CN104285442A - 用于可携带的图像投影仪的具有双色激光二极管的激光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于图像投影***(100)的激光模块(1)，其具有：双色激光二极管(2a)，其设计用于产生具有第一波长的激光和第二波长的激光的第一射线束(3a)；第一准直光学器件(5a)，其设计用于准直所述第一射线束；至少一个第一单色激光二极管(2b)，其设计用于产生具有第三波长的激光的第二射线束(3b)；第二准直光学器件(5b)，其设计用于准直所述第二射线束；第一光学聚集装置(4a)，其设计用于将所述第一和第二射线束聚集成所述激光模块的输出射线束(8b)。

Description

用于可携带的图像投影仪的具有双色激光二极管的激光模块
技术领域
本发明涉及一种用于可携带的图像投影仪的具有双色激光二极管的激光模块、具有这样的激光模块的可携带的图像投影仪以及用于借助可携带的图像投影仪产生图像的方法，特别是在具有交互功能的微型化图像投影仪的情况下。
背景技术
微镜***在用于可携带的应用——例如智能电话、摄像机、PDA或平板电脑的图像投影仪中起到越来越大的作用。这样的图像投影仪通常基于光栅扫描方法，其中，通过可调节的微镜经由预定义的光栅矩阵扫描激光射线。
交互式应用除了进行成像的激光射线之外还需要另一激光射线，该另一激光射线在用户的输入设备或身体部分上在投影仪的环境中被散射或反射，并且其经反射的部分能够实现在投影仪的环境中的运动的检测。出版文献US 2010/0201895 A1、US 2011/0181553 A1和US 7,525,538 B2分别公开了具有交互功能的图像投影***。
因此，存在对用于图像投影仪的激光模块和用于借助图像投影仪产生图像的方法的需求，所述激光模块和方法可成本有利、有效和节省空间地实现，并且能够实现图像投影仪的交互功能。
发明内容
根据一个方面，本发明实现了一种用于图像投影***的激光模块，其具有：双色激光二极管，其设计用于产生具有第一波长的激光和第二波长的激光的第一射线束；第一准直光学器件，其设计用于准直所述第一射线束；至少一个第一单色激光二极管，其设计用于产生具有第三波长的激光的第二射线束；第二准直光学器件，其设计用于准直所述第二射线束；第一光学聚集装置，其设计用于将所述第一和第二射线束聚集成所述激光模块的输出射线束。
根据另一方面，本发明实现了一种具有根据本发明的激光模块的图像投影***；以及实现了一种微镜***，其具有可控制的微镜，所述微镜设计用于将由激光模块产生的射线束投影到投影面上以产生图像。
根据另一方面，本发明实现了一种用于借助图像投影***、尤其是借助根据本发明的图像投影***产生图像的方法，所述方法具有以下步骤：借助于双色激光二极管产生具有第一波长的激光射线和第二波长的激光射线的第一射线束；借助于第一准直光学器件准直所述第一射线束，其中，针对所述第一波长的激光射线调节所述第一准直光学器件；借助于单色激光二极管产生具有第三波长的激光射线的第二射线束；借助于第二准直光学器件准直所述第二射线束，其中，针对所述第三波长的激光射线调节所述第二准直光学器件；将第一和第二射线束聚集成输出射线束；借助于微镜***投影输出射线束以在投影面上产生图像。
发明优点
本发明的构思在于，在一个具有多个单色激光二极管的激光模块中通过一个双色激光二极管取代所述激光二极管之一。双色激光二极管在此除了提供具有主波长的激光射线以外也提供具有次波长的另外的激光射线，两者借助相同的准直光学器件成束为一个共同的射线。该射线随后通过光学元件与其余激光二极管的激光射线成束，从而实现多谱的激光源，该激光源除了不同波长的进行成像的激光射线之外也提供用于实现交互功能的附加激光射线。
该激光模块的巨大的优点在于，该激光模块相比激光二极管所需提供不同波长的更多激光射线。由此可以降低激光模块的构件和结构空间要求，这又可以降低制造成本并且对于包含该激光模块的图像投影***的微型化是有利的。
此外可以节省光学元件，如附加的准直光学器件，因为附加激光射线可以通过与双色激光二极管中的具有主波长的激光射线相同的光学元件处理。同样可以省去附加的光学元件如分色镜，这优化了激光模块的光效率并因此优化了其效率。
另一优点在于，仅仅必须针对进行成像的激光射线调准激光模块，因为附加激光射线通过统一的准直光学器件在一定的准确度范围中一起调准。这显著使激光模块的调节和光学匹配变得容易。
此外存在的优点在于，附加激光射线可以与进行成像的激光射线同时在投影面上扫描，从而关于附加激光射线在图像投影***中的准确位置的附加信息自然可用。这些信息可以用于改善交互功能的准确度和精度。进行成像的激光射线的波长可以相对于附加激光射线的波长在检测交互姿态或运动时被过滤，这可以优化信噪比并因此优化检测准确度。
根据本发明的激光模块的一种实施方式，该激光模块还可以具有：第二单色激光二极管，其设计用于产生具有第四波长的激光的第三射线束；第三准直光学器件，其设计用于准直所述第三射线束；第二光学聚集装置，其设计用于将所述第一、第二和第三射线束聚集成所述激光模块的输出射线束。该激光模块可以有利地设计为RGB模块，其除进行成像的激光射线以外也提供用于交互应用的附加激光射线。
根据本发明的激光模块的另一实施方式，所述第一、第二和第三准直光学器件可以分别包括两个透镜。
根据本发明的激光模块的另一实施方式，所述第一、第三和第四波长处于可见光范围中，而所述第二波长处于红外范围中。红外光特别好地适用于交互功能的实现。
根据本发明的激光模块的另一实施方式，所述双色激光二极管可以封装在TO包装中。这样的双色激光二极管有利地是微型化结构型式，其可以良好地安装在节省空间的激光模块中。
根据本发明的激光模块的另一实施方式，第一和第二光学聚集装置可以包括分色镜。
根据本发明的激光模块的另一实施方式，第一准直光学器件可以针对第一波长的激光的准直进行调节。由此确保了应用激光模块的图像投影***的突出的图像质量，而可以忍受基于对象位置和对象运动的所需的更小的分辨率引起的与用于附加激光射线的最优准直的略微的偏差。
根据本发明的方法的一个实施方式，所述方法还可以包括以下步骤：检测所述第二波长的激光射线的在位于投影面附近的对象上反射的射线；以及基于所检测的经反射的射线求取对象的对象位置或对象运动。由此可以实现交互功能。
根据本发明的方法的另一实施方式，所述方法还可以还包括以下步骤：借助于单色激光二极管产生具有第四波长的激光射线的第三射线束；借助于第三准直光学器件准直所述第三射线束，其中，针对第四波长的激光射线调节所述第三准直光学器件；将所述第一、第二和第三射线束聚集成输出射线束。
本发明的实施方式的另外的特征和优点由以下参照附图的描述产生。
附图说明
所述构型和扩展方案可以——只要有意义——任意地相互组合。本发明的其他可能的构型、扩展方案和实现也包括本发明的之前或在下面关于各实施例描述的特征的未明确提到的组合。
附图应该传递本发明的实施方式的进一步理解。附图阐明了各实施方式并且与描述相关联地用于本发明的原理和方案的阐明。其他实施方式和所提到的优点中的多个鉴于附图得出。附图的元件不必需相互按正确比例地示出。方向说明如“左”、“右”、“上”、“下”、“上面”、“下面”、“旁边”等在以下描述中仅仅用于阐明的目的，而不是对一般性的限制。
其中，示出：
图1：根据本发明的一个实施方式的图像投影***的示意图；
图2：根据本发明的另一实施方式的用于借助图像投影***产生图像的方法的示意图。
具体实施方式
本发明的意义上的图像投影***包括所有微型化投影***，它们基于经局部成束的光线的光栅扫描式投影。例如图像投影***可以包括数字微镜***(DMD，“digital micromirror devices：数字微镜装置”)、数字光处理***(DLP，“digital light processing：数字光处理”)、平面光调制器(SLM，“spatial light modulators：空间光调制器”)或类似***。这样的图像投影***例如可以用在可携带的设备或移动设备中，例如智能电话、移动电话、数字摄像机、PDA、平板电脑、笔记本电脑、膝上电脑、导航设备、娱乐电子设备或类似装置。
图1示出了图像投影***100的示意图。图像投影***100包括激光模块1，其将经成束的激光8c发送到具有微镜9a的微镜***9。可以如此控制微镜***9，使得经成束的激光8c作为扫描射线10在投影面11例如显示屏、银幕、显示器或其他图像显示装置上矩阵式地通过光栅扫描方法进行扫描。通过高频控制可以借助扫描射线10产生图像或图像序列，所述图像或图像序列对于投影面11的观察者可视觉地感知。
激光模块1包括激光二极管装置2和光学装置3。激光二极管装置2在本例子中包括三个激光二极管2a、2b、2c，其中第一激光二极管2a是双色激光二极管，而另外两个激光二极管2b、2c是单色激光二极管。第一激光二极管2a可以例如封装在TO包装(“transistor outline：晶体管轮廓”)中。第一激光二极管2a例如可以产生红色的可见激光并且产生红外激光，例如具有650纳米或635纳米或780纳米的波长。第二和第三激光二极管2b、2c例如可以产生绿色和蓝色的可见激光，例如532纳米或473纳米。通过这种方式激光二极管装置2可以提供可见的RGB激光，以及附加地提供用于实现交互功能的红外激光。
光学装置3分别包括准直光学器件5a、5b、5c，它们分别分配给激光二极管2a、2b或2c之一并且可以准直其射线束3a、3b、3c。准直光学器件5a、5b、5c例如可以分别具有两个透镜6a、7a或6b、7b或6c、7c并且分别针对可见激光进行调节，从而最优地准直进行成像的激光射线，也就是可见的激光射线。通过将第一射线束3a准直到可见波长的激光上，基于色差而没有最优地准直双色激光二极管2a的红外激光。由此，红外激光的光斑尺寸相比于可见激光稍微增大。例如可见激光的典型光斑尺寸为大约0.5至1.5毫米，而红外激光的典型光斑尺寸为大约2.5至3.5毫米。附加地，红外激光相比于可见激光稍微地沿着光轴错开。但可以忍受这一点，因为对于交互的对象位置或对象运动的检测而言通常比对于以可见光的成像而言需要显著更小的分辨率。
经准直的射线束8a可以例如通过聚集装置4a、4b分别聚集成激光模块1的输出射线束8b或8c。聚集装置4a、4b可以是例如分色镜。分色镜4a、4b在此尤其可以相对于红外光是可穿透的。
图2示出了用于以图像投影***、尤其是以如在图1中所示的图像投影***100产生图像的方法20的示意图。方法20包括借助于双色激光二极管2a产生具有第一波长的激光射线和第二波长的激光射线的第一射线束3a作为第一步骤21。双色激光二极管2a可以例如产生在可见范围中的红色光和红外光，例如波长650纳米或635纳米或780纳米。在第二步骤22中实现了借助于第一准直光学器件5a准直第一射线束3a，其中，针对第一波长的激光射线调节第一准直光学器件5a。在第三步骤23中实现了借助于单色激光二极管2b产生具有第三波长的激光射线的至少一个第二射线束3b。单色激光二极管2b可以例如产生绿色的可见光或蓝色的可见光。在第四步骤中实现了借助于第二准直光学器件5b准直第二射线束3b，其中，针对第三波长的激光射线调节第二准直光学器件5b。
最后在步骤25中实现了将第一和第二射线束3a、3b聚集成输出射线束8b或8c，所述输出射线束在步骤26中可以借助于微镜***9被投影以在投影面11上产生图像。在此例如可以以光栅扫描方法控制微镜***9，以便借助输出射线束8b或8c实现矩阵式的图像结构。
可选地，可以设定，将另一单色激光二极管2c的第三射线束3c与输出射线束8b聚集成输出射线束8c，例如绿色的可见光或蓝色的可见光。这能够实现输出射线束8c的产生，该输出射线束包含三色的可见激光(RGB激光)和附加频率的附加激光射线(例如红外激光)。
可选地，可以在步骤27中实现检测第二波长的激光射线的在位于投影面11附近的对象上反射的射线；从而在可选的步骤28中能够实现基于所检测的经反射的射线求取对象的对象位置或对象运动。

Claims (11)

1.一种用于图像投影***的激光模块(1)，其具有：
双色激光二极管(2a)，其设计用于产生具有第一波长的激光和第二波长的激光的第一射线束(3a)；
第一准直光学器件(5a)，其设计用于准直所述第一射线束(3a)；
至少一个第一单色激光二极管，其设计用于产生具有第三波长的激光的第二射线束(3b)；
第二准直光学器件(5b)，其设计用于准直所述第二射线束(3b)；
第一光学聚集装置(4a)，其设计用于将所述第一和第二射线束(3a、3b)聚集成所述激光模块(1)的输出射线束(8b、8c)。
2.根据权利要求1所述的激光模块(1)，所述激光模块还具有：
第二单色激光二极管(2c)，其设计用于产生具有第四波长的激光的第三射线束(3c)；
第三准直光学器件(5c)，其设计用于准直所述第三射线束(3c)；
第二光学聚集装置(4b)，其设计用于将所述第一、第二和第三射线束(3a、3b、3c)聚集成所述激光模块(1)的输出射线束(8c)。
3.根据权利要求2所述的激光模块(1)，其中，所述第一、第二和第三准直光学器件(5a、5b、5c)分别包括两个透镜(6a、7a；6b、7b；6c、7c)。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的激光模块(1)，其中，所述第一、第三和第四波长处于可见光范围中，其中，所述第二波长处于红外范围中。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的激光模块(1)，其中，所述双色激光二极管(2a)封装在TO包装中。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的激光模块(1)，其中，所述第一和第二光学聚集装置(4a、4b)包括分色镜。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光模块(1)，其中，所述第一准直光学器件(5a)针对所述第一波长的激光的准直进行调节。
8.一种图像投影***(100)，其具有：
根据权利要求1至7中任一项所述的激光模块(1)；和
微镜***(9)，所述微镜***具有可控制的微镜(9a)，所述微镜设计用于将由所述激光模块(1)产生的输出射线束(8b、8c)投影到投影面(11)上以产生图像(10)。
9.一种用于借助图像投影***(100)产生图像的方法(20)，所述方法具有以下步骤：
借助于双色激光二极管(2a)产生(21)具有第一波长的激光射线和第二波长的激光射线的第一射线束(3a)；
借助于第一准直光学器件(5a)准直(22)所述第一射线束(3a)，其中，针对所述第一波长的激光射线调节所述第一准直光学器件(5a)；
借助于单色激光二极管(2b)产生(23)具有第三波长的激光射线的第二射线束(3b)；
借助于第二准直光学器件(5b)准直(24)所述第二射线束(3b)，其中，针对所述第三波长的激光射线调节所述第二准直光学器件(5b)；
将第一和第二射线束(3a、3b)聚集(25)为输出射线束(8b、8c)；
借助于微镜***(9)投影(26)所述输出射线束(8b、8c)以在投影面(11)上产生图像。
10.根据权利要求9所述的方法(20)，所述方法还具有以下步骤：
检测(27)所述第二波长的激光射线的在位于投影面(11)附近的对象上反射的射线；以及
基于所检测的经反射的射线求取(28)对象的对象位置或对象运动。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法(20)，所述方法还具有以下步骤：
借助于单色激光二极管(2c)产生具有第四波长的激光射线的第三射线束(3c)；
借助于第三准直光学器件(5c)准直所述第三射线束(3c)，其中，针对第四波长的激光射线调节所述第三准直光学器件(5c)；
将所述第一、第二和第三射线束(3a、3b、3c)聚集成输出射线束(8c)。
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