專利名稱：一種分離式微型激光投影裝置的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導至微型掃描器件并投射為二維圖像。這種分離式設計適用于某些需要微型掃描器件獨立于便攜電子產品的嵌入式應用，如便攜電子產品自身包含了用于接收投影圖像的屏幕。
背景技術：
微型激光投影裝置由于采用紅綠藍三色激光器作光源，與基于傳統(tǒng)的白光 LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)和紅綠藍三色LED光源的投影裝置相比，具有色域寬廣(約200%于NTSC標準色域范圍)，高對比度，高飽和度，低功耗等優(yōu)點，因此非常適合嵌入于手機，平板電腦(如蘋果iPad)，數碼相機和筆記本電腦等便攜電子產品。微型激光投影裝置大多采用前向投影技術，即投影光線的傳播方向背向于觀察者。由于其內部的微型掃描器件有最大掃描角度的限制(一般為水平40度，垂直30度左右)，為了投射出一定大小的二維圖像。微型激光投影裝置與接收投影圖像的屏幕之間需要有一定距離。當某些嵌入了微型激光投影裝置的便攜電子產品自身包含了用于接收投影圖像的屏幕時，需要將微型激光投影裝置的微型掃描器件單獨外置(通過可旋轉/伸縮/折疊的機械連桿與便攜電子產品相連)，而微型激光投影裝置的其余部分，如激光光源模塊和控制電路內置于便攜電子產品內。激光光源模塊產生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導至微型掃描器件并投射為二維圖像。本發(fā)明提出了一種分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導至微型掃描器件并投射為二維圖像。這種分離式設計適用于需要微型掃描器件獨立于便攜電子產品的嵌入式應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是實現嵌入了微型激光投影裝置和接收投影圖像的屏幕的便攜電子產品，需要將微型激光投影裝置的微型掃描器件單獨外置(通過可旋轉/ 伸縮/折疊的機械連桿與便攜電子產品相連)。而微型激光投影裝置的其余部分，如激光光源模塊和控制電路內置于便攜電子產品內，與微型掃描器件相分離。為實現上述目的，本發(fā)明采用技術方案是它包括內置于便攜電子產品內的激光光源模塊和控制電路，外置于便攜電子產品的微型掃描器件，用于機械連接便攜電子產品和外置的微型掃描器件的連桿，用于向外置的微型掃描器件傳輸內置的激光光源模塊產生的紅綠藍三色激光的光纖及附屬光學系統(tǒng)。由內置于便攜電子產品內的激光光源模塊產生紅綠藍三色激光，通過光纖及附屬光學系統(tǒng)傳輸到外置的微型掃描器件，并反射到屏幕上。 控制電路接受便攜電子產品的視頻信號并將其轉換為RGB數字信號和行/場同步信號以高速調制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進行高速二維掃描。
所述的激光光源模塊包括可以高速調制(通常為幾十MHz至上百MHz)的紅/綠 /藍色激光器各一個和準直/合束光學系統(tǒng)。紅色激光器的波長通常為635nm至642nm，可以為紅色激光二極管；綠色激光器的波長通常為515nm至532nm，可以為基于二次諧波倍頻技術(Second Harmonic Generation, SHG)的綠色激光器或綠色激光二極管；藍色激光器的波長通常為515nm至532nm，可以為藍色激光二極管。準直/合束光學系統(tǒng)包括對應紅/綠 /藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler 或Combiner)用于將準直后的紅/綠/藍色激光合成一束激光。所述的控制電路可以接受便攜電子產品的視頻信號并將其轉換為RGB數字信號和行/場同步信號以高速調制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進行高速二維掃描。所述的微型掃描器件為用于二維激光掃描的MEMS(Microele ctromechani cal Systems,微機電系統(tǒng))微掃描鏡，它包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉動的致動器(Actuator)。其結構通常有兩種(1)單個有萬向節(jié)(Gimbal)或無萬向節(jié) (Gimbal-Iess)的雙軸微掃描鏡，包括一個快掃描軸(X軸)用于行掃描和一個慢掃描軸 (Y軸)用于場掃描，兩個軸相互正交；(2)兩個單軸微掃描鏡，其中一個掃描鏡負責行掃描 (即X軸掃描)，它是由快速驅動器來實現完成的；另一個正交放置的單軸微掃描鏡完成較慢的場掃描(Y軸掃描)。MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數行由左向右掃描，偶數行由右向左掃描；或雙向隔行掃描，即在第一行由左向右掃描，第三行由右向左掃描，第五行由左向右掃描，以此類推，當完成奇數場掃描之后開始在第二行由左向右掃描，第四行由右向左掃描，第六行由左向右掃描，以此類推，以完成偶數場掃描。所述的連桿用于建立便攜電子產品和外置的微型掃描器件之間的機械連接。連桿的材料可以為輕質金屬或高強度塑料。連桿與便攜電子產品之間的連接方式可以為旋轉/ 伸縮/折疊。所述的光纖及附屬光學系統(tǒng)用于向外置的微型掃描器件傳輸內置的激光光源模塊產生的經過準直/合束的紅綠藍三色激光。所用光纖為單模(Single Mode)可見光光纖， 如Corning RGB 400光纖。附屬光學系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內用于將經過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合進可見光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見光光纖發(fā)出的紅綠藍三色激光進行準直的第二透鏡/透鏡組。經過第二透鏡/透鏡組準直的紅綠藍三色激光投射到外置的微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。本發(fā)明由于采用了上述技術方案，具有如下優(yōu)點1、實現了微型激光投影裝置中的微型掃描器件的靈活外置；2、結構簡單、操作簡便，易于實現。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的結構框圖。圖3為激光光源模塊和準直/合束光學系統(tǒng)(Free Space)的結構示意圖。圖4為激光光源模塊和準直/合束光學系統(tǒng)(Fiber)的結構示意圖。圖5為光纖及附屬光學系統(tǒng)和微型掃描器件的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如圖1所示，它包括激光光源模塊1，控制電路2，微型掃描器件3，連桿4和光纖及附屬光學系統(tǒng)5。激光光源模塊1的輸入端與控制電路2的一個輸出端相連，接收控制電路2發(fā)出的高速調制信號。激光光源模塊1的輸出端與光纖及附屬光學系統(tǒng)5的輸入端相連，用于將激光光源模塊1產生的高速調制過的并經過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合入光纖及附屬光學系統(tǒng)5。光纖及附屬光學系統(tǒng)5的輸出端與微型掃描器件3相連，經過光纖及附屬光學系統(tǒng)5傳輸并準直的紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件3的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐?的另一個輸出端與微型掃描器件3的輸入端相連，控制電路2產生的電子控制信號控制微型掃描器件3完成高速掃描。連桿4用于建立便攜電子產品和外置的微型掃描器件之間的機械連接。所述的激光光源模塊1包括可以高速調制(通常為幾十MHz)的紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統(tǒng)。紅色激光器的波長通常為635nm至642nm，可以為紅色激光二極管；綠色激光器的波長通常為515nm至532nm，可以為基于二次諧波倍頻技術 (Second Harmonic Generation, SHG)的綠色激光器或綠色激光二極管；藍色激光器的波長通常為515nm至532nm，可以為藍色激光二極管。準直/合束光學系統(tǒng)包括對應紅/綠/ 藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或 Combiner)用于將準直后的紅/綠/藍色激光合成一束激光。所述的控制電路2可以接受便攜電子產品的視頻信號并將其轉換為RGB數字信號和行/場同步信號以高速調制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進行高速二維掃描。控制電路2通常包括模擬前端芯片(Analog Front End，AFE，如果接收模擬RGB信號)， 數字視頻處理電路和微控制器。模擬前端芯片可以采用現有的商業(yè)芯片，此處不贅述。數字視頻處理電路可以采用FPGA (Field Programmable Gates Array，現場可編程邏輯器件) 實現。微控制器可以采用獨立的商業(yè)芯片或集成在FPGA內的IP (Intellectual Property) 軟件核。所述的微型掃描器件3為用于二維激光掃描的MEMSWicroelectromechanical Systems,微機電系統(tǒng))微掃描鏡，它包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉動的致動器(Actuator)。其結構通常有兩種(1)單個有萬向節(jié)(Gimbal)或無萬向節(jié) (Gimbal-Iess)的雙軸微掃描鏡，包括一個快掃描軸(X軸)用于行掃描和一個慢掃描軸 (Y軸)用于場掃描，兩個軸相互正交；(2)兩個單軸微掃描鏡，其中一個掃描鏡負責行掃描 (即X軸掃描)，它是由快速驅動器來實現完成的；另一個正交放置的單軸微掃描鏡完成較慢的場掃描(Y軸掃描)。MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數行由左向右掃描，偶數行由右向左掃描；或雙向隔行掃描，即在第一行由左向右掃描，第三行由右向左掃描，第五行由左向右掃描，以此類推，當完成奇數場掃描之后開始在第二行由左向右掃描，第四行由右向左掃描，第六行由左向右掃描，以此類推，以完成偶數場掃描。所述的連桿4用于建立便攜電子產品和外置的微型掃描器件之間的機械連接。連桿的材料可以為輕質金屬或高強度塑料。連桿4與便攜電子產品之間的連接方式可以為旋轉/伸縮/折疊。所述的光纖及附屬光學系統(tǒng)5用于向外置的微型掃描器件傳輸內置的激光光源模塊產生的經過準直/合束的紅綠藍三色激光。所用光纖為單模(Single Mode)可見光光纖，如Corning RGB 400光纖。附屬光學系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內用于將經過準直/ 合束的紅綠藍三色激光耦合進可見光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見光光纖發(fā)出的紅綠藍三色激光進行準直的第二透鏡/透鏡組。經過第二透鏡/透鏡組準直的紅綠藍三色激光投射到外置的微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。
本發(fā)明的工作原理是這樣的用戶首先將便攜電子設備的機械連桿展開至固定位置。在便攜電子設備的主機內，激光光源模塊1的輸入端與控制電路2的一個輸出端相連， 接收控制電路2發(fā)出的高速調制信號。激光光源模塊1的輸出端與光纖及附屬光學系統(tǒng)5 的輸入端相連，用于將激光光源模塊1產生的高速調制過的并經過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合入光纖及附屬光學系統(tǒng)5。光纖及附屬光學系統(tǒng)5的輸出端與微型掃描器件3 相連，經過光纖及附屬光學系統(tǒng)5傳輸并準直的紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件3的反射鏡上，并反射到屏幕上。控制電路2的另一個輸出端與微型掃描器件3 的輸入端相連，控制電路2產生的電子控制信號控制微型掃描器件3完成高速掃描。
權利要求
1.一種分離式微型激光投影裝置，其特征在于它包括激光光源模塊，控制電路，微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學系統(tǒng)。激光光源模塊的輸入端與控制電路的一個輸出端相連，接收控制電路發(fā)出的高速調制信號。激光光源模塊的輸出端與光纖及附屬光學系統(tǒng)的輸入端相連，用于將激光光源模塊產生的高速調制過的并經過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合入光纖及附屬光學系統(tǒng)。光纖及附屬光學系統(tǒng)的輸出端與微型掃描器件相連，經過光纖及附屬光學系統(tǒng)傳輸并準直的紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐返牧硪粋€輸出端與微型掃描器件的輸入端相連，控制電路產生的電子控制信號控制微型掃描器件完成高速掃描。連桿用于建立便攜電子產品和外置的微型掃描器件之間的機械連接。
2.如權利要求1所述的激光光源模塊，其特征在于包括可以高速調制(通常為幾十 MHz至上百MHz)的紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統(tǒng)。
3.如權利要求2所述的紅/綠/藍色激光器，其特征在于紅色激光器的波長通常為 635nm至642nm，可以為紅色激光二極管；綠色激光器的波長通常為515nm至532nm，可以為基于二次諧波倍頻技術(Second Harmonic Generation, SHG)的綠色激光器或綠色激光二極管；藍色激光器的波長通常為515nm至532nm，可以為藍色激光二極管。
4.如權利要求2所述的準直/合束光學系統(tǒng)，其特征在于包括對應紅/綠/藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或 Combiner)用于將準直后的紅/綠/藍色激光合成一束激光。。
5.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于可以接受便攜電子產品的視頻信號并將其轉換為RGB數字信號和行/場同步信號以高速調制激光光源模塊和控制外置的微型掃描器件進行高速二維掃描?？刂齐娐吠ǔ０M前端芯片(Analog Front End，AFE，如果接收模擬RGB信號)，數字視頻處理電路和微控制器。模擬前端芯片可以采用現有的商業(yè)芯片。數字視頻處理電路可以采用FPGA (Field Programmable Gates Array，現場可編程邏輯器件)實現。微控制器可以采用獨立的商業(yè)芯片或集成在FPGA內的IPdntellectual Property)軟件核。
6.如權利要求1所述的微型掃描器件，其特征在于基于MEMS技術，包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉動的致動器(Actuator)。其結構通常有兩種(1)單個有萬向節(jié)(Gimbal)或無萬向節(jié)(Gimbal-less)的雙軸微掃描鏡，包括一個快掃描軸(X軸) 用于行掃描和一個慢掃描軸(Y軸)用于場掃描，兩個軸相互正交；(2)兩個單軸微掃描鏡， 其中一個掃描鏡負責行掃描(即X軸掃描)，它是由快速驅動器來實現完成的；另一個正交放置的單軸微掃描鏡完成較慢的場掃描(Y軸掃描)。
7.如權利要求1所述的微型掃描器件，其特征在于MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數行由左向右掃描，偶數行由右向左掃描；或雙向隔行掃描，即在第一行由左向右掃描，第三行由右向左掃描，第五行由左向右掃描，以此類推，當完成奇數場掃描之后開始在第二行由左向右掃描，第四行由右向左掃描，第六行由左向右掃描，以此類推，以完成偶數場掃描。
8.如權利要求1所述的連桿，其特征在于連桿的材料可以為輕質金屬或高強度塑料。 連桿與便攜電子產品之間的連接方式可以為旋轉/伸縮/折疊。
9.如權利要求1所述的光纖及附屬光學系統(tǒng)，其特征在于用于向外置的微型掃描器件傳輸內置的激光光源模塊產生的經過準直/合束的紅綠藍三色激光。所用光纖為單模 (Single Mode)可見光光纖。附屬光學系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內用于將經過準直/ 合束的紅綠藍三色激光耦合進可見光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見光光纖發(fā)出的紅綠藍三色激光進行準直的第二透鏡/透鏡組。
全文摘要
一種分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置包括激光光源模塊，控制電路，微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學系統(tǒng)。激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊和控制電路集成于便攜電子產品內部；微型掃描器件位于便攜電子產品的外部，通過可旋轉/伸縮/折疊的機械連桿與便攜電子產品相連。激光光源模塊產生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導至微型掃描器件并向外投射為二維圖像。這種分離式設計適用于某些需要微型掃描器件獨立于便攜電子產品的嵌入式應用，如便攜電子產品自身包含了用于接收投影圖像的屏幕。本發(fā)明實現了微型激光投影裝置中的微型掃描器件的靈活外置，結構簡單、操作簡便，易于實現。
文檔編號G03B21/20GK102269920SQ201110204258
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權日2011年7月21日
發(fā)明者徐英舜 申請人:凝輝(天津)科技有限責任公司