CN107533238A

CN107533238A - 斑点减少装置

Info

Publication number: CN107533238A
Application number: CN201680024769.4A
Authority: CN
Inventors: 李鹤淳
Original assignee: SK Telecom Co Ltd
Current assignee: Brighton Limited
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2018-01-02
Also published as: US20180045976A1; WO2016175478A1; KR101858973B1; US10976565B2; KR20160129340A

Abstract

本申请使用投影光学***的光学元件可以有效地并且最大化地减小由使用激光作为光源的投影显示装置所产生的斑点，而无需另外使用单独的光学装置，从而可以将显示质量的提升最大化而不会减小发光效率。

Description

斑点减少装置

技术领域

本公开涉及一种用于减少在使用激光器作为光源的投影显示装置中出现的斑点的装置。更具体地，本公开涉及一种在没有单独光学装置的情况下使用投影光学***的光学元件来减少斑点的装置。

背景技术

由于以下优点，导致激光器广泛用于投影显示装置中：激光器具有宽颜色再现范围，使得激光器能表现出接近于自然色的图像；激光器允许光学***容易设计；并且激光器的发光效率优异。

然而，由于激光的高相干性，导致存在的缺点在于，当激光束投影到不平坦的屏幕表面上时，出现作为小闪烁颗粒的斑点，由此使图像质量劣化。

为了减少斑点的出现，提出了通过任意改变来自相应R、G和B激光源的激光束的相位来减少斑点出现以便减少激光束的相干性的方法。

然而，为了任意地改变激光束的相位，必需在激光束线上另外设置诸如扩散片的单独装置。因此，存在的问题在于，成本增加，显示装置的尺寸增大，显示装置的结构变复杂并且显示装置的光学效率降低的问题。

另外，限制在于，光斑出现减少效率不及预期。

因此，本公开涉及在没有另外使用单独光学装置的情况下使用投影光学***的光学元件来减少斑点的方法。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供一种能够在没有另外的单独光学装置的情况下使用投影光学***的光学元件来减少斑点的装置。

技术方案

根据本公开的实施方式一种斑点减少装置，该斑点减少装置包括：光束成形透镜，该光束成形透镜被配置为使从光源发射的激光束成形并且将成形的激光束传送到面板；以及振动单元，该振动单元被配置为使所述光束成形透镜沿着两个或更多个振动轴的方向振动，使得传送到所述面板的激光束根据所述光束成形透镜的振动而形成多个不同的图案。

具体地，所述两个或更多个振动轴包括限定在所述光束成形透镜的平面中的第一振动轴和与所述第一振动轴正交的第二振动轴。

具体地说，当所述光束成形透镜沿着所述第一振动轴的方向振动时，传送到所述面板的激光束可在与当所述光束成形透镜被固定时所述激光束形成图案的位置不同的位置处，并且当所述光束成形透镜沿着所述第二振动轴的方向振动时，传送到所述面板的激光束具有与当所述光束成形透镜被固定时所述激光束形成图案的大小不同的大小。

具体地，所述振动单元可由具有两个或更多个振动轴的单个振动元件或者由各自具有单个振动轴的两个或更多个振动元件来实现。

所述斑点减少装置还可包括：成像单元，该成像单元被配置为基于传送到所述面板的激光束对其上表现所述面板产生的图像的屏幕进行成像；测量单元，该测量单元被配置为分析所述成像单元所获得的图像，以便测量斑点水平；以及振动控制器，该振动控制器被配置为根据所述斑点水平来控制所述振动单元的振动操作。

具体地，所述振动控制器可根据所述斑点水平来控制所述振动单元，使得所述振动单元的振动轴当中的沿着所述振动单元的振动方向的振动轴数量、所述振动单元的振动速度、或所述振动单元的振动幅度变化。

具体地，所述振动控制器可控制所述振动单元，使得当所述斑点水平变高时，所述振动轴的数量增加，并且当所述斑点水平变低时，所述振动轴的数量减少。

具体地，所述振动控制器可控制所述振动单元，使得当所述斑点水平变高时，所述振动单元的振动速度增大，并且当所述斑点水平变低时，所述振动单元的振动速度减小。

具体地，所述振动控制器可控制所述振动单元，使得当所述斑点水平变高时，所述振动单元的振动幅度增大，并且当所述斑点水平变低时，所述振动单元的振动幅度减小。

技术效果

根据本公开的斑点减少装置，能够在没有另外使用单独光学装置的情况下使用投影光学***的光学元件来减少斑点。

附图说明

图1是例示了其中实现根据本公开的实施方式的斑点减少装置的投影显示装置的示意性构造的视图；

图2是例示了根据本公开的实施方式的光斑减少装置的结构的视图；

图3是例示了根据本公开的实施方式的激光束通过斑点减少装置来形成多个图案的示例的视图；以及

图4是根据本发明的实施方式的斑点减少装置的控制框图。

具体实施方式

下文中，将参照附图来描述本公开的实施方式。

图1是例示了其中实现根据本公开的实施方式的斑点减少装置的投影显示装置的示意性构造的视图。

根据本公开的斑点减少装置应用于诸如投影仪的显示装置，特别地应用于使用激光器作为光源的投影显示装置。

本公开提出了在没有另外使用单独光学装置的情况下使用投影光学***的光学元件来减少斑点的方法。

下文中，将参照使用激光器作为光源的投影显示装置(更具体地，在投影显示装置中采用的光学***100的结构)来描述本发明的斑点减少装置，如图1中所示。

图1例示了为了方便说明，使用单个面板44的投影光学***100的总体结构。

如图1中例示的，光学***100可被划分成照射光学***30、面板单元40和投影光学***50。

投影光学***50包括多个透镜(未示出)，并且被配置为放大并投影从面板单元40发送的图像。因此，由投影光学***50所投影的图像被表现在屏幕上，使得人能够在视觉上识别图像。

面板单元40被配置为基于从照射光学***30发射的激光束来产生图像。面板单元40包括被配置为改变从照射光学***30发射的激光束的方向的偏振分束器42和被配置为产生图像的面板44。

虽然图1中未例示，但是面板单元40可被配置为在面板44的前端另外地包括四分之一波片。

面板44可以是作为反射型面板的硅基液晶(LCoS)面板。

另外，面板44可以是作为透射型面板的液晶显示器(LCD)面板或作为反射型面板的数字微镜器件(DMD)。如果面板44是LCD面板或DMD面板，则面板单元40的光学***配置可与图1的光学***配置不同。

如图1中例示的，照射光学***30由颜色合成单元10和光束成形单元20构成。

颜色合成单元10被配置为合成红色、绿色和蓝色的三色光源(下文中被称为R、G和B激光光源)，并且包括R激光光源a、G激光光源b、B激光光源C、相应光源的平行透镜1、2和3和用于相应颜色线的颜色选择镜4和5。

光束成形单元20被配置为使从光源(即，R激光光源a、G激光光源b和B激光光源c)发射的激光束成形，以使激光束均匀化并且将激光束发射到面板单元40。光束成形单元20包括场透镜21和22和被配置为将激光束成形的光束成形透镜25。

此时，光束成形透镜25可以是蝇眼透镜(FEL)。

本公开的斑点减少装置涉及如上所述的投影光学***100中的光束成形单元20的配置。更具体地，本公开的斑点减少装置涉及光束成形单元20的光束成形透镜25。

下文中，将参照图2来详细描述本公开的斑点减少装置。

本公开的斑点减少装置包括：光束成形透镜25，该光束成形透镜25被配置为对从光源发射的激光束进行成形，并且将成形的激光束发射到面板；以及振动单元27，该振动单元27被配置为使激光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴的方向振动，使得发射到面板的激光束根据激光束成形透镜25的振动来形成多个不同的图案。

这里，面板可以是图1中例示的面板单元40的面板44。

另外，光源可以是图1中例示的R激光光源a、G激光光源b和B激光光源c。

光束成形单元25被配置为使从光源(即，R激光光源a、G激光光源b和B激光光源c)发射的激光束成形，并且将成形的激光束发射到面板单元44。

振动单元27使光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴的方向振动，使得传送到面板44的激光束根据光束成形透镜25的振动而形成多个不同的图案。

此时，该两个或更多个振动轴可包括限定在光束成形透镜25的平面中的第一振动轴和与上述第一振动轴正交的第二振动轴。

在描述实施方式时，当假定光束成形透镜25的平面是由X轴和Y轴限定的二维平面时，第一振动轴可以是二维XY平面中限定的振动轴。

此时，第一振动轴的形状和振动方向不限于图2中例示的示例，除非第一振动轴位于光束成形透镜25的平面即二维XY平面外。

此外，当假定与在二维XY平面中限定的第一振动轴正交的轴为Z轴时，第二振动轴对应于在Z轴上限定的振动轴。

也就是说，第二振动轴可被称为Z轴。

例如，如图2中例示的，第一振动轴可以是与光束成形透镜25的二维XY平面上的Y轴对应的振动轴，第二振动轴可以是与第一振动轴正交的Z轴对应的振动轴。

振动单元27使光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴的方向(例如，沿着上述第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴)的方向)振动。

此时，振动单元27使光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴的方向振动的振动规则可以是预设规则或任意的随机规则。

也就是说，当振动单元27沿着两个或更多个振动轴的方向振动时，振动单元27可根据预定规则沿着相应振动轴的方向顺序振动，或者可根据任意的随机规则而随机振动。

例如，当如上所述振动单元27沿着第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动时，振动单元27可使光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴)的方向以如下的方式顺序地振动，即，光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动一次，沿着第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动一次，沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动一次并且沿着第二振动轴(例如，Z轴)振动一次。

另选地，当如上所述振动单元27沿着第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动时，振动单元27可使光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴)的相应方向随机地振动。

振动单元27可由具有两个或更多个振动轴的单个振动元件或者由各自具有单个振动轴的两个或更多个振动元件来实现。

也就是说，振动单元27可具有由沿着两个或更多个振动轴的方向振动的单个振动/压电元件制成的结构，或者可具有通过联接沿着单个振动轴的方向振动的两个或更多个振动/压电元件而制成的结构。

当然，振动单元27可被实现为各种类型的配置，而没有对其进行限制(例如，与波束成形透镜25的连接关系和振动原理)，只要振动单元27能够使光束成形透镜25同时沿着两个或更多个振动轴(例如，第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴))的方向振动。

以这种方式，当光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴(例如，第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴))的方向振动时，传送到光面板44的激光束可形成多个不同的图案。

更具体地，当光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动时，由传送到面板44的激光束形成的图案的位置可以不同于在光束成形透镜25被固定的情况下由激光束形成的图案的位置。

另外，当光束成形透镜25沿着第二振动轴(例如，Y轴)的方向振动时，由传送到面板44的激光束形成的图案的大小可不同于在光束成形透镜25被固定的情况下由传送到面板44的激光束形成的图案的大小。

下文中，将参照图3的(a)至图3的(c)来详细描述使用本装置的斑点减少装置的激光束形成多个图案的示例。在详细描述之前，为了简化附图，在图3的(a)至图3的(c)中省略了振动单元27的图示。

图3的(a)例示了当光束成形透镜25被固定时从R激光光源a、G激光光源b和B激光光源c发射并且经由光束成形透镜25传送到面板44的激光束的图案。

当根据不用本公开的斑点减少装置的技术来固定光束成形透镜25时，由于激光束的相干性，导致会出现严重的斑点。

图3的(b)和图3的(c)分别例示了光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动的情况以及光束成形透镜25沿着第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动的情况。

图3的(b)例示了当光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动时从R激光光源a、G激光光源b和B激光光源c发射并且经由光束成形透镜25传送到面板44的激光束的图案。

如从图3的(b)中可看到的，当光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动时由传送到面板44的激光束形成的图案的位置不同于如图3的(a)中例示的当光束成形透镜25被固定时由传送到面板44的激光束形成的图案的位置。

也就是说，可看到，由于光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动，因此面板44上的被对应传送的激光束的位置沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向上下移动，使得面板44上的被传送的激光束的位置变化。

此外，图3的(c)例示了当光束成形透镜25沿着第二振动轴(例如，Z轴)振动时从R激光光源a、G激光光源b和B激光光源c发射并且经由光束成形透镜25传送到面板44的激光束的图案。

如从图3的(c)中可看到的，当光束成形透镜25沿着第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动时传送到面板44的激光束的图案的大小不同于如图3的(a)中例示的当光束成形透镜25被固定时传送到面板44的激光束的图案的大小。

也就是说，由于光束成形透镜25沿着第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动，因此面板44上的被对应传送的激光束的位置沿着第二振动轴(例如，Z轴)来回移动，使得由传送到面板44的激光束形成的图案(大小)变化。

图3的(b)和图3的(c)分别例示了光束成形透镜25沿着第一振动轴(例如，Y轴)的方向振动的情况(图3的(b))以及光束成形透镜25沿着第二振动轴(例如，Z轴)的方向振动的情况(图3的(c))。

然而，由于本公开的振动单元27能够使光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴(即，第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴))的方向振动，因此传送到面板44的激光束可形成多个图案，这些图案更具多样性并且彼此独立，而不限于图3的(a)至图3的(c)中例示的示例。

在图3的(a)至图3的(c)中，为了便于说明，未例示可由单个透镜或多个透镜构成并且可位于图1中例示的光束成形透镜25旁边的场透镜22。然而，实际的光学***可包括这种场透镜22，并且即使包括场透镜22，在本公开的斑点减少原理或效果方面也不会有差异。

特别地，在本公开中，当振动单元27以高速(例如，60Hz或更大的频率)振动使得由传送到面板44的激光束形成的图案变化时，斑点在经由面板单元40和投影光学***50表现在屏幕上的图像中以人类无法在视觉上识别出来的快速进行改变，而不是固定地产生，结果能够减少斑点。

此外，在本公开的上述实施方式中，这两个或更多个振动轴被称为第一振动轴(例如，Y轴)和第二振动轴(例如，Z轴)，但是这只是一个示例。当然，在本公开中还能够使光束成形透镜25沿着三个或更多个振动轴的方向同时振动。

此时，当光束成形透镜25振动的位置处的振动轴的数量增加从而使传送到面板44的激光束的图案多样化时，可提高斑点减少的效率。

本公开仅通过如上所述采用使光束成形透镜25沿着两个或更多个振动轴的方向振动的振动单元27来使用包括在投影光学***中的光学元件(即，光束成形透镜25)来减少斑点。

因此，还应该注意，在本公开中，由于除了采用振动单元27之外并没有添加用于减少斑点的单独的光学装置，因此光学效率没有降低。

如上所述，根据本公开的斑点减少装置，能够尽可能地使用包括在投影光学***中的光学元件(也就是说，光束成形透镜25)而没有另外使用单独光学装置来有效减少由于激光束的相干性而出现的斑点，并且获得使显示质量的提高最大化而光学效率没有劣化的效果。

此外，本公开的斑点减少装置还可包括用于控制振动单元27的振动操作的控制功能。

下文中，将参照图4来详细描述用于控制振动单元27的振动操作的控制功能，其中，从控制的角度来看，例示了本公开的斑点减少装置。

如图4中例示的，根据本公开的实施方式的斑点缩小设备包括：成像单元60(未示出)，该成像单元60被配置为对屏幕(未示出)进行成像，面板44所产生的图像基于传送的激光束表现在屏幕上；测量单元70，该测量单元70被配置为分析成像单元所获得的图像并且测量斑点水平(斑点对比度)；以及振动控制器80，该振动控制器80被配置为根据斑点水平来控制振动单元27的振动操作。

当从照射光学***30发射的激光束在方向的引导被偏振光束分束器42改变之后被传送到面板44时，面板44基于传送的激光束来产生图像。

以这种方式由面板44产生的图像被投影光学***50投影到屏幕上，使得图像被显示在屏幕上，从而能够被人在视觉上识别。

成像单元60对屏幕进行成像，以捕获表现在屏幕上的图像。

测量单元70分析所捕获的图像并且测量斑点水平。

例如，测量单元70可以通过分析所捕获的图像，基于预定义斑点确定标准来测量图像中的数值斑点值。

然后，当数值斑点值小于第一阈值时，测量单元70可确定斑点水平是“低”，当数值斑点值等于或大于第一阈值且小于第二阈值(第一阈值<第二阈值)时，测量单元70可确定斑点水平是“中”，并且当数值斑点值等于第二阈值或更大时，测量单元70可确定斑点水平是“高”

当然，除了确定斑点水平是“低”、“中”和“高”的方法之外，还可按各种方式来确定斑点水平。

振动控制器80可根据斑点水平来控制振动单元27的振动操作。

例如，振动控制器80可根据斑点水平来不同地控制振动单元27的振动轴当中的振动单元27的振动方向上的振动轴数量、振动单元的振动速度或振动单元的振动幅度。

根据一个实施方式，当斑点水平变高时，振动控制器80可增加振动轴的数量，并且当斑点水平变低时，振动控制器80可减少振动轴的数量。

例如，当确定斑点水平是“低”时，振动控制器80可以以这样的方式来控制振动单元27，即，振动单元27的振动轴当中的振动单元的振动方向上的振动轴数量是2个，当确定斑点水平是“中”时，振动控制器80可以以这样的方式来控制振动单元27，即，使得振动单元27的振动轴当中的振动单元的振动方向上的振动轴数量是3个，并且当确定斑点水平是“高”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动轴当中的振动单元27的振动方向上的振动轴数量是4个，

根据另一实施方式，当斑点水平变高时，振动控制器80可增大振动轴的振动速度，而当斑点水平变低时，振动控制器80可减小振动轴的振动速度。

例如，当确定斑点水平是“低”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动速度是相对低的40Hz的频率，当确定斑点水平是“中”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动速度是50Hz的频率，并且当确定斑点水平是“高”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动速度，使其是60Hz的频率。

根据另一实施方式，当斑点水平变高时，振动控制器80可增大振动幅度，而当斑点水平变低时，振动控制器80可减小振动幅度。

例如，当确定斑点水平是“低”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动幅度是各个蝇眼透镜(FEL)的大小的一半或更小，当确定斑点水平是“中”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动幅度等于各个FEL的大小，并且当确定斑点水平是“高”时，振动控制器80可控制振动单元27的振动幅度，使其大于各个FEL的大小。

当根据如上所述的斑点水平来控制振动单元27的振动操作时，能够预先防止可能由波束成形透镜25的不必要振动而造成的小问题(例如，功耗、光束成形透镜25和振动单元27的寿命以及良好的振动噪声)，而没有牺牲减少斑点的目的。

此外，结合本文中提供的实施防水描述的方法、算法或控制功能的步骤可由硬件直接实现，或者可按可通过各种计算机装置执行的程序指令的形式来实现，并且被记录在计算机可读记录介质中。计算机可读介质可独立地或组合地包括程序命令、数据文件、数据结构等。记录在介质中的程序命令可以是专门针对本公开设计和配置的程序命令、或者熟知的并且能供计算机软件相关领域的技术人员使用的程序命令。计算机可读记录介质的示例包括被专门配置为存储并执行程序指令的诸如硬盘、软盘和磁带的磁性介质、诸如光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD)的光学介质、诸如软盘的磁-光学介质和诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和闪存存储器的硬盘装置。程序命令的示例包括由编译器生成的机器语言代码和通过解释器等能由计算机执行的高级语言代码。硬件装置可被配置为作为一个或更多个软件模块进行操作，以执行本公开的操作，反之亦然。

虽然已经参照示例性实施方式详细描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可在不脱离本公开的范围的情况下对其进行各种修改和改变。

Claims

1.一种斑点减少装置，该斑点减少装置包括：

光束成形透镜，该光束成形透镜被配置为使从光源发射的激光束成形并且将成形的激光束传送到面板；以及

振动单元，该振动单元被配置为使所述光束成形透镜沿着两个或更多个振动轴的方向振动，使得传送到所述面板的激光束根据所述光束成形透镜的振动而形成多个不同的图案。

2.根据权利要求1所述的斑点减少装置，其中，所述两个或更多个振动轴包括限定在所述光束成形透镜的平面中的第一振动轴和与所述第一振动轴正交的第二振动轴。

3.根据权利要求2所述的斑点减少装置，其中，当所述光束成形透镜沿着所述第一振动轴的方向振动时，传送到所述面板的激光束形成图案的位置不同于当所述光束成形透镜被固定时所述激光束形成图案的位置，并且

当所述光束成形透镜沿着所述第二振动轴的方向振动时，传送到所述面板的激光束形成图案的大小不同于当所述光束成形透镜被固定时由所述激光束形成的图案的大小。

4.根据权利要求1所述的斑点减少装置，其中，由具有两个或更多个振动轴的单个振动元件或者由各自具有单个振动轴的两个或更多个振动元件来实现所述振动单元。

5.根据权利要求1所述的斑点减少装置，该斑点减少装置还包括：

成像单元，该成像单元被配置为基于传送到所述面板的激光束对上面显示有由所述面板产生的图像的屏幕进行成像；

测量单元，该测量单元被配置为分析由所述成像单元所获得的图像，以测量斑点水平；以及

振动控制器，该振动控制器被配置为根据所述斑点水平来控制所述振动单元的振动操作。

6.根据权利要求5所述的斑点减少装置，其中，所述振动控制器以如下方式来控制所述振动单元：所述振动单元的振动轴当中的沿着所述振动单元的振动方向的振动轴数量、所述振动单元的振动速度或所述振动单元的振动幅度根据所述斑点水平而变化。

7.根据权利要求6所述的斑点减少装置，其中，所述振动控制器以如下方式来控制所述振动单元：当所述斑点水平变高时，所述振动轴的数量增加，并且当所述斑点水平变低时，所述振动轴的数量减少。

8.根据权利要求6所述的斑点减少装置，其中，所述振动控制器以如下方式来控制所述振动单元：当所述斑点水平变高时，所述振动单元的振动速度增大，并且当所述斑点水平变低时，所述振动单元的振动速度减小。

9.根据权利要求6所述的斑点减少装置，其中，所述振动控制器以如下方式来控制所述振动单元：当所述斑点水平变高时，所述振动单元的振动幅度增大，并且当所述斑点水平变低时，所述振动单元的振动幅度减小。