激光全彩色显示系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光全彩色显示系统，该显示系统包括：信号处理单元，将信号源分解成RGB三路色彩基色信号；信号调整和控制单元，用于接收RGB三路色彩基色信号并且输出彩色激光信号；光路聚焦单元，用于对所述信号调整和控制单元所输出的彩色激光信号进行聚焦，并且投射到压电镜上；以及压电镜，用于将经聚焦的彩色激光信号扫描在显示屏幕上，以生成图像。本实用新型采用全彩色激光扫描直接生成图像，能够适应任何尺寸、各种清晰度、以及前投影和背投影的显示屏幕。
【专利说明】激光全彩色显示系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信息显示技术，尤其涉及激光显示技术。
【背景技术】
[0002]信息的显示技术是信息社会的重要组成部分，显示技术将信息以视觉形式传达给人类，在传播信息的同时，也带给人类视觉上的享受。
[0003]当前，对于各类图像显示设备，需要液晶、数字微镜(DMD)、硅基液晶显示(LCOS)等图像生成器做中间载体和相关控制电路，而这些传统的图像生成设备成本占整个显示系统成本的主要部分。随着高清、超高清技术标准的推出，它们技术的复杂性，加工难度呈几何级数增长，以致达到当今技术的极限。
[0004]目前许多使用把激光当作UHP高压灯，发光二极管等普通散光光源来用，则根本没有发挥全彩激光的特点，这类显示设备只能称为“激光做光源的投影机”。而不是真正意义上的新型激光显示器。
实用新型内容
[0005]针对现有技术的上述不足，本实用新型提出了一种激光全彩色显示系统及其方法。该技术能够适应任何尺寸、各种清晰度、以及前投影和背投影的显示屏幕。
[0006]该显示系统包括:信号处理单元，将信号源分解成RGB三路色彩基色信号；信号调整和控制单元，用于接收RGB三路色彩基色信号并且输出彩色激光信号；光路聚焦单元，用于对所述信号调整和控制单元所输出的彩色激光信号进行聚焦，并且投射到压电镜上；以及压电镜，用于将经聚焦的彩色激光信号扫描在显示屏幕上，以生成图像。
[0007]根据本实用新型的一个较佳实施例，采用开放式扫描成像与封闭式扫描成像相结合的方式，将所述经聚焦的彩色激光投影到所述显示屏幕上。
[0008]根据本实用新型的一个较佳实施例，在上述显示系统中，所述压电镜包括两个压电片，以分别实现水平振动和垂直振动。
[0009]根据本实用新型的一个较佳实施例，在上述显示系统中，通过由显示系统外部输入同步信号，以闭环方式控制所述压电镜的振动。也可以通过显示系统自带的信号发生器，以开环方式控制所述压电镜的振动。
[0010]根据本实用新型的一个较佳实施例，所述显示系统适用于前投影的显示屏幕以及背投影的显示屏幕。
[0011]根据本实用新型的一个较佳实施例，在上述显示系统中，所述压电片是压电陶瓷曰曰曰/T O
[0012]本实用新型的通过采用全彩色激光扫描直接生成图像，能够适应任何尺寸、各种清晰度、以及前投影和背投影的显示屏幕。本实用新型可广泛用于家庭影院、数字影院、超大屏幕投影、公众信息大屏幕，也可用于展览会馆、中心城市和大型广场。本实用新型还能够方便实现手机、电脑、电视和电影等显示需求，完成视频、动画、图形以及文字的扫描显示功能。另外，本实用新型由于使用激光束扫描成像，从而省去大量的半导体生产流程，能够以简便的方式来制造，从而节省材料并简化工艺，使产品制造过程更加环保和可靠。
[0013]应当理解，本实用新型以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本实用新型提供进一步的解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中:
[0015]图1是根据本实用新型的一前投型显示系统的示意图。
[0016]图2是根据本实用新型的一背投型显示系统的示意图。
[0017]图3是根据本实用新型的压电镜的视图。
【具体实施方式】
[0018]现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。
[0019]图1是根据本实用新型的一前投型显示系统的示意图。如图1所示，本实用新型的激光全彩色显示系统100主要包括:信号缓存单元101、信号处理单元103、RGB激光器、聚焦透镜107、信号调整与控制单元109、光路聚焦单元111、压电镜113、以及显示屏幕115。
[0020]在图1所示的实施例中，由外部输入信号源。例如，该信号源可以是数字可视接口(DVI)/串行数字接口(SDI)视频信号，也可以是图像信号、文本信号等等。信号源DIV/SDI可以通过信号缓存单元101进行缓存，信号缓存单元101与信号处理单元103耦合，以将经缓存的信号提供给信号处理单元103以供处理。例如，经过一帧图像的缓存，然后通过数字解码电路，将复合信号分解为R、G、B三路彩色基色信号，分别送入固态激光激励器中。随后，可以通过聚焦透镜107来对光束进行聚焦。经聚焦的光束输入到信号调整与控制单元109，信号调整和控制单元109可以使用光信号参数表来对光束进行调整和控制，以便输出合意的彩色激光信号。传统方式只能对三原色进行控制，而本实用新型采用脉宽调制实现对各种自然色彩的控制。之后，彩色激光信号可通过光路聚焦单元111进行聚焦，并且被投射到压电镜113上。压电镜113能够将经聚焦的彩色激光信号扫描在显示屏幕上，以生成图像。用于前投型显示系统的显示屏幕115可以例如是超薄玻璃屏幕。
[0021]本实用新型通过由全彩激光束扫描直接生成影视图像:利用对眼睛安全的激光光谱单一性所产生的极细激光束，经过光路聚焦，投射到压电镜扫描在屏幕上，直接生成图像。不需要液晶、数字微镜(DMD)、硅基液晶显示(LCOS)等图像生成器做中间载体和相关控制电路。此外，由于激光束极细，仅约Imm的直径，必须扩光几百倍，才能覆盖整个0.7英寸的窗口。而且激光的色彩比UHP，LED等更为丰富绚丽，更节电，却不必付出更高成本的代价。由于使用激光束扫描成像，显示屏可以是普通玻璃或塑料材料，省去大量的半导体生产流程。
[0022]图2根据本实用新型的一背投型显示系统的示意图。如图2中所示，类似于图1的前投型显示系统，该背投型显示系统包括信号源、信号存储单元201、信号处理单元203、光路聚焦单元211、压电镜213以及显示屏幕215。类似于图1中对各个元件的描述，此处对图2的元件不再赘述。不同的是，用于背投型显示系统可以是高透光率显示屏。
[0023]当今，采用诸如液晶、DMD、LCOS等中间载体和控制电路来实现尺寸在100英寸以上的大屏幕有一定的困难，尤其对于背投型显示更为困难。而本实用新型的全彩色激光显示技术能够很好地适用于大尺寸、背投型显示屏幕。
[0024]图3示出了根据本实用新型的压电镜的视图。
[0025]对于压电镜， 申请人:注意到压电镜由于其晶格特性，通常只能膨胀产生向上位移，但无法收缩。此外，传统技术中容易发生晃动。鉴于此，本实用新型采用了水平方向上振动与垂直方向上的振动分开的方式，解决了传统技术中的不足。
[0026]具体而言，在图3中，优选使用两个压电片(例如，该压电片可以是压电陶瓷晶片)来完成Χ，γ轴的振动，从而解决大角度(例如，±35° )偏振问题。如右上部分所示，光线可以从上部的激光孔射入，经过垂直和水平偏振后，如箭头所示射出。例如，宝石轴承的外直径(水平方向)可以是3_，而宝石轴承的外直径(垂直方向)可以是1mm。
[0027]作为示例，对于压电陶瓷振动的控制方式可以有两种:1、由外部输入同步信号，强制信号发生器同步，形成闭环控制。2、也可以利用自带的信号发生器产生振荡信号，形成开环系统，自身信号发生器带宽(典型值)=ImHz至10MHz，可变，I μ Hz分辨率；无谐波杂散信号(典型值)，标配:〈-75dBc，2MHz以上时每10倍频率增加+20dB相位噪声(SSB)(典型值)lkHz偏置:标配_105dBc/Hz，1kHz偏置:标配_115dBc/Hz，10kHz偏置:标配-125dBc/Hz ;波形长度:8点至56K点，按I个采样点递增，电压分辨率:16位；带宽(_3dB，额定值):滤波器关闭:40MHz ;“标准”滤波器启用:0.27χ(采样率)；“步进”滤波器启用:0.13x(采样率)上升时间和下降时间:0.35/带宽(最小1ns)，“标准”或“步进”滤波器启用稳定时间(额定值):〈200ns至最终值的0.5%。
[0028]出于方便说明的目的，图1-3中示出的元件仅作为例示而不作为限制。本领域技术人员应当理解，可以采用更多或更少的元件来实现。本实用新型并不限于附图中所示出的特定元件以及特定方式。
[0029]本实用新型充分利用激光所具有的特性，以极细的彩色激光束直接扫描生成图像，如同电视显像管用电子扫描在荧光屏上显示图像一样，而这是UHP高压灯，LED 二极管等任何光源都无法做到的。
[0030]根据压电材料的反压电原理，给压电材料加上正向电压时，压电材料在极化方向上产生正向力；给压电材料加上反向电压时，压电材料在极化方向上产生反向力，两个相反力的作用使压电材料产生机械扩张，压缩变形，成为跷跷板，实现电——机械运动的转换，完成对压电镜芯片的扫描控制。在体积方面，由于激光光束极细，该压电镜的面积可以缩小在Ic In2以内，厚度薄到仅几个毫米，完全不需要微电机驱动，无机械旋转运动，在压电镜芯片的弹性范围内工作，寿命极长，并且无噪音无磨损无发热，非常绿色环保。成本方面，由于液晶，DMD, LCOS芯片的成本和加工难度与其像素的多少直接相关，以η个像素的成本为N计算，只有一片的压电镜芯片的成本只有它们的N分之一。故此,压电镜的制造成本远远低于液晶DMD，LCOS的成本。
[0031 ] 与3IXD —样，采用微小光学棱镜实现RGB三色激光的汇聚。将红绿蓝三色激光汇聚成为一束，投射到压电镜芯片上。由于激光束的直径极小，约1_。若以激光束的直径1_来计算，棱镜的体积可以小于4X 4X 4 (mm)以内，三色激光汇聚棱镜体积仅为3片液晶聚会棱镜的几百万分之一。
[0032]高清和超高清制式出现:随着显示图像越来越向数字高分辨率，高色域发展，新的高清标准不断提出，使液晶、DLP、LC0S芯片的制造难度越来越大，另外大屏幕和超大屏幕的需求也使成本越来越高，而本实用新型采用的激光扫描直接生成图像的激光投影方式不会造成大的影响，而且由于本实用新型的激光投影是一种开放式扫描成像与封闭式扫描成像相结合的混合方式，在小屏幕时采用封闭式扫描成像，在大屏幕时则可采用开放式扫描成像模式，所以，本实用新型的全彩激光扫描直接成像的显示系统将不会受到高清制式发展和尺寸大的影响。
[0033]本实用新型能够适应于各种类型、各种尺寸、各种清晰度的显示屏幕。此外，本实用新型无需使用液晶、数字微镜(DMD)、硅基液晶显示(LCOS)等图像生成器做中间载体和相关控制电路，简化了整体方案及结构，大幅度降低成本。
[0034]作为一种新型显示系统，其具备以前各类显示器件不具有的灵活性，从理论上说，可以按照使用要求生产出任何尺寸，以及前投影和背投影均可的显示屏幕。更重要的是，可以简单实现各种清晰度的显示，如小到手机屏显、标清，大到2K、4K甚至8Κ数字电视或数字电影等等，可以方便实现手机、电脑、电视和电影等显示需求，完成视频、动画、图形以及文字的扫描显示功能，并具有显示面积大(大于25平方米或更大面积)、色彩鲜艳、亮度高、内容丰富流畅以及光声一体化等显著特点。该成果可用于大型游乐场所、家庭影院、数字影院、超大屏幕投影、公众信息大屏幕，也可用于展览会馆、中心城市和大型广场渲染景观氛围等。而且，该实用新型采用超高亮度三基色激光二极管，从技术上取代了气体红、绿、蓝激光器，结构简便、易于推广，又不像普通全固态激光投影激光显示中需要进口 LC0S、DMD等关键器件，其全部元器件均可实现国产化，具有巨大的产业化潜力与市场前景。
[0035]新型显示系统屏幕尺寸灵活可变、图案多样、色彩鲜艳、画面流畅，达到了良好的视觉和听觉效果。样机在运行过程中，各项功率指标稳定，耗电量小，运转可靠正常，展现了激光显示技术的广阔应用前景。
[0036]生产工艺简单、更加环保。由于使用激光束扫描成像，显示屏为普通玻璃或塑料材料，省去大量的半导体生产流程，使产品制造过程更加环保和可靠；从原理图可以看出，在实际生产时，系统结构简单，配置灵活性强，组装调整容易。
[0037]本领域技术人员可显见，可对本实用新型的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本实用新型的精神和范围。因此，旨在使本实用新型覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本实用新型的修改和变型。
【权利要求】
1.一种显示系统，其特征在于，包括: 信号处理单元，将信号源分解成RGB三路色彩基色信号； 信号调整和控制单元，用于接收RGB三路色彩基色信号并且输出彩色激光信号； 光路聚焦单元，用于对所述信号调整和控制单元所输出的彩色激光信号进行聚焦，并且投射到压电镜上；以及 压电镜，用于将经聚焦的彩色激光信号扫描在显示屏幕上，以生成图像。
2.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，采用开放式扫描成像与封闭式扫描成像相结合的方式，将所述经聚焦的彩色激光投影到所述显示屏幕上。
3.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述压电镜包括两个压电片，以分别实现水平振动和垂直振动。
4.如权利要求3所述的显示系统，其特征在于，通过由显示系统外部输入同步信号，以闭环方式控制所述压电镜的振动。
5.如权利要求3所述的显示系统，其特征在于，通过显示系统自带的信号发生器，以开环方式控制所述压电镜的振动。
6.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统适用于前投影的显示屏幕以及背投影的显示屏幕。
7.如权利要求3所述的显示系统，其特征在于，所述压电片是压电陶瓷晶片。
【文档编号】H04N9/31GK204031353SQ201420215348
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】周毅 申请人:周毅