本發(fā)明涉及掃描光束視頻投影系統(tǒng)。

本發(fā)明可例如用于投影或成像設備中，其中，光源產生與掃描器件相關聯的光束，以便形成圖像，例如在平視顯示器上形成圖像。這樣的平視顯示器的光源通常來自一個或多個激光源，其通過代表要被顯示的圖像的視頻信號調制。

本發(fā)明可還用于利用掃描器件的機動車輛適應性照明裝置，所述掃描器件在波長轉換裝置上形成圖像、然后發(fā)射根據所述圖像調制的照明光束。

背景技術：

利用掃描投影系統(tǒng)的設備的各種用途需要使用具有越來越大的光功率的光束，以便改進其性能，且因此需要使用更大功率的光源。但是，且特別地，在小掃描投影系統(tǒng)中，具有過大功率的源的使用導致過多熱耗散的問題，這則可導致源本身或相鄰部件的劣化。這樣的小投影系統(tǒng)例如是車載系統(tǒng)，特別是在用于所謂的平視顯示器的車輛中。當系統(tǒng)使用多色源以便形成用來投影有色圖像的多色光束時，問題更大。在利用紅、綠和藍三種光束的傳統(tǒng)多色系統(tǒng)的背景下，必需使用三個光源，其進一步增加了熱耗散問題。

除了與熱耗散相關的問題，市場上可獲得的適于掃描系統(tǒng)約束的光源具有減小的功率。此外，允許這些源的功率增加的當前方案不可用于掃描系統(tǒng)，特別是關于光束尺寸問題。實際上，制造掃描器件，例如具有MEMS微鏡或這樣的微鏡陣列的形式，其需要具有適當尺寸的光束。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是克服已知的掃描光束視頻投影系統(tǒng)的至少一些缺點。

本發(fā)明的另一目的是提供一種掃描視頻投影系統(tǒng)，其允許光束的功率增加，而不導致熱耗散問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種掃描視頻投影系統(tǒng)，其允許光束的功率增加，而沒有明顯改變光束的尺寸。

為此，本發(fā)明涉及一種掃描光束視頻投影系統(tǒng)，其特征在于，其包括用于發(fā)射通過視頻信號調制的光束的裝置，和掃描器件，該掃描器件適于使所述光束偏轉，以允許形成視頻圖像，發(fā)射裝置包括至少兩個分立的光源和重組裝置，每個光源發(fā)射具有大體線性偏振的子光束，該偏振與另一個不同，所述重組裝置被構造為沿掃描器件的方向通過組合兩個子光束而形成所述光束。

重組裝置是指一種裝置，在該裝置中，可以輸入具有不同偏振方向的兩個光束，使得這些光束在該裝置的輸出部處被組合為單個光束，該單個光束組合兩個輸入光束的偏振方向。

因此，通過使用兩個光源而并非單個更強勁的源，本發(fā)明允許通過限制每個源的功率和通過增加可用于熱耗散的表面而減小熱耗散問題。兩個子光束的組合允許形成一光束，其功率等于將這兩個子光束的功率相加，同時保持適于掃描視頻投影的光束尺寸，特別地通過減小發(fā)散現象而保持。

有利地且根據本發(fā)明，重組裝置是重組棱鏡。

重組棱鏡是指一種棱鏡，其中，可以輸入具有不同偏振方向的兩個光束，使得這些光束在該棱鏡的輸出處被組合為單個光束，該單個光束組合兩個輸入光束的偏振方向。

有利地且根據本發(fā)明的該最后方面，重組棱鏡是以下棱鏡中的一種：

-沃拉斯頓棱鏡，

-格蘭-泰勒棱鏡，

-格蘭-湯普森棱鏡，

-尼科爾棱鏡。

根據本發(fā)明的該方面，這些棱鏡——通常用于將沿兩個單獨方向偏振的光束分為兩個光束，每個光束沿兩個單獨方向的一個偏振——在該情況下用于相反目的，即，將沿不同偏振方向偏振的兩個光束組合為沿這兩個方向偏振的單個光束。

有利地且根據本發(fā)明，兩個子光束具有彼此垂直的偏振。

根據本發(fā)明的該方面，由于當偏振方向垂直時兩個光束之間的最小干涉，兩個子光束的組合更有效。

有利地且根據本發(fā)明，光源是激光源。

根據本發(fā)明的該方面，光源是自然偏振的激光源，以便避免不得不將來自這些光源的子光束在組合它們之前進行偏振(這可導致功率損失)。

有利地且根據本發(fā)明的該最后方面，激光源具有在相同窄頻帶中不同的功率頻譜。

窄頻帶是指一頻帶，其中，該頻帶的頻率下的激光的顏色不能被人眼區(qū)分。

根據本發(fā)明的該方面，譜是不同的，以便防止色斑的現象以便不損害被投影的視頻圖像，如果兩個激光源的譜相同，但它們保持在足夠窄的頻帶內，從而兩個激光具有不能被區(qū)分的顏色，則色斑現象出現。

有利地且根據本發(fā)明，兩個子光束是多色子光束，且光源是多色源。

根據本發(fā)明的該方面，通過組合單色束，多色源允許在大的色板上的圖像視頻投影。但是，在該情況下，兩個子光束必須由相同顏色成分構成，以便允許通過組合獲得具有與兩個之前的子光束相同顏色的光束。

有利地且根據本發(fā)明的該最后方面，每個多色光源包括三個單色光源，發(fā)射紅光束的紅光源、發(fā)射綠光束的綠光源和發(fā)射藍光束的藍光源，紅、綠和藍光束被組合以形成每個多色子光束。

根據本發(fā)明的該方面，紅、綠和藍三個光源構成所謂的RGB(紅、綠、藍)傳統(tǒng)系統(tǒng)，以便通過將由單色源發(fā)射的三個單色光束進行組合來獲得大的顏色板。

本發(fā)明還涉及一種顯示器，特別是平視顯示器，包括根據本發(fā)明的投影系統(tǒng)。

這樣的顯示器可用在車輛中，特別是機動車輛中，以便顯示由投影系統(tǒng)投影的視頻圖像。

本發(fā)明還涉及一種機動車輛適應性照明裝置，包括根據本發(fā)明的投影系統(tǒng)。

有利地，照明裝置還包括波長轉換裝置，圖像通過投影系統(tǒng)形成在該波長轉換裝置上，轉換裝置發(fā)射由此根據所述圖像調制的光束。

本發(fā)明還涉及一種掃描光束視頻投影系統(tǒng)，其特征在于，其包括發(fā)射通過視頻信號調制的光束的步驟、通過掃描使所述光束偏轉以便允許形成視頻圖像的步驟，發(fā)射光束的步驟之前是將具有大體線性偏振的兩個單獨子光束組合的步驟，所述偏振彼此不同，以便形成所述光束。

有利地，根據本發(fā)明的方法通過根據本發(fā)明的系統(tǒng)實施。

有利地，根據本發(fā)明的系統(tǒng)實施根據本發(fā)明的方法。

附圖說明

本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)勢將在閱讀以僅非限制性方式給出的且參考附圖的以下描述時顯現，其中：

圖1是根據本發(fā)明實施例的投影系統(tǒng)的重組棱鏡的運行的示意性圖示，

圖2是根據本發(fā)明實施例的投影系統(tǒng)的示意性圖示，

圖3是根據本發(fā)明實施例的多色光源的示意性圖示，

圖4是根據本發(fā)明實施例的視頻投影系統(tǒng)和平視顯示器的示意圖，

圖5是根據本發(fā)明實施例的視頻投影系統(tǒng)和適應性照明裝置的示意圖。

具體實施方式

應注意到，附圖以詳細方式披露本發(fā)明，以便實施本發(fā)明，其中，所述附圖當然能夠用于在需要時更好地限定本發(fā)明。

圖1示意地示出重組棱鏡12的運行，其可在根據本發(fā)明視頻投影系統(tǒng)的實施例中用作重組裝置。重組棱鏡12被構造為，取決于其偏振，與通過其的光束不同地相互作用。傳統(tǒng)重組棱鏡的例子是格蘭-泰勒棱鏡、格蘭-湯普森棱鏡、尼科爾棱鏡等。在該情況下示出的棱鏡是沃拉斯頓棱鏡。所有這些棱鏡通常用于將非偏振光束分為具有垂直偏振方向的兩個光束。

在根據本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中，重組棱鏡12被不同地使用，即，組合具有垂直偏振方向16、17的兩個子光束14、15，以便形成組合兩個子光束14、15的偏振方向的光束18。

圖2示出根據本發(fā)明實施例的視頻投影系統(tǒng)100。投影系統(tǒng)100包括用于發(fā)射光束18的裝置1，和將光束18反射以便形成視頻圖像22的掃描器件20。

發(fā)射裝置1包括兩個光源，發(fā)射第一子光束14的第一光源24和發(fā)射第二子光束15的第二光源25。兩個子光束14、15朝向重組裝置指引，在該情況下，其是參考圖1描述的重組棱鏡12。

兩個子光束14、15具有不同偏振方向，在該情況下，一個偏振方向垂直于另一個偏振方向，以便在棱鏡12的重組期間優(yōu)化光學效率和減小兩個子光束14、15之間的干涉。第一子光束14具有大體直和水平的偏振方向16，其以雙箭頭示出，第二子光束15具有大體直和垂直的偏振方向17，其通過點示出。在重組棱鏡12的輸出部處，兩個子光束14、15合并為單個光束18，其沿兩個子光束的兩個偏振方向偏振，如附圖標記26所示。

所用的光源24、25是激光源，典型地為激光二極管，其有利地是自然偏振的。如圖2所示，光束14、15必須進入重組棱鏡12所沿的方向導致光源24、25相距一距離。該相距允許熱耗散表面的增加，且因此允許防止部件由于投影系統(tǒng)100投影該圖像22所需的光功率而導致的加熱。此外，每個源24、25具有的光功率等于投影圖像22所需的光功率的一半。例如，如果在良好條件下圖像22的投影需要100mW的光功率，每個源24、25發(fā)射具有50mW的光功率的子光束14、15，由此允許獲得100mW的重組光束18。

在有利的實施例中，激光源24、25具有在相同的窄頻帶中不同的功率頻譜，即，該頻帶頻率的激光的顏色不能被人眼區(qū)分的頻帶。這允許防止色斑的現象以便不損害被投影的視頻圖像，如果兩個激光源的譜相同，但它們保持足夠近使得兩個激光具有不能被區(qū)分的顏色，則該色斑出現。

對于需要具有寬的可行顏色色板的光束18的視頻圖像投影，光束18必須是多色光束，即，其由單色束的組合構成。傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)使用RGB類型的三個光束(紅光束、綠光束和藍光束)的組合。在根據本發(fā)明該實施例的投影系統(tǒng)中，每個光源24、25因此是多色源，其包括多個單色光源，在該情況下為三個單色源，發(fā)射紅光束的紅色源、發(fā)射綠光束的綠色源和發(fā)射藍光束的藍色源。紅、綠和藍這三個光束被組合，以形成多色子光束。

由于這些多個單色光源存在以便形成每個子光束，本發(fā)明帶來的熱耗散的改進對于投影系統(tǒng)100的正確操作更加必要。

圖3更詳細地示出其中一個多色光源的操作。

多色光源28包括一個或多個單色光源4、5、6，其每個發(fā)射激光束7、8、9。這些例如是激光源，典型地為激光二極管，每個激光源發(fā)射單色光束，即包括單個顏色。在本發(fā)明的實施例中，該多色源28因此用于形成每個光源24和25。

多色源28在該情況下包括三個單色源4、5、6，所述裝置被構造為，經由通過將每個源4、5、6單獨發(fā)射的單色光束7、8、9組合而匯聚(pooling)來形成多色光束10。更精確地，這些可以是單色光源，其發(fā)射的光束在光源之間具有不同的顏色，例如，分別由紅二極管、綠二極管或藍二極管發(fā)射的紅光束、綠光束或藍光束(RGB)。

每個單色源的光功率利用一個或多個激光源的供電電流被獨立控制。以給定的光功率，多色光束10的顏色通過在各個激光二極管之間建立功率比的方式被確定。例如，為了獲得白光，光功率按比例必須利用以下分配被建立：綠二極管60％、藍二極管30％、紅二極管10％。如以下所擴展的，每個單色源的光功率可還被控制，以調制多色光束10的光功率。

由每個單色源發(fā)射的光束7、8、9例如平行于彼此取向，且沿相同方向反射，以便通過組合形成組合的多色光束10。在該情況下，就這而言，多色源包括在波長范圍上半透明的光學元件，諸如分色鏡或組合片11，攔截每個單色源發(fā)射的單色光束7、8、9并將它們沿多色光束10的方向組合。

更大體地，多色源28被構造為由一個/多個單色激光束7、8、9形成多色光束10，而不管所關注的單色源4、5、6的數量。在單個單色源的情況下，光束10由所使用的單個源發(fā)射的激光束構成，所獲得的圖像則將是單色的，其根據所述顏色的梯度，由用于構成圖像的每個點的各個水平的光功率構成。在多個單色源的情況下，典型地，上述三個源4、5、6，形成多色光束的組合光束10將允許圖像根據顏色譜被建立，其分辨率將對應于控制所述單色源4、5、6的功率供應的精細度。

在一實施例中，視頻投影系統(tǒng)還包括衰減器件13，位于一個/多個源4、5、6下游，允許改變光束10的光功率。換句話說，因為通過控制對單色源的電流供應而為多色光束10提供顏色和/或強度，衰減器件13允許改變一個/多個光束7、8、9、10的光功率。特別地，將可以按照白天駕駛條件和夜間駕駛條件調整光束的光功率，用于系統(tǒng)在機動車輛的平視顯示器中使用。

多色源28可包括控制對單色源的電流供應的器件。如上所述，它們可允許選擇光束10的顏色。

更準確地，控制器件例如被構造為，根據分配給每個單色激光束7、8、9的光功率比例，為單色激光束7、8、9的光功率提供電流線性調整，以便提供多色光束10的顏色的選擇。例如，將可以提供六位顏色代碼，對應于用于每個所述單色激光束7、8、9的64級光功率。

控制器件可還被構造為提供光束的光功率的額外設置。以此方式，可以達到特別高的衰減速率。

更精確地，控制器件被構造為經由單色激光束7、8、9的光功率的脈寬調制來提供調節(jié)，以便實現多色光束10的光功率的額外設置，特別是根據5至20的衰減因子，特別是大約10的衰減因子。

以該方式，可以設置多色光束10的顏色和/或光功率?？刂破骷绨ㄎ⒖刂破?，其未示出。

如圖4所示，本發(fā)明還涉及一種平視顯示器，包括根據本發(fā)明的視頻投影系統(tǒng)100。投影系統(tǒng)100還包括用于由發(fā)射裝置1所發(fā)射的光束18形成圖像的器件102。

圖像形成器件102包括掃描器件，諸如例如掃描發(fā)生器110，其功能是水平和垂直地移動光束18，以便根據給定頻率產生掃描，所述頻率作為非限制性例子等于60Hz。掃描發(fā)生器110特別地包括微機電系統(tǒng)掃描鏡(在此之后稱為MEMS鏡)，光束18在其上被反射為掃描光束103。這樣的MEMS鏡例如具有1mm²的直徑。MEMS鏡適于繞兩個旋轉軸線旋轉，以便產生用于形成圖像的器件102的漫射屏幕111的掃描，例如以60Hz的刷新率。所述圖像則形成在漫射器111上。替換地，MEMS鏡可被兩個平面可移動鏡替代，它們的移動是關聯的。這些鏡子的其中一個專用于沿水平軸線的掃描，而另一個鏡子可專用于沿垂直軸線的掃描。

漫射器111——圖像在該漫射器111處形成——可以是投影透明屏幕，其具有復雜的結構用于后投影。替換地，其可以是半透明的。例如，其由玻璃制造，特別是磨砂玻璃或聚碳酸酯玻璃。作為例子，慢射屏幕是出瞳漫射屏幕(“出瞳擴展器”)。其允許放大的觀察錐。其沿被光束通過的平面延伸，由該掃描光束103獲得的圖像沿漫射屏幕111的面的平面形成。

該漫射屏幕接收掃描光束103。其被設置為根據給定角扇形——例如，關于掃描光束103的方向等于30°——使得該掃描光束103在撞擊漫射屏幕111的時刻散射。為此，根據非限制性例子，漫射屏幕的面112是粗糙的，因為其包括引起掃描光束103散射的隆起。粗糙的面112對應于光束離開所通過的面，即，圖像形成在其上的面。

根據沒有示出的另一變體，所述圖像形成器件不包括掃描發(fā)生器，如上所述，但是包括微鏡陣列(還稱為“數字微鏡系統(tǒng)”)。在該構造中，圖像形成在微鏡陣列處，然后投影到漫射屏幕上。通常，投影光學器件布置在陣列和屏幕之間。每個微鏡對應于圖像的一像素。在該實施例中，圖像一開始沒有形成在漫射屏幕上，而是接收之前形成在微鏡陣列上的圖像。

應注意到，圖3的衰減器件13可設置在圖像形成器件102的上游。它們可仍在下游。在變體中，它們可布置在掃描發(fā)生器110或微鏡陣列與漫射屏幕111之間。

投影系統(tǒng)可還包括各個平或凹鏡104、106，以便將光束朝向漫射屏幕111聚焦，所述鏡特別地布置在掃描光束103的路徑上。

本發(fā)明還涉及一種顯示器，特別是平視顯示器，包括根據上述任一個替換例的投影系統(tǒng)100。

沿光束移動的方向在漫射屏幕111的下游，顯示器包括至少一個半反射片126和反射裝置125，該反射裝置插入在漫射屏幕111和半反射片126之間的圖像路徑上，反射裝置125包括一個或多個平或凹鏡，如圖4所示。在該圖中，圖像的路徑通過三個點箭頭30表示，它們在通過半反射片126顯示之前在反射裝置125上被反射。半反射片126允許在虛擬屏幕130處圖像的放大和/或通過透明度允許圖像的顯示超過所述半反射片，特別地超過所裝備車輛的風擋，所述虛擬屏幕利用半反射片126獲得。

該半反射片具有至少等于20％的反射率，這允許用戶通過所述片看到由車輛占據的道路，同時得益于允許被顯示圖像被看到的高亮度。替換地，圖像可被顯示在設置有所述顯示器的車輛的風擋上。

如圖5所示，本發(fā)明還涉及一種機動車輛適應性照明裝置，包括根據本發(fā)明的視頻投影系統(tǒng)100。

如圖4所示，在關于相同元件有相同的附圖標記的情況下，視頻投影系統(tǒng)100包括提供組合的光束18的發(fā)射裝置1和圖像形成器件102。器件102則包括提供掃描光束103的掃描器件110，和標記為118的光學器件，光學器件118為圖4的鏡104、106的類型，意圖將掃描光束聚焦在裝置113上。從光學器件118輸出的光束具有標記115。

元件113是波長轉換裝置，諸如例如磷板，或更準確地其上已沉積有連續(xù)且均勻磷層的板。

如已知的，接收光束115的波長轉換裝置113的板的每個點則重新發(fā)射以點線示出的光束116，其具有不同的波長，和特別地可認為是“白色”的光，即，其包括在大約400納米至800納米之間的多個波長，即在可見光譜內。該光發(fā)射按照朗伯發(fā)射圖發(fā)生，即，沿所有方向具有均勻的光強度。

優(yōu)選地，磷沉積在反射激光輻射的基板上。由此，確保激光輻射——在已經完全通過磷層之前不會撞擊磷顆?！獙⒛軌蛟谝呀洷换宸瓷渲笞矒袅最w粒。

還優(yōu)選地，基板從良好的熱傳導材料選擇。這樣的布置允許提供低的磷溫度，或至少防止其溫度變得過大。效率——即，磷轉換效率——則是最大的。

因此，這確保激光輻射和白光之間的最大轉換效率。

再次優(yōu)選地，波長轉換裝置的表面由連續(xù)且均勻的磷層構成。實際上，磷板劃分為分立的元件不允許在重新發(fā)射白光時獲得期望準確度，特別是位于兩個磷元件之間的界限處的點處。

磷板113緊鄰圖像光學系統(tǒng)114的聚焦平面定位，該圖像光學系統(tǒng)在無限遠處形成磷板113的圖像，或更精確地，形成該板的點的圖像，所述點響應由此接收的照明激勵而發(fā)射白光。換句話說，圖像光學系統(tǒng)114通過磷板的各個點發(fā)射的光形成光束117，光束117也通過點線示出，所述點通過輻射115照明。

從成像系統(tǒng)114發(fā)出的光束117因此是磷板113發(fā)射的光線116的直接函數，光線116本身是掃描該板113的輻射115的直接函數。

根據光束117的期望光度，控制單元(未示出)控制根據本發(fā)明的系統(tǒng)的各個部件。特別地，控制單元同時控制：

-掃描器件110，使得光束115相繼地掃描磷板113的全部點，和

-發(fā)射裝置1，以便調制光束115的強度。

因此可以用光束115照亮磷板113，以便在該板113上形成圖像，該圖像由一系列線形成，所述線每個由一系列點形成，所述點以與電視機屏幕上的圖像相同的方式以或大或小的程度照亮。

強度調制可連續(xù)地進行，強度在最小值和最大值之間連續(xù)地增大或減小。還可以以離散的方式進行，強度在最小值和最大值之間由一個值跳到另一個值。在這兩種情況，最小值可以是零，對應于沒有光。

由此被光束115照射的磷板113的每個點發(fā)射白光116，其強度是照射該點的光束強度的直接函數，發(fā)射按照朗伯發(fā)射圖發(fā)生。

磷板113可然后被視為次輻射源，由光圖像構成，其成像光學系統(tǒng)14在無限遠處形成圖像，例如在距光學系統(tǒng)114的軸線成一距離處且垂直于該軸線布置的屏幕上。在這樣的屏幕上的圖像是由光學系統(tǒng)114發(fā)射的光束的實體化。

由此，光束117形成機動車輛照明光束，其是適應性的，即，其光功率可被逐點(point-by-point)控制，以便適應于車輛的環(huán)境。