CN112738484B - 激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光投影设备，属于激光投影显示领域。所述激光投影设备包括：激光光源，数字微镜器件、光阀和投影镜头；所述数字微镜器件包括多个能够独立偏转的镜片，每个所述镜片用于将所述激光光源发射的激光光束反射至所述光阀；所述光阀用于将所述数字微镜器件反射的激光光束调整成影像光束，并将所述影像光束传输至所述投影镜头；所述投影镜头用于将所述影像光束投射至投影屏幕上。本申请通过数字微镜器件将不同位置处的激光光束偏转不同角度，使得不同位置处的激光光束的相位随机变化，从而能够有效减小散斑。

Description

激光投影设备

技术领域

本申请涉及激光投影显示领域，特别涉及一种激光投影设备。

背景技术

诸如超短焦激光电视等激光投影设备因其具有色彩纯度高、色域大和亮度高等优点，被广泛应用于显示领域。

激光投影设备一般包括激光光源、光阀和投影镜头。其中，激光光源用于提供激光光束，光阀用于将激光光束调制成影像光束，投影镜头用于将影像光束投射至投影屏幕上。

由于激光光束的相干性较高，其在照射粗糙的物体时，散射后的光束在空间中产生干涉，空间中部分光束发生干涉相长，部分光束发生干涉相消，最终导致投影屏幕上出现颗粒状的明暗相间的斑点，即散斑。

发明内容

本申请提供了一种激光投影设备，可以减少激光光束产生的散斑，改善激光投影设备的显示效果。所述技术方案如下：

提供了一种激光投影设备，所述设备包括：激光光源，数字微镜器件(DigitalMicromirror Device，DMD)，光阀和投影镜头；

所述DMD包括多个能够独立偏转的镜片，每个所述镜片用于将所述激光光源发射的激光光束反射至所述光阀；

所述光阀用于将所述DMD反射的激光光束调整成影像光束，并将所述影像光束传输至所述投影镜头；所述投影镜头用于将所述影像光束投射至投影屏幕。

本申请提供的技术方案带来的有益效果可以包括：

本申请提供了一种激光投影设备，该激光投影设备包括：激光光源，DMD，光阀和投影镜头，该DMD中的多个镜片能够独立随机偏转，且可以将激光光源发射的激光光束反射至光阀。由于被DMD中不同镜片反射的激光光束的偏转的角度可以不同，且随机变化，进而使得入射至光阀的激光光束的相位随机变化，破坏相位差恒定的相干条件，从而能够有效减小散斑，改善激光投影设备的显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种激光投影设备的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种全内反射棱镜组的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种激光投影设备的局部结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种激光投影设备的局部结构示意图；

图6是本申请实施例提供的又一种激光投影设备的局部结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1是本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图，如图1所示，该激光投影设备可以包括：激光光源10，DMD 20、光阀30和投影镜头40。

其中，该激光光源10用于发射激光光束。

该DMD 20可以包括多个能够独立偏转的镜片，每个镜片用于将该激光光束反射至光阀30。

该光阀30，用于将DMD 20反射的激光光束调整成影像光束，并将影像光束传输至该投影镜头40。该投影镜头40，用于将影像光束投射至投影屏幕上。

在本申请实施例中，由于该DMD 20中一般集成有上百万颗镜片，且多个镜片均能够相互独立偏转，因此可以通过控制该多个镜片随机偏转，使得照射至该DMD中不同镜片上的激光光束的偏转角度不同，且可以随机变化，进而使得被不同镜片反射的激光光束的光路路径长度不同，且各个位置处的激光光束的相位随机变化，破坏了激光光束相位差恒定的相干条件，从而能够有效减小散斑，改善激光投影设备的显示效果。

综上所述，本申请实施例提供了一种激光投影设备，该激光投影设备包括：激光光源，DMD，光阀和投影镜头，该DMD中的多个镜片能够独立随机偏转，使得照射至该DMD中不同镜片上的激光光束的偏转的角度可以不同，且随机变化，进而使得经过该DMD反射后的激光光束的相位随机变化，破坏相位差恒定的相干条件，从而能够有效减小散斑，改善激光投影设备的显示效果。

并且，由于DMD中每个镜片的调制频率(即偏转频率)较高，通过驱动控制信号的驱动，每个镜片的调制频率可以达到每秒数万次。因此，可以使得经过每个镜片反射的激光光束的角度能够快速随机偏转，有效降低了散斑对比度，改善了消散斑的效果。

需要说明的是，该激光投影设备还可以包括DMD驱动电路，该DMD驱动电路可以为该DMD 20提供无序的驱动控制信号，该驱动控制信号可以类似白噪声信号，能够驱动DMD中的各个镜片无序随机偏转。

图2是本申请实施例提供的另一种激光投影设备的结构示意图。如图2所示，该激光投影设备还可以包括：光束引导组件50。

该光束引导组件50可以用于将激光光源10发射的激光光束传输至DMD20，以及将该DMD 20反射的激光光束传输至光阀30。

可选的，该光束引导组件50可以为全内反射(total internal reflection，TIR)棱镜组，例如可以为反射全内反射(reflective total internal reflection，RTIR)棱镜组。

图3是本申请实施例提供的一种全内反射棱镜组的结构示意图，参考图3，该全内反射棱镜组50可以包括：沿该激光光束的传输方向依次排列的第一棱镜501和第二棱镜502。该第一棱镜501和第二棱镜502可以均为三棱镜。

其中，该DMD 20可以平行于该第二棱镜502的一个侧面设置，该侧面平行于激光光束的传输方向。也即是，该DMD 20中，每个镜片未偏转时的镜面可以平行于该传输方向。

示例的，参考图3，该第一棱镜501的入光面可以平行于该第二棱镜502的出光面，且垂直于该激光光束的传输方向。该DMD 20可以设置在第二棱镜502的底部。

如图3所示，激光光束入射至第一棱镜501后，会在该第一棱镜501与第二棱镜502相邻的一个侧面发生全反射。全反射后的激光光束可以照射至该第一棱镜501中与该DMD20相对的一个侧面，由于该侧面镀有全反膜，因此激光光束会被再次反射，并通过第二棱镜502透射至该DMD 20。该DMD 20中的各个镜片进而可以将激光光束再次反射至第二棱镜502，激光光束进入该第二棱镜502后，会在该第二棱镜502与第一棱镜501相邻的一个侧面发生全反射，并射出。

通过将DMD 20平行于激光光束的传输方向设置，可以确保激光光束入射至光束引导组件50的方向，和从该光束引导组件50出射的方向是平行的，即光路方向不会发生转折，光路体积可以减小，进而可以缩小该激光投影设备的整体体积。

可选的，如图2所示，该激光投影设备还可以包括：位于该DMD 20和该光阀30之间的合束组件60。该合束组件60，可以用于对该DMD 20反射的激光光束进行合束后传输至光阀30。

例如，参考图2，该DMD 20反射的激光光束可以通过光束引导组件50射出，再由该合束组件60进行合束。

由于DMD 20会将激光光束沿不同方向反射，因此通过合束组件60对不同方向的光束进行合束，可以避免降低激光光束的亮度。

在本申请实施例中，该DMD 20中的每个镜片可以具有两个偏转角度，例如，每个镜片的偏转角度可以包括17°和-17°，或者，每个镜片的偏转角度可以包括为12°和-12°。

相应的，如图4所示，该合束组件60可以包括：三棱镜601，该三棱镜601的顶角α朝向该DMD 20。该三棱镜601中与该顶角α相对的侧面垂直于激光光束的传输方向。

由于DMD 20中的每个镜片可以具有两个偏转角度，因此经过该DMD 20反射，并经过该第二棱镜502全反射后射出的激光光束可以包括两个不同方向的光束。该三棱镜601可以对该两个不同方向的光束进行偏转，将该两个不同方向的光束合成一束平行光。并且，采用该三棱镜601进行合束的效果较好。

其中，该三棱镜601的顶角的角度可以根据制成该三棱镜601的玻璃的折射率，以及DMD 20中镜片的偏转角度设计，以确保能够将两个不同方向的光束合成一束。

可选的，该合束组件60中的三棱镜601也可以用透镜替代，本申请实施例对此不做限定。

继续参考图4，该合束组件60还可以包括：汇聚透镜602。该汇聚透镜602位于该三棱镜601远离该DMD 20的一侧。该汇聚透镜602可以将三棱镜601合成的一束激光光束进一步汇聚后传输至光阀30(图4中未示出)中。

可选的，结合图2和图4可以看出，该激光投影设备还可以包括：位于该合束组件60和该光阀30之间的扩散轮70和光收集器件80。

其中，扩散轮70用于扩散该合束组件60出射的激光光束。该光收集器件80用于将该扩散轮70出射的激光光束传输至该光阀30。

示例的，该光收集器件80可以为光棒或者光导管，其还具有匀光作用。

作为一种可选的实现方式，参考图4，该激光光源10可以包括：三个不同颜色的激光器，例如可以包括用于发射红色激光的红色激光器101、用于发射绿色激光的绿色激光器102以及用于发射蓝色激光的蓝色激光器103。其中每个激光器均可以为多片状激光器(Multichiped Laser，MCL)。

作为另一种可选的实现方式，参考图5，该激光光源10可以为封装有三色激光发光芯片的激光器组件。例如，该激光器组件10可以包括用于发射红色激光的发光芯片101、用于发射绿色激光的发光芯片102以及用于发射蓝色激光的发光芯片。其中，如图5所示，该激光器组件10中可以设置两个用于发射红色激光的发光芯片101。

相应的，如图4和图5所示，该激光投影设备还可以包括：合光镜组90和光路整形组件11。

该合光镜组90，可以用于对激光光源10发射的三种不同颜色的激光光束进行合束。该光路整形组件11，可以用于对该合光镜组90出射的激光光束进行整形后传输至该DMD20。

可选的，参考图4和图5，该合光镜组90可以包括第一二向色镜901，第二二向色镜902，以及一个反射镜903。

其中，对于该激光光源10包括三个不同颜色的激光器的方案，如图4所示，红色激光器101发出的红色激光可以经过第一二向色镜901透射至光路整形组件11。绿色激光器102发出的绿色激光可以先经过反射镜903反射至第二二向色镜902上，然后经过该第二二向色镜902反射至第一二向色镜901上，之后经过该第一二向色镜901反射至光路整形组件11上。蓝色激光器103发出的蓝色激光可以经过第二二向色镜902透射至第一二向色镜901上，然后经过该第一二向色镜901反射至光路整形组件11上。

对于该激光光源10为封装有三色激光发光芯片的激光器组件的方案，如图5所示，红色激光器101发出的红色激光可以经过第一二向色镜901反射至光路整形组件11。绿色激光器102发出的绿色激光可以先经过反射镜903反射至第二二向色镜902上，然后经过该第二二向色镜902透射至第一二向色镜901上，之后经过该第一二向色镜901透射至光路整形组件11上。蓝色激光器103发出的蓝色激光可以经过第二二向色镜902反射至第一二向色镜901上，然后经过该第一二向色镜901透射至光路整形组件11上。

其中，对于该激光光源10为封装有三色激光发光芯片的激光器组件的方案，如图5所示，两个二向色镜901和902，以及一个反射镜903中每个镜片的光接收面与激光器组件10发射的激光光束之间的夹角均可设置为45°±2°并且，该两个二向色镜901和902，以及一个反射镜903可以相互平行设置。

可选的，对于该激光光源10包括三个不同颜色的激光器的方案，参考图4可以看出，该两个二向色镜901和902之间还可以设置有光学镜片904，该光学镜片904可以为扩散片或者半波片。其中，扩散片可以匀化激光光束，半波片可以调整激光光束的偏振方向，例如可以将偏振方向调整90°。

在本申请实施例中，如图4所示，该光路整形组件11可以包括：沿该激光光束的传输方向依次排列的扩散片111和准直透镜112。

其中，该扩散片111可以用于对合光镜组90出射的激光光束进行初步匀化，准直透镜112可以将匀化后的激光光束转化为平行光。也即是，该光路整形组件11可以将激光光束匀化并汇聚成较小的光斑后入射至DMD 20。

需要说明的是，在本申请实施例中，该光阀30也可以为DMD，即该激光投影设备中可以设置有两个DMD。其中一个DMD 20作为无序反射镜，用于将激光光束沿不同角度反射。另一个DMD 30作为光调制器件，其能够按照时序依次接收由每种基色光的图像分量信号转化成的驱动信号，并控制其表面的成千上万个镜片翻转。其中只有特定角度的激光光束会进入投影镜头进行成像，其他角度的激光光束则为无效光被吸收变成热散出。

在本申请实施例中，在激光光束入射至作为光调制器件的DMD 30之前的光路中还额外增加了一个作为一个无序反射镜使用的DMD 20。由于DMD 20的分辨率(即该DMD包括的镜片的个数)可以与片源图像的分辨率匹配，DMD中的每一个镜片可以对应一个像素，因此，使用DMD对激光光束的角度进行改变时，相当于对每个像素的激光光束的角度都进行了改变，角度调整的精细度非常高，由此可以提高对整幅图像的散斑对比度的改善的一致性。

图6是本申请实施例提供的一种激光投影设备的局部结构示意图，参考图6可以看出，该激光投影设备还可以包括用于对入射至DMD 30的激光光束，以及该DMD 30反射的激光光束进行引导的另一个光束引导组件12。该另一个光束引导组件12也可以为全内反射棱镜组，例如可以为RTIR。

可选的，图6所示，该光收集器件80与该光束引导组件12之间的光路上还可以设置有准直透镜组13，该准直透镜组13可以包括多个准直透镜。

参考图6还可以看出，该投影镜头40可以包括沿投影光束的传输方向依次排列的多个光学镜片以及一个反光碗401。

在本申请实施例中，结合图2和图4可以看出，该光路整形组件11，该DMD20，该合束组件60，该扩散轮70，该光收集器件80以及光阀30可以沿该激光光束的传输方向依次排列。

通过将DMD 20设置在光收集器件80收光之前，可以将消散斑的工作在激光投影设备完成，相比于设置在光收集器件80之后，且照明系统中作为光调制器件的DMD 30之前的光路中，可以减小光损耗，以及减小照明系统的收光难度，使得照明系统的光路主要满足作为光调制器件的DMD 30的入射光斑的角度和尺寸要求即可。

综上所述，本申请实施例提供了一种激光投影设备，该激光投影设备包括：激光光源，DMD，光阀和投影镜头，该DMD中的多个镜片能够独立随机偏转，使得照射至该DMD中不同镜片上的激光光束的偏转的角度可以不同，且随机变化，进而使得经过该DMD反射后的激光光束的相位随机变化，破坏相位差恒定的相干条件，从而能够有效减小散斑，改善激光投影设备的显示效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种激光投影设备，其特征在于，所述激光投影设备包括：激光光源，合光镜组，光路整形组件，光束引导组件，数字微镜器件，合束组件，光阀和投影镜头，所述合束组件位于所述数字微镜器件和所述光阀之间；

所述合光镜组，用于对所述激光光源发射的三种不同颜色的激光光束进行合束；

所述光路整形组件包括：沿所述激光光源发射的激光光束的传输方向依次排列的扩散片和准直透镜，所述扩散片用于对所述激光光束进行初步匀化，所述准直透镜用于将匀化后的激光光束转化为平行光；

所述光束引导组件用于将转化为平行光的激光光束传输至所述数字微镜器件，以及将所述数字微镜器件沿不同方向反射的激光光束传输至所述合束组件；经所述光束引导组件出射的所述激光光束与入射至所述光束引导组件的所述激光光束的传输方向平行；

所述数字微镜器件平行于所述激光光束的传输方向设置；

所述数字微镜器件包括多个能够独立偏转的镜片，每个所述镜片用于将所述激光光源发射的激光光束进行反射；每个所述镜片具有两个偏转角度，经过所述数字微镜器件反射，并经过所述光束引导组件射出的激光光束包括两个不同方向的光束；

所述合束组件包括三棱镜，所述三棱镜的顶角朝向所述数字微镜器件；所述三棱镜用于对所述两个不同方向的光束进行偏转，将所述两个不同方向的光束合成一束平行光并传输至所述光阀；

所述光阀用于将所述合束组件传输的激光光束调整成影像光束，并将所述影像光束传输至所述投影镜头；

所述投影镜头用于将所述影像光束投射至投影屏幕上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光束引导组件为全内反射棱镜组。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述全内反射棱镜组包括：沿所述激光光束的传输方向依次排列的第一棱镜和第二棱镜；

所述数字微镜器件平行于所述第二棱镜的一个侧面设置，所述侧面平行于所述传输方向。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述合束组件还包括：汇聚透镜；

所述汇聚透镜位于所述三棱镜远离所述数字微镜器件的一侧。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：位于所述合束组件和所述光阀之间的扩散轮和光收集器件；

所述扩散轮，用于扩散所述合束组件出射的激光光束；

所述光收集器件，用于将所述扩散轮出射的激光光束传输至所述光阀。

6.根据权利要求1至3任一所述的设备，其特征在于，所述激光光源包括三个不同颜色的激光器，或者，所述激光光源为封装有三色激光发光芯片的激光器组件。