CN109375382A - 用于激光投影显示的动态消散斑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光投影显示技术领域，公开了一种用于激光投影显示的动态消散斑装置，用以提升消散斑效果。本发明包括棱镜和驱动部件；所述棱镜包含第一扩散面、第二扩散面和反射面三个工作面，激光束从第一扩散面入射，在反射面产生反射，最后从第二扩散面出射；所述驱动部件用于驱动所述棱镜按照预设轨迹周期振动，动态消散斑装置在振动过程中，两个扩散面分别产生不同的空间振动轨迹，使激光束的相位相干性得到极大降低，达到较佳的消散斑效果。本发明适用于激光投影机。

Description

用于激光投影显示的动态消散斑装置

技术领域

本发明涉及激光投影显示技术领域，特别涉及用于激光投影显示的动态消散斑装置。

背景技术

随着激光显示技术的发展，激光显示产品已广泛应用于家用、教育等领域，但是激光的高相干性引起了激光投影显示中的散斑效应，散斑是指相干光源照射粗糙物体时，散射后的光由于相位差恒定，光波频率相同，振动方向一致，在空间中产生干涉，有些部分干涉相长，有的部分干涉相消，最终的结果就是在屏幕上出现明暗相间的斑点，也即散斑，这些未聚焦的斑点在人眼看来是闪烁的，长时间观看容易引起不适，更严重影响投影画面的质量，降低用户的观看体验。

现有的激光投影显示技术中，广泛采用蓝色激光激发荧光粉方案，其光源部分采用的消散斑方案为：动态的旋转扩散轮与静态扩散片组合消散斑，由于只需要对蓝光进行消散斑处理，这种方案可以达到较好的消散斑效果。但是在三色激光显示技术中，此方案对红光和绿光的消散斑效果不够理想，仍需进一步优化光路中的消散斑装置，以达到较佳的观看效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于激光投影显示的动态消散斑装置，用以提升消散斑效果。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

用于激光投影显示的动态消散斑装置，包括棱镜和驱动部件；所述棱镜包含第一扩散面、第二扩散面和反射面三个工作面，激光束从第一扩散面入射，在反射面产生反射，最后从第二扩散面出射；

所述驱动部件用于驱动所述棱镜按照预设轨迹周期振动。

进一步的，所述棱镜可以为三棱镜、四棱镜等具有三个以上工作面的棱镜。

进一步的，为了实现激光光束垂直转向，以便设计激光投影显示整体结构，所述三棱镜可以为等腰直角三棱镜。

进一步的，为了保证光效，所述反射面可以为全反射面。全反射角为θ，所述第一扩散面的光束发散半角为α，为保证满足全反射条件，需满足α＜45°-θ。

进一步的，所述棱镜的材质可以为玻璃或晶体。

进一步的，所述棱镜的振动方式包括以下的一种或者多种：

所述棱镜在平行于反射面的平面内振动，此时，激光束相对于第一扩散面和第二扩散面在沿光轴和垂直光轴两个方向同时振动；

所述棱镜在平行于第一扩散面的平面内振动，此时，第二扩散面相对于激光束在沿光轴和垂直光轴两个空间方向同时振动。

所述棱镜在平行于第二扩散面的平面内振动，此时，第一扩散面相对于激光束在沿光轴和垂直光轴两个方向同时振动；

所述棱镜在空间中以反射面中心点为轴，以一定角度反复偏转摆动，此时，激光束在棱镜的第一扩散面和第二扩散面来回扫描运动。

进一步的，本发明还可以包括第一扩散部件和第二扩散部件，第一扩散部件、第二扩散部件分别设置在第一扩散面、第二扩散面的表面。这里增加使用了两个扩散部件，优点在于很容易通过更换扩散部件来改变扩散角度，以达到不同的消散斑效果。

进一步的，所述第一扩散部件或者第二扩散部件与棱镜之间存在0-5mm间隙；特殊的，当间隙为0时，即所述第一扩散部件或者第二扩散部件与棱镜紧邻设置。

进一步的，第一扩散部件和第二扩散部件同时为振动部件，或者其中一个为振动部件，另一个为静态部件；所述振动部件在振动时，跟随所述棱镜的对应工作面振动。

用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，包括驱动部件和振动模块，所述振动模块包括反射镜、第一扩散部件和第二扩散部件，激光束从第一扩散部件入射，在反射镜产生反射，最后从第二扩散部件出射；

所述驱动部件用于驱动所述振动模按照预设轨迹周期振动。

进一步的，所述振动模块的振动包括以下的一种或者多种：

平行于反射面的平面内振动；

平行于第一扩散面的平面内振动；

平行于第二扩散面的平面内振动；

以反射镜的镜面的中心点为轴，以一定角度反复偏转摆动。

本发明的有益效果是：本发明利用棱镜的反射特性，通过驱动部件使得棱镜振动，棱镜的两个扩散面分别产生不同的空间振动轨迹，使激光束的相位相干性得到极大降低，达到较佳的消散斑效果。

附图说明

图1为本发明实施例一中激光投影显示系统示意图；

图2为本发明实施例一中动态消散斑装置示意图；

图3为本发明实施例一光束散射示意图；

图4为本发明实施例一动态消散斑装置振动方式一；

图5为本发明实施例一动态消散斑装置振动方式二；

图6为本发明实施例一动态消散斑装置振动方式三；

图7为本发明实施例一动态消散斑装置振动方式四；

图8为本发明实施例二中激光投影显示系统示意图；

图9为本发明实施例三中激光投影显示系统示意图。

图中编号：10为激光光源模组，20为动态消散斑装置，30为聚光透镜，40为光棒，201为驱动部件，202为棱镜，203为第一扩散部件,204为第一扩散部件，205为反射镜，A为第一扩散面，B为第二扩散面，C为反射面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

实施例一

如图1所示，在本实施例中，提供一种激光投影显示系统，包括激光光源模组10，动态消散斑装置20，聚光透镜30，光棒40；所述动态消散斑装置20包括驱动部件201和棱镜202。

如图2所示，所述棱镜202为等腰直角棱镜，包括第一扩散面A为入光面，反射面B为全反射面，第二扩散面C为出光面，优选的第一扩散面和第二扩散面的散射方式均为高斯散射。

进一步地，驱动部件201为振动控制器，驱动部件201带动棱镜202按照预设的轨迹周期振动。

如图3所示，激光束垂直入射棱镜202的A面o点，在A面漫散射作用下激光束扩散为角度为2α的发散光束，发散光束上下边缘光线分别入射到B面的p、q两点。对于本领域的技术人员显而易见，上边缘光线的入射角肯定大于临界角θ而产生全反射；下边缘光线入射到B面q点，入射角为β，由几何关系可知α+β＝45°，即β＝45°-α；为保证满足全反射条件，则入射角β大于临界角θ，即45°-α＞θ，得出扩散半角α＜45°-θ。本实施例中以棱镜材料K9为例计算扩散半角α，K9玻璃的折射率为1.5168，计算临界角θ＝41.25°，则扩散半角α＜45°-41.25°＝3.75°，因此第一扩散面A的光束发散半角为0°-3.75°之间。

激光束全反射后入射到第二扩散面并出射，第二扩散面的散射角范围可根据消散斑需要设定，但为保证系统收光效率，一般散射半角设置在0°-5°之间。

如图4所示，优选棱镜202在反射面B或平行于B面的平面内水平振动，激光束垂直入射A面，为方便描述，以散射后扩散角接近0°光线为例说明本实施例。

当棱镜按图示箭头方向位移L时，则通过几何计算可知，在B面内，光线相对于第一扩散面A在x、y方向均位移相当于第一扩散面相对于激光束在x轴空间和y轴空间同时振动，激光束相位在空间和时间上随机改变概率得到极大提升，减弱激光相干性；同理，在第二扩散面B内，光线相对于第二扩散面在x、y方向也位移相当于第二扩散面也在x轴空间和y轴空间同时振动，激光束相位在空间和时间上随机改变概率再次得到极大提升，进一步减弱激光相干性；通过设置一定的振动轨迹，使用一个动态消散斑装置在不同空间方向同时振动，可达到较佳的消散斑效果。

如图5所示，棱镜202在第一扩散面内或平行于第一扩散面水平振动，激光束垂直入射，为方便对本实施例的描述，以散射后扩散角接近0°光线为例说明。当棱镜按图示箭头方向沿y轴位移L时，振动前后激光束与反射面的交点分别为s、s′点，根据几何计算可知，ss′＝L，即反射激光束相对第二扩散面在沿x轴方向位移L。第一扩散面相对入射激光束在沿y轴方向水平振动，激光束相位在空间上随机改变，减弱了激光相干性；第二扩散面相对于激光束在y方向和x方向均位移L，即相当于第二扩散面在x方向和y方向同时振动；激光束的相位在空间相干性和时间相干性上的随机改变概率进一步加大，进一步减弱激光相干性。

如图6所示，棱镜202在第二扩散面内或平行于第二扩散面水平振动，在此平面内的振动与上述第一扩散面振动原理相同，实现方式类似，达到的消散斑效果也基本一致，本专业领域技术人员很容易理解，在此不再赘述。

如图7所示，棱镜202在以反射面中心点s为轴，在小角度范围内沿顺时针和逆时针方向往返偏转摆动，为方便对本实施例的描述，以散射后扩散角接近0°光线为例说明。当旋转角度为0时，即激光束垂直入射，激光束分别与第一扩散面、第二扩散面和反射面相交于o点、s点和t点，当驱动器201驱动棱镜202顺时针旋转φ角时，激光束分别与第一扩散面、第二扩散面和反射面相交于o′点、s′点，t′点；在此摆动过程中，激光束在第一扩散面扫过的轨迹为oo′，激光入射角在0-φ之间变化，激光束在第二扩散面扫过的轨迹为tt′，激光出射角在0-2φ之间变化。

对本领域技术人员显而易见，棱镜也可以逆时针旋转，其原理与技术方案与上述顺时针摆动方式类似，摆动方向相反。

在振动过程中，激光束在第一扩散面和第二扩散面的位置和角度不断变化，激光束的相位在空间相干性上的随机改变概率加大，减弱了激光相干性，达到较佳的消散斑效果。

需要说明的是，上述几个举例说明仅仅是本实施例的几种振动消散斑方式，如图2所示，以A面、B面和C面为参考面，本实施例还存在以下振动方式：

一种是，棱镜202在振动轨迹面内沿竖直方向振动

另一种是，棱镜202在振动轨迹面内沿竖直方向和水平方向同时振动，在此技术方案中，振动轨迹可以合成直线、圆、椭圆或其它任意曲线。

实施例二

如图8所示，本发明实施例二中提供一种激光投影显示系统，包括激光光源模组10，动态消散斑装置20，聚光透镜30，光棒40；所述动态消散斑装置20包括驱动部件201，棱镜202，第一扩散部件203和第二扩散部件204；第一扩散部件203设置在棱镜202的A面位置，第二扩散部件204设置在棱镜202的B面位置。

进一步地，所述驱动部件201为振动控制器；所述棱镜202为等腰直角棱镜，所有面均为平面；所述第一扩散部件203和第二扩散部件204为扩散片，单面或双面漫散射。

进一步地，本实施例中第一扩散部件203、第二扩散部件204与棱镜202紧贴放置，或者二者之间存在一个0-5mm间隙。

进一步地，第一扩散部件203与第二扩散部件204通过结构件组合成扩散组件；所述扩散组件与棱镜202同时振动，或者其中一个为振动部件，另一个为静态部件。

本实施例中的技术方案与本发明实施例一中类似，区别之处在于本实施例中棱镜202各个面为平面，第一扩散部件203代替棱镜202中的第一扩散面，第二扩散部件204代替棱镜202中的第二扩散面；本实施例中增加使用了两个扩散部件，优点在于很容易通过更换扩散部件来改变扩散角度，以达到不同的消散斑效果。

本实施例中的动态消散斑装置20的振动方式与实施例一中相同，能实现的等效的消散斑效果。

实施例三

如图9所示，本发明实施例三中提供一种激光投影显示系统，包括激光光源模组10，动态消散斑装置20，聚光透镜30，光棒40；所述动态消散斑装置20包括驱动部件201，反射镜205，第一扩散部件203和第二扩散部件204；

进一步地，所述反射镜205与入射激光束成45°角，可以为平面反射镜或曲面反射镜；第一扩散部件203垂直于入射光放置，第二扩散部件204垂直于出射光束放置，即第一扩散部件203与第二扩散部件204垂直放置。

所述第一扩散部件203与第二扩散部件204均为扩散片，二者通过结构件组合成扩散组件；所述扩散组件与反射镜205同时振动，或者其中一个为振动部件，另一个为静态部件。

本实施例中的技术方案与本发明实施例一中类似，区别之处在于本实施例中使用反射镜205替代棱镜202反光，第一扩散部件203代替实施例一中棱镜202的第一扩散面，第二扩散部件204代替实施例一中棱镜202的第二扩散面；本实施例中增加使用了两个扩散部件和反射镜替代实施例一中棱镜202，优点在于可降低动态消散斑装置20的重量，易于驱动控制。

本实施例中的动态消散斑装置20的振动方式与实施例一中相同，能实现的等效的消散斑效果。

以上所述为本发明动态消散斑装置的具体实施方式，本专利所述的消散斑并非完全的消除激光散斑，而是使得激光散斑的的对比度下降到能够满足产品应用要求的具体范围内。

Claims (10)

1.用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，包括棱镜和驱动部件；所述棱镜包含第一扩散面、第二扩散面和反射面三个工作面；激光束从第一扩散面入射，在反射面产生反射，最后从第二扩散面出射；

所述驱动部件用于驱动所述棱镜按照预设轨迹周期振动。

2.如权利要求1所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，所述棱镜为三棱镜。

3.如权利要求2所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，所述三棱镜为等腰直角三棱镜。

4.如权利要求3所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，所述反射面为全反射面，全反射角为θ，所述第一扩散面的光束发散半角为α，且需满足α＜45°-θ。

5.如权利要求3所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，所述棱镜的振动包括以下的一种或者多种：

平行于反射面的平面内振动；

平行于第一扩散面的平面内振动；

平行于第二扩散面的平面内振动；

以反射面中心点为轴，以一定角度反复偏转摆动。

6.如权利要求1所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，还包括第一扩散部件和第二扩散部件，第一扩散部件、第二扩散部件分别设置在第一扩散面、第二扩散面的表面。

7.如权利要求6所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，所述第一扩散部件或者第二扩散部件与棱镜之间存在0-5mm间隙。

8.如权利要求6所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，第一扩散部件和第二扩散部件同时为振动部件，或者其中一个为振动部件，另一个为静态部件；所述振动部件在振动时，跟随所述棱镜的对应工作面振动。

9.用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，包括驱动部件和振动模块，所述振动模块包括反射镜、第一扩散部件和第二扩散部件，激光束从第一扩散部件入射，在反射镜产生反射，最后从第二扩散部件出射；

所述驱动部件用于驱动所述振动模按照预设轨迹周期振动。

10.如权利要求9所述的用于激光投影显示的动态消散斑装置，其特征在于，所述振动模块的振动包括以下的一种或者多种：

平行于反射面的平面内振动；

平行于第一扩散面的平面内振动；

平行于第二扩散面的平面内振动；

以反射镜的镜面的中心点为轴，以一定角度反复偏转摆动。