激光投影显示技术的历史和背景

人类从外界获取的信息80%来自视觉,因此显示是现代人获取信息的重要方式,显示技术是信息领域的重要发展方向。随着人们对信息获取的要求越来越高,对显示器的性能有了更多的期待,对显示技术和器件的研究也越来越重要。

从19年底的黑白显示,到1928彩色电视的问世,以及1935的彩色电影拍摄,显示技术经历了从黑白到彩色显示技术的时代飞跃,目前正处于数字显示的发展期。基于现代数字技术的数字电视和数字电影正在解决视频图像的分辨率和清晰度问题,包括信号的采集、处理、存储、传输和再现。在现有的数字显示终端中,像素数量可以从NTSC标准数据中的720×480增加到3840×2160,分辨率提高20倍以上。然而,现有显示器的色彩再现能力很低,其显色范围只能覆盖人眼可观察到的色彩空间的33%,而另外67%的色彩空间是数字显示技术和现有显示技术无法再现的。因此,能够同时实现高清晰度和大色域的显示技术必然成为显示技术的研发方向。激光显示技术的一个重要思想是,从色度学的角度来看,以红绿蓝三原色(RGB)激光为光源的显示技术,能够最真实地再现客观世界丰富绚丽的色彩,提供更加震撼的表现力,因此激光显示被称为“人类视觉史上的革命”。在众多不同的显示技术中,激光显示技术代表了显示技术未来的发展趋势和主流方向,是未来显示领域竞争的焦点。最早的激光投影技术采用气体激光器作为光源,如He-Ne、氩离子、氪气、铜蒸气激光器,分别辐射红、蓝、绿激光,实现全彩色激光投影,但气体激光器的电光效率很低,工作可靠性比较差。

利用激光二极管泵浦的全固态激光器和倍频技术也可获得红、绿、蓝辐射,连续输出功率可达几瓦、几十瓦甚至几百瓦。这些全固态激光器电光效率和稳定性高,结构紧凑,几瓦功率即可用于激光投射。

红、绿、蓝的视觉函数值相差较大,分别为0.265(630nm)、0.862(530nm)、0.091(470nm),所以激光功率要匹配。激光投影有多种实现方式,其中多面体转镜扫描和振镜扫描是常用的扫描器件。

多面体转镜扫描。多面体基体由轻金属材料制成。为了减小转动惯量,在多面体上固定平面镜,调整每个平面镜在Y轴方向的角度,使直线等距分离,从而实现场扫描。多边形转镜扫描有很大的局限性,比如扫描线数越少,分辨率越低,平面越多,调整难度越大。

振镜扫描中,采用高性能振镜驱动平面镜高速偏转,精确定位。因为偏转频率极高,和振动一样,所以叫振镜。使用两个振镜可以实现二维扫描。

更多的时候是同时使用多边形转镜和振镜扫描的方案,它们分别完成行和场的扫描。