一种激光激发连续白光投影系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种激光激发连续白光投影系统，包括激光发生装置、受激发光色轮装置、合光器、照明光路光学装置、LCD微显示装置和投影镜头；受激发光色轮装置设置于激光发生装置的发射端前，合光器设置于受激发光色轮装置的出光端前，照明光路光学装置设置在合光器的出光端前，LCD微显示装置设置在照明光路光学装置的出光端前并且与照明光路光学装置的出光路径垂直，投影镜头设置在LCD微显示装置的图像输出端前。本实用新型提供一种工艺简单、低成本、质量稳定、高亮度、色彩还原性好、无闪烁的用激光激发连续白光的3LCD投影系统。
【专利说明】一种激光激发连续白光投影系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学投影技术，特别是涉及一种使用激光激发三束连续单基色光，并合光成连续白光，通过照明光路系统对连续白光匀光、偏振、分光处理，经三片IXD微显示芯片进行图像处理的投影系统。
【背景技术】
[0002]激光显示技术是未来显示技术的趋势，而在激光显示技术中，激光激发受激发光材料技术的高安全性、无相干性、以及高可靠性等优势，再结合3LCD微显示技术的色彩还原性好、色彩亮度高、无闪烁拖影现象的优势，将成为未来家庭投影显示技术中的主流技术。
[0003]而要实现激光显示，现今大多数的实现方式是通过激光激发分段式受激发光材料色轮盘获得时序的三种单基色光，再通过微显示芯片结合不同时间出现的单色光做图像处理，由于人眼对图像的反应速度约为1/30秒，快速的单基色图像经过时间上的叠加，在人眼中出现彩色画面。这种激光激发分段式受激发光材料产生时序的光最终叠加成像的方式，有诸多问题:其一，容易产生色偏，且无法变更激光光源的强度进行单基色的调整；其二，难以提高投影成像图像的亮；其三，色彩亮度低、色彩还原性差和图像闪烁等问题。
[0004]又如，授权号为号CN 202600346 U的实用新型专利申请所公开的了一种激光光源3LCD前投光学引擎，具有光学引擎，其中:所述光学引擎为激光光学引擎，由红色半导体激光器、绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器作为光学引擎的光源，所述红色、绿色和蓝色半导体激光器发射的激光分别通过光束处理模块、偏振分束器、3IXD芯片汇入合色棱镜，经合色棱镜合成单一的激光射线，包含所有图像信息的激光束再通过光缆送到前投投影镜头。该实用新型专利能解决一定的色彩饱和度的问题，但是其分别由三种不同源的激光激发三基色光的方式容易产生色偏，同时由于光的不连续，所产生的的图像会有抖动的问题出现。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供一种工艺简单、低成本、质量稳定、高亮度、色彩还原性好、无闪烁的用激光激发连续白光的3LCD投影系统。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:包括用于产生源激光的激光发生装置、用于将源激光转换成红绿蓝三种连续单基色的受激发光色轮装置、用于将多组入射光进行合光的合光器、用于将入射光进行匀光、偏振、分光转变为三基色的照明光路光学装置、用于图像处理和合色合光的LCD微显示装置和将成像放大的投影镜头；所述的受激发光色轮装置设置于所述激光发生装置的发射端前，所述的合光器设置于所述受激发光色轮装置的出光端前，所述的照明光路光学装置设置在所述合光器的出光端前，所述的LCD微显示装置设置在所述照明光路光学装置的出光端前并且与所述照明光路光学装置的出光路径垂直，所述的投影镜头设置在所述LCD微显示装置的图像输出端前。
[0007]作为一种优选，所述的激光发生装置包括三个激光器阵列，这样的设计保证了出光的一致性。
[0008]作为一种优选，所述的激光器阵列由多个蓝光激光发生器以阵列方式排布组成。
[0009]作为一种优选，所述的受激发光色轮装置包括用于激发蓝光的蓝光色轮盘、用于激发绿光的绿光色轮盘和用于激发红光的红光色轮盘。
[0010]作为一种优选，所述的合光器包括通过蓝光反射红光和绿光的蓝光合光镜片、用于反射绿光透过红光的绿光合光镜片和用于反射红光的红光合光镜片。
[0011]作为一种优选，所述的三个激光器阵列前方分别从第一个到第三个顺序设置有蓝光色轮盘、绿光色轮盘和红光色轮盘；所述的蓝光色轮盘前方倾斜45°地设置有所述的蓝光合光镜片，所述的绿光色轮盘前方倾斜45°地设置有所述的绿光合光镜片，所述的红光色轮盘前方倾斜45°地设置有所述的红光合光镜片；所述的蓝光合光镜片的出光处前方设置有所述的照明光路光学装置，45°角的设计保证了光线在入射、出射和反射时候都是沿90。角或者180°角的相对水平方向进行的。
[0012]作为一种优选，所述的照明光路光学装置包括两片用于匀光的匀光复眼、用于产生单一偏振态白光的PBS起偏阵列器件、用于调整光斑大小的聚光镜片和用于将由聚光镜片射出的白光分离成蓝绿红三个单基色偏振光的分光镜片组；所述的两片匀光复眼前后对称排列，在第二片所述匀光复眼的正后方设置所述的PBS起偏阵列器件，所述PBS起偏阵列器件的正后方设置所述的聚光镜片，所述聚光镜片的正后方设置所述的分光镜片组，在偏振态前加入匀光过程保证了光本身的均匀性，为最终成像的稳定性提供了保证。
[0013]作为一种优选，所述的分光镜片组包括用于反射蓝光透过红光和绿光的蓝光分光镜片、用于将蓝光最终反射的蓝光反射镜片、用于绿光最终反射并且透过红光的绿光分光镜片、用于反射红光的红光分光镜片和将红光进行最终反射的红光反射镜片；所述的蓝光分光镜片倾斜45°地设置于所述聚光镜片出光处的前方，所述的蓝光反射镜片设置于所述蓝光分光镜片的蓝光出光处前方与所述的所述蓝光分光镜片的蓝光出光垂直方向成45°夹角，所述的绿光分光镜片设置于所述蓝光分光镜片的红绿光出光处前方与所述的所述蓝光分光镜片的红绿光出光垂直方向成45°夹角,所述的红光分光镜片设置于所述绿光分光镜片的红光出光处前方与所述的所述绿光分光镜片的红光出光垂直方向成45°夹角，所述的红光反射镜片设置于所述蓝光分光镜片的蓝光出光处前方与所述的所述蓝光分光镜片的蓝光出光垂直方向成45°夹角；所述蓝光反射镜片的出光方向与所述绿光分光镜片的出光方向垂直，所述的所述绿光分光镜片的出光方向与所述红光反射镜片的出光方向垂直。
[0014]作为一种优选，所述的IXD微显示装置包括用于将单基色蓝光合成单基色蓝光图像的蓝光IXD微显示芯片、用于将单基色绿光合成单基色绿光图像的绿光IXD微显示芯片、用于将单基色红光合成单基色红光图像的红光LCD微显示芯片和用于将三个单基色图像点对点合成彩色图像的合光棱镜；所述的蓝光LCD微显不芯片位于所述蓝光反射镜片的出光方向正前方，所述的绿光LCD微显不芯片位于所述绿光分光镜片的出光方向正前方,所述的红光LCD微显不芯片位于所述红光反射镜片的出光方向正前方,所述的合光棱镜设置于所述的蓝光IXD微显示芯片、绿光IXD微显示芯片和红光IXD微显示芯片的出光方向中心线相交位置处。
[0015]综上，本实用新型具有以下优点:
[0016]1、本实用新型在所述的受激发光色轮装置设置于所述激光发生装置的发射端前，所述的合光器设置于所述受激发光色轮装置的出光端前，这种前端前结构可以使由激光发生装置产生的三束蓝光转变为一束连续的白光，然后在进入图像处理阶段，相对现有技术扫描式输出的白光或者由三个三基色光直接进入图像处理阶段的方式，连续的白光输出的方式由于没有间断式的扫描过程所以最终所得到的图像无闪烁，同时由于是同源的激光激发三基色光所以可以做到最终所得到的图像无色偏、高亮度、色彩还原性好。
[0017]2、本实用新型优选了所述的激光发生装置包括三个激光器阵列，所述的激光器阵列由多个蓝光激光发生器以阵列方式排布组成，对比现有技术中要调整白光的特性时往往是整个更换原光源，这种方式的成本就比较大，而本实用新型的这种结构的好处在于蓝光激光发生器数量和阵列形式都可以根据所需白光的特性进行调整，而不需要整个更换激光发生器，这样在调校时只需要加减蓝光激光发生器的数量，然后调整一下排布位置就能得到想要的源光源，使工艺简单化，同时由于不需要整个跟换源光源而降低了产品在版本更换升级时所需要的成本，由于是在现有光源上进行调整所以不会产生不匹配、不兼容等问题，这样也保证了各个版本的质量稳定。
[0018]3、本实用新型优选了照明光路光学装置包括两片用于匀光的匀光复眼、用于产生单一偏振态白光的PBS起偏阵列器件、用于调整光斑大小的聚光镜片和用于将由聚光镜片射出的白光分离成蓝绿红三个单基色偏振光的分光镜片组，在光路的入口处设置两片匀光复眼这样就能保证进入到系统的光的均匀性，这种三种结构顺序排布设计的方式对图像的色偏矫正起到很大的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0020]图中标号如下:
[0021]1-激光发生装置、2-受激发光色轮装置、3-合光器、4-照明光路光学装置、5-1XD微显示装置、6-投影镜头、11-激光器阵列、111-蓝光激光发生器、21-蓝光色轮盘、22-绿光色轮盘、23-红光色轮盘、31-蓝光合光镜片、32-绿光合光镜片、33-红光合光镜片、41-匀光复眼、42-PBS起偏阵列器件、43-聚光镜片、44-分光镜片组、441-蓝光分光镜片、442-蓝光反射镜片、443-绿光分光镜片、444-红光分光镜片、445-红光反射镜片、51-蓝光IXD微显示芯片、52-绿光IXD微显示芯片、53-红光IXD微显示芯片、54-合光棱镜。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图以实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023]如图1所示，本实施例在系统的源激光产生部分采用一个激光发生装置1，这个激光发生装置I包括三个激光器阵列11，三个激光器11阵列横向排布，他们的中心在一直线上，每激光器阵列11由多个蓝光激光发生器111以阵列方式排布组成，阵列的数量可根据产生的各单基色光所需激光能量进行单独调整。
[0024]如图1所示，在激光发生装置I的后方设置有一个受激发光色轮装置2，这个受激发光色轮装置2由三个激发光色轮组成，分别是用于激发蓝光的蓝光色轮盘21、用于激发绿光的绿光色轮盘22和用于激发红光的红光色轮盘23，均由受激发光材料制成。三个激光器阵列11前方分别从第一个到第三个顺序设置有蓝光色轮盘21、绿光色轮盘22和红光色轮盘23，其中蓝光色轮盘21设置在最上面，绿光色轮盘22设置在中间，红光色轮盘23设置在最下面。
[0025]如图1所示，在受激发光色轮盘装置2的后方设置有一个合光器3，这个合光器3由可以通过蓝光反射红光和绿光的蓝光合光镜片31、可以反射绿光透过红光的绿光合光镜片32和可以反射红光的红光合光镜片33组成。在蓝光色轮盘21前方倾斜45°地设置有蓝光合光镜片31，绿光色轮盘22前方倾斜45°地设置有绿光合光镜片32，红光色轮盘23前方倾斜45°地设置有红光合光镜片33。
[0026]如图1所示，在合光器3后方，正对光路中心的位置设置有一个照明光路光学装置4，照明光路光学装置4包括两片用于匀光的匀光复眼41、用于产生单一偏振态白光的PBS起偏阵列器件42、用于调整光斑大小的聚光镜片43和用于将由聚光镜片射出的白光分离成蓝绿红三个单基色偏振光的分光镜片组44 ;两片匀光复眼41前后对称排列，在第二片匀光复眼41的正后方设置PBS起偏阵列器件42，PBS起偏阵列器件42的正后方设置聚光镜片43，聚光镜片43的正后方设置分光镜片组44。分光镜片组44包括用于反射蓝光透过红光和绿光的蓝光分光镜片441、用于将蓝光最终反射的蓝光反射镜片442、用于绿光最终反射并且透过红光的绿光分光镜片443、用于反射红光的红光分光镜片444和将红光进行最终反射的红光反射镜片445 ;蓝光分光镜片441倾斜45°地设置于聚光镜片43出光处的前方，蓝光反射镜片442设置于蓝光分光镜片441的蓝光出光处前方与蓝光分光镜片441的蓝光出光垂直方向成45°夹角，绿光分光镜片443设置于蓝光分光镜片441的红绿光出光处前方与蓝光分光镜片441的红绿光出光垂直方向成45°夹角，红光分光镜片444设置于绿光分光镜片443的红光出光处前方与绿光分光镜片443的红光出光垂直方向成45°夹角，红光反射镜片445设置于蓝光分光镜片441的蓝光出光处前方与蓝光分光镜片441的蓝光出光垂直方向成45°夹角；蓝光反射镜片442的出光方向与绿光分光镜片443的出光方向垂直，绿光分光镜片443的出光方向与红光反射镜片445的出光方向垂直。
[0027]如图1所示，在照明光路光学装置4的单基色出光口设置有IXD微显示装置5，IXD微显示装置5包括用于将单基色蓝光合成单基色蓝光图像的蓝光IXD微显示芯片51、用于将单基色绿光合成单基色绿光图像的绿光LCD微显示芯片52、用于将单基色红光合成单基色红光图像的红光LCD微显示芯片53和用于将三个单基色图像点对点合成彩色图像的合光棱镜54 ;蓝光IXD微显示芯片51位于蓝光反射镜片442的出光方向正前方，绿光IXD微显不芯片52位于绿光分光镜片443的出光方向正前方,红光IXD微显不芯片53位于红光反射镜片445的出光方向正前方,合光棱镜54设置于蓝光IXD微显不芯片51、绿光IXD微显示芯片52和红光IXD微显示芯片53的出光方向中心线相交位置处。
[0028]如图1所示，在系统的最后端前，最终图像输出口处设有投影镜头6。
[0029]本实施例中涉及的器件均为常用器件，能在器件市场采购得到。
[0030]本实施例按照如下步骤完成整个连续白光投影的工作过程:
[0031]步骤一，由激光发生装置I的三个激光器阵列11发出三束互相平行的蓝色激光束；
[0032]步骤二，将三束互相平行的蓝色激光束分别通过蓝光色轮盘21、绿光色轮盘21和红光色轮盘21，分别激发蓝、绿、红光三种连续的单基色光；
[0033]步骤三，将蓝、绿、红三束连续的单基色光通过合光器3利用镜片反射的方式合成一束连续白光；
[0034]步骤四，将步骤三中得到的连续白光通过两片匀光复眼41进行匀光，然后通过PBS起偏阵列器件42是的匀光的光线具单一的偏振态白光，再通过聚光镜片43调整光斑；
[0035]步骤五，将步骤四中调整后的偏振态白光通过所述的分光镜片组44利用所述的蓝光分光镜片442只反射蓝光透过红绿光的特性先将蓝色单基色偏振光反射至所述的蓝光反射镜片442，由所述的蓝光反射镜片将蓝色单基色偏振光进行投影，将透过蓝光分光镜片442的红、绿色单基色偏振光水平地投射到绿光分光镜片443，利用所述的绿光分光镜片443反射绿光透过红光的特性将绿色单基色偏振光进行投影，透过的红光通过所述的红光分光镜片444和所述的红光反射镜片445将红光进行投影；
[0036]步骤六，将步骤五得到蓝、绿、红三束单基色偏振光分别投影至蓝光IXD微显示芯片51、绿光IXD微显示芯片52和红光IXD微显示芯片53进行图像处理，最终得到蓝绿红三个单基色图像；
[0037]步骤七，将步骤六中得到的三个单基色图像投影到合光棱镜54上，由合光棱镜把三个单基色图像点对点合光成彩色图像；
[0038]步骤八，将步骤七得到的彩色图像最终投影到投影镜头6进行放大输出。
[0039]以上说明仅仅是对本实用新型的解释，使得本领域普通技术人员能完整的实施本方案，但并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，这些都是不具有创造性的修改。但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【权利要求】
1.一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:包括用于产生源激光的激光发生装置(I)、用于将源激光转换成红、绿、蓝三束连续单基色的光受激发光色轮装置(2)、用于将多束入射光进行合光的合光器(3 )、用于将入射光进行勻光、偏振、分光，转变为三基色的光照明光路光学装置(4)、用于图像处理和合色合光的IXD微显示装置(5)和将成像放大的投影镜头(6);所述的受激发光色轮装置(2)设置于所述激光发生装置(I)的发射端前，所述的合光器(3)设置于所述受激发光色轮装置(2)的出光端前，所述的照明光路光学装置(4)设置在所述合光器(3)的出光端前，所述的LCD微显示装置(5)设置在所述照明光路光学装置(4)的出光端前并且与所述照明光路光学装置(4)的出光路径垂直，所述的投影镜头(6)设置在所述IXD微显示装置(5)的图像输出端。
2.根据权利要求1所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的激光发生装置(I)包括三个激光器阵列(11)。
3.根据权利要求2所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的激光器阵列(11)由多个蓝光激光发生器(111)以阵列方式排布组成。
4.根据权利要求2所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的受激发光色轮装置(2 )包括用于激发蓝光的蓝光色轮盘(21)、用于激发绿光的绿光色轮盘(22 )和用于激发红光的红光色轮盘(23 )。
5.根据权利要求4所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的合光器(3)包括用于通过蓝光而反射红光和绿光的蓝光合光镜片(31)、用于反射绿光而透过红光的绿光合光镜片(32)和用于反射红光的红光合光镜片(33)。
6.根据权利要求5所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的三个激光器阵列(11)前方分别从第一个到第三个顺序设置有蓝光色轮盘(21)、绿光色轮盘(22)和红光色轮盘(23);所述的蓝光色轮盘(21)前方倾斜45°地设置有所述的蓝光合光镜片(31)，所述的绿光色轮盘(22)前方倾斜45°地设置有所述的绿光合光镜片(32)，所述的红光色轮盘(23)前方倾斜45°地设置有所述的红光合光镜片(33);所述的蓝光合光镜片(31)的出光处前方设置有所述的照明光路光学装置(4 )。
7.根据权利要求1所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的照明光路光学装置(4)包括两片用于匀光的匀光复眼(41)、用于产生单一偏振态白光的PBS起偏阵列器件(42)、用于调整光斑大小的聚光镜片(43)和用于将由聚光镜片射出的白光分离成蓝绿红三个单基色偏振光的分光镜片组(44);所述的两片匀光复眼(41)前后对称排列，在第二片所述匀光复眼(41)的正后方设置所述的PBS起偏阵列器件(42)，所述PBS起偏阵列器件(42)的正后方设置所述的聚光镜片(43)，所述聚光镜片(43)的正后方设置所述的分光镜片组(44)。
8.根据权利要求7所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的分光镜片组(44)包括用于反射蓝光透过红光和绿光的蓝光分光镜片(441)、用于将蓝光最终反射的蓝光反射镜片(442)、用于绿光最终反射并且透过红光的绿光分光镜片(443)、用于反射红光的红光分光镜片(444)和将红光进行最终反射的红光反射镜片(445);所述的蓝光分光镜片(441)倾斜45°地设置于所述聚光镜片(43)出光处的前方,所述的蓝光反射镜片(442)设置于所述蓝光分光镜片(441)的蓝光出光处前方与所述的所述蓝光分光镜片(441)的蓝光出光垂直方向成45°夹角，所述的绿光分光镜片(443)设置于所述蓝光分光镜片(441)的红绿光出光处前方与所述的所述蓝光分光镜片(441)的红绿光出光垂直方向成45°夹角，所述的红光分光镜片(444)设置于所述绿光分光镜片(443)的红光出光处前方与所述的所述绿光分光镜片(443)的红光出光垂直方向成45°夹角，所述的红光反射镜片(445)设置于所述蓝光分光镜片(441)的蓝光出光处前方与所述的所述蓝光分光镜片(441)的蓝光出光垂直方向成45°夹角；所述蓝光反射镜片(442)的出光方向与所述绿光分光镜片(443)的出光方向垂直,所述的所述绿光分光镜片(443)的出光方向与所述红光反射镜片(445)的出光方向垂直。
9.根据权利要求1或8所述的一种激光激发连续白光投影系统，其特征在于:所述的IXD微显示装置(5)包括用于将单基色蓝光调制单基色蓝光图像的蓝光IXD微显示芯片(51)、用于将单基色绿光调制单基色绿光图像的绿光LCD微显示芯片(52)、用于将单基色红光调制单基色红光图像的红光IXD微显示芯片(53)和用于将三个单基色图像点对点合成彩色图像的合光棱镜(54);所述的蓝光IXD微显不芯片(51)位于所述蓝光反射镜片(442)的出光方向正前方,所述的绿光IXD微显不芯片(52)位于所述绿光分光镜片(443)的出光方向正前方，所述的红光IXD微显不芯片(53)位于所述红光反射镜片(445)的出光方向正前方，所述的合光棱镜(54)设置于所述的蓝光IXD微显不芯片(51)、绿光IXD微显示芯片(52)和红光IXD微显示芯片(53)的出光方向中心线相交位置处。
【文档编号】G02B27/10GK203933849SQ201420177929
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】李卫华 申请人:湖州清维电子科技有限公司