CN102486576A - 一种振动式激光显示用消除散斑的装置及其消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光显示领域，具体地说是一种振动式激光显示用消除散斑的装置及其消除方法，装置安装在显示设备内、在激光光路上位于匀光棒的前方，包括镜片、振动支架、支撑底板及动力源，其中动力源安装在支撑底板上，振动支架的一端与支撑底板相连，另一端安装有镜片，振动支架通过动力源的驱动沿激光光路振动，镜片在振动支架的带动下随振动支架振动。方法是在显示设备内的匀光棒前，利用可沿激光光路前后摆动及前后位置可调的镜片将激光折射，使匀光棒入口处激光位置不断变化，进而使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效地消除散斑。本发明装置体积小，效率高，整体效果明显；方法使用简单、操作方便。

Description

一种振动式激光显示用消除散斑的装置及其消除方法

技术领域

本发明属于激光显示领域，具体地说是一种振动式激光显示用消除散斑的装置及其消除方法。

背景技术

目前，由于激光光源的光电转换效率高，亮度高，色彩饱和度高，因而能表现更广泛的色域，激光显示技术已经开始逐渐普及。然而正是由于激光频率高度一致，因此当通过不同的路径到达显示屏幕时，容易在屏幕上产生干涉而形成干扰图像的斑纹(即散斑)。消除散斑是激光显示技术区别于其他显示技术的特殊问题。

目前，常用的消除散斑的方式主要有以下几种：

1.使用带有微型凸凹结构的透明转轮，激光束通过凹凸不平转轮表面借此来干扰激光束各子波之间相位使其产生随机的相位变化，致使干涉散斑产生快速移动；当移动速度使影像停留时间小于人的视网膜响应时间时，人的视觉就感觉不到散斑的存在，从而达到消除散斑的目的。

2.使用光纤传输的激光光源，可以驱动率小幅度地抖动光纤，通过不停地改变光纤的曲率，影响激光在光纤中的折返点，从而影响光程产生随机的变化，达到消除散斑的目的。

3.使用一种内部纤芯折射率分布不均匀的光纤，这些折射不均匀的区域对入射其上的激光束产生散射作用并附加上随机相位，从而减弱激光的相干性。

4.使用多个激光器及将多个激光器发射的激光合成一束的合光装置，由于多个激光器发射的激光之间具有多个不同相位，各个激光器出射的激光干涉并且散斑位置随机分布，随着独立激光器的数目增加，画面上散斑被匀化，从而有效抑制散斑效应。

5.使用超声波在液体中的传播导致液体的疏密变化形成的液体疏密栅，改变激光的相干性，并通过对不断变化散斑的叠加实现散斑的消除。

6.使用振屏法或振光源法，就是激光光束在经过凹凸不平的屏幕反射时，由于屏幕的振动或光源振动，屏幕上两点之间的相位差不断变化，所以在屏幕表面无法形成稳定的散斑，从而达到减弱甚至消除散斑的影响。

上述各种技术方式都能达到一定的消除散斑的效果，但存在激光损耗大，成本高，制造工艺复杂，可靠性差，设备体积大等缺点。

发明内容

为了解决上述激光投影现实中散斑的存在导致图像模糊的问题，本发明的目的在于提供一种振动式激光显示用消除散斑的装置及其消除方法。通过在匀光系统前放置本发明消除散斑的装置，通过该装置的高速运动导致投影像面散斑位置产生空间变化，使散斑以KHz的速度发生变化；而一般成像时，相机曝光时间在ms量级，至于人眼观察，反映也在几十ms的量级，这样通过上千次的积分，可以大大消弱散斑的影响，照明的均匀性接近白光。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明消除散斑的装置安装在显示设备内、在激光光路上位于匀光棒的前方，包括镜片、振动支架、支撑底板及动力源，其中动力源安装在支撑底板上，所述振动支架的一端与支撑底板相连，另一端安装有镜片，振动支架通过动力源的驱动沿激光光路振动，所述镜片在振动支架的带动下随振动支架振动。

其中：所述动力源为驱动电磁线圈，支撑底板为电磁铁底板，该电磁铁底板安装在显示设备的光学底座上，驱动电磁线圈安装在电磁铁底板上，振动支架的一端与电磁铁底板相连，镜片镶嵌在振动支架的另一端，镜片随振动支架通过驱动电磁线圈产生的交变磁场沿激光光路前后摆动；所述动力源为驱动电磁线圈，支撑底板为整体底板，该整体底板安装在显示设备的光学底座上，在整体底板内的下表面上设有微型导轨，电磁铁底板通过其下部设置的微型滑块安装在微型导轨上，沿微型导轨往复运动；所述驱动电磁线圈安装在电磁铁底板上、随电磁铁底板运动，所述振动支架的一端与电磁铁底板相连，镜片镶嵌在振动支架的另一端；在驱动电磁线圈及振动支架上分别设有动磁铁，所述整体底板与驱动电磁线圈上的动磁铁相对的侧壁及与振动支架上的动磁铁相对的侧壁分别安装有定磁铁；镜片随振动支架通过驱动电磁线圈产生的交变磁场沿激光光路前后摆动，且镜片在驱动电磁线圈产生的交变磁场与动磁铁和定磁铁之间的永磁体磁场的作用下沿微型导轨往复运动；定磁铁通过定磁铁调整座安装在整体底板的侧壁上，定磁铁与动磁铁对应设置，在整体底板的顶部设有盖板，所述镜片由盖板穿出；振动支架上开有缝隙；所述动力源为驱动电磁线圈，支撑底板为整体底板，该整体底板安装在显示设备的光学底座上，在整体底板内的下表面上设有微型导轨，振动支架通过其下部设置的微型滑块安装在微型导轨上，沿微型导轨往复运动，镜片镶嵌在振动支架的顶部；所述驱动电磁线圈与振动支架相连，在驱动电磁线圈的两侧分别设有动磁铁，在整体底板的侧壁上分别设有与动磁铁相对应的定磁铁；镜片在驱动电磁线圈产生的交变磁场与动磁铁和定磁铁之间的永磁体磁场的作用下沿微型导轨往复运动；动磁铁与定磁铁相对面的极性相同；所述动力源为弹性元件，该弹性元件安装在支撑底板上、并与振动支架相连，支撑底板安装在显示设备的光学底座上，振动支架的一端与支撑底板相连，镜片镶嵌在振动支架的另一端，镜片随振动支架通过弹性元件的弹力沿激光光路前后摆动。

本发明消除散班的方法，是在显示设备内的匀光棒前，利用可沿激光光路前后摆动及前后位置可调的镜片将激光折射，使匀光棒入口处激光位置不断变化，进而使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效地消除散斑。

其中：镜片可通过弹性元件或电磁形式实现前后摆动或前后位置的变化。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明的装置体积小，效率高，整体效果明显，成本低，采用简单的振动系统或直接利用系统固有振动源，即可有效消除激光显示中散斑的影响，系统集成度高。

2.本发明的方法使用简单、操作方便。

附图说明

图1为本发明消除散斑装置的实施例1的主视图；

图2为图1的左视剖视图；

图3为本发明消除散斑装置的实施例2的主视图；

图4为图3的左视剖视图；

图5为本发明消除散斑装置的实施例3的主视图；

图6为图5的左视剖视图；

其中：1为镜片，2为振动支架，3为驱动电磁线圈，4为动磁铁，5为定磁铁，6为微型滑块，7为微型导轨，8为整体底板，9为电磁铁底板，10为定磁铁调整座，11为盖板，12为线圈固定侧板，13为缝隙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明消除散斑的装置安装在显示设备内，位于匀光棒的前方，与匀光棒共同设置在激光光路上。消除散斑的装置包括镜片1、振动支架2、支撑底板及动力源，其中动力源安装在支撑底板上，所述振动支架2的一端与支撑底板相连，另一端安装有镜片1，振动支架2通过动力源的驱动沿激光光路振动，所述镜片1在振动支架2的带动下随振动支架2振动。本发明的动力源为机械形式或电磁形式等各种能够实现镜片1与激光光路之间的角度在空间微小快速变化的装置或动力源为机械形式或电磁形式等各种能够实现镜片1沿激光光路在空间前后微小快速变化的装置。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例的动力源为电磁形式，具体为驱动电磁线圈3，支撑底板为电磁铁底板9，该电磁铁底板9安装在显示设备的光学底座上，驱动电磁线圈3安装在电磁铁底板9上，振动支架2的一端与电磁铁底板9相连，镜片1镶嵌在振动支架2的另一端，镜片1随振动支架2通过驱动电磁线圈3产生的交变磁场沿激光光路前后摆动。为了提高镜片1的振动效果，振动支架2上开有缝隙13，便于镜片1随振动支架2振动；缝隙13开设的位置在垂直于激光光路的截面上、靠近驱动电磁线圈3的一侧。

本实施例的工作原理为：

驱动电源可以产生正弦波、三角波、方波等任意波形，优选正弦波，电源频率0～10KHz连续可调，同时电流大小连续可调；驱动电源与驱动振动线圈3相连，驱动振动线圈3在交变电流作用下产生交变磁场，吸引振动支架2做微小快速的摆动，进而带动镜片1与激光光路之间的角度发生微小快速变化，变化方式及频率由驱动电磁线圈3产生的交变磁场决定。镜片1可为球面镜，各种非球面透镜、平面透镜等多种形式。

当激光通过镜片1发生折射时，折射光线随镜片1的角度快速变化也发生快速摆动，从而导致匀光棒入口处激光位置不断变化，使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效消除散斑。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，在镜片1与激光光路之间的角度发生快速变化的同时，镜片1的位置还可沿激光光路前后快速变化；具体结构为：动力源为电磁形式，具体为驱动电磁线圈3，支撑底板为整体底板8，该整体底板8安装在显示设备的光学底座上，在整体底板8内的下表面上设有微型导轨7，电磁铁底板9通过其下部设置的微型滑块6安装在微型导轨7上，沿微型导轨7往复运动；驱动电磁线圈3安装在电磁铁底板9上、随电磁铁底板9运动，振动支架2的一端与电磁铁底板9相连，镜片1镶嵌在振动支架2的另一端；在驱动电磁线圈3及振动支架2上分别设有动磁铁4，驱动电磁线圈3上的动磁铁4设置在驱动电磁线圈3远离振动支架2的一侧，振动支架2上的动磁铁4设置在振动支架2的背面，整体底板8与驱动电磁线圈3上的动磁铁4相对的侧壁及与振动支架2上的动磁铁4相对的侧壁分别安装有定磁铁5；定磁铁5通过定磁铁调整座10安装在整体底板8的侧壁上，定磁铁5与动磁铁4采用同性相斥的方式(即动磁铁4与定磁铁5相对面的极性相同)对应设置，在整体底板8的顶部设有盖板11，镜片1由盖板11穿出。镜片1随振动支架2通过驱动电磁线圈3产生的交变磁场沿激光光路前后摆动，且镜片1在驱动电磁线圈3产生的交变磁场与动磁铁4和定磁铁5之间的永磁体磁场的作用下沿微型导轨7往复运动。为了提高镜片1的振动效果，振动支架2上开有缝隙13，便于镜片1随振动支架2振动；缝隙13开设的位置在垂直于激光光路的截面上靠近驱动电磁线圈3的一侧。

本实施例的工作原理为：

驱动电源可以产生正弦波、三角波、方波等任意波形，优选正弦波，电源频率0～10KHz连续可调，同时电流大小连续可调；驱动电源与驱动电磁线圈3相连，驱动振动线圈3在交变电流作用下产生交变磁场，吸引振动支架2做微小快速的摆动，同时交变磁场与动磁铁4和定磁铁5之间的永磁体磁场相互作用，带动振动支架2做微小快速的移动，进而带动镜片1与激光光路之间的角度及沿激光光路的位置发生微小快速变化，变化方式及频率由驱动电磁线圈3产生的交变磁场决定。镜片1可为球面镜，各种非球面透镜、平面透镜等多种形式。

当激光通过镜片1发生折射时，折射光线随镜片1角度及位置快速变化也发生快速移动，从而导致匀光棒入口处激光位置不断变化，使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效消除散斑。

实施例3

如图5、图6所示，本实施例的动力源为电磁形式，具体为驱动电磁线圈3，支撑底板为整体底板8，该整体底板8安装在显示设备的光学底座上，在整体底板8内的下表面上设有微型导轨7，振动支架2通过其下部设置的微型滑块6安装在微型导轨7上，沿微型导轨7往复运动；镜片1镶嵌在振动支架2的顶部；所述驱动电磁线圈3与振动支架2相连，在驱动电磁线圈3的两侧分别设有动磁铁4，在整体底板8的侧壁上分别设有与动磁铁4相对应的定磁铁5，定磁铁5与动磁铁4采用同性相斥的方式(即动磁铁4与定磁铁5相对面的极性相同)对应设置；镜片1在驱动电磁线圈3产生的交变磁场与动磁铁4和定磁铁5之间的永磁体磁场的作用下沿微型导轨7往复运动。

本实施例的工作原理为：

驱动电源可以产生正弦波、三角波、方波等任意波形，优选正弦波，电源频率0～10KHz连续可调，同时电流大小连续可调；驱动电源与驱动电磁线圈3相连，驱动振动线圈3在交变电流作用下产生交变磁场，交变磁场与动磁铁4和定磁铁5之间的永磁体磁场相互作用，带动振动支架2做微小快速的移动，从而带动镜片1位置的发生微小快速变化，变化方式及频率由驱动电磁线圈3产生的交变磁场决定。镜片1可为球面镜，各种非球面透镜、平面透镜等多种形式。

当激光通过镜片1发生折射时，折射光线随镜片1位置快速变化也发生快速移动，从而导致匀光棒入口处激光位置不断变化，使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效消除散斑。

实施例4

本实施例的动力源为机械形式，具体为弹性元件，如弹簧；该弹性元件安装在支撑底板上、并与振动支架2相连，支撑底板安装在显示设备的光学底座上，振动支架2的一端与支撑底板相连，镜片1镶嵌在振动支架2的另一端，镜片1随振动支架2通过弹性元件的弹力沿激光光路前后摆动。

本发明消除散斑的方法为：

在显示设备内的匀光棒前，利用可沿激光光路前后摆动及前后位置可调的镜片1将激光折射，镜片1可通过机械形式或电磁形式实现前后摆动或前后位置的变化或前后摆与前后位置变化同时进行，即采用快速改变光学部件角度或前后位置或角度及前后位置同时改变的方法，使匀光棒入口处激光位置不断变化，从而不断改变激光在匀光棒内的反射路径，使入射光线各子波光程不断发生变化，进而使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效地消除散斑。

Claims (10)

1.一种振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：该消除散斑的装置安装在显示设备内、在激光光路上位于匀光棒的前方，包括镜片(1)、振动支架(2)、支撑底板及动力源，其中动力源安装在支撑底板上，所述振动支架(2)的一端与支撑底板相连，另一端安装有镜片(1)，振动支架(2)通过动力源的驱动沿激光光路振动，所述镜片(1)在振动支架(2)的带动下随振动支架(2)振动。

2.按权利要求1所述振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：所述动力源为驱动电磁线圈(3)，支撑底板为电磁铁底板(9)，该电磁铁底板(9)安装在显示设备的光学底座上，驱动电磁线圈(3)安装在电磁铁底板(9)上，振动支架(2)的一端与电磁铁底板(9)相连，镜片(1)镶嵌在振动支架(2)的另一端，镜片(1)随振动支架(2)通过驱动电磁线圈(3)产生的交变磁场沿激光光路前后摆动。

3.按权利要求1所述振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：所述动力源为驱动电磁线圈(3)，支撑底板为整体底板(8)，该整体底板(8)安装在显示设备的光学底座上，在整体底板(8)内的下表面上设有微型导轨(7)，电磁铁底板(9)通过其下部设置的微型滑块(6)安装在微型导轨(7)上，沿微型导轨(7)往复运动；所述驱动电磁线圈(3)安装在电磁铁底板(9)上、随电磁铁底板(9)运动，所述振动支架(2)的一端与电磁铁底板(9)相连，镜片(1)镶嵌在振动支架(2)的另一端；在驱动电磁线圈(3)及振动支架(2)上分别设有动磁铁(4)，所述整体底板(8)与驱动电磁线圈(3)上的动磁铁(4)相对的侧壁及与振动支架(2)上的动磁铁(4)相对的侧壁分别安装有定磁铁(5)；镜片(1)随振动支架(2)通过驱动电磁线圈(3)产生的交变磁场沿激光光路前后摆动，且镜片(1)在驱动电磁线圈(3)产生的交变磁场与动磁铁(4)和定磁铁(5)之间的永磁体磁场的作用下沿微型导轨(7)往复运动。

4.按权利要求3所述振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：所述定磁铁(5)通过定磁铁调整座(10)安装在整体底板(8)的侧壁上，定磁铁(5)与动磁铁(4)对应设置，在整体底板(8)的顶部设有盖板(11)，所述镜片(1)由盖板(11)穿出。

5.按权利要求2或3所述振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：所述振动支架(2)上开有缝隙(13)。

6.按权利要求1所述振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：所述动力源为驱动电磁线圈(3)，支撑底板为整体底板(8)，该整体底板(8)安装在显示设备的光学底座上，在整体底板(8)内的下表面上设有微型导轨(7)，振动支架(2)通过其下部设置的微型滑块(6)安装在微型导轨(7)上，沿微型导轨(7)往复运动，镜片(1)镶嵌在振动支架(2)的顶部；所述驱动电磁线圈(3)与振动支架(2)相连，在驱动电磁线圈(3)的两侧分别设有动磁铁(4)，在整体底板(8)的侧壁上分别设有与动磁铁(4)相对应的定磁铁(5)；镜片(1)在驱动电磁线圈(3)产生的交变磁场与动磁铁(4)和定磁铁(5)之间的永磁体磁场的作用下沿微型导轨(7)往复运动。

7.按权利要求3或6所述振动式激光显示用消除散斑的装置，其特征在于：所述动磁铁(4)与定磁铁(5)相对面的极性相同。

8.按权利要求1所述振动式激光显示用消除散班的装置，其特征在于：所述动力源为弹性元件，该弹性元件安装在支撑底板上、并与振动支架(2)相连，支撑底板安装在显示设备的光学底座上，振动支架(2)的一端与支撑底板相连，镜片(1)镶嵌在振动支架(2)的另一端，镜片(1)随振动支架(2)通过弹性元件的弹力沿激光光路前后摆动。

9.一种按权利要求1、2、3、6或8所述振动式激光显示用消除散班装置的消除方法，其特征在于：在显示设备内的匀光棒前，利用可沿激光光路前后摆动及前后位置可调的镜片将激光折射，使匀光棒入口处激光位置不断变化，进而使出射激光各点相位不断发生改变，屏幕及人眼中无法形成稳定的干涉图案，从而有效地消除散斑。

10.按权利要求9所述的消除方法，其特征在于：镜片可通过弹性元件或电磁形式实现前后摆动或前后位置的变化。

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