三基色激光光纤混色系统及混色控制方法技术方案

本发明专利技术涉及三基色激光光纤混色系统及混色控制方法，包括三基色激光光源、光纤、特点是还有三个声光或电光调制器及驱动源、自聚焦透镜、光纤合光器、及计算机控制处理系统；具有结构简单、牢固、工作可靠、易于实现激光功率控制和空间匹配等优点。使用三基色激光、光纤混色系统可组合成的激光扫描显示系统，可以实现动画、图形以及文字的扫描显示功能，显示面积大、色彩鲜艳、亮度高、内容丰富流畅以及声光一体化等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进显示
，具体说是属于使用三基色激光光源、光纤的混色系统及控制方法，以及由三基色激光光纤混色系统构成的可以实现动画、图形与文字的扫描显示功能，声光一体化的组合式激光扫描显示系统。
技术介绍
目前，以激光为光源的显示技术(LDT)一般有两种实现方法，一是投影式，二是扫描式。前者称为激光电视，屏幕尺寸一般为50-60英寸；后者可在特殊屏幕上实现大面积图像显示，但扫描和调制等技术有待发展。已有的调制技术有两种，一是采用模拟信号驱动LD泵浦源；二是采用声光或电光调制。在混色技术方面，主要有三种1、二膜片、三膜片加准直器，图1所示，它由红、绿和蓝色全固态激光器、不同倍率的准直器及二膜片、三膜片和光栏以及行、场扫描器等组成，其缺点在于光学结构复杂，调试困难。2、二膜片、三膜片加光纤的混色方法，它由红、绿和蓝色全固态激光器及二膜片或三膜片和光纤等组成，其缺点在于光学结构复杂，又因光纤输出端的准直器必须校正色差使得准直器设计和加工复杂。3、X型棱镜混色方法，图2所示，此方法加工困难，成本较高，并且需要不同倍率的准直器。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、牢固、工作可靠、易于实现激光功率控制和空间匹配的三基色激光光纤混色系统与混色控制方法；以及提供由三基色激光光纤混色系统构成的可以实现动画、图形与文字的扫描显示功能，具有显示面积大、色彩鲜艳、亮度高、内容丰富流畅以及声光一体化的组合式激光扫描显示系统。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案为本专利技术的三基色激光光纤混色系统，包括三基色激光光源、光纤，其特征在于还包括三个声光或电光调制器及驱动源与声光或电光调制器耦合的自聚焦透镜、光纤合光器、合光器合光后的准直自聚焦透镜及计算机控制处理系统；所述的三个声光或电光调制器通过三个声光或电光调制器的自聚焦透镜与光纤合光器的输入端的三根输入光纤耦合，三基色光强被调制的激光在合光器合光部分被合成某种彩色光后经输出光纤与合光器合光后的自聚焦透镜变为平行光束输出；计算机处理控制系统的输出连接三色激光器的开与关、三个声光或电光调制器。三基色激光光纤混色系统的混色控制方法，激光光源的调制产生过程是a、红色激光光源发出的激光，进入声光调制器进行光强调制，按照一定比例光强被调制的红色激光，经与声光或电光调制器耦合的自聚焦透镜耦合到合光器的输入光纤；b、绿色激光光源发出的激光，进入声光调制器进行光强调制，按照一定比例光强被调制的绿色激光，经与声光或电光调制器耦合的自聚焦透镜耦合到合光器的输入光纤；c、蓝色激光光源发出的激光，进入声光调制器进行光强调制，按照一定比例光强被调制的蓝色激光，经与声光或电光调制器耦合的自聚焦透镜耦合到合光器的输入光纤；计算机处理控制系统控制三色激光器的开与关，同时，还根据所要显示的内容的颜色，向三个声光或电光调制器发出不同的调制信号，控制三色激光按不同的比例进入光纤合光器。三基色激光光纤混色系统再增加X-Y双振镜扫描部分、屏幕及音响系统；既可组合成一个以激光为主，声音为辅的组合式激光显示系统。所述的三基色光强被调制的激光在合光器合光部分被合成某种彩色光后经输出光纤与合光器合光后的自聚焦透镜变为平行光束输出；将平行光束输给X-Y双振镜扫描部分后并投向屏幕；并由计算机处理控制系统控制X-Y双振镜扫描成二维彩色图像。以上所述的计算机处理控制系统除了控制三色激光器的开与关外，还根据所要显示的内容的颜色，向三个声光或电光调制器发出不同的调制信号，以控制三色激光按不同的比例进入光纤合光器，同时，还根据所要显示的内容的形状，向X-Y双振镜扫描部分发出相应的控制信号。本专利技术提供的三基色激光光纤混色系统，其混色原理来源于色度学基础理论，图3所示，为CIE1931(x，y)色品图，物体颜色的三刺激值与物体的色品坐标关系为x=XX+Y+Zy=YX+Y+Zz=ZX+Y+Z---(1)]]>其中，x，y，z为色品坐标，X，Y，Z为三刺激值。由于x+y+z＝1，因此只用x，y两个色品坐标即可限定一个色品，但色品并没有提供关于亮度或相对亮度的任何信息，因此只能由三刺激值中的Y来表示有关亮度的信息。根据刺激值与色品坐标的关系，直接用光谱三刺激值求得光谱色在xy坐标系统中的各坐标值，将光谱色的坐标点连成马蹄形曲线，即CIE曲线。x为红原色，y为绿原色，z为蓝原色。所有真实颜色的色品都落在马蹄形轨迹包围的区域内或边界线上，而图形以外的点则代表假想色的色品而不予考虑。马蹄形的顶部是绿色，左下方是蓝色，右下方是红色。所有单色光(光谱色)的色品均位于马蹄形的弯曲边界上，其饱和度为100％，该边界称为光谱轨迹，沿该轨迹标有波长分度线。连接光谱轨迹两端波长780nm和380nm色品点的直线称为紫红线，并非轨迹线的一部分，它代表红、蓝两色混合产生的部分红色和全部紫色的色品，这些颜色具有最大的饱和度，且均为非光谱色。在蹄形区内，任取三点对应的彩色作为基色，则由这三基色混合而成的所有彩色都包含在以这三点为顶点的三角形内。可见，此三角形面积越大，就意味着能够表示更多的颜色，即其彩色再现的能力更强。为了得到色彩丰富的画面，选择红、绿、蓝三色作为三基色光源，并希望它们越接近光谱轨迹越好，这样可以再现更多饱和度高的色彩。因此，三基色激光—光纤混色方法中所用的光源是全固态红(635nm)，绿(532nm)、蓝(471nm)激光器。自聚焦透镜是变折射率透镜，其折射率分布与中心轴对称，折射率沿径向梯度变化。自聚焦透镜的焦距为f=-1---(2)]]>其中，n0为轴线折射率，A为聚焦常数，z为自聚焦透镜的长度。由式(2)可以看出，因为A是波长的函数，所以f也是波长的函数。当波长给定时，由式(2)可知，f对z的微分表达式为df=-cot(zA)n0sin(zA)dz---(3)]]>由式(3)可知，如果z取得较长，则焦点就会落在透镜端面内；如果z取得较短，则焦点就会落在透镜端面外。由此可见，透镜的长度误差必定会影响到光纤与自聚焦透镜的耦合效果，这是造成耦合损耗的主要原因之一，在选择自聚焦透镜时应注意这一点。满足了下列两个使用条件(1)三基色激光功率通过声光或电光调制可以满足一定比例，实现彩色调制； (2)声光或电光调制的三基色激光通过光纤合光器可以实现空间匹配(即三基色的三束光传播方向相同，光束直径大小相同，光束发散角相同)。本专利技术提供的与现有的二膜片混色技术等相比，突出的实质性特点和显著的技术进步是1、使用了声光(或电光)调制器及光纤合光器把三基色激光混合成全彩色。整个结构简单、牢固、工作可靠、易于实现激光功率控制和空间匹配。2、使用三基色激光光纤混色系统组成的激光扫描显示系统，采用了X-Y双振镜扫描方法，可以很方便的实现动画、图形以及文字的扫描显示功能附图说明图1是二膜片、三膜片加准直器的混色方法；图2是X型棱镜混色3是CIE1931(x，y)色品图；图4是三基色激光、光纤混色系统及激光大屏幕扫描显示系统；图5是激光大屏幕扫描显示系统中计算机处理控制系统控制原理图。具体实施例方式以下结合附图详细说明本专利技术具体实施方式。图4所示，三基色激光光纤混色系统和激光大屏幕扫描显示系统。三基色激光、光纤混色系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三基色激光光纤混色系统，包括三基色激光光源（１）（２）（３）、光纤（１０）（１１）（１２）（１４），其特征在于：还包括三个声光或电光调制器及驱动源（４）（５）（６）、与声光或电光调制器耦合的自聚焦透镜（７）（８）（９）、光纤合光器（１３）、合光器合光后的准直自聚焦透镜、及计算机控制处理系统；所述的三个声光或电光调制器通过三个声光或电光调制器的自聚焦透镜与光纤合光器的输入端的三根输入光纤耦合，三基色光强被调制的激光在合光器合光部分被合成某种彩色光后经输出光纤与合光器合光后的自聚焦透镜变为平行光束输出；计算机处理控制系统的输出连接三色激光器的开与关、三个声光或电光调制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱林泉，张志伟，鲜浩，郑志华，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]