CN110876021B - 投影***及其光源模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种投影***及其光源模组。投影***包括图像信号处理器、光源模组及空间光调制器，图像信号处理器将图像数字信号转化为光源调制信号与图像调制信号；光源模组包括激光器阵列、匀光器阵列、聚光模块及波长转换装置；激光器阵列包括呈阵列排布的多个激光器，激光器均匀划分为呈阵列排布的多个激光器组，光源调制信号用于控制每一激光器组的激光亮度；匀光器阵列包括呈阵列排布的多个匀光器，每个匀光器与一激光器组对应，将激光器组出射的激光进行匀光；聚光模块将均匀化后的激光汇聚并入射至波长转换装置；波长转换装置能够将激光转换为荧光；空间光调制器根据图像调制信号调制自波长转换装置出射的激光及荧光以产生图像光。

Description

投影***及其光源模组
技术领域
本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影***及其光源模组。
背景技术
图像的动态范围是指图像最亮值与最暗值的相对比值，高的动态范围有利于增强画面对比度，使图像更清晰，因此，提高图像动态范围是当前投影显示技术领域的发展需求。
目前，投影***是通过空间光调制器根据图像数字信号调制来自光源的光，最后输出到显示屏上。实际应用过程中，空间光调制器根据接收的图像数字信号来调制光源的光束输出，并在接收到暗场信号时将光束输出调制为完全屏蔽。尽管实现了最暗值时无光束输出，但是由于照射到空间光调制器的光束处于盈余的状态，还是会有光束从缝隙中泄露出去，导致显示屏达不到最暗效果，不仅使得投影***效率低，还造成了高能耗。
为了提高暗色阶时的表现力，现有技术在空间光调制器之前再加上一个空间光调制器进行两次调制，但这样会使得明亮部分在通过两个空间光调制器后的亮度值遭到损失，达不到最明亮的效果，导致图像动态范围较小。
发明内容
为解决现有投影***显示的图像动态范围小的技术问题，本发明提供一种具备高动态范围的投影***，包括：
图像信号处理器，用于将输入所述投影***的图像数字信号转化为光源调制信号与图像调制信号，其中，所述光源调制信号是根据图像的灰阶值生成的控制光源光亮度的控制信号；
光源模组，光源模组，所述光源模组包括激光器阵列、匀光器阵列、聚光模块及波长转换装置；
所述激光器阵列包括呈阵列排布的多个激光器，所述激光器均匀划分为呈阵列排布的多个激光器组，每一所述激光器组包括至少一个所述激光器，所述激光器用于出射激光，所述光源调制信号用于控制每一所述激光器组的激光亮度；所述匀光器阵列包括呈阵列排布的多个匀光器，每个所述匀光器与一所述激光器组对应，将所述激光器组出射的激光进行匀光；所述聚光模块将均匀化后的激光汇聚并入射至所述波长转换装置；所述波长转换装置能够将所述激光转换为荧光；
空间光调制器，所述空间光调制器根据所述图像调制信号调制自所述波长转换装置出射的所述激光及所述荧光以产生图像光。
在一个实施方式中，所述光源模组还包括准直透镜阵列，所述准直透镜阵列包括呈阵列排布的多个准直透镜，每个所述准直透镜与一个所述激光器对应，将所述激光器出射的所述激光进行准直化处理；所述准直透镜阵列位于所述激光器阵列与所述匀光器阵列之间的光路中，或者所述匀光器阵列位于所述激光器阵列与所述准直透镜阵列之间的光路中。
在一个实施方式中，所述聚光模块包括依光路设置的第一聚光透镜、光引导装置及收集透镜组，所述激光通过所述第一聚光透镜聚焦于所述光引导装置，并由所述光引导装置引导进入所述收集透镜组，所述激光经过所述收集透镜组收集入射至所述波长转换装置。
在一个实施方式中，所述光源模组还包括第二聚光透镜，自所述波长转换装置出射的所述激光及所述荧光通过所述收集透镜组及所述光引导装置出射之后被所述第二聚光透镜聚焦进入所述空间光调制器中。
在一个实施方式中，所述匀光器为匀光棒或者复眼透镜。
本发明还提供一种具备高动态范围的光源模组，包括激光器阵列、匀光器阵列、聚光模块及波长转换装置；所述激光器阵列包括呈阵列排布的多个激光器，所述激光器均匀划分为呈阵列排布的多个激光器组，每一所述激光器组包括至少一个所述激光器，所述激光器用于出射激光；所述匀光器阵列包括呈阵列排布的多个匀光器，每个所述匀光器与一所述激光器组对应，将所述激光器组出射的激光进行匀光；所述聚光模块将均匀化后的激光汇聚并入射至所述波长转换装置；所述波长转换装置能够将所述激光转换为荧光。
在一个实施方式中，所述光源模组还包括准直透镜阵列，所述准直透镜阵列包括呈阵列排布的多个准直透镜，每个所述准直透镜与一个所述激光器对应，将所述激光器出射的所述激光进行准直化处理；所述准直透镜阵列位于所述激光器阵列与所述匀光器阵列之间的光路中，或者所述匀光器阵列位于所述激光器阵列与所述准直透镜阵列之间的光路中。
在一个实施方式中，所述聚光模块包括依光路设置的第一聚光透镜、光引导装置及收集透镜组，所述激光通过所述第一聚光透镜聚焦于所述光引导装置，并由所述光引导装置引导进入所述收集透镜组，所述激光经过所述收集透镜组收集入射至所述波长转换装置。
在一个实施方式中，每一所述激光器组中所述激光器的数量为一个，所述匀光器与所述激光器一一对应分布，每个所述激光器发出的所述激光被对应一个所述匀光器进行匀光处理。
在一个实施方式中，所述匀光器为匀光棒或者复眼透镜。
与现有技术相比较，本发明提供的投影***能够将图像数字信号转化为两路信号：光源调制信号与图像调制信号，分别控制光源模块和空间光调制器，其中，光源调制信号控制光源模组产生的激光的亮度，图像调制信号控制空间光调制器对光源模组出射的激光和荧光进行调制。因此，通过光源调制信号对光源模组实现减暗增亮的画面灰阶的初级转换，相比于简单的使用空间光调制器来进行调制，不会造成能量损失、使成本更低，同时实现了提升图像动态范围的目的。另外，通过激光器阵列、匀光器阵列及准直透镜阵列使得波长转换装置上形成的光斑是多个小光斑组成的阵列光斑，每个小光斑由对应一个激光器独立控制，以此达到光源中小区域光强可控的目的。
附图说明
图1是本发明提供的投影***的原理框图。
图2是本发明一较佳实施方式的投影***的结构示意图。
图3是本发明另一较佳实施方式的投影***的结构示意图。
主要元件符号说明
投影*** 100
图像信号处理器 110
光源模组 120
空间光调制器 130
镜头 140
激光器阵列 121
匀光器阵列 122
准直透镜阵列 123
聚光模块 124
波长转换装置 125
激光器 1211
匀光器 1221
准直透镜 1231
第一聚光透镜 1241
光引导装置 1242
收集透镜组 1243
第二聚光透镜 126
光源调制信号 I1
图像调制信号 I2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本发明提供的投影***100的原理框图。所述投影***100包括图像信号处理器110、光源模组120、空间光调制器130、及镜头140。所述投影***100接收的图像数字信号经所述图像信号处理器110计算，转化为输向所述光源模组120的光源调制信号I1及输向所述空间光调制器130的图像调制信号I2。所述光源模组120用于发出激光并依据所述光源调制信号I1控制所述激光的光亮度，并在对所述激光进行匀光、准直化、聚焦及收集处理后进行波长转换产生荧光。所述空间光调制器130根据所述图像调制信号I2调制所述光源模组120出射的所述激光与所述荧光以产生图像光。所述镜头140接收所述图像光并将所述图像光投影至预定位置或预定元件(如投影屏幕、墙壁等)来显示图像。
所述投影***100的工作原理在于：所述光源调制信号I1是根据图像的灰阶值生成的控制所述激光光亮度的控制信号，所述控制信号可以为电流信号、电压信号等，优选为电流信号，所述光源模组120根据电流的大小控制其发出的所述激光的光亮度，即根据所述电流的大小控制其发光效率，并且使所述激光的光亮度随着所述电流的增大而增大，从而实现所述激光的光强度可控。
与现有技术相比较，所述投影***100不仅能够通过所述图像调制信号I2控制所述空间光调制器130对所述光源模组120出射的激光与荧光进行调制，还根据图像数字信号转化出所述光源调制信号I1以控制所述光源模组120产生的所述激光的光亮度。因此，通过所述光源调制信号I1对所述光源模组120实现减暗增亮的画面灰阶的初级转换，相比于简单的使用所述空间光调制器130来进行调制，不会造成能量损失、使成本更低，同时达到提升图像动态范围的目的。
请参阅图2，图2是本发明一较佳实施方式的投影***100的结构示意图。所述光源模组120包括激光器阵列121、匀光器阵列122、准直透镜阵列123、聚光模块124、及波长转换装置125。所述激光器阵列121发出所述激光，所述激光受到所述匀光器阵列122的匀光处理后进入所述准直透镜阵列123进行准直化处理，接着所述激光经所述聚光模块124收集后入射至所述波长转换装置125并激发产生所述荧光。
可以理解，所述波长转换装置125的部分区域覆盖有荧光粉，入射至所述波长转换装置125的荧光粉区域的所述激光激发荧光粉产生所述荧光，入射至所述波长转换装置125的非荧光粉区域的所述激光可被直接反射。因此，所述波长转换装置125的出射光为所述激光与所述荧光的混合光。
所述激光器阵列121包括呈阵列排布的多个激光器1211，本实施方式中，所述激光器1211具体为激光二极管，能够提供能量密度高、发散角度小的出射光。所述匀光器阵列122包括呈阵列排布的多个匀光器1221，具体地，所述匀光器1221可以是匀光棒，本实施例中，所述匀光棒的入光口和出光口均为方形，其长宽比可以根据需要进行设计。进一步地，所述匀光器1221还可以是复眼透镜。所述准直透镜阵列123包括呈阵列排布的多个准直透镜1231，需要说明的是，虽然所述激光器1211的出射光发散角度小，但是在传播过程中会扩大光束截面积而降低亮度，因此需要所述准直透镜1231来提高光束的准直性。
具体地，所述激光器阵列121包括的多个激光器1211均匀划分为呈阵列排布的多个激光器组，每个激光器组包括至少一个所述激光器1211，所述光源调制信号I1用于控制每一所述激光器组的激光亮度。所述匀光器1221的数量相等于所述激光器组的数量，每个所述匀光器1221与一所述激光器组对应将所述激光器组出射的激光进行匀光。例如，所述激光器阵列121包括16个按照4×4阵列排布的所述激光器1211，将每4个按照2×2阵列排布的所述激光器1211划分为一个激光器组，每个激光器组中的4个所述激光器1211发出的所述激光对应于同一个所述匀光器1221进行匀光处理。优选地，每个激光器组中所述激光器1211的数量为一个，即所述匀光器1221的数量相等于所述激光器1211的数量并与所述激光器1211一一对应分布，使每个匀光器1221仅为对应一个所述激光器1211产生的所述激光进行匀光处理，以提高匀光效果。
所述准直透镜1231的数量相等于所述激光器1211的数量并与所述激光器1211一一对应分布，使每个激光器1211的出射光进入对应一个准直透镜1231以提高光束的准直性。本实施方式中，所述匀光器阵列122设置于所述激光器阵列121与所述准直透镜阵列123之间的光路中，每个激光器1211发出的所述激光先经过对应的匀光器1221进行匀光处理，之后经过对应一个准直透镜1231进行准直化处理。
所述聚光模块124包括依光路设置的第一聚光透镜1241、光引导装置1242、及收集透镜组1243。可以理解，由于所述激光器阵列121的出射光光束面积很大，采用所述聚光模块124能够压缩光束截面积以便于后续光学元件的处理，本实施方式中，所述光引导装置1242为区域膜片，所述区域膜片包括反射区及透射区，每个激光器1211发出的所述激光经过匀光及准直化处理后平行进入所述第一聚光透镜1241，并自所述第一聚光透镜1241出射后聚焦到所述光引导装置1242的反射区，然后经过所述光引导装置1242的反射进入所述收集透镜组1243，最后收集入射至所述波长转换装置125以激发产生所述荧光。值得注意的是，所述波长转换装置125上形成的光斑是多个小光斑组成的阵列光斑，每个小光斑由对应一个激光器1211独立控制，以此达到光源中小区域光强可控的目的。
进一步地，所述光源模组120还包括第二聚光透镜126，自所述波长转换装置125出射的所述激光与所述荧光经过所述收集透镜组1243及所述光引导装置1242的透射区的透射后平行进入所述第二聚光透镜126，使得所述激光与所述荧光聚焦后进入所述空间光调制器130进行调制。需要说明的是，所述空间光调制器130可以是DMD(Digital MicromirrorDevice)、LCD(Liquid Crystal Display)等。
请参阅图3，图3是本发明另一较佳实施方式的投影***100的结构示意图。图3所示的投影***100与图2所示的投影***100大致相同，其不同之处在于：所述准直透镜阵列123设置于所述激光器阵列121与所述匀光器阵列122之间的光路中，每个激光器1211发出的所述激光经过对应一个准直透镜1231的准直化处理之后再经过对应的匀光器1221的匀光处理。实际加工过程中，对所述激光进行准直化处理之后再进行匀光处理，能够降低所述激光器阵列121与所述匀光器阵列122的加工难度。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影***，其特征在于，包括：
图像信号处理器，用于将输入所述投影***的图像数字信号转化为光源调制信号与图像调制信号，其中，所述光源调制信号是根据图像的灰阶值生成的控制光源光亮度的控制信号；
光源模组，所述光源模组包括激光器阵列、匀光器阵列、聚光模块及波长转换装置；
所述激光器阵列包括呈阵列排布的多个激光器，所述激光器均匀划分为呈阵列排布的多个激光器组，每一所述激光器组包括至少一个所述激光器，所述激光器用于出射激光，所述光源调制信号用于控制每一所述激光器组的激光亮度；所述匀光器阵列包括呈阵列排布的多个匀光器，每个所述匀光器与一所述激光器组对应，将所述激光器组出射的激光进行匀光；所述聚光模块将均匀化后的激光汇聚并入射至所述波长转换装置，所述均匀化后的激光在所述波长转换装置上形成由多个小光斑组成的阵列光斑；所述波长转换装置能够将所述激光转换为荧光；
空间光调制器，所述空间光调制器根据所述图像调制信号调制自所述波长转换装置出射的所述激光及所述荧光以产生图像光。
2.如权利要求1所述的投影***，其特征在于，所述光源模组还包括准直透镜阵列，所述准直透镜阵列包括呈阵列排布的多个准直透镜，每个所述准直透镜与一个所述激光器对应，将所述激光器出射的所述激光进行准直化处理；所述准直透镜阵列位于所述激光器阵列与所述匀光器阵列之间的光路中，或者所述匀光器阵列位于所述激光器阵列与所述准直透镜阵列之间的光路中。
3.如权利要求1所述的投影***，其特征在于，所述聚光模块包括依光路设置的第一聚光透镜、光引导装置及收集透镜组，所述激光通过所述第一聚光透镜聚焦于所述光引导装置，并由所述光引导装置引导进入所述收集透镜组，所述激光经过所述收集透镜组收集入射至所述波长转换装置。
4.如权利要求3所述的投影***，其特征在于，所述光源模组还包括第二聚光透镜，自所述波长转换装置出射的所述激光及所述荧光通过所述收集透镜组及所述光引导装置出射之后被所述第二聚光透镜聚焦进入所述空间光调制器中。
5.如权利要求1-4任一项所述的投影***，其特征在于，所述匀光器为匀光棒或者复眼透镜。
6.一种光源模组，应用于投影***中，其特征在于，包括激光器阵列、匀光器阵列、聚光模块及波长转换装置；所述激光器阵列包括呈阵列排布的多个激光器，所述激光器均匀划分为呈阵列排布的多个激光器组，每一所述激光器组包括至少一个所述激光器，所述激光器用于出射激光；所述匀光器阵列包括呈阵列排布的多个匀光器，每个所述匀光器与一所述激光器组对应，将所述激光器组出射的激光进行匀光；所述聚光模块将均匀化后的激光汇聚并入射至所述波长转换装置，所述均匀化后的激光在所述波长转换装置上形成由多个小光斑组成的阵列光斑；所述波长转换装置能够将所述激光转换为荧光；
其中，每一所述激光器组的亮度均可被一光源调制信号控制，所述光源调制信号用于根据图像的灰阶值生成的控制光源光亮度的控制信号；所述光源模组发出的所述激光与所述荧光用于被一空间光调制器根据图像调制信号调制以产生图像光；所述图像调制信号和所述光源调制信号由输入所述投影***的图像数字信号转化生成。
7.如权利要求6所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组还包括准直透镜阵列，所述准直透镜阵列包括呈阵列排布的多个准直透镜，每个所述准直透镜与一个所述激光器对应，将所述激光器出射的所述激光进行准直化处理；所述准直透镜阵列位于所述激光器阵列与所述匀光器阵列之间的光路中，或者所述匀光器阵列位于所述激光器阵列与所述准直透镜阵列之间的光路中。
8.如权利要求6所述的光源模组，其特征在于，所述聚光模块包括依光路设置的第一聚光透镜、光引导装置及收集透镜组，所述激光通过所述第一聚光透镜聚焦于所述光引导装置，并由所述光引导装置引导进入所述收集透镜组，所述激光经过所述收集透镜组收集入射至所述波长转换装置。
9.如权利要求6所述的光源模组，其特征在于，每一所述激光器组中所述激光器的数量为一个，所述匀光器与所述激光器一一对应分布，每个所述激光器发出的所述激光被对应一个所述匀光器进行匀光处理。
10.如权利要求6-9任一项所述的光源模组，其特征在于，所述匀光器为匀光棒或者复眼透镜。
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