專利名稱：消除激光散斑的系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消除激光散斑的系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的投影機(jī)。
背景技術(shù)：
在投影光學(xué)系統(tǒng)中，由于激光的單色性好、色純度高、按三色合成原理，在色度圖 上有最大的色三角形區(qū)域，因而它有其它光源所不可比擬的優(yōu)勢。但是，作為光源的激光束 由于相干性而受到散斑影響，照射到粗糙物體的表面會(huì)形成激光光斑，屏幕上強(qiáng)烈的散斑 條紋嚴(yán)重影響了成像質(zhì)量，降低了圖像的分辨率和對比度。因此，散斑是降低圖像質(zhì)量和分 辨率的主要因素，也是制約投影機(jī)發(fā)展的因素之一。 現(xiàn)有技術(shù)中激光投影機(jī)消除激光散斑的主要方法，有使用光纖消除激光散斑，它
的工作原理是一定長度的光纖，當(dāng)會(huì)聚后的激光束進(jìn)入光纖，不同入射角的激光光束與光
纖壁的碰撞次數(shù)不同，造成光束的光程不同，因而在光纖出射面的激光束有不同的相位，減
弱了激光的相干性，激光散斑的對比度因此降低，激光散斑對人眼的剌激減少。 現(xiàn)有技術(shù)中激光投影機(jī)消除激光散斑的方法，還有使用微透鏡旋轉(zhuǎn)消除激光散
斑，它的工作原理是微透鏡將激光光源的平行光會(huì)聚成幾個(gè)會(huì)聚點(diǎn)，激光束的光束相對微
透鏡的高度不同相應(yīng)的光程也不同，不同會(huì)聚點(diǎn)的激光束進(jìn)入積分棒，同理出射面的激光
束有不同的相位，相干性減弱，轉(zhuǎn)動(dòng)微透鏡使激光散斑的位置移動(dòng)，眼睛合成各個(gè)細(xì)小不同
散斑，減小散斑的對比度。 將投影屏幕制造成鋸齒形，使透過屏幕的光束散射，改變光束的相位，破壞成像光 束的相干性是消除激光散斑的另一方法。 現(xiàn)有技術(shù)中激光投影機(jī)消除激光散斑的方法，存在下列缺點(diǎn)激光的相干長度從 幾厘米到數(shù)公里，用光纖消散斑光束的光程達(dá)到相干長度光纖會(huì)很長，由于材料的吸收等 原因，光的強(qiáng)度會(huì)減弱，投影設(shè)備體積增大。
微透鏡消散斑的缺點(diǎn)在于微透鏡不能做得無限小，數(shù)量有限的光點(diǎn)使散斑的分
布稀疏，微透鏡的轉(zhuǎn)速快才能消除散斑。
投影屏幕消散斑成本高，國內(nèi)不能加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制造工藝簡單， 成本低，消除散斑效果好的系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的投影機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種消除激光散斑的系統(tǒng)，包括激光光源，具有至少一個(gè)用于發(fā)出激光光束的激 光器；聚焦光學(xué)單元，用于將激光光源發(fā)出的激光束會(huì)聚；積分棒單元，具有至少一個(gè)第一 積分棒，該第一積分棒連續(xù)不斷地上下移動(dòng)；所述激光光源、聚焦光學(xué)單元、積分棒單元依 次排列。上述第一積分棒移動(dòng)頻率為20Hz以上。所述積分棒單元還包括一個(gè)第二積分棒。
—種消除激光散斑的投影機(jī)，包括激光光源，具有至少一個(gè)用于發(fā)出激光光束的激光器；聚焦光學(xué)單元，用于將激光光源發(fā)出的激光束會(huì)聚；積分棒單元，具有至少一個(gè)第 一積分棒，該第一積分棒連續(xù)不斷地上下移動(dòng)；光斑放大透鏡組，具有至少一個(gè)用于放大光 斑的光學(xué)元件；成像芯片，用于對光學(xué)系統(tǒng)成像；投影物鏡組，具有至少一個(gè)用于將圖像成 像于屏幕的投影物鏡；所述激光光源、聚焦光學(xué)單元、積分棒單元、光斑放大透鏡組、成像芯 片和投影物鏡組依次排列。上述第一積分棒移動(dòng)頻率為20Hz以上。所述積分棒單元還包 括一個(gè)第二積分棒。所述激光光源取自于紅激光器、綠激光器和蘭激光器；所述成像芯片取 自于lcd成像芯片、lcos成像芯片和DMD成像芯片。
本發(fā)明的有益效果在于 1、與傳統(tǒng)的消除激光散斑方法相比，由于所采用的第一積分棒體積小、加工方便、 減小了體積，減少了加工成本，同時(shí)采用第一積分棒移動(dòng)技術(shù)后投影屏幕消除了散斑；
2、采用上述方法的激光(lcd、 lcos、 DMD)顯示投影機(jī)，體積小、能量利用率高，制 造成本低，元器件容易采購.。


圖1是本發(fā)明消除激光散斑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明使用消除激光散斑系統(tǒng)的投影機(jī)的第
圖3是本發(fā)明使用消除激光散斑系統(tǒng)的投影機(jī)的第
圖4是本發(fā)明使用消除激光散斑系統(tǒng)的投影機(jī)的第
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖1所示是本發(fā)明消除激光散斑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括激光光源10、會(huì)聚 透鏡20、第一積分棒31，第二積分棒32，其中激光光源10、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31，第 二積分棒32依次排列。其中第一積分棒31體積小，便于加工。 激光光源10具有至少一個(gè)發(fā)出激光光束的激光器，其發(fā)出的平行光被會(huì)聚透鏡 20聚焦在第一積分棒31的入口，光束在第一積分棒31內(nèi)多次反射，第一積分棒31出口激 光光束勻化且位相比進(jìn)入前雜亂，這些光線進(jìn)入第二積分棒32，光線在第二積分棒32內(nèi)再 經(jīng)過多次反射，進(jìn)一步勻化，光束的相干性更弱。系統(tǒng)中第一積分棒31出口處的面光源，相 當(dāng)于無數(shù)的光點(diǎn)組合，光線射出第二積分棒32后形成無數(shù)散斑均勻地散布在整個(gè)照明光 斑上，第一積分棒31連續(xù)不斷地上下移動(dòng)，相當(dāng)于無數(shù)小光點(diǎn)不斷改變位置，相應(yīng)照明光 斑上的散斑也就不斷移動(dòng)(如圖l虛線所示)，當(dāng)移動(dòng)的頻率達(dá)到20Hz以上，人眼將小光 斑合成一幅均勻的光斑。其中會(huì)聚透鏡20可以由其他具有會(huì)聚功能的光學(xué)元件組所取代。 積分棒單元也可以只包括一個(gè)第一積分棒31，但這種情況下，為消除激光散斑，第一積分棒 31通常會(huì)比較長。 如圖2所示是本發(fā)明使用消除激光散斑系統(tǒng)的投影機(jī)的第一實(shí)施例示意圖，包括 紅激光器11、綠激光器12、蘭激光器13、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光斑 放大透鏡組40、lcd成像芯片51，合色棱鏡60、投影物鏡70。其中綠光光路自左到右依次是 綠激光器12、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光斑放大透鏡組40、 lcd成像芯 片51、合色棱鏡60 ;紅光光路自上而下依次是紅激光器11、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、
一實(shí)施例示意圖； 二實(shí)施例示意圖； 三實(shí)施例示意圖。
5第二積分棒32、光斑放大透鏡組40、 led成像芯片51、合色棱鏡60 ;蘭光光路自下而上依 次是蘭激光器13、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光斑放大透鏡組40、 led成 像芯片51、合色棱鏡60，合色棱鏡60右邊的是投影物鏡70。其中光斑放大透鏡組40具有 至少一個(gè)用于放大光斑的光學(xué)元件，在實(shí)施例1中，光斑放大透鏡組40由兩個(gè)依次排列的 凸透鏡41、42組成。投影物鏡70可以由其他具有放大功能的光學(xué)元件組所取代。
由紅激光器11、綠激光器12、蘭激光器13發(fā)出的平行光如上所述經(jīng)過消除激光散 斑系統(tǒng)到第二積分棒32出口成為均勻的消散斑照明光斑，光斑放大透鏡組40將第二積分 棒32出口的均勻光斑放大成像于led成像芯片51上，合色棱鏡60將三幅紅綠蘭圖像疊加 合成為一幅圖像，投影物鏡70將合成圖像成像于屏幕。在實(shí)施例1中，紅激光器11、綠激光 器12、蘭激光器13的位置可以相互調(diào)換。 當(dāng)然，在本發(fā)明中，也可以只采用一個(gè)激光器作為激光光源IO，其發(fā)出的激光光束 經(jīng)會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分榜32、光斑放大透鏡組40、成像芯片、投影物鏡70 成像于屏幕，當(dāng)然在此種情況下，由于選用的是單色激光器，因此所成圖像也是相應(yīng)于該激 光器波長的圖像。例如，選用紅激光器11作為激光光源，則屏幕上呈現(xiàn)的為紅色圖像。
如圖3所示是本發(fā)明使用消除激光散斑系統(tǒng)的投影機(jī)的第二實(shí)施例示意圖，包 括紅激光器11、綠激光器12、蘭激光器13、反紅透蘭綠二向色鏡81、反蘭透紅綠二向色鏡 82、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光斑放大透鏡組40、反光鏡62、完全內(nèi)反 (TIR)棱鏡組61、匿D成像芯片53、投影物鏡70，其中完全內(nèi)反(TIR)棱鏡組61設(shè)置在反 光鏡62的光軸出射方向，匿D成像芯片53在完全內(nèi)反(TIR)棱鏡組61的左邊，投影物鏡 70在完全內(nèi)反(TIR)棱鏡組61的右邊。 其中綠光光路自左到右依次是綠激光器12、反紅透蘭綠二向色鏡81、反蘭透紅綠 二向色鏡82、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光斑放大透鏡組40、反光鏡62、 完全內(nèi)反(TIR)棱鏡組61、匿D成像芯片53、投影物鏡70，其中反紅透蘭綠二向色鏡81、反 蘭透紅綠二向色鏡82分別成45。角設(shè)置。紅光光路與綠光光路基本相同，其區(qū)別在于紅 激光器11位于45°的反紅透蘭綠二向色鏡81下方；蘭光光路與綠光光路基本相同，其區(qū) 別在于蘭激光器13位于45。的反蘭透紅綠二向色鏡82下方。其中反紅透蘭綠二向色鏡 81、反蘭透紅綠二向色鏡82，也可以調(diào)換位置，相應(yīng)的紅激光器11位于45°的反紅透蘭綠 二向色鏡81下方，蘭激光器13位于45。的反蘭透紅綠二向色鏡82下方。同理反紅透蘭綠 二向色鏡81、反蘭透紅綠二向色鏡82也可以分別成135°角設(shè)置，紅激光器11位于135° 的反紅透蘭綠二向色鏡81上方，蘭激光器13位于135°的反蘭透紅綠二向色鏡82上方。
在第二實(shí)施例中，也可以選用反綠透紅蘭二向色鏡、反蘭透紅綠二向色鏡，紅激光 器位于反綠透紅蘭二向色鏡、反蘭透紅綠二向色鏡的左邊，綠激光器12位于反綠透紅蘭二 向色鏡的下方，蘭激光器13位于反蘭透紅綠二向色鏡的下方，反綠透紅蘭二向色鏡、反蘭 透紅綠二向色鏡的位置可以相互調(diào)換。當(dāng)然，選用反綠透紅蘭二向色鏡、反紅透蘭綠二向色 鏡也是可以的。光柵具有部分反射部分透射功能，也可以替換本實(shí)施例中的二向色鏡。
DMD成像芯片53顯示綠色圖案時(shí)，綠激光器12發(fā)出的平行光透過反紅透蘭綠二向 色鏡81，反蘭透紅綠二向色鏡82，如上所述的到第二積分棒32出口成為均勻的消散斑照明 光斑，光斑放大透鏡組40將第二積分棒32出口的均勻光斑通過反光鏡62、完全內(nèi)反(TIR) 棱鏡組61反射放大成像于DMD成像芯片53上，DMD成像芯片53將光線反射回完全內(nèi)反(TIR)棱鏡組61，投影物鏡70將圖像成像于屏幕。匿D成像芯片53顯示紅色圖案時(shí)，紅激 光器11發(fā)出的平行光由反紅透蘭綠二向色鏡81反射，透過反蘭透紅綠二向色鏡82，到達(dá)會(huì) 聚透鏡20。當(dāng)DMD成像芯片53顯示蘭色圖案時(shí)，蘭激光器13發(fā)出的平行光由反蘭透紅綠 二向色鏡82反射，到達(dá)會(huì)聚透鏡20，與綠光相同的蘭色、紅色圖像最后由投影物鏡70投影 到屏幕。人眼將時(shí)序顯示的三幅紅、綠、蘭圖像合成一幅彩色的圖像。 如圖4所示是本發(fā)明使用消除激光散斑系統(tǒng)的投影機(jī)的第三實(shí)施例示意圖，包括 紅激光器11、綠激光器12、蘭激光器13、反綠透紅二向色鏡83、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒 31、第二積分棒32、光斑放大透鏡組40、 lcos成像芯片52、偏振分光棱鏡80、合色棱鏡60、 投影物鏡70，反綠透紅二向色鏡83成135。角設(shè)置。其中紅光光路自左到右依次是紅激光 器11、反綠透紅二向色鏡83、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光斑放大透鏡組 40、反綠透紅二向色鏡83、偏振分光棱鏡80、lcos成像芯片52在偏振分光棱鏡80的上方， 合色棱鏡60，紅光經(jīng)反綠透紅二向色鏡83透射進(jìn)入合色棱鏡60上方的偏振分光棱鏡80 ; 綠光光路與紅光光路基本相同，其區(qū)別在于綠激光器12位于135°角設(shè)置的反紅透綠二 向色鏡83的上方，綠光經(jīng)反綠透紅二向色鏡83反射進(jìn)入合色棱鏡60左方的偏振分光棱鏡 80 ;蘭光光路自左到右依次是蘭激光器13、會(huì)聚透鏡20、第一積分棒31、第二積分棒32、光 斑放大透鏡組40、偏振分光棱鏡80、 lcos成像芯片52在偏振分光棱鏡80的下方、合色棱 鏡60，投影物鏡組70位于合色棱鏡60的右方。 由紅激光器11、綠激光器12、蘭激光器13發(fā)出的平行光如上所述的到第二積分棒 32出口成為均勻的消散斑照明光斑，光斑放大透鏡組40將第二積分棒32出口的均勻光斑 通過偏振分光棱鏡80放大成像于lcos成像芯片52上，lcos成像芯片52改變?nèi)肷涔饩€的 偏振態(tài)，將光線反射回偏振分光棱鏡80，光線再進(jìn)入合色棱鏡60，合色棱鏡60將三幅紅綠 蘭疊加成一幅彩色圖像，投影物鏡70將合成圖像成像于屏幕。 在實(shí)施例三中，先采用反綠透紅二向色鏡83將紅激光器11、綠激光器12發(fā)出的 激光束進(jìn)行耦合， 一起進(jìn)入會(huì)聚透鏡20，經(jīng)光斑放大透鏡組40后設(shè)置的反綠透紅二向色鏡 83后，紅光透射進(jìn)入合色棱鏡60上方的偏振分光棱鏡80，綠光反射進(jìn)入合色棱鏡60左方 的偏振分光棱鏡80。其中第一個(gè)反紅透綠二向色鏡83可以成45。角設(shè)置，這時(shí)綠激光器 12位于45°角設(shè)置的反紅透綠二向色鏡83的下方。 同樣，在實(shí)施例3中，也可以將綠光和蘭光先耦合再分離，或者紅光和蘭光先耦合 再分離，這些都是實(shí)施例3的等同替代方式。 以上實(shí)施方式旨在說明本發(fā)明，而決非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù) 描述，在不脫離權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明總體構(gòu)思的原則下，可以對實(shí)施 例做出改變。
權(quán)利要求
一種消除激光散斑的系統(tǒng)，包括激光光源，具有至少一個(gè)用于發(fā)出激光光束的激光器；聚焦光學(xué)單元，用于將激光光源發(fā)出的激光束會(huì)聚；積分棒單元，具有至少一個(gè)第一積分棒，該第一積分棒連續(xù)不斷地上下移動(dòng)；所述激光光源、聚焦光學(xué)單元、積分棒單元依次排列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除激光散斑的系統(tǒng)，其特征在于所述第一積分棒移動(dòng)頻 率為20Hz以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消除激光散斑的系統(tǒng)，其特征在于所述積分棒單元還 包括一個(gè)第二積分棒。
4. 一種消除激光散斑的投影機(jī)，包括 激光光源，具有至少一個(gè)用于發(fā)出激光光束的激光器； 聚焦光學(xué)單元，用于將激光光源發(fā)出的激光束會(huì)聚；積分棒單元，具有至少一個(gè)第一積分棒，該第一積分棒連續(xù)不斷地上下移動(dòng)； 光斑放大透鏡組，具有至少一個(gè)用于放大光斑的光學(xué)元件； 成像芯片，用于對光學(xué)系統(tǒng)成像；投影物鏡組，具有至少一個(gè)用于將圖像成像于屏幕的投影物鏡；所述激光光源、聚焦光學(xué)單元、積分棒單元、光斑放大透鏡組、成像芯片和投影物鏡組 依次排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影機(jī)，其特征在于所述第一積分棒移動(dòng)頻率為20Hz以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的投影機(jī)，其特征在于所述積分棒單元還包括一個(gè)第二 積分棒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影機(jī)，其特征在于所述激光光源取自于紅激光器、綠激光 器和蘭激光器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影機(jī)，其特征在于所述成像芯片取自于led成像芯片、 lcos成像芯片和DMD成像芯片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影機(jī)，其特征在于所述投影機(jī)還包括合色棱鏡，所述紅激 光器、綠激光器、蘭激光器分別與所述聚焦光學(xué)單元、積分棒單元、光斑放大透鏡組、成像芯 片組成紅光光路、綠光光路、蘭光光路，所述合色棱鏡位于所述紅光光路、綠光光路和蘭光 光路與所述投影物鏡組之間，用于將所述紅光光路、綠光光路和蘭光光路的圖像合成，經(jīng)所 述投影物鏡組成像于屏幕。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影機(jī)，其特征在于所述紅光光路、綠光光路、蘭光光路 分別垂直于所述合色棱鏡的任意三個(gè)工作面，投影物鏡組垂直于合色棱鏡的另外一個(gè)工作 面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影機(jī)，其特征在于所述投影機(jī)還包括兩個(gè)部分反射部分透射光學(xué)元件組，第一部分反射部分透射光學(xué)元件組位于所述紅激光器、綠激光器和聚焦 光學(xué)單元之間，將紅激光器、綠激光器發(fā)出的激光光束耦合后進(jìn)入所述聚焦光學(xué)單元，經(jīng)積 分棒單元、光斑放大透鏡組后，再經(jīng)第二部分反射部分透射光學(xué)元件組分離。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影機(jī)，其特征在于所述投影機(jī)還包括三個(gè)偏振分光棱鏡，分別位于所述合色棱鏡的上方、下方和左方。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影機(jī)，其特征在于所述投影機(jī)還包括部分反射部分透射 光學(xué)元件組，位于所述激光光源與所述聚焦光學(xué)單元之間，所述紅激光器、綠激光器和蘭激 光器依次輪流發(fā)出激光光束。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影機(jī)，其特征在于所述投影機(jī)還包括反光鏡和完全內(nèi) 反棱鏡組，位于所述成像芯片和所述投影物鏡組之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的投影機(jī)，其特征在于所述部分反射部分透射光學(xué)元 件組是反紅透蘭綠二向色鏡和反蘭透紅綠二向色鏡，其分別成45。角設(shè)置，所述綠激光器 位于所述反紅透蘭綠二向色鏡和所述反蘭透紅綠二向色鏡的左側(cè)，所述紅激光器位于所述 反紅透蘭綠二向色鏡的下方，所述蘭激光器位于所述反蘭透紅綠二向色鏡的下方。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的投影機(jī)，其特征在于所述部分反射部分透射光學(xué)元 件組是反紅透蘭綠二向色鏡和反蘭透紅綠二向色鏡，其分別成135°角設(shè)置，所述綠激光器 位于所述反紅透蘭綠二向色鏡和所述反蘭透紅綠二向色鏡的左側(cè)，所述紅激光器位于所述 反紅透蘭綠二向色鏡的上方，所述蘭激光器位于所述反蘭透紅綠二向色鏡的上方。
全文摘要
一種消除激光散斑的系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的投影機(jī)，該消除激光散斑的系統(tǒng)包括激光光源，聚焦光學(xué)單元，積分棒單元，具有至少一個(gè)第一積分棒，該第一積分棒連續(xù)不斷地上下移動(dòng)；所述激光光源、聚焦光學(xué)單元、積分棒單元依次排列。消除激光散斑的投影機(jī)包括激光光源，聚焦光學(xué)單元，積分棒單元，光斑放大透鏡組，成像芯片，投影物鏡組。本發(fā)明的有益效果在于與傳統(tǒng)的消除激光散斑方法相比，由于所采用的第一積分棒體積小、加工方便、減小了體積，減少了加工成本；采用第一積分棒移動(dòng)技術(shù)后投影屏幕消除了散斑；采用上述方法的激光顯示投影機(jī)，體積小、能量利用率高，制造成本低，元器件容易采購。
文檔編號G03B21/14GK101750753SQ20081020408
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者朱宗曦, 朱汝平, 楊愛萍 申請人:上海麗寶數(shù)碼技術(shù)有限公司;上海力保科技有限公司