專利名稱：一種分離式微型激光投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍(lán)三色激光用過(guò)光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射為二維圖像。這種分離式設(shè)計(jì)適用于某些需要微型掃描器件獨(dú)立于便攜電子產(chǎn)品的嵌入式應(yīng)用，如便攜電子產(chǎn)品自身包含了用于接收投影圖像的屏幕。
背景技術(shù)：
微型激光投影裝置由于采用紅綠藍(lán)三色激光器作光源，與基于傳統(tǒng)的白光 LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)和紅綠藍(lán)三色LED光源的投影裝置相比，具有色域?qū)拸V(約200%于NTSC標(biāo)準(zhǔn)色域范圍)，高對(duì)比度，高飽和度，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合嵌入于手機(jī)，平板電腦(如蘋(píng)果iPad)，數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦等便攜電子產(chǎn)品。微型激光投影裝置大多采用前向投影技術(shù)，即投影光線的傳播方向背向于觀察者。由于其內(nèi)部的微型掃描器件有最大掃描角度的限制(一般為水平40度，垂直30度左右)，為了投射出一定大小的二維圖像。微型激光投影裝置與接收投影圖像的屏幕之間需要有一定距離。當(dāng)某些嵌入了微型激光投影裝置的便攜電子產(chǎn)品自身包含了用于接收投影圖像的屏幕時(shí)，需要將微型激光投影裝置的微型掃描器件單獨(dú)外置(通過(guò)可旋轉(zhuǎn)/伸縮/折疊的機(jī)械連桿與便攜電子產(chǎn)品相連)，而微型激光投影裝置的其余部分，如激光光源模塊和控制電路內(nèi)置于便攜電子產(chǎn)品內(nèi)。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍(lán)三色激光用過(guò)光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射為二維圖像。本發(fā)明提出了一種分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍(lán)三色激光用過(guò)光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射為二維圖像。這種分離式設(shè)計(jì)適用于需要微型掃描器件獨(dú)立于便攜電子產(chǎn)品的嵌入式應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)嵌入了微型激光投影裝置和接收投影圖像的屏幕的便攜電子產(chǎn)品，需要將微型激光投影裝置的微型掃描器件單獨(dú)外置(通過(guò)可旋轉(zhuǎn)/ 伸縮/折疊的機(jī)械連桿與便攜電子產(chǎn)品相連)。而微型激光投影裝置的其余部分，如激光光源模塊和控制電路內(nèi)置于便攜電子產(chǎn)品內(nèi)，與微型掃描器件相分離。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案是它包括內(nèi)置于便攜電子產(chǎn)品內(nèi)的激光光源模塊和控制電路，外置于便攜電子產(chǎn)品的微型掃描器件，用于機(jī)械連接便攜電子產(chǎn)品和外置的微型掃描器件的連桿，用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍(lán)三色激光的光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)。由內(nèi)置于便攜電子產(chǎn)品內(nèi)的激光光源模塊產(chǎn)生紅綠藍(lán)三色激光，通過(guò)光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)酵庵玫奈⑿蛼呙杵骷⒎瓷涞狡聊簧稀?控制電路接受便攜電子產(chǎn)品的視頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號(hào)和行/場(chǎng)同步信號(hào)以高速調(diào)制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進(jìn)行高速二維掃描。
所述的激光光源模塊包括可以高速調(diào)制(通常為幾十MHz至上百M(fèi)Hz)的紅/綠 /藍(lán)色激光器各一個(gè)和準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)。紅色激光器的波長(zhǎng)通常為635nm至642nm，可以為紅色激光二極管；綠色激光器的波長(zhǎng)通常為515nm至532nm，可以為基于二次諧波倍頻技術(shù)(Second Harmonic Generation, SHG)的綠色激光器或綠色激光二極管；藍(lán)色激光器的波長(zhǎng)通常為515nm至532nm，可以為藍(lán)色激光二極管。準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)包括對(duì)應(yīng)紅/綠 /藍(lán)色激光器的準(zhǔn)直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler 或Combiner)用于將準(zhǔn)直后的紅/綠/藍(lán)色激光合成一束激光。所述的控制電路可以接受便攜電子產(chǎn)品的視頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號(hào)和行/場(chǎng)同步信號(hào)以高速調(diào)制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進(jìn)行高速二維掃描。所述的微型掃描器件為用于二維激光掃描的MEMS(Microele ctromechani cal Systems,微機(jī)電系統(tǒng))微掃描鏡，它包括可動(dòng)的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)的致動(dòng)器(Actuator)。其結(jié)構(gòu)通常有兩種(1)單個(gè)有萬(wàn)向節(jié)(Gimbal)或無(wú)萬(wàn)向節(jié) (Gimbal-Iess)的雙軸微掃描鏡，包括一個(gè)快掃描軸(X軸)用于行掃描和一個(gè)慢掃描軸 (Y軸)用于場(chǎng)掃描，兩個(gè)軸相互正交；(2)兩個(gè)單軸微掃描鏡，其中一個(gè)掃描鏡負(fù)責(zé)行掃描 (即X軸掃描)，它是由快速驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)完成的；另一個(gè)正交放置的單軸微掃描鏡完成較慢的場(chǎng)掃描(Y軸掃描)。MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數(shù)行由左向右掃描，偶數(shù)行由右向左掃描；或雙向隔行掃描，即在第一行由左向右掃描，第三行由右向左掃描，第五行由左向右掃描，以此類(lèi)推，當(dāng)完成奇數(shù)場(chǎng)掃描之后開(kāi)始在第二行由左向右掃描，第四行由右向左掃描，第六行由左向右掃描，以此類(lèi)推，以完成偶數(shù)場(chǎng)掃描。所述的連桿用于建立便攜電子產(chǎn)品和外置的微型掃描器件之間的機(jī)械連接。連桿的材料可以為輕質(zhì)金屬或高強(qiáng)度塑料。連桿與便攜電子產(chǎn)品之間的連接方式可以為旋轉(zhuǎn)/ 伸縮/折疊。所述的光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光。所用光纖為單模(Single Mode)可見(jiàn)光光纖， 如Corning RGB 400光纖。附屬光學(xué)系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內(nèi)用于將經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光耦合進(jìn)可見(jiàn)光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見(jiàn)光光纖發(fā)出的紅綠藍(lán)三色激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第二透鏡/透鏡組。經(jīng)過(guò)第二透鏡/透鏡組準(zhǔn)直的紅綠藍(lán)三色激光投射到外置的微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)了微型激光投影裝置中的微型掃描器件的靈活外置；2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為激光光源模塊和準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)(Free Space)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為激光光源模塊和準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)(Fiber)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)和微型掃描器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，它包括激光光源模塊1，控制電路2，微型掃描器件3，連桿4和光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5。激光光源模塊1的輸入端與控制電路2的一個(gè)輸出端相連，接收控制電路2發(fā)出的高速調(diào)制信號(hào)。激光光源模塊1的輸出端與光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5的輸入端相連，用于將激光光源模塊1產(chǎn)生的高速調(diào)制過(guò)的并經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光耦合入光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5。光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5的輸出端與微型掃描器件3相連，經(jīng)過(guò)光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5傳輸并準(zhǔn)直的紅綠藍(lán)三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件3的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐?的另一個(gè)輸出端與微型掃描器件3的輸入端相連，控制電路2產(chǎn)生的電子控制信號(hào)控制微型掃描器件3完成高速掃描。連桿4用于建立便攜電子產(chǎn)品和外置的微型掃描器件之間的機(jī)械連接。所述的激光光源模塊1包括可以高速調(diào)制(通常為幾十MHz)的紅/綠/藍(lán)色激光器各一個(gè)和準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)。紅色激光器的波長(zhǎng)通常為635nm至642nm，可以為紅色激光二極管；綠色激光器的波長(zhǎng)通常為515nm至532nm，可以為基于二次諧波倍頻技術(shù) (Second Harmonic Generation, SHG)的綠色激光器或綠色激光二極管；藍(lán)色激光器的波長(zhǎng)通常為515nm至532nm，可以為藍(lán)色激光二極管。準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)包括對(duì)應(yīng)紅/綠/ 藍(lán)色激光器的準(zhǔn)直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或 Combiner)用于將準(zhǔn)直后的紅/綠/藍(lán)色激光合成一束激光。所述的控制電路2可以接受便攜電子產(chǎn)品的視頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號(hào)和行/場(chǎng)同步信號(hào)以高速調(diào)制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進(jìn)行高速二維掃描?？刂齐娐?通常包括模擬前端芯片(Analog Front End，AFE，如果接收模擬RGB信號(hào))， 數(shù)字視頻處理電路和微控制器。模擬前端芯片可以采用現(xiàn)有的商業(yè)芯片，此處不贅述。數(shù)字視頻處理電路可以采用FPGA (Field Programmable Gates Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件) 實(shí)現(xiàn)。微控制器可以采用獨(dú)立的商業(yè)芯片或集成在FPGA內(nèi)的IP (Intellectual Property) 軟件核。所述的微型掃描器件3為用于二維激光掃描的MEMSWicroelectromechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))微掃描鏡，它包括可動(dòng)的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)的致動(dòng)器(Actuator)。其結(jié)構(gòu)通常有兩種(1)單個(gè)有萬(wàn)向節(jié)(Gimbal)或無(wú)萬(wàn)向節(jié) (Gimbal-Iess)的雙軸微掃描鏡，包括一個(gè)快掃描軸(X軸)用于行掃描和一個(gè)慢掃描軸 (Y軸)用于場(chǎng)掃描，兩個(gè)軸相互正交；(2)兩個(gè)單軸微掃描鏡，其中一個(gè)掃描鏡負(fù)責(zé)行掃描 (即X軸掃描)，它是由快速驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)完成的；另一個(gè)正交放置的單軸微掃描鏡完成較慢的場(chǎng)掃描(Y軸掃描)。MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數(shù)行由左向右掃描，偶數(shù)行由右向左掃描；或雙向隔行掃描，即在第一行由左向右掃描，第三行由右向左掃描，第五行由左向右掃描，以此類(lèi)推，當(dāng)完成奇數(shù)場(chǎng)掃描之后開(kāi)始在第二行由左向右掃描，第四行由右向左掃描，第六行由左向右掃描，以此類(lèi)推，以完成偶數(shù)場(chǎng)掃描。所述的連桿4用于建立便攜電子產(chǎn)品和外置的微型掃描器件之間的機(jī)械連接。連桿的材料可以為輕質(zhì)金屬或高強(qiáng)度塑料。連桿4與便攜電子產(chǎn)品之間的連接方式可以為旋轉(zhuǎn)/伸縮/折疊。所述的光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光。所用光纖為單模(Single Mode)可見(jiàn)光光纖，如Corning RGB 400光纖。附屬光學(xué)系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內(nèi)用于將經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/ 合束的紅綠藍(lán)三色激光耦合進(jìn)可見(jiàn)光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見(jiàn)光光纖發(fā)出的紅綠藍(lán)三色激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第二透鏡/透鏡組。經(jīng)過(guò)第二透鏡/透鏡組準(zhǔn)直的紅綠藍(lán)三色激光投射到外置的微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。
本發(fā)明的工作原理是這樣的用戶首先將便攜電子設(shè)備的機(jī)械連桿展開(kāi)至固定位置。在便攜電子設(shè)備的主機(jī)內(nèi)，激光光源模塊1的輸入端與控制電路2的一個(gè)輸出端相連， 接收控制電路2發(fā)出的高速調(diào)制信號(hào)。激光光源模塊1的輸出端與光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5 的輸入端相連，用于將激光光源模塊1產(chǎn)生的高速調(diào)制過(guò)的并經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光耦合入光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5。光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5的輸出端與微型掃描器件3 相連，經(jīng)過(guò)光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)5傳輸并準(zhǔn)直的紅綠藍(lán)三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件3的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐?的另一個(gè)輸出端與微型掃描器件3 的輸入端相連，控制電路2產(chǎn)生的電子控制信號(hào)控制微型掃描器件3完成高速掃描。
權(quán)利要求
1.一種分離式微型激光投影裝置，其特征在于它包括激光光源模塊，控制電路，微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)。激光光源模塊的輸入端與控制電路的一個(gè)輸出端相連，接收控制電路發(fā)出的高速調(diào)制信號(hào)。激光光源模塊的輸出端與光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)的輸入端相連，用于將激光光源模塊產(chǎn)生的高速調(diào)制過(guò)的并經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光耦合入光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)。光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)的輸出端與微型掃描器件相連，經(jīng)過(guò)光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)傳輸并準(zhǔn)直的紅綠藍(lán)三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐返牧硪粋€(gè)輸出端與微型掃描器件的輸入端相連，控制電路產(chǎn)生的電子控制信號(hào)控制微型掃描器件完成高速掃描。連桿用于建立便攜電子產(chǎn)品和外置的微型掃描器件之間的機(jī)械連接。
2.如權(quán)利要求1所述的激光光源模塊，其特征在于包括可以高速調(diào)制(通常為幾十 MHz至上百M(fèi)Hz)的紅/綠/藍(lán)色激光器各一個(gè)和準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的紅/綠/藍(lán)色激光器，其特征在于紅色激光器的波長(zhǎng)通常為 635nm至642nm，可以為紅色激光二極管；綠色激光器的波長(zhǎng)通常為515nm至532nm，可以為基于二次諧波倍頻技術(shù)(Second Harmonic Generation, SHG)的綠色激光器或綠色激光二極管；藍(lán)色激光器的波長(zhǎng)通常為515nm至532nm，可以為藍(lán)色激光二極管。
4.如權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)直/合束光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括對(duì)應(yīng)紅/綠/藍(lán)色激光器的準(zhǔn)直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或 Combiner)用于將準(zhǔn)直后的紅/綠/藍(lán)色激光合成一束激光。。
5.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于可以接受便攜電子產(chǎn)品的視頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號(hào)和行/場(chǎng)同步信號(hào)以高速調(diào)制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進(jìn)行高速二維掃描?？刂齐娐吠ǔ０M前端芯片(Analog Front End，AFE，如果接收模擬RGB信號(hào))，數(shù)字視頻處理電路和微控制器。模擬前端芯片可以采用現(xiàn)有的商業(yè)芯片。數(shù)字視頻處理電路可以采用FPGA (Field Programmable Gates Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件)實(shí)現(xiàn)。微控制器可以采用獨(dú)立的商業(yè)芯片或集成在FPGA內(nèi)的IPdntellectual Property)軟件核。
6.如權(quán)利要求1所述的微型掃描器件，其特征在于基于MEMS技術(shù)，包括可動(dòng)的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)的致動(dòng)器(Actuator)。其結(jié)構(gòu)通常有兩種(1)單個(gè)有萬(wàn)向節(jié)(Gimbal)或無(wú)萬(wàn)向節(jié)(Gimbal-less)的雙軸微掃描鏡，包括一個(gè)快掃描軸(X軸) 用于行掃描和一個(gè)慢掃描軸(Y軸)用于場(chǎng)掃描，兩個(gè)軸相互正交；(2)兩個(gè)單軸微掃描鏡， 其中一個(gè)掃描鏡負(fù)責(zé)行掃描(即X軸掃描)，它是由快速驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)完成的；另一個(gè)正交放置的單軸微掃描鏡完成較慢的場(chǎng)掃描(Y軸掃描)。
7.如權(quán)利要求1所述的微型掃描器件，其特征在于MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數(shù)行由左向右掃描，偶數(shù)行由右向左掃描；或雙向隔行掃描，即在第一行由左向右掃描，第三行由右向左掃描，第五行由左向右掃描，以此類(lèi)推，當(dāng)完成奇數(shù)場(chǎng)掃描之后開(kāi)始在第二行由左向右掃描，第四行由右向左掃描，第六行由左向右掃描，以此類(lèi)推，以完成偶數(shù)場(chǎng)掃描。
8.如權(quán)利要求1所述的連桿，其特征在于連桿的材料可以為輕質(zhì)金屬或高強(qiáng)度塑料。 連桿與便攜電子產(chǎn)品之間的連接方式可以為旋轉(zhuǎn)/伸縮/折疊。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/合束的紅綠藍(lán)三色激光。所用光纖為單模 (Single Mode)可見(jiàn)光光纖。附屬光學(xué)系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內(nèi)用于將經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直/ 合束的紅綠藍(lán)三色激光耦合進(jìn)可見(jiàn)光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見(jiàn)光光纖發(fā)出的紅綠藍(lán)三色激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第二透鏡/透鏡組。
全文摘要
一種分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置包括激光光源模塊，控制電路，微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學(xué)系統(tǒng)。激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊和控制電路集成于便攜電子產(chǎn)品內(nèi)部；微型掃描器件位于便攜電子產(chǎn)品的外部，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)/伸縮/折疊的機(jī)械連桿與便攜電子產(chǎn)品相連。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍(lán)三色激光用過(guò)光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并向外投射為二維圖像。這種分離式設(shè)計(jì)適用于某些需要微型掃描器件獨(dú)立于便攜電子產(chǎn)品的嵌入式應(yīng)用，如便攜電子產(chǎn)品自身包含了用于接收投影圖像的屏幕。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微型激光投影裝置中的微型掃描器件的靈活外置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G03B21/20GK102269920SQ201110204258
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者徐英舜 申請(qǐng)人:凝輝(天津)科技有限責(zé)任公司