CN217113029U

CN217113029U - 一种激光投影显示设备

Info

Publication number: CN217113029U
Application number: CN202220537396.3U
Authority: CN
Inventors: 杨宁; 司继成
Original assignee: Suzhou Longmapu Chip Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Longmapu Chip Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2032-03-11

Abstract

本实用新型实施例公开了一种激光投影显示设备，其中包括：激光单元，出射包括不同颜色的至少两种激光的合束激光；第一反射单元，包括多个第一反射区和多个第二反射区，第一反射区和第二反射区交替围绕第一反射单元的中心点呈圆周排布；第一反射区和第二反射区分别对合束激光反射形成不同偏振方向的线偏振光；旋转单元，驱动第一反射单元围绕第一反射单元的中心点旋转；第二反射单元，通过调整反射面姿态，对第一反射单元反射的合束激光投影成像。本实用新型实施例实现了对激光合束的调整使其失去相干性，可以有效地抑制相干叠加引起的散斑效应，解决了现有投影显示系统存在散斑效应导致显示质量不能满足要求的问题。

Description

一种激光投影显示设备

技术领域

本实用新型实施例涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种激光投影显示设备。

背景技术

相比于普通光源，激光具有高度单色性、相干性、方向性的优点。但是正由于激光的相干性好，激光在散射体表面的漫反射或通过一个透明散射体(如毛玻璃)时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗斑点，这种斑点称为激光散斑。激光散斑是由无规则散射体被相干光照射产生的，因此是一种随机过程。

散斑的产生在激光投影显示、全息显示方面严重降低了显示图像的质量，因此抑制散斑成为激光显示必需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种激光投影显示设备，以减弱激光束的相干性，抑制相干叠加引起的散斑效应，保证显示图像质量。

本实用新型实施例提供了一种激光投影显示设备，包括：

激光单元，出射包括不同颜色的至少两种激光的合束激光；

第一反射单元，包括多个第一反射区和多个第二反射区，所述第一反射区和所述第二反射区交替围绕所述第一反射单元的中心点呈圆周排布；

所述第一反射区和所述第二反射区分别对所述合束激光反射形成不同偏振方向的线偏振光；

旋转单元，驱动所述第一反射单元围绕所述第一反射单元的中心点旋转；

第二反射单元，通过调整反射面姿态，对所述第一反射单元反射的所述合束激光投影成像。

可选地，所述第一反射区包括相互层叠的镀膜偏振片和二分之一波片，所述第二反射区包括镀膜偏振片；

所述镀膜偏振片反射第一线偏振光，透射第二线偏振光，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向垂直。

可选地，所述第一反射单元呈圆环状，所述第一反射区和所述第二反射区呈相同形状的扇形。

可选地，所述第一反射区和所述第二反射区的弧度K满足：(2n+1)K＝V/M；其中，所述第二反射单元的投影成像刷新频率为M，所述旋转单元的转动角速度为V，n为自然数。

可选地，圆环状的所述第一反射单元的内径为5mm-30mm，外径为20mm-60mm。

可选地，所述激光单元包括红色激光发射单元、绿色激光发射单元、蓝色激光发射单元以及三个分别位于所述红色激光发射单元、所述绿色激光发射单元和所述蓝色激光发射单元出光路径上的二色性反射镜，三个所述二色性反射镜的反射光路径重叠。

可选地，所述激光单元还包括三个光束整形透镜，三个所述光束整形透镜分别位于所述红色激光发射单元、所述绿色激光发射单元和所述蓝色激光发射单元出光路径上且位于对应位于所述红色激光发射单元、所述绿色激光发射单元和所述蓝色激光发射单元与所述二色性反射镜之间。

可选地，所述旋转单元包括旋转电机。

可选地，所述第二反射单元包括MEMS振镜。

可选地，所述显示设备还包括投影屏幕，所述第二反射单元对所述第一反射单元反射的所述合束激光在所述投影屏幕上投影成像。

本实施例的技术方案，通过在激光投影显示设备中设置激光单元、第一反射单元、旋转单元以及第二反射单元，其中，激光单元出射包括不同颜色的至少两种激光的合束激光，第一反射单元设置多个第一反射区和多个第二反射区，第一反射区和第二反射区交替围绕第一反射单元的中心点呈圆周排布，同时，第一反射区和第二反射区分别对合束激光反射形成不同偏振方向的线偏振光；旋转单元驱动第一反射单元围绕中心点旋转，第二反射单元通过调整反射面姿态，对第一反射单元反射的合束激光投影成像，实现了对激光合束调整使其失去相干性，在粗糙表面进行漫反射自由叠加时，可以有效地抑制相干叠加引起的散斑效应。本实用新型实施例解决了现有投影显示系统存在散斑效应导致显示质量不能满足要求的问题，结构简单有效，对屏幕要求也较低，具备工艺要求低、成本低的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种典型散斑的图案；

图2是本实用新型实施例提供的一种激光投影显示设备的结构示意图；

图3是图2所示激光投影显示设备中第一反射单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种第一反射单元的结构示意图；

图5是图4所示第一反射单元的局部剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型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本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。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实用新型中的具体含义。

如背景技术部分所述，激光作为一种相干性极高的光源，当激光照射到光学粗糙物体的表面诸如屏幕的时候，激光会发生随机性的散射，由此而导致相干现象发生的位置也是随机的，经过光学系统成像后就表现为一种呈颗粒状的光强随机分布图样，即为散斑，图1是本实用新型实施例提供的一种典型散斑的图案，参考图1，激光散斑的出现会严重影响画面的质量。

目前对于散斑一般是通过动态的方式实现散斑抑制，其采用的原理多为在探测器的积分时间内实现多个独立散斑的叠加。独立散斑是通过将变化的漫射体投影到屏幕上，利用每个漫射体像素随机相位的变化来产生的。散斑动态抑制究其根源是一种时间平均的方式，通常包含以下两种类型：(1)将图像透过携带有相位信息的漫射体投影至屏幕，例如由连续的镜面单元微阵列结构组成的可形变的镜子；(2)引入运动的屏幕。

对于以上两种散斑抑制的实施方式，使用可形变的镜子由连续的镜面单元微阵列结构十分复杂，工艺要求高，且成本昂贵。引入运动屏幕使得应用场景十分有限。首先，屏幕尺寸越大，意味着重量的增加，空气阻力的增大，都会给震动马达带来更大的负担；其次，屏幕固定困难，屏幕各部分无法做到同步运动，导致画面扭曲失真；再者，屏幕的使用寿命和制造成本都是难以逾越的鸿沟。

基于上述技术问题，本实用新型实施例提供一种激光投影显示设备。图2是本实用新型实施例提供的一种激光投影显示设备的结构示意图，图3是图2所示激光投影显示设备中第一反射单元的结构示意图，参考图2和图3，该激光投影显示设备包括：激光单元10，出射包括不同颜色的至少两种激光的合束激光101；第一反射单元20，包括多个第一反射区21和多个第二反射区22，第一反射区21和第二反射区22交替围绕第一反射单元20的中心点呈圆周排布；第一反射区21和第二反射区22分别对合束激光101反射形成不同偏振方向的线偏振光；旋转单元30，驱动第一反射单元20围绕第一反射单元20的中心点旋转；第二反射单元40，通过调整反射面姿态，对第一反射单元20反射的合束激光101投影成像。

其中，激光单元10为整个投影显示设备的光源，提供有关画面信息的发光光束，第二反射单元40则作为投影结构，将光源提供的发光光束形成在投影平面上。需要说明的是，本实施例中的激光单元10出射的光束用于形成整个投影画面的单个像素点，通过第二反射单元40调整反射面姿态，实现对激光合束在投影平面上的扫描，扫描的同时激光合束根据投影画面当前像素点所需配置光源，也即激光单元10提供的激光合束为动态调节的激光束，配合第二反射单元40的动态扫描，并且依据人眼的视觉残留原理，可于投影平面上形成连续的投影画面实现显示功能。可以理解，激光单元10动态调节的过程，可以理解为不同颜色激光束通过不同比例搭配，实现投影画面各像素点所需颜色的过程，因此，激光单元10中需要设置至少两种颜色的激光光源进行合束。

基于上述投影显示原理，本实施例中还设置有第一反射单元20和旋转单元30，用于对激光单元10出射的合束激光101形成的激光散斑现象进行抑制。具体地，通过旋转单元30驱动第一反射单元20旋转，目的是使激光单元10出射的合束激光101入射在第一反射单元20的不同区域。具体地，由于第一反射单元20围绕中心点设置交替且呈圆周排布的第一反射区21和第二反射区22，因此，在旋转过程中，合束激光101会交替入射到第一反射区21和第二反射区22，依次形成不同偏振方向的线偏振光。对于连续的投影图像而言，其各画面中同一像素点可实现由不同偏振方向的线偏振光投影形成，也即，使得各画面中形成同一像素点的激光光束为弱相干性的光束，在激光光斑叠加时会大大抑制激光散斑效应，从而避免散斑效应影响画面的质量。

继续参考图2，在一具体实施例中，可选激光单元10包括红色激光发射单元111、绿色激光发射单元112、蓝色激光发射单元113以及三个分别位于红色激光发射单元111、绿色激光发射单元112和蓝色激光发射单元113出光路径上的二色性反射镜120，三个二色性反射镜120的反射光路径重叠。

其中，二色性反射镜120是一种对于不同波长的光具有不同的反射率和透射率性质的反射镜，常用于激光光束的合束和分束结构中。本实施例中在红绿蓝三种样的激光束路径上分别设置一个二色性反射镜120，目的在于控制各反射镜反射的相应颜色激光束的能量比例，用于调节合束中各颜色激光束的比例。可以理解的是，如图2所示的实施例中，将三种颜色的激光发射单元设置为出射路径平行，三个二色性反射镜120平行，仅为本实用新型的一种实施方式，考虑到不同的空间布局，在满足三个二色性反射镜120的反射光路径重叠的基础上，也可对各颜色的激光反射单元的位置进行变化，对应地，需要调节相应的二色性反射镜120的倾斜角度，基于此对激光单元中的结构布局设计或变化均落入本实用新型的保护范围内。

进一步可选地，激光单元10还包括三个光束整形透镜130，三个光束整形透镜130分别位于红色激光发射单元111、绿色激光发射单元112和蓝色激光发射单元113出光路径上且对应位于红色激光发射单元111、绿色激光发射单元112和蓝色激光发射单元113与二色性反射镜120之间。

光束整形透镜130主要用于对各颜色的激光发光单元出射的激光束进行整形，可包括准直、聚焦等，使其入射至二色性反射镜120上进行合束，本领域技术人员容易理解，此处不做过多限制。

在一具体实施例中，可设置旋转单元30包括旋转电机31。其中，旋转电机31可设置位于第一反射单元20的背面，通过转轴带动第一反射单元20旋转。当然，本领域技术人员也可根据实际需求，对旋转单元30的具体结构进行设计，例如可采用其他电机替换旋转电机31，或者可增加其他传动组件等，此处均不做限制。

在一具体实施例中，还可设置第二反射单元40包括MEMS振镜41。第二反射单元40采用MEMS振镜41，能够利用振镜高速的姿态变换特性，实现快速的扫描成像。当然，本领域技术人员也可根据实际需求，替换采用其他形式的反射镜，此处不做限制。

在一具体实施例中，可设置显示设备还包括投影屏幕50，第二反射单元40对第一反射单元20反射的合束激光101在投影屏幕50上投影成像。

在上述实施例基础上，本实用新型实施例对第一反射单元的具体结构提供了具体实施方式。图4是本实用新型实施例提供的另一种第一反射单元的结构示意图，图5是图4所示第一反射单元的局部剖面图，参考图4和图5，首先，本实施例的第一反射单元中，可设置第一反射区21包括相互层叠的镀膜偏振片201和二分之一波片202，第二反射区22包括镀膜偏振片201；镀膜偏振片201反射第一线偏振光S，透射第二线偏振光P，第一线偏振光S与第二线偏振光P的偏振方向垂直。

其中，镀膜偏振片201本质为反射型偏振片，由该镀膜偏振片201镀膜表面反射的光束为偏振方向与该镀膜偏振片201的透过轴平行的线偏振光。然而，当该镀膜偏振片201上设置有二分之一波片202时，其寻常光(o光)和非常光(e光)之间会存在相位延迟，使得该线偏振光的偏振方向发生偏转，且偏转角度与入射二分之一波片的线偏振光的偏振方向与二分之一波片的快轴的夹角θ相关，偏转角度为夹角θ的二倍。

由激光单元10出射的合束激光101可认为是圆偏振光，当圆偏振光在第二反射区22上反射时，圆偏振光在镀膜偏振片201的表面反射形成第一线偏振光S。而当该圆偏振光在第一反射区21上反射时，圆偏振光入射二分之一波片202后仍为圆偏振光，在镀膜偏振片201的表面反射形成第一线偏振光S，第一线偏振光S直接入射二分之一波片202，偏振方向发生偏转形成第三线偏振光S’，如上所述，第三线偏振光S’与第一线偏振光S存在2θ的夹角。由此，通过旋转第一反射单元20，使合束激光101依次交替在第一反射区21和第二反射区22上反射，产生没有相干性的S光和S’光，即可以抑制自由叠加引起的散斑效应。

需要说明的是，在具体实施过程中，可设置合束激光101按照第一反射单元20的布鲁斯特角入射，例如以45°夹角入射，避免第一反射单元20表面反射第二线偏振光P，影响第一反射单元20出射S光和S’光，保证对散斑效应的有效抑制效果。另外，该实施例中利用镀膜偏振片和二分之一波片设计两种反射区仅为本实用新型的一个具体实施方式，本领域技术人员还可采用其他设计方案实现两种交替的反射区，例如可在两种分区中设置不同透过轴的偏振片实现两种偏振态的反射光等，此处不做过多限制。

基于上述的第一反射单元的反射原理，本实用新型实施例可选对第一反射单元的尺寸形状等进行设计。首先，继续参考图5，可设置第一反射单元20呈圆环状，第一反射区21和第二反射区22呈相同形状的扇形。

另外，第一反射区21和第二反射区22的弧度K满足：(2n+1)K＝V/M；其中，第二反射单元的投影成像刷新频率为M，旋转单元的转动角速度为V，n为自然数。

其中，扇形区的弧度K通过第二反射单元投影成像的刷新频率M以及旋转单元的转动角速度V计算获得，其目的在于保证投影图像中同一像素点在相邻两个画面中的激光束为不同的偏振态，使其失去相干性。可以理解的是，投影成像每刷新一次，即表示所有像素点被照亮一次。在已知旋转单元的转动角速度V以及投影成像的刷新频率M的基础上，在同一像素点被点亮两次的时间周期即一个刷新周期内，可知旋转单元总的旋转弧度为V/M。而在同一像素点被点亮两次的时间周期内，需要保证该两次点亮的投影光束的偏振态不同，也即该两次点亮的投影光束分别由第一反射单元上的两种反射区反射，故而需要总的旋转弧度V/M为单个扇形区弧度的奇数倍，也即依次经过了奇数个扇形区。示例性地，在实际驱动时，可设置旋转电机按照10000rad/min的转速进行旋转。

此外，基于合束激光的光斑尺寸一般在2-3mm的范围，考虑到需保证各扇形区对光束的有效完整反射，在保证外径大于内径的前提下，可设置圆环状的第一反射单元20的内径为5mm-30mm，外径为20mm-60mm。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种激光投影显示设备，其特征在于，包括：

激光单元，出射包括不同颜色的至少两种激光的合束激光；

第一反射单元，包括多个第一反射区和多个第二反射区，所述第一反射区和所述第二反射区交替围绕所述第一反射单元的中心点呈圆周排布；所述第一反射区和所述第二反射区分别对所述合束激光反射形成不同偏振方向的线偏振光；

2.根据权利要求1所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述第一反射区包括相互层叠的镀膜偏振片和二分之一波片，所述第二反射区包括镀膜偏振片；

3.根据权利要求1所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述第一反射单元呈圆环状，所述第一反射区和所述第二反射区呈相同形状的扇形。

4.根据权利要求3所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述第一反射区和所述第二反射区的弧度K满足：(2n+1)K＝V/M；其中，所述第二反射单元的投影成像刷新频率为M，所述旋转单元的转动角速度为V，n为自然数。

5.根据权利要求3所述的激光投影显示设备，其特征在于，圆环状的所述第一反射单元的内径为5mm-30mm，外径为20mm-60mm。

6.根据权利要求1所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述激光单元包括红色激光发射单元、绿色激光发射单元、蓝色激光发射单元以及三个分别位于所述红色激光发射单元、所述绿色激光发射单元和所述蓝色激光发射单元出光路径上的二色性反射镜，三个所述二色性反射镜的反射光路径重叠。

7.根据权利要求6所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述激光单元还包括三个光束整形透镜，三个所述光束整形透镜分别位于所述红色激光发射单元、所述绿色激光发射单元和所述蓝色激光发射单元出光路径上且对应位于所述红色激光发射单元、所述绿色激光发射单元和所述蓝色激光发射单元与所述二色性反射镜之间。

8.根据权利要求1所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述旋转单元包括旋转电机。

9.根据权利要求1所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述第二反射单元包括MEMS振镜。

10.根据权利要求1所述的激光投影显示设备，其特征在于，所述显示设备还包括投影屏幕，所述第二反射单元对所述第一反射单元反射的所述合束激光在所述投影屏幕上投影成像。