專利名稱：三基色激光光纖混色系統(tǒng)及混色控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體說是屬于使用三基色激光光源、光纖的混色系統(tǒng)及控制方法，以及由三基色激光光纖混色系統(tǒng)構(gòu)成的可以實現(xiàn)動畫、圖形與文字的掃描顯示功能，聲光一體化的組合式激光掃描顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，以激光為光源的顯示技術(shù)(LDT)一般有兩種實現(xiàn)方法，一是投影式，二是掃描式。前者稱為激光電視，屏幕尺寸一般為50-60英寸；后者可在特殊屏幕上實現(xiàn)大面積圖像顯示，但掃描和調(diào)制等技術(shù)有待發(fā)展。已有的調(diào)制技術(shù)有兩種，一是采用模擬信號驅(qū)動LD泵浦源；二是采用聲光或電光調(diào)制。在混色技術(shù)方面，主要有三種1、二膜片、三膜片加準直器，圖1所示，它由紅、綠和藍色全固態(tài)激光器、不同倍率的準直器及二膜片、三膜片和光欄以及行、場掃描器等組成，其缺點在于光學結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試困難。
2、二膜片、三膜片加光纖的混色方法，它由紅、綠和藍色全固態(tài)激光器及二膜片或三膜片和光纖等組成，其缺點在于光學結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又因光纖輸出端的準直器必須校正色差使得準直器設(shè)計和加工復(fù)雜。
3、X型棱鏡混色方法，圖2所示，此方法加工困難，成本較高，并且需要不同倍率的準直器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、牢固、工作可靠、易于實現(xiàn)激光功率控制和空間匹配的三基色激光光纖混色系統(tǒng)與混色控制方法；以及提供由三基色激光光纖混色系統(tǒng)構(gòu)成的可以實現(xiàn)動畫、圖形與文字的掃描顯示功能，具有顯示面積大、色彩鮮艷、亮度高、內(nèi)容豐富流暢以及聲光一體化的組合式激光掃描顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案為本發(fā)明的三基色激光光纖混色系統(tǒng)，包括三基色激光光源、光纖，其特征在于還包括三個聲光或電光調(diào)制器及驅(qū)動源與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡、光纖合光器、合光器合光后的準直自聚焦透鏡及計算機控制處理系統(tǒng)；所述的三個聲光或電光調(diào)制器通過三個聲光或電光調(diào)制器的自聚焦透鏡與光纖合光器的輸入端的三根輸入光纖耦合，三基色光強被調(diào)制的激光在合光器合光部分被合成某種彩色光后經(jīng)輸出光纖與合光器合光后的自聚焦透鏡變?yōu)槠叫泄馐敵?；計算機處理控制系統(tǒng)的輸出連接三色激光器的開與關(guān)、三個聲光或電光調(diào)制器。
三基色激光光纖混色系統(tǒng)的混色控制方法，激光光源的調(diào)制產(chǎn)生過程是a、紅色激光光源發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的紅色激光，經(jīng)與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡耦合到合光器的輸入光纖；b、綠色激光光源發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的綠色激光，經(jīng)與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡耦合到合光器的輸入光纖；c、藍色激光光源發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的藍色激光，經(jīng)與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡耦合到合光器的輸入光纖；計算機處理控制系統(tǒng)控制三色激光器的開與關(guān)，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的顏色，向三個聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器。
三基色激光光纖混色系統(tǒng)再增加X-Y雙振鏡掃描部分、屏幕及音響系統(tǒng)；既可組合成一個以激光為主，聲音為輔的組合式激光顯示系統(tǒng)。所述的三基色光強被調(diào)制的激光在合光器合光部分被合成某種彩色光后經(jīng)輸出光纖與合光器合光后的自聚焦透鏡變?yōu)槠叫泄馐敵?；將平行光束輸給X-Y雙振鏡掃描部分后并投向屏幕；并由計算機處理控制系統(tǒng)控制X-Y雙振鏡掃描成二維彩色圖像。
以上所述的計算機處理控制系統(tǒng)除了控制三色激光器的開與關(guān)外，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的顏色，向三個聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，以控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的形狀，向X-Y雙振鏡掃描部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號。
本發(fā)明提供的三基色激光光纖混色系統(tǒng)，其混色原理來源于色度學基礎(chǔ)理論，圖3所示，為CIE1931(x，y)色品圖，物體顏色的三刺激值與物體的色品坐標關(guān)系為x=XX+Y+Zy=YX+Y+Zz=ZX+Y+Z---(1)]]>其中，x，y，z為色品坐標，X，Y，Z為三刺激值。
由于x+y+z＝1，因此只用x，y兩個色品坐標即可限定一個色品，但色品并沒有提供關(guān)于亮度或相對亮度的任何信息，因此只能由三刺激值中的Y來表示有關(guān)亮度的信息。根據(jù)刺激值與色品坐標的關(guān)系，直接用光譜三刺激值求得光譜色在xy坐標系統(tǒng)中的各坐標值，將光譜色的坐標點連成馬蹄形曲線，即CIE曲線。x為紅原色，y為綠原色，z為藍原色。所有真實顏色的色品都落在馬蹄形軌跡包圍的區(qū)域內(nèi)或邊界線上，而圖形以外的點則代表假想色的色品而不予考慮。馬蹄形的頂部是綠色，左下方是藍色，右下方是紅色。所有單色光(光譜色)的色品均位于馬蹄形的彎曲邊界上，其飽和度為100％，該邊界稱為光譜軌跡，沿該軌跡標有波長分度線。連接光譜軌跡兩端波長780nm和380nm色品點的直線稱為紫紅線，并非軌跡線的一部分，它代表紅、藍兩色混合產(chǎn)生的部分紅色和全部紫色的色品，這些顏色具有最大的飽和度，且均為非光譜色。在蹄形區(qū)內(nèi)，任取三點對應(yīng)的彩色作為基色，則由這三基色混合而成的所有彩色都包含在以這三點為頂點的三角形內(nèi)?？梢?，此三角形面積越大，就意味著能夠表示更多的顏色，即其彩色再現(xiàn)的能力更強。為了得到色彩豐富的畫面，選擇紅、綠、藍三色作為三基色光源，并希望它們越接近光譜軌跡越好，這樣可以再現(xiàn)更多飽和度高的色彩。因此，三基色激光—光纖混色方法中所用的光源是全固態(tài)紅(635nm)，綠(532nm)、藍(471nm)激光器。
自聚焦透鏡是變折射率透鏡，其折射率分布與中心軸對稱，折射率沿徑向梯度變化。自聚焦透鏡的焦距為f=[n0Asin(zA)]-1---(2)]]>其中，n0為軸線折射率，A為聚焦常數(shù)，z為自聚焦透鏡的長度。由式(2)可以看出，因為A是波長的函數(shù)，所以f也是波長的函數(shù)。當波長給定時，由式(2)可知，f對z的微分表達式為df=-cot(zA)n0sin(zA)dz---(3)]]>由式(3)可知，如果z取得較長，則焦點就會落在透鏡端面內(nèi)；如果z取得較短，則焦點就會落在透鏡端面外。由此可見，透鏡的長度誤差必定會影響到光纖與自聚焦透鏡的耦合效果，這是造成耦合損耗的主要原因之一，在選擇自聚焦透鏡時應(yīng)注意這一點。
三基色激光光纖混色系統(tǒng)及混色控制方法滿足了下列兩個使用條件(1)三基色激光功率通過聲光或電光調(diào)制可以滿足一定比例，實現(xiàn)彩色調(diào)制；
(2)聲光或電光調(diào)制的三基色激光通過光纖合光器可以實現(xiàn)空間匹配(即三基色的三束光傳播方向相同，光束直徑大小相同，光束發(fā)散角相同)。本發(fā)明提供的三基色激光光纖混色系統(tǒng)及混色控制方法與現(xiàn)有的二膜片混色技術(shù)等相比，突出的實質(zhì)性特點和顯著的技術(shù)進步是1、使用了聲光(或電光)調(diào)制器及光纖合光器把三基色激光混合成全彩色。整個結(jié)構(gòu)簡單、牢固、工作可靠、易于實現(xiàn)激光功率控制和空間匹配。
2、使用三基色激光光纖混色系統(tǒng)組成的激光掃描顯示系統(tǒng)，采用了X-Y雙振鏡掃描方法，可以很方便的實現(xiàn)動畫、圖形以及文字的掃描顯示功能


圖1是二膜片、三膜片加準直器的混色方法；圖2是X型棱鏡混色3是CIE1931(x，y)色品圖；圖4是三基色激光、光纖混色系統(tǒng)及激光大屏幕掃描顯示系統(tǒng)；圖5是激光大屏幕掃描顯示系統(tǒng)中計算機處理控制系統(tǒng)控制原理圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明具體實施方式
。
圖4所示，三基色激光光纖混色系統(tǒng)和激光大屏幕掃描顯示系統(tǒng)。三基色激光、光纖混色系統(tǒng)包括紅色、綠色和藍色的三基色激光光源1、2、3、光纖10、11、12、14、三個聲光或電光調(diào)制器及驅(qū)動源4、5、6、與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡7、8、9、光纖合光器13、合光器合光后的準直自聚焦透鏡18、及計算機控制處理系統(tǒng)；所述的三個聲光或電光調(diào)制器通過三個聲光或電光調(diào)制器的自聚焦透鏡與光纖合光器的輸入端的三根輸入光纖耦合，三基色光強被調(diào)制的激光在合光器合光部分被合成某種彩色光后經(jīng)輸出光纖與合光器合光后的自聚焦透鏡變?yōu)槠叫泄馐敵?；計算機處理控制系統(tǒng)的輸出連接三色激光器的開與關(guān)、三個聲光或電光調(diào)制器。
三基色激光光纖混色系統(tǒng)的混色控制方法，激光光源的調(diào)制過程a、紅色激光光源1發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器4進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的紅色激光，經(jīng)聲光或電光調(diào)制器的自聚焦透鏡7耦合到合光器的輸入光纖10；b、綠色激光光源2發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器5進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的綠色激光，經(jīng)聲光或電光調(diào)制器的自聚焦透鏡8耦合到合光器的輸入光纖11；c、藍色激光光源3發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器6進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的藍色激光，經(jīng)聲光或電光調(diào)制器的自聚焦透鏡9耦合到合光器的輸入光纖12。
計算機處理控制系統(tǒng)控制三色激光器的開與關(guān)，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的顏色，向三個聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器。
三基色激光光纖混色系統(tǒng)再增加X-Y雙振鏡掃描部分15、16、屏幕17、及音響系統(tǒng)；既可組合成一個以激光為主，聲音為輔的組合式激光顯示系統(tǒng)。所述的三基基色光強被調(diào)制的激光在合光器合光部分被合成某種彩色光后經(jīng)輸出光纖14與合光器合光后的準直自聚焦透鏡18變?yōu)槠叫泄馐敵龊?；將平行光束輸給X-Y雙振鏡掃描部分后并投向屏幕。
三基色激光光纖混色系統(tǒng)所構(gòu)成的組合式激光掃描顯示系統(tǒng)的控制方法，計算機處理控制系統(tǒng)控制三色激光器的開與關(guān)，根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的顏色，向三個聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，以控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的形狀，向X-Y雙振鏡掃描部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號，X-Y雙振鏡掃描成二維彩色圖像并投向屏幕，使圖像顯示在屏幕上。
所述的計算機處理控制系統(tǒng)的控制步驟1、計算機處理控制系統(tǒng)上電，開始工作；2、計算機處理控制系統(tǒng)向三色激光器發(fā)送開機信號；3、計算機處理控制系統(tǒng)接收顯示信號；4、計算機處理控制系統(tǒng)用顯示信號控制聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，以控制三色激光按不同的功率比例進入光纖合光器，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的形狀，向X-Y雙振鏡掃描部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號；5、大屏幕顯示相應(yīng)圖形、文字；6、判斷大屏幕顯示是否結(jié)束，否，返回步驟3，繼續(xù)計算機處理控制系統(tǒng)接收顯示信號等步驟；是，則向三色激光器發(fā)送關(guān)機信號，并結(jié)束大屏幕顯示。
組合式激光掃描顯示系統(tǒng)可以實現(xiàn)動畫、圖形以及文字的掃描顯示功能，具有顯示面積大、色彩鮮艷、亮度高、內(nèi)容豐富流暢以及聲光一體化等特點。
權(quán)利要求
1.一種三基色激光光纖混色系統(tǒng)，包括三基色激光光源(1)(2)(3)、光纖(10)(11)(12)(14)，其特征在于還包括三個聲光或電光調(diào)制器及驅(qū)動源(4)(5)(6)、與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡(7)(8)(9)、光纖合光器(13)、合光器合光后的準直自聚焦透鏡、及計算機控制處理系統(tǒng)；所述的三個聲光或電光調(diào)制器通過三個聲光或電光調(diào)制器的自聚焦透鏡與光纖合光器的輸入端的三根輸入光纖耦合，三基色光強被調(diào)制的激光在合光器合光部分被合成某種彩色光后經(jīng)輸出光纖與合光器合光后的自聚焦透鏡變?yōu)槠叫泄馐敵觯挥嬎銠C處理控制系統(tǒng)的輸出連接三色激光器的開與關(guān)、三個聲光或電光調(diào)制器。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種三基色激光光纖混色系統(tǒng)的混色控制方法，其特征在于所述的激光光源的調(diào)制是a、紅色激光光源(1)發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器(4)進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的紅色激光，經(jīng)與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡(7)耦合到合光器的輸入光纖(10)；b、綠色激光光源(2)發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器(5)進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的綠色激光，經(jīng)與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡(8)耦合到合光器的輸入光纖(11)；c、藍色激光光源(3)發(fā)出的激光，進入聲光調(diào)制器(6)進行光強調(diào)制，按照一定比例光強被調(diào)制的藍色激光，經(jīng)與聲光或電光調(diào)制器耦合的自聚焦透鏡(9)耦合到合光器的輸入光纖(12)；所述的計算機處理控制系統(tǒng)控制三色激光器的開與關(guān)，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的顏色，向三個聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種三基色激光光纖混色系統(tǒng)所構(gòu)成的組合式激光掃描顯示系統(tǒng)，其特征在于還包括X-Y雙振鏡掃描部分(15)、(16)、屏幕(17)、及音響系統(tǒng)；所述的三基基色光強被調(diào)制的激光在合光器合光部分被合成某種彩色光后經(jīng)輸出光纖(14)與合光器合光后的準直自聚焦透鏡(18)變?yōu)槠叫泄馐敵龊?；將平行光束輸給X-Y雙振鏡掃描部分后并投向屏幕。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種三基色激光、光纖混色系統(tǒng)所構(gòu)成的組合式激光掃描顯示系統(tǒng)的控制方法，其特征在于計算機處理控制系統(tǒng)控制三色激光器的開與關(guān)，根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的顏色，向三個聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，以控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的形狀，向X-Y雙振鏡掃描部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號，X-Y雙振鏡掃描成二維彩色圖像并投向屏幕，使圖像顯示在屏幕上。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種三基色激光光纖混色系統(tǒng)所構(gòu)成的組合式激光掃描顯示系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的計算機處理控制系統(tǒng)的控制步驟(1)計算機處理控制系統(tǒng)開始，上電工作；(2)計算機處理控制系統(tǒng)向三色激光器發(fā)送開機信號；(3)計算機處理控制系統(tǒng)接受顯示信號；(4)計算機處理控制系統(tǒng)用顯示信號控制聲光或電光調(diào)制器發(fā)出不同的調(diào)制信號，以控制三色激光按不同的比例進入光纖合光器，同時，還根據(jù)所要顯示的內(nèi)容的形狀，向X-Y雙振鏡掃描部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號；(5)大屏幕顯示相應(yīng)圖形、文字；(6)判斷大屏幕顯示是否結(jié)束，否，返回(3)，繼續(xù)計算機處理控制系統(tǒng)接收顯示信號等步驟；是，則向三色激光器發(fā)送關(guān)機信號，并結(jié)束大屏幕顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及三基色激光光纖混色系統(tǒng)及混色控制方法，包括三基色激光光源、光纖、特點是還有三個聲光或電光調(diào)制器及驅(qū)動源、自聚焦透鏡、光纖合光器、及計算機控制處理系統(tǒng)；具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、工作可靠、易于實現(xiàn)激光功率控制和空間匹配等優(yōu)點。使用三基色激光、光纖混色系統(tǒng)可組合成的激光掃描顯示系統(tǒng)，可以實現(xiàn)動畫、圖形以及文字的掃描顯示功能，顯示面積大、色彩鮮艷、亮度高、內(nèi)容豐富流暢以及聲光一體化等。
文檔編號G02F1/065GK1851532SQ20061001253
公開日2006年10月25日 申請日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者朱林泉, 張志偉, 鮮浩, 鄭志華 申請人:中北大學