CN203909467U - 基于激光光源的3d投影系统、投影机 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于立体投影技术领域，提供了一种基于激光光源的3D投影系统、投影机。该投影机包括第一、第二激光光源，用于交替产生可混合为白光的多基色激光，且二者产生的多基色激光中所包含的基色类型相同但其中相同基色激光的波长不同；激光器驱动电路；光调制组件，用于对第一、第二激光光源产生的多基色激光进行调制，使二者产生的多基色激光经调制后分别携带有左眼图像信息和右眼图像信息；镜头；投影系统控制电路。本实用新型所提供的3D投影系统不使用偏振光，不存在各界面反射导致的退偏振现象，避免了各类偏振式3D技术中退偏振带来的串扰问题和因偏振片起偏产生的大于50％的光能量损失，可以带来超过40％的光利用率。

Description

基于激光光源的3D投影系统、投影机

技术领域

本实用新型属于立体投影技术领域，尤其涉及一种基于激光光源的3D投影系统、投影机，该投影系统以激光作为光源，可使光利用率提高至40％左右。 

背景技术

现有3D影院中使用的多种3D技术，包含快门光阀式3D技术、杜比3D技术、单机圆偏振式3D技术、IMAX双机3D技术等，存在诸多问题，例如光利用率低下，其中以杜比分光谱3D技术为最低，仅为9％左右；快门光阀式3D技术光利用率13％～14％左右；单机偏振式3D技术光利用率约为15％，使用光回收技术后可达到26％；IMAX双机3D技术的光利用率为17％左右；总之以上多种技术的光利用率从9％到26％不等，利用率普遍偏低。偏振技术、分光谱技术、分时技术等均存在自身的固有缺陷，其性能无法得到进一步提高。 

目前影院行业普遍采用的投影机光源为氙灯，具有光谱稳定性好，接近于太阳光谱、亮度较高等优点，但同样也存在诸多缺点例如仅为1000小时左右的使用寿命、亮度很难超越现有的32000流明、发热量大、紫外光过强、电光转换率较低等，氙灯的诸多缺点也使得人们一直在寻找一种替代光源用于高亮度投影机。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题在于提供一种基于激光光源的投影机，旨在提升光源的电光转换率，以替代目前普遍采用的氙灯。 

本实用新型是这样实现的，一种基于激光光源的投影机，所述投影机包括： 

第一、第二激光光源，均用于产生可混合为白光的多基色激光，且二者产生的多基色激光中所包含的基色类型相同但其中相同基色激光的波长不同； 

激光器驱动电路，用于驱动所述第一、第二激光光源交替产生多基色激光； 

光调制组件，用于对所述第一、第二激光光源产生的多基色激光进行调制，使二者产生的多基色激光经调制后分别携带有左眼图像信息和右眼图像信息； 

镜头，用于将经所述光调制组件调制后的多基色激光投射出去； 

投影系统控制电路，用于控制所述激光器驱动电路、光调制组件的协调工作。 

进一步地，所述光调制组件包括: 

若干显示芯片，其数量与多基色激光中所包含的基色类型的数量相同且与基色类型一一对应，用于在被所述第一激光光源产生的多基色激光照射时，各显示芯片分别同步播放左眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第一激光光源产生的多基色激光携带上左眼图像信息后被反射，在被所述第二激光光源产生的多基色激光照射时，各显示芯片分别同步播放右眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第二激光光源产生的多基色激光携带上右眼图像信息后被反射； 

显示芯片驱动电路，用于驱动所述显示芯片交替播放左眼图像灰度和右眼图像灰度。 

进一步地，所述光调制组件包括: 

一显示芯片，用于在被所述第一激光光源产生的多基色激光照射时，依次同步播放左眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第一激光光源产生的多基色激光携带上左眼图像信息后被反射；在被所述第二激光光源产生的多基色激光照射时，依次同步播放右眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第二激光光源产生的多基色激光携带上右眼图像信息后被反射； 

显示芯片驱动电路，用于驱动所述显示芯片交替播放左眼图像灰度和右眼 图像灰度。 

更进一步地，所述投影机还包括:匀光组件，位于第一、第二激光光源与光调制组件之间的光路上，用于对所述第一、第二激光光源产生的多基色激光进行匀光、消散斑处理，并调整光束形状及大小。 

再进一步地，所述投影机还包括：亮度传感器和/或色彩传感器； 

所述亮度传感器位于所述匀光组件内部，用于感测所述匀光组件内部经过的多基色激光的亮度，并将感测结果反馈给所述投影系统控制电路； 

所述色彩传感器位于所述匀光组件内部，用于感测所述匀光组件内部经过的多基色激光的色彩平衡度，并将感测结果反馈给所述投影系统控制电路； 

所述投影系统控制电路根据所述亮度传感器、色彩传感器的反馈结果，通过调整所述激光器驱动电路的驱动信号的方式对第一、第二激光光源的输出功率进行调整。 

更进一步地，所述投影机还包括:光学组件，用于对光调制组件调制后的激光图像进行焦距调整、画面大小调整、梯形矫正，以使投影画面大小与投影屏幕相适配。 

进一步地，所述第一、第二激光光源中均内置有消相干系统，用于消除投射的激光在投影屏幕上由于干涉而形成的散斑。 

本实用新型所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于激光光源的3D投影系统，包括： 

如上所述的投影机； 

投影屏幕，用于供所述投影机投射激光图像； 

3D眼镜，其包括第一、第二镜片，该第一、第二镜片上均附有带通滤波膜，用于对所述投影屏幕反射的激光进行选择性过滤，其中第一镜片所附的带通滤波膜仅允许第一激光光源产生的多基色激光通过，第二镜片所附的带通滤波膜 仅允许第二激光光源产生的多基色激光通过。 

由于本实用新型所提供的3D投影系统不使用偏振光，不存在各界面反射导致的退偏振现象，避免了各类偏振式3D技术中退偏振带来的串扰问题；同时也避免了因偏振片起偏产生的大于50％的光能量损失，使得光源的光线利用率大大提高，按照镀膜眼镜85％透光率计算，本实用新型可以带来超过40％的光线利用率，性能远远高于现在所有的3D技术。并且本实用新型提供的3D投影系统可使用普通白色银幕，无需使用金属银幕，避免了金属银幕亮度不均匀且表面易损坏的问题，使用白幕也可进一步降低影院的成本。 

附图说明

图1是本实用新型提供的投影机的结构原理图； 

图2是图1中投影机所包含的两组激光光源的发光光谱图； 

图3、图4分别是本实用新型提供的3D眼镜所包含的第一、第二镜片的透过光谱图； 

图5、图6分别是本实用新型提供的与投影机搭配工作时透过第一、第二镜片的光线对应光谱图； 

图7是本实用新型第一实施例提供的光调制组件采用三片式显示芯片时，各色激光对应的光强输出示意图； 

图8是本实用新型第二实施例提供的光调制组件采用单片式显示芯片时，各色激光对应的光强输出示意图； 

图9是本实用新型提供的3D投影系统的结构原理图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

随着激光技术的进步，大功率的可见光激光器件陆续推出，因此将激光作为光源用于投影机变成了现实。激光光源具有电光转化率高、亮度高、寿命长、可迅速开关、色域广、色饱和度高等优点，是氙灯的理想替代光源。本实用新型的核心在于使用两组不同波长的多基色激光光源，每组激光光源由多个基色光源激光器组成，该多基色激光可混合为白光。该两组不同波长的激光光源，按照帧顺序轮流将光线输出至显示芯片，显示芯片按照左眼图像和右眼图像依次分别交替显示，与两组激光光源的交替保持同步，从而在投影屏幕上形成两组不同波长的图像，观众佩戴具有特殊镀膜的带通滤波镜片，可以将两种图像进行分离，从而实现3D显示。 

图1示出了本实用新型提供的投影机的结构原理，为了便于描述，仅示出了与本实用新型相关的部分。参照图1，该投影机内置有第一激光光源101、第二激光光源102，该第一、第二激光光源用于交替产生可混合为白光的多基色激光，如红、绿、蓝三基色或红、黄、绿、蓝四基色等，二者产生的多基色激光分别携带有左眼图像信息和右眼图像信息，且二者产生的多基色激光中所包含的基色类型相同但其中相同基色激光的波长不同，例如两个激光光源均可产生红、绿、蓝三基色的激光，或均可产生红、黄、绿、蓝四基色的激光，二者产生的同一个基色的激光的波长虽然同在该基色光的波长范围之内，但是又有一定差别。 

如图1所示，投影机内部除包括上述第一、第二激光光源之外，还包括激光器驱动电路103、光调制组件、镜头、投影系统控制电路106等部件，其中激光器驱动电路103用于驱动第一、第二激光光源交替产生多基色激光，光调制组件，用于对所述第一、第二激光光源产生的多基色激光进行调制，使二者产生的多基色激光经调制后分别携带有左眼图像信息和右眼图像信息镜头则用于将经过显示芯片调制的多基色激光投射出去，而投影系统控制电路106用于控制激光器驱动电路、显示芯片驱动电路的协调工作。 

作为本实用新型的一个实施例，光调制组件由显示芯片104、显示芯片驱 动电路105组成，显示芯片104用于对第一、第二激光光源产生的多基色激光进行调制，使得多基色激光携带上左、右眼图像信息，显示芯片驱动电路105用于驱动显示芯片交替播放左眼图像灰度和右眼图像灰度。上述显示芯104片具体可采用多个或单个实现。当采用多个时，其数量与多基色激光中所包含的基色类型的数量相同且与基色类型一一对应，用于在被第一激光光源101产生的多基色激光照射时，各显示芯片分别同步播放左眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第一激光光源101产生的多基色激光携带上左眼图像信息后被反射，在被第二激光光源102产生的多基色激光照射时，各显示芯片分别同步播放右眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第二激光光源102产生的多基色激光携带上右眼图像信息后被反射。单采用单个时，用于在被第一激光光源101产生的多基色激光照射时，依次同步播放左眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第一激光光源101产生的多基色激光携带上左眼图像信息后被反射；在被第二激光光源102产生的多基色激光照射时，依次同步播放右眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第二激光光源102产生的多基色激光携带上右眼图像信息后被反射。 

下文以两个实施例对多采用多个显示芯片和单个显示芯片的情形进行说明。 

实施例一(采用若干个显示芯片实现) 

其中，显示芯片的数量与多基色激光中所包含的基色类型的数量相同且与基色类型一一对应，显示芯片依次轮流显示左眼图像和右眼图像，例如奇数帧播放左眼图像，偶数帧播放右眼图像。 

具体以红、绿、蓝三基色为例，此时需采用3个显示芯片，3个显示芯片与红、绿、蓝三基色一一对应，如图2所示，第一激光光源101第一激光光源中蓝色激光波长为B1，对应图2中201，绿色激光波长为G1，对应图2中203，红色激光波长为R1，对应图2中205；第二激光光源102中蓝色激光波长为B2，对应图2中202，绿色激光波长为G2，对应图1中204，红色激光波长为R2，对应附图2中206。 

当播放左眼画面时，可产生R1、G1、B1波长的激光的第一激光光源101第一激光光源处于工作状态，有光线输出，所输出的三基色光混合后可形成白色光；三种颜色的激光分别照射至三块显示芯片上，经反射后三束光线携带上左眼图像信息并汇聚在一起经过投影机镜头射出，到达投影屏幕上；此时可产生R2、G2、B2波长的激光的第二激光光源102处于休眠状态，无光线输出。观众佩戴带通滤波镀膜的眼镜后，仅有R1、G1、B1波长的光线可透过第一镜片，而无法透过第二镜片，此时仅有左眼可看到图像。 

当播放右眼画面时，可产生R2、G2、B2波长的激光的第二激光光源102处于工作状态，有光线输出，所输出的三基色光混合后可形成白色光；三种颜色激光分别照射至三块显示芯片上，经反射后三束光线汇聚在一起经过投影机镜头射出，到达投影屏幕上；此时可产生R1、G1、B1波长的激光的第一激光光源101第一激光光源处于休眠状态，无光线输出。观众佩戴带通滤波镀膜的眼镜后，仅有R2、G2、B2波长的光线可透过第二镜片，而无法透过第一镜片，此时仅有右眼可看到图像。 

当两组光源交替工作、显示芯片依次交替显示左眼画面和右眼画面时，其光源输出随时间变化的图形见附图7。 

观众佩戴的经过带通滤波镀膜的眼镜，其中第一眼镜片可以允许波长为R1、G1、B1的光线通过；对于波长为R2、G2、B2三种光线，则被反射或吸收掉，无法通过第一眼镜片；附图3为第一眼镜片透过光谱示例，附图5为与本实用新型提供的投影系统配合工作时透过第一眼镜片后的光线光谱示例；第二眼镜片可以允许波长为R2、G2、B2的光线通过；对于波长为R1、G1、B1三种光线，则被反射或吸收掉，无法通过第二眼镜片；附图4为第二眼镜片透过光谱示例，附图6为与本实用新型提供的投影系统配合工作时透过第二眼镜片后的光线光谱示例；第一眼镜片和第二眼镜片分别对应左眼和右眼。通过与带通滤波镀膜眼镜的配合，播放的左眼图像仅可进入到观众的左眼内，播放的右眼图像仅可进入到观众的右眼内，在实现左眼画面和右眼画面分离进入观察者的左 右眼后，3D图像即可在观察者大脑内形成。 

实施例二(采用单个显示芯片实现) 

此实施例中每帧画面由若干幅子帧画面组成，同样以红、绿蓝三基色为例，每帧画面6幅子帧画面组成，分别是左眼红色子帧、左眼绿色子帧、左眼蓝色子帧、右眼红色子帧、右眼绿色子帧、右眼蓝色子帧。其中左眼红绿蓝三个子帧内，显示芯片依次播放左眼帧对应的红色画面灰度、绿色画面灰度、蓝色画面灰度。当播放左眼红色画面灰度时，波长为R1的激光器工作，其余5个波长的激光器处于关闭状态；当播放左眼绿色画面灰度时，波长为G1的激光器工作，其余5个波长的激光器处于关闭状态；当播放左眼蓝色画面灰度时，波长为B1的激光器工作，其余5个波长的激光器处于关闭状态。当播放右眼红色画面灰度时，波长为R2的激光器工作，其余5个波长的激光器处于关闭状态；当播放右眼绿色画面灰度时，波长为G2的激光器工作，其余5个波长的激光器处于关闭状态；当播放右眼蓝色画面灰度时，波长为B2的激光器工作，其余5个波长的激光器处于关闭状态；6种波长激光器依次按照上述顺序工作，显示芯片依次按照上述顺序显示，激光器与显示芯片同步工作(其中每组激光光源均包括红、绿、蓝3个激光器)。 

当两组光源交替工作、显示芯片依次交替显示左眼画面和右眼画面时，其光源输出随时间变化的图形参见图8。 

观众佩戴带通滤波镀膜的眼镜后，仅在左眼图像的三个子帧内有R1、G1、B1波长的光线可透过第一镜片，而无法透过第二镜片，此时仅有左眼可看到图像；仅在右眼图像的三个子帧内有R2、G2、B2波长的光线可透过第二镜片，而无法透过第一镜片，此时仅有右眼可看到图像；在实现左眼图像和右眼图像分离进入观察者的左右眼后，3D图像即可在观察者大脑内形成。 

另外，由于激光的使用，在投影机内部各界面反射时会产生有害的条纹状光斑，一般称为散斑。散斑产生的原因是由于激光具有很强的单色性和相干性，在时间和空间上的相位相互叠加引起，因此必须消除激光的相干性。在本实用 新型中第一、第二激光光源中均内置有消相干系统，具体可以采取机械震动激光光源或激光传输器件的方式，也可以在光路中插入相位可随机高速变化的延迟器件。 

考虑到第一、第二激光光源所产生的多基色激光可能有散斑、不均匀、光束大小与后续部件不适配的可能，本实用新型特别在第一、第二激光光源与显示芯片104之间的光路上设置匀光组件107，用于对第一、第二激光光源产生的多基色激光进行匀光、消散斑处理，并调整光束形状及大小。 

又考虑到第一激光光源101、第二激光光源102采用不同波长的基色光，在色彩上存在不平衡的问题，为了解决这些问题，在本实用新型中需要使用光强自动侦测与补偿功能，特别在匀光组件107的内部设置亮度传感器108和/或色彩传感器109，分别感测匀光组件内部经过的多基色激光的亮度和色彩平衡度。根据亮度传感器108、色彩传感器109的反馈，投影系统控制电路106对第一、第二激光光源的输出功率进行调整，可使两组激光光源的输出光混合后均为白光，且亮度和色彩平衡度也满足相关标准。同时由于不同基色组成的白光，其色域也有所不同，在显示三基色之间的中间过渡色彩时，会存在色彩表现能力的差异，为了解决这些问题，在播放奇数帧和偶数帧画面时，显示芯片104内置有伽马校正子模块，用于对第一、第二激光光源产生的多基色激光进行伽马校正，以保证两组激光光源的色彩表现能力相当。 

进一步地，还可以在显示芯片104的出光侧设置光学组件110，用于对投影的激光图像进行焦距调整、画面大小调整、梯形矫正，以使投影画面大小与投影屏幕相适配。 

参照图9，本实用新型提供的3D投影系统包括如上所述的投影机，以及用于供所述投影机投射激光图像投影屏幕及观看投影屏幕所反射的激光图像用的3D眼镜。 

本实用新型中，投影屏幕采用金属屏幕和非金属屏幕均可，优先推荐使用非金属屏幕，例如采用普通的白色银幕，从而避免了金属银幕亮度不均匀且表 面易损坏的问题，也进一步降低影院的成本。 

上述3D眼镜包括第一、第二镜片(即左、右眼对应的镜片)，该第一、第二镜片上均附有带通滤波膜，用于对投影屏幕反射的激光进行选择性过滤，其中第一镜片所附的带通滤波膜仅允许第一激光光源产生的多基色激光通过，第二镜片所附的带通滤波膜仅允许第二激光光源产生的多基色激光通过。 

综上所述，由于本实用新型所提供的3D投影系统不使用偏振光，不存在各界面反射导致的退偏振现象，避免了各类偏振式3D技术中退偏振带来的串扰问题。同时本实用新型所提供的3D投影系统不使用偏振片，避免了因偏振片起偏产生的大于50％的光能量损失，使得光源的光线利用率大大提高，按照镀膜眼镜85％透光率计算，本实用新型提供的3D投影系统可以带来超过40％的光线利用率，性能远远高于现在所有的3D技术。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种基于激光光源的投影机，其特征在于，所述投影机包括： 

第一、第二激光光源，均用于产生可混合为白光的多基色激光，且二者产生的多基色激光中所包含的基色类型相同但其中相同基色激光的波长不同； 

激光器驱动电路，用于驱动所述第一、第二激光光源交替产生多基色激光； 

光调制组件，用于对所述第一、第二激光光源产生的多基色激光进行调制，使二者产生的多基色激光经调制后分别携带有左眼图像信息和右眼图像信息； 

镜头，用于将经所述光调制组件调制后的多基色激光投射出去； 

投影系统控制电路，用于控制所述激光器驱动电路、光调制组件的协调工作。 

2.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，所述光调制组件包括: 

若干显示芯片，其数量与多基色激光中所包含的基色类型的数量相同且与基色类型一一对应，用于在被所述第一激光光源产生的多基色激光照射时，各显示芯片分别同步播放左眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第一激光光源产生的多基色激光携带上左眼图像信息后被反射，在被所述第二激光光源产生的多基色激光照射时，各显示芯片分别同步播放右眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第二激光光源产生的多基色激光携带上右眼图像信息后被反射； 

显示芯片驱动电路，用于驱动所述显示芯片交替播放左眼图像灰度和右眼图像灰度。 

3.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，所述光调制组件包括: 

一显示芯片，用于在被所述第一激光光源产生的多基色激光照射时，依次同步播放左眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第一激光光源产生的多基色激光携带上左眼图像信息后被反射；在被所述第二激光光源产生的多基色 激光照射时，依次同步播放右眼图像中与各自基色对应的图像灰度，使得第二激光光源产生的多基色激光携带上右眼图像信息后被反射； 

显示芯片驱动电路，用于驱动所述显示芯片交替播放左眼图像灰度和右眼图像灰度。 

4.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，所述投影机还包括: 

匀光组件，位于第一、第二激光光源与光调制组件之间的光路上，用于对所述第一、第二激光光源产生的多基色激光进行匀光、消散斑处理，并调整光束形状及大小。 

5.如权利要求4所述的投影机，其特征在于，所述投影机还包括：亮度传感器和/或色彩传感器； 

所述亮度传感器位于所述匀光组件内部，用于感测所述匀光组件内部经过的多基色激光的亮度，并将感测结果反馈给所述投影系统控制电路； 

所述色彩传感器位于所述匀光组件内部，用于感测所述匀光组件内部经过的多基色激光的色彩平衡度，并将感测结果反馈给所述投影系统控制电路； 

所述投影系统控制电路根据所述亮度传感器、色彩传感器的反馈结果，通过调整所述激光器驱动电路的驱动信号的方式对第一、第二激光光源的输出功率进行调整。 

6.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，所述投影机还包括: 

光学组件，用于对光调制组件调制后的激光图像进行焦距调整、画面大小调整、梯形矫正，以使投影画面大小与投影屏幕相适配。 

7.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，所述第一、第二激光光源中均内置有消相干系统，用于消除投射的激光在投影屏幕上由于干涉而形成的散斑。 

8.一种基于激光光源的3D投影系统，其特征在于，包括： 

如权利要求1至7任一项所述的投影机； 

投影屏幕，用于供所述投影机投射激光图像； 

3D眼镜，其包括第一、第二镜片，该第一、第二镜片上均附有带通滤波膜，用于对所述投影屏幕反射的激光进行选择性过滤，其中第一镜片所附的带通滤波膜仅允许第一激光光源产生的多基色激光通过，第二镜片所附的带通滤波膜仅允许第二激光光源产生的多基色激光通过。