CN1825161A

CN1825161A - 一种分区多行扫描式激光投影机

Info

Publication number: CN1825161A
Application number: CN 200310114050
Authority: CN
Inventors: 王青山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-11-09
Publication date: 2006-08-30

Abstract

本发明属于激光投影显示技术领域。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根据镜面几何尺寸偏差对多个激光显示单元分配信号。多个显示单元通过直接排列或经过光束列形成器形成光束列，并通过对称镜面设置或镜面配对组合设置的分区行偏转多面镜鼓进行图像的分区多行扫描。偏转的光束，在光束列结合面实现图像的拼接。系统采用以输出平行光束的准望远系统为核心的光束列透镜组对光束列进行缩束，同时采用投影镜头对光束列结合面进行投射，使系统小型化和实用化。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电子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的数量的增加和转速的提高和由此带来的像素显示时间短、扫描线质量差、像素后存在阴影、场行同步困难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、DMD反射式投影机等以各自优势进入了市场，以飞点扫描器为核心的激光投影机则以技术、成本等种种原因而渐无声息。

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多面镜鼓，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多行扫描，并采用光束列透镜组和投影镜头使系统实用化。

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、分区行偏多面镜鼓、光纤板(校正图像可不用)或透光屏(背投时使用)，投影镜头，漫反射屏。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光束列形成器输出端口按顺序排列而成。(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。(4)系统中存在光束列分区扫描时形成的光束列结合面。(5)光纤板或透光屏的入射面、漫反射屏的反射面在光束结合面a₁b₂c₃(图4)三点之间或a₁b₂c₃三点位于投影镜面的前焦面上。

有益效果：(1)突破了已有方案的扫描极限，扫描效率成倍提高；(2)行、场扫描在一个分区行偏转多镜鼓上同时完成，可以在低转速下实现图像扫描。(3)采用对称排列或准平衡组合排列使镜鼓在扫描过程中更平稳。(4)采用光输出方向一致的光束列，可以方便地实现扫描线的叠加。(5)采用光束列形成器解决了由激光器体积问题而引起的排列不便。(6)采用光束列透镜组对光束列缩束和投影镜头对光束列结合面的投射，使系统小型化和实用化。(7)采用扁圆形光束列形成器输出端口和圆柱面透镜形成条形扫描光点，可有效减少在扫描过程中由信号变换引起的相邻两像素之间的重叠。(8)各行各列位置稳定，容易实现高精度投影。(9)增加参与一帧扫描的线数和参与一帧扫描的镜面，可有效提高清晰度。(10)根据镜面实际几何尺寸偏差，调整对激光显示单元的信号分配，可有效改善相邻两区结合处的扫描线的重叠和间隔，降低了对镜鼓精度的要求。(11)调整参与扫描线路数、光束列中各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、分区隔逐行扫描等多种扫描方式。(12)采用多路并联的行存储单元或存储器使方案支持视频信号的多路分区输入，可形成极高清晰度，同时提供更高的帧频。(13)可使用多种光源进行投影。

四、附图说明

附图1：1、激光显示单元。2、光纤或有光反射层的光通道。3、光束列形成器输出端口。4、条形光束列透镜组(示意)。5、条形圆柱面透镜(组)。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2：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、直接将光输入光通道。f、将光聚焦输入光通道。g、条形圆柱面透镜正视图。h、条形透镜组正视图。其中：1、弧线。2、扁圆形输出端口。3、半导体激光显示单元。4、端面。5、中线。6、锥形输入端口。7、光通道。8、光束列形成器输出端口的输入端。

附图3：光束列在分区扫描时形成的结合面。

附图4：多路驱动信号分配示意图。

附图5：分区行偏转多面镜鼓的镜面组合排列示意图。

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，每区参与扫描线数为625÷12≈52线。在实际应用中，镜鼓存在加工中形成的几何尺寸的偏差，可加入备用扫描线进行调整。因此光束列中扫描单元的数量大于或等于52线。

1、视频信号的分配：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，然后根据显示单元的显示特性运用数学算法进行色彩预平衡，并按1-n(1-52)的地址将信号分配至由多个移位寄存器或动态存储器构成的行存储单元，其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信号。各信号存入和ADC采样时钟保持同步，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，第二个分配周期存入第n+1行即(第53行)，在第三个分配周期存入第2n+1行(即第105行)……，第二路行存储器按分配周期存入第2行，第54行(n+2)，第106行(2n+2)……，依次类推。以上是镜鼓在理想状态下的分配方法。在存满一帧后，受分区同步信号(此时镜面处于该区扫描的起始位置)和信号显示时钟(250KHZ)控制，各路行存储器同时按列读出1-52行第一个信号，第二个信号……，输入各自八位二进制DAC或激光驱动器或输出串行灰度信号的灰度调制器，变成有效电流或灰度串行码，同时驱动各半导体激光显示单元显示。显示的同时，存储另一帧的行存储单元进行数据的高速缓存。系统也可以采用多个存储单元，对显示单元进行信号再分配。系统采用两帧或三帧存储结构，并采用双总线或三总线对存储单元的读写进行控制。采用三帧存储单元时，其中一帧对信号进行延时，以适应镜面所处的不同位置对信号的需求，使系统在变换信号(如变换频道)时，使镜鼓和信号间的同步保持更为迅速。同时，在光束列中加入红外激光光源，并在光束列结合面旁设置一个或多个红外接收器(根据分区数设置)，以判断镜面位置，为读信号提供同步脉冲和读地址提供寻址信号。此外，系统也可以根据镜鼓中各镜面的几何尺寸偏差，利用上述多个红外线接收器提供的信息，通过编程调整控制分区读信号的起始时间和对显示单元地址进行补偿性位移，以弥补镜鼓在加工中带来的不足。

2、光束列形成器：由52根光纤(或内部有反射层的光通道)和支承体组成。其输入端呈圆锥形，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)或平面上呈直线排列(图2-6)。圆弧的弧度以光束列缩束聚焦后焦点列的圆弧度和分区扫描形成的弧度(如图3中alc3弧)相适应为准。将52个半导体激光显示单元发出的经调制的激光光束直接输入(图2-e)或经透镜聚焦输入各路光纤(图2-1)。R、G、B三元色激光束在光纤中混合后，从输出端口(图1-3)输出，形成光束列(可利用光纤的自聚焦功能使输出的光束发散角变小或输出平行光束，以降低对光束列透镜组前焦面的要求)。

3、光束列透镜组：采用以输出平行光束的准望远系统为核心的透镜组为光束列缩束。其聚焦透镜可在镜鼓前设置，也可在镜鼓后设置，在镜鼓前设置时在分区结合面形成焦点列。在镜鼓后设置时，采用线性成像镜头，使各区扫描在一个焦平面上形成焦点，并和投影镜头组合设置。同时，为使扫描光点呈细长条形(扫描出的像素为方形)，镜组中加入圆柱面变形透镜(组)。由于只对光束列聚焦，透镜组的形状为长条形，以节省空间。此外，还可在透镜组前设置凹透镜，以避免在大功率时激光束对空气的击穿。

4、分区行偏转多面镜鼓：将有24个镜面的分区行偏转镜鼓的镜面分成两组，每组12面，其各镜面与端面的夹角(端面与镜鼓的轴向垂直)，按如下理想角度设置：∠A84.84375°∠B 85.78125°∠C86.71875°∠D87.65625°∠E88.59375°∠F89.53125°∠G90.46875°∠H91.40625°∠I92.34375°∠J93.28125°∠K94.21875°∠L95.15625°。其中90°角平分∠F和∠G的角度差(当镜面数为奇数时，中间一面为90°)。其余按0.9375°递增或递减。其各镜面的中线(即两端面之间的中线。如图2-5)在一个正多边形的边上。以上是形成一帧扫描的12个镜面的设置，其余12个镜面按同样要求和顺序设置(如第二组与第一组的各镜面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。(其在光束列结合面的形成的图像宽高比为4∶3)，其旋转一周可实现对两帧图像的扫描。此外，镜鼓中的各镜面可交叉排列，以减少扫描一帧的镜面顺序排列时，由于镜鼓两端面重心不一致而造成的调平衡困难和由此引起的振动。为便于说明，以∠1、∠2、∠3……代替∠A、∠B、∠C……，∠1＝1°，同时各镜面以1°递增。方法是：将各镜面配对组合：∠1∠12、∠2∠11、∠3∠10、∠4∠9、∠5∠8、∠6∠7。其各镜面组合的角度和都等于13°(在上述∠A至∠L的角度参数按此方法设置时，∠A+∠L＝∠B+∠K……＝180°)。同样，在设置隔行扫描镜面时，其排列如下：∠1∠12′、∠2∠11′、∠3∠10′……，以上所述各镜面组合，可在镜鼓周围顺序排列或非顺序排列。可用同样方法设置奇数个镜面镜鼓或分区逐行扫描镜组。在配对组合的各组镜面按一定规律排列时，镜鼓的多条均布的平分线两侧的角度和相等(如图5)

5、光纤板或透光屏：光纤板的作用是校正图像，各区扫描的焦点列在光纤板入射面形成衔接。其入射面的弧度参数根据分区扫描形成的弧度设置。光纤板根据需要设置，可省略。当系统把光束列结合面投射到透光屏入射面时，可形成背投系统。

6、投影镜头：选择有变焦功能的透镜组。镜头的前焦面在光束列结合面上或光纤板的出射面上。

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，通过光束列形成器对RGB三元色激光的混合，从端口输出，形成光束列，经光束列透镜组聚焦，反光镜的反射，投射到转速为750转/分的，每转扫描两帧的12分区行偏转多面镜鼓上，在光束列结合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(相当于隔行50帧)的分区扫描图像，经投影镜头的投射，将图像投影于漫反射屏上。

Claims

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、光纤板或透光屏、投影镜头、漫反射屏。其特征是：a、系统中存在用于多行同时扫描的光束列，由可调制激光器阵列、光阀阵列或光束列形成器输出端口排列而成；b、系统中存在分区行偏转多面镜鼓；c、系统中存在分区扫描形成的光束列结合面；d、光纤板或透光屏的入射面或漫反射屏的反射面位于分区扫描形成的光束列或焦点列的结合面a₁b₂c₃(如图3)三点之间或a₁b₂c₃三点在投影镜头的前焦面上。

2、由权利要求1所述信号分配驱动系统。其特征是：存在三帧存贮单元。

3、由权利要求1所述信号分配驱动系统。其特征是：按行分区，按列驱动，并按镜面显示扫描顺序，根据镜鼓的几何尺寸偏差对多路显示单元分配信号。

4、由权利要求1所述信号分配驱动系统。其特征是：存在多路并联的行存储单元或存储器。

5、由权利要求1所述光束列透镜组。其特征是：长条形或存在圆柱面透镜或两个特征同时存在。

6、由权利要求1所述光束列形成器。其特征是：由n个光通道组成，且各输出端光输出方向一致，并在一定的圆弧面或平面上呈直线排列，其输出端呈圆形或扁圆形，在扁圆形时其高大于宽。

7、由权利要求1所述分区行偏转多面镜鼓。其特征是：镜鼓中存在各镜面或镜面组与端面的夹角以一定角度递增或递减的角度要素。同时，各镜面的中线或中线的平行线在一个正多边形的边上或至少有一条边在正多面体两端面的边上或与该边在空间上平行。

8、由权利要求7所述分区行偏转多面镜鼓。其特征是：把扫描一帧的各镜面顺序排列，当镜面数为奇数时，中间一面与端面的夹角为90°，为偶数时，90°角平分中间两相邻镜面的角度差。

9、由权利要求7所述分区行偏转多面镜鼓。其特征是：由两组或两组以上扫描一帧的镜面按相同顺序组合排列而成。

10、由权利要求7所述分区行偏转多面镜鼓。其特征是：镜鼓中存在多个相邻镜面的配对组合，其多个配对镜面的角度和相等。