扫描光束视频投影系统和方法、机动车辆平视显示器和利用这样的系统的适应性照明装置与流程

本发明涉及扫描光束视频投影系统。

本发明可例如用于投影或成像设备中，其中，光源产生与扫描器件相关联的光束，以便形成图像，例如在平视显示器上形成图像。这样的平视显示器的光源通常来自一个或多个激光源，其通过代表要被显示的图像的视频信号调制。

本发明可还用于利用扫描器件的机动车辆适应性照明装置，所述扫描器件在波长转换装置上形成图像、然后发射根据所述图像调制的照明光束。

背景技术：

利用扫描投影系统的设备的各种用途需要使用具有越来越大的光功率的光束，以便改进其性能，且因此需要使用更大功率的光源。但是，且特别地，在小扫描投影系统中，具有过大功率的源的使用导致过多热耗散的问题，这则可导致源本身或相邻部件的劣化。这样的小投影系统例如是车载系统，特别是在用于所谓的平视显示器的车辆中。当系统使用多色源以便形成用来投影有色图像的多色光束时，问题更大。在利用红、绿和蓝三种光束的传统多色系统的背景下，必需使用三个光源，其进一步增加了热耗散问题。

除了与热耗散相关的问题，市场上可获得的适于扫描系统约束的光源具有减小的功率。此外，允许这些源的功率增加的当前方案不可用于扫描系统，特别是关于光束尺寸问题。实际上，制造扫描器件，例如具有MEMS微镜或这样的微镜阵列的形式，其需要具有适当尺寸的光束。

技术实现要素：

本发明的目的是克服已知的扫描光束视频投影系统的至少一些缺点。

本发明的另一目的是提供一种扫描视频投影系统，其允许光束的功率增加，而不导致热耗散问题。

本发明的另一目的是提供一种扫描视频投影系统，其允许光束的功率增加，而没有明显改变光束的尺寸。

为此，本发明涉及一种扫描光束视频投影系统，其特征在于，其包括用于发射通过视频信号调制的光束的装置，和扫描器件，该扫描器件适于使所述光束偏转，以允许形成视频图像，发射装置包括至少两个分立的光源和重组装置，每个光源发射具有大体线性偏振的子光束，该偏振与另一个不同，所述重组装置被构造为沿扫描器件的方向通过组合两个子光束而形成所述光束。

重组装置是指一种装置，在该装置中，可以输入具有不同偏振方向的两个光束，使得这些光束在该装置的输出部处被组合为单个光束，该单个光束组合两个输入光束的偏振方向。

因此，通过使用两个光源而并非单个更强劲的源，本发明允许通过限制每个源的功率和通过增加可用于热耗散的表面而减小热耗散问题。两个子光束的组合允许形成一光束，其功率等于将这两个子光束的功率相加，同时保持适于扫描视频投影的光束尺寸，特别地通过减小发散现象而保持。

有利地且根据本发明，重组装置是重组棱镜。

重组棱镜是指一种棱镜，其中，可以输入具有不同偏振方向的两个光束，使得这些光束在该棱镜的输出处被组合为单个光束，该单个光束组合两个输入光束的偏振方向。

有利地且根据本发明的该最后方面，重组棱镜是以下棱镜中的一种：

-沃拉斯顿棱镜，

-格兰-泰勒棱镜，

-格兰-汤普森棱镜，

-尼科尔棱镜。

根据本发明的该方面，这些棱镜——通常用于将沿两个单独方向偏振的光束分为两个光束，每个光束沿两个单独方向的一个偏振——在该情况下用于相反目的，即，将沿不同偏振方向偏振的两个光束组合为沿这两个方向偏振的单个光束。

有利地且根据本发明，两个子光束具有彼此垂直的偏振。

根据本发明的该方面，由于当偏振方向垂直时两个光束之间的最小干涉，两个子光束的组合更有效。

有利地且根据本发明，光源是激光源。

根据本发明的该方面，光源是自然偏振的激光源，以便避免不得不将来自这些光源的子光束在组合它们之前进行偏振(这可导致功率损失)。

有利地且根据本发明的该最后方面，激光源具有在相同窄频带中不同的功率频谱。

窄频带是指一频带，其中，该频带的频率下的激光的颜色不能被人眼区分。

根据本发明的该方面，谱是不同的，以便防止色斑的现象以便不损害被投影的视频图像，如果两个激光源的谱相同，但它们保持在足够窄的频带内，从而两个激光具有不能被区分的颜色，则色斑现象出现。

有利地且根据本发明，两个子光束是多色子光束，且光源是多色源。

根据本发明的该方面，通过组合单色束，多色源允许在大的色板上的图像视频投影。但是，在该情况下，两个子光束必须由相同颜色成分构成，以便允许通过组合获得具有与两个之前的子光束相同颜色的光束。

有利地且根据本发明的该最后方面，每个多色光源包括三个单色光源，发射红光束的红光源、发射绿光束的绿光源和发射蓝光束的蓝光源，红、绿和蓝光束被组合以形成每个多色子光束。

根据本发明的该方面，红、绿和蓝三个光源构成所谓的RGB(红、绿、蓝)传统系统，以便通过将由单色源发射的三个单色光束进行组合来获得大的颜色板。

本发明还涉及一种显示器，特别是平视显示器，包括根据本发明的投影系统。

这样的显示器可用在车辆中，特别是机动车辆中，以便显示由投影系统投影的视频图像。

本发明还涉及一种机动车辆适应性照明装置，包括根据本发明的投影系统。

有利地，照明装置还包括波长转换装置，图像通过投影系统形成在该波长转换装置上，转换装置发射由此根据所述图像调制的光束。

本发明还涉及一种扫描光束视频投影系统，其特征在于，其包括发射通过视频信号调制的光束的步骤、通过扫描使所述光束偏转以便允许形成视频图像的步骤，发射光束的步骤之前是将具有大体线性偏振的两个单独子光束组合的步骤，所述偏振彼此不同，以便形成所述光束。

有利地，根据本发明的方法通过根据本发明的系统实施。

有利地，根据本发明的系统实施根据本发明的方法。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优势将在阅读以仅非限制性方式给出的且参考附图的以下描述时显现，其中：

图1是根据本发明实施例的投影系统的重组棱镜的运行的示意性图示，

图2是根据本发明实施例的投影系统的示意性图示，

图3是根据本发明实施例的多色光源的示意性图示，

图4是根据本发明实施例的视频投影系统和平视显示器的示意图，

图5是根据本发明实施例的视频投影系统和适应性照明装置的示意图。

具体实施方式

应注意到，附图以详细方式披露本发明，以便实施本发明，其中，所述附图当然能够用于在需要时更好地限定本发明。

图1示意地示出重组棱镜12的运行，其可在根据本发明视频投影系统的实施例中用作重组装置。重组棱镜12被构造为，取决于其偏振，与通过其的光束不同地相互作用。传统重组棱镜的例子是格兰-泰勒棱镜、格兰-汤普森棱镜、尼科尔棱镜等。在该情况下示出的棱镜是沃拉斯顿棱镜。所有这些棱镜通常用于将非偏振光束分为具有垂直偏振方向的两个光束。

在根据本发明实施例的系统中，重组棱镜12被不同地使用，即，组合具有垂直偏振方向16、17的两个子光束14、15，以便形成组合两个子光束14、15的偏振方向的光束18。

图2示出根据本发明实施例的视频投影系统100。投影系统100包括用于发射光束18的装置1，和将光束18反射以便形成视频图像22的扫描器件20。

发射装置1包括两个光源，发射第一子光束14的第一光源24和发射第二子光束15的第二光源25。两个子光束14、15朝向重组装置指引，在该情况下，其是参考图1描述的重组棱镜12。

两个子光束14、15具有不同偏振方向，在该情况下，一个偏振方向垂直于另一个偏振方向，以便在棱镜12的重组期间优化光学效率和减小两个子光束14、15之间的干涉。第一子光束14具有大体直和水平的偏振方向16，其以双箭头示出，第二子光束15具有大体直和垂直的偏振方向17，其通过点示出。在重组棱镜12的输出部处，两个子光束14、15合并为单个光束18，其沿两个子光束的两个偏振方向偏振，如附图标记26所示。

所用的光源24、25是激光源，典型地为激光二极管，其有利地是自然偏振的。如图2所示，光束14、15必须进入重组棱镜12所沿的方向导致光源24、25相距一距离。该相距允许热耗散表面的增加，且因此允许防止部件由于投影系统100投影该图像22所需的光功率而导致的加热。此外，每个源24、25具有的光功率等于投影图像22所需的光功率的一半。例如，如果在良好条件下图像22的投影需要100mW的光功率，每个源24、25发射具有50mW的光功率的子光束14、15，由此允许获得100mW的重组光束18。

在有利的实施例中，激光源24、25具有在相同的窄频带中不同的功率频谱，即，该频带频率的激光的颜色不能被人眼区分的频带。这允许防止色斑的现象以便不损害被投影的视频图像，如果两个激光源的谱相同，但它们保持足够近使得两个激光具有不能被区分的颜色，则该色斑出现。

对于需要具有宽的可行颜色色板的光束18的视频图像投影，光束18必须是多色光束，即，其由单色束的组合构成。传统的投影系统使用RGB类型的三个光束(红光束、绿光束和蓝光束)的组合。在根据本发明该实施例的投影系统中，每个光源24、25因此是多色源，其包括多个单色光源，在该情况下为三个单色源，发射红光束的红色源、发射绿光束的绿色源和发射蓝光束的蓝色源。红、绿和蓝这三个光束被组合，以形成多色子光束。

由于这些多个单色光源存在以便形成每个子光束，本发明带来的热耗散的改进对于投影系统100的正确操作更加必要。

图3更详细地示出其中一个多色光源的操作。

多色光源28包括一个或多个单色光源4、5、6，其每个发射激光束7、8、9。这些例如是激光源，典型地为激光二极管，每个激光源发射单色光束，即包括单个颜色。在本发明的实施例中，该多色源28因此用于形成每个光源24和25。

多色源28在该情况下包括三个单色源4、5、6，所述装置被构造为，经由通过将每个源4、5、6单独发射的单色光束7、8、9组合而汇聚(pooling)来形成多色光束10。更精确地，这些可以是单色光源，其发射的光束在光源之间具有不同的颜色，例如，分别由红二极管、绿二极管或蓝二极管发射的红光束、绿光束或蓝光束(RGB)。

每个单色源的光功率利用一个或多个激光源的供电电流被独立控制。以给定的光功率，多色光束10的颜色通过在各个激光二极管之间建立功率比的方式被确定。例如，为了获得白光，光功率按比例必须利用以下分配被建立：绿二极管60％、蓝二极管30％、红二极管10％。如以下所扩展的，每个单色源的光功率可还被控制，以调制多色光束10的光功率。

由每个单色源发射的光束7、8、9例如平行于彼此取向，且沿相同方向反射，以便通过组合形成组合的多色光束10。在该情况下，就这而言，多色源包括在波长范围上半透明的光学元件，诸如分色镜或组合片11，拦截每个单色源发射的单色光束7、8、9并将它们沿多色光束10的方向组合。

更大体地，多色源28被构造为由一个/多个单色激光束7、8、9形成多色光束10，而不管所关注的单色源4、5、6的数量。在单个单色源的情况下，光束10由所使用的单个源发射的激光束构成，所获得的图像则将是单色的，其根据所述颜色的梯度，由用于构成图像的每个点的各个水平的光功率构成。在多个单色源的情况下，典型地，上述三个源4、5、6，形成多色光束的组合光束10将允许图像根据颜色谱被建立，其分辨率将对应于控制所述单色源4、5、6的功率供应的精细度。

在一实施例中，视频投影系统还包括衰减器件13，位于一个/多个源4、5、6下游，允许改变光束10的光功率。换句话说，因为通过控制对单色源的电流供应而为多色光束10提供颜色和/或强度，衰减器件13允许改变一个/多个光束7、8、9、10的光功率。特别地，将可以按照白天驾驶条件和夜间驾驶条件调整光束的光功率，用于系统在机动车辆的平视显示器中使用。

多色源28可包括控制对单色源的电流供应的器件。如上所述，它们可允许选择光束10的颜色。

更准确地，控制器件例如被构造为，根据分配给每个单色激光束7、8、9的光功率比例，为单色激光束7、8、9的光功率提供电流线性调整，以便提供多色光束10的颜色的选择。例如，将可以提供六位颜色代码，对应于用于每个所述单色激光束7、8、9的64级光功率。

控制器件可还被构造为提供光束的光功率的额外设置。以此方式，可以达到特别高的衰减速率。

更精确地，控制器件被构造为经由单色激光束7、8、9的光功率的脉宽调制来提供调节，以便实现多色光束10的光功率的额外设置，特别是根据5至20的衰减因子，特别是大约10的衰减因子。

以该方式，可以设置多色光束10的颜色和/或光功率。控制器件例如包括微控制器，其未示出。

如图4所示，本发明还涉及一种平视显示器，包括根据本发明的视频投影系统100。投影系统100还包括用于由发射装置1所发射的光束18形成图像的器件102。

图像形成器件102包括扫描器件，诸如例如扫描发生器110，其功能是水平和垂直地移动光束18，以便根据给定频率产生扫描，所述频率作为非限制性例子等于60Hz。扫描发生器110特别地包括微机电系统扫描镜(在此之后称为MEMS镜)，光束18在其上被反射为扫描光束103。这样的MEMS镜例如具有1mm²的直径。MEMS镜适于绕两个旋转轴线旋转，以便产生用于形成图像的器件102的漫射屏幕111的扫描，例如以60Hz的刷新率。所述图像则形成在漫射器111上。替换地，MEMS镜可被两个平面可移动镜替代，它们的移动是关联的。这些镜子的其中一个专用于沿水平轴线的扫描，而另一个镜子可专用于沿垂直轴线的扫描。

漫射器111——图像在该漫射器111处形成——可以是投影透明屏幕，其具有复杂的结构用于后投影。替换地，其可以是半透明的。例如，其由玻璃制造，特别是磨砂玻璃或聚碳酸酯玻璃。作为例子，慢射屏幕是出瞳漫射屏幕(“出瞳扩展器”)。其允许放大的观察锥。其沿被光束通过的平面延伸，由该扫描光束103获得的图像沿漫射屏幕111的面的平面形成。

该漫射屏幕接收扫描光束103。其被设置为根据给定角扇形——例如，关于扫描光束103的方向等于30°——使得该扫描光束103在撞击漫射屏幕111的时刻散射。为此，根据非限制性例子，漫射屏幕的面112是粗糙的，因为其包括引起扫描光束103散射的隆起。粗糙的面112对应于光束离开所通过的面，即，图像形成在其上的面。

根据没有示出的另一变体，所述图像形成器件不包括扫描发生器，如上所述，但是包括微镜阵列(还称为“数字微镜系统”)。在该构造中，图像形成在微镜阵列处，然后投影到漫射屏幕上。通常，投影光学器件布置在阵列和屏幕之间。每个微镜对应于图像的一像素。在该实施例中，图像一开始没有形成在漫射屏幕上，而是接收之前形成在微镜阵列上的图像。

应注意到，图3的衰减器件13可设置在图像形成器件102的上游。它们可仍在下游。在变体中，它们可布置在扫描发生器110或微镜阵列与漫射屏幕111之间。

投影系统可还包括各个平或凹镜104、106，以便将光束朝向漫射屏幕111聚焦，所述镜特别地布置在扫描光束103的路径上。

本发明还涉及一种显示器，特别是平视显示器，包括根据上述任一个替换例的投影系统100。

沿光束移动的方向在漫射屏幕111的下游，显示器包括至少一个半反射片126和反射装置125，该反射装置插入在漫射屏幕111和半反射片126之间的图像路径上，反射装置125包括一个或多个平或凹镜，如图4所示。在该图中，图像的路径通过三个点箭头30表示，它们在通过半反射片126显示之前在反射装置125上被反射。半反射片126允许在虚拟屏幕130处图像的放大和/或通过透明度允许图像的显示超过所述半反射片，特别地超过所装备车辆的风挡，所述虚拟屏幕利用半反射片126获得。

该半反射片具有至少等于20％的反射率，这允许用户通过所述片看到由车辆占据的道路，同时得益于允许被显示图像被看到的高亮度。替换地，图像可被显示在设置有所述显示器的车辆的风挡上。

如图5所示，本发明还涉及一种机动车辆适应性照明装置，包括根据本发明的视频投影系统100。

如图4所示，在关于相同元件有相同的附图标记的情况下，视频投影系统100包括提供组合的光束18的发射装置1和图像形成器件102。器件102则包括提供扫描光束103的扫描器件110，和标记为118的光学器件，光学器件118为图4的镜104、106的类型，意图将扫描光束聚焦在装置113上。从光学器件118输出的光束具有标记115。

元件113是波长转换装置，诸如例如磷板，或更准确地其上已沉积有连续且均匀磷层的板。

如已知的，接收光束115的波长转换装置113的板的每个点则重新发射以点线示出的光束116，其具有不同的波长，和特别地可认为是“白色”的光，即，其包括在大约400纳米至800纳米之间的多个波长，即在可见光谱内。该光发射按照朗伯发射图发生，即，沿所有方向具有均匀的光强度。

优选地，磷沉积在反射激光辐射的基板上。由此，确保激光辐射——在已经完全通过磷层之前不会撞击磷颗粒——将能够在已经被基板反射之后撞击磷颗粒。

还优选地，基板从良好的热传导材料选择。这样的布置允许提供低的磷温度，或至少防止其温度变得过大。效率——即，磷转换效率——则是最大的。

因此，这确保激光辐射和白光之间的最大转换效率。

再次优选地，波长转换装置的表面由连续且均匀的磷层构成。实际上，磷板划分为分立的元件不允许在重新发射白光时获得期望准确度，特别是位于两个磷元件之间的界限处的点处。

磷板113紧邻图像光学系统114的聚焦平面定位，该图像光学系统在无限远处形成磷板113的图像，或更精确地，形成该板的点的图像，所述点响应由此接收的照明激励而发射白光。换句话说，图像光学系统114通过磷板的各个点发射的光形成光束117，光束117也通过点线示出，所述点通过辐射115照明。

从成像系统114发出的光束117因此是磷板113发射的光线116的直接函数，光线116本身是扫描该板113的辐射115的直接函数。

根据光束117的期望光度，控制单元(未示出)控制根据本发明的系统的各个部件。特别地，控制单元同时控制：

-扫描器件110，使得光束115相继地扫描磷板113的全部点，和

-发射装置1，以便调制光束115的强度。

因此可以用光束115照亮磷板113，以便在该板113上形成图像，该图像由一系列线形成，所述线每个由一系列点形成，所述点以与电视机屏幕上的图像相同的方式以或大或小的程度照亮。

强度调制可连续地进行，强度在最小值和最大值之间连续地增大或减小。还可以以离散的方式进行，强度在最小值和最大值之间由一个值跳到另一个值。在这两种情况，最小值可以是零，对应于没有光。

由此被光束115照射的磷板113的每个点发射白光116，其强度是照射该点的光束强度的直接函数，发射按照朗伯发射图发生。

磷板113可然后被视为次辐射源，由光图像构成，其成像光学系统14在无限远处形成图像，例如在距光学系统114的轴线成一距离处且垂直于该轴线布置的屏幕上。在这样的屏幕上的图像是由光学系统114发射的光束的实体化。

由此，光束117形成机动车辆照明光束，其是适应性的，即，其光功率可被逐点(point-by-point)控制，以便适应于车辆的环境。