专利名称：一种激光投影显示系统的制作方法
技术领域：
一种激光投影显示系统
技术领域：
本实用新型属于激光显示技术领域，具体涉及一种带有光纤显示屏的激光投影显 示系统。
背景技术：
传统投影显示设备普遍使用的是金属卤素灯、UHE灯泡、UHP灯泡等光源。这些光 源由于其固有的发光机理，其寿命通常只有几千小时，辐射光谱中含有紫外UV和红外IR 光，因此需要紫外和红外滤光片，增加光路系统设计的复杂性。近年来采用LED光源替代传 统灯泡光源，用于投影显示系统，具有使用寿命长、体积小，响应速度快，无紫外或红外辐射 等优点。然而，由于其属于朗伯发光光源，在高亮度、大屏幕显示方面显得不足，大大影响了 LED在投影显示技术上的应用空间。采用激光作为投影系统的光源相对于其他光源具有很多优势激光单色性好，为 线光谱，具有很高的饱和度，其色域覆盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90%以上，即 NTSC标准的2倍以上，突破现有显示技术色域空间的不足，实现更加真实的色彩还原。由于 激光光线的波长是固定的，因而看上去更舒服，没有那种灯泡刺眼的不舒服感觉。更重要的 是，没有传统光源的紫外线，使得眼睛看画面的时候很放松。同时激光的电光转换效率高， 方向性好，易于实现高亮度投影显示。激光器出射光束通常为线偏振光，对于基于LOCS或 者LCD光调制器的投影系统来说，偏振光源将减少偏振片数量的使用，增加光透过率，减小 光路系统设计的复杂性，提高激光显示的亮度。此外，激光显示技术还具有对比度高、寿命 长、环保、节能等优点，必将成为下一代显示即全色显示时代的主流显示技术之一。由于激光的相干特性使得当一束激光照射到具有漫射特性的粗糙表面上时，屏幕 显示中出现了斑点，即激光散斑，这大大影响了活动影像再现的清晰度，要解决这个问题， 使得光学和屏幕系统变得复杂。要消除激光散斑，其本质是降低激光的空间和时间相干性。 目前较常用的方法是采用空间位相调制技术来降低激光的相干性，通过周期性振动激光传 输路径中的元器件或显示屏幕，利用时间上的平均效应，降低激光散斑效应，提高图像的清 晰度。申请号为200510115472. 2，名称为“消除激光散斑的照明系统以及使用该照明系统的 投影系统”的中国专利采用衍射光学元件，用于将从激光源发出的激光束分为多个子光束， 并且周期性地运动，以将激光束的散斑时间平均。申请号为200820108219. 3，名称为“一种 消相干装置”的中国专利通过振动装置带动激光投影装置发生振动，使得投影屏幕上所产 生的图像快速变化，利用视觉停留达到减少散斑的目的。申请号为200910110896. 8，名称 为“一种消除激光散斑的光学结构”的中国专利采用电压调制信号控制PZT调制元件，通过 PZT元件的变化来快速移动微透镜，使通过微透镜后进入多模光纤的光纤的入射角快速发 生变化，从而使出射激光产生偏振及位相的无序，来降低光源的相干性，达到较少散斑的目 的。现有技术中采用扩展激光频谱来降低激光的相干性的技术较为复杂，更多的是利用位 相调制元件来降低激光的相干性，这就降低了系统的可靠性和使用寿命，增加了系统噪音。现在市场上对大屏幕显示器的需求日益增加，采用LED作为像素点拼接而成的大
3尺寸显示屏幕已被广泛应用于各类户内外公共场所，如广场、商场、运动场等。但现有的LED 类显示屏在结构设计上还有待进一步完善，如生产成本高、能耗大、保养维修困难等。此外， 大屏幕LED显示屏在色域空间上仍然无法完全真实还原自然空间的颜色。光纤显示屏作为 一种大屏幕显示技术，以投影机提供影像，将影像投射到光纤的入射端面，经由光纤传导至 大面积的出射端面，每一根光纤的端面相当于一个像素点。此类显示器的亮度取决于投影 机的亮度，不存在像LED显示屏长时间使用会引起老化，产生亮度降低或不均勻的问题，并 且光纤显示屏使用方式灵活，与激光投影技术结合使用，增加显示屏的亮度、饱和度、对比 度和色彩还原能力，具有更为广阔的应用前景。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种激光投影显示系统，能较好地降低激光的相干性， 减少激光显示中的散斑效应。本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种激光投影显示系统， 包括作为投影光源的激光器；对所述激光器发出光束进行扩束的扩束系统；对所述准直扩束系统的出射光束进行整形和均勻化的光束整形、勻化器件；用于加载图像源的空间光调制器；对所述空间光调制器出射光束进行聚焦成像的投影透镜；带有输入端和输出端的用于显示所述图像源的光纤显示屏。所述的激光器可以是单色或者三色的复合光源。光束整形、勻化系统的优选方案采用一对平凸柱面透镜光栅，通过将两片柱面透 镜光栅放置于垂直光轴的平面内，使它们的柱面透镜单元正交取向，两平面相对胶合在一 起，形成双凸形微透镜阵列。现有技术中通常采用双排复眼透镜阵列应用于照明系统中， 这种复眼透镜阵列结构复杂、成本较高。此外在传统的投影系统中，采用双排独立的复眼透 镜，占据较大的空间，而且要求前后复眼透镜成对应关系，对安装技术要求较高。本实用新型将两者合二为一，简化了结构，减少了零部件数量，降低了对安装技术 的要求。所述的空间调制器可以是LCD、LC0S或者DMD。所述光纤显示屏的输入端由多模光纤束紧密排列成光纤阵列，每根光纤的端面即 对应一像素点，输出端按显示比例被固定在一透明基板的一侧。多模光纤阵列对投射到其 输入端面上的激光束进行均勻分割，每一像素点的光纤经由唯一对应的多模光纤传输至输 出端面构成整体图像，降低了激光的相干性，从而减小了激光散斑效应。本实用新型的原理在于所述激光器发出的光束经所述扩束系统扩束后，由所述 光束整形、勻化系统对激光束进行均勻化和整形，照射到所述空间光调制器，显示图像源加 载在所述空间光调制器上，由所述投影透镜投射到所述光纤显示屏的输入端，通过光耦合 效应，由多模光纤束均勻分割成若干个像素并传输至所述光纤显示屏输出端显示。由于本 专利采用激光投影技术与光纤显示屏相结合的方式来减少激光显示中的散斑效应。通过多 模光纤阵列传输和显示激光图像，在输入端对激光束进行分割；又由于进入每一根光纤的子光束又由于入射角的不同，在光纤内经过不同的光程，降低了出射端激光的相干性，减小 了散斑效应。同时，本专利还利用光纤端面直接作为显示的像素点，避免了照射到漫反射表 面所产生的二次散斑效应。 本实用新型的优点在于本实用新型结构简单，易于实现，此外由于光纤的柔韧 性，使本实用新型能够实现大屏幕超薄显示。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。图1为本实用新型整形勻化器件俯视图；图2光纤显示屏输出端面示意图图3是本实用新型结构示意图。
具体实施方式参见附图3，一种激光投影显示系统，包括作为投影光源的激光器1 ；对激光器1 发出光束进行扩束的扩束系统2 ；加载影像的空间光调制器4 ；对照射到空间光调制器3上 的光线进行均勻化和整形的光束整形、勻化器件3 ；用于对所述空间光调制器4的出射光束 进行聚焦成像的投影透镜5 ；带有输入端和输出端的用于显示所述影像的光纤显示屏6。光束整形、勻化器件3如图1所示，由一对柱面透镜光栅正交放置胶合而成。实施 时，可将两块柱面透镜光栅裁剪成正方形，使其两平面相对放置，并且它们的柱面透镜单元 取向正交排列。所形成的网格单元可看成nXn的双凸形二维透镜阵列，实现对激光光束进 行变换整形及光束的均勻化分布。从图3中可以看出，光纤显示屏6的输入端由多模光纤束紧密排列成光纤阵列，每 根光纤的端面即对应一像素点，所述多模光纤阵列的行列间距根据图像放大倍数及所使用 的光纤数量决定。输出端按显示比例被固定在一透明基板的一侧，图2为所述光纤显示屏 6的显示端面。本实用新型所述的激光投影显示系统的实施如图3所示。原始激光器1发出的激 光束一般为圆形或者椭圆形光斑，且光强分布不均勻，通常为高斯分布。经扩束系统2扩束 后，入射到正交光栅阵列3变换成强度均勻分布的矩形光束，照射到矩形的空间调制器4 ； 将图像加载在空间调制器4上，再由投影透镜5投射到光纤显示屏6的入射端，再经多模光 纤阵列传输至出射端显示。所述多模光纤阵列对投射到其输入端面上的激光束进行分割， 每一像素点的光纤经由不同的多模光纤传输至输出端面，降低了激光的相干性，减小了激 光散斑效应。上面所述的实施方案为单片的激光投影照明系统，在三片的激光投影系统中，红、 绿、蓝三基色激光器分别通过正交光栅对，投射到三片光调制器上，经合色装置合色后，形 成投影像源，由投影透镜投射到光纤显示屏上。所述多模光纤可以是石英光纤或塑料光纤； 采用塑料光纤时，利用其柔韧性好的优点，可实现超薄大屏幕、高亮度、高清晰度显示，应用 在广场、商店、车站、码头等公共场所。需要说明的是，图1中的光束整形、勻化系统3只是为了完成对照射到所述空间光 调制器上的光线进行均勻化和整形的目的。本领域技术人员可以对其进行修改，只要能够完成进行均勻化和整形即可，例如还可以采用整形器和衍射光学元件的组合。 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修 改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求一种激光投影显示系统，包括作为投影光源的激光器，对所述激光器发出光束进行准直和扩束的准直扩束系统，对所述准直扩束系统出射光束进行整形和均匀化的光束整形、匀化器件，用于加载图像源的空间光调制器，对所述空间光调制器的出射光束进行聚焦成像的投影透镜，其特征在于所述激光投影显示系统还包括一个带有输入端和输出端的用于显示所述图像源的光纤显示屏。
2.根据权利要求1所述的一种的激光投影显示系统，其特征在于所述光纤显示屏的 输入端由多模光纤束密集排列而成；所述输出端按显示比例被固定在一透明基板的一侧， 所述输出端上的每个像素点均与所述输入端光纤一一对应，每一根所述光纤的端面即为一 个像素点。
3.根据权利要求2所述的一种激光投影显示系统，其特征在于所述多模光纤是石英 光纤或塑料光纤。
4.根据权利要求1所述的一种激光投影显示系统，其特征在于所述光束整形、勻化器 件是由两块平凸型柱透镜光栅单元正交放置，两柱面透镜光栅平面部分相对，胶合在一起 形成的双凸型微透镜阵列。
5.根据权利要求1所述的一种激光投影显示系统，其特征在于所述的空间调制器包 括 LCD、LCOS 或 DMD。
6.根据权利要求1所述的一种激光投影显示系统，其特征在于所述激光器是单色或 三色的复合光源。
专利摘要本实用新型涉及一种激光投影显示系统，其原理是激光光源经扩束系统扩束，再由整形及匀化器件对光束进行变换后，照射到加载图像源的空间光调制器上，由投影透镜投射到光纤显示屏的输入端面。光纤显示屏的输入端由阵列多模光纤束紧密排列，一根光纤的端面即为一像素点，输出端按显示比例被固定在一透明基板的一侧。多模光纤阵列对投射到其输入端面上的激光束进行分割，每一像素点的光纤经由不同的多模光纤传输至输出端面，降低了激光的相干性。该系统集光纤传输和光纤显示为一体，既能起到减小激光散斑的作用，提高了图像的清晰度，同时又能实现大屏幕显示，具有系统结构简单、寿命长、显示色彩鲜艳、高亮度及高对比度等优点。
文档编号G02B6/06GK201622390SQ201020062548
公开日2010年11月3日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者吴华夏, 张涛, 李园, 董戴, 郑荣升 申请人:安徽华东光电技术研究所