CN102749796A - 微型激光投影机用光学引擎 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够降低激光散斑的微型激光投影机用光学引擎，该投影机引擎包括至少含有一个激光光源的光源系统、光反射镜、光束匀光整形器、分光棱镜、光调制器以及投影镜头。光源与光束匀光整形器之间设立光反射镜，光反射镜可以为旋转反射镜或震动反射镜。光反射镜随机改变反射光的角度，因此可以有效降低使用激光作为光源而产生的散斑问题，从而可以获得高质量的投影图像。

Description

微型激光投影机用光学引擎

技术领域

本发明涉及投影光学引擎，尤其涉及能降低激光散斑的微型激光投影机用光学引擎。

背景技术

微型投影机和嵌入式设计的微型投影设备越来越被人们所熟知，但要想开发出小体积，低电耗的投影机用光学引擎，要求光源体积小且输出光量大，当前适合的光源有发光二级管（Light Emitting Diode，简称“LED”）光源和激光光源。其中LED的发散角较大，因此其光效比较低，引擎散热比较困难。而激光光源是使用相对较小的电功率来发出高亮度光的高效光源，且激光光源有色域广，体积小的优点。但同时也具有存在散斑的缺点。散斑是由于激光的相干性引起的一种干涉现象。散斑在屏幕上体现为明暗交替的斑点，会损害影像画面质量，给观看者一种闪烁的感觉。

为了解决上述散斑问题通常会在光路中加入静止的或周期震动的扩散片来减弱散斑现象。但加入扩散片对散斑的消除效果不太明显，同时会造成较大的光损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型激光投影机用光学引擎，采用光反射镜使光束在时间，空间上发生随机性的变化，能够有效地降低激光光学引擎的散斑现象。

微型激光投影机用光学引擎，包括：至少有一个激光光源的光源系统，光反射镜，光束匀光整形器，分光棱镜，光调制器以及投影镜头。

在光源系统与光束匀光整形器之间设立光反射镜，光反射镜可以是一个旋转反射镜，该旋转反射镜由旋转机构与楔形反射体构成。当旋转反射镜中的旋转机构带动楔形反射体进行同轴转动时，由于反射面与旋转轴不垂直，光束在经过反射后在空间上将发生随机性的变化，从而可以减少激光光学引擎的散斑。

光反射镜也可以是一个振动反射镜，该振动反射镜由振动装置与楔形反射体构成，振动装置带动楔形反射体一起振动，楔形反射体的反射面与振动方向不平行，成一定小角度，当反射镜振动时，反射后的光束在空间上发生随机性的变化，从而可以减少光学引擎的散斑。

从光源系统发出的光束经过光反射镜后进入光束匀光整形器进行匀光，并将其转换为适合光调制器形状的光束后由分光棱镜进行分光到光调制器，光调制器生成图像后再经过分光棱镜及投影镜头进行投射。

光反射镜使用在薄膜状胶片上粘贴金属层的高反射率胶片，可以在旋转时有较好的机械稳定性，可以产生稳定的图像。

本发明所述的光反射镜可以采用高频调制电流进行驱动，可以更加有效的破坏反射后的光束的相干性。

本发明中所述的光反射镜的反射面可以是平面、凹凸区域交替的凹凸面，或是表面由微小的凹凸点构成的粗糙面。

本发明中所述的楔形体也可以用平板代替，但须保证光反射镜在旋转时平板的反射面与转轴不垂直，或在振动时平板的反射面与光轴不垂直。

光调制器可以是液晶显示元件、硅基液晶、数字微镜器件中的一种。

通过本发明提供的方案，反射后的光在时间，空间上发生随机性的变化，因此能够有效地降低光学引擎的散斑问题。

附图说明

图1是传统使用激光的光学引擎的示意图；

图2是本发明所提供的实施例一的示意图；

图3是本发明提供的实施例一中光反射镜的示意图；

图4是本发明提供的实施例一光反射镜改变光束方向示意图；

图5是本发明提供的实施例二的光源系统到光反射镜的放大示意图；

图6是本发明提供的实施例二中光反射镜示意图；

图7是本发明提供的实施例一中光反射镜用平板代替楔形块示意图。

具体实施方案

以下结合各附图对本发明提出的内容进行详细的描述。

图1给出了传统使用的反射型光学引擎的结构示意图。该使用激光光源的投影机是由：光源系统（101）扩散片（102），光束匀光整形器（103），分光棱镜（104），光调制器（105）以及投影镜头（106）构成。

上述光源系统（101）发出光束入射到扩散片（102）中，扩散片（102）垂直于光轴振动，因此通过扩散片（102）的时候，光的随机性会得到增加。通过扩散片的光再通过光束匀光整形器（103）后，光束形状改变为能适应于光调制器（105）光学面的形状以提高光效率，光束从匀光整形器（103）出射后通过分光棱镜（104）进入光调制器（105）。光调制器(105)通过使入射的光线进行甄别性通过、阻断或改变光路来形成图像，然后通过投影镜头（106）进行放大后投射到屏幕。

激光有很强的相干性，会在投影画面中形成散斑。散斑表现为一种亮度的高低有规律地反复出现干涉纹，是激光的固有特性，为了减弱散斑可以破坏激光相干性，增加干涉纹的随机性。

随机性=波长的随机性 x 相位的随机性 x 入射角的随机性。

图1中的偏振片（102）即是应用了这种入射角随机性的方式。拥有一定扩散功能的扩散元件，是在垂直于光轴的方向振动或是转动以混合通过其内的光线。但这种扩散器件本身拥有的较高的光吸收率，会吸收掉相当数量的光线。一般来说，扩散片的透光率大约在80%左右，同时带有一定的指向性，因此对偏光方向产生影响。若使用液晶显示面板作为光调制器时，会产生非常不利的影响。

基于上述传统应用中的问题，本发明实施方式中提供了一种在对光束入射角进行随机性变化的同时不会减少光效率的解决方案。

图2所示为本发明提供的带有散斑消除装置的微型激光投影用光学引擎的实施例一。包括光源系统（201），光反射镜（202），光束匀光整形器（203），分光棱镜（204）光调制器（205），以及投影镜头（206）。光源系统（201）发出光束通过光反射镜（202）反射后再通过光束匀光整形器（203），光束形状改变为能适应于光调制器（105）光学面的形状以提高光效率，光束从匀光整形器（203）出射后通过分光棱镜（204）进入光调制器（205）。光调制器(205)通过使入射的光线进行甄别性通过、阻断或改变光路来形成图像，然后通过投影镜头（206）进行放大后投射到屏幕。

本发明提出的激光光学引擎，通过光反射镜（202）来实现消除散斑的目的。如图3中所示，所述光反射镜（202）由旋转机构（213）与楔形反射体（212）构成。旋转机构（213）带动楔形反射体（212）一起做同轴转动。但由于反射体（212）中的反射面与转动轴并不垂直，所以当光束通过光反射镜（202）中楔形反射体（213）的反射面反射后，反射光的方向随时间做周期性变化(如图4中所示)，即增加了光束入射到匀光整形器（203）的入射角的随机性。本发明中的光反射镜可以用高频调制电流驱动，可以更加有效破坏激光光束的相干性。另外，本发明中所述的楔形反射体（213）的反射面采用反射率为95%以上的高效反射膜。因此本发明所述的激光光学引擎可以在较少的光效损失的前提下有效的消除散斑。

本发明实施例二：将图2中的光反射镜（202）以图5中的振动反射镜（502）来代替。如图6中所示，振动反射镜（502）由振动装置（511）以及楔形反射体（512）构成，反射面采用反射率大于95%的反射膜。振动装置（511）带动楔形反射体（512）一起振动，反射面与光轴不垂直。当光束由振动反射镜（502）反射时，反射光的角度随着振动发生变化，振动反射镜可以用高频调制电流驱动，从而能够达到与实施例一相同的技术效果。

虽然参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，本发明不受以上实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.微型激光投影机用光学引擎，包含：至少有一个激光光源的光源系统、光反射镜、光束匀光整形器、分光棱镜、光调制器以及投影镜头，其特征在于所述光反射镜位于光源系统与光束匀光整形器之间。

2.根据权利要求1所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于，所述光反射镜可为旋转反射镜，由一旋转机构与一个楔形反射体构成，旋转机构带动楔形反射体一起做同轴转动。

3.根据权利要求2所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于，所述楔形反射体的反射面与旋转机构的旋转轴不垂直。

4.根据权利要求1所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于所述光反射镜可为振动反射镜，由一振动装置与一个楔形反射体构成，振动装置带动楔形反射体一起振动。

5.根据权利要求4所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于所述楔形反射体的反射面与入射光的光轴不垂直。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于，所述光反射镜的反射面为胶片形式的反射膜。

7.根据权利要求1所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于，所述光反射镜的旋转或振动装置由高频调制电流驱动。

8.根据权利要求1所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于，所述光反射镜的反射面为平面，凹凸区域交替的凹凸面，或表面由微小的凹凸点构成的粗糙面。

9.根据权利要求1所述的微型激光投影机用光学引擎，其特征在于，所述光调制器是液晶显示器件、硅基液晶或数字微镜器件。

Images