专利名称：用于大功率激光的三通道光调制系统与调制方法
技术领域：
本发明涉及一种在光调制器的前端与后端使用柱面透镜，以通过使用大功率激光束，提高激光图像投影系统中图像亮度的方法。本发明特别涉及这样一种激光图像投影装置与方法使用激光作为光源，按照图像信号，调制从光源到光调制器的光束，使用扫描仪将图像信息投影到屏幕上。
先前的大面积显示装置都是通过使用CRT(阴极射线管)或LCD(光耦合器件)的投影仪型式实现的，但它们存在一些问题和技术上的局限。将载有图像信息的激光束直接投射到屏幕上的激光投影仪同样可被用作大面积显示图像装置这种类型的激光投影仪具有以下优点它可以实现大面积显示，它具有高对比度和高光效率，无失真，无颜色误差，它可以实现亮度和对比度同距离无关，而且它还可以应用于大面积显示的HDTV(高清晰度电视)。
但是在以前的激光投影型图像装置中，投影图像的亮度十分依赖于激光的输入功率。因此，它有这样一个缺点当需要提高激光功率以获得高亮度的图像时，如果这么做的话，会损坏激光投影系统中的光学子系统和调制子系统。特别是，它有这样一个缺点在使用由TeO2晶体作为调制子系统的光调制器的情况下，覆盖在TeO2晶体表面的A/R(抗反射)覆盖膜会被光损伤。进入覆盖膜的激光功率同光束直径成反比。
本发明的一个目的是向用于调制红、绿、蓝三色大功率激光的三通道光调制器提供一种三通道光调制装置，它可以通过使用一个柱面透镜以及修改光调制器的电极的设计，提高投影显示的亮度，从而使光调制器不会被激光所损坏。
本发明的另一个目的是，向用于调制红、绿、蓝三色大功率激光的三通道光调制器，提供一种三通道光调制方法，它可以通过使用一个柱面透镜以及修改光调制器的电极的设计，提高投影图像的亮度，从而不会光致损伤光调制器。
按照一个实施例实施本方发明时，用于大功率激光的三通道光调制系统包括；一个激光光源；一个用于调制从激光光源产生的激光的光调制器，在光调制器的一个面上装配有一对具有预定面积的电极；一个图像信号产生子系统；一个驱动电路子系统，用于操作电极，使得从图像信号产生子系统产生的图像信号通过电极加载到光调制器上；位于光调制器的输入端、在激光光源与光调制器之间的第一柱面透镜，使得从激光光源产生的激光束的面积和形状可以被调整，以及使得经调整的激光束进入光调制器；位于光调制器的输出端的第二柱面透镜，用于调整经光调制器调制的激光束的面积和形状。
按照另一个实施例实施本发明时，本发明的用于大功率激光的三通道光调制方法包括以下步骤从激光光源产生激光束；通过光调制器调制从激光光源产生的激光；向装配在光调制器的一个面上、具有预定面积的电极加载电极装置图像信号；操作此电极；调整从激光光源产生的、处于激光光源与光调制器之间的激光束的面积(area)和形状；使得经调整的光束进入光调制器；调整从光调制器输出的光束的面积和形状。
通过阅读下面的详细描述以及参阅附图，本发明的其它目的和优点将变得更加清晰。
图1是三通道光调制器的简图；图2是按照本发明，光调制系统的一个实施例的结构的示意透视图。
本发明可以有不同的修改和替换形式，它的一些特殊的实施例已经作为例子表示在附图中并将在下面被详细描述。但是应该明白，本发明并不仅局限于这里所公开的一些特殊形式，而是正相反，应包括所有落在权利要求所规定的本发明的思想和范围内的修改、等效和替换。
为了实现本发明的一个目的，按照本发明，用于大功率激光的三通道光调制系统的一个实施例包括(a)一个激光光源；(b)用于调制从激光光源产生的激光束的光调制器，在光调制器的一端装配有一对具有预定面积的电极；(c)一个图像信号产生子系统；(d)一个驱动电路子系统，用于操作电极，使得从图像信号产生子系统产生的图像信号通过电极加载到光调制器上；
(e)第一柱面透镜，位于激光光源与光调制器之间，用于调整从激光光源产生的激光束的面积和形状并使得经调整的激光束进入光调制器；以及(f)第二柱面透镜，位于光调制器的输出端，用于调整被光调制器所调制的激光束的面积和形状。
按照一个实施例，在本发明中，光调制器可以选择AOM(声光调制器)、EOM(电光调制器)和AOTF(声光可调谐滤波器)中的一种。按照一个最佳实施例，光调制器是一个声光调制器。
按照一个实施例，在本发明中，激光光源是由红、绿、蓝三色激光光源组成；光调制系统包括光调制器，图像信号产生子系统，驱动电路子系统，用于三色激光光源中每一个的第一柱面透镜和第二柱面透镜。
为了实现本发明的另一个目的，按照本发明，用于大功率激光的三通道光调制方法包括以下步骤(a)从激光光源产生激光；(b)通过光调制装置调制从激光光源产生的激光束；(c)通过使用装配在光调制装置一端的电极，向光调制装置提供一个电极装置图像信号，所述电极具有预定的面积；(d)操作此电极；(e)调整从激光光源输入光调制装置的激光束的面积和形状，并使得经调整的激光束进入光调制装置；以及(f)调整由光调制装置输出的激光束的面积和形状。
按照本发明的一个实施例，第一柱面透镜是用来调整从激光光源产生的激光束的面积和形状并使此光束进入光调制装置；第二柱面透镜是用于调整经光调制装置调制的激光束的面积和形状。
按照本发明的一个实施例，柱面透镜的焦距为400毫米。放置在光调制装置输入端之前的柱面透镜将圆形激光束变换成椭圆形激光束，放置在光调制装置输出端的柱面透镜将椭圆形激光束变换成圆形激光束。
按照本发明的一个实施例，电极的大小通过下面的表达式加以调整，以使光调制装置的衍射效率最大。其中η是光调制器效率，Pa是声功率，H是电极宽度，L是电极长度，λ0是激光波长，M2是声光品质因数，cosθ在双折射衍射的情况下是(cosθicosθd)1/2:η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>本发明将要参照附图被详细解释。
本发明通过在入射平面前使用柱面透镜，扩展进入光调制器的激光束的形状，可以提高覆盖膜的激光损伤阈值，从而通过增加激光的功率，提高显示的亮度。除此以外，它还可以通过按照输入激光束的形状选择光调制器的电极，来提高光调制器的调制效率。
投影图像的亮度十分依赖于入射激光束的功率，因此大高功率激光束对于获得高亮度的图像是必不可少的。
使用激光作为光源的激光图像投影装置由以下部分组成光产生子系统7，光调制子系统8，图像信号产生子系统6，扫描子系统(未示出)，以及屏幕子系统(未示出)。如果光产生子系统7产生了一个特定的光束，所产生的光束进入光调制子系统8，光调制子系统8按照由图像信号产生子系统6提供的图像信号调制进入的光束。这里，信息的象素单元被加载到经调制的光束中。通过由扫描子系统连续向屏幕子系统连序扫描按上述方法调制的光束，图像在屏幕上被显示出来。按照本发明，用于向屏幕子系统扫描激光束光点的光调制子系统中的光调制器，可以使用声光调制器、电光调制器，或声光可调谐滤波器设备。
图1是按照本发明的一个实施例的三通道光调制器的简图。光调制器包括三个通道，以调制红、绿、蓝三色激光束。图2是来自三通道光调制器中仅仅为1通道光调制器系统的放大图。
按照一个最佳实施例，光调制器2是一个声光调制器。因此，下面使用声光调制器进行描述。普通的技术人员都有能力按照本发明的指导，修改光调制系统以使用电光调制器或声光可调谐滤波器。
在图2中，柱面透镜1被放置在激光光源与光调制器之间，位于光调制器的输入端的位置。柱面透镜1用于通过在一个方向扩展光束的形状，将入射光束的圆形变换为椭圆形。按照一个实施例，柱面透镜1的焦距为400毫米。射频(RF)驱动电路4操作光调制器2的电极5。按照本发明的一个实施例，使用144兆赫(MHz)的驱动频率，此时的输入功率约为2.6瓦(W)。柱面透镜3被放置在光调制器的输出端。柱面透镜3用于将被光调制器所调制的激光束的椭圆形变换为圆形，然后将其传送到扫描子系统。按照一个实施例，柱面透镜3的焦距为400毫米。按照本发明的指导，可以根据光调制系统的需要改变柱面透镜1和3的焦距。
在图2中，进入的激光束穿过柱面透镜1。这里，柱面透镜将入射激光束的形状由圆形变换为椭圆形，并使被调整的光束进入光调制器。进入AOM表面的激光束的功率密度可由下面的数学公式1表示。
公式1I=PS=PπD24]]>这里，I是激光束单位面积的功率密度(瓦/平方毫米)，P是激光束的功率，S是入射光束的单位面积，D是激光束的直径。在使用焦距为400毫米的柱面透镜1、3的情况下，激光束的形状或尺寸沿一个轴增加了大约3倍。此时，椭圆的面积是圆形面积的三倍。因此，在激光束进入调制器2时，入射激光束的密度相对于没有柱面透镜1,3的系统可以提高三倍。在光调制器被调制的激光束穿过柱面透镜3，柱面透镜3将被调制的激光束的形状从椭圆形变换成圆形，然后将其传送到扫描子系统。
除此以外，因为进入光调制器的入射光束的形状被变换了，需要将电极的形状从以前电极的形状加以变换。下面的公式2表示光调制器的衍射效率与电极的相关性。
公式2η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>这时，η是光调制器的效率，Pa是声功率，H是电极宽度，L是电极长度，λ0是激光波长，M2是声光品质因数，cosθ在双折射衍射的情况，如下面公式3所示。
公式3cosθ=(cosθicosθd)1/2公式2表示光调制器的效率同电极的形状，即L和H，密切相关。在这种情况下存在一个问题，即随着电极面积的增加，实现阻抗同RF(射频)驱动电路的匹配将变得更加困难。
在对于具有144兆赫的驱动频率的光调制器使用以前的透镜的情况下，电极的加工结果是L=9毫米，H=0.55毫米。在使用本发明的柱面透镜的情况下，电极被做成这样改变电极的面积，即L和H，以同激光束的形状相匹配，因此这是一种最佳状况。按照本发明，光调制器的电极被做成这样L是7.45毫米，H是1.5毫米。在改变了电极的大小之后，测量了光调制器的效率和上升/下降时间。结果示于下面表1和表2中。
表1在使用普通透镜的情况下，效率的测量结果
表2在使用柱面透镜的情况下，效率和上升/下降时间的测量结果
如上所述，如果在激光图像投影系统的光调制子系统中使用本发明的三通道AOM，激光束的一个方向的直径可比以前的AOM提高大约三倍。而这将具有这样好处可以提高进入光调制器的声光材料的激光的损伤阈值，可以用功率提高了大约三倍的激光扫描图像，因此可以提高图像投影装置的图像亮度。
权利要求
1．一种用于大功率激光的三通道调制系统，包括一激光光源；一光调制器，用于调制从所述激光光源产生的激光，且该光调制器包括一对位于所述光调制器的一面上、具有预定面积的电极；一图像信号产生子系统，用于产生图像信号；一驱动电路子系统，用于操作所述电极，使得从所述图像信号产生子系统产生的图像信号通过所述电极被加截到所述光调制器上；第一柱面透镜，位于光调制器的输入端，处于所述激光光源和所述光调制器之间，以调整从所述激光光源产生的光束的面积和形状，并使被调整的光束进入所述光调制器；以及第二柱面透镜，位于所述调制器的输出端，以调整被所述光调制器调制的光束的面积和形状。
2．按照权利要求1的用于大功率激光的三通道调制系统，其中所述光调制器是从声光调制器、电光调制器以及声光可调谐滤波器中选择的。
3．按照权利要求1的用于大功率激光的三通道调制系统，其中所述激光光源分别是红、绿、蓝三色激光光源，所述调制系统包括一光调制器、一图像信号产生子系统、一驱动电路子系统、对于所述三色激光光源中每一个的第一柱面透镜和第二柱面透镜。
4．按照权利要求2的用于大功率激光的三通道调制系统，其中所述激光光源分别是红、绿、蓝三色激光光源；所述调制系统包括一光调制器、一图像信号产生子系统、一驱动电路子系统、对于所述三色激光光源中每一个的第一柱面透镜和第二柱面透镜。
5．按照权利要求1的用于大功率激光的三通道调制方法，其中所述电极的大小按下面的表达式调整，以使所述调制装置的衍射效率最大，其中η是光调制器效率，Pa是声功率，H是电极宽度，L是电极长度，λ0是激光波长，M2是声光品质因数，cosθ在双折射衍射的情况下是(cosθicosθd)1/2η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>
6．用于大功率激光的三通道光调制方法，包括以下步骤从激光光源产生激光；通过光调制装置调制从所述激光光源产生的激光；向所述光调制装置的电极加载一个图像信号，所述电极具有预定的面积；调整由所述激光光源产生的、处于所述激光光源和所述光调制设备之间的激光束的面积和形状，并使经调整的光束进入所述光调制装置；以及调整由所述光调制装置输出的激光束的面积和形状。
7．按照权利要求6的用于大功率激光的三通道光调制方法，其中，所述调整由所述激光光源产生的激光束的面积和形状并使此光束进入所述光调制装置的步骤是通过配置在所述光调制装置的输入端的第一柱面透镜加以实施的，所述调整经光调制装置所调制的激光束的面积和形状的步骤是通过配置在所述光调制装置的输出端的第二柱面透镜加以实施的。
8．按照权利要求7的用于大功率激光的三通道光调制方法，其中所述第一和第二柱面透镜的焦距为400毫米，所述第一柱面透镜将圆形的激光束变换为椭圆形的激光束，所述第二柱面透镜将椭圆形的激光束变换为圆形的激光束。
9．按照权利要求8的用于大功率激光的三通道光调制方法，其中所述电极的大小通过下面的表达式加以调整，使得所述光调制设备的衍射效率最大，其中，η是光调制器效率，Pa是声功率，H是电极宽度，L是电极长度，λ0是激光波长，M2是声光品质因数，cosθ在双折射衍射的情况下为(cosθicosθd)1/2:η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>
全文摘要
一种用于大功率激光的三通道调制系统及其调制方法。该调制系统包括:激光光源;光调制器,其包括一对配置在光调制的一个面上具有预定面积的电极;图像信号产生子系统;操作电极的驱动电路子系统,使图像信号通过电极加到光调制器上;第一柱面透镜,位于光源和光调制器之间,调整从光源产生的激光束的面积和形状,并使经调整的光束进入调制器;第二柱面透镜,位于光调制器的输出端,调整经光调制器所调制的激光束的面积和形状。
文档编号H04N9/31GK1225456SQ9811610
公开日1999年8月11日 申请日期1998年7月14日 优先权日1997年8月22日
发明者金容焄, 车承男, 李亢雨 申请人:三星电子株式会社