CN1438510A - 一种分区多行扫描式激光投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光投影技术领域。已有方案受行扫描速度限制，存在扫描效率低，扫描线质量差等缺点，不能满足现实要求。本发明利用数字技术分别调制并驱动多个激光显示单元组成的光束列，并通过与端面之间有不同角度设置，能进行分区行扫描的行偏转多面镜鼓，进行图像的分区多行扫描。本方案立足现有技术的发展，为实现大功率，高清晰，高色彩表现力的电子影院投影机提供了有效解决方案。

Description

一种分区多行扫描式激光投影机
一、技术领域：本发明属于激光投影显示技术领域。
二、背景技术：在激光技术问世不久，就出现了以飞点扫描器为核心的机械扫描式激光投影机，但由于行偏转多面镜鼓转速过高(每秒千转以上)，噪声成了一大问题。后来随着技术的发展，采用了空气轴承，但并未从根本上解决其进一步发展的主要问题：图像扫描线数的增加必须依赖行偏转多面镜鼓镜面数量的增加和转速提高。另外，像素显示时间短(只有0.8nm)，扫描线质量差，像素存在阴影等都成为难以解决的问题。随着显示技术的发展，电子束管CRT投影机，液晶光阀投影机，发光二极管LED大屏幕显示屏群雄竞起，以各自优势占据了市场，以飞点扫描器为核心的激光投影机渐无声息。
三、发明内容：所要解决的技术问题是：如何实现图像的多行分区扫描，方案是：利用有分区行扫描功能的分区行偏转镜鼓对用数字技术驱动的多个激光显示单元形成的光束列进行图像的分区行扫描。
本发明公开了一种分区多行扫描式激光投影机，包括：信号分配驱动系统，激光显示单元，光束列形成器，光束列透镜组，分区行偏转镜鼓，光纤板(校正图像，可不用)，投影镜头(直接投影时可不用)，其特征是：(1)利用数字技术对图像按行分区，按列驱动，对n路显示单元地址循环分配信号；(2)系统中存在用于多行同时扫描的光束列，其光束排列方向与扫描方向垂直，由可调制激光器阵列，光阀阵列，或输入各显示单元光源的，有光纤功能的光通道输出端按顺序排列而成；(3)系统中存在各镜面与端面(图2-4)之间有相同夹角或夹角(图2-a)按分区扫描的规律，以一定角度递增或递减的由多个镜面组合排列而成的分区行偏转镜鼓。
有益效果：(1)突破了已有方案的扫描极限，效率成倍提高；(2)行、场扫描在一个分区行偏转镜鼓上同时完成，并且可以在低转速下实现图像扫描；(3)像素显示时间长，采用条形扫描光点和以一定频率显示一个像素，可有效减少已有方案中扫描线中存在的阴影；(4)可采用多个小功率半导体激光器实现大功率显示；(5)各行各列位置稳定，各像素之间干扰少，容易实现高精度投影；(6)增加参与扫描线数和参与一帧分区扫描的镜面，可有效提高图像清晰度；(7)调整参与扫描路数，光束列中光束之间的间隔和分区行偏转多面镜鼓中各镜面的角度参数，可实现帧扫描，分区帧扫描，分区隔、逐行扫描等多种扫描方式。
四、附图说明
附图一：1、激光显示单元，2、光纤，3、光束列形成器输出端口，4、条形光束列透镜组，5、条形圆柱面透镜，6、反光镜(为布局设置)，7、分区行偏转多面镜鼓，8、光纤板，9、投影透镜组，10、漫反射屏。
附图二：a、光束列形成器输出端口侧视图，b、光束列形成器输出端口正视图，c、激光显示单元，d、分区行偏转多面镜鼓侧视图，e、直接将光输入光纤，f、将光聚焦输入光纤，g、条形圆柱面透镜正视图，h、条形透镜组正视图。其中1、孤线，2、扁圆形输出端口，3、光导体激光显示单元，4、端面，5、中线，6、锥形输入端口，7、光纤，8、锥形输出端口。
附图三：分区行偏转多面镜鼓分区原理图
附图四：多路驱动信号分配示意图
五、具体实施方式
以我国标准全电视信号为例，将一帧图像分成12区，参与一帧扫描的镜面为12面，每区参与扫线数为625÷12≈52线。
1、视频信号分配(如图4)，从视频信号中分离的R、G、B信号，经ADC转换成八位二进制数字信号，然后根据各显示单元的显示特征运用数学算法进行色彩平衡，并按1-n(1-52)的地址将信号分配至各个由移位寄存器或动态存贮器构成的行存储器单元，其色彩衡过程和寻址过程受行同步信号控制，在一个行同步信号控制下，行存贮器一次并行存入一行视频数字信号，各信号存入和ADC采样时钟同步，采用循环分配方法，即：第一路行存贮器在第一个分配周期内存入第1行，在第二个分配周期内存入第n+1行，即第53行，在第三分配周期内存入第2n+1行，即105行，第二路行存贮器按分配周期存入第2行，第54行(n+2)，第106(2n+2)，依次类推，受显示时钟(250KHZ)控制，在第一个周期完成后，各路行存储器同时读出1-52行第一个信号，输入各自八位二进制DAC，转换成有效电压，同时驱动各半导体激光显示单元显示。可利用现代大规模集成电路技术将多个行存储器和DAC集中在一个芯片上，形成列驱动器，以降低成本。
2、光束列形成器：由52根光纤组成，其输入端呈现圆锥形，输出端呈扁圆形(如图2-2)，各输出端光输出方向一致，并在一定的圆弧面(图2-1)上呈直线排列(图2-b)，圆弧的弧度以光束列缩小聚焦后焦点列的圆弧度和分区扫描形成的弧度(如图3中a1、c3弧)相适应为准，将52个半导体激光显示单元(图2-3)发出的光分别直接输入各路光纤(图2-e)或者经透镜聚焦后输入各路光纤(图2-f)，这样，R、G、B三元色激光在光纤中混合后，从输出端(图1-3)输出，形成光束列。
3、分区行偏转多面镜鼓的设置：将有24个反射镜面的行偏转多面镜鼓的镜面分成两组，每组12面，其各镜面与端面的夹角按如下理想角度设置：A84.84375°B85.78125°C86.71875°D87.65625°E88.59375°F89.53125°G90.46875°H91.40625°I92.34375°J93.28125°K94.21875°L95.15625°，其中A+L＝180°，其余按0.9375°递增，其各镜面的中线(即两端面之间的中线，如图2-5)在正24边形的边上，以上是形成一帧扫描的12个镜面的设置，其余12面镜按同样要求和顺序设置(如第二组与第一组的各镜相差扫描一行的角度，可形成隔行扫描)，于是得到行偏转角为30°，分区反射角(场偏转角)为22.5°的分区行偏转多面镜鼓。其旋转一周可实现对两帧图像的扫描。
4、光束列透镜组：选择入射焦距短，输出焦距长，并能对光束列缩小聚焦的透镜组。光束列经透镜组和圆柱面透镜聚焦后，经反光镜(图1-6)的反射和分区行偏转多面镜鼓的分区扫描，在光纤板(1-8)的入射面形成焦点列，焦点列的弧长(如图3a1a3弧)等于分区扫描时形成弧长(如图3a1c3弧)的1/12。由于只对光束列进行聚焦，采用条形透镜组(如图2g·h)以节省空间。
5、光纤板：其作用是改变光运行方向，同时校正图像，各区扫描焦点列在光纤板入射面处形成衔接，其入射面的弧度参数，根据分区行扫描中焦点列形成的弧度设置。光纤板根据需要设置，可省略。
视频信号经信号分配驱动系统分配，驱动52路激光显示单元，通过光纤对R、G、B三元色激光的混合，从光束列形成器端口输出，经光束列透镜组聚焦，反光镜的反射，投射到转速为12.5转/秒的，每转扫描两帧的12分区行偏转多面镜鼓上，在光纤板入射面形成一幅有一千六百万种色彩，垂直清晰度为624线，水平清晰度不低于825线，每秒25帧的分区扫描图像，其透过的光，经投影镜头的投射，将图像投影于漫反射屏上。

Claims (1)

  1. 一种分区多行扫描式激光投影机。包括：信号分配驱动系统，激光显示单元，光束列形成器，光束列透镜组，分区行偏转多面镜鼓，光纤板，投影镜头。其特征是：
    1、系统中存在用于多行同时扫描的光束列，其排列方向与扫描方向垂直或与分区行偏转多面镜鼓端面(图2-4)在空间上垂直，由可调制激光器阵列，光阀阵列，或输入各显示单元光源的，有光纤功能的光通道输出端排列而成。
    2、系统中存在分区行偏转多面镜鼓，其各镜面与端面之间的夹角(图2-a)按分区扫描要求以一定角度递增或递减，其各镜面的中线(如图2-5)在一个正多边形的边上(如图1-7)或每个镜面中至少有一条边在正多边形的边上。
    3、光束列形成器，其特征是：由n个光通道组成，光通道的输出端呈扁圆形(图2-2)，各输出端光输出方向一致，并在一定的圆孤面(图2-1)上呈直线排列(图2-b)。
    4、视频信号分配驱动方法，其特征是：按行分区，按列驱动，按显示顺序对n路显示单元地址循环分配信号，n路按列同时驱动显示。
    5、光束列透镜组，其特征是：长条形，只保留光线通过部分(如图2-g·h)，并存在圆柱面透镜(图1-5)。
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