復(fù)合光源數(shù)字投影裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合光源數(shù)字投影裝置和方法，屬于投影顯示領(lǐng)域。所述的復(fù)合光源數(shù)字投影裝置包括第一光源、第一硅基液晶陣列、第二光源、第二硅基液晶陣列、合光鏡、投影光組和殼體。所述的復(fù)合光源數(shù)字投影方法通過調(diào)整雙硅基液晶陣列的對(duì)應(yīng)關(guān)系和控制硅基液晶陣列進(jìn)行光線調(diào)制，使兩不同波段光源復(fù)合，并經(jīng)投影光組擴(kuò)束實(shí)現(xiàn)投影功能。本發(fā)明采用雙硅基液晶陣列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了將兩光源無時(shí)間間隔地復(fù)合投影，結(jié)構(gòu)緊湊，工作噪音較低，適用于成像設(shè)備曝光速度要求高的場(chǎng)合。
【專利說明】
復(fù)合光源數(shù)字投影裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合光源數(shù)字投影裝置和方法，屬于投影顯示領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字投影顯示技術(shù)能夠通過平面圖像信息控制光源，并利用光學(xué)系統(tǒng)放大圖像， 在投影屏上顯示出高保真低畸變圖案。目前數(shù)字投影顯示多采用色輪作為濾光元件，通過 旋轉(zhuǎn)色輪將不同波段光源在時(shí)間軸上依次排列，針對(duì)人眼和低速曝光的成像設(shè)備，能實(shí)現(xiàn) 在一定時(shí)間段內(nèi)各波段投影圖案的累加。但對(duì)于高速曝光的成像設(shè)備，這種數(shù)字投影顯示 方法因受限于色輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)速度在一個(gè)曝光時(shí)間內(nèi)無法完成各波段投影圖案的疊加。另 外，當(dāng)投影屏處于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同波段投影圖案的相對(duì)移位，影響投影質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種復(fù)合光源數(shù)字投影裝置和方法，用以解決上 述存在的問題。
[0004] 本發(fā)明復(fù)合光源數(shù)字投影裝置予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是：該裝置包括第一光源、第 一硅基液晶陣列、第二光源、第二硅基液晶陣列、合光鏡、投影光組和殼體;所述的第一光源 發(fā)出投影顯示所需的第一波段光線，投射到所述的第一硅基液晶陣列的基面上;所述的第 一硅基液晶陣列依據(jù)圖案顯示需求對(duì)第一波段光線在二維空間上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，并將經(jīng)調(diào) 制的第一波段光線傳送給所述的合光鏡;所述的第二光源發(fā)出投影顯示所需的第二波段光 線，投射到所述的第二硅基液晶陣列的基面上;所述的第二硅基液晶陣列依據(jù)圖案顯示需 求對(duì)第二波段光線在二維空間上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，并將經(jīng)調(diào)制的第二波段光線傳送給所述的 合光鏡;所述的合光鏡將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線和經(jīng)調(diào)制的第二波段光線疊加為復(fù)合光 線，并將復(fù)合光線傳送給所述的投影光組;所述的投影光組改變軸向放大率，將承載圖案信 息的復(fù)合光線投射出裝置;所述的殼體用于固定光學(xué)元件，并對(duì)光路進(jìn)行密封以避免外界 干擾光進(jìn)入。
[0005] 所述的第一硅基液晶陣列和所述的第二硅基液晶陣列型號(hào)相同；所述的第一硅基 液晶陣列在所述的合光鏡右側(cè)，與所述的合光鏡的基面成45°角;所述的第二硅基液晶陣列 在所述的合光鏡下方，與所述的合光鏡的基面成45°角;所述的合光鏡的基面與所述的投影 光組主面成45°角。
[0006] 本發(fā)明提出的一種復(fù)合光源數(shù)字投影方法，是利用上述復(fù)合光源數(shù)字投影裝置， 并按照以下步驟：
[0007] 步驟一、調(diào)整所述的第二硅基液晶陣列相對(duì)所述的第一硅基液晶陣列的晶元對(duì)應(yīng) 位置，使兩硅基液晶陣列的晶元一一對(duì)應(yīng)。
[0008] 步驟二、給所述的第一光源和所述的第二光源通電；所述的第一光源和所述的第 二光源經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換，分別向所述的第一硅基液晶陣列和所述的第二硅基液晶陣列發(fā)射不 同波段光束;其中，所述的第一光源的光強(qiáng)分布為Ei(X，y，λ)，所述的第二光源的光強(qiáng)分布 為E2(x，y，λ)，X和y分別是硅基液晶陣列的列坐標(biāo)和行坐標(biāo)，λ是光波長(zhǎng)。
[0009]步驟三、控制所述的第一硅基液晶陣列和所述的第二硅基液晶陣列同步進(jìn)行光線 調(diào)制，光線調(diào)制函數(shù)分別為施&，7)和M2(x，y);光線調(diào)制函數(shù)由預(yù)設(shè)圖案矩陣和幅值校正矩 陣合成：
[0011]公式（1)中，(MX，y)和C2(x，y)分別為所述的第一光源和所述的第二光源的幅值校 正矩陣，是與光源自身特性相關(guān)的固定值;hUd)和I2(X，y)分別為所述的第一硅基液晶陣 列和所述的第二硅基液晶陣列預(yù)設(shè)圖案矩陣。
[0012]步驟四、所述的合光鏡將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線和經(jīng)調(diào)制的第二波段光線疊加為 復(fù)合光線，并通過所述的投影光組投射出裝置，此時(shí)的投影光強(qiáng)分布D(u，v，A)為：
[0014] 公式(2)中，F(xiàn)(x，y，u，v)是硅基液晶陣列面到投影面的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，u和v分別是投 影面的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。
[0015] 可見，經(jīng)過步驟一、二、三、四，能夠?qū)崿F(xiàn)所述的第一光源和所述的第二光源的復(fù) 合，并在投影面上對(duì)預(yù)設(shè)圖案進(jìn)行顯示。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 本發(fā)明提供的復(fù)合光源數(shù)字投影裝置和方法，采用雙硅基液晶陣列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了 將兩光源無時(shí)間間隔地復(fù)合投影。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的復(fù)合光源數(shù)字投影裝置 無需色輪及其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，工作噪音較低。本發(fā)明提供的復(fù)合光源數(shù)字投影方法實(shí) 現(xiàn)了將承載不同光波段圖案信息融合并實(shí)時(shí)投影的功能，適用于成像設(shè)備曝光速度要求高 的場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明提供的復(fù)合光源數(shù)字投影裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明雙硅基液晶結(jié)構(gòu)的光束復(fù)合示例圖。
[0020] 圖中：1-第一光源，2-第一硅基液晶陣列，3-第二光源，4-第二硅基液晶陣列，5-合 光鏡，6-投影光組，7-殼體，10-第一硅基液晶陣列的預(yù)設(shè)圖案矩陣，20-第二硅基液晶陣列 的預(yù)設(shè)圖案矩陣，30-復(fù)合圖案。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明復(fù)合光源數(shù)字投影裝置，包括第一光源1、第一硅基液晶陣列2、 第二光源3、第二硅基液晶陣列4、合光鏡5、投影光組6和殼體7;所述的第一硅基液晶陣列2 和所述的第二硅基液晶陣列4型號(hào)相同；所述的第一硅基液晶陣列2在所述的合光鏡5右側(cè)， 與所述的合光鏡5的基面成45°角;所述的第二硅基液晶陣列4在所述的合光鏡5下方，與所 述的合光鏡5的基面成45°角;所述的合光鏡5的基面與所述的投影光組6的主面成45°角。 [0023]所述的第一光源1發(fā)出投影顯示所需的第一波段光線，投射到所述的第一硅基液 晶陣列2的基面上;所述的第一硅基液晶陣列2依據(jù)圖案顯示需求對(duì)第一波段光線在二維空 間上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，并將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線傳送給所述的合光鏡5;所述的第二光源3 發(fā)出投影顯示所需的第二波段光線，投射到所述的第二硅基液晶陣列4的基面上;所述的第 二硅基液晶陣列4依據(jù)圖案顯示需求對(duì)第二波段光線在二維空間上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，并將經(jīng) 調(diào)制的第二波段光線傳送給所述的合光鏡5;所述的合光鏡5將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線和經(jīng) 調(diào)制的第二波段光線疊加為復(fù)合光線，并將復(fù)合光線傳送給所述的投影光組6;所述的投影 光組6改變軸向放大率，將承載圖案信息的復(fù)合光線投射出裝置;所述的殼體7用于固定光 學(xué)元件，并對(duì)光路進(jìn)行密封以避免外界干擾光進(jìn)入。
[0024] 本發(fā)明提出的一種復(fù)合光源數(shù)字投影方法，是利用上述復(fù)合光源數(shù)字投影裝置， 并按照以下步驟：
[0025] 步驟一、調(diào)整所述的第二硅基液晶陣列4相對(duì)所述的第一硅基液晶陣列2的晶元對(duì) 應(yīng)位置，使兩娃基液晶陣列的晶元--對(duì)應(yīng)。
[0026] 步驟二、給所述的第一光源1和所述的第二光源3通電;所述的第一光源1和所述的 第二光源3經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換，分別向所述的第一硅基液晶陣列2和所述的第二硅基液晶陣列4 發(fā)射不同波段光束;其中，所述的第一光源1的光強(qiáng)分布為ΕΚχ,γ,λ)，所述的第二光源3的 光強(qiáng)分布為Ε 2(X，y，λ)，X和y分別是硅基液晶陣列的列坐標(biāo)和行坐標(biāo)，λ是光波長(zhǎng)。
[0027]步驟三、控制所述的第一硅基液晶陣列2和所述的第二硅基液晶陣列4同步進(jìn)行光 線調(diào)制，光線調(diào)制函數(shù)分別為施&，7)和M2(x，y);光線調(diào)制函數(shù)由預(yù)設(shè)圖案矩陣和幅值校正 矩陣合成：
[0029] 公式（1)中，(Mxj)和C2(x，y)分別為所述的第一光源1和所述的第二光3源的幅值 校正矩陣，是與光源自身特性相關(guān)的固定值;hUd)和I 2(x，y)分別為所述的第一硅基液晶 陣列2和所述的第二硅基液晶陣列4預(yù)設(shè)圖案矩陣。
[0030] 步驟四、所述的合光鏡5將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線和經(jīng)調(diào)制的第二波段光線疊加 為復(fù)合光線，并通過所述的投影光組6投射出裝置，此時(shí)的投影光強(qiáng)分布D(u，v，A)為：
[0032]公式(2)中，F(xiàn)(x，y，u，v)是硅基液晶陣列面到投影面的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，u和v分別是投 影面的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。
[0033] 可見，經(jīng)過步驟一、二、三、四，能夠?qū)崿F(xiàn)所述的第一光源1和所述的第二光源2的復(fù) 合，并在投影面上對(duì)預(yù)設(shè)圖案進(jìn)行顯示。
[0034] 實(shí)施例：
[0035]下面舉例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明：
[0036] 選取第一光源1的光波段在400nm~450nm，第一光源1為藍(lán)色光源;選取第二光源3 的光波段在650nm~750nm，第二光源3為紅色光源;選取第一硅基液晶陣列2和第二硅基液 晶陣列4的分辨率為1280 X 768，硅基液晶陣列物理尺寸為1.18英寸，硅基液晶陣列的晶元 尺寸為20um X 20um;選取投影光組6的軸向放大率為50 〇
[0037]調(diào)整所述的第二硅基液晶陣列4相對(duì)所述的第一硅基液晶陣列2的晶元對(duì)應(yīng)位置， 使兩硅基液晶陣列的晶元一一對(duì)應(yīng)。
[0038] 給所述的第一光源1和所述的第二光源3通電，所述的第一光源1向所述的第一硅 基液晶陣列2發(fā)射藍(lán)色光束，所述的第一光源3向所述的第二硅基液晶陣列4發(fā)射紅色光束。
[0039] 如圖2所示，根據(jù)的預(yù)設(shè)圖案矩陣10控制所述的第一硅基液晶陣列2對(duì)藍(lán)色光束進(jìn) 行光線調(diào)制，根據(jù)的預(yù)設(shè)圖案矩陣20控制所述的第二硅基液晶陣列4對(duì)紅色光束進(jìn)行光線 調(diào)制;所述的合光鏡5將經(jīng)調(diào)制的藍(lán)色光束和經(jīng)調(diào)制的紅色光束疊加為復(fù)合光束，并通過所 述的投影光組6的50倍擴(kuò)束，放大為復(fù)合圖案30。
[0040]本實(shí)施例復(fù)合光源數(shù)字投影裝置的投影顯示面積為1280mmX768mm，投影精度為 lmm〇
[0041] 本發(fā)明中，根據(jù)光線調(diào)制函數(shù)控制硅基液晶陣列進(jìn)行光線調(diào)制的處理方法屬于本 領(lǐng)域內(nèi)公知常識(shí)，在此不再贅述。
[0042] 盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方 式，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā) 明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保 護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合光源數(shù)字投影裝置，其特征在于，包括第一光源（1)、第一娃基液晶陣列 (2)、第二光源(3)、第二娃基液晶陣列(4)、合光鏡(5)、投影光組(6)和殼體(7); 所述的第一光源（1)發(fā)出投影顯示所需的第一波段光線，投射到所述的第一娃基液晶 陣列(2)的基面上;所述的第一娃基液晶陣列(2)依據(jù)圖案顯示需求對(duì)第一波段光線在二維 空間上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，并將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線傳送給所述的合光鏡巧）；所述的第二光 源(3)發(fā)出投影顯示所需的第二波段光線，投射到所述的第二娃基液晶陣列(4)的基面上； 所述的第二娃基液晶陣列(4)依據(jù)圖案顯示需求對(duì)第二波段光線在二維空間上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào) 審IJ，并將經(jīng)調(diào)制的第二波段光線傳送給所述的合光鏡(5);所述的合光鏡(5)將經(jīng)調(diào)制的第 一波段光線和經(jīng)調(diào)制的第二波段光線疊加為復(fù)合光線，并將復(fù)合光線傳送給所述的投影光 組(6);所述的投影光組(6)改變軸向放大率，將承載圖案信息的復(fù)合光線投射出裝置;所述 的殼體(7)用于固定光學(xué)元件，并對(duì)光路進(jìn)行密封W避免外界干擾光進(jìn)入。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合光源數(shù)字投影裝置，其特征在于，所述的第一娃基液晶陣列 (2)和所述的第二娃基液晶陣列(4)型號(hào)相同；所述的第一娃基液晶陣列（2)在所述的合光 鏡(5)右側(cè)，與所述的合光鏡(5)的基面成45°角;所述的第二娃基液晶陣列(4)在所述的合 光鏡(5)下方，與所述的合光鏡(5)的基面成45°角;所述的合光鏡(5)的基面與所述的投影 光組(6)的主面成45°角。3. -種復(fù)合光源數(shù)字投影方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述復(fù)合光源數(shù)字投影 裝置進(jìn)行投影，包括W下步驟： 步驟一、調(diào)整所述的第二娃基液晶陣列(4)相對(duì)所述的第一娃基液晶陣列（2)的晶元對(duì) 應(yīng)位置，使兩娃基液晶陣列的晶元--對(duì)應(yīng)； 步驟二、給所述的第一光源（1)和所述的第二光源(3)通電;所述的第一光源（1)和所述 的第二光源(3)經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換，分別向所述的第一娃基液晶陣列（2)和所述的第二娃基液晶 陣列（4)發(fā)射不同波段光束;其中，所述的第一光源（1)的光強(qiáng)分布為Ei(x，y，A)，所述的第 二光源(3)的光強(qiáng)分布為E2 (X，y，λ)，X和y分別是娃基液晶陣列的列坐標(biāo)和行坐標(biāo)，λ是光波 長(zhǎng)； 步驟Ξ、控制所述的第一娃基液晶陣列（2)和所述的第二娃基液晶陣列(4)同步進(jìn)行光 線調(diào)制，光線調(diào)制函數(shù)分別為化(x，y)和M2(x，y);光線調(diào)制函數(shù)由預(yù)設(shè)圖案矩陣和幅值校正 矩陣合成：(1) 式（1)中，Ci(x，y)和C2(x，y)分別為所述的第一光源（1)和所述的第二光源(3)的幅值校 正矩陣，是與光源自身特性相關(guān)的固定值;Ii(x，y)和l2(x，y)分別為所述的第一娃基液晶陣 列和所述的第二娃基液晶陣列預(yù)設(shè)圖案矩陣； 步驟四、所述的合光鏡（5)將經(jīng)調(diào)制的第一波段光線和經(jīng)調(diào)制的第二波段光線疊加為 復(fù)合光線，并通過所述的投影光組(6)投射出裝置，此時(shí)的投影光強(qiáng)分布0(ιι，ν，λ)為： D(u，v，A)=J7[Mi(x，y) · Ei(x，y，A)+M2(x，y) · E2(x，y，A)]F(x，y，u，v)dxdy (2) 公式(2)中，F(xiàn)(x，y，u，v)是娃基液晶陣列面到投影面的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，u和V分別是投影面 的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 可見，經(jīng)過步驟一、二、Ξ、四，能夠?qū)崿F(xiàn)所述的第一光源（1)和所述的第二光源(3)的復(fù) 合，并在投影面上對(duì)預(yù)設(shè)圖案進(jìn)行顯示。
【文檔編號(hào)】G03B21/00GK106094407SQ201610624238
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日 公開號(hào)201610624238.0, CN 106094407 A, CN 106094407A, CN 201610624238, CN-A-106094407, CN106094407 A, CN106094407A, CN201610624238, CN201610624238.0
【發(fā)明人】趙首博
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)