用于投影二维、彩色图像的彩色图像投影系统技术方案

一种将图像投影到投影屏幕上的图像投影系统，投影屏幕上具有磷光体，用于将入射的紫色光线转换为绿色光线，并与红色和蓝色光线一起产生全色图像。该屏幕包括具有以磷光体填充的孔径的有孔掩模，或者磷光板与掩模接触，并具有沿着孔径延伸并穿过孔径的小透镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及在后投影屏幕上投影二维图像，同时保持较低的 功耗、较高的分辩率、小型紧凑的尺寸、无噪声的运行以及最小的振 动。
技术介绍
众所周知，可以基于在相互正交的方向振荡以通过光栅扫描激光 束的一对扫描镜在屏幕上投影二维图像。然而，已知的图像投影系统投影的图像具有有限的分辩率，典型地低于640x480像素的视频图形 阵列(VGA)质量的四分之一。红、蓝和绿色激光器被用于以投影彩 色图像。已知的投影系统的物理尺寸和功耗相对较高，由此将它们用 于小型、手持、电池运行的应用是不切实际的，很大程度上是由于使 用了具有晶体倍频器的红外泵浦二极管(diode-pumped )Nd:YV04晶 体激光器以生成绿色光束，以及使用声光调制器用于脉沖调制绿色光 束。同样，在使用期间，扫描镜的低扫描速率生成令人讨厌的噪声和 振动。
技术实现思路
因此，本专利技术的一般目的是提供一种在后投影屏幕上投影出锐利 和清晰的、二维、全色图像的图像投影系统。本专利技术的另一个目的是通过不使用绿色激光器及其相关电路，使 得这种投影系统中的功耗、成本和复杂度最小。本专利技术的还一个目的是提高由这种系统投影的彩色图像的分辩率。本专利技术的另一个目的是在这种系统中排除绿色激光器的^f吏用。本专利技术的另一个目的是提供一种在其上可以看见全色图l象的新 颖的屏幕。在一个目的是提供在多个不同外形因素的装置中有用的小型、紧 凑、轻量的以及便携式的彩色图像投影系统。与这些目的和其它目的一致的目的在下文中将变得显而易见，简 言之，本专利技术的一个特性在于用于投影二维、彩色图像的图像投影系统中。该设备包括投影屏幕；用于分别地发射红、蓝和紫色激光束的 多个红、蓝和紫色激光器；用于形成红、蓝和紫色光束的合成光束的 光学组件；用于扫过合成光束作为跨越屏幕的扫描线图案的扫描器， 每条扫描线有多个像素；以及用于通过合成光束促使所选择的《象素被 照亮，并使得可见以产生彩色图像的控制器。根据本专利技术的一方面，提供在投影屏幕中的磷光体，用于将紫色 光束转换成绿色激光束以产生红、蓝和绿色的图像。在优选实施例中，扫描器包括一对可振荡的扫描镜，用于以不同 的扫描速率和不同的扫描角沿通常相互正交的方向扫过合成光束。至 少一个扫描速率超过听得见的频率，例如18kHz之上，以降低噪声。 至少一个扫描镜由惯性驱动器驱动以将功耗降至最小。图像的分辩率 优选地超过VGA品质的四分之一 ，但是典型地等于或超过VGA品质。 优选所述激光器、扫描器、控制器和光学部件占用小于七十立方厘米 的体积。投影屏幕包括准直透镜，例如，菲涅耳透镜，用于将红、蓝和紫 色光束对准为平行光线；具有多个透镜以在聚焦平面聚集平行光线的 双凸透镜阵列；以及在聚焦平面具有多个小孔的掩模，每个小孔被以 磷光体填充，其操作以从其中发射入射的红色和蓝色光束，并用于将 入射的紫色光束转换成绿色光束，由此使得红、蓝和绿色(RBG)图 像显示在屏幕上。为了增大磷光体上的入射光束的增益，提供多个小 透镜，每个用于掩模的一个孔径。附图说明图1是根据本专利技术用于在后投影屏幕上投影图像的系统的图解视图；图2是根据本专利技术用于安装在图1的系统中的图像投影设备的放 大、上层、透视图；图3是图2的设备的顶部平面视图；图4是用于图2的设备中的惯性驱动器的正面透视图；图5是图4的惯性驱动器的背面透视图；图6是图2的设备的实际实现的透视图；图7是描绘图2的设备的操作的电气示意功能框图；图8是在其上投影图像的投影屏幕的截面图；图9是图8的屏幕的透视图；图IO是根据本专利技术的一个实施例的图8的投影屏幕的细节的分 解截面图；以及图11为类似于图IO的视图，但为投影屏幕的另一个实施例。具体实施方式图1中的附图标记10,通常标识为安装了图2所示的轻量、紧 凑的图像投影设备20的框架，并操作以投影合成光束到固定的后部 反射镜12，并从那里反射到包含准直透镜14、双凸透镜阵列16和孔 径掩模18的后投影屏幕上，其结构和功能在下面结合图8-12进行说 明。如同下面所说明的，屏幕前面的观测者可以看见上面的二维、红、 蓝和绿色图像。参考图2和图3，设备20包括固态、优选为半导体激光器22， 当其被激励时，发射约630-675纳米的明亮的红色激光束58。透镜24 是具有正焦距的偏球形(biaspheric)凸透镜，其操作以聚集红色光束 中实际上所有的能量，并用于产生衍射受限光束。透镜26是具有负 焦距的凹透镜。透镜24、 26由未示意的支架(为清晰起见在图2中 未示意)上分开的相应的透镜固定。透镜24、 26将红色光束聚焦到Jl 。另一个固态、半导体激光器28安装在支架上，并且当其被激励 时发射约435-490纳米的衍射受限蓝色激光束56。采用另外的偏球形 透镜30和凹透镜32以用类似于透镜24、 26的方式将蓝色光束聚焦 到屏幕上。还有另外一个固态、半导体激光器34安装在支架上，并且当其 被激励时发射具有优选地为400-415纳米级的波长的衍射受限紫色激 光束40。对于某些应用，350-370纳米级的更短的波长可能更可取。 使用另外的偏球形凸透镜44和凹透镜46以用类似于透镜24、 26的 方式将紫色光束40聚焦到屏幕上。如下所述，最后使用紫色激光器 而不是绿色激光器来产生绿色光束以创建全色、红色、蓝色和绿色 (RBG)图像供观看。该设备包括一对安排用于使得紫、蓝和红色光束在到达扫描组件 60之前基本上共线的分色滤光器52、 54。滤光器52允许紫色光束40从 中穿过，但是来自蓝色激光器28的蓝色光束56通过干涉效应被反射。 滤光器54允许紫色和蓝色光束40、 56从中穿过，但是来自红色激光器 22的红色光束58通过干涉效应被反射。基本上共线的光束40、 56、 58作为合成光束被导向固定反弹反 射镜62，并从固定反弹反射镜62反射。扫描组件60包括由惯性驱动 器66 (在图4-5中分离示意的)以第一扫描速率振荡以在水平扫描角 扫过从反弹反射镜62反射的合成光束的第一扫描镜64，以及由电磁 驱动器70以第二扫描速率振荡以在垂直扫描角扫过从第一扫描镜64 反射的合成光束的第二扫描镜68。在不同的结构中，扫描镜64、 68 可由单个双轴反射镜代替。惯性驱动器66是一个高速、低电功耗的组件。惯性驱动器的详 细描述可以在2003年3月13日提出的转让给相同受让人作为本申请 并在此合并作为参考的美国专利申请序列号No.10/387，878中找到。 惯性驱动器的使用使得扫描组件60的功耗降低到低于1瓦特，以及 如下所述在投影彩色图像的情况下降低到低于10瓦特。驱动器66包括用于借助绞链支撑扫描镜64的可移动的框架74，其9中绞链包括沿绞链轴延伸的一对共线的绞链部分76、 78，并且在扫描 镜64的相反区域和框架的相反区域之间连接。如图所示，框架74不需 要环绕扫描镜64。框架、绞链部分和扫描镜被制作成一片大约为150n厚通常为平面 的硅基片，该硅基片被蚀刻以形成具有上部平行的槽隙部分、下部平 行的槽隙部分以及U形中心槽隙部分的Q形槽隙。扫描镜64优选地为 椭圆形，并且能够自由地移动到槽隙部分内。在优选实施例中，测量 出沿椭圃形扫描镜的轴的尺寸为749nxl600n。每个绞链部分的宽度为 27n,长度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投影二维、彩色图像的图像投影系统，包括：ａ）投影屏幕；ｂ）用于向所述投影屏幕发射由不同波长的多个激光束组成的合成光束的激光器组件；ｃ）用于扫过横越所述投影屏幕的扫描线的图案中的合成光束的扫描器，每条扫描线具有多个像素；ｄ）与所述激光器组件和所述扫描器操作性连接的控制器，用于通过所述合成光束促使所选择的像素被照亮，并使得可见，以产生图像；以及ｅ）投影屏幕中的磷光体，用于将具有某一波长的激光束的其中之一转换成不同的波长，以产生红、蓝和绿色的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-26 11/043,3021. 一种用于投影二维、彩色图像的图像投影系统，包括a)投影屏幕；b)用于向所述投影屏幕发射由不同波长的多个激光束组成的合成光束的激光器组件；c)用于扫过横越所述投影屏幕的扫描线的图案中的合成光束的扫描器，每条扫描线具有多个像素；d)与所述激光器组件和所述扫描器操作性连接的控制器，用于通过所述合成光束促使所选择的像素被照亮，并使得可见，以产生图像；以及e)投影屏幕中的磷光体，用于将具有某一波长的激光束的其中之一转换成不同的波长，以产生红、蓝和绿色的图像。2、 根据权利要求1的图像投影系统，其中所述激光器组件包括 用于分别地生成红、蓝和紫色激光束的红色、蓝色和紫色固态半导体 激光器。3、 根据权利要求1的图像投影系统，其中所述激光器组件包括 紫色、固态、半导体激光器，并且当受到紫色光束的激励时所述磷光 体产生绿色激光束。4、 根据权利要求l的图像投影系统，其中所述扫描器包括 用于以第一扫描速率沿第一方向，并在第一扫描角之上扫过所述合成光束的第一振荡扫描镜，以及用于以不同于所述第一扫描速率的第二扫描速率沿与所述第一 方向基本上垂直的第二方向，并且以不同于所述第一扫描角的第二扫 描角扫过所述合成光束的第二振荡扫描镜。5、 根据权利要求4的图像投影系统，其中至少一个所述扫描速 率超出可听见的频率以使噪声最小。6、 根据权利要求4的图像投影系统，其中至少一个所述扫描镜 由惯性驱动器振荡。7、 根据权利要求1的图像投影系统，其中所述控制器包括用于 给所述激光器组件激励以照射所述选择的像素，以及用于给所述激光 器组件去激励以不照射所述选择的像素之外的像素的装置。8、 根据权利要求1的图像投影系统，其中所述投影屏幕包括用 于校准激光束的准直透镜。9、 根据权利要求8的图像投影系统，其中所述准直透镜为菲涅 耳透镜。10、 根据权利要求8的图像投影系统，其中所述投影屏幕包括具 有用于在聚焦平面上聚焦所述校准的激光束的多个透镜的双凸透镜 阵列。11、 根据权利要求10的图像投影系统，其中所述投影屏幕包括 具有处于所述聚焦平面的孔径的掩模。12、 根据权利要求11的图像投影系统，其中所述磷光体位于所 述孑L径内。13、 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：晨谭，保罗德沃基斯，米克罗斯斯坦恩，弗雷德里克F伍德，
申请(专利权)人：讯宝科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]