基于三基色激光顯示技術(shù)的大功率激光彩色電視

基于三基色激光顯示技術(shù)的大功率激光彩色電視

1第二代激光顯示技術(shù)隨著社會的進步，人們對圖像的要求迅速增加。由于激光自身具有亮度高、單一波長等特有性質(zhì),與其它顯示方式相比較,激光顯示技術(shù)(LDT)受到人們更多的關(guān)注。該技術(shù)以其色域?qū)拸V、亮度高、飽和度高以及可以更真實再現(xiàn)自然界多姿多彩的顏色世界等優(yōu)點,在第二代顯示技術(shù)革命中成為人們研究的熱點。自從1965年美國ZENITH無線電公司研制出了第一臺激光彩色顯示器(該系統(tǒng)光源為Kr-Ar激光器,調(diào)制和掃描采用聲光掃描器,圖像分辨力可達340l)以來,激光顯示技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年。早期的激光顯示應(yīng)用氦氖激光器致使光束能量利用率非常低,加上龐大的水冷系統(tǒng),體積非常笨重,各國的激光電視都停留在試驗階段,無法實用化真正投入市場。近些年隨著固態(tài)激光器的發(fā)展,相繼發(fā)明了各種顏色、能量達到瓦級、體積小巧的固態(tài)二極管泵浦激光器(DiodePumpedLaser),激光顯示技術(shù)得以迅速發(fā)展。在國際上,美國、德國、韓國等國家相繼開展了激光顯示的研究。在國內(nèi),我們應(yīng)用紅、綠、藍三色固體激光器,根據(jù)三基色原理,已經(jīng)制造出國內(nèi)第一臺激光顯示樣機。2中心飽和度的確定根據(jù)色度學(xué)原理,在XY色坐標系統(tǒng)中,顏色信息全部包含在由光譜色坐標連接的馬蹄形區(qū)域內(nèi),在光譜軌跡外的顏色,是物理上不能實現(xiàn)的。位于光譜軌跡上的單色光其飽和度為100%,沿等色調(diào)波長線越往中心飽和度越低。選取任意三點對應(yīng)的顏色作為基色,則由此三基色所能合成的所有顏色都包含在以這三點為頂點的三角形內(nèi)。三角形的面積大,表示可以顯示的顏色多,顯示顏色飽和度高,色彩表現(xiàn)力強。激光的光譜是線譜,本身顯現(xiàn)的顏色為光譜色。如圖1所示,用紅、綠、藍激光器作為光源所構(gòu)成的色域空間更大,大約是傳統(tǒng)CRT電視色域空間的2.3倍。與傳統(tǒng)顯示方式相比,激光顯示可以獲得更高的飽和度,更豐富的顏色和更逼真的視頻效果。3維掃描系統(tǒng)如圖2所示,激光顯示主要由紅、綠、藍三色激光器,空間光調(diào)制器和視頻信號處理系統(tǒng)等幾部分組成。本項目采用波長分別為671nm、532nm和473nm的紅、綠、藍三色全固態(tài)激光器。經(jīng)過光學(xué)元件調(diào)整,光強在符合白平衡條件下,紅、綠、藍激光器輸出功率分別為2.5W,0.6W和5.6W。輸出光束通過一系列高反射率鏡進入光束掃描系統(tǒng),如圖3是由60面變傾角掃描轉(zhuǎn)鏡和高精度電機組成的。每兩面相鄰的鏡子依次有一定的傾斜角度,用單鏡實現(xiàn)二維掃描。這種結(jié)構(gòu)代替了用兩組掃描系統(tǒng)實現(xiàn)二維掃描的傳統(tǒng)方法,不僅可以有效抑制激光散斑,而且減少了機械磨損率,使機械運轉(zhuǎn)更穩(wěn)定從而延長機械使用壽命,為激光顯示產(chǎn)品化提供便利條件。掃描后的光面經(jīng)光學(xué)組件進入空間光調(diào)制系統(tǒng),空間光調(diào)制器通過尋址電路對視頻信號加以識別,對像素進行選通控制。同步控制紅、綠、藍、三路信號,同時控制光閥透光量,進而獲得紅、綠、藍三幅單色圖像,再經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)合成為一幅圖像,投影到屏幕上。在整個系統(tǒng)中,由于所用固體激光器的功率限制和合成標準白場等原因,反射和投射鏡要盡可能的少,從而不但可以減少光能損失,還減少了對匹配好的白平衡的影響。所研制成功的激光顯示原理樣機,光源采用紅、綠、藍三色激光器,波長分別671nm、532nm、473nm,屏幕尺寸為137cm(54吋),分辨率為1024×768,可以接收PAL、NTSC、S-VIDEO等電視信號,也可以接收電腦輸出的VGA、XGA等視頻信號。圖4是裝配好的激光背投樣機,在圖中可以看出激光顯示高飽和度,色彩極為豐富的特點。4小視場變波前消干涉方法由于激光的干涉性,激光作為光源照射到粗糙物體表面會形成激光散斑,在激光顯示中散斑的存在嚴重影響了成像質(zhì)量,使分辨率下降。國際上已經(jīng)有研究機構(gòu)提出減少散斑的方法。針對顯示圖像中的激光干涉散斑現(xiàn)象,本文利用人眼視覺暫留的特性,提出了瞬間小視場變波前消干涉方法,在不降低光束質(zhì)量的前提下,有效抑制散斑。通過掃描轉(zhuǎn)鏡掃出的光照面,顯現(xiàn)的散斑為‘沸騰’散斑。由于人眼的積分效應(yīng),當掃描轉(zhuǎn)鏡達到一定速度時候,散斑在時間上被積分累加,在視覺上大大減小了散斑效應(yīng)。通過實驗,此種方法對激光干涉散斑有明顯的抑制作用,現(xiàn)已應(yīng)用到實際的激光顯示系統(tǒng)中。5crt顏色坐標系與激光顯示的關(guān)系激光顯示選用三色激光作為三基色,色域三角形大約為傳統(tǒng)CRT顯示的2.3倍,同時造成激光顯示色域和現(xiàn)有電視顏色坐標系的偏差,如圖5、6分別表示在匹配等能白的時候CRT三基色和激光三基色的比例關(guān)系,可以明顯看出兩比例關(guān)系的差異。這種情況表明應(yīng)該對激光顯示建立新的顏色坐標系,并且為了適應(yīng)現(xiàn)有電視制式的要求,應(yīng)當建立現(xiàn)有CRT顯示與激光顯示對應(yīng)的顏色映射關(guān)系。對于CRT顏色坐標系和激光顯示顏色坐標系來說,都是和設(shè)備有關(guān)的顏色坐標系統(tǒng)。這里取CIE1931標準顏色坐標系統(tǒng)作為中間過度,用多元回歸方法分別建立CRT顏色坐標系統(tǒng)、激光顯示顏色坐標系統(tǒng)與CIE1931標準顏色坐標系統(tǒng)的關(guān)系,經(jīng)過線性變換,得到如下關(guān)系式:???RLGLBL???=???0.6280.29290.07740.10210.9483?0.050.01640.09750.8869??????ReGeBe???(RLGLBL)=(0.6280.29290.07740.10210.9483-0.050.01640.09750.8869)(ReGeBe)這個關(guān)系式表示出在CRT系統(tǒng)內(nèi)的某種顏色如果要想在激光顯示系統(tǒng)中得到同樣的顏色感,兩個坐標系中對應(yīng)R、G、B的相對關(guān)系。通過這個關(guān)系模型用電子器件建立激光顯示顏色變換矩陣應(yīng)用于激光顯示中,取得了良好效果。6固體激光器與固體激光器的對比隨著體積更小、發(fā)光更穩(wěn)定、功率更大的固體激光器的不斷發(fā)展,激光顯示原有的技術(shù)瓶頸已經(jīng)被打破。本文應(yīng)用固體激光器經(jīng)過研究試驗