設有恆定光源的雷射crt投影系統的製作方法
2023-05-10 04:20:56 2
專利名稱：設有恆定光源的雷射crt投影系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域，具體涉及一種投影系統。
背景技術：
隨著小型化、可攜式電子設備的興起，現有的投影設備通常採用手持式、低耗電的投影設備，最適合於此類投影設備的光源為雷射光源或是發光二極體光源。其中，雷射光源是已被廣泛認為低耗電、亮度高的高效光源。投影系統利用光調製器把從光源射出的光轉換為影像畫面。目前此種光調製器通常是利用液晶的投射型/反射型液晶顯示器、矽基液晶，以及DLP技術中的數字微鏡器件。 為了表現影像畫面，需要綠/藍/紅三種原色的雷射。另外，液晶、DMD或者GLV等需要穩定、持續、均勻的光源以實現視頻顯示。現有的光源通常採用滷燈等圖像生成光源設備，還需要高解析度視頻放大器來迅速調製圖像信號，上述設計導致結構複雜、成本較高。CRT是一種是用陰極射線管的顯示器，其主要由玻璃罩、電子槍、偏轉線圈、應激面板。應激面板上塗覆有螢光塗層。CRT的工作原理為電子槍陰極發出電子束，經強度控制、聚焦和加速後變成細小的電子流，再經過偏轉線圈的作用向正確目標偏離，轟擊到塗覆有螢光塗層的應激面板上。這時螢光塗層被啟動，就發出光線來。傳統的CRT技術被用於電視機、電腦屏幕應用中。CRT技術也可被用於投影光機結構中，但往往效率不高，而且受亮度限制。
實用新型內容本實用新型的目的在於，提供一種設有恆定光源的雷射CRT投影系統，解決以上技術問題。本實用新型所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現設有恆定光源的雷射CRT投影系統，包括光源、光學稜鏡、投影光學系統、其特徵在於，所述光源包括三個用於產生雷射的雷射CRT，三個所述雷射CRT產生的雷射光源顏色分別為三原色中的一種，三個所述雷射CRT產生的雷射分別通過光學稜鏡形成一束三色合成光；還包括三個光調製器(SLM)，所述光調製器設置在沿所述雷射CRT到所述光學稜鏡之間的光路上。本實用新型將雷射CRT光源作為投影系統的光源，具有能消除雷射散斑、功率較大、可控性好等優點。另外，雷射CRT產生的雷射光源採用光調製器進行調製提供圖像，因此雷射CRT無需連接高解析度視頻放大器，無需價格昂貴的電氣設備，有效減少了成本。所述雷射CRT包括一真空管，所述真空管包括一漏鬥形的玻璃罩，所述玻璃罩的廣角端設有一應激面板，所述應激面板採用一雷射面板，所述雷射面板包括至少兩個雷射腔，至少兩個所述雷射腔沿厚度方向排列成所述雷射面板；所述雷射腔包括一增益介質層、反射層，所述反射層分別設置在所述增益介質層的前方和後方；所述玻璃罩的另一端設有電子槍，所述電子槍包括一陰極，所述陰極與所述雷射面板之間設有一 Gl電極；所述陰極加載負電壓電源，所述雷射面板加載正電壓電源，所述負電壓電源和所述正電壓電源串聯，且連接處接地；還包括一電子束電流控制系統，所述陰極和所述Gl電極分別連接所述電子束電流控制系統。本實用新型的電子槍能發出高速電子束，足夠強度的電子束射入雷射面板上後， 就會產生雷射效應，進而產生雷射。本實用新型的每個雷射CRT都設有陰極、Gl電極及電子束電流控制系統，這樣每個雷射CRT都可以單獨控制，通過控制陰極和Gl電極來控制電流強度，進而控制雷射光源的強度，以便達到理想的投影圖像的色平衡。所述Gl電極與所述雷射面板之間還設有一 G2電極，所述G2電極連接所述電子束電流控制系統。通過電子束電流控制系統的控制，G2電極用來控制電子束電流，進而改變電流強度。G2電極處的電壓決定了雷射面板前方外界屏幕的亮度。所述陰極採用浸漬式陰極，所述浸漬式陰極連接一加熱器。浸漬式陰極能產生高密度電子電流，能比傳統的陰極承載更高的負荷。另外，浸漬式陰極物理尺寸小、能提供低電容配置。因此浸漬式陰極能提供高帶寬的視頻和高負載，最終能提供更亮的屏幕亮度。所述Gl電極採用一低電容電極，所述Gl電極與所述陰極之間的距離為0.003 0. 004英寸。即Gl電極與陰極之間的距離為0. 0762mm 0. 1016mm。所述G2電極優選採用一低電容電極。所述G2電極與所述雷射面板之間還設有一 G3電極，所述G3電極前方設有一磁力聚焦線圈。G3電極也可採用一低電容電極。G3電極和磁力聚焦線圈結合運行將電子束進行預聚焦。另外，G3電極還能對真空管起到電弧防護作用。 所述磁力聚焦線圈前方設有一偏轉線圈。以便用於將電子束偏轉到外界屏幕的理想位置。還包括一雷射面板冷卻系統，所述雷射面板冷卻系統包括設置在所述雷射面板周邊的歧管、熱交換系統、冷卻液，所述冷卻液設置在所述歧管內，所述熱交換系統連接所述歧管的入口和出口。冷卻液通過歧管流經整個雷射面板周邊，雷射面板被冷卻，冷卻液溫度上升。升溫的冷卻液從出口離開歧管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。所述冷卻液採用絕緣、透明的冷卻液。以便雷射面板冷卻系統隔離高電壓，省去了其他電隔離系統的設置。所述冷卻液可以採用介質冷卻液，如3M公司製造的Fluorinert， 也可以採用全氟液體或其他非導電流體。所述雷射面板周邊可以設置至少兩條歧管，至少兩條所述歧管相互聯通，至少兩條所述歧管中的至少一條連接所述熱交換系統。以便更加有效均勻的冷卻雷射面板。所述光學稜鏡可以採用一 X稜鏡，三個所述雷射CRT產生的雷射分別通過所述X 稜鏡的合色形成三色合成光。所述光調製器可以採用矽基液晶(LCOS)。所述光調製器也可以採用光柵光閥 (GLV)或者數字微反射鏡(DMD)。以減小體積，降低能耗。所述光調製器與光學稜鏡之間，存在用於固定所述光調製器的結構物，該結構物與所述光調製器的接觸面形成開口面，並且該結構物與所述光調製器的接觸面塗有暗紅色粗糙塗層。暗紅色粗糙塗層吸收綠光、藍光，可以削弱屏幕周圍形成的藍色光暈。所述投影光學系統還包括一光束整形器，所述光束整形器為一複眼透鏡，所述複眼透鏡的表面有以矩陣形式排列的透鏡體，所述光束整形器位於投影光源與物鏡之間。以使所述光源射出的光束髮散，並轉換成光調製器的有效區域的形狀。所述光學稜鏡與所述光束整形器之間還設有漫射體，所述漫射體採用振動式漫射體。以便消除雷射散斑。有益效果由於採用上述技術方案，本實用新型綜合了 CRT和雷射的優點，無需昂貴的調製設備，就能輸出恆定的雷射光源，具有能消除雷射散斑、功率較大、可控性好等優點。本實用新型投射到屏幕的畫面，具有高解析度、高亮度等顯著優點。
圖1為本實用新型整體結構示意圖；圖2為本實用新型雷射CRT的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本實用新型。參照圖1，設有恆定光源的雷射CRT投影系統，包括光源、光學稜鏡2、投影光學系統3、光源包括三個用於產生雷射的雷射CRT1，三個雷射CRTl產生的雷射光源顏色分別為三原色中的一種，如，三個雷射CRTl分別產生紅色雷射光源、綠色雷射光源、藍色雷射光源。三個雷射CRTl產生的雷射分別通過光學稜鏡2形成一束三色合成光。還包括三個光調製器4，光調製器4設置在沿雷射CRTl到光學稜鏡2之間的光路上。本實用新型將雷射 CRTl光源作為投影系統的光源，具有能消除雷射散斑、功率較大、可控性好等優點。另外，雷射CRTl產生的雷射光源採用光調製器4進行調製提供圖像，因此雷射CRTl無需連接高解析度視頻放大器，無需價格昂貴的電氣設備，有效減少了成本。參照圖2，雷射CRTl包括真空管，真空管包括漏鬥形的玻璃罩11，玻璃罩11的廣角端設有應激面板，應激面板採用雷射面板12。雷射面板12包括至少兩個雷射腔，至少兩個雷射腔沿厚度方向排列成雷射面板12。雷射腔包括一增益介質層、反射層，反射層分別設置在增益介質層的前方和後方。玻璃罩11的另一端設有電子槍13，電子槍13包括陰極131，陰極131與雷射面板 12之間設有Gl電極132 ；陰極131加載負電壓電源，雷射面板12加載正電壓電源，負電壓電源和正電壓電源串聯，且連接處接地。陰極131加載0 -20kv的高負電壓電源，雷射面板12加載0 +20kv的高正電壓電源。還包括電子束電流控制系統14，陰極131和Gl電極132分別連接電子束電流控制系統14。本實用新型的電子槍13能發出高速電子束，足夠強度的電子束射入雷射面板12上後，就會產生雷射效應，進而產生雷射。本實用新型的每個雷射CRTl都設有陰極131、G1電極132及電子束電流控制系統14，這樣每個雷射CRTl 都可以單獨控制，通過控制陰極131和Gl電極132來控制電流強度，進而控制雷射光源的強度，以便達到理想的投影圖像的色平衡。陰極131採用浸漬式陰極，浸漬式陰極連接一加熱器。浸漬式陰極131能產生高密度電子電流，能比傳統的陰極131承載更高的負荷。另外，浸漬式陰極131物理尺寸小、能提供低電容配置。因此浸漬式陰極131能提供高帶寬的視頻和高負載，最終能提供更亮的屏幕5亮度。Gl電極132採用一低電容電極，Gl電極132與陰極131之間的距離為0. 003 0. 004英寸。即Gl電極132與陰極131之間的距離為0. 0762mm 0. 1016mm。在具體實施時，通過選擇Gl電極132與陰極131之間不同的間距就能得到不同的截止電壓。Gl電極132與雷射面板12之間還設有一 G2電極133，G2電極133連接電子束電流控制系統14。通過電子束電流控制系統14的控制，G2電極133用來控制電子束電流，進而改變電流強度。G2電極133處的電壓決定了雷射面板12前方外界屏幕5的亮度。G2電極133優選採用一低電容電極。G2電極133與雷射面板12之間還設有一 G3電極134，G3電極134前方設有一磁力聚焦線圈135。G3電極134也可採用一低電容電極。G3電極134和磁力聚焦線圈135結合運行將電子束進行預聚焦。另外，G3電極134還能對真空管起到電弧防護作用。磁力聚焦線圈135前方設有一偏轉線圈136。以便用於將電子束偏轉到外界屏幕5的理想位置。還包括一雷射面板冷卻系統，雷射面板冷卻系統包括設置在雷射面板周邊的歧管、熱交換系統、冷卻液，冷卻液設置在歧管內，熱交換系統連接歧管的入口和出口。冷卻液通過歧管流經整個雷射面板周邊，雷射面板被冷卻，冷卻液溫度上升。升溫的冷卻液從出口離開歧管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。冷卻液採用絕緣、透明的冷卻液。以便雷射面板冷卻系統隔離高電壓，省去了其他電隔離系統的設置。冷卻液可以採用介質冷卻液，如3M公司製造的Fluorinert，也可以採用全氟液體或其他非導電流體。雷射面板周邊可以設置至少兩條歧管，至少兩條歧管相互聯通，至少兩條歧管中的至少一條連接熱交換系統。以便更加有效均勻的冷卻雷射面板。光學稜鏡2可以採用一 X稜鏡，三個雷射CRTl產生的雷射分別通過X稜鏡的合色形成三色合成光。光調製器4可以採用矽基液晶。光調製器4也可以採用光柵光閥或者數字微反射鏡。以減小體積，降低能耗。光調製器4與光學稜鏡2之間，存在用於固定光調製器4的結構物，該結構物與光調製器4的接觸面形成開口面，並且該結構物與光調製器4的接觸面塗有暗紅色粗糙塗層。暗紅色粗糙塗層吸收綠光、藍光，可以削弱屏幕5周圍形成的藍色光投影光學系統3還包括一光束整形器，光束整形器為一複眼透鏡，複眼透鏡的表面有以矩陣形式排列的透鏡體，光束整形器位於投影光源與物鏡之間。以使光源射出的光束髮散，並轉換成光調製器4的有效區域的形狀。光學稜鏡2與光束整形器之間還設有漫射體，漫射體採用振動式漫射體。實施方式一參照圖1，三個雷射CRTl分別提供紅色、綠色和藍色雷射光源。三個雷射CRTl分別通過光調製器4進行調製後，再通過適當的X稜鏡2耦合整形，經過光學投影系統3再投射到屏幕4上，形成全彩圖像。為了達到理想投影圖像的色平衡，每個雷射CRTl 都可以單獨通過電子束電流控制系統14進行調整。這種調整可以採用手工完成，如讓使用者單獨控制每個雷射CRT1。也可以通過感應器來自動反饋，以便電子束電流控制系統14 自動調節期望的色平衡。實施方式二 參照圖2，陰極131加載_20kv的負電壓電源，雷射面板加載+20kv的正電壓電源，使得轟擊到雷射面板12的電子總電壓為40kv。兩個電壓電源之間有接地裝置。則1)陰極131的-20kv接在靠近真空管壁一側，在陰極131的_20kv電壓電源定義為電子槍段的電壓。2)Gl電極132用來調節和控制電流或輸出強度。由於陰極131為_20kv，Gl電極 132可以在-120v Ov範圍調製。-120v是真空管的切斷電壓，即將Gl電極132調製_120v 時，沒有電子可以發射。3)和陰極131、Gl電極132相關聯，G2電極133電壓設置為+1200v。4)和陰極132關聯，G3電極134是預聚焦電極，電壓約為+5000v。因此，要電子槍端及陰極131要維持在_20kv，電流密度和數量需要通過Gl來調節。另外，在電子槍端的高電壓可以為任意值，電子槍中的電極上的電壓也可以根據需要設計。還可以將雷射面板上的電壓設計為_20kv，電子槍段電壓為+20kv。以雷射CRTl為基礎的投影系統，可以有效應用於光柵光閥(GLV)投影機和其他投影顯示燈設備。例如，雷射CRT可以單獨與SLM對接應用，也可以在其他領域應用，如應用於光纖交換機、光纖路由器、雷射醫療設備等。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.設有恆定光源的雷射CRT投影系統，包括光源、光學稜鏡、投影光學系統、其特徵在於，所述光源包括三個用於產生雷射的雷射CRT，三個所述雷射CRT產生的雷射光源分別為三原色中的一種，三個所述雷射CRT產生的雷射分別通過光學稜鏡形成一束三色合成光；還包括三個光調製器，所述光調製器設置在沿所述雷射CRT到所述光學稜鏡之間的光路上。
2.根據權利要求1所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述雷射 CRT包括一真空管，所述真空管包括一漏鬥形的玻璃罩，所述玻璃罩的廣角端設有一應激面板，所述應激面板採用一雷射面板，所述雷射面板包括至少兩個雷射腔，至少兩個所述雷射腔沿厚度方向排列成所述雷射面板；所述雷射腔包括一增益介質層、反射層，所述反射層分別設置在所述增益介質層的前方和後方；所述玻璃罩的另一端設有電子槍，所述電子槍包括一陰極，所述陰極與所述雷射面板之間設有一 Gl電極；所述陰極加載負電壓電源，所述雷射面板加載正電壓電源，所述負電壓電源和所述正電壓電源串聯，且連接處接地；還包括一電子束電流控制系統，所述陰極和所述Gl電極分別連接所述電子束電流控制系統。
3.根據權利要求2所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述Gl電極採用一低電容電極，所述Gl電極與所述陰極之間的距離為0. 0762mm 0. 1016mm。
4.根據權利要求2所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述Gl電極與所述雷射面板之間還設有一 G2電極，所述G2電極連接所述電子束電流控制系統。
5.根據權利要求4所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述G2電極與所述雷射面板之間還設有一 G3電極，所述G3電極前方設有一磁力聚焦線圈；所述磁力聚焦線圈前方設有一偏轉線圈。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於還包括一雷射面板冷卻系統，所述雷射面板冷卻系統包括設置在所述雷射面板周邊的歧管、熱交換系統、冷卻液，所述冷卻液設置在所述歧管內，所述熱交換系統連接所述歧管的入口和出口。
7.根據權利要求1所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述光學稜鏡採用一 X稜鏡，三個所述雷射CRT產生的雷射分別通過所述X稜鏡的合色形成三色合成光。
8.根據權利要求1至5中任意一項所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述光調製器與光學稜鏡之間，存在用於固定所述光調製器的結構物，該結構物與所述光調製器的接觸面形成開口面，並且該結構物與所述光調製器的接觸面塗有暗紅色粗糙塗層。
9.根據權利要求8所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述投影光學系統還包括一光束整形器，所述光束整形器為一複眼透鏡，所述複眼透鏡的表面有以矩陣形式排列的透鏡體，所述光束整形器位於投影光源與物鏡之間。
10.根據權利要求9所述的設有恆定光源的雷射CRT投影系統，其特徵在於所述光學稜鏡與所述光束整形器之間還設有漫射體，所述漫射體採用振動式漫射體。
專利摘要本實用新型涉及電子技術領域，具體涉及一種投影系統。設有恆定光源的雷射CRT投影系統，包括光源、光學稜鏡、投影光學系統、光源包括三個用於產生雷射的雷射CRT，三個雷射CRT產生的雷射光源顏色分別為三原色中的一種，三個雷射CRT產生的雷射分別通過光學稜鏡形成一束三色合成光。還包括三個光調製器，光調製器設置在沿雷射CRT到光學稜鏡之間的光路上。由於採用上述技術方案，本實用新型綜合了CRT和雷射的優點，無需昂貴的調製設備，就能輸出恆定的雷射光源，具有能消除雷射散斑、功率較大、可控性好等優點。
文檔編號H01J29/48GK202306112SQ201120326638
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月1日 優先權日2011年9月1日
發明者伯納德·K·凡塞爾, 夏忠平, 張學淵, 趙健, 麥可·D·田伯瑞, 鍾偉傑 申請人:上海顯恆光電科技股份有限公司