復合光源數字投影裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合光源數字投影裝置和方法，屬于投影顯示領域。所述的復合光源數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。所述的復合光源數字投影方法通過調整雙硅基液晶陣列的對應關系和控制硅基液晶陣列進行光線調制，使兩不同波段光源復合，并經投影光組擴束實現投影功能。本發明采用雙硅基液晶陣列結構，實現了將兩光源無時間間隔地復合投影，結構緊湊，工作噪音較低，適用于成像設備曝光速度要求高的場合。
【專利說明】
復合光源數字投影裝置和方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種復合光源數字投影裝置和方法，屬于投影顯示領域。
【背景技術】
[0002] 數字投影顯示技術能夠通過平面圖像信息控制光源，并利用光學系統放大圖像， 在投影屏上顯示出高保真低畸變圖案。目前數字投影顯示多采用色輪作為濾光元件，通過 旋轉色輪將不同波段光源在時間軸上依次排列，針對人眼和低速曝光的成像設備，能實現 在一定時間段內各波段投影圖案的累加。但對于高速曝光的成像設備，這種數字投影顯示 方法因受限于色輪的機械轉動速度在一個曝光時間內無法完成各波段投影圖案的疊加。另 外，當投影屏處于動態運動時，會出現不同波段投影圖案的相對移位，影響投影質量。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術，本發明提供一種復合光源數字投影裝置和方法，用以解決上 述存在的問題。
[0004] 本發明復合光源數字投影裝置予以實現的技術方案是：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圖案顯示需求對第一波段光線在二維空間上進行強度調制，并將經調 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圖案顯示需 求對第二波段光線在二維空間上進行強度調制，并將經調制的第二波段光線傳送給所述的 合光鏡;所述的合光鏡將經調制的第一波段光線和經調制的第二波段光線疊加為復合光 線，并將復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 息的復合光線投射出裝置;所述的殼體用于固定光學元件，并對光路進行密封以避免外界 干擾光進入。
[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相同；所述的第一硅基 液晶陣列在所述的合光鏡右側，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] 本發明提出的一種復合光源數字投影方法，是利用上述復合光源數字投影裝置， 并按照以下步驟：
[0007] 步驟一、調整所述的第二硅基液晶陣列相對所述的第一硅基液晶陣列的晶元對應 位置，使兩硅基液晶陣列的晶元一一對應。
[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 二光源經過電光轉換，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射不 同波段光束;其中，所述的第一光源的光強分布為Ei(X，y，λ)，所述的第二光源的光強分布 為E2(x，y，λ)，X和y分別是硅基液晶陣列的列坐標和行坐標，λ是光波長。
[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行光線 調制，光線調制函數分別為施&，7)和M2(x，y);光線調制函數由預設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設圖案矩陣。
[0012]步驟四、所述的合光鏡將經調制的第一波段光線和經調制的第二波段光線疊加為 復合光線，并通過所述的投影光組投射出裝置，此時的投影光強分布D(u，v，A)為：
[0014] 公式(2)中，F(x，y，u，v)是硅基液晶陣列面到投影面的點擴散函數，u和v分別是投 影面的橫坐標和縱坐標。
[0015] 可見，經過步驟一、二、三、四，能夠實現所述的第一光源和所述的第二光源的復 合，并在投影面上對預設圖案進行顯示。
[0016] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0017] 本發明提供的復合光源數字投影裝置和方法，采用雙硅基液晶陣列結構，實現了 將兩光源無時間間隔地復合投影。與現有技術相比，本發明提供的復合光源數字投影裝置 無需色輪及其轉動機構，結構緊湊，工作噪音較低。本發明提供的復合光源數字投影方法實 現了將承載不同光波段圖案信息融合并實時投影的功能，適用于成像設備曝光速度要求高 的場合。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明提供的復合光源數字投影裝置結構圖；
[0019] 圖2為本發明雙硅基液晶結構的光束復合示例圖。
[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設圖案矩陣，20-第二硅基液晶陣列 的預設圖案矩陣，30-復合圖案。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0022] 如圖1所示，本發明復合光源數字投影裝置，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型號相同；所述的第一硅基液晶陣列2在所述的合光鏡5右側， 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依據圖案顯示需求對第一波段光線在二維空 間上進行強度調制，并將經調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依據圖案顯示需求對第二波段光線在二維空間上進行強度調制，并將經 調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將經調制的第一波段光線和經 調制的第二波段光線疊加為復合光線，并將復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合光線投射出裝置;所述的殼體7用于固定光 學元件，并對光路進行密封以避免外界干擾光進入。
[0024] 本發明提出的一種復合光源數字投影方法，是利用上述復合光源數字投影裝置， 并按照以下步驟：
[0025] 步驟一、調整所述的第二硅基液晶陣列4相對所述的第一硅基液晶陣列2的晶元對 應位置，使兩娃基液晶陣列的晶元--對應。
[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經過電光轉換，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 發射不同波段光束;其中，所述的第一光源1的光強分布為ΕΚχ,γ,λ)，所述的第二光源3的 光強分布為Ε 2(X，y，λ)，X和y分別是硅基液晶陣列的列坐標和行坐標，λ是光波長。
[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同步進行光 線調制，光線調制函數分別為施&，7)和M2(x，y);光線調制函數由預設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預設圖案矩陣。
[0030] 步驟四、所述的合光鏡5將經調制的第一波段光線和經調制的第二波段光線疊加 為復合光線，并通過所述的投影光組6投射出裝置，此時的投影光強分布D(u，v，A)為：
[0032]公式(2)中，F(x，y，u，v)是硅基液晶陣列面到投影面的點擴散函數，u和v分別是投 影面的橫坐標和縱坐標。
[0033] 可見，經過步驟一、二、三、四，能夠實現所述的第一光源1和所述的第二光源2的復 合，并在投影面上對預設圖案進行顯示。
[0034] 實施例：
[0035]下面舉例進一步對本發明做詳細說明：
[0036] 選取第一光源1的光波段在400nm~450nm，第一光源1為藍色光源;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]調整所述的第二硅基液晶陣列4相對所述的第一硅基液晶陣列2的晶元對應位置， 使兩硅基液晶陣列的晶元一一對應。
[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發射藍色光束，所述的第一光源3向所述的第二硅基液晶陣列4發射紅色光束。
[0039] 如圖2所示，根據的預設圖案矩陣10控制所述的第一硅基液晶陣列2對藍色光束進 行光線調制，根據的預設圖案矩陣20控制所述的第二硅基液晶陣列4對紅色光束進行光線 調制;所述的合光鏡5將經調制的藍色光束和經調制的紅色光束疊加為復合光束，并通過所 述的投影光組6的50倍擴束，放大為復合圖案30。
[0040]本實施例復合光源數字投影裝置的投影顯示面積為1280mmX768mm，投影精度為 lmm〇
[0041] 本發明中，根據光線調制函數控制硅基液晶陣列進行光線調制的處理方法屬于本 領域內公知常識，在此不再贅述。
[0042] 盡管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方 式，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發 明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保 護之內。
【主權項】
1. 一種復合光源數字投影裝置，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)依據圖案顯示需求對第一波段光線在二維 空間上進行強度調制，并將經調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)依據圖案顯示需求對第二波段光線在二維空間上進行強度調 審IJ，并將經調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)將經調制的第 一波段光線和經調制的第二波段光線疊加為復合光線，并將復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合光線投射出裝置;所述 的殼體(7)用于固定光學元件，并對光路進行密封W避免外界干擾光進入。2. 根據權利要求1所述復合光源數字投影裝置，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)型號相同；所述的第一娃基液晶陣列（2)在所述的合光 鏡(5)右側，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. -種復合光源數字投影方法，其特征在于，采用如權利要求1所述復合光源數字投影 裝置進行投影，包括W下步驟： 步驟一、調整所述的第二娃基液晶陣列(4)相對所述的第一娃基液晶陣列（2)的晶元對 應位置，使兩娃基液晶陣列的晶元--對應； 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)經過電光轉換，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)發射不同波段光束;其中，所述的第一光源（1)的光強分布為Ei(x，y，A)，所述的第 二光源(3)的光強分布為E2 (X，y，λ)，X和y分別是娃基液晶陣列的列坐標和行坐標，λ是光波 長； 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)同步進行光 線調制，光線調制函數分別為化(x，y)和M2(x，y);光線調制函數由預設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設圖案矩陣； 步驟四、所述的合光鏡（5)將經調制的第一波段光線和經調制的第二波段光線疊加為 復合光線，并通過所述的投影光組(6)投射出裝置，此時的投影光強分布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(x，y，u，v)是娃基液晶陣列面到投影面的點擴散函數，u和V分別是投影面 的橫坐標和縱坐標； 可見，經過步驟一、二、Ξ、四，能夠實現所述的第一光源（1)和所述的第二光源(3)的復 合，并在投影面上對預設圖案進行顯示。
【文檔編號】G03B21/00GK106094407SQ201610624238
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月1日 公開號201610624238.0, CN 106094407 A, CN 106094407A, CN 201610624238, CN-A-106094407, CN106094407 A, CN106094407A, CN201610624238, CN201610624238.0
【發明人】趙首博
【申請人】哈爾濱理工大學