CN104977788B - 用于图像投影仪的去斑光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及一种用于图像投影仪的去斑光学系统。一种用于图像投影仪的去斑光学系统包含漫射器、平面内振动器、微透镜阵列及振动器驱动器。所述平面内振动器经耦合以使所述漫射器沿着振动平面振动。所述振动器驱动器经耦合以驱动所述平面内振动器，且经配置而以不同振动振幅驱动所述平面内振动器以使经由所述微透镜阵列传播穿过所述漫射器的显示光中的光斑的强度平均。

Description

用于图像投影仪的去斑光学系统

技术领域

本发明大体来说涉及光学器件，且特定来说(但非排他性地)涉及图像投影仪。

背景技术

许多常规图像投影仪包含调制照射光束的显示器。照射光束可为由光源(例如金属卤化物灯、氙灯或汞灯)提供的白色光。另一方面，照射光束可包含三个单独彩色光束，其为红色、绿色及蓝色光束。每一彩色光束可由发光二极管(“LED”)、激光二极管或其它类型的激光器(例如气体激光器、固态激光器等)单独提供。显示面板可为例如在数字光处理(“DLP”)显示系统中的数字微镜装置(“DMD”)或微机电系统(“MEMS”)。显示面板还可为液晶显示器(“LCD”)或硅上液晶(“LCOS”)显示器。

激光器具有胜过其它光源的一些优点。举例来说，相比于汞灯的大约1,500小时的寿命，其寿命为约10,000小时。与传统光源相比，激光器还可提供较宽的色域。另外，激光光源的大小为紧凑的，此可更适合于微型投影仪。微型投影仪是在具有很少空间来容纳所附接显示屏幕的手持式装置(例如移动电话、个人数字助理、数码相机等)中使用的投影仪。因此，将所显示图像投影到任何附近观看表面(例如墙壁)上。使用激光光源的图像投影仪的进步扩展了图像投影仪的应用及使用案例。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种图像投影仪，其包括：至少一个光源，其用于产生显示光；去斑模块，其包含：漫射器；微透镜阵列，其安置于所述至少一个光源与所述漫射器之间，其中所述漫射器经定位以通过所述微透镜阵列从所述至少一个光源接收所述显示光；平面内振动器，其经耦合以使所述漫射器沿着振动平面振动；及振动器驱动器，其经耦合以驱动所述平面内振动器，其中所述振动器驱动器经配置而以不同振动振幅驱动所述平面内振动器以使所述显示光中的光斑的强度平均；及显示面板，其经定位以从所述去斑模块接收所述显示光，其中所述显示面板经配置以使用所述显示光产生可投影图像。

本发明的另一实施例涉及一种用于图像投影仪的去斑光学系统，所述去斑光学系统包括：漫射器；平面内振动器，其经耦合以使所述漫射器沿着振动平面振动；微透镜阵列；及振动器驱动器，其经耦合以驱动所述平面内振动器，其中所述振动器驱动器经配置而以不同振动振幅驱动所述平面内振动器以使经由所述微透镜阵列传播穿过所述漫射器的显示光中的光斑的强度平均。

附图说明

参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。

图1图解说明根据本发明的实施例将图像投影在屏幕上以供观察者观看的图像投影仪。

图2图解说明根据本发明的实施例包含去斑模块的图像投影仪的图像投影系统。

图3图解说明根据本发明的实施例包含耦合到平面内振动器的微透镜阵列及漫射器的去斑模块。

具体实施方式

本文中描述用于减少图像光斑的图像投影系统的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。

在本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必全部指代同一实施例。此外，在一或多个实施例中可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。

图1图解说明根据本发明的实施例将图像投影在屏幕150上以供观察者195观看的图像投影仪125。图像投影仪125包含用于产生变为经投影光128的光的光源。来自所述光源的光可被反射离开或引导穿过显示面板以产生用于投影在屏幕150上的图像。所述显示面板可包含DMD、MEMS、DLP、LCD或LCOS技术。另外，如果使用激光器作为光源，那么所使用的激光器可为激光二极管(半导体激光器)、气体激光器、固态激光器及其它类型的激光器(例如光纤激光器)。然而，为进行图解说明，将仅描述使用LCOS显示面板及激光二极管的微型投影仪。

经投影光128作为可传播到观察者195的眼睛中的经反射光175反射离开屏幕150。如果在向屏幕150上投影的投影仪中使用激光器，那么其在不采取光斑减轻步骤的情况下可导致光斑图案(具有随机光强度的斑点)。激光的相干性质可导致不合意的激光光斑。入射于例如显示屏幕(例如，屏幕150)或墙壁的非镜面反射表面上的相干激光束可由所述表面以随机相位散射。随机相位由表面的随机显微轮廓导致。当观察者观看显示屏幕或墙壁上的经投影图像时，具有随机相位的经散射光将干涉以在观察者的视网膜中形成光斑图案。光斑图案由在大概明亮区域中显现为黑暗的一些斑点表征。当散射表面与观察者之间存在相对移动时，黑暗斑点显现为闪烁。因此，观察者可感知由光斑图案破坏的经投影图像。然而，投影仪125包含减少观察者195的眼睛中的光斑图案的去斑光学系统。

图2图解说明根据本发明的实施例包含去斑模块233的图像投影仪的图像投影系统200的框图。举例来说，图像投影系统200可包含于投影仪125中。图像投影系统200包含激光器205、光学器件215、准直透镜227、去斑模块233、照射透镜241、光学器件245、偏振分束器(“PBS”)285、LCOS面板295及投影透镜297。激光器205产生沿着朝向LCOS面板295的光路径传播的显示光275。在所述光路径中，显示光275依序遇到光学器件215、准直透镜227、去斑模块233、照射透镜241、光学器件245、偏振分束器(“PBS”)285及LCOS面板295。光学器件215展宽显示光275且准直透镜227使所述显示光准直。去斑模块233改变光的相位(在时间上)，此减少由观察者在屏幕150上看到的光斑图案。将结合图3进一步论述去斑模块233。

在传播穿过去斑模块233之后，显示光275传播穿过照射透镜241且接着穿过光学器件245。照射透镜241及光学器件245进一步调节显示光275(在所图解说明的实施例中，展宽显示光275)以使其遇到LCOS面板295。在传播穿过照射透镜241及光学器件245之后，显示光275遇到PBS285。显示光275的一部分通过PBS285，而剩余部分被阻挡或反射(未图解说明)。显示光275的通过PBS285的部分由LCOS面板295进行偏振调制以在显示光275中包含图像。经偏振调制的光由LCOS面板295反射且由PBS285反射以作为包含由LCOS面板295产生的图像的经投影光228穿过投影透镜297。

图3图解说明根据本发明的实施例的去斑模块233的一个实例，其包含微透镜阵列313、漫射器353、平面内振动器351及振动器驱动器373。漫射器353经定位以通过微透镜阵列313接收显示光275。微透镜阵列313中的微透镜可具有用于使显示光275会聚的正光学功率。漫射器353耦合到平面内振动器351。平面内振动器351经耦合以使漫射器353沿着振动平面357振动。漫射器353可为具有五度的散射角度的透射性漫射屏幕。本发明预期具有其它特性的漫射器来用作漫射器353。振动器驱动器373经耦合以驱动平面内振动器351。振动器驱动器373可包含经配置以产生不同频率及/或振幅的电信号的微控制器或其它可编程逻辑。振动器驱动器373可以不同振动振幅及/或频率驱动平面内振动器351以使显示光275中的光斑的强度平均。平面内振动器351可包含响应于来自振动器驱动器373的电信号而改变的梳齿驱动致动器MEMS(微机电系统)。

由申请人执行的光学测量表明，当漫射器353在图像投影系统200中振动时，经投影图像中的点处的辐照度值变得不那么极端且较紧密地跟踪平均辐照度值。在操作中，借助平面内振动器351使漫射器353振动改变显示光275的相位，因此形成于屏幕150上的任何光斑图案将在任何给定帧中随机且快速地改变。此有效地刷掉经投影图像中的所感知光斑图案。

使漫射器353独立于微透镜阵列313而振动具有能够使漫射器353以独立于对微透镜阵列313的光学性质的考虑的频率及振幅(平面内移动量)振动的潜在优点。为了仍恰当地使显示光275聚焦，使微透镜阵列313(而非漫射器353)振动以实现去斑效应可将振动振幅或频率约束于微透镜阵列313中的微透镜的物理特性及光学性质。相比之下，同质漫射器353能够以比微透镜阵列313可能大的振幅(及因此距离)移动/振动，只要所述漫射器充分足够大以在其振动路径的末端处提供其漫射性质即可。

在显示光275射出漫射器353时，其可以与漫射器353的散射性质成比例的角度(例如，五度)散射。照射透镜241接收射出漫射器353的显示光275且进一步调节显示光275以使其遇到LCOS面板295。在图3中，照射透镜241包含具有负光学功率的多个微透镜。如图2中所见，照射透镜242起作用以使显示光275发散。

包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实施例的以上描述并非打算为穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。尽管出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实施例及实例，但可在本发明的范围内做出各种修改，如相关领域的技术人员将认识到。

可根据以上详细描述对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书中所揭示的特定实施例。相反，本发明的范围将完全由所附权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。

Claims (9)

1.一种图像投影仪，其包括：

至少一个光源，其用于产生显示光；

去斑模块，其包含：

漫射器；

微透镜阵列，其安置于所述至少一个光源与所述漫射器之间，其中所述漫射器紧邻微透镜阵列定位以通过所述微透镜阵列从所述至少一个光源接收所述显示光；

平面内振动器，其经耦合以使所述漫射器沿着振动平面振动；及

振动器驱动器，其经耦合以驱动所述平面内振动器，其中所述振动器驱动器经配置而以不同振动振幅驱动所述平面内振动器以使所述显示光中的光斑的强度平均；

定位于所述显示面板与所述漫射器之间的照射微透镜阵列，其中所述照射微透镜阵列中的照射微透镜具有负光学功率，且其中所述显示光在所述漫射器之后遇到所述照射微透镜阵列；及

显示面板，其经定位以从所述去斑模块接收所述显示光，其中所述显示面板经配置以使用所述显示光产生可投影图像。

2.根据权利要求1所述的图像投影仪，其中所述显示面板包含硅上液晶“LCOS”面板，且所述图像投影仪进一步包括：

偏振分束器“PBS”，其定位于所述去斑模块与所述LCOS面板之间。

3.根据权利要求1所述的图像投影仪，其中所述至少一个光源为激光二极管、气体激光器及固态激光器中的一者。

4.根据权利要求1所述的图像投影仪，其进一步包括定位于所述至少一个光源与所述去斑模块之间的准直透镜。

5.根据权利要求1所述的图像投影仪，其中所述漫射器具有在1°与10°之间的散射角度。

6.一种用于图像投影仪的去斑光学系统，所述去斑光学系统包括：

漫射器；

平面内振动器，其经耦合以使所述漫射器沿着振动平面振动；

微透镜阵列，其经定位以邻近所述漫射器；

振动器驱动器，其经耦合以驱动所述平面内振动器，其中所述振动器驱动器经配置而以不同振动振幅驱动所述平面内振动器以使经由所述微透镜阵列传播穿过所述漫射器的显示光中的光斑的强度平均；及

照射微透镜阵列，其中所述漫射器定位于所述照射微透镜阵列与所述微透镜阵列之间，且其中所述照射微透镜阵列中的照射微透镜具有负光学功率。

7.根据权利要求6所述的去斑光学系统，其进一步包括：

偏振分束器“PBS”；及

照射微透镜阵列，其中所述照射微透镜阵列定位于所述PBS与所述漫射器之间。

8.根据权利要求6所述的去斑光学系统，其进一步包括准直透镜，其中所述微透镜阵列定位于漫射器与所述准直透镜之间。

9.根据权利要求6所述的去斑光学系统，其中所述漫射器具有在1°与10°之间的散射角度。