專利名稱：光驅動分離式微型激光投影裝置的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種光驅動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光驅動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光驅動微型掃描器件并投射為ニ維圖像，同時控制電路與微型掃描器件之間相連的電線被光纖取代。本實用新型實現了微型激光投影裝置中的微型掃描器件由電驅動轉為光驅動，驅動光與投射光共享光纖，結構簡單、易于實現。
背景技術：
采用紅綠藍三色激光的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ニ維圖像。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吋，需要將微型激光投影裝置的微型掃描器件単獨外置(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ニ維圖像。由于微型掃描器件一般為電驅動，通過電線將控制電路的控制信號傳輸到微型掃描器件。本實用新型提出了一種光驅動分離式微型激光投影裝置。該微型激光投影裝置的微型掃描器件采用光驅動方式取代電驅動方式。控制電路通過激光光源模塊產生紅外激光用于直接驅動微型掃描器件，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ニ維圖像，紅外驅動激光與紅綠藍可見光共享光纖。這種設計簡化了系統結構，利于提高系統的集成度。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是實現微型激光投影裝置的微型掃描器件的光驅動。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単獨外置(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，本實用新型采用技術方案是它包括激光光源模塊，控制電路，外置于便攜電子產品的光驅動微型掃描器件，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和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外/紅/綠/藍激光的光纖及附屬光學系統。激光光源模塊和控制電路與光驅動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；光驅動微型掃描器件位于便攜電子產品的外部，通過機械連桿與便攜電子產品相連。由內置于便攜電子產品內的激光光源模塊產生紅外/紅/緑/藍激光，通過光纖及附屬光學系統傳輸到外置的光驅動微型掃描器件，紅外激光用于驅動光驅動微型掃描器件，紅綠藍激光被光驅動微型掃描器件反射到屏幕上。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光驅動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)的紅外/紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統。紅外激光器的波長為980nm至1550nm，可以為紅外激光二極管；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(SecondHarmonic 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/合束光學系統包括對應紅外/紅/綠/藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片3片或4X1光纖稱合器(Fiber Coupler或Combiner)用于將準直后的紅外/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。所述的光驅動微型掃描器件為用于二維激光掃描的MEMS (Microelectromechanical Systems,微機電系統)微掃描鏡,它包括可動的反射鏡，使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉動的驅動器(Actuator)和接收紅外驅動激光并將其轉化為電能的光電池。其結構通常有兩種(I)單個有萬向節(Gimbal)或無萬向節(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/合束的紅外/紅/綠/藍激光。所用光纖為單模(SingleMode)光纖。附屬光學系統包括1.在便攜電子系統內用于將經過準直/合束的紅外/紅/綠/藍激光耦合進光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統外用于將從光纖發出的紅外/紅/綠/藍激光中的紅外激光濾出的二向色鏡濾光片I片及將紅外/紅/綠/藍激光分別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/藍激光投射到外置的光驅動微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。經過第二透鏡/透鏡組準直的紅外激光被光驅動微型掃描器件的光電池轉化為電能用于驅動光驅動微型掃描器件。本實用新型由于采用了上述技術方案，具有如下優點I、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、實現了微型掃描器件采用光驅動方式取代電驅動方式；[0014]3、結構簡單、操作簡便，易于實現。
圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型的結構框圖。圖3為激光光源模塊和準直/合束光學系統(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(Fiber)的結構示意圖。圖5為光纖及附屬光學系統和光驅動微型掃描器件的結構不意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明如圖I所示，它包括激光光源模塊I，控制電路2,光驅動微型掃描器件3,連桿4和光纖及附屬光學系統5。激光光源模塊I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發出的高速調制信號。激光光源模塊I的輸出端與光纖及附屬光學系統5的輸入端相連，用于將激光光源模塊I產生的高速調制過的并經過準直/合束的紅外/紅/綠/藍激光耦合入光纖及附屬光學系統
5。光纖及附屬光學系統5的輸出端與光驅動微型掃描器件3相連，經過光纖及附屬光學系統5傳輸并準直的/紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的光驅動微型掃描器件3的反射鏡上，并反射到屏幕上，經過光纖及附屬光學系統5傳輸并準直的紅外激光被投射在光驅動微型掃描器件3的光電池上。連桿4用于建立便攜電子產品和外置的光驅動微型掃描器件之間的機械連接。所述的激光光源模塊I包括可以高速調制(通常為幾十MHz至上百MHz)的紅外/紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統。紅外激光器的波長為980nm至1550nm，可以為紅外激光二極管；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(SecondHarmonic 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/合束光學系統包括對應紅外/紅/綠/藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片3片或4X1光纖稱合器(Fiber Coupler或Combiner)用于將準直后的紅外/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I和控制外置的光驅動微型掃描器件3進行高速二維掃描。控制電路2通常包括模擬前端芯片(Analog FrontEnd，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芯片或集成在FPGA內的IPdntellectualProperty)軟件核。所述的光驅動微型掃描器件3為用于二維激光掃描的MEMS (Microelectromechanical Systems,微機電系統)微掃描鏡,它包括可動的反射鏡，使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉動的驅動器(Actuator)和接收紅外驅動激光并將其轉化為電能的光電池。其結構通常有兩種(I)單個有萬向節(Gimbal)或無萬向節(Gimbal-Iess)的雙軸微掃描鏡，包括ー個快掃描軸(X軸)用于行掃描和ー個慢掃描軸(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；另ー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光驅動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5用于向外置的微型掃描器件傳輸內置的激光光源模塊I產生的經過準直/合束的紅外/紅/綠/藍激光。所用光纖為單模(Single Mode)光纖。附屬光學系統包括I.在便攜電子系統內用于將經過準直/合束的紅外/紅/緑/藍激光耦合進光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統外用于將從光纖發出的紅外/紅/緑/ 藍激光中的紅外激光濾出的ニ向色鏡濾光片I片及將紅外/紅/緑/藍激光分別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/藍激光投射到外置的光驅動微型掃描器件3上的反射鏡并反射到屏幕上。經過第二透鏡/透鏡組準直的紅外激光被光驅動微型掃描器件3的光電池轉化為電能用于驅動光驅動微型掃描器件3。本實用新型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I的輸入端與控制電路2的ー個輸出端相連，接收控制電路2發出的高速調制信號。激光光源模塊I的輸出端與光纖及附屬光學系統5的輸入端相連，用于將激光光源模塊I產生的高速調制過的并經過準直/合束的紅外/紅/緑/藍激光耦合入光纖及附屬光學系統5。光纖及附屬光學系統5的輸出端與光驅動微型掃描器件3相連，經過光纖及附屬光學系統5傳輸并準直的/紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的光驅動微型掃描器件3的反射鏡上，并反射到屏幕上，經過光纖及附屬光學系統5傳輸并準直的紅外激光被投射在光驅動微型掃描器件3的光電池上。連桿4用于建立便攜電子產品和外置的光驅動微型掃描器件之間的機械連接。
權利要求1.光驅動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，光驅動微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學系統。
2.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的激光光源模塊包括紅外/紅/綠/藍色激光器，紅外激光器的波長為980nm至1550nm，紅色激光器的波長為635nm至642nm,綠色激光器的波長為515nm至532nm,藍色激光器的波長為515nm至532nm，以上激光器為基于二次諧波技術的倍頻激光器或直接發光激光二極管。
3.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的準直/合束光學系統，包括對應紅外/紅/綠/藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片3片或4X1光纖稱合器一個。
4.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的控制電路包括模擬前端芯片，數字視頻處理電路和微控制器。
5.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的光驅動微型掃描器件，基于微機電系統技術，包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉動的驅動器。
6.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的光驅動微型掃描器件，包括用于接收波長為980nm至1550nm紅外激光的光電池。
7.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的光驅動微型掃描器件的掃描方式為雙向逐行掃描或雙向隔行掃描。
8.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的連桿的材料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為旋轉或伸縮或折疊。
9.如權利要求I所述的光驅動分離式微型激光投影裝置，其特征在于所述的光纖及附屬光學系統包括單模光纖，在便攜電子系統內的耦合透鏡組和在便攜系統外的準直透鏡組及二向色鏡濾光片I片。
專利摘要光驅動分離式微型激光投影裝置包括激光光源模塊，控制電路，光驅動微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學系統。激光光源模塊和控制電路與光驅動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；光驅動微型掃描器件位于便攜電子產品的外部，通過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光驅動微型掃描器件并向外投射為二維圖像。本實用新型實現了微型激光投影裝置中的微型掃描器件由電驅動轉為光驅動，驅動光與投射光共享光纖，結構簡單、易于實現。
文檔編號G02B26/10GK202443239SQ201220047270
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者徐英舜 申請人:凝輝(天津)科技有限責任公司