CN203965657U - 利用光纤传像的激光投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种利用光纤传像的激光投影系统，其特征在于包括依次设置的激光光源模块(11、12、13)、成像芯片(31、32、33)、光纤传像束(51、52、53)和投影镜头(7)，其中，所述激光光源模块用来将激光向所述成像芯片发射激光，所述成像芯片用来将反射光作为成像光输出到所述光纤传像束的输入端，所述光纤传像束用来传输所述成像光，并通过所述光纤传像束的输出端将所述成像光输出到所述投影镜头。

Description

利用光纤传像的激光投影系统

技术领域

本实用新型涉及数字投影技术领域，具体地，涉及一种利用光纤传像的激光投影系统。

背景技术

激光显示是继黑白显示、标准彩色显示和数字显示之后的新一代显示技术。激光投影技术是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的投影显示技术。激光投影技术，因其丰富饱和的色彩、高亮度、长寿命、使用成本低和节能环保等特性，成为引发投影及显示技术革命的导火索。

随着红、绿、蓝半导体激光器产品的快速和市场化发展，激光作为投影显示的光源逐渐成为一种趋势。激光光源与传统的灯泡相比：具有更大的色域范围；激光单色性好，且激光是线谱,具有高的色彩饱和度,使得色彩更真实、更鲜艳；激光方向性好，光束的发散度小，可以提高图像的清晰度；功耗小，使用寿命长达几万小时，因而激光光源成为显示领域的重大发展方向。

目前，DLP技术是投影和显示应用领域的最主要技术之一。DLP的全称是Digital Light Processing，中文意思为“数字光学处理技术”。DLP投影机的核心元器件DMD，全称为Digital Micromirror Device，中文意思为“数字微镜装置”，通过控制镜片的开启和偏转从而达到显示图像的目的。

DMD微晶片上面包含数量庞大的超小型数位光开关，它们是面积非常小、外观为四方型、并由铝金属制程的绞接式反射镜，可以接受电子讯号代表的资料字元，然后产生光学字元输出。每个微反射镜都能将光线从两个方向反射出去，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于ON状态时，反射镜会旋转至+12度，若记忆晶胞处于OFF状态，反射镜会旋转至-12度。只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得ON状态的反射镜看起来非常明亮，OFF状态的反射镜看起来就很黑暗。利用二位元脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式或旋转式彩色滤镜，再搭配一颗或三颗DMD晶片，即可得到彩色显示效果。

实用新型内容

本实用新型的激光投影系统正是基于以上激光光源和DLP投影技术而做出的。

本实用新型的目的是提供一种利用光纤传像的激光投影光路系统，实现高亮度、大色域和长寿命的高清投影显示。

本实用新型解决现有技术中的上述问题的基本思路是：三色激光光源输出的激光通过光纤及一系列透镜之后耦合进入DMD芯片，经过DMD芯片后输出的图像通过耦合转像镜头耦合进入光纤传像束，经过光纤传像束传输之后的图像再通过X棱镜合束输出投影图像，最后通过投影镜头放大而形成投影画面。其中光纤传像束可以延长并可以弯曲。

根据本实用新型的实施例，提出了一种利用光纤传像的激光投影系统，其特征在于包括依次设置的激光光源模块(11、12、13)、成像芯片(31、32、33)、光纤传像束(51、52、53)和投影镜头(7)，其中，所述激光光源模块用来将激光向所述成像芯片发射激光，所述成像芯片用来将反射光作为成像光输出到所述光纤传像束的输入端，所述光纤传像束用来传输所述成像光，并通过所述光纤传像束的输出端将所述成像光输出到所述投影镜头。

根据本实用新型的实施例，所述激光光源模块包括分别对应于红、绿、蓝三色的三个激光光源模块，所述成像芯片包括分别对应于红、绿、蓝三色的三个DMD成像芯片，所述光纤传像束包括分别对应于红、绿、蓝三色的三组光纤传像束。

根据本实用新型的实施例，在对应于所述三色中的每种颜色的激光光源模块和DMD成像芯片之间，还包括TIR棱镜(21、22、23)。

根据本实用新型的实施例，所述三组光纤传像束输出的成像光经由X棱镜(6)输出到所述投影镜头。

根据本实用新型的实施例，在对应于所述三色中的每种颜色的DMD成像芯片和光纤传像束之间，还包括耦合转像镜头(41、42、43)。

根据本实用新型的实施例，所述激光光源模块各自包括依次设置的激光器、光纤、匀光耦合透镜组、光棒和中继透镜组，所述匀光耦合透镜组由耦合透镜和匀光片组成，用于对经过所述光纤传输的激光进行匀光、整形并耦合进入所述光棒，所述光棒用于经由中继透镜组将所述激光光源模块输出光耦合进入DMD成像芯片。

本实用新型的有益效果主要在于：

1)激光光源与DMD芯片、光纤传像束相结合，实现了一种全新的激光投影光路；

2)采用三色激光光源，不需要将白光再通过棱镜分光或使用色轮分色，输出图像的色域更广，色彩饱和度更高，图像更加真实鲜艳；

3)激光光源的使用寿命更长，更加节能环保；

4)通过光纤传像的方法，实现投影图像的传输，光纤可延长且可弯曲，根据设计的需要可灵活设计各个器件的安装位置，DMD芯片可以分开散热也可集中散热；

5)各部分可以独立设计，更易进行模块化设计，便于安装维护。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的激光投影系统的布局示意图。

图2是根据本实用新型的实施例的激光投影系统所采用的光纤传像束的工作原理示意图。

图3是DMD工作原理示意图。

图中附图标记说明如下：11、红光激光光源模块，12、绿光激光光源模块，13、蓝光激光光源模块，21、红光TIR(全内反射)棱镜，22、绿光TIR棱镜，23、蓝光TIR棱镜，31、红光DMD芯片，32、绿光DMD芯片，33、蓝光DMD芯片，41、红光耦合转像镜头，42、绿光耦合转像镜头，43、蓝光耦合转像镜头，51、红光光纤传像束，52、绿光光纤传像束，53、蓝光光纤传像束，6、X棱镜，7、投影镜头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明，由此，本实用新型的优点和特点将会随着描述而更为清楚。

本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本实用新型的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本实用新型的原理的示例、而不意味着任何限制。本实用新型能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本实用新型的原理和精神即可。

另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。

首先，概述本实用新型的技术方案。

根据本实用新型的实施例，一种激光投影系统，包括激光光源模块、DMD芯片、耦合转像镜头、光纤传像束、X棱镜和投影镜头。

所述激光光源模块包含三色激光光源模块，分别为红光、绿光和蓝光。激光光源模块包含有激光器，输出的激光通过光纤传输，且前方光路上依次设有匀光、耦合透镜组、光棒和中继透镜组(如图1的虚线框中所示)。所述光纤的一端为多根光纤，另一端为合束输出端，即激光器输出的激光通过多根光纤耦合输入，经过光纤传输后通过合束端输出。所述的匀光、耦合透镜组由耦合透镜和匀光片组成，用于将经过光纤传输的激光进行匀光、整形并耦合进入光棒。所述光棒，中继透镜组用于将输出的光耦合进入DMD芯片。

所述的DMD芯片为分别对应于红、绿、蓝三色激光光源模块的三个DMD芯片，由于DMD芯片上的微反射镜的转动角度仅为±12度，为了使入射光路与出射光路分离，此处利用TIR棱镜的全反射原理使入射与出射光束分离。三色激光光源模块上输出的光分别通过TIR棱镜照射到DMD芯片上，经过DMD芯片反射的光再通过TIR棱镜反射后输出。

所述的耦合转像镜头为分别对应三个DMD芯片的三个耦合转像镜头，用来将经过三个DMD芯片输出的图像耦合进入光纤传像束。

所述的光纤传像束可以将图像通过光纤直接传输，而中间不再经过信号转换过程。光纤传像束由数万至数百万根极细的光纤集成束，可以根据光路需要进行弯曲。

图1是根据本实用新型的实施例的激光投影系统的布局示意图。

如图1所示，一种激光投影系统，主要包括分别对应于三色(例如红、绿、蓝)的激光光源模块11、12、13、三个TIR棱镜21、22、23、三个DMD芯片(成像器件)31、32、33、三个耦合转像镜头41、42、43、三组光纤传像束51、52、53、以及X棱镜6和投影镜头7。其中，红、绿、蓝三色激光光源模块11、12、13输出的激光分别通过三色TIR棱镜21、22、23入射到三个DMD芯片31、32、33，经过DMD芯片反射后再分别通过对应的TIR棱镜21、22、23出射，出射光再分别通过红、绿、蓝三色耦合转像镜头41、42、43耦合进入红、绿、蓝三组光纤传像束51、52、53，经过光纤传像束传输之后的图像再通过X棱镜6合束输出投影图像，最后通过投影镜头7放大而形成投影画面。

其中，三个DMD芯片的位置可根据系统设计要求独立放置，也可集中放置便于散热。

图2是根据本实用新型的实施例的激光投影系统所采用的光纤传像束的工作原理示意图。

如图2所示，图像通过光纤直接传输，中间不再经过信号转换过程。光纤传像束由数万至数百万根极细的光纤集成束，可以根据光路需要进行适当的弯曲、延长，系统设计更加灵活方便。

图3是DMD工作原理示意图。需要说明的是，尽管在本说明书中，以DMD成像芯片作为成像芯片的示例，但本领域的技术人员完全可以理解，本实用新型还可采用除了DMD成像芯片之外的各种现有/将来的其它成像芯片。

如图3所示，DMD芯片由数百万个微镜镜面组成的长方形阵列组成，这个阵列对应于投影图像中的像素的光线，这些镜面和数字信号、光源和投影镜头协同工作时，能够把图像最忠实地再现出来。增加DMD上微镜片的数量，即可提高产品的分辨率，而不须改变微镜片的大小(例如分辨率为2K【2048*1080】的投影机DMD芯片上有2211840个微镜片)。

根据DMD芯片的分辨率要求，例如DMD的分辨率为2048*1080，则DMD上微镜片的数量为2211840个，光纤传像束的光纤的根数也可做成2211840根，光纤传像束中单根光纤的尺寸可为十几微米，与DMD的微镜尺寸接近，这样，每个微镜片投射出的图像可以通过光纤一一传输，因此通过光纤传像束最终输出的图像分辨率与原投影的出射图像的分辨率保持一致，可以清晰地再现投影画面。经核算，此投影系统的光利用率高于20％，与传统投影光路的光利用率相当。随着光纤等光学技术的不断发展，未来投影系统的光利用率还可逐步提高。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种利用光纤传像的激光投影系统，其特征在于包括依次设置的激光光源模块(11、12、13)、成像芯片(31、32、33)、光纤传像束(51、52、53)和投影镜头(7)，

其中，所述激光光源模块(11、12、13)用来向所述成像芯片(31、32、33)发射激光，所述成像芯片(31、32、33)用来将反射光作为成像光输出到所述光纤传像束(51、52、53)的输入端，

所述光纤传像束(51、52、53)用来传输所述成像光，并通过所述光纤传像束(51、52、53)的输出端将所述成像光输出到所述投影镜头(7)。

2.根据权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于，

所述激光光源模块(11、12、13)包括分别对应于红、绿、蓝三色的三个激光光源模块，

所述成像芯片(31、32、33)包括分别对应于红、绿、蓝三色的三个DMD成像芯片，

所述光纤传像束(51、52、53)包括分别对应于红、绿、蓝三色的三组光纤传像束。

3.根据权利要求2所述的激光投影系统，其特征在于，在对应于所述三色中的每种颜色的激光光源模块和DMD成像芯片之间，还包括TIR棱镜(21、22、23)。

4.根据权利要求3所述的激光投影系统，其特征在于，所述三组光纤传像束输出的成像光经由X棱镜(6)输出到所述投影镜头(7)。

5.根据权利要求4所述的激光投影系统，其特征在于，在对应于所述三色中的每种颜色的DMD成像芯片和光纤传像束之间，还包括耦合转像镜头(41、42、43)。

6.根据权利要求5所述的激光投影系统，其特征在于，所述激光光源模块各自包括依次设置的激光器、光纤、匀光耦合透镜组、光棒和中继透镜组，所述匀光耦合透镜组由耦合透镜和匀光片组成，用于对经过所述光纤传输的激光进行匀光、整形并耦合进入所述光棒，所述光棒用于经由中继透镜组将所述激光光源模块输出光耦合进入DMD成像芯片。