一种增强激光扫描投影图像亮度的方法技术

本发明专利技术公开了一种增强激光扫描投影图像亮度的方法，其特征在于：采用至少２个相同波长的激光二极管作为光源，对激光束进行变换，使各激光束形成几何图形排列，该排列的激光束经Ｘ向和Ｙ向扫描振镜反射到屏幕，所述几何图形排列使得在扫描过程中，各激光束的光斑的光强分布形成叠加，实现投影图像的亮度增强。与传统的偏振合束和波长合束增加功率方式不同，本发明专利技术把同一波长的多个激光束进行特定组合排列，不仅达到了增加激光功率的目的，而且当振镜扫描这些特定排列的光斑时，可以得到高亮度、较均匀的线条。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及投影成像领域，尤其涉及一种在激光矢量扫描式的投影成像中增强投 影图像亮度的方法。
技术介绍
投影仪目前被广泛应用于各种会议、指挥监控中心、实物展台、广告等场合，常 见的投影显示技术主要有，CRT (Cathode Ray Tube 阴极射线管)、LCD (Liquid Crystal Display 液晶显示器)^P DLP (Digital Light Processor 数码光路处理器)等，CRT投影 的亮度较低，而LCD和DLP投影的分辨率调整功能较差。随着激光扫描技术的发展，激光扫 描式投影技术开始受到关注，被认为是新一代最有商业价值的新技术开发领域。激光扫描技术应用广泛，其应用行业涉及快速成形、光电医疗、激光加工、投影成 像等等。激光扫描是一种矢量线条式的扫描技术，常用于印刷设备、激光娱乐设备、线条动 画投影设备中，特别是在全透明的激光投影显示中，要求激光束有良好的准直性，成像在屏 幕任意位置有均勻的光斑或线条，光点的移动按照确定的关系进行，另外还要求光点有高 的亮度，从而形成高亮度图像。所谓全透明的激光投影显示，是指在全透明的介质上实现投 影，其可以采用紫外激光二极管发出的光，照射在透明的自发光材料上，进行投影显示。各种激光扫描技术中，振镜式扫描是广泛采用的一种扫描方式。它具有速度快，定 位精度高等优点。扫描振镜包含水平和垂直方向各一个反射镜，激光光束先后入射到上述 两个反射镜上，然后出射到屏幕，当改变水平和垂直反射镜的角度时，光点在屏幕上的位置 随之改变。利用水平和垂直两个反射镜组合的高速旋转，可以在屏幕上显示一幅激光线条 图像。激光扫描投影显示中要求图像具有高亮度，而图像的亮度与激光的功率直接相 关。使用更大功率的激光器是不错的选择，但是对于透明显示中使用的紫外激光二极管不 仅还没有更大功率的单管，而且功率稍微提高就会导致成本剧烈增加。另一种方式是使用 多个小功率的激光二极管合束后得到大功率。常用的合束方法之一是偏振合束，美国专利 US6849824中公开了一种多光束激光钻孔装置，其中使用了偏振合束器将来自两套不同振 镜系统的光合并，但是偏振合束首先需要两束光具有不同偏振特性，因此会造成光能量损 失。另一种合束方法是波长合束，中国专利CN2727770Y中公开了利用合束棱镜将红、绿、蓝 三色激光合并后投影显示，但是该专利的主要目的是扩展激光显示的三基色的色域，其采 用的波长合束是利用棱镜薄膜对不同波长的光反射/透射特性不同而形成，需要分别获得 不同波长的激光束进行合束，对于同一波长的光则无法适用。中国专利CN2748933Y中介绍 了一种光纤合束器，N个进光光纤的纤芯经过熔融拉锥后从中部切断，并研磨、抛光至适当 尺寸，然后与出光光纤的纤芯在熔接部位熔接在一起，可把多个进光光纤中的功率耦合到 一个适当直径的出光光纤中，但是这种利用光场模式耦合的技术带来的耦合效率较低，光 能量损耗很大。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有技术的不足，提供一种用于激光扫描投影显示系统的方 法，通过特定组合多个相同波长激光光束来提高激光功率，从而提高显示图像的亮度。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种增强激光扫描投影图像亮度的 方法，采用至少2个相同波长的激光二极管作为光源，对激光束进行变换，使各激光束形成 几何图形排列，该排列的激光束经X向和Y向扫描振镜反射到屏幕，所述几何图形排列使得 在扫描过程中，各激光束的光斑的光强分布形成叠加，实现投影图像的亮度增强。上文中，X向和Y向扫描振镜的设置是现有技术，激光束可以先入射到X向扫描振 镜，然后被反射到Y向扫描振镜，最后由Y向扫描振镜反射到屏幕；反之，也可以是先入射 到Y向扫描振镜，然后被反射到X向扫描振镜，最后由X向扫描振镜反射到屏幕。所述屏幕 可以是内置发光材料的透明屏幕，激光光束激发屏幕上的材料发光形成图像，所得到的图 像亮度相比于使用单个激光二极管做光源的系统将大幅提高。如果X和Y向扫描振镜静止 时，显示屏上显示图像仍是入射到振镜前特定组合排列的光斑，当X和Y向扫描振镜高速旋 转扫描时，可得到高亮度的线条图像。上述技术方案中，所述的对激光束进行变换为，每一激光二极管发出的激光束分 别由准直镜进行准直排列，获得相互平行的形成所述几何图形排列的激光束，再进行变倍 处理，缩小激光束的尺寸和/或相邻激光束的间距。其中，所述变倍处理采用凹透镜、具有负光焦度的透镜组或者锥形透镜对实现，所 述锥形透镜对靠近准直镜一侧的锥形透镜具有正光焦度，另一侧的锥形透镜具有负光焦 度，通过改变正负光焦度锥形透镜间的距离，调节平行光束的间距。 可以在变倍处理前，对其中一个或多个激光束，在其垂直于传输方向的面内插入 倾斜的平行平板，以缩小平行光束的间距。或者，所述的对激光束进行变换为，设置具有负光焦度的凹透镜或凹透镜组，每一 激光二极管发出的激光束分别由准直镜进行准直排列，出射的激光束相对于凹透镜或凹透 镜组的光轴以相同的夹角排列入射，使得从凹透镜或凹透镜组出射的多光束平行于其光 轴，且在垂直传输方向截面内光斑形成所述几何图形排列，再进行变倍处理，缩小激光束的 尺寸和/或相邻激光束的间距。进一步的技术方案，采用至少4个相同波长的激光二极管作为光源，所述几何图 形排列为四方形、圆形或环形排列。优选的技术方案，激光束在垂直于传输方向截面内，形成圆形的排列分布，各光斑 中心等间距的分布在同一个圆周上。当然，在具体实现时，各光斑中心并不局限于等间距的 分布在同一个圆周上，可以是部分等间距或是完全不等间距。各光斑中心也并不局限于完 全在同一个圆周上，可以是部分在一个圆周上。但显然等间距排列便于实现投影的均勻性 调节。或者，激光束在垂直于传输方向截面内，形成环形的排列分布，其中一部分光斑中 心等间距的分布在外环圆周上，另一部分光斑中心等间距的分布在内环圆周上。在具体实 现时，光斑中心并不局限于等间距的分布在内环或外环的圆周上，可以是部分等间距或是 完全不等间距。各光斑中心也并不局限于在内环和外环两个圆周上，可以是分布在更多圆 周上。4上述技术方案中，入射和经过变倍处理从变倍镜出射的光束在垂直于传输方向截 面内具有同样的特定组合排列分布。变倍镜不改变进出光的平行准直性，但可以缩小整体 光束的尺寸，调节了屏幕上图像线条的尺寸。实现本专利技术方法的亮度增强的激光扫描投影系统可以包含激光二极管、准直镜、 倾斜平行平板、变倍镜、X向扫描振镜、Y向扫描振镜、透明显示屏。激光二极管发射激光束， 通过准直镜后得到平行准直光，经过X向扫描振镜和Y向扫描振镜后到达透明显示屏，激发 显示屏上的自发光材料成像。利用多个激光二极管做光源，每个激光二极管出射光都被相 应准直，对光源分布和出射的多个激光束进行变换，使出射光束形成特定的组合排列(例 如四方形、圆形、环形等)，这个特定组合排列的光斑照射到X和Y向扫描振镜，然后被其反 射出去照射显示屏。为了得到准直镜后特定组合排列的光斑，可将各激光二极管和相应准直镜按设定 的光斑样式进行排列；为了尽量得到密集的光斑排列，可以利用凹透镜或具有负光焦度的 透镜组，也可以利用锥形透镜对。当上述准直镜后面出射特定组合排列的平行准直光时，可由倾斜的平行平板对特 定光束的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强激光扫描投影图像亮度的方法，其特征在于：采用至少２个相同波长的激光二极管作为光源，对激光束进行变换，使各激光束形成几何图形排列，该排列的激光束经Ｘ向和Ｙ向扫描振镜反射到屏幕，所述几何图形排列使得在扫描过程中，各激光束的光斑的光强分布形成叠加，实现投影图像的亮度增强。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程波涛，
申请(专利权)人：苏州巨像科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]