CN106873293A - 一种降低散斑的激光投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低散斑的激光投影系统，其包括结构本体，其特征在于，还包括，设置于所述结构本体内的光学结构，所述光学结构具有：作为发射光源的激光发射部，所述激光发射部采用多光点封装二极管；被设置于激光发射部的激光束输出路径上的散斑抑制部，该散斑抑制部具有能够旋转的多角度雾化的散射片，所述散射片采用表面沿圆周方向分割成多个扇形区域且每一扇形区域的雾化角度各不相同的圆形散射片玻璃基底以及激光准直结构。本发明通过具有能够旋转的多角度雾化散射片的散斑抑制部使原本不规则的散斑均匀的分布在屏幕，从而降低散斑对比度，提高成像质量。

Description

一种降低散斑的激光投影系统

技术领域

本发明属于激光投影技术领域，具体说是涉及一种降低散斑的激光投影系统。

背景技术

以激光为光源的投影机已经成为未来投影机的趋势，激光因其具有广色域、高亮度、高寿命等优点，使激光投影技术更具有竞争力，然而，在实际应用当中，因激光固有的相干性导致其在经过粗糙的表面时引起光程差，使图像成不规则的颗粒状斑纹，即激光散斑，而激光散斑则严重影响了投影机成像的质量。

目前解决上述问题的技术，主要是基于叠加不相关和统计独立散斑图像的散斑抑制原理，在光强基础上进行空间或时间平均实现散斑抑制作用，如可采用偏振多样性原理、机械振动原理以及旋转相应的光学结构等原理进行抑制，就本领域而言，常用的方式多使得散散片以震动和旋转的方式进行散斑抑制，但是该方法在高亮度的激光投影系统中，由于单凭一个散射片无法将激光散斑降到人眼可接受的程度，则需要设置多个散射片来消除散斑，至少需要2-3个散射片，但是多个散射片的设置方案又会使得光学系统的透光效率有所降低。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种能够有效降低激光散斑效果的激光投影系统，其具有多角度雾化的散射片，该散射片能够在解决单个散射片所带来的激光散斑抑制不足的问题，同时也一并解决了设置多个散射片所带来的亮度下降的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种降低散斑的激光投影系统，其包括结构本体，其特征在于，还包括，设置于所述结构本体内的光学结构，所述光学结构具有：

作为发射光源的激光发射部，所述激光发射部采用多光点封装二极管；

被设置于激光发射部的激光束输出路径上的散斑抑制部，该散斑抑制部具有能够旋转的多角度雾化的散射片，所述散射片采用表面沿圆周方向分割成多个扇形区域且每一扇形区域的雾化角度各不相同的圆形散射片玻璃基底。

作为本发明的优选

所述光学结构还具有被设置于激光发射部所发出的激光束输出路径上的激光准直结构。

作为本发明的优选

所述圆形散射片玻璃基底表面沿圆周方向等间隔分割成多个扇形区域。

作为本发明的优选

所述圆形散射片玻璃基底表面上各所述扇形区域所对应的雾化角度具有呈依次递增的趋势。

作为本发明的优选

所述散射片由旋转结构带动进行旋转动作，所述旋转结构包括：基于旋转控制器的控制信号进行旋转的主传动机构以及随主传动机构的旋转带动所述散射片进行旋转的从传动机构。

作为本发明的优选

所述主传动机构为设置于驱动电机输出轴上的主动齿轮；所述从传动机构为与所述主动齿轮相配合的从动齿轮，所述从动齿轮内部具有能够安装所述散射片的空腔结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过散斑抑制部将单个散射片划分为多个具有不同雾化角度或称为扩散角度的扇形区域来实现在投影画面可以分视域地呈现出不同状态的散斑，从而有效解决单个散射片所带来的激光散斑抑制不足问题的同时一并解决光学结构中设置多个散射片所带来的亮度下降的问题；并通过旋转结构带动将多角度雾化散射片高速旋转从而本不规则的散斑均匀的分布在屏幕，从而降低散斑对比度，提高成像质量。

附图说明

图1为本发明所述激光投影结构的结构示意图；

图2为本发明所述光学结构结构示意图；

图3为本发明所述实施例1对应的散射片结构示意图；

图4为本发明所述准直结构示意图；

图5为本发明所述阵列透镜结构示意图；

图6为图5对应的阵列透镜与透镜II空间排布示意图；

图7为本发明所述准直结构设计原理示意图；

图8为本发明所述实施例2对应的驱动芯片电路原理图。

图中：1、激光发射部，11、多光点封装二极管，12、发光点，2、散斑抑制部，21、散射片，211、第一扇形区域，212、第二扇形区域，213、第三扇形区域，214、第四扇形区域，22、旋转结构，221、主动齿轮，222、驱动电机输出轴，223、从动齿轮，3、阵列透镜，31、透镜I，4、透镜II，5、匀光棒，6、投影镜头，7、激光准直结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了实现有效降低散斑对比度，提高激光投影机的成像质量的目的，本发明设计了一种降低散斑的激光投影结构，其包括设置于结构本体内的光学结构，如图1，所述光学结构具有：

作为发射光源的激光发射部1；

被设置于激光发射部1的激光束输出路径上的散斑抑制部2，该散斑抑制部具有能够旋转的多角度雾化的散射片21，所述散射片采用表面沿圆周方向分割成多个扇形区域且每一扇形区域的雾化角度各不相同的圆形散射片玻璃基底。作为本发明的优选所述圆形散射片玻璃基底表面沿圆周方向等间隔分割成多个扇形区域且各所述扇形区域所对应的雾化角度具有呈依次递增的趋势。具体的，具有每一扇形区域的雾化角度各不相同的圆形散射片玻璃基底是通过在散射片玻璃基底上分角度进行不同的表面扩散处理即使得每一扇形区域的雾化角度不同所获得多角度雾化的散射片，具体设置多少扇形区域以及每一扇形区域的雾化角度依据系统实际需要进行设置。若想实现激光投影机的投影画面上可以分视域地呈现出不同状态的散斑即由于每一扇形区域的雾化角度各不相同则使得投射于投影画面上的各散斑能够处于不同的视域范围，进而降低散斑对比度；同时需要多角度雾化散射片能够高速旋转。则作为本发明的优选所述散射片由旋转结构22带动进行旋转动作，所述旋转结构包括：基于旋转控制器的控制信号进行旋转的主传动机构以及随主传动机构的旋转带动所述散射片进行旋转的从传动机构。进一步的作为本发明的优选所述主传动机构为设置于驱动电机输出轴222上的主动齿轮221；所述从传动机构为与所述主动齿轮相配合的从动齿轮223，所述从动齿轮内部具有能够安装所述散射片的空腔结构。

同时由于半导体激光器的结构特点，使得它自发光点发出的激光光束在垂直于结平面方向上的远场发散角(30°左右)以及平行于结平面方向的远场发散角相差较大(10°左右)，因此在几乎所有的要求较高的投影设备中,其输出光束都必须通过特殊的光学结构进行准直。由于圆柱透镜具有结构简单、材料便宜以及加工容易而在半导体激光束准直领域获得较多的应用,但普通的圆柱透镜其准直能力非常有限,对于多发光点发出的激光光束来说，单凭一个透镜则无法光束准直要求，需要在激光光束输出路径上持续添加多个透镜来提高整个光学结构的光束准直能力,但是这样又会造成整个光学结构整体布局空间上的矛盾，因此有必要设计在不改变现有准直系统的条件下，保证激光投影机的光学结构的准直效果的准直结构。则若作为发射光源的激光发射部采用多光点封装二极管11，作为本发明的优选所述光学结构还具有被设置于激光发射部所发出的激光束输出路径上的激光准直结构，其包括：由若干设置于激光发射部所发出的激光束输出路径上并呈阵列排布的透镜I 31所构成的阵列透镜3以及设置于各所述透镜I光束信号出射路径上，能够对自透镜I射出的光束信号进行准直的透镜II 4。进一步的，作为本发明的优选方案所述透镜I的数量依据所述激光发射部的发光点数量而定即使得所述阵列透镜中各透镜I与所述激光发射部的各发光点一一对应。进一步的，作为本发明的优选方案所述透镜I的中心位于与其对应的发光点的发光角的角平分线上，且所述透镜I与该发光点的距离d＝(a/2)/tan(∠A)，其中，a为该发光点与邻近发光点间的距离，∠A为该发光点对应的半发光角度。

下面以具体实例对本发明对应的技术方案作以细致说明：

实施例1、如图3所示，所述激光投影结构包括设置于结构本体内的光学结构，所述光学结构具有：作为发射光源的激光发射部1；被设置于激光发射部的激光束输出路径上的散斑抑制部2，该散斑抑制部具有能够旋转的多角度雾化的散射片21，所述多角度雾化的散射片为设置于激光投影机的激光束输出路径上的圆形散射片玻璃基底，所述圆形散射片玻璃基底表面沿圆周方向等分成4个扇形区域且各所述扇形区域所对应的雾化角度具有呈依次递增的趋势，如使得其中一个扇形区域即第一扇形区域211的雾化角度为2°，与第一扇形区域211相邻的第二扇形区域212的雾化角度为5°，与第二扇形区域212相邻的第三扇形区域213的雾化角度为7°，与第三扇形区域213相邻的第四扇形区域214的雾化角度为10°。

实施例2、如图2、图3所示，所述激光投影结构包括设置于结构本体内的光学结构，所述光学结构具有：作为发射光源的激光发射部1；被设置于激光发射部的激光束输出路径上的散斑抑制部2，该散斑抑制部具有能够旋转的多角度雾化的散射片21，所述多角度雾化的散射片为设置于激光投影机的激光束输出路径上的圆形散射片玻璃基底，所述圆形散射片玻璃基底表面沿圆周方向分割成多个扇形区域且各所述扇形区域所对应的雾化角度具有呈依次递增的趋势，同时通过旋转结构22使得所述散射片进行旋转；所述旋转结构包括：基于旋转控制器的控制信号进行旋转的主传动机构以及随主传动机构的旋转带动所述散射片进行旋转的从传动机构；其中所述旋转结构采用主从传动结构即所述主传动机构为主动齿轮221，其可通过轴承设置于驱动电机输出轴222上；所述从传动机构为与所述主动齿轮相配合的从动齿轮223，其内部具有能够安装所述散射片的空腔结构，所述散射片嵌套于所述空腔结构，随从动齿轮同步旋转。进一步的，如图8，所述驱动电机对应的电机驱动模块采用A4988驱动芯片，A4988驱动芯片是一款待转换器与过流保护的DMOS微步驱动器，其可以在全、1/2、1/4、1/8、1/16步进模式下操作对应的驱动电机进行动作。

实施例3、如图4-图7，本例所述激光投影机，其包括：上述实施例2所述光学结构、激光发射部1、匀光棒5以及投影镜头6；激光发射部采用多光点封装二极管11，激光发射部发出激光，激光通过所述光学结构内的进行高速的多角度雾化程度的散射片后，再通过匀光棒、投影镜头将影像投射出去，即可以在投影画面上分视域地呈现出不同状态的散斑，但由于多角度雾化散射片21为高速旋转，使原本不规则的散斑均匀的分布在屏幕，从而降低散斑对比度，提高成像质量。同时所述光学结构中还具有被设置于所述多光点封装二极管光束信号出射路径上的激光准直结构，若所述多光点封装二极管1具有4个发光点12；以及，该准直结构包括由4个设置于所述多光点封装二极管光束信号出射路径上并呈阵列排布的透镜I31所构成的阵列透镜3以及设置于各所述透镜I光束信号出射路径上，能够对自透镜I射出的光束信号进行准直，以输出平行光的透镜II4。进一步的，其中任意透镜I的中心位于均与其对应的发光点的发光角的角平分线上，且所述透镜I与发光点的距离d＝0.179cm，其中，该发光点与邻近发光点间的距离a为0.3cm，该发光点对应的半发光角度∠A为40°。通过准直结构实现在简化准直透镜占用空间的同时保证了原有的准直效果，即可以在任意激光投影机的光学结构中通过添加阵列透镜的方式在不增加技术难度和生产成本的同时兼具结构相对简单,设计容易且精度较高有很好的实用价值等优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种降低散斑的激光投影系统，其包括结构本体，其特征在于，还包括，设置于所述结构本体内的光学结构，所述光学结构具有：

作为发射光源的激光发射部，所述激光发射部采用多光点封装二极管；

被设置于激光发射部的激光束输出路径上的散斑抑制部，该散斑抑制部具有能够旋转的多角度雾化的散射片，所述散射片采用表面沿圆周方向分割成多个扇形区域且每一扇形区域的雾化角度各不相同的圆形散射片玻璃基底；

以及激光准直结构。

2.根据权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于：所述圆形散射片玻璃基底表面沿圆周方向等间隔分割成多个扇形区域。

3.根据权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于：

所述圆形散射片玻璃基底表面上各所述扇形区域所对应的雾化角度具有呈依次递增的趋势。

4.根据权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于：

所述散射片由旋转结构带动进行旋转动作，所述旋转结构包括：基于旋转控制器的控制信号进行旋转的主传动机构以及随主传动机构的旋转带动所述散射片进行旋转的从传动机构。

5.根据权利要求4所述的激光投影系统，其特征在于：

所述主传动机构为设置于驱动电机输出轴上的主动齿轮；所述从传动机构为与所述主动齿轮相配合的从动齿轮，所述从动齿轮内部具有能够安装所述散射片的空腔结构。