CN108445702A - 一种激光投影装置和激光光束调制方法 - Google Patents

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张文平
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Abstract

本发明公开了一种激光投影装置和激光光束调制方法。所述激光投影装置，包括激光光源模块和投影显示***，所述激光光源的出光光路中设有光纤和设于所述光纤输出端的光学散射元件；所述光纤缠绕于压电陶瓷谐振器，所述压电陶瓷谐振器的伸缩谐振能够引起所述光纤形变。本装置结构简单、紧凑，无光学损耗，无需空间调制器等复杂的相位调制元件，可适用于微投影方面应用。本发明为全光纤式调制，激光光束不需在自由空间调制，传输效率高。

Description

一种激光投影装置和激光光束调制方法
技术领域
本发明涉及激光投影技术领域。更具体地，涉及一种激光投影装置和激光光束调制方法。
背景技术
激光光源具有大色域，高亮度、高能效、长寿命等优点，是下一代数字投影显示***的主流照明光源，但是激光作为投影光源仍需要解决激光散斑。激光散斑的存在极大的影响了成像质量，使图像的清晰度和分辨率下降，造成人眼的视觉疲劳，严重阻碍了激光投影显示的应用。
现有技术中，很大一部分是通过在光路中增加振动装置，引起光路中光学元件的振动来消除激光散斑效应的，例如中国专利CN105700169A和CN201804162U。这类方法直接利用振动装置的机械振动，来产生多样的散斑图样，在实际应用中消除散斑的效果十分微弱，还有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光投影装置和激光光束调制方法，以解决现有技术中通过振动光学元件消除散斑效果微弱的技术问题。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种激光投影装置，包括激光光源和投影显示***所述激光光源的出光光路中设有光纤和设于所述光纤输出端的光学散射元件；所述光纤缠绕于压电陶瓷谐振器，所述压电陶瓷谐振器的伸缩谐振能够引起所述光纤形变。
优选地，所述光学散射元件为带有随机表面的散射元件、匀光元件、衍射微光学元件或折射性微光学元件。
优选地，所述光纤设于激光光源和投影显示***之间。
优选地，所述投影显示***包括依次设于光路中的光积分棒、光学引擎***和投影镜头；
所述光纤设于所述光积分棒和光学引擎***之间。
优选地，所述投影显示***包括依次设于光路中的光积分棒、光学引擎***和投影镜头；
所述光纤设于所述光学引擎***和投影镜头之间。
本发明另一方面提供一种基于上述装置的激光光束调制方法，所述方法包括：控制压电陶瓷谐振器的伸缩谐振以调制激光光束的相位。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的激光投影装置结构简单、紧凑，无光学损耗，无需空间调制器等复杂的相位调制元件。本发明为全光纤式调制，激光光束不需在自由空间调制，传输效率高；压电陶瓷的振动频率非常高,可以形成高速的相位调制，远超普通机械运动方式，满足显示的快速刷新率的要求；
压电陶瓷的频率可以控制，形成对调制时间和频率进行定制化的复杂设置，可对光纤内的传输光束的相位产生更为多样的控制和变化，从而增强散斑抑制效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明一种实施例的激光投影装置示意图。
图2为本发明原理示意图。
图3为本发明另一种实施例的激光投影装置示意图。
图4为本发明再一种实施例的激光投影装置示意图。
附图标记说明：111-光纤，112-光纤头，113-压电陶瓷谐振器，120-散射元件，200-投影显示***，210-光积分棒、220-光学引擎***，230-投影镜头，300-屏幕。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例依据以上方法提供一种激光投影装置，如图1所示，包括激光光源(图1中省略未画出)、投影显示***200和设于激光光源模块和投影显示***200之间的光纤111和设于所述光纤111输出端的散射光学元件120，所述光纤111缠绕于压电陶瓷谐振器113，所述压电陶瓷谐振器113的伸缩谐振能够引起所述光纤111形变。其中散射光学元件还可以为其它的带有随机表面的散射元件、匀光元件、衍射微光学元件或折射性微光学元件。
所述投影显示***200包括依次设置于光路中的光积分棒210、光学引擎***220和投影镜头230。
压电陶瓷谐振器具有逆压电效应，在电场作用下可以发生伸缩谐振，可以通过改变驱动强度和驱动频率改变压电陶瓷谐振器的伸缩谐振强度和频率。本发明将光纤缠绕在压电陶瓷谐振器上，将压电陶瓷谐振器的伸缩谐振使光纤产生的形变，从而改变了光纤的应力分布，使得对光纤内的激光产生相位调制，改变出射激光的强度分布。控制谐振对光纤内激光相位调制改变出射光场分布，从而增加散斑图样的数量降低散斑对比度。
参考图1和图2，在本实施例中，激光光源发射出激光，并经过一定的分光合光处理后进入光纤111中进行传输。控制压电陶瓷谐振器113的驱动强度和驱动频率，使得压电陶瓷谐振器113获得一定的伸缩谐振强度和频率；从而使光纤111产生的形变，从而改变了光纤111的应力，改变了光纤111内的折射率分布，光束通过变化折射率分布的介质会对传播模式和相位产生影响。通过周期性的控制谐振器的频率可以对光纤111内的激光光束产生相应的相位调制，经过相位调制的激光光束从光纤头112出射将产生变化的光强分布图样；变化的图样照射到散射元件120的随机表面上，进而形成更为变化的随机的变化强度图样，带有这种强度调制的激光光束接着经过投影显示***200最终在屏幕300上投影图像，然后经屏幕反射由人眼观看，在这个过程中，变化的强度图样经过投影照射到屏幕，经过漫反射，由于激光相干性将在人眼内形成主观散斑。但由于对光纤的变化调制，变化的光场分布通过漫反射在人眼内产生大量且随机的散斑图样，这些散斑图样的叠加将降低散斑对比度。
图3提供另一种实施例，一种激光投影装置，包括激光光源(图1中省略未画出)和投影显示***200；
所述投影显示***200包括依次设置于光路中的光积分棒210、光学引擎***220和投影镜头230；
所述激光投影装置还包括设置于光积分棒210和光学引擎***220之间的光纤111和设于所述光纤111输出端的散射元件120，所述压电陶瓷谐振器113的伸缩谐振能够引起所述光纤111形变。
图4提供再一种实施例，一种激光投影装置，包括激光光源(图1中省略未画出)和投影显示***200；
所述投影显示***200包括依次设置于光路中的光积分棒210、光学引擎***220和投影镜头230；
所述激光投影装置还包括设置于所述光学引擎***220和投影镜头230之间的光纤111和设于所述光纤111输出端的散射元件120；所述压电陶瓷谐振器113的伸缩谐振能够引起所述光纤111形变。
本发明的激光光束调制方法是基于压电陶瓷谐振器的全光纤相位调制方法，是将多模光纤多圈紧紧缠绕在压电陶瓷环的外表面，通过压电陶瓷环的逆压电效应伸缩谐振引起光纤变形，从而改变光纤的光程,实现对光的相位调制。而且通过改变调制器的驱动强度和驱动频率，可以光纤输出端的光场分布变化更为多样性，从而达到动态调制微光学扩散元件的目的。这种方法具有以下优点：
结构简单、紧凑，可适用于微投影方面应用；
全光纤式调制，激光光束不需在自由空间调制，传输效率高；
调制频率高且可变，通过控制调制频率，可对光纤内的相位产生更为多样的变化，产生更为多样性的调制图样，从而提高散斑消除效果。
本发明是在激光光束在光纤传输过程中，在光纤上通过缠绕加入压电谐振器，压电陶瓷谐振产生高频的微量伸缩振动，能够拉伸光纤，使光纤发生形变产生应力，使内部的不均匀折射率分布发生快速的变化，光束经过折射率变化的光纤，会产生散射，使光束强度分布发生周期性的快速调制，在耦合输出时形成不同的出射光斑图样，在进入整形光路时不同的光斑图样再通过散射元件的散射，会形成多样的散斑图样，散射的散斑图样经过成像光路和屏幕后，也会使人眼内的多样的散斑图样，这些快速变化的散斑图样最终降低散斑对比度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种激光投影装置，包括激光光源和投影显示***，其特征在于，所述激光光源的出光光路中设有光纤和设于所述光纤输出端的光学散射元件；
所述光纤缠绕于压电陶瓷谐振器，所述压电陶瓷谐振器的伸缩谐振能够引起所述光纤形变。
2.根据权利要求1所述激光投影装置，其特征在于，所述光学散射元件为带有随机表面的散射元件、匀光元件、衍射微光学元件或折射性微光学元件。
3.根据权利要求1或2所述的激光投影装置，其特征在于，所述光纤设于激光光源和投影显示***之间。
4.根据权利要求1或2所述的激光投影装置，其特征在于，所述投影显示***包括依次设于光路中的光积分棒、光学引擎***和投影镜头；
所述光纤设于所述光积分棒和光学引擎***之间。
5.根据权利要求1或2所述的激光投影装置，其特征在于，所述投影显示***包括依次设于光路中的光积分棒、光学引擎***和投影镜头；
所述光纤设于所述光学引擎***和投影镜头之间。
6.一种基于权利要求1所述装置的激光光束调制方法，其特征在于，所述方法包括：
控制压电陶瓷谐振器的伸缩谐振以调制激光光束的相位。
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