CN116841110A - 一种光源装置、投影仪及ar设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光显示技术领域，本发明提出一种光源装置、投影仪及AR设备，光源装置包括：激光光源，所述激光光源出射激光束；沿所述激光束传输光路方向依次包括静态消散斑元件、匀光元件、透镜组件以及光调制元件，所述匀光元件连接第一驱动器，和/或所述光调制元件连接第二驱动器；其中，所述匀光元件与所述光调制元件的振动路径相同或不同。本公开的光源装置能够在降低能量损耗的同时达到抑制散斑的效果。

Description

一种光源装置、投影仪及AR设备

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种光源装置、投影仪及AR设备。

背景技术

在以激光为光源的显示模组中，如投影，AR眼镜等，激光的高相干性会使投射面反射光在空间相遇会发生干涉，形成具有无规则分布的颗粒状结构的散斑图样，这种现象会严重影响显示图像的质量，同时也极易引起人眼的生理不适。

在现有技术中，通常是在匀光组件前增加静态扩散片，或者动态的扩散轮方式来减弱激光的相干性，来达到抑制激光散斑的效果。但在实际应用中，光源与扩散片或扩散轮之间，以及扩散片或扩散轮与匀光组件之间均需要避让出一定的距离，这不仅导致光路结构不够紧凑，增大了整个投影光机的光程长度，造成光总能量损耗过多。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供一种光源装置、投影仪及AR设备，通过在匀光元件和/光调制元件设置驱动器，使得均光元件和/光调制元件受到驱动做运动，有效降低散斑效应同时降低光总能量损耗。

本发明的技术方案如下：

本发明提出一种光源装置，包括：

激光光源，激光光源出射激光束；

沿激光束传输光路方向依次包括静态消散斑元件、匀光元件、中继镜以及光调制元件，匀光元件连接第一驱动器，和/或光调制元件连接第二驱动器；

其中，匀光元件与光调制元件的振动路径相同或不同。

作为优选的技术方案，匀光元件为静止状态，光调制元件受驱动做周期性运动或非周期性振动，或所光调制元件为静止状态，匀光元件受驱动做周期性振动或非周期性振动。

作为优选的技术方案，匀光元件受驱动做周期性振动，光调制元件受驱动做非周期性振动，或匀光元件受驱动做非周期性振动，光调制元件受驱动做周期性振动。

作为优选的技术方案，匀光元件和/或光调制元件受驱动做平动运动或旋转运动。

作为优选的技术方案，匀光元件受驱动做平动运动，光调制元件受驱动做旋转运动，或匀光元件受驱动做旋转运动，光调制元件受驱动做平动运动。

作为优选的技术方案，匀光元件和/或光调制元件振动的频率为不小于60hz，幅度为1-50μm。

作为优选的技术方案，激光光源和静态消散斑元件集成为一体式结构；或激光光源、静态消散斑元件、匀光元件集、中继镜集成为一体式结构。

作为优选的技术方案，第一驱动器和第二驱动器为摆动电机或旋转电机；静态消散斑元件为圆形消散片，或矩形消散片。

本发明还提供一种投影仪，包括如上任一所述的光源装置。

本发明还提供一种AR设备，包括光机，光机包括如上任一所述的光源装置。

本发明采用的技术方案达到的有益效果：

1.在传输光路上的扩散片仅采用静态形式，通过在匀光元件和/或光调制元件上均设置驱动器方式，以驱动匀光元件和/或光调制元件做各种运动形式，实现有效消除消散斑效应；

2.在匀光元件上设置驱动器或者匀光元件与光调制元件上均设置驱动器时，激光光源和静态消散斑元件集做成一体式结构，还可以仅在光调制元件上均设置驱动器时，激光光源、静态消散斑元件、匀光元件以及中继镜做成一体式结构，都能很有效地缩短光程长度同时减少光总能量的损耗，以保证良好的激光投影效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本实施例1公开的光源装置示意图；

图2为本实施例1公开的光源装置示意图；

图3为本实施例1公开的光源装置示意图；

图4为本实施例2公开的光源装置示意图；

图5为本实施例2公开的光源装置示意图；

图6为本实施例2公开的光源装置示意图；

图7为本实施例2公开的光源装置示意图；

图8为本实施例2公开的光源装置示意图。

附图标记说明：

激光光源10；静态消散斑元件20；匀光元件30；第一驱动器31；中继镜40；光调制元件50；第二驱动器51；芯片60；汇聚透镜70；固定结构架80、金属弹片81；磁铁82；线圈83。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

根据图1-图3，本实施例提供了一种光源装置，包括：

激光光源10，激光光源10出射激光束，其中，激光光源10为半导体激光、或光纤激光，不限于此；激光光源10为一组或多组激光器发射出的激光束10，根据实际所需进行设定；

沿激光束传输光路方向依次包括静态消散斑元件20、匀光元件30、中继镜40以及光调制元件50，匀光元件30连接第一驱动器31，和/或光调制元件50连接第二驱动器51；

其中，匀光元件30与光调制元件50的振动路径相同或不同。

基于现有技术中光源与扩散片或扩散轮之间，以及扩散片或扩散轮与匀光组件之间均需要避让出一定的距离，这不仅导致光路结构不够紧凑，增大了整个投影光机的光程长度，造成光总能量损耗过多问题，本实施例提出的一种光源装置，在传输光路上的消散斑元件仅采用静态形式，通过在匀光元件30和/或光调制元件50上均设置驱动器方式，以使驱动匀光元件30和/或光调制元件50做各种运动形式，实现有效消除消散斑效应，同时可以将匀光元件30和/或光调制元件50前所有光学器件集成为一体式，有效地缩短光程长度同时减少光总能量的损耗，保证了良好的激光投影效果。

优选地，匀光元件30为复眼；光调制元件50为分光棱镜，优选为PBS。

具体的，根据图1-图3，当匀光元件30为复眼，光调制元件50为PBS时，中继镜40优选为2个凸透镜，也成为中继镜40，均设置于匀光元件30之后，则光源装置沿光路传输方向依次包括激光光源10、静态消散斑元件20、匀光元件30、两个平行设置的凸透镜、光调制元件50和芯片60，其中匀光元件30连接第一驱动器31，和/或光调制元件50连接第二驱动器51。匀光元件30作用为使进入到匀光元件30的光，出射时变得均匀，均匀的形式可以是空间均匀，也可以是角度均匀；光调制元件50作用为根据光的不同偏振态将光束分开，达到分离照明与成像光路的作用。

光源装置是由激光光源10发出的激光光束依次通过静态消散斑元件20、复眼来实现对激光光束的匀光、分束整形，并经过后续中继镜40的收集，经过光调制元件50传递到达芯片60，形成均匀的照明光斑，该照明光斑将芯片60的图像照亮，形成所需的图像，芯片60会通过后续的成像系统投影出去，成像投影像进入人眼。

优选地，匀光元件30为静止状态，光调制元件50受驱动做周期性振动或非周期性振动，或光调制元件50为静止状态，匀光元件30受驱动做周期性振动或非周期性振动。

具体的，光源装置的设置有三种方式：根据图2，第一种为匀光元件30不需要额外连接第一驱动器31，则表示为静止状态，仅对光调制元件50连接第二驱动器51，启动第二驱动器51控制光调制元件50振动，使其规律性的振动或不规律性的振动，光调制元件50抖动时，有效地抑制激光相干性，本质上是从时间相干性维度上达到消散斑效果，利用人眼积分作用，使得散斑效应减弱，达到较好的消散斑的目的，能够提供高质量的激光光源照明。

同理，根据图1的光源装置，第二种为光调制元件50不需要额外设置第二驱动器51，为静止状态，仅对匀光元件30连接第一驱动器31，启动第一驱动器31控制匀光元件30，使其规律性的振动或不规律性的振动，匀光元件30抖动时，有效地抑制激光相干性，本质上是从时间相干性角度进行了有效优化，即增加激光的空间相位，以破坏相位恒定的干涉条件进行减弱散斑，达到有效抑制消散斑效应。

同理，根据图3，第三种为匀光元件30连接第一驱动器31，光调制元件50连接第二驱动器51，同时启动匀光元件30和光调制元件50做规律性的振动和/或不规律性的振动，此种方式抑制散斑效应更明显。

优选地，匀光元件30受驱动做周期性振动，光调制元件50受驱动做非周期性振动，或匀光元件30受驱动做非周期性振动，光调制元件50受驱动做周期性振动。

具体的，根据图3，匀光元件30连接第一驱动器31、光调制元件50连接第二驱动器51，同时驱动匀光元件30和光调制元件50抖动，在一种优选的实施方式中，驱动匀光元件30和驱动光调制元件50的振动方式不同，比如，驱动匀光元件30做周期性运动，同时驱动光调制元件50做非周期性运动，抑制散斑效应更出色。

优选地，匀光元件30和/或光调制元件50受驱动做平动运动或旋转运动。

具体的，在周期性和/或非周期性振动的基础上，驱动匀光元件30和/或光调制元件50做不同形式的运动，比如，保持光调制元件50为静止状态，只驱动匀光元件30在做周期性振动的同时做平动运动，或驱动匀光元件30在做非周期性运动的同时做平动运动；或者只驱动匀光元件30在做周期性运动的同时做旋转运动，或者做非周期性运动的同时做旋转运动。还可以为保持匀光元件30为静止状态，只驱动光调制元件50在做周期性运动的同时做平动运动，或者只驱动光调制元件50在做非周期性运动的同时做平动运动，还可以驱动光调制元件50在做周期性运动的同时做旋转运动，或者做非周期性运动的同时做旋转运动。还可以为同时匀光元件30和光调制元件50受驱动做平动运动或旋转运动。

在一种优选的实施方式中，在周期性或非周期性运动的基础上，同时驱动匀光元件30和光调制元件50做不同形式抖动的运动抑制散斑效果更明显，比如，驱动匀光元件30做旋转运动同时驱动光调制元件50做平动运动，或者驱动光调制元件50做旋转运动同时驱动匀光元件30做平动运动。

优选地，匀光元件30和/或所述光调制元件50振动的频率为不小于60hz，幅度为1-50μm。

具体的，上述的匀光元件30和/或光调制元件50在驱动器的作用下，被设置为振动的频率为不小于60hz，幅度为1-50μm，匀光元件30连接第一驱动器31和/或光调制元件50连接第一驱动器31或第二驱动器51，其振动频率应为不小于60hz，幅度为1-50μm，消除散斑图像的效果最佳。

在一种优选的技术方案中，匀光元件30和/或光调制元件50振动的频率优选为60-120hz，幅度为1-50μm，能够确保其他光学器件的稳定性的同时去除消散斑的效果最佳。在另一种优选的实施方式中，驱动匀光元件30和光调制元件50振动的频率和振幅均不同，但频率均优选在60-120hz，幅度均优选为1-50μm。

优选地，激光光源10和静态消散斑元件20集成为一体式结构；或激光光源10、静态消散斑元件20、匀光元件30、透镜组件集成为一体式结构。

具体的，基于上述介绍有设置方式，一种为匀光元件30静止状态，且不需要连接第一驱动器31，仅对光调制元件50连接第二驱动器51，则可以将光调制元件50前所有光学器件集成为一体式，比如，光源装置从左到右依次包括激光光源10、静态消散斑元件20、匀光元件30、中继镜40、光调制元件50和芯片60，仅有光调制元件50连接第二驱动器51，则可以将激光光源10、静态消散斑元件20、匀光元件30、中继镜40做成一体式结构，其结构可以通过焊接、胶粘等方式连接在一起，不限于此。在一种优选的实施方式中，相邻器件之间通过粘接的方式完成固定连接，此种方式工艺操作简单，很好的将相邻光学器件间以缩短至最小，即缩短了光程长度，达到降低光总能量损耗效果。

另一种方式为光调制元件50静止状态，且不需要连接第二驱动器51，仅对匀光元件30连接第一驱动器31，或者为匀光元件30连接第一驱动器31，光调制元件50连接第二驱动器51，则可以将匀光元件30前所有光学器件集成为一体式，比如，光源装置从左到右依次包括激光光源10、静态消散斑元件20、匀光元件30、中继镜40、光调制元件50和芯片60，匀光元件30连接第一驱动器31，光调制元件50连接第二驱动器51或者光调制元件50不连接第二驱动器51，则将激光光源10、静态消散斑元件20同样通过优选的粘接方式固定连接在一起，缩短激光光源10与静态消散斑元件20之间的间隔距离，能够很好地减少光总能量损耗。

优选地，第一驱动器31和第二驱动器51为摆动电机或旋转电机。

具体的，上述介绍的匀光元件30和/或光调制元件50能够做周期性或非周期性运动，以及平动或摆动运动，均需要第一驱动器31和第二驱动器51驱动实现，第一驱动器31和第二驱动器51均包括连接驱动机构，比如，第一驱动器31包括第一连接驱动机构，第二驱动器51包括第二连接驱动机构；第一连接驱动机构固定连接于匀光元件30，第二连接驱动机构固定连接于光调制元件50，第一连接驱动机构和第二连接驱动机构的作用为保证匀光元件30和光调制元件50能够在电源驱动的作用下稳定运行。优先地，摆动电机和旋转电机来实现驱动匀光元件30和/或光调制元件50进行平动或旋转运动，电机输出的电流为直流或脉冲驱动来实现周期性或非周期性振动，但不限于此，还可以由本领域技术人员根据实际所需进行设定。在本实施例中，以驱动匀光元件30为例，根据图4-图5，第一连接驱动机构和第二连接驱动机构均包括固定结构架80、金属弹片81、磁铁82、线圈83，其中，金属弹片81材质软且具有弹性。通电之后，周期交变电流产生周期交变磁场，周期交变磁场使磁铁82周期受到交变力，从而进行周期性平动运动；改变交流电的频率则可以产生非周期性交变磁场，促使匀光元件30做非周期性平动运动，见图4。对于旋转电机则是线圈旋转90度，上下同时增加线圈，通相反的反向交变电流，可以促使匀光元件30做旋转运动，见图5。

优选地，静态消散斑元件20为圆形扩散片，或矩形扩散片。

具体的，静态消散斑元件20为常见的扩散片，其是采用腐蚀工艺在玻璃上制作出随机的面型，类似于毛玻璃，扩散片做成圆形状，则为圆形扩散片，做成矩形状，则为矩形扩散片，还可以做成其他形状，比如椭圆形、六边形等均可，具有选用那种形状，需根据实际所需进行选择。比如，在本实施例中，匀光元件30为复眼，为确保激光稳定输出，扩散片优选为矩形状。

实施例2

本实施例提供一种光源装置，与实施例1的区别在于匀光元件30优选为方棒，光调制元优选为PBS。

根据图6-图8，匀光元件30为方棒，光调制元件50为PBS时，中继镜40优选为2个凸透镜，均设置于匀光元件30之后，还包括置于激光光源10和静态消散斑元件20之间的一个汇聚透镜70，则光源装置沿光路传输方向依次包括激光光源10、汇聚透镜70、静态消散斑元件20、匀光元件30、中继镜40、光调制元件50和芯片60，其中匀光元件30连接第一驱动器31，和/或光调制元件50连接第二驱动器51。

在一种优选的实施方式中，匀光元件30连接第一驱动器31，光调制元件50连接第二驱动器51见图8，或者只有匀光元件30连接第一驱动器31见图6，可以将激光光源10、汇聚透镜70、静态消散斑元件20通过优选的粘接方式固定连接为一体式结构，用以缩短激光光源10与汇聚透镜70之间的间隔，汇聚透镜70与静态消散斑元件20之间的间隔来减少光程长度，实现降低光总能量损耗。在另一种优选的实施方式中，根据图7，只有光调制元件50连接第二驱动器51，则可以将激光光源10、汇聚透镜70、静态消散斑元件20、匀光元件30、中继镜40通过优选的粘接方式固定连接为一体式结构，最大化的减少光程长度，以降低光总能量损耗。无论上述那种方式，通过驱动匀光元件30和/或光调制元件50做周期性或非周期性抖动，同时做平动运动或旋转运动，均能很好地有效地消除散斑效应。

实施例3

本实施例提供一种投影仪，包括实施例1和2所述的光源装置。

本实施例提供一种AR设备，包括光机，其光机包括实施例1和2所述的光源装置。

投影仪及AR设备均是通过在匀光元件30连接第一驱动器31，和/或光调制元件50连接第二驱动器51，驱动匀光元件30和/或光调制元件50做各种运动形式，能够有效地消除散斑效应、缩短光程长度以及降低光总能量损耗。

以上对本申请实施例一种光源装置、投影仪及AR设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

激光光源，所述激光光源出射激光束；

沿所述激光束传输光路方向依次包括静态消散斑元件、匀光元件、中继镜以及光调制元件，所述匀光元件连接第一驱动器，和/或所述光调制元件连接第二驱动器；

其中，所述匀光元件与所述光调制元件的振动路径相同或不同。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述匀光元件为静止状态，所述光调制元件受驱动做周期性振动或非周期性振动；或所光调制元件为静止状态，所述匀光元件受驱动做周期性振动或非周期性振动。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述匀光元件受驱动做周期性振动，所述光调制元件受驱动做非周期性振动；或所述匀光元件受驱动做非周期性振动，所述光调制元件受驱动做周期性振动。

4.根据权利要求2或3所述的光源装置，其特征在于，所述匀光元件和/或所述光调制元件受驱动做平动运动或旋转运动。

5.根据权利要求2或3所述的光源装置，其特征在于，所述匀光元件受驱动做平动运动，所述光调制元件受驱动做旋转运动，或所述匀光元件受驱动做旋转运动，所述光调制元件受驱动做平动运动。

6.根据权利要求1-3任一项所述的光源装置，其特征在于，所述匀光元件和/或所述光调制元件振动的频率为不小于60hz，幅度为1-50μm。

7.根据权利要求1-3任一项所述的光源装置，其特征在于，所述激光光源和所述静态消散斑元件集成为一体式结构；或所述激光光源、所述静态消散斑元件、所述匀光元件、所述中继镜集成为一体式结构。

8.根据权利要求1-3任一项所述的光源装置，其特征在于，所述第一驱动器和所述第二驱动器为摆动电机或旋转电机；所述静态消散斑元件为圆形消散片，或矩形消散片。

9.一种投影仪，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光源装置。

10.一种AR设备，其特征在于，包括光机，所述光机包括权利要求1-8任一项所述的光源装置。