占空比来实现不同的功率配比，比如需要更高的色温，可适当增加蓝色的占比同时适当调整各基色的比例以得到新的白平衡状态，如图6所示设置红段与蓝段的公用段L2，或者可以如图7所示设置三基色的公用段L3来得到所需要的白平衡，当然有需要的时候设置绿段和蓝段的公用段也是可行的。

Claims (8)

1.用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，包括控制并发出电路信号的控制组件、根据电路信号控制电路通断的开关组件、提供电流以驱动激光器的驱动组件以及发射激光的激光器组件；

所述控制组件将需要实现的发光方式以电路信号的方式传输到开关组件，所述开关组件根据控制信号进行各路激光器的开关控制，从而控制驱动组件按照预设的开关方式给激光器供电，从而调节各基色激光器的占空比，最终实现激光器按照预设的配色模式来发射激光。

2.如权利要求1所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，调节各基色激光器的占空比的方法为：通过控制在一个时钟周期内各基色激光器通电时间的长短来控制各基色的占空比。

3.如权利要求1所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，所述控制组件内置有驱动程序和存储单元，所述存储单元预存有对应配色方案的电路信息，所述驱动程序通过调用存储单元内的电路信息后向开关组件发出电路通断的指令。

4.如权利要求1所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，所述激光器组件中的激光器为半导体激光器或者全固态激光器。

5.如权利要求1所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，所述激光器组件分为三个分组件，分别对应使用R、G、B三基色的激光器。

6.如权利要求5所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，所述激光器分组件所用的各基色激光器为单一中心波长的激光器或者多个中心波长的激光器。

7.如权利要求5所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，纯RGB配色方案下所述各基色的激光器在一个时钟周期内依次通电，即各色激光器不同时点亮，三基色占空比的和为100％。

8.如权利要求5所述的用于激光显示的激光器控制系统，其特征在于，纯RGB配色方案的基础上，根据设计需求设置了公用段，使得在同一个时钟周期内存在同时点亮两基色或者三基色的激光器的时间段。