CN1501118A - 用旋转反光镜组构成的图像投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用旋转反光镜组构成的图像投影装置，包括：电源、影像信号输入接口、影像信号处理电路、控制电路、驱动电机(70)、光学透镜组(12)和图像反光镜(14)，尤其是还包括了一个可旋转的环形分布的平面反光镜组(11)和一个沿直线排列的发光管阵列(13)；平面反光镜组(11)安装在一个载镜轮盘(72)上；光学透镜组(12)、发光管阵列(13)和图像反光镜(14)位于平面反光镜组(11)包围的物理空间之内；发光管阵列(13)的发光管的排列方向与驱动电机(70)的旋转轴线平行。本发明最主要的优点是降低了所用器件的制造和装配难度，从而降低了投影装置的制造成本。

Description

用旋转反光镜组构成的图像投影装置

技术领域  本发明涉及图像投影装置；特别涉及一组围绕发光管阵列旋转的反光镜，将发光管发出的光反射进入一个光学透镜组，再由图像反射镜将图像投影到屏幕上去的装置。

背景技术  目前的图像投影装置主要是利用平面投影技术，这种技术首先需要产生一个高亮度的小图像，该图像发出的光经光学镜头聚焦在屏幕上形成大的平面投影图像。

幻灯机是以胶片和聚光灯产生高亮度的图像，电影放映机是以运动的胶片产生运动的平面图像，电视投影机主要采用高亮度的CRT的显像管为成像器件，多媒体投影机大部分是利用LCD，DLP和LCOS等平面显示器件，这些平面显示器件的像素多，制造难度大，成本高。

激光的平行性好，可以输出高亮度的微细激光束。已有人利用旋转的平面反光镜鼓对激光束进行偏转扫描，在屏幕上形成二维平面图像。由于大功率激光器的成本高，以及高速电机和平面反光镜鼓的制造非常困难，采用这种技术的激光投影机没有得到普及。

为了降低平面反光镜鼓的旋转速度，几年前出现了对多个微激光束阵列进行扫描的技术方案。但制造出能产生多个微细的平行激光束的微小器件难度很大。

以上激光投影技术都采用一个高速旋转的体积较小的实心多边形反光镜鼓，其特点是镜鼓上的每一个反光面都是背向旋转轴，发光器件位于反光镜鼓的外侧，当发光器件与反光镜鼓的距离较近时，发光器件在旋转的反光镜中的镜像形成一条非常弯曲的轨迹，这条非常弯曲的轨迹不可能通过普通的光学透镜成像到一个平面上。

发明内容  本发明所要解决的技术问题是，避免上述现有技术的不足而提出一种用发光管阵列替代CRT、LCD、DLP、LCOS成像器件，用一组平面反光镜，围绕多个静止的沿直线排列的发光管旋转，用柔性连结器连结驱动电机转轴和平面反光镜组的载镜轮盘，并配以多个传感器和一个控制电路，对各平面反光镜的安装偏差进行测量并在运行中对平面反光镜的空间位置进行调整的投影装置；该投影装置最主要的优点是降低了所用器件的制造和装配难度，从而降低了投影装置的制造成本。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：

设计制造一个图像投影装置，包括电源、影像信号输入接口、影像信号处理电路、控制电路、驱动电机、光学透镜组和图像反光镜；尤其是还包括一个可旋转的环形分布的平面反光镜组和一个沿直线排列的发光管阵列；平面反光镜组安装在一个载镜轮盘上，每一个平面反光镜的反光面都面向载镜轮盘的旋转轴线且与旋转轴线保持相同的距离；光学透镜组、发光管阵列和图像反光镜位于平面反光镜组包围的物理空间之内；光学透镜组的一端靠近平面反光镜组的平面反光镜，发光管阵列设置在光学透镜组另一端的光轴上；发光管阵列的发光管的排列方向与驱动电机的旋转轴线平行；驱动电机的转轴连结在载镜轮盘的中心并与载镜轮盘的底平面垂直；每一个平面反光镜与载镜轮盘的旋转轴线之间保持一个微小夹角。

本发明的发光管由高亮度的小发光面可调制发光器件构成；这些发光器件包括激光二极管、边缘发光的LED和附有光阀、微透镜的固体激光器；发光器件集成在一块半导体芯片上，或分布在一块基板上。

本发明的发光管的特点是，发光面细小，发光强度大，出射光有足够大的发散角。在现有技术中，半导体激光二极管和高亮度的边缘发光二极管都具有这个特点，光纤出射的光也具有这个特点，高强度的连续激光穿过光阀和微透镜，也能制成本发明的发光管。在本发明中，将所有具有这种发光特点的器件统称为发光管。多个发光管的发光面中心位于一条直线，且相邻发光管间的距离相等，各发光管朝着同一个方向发光，在相反的方向没有光射出，以这种方式将多个发光管设置在一个薄片上的所构成的器件称为发光管阵列片。本发明最佳的实施方案是用一个发光管阵列片构成一个发光管阵列，必要的时候，用多个发光管阵列片以光学组合的方式构成一个发光管阵列。

从发光管阵列上一个发光管发出的光，从光学透镜组的一侧进入光学透镜组，从另一侧射出，经平面反光镜反射，再次穿过光学透镜组，在前方的一个平面上聚焦。图像反光镜将光反射到屏幕上，形成一亮点，发光管阵列上的多个发光管，在屏幕上形成多个清晰的沿垂直方向排列的亮点，随着平面反光镜围绕载镜轮盘的中心旋转，屏幕上的这些亮点就沿水平方向移动，在视觉上形成多条水平的扫描线；若发光管阵列上有N个发光管，屏幕上则形成N条水平扫描线。

若平面反光镜的平面与载镜轮盘的旋转轴线有一个微小的夹角，屏幕上的N条扫描线都会在垂直方向发生变化。若平面反光镜组的反光镜与载镜轮盘的旋转轴线有M种不同的夹角，N条扫描线就有M种垂直偏移，在视觉上就形成M×N条扫描线；使每根相邻的扫描线的间距相同，且每根扫描线的起始位置和长度相同，就形成一个矩形的平面图像。图像在水平方向的分辨率由驱动电路对发光管的调制频率所决定。

若全部发光管是同一种颜色，形成的图像是单色的图像。若用红、绿、蓝三原色的发光管交错地排列制成发光管阵列，投影形成的三原色扫描线在时序上的重叠，在视觉上形成彩色的投影图像。若发光管是可调制的包含红、绿、蓝三原色光谱的白色发光管，在平面反光镜上分别贴上或镀上红、绿、蓝三色的滤光薄膜，红、绿、蓝三原色的图像在时序上的重叠，在视觉上形成彩色的投影图像。

发光管阵列的第一种实施方案是使用一个发光管阵列片。将三原色的发光管粘贴在一个薄片上，制成彩色发光管阵列片。随着半导体技术的发展，新的工艺可以将三原色的发光管集成在一片集成电路上，制成彩色发光管阵列片。为了散热，可以将发光管阵列片放置于一个光源盒中，制成发光管阵列。必要的时候，将光源盒密封；光源盒的透光端面装有平板玻璃或透镜，光源盒的两侧开有通风口，连接密封的风冷散热系统。散热系统包括一个光源盒，两个通风管，一个散热器和一个风扇；发光管阵列位于光源盒的中间。光源盒包括由平板玻璃或透镜制成的透光窗，以及通风接口和一个电信号接头；通风接口分别连结两个通风管。

发光管阵列的第二种实施方案是使用多个发光管阵列片和一个细长反光镜间接地形成一个彩色发光管阵列。这个阵列包括一个细长反光镜，一个透镜和一个发光管阵列组合；发光管阵列组合包括红、绿、蓝三个单色发光管阵列片(R)、(G)和(B)，以及两个二色分光片；发光管阵列组合经透镜成像于细长的薄反光镜的反光面上，经细长反光镜反射，形成一个面向光学透镜组的彩色发光管阵列，细长反光镜由一个细长的金属薄片制成。

细长反光镜的另一种实施方案是用反光棱镜和透光棱镜两个光学棱镜胶合而成的光学棱镜组；细长的反光镜包括一个棱镜模块和一个细长的反光镀膜；棱镜模块是由反光棱镜和透光棱镜胶合而成，所构成的两个透光端面是透光平面，反光棱镜的进光端面是透光平面；细长的反光镀膜位于反光棱镜或透光棱镜的胶合面上。细长的反光镀膜反射出的光射入光学透镜组。

由于光高度集中在细长反光薄膜，容易对其造成损伤，实施细长反光镜的方案还可以是在反光棱镜的胶合端面上保留一个细长的全反射面，在与全反射面对应的透光棱镜的胶合端面上刻有一个细槽，两块棱镜胶合的时候，光学胶不涂入细槽和全反射平面。

如果可以精确地将平面反光镜固定在载镜轮盘上，并保证驱动电机的旋转轴平稳运行，本发明的实施就很简单。而在实际制造过程中，加工误差和装配误差是不可避免的。为了解决加工误差和装配误差问题，本发明的一个重要的措施是平面反光镜组与驱动电机之间的连结由一个柔性连结器实现；柔性连结器的中心固定连结驱动电机的转轴，柔性连结器的边缘固定连结载镜轮盘；在底座与载镜轮盘之间有一个平衡控制组合；当平衡控制组合停止工作时，载镜轮盘与停靠装置紧密接触。

采用了柔性连结器之后，使载镜轮盘的运行有更多的自由度。载镜轮盘的运行轨迹是指载镜轮盘在一个圆周的转动过程中，载镜轮盘倾斜方向和倾斜度的变化方式。平衡控制组合的作用是实时检测旋转的平面反光镜的倾角偏差并控制载镜轮盘运行在目标轨迹上。当载镜轮盘运行在目标轨迹上时，每一个平面反光镜经过光学透镜组时都可以在屏幕上形成一组准确定位的扫描线。

平衡控制组合包括一个导磁圆环，三个距离传感器，一个镜面倾角传感器和至少三个的电磁铁。导磁圆环具有很高的导磁性能，固定在载镜轮盘的底部，其圆心位于载镜轮盘的旋转轴线上。靠近距离传感器的一侧，导磁圆环的端面十分平整、光洁。距离传感器与这个端面之间有一个间隙，距离传感器测量自身到这个平面端面之间的距离，根据三个距离传感器测量的数值，控制程序计算出载镜轮盘的倾斜方向和倾斜度；控制程序通过连续采样计算出载镜轮盘的运行轨迹。三个或更多的电磁铁相对于导磁圆环安装，与导磁圆环的平整端面之间有一个间隙，电流通过电磁铁时，电磁铁对导磁圆环产生吸引力，吸引力的方向与驱动电机旋转轴线平行。距离传感器、电磁铁、驱动电机和停靠装置设置在同一个底座上。

投影装置在开始工作的时候，电磁铁中的电流逐步增大，吸引载镜轮盘脱离停靠装置，接着驱动电机带动载镜轮盘开始转动。在转动初期，控制程序通过传感器识别各平面反光镜的安装误差，根据这些误差，控制程序计算出载镜轮盘运行的目标轨迹。控制程序周期性地改变电磁铁对导磁圆环的吸引力，控制载镜轮盘在目标轨迹上运行。镜面倾角传感器实时测量平面反光镜的倾角，倾角的测量值对应扫描线组在屏幕上的垂直位置；当测量结果与目标值有较大误差时，控制程序就通过电磁铁对载镜轮盘的运行进行实时控制，并修正载镜轮盘运行的目标轨迹。

投影装置在停止工作的时候，载镜轮盘停靠在一个停靠装置上。设置停靠装置的另一个目的是，当突然断电或平衡控制组合出现故障时，对载镜轮盘和平面反光镜组提供保护。

本发明的镜面倾角传感器优选实施例包括一个亮度均匀分布的曲面光源，一个有平直遮光边缘的弯曲遮光片，一个透镜，一个长方形采光孔，一个采光膜和一个光电感应器；曲面光源的光从遮光片的透光窗射出，射向平面反光镜组的反光镜；遮光片的遮光边缘位于一个平面上；该平面与驱动电机的旋转轴线垂直，且与透镜的光轴重合；长方形采光孔的中心位于透镜的光轴上，且其长边与驱动电机的旋转轴线平行；采光膜贴紧长方形采光孔；光电感应器位于采光膜后面密封的暗室中。采光膜具有半透明及散光的特征，光电感应器的感光面面对采光膜，并与采光膜保持一个适当距离。当平面反光镜旋转到光学透镜组前面时，遮光片的遮光边缘经平面反光镜和透镜，清晰成像于采光膜上对应于采光孔的部分。平面反光镜倾角变化时，遮光片的遮光边缘在采光膜上的成像位置随着移动，采光膜上的光照面积发生变化，控制电路根据光电感应器测得采光膜上的光照面积计算出平面反光镜倾角。

为了精确检测平面反光镜的转角位置，确定扫描线的起点，本发明镜面转角传感器优选实施例包括一个发光管，一个细通光孔，一个透镜，一个窄长方形采光孔和一个光电感应器。发光管发出的光经过通光孔，穿过透镜、经平面反光镜反射、再一次穿过透镜。当平面反光镜转至设定的位置，光会聚焦成一个光点穿过采光孔，被光电感应器接受。采光孔很窄，因此可以精确地测得平面反光镜的转角，窄长方形采光孔的长中心线与驱动电机的旋转轴线平行，当平面反光镜有一些倾角时，镜面转角传感器也能精确检测。

电路系统包括影像信号处理电路和一个以高速微处理器为核心的控制电路。影像信号处理电路包括一个视频信号解码或编码电路，一个总线切换器，两个图像存储器和三个驱动电路。电路系统的第一项任务是控制载镜轮盘运行在目标轨迹上；电路系统的第二项任务是实时监测平面反光镜的倾角和载镜轮盘的转速，控制驱动电机的转速；必要时，对载镜轮盘的运行进行实时控制并修正载镜轮盘运行的目标轨迹。电路系统的第三项任务是对数字视频信号解码或对模拟视频信号编码，通过总线切换器将图像存储在一个图像存储器中；与此同时，控制电路通过总线切换器从另一个图像存储器中取出图像数据，送到发光管驱动电路，调制发光管的发光强度，进行图像的扫描显示。

附图说明

本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置的附图如下。

图1是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置的发光管阵列、平面反光镜组设置示意图；

图2是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置的具有4只单色发光管的单色发光管阵列片的结构示意图；

图3是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置的具有6只彩色发光管的彩色发光管阵列片的结构示意图；

图4是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置平面反光镜组的所有反光镜都与旋转轴线平行时4只发光管在屏幕上的扫描线示意图；

图5是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置发光管阵列4只发光管、平面反光镜组的8个反光镜与旋转轴有不同倾角时屏幕上扫描线的示意图；

图6是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置彩色发光管阵列片进行彩色图像扫描的原理图；

图7是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置光源盒的结构示意图；

图8是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置光源盒与散热系统连结示意图；

图9是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置一种发光管阵列的构成示意图；

图10是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置另一种发光管阵列的构成示意图；

图11是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置三种传感器设置示意图；

图12是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置柔性连结器、平衡控制组合和停靠装置的结构示意图；

图13是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置的镜面倾角传感器的结构示意图；

图14是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置的镜面转角传感器的结构示意图；

图15是本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置电路系统的原理方框图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式  如图1所示：本发明用旋转的反光镜组构成的图像投影装置包括：驱动电机70、光学透镜组12和图像反光镜14；尤其是还包括一个可旋转的环形分布的平面反光镜组11和一个沿直线排列的发光管阵列13；平面反光镜组11安装在一个载镜轮盘72上，每一个平面反光镜的反光面都面向载镜轮盘72的旋转轴线且与旋转轴线保持相同的距离；光学透镜组12、发光管阵列13和图像反光镜14位于平面反光镜组11包围的物理空间之内；光学透镜组12的一端靠近平面反光镜组11的反光镜，发光管阵列13设置在光学透镜组12另一端的光轴上；发光管阵列13的发光管的排列方向与驱动电机70的旋转轴线平行；驱动电机70的转轴连结在载镜轮盘72的中心并与载镜轮盘72的底平面垂直；每一个平面反光镜与载镜轮盘72的旋转轴线之间保持一个微小夹角。

发光管阵列13的发光管发出的光透过光学透镜组12，经平面反光镜组11的反光镜反射，再一次透过透镜组12聚焦，图像反光镜14将聚焦的光反射到屏幕16上，形成多个沿垂直直线排列的光点。发光管阵列13放置于一个特殊的位置，当平面反光镜组11的反光镜旋转时，发光管阵列13的发光管在平面反光镜中的镜像将沿着一条非常近似直线的轨迹运行，它的移动镜像形成一个近似平面的虚像15，虚像15通过光学透镜组12和图像反光镜14在屏幕16上形成实像。因此，屏幕16上的多个光点在同时平行移动的时候，能始终准确聚焦，形成多条清晰的水平扫描线。如图4所示：如果平面反光镜组11中的反光镜与驱动电机70的转轴保持不同的倾角，平面反光镜从光学透镜组12的一侧转过时，在屏幕16上形成的扫描线在垂直方向将位于不同的位置。设平面反光镜组11的反光镜有M个倾角，发光管阵列13有N个发光管，在视觉上屏幕上会出现M×N条扫描线。如图5所示：调整平面反光镜组11的反光镜倾角，使相邻扫描线在屏幕16上等距离地分布，形成均匀的矩形图像。如果发光管是单色可调制的，形成的图像是单色的。如果发光管是彩色可调制的，形成的图像是彩色的。

如图2所示：发光管(22)由高亮度的小发光面可调制发光器件构成；这些发光器件包括激光二极管、边缘发光的LED和附有光阀、微透镜的固体激光器；发光器件集成在一块半导体芯片上，或分布在一块基板(21)上。经过相同的工艺流程制造出排列整齐的激光二极管或边缘发光LED阵列适合于大批量生产，且每个发光管的光电特性非常一致。箭头所指方向为光出射方向。

彩色发光管阵列片18用多个红、绿、蓝三原色的发光管22等距离地交错设置在一个薄片21上制成。如图3所示：箭头所指方向为光出射方向。发光管22采用激光二极管芯片或边缘发光LED芯片。R表示为红色发光管、G表示为绿色发光管、B表示为蓝色发光管。目前，将三种颜色的发光管集成在一块半导体上还比较困难，随着半导体技术的发展，新的工艺可以将三原色的发光管集成在一片集成电路上，制成彩色发光管阵列片。

当发光管阵列13由一个单色发光管阵列片17构成时，投影图像为单色图像。当发光管阵列13由一个彩色发光管阵列片18构成时，须采用特殊的发光管调制方法形成彩色投影图像，下面以图3所示的具有6个发光管的彩色发光管阵列片18为例进行说明：平面反光镜从透镜组12的一侧转过时，屏幕上出现6条彩色扫描线，当9个倾角逐渐变化的平面反光镜逐个从透镜组12的一侧转过时，这6条扫描线将同时逐格向下移动。如图6所示：图6的上方有9个数字，分别表示9个平面反光镜，每个数字下面有6个圆圈，分别表示6个发光管在屏幕16上形成的扫描线的垂直位置，圆圈内的字母表示颜色；图的左边有12个数字，分别表示屏幕16上垂直方向的12个位置。第1面平面反光镜扫描时，在垂直位置1出现一条蓝色扫描线，第4面平面反光镜扫描时，在垂直位置1出现一条绿色扫描线，第7面平面反光镜扫描时，在垂直位置1出现一条红色扫描线，三种颜色的扫描线在时序上进行叠合，形成了一条彩色的扫描线，据图可推知其余第2至第12条彩色扫描线如何形成。

用一个单色发光管阵列片17或一个彩色发光管阵列片18构成的发光管阵列13，因其细薄，对光的遮挡量很小，可以直接放置于光学镜头组12侧端的光轴上。如图7所示：通常是将发光管阵列13设置在一个光源盒50之中，为了加强发光管阵列13的散热和提供洁净的工作环境，光源盒50与一个封闭的散热系统连接，散热系统包括光源盒50，通风管61和62，一个散热器58和一个风扇59；发光管阵列13位于光源盒50的中间。光源盒50包括由平板玻璃或透镜制成的透光窗52和53，以及通风接口56和57和一个电信号接头54；通风接口56和57分别连结通风管61和62。发光管阵列13与电信号接头54连接；必要的时候在另一侧增加一个电信号接头55。前窗52和后窗53的作用是透光，用平板玻璃或光学透镜构成。如图8所示：风扇转动形成流动的气流，将发光管阵列13的热量带出，热空气经过散热器58时温度降低。

发光管阵列(13)的另一种形式包括一个细长反光镜(84)，一个透镜(83)和一个发光管阵列组合(80)；发光管阵列组合(80)包括红、绿、蓝三个单色发光管阵列片(17R)、(17G)和(17B)，以及两个二色分光镜片(81)和(82)；发光管阵列组合(80)经透镜(83)成像于细长的薄反光镜(84)的反光面上，形成一个可调制颜色的彩色发光管阵列。彩色发光管阵列组合80的体积大，不能直接放置于光学镜头组12侧端的光轴上，需要一个细长的薄反光镜84放置于光学镜头组12侧端的光轴上，间接地将彩色发光管阵列放置在光学镜头组12侧端的光轴上。如图9所示：由彩色发光管阵列组合80发出的光经透镜83成像于细长的薄反光镜84的反光面上，经薄反光镜84反射的光进入光学镜头组12。还有许多公知技术能够使三个三原色的单色发光管阵列片组合。在物理空间不足的情况下，还可以使用其他的光学器件辅助透镜83成像。

细长反光镜的另一种实施方案是用一个棱镜模块85和一个细长的反光镀膜构成；棱镜模块85是由反光棱镜86和透光棱镜87胶合而成，所构成的两个透光端面是透光平面；反光棱镜86的进光端面是透光平面；细长的反光镀膜位于反光棱镜86或透光棱镜87的胶合端面上。棱镜86和棱镜87之间用透明的光学胶胶合。胶膜89有很好的透光性。

由于光高度地集中在细长反光镀膜上，容易对镀膜造成损伤。实施细长反光镜的方案还可以是在反光棱镜的胶合端面上保留一个细长全反射面。如图10所示：棱镜模块85是由反光棱镜86和透光棱镜87两个光学棱镜胶合而成，所构成的两个透光端面是透光平面，反光棱镜86的进光端面是透光平面，细长全反射平面位于在反光棱镜86的胶合端面上，透光棱镜87的胶合端面上对应于细长全反射平面的位置上刻有一个细槽88；棱镜模块85与反光棱镜86胶合时，光学胶不涂入细槽88和全反射平面，全反射面能够承受高强度的激光照射。

棱镜模块85具有一定的机械强度，利于加工装配，实现本发明的设计目的。

平面反光镜组11在驱动电机70的驱动下旋转，平面反光镜组11通过载镜轮盘72与驱动电机70的转轴紧固连接，驱动电机轴承中存在微小的缝隙，驱动电机转轴在旋转时会发生微小的抖动；在制造时平面反光镜组11和载镜轮盘72的重心很难精确调整在驱动电机70的旋转轴线上，加大了驱动电机转轴的抖动，造成平面反光镜组11的运行更不稳定，屏幕上的扫描线出现晃动。在制造过程中，平面反光镜组11的发光镜的精确安装也非常困难。为了解决这些问题，本发明使用了一个柔性连接器和一组传感器，来消除驱动电机转轴的抖动和安装误差对成像效果的影响。如图11所示：载镜轮盘72的中心连接有一个柔性连结器71，一个镜面倾角传感器90，一个镜面转角传感器100，设置在平面反光镜组11包围的物理空间内；一个载镜轮盘定位传感器130固定在底版77上，这三个传感器的输出信号都传送到控制电路。

如图12所示：本发明的优选实例是载镜轮盘72与所述驱动电机70之间的连结由一个柔性连结器71实现；柔性连结器71的中心固定连结驱动电机70的转轴；柔性连结器71的边缘固定连结载镜轮盘72；在底座77与载镜轮盘72之间有一个平衡控制组合；当平衡控制组合停止工作时，载镜轮盘72与停靠装置76紧密接触。平衡控制组合包括一个导磁圆环75，三个距离传感器73，一个镜面倾角传感器90和至少三个的电磁铁74；导磁圆环75固定在载镜轮盘72底部.，其圆心位于载镜轮盘72的旋转轴线上；导磁圆环75靠近距离传感器73的一侧，有一个平整的端面；距离传感器73、电磁铁74、驱动电机70和停靠装置76设置在同一个底座77上；电磁铁74对导磁圆环75产生的吸引力的方向与驱动电机70的旋转轴线平行。

距离传感器73与导磁圆环75之间有一个间隙，距离传感器73测量这个间隙距离。必要的时候，驱动电机70与底座77之间设置一个缓冲装置。镜面倾角传感器90位于平面反光镜组11内，通过一个坚固的连接器件连接在底座77上。

为了保护载镜轮盘72和平面反光镜组11，底座77上还设置了一个停靠装置76；停靠装置76的一种实施方案是：三个停靠点均匀地分布在载镜轮盘72的边缘；当平衡控制组合停止工作时，柔性连结器71的弹力将载镜轮盘72顶紧在停靠装置76上；停靠装置76上装有小轮，让旋转的载镜轮盘72能够安全停靠。如果没有这个停靠装置76，在投影装置停止工作后，柔性连结器71连结的平面反光镜组11是悬空的，由于柔性连结器71本身的弹性，在投影机受到震动时，平面反光镜组11也将产生振动，当这个振动大到一定的程度，平面反光镜组11将会损坏。停靠装置76的另一个目的是，当突然断电或平衡控制组合出现故障时，对载镜轮盘72和平面反光镜组11提供保护。

平衡控制组合是这样工作的：投影装置在开始工作的时候，电磁铁74中的电流逐步增大，电磁铁74对具有很高导磁性能的导磁圆环75产生的吸引力使载镜轮盘72脱离停靠装置76，吸引力的方向与驱动电机70的旋转轴线平行；接着驱动电机70带动载镜轮盘72开始旋转，在初始旋转过程中，控制程序通过传感器识别各平面反光镜的安装误差。根据这些误差，控制程序计算出载镜轮盘72运行的目标轨迹；控制程序周期性地采样三个距离传感器73的测量值，计算出载镜轮盘72的倾斜方向和倾斜度，并计算出载镜轮盘72的实际运行轨迹，控制程序周期性地改变电磁铁74对导磁圆环75的吸引力，控制载镜轮盘72在目标轨迹上运行。当载镜轮盘72在目标轨迹运行时，每一个平面反光镜经过光学透镜组12时，在屏幕16上会形成一组准确定位的扫描线。镜面倾角传感器90监测平面反光镜的倾角，倾角的测量值反映扫描线在屏幕16上的垂直位置，当测量结果与目标值有较大误差时，控制程序就通过电磁铁74对载镜轮盘72的运行进行实时控制，让倾角的测量值接近目标值，并修正载镜轮盘72运行的目标轨迹。

镜面倾角传感器90用于测量平面反光镜组11的反光镜倾角，也就是反光镜的平面与驱动电机70旋转轴线的夹角。平面反光镜倾角直接影响扫描线在屏幕16的位置。若平面反光镜倾角有偏差，就不能得到准确的扫描线。在扫描的过程中，若平面反光镜倾角不稳定，则会出现不稳定的扫描线。准确地测量平面反光镜的倾角并对其进行精确地控制，对形成清晰稳定的投影图像非常重要。

如图13所示：镜面倾角传感器90优选实施例包括：亮度均匀分布的曲面光源91，一个遮光边缘平直的弯曲遮光片96，一个透镜92，一个长方形采光孔93，一个采光膜94和一个光电感应器95；曲面光源91的光从遮光片96的透光窗射出，射向平面反光镜组11的反光镜；遮光片96的遮光边缘位于一个平面上；该平面与驱动电机70的旋转轴线垂直，且与透镜92的光轴重合；长方形采光孔93的中心位于透镜92的光轴上，且其长边与驱动电机70的旋转轴线平行。采光膜94贴紧长方形采光孔93；光电感应器95位于采光膜94后面密封的暗室中。

曲面光源91采用EL或其它面发光材料制作，在曲面光源91的前面放置一弯曲的遮光片96，遮光片96用透明胶片材料制成。在胶片上用照相技术或精密印刷技术印制一个遮光膜，遮光膜上有一个或多个透光窗，每一个透光窗都有一条直边位于同一个平面，构成遮光边缘；必要的时候，遮光片96中间对应透镜92的部分没有印制遮光层；遮光片96被弯曲成一个特殊曲面，当平面反光镜组11的反光镜位于镜面倾角传感器90之前时，遮光片96的遮光边缘经平面反光镜和透镜92，清晰成像于采光膜94上对应于采光孔93的部分；平面反光镜倾角变化时，遮光片96的遮光边缘在采光膜94上的成像位置随着移动，采光膜94上的光照面积发生变化，控制电路根据光电感应器95测得采光膜94上的光照面积计算出平面反光镜倾角。

镜面转角传感器100用于测量平面反光镜旋转角度；当平面反光镜与该传感器的中轴线垂直时，该传感器输出一个信号，微处理器接收到这一信号后，立刻启动驱动电路开始扫描，在现有技术中，已有多种能实现此目的的传感器。如图14所示：本发明的镜面转角传感器优选实施例包括一个发光管101，一个细通光孔107，一个透镜103，一个窄长方形采光孔108和一个光电感应器102；发光管101发出的光穿过通光孔107，形成微细的光点。在平面反光镜组11的反光镜位于设定的位置时；细通光孔107的成像位于窄长方形采光孔108内；光电感应器102将光感应信号传给控制电路，采光孔108很窄，因此可以精确地测得平面反光镜的转角。采光孔108的长边与驱动电机轴线平行，当平面反光镜有一些倾角时，镜面转角传感器也能精确检测。

本发明的投影装置，需要一个电路系统来支持。电路系统有许多种实施方案，下面结合图15所示的优选实施例，对电路系统的结构和工作原理进行说明。整个电路系统包括一个控制电路和影像信号处理电路。影像信号处理电路又包括一个解码电路，一个总线切换器，两个图像缓存器和三个驱动电路。控制电路的功能是检测平面反光镜组11运行状况并对平面反光镜组11的运行进行控制。控制电路还协调解码电路、总线切换器和驱动电路之间协同工作。解码电路对输入的数字视频信号进行解码，或对输入的模拟视频信号进行编码，将获取的图像经总线切换器存储到两个图像存储器中的一个。总线切换器的作用是切换两个图像存储器与解码电路和驱动电路之间的总线连接，当总线切换器处于第一状态时，图像存储器1的数据总线连接到三个驱动电路上；同时，图像存储器2的数据总线和地址总线和解码电路连接。当总线切换器处于第二状态时，图像存储器2的数据总线连接到三个驱动电路上，同时，图像存储器1的数据总线和地址总线和解码电路连接。采用这种方案的目的是让解码和图像显示工作独立进行。屏幕图像的刷新频率不受解码电路的解码速度的限制，也不受视频信号源帧频率的限制。驱动电路的功能是从图像存储器接收数据，将数据经D/A转换后，形成模拟信号调制发光管的发光强度，或形成脉冲信号调制发光管的发光时间。

控制电路还接收轮盘定位传感器的信号，计算出载镜轮盘的转速并对转速进行控制，还判断是哪一面发光镜将经过透镜组12，以此来决定将哪一部分图像数据送到驱动电路。

当驱动电机转速正确，载镜轮盘运行在目标轨迹上时控制电路向解码电路发出一个解码信号，解码电路将图像存入一个图像存储器后，向控制电路发回一个就绪信号，控制电路向总线切换电路发出切换信号，改变两个图像存储器的总线连接方式，接着，控制电路向解码电路发出一个解码信号，解码电路将另一图像存入另一个图像存储器，完成后发回一个就绪信号；控制电路在向总线切换电路发出切换信号后，等待平面反光镜转角信号的到来；收到该信号后，控制电路计算出平面反光镜的编号，向总线切换电路输出行信号，总线切换电路根据接收到的行信号确定从图象存储器提取数据的方式；控制电路向总线切换电路输出时钟信号，总线切换电路从图像存储器中取出数据发在总线上。接着，控制电路向三个驱动电路发出存入信号，将总线上的数据存入每一个驱动电路；当驱动电路接收数据的个数与发光管的个数一样时，控制电路向三个驱动电路输出点亮信号。驱动电路根据存储的数据的数值调制各发光管的发量，形成一组图像扫描线。当下一个平面反光镜扫描时，控制电路以同样的方式调制发光管，形成另一组图像扫描线。控制电路将整幅图像显示完后，检测解码电路是否已传来就绪信号，如果没有收到就绪信号，控制电路则将已有的图像重新显示一遍，如此重复，直到收到就绪信号，控制电路收到就绪信后，向总线切换电路发出切换信号，改变两个图像存储器的总线连接方式，接着，控制电路向解码电路发出一个解码信号，控制电路就是这样连续不断地将图像解码并显示于屏幕上。

Claims (13)

1.一种用旋转反光镜组构成的图像投影装置，包括：电源、影像信号输入接口、影像信号处理电路、控制电路、驱动电机(70)、光学透镜组(12)和图像反光镜(14)，其特征在于：还包括一个可旋转的环形分布的平面反光镜组(11)和一个沿直线排列的发光管阵列(13)；所述的平面反光镜组(11)安装在一个载镜轮盘(72)上，每一个平面反光镜的反光面都面向载镜轮盘(72)的旋转轴线且与旋转轴线保持相同的距离；光学透镜组(12)、发光管阵列(13)和图像反光镜(14)位于平面反光镜组(11)包围的物理空间之内；光学透镜组(12)的一端靠近平面反光镜组(11)的反光镜，发光管阵列(13)设置在光学透镜组(12)另一端的光轴上；发光管阵列(13)的发光管的排列方向与驱动电机(70)的旋转轴线平行；驱动电机(70)的转轴连结在载镜轮盘(72)的中心并与载镜轮盘(72)的底平面垂直；每一个平面反光镜与载镜轮盘(72)的旋转轴线之间保持一个微小夹角。

2.根据权利要求1所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的发光管阵列(13)  的发光管(22)由高亮度的小发光面可调制发光器件构成；这些发光器件包括激光二极管、边缘发光的LED和附有光阀、微透镜的固体激光器；发光器件集成在一块半导体芯片上，或分布在一块基板(21)上。

3.根据权利要求1所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述载镜轮盘(72)与所述驱动电机(70)之间的连结由一个柔性连结器(71)实现；柔性连结器(71)的中心固定连结驱动电机(70)的转轴；柔性连结器(71)的边缘固定连结载镜轮盘(72)；在底座(77)与载镜轮盘(72)之间有一个平衡控制组合；当平衡控制组合停止工作时，载镜轮盘(72)与停靠装置(76)紧密接触。

4.根据权利要求3所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的平衡控制组合包括一个导磁圆环(75)，三个距离传感器(73)，一个镜面倾角传感器(90)和至少三个的电磁铁(74)；导磁圆环(75)固定在载镜轮盘(72)的底部，其圆心位于载镜轮盘(72)的旋转轴线上；导磁圆环(75)靠近距离传感器(73)的一侧，有一个平整的端面；距离传感器(73)、电磁铁(74)、驱动电机(70)和停靠装置(76)设置在同一个底座(77)上；电磁铁(74)对导磁圆环(75)产生的吸引力的方向与驱动电机(70)的旋转轴线平行。

5.根据权利要求1所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述发光管阵列(13)设置在一个封闭的散热系统之中，散热系统包括一个光源盒(50)，通风管(61)和(62)，一个散热器(58)和一个风扇(59)；发光管阵列(13)位于光源盒(50)的中间。

6.根据权利要求5所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述光源盒(50)包括由平板玻璃或透镜制成的透光窗(52)和(53)，以及通风接口(56)和(57)和一个电信号接头(54)；通风接口(56)和(57)分别连结通风管(61)和(62)。

7.根据权利要求1所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的发光管阵列(13)包括一个细长反光镜(84)，一个透镜(83)和一个发光管阵列组合(80)；发光管阵列组合(80)包括红、绿、蓝三个单色发光管阵列片(17R)、(17G)和(17B)，以及两个二色分光片(81)和(82)；发光管阵列组合(80)经透镜(83)成像于细长反光镜(84)的反光面上。

8.根据权利要求7所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的细长反光镜(84)包括一个棱镜模块(85)和一个细长的反光镀膜；棱镜模块(85)是由反光棱镜(86)和透光棱镜(87)胶合而成，所构成的两个透光端面是透光平面；反光棱镜(86)的进光端面是透光平面；细长的反光镀膜位于反光棱镜(86)或透光棱镜(87)的胶合端面上。

9.根据权利要求7所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的细长反光镜(84)包括一个棱镜模块(85)和一个细长全反射平面；棱镜模块(85)是由反光棱镜(86)和透光棱镜(87)两个光学棱镜胶合而成，所构成的两个透光端面是透光平面；反光棱镜(86)的进光端面是透光平面；细长全反射平面位于在反光棱镜(86)的胶合端面上；透光棱镜(87)的胶合端面上对应于细长全反射平面的位置上刻有一个细槽(88)；棱镜模块(85)与反光棱镜(86)胶合时，光学胶不涂入细槽(88)和全反射平面。

10.根据权利要求1所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的平面反光镜组(11)的反光镜面上有不同颜色的滤光薄膜。

11.根据权利要求4所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：所述的镜面倾角传感器(90)包括：亮度均匀分布的曲面光源(91)，具有平直遮光边缘的弯曲遮光片(96)，一个透镜(92)，一个长方形采光孔(93)，一个采光膜(94)和一个光电感应器(95)；曲面光源(91)的光从遮光片(96)的透光窗射出，射向平面反光镜组(11)的反光镜面；遮光片(96)的遮光边缘位于一个平面上；该平面与驱动电机(70)的旋转轴线垂直，且与透镜(92)的光轴重合；长方形采光孔(93)的中心位于透镜(92)的光轴上，且其长边与驱动电机(70)的旋转轴线平行。采光膜(94)贴紧长方形采光孔(93)；光电感应器(95)位于采光膜(94)后面密封的暗室中。

12.根据权利要求1所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：在所述的平面反光镜组(11)所包围的物理空间内有一个镜面转角传感器(100)；镜面转角传感器(100)包括一个发光管(101)，一个细通光孔(107)，一个透镜(103)，一个窄长方形采光孔(108)和一个光电感应器(102)；在平面反光镜组(11)的反光镜位于设定的位置时；细通光孔(107)的成像位于窄长方形采光孔(108)内；窄长方形采光孔(108)的长中心线与驱动电机(70)的旋转轴线平行。

13.根据权利要求3所述的用旋转的反光镜组构成的图像投影装置，其特征在于：在所述的底座(77)上有一个轮盘定位传感器(130)。

Images