CN214480802U

CN214480802U - 基于光同步的激光电视投影装置

Info

Publication number: CN214480802U
Application number: CN202021801152.9U
Authority: CN
Inventors: 陈辉; 王高; 袁园
Original assignee: Chengdu Guangyin Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Guangyin Technology Co ltd
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2030-08-25

Abstract

本实用新型涉及激光电视技术领域，公开了一种基于光同步的激光电视投影装置，包括：激光器、光束偏折器、分束器、空间光调制器、探测器和调制电路；激光器用于发射激光；光束偏折器用于将激光偏折成两维空间扫描光束；分束器用于将两维空间扫描光束分成取影光束和投影光束，且使所述投影光束投向幕布，取影光束扫描所述空间光调制器；空间光调制器用于实时显示影像，并将照射到其上的取影光束透射或反射至探测器；探测器用于探测透射或反射的取影光束的光强；调制电路用于根据取影光束的光强调制发出投影光束的激光器，使投影光束的光强与影光束的光强同步。本实用新型中，取影光束和投影光束扫描角度同步并且光强变化同步，解决视频时基同步问题。

Description

基于光同步的激光电视投影装置

技术领域

本实用新型涉及激光电视技术领域，特别涉及一种基于光同步的激光电视投影装置。

背景技术

随着人们生活的日益提高，对高清晰度大屏幕电视机的需求也日益的增多。激光电视是结合了投影仪和电视的优点的新型的大屏幕观影设备。激光电视和传统电视相比，具有屏幕大、亮度高、色彩鲜艳、无需对焦、功耗小等优点。激光电视的原理是：采用红黄蓝三色激光作为光源，通过视频信号的控制将三基色激光投射到屏幕上。

激光电视是用受调制的激光光束直接扫描屏幕显示视频影像的。初代的激光电视普遍采用单束激光，通过旋转多面镜和振镜(电流计偏振器)形成两维的高速扫描光束。为了准确在屏幕上显示视频内容，激光电视需要对扫描角度和视频信号进行精准同步和匹配，这对转镜的加工精度和控制精度提出了极为严格的要求。而且，由于转镜是高速旋转的机械结构，其稳定性和持久性难于保持。同时，对视频时基的稳定、高速同步的电路要求也十分严格。同步问题成为了激光电视的一个发展瓶颈。

为了绕开同步问题，第二代激光电视采用了DMD(数字微镜阵列)将激光光束多点的投射到屏幕上。但是这一结构并不是真正意义上的激光电视。首先，它其实是采用激光为光源的投影仪。其次，由于是多点投射，激光在DMD上会形成相干干涉衍射现象。为了避免这一现象，通常将激光器进行匀化操作，这不仅极大的降低了激光的利用率，同时也失去了激光原有相干性好、方向性好的特性。再次，匀化后的激光失去了方向性，需要使用透镜进行精准投影，因此激光电视原有的无需对焦的功能也失去了。

总结起来，真正意义上的激光电视具有如下几个原生的优点：光束指向性好、能量利用率高、功耗小、屏幕大、无需对焦、体积小且亮度高。但是同步问题一直阻碍了它的发展。如何在保持激光电视原有的优点的同时解决视频时基同步问题成为了当下激光电视发展的最关键的问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于光同步的激光电视投影装置，解决现有技术的激光电视中存在的视频时基同步的问题。

本实用新型的一种基于光同步的激光电视投影装置，包括：激光器、光束偏折器、分束器、空间光调制器、探测器和调制电路；

所述激光器用于发射激光至所述光束偏折器；

所述光束偏折器用于将所述激光偏折成两维空间扫描光束；

所述分束器用于将所述两维空间扫描光束分成取影光束和投影光束，且使所述投影光束投向幕布，取影光束扫描所述空间光调制器；

所述空间光调制器用于实时显示影像，并将照射到其上的取影光束透射或反射至所述探测器；

所述探测器用于探测透射或反射的取影光束的光强，并将探测的光强传输至所述调制电路；

所述调制电路用于根据所述取影光束的光强调制发出投影光束的激光器，使投影光束的光强与影光束的光强同步。

其中，所述分束器为非偏振分束器，将所述两维空间扫描光束通过透射和反射分成所述取影光束和投影光束。

其中，所述分束器为偏振分束器，所述激光器为2N个，N为整数，N≥1，探测器和调制电路分别为N个，2N激光器分成两组，第一组激光器分别发出N束第一偏振光，且经所述偏振分束器形成N束取影光束，第二组激光器分别发出与第一偏振光正交的N束第二偏振光，且经所述偏振分束器形成N束投影光束，N个探测器分别连接N个调制电路，且分别探测N束取影光束的光强，N个调制电路分别调制第二组激光器中的N个激光器。

其中，所述激光器为六个：第一红光激光器、第一绿光激光器、第一蓝光激光器、第二红光激光器、第二绿光激光器、第二蓝光激光器，所述分束器为偏振分束器，所述第一红光激光器、第一绿光激光器和第一蓝光激光器分别发出第一偏振光，且经所述偏振分束器形成投影光束；所述第二红光激光器、第二绿光激光器和第二蓝光激光器分别发出与第一偏振光正交的第二偏振光，且经所述偏振分束器形成取影光束，所述探测器和调制电路分别为三个：第一探测器、第二探测器、第三探测器、第一调制电路、第二调制电路和第三调制电路，第一探测器连接第一调制电路，第二探测器连接第二调制电路，第三探测器连接第三调制电路，第一探测器探测红光取影光束的光强、第二探测器探测绿光取影光束的光强、第三探测器探测蓝光取影光束的光强，所述第一调制电路、第二调制电路和第三调制电路分别用于调制所述第一红光激光器、第一绿光激光器和第一蓝光激光器。

其中，所述分束器将反射的光束作为取影光束扫描空间光调制器，将透射的光束作为投影光束投向幕布。

其中，所述分束器将反射的光束作为投影光束投向幕布，将透射的光束作为取影光束扫描空间光调制器。

其中，所述分束器在与光束入射方向夹角可调地位于光束偏折器和空间光调制器之间的光路上。

其中，所述空间光调制器在与光束入射方向夹角可调地位于分束器和探测器之间的光路上。

本实用新型的基于光同步的激光电视投影装置中，光束偏振器随时间偏折，可以以任意方式进行高速扫描，由于所有的激光束被同一个光束偏折器所偏折，所以它们的偏折角度的变化每时每刻都是一样的，因此无需实时的获知扫描时角度的变化，避免了传统激光电视需要实时准确的获知扫描角度的问题，而且通过探测器和调制电路的配合实时对投影光束的光强进行调制，保证了取影光束和投影光束光强变化同步，即取影光束和投影光束扫描角度同步并且光强变化同步，使得投影光束将空间光调制器上的影像同步复制到了幕布上，在保持激光电视原有的优点的同时解决视频时基同步问题，从而实现真正意义上的激光电视。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的基于光同步的激光电视投影装置中采用非偏振分束器的光路结构示意图；

图2为本实用新型的基于光同步的激光电视投影装置中采用偏振分束器的一种光路结构示意图；

图3为本实用新型的基于光同步的激光电视投影装置中采用偏振分束器的另一种光路结构示意图；

图4为本实用新型的基于光同步的激光电视投影装置中采用偏振分束器的又一种光路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例的基于光同步的激光电视投影装置包括：激光器、光束偏折器、分束器、空间光调制器、探测器和调制电路；

所述激光器用于发射激光至所述光束偏折器；

所述光束偏折器用于将所述激光偏折成两维空间扫描光束；

本实施例的基于光同步的激光电视投影装置中，光束偏振器随时间偏折，可以以任意方式进行高速扫描，由于所有的激光束被同一个光束偏折器所偏折，所以它们的偏折角度的变化每时每刻都是一样的，因此无需实时的获知扫描时角度的变化，避免了传统激光电视需要实时准确的获知扫描角度的问题，而且通过探测器和调制电路的配合实时对投影光束的光强进行调制，保证了取影光束和投影光束光强变化同步，即取影光束和投影光束扫描角度同步并且光强变化同步，使得投影光束将空间光调制器上的影像同步复制到了幕布上，在保持激光电视原有的优点的同时解决视频时基同步问题，从而实现真正意义上的激光电视。

本实施例的基于光同步的激光电视投影装置根据分束器的不同类型可分为两大类光路结构。

第一类光路结构如图1所示，其中，分束器为非偏振分束器81(比如：半透镜)。激光器100发出的激光照射到光束偏折器7上，被光束偏折器7偏折成两维空间扫描光束，非偏振分束器81用于将两维空间扫描光束分成取影光束和投影光束，且使投影光束投向幕布10，取影光束扫描空间光调制器9，空间光调制器9用于实时显示影像(如：图片或视频)，并将照射到其上的取影光束透射或反射(图1中为透射)至探测器200，探测器200用于探测透射的取影光束的光强，并将探测的光强传输至调制电路300，调制电路300用于根据取影光束的光强调制发出投影光束的激光器，即激光器100，使投影光束的光强与影光束的光强同步，由于取影光束经过空间光调制器9时，实时读取了空间光调制器9上的影像，因此透过空间光调制器9的取影光束携带了影像信息，影像信息可通过光强反映出来，通过调制激光器100使得投影光束的光强与透过空间光调制器9的取影光束光强同步，即可在幕布10上看到影像。

该光路结构中，激光器100可以为多个，相应地探测器200和调制电路300的个数分别与激光器100个数相等，一个激光器100、一个探测器200和一个调制电路300为一组，形成光强反馈调制路径，例如：三个激光器100分别发出红、绿、蓝的激光，可实现彩色影像的投影。图1中的单个激光器100的光路可实现黑白影像或单色影像(例如：绿色带灰阶影像，微光夜视仪的影像就是有一定灰阶绿色影像)。

这种光路结构中，投影光束和取影光束均由同一个激光器100发出，因此理论上调制后的投影到幕布10上的影像始终滞后于空间光调制器9上的影像，但调制速率非常快，远快过人眼的响应速度，即这种滞后的时间差相当小，小于1纳秒，在人眼看来，投影影像和取影是同步的，且每种颜色的激光通过同一个光束偏折器7偏折，它们的偏折角度的变化每时每刻都是一样的，使得取影光束和投影光束扫描角度同步并且光强变化同步，在保持激光电视原有的优点的同时解决视频时基同步问题，从而实现真正意义上的激光电视。

第二类光路结构中，分束器为偏振分束器，偏振分束器能够将两个相互正交的偏振光以不同方向发射出去，一束偏振光反射出去，另一束偏振光透射出去。激光器为2N个，N为整数，N≥1，探测器和调制电路分别为N个，2N激光器分成两组，第一组激光器分别发出N束第一偏振光，且经所述偏振分束器形成N束取影光束，第二组激光器分别发出与第一偏振光正交的N束第二偏振光，且经所述偏振分束器形成N束投影光束，N个探测器分别连接N个调制电路，且分别探测N束取影光束的光强，N个调制电路分别调制第二组激光器中的N个激光器。

常见的显示系统中通常基于红(R)绿(G)蓝(B)三原色光原理进行显示，因此，以N＝3为例进行详细说明，具体光路结构如图2～4所示，激光器为六个：第一红光激光器1、第一绿光激光器3、第一蓝光激光器5、第二红光激光器2、第二绿光激光器4、第二蓝光激光器6，分束器为偏振分束器82。第一红光激光器1、第一绿光激光器3和第一蓝光激光器5分别发出第一偏振光，且经所述偏振分束器82形成投影光束，即R₁、G₁、B₁三束投影光束；第二红光激光器2、第二绿光激光器4和第二蓝光激光器6分别发出与第一偏振光正交的第二偏振光，且经偏振分束器82形成取影光束，即R₂、G₂、B₂三束取影光束。探测器和调制电路分别为三个：第一探测器11、第二探测器12、第三探测器13、第一调制电路14、第二调制电路15和第三调制电路16，第一探测器11连接第一调制电路14，第二探测器12连接第二调制电路15，第三探测器13连接第三调制电路16，第一探测器11探测红光取影光束R₂的光强、第二探测器12探测绿光取影光束G₂的光强、第三探测器13探测蓝光取影光束B₂的光强，第一调制电路14、第二调制电路15和第三调制电路16分别用于调制第一红光激光器1、第一绿光激光器3和第一蓝光激光器5。

第一红光激光器1、第一绿光激光器3、第一蓝光激光器5、第二红光激光器2、第二绿光激光器4和第二蓝光激光器6发出的激光照射到光束偏折器7，六束激光的入射角度无需相同，光束偏振器7随时间偏折，分别形成六束激光的两维的空间扫描，由于所有的光束被同一个光束偏折器7所偏折，所以它们的偏折角度的变化每时每刻都是一样的(即所有的光束从t₀时刻到任意t时刻的角度变化都为Δθ_t)，即光同步扫描。

偏振分束器82根据偏振态将六束激光分成两组：投影光束R₁、G₁、B₁，和取影光束R₂、G₂、B₂。并使取影光束扫描空间光调制器9，用于读取空间光调制器9上的影像，而投影光束则投向幕布10。使用三个探测器分别探测从空间光调制器9上透射或反射出来的R₂、G₂、B₂的实时光强，即T_R、T_G和T_B，使用这三个光强信息分别实时的调制对应颜色的R₁、G₁、B₁的光强，即I_R、I_G和I_B，使得它们的光强变化实时同步于T_R、T_G和T_B。因此，每种颜色的取影光束和投影光束扫描角度同步并且光强变化同步，无需实时的获知扫描时角度的变化，投影光束把空间光调制器9上的影像复制到了幕布上。只要把图片或视频内容输入空间光调制器9，幕布10上即呈现出所输入的图片或视频内容，实现真正意义上的激光电视。

无论是上述哪种类型光路结构，调制电路可以为任意调制电路。如果M{}为线性调整电路，可使得投影光束和取影光束线性同步；如果M{}为非线性调整电路，可在投影的过程中实现对图像的增强，比如进行HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)调制，使得暗处的图像更清楚)。具体地，调制电路可以采用现有的光强调制电路，可以是半导体激光器的驱动电路，例如：OPA690搭建的驱动电路。

分束器可以将反射的光束作为取影光束扫描空间光调制器，将透射的光束作为投影光束投向幕布，具体如图2所述，偏振分束器82将反射的光束作为取影光束扫描空间光调制器9，将透射的光束作为投影光束投向幕布10。分束器也可以将反射的光束作为投影光束投向幕布，将透射的光束作为取影光束扫描空间光调制器，具体如图1、3和4所示，图1中，非偏振分束器81将反射的光束作为投影光束投向幕布10，将透射的光束作为取影光束扫描空间光调制器9，图3和4中，偏振分束器82将反射的光束作为投影光束投向幕布10，将透射的光束作为取影光束扫描空间光调制器9。将反射的光束作为投影光束便于调节分束器的角度从而对幕布上的影像进行上下左右梯形校正。

分束器在与光束入射方向夹角可调地位于光束偏折器和空间光调制器之间的光路上，对于将反射的光束作为取影光束的情况，可以调节分束器的角度来调整空间光调制器的位置，以适应不同的外壳设计。对于将反射的光束作为投影光束的情况，通过调节分束器的角度对幕布上的影像进行上下左右梯形校正。

空间光调制器在与光束入射方向夹角可调地位于分束器和探测器之间的光路上，通过调整空间光调制器件的倾斜角度，可以对幕布上的影像进行上下左右的梯形校正。

本实施例中，空间光调制器为：透射式显示面板或反射式显示面板，透射式显示面板如：LCD，如图1～3中的空间光调制器9均为透射式显示面板。反射式显示面板如：数字微镜器件(DMD)或硅基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)，图4中的空间光调制器9为反射式显示面板。

本实施例的基于光同步的激光电视投影装置中，投影到幕布上的影像的色彩与空间光调制器同步，解决了普遍存在于投影仪的颜色配准的问题，在现有的技术水平下，取影光束的探测和投影光束的调制速率均可达到GHz量级以上，因此可实现超过8k的分辨率，而且激光光束的利用率高，设备成本低，且可实现低功耗和小型化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，包括：激光器、光束偏折器、分束器、空间光调制器、探测器和调制电路；

所述激光器用于发射激光至所述光束偏折器；

所述光束偏折器用于将所述激光偏折成两维空间扫描光束；

2.如权利要求1所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述分束器为非偏振分束器，将所述两维空间扫描光束通过透射和反射分成所述取影光束和投影光束。

3.如权利要求1所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述分束器为偏振分束器，所述激光器为2N个，N为整数，N≥1，探测器和调制电路分别为N个，2N激光器分成两组，第一组激光器分别发出N束第一偏振光，且经所述偏振分束器形成N束取影光束，第二组激光器分别发出与第一偏振光正交的N束第二偏振光，且经所述偏振分束器形成N束投影光束，N个探测器分别连接N个调制电路，且分别探测N束取影光束的光强，N个调制电路分别调制第二组激光器中的N个激光器。

4.如权利要求3所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述激光器为六个：第一红光激光器、第一绿光激光器、第一蓝光激光器、第二红光激光器、第二绿光激光器、第二蓝光激光器，所述分束器为偏振分束器，所述第一红光激光器、第一绿光激光器和第一蓝光激光器分别发出第一偏振光，且经所述偏振分束器形成投影光束；所述第二红光激光器、第二绿光激光器和第二蓝光激光器分别发出与第一偏振光正交的第二偏振光，且经所述偏振分束器形成取影光束，所述探测器和调制电路分别为三个：第一探测器、第二探测器、第三探测器、第一调制电路、第二调制电路和第三调制电路，第一探测器连接第一调制电路，第二探测器连接第二调制电路，第三探测器连接第三调制电路，第一探测器探测红光取影光束的光强、第二探测器探测绿光取影光束的光强、第三探测器探测蓝光取影光束的光强，所述第一调制电路、第二调制电路和第三调制电路分别用于调制所述第一红光激光器、第一绿光激光器和第一蓝光激光器。

5.如权利要求1所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述分束器将反射的光束作为取影光束扫描空间光调制器，将透射的光束作为投影光束投向幕布。

6.如权利要求1所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述分束器将反射的光束作为投影光束投向幕布，将透射的光束作为取影光束扫描空间光调制器。

7.如权利要求1～6中任一项所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述分束器在与光束入射方向夹角可调地位于光束偏折器和空间光调制器之间的光路上。

8.如权利要求1～6中任一项所述的基于光同步的激光电视投影装置，其特征在于，所述空间光调制器在与光束入射方向夹角可调地位于分束器和探测器之间的光路上。