CN105093558B - 一种用于消除激光散斑并滤波的装置和投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于消除激光散斑同时滤波的装置和投影显示系统。该装置包括：组合光源，至少包含多个红光、绿光和蓝光三种激光光源；扩散滤波部分，设置于组合光源出射光的传播路径上，包括扩散结构、滤波结构和固定器件，所述滤波结构包括基底以及设置于基底表面的至少三种滤波膜，组合光源中每种颜色的激光在基底表面上都设置有与之对应的滤波膜，且所述扩散结构的厚度沿扩散滤波部分的中心轴的周向改变；驱动装置，用于驱动扩散滤波部分绕所述中心轴转动，使得各滤波膜交替设置于组合光源出射光的传播路径上以产生颜色交替的时序光。通过上述方式，本发明利用驱动装置旋转扩散滤波部分，在消除散斑的同时实现滤波，结构紧凑。

Description

一种用于消除激光散斑并滤波的装置和投影显示系统

技术领域

本发明涉及激光显示领域，特别是涉及一种用于消除激光散斑并滤波的装置和投影显示系统。

背景技术

目前激光光源的应用越来越广泛，已经成为研究和开发的热点。激光光源具有颜色鲜艳，色彩纯度高，高亮度，色域广，寿命长，体积小等特点，但由于激光线宽窄，相干长度和相干时间长，利用激光光源进行投影显示散斑严重，为解决这一问题仍有不少困难。

激光散斑产生的根本原因是由于激光干涉现象使得光波能量重新分布，从而导致某些区域相干加强成为亮斑点，某些区域相干相消而为暗斑点，整体在屏幕上出现斑斑点点的现象。激光相干要求两束激光频率相同，相位差恒定，振动方向相同。改变频率和振动方向相对较难，如调制激光光源的腔长使得出射光频率改变或采用偏振分光成振动方向互相垂直的光以消散斑，该结构复杂，控制难度大，因此目前破坏相干一般从破坏相位差着手。

实际光源一般具有一定的大小和光谱宽度，激光相干性根据相干的特性可以分为时间相干性和空间相干性。同一光源在不同时刻发出的光在相干时间内都可以产生干涉，光源单色性越好，光源的时间相干性越好，导致散斑效果越明显。对于倍频产生的532nm的绿激光，这种效果尤为明显。另一方面，实际光源具有一定大小，在同一时刻的波振面一定空间范围内会形成相干的两个次波源，光源越宽，相干长度越大，空间相干性越好，散斑效果越明显。现有技术目前主要是通过破坏同一时刻不同空间位置处的相位差即消除激光的空间相干性来减弱散斑，如振动投影屏幕等，但该方案消散斑效果有限，尤其对于窄线宽的绿激光。

为解决上述技术问题，本发明提出一种简单结构的用于消除激光散斑并滤波的装置及投影显示系统，可以同时消除激光的时间相干性和空间相干性，同时实现各色光的时序输出，结构紧凑，易于实现，消散斑效果好。

发明内容

本发明主要为解决现有激光光源系统存在散斑的技术问题，提供一种结构紧凑且能有效消除激光散斑的用于消除激光散斑并滤波的装置和投影显示系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种用于消除激光散斑并滤波的装置，包括：

组合光源，至少包含多个红光、绿光和蓝光三种激光光源；

扩散滤波部分，设置于组合光源出射光的传播路径上，包括扩散结构、滤波结构和固定器件，所述固定器件用于将扩散结构和滤波结构固定在一起，所述滤波结构包括基底以及设置于基底表面的至少三种滤波膜，组合光源中每种颜色的激光在基底表面上都设置有与之对应的滤波膜，且所述扩散结构的厚度沿扩散滤波部分的中心轴的周向改变；

驱动装置，用于驱动扩散滤波部分绕所述中心轴转动，使得各滤波膜交替设置于组合光源出射光的传播路径上以产生颜色交替的时序光。

优选，所述组合光源进一步包括：

承载板，所述至少红绿蓝三种激光光源分别成排平行排布于承载板上；

多个反射镜，所述多个反射镜设置于承载板上，用于反射组合光源的出射光并调整组合光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16：9的矩形。

优选，所述组合光源进一步包括：

第一承载板，所述至少红绿蓝三种激光光源中的两种颜色的光源分别成排平行排布于第一承载板上；

多个第一反射镜，所述多个第一反射镜设置于第一承载板上，用于反射第一承载板上设置的激光光源的出射光以及调整第一承载板上的激光光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16：9的矩形形状；

第二承载板，组合光源所包括且未设置于第一承载板上的激光光源分别成排平行排布于第二承载板上；

多个第二反射镜，所述多个第二反射镜设置于第二承载板上，用于反射第二承载板上设置的激光光源的出射光以及调整第二承载板上的激光光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16：9的矩形形状。

优选，所述组合光源是LD激光光源；

所述光源系统进一步包括：

控制装置，所述控制装置用于分别调节各激光光源的工作电压和电流。

优选，所述滤波结构的基底和扩散结构构成一个圆柱，所述扩散结构和滤波结构交界面在圆柱底面的投影为圆柱的底面，滤波膜设置于滤波结构的基底的底面上，其中，扩散滤波部分的中心轴穿过圆柱的底面中心。

优选，所述滤波结构的基底和扩散结构构成一个圆锥，交界面在圆锥下底面的投影落在圆锥下底面圆周内，其中，滤波膜分别设置于滤波结构的基底的侧面上，扩散滤波部分的中心轴穿过圆锥的底面中心，且所述扩散结构的一底面为圆锥的底面。

优选，所述滤波结构的基底为一透明圆柱，所述滤波膜设置于圆柱的一个底面上，扩散结构设置于圆柱的另一个底面上，其中，扩散滤波装置的中心轴穿过圆柱的两底面中心。

优选，所述滤波结构包括第一三棱锥，所述红、绿、蓝滤波膜分别设置于第一三棱锥的不同侧面上，所述扩散结构为一个三棱台，第一三棱锥和三棱台组成第二三棱锥，扩散滤波部分的中心轴穿过第二三棱锥两底面中心。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种投影显示系统，包括：

上述任意一项所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，还包括光棒、中继光学装置、DMD和投影镜头；

其中，光线从用于消除激光散斑并滤波的装置出射后依次经过光棒、中继光学装置、DMD和投影镜头。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的用于消除激光散斑并滤波的装置和投影显示系统在消除激光的时间相干性和空间相干性的同时实现滤波，结构紧凑，成本低，可操作性强，易于批量生产。

附图说明

图1是本发明的用于消除激光散斑并滤波的装置的第一实施例的结构示意图；

图2是图1中扩散滤波部分的第一优选实施例的结构示意图；

图2A是图2所示的扩散滤波部分的左视图；

图2B是图2所示的扩散滤波部分的俯视图；

图3是图1中扩散滤波部分的第二优选实施例的结构示意图；

图4是图1中扩散滤波部分的第三优选实施例的结构示意图；

图5是图1中扩散滤波部分的第四优选实施例的结构示意图。

图6是本发明的用于消除激光散斑并滤波的装置的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明所采用的第一种技术方案是提供一种用于消除激光散斑并滤波的装置，请参见图1，图1是本发明的用于消除激光散斑并滤波的装置的一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的用于消除激光散斑并滤波的装置10主要包括组合光源11、扩散滤波部分12、驱动装置（未图示）。

在本实施例中，组合光源11至少包含多个红光、绿光和蓝光三种激光光源。组合光源11出射的彩色激光入射到聚焦透镜13上，经过聚焦透镜13聚焦之后再入射到扩散滤波部分12。扩散滤波部分12设置于组合光源11出射光的传播路径上。

其中，扩散滤波部分12包括扩散结构、滤波结构和固定器件，固定器件用于将扩散结构和滤波结构固定在一起，滤波结构包括基底以及设置于基底表面上的至少三种滤波膜，组合光源11中每种颜色的激光在基底表面上都设置有与之对应的滤波膜，且扩散结构的厚度沿扩散滤波部分12的中心轴的周向改变。

在本实施例中，驱动装置用于驱动扩散滤波部分12绕中心轴转动，使得各滤波膜交替设置于组合光源11出射光的传播路径上以产生颜色交替的时序光。由于扩散结构在驱动装置的驱动下转动时，扩散结构不同厚度的部分交替设置于入射光的传播路径，入射到扩散滤波部分12上的激光经过扩散和滤光之后变成光斑强度均匀的颜色交替的时序光。

在本发明的一个优选实施例中，用于消除激光散斑并滤波的装置10进一步包括承载板和多个反射镜。其中，组合光源11包括的至少红绿蓝三种激光光源分别成排平行排布于承载板上，组合光源11出射激光经过多个反射镜反射及对光斑形状的调整后形成邻边长之比为16：9的矩形形状光斑，如此可便于调节使得在最终打到显示屏幕上时图像长宽比也是16：9。当然在本发明的其他实施例中，调整后的光斑形状邻边长之比不限于16：9，本发明对此不做限制。

在本发明的实施例优选实施例中，组合光源11包括的激光光源为LD激光光源，所述光源系统进一步包括控制装置（未图示）。控制装置用于分别调节组合光源中各激光光源器的输出波长。通过控制装置对激光光源出射光波长的微调节可进一步减弱散斑噪声的影响。

请参见图2，图2是图1所示的用于消除激光散斑并滤波的装置中扩散滤波部分第一优选实施例的结构示意图。

如图2所示，扩散滤波部分121包括扩散结构1211和滤波结构（未标示）。其中，滤波结构的基底用1212标示。其中，扩散结构1211和滤波结构的基底1212构成一个圆柱，扩散结构1211和滤波结构1212的交界面在圆柱底面的投影为圆柱的底面，滤波膜设置于滤波结构的基底的底面上或者滤波膜设置于滤波结构的基底1212面向扩散结构1211的表面上，其中，扩散滤波部分121的中心轴穿过圆柱的底面中心。

请参见图2A，图2A是图2所示的扩散滤波部分的左视图。请参见图2B，图2B是图2所示的扩散滤波部分的俯视图。

在图2所示的扩散滤波部分121的实施例中，优选扩散滤波部分包括红绿蓝三种滤波膜，具体可参见图2B。如图2B所示，红光滤波膜、绿光滤波膜和蓝光滤波膜在圆柱底面上呈三个扇环形状，该三个扇环具有一个共同的中心轴，该中心轴为扩散滤波部分121的中心轴。在图2B中，红绿蓝三种滤波膜所对应的扇环展开之后对应的中心角的大小可根据具体情况而定，本发明对此不做限制。

请参见图3，图3是图1所示的用于消除激光散斑并滤波的装置中扩散滤波部分的第二优选实施例的结构示意图。如图3所示，扩散滤波部分122包括扩散结构1221和滤波结构（未标示），其中，滤波结构的基底用1222标示。扩散结构1221和滤波结构的基底1222构成一个圆锥，扩散结构1221和滤波结构1222的交界面在圆锥下底面的投影落在圆锥下底面圆周内。

在图3中，滤波膜分别设置于滤波结构的基底1222的侧面上。扩散滤波部分122的中心轴穿过圆锥的底面中心，且扩散结构1221的一底面为圆锥的底面。其中，滤波结构1222的俯视图优选为图2B所示。

请参见图4，图4是图1所示的用于消除激光散斑并滤波的装置中扩散滤波部分的第三优选实施例的结构示意图。如图4所示，扩散滤波部分123包括扩散结构1231和滤波结构，其中滤波结构的基底用1232标示。其中，滤波结构的基底1232是透明圆柱，滤波膜设置于圆柱1232的一个底面上，扩散结构1231镀设于圆柱1232的另一个底面上。其中，扩散滤波部分123的中心轴穿过圆柱的两底面中心。扩散结构1231可以为底面凹凸不平的结构也可以是板状，但板状扩散结构1231的厚度沿扩散滤波部分123的中心轴的周向是变化的。

请参见图5，图5是图1所示的用于消除激光散斑并滤波的装置中扩散滤波部分的第四优选实施例的结构示意图。如图5所示，扩散滤波部分124包括扩散结构1241和滤波结构，其中，滤波结构的基底用1242标示。其中，滤波结构的基底1242是第一三棱锥，滤波膜设置第一三棱锥的三个侧面上，扩散结构1241是一个三棱台，且第一三棱锥和三棱台组成第二三棱锥，扩散滤波部分124的中心轴穿过第二三棱锥的底面中心。入射光首先入射到滤波结构的表面，经由滤波膜滤波之后再入射到扩散结构1241上。

当然图3中，扩散结构1221和滤波结构的基底1222构成一个圆台。在图5中，滤波结构的基底1242是也可以是一个三棱台。根据本发明的思路稍作改变就可实现本发明的目的扩散滤波装置依然在本发明的保护范围之内，对此不作限制。

请参见图6，图6是本发明的用于消除激光散斑并滤波的装置的第二实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例的用于消除激光散斑并滤波的装置20主要包括组合光源（未标示，包括第一光源组21和第二光源组22）、扩散滤波部分23、驱动装置（未图示）。组合光源进一步包括：

第一承载板，至少红绿蓝三种激光光源中的两种颜色的第一组光源21分别成排平行排布于第一承载板上；

多个第一反射镜，设置于第一承载板上，用于反射第一承载板上设置的激光光源的出射光以及调整第一承载板上的激光光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16：9的矩形形状；

第二承载板，组合光源所包括且未设置于第一承载板上的第二组激光光源22分别成排平行排布于第二承载板上；

多个第二反射镜，所述多个第二反射镜设置于第二承载板上，用于反射第二承载板上设置的激光光源的出射光以及调整第二承载板上的激光光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16：9的矩形形状。

在本实施例中，优选，组合光源包括红绿蓝三种激光光源，第一组合光源21为红绿蓝三种激光光源中的任意两种颜色激光光源的组合，因此本实施例中，扩散滤波部分23出了对组合光源的出射光进行扩散及滤波，还对设置于第一承载板和第二承载板上的激光光源的出射光进行光路合并，使得有效的时序光经扩散滤波部分23出射后朝向同一方向传播。

在本实施例中，聚焦透镜不限于图中所示的24、25和26，可以根据需要增加或减少聚焦透镜的数目，本发明对此不作限制。

进一步地，由于扩散滤波部分23对组合光源所包括的第一组激光光源21和第二组激光光源22的出射光进行光路合并使得本实施例中的扩散滤波部分23与本发明的用于消除激光散斑并滤波的装置的第一实施例10中扩散滤波部分12的结构有所不同，主要不同之处在于，滤波膜采用二向色滤波膜，对第一组激光光源21出射光透射的必然对第二组激光光源22的出射光反射，相应地，二向色滤波膜对对第一组激光光源21反射必然对第二组激光光源22的出射光反射从而实现对两路光的光路进行合并。

本发明的第二种技术方案是提供一种用于消除激光散斑并滤波的投影显示系统。本技术方案的投影显示系统包括上述任意一项所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，还包括光棒、中继光学装置、DMD和投影镜头，其中，光线从用于消除激光散斑并滤波的装置出射后依次经过光棒、中继光学装置、DMD和投影镜头。

在本发明的两种技术方案中扩散滤波部分本身对激光具有消散斑的作用，更为重要的是：（1）由于该扩散结构沿扩散滤波部分的中心轴的周向厚度改变，导致出射光相位不同，从而使得通过该扩散结构的光束在同一时刻不同位置的相干性较弱，也即空间相干性减弱；（2）驱动装置带动该扩散结构旋转时，同一位置不同时刻光线通过扩散结构后的光程也不一样，导致出射光相位不同，因此时间相干性也得到减弱。

通过上述方式，本发明提供的用于消除激光散斑并滤波的装置及投影显示系统在消除激光散斑的同时实现滤波，结构紧凑，消散斑效果好，成本低，可操作性强，易于批量生产。更进一步的采用可调谐的LD激光光源可实现激光输出波长的调节，如此可进一步削弱激光散斑噪声。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于消除激光散斑并滤波的装置，其特征在于，所述装置包括：

组合光源，至少包含多个红光、绿光和蓝光三种激光光源；

扩散滤波部分，设置于组合光源出射光的传播路径上，包括扩散结构、滤波结构和固定器件，所述固定器件用于将扩散结构和滤波结构固定在一起，所述滤波结构包括基底以及设置于基底表面的至少三种滤波膜，组合光源中每种颜色的激光在基底表面上都设置有与之对应的滤波膜，且所述扩散结构的厚度沿扩散滤波部分的中心轴的周向改变；

驱动装置，用于驱动扩散滤波部分绕所述中心轴转动，使得各滤波膜交替设置于组合光源出射光的传播路径上以产生颜色交替的时序光；

所述滤波结构的基底和扩散结构构成一个圆锥，交界面在圆锥下底面的投影落在圆锥下底面圆周内，其中，滤波膜分别设置于滤波结构的基底的侧面上，扩散滤波部分的中心轴穿过圆锥的底面中心，且所述扩散结构的一底面为圆锥的底面。

2.根据权利要求1 所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，其特征在于，所述组合光源进一步包括：

承载板，所述至少红绿蓝三种激光光源分别成排平行排布于承载板上；

多个反射镜，所述多个反射镜设置于承载板上，用于反射组合光源的出射光并调整组合光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16 ：9 的矩形。

3.根据权利要求1 所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，其特征在于，所述组合光源进一步包括：

第一承载板，所述至少红绿蓝三种激光光源中的两种颜色的光源分别成排平行排布于第一承载板上；

多个第一反射镜，所述多个第一反射镜设置于第一承载板上，用于反射第一承载板上设置的激光光源的出射光以及调整第一承载板上的激光光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16 ：9 的矩形形状；

第二承载板，组合光源所包括且未设置于第一承载板上的激光光源分别成排平行排布于第二承载板上；

多个第二反射镜，所述多个第二反射镜设置于第二承载板上，用于反射第二承载板上设置的激光光源的出射光以及调整第二承载板上的激光光源出射光的光斑形状呈邻边长之比为16 ：9 的矩形形状。

4.根据权利要求1 所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，其特征在于，所述组合光源是LD 激光光源；

所述组合光源进一步包括：

控制装置，所述控制装置用于分别调节各激光光源的工作电压和电流。

5.根据权利要求1 所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，其特征在于，所述滤波结构的基底为一透明圆柱，所述滤波膜设置于圆柱的一个底面上，扩散结构设置于圆柱的另一个底面上，其中，扩散滤波装置的中心轴穿过圆柱的两底面中心。

6.根据权利要求1 所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，其特征在于，所述滤波结构包括第一三棱锥，所述红光、绿光和蓝光三种激光光源的滤波膜分别设置于第一三棱锥的不同侧面上，所述扩散结构为一个三棱台，第一三棱锥和三棱台组成第二三棱锥，扩散滤波部分的中心轴穿过第二三棱锥两底面中心。

7.一种用于消除激光散斑并滤波的投影显示系统，其特征在于，所述投影显示系统包括权利要求1-6任意一项所述的用于消除激光散斑并滤波的装置，还包括光棒、中继光学装置、DMD 和投影镜头；其中，光线从用于消除激光散斑并滤波的装置出射后依次经过光棒、中继光学装置、DMD 和投影镜头。