CN106094242A - 一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器，属于激光显示设备技术领域。该扫描器包括柔性连接件、受控偏转源、光学连接件、光学元件和偏转源控制电路；两个或两个以上的受控偏转源固定在光学连接件上，受控偏转源在偏转源控制电路的控制下按照某一频率产生振动，从而使光学连接件及光学元件产生高频角度变化；光场扫描器位于外部的激光源与图像调制解调器之间的光路中，两个以上的受控偏转源进行交替振动，从而带动光学元件发出的或反射的激光束在显示器屏幕上形成无停顿的圆周或类圆周运动，全面消除激光显示画面的激光散斑。本发明能够解决现有散斑消除器件体积大、价格昂贵、寿命短、功耗高、设备抖动、噪声大等问题。

Description

一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器

技术领域

本发明涉及用于消除画面激光散斑的光场扫描器件和使用该种器件的以激光为照明光源的激光显示器，属于激光显示设备技术领域。

背景技术

激光显示技术是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。从色度学角度来看，激光显示的色域覆盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上，是传统显示色域覆盖率的两倍以上，彻底突破了前三代显示技术色域空间的不足，实现人类有史以来最完美色彩还原，使人们通过显示终端看到最真实、最绚丽的世界。

但是，激光在散射体表面的漫反射或通过一个透明散射体(如毛玻璃)时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，这种斑点称为激光散斑(LaserSpeckles)。激光散斑严重影响观影感受，因此如何消除显示器屏幕上的激光散斑也是近些年本领域技术研发重点方向之一。

比较成熟的激光散斑消除方法为使用轴向振动或绕轴转动的方式驱动光路中的某些光学器件使照射在该光学器件上的激光相位发生变化从而消除显示器屏幕的散斑，如振动投影屏幕或在投影机内部光路中加入振动、转动器件、压电陶瓷振动器件等，具体的振动器件包括超声波液体/固体振动器件、偏心振动电机、电动导轨振镜、电动转轴振镜等器件可适当减弱激光画面散斑噪声。

但是，现有的振动激光画面散斑噪声消除器件都存在如下问题：

1：画面散斑消除不完全：主要是使用电动导轨振镜、电动转轴振镜等机械类器件都为复运动机构可有规律的绕轴或沿轴的进行往复运动，此类简单的一维往复运动会使激光光场在画面上形成有规律的往复扫描，使激光散斑出现的位置发生不间断的变化从而使人眼无法察觉屏幕上激光散斑的存在。但是在此类往复运动机构中存在的两个行程顶点，在形成顶点往复机构会产生停顿，在往复机构停顿时就会使人眼感知散斑存在。

2：振动传导，散斑消除器件产生的振动会使激光显示设备本体抖动或产生令人不悦的、刺耳的噪声。此类现象主要集中在超声波液体/固体振动器件、偏心振动电机、电动导轨振镜、电动转轴振镜、压电陶瓷振动器件。

3：振动器件体积大，不利于激光显示设备小型化。

为了解决一维振动器件对激光散斑消除的缺陷，一些技术方案使用双轴振镜进行二维振动。此类二维振动器件对画面激光散斑的消除效果好但是体积巨大、成本极高、光路设计复杂、寿命短，不能被用于商品化的激光投影和激光液晶显示。

专利200820110227.1公开了一种使用弹性器件及电磁铁抖动光纤的激光散斑消除方案，此方案存在两个巨大缺陷：一是抖动光纤的外壁，二是振动器件产生无限位的无序抖动。抖动光纤消除画面散斑已被激光显示技术界证实是无效的，同时无限位的无序抖动会使激光束在投影机光路中的角度无法确定，造成光源入射光光强不稳定，使画面忽明忽暗，影响比激光散斑对画面的影响更大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器，能够解决现有散斑消除器件体积大、价格昂贵、寿命短、功耗高、设备抖动、噪声大等问题。

一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器，该扫描器包括柔性连接件、受控偏转源、光学连接件、光学元件和偏转源控制电路；

所述光学元件固定连接在光学连接件上，光学连接件通过柔性连接件与外部的显示设备相连，两个或两个以上的受控偏转源固定在光学连接件上，受控偏转源在偏转源控制电路的控制下产生大于24Hz的振动，从而使光学连接件及光学元件产生角度变化；

所述光场扫描器位于外部的激光源与图像调制解调器之间的光路中，两个或两个以上的受控偏转源在控制电路的控制下进行交替振动，推动光路中的光学元件进行多角度偏转，使光学元件的光轴在显示器屏幕上形成无停顿的圆周或类圆周运动，从而带动光学元件发出的或反射的激光束在显示器屏幕上形成无停顿的圆周或类圆周运动，全面消除激光显示画面的激光散斑。

进一步地，所述柔性连接件为硅胶减振器件、弹簧、金属弹性簧片、塑料弹性簧片、金属丝或塑料丝。

进一步地，所述受控偏转源为电磁线圈+磁铁、压电陶瓷或振动电机。

进一步地，所述激光源不限于传统的RGB三基色，激光器的具体波长以可合成可见白光为准。

进一步地，所述激光源与LED半导体发光源混用，激光源与LED半导体发光源的具体波长以可合成可见白光为准。

进一步地，所述激光源发出的激光为连续输出或脉冲输出，当激光为脉冲输出时，激光源受到与显示设备相连的脉冲信号源控制。

进一步地，单一受控偏转源所产生的某方向上的一维振幅大于或等于照射到光学元件上或光学元件发出的激光空间相干长度而小于10mm。

本方案采用柔性连接件代替已有的硬质导轨或转轴，使光学连接件及安置在其上的光学元件能够实现360°的偏转运动从而实现无停顿的圆周或类圆周运动；使用至少两个受控偏转源2驱动光学连接固定器件3进行高频偏转，将以往的绕轴或沿轴一维往复振动变为多维的、无往复的运动；N(N≥2)个受控偏转源集成在光学连接件上，在推动光学连接件时至少一个受控偏转源为非工作状态以实现角度变化；N(N≥2)个受控偏转源在控制电路的控制下实现多个受控偏转源的连续的、交替的工作，可实现有源振动驱动源带动光学元件在光路中产生多角度、无往复的圆周运动从而使激光光场在屏幕上无停顿进而全面消除画面激光散斑；同时，使用柔性连接作为受控偏转源的连接件与显示设备相连可有效消除已有振动散斑消除器件对显示设备造成的振动。

有益效果：

1、本发明公开的散斑消除器件由于使用柔性组件代替已有的硬质导轨或转轴，使光学连接件及安置在其上的光学元件能够实现360°的运动，使激光画面散斑消除彻底；偏转反射镜或光纤出口使光利用率更高。

2、在保证散斑消除效果与光利用率的同时，本发明与现有的双轴激光振镜系统相比本发明的散斑消除器件的体积更小、价格更低、控制更易、更易实现液晶平板显示及小体积激光投影。

附图说明

图1为柔性组件采用弹簧的实施例示意图；

图2为柔性组件采用钢质弹片的实施例示意图；

图3为柔性组件采用硅胶减振套的实施例示意图

其中，1-弹簧、2-电磁线圈+永磁体、3-光学连接件、4-光纤出光头、5-钢质弹片、6-陶瓷振动片、7-反射镜、8-硅胶减振套、9-偏心振动电机、10-投影机。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器，

实施例1：如附图1所示，三根弹簧1以120°夹角排列，弹簧1的一端固定于光学连接件3，弹簧1的另一端固定于投影机10；三组电磁线圈+永磁体2构成的受控偏转源以120°夹角安装于光学连接固定器件3上，其中永磁体安置在投影机6上(永磁体图中未示出)；一个光纤出光头4作为光学元件安装于光学连接件3的中心。

三根弹簧为激光散斑消除器件提供复位所需的弹力、固定连接及限位，并将三组电磁线圈+永磁体构成的受控偏转源产生的振动与投影机10隔离。三组电磁线圈+永磁体构成的受控偏转源中的每组受控制电路控制按照某一频率进行工作；控制电路可使三组电磁线圈+永磁体构成的受控偏转源2中的每一组按照顺时针次序、逆时针次序单独上电工作；也可按照两两组合的方式进行逆时针、顺时针次序上电工作。每组电磁线圈+永磁体构成的受控偏转源2的通电频率都大于24Hz。

实施例2：如附图2所示，四根钢制弹片5以90°夹角排列，钢制弹片5一端固定于光学连接件3，另一端固定于液晶显示器(液晶显示器图中未示出)；两组陶瓷振动片6构成受控偏转2以90°夹角安置于光学连接件3上；一个可见光反射镜7作为光学元件安装于光学连接件3中心。

四根钢制弹片5为激光散斑消除器件提供复位所需的弹力、固定连接及限位，并将两组陶瓷振动片6构成受控偏转源产生的振动与液晶显示器隔离。两组陶瓷振动片构成受控偏转源2中的每组受控制电路控制按照某一频率进行工作；控制电路可使两组陶瓷振动片6构成受控偏转源2中的每一组按照顺时针次序、逆时针次序单独上电工作；每组陶瓷振动片6构成受控偏转源2的通电频率都大于24Hz。

实施例3：如附图3所示，一个硅胶减振套8包裹光学连接件3，硅胶减振套8的外表面固定在液晶显示器上(液晶显示器图中未示出)；电磁线圈+永磁体和偏心振动电机9作为受控偏转源，构成混合振动驱动源，电磁线圈+永磁体2安置于光学连接固定器件3上的一个顶角处；偏心振动电机22安置在光学连接固定器件3上，一个可见光漫反射镜7作为光学器件4安置于光学连接固定器件3中心。

一个硅胶减振套8为激光散斑消除器件提供复位所需的弹力、固定连接及限位，并将电磁线圈+永磁体2及偏心振动电机9产生的振动与液晶显示器隔离。电磁线圈+永磁体2受控制电路控制按照某一频率进行工作；偏心振动电机9持续工作。在本实施例中，偏心振动电机9为可见光漫反射镜7提供持续的短轴振动偏转，而电磁线圈+永磁体2提供长轴振动偏转。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，该扫描器包括柔性连接件、受控偏转源、光学连接件、光学元件和偏转源控制电路；

所述光学元件固定连接在光学连接件上，光学连接件通过柔性连接件与外部的显示设备相连，两个或两个以上的受控偏转源固定在光学连接件上，受控偏转源在偏转源控制电路的控制下产生大于24Hz的振动，从而使光学连接件及光学元件产生角度变化；

所述光场扫描器位于外部的激光源与图像调制解调器之间的光路中，两个或两个以上的受控偏转源在控制电路的控制下进行交替振动，推动光路中的光学元件进行多角度偏转，使光学元件的光轴在显示器屏幕上形成无停顿的圆周或类圆周运动，从而带动光学元件发出的或反射的激光束在显示器屏幕上形成无停顿的圆周或类圆周运动，全面消除激光显示画面的激光散斑。

2.如权利要求1所述的用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，所述柔性连接件为硅胶减振器件、弹簧、金属弹性簧片、塑料弹性簧片、金属丝或塑料丝。

3.如权利要求1所述的用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，所述受控偏转源为电磁线圈+磁铁、压电陶瓷或振动电机。

4.如权利要求1、2或3所述的用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，所述激光源不限于传统的RGB三基色，激光器的具体波长以可合成可见白光为准。

5.如权利要求4所述的用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，所述激光源与LED半导体发光源混用，激光源与LED半导体发光源的具体波长以可合成可见白光为准。

6.如权利要求5所述的用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，所述激光源发出的激光为连续输出或脉冲输出，当激光为脉冲输出时，激光源受到与显示设备相连的脉冲信号源控制。

7.如权利要求1所述的用于消除画面激光散斑的光场扫描器，其特征在于，单一受控偏转源所产生的某方向上的一维振幅大于或等于照射到光学元件上或光学元件发出的激光空间相干长度而小于10mm。