CN111158202B - 一种激光消散斑装置及激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光消散斑装置及激光投影设备，该装置包括：第一电光晶体、第二电光晶体；激光器发出的激光入射到第一电光晶体，经第一电光晶体透射后入射到第二电光晶体，并在所述第二电光晶体内透射后从所述第二电光晶体的出光口出射；第一电光晶体与第二电光晶体的生长方向分别与入射于第一电光晶体的激光光束的入射方向垂直，且第一电光晶体与第二电光晶体的生长方向垂直；第一电光晶体和第二电光晶体分别受控于电压信号，且施加于第一电光晶体和第二电光晶体上的电压随时间改变，使得第一电光晶体和第二电光晶体的折射率随时间改变。

Description

一种激光消散斑装置及激光投影设备

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种激光消散斑装置及激光投影设备。

背景技术

近年来，投影显示技术的发展非常迅速，人们对显示的要求也日益提高，高亮度、颜色的高饱和度，宽领域显示已经成为显示的基本要求。激光作为下一代投影显示的潜在光源，与普通光源相比有着不同的特性，例如激光相比于普通光源具有单色性好、方向性好、亮度高等特点。

激光是高相干光源，在激光投影显示过程中会产生非常严重的散射现象从而形成激光散斑，激光散斑严重影响了激光投影显示的质量。现有技术中，通过多幅独立非相关的散斑图像的动态叠加实现激光散斑的抑制。

由于多幅独立非相关的散斑图像由机械振动散射体产生，故该技术对机械振动的依赖增加了激光投影显示系统的损耗，并且结构复杂。此外，由于普通散射介质对光的散射杂乱无章，薄散射介质存在出射光场中央亮边缘暗的问题，而厚散介质光损过大，因此需要依赖特殊设计的匀光元件对经过散射介质的光进行均匀化，且抑制激光散斑的效果依赖匀光元件的设计。

发明内容

本申请实施例提供一种激光消散斑装置及激光投影设备，通过双电光晶体的结合，达到消散斑的效果。

第一方面，提供一种激光消散斑装置，包括：第一电光晶体、第二电光晶体；激光器发出的激光入射到所述第一电光晶体，经所述第一电光晶体透射后入射到所述第二电光晶体，并在所述第二电光晶体内透射后从所述第二电光晶体的出光口出射；所述第一电光晶体与所述第二电光晶体的生长方向分别与入射于所述第一电光晶体的激光光束的入射方向垂直，且所述第一电光晶体与所述第二电光晶体的生长方向垂直；所述第一电光晶体和所述第二电光晶体分别受控于电压信号，且施加于所述第一电光晶体和所述第二电光晶体上的电压随时间改变，使得所述第一电光晶体和所述第二电光晶体的折射率随时间改变。

可选地，施加于所述第一电光晶体和/或所述第二电光晶体上的电压随时间随机或随预先设定规律改变，使得通过所述第一电光晶体和所述第二电光晶体透射的激光的折射率随时间随机或随预先设定规律改变。

可选地，在所述第一电光晶体与所述第二电光晶体之间还设置有第一相位片，使得所述激光光束的偏振方向与所述第二电光晶体的生长方向垂直或近似垂直。

可选地，所述激光器发射的激光为线偏振激光或具有一定偏振度的激光，在所述激光器与所述第一电光晶体之间还设置有第二相位片，使得所述激光光束的偏振方向与所述第一电光晶体的生长方向垂直或近似垂直。

可选地，所述第一电光晶体和/或所述第二电光晶体为钽铌酸钾晶体。

第二方面，提供一种激光投影设备，包括：激光器、光调制装置、镜头以及如第一方面中所述的激光消散斑装置；所述激光器发出的激光光束经所述激光消散斑装置后为所述光调制装置提供照明，所述光调制装置对激光光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投影至投影介质形成投影画面。

可选地，所述激光消散斑装置之后还设置有漫射元件；所述漫射元件的入射面具有高低起伏、大小不一的微结构，所述微结构用于对入射的激光进行漫射。

可选地，所述漫射元件之后还设置有匀光元件；所述匀光元件的入光口口径大于所述漫射元件出光口的出射光束在所述匀光元件的入光口的光斑范围。

本申请的上述实施例提供的激光消散斑装置包括，在激光器发射的激光的传输路径上设置有第一电光晶体、第二电光晶体；第一电光晶体与述第二电光晶体的生长方向分别与入射于第一电光晶体的激光光束的入射方向垂直，且第一电光晶体与第二电光晶体的生长方向垂直；其中，激光器发出的激光入射到述第一电光晶体，经第一电光晶体透射后入射到第二电光晶体。由于施加在第一电光晶体和第二电光晶体上的电压改变了电光晶体内部的折射率分布，故激光的出射点和传输方向发生了改变，因此当激光入射到后续的光学元件时，入射点和传输方向也发生了改变，因而经过第二电光晶体后的激光散斑位置也随时间而改变。其中，由于第一电光晶体的生长方向与第二电光晶体的生长方向相互垂直，激光在电光晶体中沿电光晶体的生长方向偏转，故激光光束经过第一电光晶体和第二电光晶体后，其传输方向先后在两个相互垂直的方向上发生偏转，随时间变化，施加在两个电光晶体上的电压不断变化，使得激光光束的传输方向也随之改变，从第二电光晶体出射的激光光束在漫射元件的入射面上形成的光斑位置在预先设定规律内变化(如使激光的出射点在一个圆或椭圆形的区域内变化)，当光斑位置变化达到一定程度时，则在从漫射元件出射的激光散斑在时间上叠加，减弱或消除了激光相干性导致的激光散斑，从而达到消散斑的目的。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种激光消散斑装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中激光入射方向与出射方向的角度与施加电压的关系示意图；

图3为本申请实施例中激光在单个电光晶体内偏转的示意图；

图4为本申请实施例中激光通过单个电光晶体后形成的光斑区域示意图；

图5为本申请实施例中激光通过两个电光晶体后形成的光斑区域示意图；

图6为本申请实施例中出射激光按同心圆扫描的示意图；

图7和图8分别为本申请另外的实施例提供的激光消散斑装置的结构示意图；

图9、图10和图11分别为本申请实施例提供的激光投影设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

实施例一、

参见图1，为本申请实施例提供的一种激光消散斑装置的结构示意图。如图所示，该激光消散斑装置包括激光器101，在激光器101发射的激光的传输路径上设置有第一电光晶体102，第二电光晶体103。

激光器101发出的激光入射到第一电光晶体102，经第一电光晶体102透射后入射到第二电光晶体103，并在所述第二电光晶体103内透射后从所述第二电光晶体103的出光口出射。

其中，第一电光晶体102或第二电光晶体103为钽铌酸钾晶体(KTa_1-XNb_XO₃，KTN)，或者两个电光晶体都为钽铌酸钾晶体。当然，第一电光晶体102和第二电光晶体103也可以是其它具有电控改变内部折射率分布特性的电光晶体。第一电光晶体102和第二电光晶体103的规格(例如高度、长度、厚度等)可以一样也不可以不一样。具体实施时，可选用透射率较高的电光晶体，以减少光损耗。并且第一电光晶体102和第二电光晶体103可紧靠在一起，以减少激光的光能损耗。

具体地，在外电场的作用下，电光晶体内部的电子沿着电场方向发生了梯度分布，即电光晶体内部的电场呈梯度分布，从而使得电光晶体内部的折射率也呈梯度分布；当施加的外电场不断变化时，电光晶体内部的电场不断变化，电光晶体内部的折射率也不断变化，从而使得从该电光晶体出射的激光的出射点和出射方向不断改变。

第一电光晶体102与第二电光晶体103的生长方向分别与入射于第一电光晶体102的激光光束的入射方向垂直，且第一电光晶体102与第二电光晶体103的生长方向垂直；第一电光晶体102和第二电光晶体103分别受控于电压信号，且施加于第一电光晶体102和第二电光晶体103上的电压随时间改变，使得第一电光晶体102和第二电光晶体103的折射率随时间改变。

例如，如图1所示。第一电光晶体102的生长方向沿y轴方向，第二电光晶体103的生长方向沿z轴方向，第一电光晶体102与第二电光晶体103的生长方向相互垂直。在第一电光晶体102上沿y轴方向施加电压V₁，在第二电光晶体103上沿z轴方向施加电压V₂。电压V₁和电压V₂随时间改变。当激光沿x轴方向入射到第一电光晶体102时，根据所施加的电压V₁第一电光晶体102内部的折射率发生变化，使得激光通过第一电光晶体102出射时沿y轴方向发生偏转；从第一电光晶体102出射后的激光入射到第二电光晶体103时，根据所施加的电压V₂第二电光晶体103内部的折射率发生变化，使得激光通过第二电光晶体103后沿z轴方向发生偏转。这样，从第二电光晶体103出射后的激光的传输方向相较于最初的入射方向在y-z平面上发生了偏转。

电压施加在第一电光晶体102和第二电光晶体103的厚度方向上，即沿着第一电光晶体102的生长方向和第二电光晶体103的生长方向施加电压。如图1所示，施加在第一电光晶体上的电压为V₁，施加在第二电光晶体上的电压为V₂，由于第二电光晶体的生长方向为z轴方向，故施加在第二电光晶体103上的电压V₂在图中表示为一个圆圈。所施加的电压可以是交流电产生的电压也可以是直流电产生的电压。

可选地，可分别采用第一电压信号驱动器(未在图中示出)向第一电光晶体102施加电压，采用第二电压信号驱动器(未在图中示出)向第二电光晶体103施加电压，以使得向第一电光晶体102和第二电光晶体103所施加的电压不同或所施加的电压的变化规律不同。

以分别采用第一电压信号驱动器向第一电光晶体102施加电压，采用第二电压信号驱动器向第二电光晶体103施加电压为例，第一电压信号驱动器配置有两个电极板或将电极材料镀在电光晶体上，两电极分别与第一电光晶体102的底面和顶面相配合(沿第一电光晶体102的生长方向，其相对的两个面称为底面和顶面)，与第一电光晶体102底面相配合的电极的形状和尺寸大小与第一电光晶体102的底面形状和尺寸大小相同；与第一电光晶体102顶面相配合的电极的形状和尺寸大小与第一电光晶体102的顶面形状和尺寸大小相同。同理，第二电压信号驱动器配置有两个电极，分别与第二电光晶体103的底面和顶面相配合(沿第二电光晶体103的生长方向，其相对的两个面称为底面和顶面)，与第二电光晶体103底面相配合的电极的形状和尺寸大小与第二电光晶体103的底面形状和尺寸大小相同；与第二电光晶体103顶面相配合的电极的形状和尺寸大小与第二电光晶体103的顶面形状和尺寸大小相同。如此便可向第一电光晶体102和第二电光晶体103施加随时间变化的电压，以使电光晶体内部形成逐渐变化的电场，进而产生逐渐变化的折射率。

上述第一电光晶体102和第二电光晶体103具有电控改变内部折射率分布的特性，使得通过其的光束的出射点和传输方向发生改变。当施加直流电压或交流电压后，电光晶体内部形成沿其生长方向折射率的渐变分布，导致沿其生长方向不同位置光波在电光晶体中的传输的速度不同，进而使得通过该电光晶体后的激光光束的出射点和传输方向发生变化。

电光晶体内部的折射率的变化与施加的电压产生的电场、光波长以及控制温度有关，当施加的电压产生的电场和光波长固定时，对电光晶体的控制温度在其居里温度(电光晶体的材料不同，其对应的居里温度不同)附近时，电光晶体内部的折射率变化最大。

当对电光晶体的控制温度固定时，电光晶体内部的折射率的变化与施加的电压产生的电场和光波长有关，如式(1)所示：

其中，n₀为电光晶体的初始折射率，E为电压信号施加的电场强度，S(y,λ)为电光晶体二次电光系数，y为电光晶体的生长方向，λ为入射激光的波长。

从式(1)可以看出，电场越强电光晶体内部的折射率的变化越大，即施加的电压越大，从电光晶体出射的激光方向与入射的激光方向的角度越大。如图2所示，为用460nm的蓝光测试的激光入射方向与出射方向的角度变化和施加的电压的关系示意图，从图中可以看出，激光入射方向与出射方向的角度偏转值跟施加在该电光晶体上的电压值近似呈二次函数关系。

图3示例性地示出了激光在单个电光晶体内偏转的示意图。如图3所示，电光晶体沿其生长方向被施加电压，当激光垂直于电光晶体的生长方向入射时，由于电光晶体内部折射率在外加电场的作用下发生变化，使得激光在电光晶体内部的传播路径发生变化，导致激光从电光晶体出射时其出射点和传播方向与输入点和传输方向相比发生了变化。以电光晶体的长度为L为例，激光通过电光晶体后的偏转距离(即激光入射方向与出射方向之间的偏转距离)为Δy，Δy的取值为：

其中，n₀为电光晶体的初始折射率，Δn为所述电光晶体的出射面射出的激光的折射率变化值，y为电光晶体的生长方向，L为激光的传播长度(即电光晶体的长度)。

从式(2)可以看出，光束经电光晶体后的偏转距离与施加到电光晶体上的电压大小、电光晶体的厚度相关，施加的电压越大，偏转距离越大，电光晶体的厚度越高，偏转距离越大，反之亦然。

电光晶体在毫米量级就可以实现激光在度级的偏转。例如，电光晶体沿x轴方向的长度为0.5毫米，电压施加在x轴方向上，电光晶体的生长方向沿x轴，当激光沿z轴方向传输时，施加在电光晶体的电压值为0～±250V时，产生0～±7度的偏转，故可以使用更小的电压，使得激光在小角度范围内偏转。

在电光晶体上所施加的电压极性若发生改变，则激光在电光晶体中的偏转方向也随之发生改变。比如，如果在电光晶体上施加正向电压，则激光在电光晶体中沿y轴的正方向发生偏转，如果在电光晶体上施加反向电压，则激光在电光晶体中沿y轴的反方向发生偏转。

当施加在电光晶体上的电压为零时，入射激光在电光晶体内部沿入射方向传播。

通过控制施加在电光晶体上的外加电压，单个电光晶体可以使激光在电光晶体生长方向发生发生弯曲，使得出射激光光束在垂直于激光入射光束的平面上形成的光斑与激光光束不改变传播方向时在该平面上形成的光斑，在偏转方向上产生偏移。如图4所示，以图3所示的偏转方向为例，沿激光入射方向来看，在平面a上，Y点表示激光光束不改变传播方向时在该平面上形成的光斑，Y₁表示在电光晶体上施加电压V₁后出射激光光束在该平面上形成的光斑，Y₂表示在电光晶体上施加电压V₂后出射激光光束在该平面上形成的光斑，Y₁’表示在电光晶体上施加电压-V₁后出射激光光束在该平面上形成的光斑，Y₂’表示在电光晶体上施加电压-V₂后出射激光光束在该平面上形成的光斑。其中，V₂>V₁。可以看出，随着施加不同的电压，出射激光光斑在该平面上的变化轨迹形成一条直线，使得出射的激光在平面a上进行线扫面。

实施二、

基于上述单个电光晶体对激光光束偏转的原理，结合图1所示的结构图，本申请实施例提供一种双电光晶体的驱动控制方法。第一电压驱动器向第一电光晶体102施加电压V₁，用于使得第一电光晶体102的折射率随时间改变；第二电压驱动器向第二电光晶体103施加电压V₂，用于使得第二电光晶体103是我折射率随时间改变。

可选地，施加于第一电光晶体102和/或第二电光晶体103上的电压随时间随机或随预先设定规律改变，使得通过第一电光晶体102和第二电光晶体103透射的激光的折射率随时间随机或随预先设定规律改变

可选地，施加于第一电光晶体102和/或第二电光晶体103上的电压随时间呈正弦规律改变或呈余弦规律改变。比如，施加于第一电光晶体102上的电压随时间呈正弦规律改变，施加于第二电光晶体上103上的电压随时间呈余弦规律改变；或者，施加于第一电光晶体102上的电压随时间呈余弦规律改变，施加于第二电光晶体103上的电压随时间呈正弦规律改变；从而使得从第二电光晶体103出射的激光光束在后续光学元件的入射面上随时间在圆形或椭圆形区域内扫描。

具体地，本申请实施例使用两个生长方向垂直的第一电光晶体102和第二电光晶体103时，由于在第一电光晶体102上沿y轴方向施加电压V₁，使得激光在第一电光晶体102内部沿y轴方向发生偏转，在第二电光晶体103上沿z轴方向施加电压V₂。使得激光在第二电光晶体103内容沿z轴方向发生偏转，这样，从第二电光晶体103出射后的激光的传输方向相较于最初的入射方向在y-z平面上发生了偏转。又由于电压V₁和电压V₂随时间改变，因此得出射激光光束在垂直于激光入射光束的平面上形成的光斑所在的区域为圆形或椭圆形。

如图5所示，沿激光入射方向来看，在平面b上，Y点表示激光光束不改变传播方向时在该平面上形成的光斑，Y₁表示在第一电光晶体102上施加正向最大电压且在第二电光晶体103上施加零电压时出射激光光束在该平面上形成的光斑，Y₂表示在第一电光晶体102上施加零电压且在第二电光晶体103上施加正向最大电压时出射激光光束在该平面上形成的光斑，Y₁’表示在第一电光晶体102上施加反向最大电压且在第二电光晶体103上施加零电压时出射激光光束在该平面上形成的光斑，Y₂’表示在第一电光晶体102上施加零电压且在第二电光晶体102上施加反向最大电压时出射激光光束在该平面上形成的光斑。当第一电光晶体102和第二电光晶体103上施加的电压为其它值时，出射激光在该平面上所形成的光斑在区域c中，使得出射的激光在y-z平面进行面扫描。可以看出，随着施加不同的电压，出射激光光斑在该平面上的变化区域为图中所示的区域c。区域c为椭圆或圆形。

将图5与图4相比可以看出，从单个电光晶体出射的激光的光斑位置在沿电光晶体的生长方向的一条直线上变化，近似于沿一个方向平移，因而激光散斑图像会呈现沿平移方向模糊的条纹状光强分布，激光散斑对比度受到该条纹状光强分布的影响，因此激光散斑对比度的降低受到限制。而从第二电光晶体出射的激光因受施加在第一电光晶体102和第二电光晶体103的电压的大小和方向的影响进行面扫描，近似于在一个椭圆或圆形区域内扫描，由于出射点和出射方向的不确定性，避免了单个电光晶体在线扫面拖尾造成的固定的激光散斑模式，增强了激光散斑的随机性，进而降低了激光散斑的对比度。

在具体实施时，可首先设计经过两个电光晶体后的出射激光在垂直于入射方向的平面上的光斑变化轨迹，然后根据该光斑变化轨迹来确定两个电光晶体上所施加的电压的大小和周期变化规律。

在一些实施例中，为了增加光斑位置的随机性，可使施加在第一电光晶体102上的电压在其阈值范围内随机变化，或者使施加在第二电光晶体103上的电压在其阈值范围内随机变化，也可以使施加在第一电光晶体102和施加在第二电光晶体103上的电压均在相应电压阈值范围内随机变化，这样，出射激光的光斑位置可在其变化区域内随机出现，从而使得入射到漫射元件104的激光的入射点和入射方向具有随机性，这样可以避免因电压按规律变化下线扫描产生的激光散斑在线扫描方向拖尾造成的固定的激光散斑模式，随机扫描可以增强激光散斑的随机性，进而降低激光散斑的对比度。施加在第一电光晶体102和第二电光晶体103的随机电压值由其控制的电压电路中的信号发生装置产生，进行实时调制。

其中，电压阈值由电光晶体的规格大小和设置在电光晶体之后的光学元件的通光孔径决定。具体地，可根据通光孔径的最大值和最小值确定通过电光晶体出射的激光的最大偏转距离和最小偏转距离，根据式(2)确定电光晶体的最大折射率和最小折射率，再根据式(1)和电光晶体的规格大小，计算施加在电光晶体的最大电场强度和最小电场强度，进而确定出施加在该电光晶体上的电压阈值。

在另一些实施例中，施加在第一电光晶体102和第二电光晶体103上的电压可以按预先设定的规律变化，如随时间成三角函数变化。比如，施加在第一电光晶体102上的电压为U₁＝U_0tcos(2πwt)，施加在第二电光晶体103上的电压为U₂＝U_0tsin(2πwt)，则从第二电光晶体103出射的激光在垂直于激光入射方向的平面上形成的光斑按照如图6所示的轨迹变化，即按照图6所示的同心圆进行扫描；其中，U_0t为调制电压，并且U_0t为周期函数，该周期为观察周期比如人眼直接观察平面上形成的光斑，则该周期小于等于1/24秒，U_0t值的大小决定了从第二电光晶体103出射的激光在垂直于激光入射方向的平面上形成的圆形区域的直径；w为激光光束扫描频率，U₁和U₂的周期由电光晶体出射激光的扫描频率w及扫描圈数决定。

当然，施加在第一电光晶体102和第二电光晶体103上的电压也可以按照其它规律进行变化，本申请实施例对此不作限制。

实施例三、

可选地，本申请实施例提供的激光消散斑装置中，在第一电光晶体和第二电光晶体之间还可以设置有第一相位片104。如图7所示，为本申请实施例提供的激光消散斑装置的结构示意图。如图所示，第一相位片104位于第一电光晶体102与第二电光晶体103之间，用于使得从第一电光晶体102出射的激光光束的偏振方向与第二电光晶体103的生长方向垂直或近似垂直，从而避免激光在第二电光晶体103产生双折射造成光损及只有部分光能量被偏转的问题。其中，第一电光晶体102、第一相位片104以及第二电光晶体103可紧靠在一起，用以减少入射到第二电光晶体103的光能损耗。

对于电光晶体，当线偏振激光的偏振方向与电光晶体的方向相同时，线偏振激光的传播方向的偏振最为明显；当线偏振激光的偏振方向与电光晶体的生长方向具有一定角度时，则产生两束光，一束偏振方向与电光晶体的生长方向相同，偏转角度大，另一束的偏转角度较小。故在此种情况下，需要使与电光晶体的生长方向垂直的偏振方向的激光所占的比例越高越好。通过计算机模拟和试验验证，当偏振方向垂直于电光晶体生长方向的光强占总光强的80％时，散斑值由轻微变化；当偏振垂直于电光晶体生长方向的光强占总光强的80％以上时，散斑对比度值随光强占比的增加迅速降低。或者采用偏振度计算公式衡量，当偏振度等于0.6时，散斑值有轻微变化；当偏振度大于0.6时，散斑的对比度值随偏振度的增加迅速降低；偏振度计算公式如式(3)所示。

P＝(I_//-I_┴)/(I_//+I_┴) (3)

其中，I_//为入射激光偏振方向与电光晶体生长方向平行的光强分量，I_┴I_┴为入射激光偏振方向与电光晶体生长方向垂直的光强分量。

当从第一电光晶体102出射的激光入射到第一相位片104时，调节第一相位片，使得从第一电光晶体102出射的激光的偏振方向与第二电光晶体103的生长方向垂直或近似垂直，用以增大激光的偏折角度。经过第一相位片104的激光沿与第二电光晶体103的生长方向垂直的方向或近似垂直的方向入射到第二电光晶体103。

可选地，若激光器发射的激光为线偏振激光或具有一定偏振度的激光，则在激光器101与第一电光晶体102之间还设置有第二相位片105，使得激光光束的偏振方向与第一电光晶体102的生长方向垂直或近似垂直，此种情况下的激光消散斑装置的结构示意图如图8所示。如图所示，第二相位片105位于激光器101和第一电光晶体102之间，第二相位片105可与第一电光晶体102紧靠在一起，用以减少入射第一电光晶体102的激光的光能损耗。

当入射的线偏振激光入射到相位片105时，调节第二相位片，使得线偏振激光的偏振方向与第一电光晶体102的生长方向垂直或近似垂直，用以增大线偏振激光的偏折角度。经过第二相位片105的激光沿与第一电光晶体102的生长方向和第二电光晶体103的生长方向垂直的方向或近似垂直的方向入射到第一电光晶体。

需要说明的是，图8所示的激光消散斑装置的结构示意图中第一相位片104为本申请上述实施例中可选的元件，本申请对此不作限定。

需要说明的是，上述第一相位片104和第二相位片105可以相同也可以不同，该相位片可以是半波片，可以是四分之一波片也可以是其它可以通过改变相位改变激光光束偏振方向的相位片，本申请对此不作限定；且相位片的制作材料、制作工艺等为现有技术，本申请对此不作限定。

实施例四、

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种激光投影设备，该激光投设备包括前述实施例中的激光消散斑装置。

如图9所示为本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图。参阅图9所示，该激光投影仪包括激光器901、激光消散斑装置902、光调制装置903以及镜头904。

该激光器901发出的激光光束经所述激光消散斑装置902后为光调制装置903提供照明，光调制装置903对激光光束进行调制，并输出至镜头904进行成像，投影至投影介质905形成投影画面。

上述光调制装置903用于对激光消散斑装置902射出的激光光束进行调制，其内部元件、结构等为现有技术，本申请对此不作限定。

实施例五、

可选地，上述激光消散斑装置902之后还设置有漫射元件，如图10所示，该漫射元件906位于激光消散斑装置902与光调制装置903之间。漫射元件906为激光传输路径上的散射介质，例如可以采用工程漫射体实现。漫射元件906的入射面具有一定的高低起伏、大小不一的微结构(凸起或凹陷)，该微结构为经过散射和衍射理论设计。正是由于这些凸起或凹陷的微结构，使得激光入射到漫射元件906的表面后产生散射光，类似于毛玻璃的散射效果但又比普通散射元件如毛玻璃的光能更加均匀和集中，即从漫射元件906出射的激光的光场具有光强更均匀、出射方向更集中的特点。激光经过漫射元件906后被这些类似随机分布的微结构散射，进而产生随机的散斑场。并且，由于漫射元件表面的微结构的特殊设计，出射散射场的整体光强分布不再是高斯分布或是光束中心的强度远高于周围区域的强度，而是较为均匀的分布。

可选地，本申请实施例提供的激光投影设备中，在漫射元件906之后，激光投影设备还可以设置有匀光元件。如图11所示，为本申请实施例提供的激光投影设备的结构示意图。如图所示，匀光元件907位于漫射元件906之后，且该匀光元件907的入光口口径大于漫射元件906出光口的出射光束在该匀光元件907的入光口的光斑范围。在本申请实施例中，由于经过电光晶体后激光在漫射元件906的入射点成扫描状态，导致通过漫射元件906的激光的出射点的位置随入射点的位置改变，故本申请实施例中的匀光元件907用于接收各个方向和角度的入射激光并保证通过漫射元件907的出射激光的位置不变。

上述匀光元件可以是匀光棒、匀光器等光学元器件，本申请对此不作限定。

在本申请的上述实施例中，激光经过激光消散斑装置后，其出射点和传输方向发生了改变，因此当激光入射到后续的漫射元件时，其入射点和传输方向也发生了改变，因而经过漫射元件后的激光散斑场也随之改变。随着激光光束被激光消散斑装置中的第一电光晶体和第二电光晶体随时间不断地改变其传输方向，从激光消散斑装置出射的激光光束在漫射元件表面上的面扫描，当扫描速度达到一定程度时，则在从漫射元件出射的激光散斑场在时间上叠加达到消散斑的目的。

其中，为了使扫描速度达到一定程度，需要在激光消散斑装置中的第一电光晶体和第二电光晶体上施加直流偏置电压，该直流偏置电压由控制第一电光晶体的第一电压信号驱动器和控制第二电光晶体的第二电压信号驱动器分别控制施加。比如施加在第一电光晶体和第二电光晶体的直流偏置电压为200伏或以上再进行电压的随时间随机变化或随预先设定规律变化，使得从第二电光晶体出射的激光在漫射体表面进行高速扫描，从而使得从漫射元件出射的激光散斑场在时间上叠加达到消散斑的目的。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种激光消散斑装置，其特征在于，包括第一电光晶体、第二电光晶体；

激光器发出的激光入射到所述第一电光晶体，经所述第一电光晶体透射后入射到所述第二电光晶体，并在所述第二电光晶体内透射后从所述第二电光晶体的出射面出射；所述第一电光晶体与所述第二电光晶体的生长方向分别与入射于所述第一电光晶体的激光光束的入射方向垂直，且所述第一电光晶体与所述第二电光晶体的生长方向垂直；

所述第一电光晶体和所述第二电光晶体分别受控于电压信号，具体包括：所述第一电光晶体和所述第二电光晶体内部的折射率的变化与施加的所述电压产生的电场，采用如下公式控制：

其中，n₀为所述电光晶体的初始折射率，E为所述电压信号施加的电场强度，S(y,λ)为所述电光晶体二次电光系数，y为所述电光晶体的生长方向，λ为入射激光的波长；

且施加于所述第一电光晶体和所述第二电光晶体上的电压随时间改变，使得所述第一电光晶体和所述第二电光晶体的折射率随时间改变。

2.如权利要求1所述的激光消散斑装置，其特征在于，施加于所述第一电光晶体和/或所述第二电光晶体上的电压随时间随机或随预先设定规律改变，使得通过所述第一电光晶体和所述第二电光晶体透射的激光的折射率随时间随机或随预先设定规律改变。

3.如权利要求1所述的激光消散斑装置，其特征在于，在所述第一电光晶体与所述第二电光晶体之间还设置有第一相位片使得所述激光光束的偏振方向与所述第二电光晶体的生长方向垂直或近似垂直。

4.如权利要求1所述的激光消散斑装置，其特征在于，所述激光器发射的激光为线偏振激光或具有一定偏振度的激光，在所述激光器与所述第一电光晶体之间还设置有第二相位片，使得所述激光光束的偏振方向与所述第一电光晶体的生长方向垂直或近似垂直。

5.如权利要求1所述的激光消散斑装置，其特征在于，所述第一电光晶体和/或所述第二电光晶体为钽铌酸钾晶体。

6.一种激光投影设备，其特征在于，包括激光器、光调制装置、镜头以及如权利要求1至5中任一项所述的激光消散斑装置；

所述激光器发出的激光光束经所述激光消散斑装置后为所述光调制装置提供照明，所述光调制装置对激光光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投影至投影介质形成投影画面。

7.如权利要求6所述的激光投影设备，其特征在于，所述激光消散斑装置之后还设置有漫射元件；

所述漫射元件的入射面具有高低起伏、大小不一的微结构，所述微结构用于对入射的激光进行漫射。

8.如权利要求7所述的激光投影设备，其特征在于，所述漫射元件之后还设置有匀光元件；

所述匀光元件的入光口口径大于所述漫射元件出光口的出射光束在所述匀光元件的入光口的光斑范围。

Images