CN101349811A - 一种设置有位相调制器的激光光源投影机 - Google Patents

Abstract

一种设置有位相调制器的激光光源投影机，它涉及一种投影设备，具体涉及一种应用激光光源的微型投影设备的改进。动态散射片设置在三个分色镜的后方，散射马达设置在动态散射片的上方并与散射片相连接；位相调制器设置在光调制器和投影透镜之间。本发明中位相调制器可以减小由激光光源放射光之间相干性，增加其任意性；动态散射片增加光线入射角的可变性，通过改变动态散射片的扩散角和振动频率，来增加其任意性。本发明从多个方面增加其任意性，从而达到减弱甚至消除躁点的目的，提高投影机的投影质量，从而达到市场应用的需求。

Description

一种设置有位相调制器的激光光源投影机

技术领域：

本发明涉及一种投影设备，具体涉及一种应用激光光源的微型投影设备的改进。

背景技术：

为了开发比手掌还要小的便携式微型投影机，或者直接可以嵌入笔记本电脑中投影机，需要研制出体积小且低功耗的投影机，而光效率很高的激光光源无疑是低功耗光源的首选。不过，激光虽然光效率很高，而且又是最适合的微型投影用光源，但是却因激光原来的光相干特性，而容易使投影带有躁点。

因为激光固有的相干特性，在成像一面上会出现或亮或暗的区域，这种区域反复出现的干涉模式就成为躁点。这种干涉模式降低了成像效果，成为使用微型投影机投影成像质量下降的主要原因。

因而，业界一直以来都在努力开发一种技术使这种躁点不为肉眼识别，但是成果甚微。

目前业界去除躁点的方法大致上有三种。

第一，增加光线入射角的可变性，增加任意性(Randomness)；

第二，增加激光位相的可变性，增加任意性；

第三，持续改变激光波长，将波长稍微有不同的多数激光合成在同一光轴，增加任意性；

目前常用的技术，使动态散射片(Moving diffuser)在光轴上周期性的垂直往返振动，增加任意性(Randomness)，可以减少躁点，但是不能完全去除，使人看起来很不舒服。

发明内容：

本发明的目的是提供一种设置有位相调制器的激光光源投影机，它能显著减少银幕上成像的躁点，达到市场应用的需求。为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含红色光源1、蓝色光源2、绿色光源3、三个分色镜4、波束整形器5、场透镜6、偏光束分离器7、光调制器8、投影透镜9，它还包含动态散射片10、散射马达11、位相调制器12，动态散射片10设置在三个分色镜4的后方，散射马达11设置在动态散射片10的上方并于散射片10相连接；位相调制器12设置在光调制器8和投影透镜9之间。

本发明中位相调制器12可以减小由激光光源放射光之间相干性，增加其任意性；动态散射片10增加光线入射角的可变性，通过改变动态散射片10的扩散角和振动频率，来增加其任意性。本发明从多个方面增加其任意性，从而达到减弱甚至消除躁点的目的，提高投影机的投影质量，从而达到市场应用的需求。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图，图2是具体实施方式二的结构示意图，图3是具体实施方式三的结构示意图，图4是具体实施方式一种展示位相差为λ/4时，正常光和异常光的合成波中，电波合矢量的略图。

具体实施方式：

具体实施方式一，参看图1、4，本具体实施方式采用以下技术方案：它由红色光源1、蓝色光源2、绿色光源3、三个分色镜4、波束整形器5、场透镜6、偏光束分离器7、光调制器8、投影透镜9、动态散射片10、散射马达11、位相调制器12组成，动态散射片10设置在三个分色镜4的后方，散射马达11设置在动态散射片10的上方并于散射片10相连接；位相调制器12设置在光调制器8和投影透镜9之间。本发明中位相调制器12可以减小由激光光源放射光之间相干性，增加其任意性；动态散射片10增加光线入射角的可变性，通过改变动态散射片10的扩散角和振动频率，来增加其任意性。

所述的动态散射片10是在透明平整的投影胶片上由任意图案构成的光学器件，使光向图案方向折射，改变入射角；透过光接触的图案不同，折射方向也会随之改变，整体上会出现入射光散射的现象。散射片的图案决定扩散角的大小。动态散射片10的扩散角在0.5°-2°之间比较合适。动态散射片10的振动频率在60Hz-360Hz之间持续改变，增强任意性。小马达和胶片构成的动态散射片10驱动到360Hz以上很难，而且对于再高的频率增加结果也没有什么变化。驱动采用random函数编程，以一秒为间隔，驱动频率就在60Hz-360Hz之间随意变化。

所述的本发明利用光学位相调制器12来增加激光的随意可变性(Randomness)。光位相调制器12是一种回转型双折射器件。双折射器件将通过的光分为正常光和异常光，两种光的折射率不同，因而沿着不同的光路前进，所以通过光就成了位相各不相同光的合成光。如此产生的位相差为λ/2时，成为线平光偏光方向改变90°，于是p偏光和s之间可以相互转换。位相差为λ/4的位相板时，形成圆平光而不是线平光。

同时，若是液晶光调制器，那通过光调制器的都一律是线平光。这是因为液晶显示装置通过线平光来显示图像。所以，使用液晶光调制器的情况，光在通过λ/2位相板时，只有线平光的方向变化90°。但是，使用λ/4位相板时，变为圆平光。

图4是展示位相差为λ/4时，正常光和异常光的合成波中，电波合矢量的略图。图4是按照下述式子假定正常光和异常光做出的图。

n_正常光：n_y＝2.0，n_x＝0，

n_异常光：n_x＝1.5，n_y＝0    (式子1)

正如图所示，位相差为λ/4(90°)时，通过位相板的光为圆平光。通过上述位相板的正常光和异常光的位相差如下式子2所示Δ。

$\mathrm{\Δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_0}d\left(\right|n_0-n_e\left|\right)---$ (式子2)

如式子2所示，决定通过位相板的正常光和异常光合成时，决定位相差的是位相板“厚度d”、正常光和异常光的折射差值(n₀-n_e)。

所以，回转位相板时，位相差虽没有变化，但正常光和异常光的选择上会发生变化。即，位相差取决与折射率的差值，因而是一定的。n_正常光(x，y)，n_异常光(x，y)成分发生变化，合矢量的大小发生变化。

于是就得出这样一个结论，位相板的位相差不变。但是，位相板回转或者以一定间距振动时，偏光合矢量大小可以持续改变，增加射出光的任意性(Randomness)。

本具体实施方式的工作原理如下：

三个激光光源红色光源1、蓝色光源2、绿色光源3，分别利用三个分色镜4反射或直接透过，射进动态散射片10。

透过动态散射片10的光经过波束整形器光束5变形。之所以要变形光束，是为了符合光调制器8的入射面，提高光效率。波束整形器5的典型代表为复眼透镜，导光管。

复眼透镜即波束整形器5透明板上有很多微型透镜体构成的形状。例如，四角凸起透镜、六角凸起透镜、圆形等等，但是应该采用和光调制器一致的形状。例如，若光调制器8的有效画面形状是四角形，也要把微型透镜调整成四角形，才能最大限度降低光损失。

光调制器8是将入射的光选择性透过，阻挡或者变更光路形成影像的光学器件。DMD(Digital Micromirror Device)、液晶显示器(LCD)、LCOS等是其典型代表。DMD是采用Field Sequential的驱动方法，利用的是状如矩形，数量和像素一样多的Digital Mirror，是一种采用Field Sequential的驱动方法。DLP是通过DigitalMirror调节从光源发出光的光路，反射到银幕上来成像的投影机。液晶显示器(LCD)通过选择性的打开或者关闭液晶来成像。利用液晶显示器(LCD)的投影机有直视型、投射型和反射型。直视型投影机是直接观察液晶显示器后面的后向光通过液晶板时产生影像的方式。投射型投影机是利用投影透镜把通过液晶显示器时的成像扩大之后投射在银幕上，我们看见的从银幕反射回来的影像。反射型和投射型结构基本相同，只不过是利用在下端的板上形成反射膜，将反射的光扩大投射在银幕上。LCOS(Liquid Crystal on Silicon)是反射型液晶显示器的一种，将现有的液晶显示器下面那块透明玻璃板换成硅基板，从而变成反射型光学显示器。然后是利用反射型光学系的偏光束分离器7将光调制器8内的成像通过位相调制器12后传输至投影透镜9。投影透镜9由多个透镜组成，将光调制器8产生的影像扩大投射在银幕上。

所述的光调制器8是透射型LCD、反射型LCD、LCOS、DMD其中的一种。

所述的位相调制器12的位相板是可以移动的。

具体实施方式二，参看图2，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于位相调制器12设置在投射透镜9的后端。其它组成和联系关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三，参看图3，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于光调制器8使用投射型液晶显示，而不是反射型的；因为使用投射型液晶显示的光调制器8，不经过偏光分离器，通过场透镜6的光直接传输到光调制器8，使用投射型液晶显示的光调制器8可以使光学引擎简单化，缩小其体积。其它组成和联系关系与具体实施方式一相同。

Claims (9)

1、一种设置有位相调制器的激光光源投影机，它包含红色光源(1)、蓝色光源(2)、绿色光源(3)、三个分色镜(4)、波束整形器(5)、场透镜(6)、偏光束分离器(7)、光调制器(8)、投影透镜(9)，其特征在于它还包含动态散射片(10)、散射马达(11)、位相调制器(12)，动态散射片(10)设置在三个分色镜(4)的后方，散射马达(11)设置在动态散射片(10)的上方并于散射片(10)相连接；位相调制器(12)设置在光调制器(8)和投影透镜(9)之间。

2、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于所述的动态散射片(10)是在透明平整的投影胶片上由任意图案构成的光学器件；动态散射片(10)的扩散角在0.5°-2°之间比较合适，动态散射片(10)的振动频率在60Hz-360Hz之间持续改变，增强任意性。

3、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于光位相调制器(12)是一种回转型双折射器件。

4、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于双折射器件将通过的光分为正常光和异常光，两种光的折射率不同，因而沿着不同的光路前进，所以通过光就成了位相各不相同光的合成光，如此产生的位相差为λ/2。

5、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于位相差为λ/4的位相板时，形成圆平光。

6、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于所述的光调制器(8)是透射型LCD、反射型LCD、LCOS、DMD其中的一种。

7、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于所述的位相调制器(12)的位相板是可以移动的。

8、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于位相调制器(12)设置在投射透镜(9)的后端。

9、根据权利要求1所述的一种设置有位相调制器的激光光源投影机，其特征在于光调制器(8)使用投射型液晶显示，而不是反射型的；因为使用投射型液晶显示的光调制器(8)，不经过偏光分离器，通过场透镜(6)的光直接传输到光调制器(8)。

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