CN1279743C - 大屏幕电视激光显示系统（a） - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光显示系统领域，特别涉及激光电视、激光电影以及户内或户外大屏幕激光显示系统。本发明用激光器作为光源，电致伸缩陶瓷微位移器作为扫描系统的核心部件。输入的视频信号经分离电路分离出音频信号、三基色信号、行扫描信号和场扫描信号，音频信号经伴音电路调制后驱动扬声器，产生声音。三基色信号分别经过各自的调制电路后，由三个激光器输出的三基色光经合光系统合光后形成一束信号激光投射到扫描控制系统中。分离出来的行扫描信号投射到场扫描装置上；分离出来的场扫描信号经场扫描信号调制电路和场扫描信号非线性调节补偿电路后驱动场扫描装置，使投射到其表面的直线形信号激光扫描并投射到前方的屏幕上，形成一幅激光视频图像。
Description
技术领域
本发明属于激光显示系统领域，特别涉及激光电视、激光电影以及户内或户外大屏幕激光显示系统。
背景技术
电视、彩色显示器已成为现代生活必需品，由于该市场的巨大潜力和利润，各国都致力于发展高清晰度和大屏幕显示器以满足人们对该产品的不断更新的需求，例如：大屏幕等离子体显示(PDP)，液晶显示(LCD)等。以激光作为彩色显示器的光源是激光技术发展的一种趋势，同时也一直是研究人员的梦想。随着红、绿、蓝三色光半导体激光器的相继研制成功和投放市场，使激光电视的问世成为可能，并成为21世纪显示器市场中最强有力的竞争者。激光的单色性好，在色泽方面，激光可以更准确地控制输出波长，与传统高画质显示器比较，激光所展现的颜色更加充足和逼真，不仅能保证重现图像的颜色，而且对自然界中难以看到的高饱和度也能显示出来。激光的方向性极强，光束的发散性很小，因而打在屏幕上仍然是一个非常清晰的小亮点，大大提高了图像的清晰度，激光显示可以准确地控制激光点打在屏幕上的位置，可以克服传统显示器存在的像变形问题。除了色泽、清晰度方面的显著优点之外，激光显示对环境要求低，通常无需任何光学聚焦系统，显示尺寸可以任意调整，可以发展成为超大屏幕显示、电影和投影一体化的多功能产品。
现有激光显示系统的组成包括源信号调制电路、激光器、合光装置和扫描装置。目前扫描控制的方法均采用机械方式。从源信号中分离出来的场同步信号、行同步信号分别经振镜控制电路、转镜控制电路，使振镜作垂直场扫描摆动，使转镜作水平行扫描转动，经调制的三色激光经合光器形成的彩色光，先射到水平扫描转镜上，再由转镜反射到振镜上，振镜将光反射到屏幕上形成彩色图像。转镜的结构是在定子外周有转子，转子的最外层是多面金属反射镜面，定子的绕组与转镜控制电路板上的电路相连，接受行同步信号的控制。振镜的结构是固定在箱体上的支架上固装着电磁震荡器，电磁震荡器的输出轴的一端固装着振镜，电磁震荡器与振镜控制电路板上的电路相连，接受场同步信号的控制。这种扫描控制方式对转镜的分割误差、转镜的转速及其稳定性要求极高，如Ketabehi Mehrdad et.al.Pougonal scanner subsystem for laser display[J].Proc.SPIE，1997，3131，20-29；Risse Stefan et.al.Design of a fast high precision polygonal scanner forHDTV[J].Proc.SPIE，1997，3131，11-19所报导的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型大屏幕(电视)激光显示系统，在提高画质高清晰度的条件下，同时实现降低对组成(电视)激光显示系统的转镜的分割误差、转镜的转速及其稳定性极高的要求。
本发明的大屏幕(电视)激光显示系统：包括扬声器、高频头、信号处理电路、信号分离电路、伴音电路、三基色调制电路、激光器、合光系统、扫描控制系统、行扫描信号调制电路、行扫描信号非线性调节补偿电路、场扫描信号调制电路、场扫描信号非线性调制补偿电路及屏幕：
一接收视频和音频信号的高频头1的信号输出端与一信号处理电路2的信号输入端连接，信号处理电路2的信号输出端与一信号分离电路3的信号输入端连接；
一伴音电路4的信号输入端与信号分离电路3的一音频信号输出端连接，伴音电路4的信号输出端与一扬声器连接；
一三基色调制电路的红、绿、蓝信号输入端5、6、7分别与信号分离电路3的红、绿、蓝信号输出端对应连接；
一控制输出光强度大小的红8、绿9、蓝10三个激光器分别与三基色调制电路的红、绿、蓝信号输出端连接；
一合光系统11的信号输入端分别与控制输出光强度大小的红8、绿9、蓝10三个激光器的信号输出端连接；
一行扫描信号调制电路13的信号输入端与信号分离电路3分离出行扫描信号输出端连接，行扫描信号调制电路13的信号输出端与行扫描信号非线性调节补偿电路14的信号输入端连接；
一场扫描信号调制电路15的信号输入端与信号分离电路3分离出场扫描信号输出端连接，场扫描信号调制电路15的信号输出端与场扫描信号非线性调制补偿电路16的信号输入端连接；
一具有接收彩色激光信号、行扫描信号、场扫描信号并能输出图像的扫描控制系统12。扫描控制系统12中的扫描装置的信号输入端a与合光系统11的信号输出端连接；扫描装置的信号输入端b与行扫描信号非线性调节补偿电路14的信号输出端连接；扫描装置的信号输入端c与场扫描信号非线性调制补偿电路16的信号输出端接；扫描装置在行和场扫描信号驱动控制下对射入激光进行行扫描和场扫描，信号经扫描装置的信号输出端投射到前方屏幕17上形成图像。
所述的合光系统11的结构是，在盒体内装置两片互相垂直的光学镜片18、19；其中两个激光器输出激光光轴28与一个光学镜片成45度角入射，第三个激光器发出的激光光轴28与另一个光学镜片成45度角入射。三束激光经合光系统混合后同轴。
所述的扫描控制系统是以电致伸缩陶瓷微位移器(WTDS)为核心部件，由四组WTDS器件组成的光反射装置，在场和行扫描信号电路及场和行扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，可以将激光反射并扫描成一幅画面。
所述的WTDS电致伸缩陶瓷微位移器是由PLZT陶瓷材料(在电场作用下，该材料晶格定位引起介电驰豫而发生形变)以叠层工艺制作而成的。它是一种高位移分辨率电压控制微小形变的器件。具有位移分辨率高(几十纳米)、响应快、滞后小、回零再现性好、稳定性好等突出优点。它是光学、机械加工、电子、航空、生物、医学、遗传工程和光纤通讯等领域中实现超精定位、超精加工、误差补偿、相位调制等功能的理想执行器件。
本发明采用的是由薄片状电致伸缩陶瓷粘成的柱状WTDS器件，器件的位移量S＝nME2，n为层叠数，M是应变系数，E是施加的电场。WTDS器件为电容性负载，每个小片相当于一个电容器，电容越大，响应速度越慢，所以本发明采用的WTDS器件中陶瓷单元片间采用串联或者串并联结合的方式，用以减小总电容，提高响应速度，可以满足实现规定的电视场、行扫描的速度。
所述的由两组共四个WTDS器件组成的光反射装置：其中一组是将两个相同的柱状WTDS器件20、21的一端竖直固定在一基板22上，基板22固装在一底座23上；柱状WTDS器件20、21的另一端的上表面粘连一轻质基板24，柱状WTDS器件20、21两端分别引出电极引线连接场信号电路15和场信号非线性调节补偿电路16；由两个相同的柱状WTDS器件25、26为另外一组竖直固装在轻质基板24上表面，其排列方向与下面柱状WTDS器件20、21成正交垂直。柱状WTDS器件25、26上表面粘连一光学反射镜27，柱状WTDS器件25、26两端分别引出电极引线用以连接行扫描信号电路13和行扫描信号非线性调节补偿电路14。
这样，在位相相差π的两组场扫描信号电路和场扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，柱状WTDS器件20、21相向运动，一个伸长，另一个收缩，由此带动连接二者上表面轻质基板24绕其中心转轴随时间进行匀速往复转动。同样，在位相相差π的两组行扫描信号电路和行扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，柱状WTDS器件25、26也做相向运动，一个伸长，另一个收缩，由此带动连接二者之间的光学反射镜27随时间进行匀速的往复转动，其转动轴与轻质基板24转轴在同一平面内，但方向互相垂直。
所述的光学反射镜27转动轴向与轻质基板24转动轴向在同一平面内，且互相垂直。
由电视信号调制的三色激光经合光器合成一束信号激光后，投射到光学反射镜27上，产生一激光点。在转轴相互垂直的轻质基板24及光学反射镜27转动作用下，扫描成一幅画面，上面两个柱状WTDS器件组成的装置实现的是行扫描，在行扫描信号电路及非线性调节电路的驱动下，将投射到光学反射镜上表面中心处的激光点扫描成一条直线；下面两柱状WTDS器件组成的装置实现的是场扫描，在场扫描信号电路及非线性调节电路的驱动下将扫描线延展成一幅画面。
由于WTDS器件的位移量与施加电场成平方关系，为达到匀速扫描的目的，即使镜面摆动角度与扫描时间成线性关系，在行(场)扫描信号电路后加一由微处理器控制的非线性调节电路，经非线性调节电路修正后的输出信号直接驱动行(场)扫描装置，实现匀速扫描。如图3所示。
本发明提出的是一种全固态激光显示系统，在色泽方面，与传统高画质显示器相比较，其所展现的颜色更加充足和逼真，不仅能保证重现图象的颜色，而且对自然界中难以看到的高饱和度也能显示出来。激光方向性好的特点使本显示系统可以呈现完美的清晰度，同时也可以克服传统显示器普遍存在的像变形问题。整个系统是全固态的，具有体积小、分辨率高、对环境要求低等突出优点，适于产品化，必将成为超大屏幕显示、电影和投影一体化的多功能产品。
附图说明
图1.本发明的激光显示系统；
图2.本发明的合光系统；
图3.本发明的扫描系统。
A.行扫描装置；B.场扫描装置
附图标记
1.高频头 2.信号处理电路 3.信号分离电路 4.伴音电路
5.三基色调制电路的红色信号输入端
6.三基色调制电路的绿色信号输入端
7.三基色调制电路的蓝色信号输入端
8.红发光激光器 9.绿发光激光器 10.蓝发光激光器
11.合光系统 12.扫描控制系统 13.行扫描信号调制电路
14.行扫描信号非线性调节补偿电路
15.场扫描信号调制电路
16.场扫描信号非线性调制补偿电路
17.屏幕 18、19.光学镜片 20、21柱状WTDS器件
22.基板 23.底座 24.基板
25、26.柱状WTDS器件 27.光学反射镜
28.激光光轴
具体实施方式
实施例.
请参见图1-3。包括扬声器、高频头、信号处理电路、信号分离电路、伴音电路、三基色调制电路、激光器、合光系统、扫描控制系统、行扫描信号调制电路、行扫描信号非线性调节补偿电路、场扫描信号调制电路、场扫描信号非线性调制补偿电路及屏幕的大屏幕(电视)激光显示系统。
一接收视频和音频信号的高频头1，将接收到的信号经信号处理电路2后，输入到信号分离电路3，信号分离电路3分离出的声音信号输入到伴音电路4，经扬声器输出；信号分离电路3分离出的红，绿，蓝三基色信号，分别输入到红5，绿6，蓝7三基色调制电路，再分别驱动红8，绿9，蓝10三个激光器，控制它们输出光的强度大小；三色激光经合光系统11，合成一束激光射到扫描控制系统12中；信号分离电路3分离出行扫描信号输入到行扫描信号调制电路13，经行扫描信号非线性调节补偿电路14后，驱动扫描系统中行扫描装置，对射入激光进行行扫描；信号分离电路3分离出场扫描信号输入到场扫描信号调制电路15，经场扫描信号非线性调制补偿电路16后，驱动扫描系统中场扫描装置，对射入激光进行场扫描；扫描装置在行和场扫描信号驱动控制下对射入激光进行行扫描和场扫描，投射到前方屏幕17上形成图像。如图1所示。
合光系统11的结构是在一盒体内装置两片互相垂直的光学镜片18、19；其中两个激光器输出激光光轴28与一个光学镜片成45度角入射，第三个激光器发出的激光光轴28与另一个光学镜片成45度角入射，这样保证三束激光经合光系统混合后同轴。如图2所示。
扫描控制系统是以电致伸缩陶瓷微位移器(WTDS)为核心部件，由四组WTDS器件组成的光反射装置，在场和行扫描信号电路及场和行扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，可以将激光反射并扫描成一幅画面。
柱状WTDS器件是由薄片状电致伸缩陶瓷粘成，器件的位移量S＝nME2，n为层叠数，M是应变系数，E是施加的电场。
由两组共四个WTDS器件组成的光反射装置：其中一组是将两个相同的柱状WTDS器件20、21的一端竖直固定在一基板22上，基板22固装在一底座23上；柱状WTDS器件20、21的另一端的上表面粘连一轻质基板24，柱状WTDS器件20、21两端分别引出电极引线连接场信号电路15和场信号非线性调节补偿电路16；由两个相同的柱状WTDS器件25、26为另外一组竖直固装在轻质基板24上表面，其排列方向与下面柱状WTDS器件20、21成正交垂直。柱状WTDS器件25、26上表面粘连一光学反射镜27，柱状WTDS器件25、26两端分别引出电极引线用以连接行扫描信号电路13和行扫描信号非线性调节补偿电路14。
这样，在位相相差π的两组场扫描信号电路和场扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，柱状WTDS器件20、21相向运动，一个伸长，另一个收缩，由此带动连接二者上表面轻质基板24绕其中心转轴随时间进行匀速转动。同样，在位相相差π的两组行扫描信号电路和行扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，柱状WTDS器件25、26也做相向运动，一个伸长，另一个收缩，由此带动连接二者之间的光学反射镜27随时间进行匀速的转动，其转动轴与轻质基板24转轴在同一平面内，但方向互相垂直。
由电视信号调制的三色激光经合光器合成一束信号激光后，投射到光学反射镜27上，产生一激光点。在转轴相互垂直的轻质基板24及光学反射镜27转动作用下，扫描成一幅画面，上面两个柱状WTDS器件组成的装置实现的是行扫描，在行扫描信号电路及非线性调节电路的驱动下，将投射到光学反射镜上表面中心处的激光点扫描成一条直线；下面两柱状WTDS器件组成的装置实现的是场扫描，在场扫描信号电路及非线性调节电路的驱动下将扫描线延展成一幅画面。
由于WTDS器件的位移量与施加电场成平方关系，为达到匀速扫描的目的，即使镜面摆动角度与扫描时间成线性关系，在行(场)扫描信号电路后加一由微处理器控制的非线性调节电路，经非线性调节电路修正后的输出信号直接驱动行(场)扫描装置，实现匀速扫描。如图3所示。
本发明用激光器作为光源，以电致伸缩陶瓷微位移器作为扫描系统的核心部件。输入的视频信号经分离电路分离出音频信号、三基色信号、行扫描信号和场扫描信号，音频信号经伴音电路调制后驱动扬声器，产生声音。三基色信号分别经过各自的调制电路后，分别驱动对应的激光器，使输出的三基色光强度发生变化，由三个激光器输出的三基色光经合光系统合光后形成一束信号激光投射到扫描系统中。分离出来的行(场)扫描信号经行(场)扫描信号调制电路和行(场)扫描信号非线性调节补偿电路后驱动行扫描装置，在位相相差π的行(场)扫描信号驱动下，反射镜绕中心轴转动，使投射到反射镜表面的信号激光扫描并投射到前方的屏幕上，形成一幅激光视频图像。
Claims (9)
1.一种大屏幕电视激光显示系统：包括扬声器、高频头、信号处理电路、信号分离电路、伴音电路、三基色调制电路、激光器、合光系统、扫描控制系统、行扫描信号调制电路、行扫描信号非线性调节补偿电路、场扫描信号调制电路、场扫描信号非线性调制补偿电路及屏幕，其特征是：
一接收视频和音频信号的高频头(1)的信号输出端与一信号处理电路(2)的信号输入端连接，信号处理电路(2)的信号输出端与一信号分离电路(3)的信号输入端连接；
一伴音电路(4)的信号输入端与信号分离电路(3)的一音频信号输出端连接，伴音电路(4)的信号输出端与一扬声器连接；
一三基色调制电路的红、绿、蓝信号输入端(5、6、7)分别与信号分离电路(3)的红、绿、蓝信号输出端对应连接；
一控制输出光强度大小的红(8)、绿(9)、蓝(10)三个激光器分别与三基色调制电路的红、绿、蓝信号输出端连接；
一合光系统(11)的信号输入端分别与控制输出光强度大小的红(8)、绿(9)、蓝(10)三个激光器的信号输出端连接；
一行扫描信号调制电路(13)的信号输入端与信号分离电路(3)分离出行扫描信号输出端连接，行扫描信号调制电路(13)的信号输出端与行扫描信号非线性调节补偿电路(15)的信号输入端连接；
一场扫描信号调制电路(14)的信号输入端与信号分离电路(3)分离出场扫描信号输出端连接，场扫描信号调制电路(14)的信号输出端与场扫描信号非线性调制补偿电路(16)的信号输入端连接；
一具有接收彩色激光信号、行扫描信号、场扫描信号并能输出图像的扫描控制系统(12)，所述的扫描控制系统(12)中的扫描装置的信号输入端a与合光系统(11)的信号输出端连接；扫描装置的信号输入端b与行扫描信号非线性调节补偿电路(15)的信号输出端连接；扫描装置的信号输入端c与场扫描信号非线性调制补偿电路(16)的信号输出端接；扫描装置在行和场扫描信号驱动控制下对射入激光进行行扫描和场扫描，信号经扫描装置的信号输出端投射到前方屏幕(17)上形成图像；
所述的扫描控制系统是以电致伸缩陶瓷微位移器为核心部件，由四组电致伸缩陶瓷微位移器组成的光反射装置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述的合光系统(11)的结构是在一盒体内装置两片互相垂直的光学镜片(18、19)；其中两个激光器输出激光光轴(28)与一个光学镜片成45度角入射，第三个激光器发出的激光光轴(28)与另一个光学镜片成45度角入射。
3.如权利要求2所述的系统，其特征是：所述的三个激光器发出的激光经合光系统(11)后同轴。
4.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述的由四组电致伸缩陶瓷微位移器组成的光反射装置：其中一组是将两个相同的柱状电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)的一端竖直固定在一基板(22)上，基板(22)固装在一底座(23)上；柱状电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)的另一端的上表面粘连一轻质基板(24)，柱状电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)两端分别引出电极引线连接场信号电路(15)和场信号非线性调节补偿电路(16)；由两个相同的柱状电致伸缩陶瓷微位移器(25、26)为另外一组竖直固装在轻质基板(24)上表面，其排列方向与下面柱状电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)成正交垂直；柱状电致伸缩陶瓷微位移器(25、26)上表面粘连一光学反射镜(27)，柱状电致伸缩陶瓷微位移器(25、26)两端分别引出电极引线用以连接行扫描信号电路(13)和行扫描信号非线性调节补偿电路(14)。
5.如权利要求4所述的系统，其特征是：所述的电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)在位相相差π的两组场扫描信号电路和场扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，柱状电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)做相向运动，一个伸长，另一个收缩，由此带动连接二者上表面轻质基板(24)绕其中心轴随时间进行匀速往复转动；
所述的电致伸缩陶瓷微位移器(25、26)在位相相差π的两组行扫描信号电路和行扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，柱状电致伸缩陶瓷微位移器(25、26)做相向运动，一个伸长，另一个收缩，由此带动连接二者之间的光学反射镜(27)绕其中心轴随时间进行匀速往复转动。
6.如权利要求4或5所述的系统，其特征是：所述的光学反射镜(27)的转动轴向与轻质基板(24)转动轴向在同一平面内，且互相垂直。
7.如权利要求4所述的系统，其特征是：所述的柱状电致伸缩陶瓷微位移器(20、21)对应行扫描信号，在行扫描信号电路及非线性调节电路的驱动下进行激光行扫描；所述的柱状电致伸缩陶瓷微位移器(25、26)对应场扫描信号，在场扫描信号电路及非线性调节电路的驱动下进行激光场扫描。
8.如权利要求1或4所述的系统，其特征是：所述的光反射装置在场和行扫描信号电路及场和行扫描信号非线性调节补偿电路的驱动下，将激光反射并扫描成一幅画面。
9.如权利要求1、4、5或7所述的系统，其特征是：所述的行扫描信号非线性调节补偿电路，或场扫描信号非线性调节补偿电路进一步加装一由微处理器控制的非线性调节电路，使镜面摆动角度与扫描时间成线性关系。
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| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061011 |