CN111025828B - 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，且能够有效降低系统成本。并且，通过对激光器发出的激光进行分路，使得对每一分路的光调制器的调制频率要求降低，进一步能够降低系统中的器件成本。

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，并进一步通过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，包括：激光分路单元、至少两个光调制单元及激光耦合单元，其中，

所述激光分路单元将输入的激光进行分路，得到设定数量的分路激光；

每一所述光调制单元对被所述激光分路单元分出的其中一路所述分路激光进行光强调制；

所述激光耦合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：脉冲信号发生器和光调制器，其中，

所述脉冲信号发生器连接至所述光调制器的驱动端，并向所述光调制器输出脉冲信号；

所述光调制器接收所述脉冲信号，并基于所述脉冲信号对分路激光进行光强调制。

进一步地，所述分路激光的数量为至少两路，且所述光调制单元与所述分路激光一一对应。

进一步地，所述脉冲信号发生器与所述光调制器的数量相同，任一所述脉冲信号发生器唯一连接一个所述光调制器，以驱动所述光调制器。

进一步地，所述脉冲信号发生器与所述光调制器的数量不同，任一所述脉冲信号发生器与至少一个所述光调制器连接，以驱动一个或多个所述光调制器。

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调制装置；

所述调制装置针对由所述激光器输出的激光进行分路，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调制装置输出的调制后的激光进行扫描显示。

进一步地，在所述扫描显示装置中，激光通过光纤传播。

进一步地，所述激光分路单元由第一光纤耦合器构成，所述第一光纤耦合器将所述激光器输出的激光分为多路，并分别输出至对应的所述光调制器；

所述激光耦合单元由第二光纤耦合器构成，所述第二光纤耦合器将调制后的各分路激光耦合在一路光纤中，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、如上 所述的扫描显示装置、投影介面，其中，

所述图像信号源将图像信号输出至所述激光扫描显示装置；

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，且能够有效降低系统成本。

并且，在调制过程中，通过对激光器发出的激光进行分路，使得对每一分路的光调制器的调制频率要求降低，一般性地，每一分路激光的调制频率与激光的分路数量成反比。显然，调制频率的降低，对于调制单元中脉冲信号发生器及调制器而言，既能够降低脉冲信号发生器所发出的脉冲信号频率，也能够降低对光调制器自身功率、频率等性能的要求，进一步能够降低器件成本。

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，在激光扫面显示的过程中，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对由激光器10输出的激光进行分路，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。

扫描装置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所示的装置结构可知，在本申请实施例中，并非针对激光器本身进行调制，而是在激光传输路径上通过相应的激光调制装置实现对激光的光强调制。

进一步地，如图2所示，激光调制装置20可包括：激光分路单元201、至少两个光调制单元202以及激光耦合单元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，激光分路单元201将激光器10输出的激光进行分路，得到设定数量的分路激光。在实际应用中，可以通过调节激光分路单元201来控制激光的分路数量，分路数量可以是分路前光路数量的整数倍，当然，激光的分路数量往往由实际应用的需要所决定，故在此并不进行具体限定。

每一光调制单元202针对被激光分路单元201分出的其中一路分路激光进行调制。

激光耦合单元203将经过调制的各分路激光耦合为一路激光输出至扫描装置30以进行扫描显示。

在部分实施例中，光调制单元202的数量少于激光分路的数量，也就是说，只有部分分路激光分别输入至各光调制单元202进行光强调制，而剩余的另一部分分路激光不参与光强调制。当然，这里并不应理解为对本申请的限定。

而一般性地，在本申请实施例中，光调制单元202的数量至少为两个，在实际应用中，其数量可与激光的分路数量相对应。一般性地，一个光调制器2022 用于对一条分路激光进行调制(即，光调制单元与分路激光一一对应)。

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：脉冲信号发生器2021和光调制器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，脉冲信号发生器2021接入光调制器2022的驱动端，并向所述光调制器2022输出脉冲信号，以驱动光调制器2022对激光进行光强调制。

一般性地，这里所述的脉冲信号通常是指高频脉冲信号(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，这里并不具体限定。

光调制器2022在接受脉冲信号控制的基础上，可以针对分路激光进行高频的光强调制。在本申请实施例中，光调制器2022可为声光调制器、电光调制器或磁光调制器等，而不同类型的光调制器具有不同的特点，其中，声光调制器可大幅提高消光比，提高信噪比，减小脉冲串的失真；电光调制器则可大幅提升调制带宽及响应速度；磁光调制器所需功率低、调制电压低并且受外界温度影响小。

当然，具体选用何种光调制器将取决于实际应用的需要，这里不作具体限定。

在一种可行的实施方式中，光调制器2022和脉冲信号发生器2021的数量是一一对应的，即，一个脉冲信号发生器2021用于驱动一个光调制器2022。

而在另一种可行的实施方式中，光调制器2022和脉冲信号发生器2021的数量并不是一一对应的，而是一个脉冲信号发生器2021可以驱动两个或多个光调制器2022。

上述两种实施方式均可应用在实际场景中，并且在一套扫描显示装置中，两种实施方式还可以组合实施，也即，对于系统中一些光调制器，设置一一对应的脉冲信号发生器进行驱动；而针对系统中另一些光调制器，可采用一个脉冲信号发生器驱动多个光调制器的方式进行配置。应理解，至于实际场景中具体采用何种方式，将根据实际应用的需要来决定，这里并不进行限定。

通过上述方案，能够降低光强调制时所需的调制频率，下面详细说明其原理：

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度等级(如： 0～255阶)。对于光调制单元而言，其中的光调制器受脉冲信号高低电平控制，如当为高电平时，光调制器打开，激光经光调制器调制后出射；信号为低电平时，光调制器关闭，此时光无法从光调制器出射。在一个脉冲的时间内(高电平的持续时间)，出射的光通量在人眼的累计能量对应的灰度值为1(为了便于后续描述，可将一个脉冲时间内出射的光通量称为：光脉冲)，换言之，一个光脉冲所对应的单位灰度值为1。显然，1个脉冲时间内通过的光通量，对应一级灰阶，那么，255个连续的脉冲时间内通过的光通量，则对应255级灰阶。

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。

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，则脉冲调制频率应满足：100MHz*255＝25.5GHz。也就是说，光调制器的调制频率至少需要达到25.5GHz的调制频率才可实现255灰阶显示。应理解，该示例中25.5GHz的调制频率是上限值，而其下限值对应灰阶为 1，此时光调制器的调制频率为：100MHz*1＝100MHz。因此，本示例中，光调制器在工作时，实际对应的调制频率为100MHz～25.5GHz。

基于上述内容，在实际应用中，25.5GHz的调制频率对光调制器的要求仍然较高，那么，结合本申请上述实施例中所述的方法，将激光进行分路调制，便可以有效降低光调制器的调制频率带宽。

具体地，假设针对某一个像素点，在其调制时间t内，需要显示的灰阶为 10，按照上述内容可知，若仅是一路激光，则t时间内经过光调制器2022的光脉冲为10个。但如果系统中的激光分为两路(可参考图3)，那么，对于每一路的光调制器2022而言，只需要在t时间内出射5个光脉冲，从而经过激光耦合单元203后，合束激光内包含10个光脉冲，同样可实现在t时间内该像素点的灰阶为10。

由此可知，如果分路激光的数量为两路，那么，可认为相对于一路激光的情况，每一分路激光的光调制器的调制频率均降低了二分之一。沿用前述示例：在一路激光的情况下，光调制器对应的调制频率带宽为100MHz～25.5GHz，而如果在两路激光的情况下，每一路光调制器对应的调制频率带宽为 50MHz～12.25GHz。

也就是说，光调制器的调制频率与激光的分路数量成反比。可认为，在显示任一灰阶时，任一所述分路激光对应的调制频率为：只以一路激光进行扫描显示时的调制频率与总分路数量之比。

综上，采用本申请实施例中的上述方案，通过对激光器发出的激光进行分路，使得对每一分路激光的调制频率均有效降低，一般性地，每一分路激光的调制频率与激光的分路数量成反比。显然，调制频率的降低，对于调制单元中脉冲信号发生器及调制器而言，既能够降低脉冲信号发生器所发出的脉冲信号频率，也能够降低对光调制器自身功率、频率等性能的要求，进一步能够降低系统中的器件成本。

作为本申请中的一种可行实施方式，在上述扫描显示装置中还可采用光纤传输，具体如图4所示。

从图4中可见，该扫描显示装置中包括：激光器40、激光调制装置50及扫描装置60。其中，

激光器40输入激光并通过光纤传输至激光调制装置50中，有关激光器40 的具体构成或激光类型等，可参考前述内容，这里不再过多赘述。

激光调制装置50中进一步包括：第一光纤耦合器501、脉冲信号发生器 502、光调制器503及第二光纤耦合器504。其中，

第一光纤耦合器501通过光纤接收由激光器40发出的激光，并将激光分路，得到设定数量的分路激光，并通过光纤将各分路激光传输至光调制器503。这里应理解，分路激光的数量通常与第一光纤耦合器501自身的结构相关，例如：对于1×2的光纤耦合器而言，可以将一路激光分为两路；而对于1×N的光纤耦合器而言，可以将一路激光分为多路。当然，这里并不应理解为对本申请的限定。

类似地，第二光纤耦合器504将通过光纤将调制后的各分路激光合束为一路激光，并输出至扫描装置60。

而对于脉冲信号发生器502及光调制器503，则可参考前述的内容，这里不再过多赘述。

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60，如图5所示，包括：激光器601及激光调制装置602。

图中的激光器601和激光调制装置602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60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60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60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70，如图6所示。其中至少包括：图像信号源701、扫描显示装置702、投影介面703。

其中的图像信号源701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701可向扫描显示装置702提供待扫描显示的图像信号。

扫描显示装置702的具体结构和功能可参考前述内容，一般性地，图像信号源701输出的图像信号可以输入至扫描显示装置702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 702将调至后的激光扫描至投影介面703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703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 (9)

1.一种激光调制装置，其特征在于，包括：激光分路单元、至少两个光调制单元及激光耦合单元，每一所述光调制单元包括：脉冲信号发生器和光调制器，所述脉冲信号发生器连接至所述光调制器的驱动端，其中，

所述激光分路单元将输入的激光进行分路，得到设定数量的分路激光；

所述脉冲信号发生器向所述光调制器输出脉冲信号，以使所述光调制器接收所述脉冲信号，并基于所述脉冲信号对所述激光分路单元分出的其中一路所述分路激光进行光强调制；

所述激光耦合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，所述分路激光的数量为至少两路，且所述光调制单元与所述分路激光一一对应。

3.如权利要求2所述的激光调制装置，其特征在于，所述脉冲信号发生器与所述光调制器的数量相同，任一所述脉冲信号发生器唯一连接一个所述光调制器，以驱动所述光调制器。

4.如权利要求2所述的激光调制装置，其特征在于，所述脉冲信号发生器与所述光调制器的数量不同，任一所述脉冲信号发生器与至少一个所述光调制器连接，以驱动一个或多个所述光调制器。

5.一种激光光源，其特征在于，包括：激光器及前述权利要求1-4中任一权项所述的调制装置，其中，所述激光器产生激光并输出至所述调制装置，以使得所述调制装置对所述激光器输出的激光进行分路式光强调制。

6.一种扫描显示装置，其特征在于，包括：激光器、扫描器以及前述权利要求1-4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调制装置；

所述激光调制装置对由所述激光器输出的激光进行分路，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。

7.如权利要求6所述的扫描显示装置，其特征在于，在所述扫描显示装置中，激光通过光纤传播。

8.如权利要求7所述的扫描显示装置，其特征在于，所述激光分路单元由第一光纤耦合器构成，所述第一光纤耦合器将所述激光器输出的激光分为多路，并分别输出至对应的所述光调制器；

所述激光耦合单元由第二光纤耦合器构成，所述第二光纤耦合器将调制后的各分路激光耦合在一路光纤中，输出至所述扫描器。

9.一种投影系统，其特征在于，至少包括：图像信号源、如权利要求6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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