专利名称：一种微型阵列式激光扫描投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光扫描投影装置，特别是一种微型阵列式激光扫描投影装置。
背景技术：
目前，基于MEMS (Microelectromechanical Systems，微机电系统)微扫描镜和激 光光源的激光扫描微型投影设备，具有体积小，亮度高，无须聚焦等优点，已初步得到应用。其中，所用到的一个核心部件就是用于二维激光扫描的MEMS微扫描镜，它包括可 动的反射镜和使反射镜绕X轴和Y轴高速转动的致动器(Actuator)。其结构通常有两种 (1)单个有万向节(Gimbal)或无万向节(Gimbal-less)的双轴微扫描镜，包括一个快扫描 轴(X轴)用于行扫描和一个慢扫描轴(Y轴)用于场扫描，两个轴相互正交；(2)两个单轴 微扫描镜，其中一个扫描镜负责行扫描(即X轴扫描)，它是由快速驱动器来实现完成的； 另一个正交放置的单轴微扫描镜完成较慢的场扫描(Y轴扫描)。目前，激光扫描微型投影设备所能达到的极限是VGA (640X480)或 WVGA(848X480)的分辨率和60Hz的刷新率(场扫描频率)。图像的分辨率和刷新率主要 受微扫描镜的行扫描频率和激光器调制频率的限制，一般来说，微扫描镜的扫描频率越高， 它的扫描角度越小，这就意味着，在距离屏幕较近的应用场合，无法获得足够大的投影图 像。随着大屏幕的普及，分辨率为1080p (1920X1080) §60Ηζ和720p (1280X720) i60Hz的 高清节目大量涌现，现有的微型激光扫描投影设备已无法满足人们对高分辨率、大屏幕投 影的需求，例如，为了满足1080p(1920X1080)@60Hz，微型激光扫描投影设备的微扫描镜 的行扫描频率需达到64. 8KHz，其激光器的调制频率在1080p时需要达到约为124. 4MHz， 在720p时也要达到55. 3MHz，在这样高的扫描频率和调制频率下，不仅微扫描镜在扫描 时很难获得足够大的实用扫描角度，同时对于微型激光器来说，也已经达到了其调制频率 的技术极限。现有技术的激光扫描微型投影设备对分辨率为IOSOp (1920X1080) @60Hz和 720p (1280X720) i60Hz的高清节目进行投影成像时，是无法实现的。如何利用现有科技水平 的器件，采用激光扫描微型投影设备，实现高分辨率、大屏幕投影，已经成为人们亟需解决 的问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种阵列式激光扫描微型投影装置，利用现有技术水平的 微型扫描投影器件，实现高分辨率、大屏幕投影。为实现上述目的，本发明采用技术方案是它包括视频分割模块、视频转换模块、 激光光源模块、激光驱动调制模块、模拟微镜模块、微扫描镜控制模块和屏幕，视频分割模 块输出端与视频转换模块输入端连接，视频转换模块输出端分别与激光驱动调制模块和微 扫描镜控制模块的输入端连接，激光驱动调制模块的输出端与激光器电源模块的输入端连 接，微扫描镜控制模块的输出端与模拟微扫描镜的输入端连接，激光光源模块发出的激光 投射在MEMS微扫描镜的可动反射镜面上，经可动反射镜面反射后，投射在屏幕上；
所述的视频分割模块用于将源图像分割成2 个小视频或图像，所述的小视频或 小图像所对应的是位于原图像第1、2、3、4象限的图像；所述的视频转换模块用于接收被分割的小视频或小图像，并把接收到的小视频或 小图像转换成激光器驱动调制电路和微扫描镜控制电路能够识别和控制的视频信号；它由 四个视频转换电路构成，每个视频转换电路负责接收一个象限的小视频或小图像的视频信 号，并同时传送该视频信号给激光驱动调制模块和微扫描镜控制模块。所述的激光驱动调制模块用于接受来自视频转换模块输出的视频信号，用来控制 激光光源模块中的激光器；它由四个激光驱动调制电路，分别与视频转换模块中的四个视 频转换电路相对应，每个激光驱动调制电路只负责接收与它对应的视频转换电路发来的视 频信号；所述激光光源模块根据激光驱动调制模块的驱动控制信号完成激光投射工作，它 是由四个呈2 阵列方式排列的激光器组成，每个激光器与所述的激光驱动调制电路一一 对应，只根据相应激光驱动调制电路的驱动控制信号来完成激光投射工作；所述的微扫描镜控制模块用于接收来自视频转换模块发来的视频信号，并根据得 到视频信号控制微扫描镜模块进行扫描工作；它是由四个微扫描镜控制电路构成，与所述 的视频转换电路一一对应；所述的模拟微镜模块根据微扫描镜控制模块的控制命令实现行扫描和场扫描，它 由四个呈2*2阵列方式排列的单片MEMS微扫描镜组成；每个单片MEMS微扫描镜对应一个 微扫描镜控制电路，用于完成所对应象限图像或视频的扫描。本发明的工作原理是这样的图像分割模块将一副图像分割成位于四个象限的小 图像，每个象限的图像都分别对应一组独立的微型扫描设备，每组独立的微型扫描设备完 成各自的扫描工作，最后将图像投影在一块大的屏幕上；我们以一个1920χ1080@60Ηζ的视 频为例做具体阐述，对于一个1920χ1080@60Ηζ的视频，首先会被图像分割模块分割成4个 960x540i60Hz的小视频，这是四个小视频分别位于图像的第1、2、3、4象限，每个象限的小 视频的分辨率和刷新率是这样的每个小视频均有540条水平扫描线，每条水平扫描线包 含960个点，因此每个小视频的激光调制频率为M0x960x60 = 31. 104MHz ；对于每个单片 MEMS微扫描镜来说，其行扫描的扫描频率只需为M0x60 = 32. 4KHz的锯齿波，其场的扫描 频率为60Hz的锯齿波。从上述数据可知，相对于每个小视频来说，现有技术的微型激光扫 描器件足以满足投影需求。因此即使在空间距离很近的情况下，采用本发明所述的微型激 光扫描投影设备，也可以实现高分辨率、大屏幕的投影效果。由于本发明的模拟微镜模块 中，每两个单片MEMS微扫描镜之间的间隙很小，投射在屏幕上时，四个象限图像之间的实 际间隙小于1mm，因此可忽略不计，不影响成像效果。整机工作起来实际就像四台独立但同 步工作的小投影仪。本发明由于采用了上述技术方案，具有如下优点1、利用现有技术水平的微型扫描投影器件和激光器，实现了高分辨率、大屏幕投 影；2、降低了对现有技术水平的微型扫描投影器件和激光器的性能要求；3、结构简单、操作简便，易于实现。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明在锯齿波驱动波形下进行扫描的示意图；图3为本发明采用的锯齿波波形图；图4为本发明在三角波驱动波形下进行扫描的示意图；图5为本发明所采用的三角波波形图；图6为本发明的结构框具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明如图1-6所示，它包括视频分割 模块1、视频转换模块2、激光光源模块3、激光驱动调制模块4、模拟微镜模块6、微扫描镜控 制模块5和屏幕7，视频分割模块1输出端与视频转换模块2输入端连接，视频转换模块2 输出端分别与激光驱动调制模块4和微扫描镜控制模块5的输入端连接，激光驱动调制模 块4的输出端与激光器电源模块3的输入端连接，微扫描镜控制模块5的输出端与模拟微 扫描镜6的输入端连接，激光光源模块3发出的激光投射在MEMS微扫描镜9的可动反射镜 面上，经可动反射镜面反射后，投射在屏幕上；所述的视频分割模块1用于将源图像分割成2 个小视频或图像，所述的小视频 或小图像所对应的是位于原图像第1、2、3、4象限的图像；所述的视频转换模块2用于接收被分割的小视频或小图像，并把接收到的小视频 或小图像转换成激光器驱动调制电路和微扫描镜控制电路能够识别和控制的视频信号；它 由四个视频转换电路构成，每个视频转换电路负责接收一个象限的小视频或小图像的视频 信号，并同时传送该视频信号给激光驱动调制模块4和微扫描镜控制模块5。所述的激光驱动调制模块4用于接受来自视频转换模块输出的视频信号，用来控 制激光光源模块中的激光器；它由四个激光驱动调制电路，分别与视频转换模块中的四个 视频转换电路相对应，每个激光驱动调制电路只负责接收与它对应的视频转换电路发来的 视频信号；所述激光光源模块3根据激光驱动调制模块4的驱动控制信号完成激光投射工 作，它是由四个呈2 阵列方式排列的激光器8组成，每个激光器8与所述的激光驱动调制 电路一一对应，只根据相应激光驱动调制电路的驱动控制信号来完成激光投射工作；所述的微扫描镜控制模块5用于接收来自视频转换模块发来的视频信号，并根据 得到视频信号控制微扫描镜模块进行扫描工作；它是由四个微扫描镜控制电路构成，与所 述的视频转换电路一一对应；所述的模拟微镜模块6根据微扫描镜控制模块的控制命令实现行扫描和场扫描， 它由四个呈2 阵列方式排列的单片MEMS微扫描镜组成；每个单片MEMS微扫描镜9对应 一个微扫描镜控制电路，用于完成所对应象限图像或视频的扫描。本发明的工作原理是这样的图像分割模块1将一副图像分割成位于四个象限的 小图像，每个象限的图像都分别对应一组独立的微型扫描设备，每组独立的微型扫描设备 完成各自的扫描工作，最后将图像投影在一块大的屏幕上；我们以一个1920χ1080@60Ηζ的 视频为例做具体阐述，对于一个1920χ1080@60Ηζ的视频，首先会被图像分割模块分割成4个960妨40@60Hz的小视频，这是四个小视频分别位于图像的第1、2、3、4象限，每个象限的 小视频的分辨率和刷新率是这样的每个小视频均有540条水平扫描线，每条水平扫描线 包含960个点，因此每个小视频的激光调制频率为M0x960x60 = 31. 104MHz ；对于每个单 片MEMS微扫描镜来说，其行扫描的扫描频率只需为M0x60 = 32. 4KHz的锯齿波，其场的扫 描频率为60Hz的锯齿波。从上述数据可知，相对于每个小视频来说，现有技术的微型激光 扫描器件足以满足投影需求。因此即使在空间距离很近的情况下，采用本发明所述的微型 激光扫描投影设备，也可以实现高分辨率、大屏幕的投影效果。由于本发明的模拟微镜模块 中，每两个单片MEMS微扫描镜之间的间隙很小，投射在屏幕上时，四个象限图像之间的实 际间隙小于1mm，因此可忽略不计，不影响成像效果。整机工作起来实际就像四台独立但同 步工作的小投影仪。本发明所述的单片MEMS微扫描镜设置有一个水平轴和一个竖直轴，微扫描镜控 制电路控制MEMS微扫描镜上的可动反射镜面绕水平轴和竖直轴进行偏转，当可动反射镜 面绕水平轴偏转时，实现行扫描，当可动反射镜面绕竖直轴偏转时，实现场扫描。本发明所述的可动反射镜面的机械偏转角度为(0-4 度。本发明所述的模拟微镜模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角大于0 度且小于90度。本发明所述的模拟微镜模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角为35 度~55度。本发明所述的模拟微镜模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角为40 度-50度。本发明所述的模拟微镜模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角为45 度。模拟微镜模块的中心线与激光光源模块的中心线成45°夹角。激光光源模块发出的激 光投射在模拟微镜模块的可动反射镜上，被反射90°后投射在屏幕上。本发明所述的微扫描镜控制电路内的驱动波为锯齿波或三角波。模拟微镜模块6由4片双轴(水平轴和竖直轴)MEMS微扫描镜9组成2X2阵列， 其中每片双轴MEMS微扫描镜只完成单个象限扫描，四片双轴MEMS微扫描镜分别完成四个 象限的扫描。通过组合，2X2阵列式模拟微镜模块即可完成单片双轴微扫描镜同样可以完成 的四象限扫描，但其扫描角度和范围却是单片双轴MEMS微扫描镜的4倍多。每个激光器包括红、绿、蓝三色激光器和用于完成光束准直聚焦和合束的光学元 件。本发明所述的微型阵列式激光扫描投影装置的单片MEMS微扫描镜设置有一个水 平轴和一个竖直轴，微扫描镜控制模块控制MEMS微扫描镜上的可动反射镜面绕水平轴和 竖直轴进行偏转，当可动反射镜面绕水平轴偏转时，实现行扫描，当可动反射镜面绕竖直轴 偏转时，进行场扫描；所述的可动反射镜面的机械偏转角度为0度至45度。如图3所示微扫描镜控制模块中的微扫描镜控制模块采用锯齿波波形来驱动 MEMS微扫描镜的水平轴和竖直轴，其中X通道为行扫描通道，即驱动水平轴偏转，使单片 MEMS微扫描镜完成水平行扫描，Y通道为场扫描通道，即驱动竖直轴偏转，使单片MEMS微 扫描镜完成场扫描。以扫描第二象限的MEMS微扫描镜的锯齿波驱动波形为例，无驱动信号 时，MEMS微扫描镜的投射点位于屏幕的坐标原点位置。施加驱动信号后，负责扫描第二象限的MEMS微扫描镜的投射光首先位于每个象限的左上方，并随着MEMS微扫描镜的可动反 射面的偏转逐渐向屏幕的右上方扫描，当完成一行水平扫描时，单片MEMS微扫描镜的投射 点会快速回到屏幕的左侧，并在Y通道驱动信号的作用下，下移一段位置，作为下一条水平 扫描线的起始点，如此反复，直至该象限的图像扫描完毕。如图4-5所示，MEMS微扫描镜采用三角波扫描示意图；其中图5为单片MEMS微扫 描镜的三角波驱动波形，其中X通道为行扫描通道，Y通道为场扫描通道。我们以负责扫描 第II象限的MEMS微扫描镜为例进行阐述，无驱动信号时，MEMS微扫描镜的投射光指向屏幕 的坐标原点位置。施加驱动信号后，微扫描镜首先指向屏幕的第二象限的左上方，从左至右 完成第一行的水平扫描；完成一条水平扫描线后，在场扫描信号的驱动下，微扫描镜的可动 反射镜面绕竖直轴偏转，使得投射在屏幕上的光点下移一个位置，作为下一行的扫描起点， 此时MEMS勻速反向进行第二行像素点的水平扫描(即从右向左)，当微扫描镜完成第二条 扫描线，并回到屏幕左侧时，开始第三行的正向扫描(从左至右)。如此周而复始。这样，在 三角波驱动下MEMS微扫描镜的行扫描频率降低一半。本发明的视频分割模块即可采用软件来实现，也可采用硬件来实现，已属于现有 技术，故本发明再此不再累述。
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权利要求
1.一种微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于它包括视频分割模块、视频转换 模块、激光光源模块、激光驱动调制模块、模拟微镜模块、微扫描镜控制模块和屏幕，视频分 割模块输出端与视频转换模块输入端连接，视频转换模块输出端分别与激光驱动调制模块 和微扫描镜控制模块的输入端连接，激光驱动调制模块的输出端与激光器电源模块的输入 端连接，微扫描镜控制模块的输出端与模拟微扫描镜的输入端连接，激光光源模块发出的 激光投射在MEMS微扫描镜的可动反射镜面上，经可动反射镜面反射后，投射在屏幕上；所述的视频分割模块用于将源图像分割成2 个小视频或图像，所述的小视频或小图 像所对应的是位于原图像第1、2、3、4象限的图像；所述的视频转换模块用于接收被分割的小视频或小图像，并把接收到的小视频或小图 像转换成激光器驱动调制电路和微扫描镜控制电路能够识别和控制的视频信号；它由四个 视频转换电路构成，每个视频转换电路负责接收一个象限的小视频或小图像的视频信号， 并同时传送该视频信号给激光驱动调制模块和微扫描镜控制模块。所述的激光驱动调制模块用于接受来自视频转换模块输出的视频信号，用来控制激光 光源模块中的激光器；它由四个激光驱动调制电路，分别与视频转换模块中的四个视频转 换电路相对应，每个激光驱动调制电路只负责接收与它对应的视频转换电路发来的视频信 号；所述激光光源模块根据激光驱动调制模块的驱动控制信号完成激光投射工作，它是 由四个呈2 阵列方式排列的激光器组成，每个激光器与所述的激光驱动调制电路一一对 应，只根据相应激光驱动调制电路的驱动控制信号来完成激光投射工作；所述的微扫描镜控制模块用于接收来自视频转换模块发来的视频信号，并根据得到视 频信号控制微扫描镜模块进行扫描工作；它是由四个微扫描镜控制电路构成，与所述的视 频转换电路一一对应；所述的模拟微镜模块根据微扫描镜控制模块的控制命令实现行扫描和场扫描，它由四 个呈2 阵列方式排列的单片MEMS微扫描镜组成；每个单片MEMS微扫描镜对应一个微扫 描镜控制电路，用于完成所对应象限图像或视频的扫描。
2.如权利要求1所述的微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于所述的单片MEMS 微扫描镜设置有一个水平轴和一个竖直轴，微扫描镜控制电路控制MEMS微扫描镜上的可 动反射镜面绕水平轴和竖直轴进行偏转，当可动反射镜面绕水平轴偏转时，实现行扫描，当 可动反射镜面绕竖直轴偏转时，实现场扫描。
3.如权利要求2所述的微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在所述的可动反射镜 面的机械偏转角度为(0-4 度。
4.如权利要求1、2或3所述的任一微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于所述 的模拟微镜模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角大于0度且小于90度。
5.如权利要求4所述的微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于所述的模拟微镜 模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角为35度至55度。
6.如权利要求4所述的微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于所述的模拟微镜 模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角为40度-50度。
7.如权利要求4所述的微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于所述的模拟微镜 模块的中心线与激光光源模块的中心线之间的夹角为45度。
8.如权利要求1、2或3所述的微型阵列式激光扫描投影装置，其特征在于所述的微 扫描镜控制电路内的驱动波为锯齿波或三角波。
全文摘要
一种微型阵列式激光扫描投影装置，它包括视频分割模块、视频转换模块、激光光源模块、激光驱动调制模块、模拟微镜模块、微扫描镜控制模块和屏幕，视频分割模块输出端与视频转换模块输入端连接，视频转换模块输出端分别与激光驱动调制模块和微扫描镜控制模块的输入端连接，激光驱动调制模块的输出端与激光器电源模块的输入端连接，微扫描镜控制模块的输出端与模拟微扫描镜的输入端连接，激光光源模块发出的激光投射在MEMS微扫描镜的可动反射镜面上，经可动反射镜面反射后，投射在屏幕上；本发明结构简单，操作简便，巧妙地利用了现有技术水平的微型扫描投影器件，实现了对高清节目进行高分辨率、大屏幕投影效果。
文档编号G03B21/00GK102117001SQ201010529028
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者徐英舜 申请人:徐英舜