CN108563089A - 激光器控制装置、降低激光器噪声的方法及激光投影设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及激光显示领域，提供了一种激光器控制装置、采用激光器控制装置降低激光器工作噪声的方法及激光投影设备。激光器控制装置包括：模拟调光电路，用于向所述激光器输出功率恒定为第一功率的第一驱动信号；数字调光电路，用于向所述激光器输出平均功率为第二功率的第二驱动信号；其中，所述第一功率与所述第二功率之和等于所述激光器的目标功率。本公开中的激光器控制装置，一方面大大降低了数字调光电路的输出功率，即减小了变化的电功率，进而降低了激光器的工作噪声；另一方面，通过降低激光器的工作噪声，提高了激光投影装置的性能，降低了维护成本。

Description

激光器控制装置、降低激光器噪声的方法及激光投影设备
技术领域
本公开涉及激光显示领域，特别涉及一种激光器控制装置，采用激光器控制装置降低激光器工作噪声的方法及包含激光器控制装置的激光投影设备。
背景技术
目前，电子市场上的投影机种类很多，根据工作方式基本分为三类：阴极射线管投影机(Cathode Ray Tube Processor，CRT投影机)、液晶投影机(LCD投影机)和数字光处理器投影机(Digital Light Processor，DLP投影机)，CRT投影机因操作复杂、体积较大而逐渐被淘汰，现在常用的是LCD投影机和DLP投影机，但其最大的缺点就是投影灯寿命太短。
随着激光器、微电子技术、超精加工技术等先进技术的不断发展与成熟，激光显示技术已成为显示领域研究的热点。采用激光作为LCD投影机或DLP投影机的光源，大大提高了使用寿命，降低了维护成本；同时由于激光的色域最宽、亮度最高、饱和度最高、色纯度高、方向性最好、显示画面尺寸灵活可变的优点，使得投影设备获得最清晰、鲜艳、丰富的彩色图像。
然而通常采用数字调光驱动激光器，周期性打开和关闭激光器，使得激光器的工作功率发生变化，进而产生工作噪声，这些噪声将会使图像的质量降低，变的模糊，甚至无法识别，极大的影响投影设备的性能。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种激光器控制装置、降低激光器噪声的方法及激光投影设备，以降低激光器工作时变化的功率，进而降低工作噪声、提高投影设备的性能。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的第一方面，提供一种激光器控制装置，其特征在于，包括：
模拟调光电路，用于向所述激光器输出功率恒定为第一功率的第一驱动信号；
数字调光电路，用于向所述激光器输出平均功率为第二功率的第二驱动信号；
其中，所述第一功率与所述第二功率之和等于所述激光器的目标功率。
根据本公开的第二方面，提供一种采用激光器控制装置降低激光器噪声的方法，其特征在于，
所述激光器控制装置包括模拟调光电路和数字调光电路；
所述模拟调光电路向所述激光器输出功率恒定为第一功率的第一驱动信号；
所述数字调光电路向所述激光器输出平均功率为第二功率的第二驱动信号；
其中，所述第一功率与所述第二功率之和等于所述激光器的目标功率。
根据本公开的第三方面，提供一种激光投影设备，其特征在于，包括激光器和上述的激光器控制装置。
由上述技术方案可知，本公开示例性实施例中的激光器控制装置、降低激光器噪声的方法及激光投影设备至少具备以下优点和积极效果：
本公开中的激光器控制装置中包括模拟调光电路和数字调光电路，两调光电路输出功率之和与激光器目标功率相等。与仅采用数字调光电路输出功率达到激光器的目标功率以驱动激光器相比，本公开中的激光器控制装置，一方面大大降低了数字调光电路的输出功率，即减小了变化的电功率，进而降低了激光器的工作噪声；另一方面，通过降低激光器的工作噪声，提高了激光投影装置的性能，降低了维护成本。
本公开应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出相关技术中PWM调光技术的原理图；
图2示出相关技术中采用独立PWM调光电路驱动激光器的电路图；
图3示出本公开示例性实施例中激光器控制装置的结构示意图；
图4示出本公开示例性实施例中激光器控制装置的电路图；
图5示出本公开示例性实施例中数字调光基准电流的调节电路图；
图6示出本公开示例性实施例中激光器控制装置驱动激光器的方法流程图；
图7示出了本公开示例性实施例中激光投影设备的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
在本领域相关技术中，激光投影设备通常采用数字调光技术驱动激光器，而脉宽调制调光技术(Pulse Width Modulation，PWM调光)是本领域最常用的一种数字调光技术，是一种通过改变接通/关断次数而将消息编码成脉冲信号的调制技术。本公开将以DLP投影设备中采用PWM调光技术为例进行说明，图1示出了PWM调光技术的原理，通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。激光器工作时平均功率的计算公式为：
P＝U×I×Duty (1)
其中，U为PWM调光时激光器的电压，I为PWM调光时激光器的电流，Duty为占空比。
DLP输出红、绿、蓝三基色脉宽调制信号给驱动芯片，控制激光器周期性的打开和关闭，故平均功率P也是激光器工作时变化的电功率。而激光器工作时变化的功率导致激光器产生工作噪声，变化的电功率越高，噪声越大。通常采用声压级表征声压，声压级计算公式为：
其中SPL为声压级，dB为分贝，Prms为声压，P0为基准声压，在空气中基准声压为20微帕。
也就是说，相关技术中采用数字调光(PWM调光)电路驱动激光器可能会引起激光器的工作噪声，并且变化的电功率越大，工作噪声也越大，进而使得激光投影设备的画面质量下降，性能降低。
同时，图2示出了采用独立PWM调光电路驱动激光器的电路图，如图2所示，独立PWM调光电路200包括PWM脉冲信号输入端LD_PWM、驱动芯片N2和输出端LD，PWM脉冲信号输入端LD_PWM用于向驱动芯片N2提供一脉冲信号，驱动芯片N2对该脉冲信号进行分析获得脉冲信号的占空比Duty，进而根据脉冲信号的占空比Duty对输出电流进行调控，并从输出端LD输出至激光器。若需在输出端LD+获得输出电流则基准电流为I，其中基准电流I、输出电流满足关系式：
从公式(3)可知，基准电流I大于输出电流举例而言，若需在输出端LD+得到大小为3A的输出电流则基准电流I>3A，可以通过调节PWM调光电路的输入电压和/或电阻以调节基准电流I，根据基准电流I和输出电流获得占空比，进而根据获得的占空比调节输入PWM调光电路的脉冲信号。如基准电流I为6A，输出电流为3A，则占空比Duty为50％。当基准电流恒定时，可以通过改变占空比的大小以改变输出电流的大小，以适应负载的需求。因此，采用独立数字PWM调光电路驱动激光器所需的电能大、电功率高，进而会引起激光器产生较高的工作噪声。
鉴于相关技术中存在的问题，本公开首先提供了一种激光器控制装置，如图3所示，激光器控制装置300包括模拟调光电路301和数字调光电路302，模拟调光电路301用于向激光器输出功率恒定为第一功率P1的第一驱动信号D1；数字调光电路302用于向激光器输出平均功率为第二功率P2的第二驱动信号D2；其中，第一功率P1与第二功率P2之和等于激光器的目标功率P0，即P0＝P1+P2。
在模拟调光电路301的输入端LD_CTRL_IN1可以输入一恒定的控制电压信号U1，通过保持模拟调光电路301的电阻不变，以保证电路中电流I1的大小不发生变化，进而从其输出端LD+输出连续的第一驱动信号D1，该第一驱动信号D1具有恒定的第一功率P1，其中P1＝U1×I1；在数字调光电路302的输入端LD_CTRL_IN2可以输入一恒定的控制电压信号U2，同时在PWM信号输入端LD_PWM输入一脉冲信号，通过调整脉冲信号占空比Duty2的大小以改变数字调光电路302输出电流I2的大小，进而在数字调光电路302的输出端输出一平均功率为第二功率P2的第二驱动信号D2，其中P2＝U2×I2×Duty2。
当仅采用数字调光电路驱动激光器时，激光器目标功率P0即为数字调光电路的平均功率P’；而当采用模拟调光电路和数字调光电路共同驱动激光器时，激光器目标功率P0为第一功率P1和第二功率P2之和。也就是说，平均功率P’等于第一功率P1和第二功率P2之和，即：P’＝P1+P2，显而易见P’>P2，因此采用模拟调光电路和数字调光电路共同驱动激光器大大减小了变动的电功率，从而降低了工作噪声的声功率。
本公开中的激光器控制装置通过采用模拟调光电路和数字调光电路分别输出一恒定功率P1和一平均功率P2，并且恒定功率P1和平均功率P2之和为激光器的目标功率P0，相对于仅采用数字调光电路输出功率达到激光器的目标功率P0而言，一方面大大减小了数字调光电路输出的平均功率P2，即减小了激光器工作时变化的电功率，进而减少了工作噪声；另一方面，工作噪声减少能够提高激光投影设备的性能，降低了维护成本。
在本公开的示例性实施例中，第一功率P1的取值范围可以是200W～300W，第二功率P2的取值范围可以是0～100W；第一功率P1与第二功率P2之比可以是2：1～20:1，优选地，第一功率P1与第二功率之比为5:1。
在本公开的示例性实施例中，模拟调光电路301与数字调光电路302可以并联连接；数字调节电路可以是脉宽调制调光电路，也可以是本领域常用的其它数字调光电路，本公开对此不做具体限定，为了方便描述，本公开将以PWM调光电路为例进行说明。
图4示出了本公开中激光器控制装置的电路图，如图4所示，激光器控制装置300包括模拟调光电路301和PWM调光电路302，模拟调光电路301包括控制电压输入端LD_CTRL_IN1、驱动芯片N4和输出端LD+，PWM调光电路302包括控制电压输入端LD_CTRL_IN2、PWM信号输入端LD_PWM、驱动芯片N6和输出端LD’+，其中模拟调光电路301的输出端LD+与PWM调光电路302的输出端LD’+连接，使模拟调光电路301和PWM调光电路302并联；通过向模拟调光电路301的控制电压输入端LD_CTRL_IN1输入第一电压信号，经驱动芯片N4的调控从输出端LD+输出一连续的第一驱动信号D1，第一驱动信号D1对应的功率为一恒定功率P1；向PWM调光电路302的控制电压输入端LD_CTRL_IN2输入第二电压信号、PWM信号输入端LD_PWM输入一脉冲信号，在该脉冲信号的控制下，通过驱动芯片N6的调控从输出端LD’+输出第二驱动信号D2，对应的平均输出功率为P2；激光器控制装置300输出的总功率为(P1+P2)，且与激光器的目标功率相等。
在本公开的示例性实施例中，用于产生第一驱动信号D1与第二驱动信号D2的控制电压可以为恒定值，根据功率的计算公式可知，功率随电流的变化而变化。本公开中模拟调光电路301输出电流为一恒定值；PWM调光电路302的输入信号为一脉冲信号，输出电流随脉冲信号占空比的变化而变化，因此可以通过设定模拟调光301的输出电流和PWM调光电路302的输出电流以获得激光器所需的电流。同时可以通过调节PWM调光电路302的基准电流和占空比，以调节PWM调光电路302的输出电流，进而改变PWM调光电路302的平均功率。通过降低PWM调光电路302的平均功率，以降低激光器的工作噪声。
举例而言，设定模拟调光电路301的输出电流为2.5A，PWM调光电路的基准电流为1A，则激光控制装置300的总输出电流为2.5A+1A×Duty，若需在激光器控制装置300的输出端获得总输出电流3A，那么PWM调光电路的实际输出电流应为0.5A，即PWM调光电路中脉冲信号的占空比Duty为50％。因此可以在PWM调光电路的PWM信号输入端LD_PWM_IN输入一占空比为50％的脉冲信号，即可在激光器控制装置300的输出端获得3A的总输出电流。
图4所示的采用模拟调光电路和PWM调光电路形成的激光器控制装置与图2所示的仅采用PWM调光电路形成的激光器控制装置相比，其输出端均输出3A的总输出电流，PWM调光电路中脉冲信号占空比均为50％，但是图2的PWM调光电路的基准电流为6A，输出电流为3A，而图4中的PWM调光电路的基准电流仅为1A，输出电流为0.5A，通过比较可知，采用模拟调光电路和PWM调光电路形成的激光器控制装置大大降低了PWM调光电路的平均功率，从而也能够大幅降低激光器的工作噪声。
在本公开的示例性实施例中，PWM调光电路的基准电流可以通过改变电路的输入电压和/或电阻而改变，同时PWM调光电路的输出电流随脉冲信号占空比的变化而变化，因此当基准电流恒定时，可以通过改变占空比来调节PWM调光电路的输出电流，以获得负载所需的电流值。
在本公开的示例性实施例中，为了减少加工工艺，提高制造效率，模拟调光电路301和PWM调光电路302可以采用相同的电路，如可同时采用PWM调光电路，通过将模拟调光电路301中PWM信号输入端的电位拉高，即输入占空比为1的信号，如图4所示，可输入一大小为5V的电压P5V_M，以使模拟调光电路301输出一连续驱动信号。
在本公开的示例性实施例中，根据应用环境的不同，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的模拟调光电流和数字调光基准电流，如将激光器驱动装置应用于激光投影设备时，根据激光投影设备的设计需求，模拟调光电流可以设置为2A～3A，数字调光基准电流可以设置为0～1A，当然本公开并不以此为限。
进一步的，图5示出了数字调光基准电流的调整电路，如图5所示，DLP输出黄、红、绿、蓝四色的脉宽调制信号，分别从A_Y_PWM输入端、A_RED_PWM输入端、A_GRN_PWM输入端和A_BLUE_PWM输入端输入至一AC/DC芯片，经AC/DC芯片转换后形成一直流信号并从AC/DC芯片的输出端输出，输出信号与另外四个脉宽调制信号通过相应的端子进入一8选1选择器，经选择后输出一信号至数字(PWM)调光电路的控制电压输入端LD_CTRL_IN2，以实现对数字(PWM)调光基准电流的调整。
在本公开的示例性实施例中，驱动芯片N2、N4、N6可以是相同型号的驱动芯片，也可以是不同型号的驱动芯片，例如可以同时采用型号为LT3795EFE的驱动芯片，也可以采用本领域常用的其它型号的驱动芯片，本公开并不以此为限；AC/DC芯片的型号可以是LTC2645，也可以是本领域常用的其它交流转直流芯片，本公开对此也不做具体限定。
本公开还提供了一种采用激光器控制装置降低激光器工作噪声的方法，该激光器控制装置可以是本公开中的激光器控制装置，图6示出了该方法的具体步骤，包括：
S1:模拟调光电路301向激光器输出功率恒定为第一功率P1的第一驱动信号D1；
S2：数字调光电路302向激光器输出平均功率为第二功率P2的第二驱动信号D2；
其中，第一功率P1与第二功率P2之和等于激光器的目标功率。
在本公开的示例性实施例中，模拟调光电路301可以并联连接于数字调光电路302，且用于生成第一驱动信号D1与第二驱动信号D2的控制电压为恒定值。
在本公开的示例性实施例中，数字调光电路302的输入信号可以是一脉冲信号，通过改变该脉冲信号的占空比，改变数字调光电路302的输出电流，进而改变数字调光电路的平均功率。
本公开的激光器控制装置中的模拟调光电路的输出功率与数字调光电路的平均功率之和等于激光器的目标功率，相对于仅采用数字调光电路驱动激光器，达到激光器的目标功率而言，本公开中的激光器控制装置中的数字调光电路的平均功率减小，即减小了变化的电功率，进而降低了激光器的工作噪声，提高了激光投影设备的性能。
本公开最后还提供了一种激光投影设备，如图7所示，激光投影设备700包含激光器701和激光器控制装置702，该激光器控制装置702为本公开中的激光器控制装置，激光投影设备可以是激光电视、激光投影仪等等。通过采用本公开的激光器控制装置，能够提高激光投影设备的画面质量及性能，进一步提高用户体验。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (11)

1.一种激光器控制装置，其特征在于，包括：
模拟调光电路，用于向所述激光器输出功率恒定为第一功率的第一驱动信号；
数字调光电路，用于向所述激光器输出平均功率为第二功率的第二驱动信号；
其中，所述第一功率与所述第二功率之和等于所述激光器的目标功率。
2.根据权利要求1所述的激光器控制装置，其特征在于，所述模拟调光电路与所述数字调光电路并联。
3.根据权利要求1或2所述的激光器控制装置，其特征在于，所述数字调光电路为脉宽调制调光电路。
4.根据权利要求1所述的激光器控制装置，其特征在于，用于生成所述第一驱动信号与所述第二驱动信号的控制电压为恒定值。
5.根据权利要求4所述的激光器控制装置，其特征在于，所述数字调光电路的输入信号为一脉冲信号，且所述数字调光电路的电流随所述脉冲信号占空比的变化而变化。
6.根据权利要求5所述的激光器控制装置，其特征在于，所述第一功率与所述第二功率之比为2:1～20:1。
7.一种采用激光器控制装置降低激光器噪声的方法，其特征在于，
所述激光器控制装置包括模拟调光电路和数字调光电路；
所述模拟调光电路向所述激光器输出功率恒定为第一功率的第一驱动信号；
所述数字调光电路向所述激光器输出平均功率为第二功率的第二驱动信号；
其中，所述第一功率与所述第二功率之和等于所述激光器的目标功率。
8.根据权利要求7所述的采用激光器控制装置降低激光器噪声的方法，其特征在于，所述模拟调光电路并联连接于所述数字调光电路。
9.根据权利要求7所述的采用激光器控制装置降低激光器噪声的方法，其特征在于，所述第一驱动信号与所述第二驱动信号的电压固定不变。
10.根据权利要求9所述的采用激光器控制装置降低激光器噪声的方法，其特征在于：所述数字调光电路的输入信号为一脉冲信号，通过改变所述脉冲信号的占空比，改变所述数字调光电路的电流。
11.一种激光投影设备，其特征在于，包括激光器和如权利要求1-6任一项所述的激光器控制装置。
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