CN108681191A - 一种激光投影装置和减弱激光散斑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光投影装置和减弱激光散斑的方法。所述激光投影装置包括成像系统；所述成像系统包括成像器件、投影镜头、图像处理模块和角度调制单元；所述角度调制单元包括可运动的光学元件或投影镜头；所述光学元件的运动使得所述投影镜头投影在屏幕上的投射角度改变；所述图像处理模块对图像信号进行补偿，与所述连续移动反向的图像处理。本发明在成像光路中进行散斑抑制和图像处理，不受光源和照明光路或者引擎方式的影响，能够直接调制人眼观察的散斑图样，不受其他因素限制，没有光学损失，与现有的在照明光路中加入运动的漫反射元件或者旋转匀光器件的方法比较，散斑抑制效果更为明显有效。

Description

一种激光投影装置和减弱激光散斑的方法

技术领域

本发明涉及激光显示领域。更具体地，涉及一种激光投影装置和减弱激光散斑的方法。

背景技术

激光显示技术是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术，它采用红、绿、蓝三基色激光作为照明光源，和传统的显示光源相比，由于激光具有狭窄的光谱宽度，因而在色彩还原能力上有着无与伦比卓越的表现，能够再现90％的人眼色彩感知空间，将近是NTSC显示色域的2倍，它解决了显示技术领域长期以来悬而未决的大色域色彩再现的难题，又因为激光显示具有寿命长、节能环保、易于实现高亮度输出等优点，被业界认为是“人类视觉史上的革命”。但是，由于激光高相干性引起的散斑问题一直未能很好的解决，人们在感受激光显示超高的亮度、卓越的色彩表现力、精细的画面质量以及逼真的临场感的同时，也要忍受散斑噪声所带来的视觉干扰。

普遍采用散斑对比度C来衡量激光散斑的严重程度，一般针对激光显示所提出的散斑抑制或者消除(减弱)的方法都是指降低散斑对比度。降低散斑对比度的主要方法之一是减弱激光光源的高相干性，例如增加激光带宽或是激光波长多样性，例如改变谐振腔结构或采用非线性光学技术来实现激光频谱的展宽，但采用这些技术的激光光源转化效率和输出功率很低，结构极其复杂，无法满足显示产品的基本需求。

采用振动屏幕使散斑图样“沸腾”也是散斑抑制方法，这种方法虽然简单易行，但是散斑抑制的效果严重依赖于投影系统以外的器件——屏幕，对于材质偏硬或尺寸过大的屏幕振动不易实现，而且对于无固定屏幕的应用适用性较差。

散斑图样平均是降低散斑对比度的另一主要方法，一般是通过人眼积分时间内的叠加平均实现对于散斑的抑制。常见是采用在照明光路中加入运动的漫反射元件或者旋转匀光器件的方法，例如中国专利CN106226984A、CN106444246A和CN206321933U，就是利用了散斑图样平均的原理，但是这种方法对于匀化光场有作用，对于实际的投影机系统散斑抑制的效果十分微弱。此类方法大多是在照明光路里做光束调制的间接方法，光束经过整形元件、镜头等各种因素的限制，散斑的图样仍然能够保持比较稳定的图样结构，因此抑制散斑效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光投影装置和减弱激光散斑的方法，以解决现有技术中在照明光路里做光束调制以抑制散斑的效果不明显的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种激光投影装置，包括成像系统；成像器件、投影镜头、图像处理模块和角度调制单元；所述角度调制单元包括可运动的光学元件；所述光学元件的运动使得所述投影镜头投影在屏幕上的角度发生快速连续的改变；

所述图像处理模块对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理，以抵消连续移动带来的图像抖动，使得投影的图像清晰。

优选地，所述角度调制单元位于所述成像器件和投影镜头之间。

优选地，所述角度调制单元位于所述投影镜头和屏幕之间。

优选地，所述运动为平动或旋转运动。更优选的为旋转运动。

优选地，所述角度调制单元包括电机，所述电机带动光学镜片旋转运动。

优选地，所述光学元件为透镜、棱镜和楔镜中的一种或多种的组合。

优选地，所述光学元件的旋转轴与投影镜头垂直。

本发明在投影机的内部成像光路内设置一个可运动光学元件，光学元件可为透镜、棱镜和楔镜中的一种或者多种的组合，透过对光路的折射，实现投射影图像的连续移动；或者直接控制投影镜头运动，实现投射影图像的连续移动。从屏幕上的固定的任意一点来看，运动导致照射到屏幕的激光角度也是连续变化的，这些变化的光相对于屏幕都是来自不同角度的，而不同照射角度的光通过屏幕的散射，在人眼中形成不同的散斑图样，人眼的视觉具有暂留特性，在暂留期内图像是强度叠加的，因此高速连续变化的散斑图样将使散斑颗粒平滑化，从而降低观看时的散斑效应。本发明同时还设置了图像处理模块，将原始的图像进行与运动方向相反的位移处理，抵消图像移动带来的图像抖动，运动的画面效果的相互抵消，从而保证画面清晰。

本发明另一种实施方案提供一种激光投影装置，包括成像系统，所述成像系统包括可运动的投影镜头和图像处理模块；

所述投影镜头的运动使得所述投影镜头投影在屏幕上的角度发生快速连续的改变；

所述图像处理模块对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理，用以抵消图像移动带来的图像抖动。

本发明另一方面提供一种减弱激光散斑的方法；所述方法包括：控制投影镜头投影在屏幕上的角度发生快速连续的改变，抑制散斑效应；

对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理用以抵消连续移动带来的图像抖动。

本发明的一种实施方案中，在激光投影装置的成像光路中设置可运动的光学元件，使得投影的角度发生快速连续的改变。

本发明的另一种实施方案中，控制投影镜头运动，通过控制所述光学镜片运动，使得所述投影镜头投影在屏幕上的角度发生快速连续的改变。优选地，所述运动为平动或旋转运动，更优选地为旋转运动。

本发明是利用屏幕上不同方向的照明光束产生的散斑图样的非相关性，通过快速运动形成多个独立不相关的散斑图样，在人眼积分时间内这些散斑图样通过叠加，从而平均能够有效降低对比度，达到散斑抑制的目的。

本发明的有益效果如下：

本发明的激光投影装置和减弱激光散斑的方法，在成像光路中进行散斑抑制和图像处理，直接调制人眼观察的散斑图样，不受其他因素限制，与现有的在照明光路中加入运动的漫反射元件或者旋转匀光器件的方法比较，散斑抑制效果更为明显有效。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明一种优选实施例的激光投影装置示意图。

图2为本发明中信号处理过程示意图。

图3为本发明散斑场叠加示意图。

附图标记说明：200-成像系统、201-成像器件、202-角度调制单元、203-投影镜头。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本实施例提供一种减弱激光散斑的方法；所述方法包括：控制投影镜头投影在屏幕上的角度发生快速连续的改变，抑制散斑效应；对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理以抵消连续移动带来的图像抖动。

在具体实施过程中，参考图1，可以通过在投影机的内部成像光路内设置一个可运动光学元,202，光学元件202可为透镜、棱镜和楔镜中的一种或多种的组合，透过对光路的折射，实现投射影图像的连续移动；或者直接控制投影镜头运动，实现投射影的角度变化。参考图3，从屏幕上的固定的任意一点来看，运动导致照射到屏幕的激光角度也是连续变化的，这些变化的光相对于屏幕都是来自不同角度的，而不同照射角度的光通过屏幕的散射，在人眼中形成不同的散斑图样，人眼的视觉具有暂留特性，在暂留期内图像是强度叠加的，因此高速连续变化的散斑图样将使散斑颗粒平滑化，从而降低观看时的散斑效应。

变化的光束投影角度多样性经过屏幕散射后会在人眼内形成变化的散斑图样，由于人眼的积分效应，快速变化的散斑图样叠加将降低散斑对比度。投影角度变化将产生图像的平移，为保持图像稳定，参考图2，本发明同时还设置了图像处理模块，将原始的图像进行与连续移动反向的位移处理，抵消图像移动带来的图像抖动，运动的画面效果的相互抵消，从而保证画面清晰。

作为一种优选实施方案，所述运动为旋转运动或平移运动，规则的运动可以使得图像的移动比较明确，为顺时针或者逆时针；如此，在控制模块中预设图像移动的方向就比较容易，根据预设的图像移动方向即可生成与移动方向相反的图像信号。因此，旋转运动相较于振动等运动可以使方法更为简单。但是，当所述运动为其它运动形式时，例如振动，也可以实现本发明的目的，本发明对此不做限定。

本实施例中，所述图像处理模块可以通过在投影机的视频输入端接入一个视频处理板来实现，本领域技术人员还可以通过其它方式实现，本发明在此不在限制。

如图1所示，本实施例提供一种激光投影装置，包括成像系统200；所述成像系统包括成像器件201、投影镜头203、图像处理模块和位于所述成像元件201和投影镜头203之间的角度调制单元202；所述角度调制单元包括可旋转运动的光学元件202；所述光学元件旋转运动使得所述投影镜头投影在屏幕上的图像连续移动(角度改变)；所述图像处理模块对图像信号进行与所述连续移动反向的图像处理以抵消连续移动带来的图像抖动，参考图2。其中，图1中所示光学元件的运动为旋转运动，还可以为平动的运动，例如振动。本领域技术人员容易理解的，角度调制单元202还可以位于投影镜头203和屏幕之间。

具体应用中，所述角度调制单元包括电机(图1中未画出)，所述电机带动光学元件202旋转运动。进一步的，所述光学元件202可以为透镜、棱镜和楔镜中的一种或多种的组合。对于光学元件与投影镜头的设置，所述光学元件的旋转轴与投影镜头垂直也可以呈现一定倾斜角度设置。当所述光学元件为楔镜或者楔镜与其它光学元件的组合时，其旋转轴与光轴可以重合也可以不重合；当所述光学元件为透镜或棱镜时，其旋转轴与光轴不重合，以使旋转时能够使得对于屏幕上的一个点来说激光角度发生变化；当然，当透镜或棱镜上有不对称的散射纹路等时，其旋转轴与光轴也可以不重合。本发明另一种实施方案提供一种激光投影装置，包括成像系统，所述成像系统包括成像器件、投影镜头和图像处理模块；所述投影镜头可运动，使得所述投影镜头在屏幕上投影的角度发生快速连续的改变；所述图像处理模块生成与所述角度改变方向相反的图像信号，用以抵消图像移动带来的图像抖动。与上述在投影镜头和屏幕之间设置运动光学元件同样的原理，均为了实现投影的角度发生快速连续的改变，从屏幕上的固定的任意一点来看，运动导致照射到屏幕的激光角度也是连续变化的，这些变化的光相对于屏幕都是来自不同角度的，而不同照射角度的光通过屏幕的散射，在人眼中形成不同的散斑图样，人眼的视觉具有暂留特性，在暂留期内图像是强度叠加的，因此高速连续变化的散斑图样将使散斑颗粒平滑化，从而降低观看时的散斑效应。

以上实施例中所说的成像器件一般为LCD、DLP或者LCOS微显示器件等，本发明对此不做限定。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种激光投影装置，包括成像系统；其特征在于，所述成像系统包括成像器件、投影镜头、图像处理模块和角度调制单元；

所述角度调制单元包括可运动的光学元件；所述光学元件的运动使得所述投影镜头投影在屏幕上的投射角度改变；

所述图像处理模块对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度调制单元位于所述成像器件和投影镜头之间。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度调制单元位于所述投影镜头和屏幕之间。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动为旋转运动。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角度调制单元包括电机，所述电机带动光学镜片旋转运动。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光学镜片为透镜、棱镜和楔镜中的一种或多种的组合。

7.一种激光投影装置，包括成像系统；其特征在于，所述成像系统包括可运动的投影镜头和图像处理模块；

所述投影镜头的运动使得所述投影镜头投影在屏幕上的投射角度改变；

所述图像处理模块对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理。

8.一种减弱激光散斑的方法，其特征在于，所述方法包括：控制投影镜头投影在屏幕上的投射角度改变；

对图像信号进行与所述角度改变反向的图像处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在激光投影装置的成像光路中设置可运动的光学元件，通过控制所述光学元件运动，使得所述投影镜头在屏幕上的投射角度改变。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过控制投影镜头运动，使得所述投影镜头投影在屏幕上的投射角度改变。