CN111025827A - 一种激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统。本申请提供的激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统并非针对激光器进行调制，而是在激光传输路径上对激光进行高速的光强调制，这样一来，对激光器自身的性能要求大幅降低，相比于对激光器进行调制的方式而言，本申请中的方式更易于实现，且能够降低对系统中调制器件的要求及器件成本。

Description

一种激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统

技术领域

本申请涉及激光扫描显示技术领域，具体涉及一种激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统。

背景技术

现如今，激光扫描显示技术由于其高清晰度、高对比度、易实现大范围显示等特性，已成为显示行业的发展热点。

实际扫描显示时，在一帧的时间里，激光按照一定顺序在每个像素点的位置进行点亮，在像素点上形成光斑，激光的光斑以足够高的速度遍历每一像素点，人眼便无法察觉光斑的移动。期间，通过调制激光的输出光强大小可实现各像素点在显示时的灰阶，从而可形成相应的图像。但由于光斑运动速度不均匀，可能导致显示的图像产生一定程度的畸变，为了实现均匀的显示，各像素位置对应的激光点亮时长也进行变化，这就要求系统需要进行高速的光强调制。

现有技术中，为了实现高速的光强调制，可采用半导体激光器(Laser Diode，LD)作为光源，并进一步针对LD进行电流调制，直接实现输出光强的变化达到灰阶显示的目的。

然而，在输出功率较小时，LD可以达到很高的调制频率，而为了实现高流明的投影显示，通常激光器功率需要达到数瓦或数十瓦的级别，如此高的功率输出，尤其是在待显示图像灰度差异较大的工况下，要实现百兆赫兹级别的高速调制，对于LD本身来说要求十分苛刻，成本也因此而成几何级数上升。

发明内容

本申请的目的在于提供一种激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统，用来解决在激光扫描显示过程中对激光超高速调制的问题。

本申请实施例提供一种激光调制装置，其特征在于，包括：激光扩束单元、光调制单元及激光合束单元，其中，

所述激光扩束单元将输入的激光进行扩束，以增加所述激光的光束直径；

经所述激光扩束单元扩束后的激光输入至所述光调制单元，所述光调制单元将扩束后的激光分为多路激光分别进行光强调制，并输出至所述激光合束单元；

所述激光合束单元将经过调制的各分路激光合束为一路激光输出。

进一步地，所述光调制单元包括：调制信号发生器和空间光调制器，其中，

所述调制信号发生器接入所述空间光调制器的驱动端，并向所述空间光调制器输出调制信号；

所述空间光调制器上设置多条激光通路，将照射到所述空间光调制器上的扩束激光分为多路分路激光，并基于所述调至信号进行光强调制。

进一步地，所述空间光调制器的靶面上设置设定数量的光通道，使得照射到所述空间光调制器靶面上的扩束激光通过各光通道，形成对应数量的分路激光。

进一步地，所述靶面上设置的各所述光通道的直径相同。

进一步地，所述靶面上设置的部分或全部的所述光通道的直径不同。

进一步地，在所述空间光调制器的靶面上，设有基于有机发光二极管OLED的制备步骤所形成的驱动电路。

本申请实施例还提供一种激光光源，包括：激光器及前述的激光调制装置，其中，所述激光器产生激光并输出至所述激光调制装置，以使得所述激光调制装置对所述激光器输出的激光进行分路式光强调制。

本申请实施例另提供一种扫描显示装置，包括：激光器、前述的激光调制装置以及扫描器，其中，

所述激光器将激光输出至所述激光调制装置；

所述激光调制装置将所述激光器输出的激光扩束，对扩束的激光进行分路，再对分路的激光进行光强调制，并将调制后的激光合束输出至所述扫描器；

所述扫描器基于所述激光调制装置输出的调制后的激光进行扫描显示。

进一步地，所述扫描显示装置中还包括光纤准直器，所述光纤准直器将所述激光调制装置输出的合束激光耦合至光纤中传输，输出至所述扫描器。

本申请实施例另提供一种投影系统，至少包括：图像信号源、上述的扫描显示装置及投影介面，其中，

所述图像信号源将图像信号输出至所述扫描显示装置；

所述扫描显示装置基于所述图像信号进行激光扫描投影，并在所述投影介面上成像。

本申请提供的激光调制装置、激光光源、扫描显示装置及投影系统，并非针对激光器本身进行调制，而是在激光传输路径上对激光进行高速的光强调制，这样一来，对激光器自身的性能要求大幅降低，本申请中的调制方式更易于实现，且能够降低系统成本。

并且，通过空间光调制器对激光器发出的激光进行分路调制，特别是在空间光调制器靶面上光通道数量较多的情况下，能够降低对空间光调制器的调制频率的要求，同时还可降低对调制信号发生器自身功率、频率等性能的要求，进一步能够降低系统中的器件成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例提供的一种扫描显示装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的激光调制装置20的具体结构示意图；

图3是本申请实施例提供的光调制单元202的具体结构示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种扫描显示装置的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种激光光源的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种投影系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

传统的显示器件，对每个像素点的显示刷新速度要求较低(与帧频同步，一般在100Hz以下)，通过诸如液晶等常规光调制器便可实现。正如前述，相比传统显示器，在激光扫描显示的过程中，对激光的光强调制速度有了更高的要求，通常是几何级数的提升。

但支持如此高速调制频率的激光器(如上述的LD)本身的成本过高，且为了实现激光器高速调制频率，通常还需要针对激光器设置额外的调制电路，从而增加扫描显示装置的复杂性，显然，这样的方式会导致成本大幅度的上升。

为此，在本申请实施例中，提供一种扫描显示装置，如图1所示。该扫描显示装置包括：

激光器10，将激光输出至激光调制装置20中以进行调制。在本申请实施例中，激光器10可以为：原子激光器、离子激光器或半导体激光器等，为满足实际应用中大功率、方向性好、体积小、成本可控等特点，可以采用LD泵浦固体激光器(后续为便于描述，可简称为LD)。

在本申请部分或全部实施例中，可采用红(R)、绿(G)、蓝(B)中至少一种颜色的LD，或者是白光源LD(应理解，白色光源的激光可通过相应的光学器件分离为前述RGB三种单色激光)，当然，具体将根据实际应用的需要选择相应颜色的激光光源，这里并不进行具体限定。

激光调制装置20将激光器10输出的激光扩束，对扩束的激光进行分路，再对分路的激光进行光强调制，并将调制后的激光合束输出至扫描器30。

扫描器30基于激光调制装置20输出的调制后的激光进行扫描显示。

从上述如图1所示的系统结构可知，在本申请中，并非针对激光器进行调制，而是在激光传输路径上对激光进行高速的光强调制，这样一来，对激光器自身的性能要求大幅降低，相比于激光器，目前的调制装置更易实现高速调制。因此，本申请中的上述方式更易于实现，且能够有效降低系统成本。

进一步地，如图2所示，激光调制装置20可包括：激光扩束单元201、光调制单元202以及激光合束单元203。这里需要说明的是，图2中所示出的激光路径、分路数量等仅是一种示例，并不应理解为对本申请的限定。

其中，激光扩束单元201将激光器10输出的激光进行扩束，以增加激光光束的直径。在实际应用中，激光扩束单元201可以是具有扩束功能的光器件，如：激光扩束器等，当然，按照扩束原理的不同，可以选用基于棱镜扩束的光器件，也可以选用基于透镜扩束的光器件，具体将根据实际应用的需要所决定，在此并不进行具体限定。

经激光扩束单元201扩束后的激光输入至光调制单元202，光调制单元202将扩束后的激光分为多路激光分别进行光强调制，并输出至激光合束单元203。

激光合束单元203将经过调制的各分路激光合束为一路激光输出至扫描器30以进行扫描显示。本申请实施例中，激光合束单元203可以是具有聚焦功能的光器件，如：自聚焦透镜。

更进一步地，针对上述如图2所示的光调制单元202，其具体结构可如图3所示，即，光调制单元202进一步包括：调制信号发生器2021和空间光调制器2022。类似于图2，图3中所示出的激光路径、分路数量等同样仅是一种示例，也不应理解为对本申请的限定。

具体地，调制信号发生器2021接入空间光调制器2022的驱动端，并向所述空间光调制器2022输出调制信号，以驱动空间光调制器2022对激光进行光强调制。

这里所述的调制信号通常是指高频调制信号，以便实现高速的光强调制，其具体的信号类型可以包括方波、三角波、正/余弦波等电信号，这里并不具体限定。

空间光调制器2022自身上可设置多个光通道，这样一来，由激光扩束单元201扩束后的激光照射在空间光调制器2022上，便可从空间光调制器2022上设置的多个光通道中传输，形成多条分路激光。

一般性地，空间光调制器2022的数量为一个，而在空间光调制器2022上形成的光通道的数量通常为多个，一个光通道中传输一路分路激光。当然，具体的光通道数量通常将根据实际应用的需要所确定，这里并不进行限定。

这里需要说明的是，上述的光通道可开设在空间光调制器2022的各独立单元的受光表面(也可称为：靶面)上。具体而言，在靶面上，可以基于有机发光二极管(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)制备方法形成相应的驱动电路，在该驱动电路的基础上，可进一步产生光通道。换言之，在靶面上，通过OLED制备方法制作基层、阳极、有机层、导电层、发射层、阴极，由此制成的驱动电路中可形成光通道，这样一来，扩束后的激光照射在靶面上时，便可从各光通道中传播，各光通道可实现独立开启或闭合。

当然，有关OLED驱动电路的制备过程现已较为成熟，这里便不再过多赘述。

在一种可行的实施方式中，空间光调制器2022的数量为一个，且空间光调制器2022和调制信号发生器2021的数量是一一对应的，即，一个调制信号发生器2021用于控制一个空间光调制器2022上各个光通道的开启及闭合。

而在另一种可行的实施方式中，空间光调制器2022和调制信号发生器2021的数量并不是一一对应的，而是多个调制信号发生器2021共同控制同一个空间光调制器2022上的多个光通道的开启及闭合。

当然，上述提及的两种实施方式并不应理解为对本申请的限定。

通过上述方案，在实际显示时，需要针对不同的像素点扫描显示出相应的灰阶等级(如：0～255阶)。对于光调制单元而言，其中的空间光调制器受调制信号(这里可认为是脉冲信号)高低电平控制，如当为高电平时，激光可通过光通道出射；信号为低电平时，光无法从空间光调制器出射。在一个脉冲的时间内(高电平的持续时间)，假设从一个光通道出射的光通量在人眼的累计能量对应的灰阶为1(为了便于后续描述，可将一个脉冲时间内从一个光通道出射的光通量称为：光脉冲)，换言之，一个光脉冲所对应的单位灰阶为1。显然，1个脉冲时间内从一个光通道中通过的光通量，对应灰阶为1，那么，255个连续的脉冲时间内通过一个光通道的光通量(或者，一个脉冲时间内通过255个光通道的光通量)，则对应灰阶为255。

在此基础上，当在某个像素的调制时间t内，假设需要显示的灰阶为n，则只需要在t时间内，输出n个光脉冲，通过光脉冲能量的累计实现灰阶显示的区别。

基于此，作为本申请中的一种可行实施方式，空间光调制器的靶面上可设置255个光通道，各光通道的面积相同(此时，每一个光通道的面积大小为单位面积，这里的单位面积，可认为是在一个脉冲时间内通过的光通量对应的灰阶为1时所对应的面积)。

由此，调制信号发生器需要针对空间光调制器上的255路分路激光进行控制。以10纳秒(ns)的像素调制时间(对应100MHz等级的调制频率)、255灰阶显示为例，则脉冲调制频率最低应满足：100MHz*1＝100MHz(即同时有255个光通道出射激光)，而最高应满足：100MHz*255＝25.5GHz(即只有1个光通道出射激光)。也就是说，在该实施方式下，光调制器在工作时实际对应的调制频率为100MHz～25.5GHz。

可见，在该方式下，当光通道的数量较多时，甚至达到MHz级别，相比于单个光通道时的调制频率，调制频率可有效降低。

作为本申请实施例中的另一种实施方式，空间光调制器的靶面上也可开设面积不同的光通道。这里以二进制规律为例来设置光通道的面积，例如，共可设置8个光通道，各光通道面积的相对比例分别为1、2、4、8、16、32、64、128。应理解，在此情况下，假设在一个调制时间t内，对某一个像素点需要显示的灰阶为255，则可以在调制时间t内同时调制上述8个光通道所出射的激光，使一个脉冲时间内通过8个光通道的光通量总和在人眼的累计能量对应的灰阶总和达到255。在此过程中，在调制时间t内，面积为8的光通道中通过的激光所对应的灰阶为8；相类似地，面积为16的光通道中通过的激光所对应的灰阶为16。

而如果在一个调制时间t内，像素点需要显示其他非255的灰阶值，则可由这8个光通道进行组合调制而实现，这里便不再过多赘述。

应理解，上述按照二进制的方式设置光通道的面积仅是一种可行的方式，在实际应用中，还可以采用部分光通道面积相同，而另一部分光通道的面积不同的方式。具体还将根据实际应用的需要来确定，这里并不进行限定。

从上述实施方式可见，光通道面积的改变，也可以在一定程度上降低调制频率。

综上，采用本申请实施例中的上述方案，通过空间光调制器对激光器发出的激光进行分路调制，特别是在空间光调制器靶面上光通道数量较多的情况下，能够有效降低系统所需的调制频率，同时还可降低对调制信号发生器自身功率、频率等性能的要求，进一步能够降低系统中的器件成本。

这里需要说明的是，基于上述内容可实现本申请的目的，在实际应用时，为了能够进一步优化在扫描显示阶段的显示效果，可以在上述系统的基础上增设具有光束准直功能的光学器件。

具体如图4所示，作为本申请中的一种可行实施方式，在图3所示系统结构的基础上增设光纤准直器40。

具体地，光纤准直器40能够将激光合束单元203输出的合束激光转变为准直光(平行光)后耦合至光纤中传输，或将平行光(或近似平行光)耦合至光纤中传输。

对于本申请实施例中的激光调制装置而言，在实际应用中可作为独立的装置/组件应用于各类激光扫描显示的场景中，实现对激光的光强调制。

基于前述内容，本申请实施例中还提供一种激光光源50，如图5所示，包括：激光器501及激光调制装置502。

图中的激光器501和激光调制装置502的具体结构和功能均可参考前述内容，这里不再过多赘述。

需要说明的是，图5中所示的激光光源50可作为独立的器件应用在激光扫面显示场景或相应的激光系统中，该激光光源50有别于现有的激光器，其自带相应的光强调制装置，使其输出的激光满足实际的调制要求，而无需再设置额外的调制装置。当然，对于激光光源50的实际封装制程，这里不作具体限定。

此外，在本申请实施例中还提供一种投影系统60，如图6所示。其中至少包括：图像信号源601、扫描显示装置602、投影介面603。

其中的图像信号源601用于输出图像信号，具体可以是机顶盒、计算机、平板电脑、手机、U盘、移动硬盘等能够提供图像/视频数据的网络设备或存储介质。图像信号源601可向扫描显示装置602提供待扫描显示的图像信号。

扫描显示装置602的具体结构和功能可参考前述内容，一般性地，图像信号源601输出的图像信号可以输入至扫描显示装置602中的脉冲信号发生器上，进而由脉冲信号发生器控制光调制器对激光进行光强调制。扫描显示装置602将调制后的激光扫描至投影介面603进行成像显示(图6中在扫描显示装置和投影介面间的黑色实线及黑色虚线，代表从扫描显示装置中输出的激光进行扫描)。

投影介面603可以是实际场景中具有良好反射性的介质表面，如：墙壁、桌面、投影幕布或专门用于投影显示的屏幕等，这里并不具体限定。

在投影系统中，仍需要对激光进行光强调制，所述，使用本申请上述实施例中扫描显示装置，能够降低对激光器本身的调制频率要求，在保证良好投影显示效果的同时，也能够降低系统中器件的成本

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备和介质类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可，这里就不再一一赘述。

至此，已经对本主题的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。

当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种激光调制装置，其特征在于，包括：激光扩束单元、光调制单元及激光合束单元，其中，

所述激光扩束单元将输入的激光进行扩束，以增加所述激光的光束直径；

经所述激光扩束单元扩束后的激光输入至所述光调制单元，所述光调制单元将扩束后的激光分为多路激光分别进行光强调制，并输出至所述激光合束单元；

所述激光合束单元将经过调制的各分路激光合束为一路激光输出。

2.如权利要求1所述的激光调制装置，其特征在于，所述光调制单元包括：调制信号发生器和空间光调制器，其中，

所述调制信号发生器接入所述空间光调制器的驱动端，并向所述空间光调制器输出调制信号；

所述空间光调制器上设置多条激光通路，将照射到所述空间光调制器上的扩束激光分为多路分路激光，并基于所述调至信号进行光强调制。

3.如权利要求2所述的激光调制装置，其特征在于，所述空间光调制器的靶面上设置设定数量的光通道，使得照射到所述空间光调制器靶面上的扩束激光通过各光通道，形成对应数量的分路激光。

4.如权利要求3所述的激光调制装置，其特征在于，所述靶面上设置的各所述光通道的直径相同。

5.如权利要求3所述的激光调制装置，其特征在于，所述靶面上设置的部分或全部的所述光通道的直径不同。

6.如权利要求1～5中任一所述的激光调制装置，其特征在于，在所述空间光调制器的靶面上，设有基于有机发光二极管OLED的制备步骤所形成的驱动电路。

7.一种激光光源，其特征在于，包括：激光器及前述权利要求1-5中任一权项所述的激光调制装置，其中，所述激光器产生激光并输出至所述激光调制装置，以使得所述激光调制装置对所述激光器输出的激光进行分路式光强调制。

8.一种扫描显示装置，其特征在于，包括：激光器、扫描器以及前述权利要求1-6中任一权项所述的激光调制装置，其中，

所述激光器将激光输出至所述激光调制装置；

所述激光调制装置将所述激光器输出的激光扩束，对扩束的激光进行分路，再对分路的激光进行光强调制，并将调制后的激光合束输出至所述扫描器；

所述扫描器基于所述激光调制装置输出的调制后的激光进行扫描显示。

9.如权利要求8所述的扫描显示装置，其特征在于，所述扫描显示装置中还包括光纤准直器，所述光纤准直器将所述激光调制装置输出的合束激光耦合至光纤中传输，输出至所述扫描器。

10.一种投影系统，其特征在于，至少包括：图像信号源、如权利要求8所述的扫描显示装置及投影介面，其中，

所述图像信号源将图像信号输出至所述扫描显示装置；

所述扫描显示装置基于所述图像信号进行激光扫描投影，并在所述投影介面上成像。

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