專利名稱：數(shù)字微鏡－激光投影機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種投影機，尤其是數(shù)字微鏡—激光投影機。
背景技術(shù)：
數(shù)字光顯DLP投影是繼TFT-CLD液晶投影之后最新崛起的投影技術(shù)，其核心芯片由大規(guī)模集成電路DMD微鏡芯片制成。它的象素間隙小于0.001毫米，而液晶TFT-LCD為0.1毫米。極細膩的畫質(zhì)、長壽命----芯片壽命20萬小時，以每天收看10小時為計，壽命可達50年！超高對比度、超高亮度等優(yōu)異的性能，已經(jīng)超過目前市場擁有量最大的液晶投影。在大屏幕顯示方面，DLP投影機可以輕易地實現(xiàn)50-200吋以上的超大屏幕顯示，是等離子PDP、液晶TFT-LCD、CRT等任何平板顯示器不可能達到的?？梢赃@么說，數(shù)字光顯DLP投影最具潛力。
DMD數(shù)字微鏡集成化芯片上有130多萬個小鏡片。高亮度的白色光源穿過彩色濾光片或偏振鏡，射到高折光率DMD芯片上，反射后再通過鏡頭投射到屏幕顯像。
DLP投影機分為兩種工作方式1、單片式DMD芯片。由于發(fā)明DMD的德克薩斯儀器公司專利獨家壟斷以及生產(chǎn)工藝難度很高，大多采用單片DMD芯片和UHP燈，高亮度光源透過一只高速旋轉(zhuǎn)的三色(R-紅、G-綠、B-藍，以下同)濾色片，射到DMD芯片上的130萬個以上的小鏡片上，再反射到屏幕顯像。2、三片式DMD芯片。R、G、B三種彩色分別由三只DMD芯片各自獨立完成，并共用一只高亮度UHP燈作為光源，色光的分離由兩只偏振片分離出三種色光，投射到各自所對應(yīng)的DMD芯片，再由每個芯片上的小鏡片反射投向屏幕。盡管三片DMD方式成本增加了不少，但可以獲得非常高的畫質(zhì)和很高的分辨率。
現(xiàn)行DLP投影機存在如下問題1、采用UHP燈。這種投影燈的使用壽命短。世界著名的歐斯朗、菲利浦的UHP投影燈的半衰期使用壽命也僅為6000小時。盡管DMD芯片的壽命達20萬小時，但投影燈的壽命卻只有6000小時，亦即不到2年左右就要更換一只價格昂貴的投影燈，這對于普通家庭用戶來說是難以接受的。從目前情況來看，UHP燈的壽命的提高十分有限，希望有較大的突破不太可能。其次，這種燈工作溫度很高，必須用高速、低噪音風(fēng)機致冷，開關(guān)機時還必須延時，否則極易損壞芯片或縮短其使用壽命。特別是單片式DMD芯片投影機，其內(nèi)部的高速彩色轉(zhuǎn)輪的壽命也不可忽視，因為任何旋轉(zhuǎn)的電機都有機械磨損，使用壽命遠不及DMD這類電子器件。所以，盡管DMD芯片具有很高的壽命，但因UHP燈和彩色轉(zhuǎn)輪等種種因素，其壽命遠達不到實際應(yīng)有的使用壽命，根本不能發(fā)揮出它本生具備的優(yōu)異性能，成為制約投影機廣泛普及的瓶頸。
2、資料介紹，彩色濾色片的光損耗約有2/3，偏振片的光損耗約有1/2。以目前250W UHP燈為例，只須80W作投影光源，而有160W被濾色片和偏振鏡損失掉了。而這160W功率又變?yōu)闊崮茉黾恿送队皺C的工作溫度。而色飽和度又與光的亮度互為制約提高亮度，色飽和度降低；提高亮度、色飽和度，勢必再增加濾色片、偏振鏡的密度，亮度又有所減低而功耗已經(jīng)增加，發(fā)熱更大。
綜上所述，現(xiàn)行的DLP投影機因高功率、高溫度、壽命低的UHP燈，以及光損耗過大的濾色片和偏振鏡制約了DLP投影機的普及和發(fā)展，不得不選用新的投影光源、新的分色方式，減低光的功耗和發(fā)熱量，提高使用壽命，方可與DMD珠連壁和，相得益彰。故此1、為了解決投影光源的使用壽命和高發(fā)熱問題，就不能再采用現(xiàn)有的UHP燈；2、取消阻隔光源的濾色片和偏振鏡，選擇能夠直接發(fā)出RGB三色光的發(fā)光器件。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種數(shù)字微鏡—激光投影機，它的投影光源采用紅、綠、藍三色半導(dǎo)體激光二極管，每種色的激光二極管由多只組成，均勻分布并固定于矩形基座上，矩形基座與散熱器緊貼為一體；采用半導(dǎo)體激光特有的光調(diào)制技術(shù)。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是選用半導(dǎo)體激光二極管作為DLP投影機的新型光源，該光源能夠自主發(fā)射出RGB三色光，同時又具備長壽命、低功耗、低溫升，一舉多得。
1、半導(dǎo)體激光二極管是一種體積小、效率高、發(fā)熱低、使用壽命長的電子器件。目前紅色激光二極管的壽命5-10萬小時以上，成本迅速下降；藍色激光二極管的壽命，SONY公司在90年代末已達到1萬小時，超過UHP燈；國產(chǎn)的綠色激光二極管也達到6000-1萬小時以上，日、美綠色激光二極管的壽命更高。并且，近幾年半導(dǎo)體激光二極管正突飛猛進地發(fā)展，其各種性能指標(biāo)將進一步提高，成本越來越低，壽命越來越長。半導(dǎo)體激光二極管與DMD芯片同屬微電子器件，其壽命將可能在近1、2年內(nèi)達到與DMD相當(dāng)?shù)臄?shù)量級。
2、半導(dǎo)體激光二極管是一種亮度極高、色彩極純的發(fā)光器件，理論上激光可以作為三基色的標(biāo)準(zhǔn)色，它是一種能自主發(fā)射單一色彩的發(fā)光器件。在作投影光源時完全不用濾色片和偏振鏡進行色的分離，可以大大減少光的損耗，減低光功率，降低光源溫度，取消濾色片和偏振鏡及其結(jié)構(gòu)部分。目前，國內(nèi)外紅、綠、黃、藍各種型號、各種功率的激光二極管很多，集成化、陣列化的半導(dǎo)體激光器也越來越多，發(fā)展十分迅速。
3、激光是一種高度聚焦的光源，DMD芯片是一種大規(guī)模集成電路LSI，其工作微鏡鏡面尺寸極小，為0.5-0.7英吋，非常適合激光的高聚焦特性。
4、采用半導(dǎo)體激光特有的光調(diào)制技術(shù)投影用的UHP光源在工作中是一種不可調(diào)制光源，無論圖像的亮暗，甚至圖像全黑時，都以恒定的全光輸出；半導(dǎo)體激光的最大特點是可調(diào)制光源，工作時，R、G、B三束色光可隨著某一像素、畫面的色彩的多少、亮度的大小進行同步調(diào)制，其光輸出＝(全光+全黑)/2＝(全光-0)/2＝全光/2，隨圖像的變化在半光輸出，即平均值上下擺動當(dāng)圖像為全黑時激光輸出為0；當(dāng)圖像為最高亮度時，激光為全功率輸出?？娠@著地減低光的輸出，顯著地降低發(fā)熱量，明顯地延長激光二極管的工作壽命，這是現(xiàn)今DLP投影機UHP光源無法實現(xiàn)的。另一優(yōu)點是現(xiàn)在DLP投影方式，圖像亮度、色度是通過調(diào)制DMD芯片上的微鏡的角度、頻率實現(xiàn)的；但在激光調(diào)制光源中，不僅有DMD微鏡的調(diào)制，而且又有三色激光亮度的雙重調(diào)制，因此圖像色彩飽和度將有較大的提高，這正是現(xiàn)今DLP投影機較難辦得到的。
5、在現(xiàn)今各種投影機中，光的耗電功率占整個投影機的絕大部分，光學(xué)結(jié)構(gòu)占大部分。采用半導(dǎo)體激光二極管后，可以大大降低投影機的耗電功率，縮小投影機的體積，真正實現(xiàn)綠色、節(jié)能、小型化。
本實用新型的有益效果是1、采用半導(dǎo)體激光取代現(xiàn)用的UHP光源，將取消彩色濾色片和偏振鏡及其結(jié)構(gòu)部分，大大減少光的損耗，減低投影機的耗電功率，降低光源溫度，縮小投影機的體積。實現(xiàn)綠色、節(jié)能化、體積小型化。
2、半導(dǎo)體激光發(fā)展迅速，其使用壽命不僅已經(jīng)超過UHP燈，而且將有可能在近幾年內(nèi)接近或達到DMD芯片的10-20萬小時使用壽命，徹底解決投影機光源的瓶頸問題。
3、調(diào)制紅、綠、藍三色激光源，使之與電路信號同步，實現(xiàn)電路和光路的雙重調(diào)節(jié)，使激光輸出隨圖像的變化在半光輸出的上下擺動，顯著地減低光源的輸出功率，降低光源的發(fā)熱量，明顯地延長激光二極管的工作壽命，同時進一步提高圖像的色飽和度。


以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明。
圖1是本實用新型半導(dǎo)體激光投影光源一體化結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單片DMD芯片投影方式光電原理圖；圖3是三片DMD芯片投影方式光電原理圖；圖4是單片DMD芯片投影+激光調(diào)制器方式的光電原理圖；圖5是三片DMD芯片投影+激光調(diào)制器方式的光電原理圖。
圖1中，1-激光二極管，分RGB三色，2-基座，3-散熱器，4-激光投影光源。圖2中，4-激光投影光源，5-DMD芯片，一片；7-圖像信號處理控制器；8-投影鏡頭。圖3中，4-激光光源，5-DMD芯片，三片，分紅色輸出DMD芯片、綠色輸出DMD芯片、藍色輸出DMD芯片，7-圖像信號處理控制器；8-投影鏡頭，9-折射鏡。圖4中，4-激光投影光源，5-DMD芯片，一片；6-激光調(diào)制器，其內(nèi)含紅色激光調(diào)制電路，綠色激光調(diào)制電路，藍色激光調(diào)制電路，三個電路各自獨立，所需控制信號、時序脈沖由圖像信號處理控制器提供；7-圖像信號處理控制器，8-投影鏡頭。圖5中，4-激光投影光源，5-DMD芯片，三片；6-激光調(diào)制器，7-圖像信號處理控制器，8-投影鏡頭，9-反射鏡。
具體實施例1、半導(dǎo)體激光投影光源(圖1)該激光投影光源內(nèi)含紅(R)、綠(G)、藍(B)三色半導(dǎo)體激光二極管(1)，每種激光二極管由多只組成，均勻分布并固定于矩形基座(2)上，基座(2)與散熱器(3)緊貼為一體。為加強散熱效果，可在散熱器上面安置低噪聲強力風(fēng)扇。
2、單片DMD芯片激光投影方式(圖2)半導(dǎo)體激光投影光源(4)對準(zhǔn)DMD芯片(5)，當(dāng)DMD芯片(5)顯示圖像的某一場時，激光光源(4)上的紅、綠、藍激光二極管分時按順序循環(huán)輸出紅(R)、綠(G)、藍(B)三色激光，DMD芯片(5)經(jīng)圖像處理控制器(7)同步控制后反射出激光，經(jīng)鏡頭(8)投向屏幕顯像。由于三種色彩的轉(zhuǎn)換速度極快，大大超過人眼睛的滯后效應(yīng)，所看到的是一幅幅穩(wěn)定無閃爍的圖像畫面。此方式中，RGB激光按時序、全功率輸出，原理同彩色轉(zhuǎn)輪。
3、三片DMD芯片激光投影方式(圖3)三只激光光源(4)上的紅、綠、藍三色激光RGB分別射向三片DMD芯片(5)，再從三片DMD芯片(5)反射出三束RGB激光，其中(R)光、(B)光經(jīng)折射鏡(9)射向鏡頭(8)，而(G)光直接射向鏡頭(8)。R、G、B三色光在鏡頭(8)匯聚后一起投向屏幕顯示出圖像。在此方式中，激光頭的RGB三色激光一直連續(xù)全功率工作，由圖像處理控制器(7)控制圖像的輸出，類同現(xiàn)在三片DMD的UHP光源投影方式，所不同的是用激光替代UHP光。
4、單片DMD芯片投影+激光調(diào)制器方式(圖4)該方式是在圖2單片DMD方式基礎(chǔ)上增加激光的調(diào)制功能。電路方面同圖2。不同的是光路方面圖像處理控制器(7)不僅控制DMD芯片(5)，而且另一路控制信號送到激光調(diào)制器(6)，分別調(diào)制激光源(4)內(nèi)RGB三色光，調(diào)制后的三色激光按分時順序的方法射到DMD芯片(5)，再經(jīng)鏡頭(8)到屏幕顯像。圖像處理控制器(7)對電路和光路的控制是同步進行的。
5、三片DMD芯片投影+激光調(diào)制器方式(圖5)在此方式中，電路方面同圖3；光路方面，圖像信號處理控制器(7)控制調(diào)制器(6)，調(diào)制器(6)對激光源(4)的RGB分別進行調(diào)制。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字微鏡一激光投影機，其內(nèi)投影光源、DMD芯片(5)和鏡頭(8)三個基本部件順序組成，圖像信號處理控制器(7)與DMD芯片(5)相連接，其特征在于半導(dǎo)體激光投影光源(4)，在半導(dǎo)體激光投影光源(4)內(nèi)安裝紅、綠、藍三色半導(dǎo)體激光二極管(1)，每種色的激光二極管由多只組成，均勻分布并固定于矩形基座(2)上，矩形基座(2)與散熱器(3)緊貼為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字微鏡一激光投影機，其特征在于激光調(diào)制器(6)與激光投影光源(4)電氣線路連接，圖像信號處理控制器(7)的控制信號線與激光調(diào)制器(6)電氣線路連接。
專利摘要一種數(shù)字微鏡－激光投影機，由投影光源、DMD芯片、鏡頭和圖像處理控制電路等基本部件組成，而它的投影光源用紅、綠、藍三色組成的半導(dǎo)體激光二極管取代溫度高、壽命低的UHP光源，解決投影機光源的瓶頸問題，取消光損耗過大的彩色濾色片和偏振鏡，大大減少光的損耗及其結(jié)構(gòu)；利用激光的可調(diào)制特性，實現(xiàn)電路和光路的雙重調(diào)節(jié)，使激光輸出隨圖像的變化在半光輸出即平均值上下擺動——當(dāng)圖像為全黑時，激光輸出為0；當(dāng)圖像為最高亮度時，激光為全功率輸出，顯著地降低激光輸出功率、發(fā)熱量和整機耗電功率，延長激光二極管的壽命，增強圖像的色飽和度，實現(xiàn)綠色、節(jié)能、體積小型化。
文檔編號H01S5/00GK2809679SQ20042006188
公開日2006年8月23日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者陳友余 申請人:陳友余