專利名稱：：便攜式小型激光投影儀的最佳顏色的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體上涉及設(shè)計成遵從輻射安全法規(guī)和條例的便攜式小型激光投影儀(即PicoBeamer)。特別地，本發(fā)明涉及設(shè)計成得到便攜式小型激光投影儀每個基色的最佳顏色的半導(dǎo)體激光器平臺(例如垂直腔表面發(fā)射激光器平臺)的頻率變換。
背景技術(shù)：
：小型便攜式激光投影儀使用一組包括紅、綠、藍(lán)的三基色。這些基色為了在人眼內(nèi)同時產(chǎn)生針對明亮圖像的足夠色感，而需要覆蓋大的色域。因此，基色的顏色波長應(yīng)與如圖1所示的人眼的最高靈敏度相應(yīng)。此外，必須對顏色空間的諸如圖2所示的一個大區(qū)域進(jìn)行掃描。當(dāng)前，半導(dǎo)體型激光器、光存儲激光器和大功率激光器形式的小型激光器是很昂貴和復(fù)雜的，而且沒有用于顯示應(yīng)用的適當(dāng)顏色波長。本發(fā)明通過提供設(shè)計成得到便攜式小型激光投影儀的每種基色的最佳顏色的半導(dǎo)體激光器平臺(例如垂直腔表面發(fā)射激光器平臺)的頻率變換來克服這些缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明第一形式中，光引擎包括半導(dǎo)體激光器平臺和頻率變換器。工作中，半導(dǎo)體激光器平臺發(fā)射紅外激光束，頻率變換器發(fā)送作為紅外激光束的頻率變換的基色激光束，其中基色激光束具有與人眼最高靈敏度相應(yīng)的基色波長。在本發(fā)明的第二形式中，激光束投影儀包括光引擎和光束混合器，所述光引擎包括半導(dǎo)體激光器平臺和頻率變換器。工作中，半導(dǎo)體激光器平臺發(fā)射多個紅外激光束。頻率變換器發(fā)射作為所述多個紅外激光束的頻率變換的多個基色激光束，其中每個基色激光束具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的基色波長。激光束混合器發(fā)射作為所述多個基色激光束的混合結(jié)果的投影激光束。從以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的各個實(shí)施例的詳細(xì)說明中可以進(jìn)一步看到本發(fā)明的以上和其他一些形式以及本發(fā)明的各個特征和優(yōu)點(diǎn)。這些詳細(xì)說明和附圖對本發(fā)明來說只是例示性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書及其等效物來限定。圖1例示了如在本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)已知的人眼對紅、綠、藍(lán)基色的最高靈敏度；圖2例示了如在本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)已知的典型CIE色度圖，該CIE色度圖示出了按照本發(fā)明的激光束投影儀包圍的顏色三角形；圖3例示了按照本發(fā)明的激光束投影儀的一個實(shí)施例的方框圖；以及圖4例示了按照本發(fā)明的圖3所示激光投影儀的典型實(shí)施例的方框圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的如圖3所示的激光束投影儀使用了包括半導(dǎo)體激光器平臺20和頻率變換器30的光引擎和激光束混合器40。工作中，半導(dǎo)體激光器平臺20發(fā)射紅外激光束IRR,由此頻率變換器30發(fā)射作為紅外激光束IRR的頻率變換的紅色激光束RLB，紅色激光束RLB具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的紅色波長(例如近似為630納米)。在一個實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光器平臺20發(fā)射頻率為紅色激光束RLB的二分之一的紅外激光束IRR,由此頻率變換器30使紅外激光束IRR的頻率增加一倍，從而發(fā)射具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的紅色波長的紅色激光束RLB。半導(dǎo)體激光器平臺20還發(fā)射紅外激光束IRG,由此頻率變換器30發(fā)射作為紅外激光束IRG的頻率變換的綠色激光束GLB,綠色激光束GLB具有與人眼最高靈敏度相應(yīng)的綠色波長(例如近似為530納米)。在一個實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光器平臺20發(fā)射頻率為綠色激光束GLB的二分之一的紅外激光束IRG,由此頻率變換器30使紅外激光束IRG的頻率增加一倍，從而發(fā)射具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的綠色波長的綠色激光束GLB。半導(dǎo)體激光器平臺20還發(fā)射紅外激光束IRB,由此頻率變換器30發(fā)射作為紅外激光束IRB的頻率變換的藍(lán)色激光束BLB,藍(lán)色激光束BLB具有與人眼最高靈敏度相應(yīng)的藍(lán)色波長(例如近似為440納米)。在一個實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光器平臺20發(fā)射頻率為藍(lán)色激光束BLB的二分之一的紅外激光束IRB，由此頻率變換器30使紅外激光束IRB的頻率增加一倍，從而發(fā)射具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的藍(lán)色波長的藍(lán)色激光束RLB。激光束混合器30發(fā)射作為紅色激光束RLB、綠色激光束GLB和藍(lán)色激光束BLM的混合結(jié)果的投影激光束PLB(例如白色激光束)。圖4例示了包括三個紅外VCSEL21的半導(dǎo)體激光器平臺20(圖3)的一個實(shí)施例、包括三個鏡31和三個光波導(dǎo)32(例如周期性極化的鈮酸鋰倍頻晶體)的頻率變換器30(圖3)的一個實(shí)施例和包括一個鏡41(例如布拉格體光柵)、三個棱鏡42和一個屏蔽玻璃43的激光束混合器40的一個實(shí)施例。工作中，紅外VCSEL21(R)發(fā)射經(jīng)倍頻后波長為與人眼的最高靈壽丈度相應(yīng)的紅色波長(例如近似為630納米)的紅外激光束IRR。為此，紅外激光束IRR可選地由鏡31(R)起偏后再由光波導(dǎo)32(R)倍頻，從而產(chǎn)生具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的紅色波長的紅色激光束RLB。紅外VCSEL21(G)發(fā)射經(jīng)倍頻后波長為與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的綠色波長(例如近似為530納米)的紅外激光束IRG。為此，紅外激光束IRG可選地由鏡31(G)起偏后再由光波導(dǎo)32(G)倍頻，從而產(chǎn)生具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的綠色波長的綠色激光束GLB。紅外VCSEL21(B)發(fā)射經(jīng)倍頻后波長為與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的藍(lán)色波長(例如近似為440納米)的紅外激光束IRB。為此，紅外激光束IRB可選地由鏡31(B)起偏后再由光波導(dǎo)32(B)倍頻，從而產(chǎn)生具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的藍(lán)色波長的藍(lán)色激光束BLB。棱鏡42(R)使紅色激光束RLB彎向棱鏡42(G),棱鏡42(G)接收紅色激光束rlb并且使綠色激光束glb彎曲，從而得到朝向棱鏡42(B)的黃色激光束YLB。棱鏡32(B)接收黃色激光束YLB并且使藍(lán)色激光束BLB彎曲，從而得到白色激光束WLB形式的投影光束。在一個實(shí)施例中，如圖4所示的激光束投影儀可以按照諸如在本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)已知的系統(tǒng)級封裝(System-in-Package)才支術(shù)之類的當(dāng)前封裝技術(shù)來封裝。以下表1列出了在墻上插頭(wall-plug)效率為10%的情況下對于一些藍(lán)波長為得到40流明的平衡白光(D65)所需的VCSEL激光功率的典型計算結(jié)果表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1可見，可以達(dá)到每電瓦特(W)27流明左右的理;侖系統(tǒng)效率(忽略了光損耗)。這意味著實(shí)際上40流明的白光輸出需要一般為2瓦的總電功率(例如電池)。以下表2列出了在墻上插頭效率為20%的情況下對于一些藍(lán)波長為得到40流明的平衡白光(D65)所需的VCSEL激光功率的典型計算結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2可見，可以達(dá)到每電瓦特54流明左右的理論系統(tǒng)效率(忽略了光損耗)。這意味著實(shí)際上40流明的白光輸出需要一般為1瓦的總電功率(例如電池)。以下表2列出了在墻上插頭效率為20%的情況下對于一些藍(lán)波長為得到40流明的平衡白光(D65)所需的VCSEL激光功率的典型計算結(jié)果表3藍(lán)波長藍(lán)綠紅系統(tǒng)效率407nmP[mw]強(qiáng)度聽,483'8521,8073,62124,5122，541248,78100,00電功率『wi5，010,410,425，8317,14lm/Watt435nmP[歸]強(qiáng)度[lm]94,252,10123,1674,44129,6323,46347,04100,00電功率[w]0,470,410,43Ul76,11Im/Watt440腿P[mw〗強(qiáng)度[lm]87,682,27122,5474,07130,7423,66340,96IOO'OO..電功率[W]0,290,410，441，487,99lm/Watt460nmP[mw]強(qiáng)度92,753,80117,3070,90139,7925,30349,84100,00電功率[W]0,310,39L0,471,1785,75lm/Watt473nmP[歸J強(qiáng)度[m〗136,869,25104,7063,28151,7327,46393,29100,00電功率[w]0,460,350,511,3176,28lm/Watt從表3可見，可以達(dá)到每個電瓦特80流明左右的理論系統(tǒng)效率(忽略了光損耗)。這意味著實(shí)際上40流明的白光輸出需要一般為146毫瓦(mW)的總電功率(例如電池)。對于預(yù)期的每種顏色30%的WPE,本發(fā)明的倍頻VCSEL技術(shù)達(dá)到幾乎每瓦88流明，這對于電池供電的設(shè)備是個有趣的數(shù)字。如果光學(xué)系統(tǒng)效率為80%(這對于使用MEMS掃描器的小型光束形成器(mini-beamer)來說是悲觀的估計)，那么屏幕上80流明的光輸出功率大致折合為340mW,這比不使用這些"最佳顏色"的現(xiàn)有激光技術(shù)低得多。電池的功耗一般是1.5瓦，功率消耗太低，以致于不需要對激光器進(jìn)行主動冷卻。參見圖3和4，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的眾多優(yōu)點(diǎn)包括但不限于提供了對可以用其他微型激光器技術(shù)(涉及眼睛靈敏度和顏色空間)產(chǎn)生的基色的不兼容性的解決方案，從而構(gòu)成就功耗和光學(xué)安全來說是最佳的光引擎。特別是，本發(fā)明使用由一些VCSEL激光器構(gòu)成的單個激光技術(shù)平臺，從而得到便攜式小型激光投影儀的每個基色的"最佳顏色"，對于藍(lán)、綠、紅分別為440nm、540nm、630nm，符合與顏色三角形良好的匹配、高的人眼色靈敏度和最低的光輻射劑量?？捎眠@些基色產(chǎn)生的顏色空間與自然界中大多數(shù)色彩相應(yīng)，足以用于所預(yù)期的便攜式小型激光投影儀的便攜式應(yīng)用，因此將存在具有最小輻射負(fù)載的良好的顏色再現(xiàn)。此外，這種基于VCSEL的體系結(jié)構(gòu)的墻上插頭效率預(yù)期將來可達(dá)到20-30%，這比取決于顏色的在5-15。/。WPE范圍內(nèi)的常規(guī)激光器(激光二極管或任何其他小型微激光器)要好得多。這意味著本發(fā)明的基于VCSEL的RGB光源的功耗為使用常規(guī)激光源的二分之一或三分之一。雖然在這里所揭示的本發(fā)明的這些實(shí)施例當(dāng)前認(rèn)為是優(yōu)選的，但在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種變更和修改。本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求書中給出，在等效物的意義和范圍內(nèi)的所有變更都應(yīng)包括在內(nèi)。10權(quán)利要求1.一種用于激光束投影儀的光引擎，所述光引擎包括可用于發(fā)射紅外激光束的半導(dǎo)體激光器平臺(20)；以及可用于與半導(dǎo)體激光器平臺(20)進(jìn)行光通信的頻率變換器(30)，其用來發(fā)射作為紅外激光束的頻率變換的基色激光束，其中所述基色激光束具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的基色波長。2.權(quán)利要求1的光引擎，其中所述基色激光束為具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的紅色波長的紅色激光束。3.權(quán)利要求2的光引擎，其中所述紅色波長近似為620納米。4.權(quán)利要求1的光引擎，其中所述基色激光束為具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的綠色波長的綠色激光束。5.權(quán)利要求4的光引擎，其中所述綠色波長近似為530納米。6.權(quán)利要求1的光引擎，其中所述基色激光束為具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的藍(lán)色波長的藍(lán)色激光束。7.權(quán)利要求6的光引擎，其中所述藍(lán)色波長近似為440納米。8.權(quán)利要求1的光引擎，其中所述半導(dǎo)體激光器平臺(20)包括可用于發(fā)射紅外激光束的垂直腔表面發(fā)射激光器(21)。9.權(quán)利要求l的光引擎，其中所述頻率變換器(21)包括可用于與半導(dǎo)體激光器平臺(20)進(jìn)行光通信的光波導(dǎo)(32),該光波導(dǎo)用來使紅外激光束的頻率增加一倍。10.權(quán)利要求1的光引擎，其中所述半導(dǎo)體激光器平臺(20)包括可用于發(fā)射紅外激光束的垂直腔表面發(fā)射激光器(21);并且其中所述頻率變換器(21)包括可用于與垂直腔表面發(fā)射激光器(21)進(jìn)行光通信的光波導(dǎo)(32),該光波導(dǎo)用來使紅外激光束的頻率增力口一倍。11.一種激光束投影儀，包括光引擎，所述光引擎包括可用于發(fā)射多個紅外激光束的半導(dǎo)體激光器平臺(20);以及可用于與半導(dǎo)體激光器平臺(20)進(jìn)行光通信的頻率變換器(30)，中每個基色激光束具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的基色i長；以及八可用于與頻率變換器(30)進(jìn)行光通信的激光束混合器(40),其用來發(fā)射作為所述多個基色激光束的混合結(jié)果的投影激光束。12.權(quán)利要求11的激光束投影儀，其中所迷基色激光束中至少一個激光束是具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的紅色波長的紅色激光束。13.權(quán)利要求12的激光束投影儀，其中所述紅色波長近似為620納米。14.權(quán)利要求11的激光束投影儀，其中所迷基色激光束中至少一個激光束是具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的綠色波長的綠色激光束。15.權(quán)利要求14的激光束投影儀，其中所述綠色波長近似為530納米。16.權(quán)利要求11的激光束投影儀，其中所迷基色激光束中至少一個激光束是具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的藍(lán)色波長的藍(lán)色激光束。17.權(quán)利要求16的激光束投影儀，其中所述藍(lán)色波長近似為440納米。18.權(quán)利要求ll的激光束投影儀，其中所述半導(dǎo)體激光器平臺(20)包括可用于發(fā)射第一紅外激光束的垂直腔表面發(fā)射激光器(21)。19.權(quán)利要求11的激光束投影儀，其中所述頻率變換器(21)包括可用于與半導(dǎo)體激光器平臺(20)進(jìn)行光通信的光波導(dǎo)(32)，該光波導(dǎo)用來使第一紅外激光束的頻率增加一倍。20.權(quán)利要求11的激光束投影儀，其中所述半導(dǎo)體激光器平臺(20)包括可用于發(fā)射第一紅外激光束的垂直腔表面發(fā)射激光器(21);并且其中所述頻率變換器(21)包括可用于與垂直腔表面發(fā)射激光器(21)進(jìn)行光通信的光波導(dǎo)(32),該光波導(dǎo)用來使第一紅外激光束的頻率增加一倍。21.權(quán)利要求11的激光束投影儀，其中所述基色激光束混合器(40)包括多個在光學(xué)上對準(zhǔn)成使這些基色激光束混合的棱鏡(42)。全文摘要一種激光束投影儀使用了包括發(fā)射多個紅外激光束的半導(dǎo)體激光器平臺(20)和發(fā)射作為所述多個紅外激光束的頻率變換的多個基色激光束的頻率變換器(30)的光引擎，其中每個基色激光束具有與人眼的最高靈敏度相應(yīng)的基色波長。激光束投影儀還使用了可用于發(fā)射作為所述多個基色激光束的混合結(jié)果的投影激光束的激光束混合器(40)。文檔編號H04N9/31GK101485210SQ200680048440公開日2009年7月15日申請日期2006年12月18日優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日發(fā)明者W·霍溫申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司