利用光纖傳像的激光投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種利用光纖傳像的激光投影系統(tǒng)，其特征在于包括依次設置的激光光源模塊(11、12、13)、成像芯片(31、32、33)、光纖傳像束(51、52、53)和投影鏡頭(7)，其中，所述激光光源模塊用來將激光向所述成像芯片發(fā)射激光，所述成像芯片用來將反射光作為成像光輸出到所述光纖傳像束的輸入端，所述光纖傳像束用來傳輸所述成像光，并通過所述光纖傳像束的輸出端將所述成像光輸出到所述投影鏡頭。
【專利說明】利用光纖傳像的激光投影系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及數字投影【技術領域】，具體地，涉及一種利用光纖傳像的激光投影系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]激光顯示是繼黑白顯示、標準彩色顯示和數字顯示之后的新一代顯示技術。激光投影技術是以紅、綠、藍(RGB)三基色激光為光源的投影顯示技術。激光投影技術，因其豐富飽和的色彩、高亮度、長壽命、使用成本低和節(jié)能環(huán)保等特性，成為引發(fā)投影及顯示技術革命的導火索。
[0003]隨著紅、綠、藍半導體激光器產品的快速和市場化發(fā)展，激光作為投影顯示的光源逐漸成為一種趨勢。激光光源與傳統(tǒng)的燈泡相比:具有更大的色域范圍；激光單色性好，且激光是線譜，具有高的色彩飽和度，使得色彩更真實、更鮮艷；激光方向性好，光束的發(fā)散度小，可以提高圖像的清晰度；功耗小，使用壽命長達幾萬小時，因而激光光源成為顯示領域的重大發(fā)展方向。
[0004]目前，DLP技術是投影和顯示應用領域的最主要技術之一。DLP的全稱是DigitalLight Processing,中文意思為“數字光學處理技術”。DLP投影機的核心元器件DMD,全稱為Digital Micromirror Device,中文意思為“數字微鏡裝置”,通過控制鏡片的開啟和偏轉從而達到顯示圖像的目的。
[0005]DMD微晶片上面包含數量龐大的超小型數位光開關，它們是面積非常小、外觀為四方型、并由鋁金屬制程的絞接式反射鏡，可以接受電子訊號代表的資料字元，然后產生光學字元輸出。每個微反射鏡都能將光線從兩個方向反射出去，實際反射方向則視底層記憶晶胞的狀態(tài)而定；當記憶晶胞處于ON狀態(tài)時，反射鏡會旋轉至+12度，若記憶晶胞處于OFF狀態(tài)，反射鏡會旋轉至-12度。只要結合DMD以及適當光源和投影光學系統(tǒng)，反射鏡就會把入射光反射進入或是離開投影鏡頭的透光孔，使得ON狀態(tài)的反射鏡看起來非常明亮，OFF狀態(tài)的反射鏡看起來就很黑暗。利用二位元脈沖寬度調變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉式彩色濾鏡，再搭配一顆或三顆DMD晶片，即可得到彩色顯示效果。
實用新型內容
[0006]本實用新型的激光投影系統(tǒng)正是基于以上激光光源和DLP投影技術而做出的。
[0007]本實用新型的目的是提供一種利用光纖傳像的激光投影光路系統(tǒng)，實現高亮度、大色域和長壽命的高清投影顯示。
[0008]本實用新型解決現有技術中的上述問題的基本思路是:三色激光光源輸出的激光通過光纖及一系列透鏡之后耦合進入DMD芯片，經過DMD芯片后輸出的圖像通過耦合轉像鏡頭耦合進入光纖傳像束，經過光纖傳像束傳輸之后的圖像再通過X棱鏡合束輸出投影圖像，最后通過投影鏡頭放大而形成投影畫面。其中光纖傳像束可以延長并可以彎曲。
[0009]根據本實用新型的實施例，提出了一種利用光纖傳像的激光投影系統(tǒng)，其特征在于包括依次設置的激光光源模塊(11、12、13)、成像芯片(31、32、33)、光纖傳像束(51、52、53)和投影鏡頭(7)，其中，所述激光光源模塊用來將激光向所述成像芯片發(fā)射激光，所述成像芯片用來將反射光作為成像光輸出到所述光纖傳像束的輸入端，所述光纖傳像束用來傳輸所述成像光，并通過所述光纖傳像束的輸出端將所述成像光輸出到所述投影鏡頭。
[0010]根據本實用新型的實施例，所述激光光源模塊包括分別對應于紅、綠、藍三色的三個激光光源模塊，所述成像芯片包括分別對應于紅、綠、藍三色的三個DMD成像芯片，所述光纖傳像束包括分別對應于紅、綠、藍三色的三組光纖傳像束。
[0011]根據本實用新型的實施例，在對應于所述三色中的每種顏色的激光光源模塊和DMD成像芯片之間，還包括TIR棱鏡(21、22、23)。
[0012]根據本實用新型的實施例，所述三組光纖傳像束輸出的成像光經由X棱鏡(6)輸出到所述投影鏡頭。
[0013]根據本實用新型的實施例，在對應于所述三色中的每種顏色的DMD成像芯片和光纖傳像束之間，還包括耦合轉像鏡頭(41、42、43)。
[0014]根據本實用新型的實施例，所述激光光源模塊各自包括依次設置的激光器、光纖、勻光耦合透鏡組、光棒和中繼透鏡組，所述勻光耦合透鏡組由耦合透鏡和勻光片組成，用于對經過所述光纖傳輸的激光進行勻光、整形并耦合進入所述光棒，所述光棒用于經由中繼透鏡組將所述激光光源模塊輸出光耦合進入DMD成像芯片。
[0015]本實用新型的有益效果主要在于:
[0016]I)激光光源與DMD芯片、光纖傳像束相結合，實現了一種全新的激光投影光路；
[0017]2)采用三色激光光源，不需要將白光再通過棱鏡分光或使用色輪分色，輸出圖像的色域更廣，色彩飽和度更高，圖像更加真實鮮艷；
[0018]3)激光光源的使用壽命更長，更加節(jié)能環(huán)保；
[0019]4)通過光纖傳像的方法，實現投影圖像的傳輸，光纖可延長且可彎曲，根據設計的需要可靈活設計各個器件的安裝位置，DMD芯片可以分開散熱也可集中散熱；
[0020]5)各部分可以獨立設計，更易進行模塊化設計，便于安裝維護。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是根據本實用新型的實施例的激光投影系統(tǒng)的布局示意圖。
[0022]圖2是根據本實用新型的實施例的激光投影系統(tǒng)所采用的光纖傳像束的工作原理示意圖。
[0023]圖3是DMD工作原理示意圖。
[0024]圖中附圖標記說明如下:11、紅光激光光源模塊，12、綠光激光光源模塊，13、藍光激光光源模塊，21、紅光TIR (全內反射)棱鏡，22、綠光TIR棱鏡，23、藍光TIR棱鏡，31、紅光DMD芯片，32、綠光DMD芯片，33、藍光DMD芯片，41、紅光耦合轉像鏡頭，42、綠光耦合轉像鏡頭，43、藍光耦合轉像鏡頭，51、紅光光纖傳像束，52、綠光光纖傳像束，53、藍光光纖傳像束，
6、X棱鏡，7、投影鏡頭。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術方案作進一步具體說明，由此，本實用新型的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。
[0026]本領域的技術人員能夠理解，盡管以下的說明涉及到有關本實用新型的實施例的很多技術細節(jié)，但這僅為用來說明本實用新型的原理的示例、而不意味著任何限制。本實用新型能夠適用于不同于以下例舉的技術細節(jié)之外的場合，只要它們不背離本實用新型的原理和精神即可。
[0027]另外，為了避免使本說明書的描述限于冗繁，在本說明書中的描述中，可能對可在現有技術資料中獲得的部分技術細節(jié)進行了省略、簡化、變通等處理，這對于本領域的技術人員來說是可以理解的，并且這不會影響本說明書的公開充分性。
[0028]首先，概述本實用新型的技術方案。
[0029]根據本實用新型的實施例，一種激光投影系統(tǒng)，包括激光光源模塊、DMD芯片、耦合轉像鏡頭、光纖傳像束、X棱鏡和投影鏡頭。
[0030]所述激光光源模塊包含三色激光光源模塊，分別為紅光、綠光和藍光。激光光源模塊包含有激光器，輸出的激光通過光纖傳輸，且前方光路上依次設有勻光、耦合透鏡組、光棒和中繼透鏡組(如圖1的虛線框中所示)。所述光纖的一端為多根光纖，另一端為合束輸出端，即激光器輸出的激光通過多根光纖I禹合輸入，經過光纖傳輸后通過合束端輸出。所述的勻光、耦合透鏡組由耦合透鏡和勻光片組成，用于將經過光纖傳輸的激光進行勻光、整形并耦合進入光棒。所述光棒，中繼透鏡組用于將輸出的光耦合進入DMD芯片。
[0031]所述的DMD芯片為分別對應于紅、綠、藍三色激光光源模塊的三個DMD芯片，由于DMD芯片上的微反射鏡的轉動角度僅為±12度，為了使入射光路與出射光路分離，此處利用TIR棱鏡的全反射原理使入射與出射光束分離。三色激光光源模塊上輸出的光分別通過TIR棱鏡照射到DMD芯片上，經過DMD芯片反射的光再通過TIR棱鏡反射后輸出。
[0032]所述的耦合轉像鏡頭為分別對應三個DMD芯片的三個耦合轉像鏡頭，用來將經過三個DMD芯片輸出的圖像耦合進入光纖傳像束。
[0033]所述的光纖傳像束可以將圖像通過光纖直接傳輸，而中間不再經過信號轉換過程。光纖傳像束由數萬至數百萬根極細的光纖集成束，可以根據光路需要進行彎曲。
[0034]圖1是根據本實用新型的實施例的激光投影系統(tǒng)的布局示意圖。
[0035]如圖1所示，一種激光投影系統(tǒng)，主要包括分別對應于三色(例如紅、綠、藍)的激光光源模塊11、12、13、三個TIR棱鏡21、22、23、三個DMD芯片(成像器件)31、32、33、三個耦合轉像鏡頭41、42、43、三組光纖傳像束51、52、53、以及X棱鏡6和投影鏡頭7。其中，紅、綠、藍三色激光光源模塊11、12、13輸出的激光分別通過三色111?棱鏡21、22、23入射到三個DMD芯片31、32、33，經過DMD芯片反射后再分別通過對應的TIR棱鏡21、22、23出射，出射光再分別通過紅、綠、藍三色耦合轉像鏡頭41、42、43耦合進入紅、綠、藍三組光纖傳像束51、52、53，經過光纖傳像束傳輸之后的圖像再通過X棱鏡6合束輸出投影圖像，最后通過投影鏡頭7放大而形成投影畫面。
[0036]其中，三個DMD芯片的位置可根據系統(tǒng)設計要求獨立放置，也可集中放置便于散熱。
[0037]圖2是根據本實用新型的實施例的激光投影系統(tǒng)所采用的光纖傳像束的工作原理示意圖。
[0038]如圖2所示，圖像通過光纖直接傳輸，中間不再經過信號轉換過程。光纖傳像束由數萬至數百萬根極細的光纖集成束，可以根據光路需要進行適當的彎曲、延長，系統(tǒng)設計更加靈活方便。
[0039]圖3是DMD工作原理示意圖。需要說明的是，盡管在本說明書中，以DMD成像芯片作為成像芯片的示例，但本領域的技術人員完全可以理解，本實用新型還可采用除了 DMD成像芯片之外的各種現有/將來的其它成像芯片。
[0040]如圖3所示，DMD芯片由數百萬個微鏡鏡面組成的長方形陣列組成，這個陣列對應于投影圖像中的像素的光線，這些鏡面和數字信號、光源和投影鏡頭協(xié)同工作時，能夠把圖像最忠實地再現出來。增加DMD上微鏡片的數量，即可提高產品的分辨率，而不須改變微鏡片的大小(例如分辨率為2K【2048*1080】的投影機DMD芯片上有2211840個微鏡片)。[0041 ] 根據DMD芯片的分辨率要求，例如DMD的分辨率為2048*1080，則DMD上微鏡片的數量為2211840個,光纖傳像束的光纖的根數也可做成2211840根,光纖傳像束中單根光纖的尺寸可為十幾微米，與DMD的微鏡尺寸接近，這樣，每個微鏡片投射出的圖像可以通過光纖一一傳輸，因此通過光纖傳像束最終輸出的圖像分辨率與原投影的出射圖像的分辨率保持一致，可以清晰地再現投影畫面。經核算，此投影系統(tǒng)的光利用率高于20%，與傳統(tǒng)投影光路的光利用率相當。隨著光纖等光學技術的不斷發(fā)展，未來投影系統(tǒng)的光利用率還可逐步提聞。
[0042]最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種利用光纖傳像的激光投影系統(tǒng)，其特征在于包括依次設置的激光光源模塊(11、12、13)、成像芯片(31、32、33)、光纖傳像束(51、52、53)和投影鏡頭(7)， 其中，所述激光光源模塊(11、12、13)用來向所述成像芯片(31、32、33)發(fā)射激光，所述成像芯片(31、32、33)用來將反射光作為成像光輸出到所述光纖傳像束(51、52、53)的輸入端， 所述光纖傳像束(51、52、53)用來傳輸所述成像光，并通過所述光纖傳像束(51、52、53)的輸出端將所述成像光輸出到所述投影鏡頭(7)。
2.根據權利要求1所述的激光投影系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光光源模塊(11、12、13)包括分別對應于紅、綠、藍三色的三個激光光源模塊， 所述成像芯片(31、32、33)包括分別對應于紅、綠、藍三色的三個DMD成像芯片， 所述光纖傳像束(51、52、53)包括分別對應于紅、綠、藍三色的三組光纖傳像束。
3.根據權利要求2所述的激光投影系統(tǒng)，其特征在于，在對應于所述三色中的每種顏色的激光光源模塊和DMD成像芯片之間，還包括TIR棱鏡(21、22、23)。
4.根據權利要求3所述的激光投影系統(tǒng)，其特征在于，所述三組光纖傳像束輸出的成像光經由X棱鏡(6)輸出到所述投影鏡頭(7)。
5.根據權利要求4所述的激光投影系統(tǒng)，其特征在于，在對應于所述三色中的每種顏色的DMD成像芯片和光纖傳像束之間，還包括耦合轉像鏡頭(41、42、43)。
6.根據權利要求5所述的激光投影系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源模塊各自包括依次設置的激光器、光纖、勻光耦合透鏡組、光棒和中繼透鏡組，所述勻光耦合透鏡組由耦合透鏡和勻光片組成，用于對經過所述光纖傳輸的激光進行勻光、整形并耦合進入所述光棒，所述光棒用于經由中繼透鏡組將所述激光光源模塊輸出光耦合進入DMD成像芯片。
【文檔編號】G03B21/14GK203965657SQ201420407447
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權日:2014年7月23日
【發(fā)明者】王玉魯, 張大為, 鞏志華 申請人:中視迪威激光顯示技術有限公司