CN205029797U - 激光显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光显示系统，该系统的整体显示图像的宽高比为：tan(θ_W/2)/tan(θ_H/2)，公式中，θ_W为人眼余光视场的横向涵盖角度，θ_H为人眼余光视场的纵向涵盖角度。根据本实用新型的激光显示系统及激光显示方法可实现人眼余光视场的显示。

Description

激光显示系统

技术领域

本实用新型涉及激光显示领域。更具体地，涉及一种激光显示系统。

背景技术

电视、彩色显示器已成为现代生活必需品，特别是近年来兴起的大屏幕家庭影院已经成为人们追捧的热门产品，由于该类产品的巨大市场潜力和利润，各国都致力于发展高清晰度和大屏幕家庭影院以满足人们对该产品的不断更新的需求，例如：大屏幕等离子体家庭影院(PDP)，液晶平板家庭影院(LCD)等。然而，目前所有的显示系统，包括大屏幕家庭影院系统，均在人眼视觉上存在图像画面边框。在图像画面边框存在的情况下，无论内容与形式如何变化，即使使用现有的3D技术，人们仍然只是在观看活动的图像画面，难于置身图像画面之中，产生心灵的互动。一部影视作品要想打动观众，最重要的就是要让观众有一种亲历的感觉。如果观众能够融入作品所设置的环境中，与作品的故事情节产生互动，则会产生心灵上的沟通，主动地与故事情节中的人物、场景交流和互动，以达到更高层次的享受。然而目前现有的显示系统，在图像画面存在边框的系统中，是难于达到上述效果。如果可以设计一种显示系统实现无边框的显示，即实现人眼余光视场的显示系统，展现在观众的眼前的不再是带有边框的活动图像画面，而是能带领观众进入图像画面所设置的环境中，产生身历其境的感觉，使观众的心灵融入作品所带来的故事情节中，产生身心交融的更高境界，真正进入虚拟现实世界，从而在高层面上享受视觉的盛飨。

从人眼的生理学和物理学的观点，人双眼清晰视场是指人眼横向35°和纵向20°所涵盖的区域。一般而言，映在人眼视网膜上的图像，在人双眼清晰视场中，观众能立刻看清物体的存在和有什么动作。在人双眼横向120°和纵向60°所涵盖的区域称之为人眼余光视场，是人双眼所能涵盖的最大区域。如果人们在显示设备的一定视距内，画面的尺寸超过人眼的余光视场，则观众将在视觉上观测不到图像画面的边框，即产生无边框的余光视场。在观看这种活动的图像画面，人们仿佛进入图像画面给出的环境中，置身于图像画面之中，融入故事情节里。

据统计对于平板显示，人们最佳观赏距离、分辨率与屏幕画面高度三者的满足相关公式：最佳观赏距离(公分)＝屏幕高度÷垂直分辨率×3400。上述关系依所观看的节目信号不同而有所不同。电视节目按清晰度划分可以分为标清和高清。高清节目，主要分为1280×720和1920×1080两种分辨率，称为720P和1080P全高清，当然也有1366×768、1080i等分辨率。其中1366×768分辨率为小尺寸液晶电视的分辨率，而高清节目却少有这种分辨率。目前1080P全高清已经成为主流，实际上1920×1080已经成为全球统一的标准，俗称2K清晰度。对于2K清晰度的显示器件，人们的最佳观测视距是1.7米。而在1.7米最佳观测视距内，实现人眼余光视场的观测则要求画面屏幕应在5890mm×1960mm，即240英寸的屏幕。对比目前42英寸的平板电视，屏幕尺寸仅为954mm×568mm。目前对应2K清晰度的平板电视，不论是等离子体体系还是液晶体系，从工艺角度，现在以及将来均不可能实现240英寸的屏幕尺寸的制作。同时不论是等离子显示系统，还是液晶显示系统均存在各异的色温，所以利用多台实现器件拼装的系统，会产生各个分屏幕的色彩的差异，从而不能形成完全的无缝拼接以形成统一色温的画面。所以目前现有的家庭影院系统不能实现人眼余光视场。

因此，需要提供一种激光显示系统，来实现人眼余光视场。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光显示系统，实现人眼余光视场显示。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种激光显示系统，

该系统的整体显示图像的宽高比为：

$\frac{tan({\mathrm{\θ}}_W/2)}{tan({\mathrm{\θ}}_H/2)}$

公式中，θ_W为人眼余光视场的横向涵盖角度，θ_H为人眼余光视场的纵向涵盖角度。

优选地，该系统包括：融合控制器和至少两个激光显示装置，所述融合控制器对各激光显示装置射出的显示图像进行边缘融合，从而将各激光显示装置射出的显示图像融合为整体显示图像，所述整体显示图像的尺寸为：

W＝tan(θ_W/2)*L*2

H＝tan(θ_H/2)*L*2；

公式中，W整体显示图像的横向长度，H为整体显示图像的纵向长度，L为视距。

优选地，所述人眼余光视场的横向涵盖角度θ_W约为120°，所述人眼余光视场的纵向涵盖角度θ_H约为60°。

优选地，所述整体显示图像为1080P全高清图像，所述视距L为1.7米。

优选地，所述激光显示装置包括：

红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块；

所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的输出光路上分别顺序设置的准直整形模块、消相干器；以及

分别在所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的其后光路上设置的光阀，和将三束激光束合束的合束装置；或

其后顺序设置的用于将所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的三束光束进行光合束的合束装置，和光阀；以及

用于成像的成像镜头。

优选地，所述光阀为2K光阀。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案采用色温可调控的三基色激光二极管模块作为激光光源。通过调节红、绿、蓝三基色激光器的功率，实现显示器的色温调节，可用于大屏幕激光显示无缝拼接等领域，从而实现人眼余光视场的显示。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出人眼线分辨率的示意图。

图2示出实施例1提供的激光显示系统的示意图。

图3示出实施例2提供的激光显示系统的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，图1中d＝L*θ,θ为人眼分辨角，L为视距，d为人眼分辨点间距，人双眼清晰视场：横向约35°，纵向约20°；人双眼余光视场：横向为约120°，纵向约60°；人眼分辨角：～1′。若是在主流的2K清晰度的条件下，并在1.7米最佳观看视距处，如果显示屏幕大于5890mm×1960mm，则将实现人眼余光视场。而在1.7米最佳视距观看，需要满足两个先决条件：其一是显示屏幕对人眼不能产生伤害，其二是清晰度要达到人眼观看的分辨率。前一个条件决定屏幕发光的亮度不能伤害人眼，第二个条件是大于5890mm×1960mm尺寸的屏幕要同时达到高清，这需要屏幕清晰度超过7K。这两个先决条件决定了能实现人眼余光视场显示的系统只能是激光显示系统。由于激光显示系统采用投影式显示，屏幕是被动发光，在1.7米最佳显示视距下，图像清晰且亮度柔和对人眼观看不产生任何伤害，且激光显示可实现无色温差的无缝拼接，故可实现高清小屏幕的无缝拼接，从而实现人眼余光视场的显示。

因此，本实用新型提供的激光显示系统利用激光显示装置进行融合，来实现人眼余光视场。

本实用新型提供的激光显示系统，该系统的整体显示图像的宽高比为：

$\frac{tan({\mathrm{\θ}}_W/2)}{tan({\mathrm{\θ}}_H/2)}$

公式中，θ_W为人眼余光视场的横向涵盖角度，θ_H为人眼余光视场的纵向涵盖角度。

上述宽高比的激光显示的整体显示图像即能实现人眼余光视场的显示。

根据本实用新型，该激光显示系统包括：

融合控制器和至少两个激光显示装置，激光显示装置用于显示分幅图像，融合控制器对各分幅图像进行边缘融合，通过调整激光器红、绿、蓝三基色的功率比，实现无色温差的无缝拼接，从而将各激光显示装置射出的分幅图像融合为整体图像进行显示，整体显示图像的尺寸至少为：

W＝tan(θ_W/2)*L*2

H＝tan(θ_H/2)*L*2；

公式中，W、H分别为图像的横向长度、纵向长度，θ_W、θ_H分别为人眼余光视场的横向、纵向涵盖角度，L为视距。

具体选择几个激光显示装置用于分幅图像显示取决于形成符合余光视场尺寸要求整体显示图像需要而定。

根据人眼的生理学和物理学的研究，人眼余光视场的横向涵盖角度θ_W为120°，所述人眼余光视场的纵向涵盖角度θ_H为60°。

实现主流的1080P全高清的条件下，显示图像和整体显示图像均为1080P全高清图像，最佳视距L为1.7米，整体图像的尺寸为横向长度大于等于5890mm，纵向长度大于等于1960mm。

根据本实用新型，用于显示分幅图像的每个激光显示装置均包括：

红光激光器模块、绿光激光器模块、蓝光激光器模块、准直整形模块、消相干器、光合束器、光阀、成像镜头，

红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的输出光路上均顺序安置准直整形模块和消相干器；经过所述消相干器处理后的三束激光首先经过自身光路上的光阀，然后进行光合束，或首先进行光合束，然后进入同一光阀，通过所述成像镜头射出个分幅显示图像。

在各分幅显示图像中，当红绿蓝三基色激光色坐标为(x_R，y_R),(x_G,y_G),(x_B,y_B)，亮度分别是L_R，L_G，L_B,则三刺激值为

$X=\frac{x}{y}L$

Y＝L

$Z=\frac{z}{y}L=\frac{1-x-y}{y}L$

根据此公式，可计算出三基色激光三刺激值X_R，X_G，X_B，Y_R，Y_G，Y_B，Z_R，Z_G，Z_B。根据混色原理，混合色三刺激值为

X＝X_R+X_G+X_B

Y＝Y_R+Y_G+Y_B

Z＝Z_R+Z_G+Z_B

因此，混合色三刺激值可以写成

$X=\frac{x_R}{y_R}{L}_R+\frac{x_G}{y_G}{L}_G+\frac{x_B}{y_B}{L}_B$

Y＝L_R+L_G+L_B

$Z=\frac{1-x_R-y_R}{y_R}{L}_R+y_G{L}_G+\frac{1-x_B-y_B}{y_B}{L}_B$

根据色品坐标

$x=\frac{X}{\left(X+Y+Z\right)/Y}$

$y=\frac{X+Y+Z}{Z}$

$z=\frac{Z}{X+Y+Z}$

根据x+y+z＝1，解算出目标色坐标(x,y)，

$x=\frac{\frac{x_R}{y_R}{L}_R+\frac{x_G}{y_G}{L}_G+\frac{x_B}{y_B}{L}_B}{\frac{1}{L_R}+\frac{1}{L_G}+\frac{1}{L_B}}$

$y=\frac{\frac{y_R}{L_R}+\frac{y_G}{L_G}+\frac{y_B}{L_B}}{\frac{L_R}{y_R}+\frac{L_G}{y_G}+\frac{L_B}{y_B}}$

根据上式，已知D65色品坐标(0.3127,0.3291)，人们就可以通过控制三基色激光亮度L_R，L_G，L_B控制白场色温点。反之，通过解方程，也可以求得不同色温情况下三基色配比关系。通过调整各分屏幕的色品坐标，对激光显示进行控制，可以得到各分屏幕的色温完全一致，形成无缝连接，色彩均一，无视觉差异的完整图像。

激光显示装置采用红绿蓝三基色激光器激光作为三基色光源，根据上述原理，可将激光显示系统的清晰视场拓展到余光视场，实现身临其境的无边框显示；另外激光器易实现视觉感知区的更高亮度，例如100尼特以上亮度的显示，因此可在较高环境亮度下实现高对比度的大屏幕和超大屏幕显示

根据本实用新型的优选实施例，各激光显示装置中，红光激光器模块输出的波长范围为635nm-670nm；绿光激光器模块输出的波长范围为515nm-530nm；蓝光激光器模块输出的波长范围为440nm-460nm。

根据本实用新型的优选实施例，各激光显示装置还包括温控模块以及三个散热模块；红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块分别固定在散热模块上；温控模块分别控制所述三个散热模块的散热量，从而控制所发射激光的波长。通过温控模块可以控制温度来调节半导体激光器模块在特定输出功率，特别是较大功率下的波长。

红光激光器模块至少包括一个红光半导体激光器单元，每个激光器单元的中心波长有差异并且它们的组合能覆盖红光激光器模块输出的波长范围；绿光激光器模块至少包括一个绿光激光器单元，每个绿光激光器单元的中心波长有差异并且它们的组合能覆盖绿光激光器模块输出的波长范围；蓝光激光器模块至少包括一个蓝光激光器单元，每个蓝光激光器单元的中心波长有差异并且它们的组合能覆盖所述蓝光激光器模块输出的波长范围。

各激光器模块均优选为半导体激光器模块，各激光器单元优选为半导体激光器单元，各激光器单元优选由半导体激光器单管或半导体激光器阵列组成。

激光显示装置还包括激光器控制模块，激光器控制模块可分别控制红光激光器模块中的红光激光器单元、绿光激光器模块中的绿光激光器单元、蓝光激光器模块中的蓝光激光器单元，根据显示的色彩要求选择红、绿、蓝激光器模块中合适中心波长的激光器单元使其发光，从而使形成的色度三角形覆盖相应的颜色区域；通过红、绿、蓝激光器单元的相互波长组合所形成的相应色度三角形能覆盖的颜色范围即本实用新型提供的激光显示系统所能覆盖的颜色范围，显然其色域覆盖率比单一波长的红、绿、蓝三基色激光形成的色度三角形要大。

光合束器，具体为X棱镜、TIR棱镜或空间时序合束装置。

根据本实用新型的优选实施例，经过所述消相干器处理后的三束激光首先进行光合束，然后进入同一光阀来显示图像，或用经过消相干器处理后的三束激光顺序经过反光膜、导光板和液晶面板来显示图像。

光阀为2K光阀，例如2K透射式液晶光阀、2K反射式液晶光阀或2K数字微镜。

准直整形模块例如为非球面透镜、柱透镜、或者球面透镜；

消相干器为例如为微光学器件、震动反射镜、旋转波片、多模光纤或光束扫描器。

采用2K光阀组建上述激光显示装置后，利用多个激光显示装置分别显示分幅图像，各分幅图像经过融合控制器的拼接融合，形成色温一致的无缝拼接大屏，实现人眼余光视场的显示。

本实用新型提出了一种实现余光视场的激光整体显示图像的宽高比，该宽高比为

$\frac{tan({\mathrm{\θ}}_W/2)}{tan({\mathrm{\θ}}_H/2)}$

公式中，θ_W为人眼余光视场的横向涵盖角度，θ_H为人眼余光视场的纵向涵盖角度。

以上述宽高比进行激光显示的整体显示图像即能实现人眼余光视场的显示。

实现上述实现余光视场的激光整体显示图像的宽高比包括步骤：利用多个激光显示装置分别显示用于实现余光视场显示的各分幅图像，融合控制器将各激光显示装置射出的分幅显示图像融合为整体显示图像，该整体显示图像的尺寸至少为：

W＝tan(θ_W/2)*L*2

H＝tan(θ_H/2)*L*2；

公式中，W、H分别为整体显示图像的横向长度、纵向长度，θ_W、θ_H分别为人眼余光视场的横向、纵向涵盖角度，L为视距。

其中

根据人眼的生理学和物理学的研究，人眼余光视场的横向涵盖角度θ_W约为120°，人眼余光视场的纵向涵盖角度θ_H约为60°。

实现主流的1080P全高清的条件下，分幅显示图像和整体显示图像均为1080P全高清图像，最佳视距L为1.7米，整体显示图像的尺寸为横向长度大于等于5890mm，纵向长度大于等于1960mm。

下面以两个具体实施例对本实用新型提供的激光显示系统做进一步说明。

实施例1

如图2所示，本实例提供的激光显示系统为240英寸人眼余光视场家庭影院显示系统，利用4台4K激光投影机，采用2×2布局排布，通过计算机控制实现四台激光投影机白场色温一致，从而实现无色差8K分辨率、240英寸家庭影院激光显示系统，实现人眼余光视场显示。

实施例2

如图3所示，本实例提供的激光显示系统为半球形3D显示系统。半球幕系统真正实现全视场超大画面展示，且观看者既可以在半球幕的外部观看也可以在半球幕的内部观看，实现人眼余光视场的显示。从半球幕内部可以全方位的体验动感半球幕影像的超强临场感觉，使人仿佛置身于画面之中。在半球幕里，观看者完全可以脱离立体眼镜和头盔形成立体视觉，可产生高强度的震撼感、眩晕感和强刺激。从半球幕外部让观众能体验到一种新奇的感觉，播放动态画面的时候会看到多彩的、转动的一个半球面画面。

本实施例的激光投影机系统由5台激光投影机进行融合拼接显示完成，该系统由融合控制器控制整个大屏幕系统的显示参与拼接，并由25通道边缘融合器实现融合，各分屏幕边缘羽化融合拼接。融合光源部分采用集中温控-散热方式。多台激光投影机的光源可共享一个循环水冷机组，通过流量分配器统一控制每一台光源的循环水流量，并通过温度传感器实时监测水温。所有激光投影机由控制台的计算机进行统一开关操作。

该实施例中，每台激光投影机可采用色温、亮度连续可调的三基色激光数字光源，并采用系统自动动态调整控制系统对各台投影仪的色温和亮度进行调节，最大限度保证各融合通道显示色温、亮度的一致性，色温调整为6500K～9300K。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种激光显示系统，其特征在于，

该系统的整体显示图像的宽高比为：

$\frac{tan({\mathrm{\θ}}_W/2)}{tan({\mathrm{\θ}}_H/2)}$

公式中，θ_W为人眼余光视场的横向涵盖角度，θ_H为人眼余光视场的纵向涵盖角度。

2.根据权利要求1所述的激光显示系统，其特征在于，该系统包括：融合控制器和至少两个激光显示装置，所述融合控制器将各激光显示装置射出的显示图像融合为整体显示图像，所述整体显示图像的尺寸为：

W＝tan(θ_W/2)*L*2

H＝tan(θ_H/2)*L*2；

公式中，W整体显示图像的横向长度，H为整体显示图像的纵向长度，L为视距。

3.根据权利要求1或2所述的激光显示系统，其特征在于，所述人眼余光视场的横向涵盖角度θ_W约为120°，所述人眼余光视场的纵向涵盖角度θ_H约为60°。

4.根据权利要求2所述的激光显示系统，其特征在于，所述整体显示图像为1080P全高清图像，所述视距L为1.7米。

5.根据权利要求2所述的激光显示系统，其特征在于，所述激光显示装置包括：

红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块；

所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的输出光路上分别顺序设置的准直整形模块、消相干器；以及

分别在所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的其后光路上设置的光阀，和将三束激光束合束的合束装置；或

其后顺序设置的用于将所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的三束光束进行光合束的合束装置，和光阀；以及

用于成像的成像镜头。

6.根据权利要求5所述的激光显示系统，其特征在于，所述光阀为2K光阀。