專利名稱：用于大功率激光的三通道光調(diào)制系統(tǒng)與調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光調(diào)制器的前端與后端使用柱面透鏡，以通過使用大功率激光束，提高激光圖像投影系統(tǒng)中圖像亮度的方法。本發(fā)明特別涉及這樣一種激光圖像投影裝置與方法使用激光作為光源，按照圖像信號，調(diào)制從光源到光調(diào)制器的光束，使用掃描儀將圖像信息投影到屏幕上。
先前的大面積顯示裝置都是通過使用CRT(陰極射線管)或LCD(光耦合器件)的投影儀型式實現(xiàn)的，但它們存在一些問題和技術(shù)上的局限。將載有圖像信息的激光束直接投射到屏幕上的激光投影儀同樣可被用作大面積顯示圖像裝置這種類型的激光投影儀具有以下優(yōu)點它可以實現(xiàn)大面積顯示，它具有高對比度和高光效率，無失真，無顏色誤差，它可以實現(xiàn)亮度和對比度同距離無關(guān)，而且它還可以應(yīng)用于大面積顯示的HDTV(高清晰度電視)。
但是在以前的激光投影型圖像裝置中，投影圖像的亮度十分依賴于激光的輸入功率。因此，它有這樣一個缺點當需要提高激光功率以獲得高亮度的圖像時，如果這么做的話，會損壞激光投影系統(tǒng)中的光學子系統(tǒng)和調(diào)制子系統(tǒng)。特別是，它有這樣一個缺點在使用由TeO2晶體作為調(diào)制子系統(tǒng)的光調(diào)制器的情況下，覆蓋在TeO2晶體表面的A/R(抗反射)覆蓋膜會被光損傷。進入覆蓋膜的激光功率同光束直徑成反比。
本發(fā)明的一個目的是向用于調(diào)制紅、綠、藍三色大功率激光的三通道光調(diào)制器提供一種三通道光調(diào)制裝置，它可以通過使用一個柱面透鏡以及修改光調(diào)制器的電極的設(shè)計，提高投影顯示的亮度，從而使光調(diào)制器不會被激光所損壞。
本發(fā)明的另一個目的是，向用于調(diào)制紅、綠、藍三色大功率激光的三通道光調(diào)制器，提供一種三通道光調(diào)制方法，它可以通過使用一個柱面透鏡以及修改光調(diào)制器的電極的設(shè)計，提高投影圖像的亮度，從而不會光致?lián)p傷光調(diào)制器。
按照一個實施例實施本方發(fā)明時，用于大功率激光的三通道光調(diào)制系統(tǒng)包括；一個激光光源；一個用于調(diào)制從激光光源產(chǎn)生的激光的光調(diào)制器，在光調(diào)制器的一個面上裝配有一對具有預(yù)定面積的電極；一個圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)；一個驅(qū)動電路子系統(tǒng)，用于操作電極，使得從圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像信號通過電極加載到光調(diào)制器上；位于光調(diào)制器的輸入端、在激光光源與光調(diào)制器之間的第一柱面透鏡，使得從激光光源產(chǎn)生的激光束的面積和形狀可以被調(diào)整，以及使得經(jīng)調(diào)整的激光束進入光調(diào)制器；位于光調(diào)制器的輸出端的第二柱面透鏡，用于調(diào)整經(jīng)光調(diào)制器調(diào)制的激光束的面積和形狀。
按照另一個實施例實施本發(fā)明時，本發(fā)明的用于大功率激光的三通道光調(diào)制方法包括以下步驟從激光光源產(chǎn)生激光束；通過光調(diào)制器調(diào)制從激光光源產(chǎn)生的激光；向裝配在光調(diào)制器的一個面上、具有預(yù)定面積的電極加載電極裝置圖像信號；操作此電極；調(diào)整從激光光源產(chǎn)生的、處于激光光源與光調(diào)制器之間的激光束的面積(area)和形狀；使得經(jīng)調(diào)整的光束進入光調(diào)制器；調(diào)整從光調(diào)制器輸出的光束的面積和形狀。
通過閱讀下面的詳細描述以及參閱附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得更加清晰。


圖1是三通道光調(diào)制器的簡圖；圖2是按照本發(fā)明，光調(diào)制系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)的示意透視圖。
本發(fā)明可以有不同的修改和替換形式，它的一些特殊的實施例已經(jīng)作為例子表示在附圖中并將在下面被詳細描述。但是應(yīng)該明白，本發(fā)明并不僅局限于這里所公開的一些特殊形式，而是正相反，應(yīng)包括所有落在權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的修改、等效和替換。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的一個目的，按照本發(fā)明，用于大功率激光的三通道光調(diào)制系統(tǒng)的一個實施例包括(a)一個激光光源；(b)用于調(diào)制從激光光源產(chǎn)生的激光束的光調(diào)制器，在光調(diào)制器的一端裝配有一對具有預(yù)定面積的電極；(c)一個圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)；(d)一個驅(qū)動電路子系統(tǒng)，用于操作電極，使得從圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像信號通過電極加載到光調(diào)制器上；
(e)第一柱面透鏡，位于激光光源與光調(diào)制器之間，用于調(diào)整從激光光源產(chǎn)生的激光束的面積和形狀并使得經(jīng)調(diào)整的激光束進入光調(diào)制器；以及(f)第二柱面透鏡，位于光調(diào)制器的輸出端，用于調(diào)整被光調(diào)制器所調(diào)制的激光束的面積和形狀。
按照一個實施例，在本發(fā)明中，光調(diào)制器可以選擇AOM(聲光調(diào)制器)、EOM(電光調(diào)制器)和AOTF(聲光可調(diào)諧濾波器)中的一種。按照一個最佳實施例，光調(diào)制器是一個聲光調(diào)制器。
按照一個實施例，在本發(fā)明中，激光光源是由紅、綠、藍三色激光光源組成；光調(diào)制系統(tǒng)包括光調(diào)制器，圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)，驅(qū)動電路子系統(tǒng)，用于三色激光光源中每一個的第一柱面透鏡和第二柱面透鏡。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的另一個目的，按照本發(fā)明，用于大功率激光的三通道光調(diào)制方法包括以下步驟(a)從激光光源產(chǎn)生激光；(b)通過光調(diào)制裝置調(diào)制從激光光源產(chǎn)生的激光束；(c)通過使用裝配在光調(diào)制裝置一端的電極，向光調(diào)制裝置提供一個電極裝置圖像信號，所述電極具有預(yù)定的面積；(d)操作此電極；(e)調(diào)整從激光光源輸入光調(diào)制裝置的激光束的面積和形狀，并使得經(jīng)調(diào)整的激光束進入光調(diào)制裝置；以及(f)調(diào)整由光調(diào)制裝置輸出的激光束的面積和形狀。
按照本發(fā)明的一個實施例，第一柱面透鏡是用來調(diào)整從激光光源產(chǎn)生的激光束的面積和形狀并使此光束進入光調(diào)制裝置；第二柱面透鏡是用于調(diào)整經(jīng)光調(diào)制裝置調(diào)制的激光束的面積和形狀。
按照本發(fā)明的一個實施例，柱面透鏡的焦距為400毫米。放置在光調(diào)制裝置輸入端之前的柱面透鏡將圓形激光束變換成橢圓形激光束，放置在光調(diào)制裝置輸出端的柱面透鏡將橢圓形激光束變換成圓形激光束。
按照本發(fā)明的一個實施例，電極的大小通過下面的表達式加以調(diào)整，以使光調(diào)制裝置的衍射效率最大。其中η是光調(diào)制器效率，Pa是聲功率，H是電極寬度，L是電極長度，λ0是激光波長，M2是聲光品質(zhì)因數(shù)，cosθ在雙折射衍射的情況下是(cosθicosθd)1/2:η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>本發(fā)明將要參照附圖被詳細解釋。
本發(fā)明通過在入射平面前使用柱面透鏡，擴展進入光調(diào)制器的激光束的形狀，可以提高覆蓋膜的激光損傷閾值，從而通過增加激光的功率，提高顯示的亮度。除此以外，它還可以通過按照輸入激光束的形狀選擇光調(diào)制器的電極，來提高光調(diào)制器的調(diào)制效率。
投影圖像的亮度十分依賴于入射激光束的功率，因此大高功率激光束對于獲得高亮度的圖像是必不可少的。
使用激光作為光源的激光圖像投影裝置由以下部分組成光產(chǎn)生子系統(tǒng)7，光調(diào)制子系統(tǒng)8，圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)6，掃描子系統(tǒng)(未示出)，以及屏幕子系統(tǒng)(未示出)。如果光產(chǎn)生子系統(tǒng)7產(chǎn)生了一個特定的光束，所產(chǎn)生的光束進入光調(diào)制子系統(tǒng)8，光調(diào)制子系統(tǒng)8按照由圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)6提供的圖像信號調(diào)制進入的光束。這里，信息的象素單元被加載到經(jīng)調(diào)制的光束中。通過由掃描子系統(tǒng)連續(xù)向屏幕子系統(tǒng)連序掃描按上述方法調(diào)制的光束，圖像在屏幕上被顯示出來。按照本發(fā)明，用于向屏幕子系統(tǒng)掃描激光束光點的光調(diào)制子系統(tǒng)中的光調(diào)制器，可以使用聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器，或聲光可調(diào)諧濾波器設(shè)備。
圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的三通道光調(diào)制器的簡圖。光調(diào)制器包括三個通道，以調(diào)制紅、綠、藍三色激光束。圖2是來自三通道光調(diào)制器中僅僅為1通道光調(diào)制器系統(tǒng)的放大圖。
按照一個最佳實施例，光調(diào)制器2是一個聲光調(diào)制器。因此，下面使用聲光調(diào)制器進行描述。普通的技術(shù)人員都有能力按照本發(fā)明的指導，修改光調(diào)制系統(tǒng)以使用電光調(diào)制器或聲光可調(diào)諧濾波器。
在圖2中，柱面透鏡1被放置在激光光源與光調(diào)制器之間，位于光調(diào)制器的輸入端的位置。柱面透鏡1用于通過在一個方向擴展光束的形狀，將入射光束的圓形變換為橢圓形。按照一個實施例，柱面透鏡1的焦距為400毫米。射頻(RF)驅(qū)動電路4操作光調(diào)制器2的電極5。按照本發(fā)明的一個實施例，使用144兆赫(MHz)的驅(qū)動頻率，此時的輸入功率約為2.6瓦(W)。柱面透鏡3被放置在光調(diào)制器的輸出端。柱面透鏡3用于將被光調(diào)制器所調(diào)制的激光束的橢圓形變換為圓形，然后將其傳送到掃描子系統(tǒng)。按照一個實施例，柱面透鏡3的焦距為400毫米。按照本發(fā)明的指導，可以根據(jù)光調(diào)制系統(tǒng)的需要改變柱面透鏡1和3的焦距。
在圖2中，進入的激光束穿過柱面透鏡1。這里，柱面透鏡將入射激光束的形狀由圓形變換為橢圓形，并使被調(diào)整的光束進入光調(diào)制器。進入AOM表面的激光束的功率密度可由下面的數(shù)學公式1表示。
公式1I=PS=PπD24]]>這里，I是激光束單位面積的功率密度(瓦/平方毫米)，P是激光束的功率，S是入射光束的單位面積，D是激光束的直徑。在使用焦距為400毫米的柱面透鏡1、3的情況下，激光束的形狀或尺寸沿一個軸增加了大約3倍。此時，橢圓的面積是圓形面積的三倍。因此，在激光束進入調(diào)制器2時，入射激光束的密度相對于沒有柱面透鏡1,3的系統(tǒng)可以提高三倍。在光調(diào)制器被調(diào)制的激光束穿過柱面透鏡3，柱面透鏡3將被調(diào)制的激光束的形狀從橢圓形變換成圓形，然后將其傳送到掃描子系統(tǒng)。
除此以外，因為進入光調(diào)制器的入射光束的形狀被變換了，需要將電極的形狀從以前電極的形狀加以變換。下面的公式2表示光調(diào)制器的衍射效率與電極的相關(guān)性。
公式2η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>這時，η是光調(diào)制器的效率，Pa是聲功率，H是電極寬度，L是電極長度，λ0是激光波長，M2是聲光品質(zhì)因數(shù)，cosθ在雙折射衍射的情況，如下面公式3所示。
公式3cosθ=(cosθicosθd)1/2公式2表示光調(diào)制器的效率同電極的形狀，即L和H，密切相關(guān)。在這種情況下存在一個問題，即隨著電極面積的增加，實現(xiàn)阻抗同RF(射頻)驅(qū)動電路的匹配將變得更加困難。
在對于具有144兆赫的驅(qū)動頻率的光調(diào)制器使用以前的透鏡的情況下，電極的加工結(jié)果是L=9毫米，H=0.55毫米。在使用本發(fā)明的柱面透鏡的情況下，電極被做成這樣改變電極的面積，即L和H，以同激光束的形狀相匹配，因此這是一種最佳狀況。按照本發(fā)明，光調(diào)制器的電極被做成這樣L是7.45毫米，H是1.5毫米。在改變了電極的大小之后，測量了光調(diào)制器的效率和上升/下降時間。結(jié)果示于下面表1和表2中。
表1在使用普通透鏡的情況下，效率的測量結(jié)果
表2在使用柱面透鏡的情況下，效率和上升/下降時間的測量結(jié)果
如上所述，如果在激光圖像投影系統(tǒng)的光調(diào)制子系統(tǒng)中使用本發(fā)明的三通道AOM，激光束的一個方向的直徑可比以前的AOM提高大約三倍。而這將具有這樣好處可以提高進入光調(diào)制器的聲光材料的激光的損傷閾值，可以用功率提高了大約三倍的激光掃描圖像，因此可以提高圖像投影裝置的圖像亮度。
權(quán)利要求
1．一種用于大功率激光的三通道調(diào)制系統(tǒng)，包括一激光光源；一光調(diào)制器，用于調(diào)制從所述激光光源產(chǎn)生的激光，且該光調(diào)制器包括一對位于所述光調(diào)制器的一面上、具有預(yù)定面積的電極；一圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)，用于產(chǎn)生圖像信號；一驅(qū)動電路子系統(tǒng)，用于操作所述電極，使得從所述圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像信號通過所述電極被加截到所述光調(diào)制器上；第一柱面透鏡，位于光調(diào)制器的輸入端，處于所述激光光源和所述光調(diào)制器之間，以調(diào)整從所述激光光源產(chǎn)生的光束的面積和形狀，并使被調(diào)整的光束進入所述光調(diào)制器；以及第二柱面透鏡，位于所述調(diào)制器的輸出端，以調(diào)整被所述光調(diào)制器調(diào)制的光束的面積和形狀。
2．按照權(quán)利要求1的用于大功率激光的三通道調(diào)制系統(tǒng)，其中所述光調(diào)制器是從聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器以及聲光可調(diào)諧濾波器中選擇的。
3．按照權(quán)利要求1的用于大功率激光的三通道調(diào)制系統(tǒng)，其中所述激光光源分別是紅、綠、藍三色激光光源，所述調(diào)制系統(tǒng)包括一光調(diào)制器、一圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)、一驅(qū)動電路子系統(tǒng)、對于所述三色激光光源中每一個的第一柱面透鏡和第二柱面透鏡。
4．按照權(quán)利要求2的用于大功率激光的三通道調(diào)制系統(tǒng)，其中所述激光光源分別是紅、綠、藍三色激光光源；所述調(diào)制系統(tǒng)包括一光調(diào)制器、一圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng)、一驅(qū)動電路子系統(tǒng)、對于所述三色激光光源中每一個的第一柱面透鏡和第二柱面透鏡。
5．按照權(quán)利要求1的用于大功率激光的三通道調(diào)制方法，其中所述電極的大小按下面的表達式調(diào)整，以使所述調(diào)制裝置的衍射效率最大，其中η是光調(diào)制器效率，Pa是聲功率，H是電極寬度，L是電極長度，λ0是激光波長，M2是聲光品質(zhì)因數(shù)，cosθ在雙折射衍射的情況下是(cosθicosθd)1/2η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>
6．用于大功率激光的三通道光調(diào)制方法，包括以下步驟從激光光源產(chǎn)生激光；通過光調(diào)制裝置調(diào)制從所述激光光源產(chǎn)生的激光；向所述光調(diào)制裝置的電極加載一個圖像信號，所述電極具有預(yù)定的面積；調(diào)整由所述激光光源產(chǎn)生的、處于所述激光光源和所述光調(diào)制設(shè)備之間的激光束的面積和形狀，并使經(jīng)調(diào)整的光束進入所述光調(diào)制裝置；以及調(diào)整由所述光調(diào)制裝置輸出的激光束的面積和形狀。
7．按照權(quán)利要求6的用于大功率激光的三通道光調(diào)制方法，其中，所述調(diào)整由所述激光光源產(chǎn)生的激光束的面積和形狀并使此光束進入所述光調(diào)制裝置的步驟是通過配置在所述光調(diào)制裝置的輸入端的第一柱面透鏡加以實施的，所述調(diào)整經(jīng)光調(diào)制裝置所調(diào)制的激光束的面積和形狀的步驟是通過配置在所述光調(diào)制裝置的輸出端的第二柱面透鏡加以實施的。
8．按照權(quán)利要求7的用于大功率激光的三通道光調(diào)制方法，其中所述第一和第二柱面透鏡的焦距為400毫米，所述第一柱面透鏡將圓形的激光束變換為橢圓形的激光束，所述第二柱面透鏡將橢圓形的激光束變換為圓形的激光束。
9．按照權(quán)利要求8的用于大功率激光的三通道光調(diào)制方法，其中所述電極的大小通過下面的表達式加以調(diào)整，使得所述光調(diào)制設(shè)備的衍射效率最大，其中，η是光調(diào)制器效率，Pa是聲功率，H是電極寬度，L是電極長度，λ0是激光波長，M2是聲光品質(zhì)因數(shù)，cosθ在雙折射衍射的情況下為(cosθicosθd)1/2:η=sin2{πλ0cosθ[M2Lpa2H]1/2}]]>
全文摘要
一種用于大功率激光的三通道調(diào)制系統(tǒng)及其調(diào)制方法。該調(diào)制系統(tǒng)包括:激光光源;光調(diào)制器,其包括一對配置在光調(diào)制的一個面上具有預(yù)定面積的電極;圖像信號產(chǎn)生子系統(tǒng);操作電極的驅(qū)動電路子系統(tǒng),使圖像信號通過電極加到光調(diào)制器上;第一柱面透鏡,位于光源和光調(diào)制器之間,調(diào)整從光源產(chǎn)生的激光束的面積和形狀,并使經(jīng)調(diào)整的光束進入調(diào)制器;第二柱面透鏡,位于光調(diào)制器的輸出端,調(diào)整經(jīng)光調(diào)制器所調(diào)制的激光束的面積和形狀。
文檔編號H04N9/31GK1225456SQ9811610
公開日1999年8月11日 申請日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月22日
發(fā)明者金容焄, 車承男, 李亢雨 申請人:三星電子株式會社