專利名稱：非相干光全譜域調(diào)制技術(shù)及其視頻投影光機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光學領(lǐng)域，確切的講是一種對非相干光實現(xiàn)視頻速率響應(yīng)的亮度及色調(diào)的調(diào)控方法及用此方法所制的光機。
目前先進投影技術(shù)的代表是LCOS及DLP光機，單片方式的分時的代價是將光效率折損至少70％。無論是單片還是三片其混色原理都是一樣的。選取的R、G、B的光譜寬度越窄，R，B越靠近光譜(可見光)的端區(qū)，才更能混合逼近真實的色域。但事實上人們不得不在效果與效率上折中，這就是該類投影技術(shù)難以表現(xiàn)真實色彩的原因。
本發(fā)明的目的就在于解決已有技術(shù)的不足之處，采用實現(xiàn)非相干光全譜域調(diào)制技術(shù)(TMPTure Color Micro-mirror Picture)，來取代現(xiàn)有光機中的分色技術(shù)，制造出性能大大超出全行業(yè)水平的光機，光效率有提高10倍以上的潛力(有極佳的白峰表現(xiàn))，色彩還原性獲質(zhì)的改善。由于采用機械掃描方式，因而細部畫質(zhì)也較優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于投影視頻領(lǐng)域。
本發(fā)明的突出特點是；用DMD(或LCD/LCOS)象調(diào)色板一樣用占空比調(diào)控方式實現(xiàn)視頻信號的亮度及色度調(diào)制，在極大的提高效率的同時，具有表現(xiàn)任意真實色彩的能力。具體的講在同樣256級灰度的顯示方式下(經(jīng)色彩校正模式校正)可實現(xiàn)比2563色多幾個數(shù)量級的色彩數(shù)目，因而可得到更接近的真彩色。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵為該技術(shù)的主要構(gòu)成光源(包括反光拋物面)、光纖準直器、衍射光柵或棱鏡、DMD調(diào)色板、集束透鏡組、光瀾、機械掃描系統(tǒng)、投射物鏡、DMD驅(qū)動電路、其基本工作原理為由光源所發(fā)出的全色光被光纖準直器準直后再經(jīng)集束后，再由光瀾濾去雜光，投射到衍射光柵(或棱鏡)上；被擴展成一個全色光譜，將該光譜投射到DMD調(diào)色板上，將亮度及色調(diào)調(diào)控信號送入DMD調(diào)色板的控制電路上后，DMD調(diào)色板上的每一個微鏡的轉(zhuǎn)向及保持的狀態(tài)將被控制，因而DMD調(diào)色板上的整體及局部的微鏡轉(zhuǎn)向與否的比例關(guān)系將被控制，不同波長的光進入光通道的量將被控制，DMD調(diào)色板上的反射的光的疊加結(jié)果將被調(diào)制成不同的亮度及色度；因而經(jīng)DMD調(diào)色板反射而進入有效光路通道的反射光的亮度及色調(diào)將被調(diào)制而獲得與視頻信號一致的亮度及色度；再經(jīng)準直、集束后由機械掃描系統(tǒng)完成掃描后再由投射物鏡聚焦于焦平面；其技術(shù)特征就是，在本技術(shù)中使用了衍射光柵(或棱鏡)來使混合光(帶一定色溫的白光)展開成光譜；并投射到DMD調(diào)色板上，使用光纖準直器進行準直光束；用亮度及色度的分布式占空比調(diào)控方式來控制DMD調(diào)色板；用光纖準直器對DMD調(diào)色板的反射光再進行準直；經(jīng)集束后得到一個直接表現(xiàn)視頻信號的色度及亮度的細小光束。該翻轉(zhuǎn)比例關(guān)系(占空比)是一個二維函數(shù)，函數(shù)的自變量是DMD微鏡的平面位置坐標，該函數(shù)的獲得取決于某一瞬時視頻信號的亮度、色度及本技術(shù)專用的真實彩色的色溫修正。
上述的衍射光柵既可以是反射光柵也可以是投射光柵，光柵的條紋可以是直紋也可以是曲線紋或閉合曲線紋。
上述的光纖準直器是由一束兩端直經(jīng)不一樣的光導纖維組成，各條光導纖維絲的直徑較大的一端束在一起，直徑較小的另一端也束在一起，所形成的光導纖維束的直經(jīng)一頭大另一頭小，在光導纖維絲的表面覆有一層折射率小于光導纖維絲的介質(zhì)。
上述的DMD調(diào)色板的視頻信號的亮度及色度的分布式占空比調(diào)控是指DMD上的微鏡轉(zhuǎn)向及保持的比例關(guān)系及位置分布(不同的光路設(shè)計轉(zhuǎn)向及保持狀態(tài)都有可能是該微鏡的反射光線被反射到光路的有效通道)；也就是說，照射到DMD上的光譜為全色光譜(白光光譜)，不同頻率的光照射到DMD上的不同的區(qū)域上，控制DMD上各顏色光的區(qū)域上微鏡轉(zhuǎn)向及保持的比例關(guān)系，就可以控制光路輸出光混合后的顏色及亮度。
本技術(shù)及光機中的DMD晶片上所被投射的光譜的形成方式即可通過光柵及棱鏡來形成連續(xù)光譜；也可以通過三個獨立的紅、蘭、綠光源同時照射到DMD晶片的不同區(qū)域上所形成的彩條。
以下結(jié)合附圖
就本發(fā)明的較佳實施例對本發(fā)明作進一步說明[圖一]非相干光全譜域調(diào)制技術(shù)及光機光路原理示意圖。DMD全譜域調(diào)制方式示圖。光導纖維準直器結(jié)構(gòu)示圖。
如[圖一]所示，該光路的基本組成為由光源(2)、光纖準直器(10)及(20)、衍射光柵(或棱鏡)(3)、DMD調(diào)制/調(diào)色板(1)、集束透鏡組(4)及(5)、光瀾(6)及(7)、掃描振鏡(9)、投射物鏡(11)、DMD驅(qū)動電路(17)等組成；其基本工作過程為由光源(2)所發(fā)出的白光被光纖準直器(20)進行準直(準直的作用是將原來發(fā)散角大(平行度差)的一束光變得發(fā)散角小(平行度好))后再由集束投鏡組(4)進行集束，由光瀾(6)濾去雜光后，投射到衍射光柵(或棱鏡)(3)上后被擴展成一個全色光譜(按光的波長的不同所分離開的一束光，當將其投射到屏幕上時便形成了按顏色排開的彩帶)展開成不同的區(qū)域，將該光譜投射到DMD調(diào)制/調(diào)色板(1)上(也將形成了按顏色排開的彩帶——光譜)。
將亮度/色調(diào)調(diào)控信號送入DMD調(diào)色板(5)的引出電極后，DMD調(diào)色板(5)上的每一個微鏡的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)將被控制，不同區(qū)域上的翻轉(zhuǎn)的比例關(guān)系被控制(局域占空比)，進入有效光路通道的反射光的亮度及色調(diào)將被調(diào)制(故形象的稱為調(diào)色板)，再經(jīng)準直器(10)準直、集束透鏡組(5)集束后，由機械掃描系統(tǒng)——振鏡(9)完成掃描，再由投射物鏡(11)聚焦于焦平面。
該系統(tǒng)的實用化的充要條件將限定兩個重要指標DMD的翻轉(zhuǎn)速度要小于10-1微秒；(末級)光纖準直器(10)的準直度要小于10-2度，前者——TI(美)已基本實現(xiàn)；后者只有本文準直器才能達到。(祥見[圖二]、[圖三]說明)如[圖二]所示DMD調(diào)色板(1)的構(gòu)造是由大量微(反光)鏡組成(目前已大量用于DLP投影光機中(美國TI公司技術(shù)))，這些反射鏡可獨立的被驅(qū)動電路(2)驅(qū)動，微鏡轉(zhuǎn)向及保持的比例關(guān)系及位置分布都可由驅(qū)動電路(2)驅(qū)動，對于不同的光路設(shè)計來說，轉(zhuǎn)向及保持狀態(tài)都有可能是該微鏡將反射光線反射到有效光通道中。目前DMD的響應(yīng)時間約在10-1微秒的數(shù)量級，翻轉(zhuǎn)角度為+/-12°，開口寬度約為1-2微米。本發(fā)明的技術(shù)中，將需要10-2微秒的速度(可表現(xiàn)高清信號)，但其它指標則可弱化將使(翻轉(zhuǎn)角度減為+/-3°，開口寬度不重要，微鏡的尺寸也不重要，像素數(shù)目幾萬便可這就意味著將節(jié)約更多的翻轉(zhuǎn)時間同時又減小動力電極板之間的距離、增加動力電極的面積及寬度；其結(jié)果是大大的增加極板電荷同時又縮減了距離，動力學性能將大大的改善，其工藝及難度遠低于目前的DMD的制造水平，只需70年代的水平！)達到這一速度并不困難！當[圖二]中的白光光譜照射到DMD微鏡陣列上時，不同頻率的光將落到不同的區(qū)域上，圖中的曲線則是代表分布在DMD調(diào)色板(1)上的光譜(條形光譜)的波長分布及相對強度(可見區(qū)光波的范圍是從4000埃到7600埃)，控制DMD調(diào)色板(1)上各光譜區(qū)域上的微鏡轉(zhuǎn)向及保持的比例關(guān)系，就可以控制光路輸出光混合后的顏色亮度。(3)是DMD調(diào)色板(1)的引出電極電纜，它控制著每一個微鏡的翻轉(zhuǎn)。
如[圖三]所示梳狀光導準直器是由多根光導纖維組成，各纖維的側(cè)面互相緊密接觸且每一根纖維的兩個端面的面積(10)、(11)一個大一個小，纖維的較大截面積的一端排列在一側(cè)(12)，較小截面積的另一端(13)排列在另一側(cè)，所形成的光導纖維準直器是一個臺拄，臺拄的兩個底面的面積不等，每一根光導纖維的兩個端面都構(gòu)成了該臺拄兩個底面(12)、(13)的一部分，較大截面積的端面(10)位于臺拄較大面積的底面(12)上，較大截面積的端面(11)位于臺拄較大面積的底面(13)上，臺拄的側(cè)面(15)為錐面的一部分，即可是正錐面也可以是非正錐面，在每根光導纖維的側(cè)面覆有一層或多層介質(zhì)層(16)，最靠近光導纖維表面的那一介質(zhì)層(16)材質(zhì)的折射率要大于光導纖維材質(zhì)的折射率。所述的光導纖維、層及粘合(或熱溶材料)即可以是玻璃類無機材料也可以是高分子類有機材料。
其基本工作原理為當散射角較大的光束(20)由光導纖維準直器(臺拄狀)面積較小的臺面(13)一端進入后，光線將不斷的在每一根光導纖維絲的側(cè)面上反射，顯見光線每被反射一次，其與光導纖維絲的中軸線的夾角將會有所減少，經(jīng)多次反射之后，其傳播方向?qū)⒔咏谳S線，而光導纖維的軸線在光導纖維準直器的兩端基本上與其中線(22)平行，因而在另一個底面(13)出射時，準直將有所改善。
該臺拄的兩個底面(12)、(13)可以是圓形、多邊形、曲邊多邊形等形狀，兩個底面的形狀可以是相似形也可以是非相似形。光導纖維準直器中的光導纖維絲的截面形狀可以是圓形、曲邊六邊形、正六邊形等。
在目前的工藝狀況下(光纖口徑10-2mm的熱溶拉伸工藝)，可達10-2度準直數(shù)量級。
權(quán)利要求
1.非相干光全譜域調(diào)制技術(shù)(TMP)，由光源，光纖準直器，衍射光柵或棱鏡，DMD(數(shù)字微鏡裝置)調(diào)色板等組成，其基本工作原理為由光源所發(fā)出的全色光(白光)被光纖準直器準直，再經(jīng)集束后，投射到衍射光柵(或棱鏡)上；光束被衍射光柵(或棱鏡)展開成一個光譜，該光譜投射到DMD調(diào)色板上，當用視頻調(diào)控信號來驅(qū)動DMD調(diào)色板時，DMD上的每一個微鏡將被控制是否翻轉(zhuǎn)，這樣；不同波長的光進入光通道的量將被控制，將DMD調(diào)色板上的各微鏡有效反射的光疊加在一起(集聚在一個點上)將是代表視頻信號的亮度及色度；其特征就在于，在本技術(shù)中使用了衍射光柵(或棱鏡)來使混合光(帶一定色溫的白光)展開成光譜(或者是將紅、蘭、綠三基色光同時匯聚在同一DMD晶片上)；使用光纖準直器進行準直光束；用分布式占空比調(diào)控方式來驅(qū)動DMD調(diào)色板上的各個微反光鏡；將DMD微反光鏡所有的有效反射光集束，可得到一個直接表現(xiàn)視頻信號的色度及亮度的細小光束。
2.非相干光全譜域調(diào)制方式的視頻投影(TMP)光機，其光路系統(tǒng)是由光源、光纖準直器、衍射光柵(或棱鏡)、DMD調(diào)色板、集束透鏡組、光瀾、機械掃描系統(tǒng)、投射物鏡、DMD驅(qū)動電路等部分組成；其基本工作過程為由光源所發(fā)出的白光被光纖準直器進行準直后再進行集束，由光瀾濾去雜光后，投射到衍射光柵(或棱鏡)上，被擴展成一個全色光譜，將該光譜投射到DMD調(diào)色板上，將亮度及色調(diào)調(diào)控信號送入DMD調(diào)色板的控制電路上后，DMD調(diào)色板上的每一個微鏡的轉(zhuǎn)向及保持的狀態(tài)將被控制，因而DMD調(diào)色板上的整體及局部的微鏡轉(zhuǎn)向與否的比例關(guān)系將被控制，經(jīng)DMD調(diào)色板反射而進入有效光路通道的反射光的亮度及色調(diào)將被調(diào)制而獲得與視頻信號一致的亮度及色度；再經(jīng)準直、集束后由機械掃描系統(tǒng)完成掃描后再由投射物鏡聚焦于焦平面；其特征就在于，在光機中使用了衍射光柵(或棱鏡)，用來使混合光(帶一定色溫的白光)展開成光譜；使用光纖準直器進行準直光束；用分布式占空比調(diào)控方式來驅(qū)動DMD調(diào)色板上的各個微反光鏡，控制其翻轉(zhuǎn)，將經(jīng)DMD調(diào)色板反射而進入有效光路通道的反射光再次用光纖準直器準直后，由機械掃描系統(tǒng)完成掃描，再由投射物鏡聚焦于焦平面上。
3.如權(quán)利要求1、2所述技術(shù)及光機中的衍射光柵，其特征就在于衍射光柵既可以是反射光柵也可以是透射光柵，光柵的條紋可以是直紋也可以是曲線紋或閉合曲線紋。
4.如權(quán)利要求1、2所述技術(shù)及光機中的光纖準直器，其特征就在于光纖準直器是由一束兩端直經(jīng)不一樣的光導纖維組成，各條光導纖維絲的直徑較大的一端束在一起，直徑較小的另一端也束在一起，所形成的光導纖維束的直經(jīng)一頭大另一頭小，在光導纖維絲的表面覆有一層折射率小于內(nèi)層光導纖維絲的介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1、2所述技術(shù)及光機中的驅(qū)動DMD調(diào)色板所用的的分布式占空比調(diào)控方式，其特征就在于所述的分布式占空比調(diào)控方式是指DMD上的微鏡的翻轉(zhuǎn)與否的比例關(guān)系及比例關(guān)系隨位置的分布(不同的光路設(shè)計中DMD的轉(zhuǎn)向及保持狀態(tài)都有可能是該微鏡的反射光線被反射到光路的有效通道)；也就是說，照射到DMD上的光譜為全色光譜(白光光譜)，不同頻率的光將射到DMD上的不同的區(qū)域上，控制DMD上被不同顏色的光所照射的不同區(qū)域上的微鏡的翻轉(zhuǎn)比例關(guān)系，就可以控制光路輸出光混合后的顏色及亮度；該翻轉(zhuǎn)比例關(guān)系是一個二維函數(shù)，函數(shù)的自變量是DMD微鏡的平面位置坐標。
6.如權(quán)利要求1、2所述技術(shù)及光機中的DMD晶片上所被投射的光譜，其特征就在于光譜的形成方式即可通過光柵及棱鏡來形成連續(xù)光譜；也可以通過三個獨立的紅、蘭、綠光源同時照射到DMD晶片的不同區(qū)域上所形成的彩條。
全文摘要
非相干光全譜域調(diào)制技術(shù)及其視頻投影光機，屬應(yīng)用光學領(lǐng)域。非相干光全譜域調(diào)制(TMPTure Color Micro－mirror Picture)方式是目前唯一實現(xiàn)真實光譜的調(diào)色技術(shù)，具有能表現(xiàn)任意真實色彩的能力，光效率有增加10倍以上的潛力，綜合性能將大大超出目前的行業(yè)水平(LCOS/LCD/DLP光機)，可廣泛應(yīng)用于投影視頻領(lǐng)域。
文檔編號G02B6/00GK1434321SQ02101988
公開日2003年8月6日 申請日期2002年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月23日
發(fā)明者姜牧 申請人:姜牧