一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统

摘要

本发明涉及一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统，包括激光器、激光扩束与准直光路、DMD模块、上位机模块、TN液晶模块、同步控制电路、双折射光学组件、投影光路、投影屏幕；激光器发射激光作为投影系统的照明光源，DMD投影光路将反射的激光画面投射到后续系统中，将计算机图像算法分解的图像通过上位机控制系统加载在DMD上，投影图像在通过液晶控制模块及双折射光学组件后发生错位迭加。本发明旨在不改变硬件投影设备物理分辨率基础上实现分辨率倍增且画质有所提升的投影显示。

说明书

技术领域

本发明属于投影技术领域，涉及一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统。

背景技术

传统的投影系统在发展中体现出了一定的局限性。随着时代的进步，3D显示技术发展迅猛，适用于近眼显示的虚拟现实和增强现实等技术将应用于更多的场景。在3D显示中，同时给人的左、右眼不同的画面数据就意味着需要产生更多的像素信息。在一些与光学相关的技术领域，投影的分辨率也有重要的意义，如在光刻领域，更高的掩模分辨率就意味着可以制作精度更高的器件。传统的投影系统由于硬件物理分辨率的局限性，若想产生显示更多的像素必须依赖于提高硬件器件分辨率，无论是在成本还是投影系统体积上都会产生较大的代价。

本发明在显示成像方面、光刻加工方面都有广泛的应用。对于显示成像，投影图像分辨率倍增可以体现出更多的细节特征，在近眼显示、3D成像等显示技术中将大大提升观看者的体验感，且DMD的设计可以减小系统的体积，也提高了设备的可穿戴性。对于光刻加工，投影图案的分辨率很大程度上决定了刻蚀的精度，高分辨率的投影刻蚀将提升光刻器件的性能参数。

目前，在原有物理分辨率基础上，能实现分辨率倍增的技术有：级联LCD面板令前后LCD面板在沿像素对角线方向错位一定距离，并显示不同画面以达到分辨率倍增效果的，或者在近眼显示区利用双折射原理让眼睛观察到不同时刻错位的显示器面板图像以实现超分辨的技术。这些技术都可以弥补显示技术中分辨率不足的缺陷。

在投影方面，现有的提高分辨率的方案多使用2个及以上的投影设备通过拼接多个投影画面实现，这不仅会造成成本的增加，也会因为光路复杂而使得整个系统体积过于庞大。且多个投影下由于需要叠加不同画面实现超分辨，即精准对齐才能保证系统的正常画面显示，所以系统很容易因为外界的干扰发生画面错位而使得系统的稳定性很差。

发明内容

发明目的

本发明提出了一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统，可以在原有DMD物理分辨率基础上实现分辨率倍增的投影效果，同时还可以提升投影图像的画面质量，具有更高分辨率、更高清晰度的特点。另外，该系统只用了单个DMD，且采用改变光的偏振方向实现偏移的方案，不存在机械运动，系统的稳定性和紧凑性更强。

本发明所采用的技术方案

本发明提出的一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统，其特征在于：包括激光器、激光扩束与准直光路、DMD模块、上位机模块、TN液晶模块、同步控制电路、双折射光学元件、投影光路、投影屏幕；

将待投影的目标图像通过所述上位机模块的计算机图像算法进行处理，并将分解后的帧画面加载在DMD模块上，激光器作为投影光源发出的光束经激光扩束与准直光路后照射在所述DMD模块上，并经所述DMD模块反射后进入后续系统中，帧画面投影光在通过TN液晶模块后偏振光的偏振方向发生改变，在透射过双折射光学元件后发生沿像素对角线方向的空间错位叠加，错位叠加的帧画面经投影光路后投影在投影屏幕上。

更进一步具体实施中，所述激光扩束与准直光路包括一个或多个物镜与凸透镜。

更进一步具体实施中，在所述DMD模块中可以包括多个数字微镜器件DMD，尤其指用一个数字微镜器件DMD来投影图像。

更进一步具体实施中，所述DMD模块还包括DMD驱动电路板，所述DMD驱动电路板可以由编程驱动。

更进一步具体实施中，所述TN液晶模块可选用电路控制的TN液晶屏。

更进一步具体实施中，所述TN液晶模块还包含液晶驱动电路，所述液晶驱动电路的TN液晶刷新频率在60HZ以上。

更进一步具体实施中，所述同步控制电路连接所述TN液晶模块与所述DMD模块。

更进一步具体实施中，所述上位机模块与所述DMD模块相连。

更进一步具体实施中，所述双折射光学元件可选用多种双折射晶体，尤其指单轴双折射晶体。

更进一步具体实施中，所述投影光路包括至少一个凸透镜。

本发明所产生的技术效果

（1）本发明可以在原DMD物理分辨率基础上实现投影图像分辨率倍增，且可以实现画面质量的更优化显示。

（2）本发明采取改变光的偏振方向并利用双折射器件实现投影图像的错位叠加，不存在机械运动，保证了系统的稳定性和紧凑性。

（3）本发明可将该系统投影图像作为光刻图案，与光刻领域的光学器件制造技术相结合。

（4）本发明投影图像的显示频率在人眼能感受到的频率以上，可应用近眼显示领域，尤其指增强现实显示领域。

附图说明

图1为本发明一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统的示意图。

图2为本发明一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统在光刻领域的一种实施方式示意图。

图3为本发明一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统在AR领域的一种实施方式示意图。

附图标记说明：

1-激光器 2-激光扩束与准直光路 3-数字微镜器件DMD 4-DMD模块5-TN液晶模块 6-同步控制电路 7-双折射光学元件 8-投影光路 9-投影屏幕 10-上位机模块11-本发明系统 12-光刻基片 13-AR镜片。

具体实施方式

实施例1

下面结合附图1对本发明的一种实施方式做进一步详述：

如图1所示，一种基于双折射原理的分辨率倍增的DMD投影系统的一种实施方式，包括激光器1、激光扩束与准直光路2、数字微镜器件DMD 3、DMD模块 4、TN液晶模块5、同步控制电路6、双折射光学元件7、投影光路8、投影屏幕9、上位机模块10。激光器1出射的激光光束经过激光扩束与准直光路2后光斑直径变大，以准直的方向均匀照射在DMD模块4的数字微镜器件DMD3上；数字微镜器件DMD3的显示图案由上位机模块 10控制，由上位机图像算法分解的图案在不同时刻加载在数字微镜器件DMD3上；经数字微镜器件DMD3反射的投影图像经过电压控制下的TN液晶模块5后，偏振方向随电压状态发生改变，使得不同时刻下的投影光偏振方向不同；通过同步控制电路6令同一时刻下的DMD模块4与TN液晶模块5的状态一一对应，并以相同的频率同步变化，且频率在60Hz以上；不同时刻下投射过双折射光学元件7的投影光重叠后会形成沿像素对角线方向的位移重叠效果，经过投影光路8投射在投影屏幕9上以后，可以形成分辨率倍增的投影显示效果。

实施例2

本发明可以应用在光刻领域，结合附图1与附图2具体步骤如下：

（1）将待光刻图案通过上位机模块10加载到DMD模块4中。

（2）开启激光器1，经过本发明系统11后，令投影图像照射在基片12的感光层上，可实现超分辨的光刻。

实施例3

下面结合附图1与附图3对本发明应用在AR眼镜的一种实施方式做进一步详述：

如图3所示，本系统可集成应用于AR眼镜中，在激光器1开启时，令投影图案通过本发明系统11后照射在AR眼镜镜片13上，则可实现近眼显示区的分辨率倍增的增强现实显示。