CN114942560B - 一种模拟空间光调制器的彩色投影系统 - Google Patents
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Abstract
一种模拟空间光调制器的彩色投影系统，包括激光模块、扩束准直器模块、光束调制模块、滤波模块和投影接收屏；激光模块出射的光束经扩束准直器模块直接垂直入射到光束调制模块，经光束调制模块调制的光束直接入射到滤波模块后成像于投影接收屏；本发明可实现空间光调制器在单调制模式下的实际成像效果模拟及验证工作；同时可实现空间光调制器在不同调制模式下的切换，进而对比分析不同调制模式下的模拟效果；采用三色激光器配合光束整形器件来提供平顶光束，实现投影效果的高均匀性，同时系统采用同步控制系统来控制三色激光与彩色图像R、G、B分量在时序上的同步响应，实现无串扰彩色投影效果，整个系统集成度高，功能强大便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及投影成像技术领域，具体涉及一种模拟空间光调制器的彩色投影系统。
背景技术
投影系统是将光源发出的光经调制后成像于投影屏幕上的系统，一般包括光源装置、微显示器、投影镜头、视频处理器和控制器。其中微显示器是投影系统中系统的核心部件，直接决定投影图案的整体指标，因此也是目前比较重点关注的研究方向。目前，市面上已有数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)、液晶显示器(Liquid CrystalDisplay)或硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)的光阀3种类型微显示器。LCD是一种电信号光开光装置，因其环境适应性、成像亮度及清晰度有限，导致系统使用领域较窄；DMD芯片是一种可实现空间光调制的光学微机电系统，是目前微显示投影系统中最常用的器件，但因其配套器件需定制，导致整体系统成本高；LCOS是在LCD技术基础上结合CMOS集成电路形成一种新型的反射式microLCD，也称为空间光调制器，该器件具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点，很容易实现高分辨率和充分的色彩表现，是目前市场最具有发展前景的技术。
针对空间光调制器的投影系统，存在两种方式：一种是基于光学系统成像原理直接将图像经投影成像于接收面，属于振幅调制模式；另外一种是通过全息原理成像于接收面，属于相位调制模式。
相关论文也做过大量的理论仿真研究，但缺乏实验验证工作，尤其是目前空间光调制器硬件结构中存在电极或像素点之间的走线，即填充因子或开口率，一般在5～50％之间，这部分光不能被器件调制；同时空间光调制器依赖于偏振特性，在相位调制模式下，未被调制光或调制不完整的光将会成为杂光直接影响器件的最终使用效果，因此需要考虑偏振对两种模式的实际影响；还涉及入射光束均匀性、刷新速率以及振幅模式下光能利用率等问题对最终投影成像的影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种模拟空间光调制器的彩色投影系统，其特征在于，包括激光模块、扩束准直器模块、光束调制模块、滤波模块和投影接收屏；
所述激光模块出射的光束经所述扩束准直器模块直接垂直入射到光束调制模块，经光束调制模块调制的光束直接入射到滤波模块后成像于投影接收屏。
优选的，所述激光模块包括激光器和整形器件，所述激光器出射的光束经所述整形器件调制得到平顶光束。
优选的，所述扩束准直器模块包括扩束准直器件，所述平顶光束通过扩束准直器得到宽光束。
优选的，所述光束调制模块包括有起偏器、分光棱镜、空间光调制器和检偏器，所述宽光束经起偏器件后垂直入射到分光棱镜中，一部分光以透射形式直接入射空间光调制器，经调制器调制发射回来的宽光束经分光棱镜反射，另一部分反射宽光束经检偏器得到调制光束。
优选的，所述滤波模块包括第一透镜、光阑、第二透镜，调制光束垂直入射到所述第一透镜后聚焦于低通光阑面，传输后经第二透镜准直平行出射到投影接收屏。
优选的，还包括有控制模块，所述控制模块通过空间光调制器控制系统加载图像信息，再通过同步系统将空间光调制器的同步触发接口与激光器同步触发接口连接通信。
优选的，所述第一透镜、第二透镜可调整投影接收屏的图像大小。
在本发明一种模拟空间光调制器的彩色投影系统具有如下有益效果：本发明可实现空间光调制器在单调制模式下的实际成像效果模拟及验证工作；同时可实现空间光调制器在不同调制模式下的切换，进而对比分析不同调制模式下的模拟效果；该系统结构布局中采用三色激光器配合光束整形器件来提供平顶光束，实现投影效果的高均匀性，同时系统采用同步触发控制系统来控制三色激光与彩色图像R、G、B分量在时序上同步响应，从而实现无串扰彩色投影效果，整个系统集成度高，功能强大便于操作。
附图说明
图1为本发明所述的用于模拟空间光调制器的彩色投影系统结构图；
图2a为本发明相位模式下空间光调制器预加载图；
图2b为本发明相位模式下空间光调制器实际光场效果图；
图3a为本发明振幅模式下空间光调制器预加载图；
图3b为本发明振幅模式下空间光调制器实际光场效果图；
1、激光器；2、整形器件；3、扩束准直器件；4、起偏器；5、分光棱镜；6、空间光调制器；7、检偏器；8、第一透镜；9、光阑；10、第二透镜；11、投影接收屏。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1所示，一种模拟空间光调制器的彩色投影系统，其特征在于，包括激光模块、扩束准直器模块、光束调制模块、滤波模块和投影接收屏；
所述激光模块出射的光束经所述扩束准直器模块直接垂直入射到光束调制模块，经光束调制模块调制的光束直接入射到滤波模块后成像于投影接收屏。
还包括有控制模块，所述控制模块通过空间光调制器控制系统加载图像信息，再通过同步系统将空间光调制器的同步触发接口与激光器同步触发接口连接通信。
所述激光模块包括激光器和整形器件，所述激光器出射的光束经所述整形器件调制得到平顶光束。
所述扩束准直器模块包括扩束准直器件，所述平顶光束通过扩束准直器得到宽光束。
所述光束调制模块包括有起偏器、分光棱镜、空间光调制器和检偏器，所述宽光束经起偏器件后垂直入射到分光棱镜中，一部分光以透射形式直接入射空间光调制器，经调制器调制发射回来的宽光束经分光棱镜反射，另一部分反射宽光束经检偏器得到调制光束。
具体的，若采用振幅兼相位型调制器来模拟空间光调制器相位模式的彩色投影系统，先将起偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向平行即可，保证起偏角、液晶配向与检偏角平行；再将起偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向平行。
若用于模拟空间光调制器振幅模式的彩色投影系统，先将起偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向的夹角为45°；再将检偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向的夹角为-45°即可，保证起偏角与检偏角垂直。若更换不同调制模式调制器来模拟空间光调制器振幅模式的彩色投影系统，先确定调制模式:振幅和相位；
若为相位模式，则先将相位型调制器用于模拟空间光调制器相位模式的彩色投影系统，再将起偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向平行即可，保证起偏角、液晶配向与检偏角平行；再将起偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向平行。
若为振幅模式，则先将振幅型调制器用于模拟空间光调制器相位模式的彩色投影系统，再将起偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向的夹角为45°；再将检偏器角度进行旋转，直至与空间光调制器液晶配向的夹角为-45°即可，保证起偏角与检偏角垂直，起偏器角度与检偏器角度需根据所选调制器确定，在此不做限定。
所述滤波模块包括第一透镜、光阑、第二透镜，调制光束垂直入射到所述第一透镜后聚焦于低通光阑面，传输后经第二透镜准直平行出射到投影接收屏。
所述第一透镜、第二透镜可调整投影接收屏的图像大小。
综上，在本发明一种模拟空间光调制器的彩色投影系统可实现空间光调制器在单调制模式下的实际成像效果模拟及验证工作；同时可实现空间光调制器在不同调制模式下的切换，进而对比分析不同调制模式下的模拟效果；该系统结构布局中采用三色激光器配合光束整形器件来提供平顶光束，实现投影效果的高均匀性，同时系统采用同步触发控制系统来控制三色激光与彩色图像R、G、B分量在时序上同步响应，从而实现无串扰彩色投影效果，整个系统集成度高，功能强大便于操作。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种模拟空间光调制器的彩色投影系统，其特征在于，包括激光模块、扩束准直器模块、光束调制模块、滤波模块和投影接收屏；
所述激光模块出射的光束经所述扩束准直器模块直接垂直入射到光束调制模块，经光束调制模块调制的光束直接入射到滤波模块后成像于投影接收屏；
所述激光模块包括激光器和整形器件，所述激光器出射的光束经所述整形器件调制得到平顶光束;
所述扩束准直器模块包括扩束准直器件，所述平顶光束通过扩束准直器得到宽光束;
所述光束调制模块包括有起偏器、分光棱镜、空间光调制器和检偏器，所述宽光束经起偏器件后垂直入射到分光棱镜中，一部分光以透射形式直接入射空间光调制器，经调制器调制发射回来的宽光束经分光棱镜反射，另一部分反射宽光束经检偏器得到调制光束。
2.根据权利要求1所述的模拟空间光调制器的彩色投影系统，其特征在于，所述滤波模块包括第一透镜、光阑、第二透镜，调制光束垂直入射到所述第一透镜后聚焦于低通光阑面，传输后经第二透镜准直平行出射到投影接收屏。
3.根据权利要求1所述的模拟空间光调制器的彩色投影系统，其特征在于，
还包括有控制模块，所述控制模块通过空间光调制器控制系统加载图像信息，再通过同步系统将空间光调制器的同步触发接口与激光器同步触发接口连接通信。
4.根据权利要求2所述的模拟空间光调制器的彩色投影系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜可调整投影接收屏的图像大小。
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