專利名稱：一種帶有分離式微型激光投影裝置的平板電腦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種帶有分離式微型激光投影裝置的平板電腦。該平板電腦采用分離式微型激光投影裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液晶顯示屏。該分離式微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射將二維圖像投射于平板電腦表面或外部屏幕上。
背景技術(shù)：
平板電腦通常指將帶觸控模塊的液晶顯示屏與平板電腦主機集成在一起，無內(nèi)置鍵盤的小型便攜電腦，最近已廣泛用于個人娛樂和信息處理。例如，美國蘋果公司的ipad， 作為典型的平板電腦，采用9. 7寸，分辨率為10MX768的帶觸控模塊的IPSan-Plane Switching，平面轉(zhuǎn)換)液晶顯示屏。由于平板電腦采用液晶顯示屏作為主要信息顯示部件，造成平板電腦的重量比較重，而且液晶顯示屏的可視顯示范圍仍有局限。最近開始發(fā)展的微型激光投影裝置由于采用紅綠藍三色激光器作光源，與基于傳統(tǒng)的白光LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)和紅綠藍三色LED光源的投影裝置相比，具有色域?qū)拸V(大約200%于NTSC標準色域范圍)，高對比度，高飽和度，低功耗等優(yōu)點，因此非常適合嵌入于手機，平板電腦，數(shù)碼相機和筆記本電腦等電子產(chǎn)品。為了取代目前平板電腦上廣泛采用的液晶顯示屏，進一步減輕主機重量以提高便攜性，可以將微型激光投影裝置的微型掃描器件單獨外置(通過可伸縮/折疊/旋轉(zhuǎn)的機械連桿與平板電腦相連)，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(nèi)置于平板電腦內(nèi)。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并在平板電腦表面或外部屏幕上投射為二維圖像。用戶可以通過平板電腦表面集成的觸控模塊進行輸入操作。本發(fā)明提出了一種帶有分離式微型激光投影裝置的平板電腦。該平板電腦采用分離式微型激光投影裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液晶顯示屏。該分離式微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射將二維圖像投射于平板電腦表面或外部屏幕上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)帶有分離式微型激光投影裝置的平板電腦。該平板電腦采用分離式微型激光投影裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液晶顯示屏。該分離式微型激光投影裝置的激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射將二維圖像投射于平板電腦表面或外部屏幕上。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案是平板電腦包括提供基本電腦功能的主機，代替液晶顯示屏的分離式微型激光投影裝置，集成于平板電腦表面的觸控模塊。分離式微型激光投影裝置包括內(nèi)置于平板電腦內(nèi)的激光光源模塊和控制電路，外置于平板電腦的微型掃描器件，用于機械連接平板電腦和外置的微型掃描器件的連桿，用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍三色激光的光纖及附屬光學系統(tǒng)。由內(nèi)置于平板電腦內(nèi)的激光光源模塊產(chǎn)生紅綠藍三色激光，通過光纖及附屬光學系統(tǒng)傳輸?shù)酵庵玫奈⑿蛼呙杵骷⒎瓷涞狡聊簧?。控制電路接受平板電腦的視頻信號并將其轉(zhuǎn)換為RGB 數(shù)字信號和行/場同步信號以高速調(diào)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。高速二維掃描產(chǎn)生的二維圖像被投射于平板電腦表面或外部屏幕上。用戶通過平板電腦表面集成的觸控模塊進行輸入操作所述的主機提供基本電腦功能，包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng)，能夠處理用戶的輸入，完成計算/存儲控制功能。所述的激光光源模塊包括可以高速調(diào)制(通常為幾十MHz)的紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統(tǒng)。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(shù)(kcond Harmonic 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(tǒng)包括對應(yīng)紅/綠/藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或Combiner) 用于將準直后的紅/綠/藍色激光合成一束激光。所述的控制電路可以接受主機的視頻信號并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號和行/場同步信號以高速調(diào)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。所述的微型掃描器件為用于二維激光掃描的MEMS (Microelectromechanical Systems,微機電系統(tǒng))微掃描鏡，它包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉(zhuǎn)動的致動器(Actuator)。其結(jié)構(gòu)通常有兩種(1)單個有萬向節(jié)(Gimbal)或無萬向節(jié) (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(qū)動器來實現(xiàn)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(shù)行由左向右掃描，偶數(shù)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(shù)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(shù)場掃描。所述的連桿用于建立平板電腦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(zhì)金屬或高強度塑料。所述的光纖及附屬光學系統(tǒng)用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光。所用光纖為單模(Single Mode)可見光光纖， 如Corning RGB 400光纖。附屬光學系統(tǒng)包括1.在平板電腦內(nèi)用于將經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合進可見光光纖的透鏡/透鏡組；2.在平板電腦外用于將從可見光光纖發(fā)出的紅綠藍三色激光進行準直的第二透鏡/透鏡組。經(jīng)過第二透鏡/透鏡組準直的紅綠藍三色激光投射到外置的微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。所述的觸控模塊用于集成在平板電腦表面供用戶進行輸入操作，可以采用基于紅外或電容薄膜原理的多點觸控模塊。由于觸控模塊已有商業(yè)產(chǎn)品，故此處無須贅述。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點1、顯示色域廣，對比度高，飽和度高，功耗低；
2、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)；


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為激光光源模塊和準直/合束光學系統(tǒng)(Free Space)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為激光光源模塊和準直/合束光學系統(tǒng)(Fiber)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為光纖及附屬光學系統(tǒng)和微型掃描器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如圖1所示，它包括主機1，激光光源模塊2，控制電路3，微型掃描器件4，連桿5和光纖及附屬光學系統(tǒng)6。主機1的輸出端與控制電路3的輸入端相連，為其提供視頻信號。激光光源模塊2的輸入端與控制電路 3的一個輸出端相連，接收控制電路3發(fā)出的高速調(diào)制信號。激光光源模塊2的輸出端與光纖及附屬光學系統(tǒng)6的輸入端相連，用于將激光光源模塊2產(chǎn)生的高速調(diào)制過的并經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合入光纖及附屬光學系統(tǒng)6。光纖及附屬光學系統(tǒng)6的輸出端與微型掃描器件4相連，經(jīng)過光纖及附屬光學系統(tǒng)6傳輸并準直的紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件4的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐?的另一個輸出端與微型掃描器件4的輸入端相連，控制電路3產(chǎn)生的電子控制信號控制微型掃描器件 4完成高速掃描。連桿5用于建立平板電腦和外置的微型掃描器件之間的機械連接。所述的激光光源模塊2包括可以高速調(diào)制(通常為幾十MHz)的紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統(tǒng)。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(shù) (Second Harmonic 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(tǒng)包括對應(yīng)紅/綠/ 藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或 Combiner)用于將準直后的紅/綠/藍色激光合成一束激光。所述的控制電路3可以接受主機1的視頻信號并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號和行/ 場同步信號以高速調(diào)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?？刂齐娐?通常包括模擬前端芯片(Analog Front End, AFE，如果接收模擬RGB信號)，數(shù)字視頻處理電路和微控制器。模擬前端芯片可以采用現(xiàn)有的商業(yè)芯片，此處不贅述。數(shù)字視頻處理電路可以采用FPGA (Field Programmable Gates Array，現(xiàn)場可編程邏輯器件)實現(xiàn)。 微控制器可以采用獨立的商業(yè)芯片或集成在FPGA內(nèi)的IP (Intellectual Property)軟件核。所述的微型掃描器件4為用于二維激光掃描的MEMS(Microelectromechanical Systems,微機電系統(tǒng))微掃描鏡，它包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉(zhuǎn)動的致動器(Actuator)。其結(jié)構(gòu)通常有兩種(1)單個有萬向節(jié)(Gimbal)或無萬向節(jié) (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(qū)動器來實現(xiàn)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(shù)行由左向右掃描，偶數(shù)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(shù)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(shù)場掃描。所述的連桿5用于建立平板電腦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(zhì)金屬或高強度塑料。連桿5與平板電腦之間的連接方式可以為伸縮/折疊 /旋轉(zhuǎn)。所述的光纖及附屬光學系統(tǒng)6用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光。所用光纖為單模(Single Mode)可見光光纖，如Corning RGB 400光纖。附屬光學系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內(nèi)用于將經(jīng)過準直/ 合束的紅綠藍三色激光耦合進可見光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見光光纖發(fā)出的紅綠藍三色激光進行準直的第二透鏡/透鏡組。經(jīng)過第二透鏡/透鏡組準直的紅綠藍三色激光投射到外置的微型掃描器件上的反射鏡并反射到屏幕上。本發(fā)明的工作原理是這樣的用戶首先將平板電腦的機械連桿展開至固定位置。 在平板電腦的內(nèi)，主機1的輸出端與控制電路3的輸入端相連，為其提供視頻信號。激光光源模塊2的輸入端與控制電路3的一個輸出端相連，接收控制電路3發(fā)出的高速調(diào)制信號。 激光光源模塊2的輸出端與光纖及附屬光學系統(tǒng)6的輸入端相連，用于將激光光源模塊2 產(chǎn)生的高速調(diào)制過的并經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合入光纖及附屬光學系統(tǒng)6。 光纖及附屬光學系統(tǒng)6的輸出端與微型掃描器件4相連，經(jīng)過光纖及附屬光學系統(tǒng)6傳輸并準直的紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件4的反射鏡上，并反射到平板電腦表面或屏幕上?？刂齐娐?的另一個輸出端與微型掃描器件4的輸入端相連，控制電路3產(chǎn)生的電子控制信號控制微型掃描器件4完成高速二維掃描。
權(quán)利要求
1.一種帶有分離式微型激光投影裝置的平板電腦，其特征在于它包括提供電腦功能的主機，分離式微型激光投影裝置和集成于平板電腦表面的觸控模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的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，微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學系統(tǒng)?？刂齐娐返妮斎攵伺c主機的輸出端相連，接收主機提供的視頻信號。激光光源模塊的輸入端與控制電路的一個輸出端相連，接收控制電路發(fā)出的高速調(diào)制信號。激光光源模塊的輸出端與光纖及附屬光學系統(tǒng)的輸入端相連，用于將激光光源模塊產(chǎn)生的高速調(diào)制過的并經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光耦合入光纖及附屬光學系統(tǒng)。光纖及附屬光學系統(tǒng)的輸出端與微型掃描器件相連，經(jīng)過光纖及附屬光學系統(tǒng)傳輸并準直的紅綠藍三色激光被投射在高速掃描的微型掃描器件的反射鏡上，并反射到屏幕上?？刂齐娐返牧硪粋€輸出端與微型掃描器件的輸入端相連，控制電路產(chǎn)生的電子控制信號控制微型掃描器件完成高速掃描。連桿用于建立平板電腦和外置的微型掃描器件之間的機械連接。
3.如權(quán)利要求2所述的激光光源模塊，其特征在于包括可以高速調(diào)制(通常為幾十 MHz至上百MHz)的紅/綠/藍色激光器各一個和準直/合束光學系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的紅/綠/藍色激光器，其特征在于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(shù)(Second Harmonic 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。
5.如權(quán)利要求3所述的準直/合束光學系統(tǒng)，其特征在于包括對應(yīng)紅/綠/藍色激光器的準直透鏡各一組，二向色鏡濾光片2片或3X1光纖耦合器(Fiber Coupler或 Combiner)用于將準直后的紅/綠/藍色激光合成一束激光。。
6.如權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于可以接受主機的視頻信號并將其轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)字信號和行/場同步信號以高速調(diào)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?？刂齐娐吠ǔ０M前端芯片(Analog Front End, AFE，如果接收模擬RGB信號)，數(shù)字視頻處理電路和微控制器。模擬前端芯片可以采用現(xiàn)有的商業(yè)芯片。數(shù)字視頻處理電路可以采用FPGA (Field Programmable Gates Array，現(xiàn)場可編程邏輯器件) 實現(xiàn)。微控制器可以采用獨立的商業(yè)芯片或集成在FPGA內(nèi)的IP (Intellectual Property) 軟件核。
7.如權(quán)利要求2所述的微型掃描器件，其特征在于基于MEMS技術(shù)，包括可動的反射鏡和使反射鏡繞X軸和Y軸高速轉(zhuǎn)動的致動器(Actuator)。其結(jié)構(gòu)通常有兩種(1)單個有萬向節(jié)(Gimbal)或無萬向節(jié)(Gimbal-less)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(qū)動器來實現(xiàn)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)。
8.MEMS微掃描鏡的掃描方式可以為雙向逐行掃描，即在奇數(shù)行由左向右掃描，偶數(shù)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(shù)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(shù)場掃描。
9.如權(quán)利要求2所述的連桿，其特征在于連桿的材料可以為輕質(zhì)金屬或高強度塑料。連桿與平板電腦之間的連接方式可以為伸縮/折疊/旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求2所述的光纖及附屬光學系統(tǒng)，其特征在于用于向外置的微型掃描器件傳輸內(nèi)置的激光光源模塊產(chǎn)生的經(jīng)過準直/合束的紅綠藍三色激光。所用光纖為單模 (Single Mode)可見光光纖。附屬光學系統(tǒng)包括1.在便攜電子系統(tǒng)內(nèi)用于將經(jīng)過準直/ 合束的紅綠藍三色激光耦合進可見光光纖的透鏡/透鏡組；2.在便攜系統(tǒng)外用于將從可見光光纖發(fā)出的紅綠藍三色激光進行準直的第二透鏡/透鏡組。
全文摘要
一種帶有分離式微型激光投影裝置的平板電腦。該平板電腦采用分離式微型激光投影裝置取代了傳統(tǒng)的液晶顯示屏。分離式微型激光投影裝置包括激光光源模塊，控制電路，微型掃描器件，連桿和光纖及附屬光學系統(tǒng)。激光光源模塊和控制電路與微型掃描器件相分離。激光光源模塊和控制電路集成于平板電腦內(nèi)部；微型掃描器件位于平板電腦的外部，通過可旋轉(zhuǎn)的機械連桿與平板電腦相連。激光光源模塊產(chǎn)生的紅綠藍三色激光用過光纖傳導(dǎo)至微型掃描器件并投射為二維圖像。本發(fā)明具有體積小，重量輕，色域廣，對比度高，可視范圍較大等優(yōu)點。
文檔編號G02B26/10GK102289254SQ201110208230
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者徐英舜 申請人:凝輝(天津)科技有限責任公司