CN112859497A - 激光投影显示*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光投影显示***，包括激光发生器、散射片振动装置和投影成像装置。其中，激光发生器用于发射激光。散射片振动装置包括流体通道、散射元件和振动驱动器，散射元件可振动地设置于流体通道内且位于激光的光路中，振动驱动器用于使流体通道内的流体产生作用于散射元件的驱动力，散射元件在驱动力的作用下振动，散射元件至少沿入射的激光的垂直方向振动。投影成像装置位于激光的光路上，用于将从散射元件出射的激光调制成图像光，并将图像光投射至投影屏幕进行成像。本发明提供的激光投影显示***通过流体产生的驱动力驱动散射元件振动，***简单，且实用性强。

Description

激光投影显示***

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种激光投影显示***。

背景技术

激光具有高亮度，单色性好，方向性强等特点，使用激光作为投影光源时得到的画面色域大，可以显示更为真实和丰富的色彩。但由于激光的强相干性，成像时会产生散斑，降低了画面的分辨率，影响成像质量。为了解决散斑问题，不少科研工作者投入其中并提出了多种降低散斑对比度的方法，如使用不同波长的光源降低光源的相干性，又如使显示芯片、投影仪和投影屏幕振动等方式来降低散斑对比度，但这些振动的方式存在一定的技术难度，且需要加入结构复杂，带有动力部件(如发动机)的振动驱动装置，增加了***的复杂性，其实用性也受到限制，难以满足用户需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光投影显示***，以解决上述问题。

本发明实施例通过以下技术方案来实现上述目的。

本发明提供一种激光投影显示***，包括：

激光发生器，用于发射激光；

散射片振动装置，所述散射片振动装置包括流体通道、散射元件和振动驱动器，所述散射元件可振动地设置于所述流体通道内且位于所述激光的光路中，所述振动驱动器用于使所述流体通道内的流体产生作用于所述散射元件的驱动力，所述散射元件在所述驱动力的作用下振动，所述散射元件至少沿入射的所述激光的垂直方向振动；及

投影成像装置，位于所述激光的光路上，用于将从所述散射元件出射的激光调制成图像光，并将所述图像光投射至投影屏幕进行成像。

在一个实施例中，所述振动驱动器为涡街发生器，所述涡街发生器设置在所述流体通道内，所述流体经过所述涡街发生器产生的双列线涡为所述散射元件发生振动的驱动力。

在一个实施例中，所述散射元件的法向与入射的所述激光之间的夹角大于0°且小于90°。

在一个实施例中，所述散射元件的法向与入射的所述激光之间的夹角范围为45°～60°。

在一个实施例中，所述激光投影显示***还包括散热通道，所述散热通道与所述流体通道连通，所述散热通道流出的流体流入所述流体通道并作用于所述振动驱动器。

在一个实施例中，所述流体通道包括流体依次流入的第一通道和第二通道，沿所述流体的流动方向，所述第一通道的截面尺寸逐渐减小，所述振动驱动器和所述散射元件位于所述第二通道。

在一个实施例中，所述振动驱动器与所述第二通道的流体入口存在设定的距离。

在一个实施例中，所述涡街发生器的轴线垂直于所述散射元件的法向，且垂直于所述流体通道的轴线，所述涡街发生器包括弧面，所述弧面位于所述涡街发生器远离所述散射元件的一侧。

在一个实施例中，所述散射片振动装置还包括弹性件，所述弹性件的一端连接于所述散射元件，另一端固定于所述流体通道的内壁。

在一个实施例中，散射元件为四边形，所述弹性件的数量为四个，每个所述弹性件连接所述散射元件的一个边角，或

所述散射元件为圆形，所述弹性件的数量为偶数，或

所述散射元件为三角形，所述弹性件的数量为三个，或

所述散射元件为六边形，所述弹性件的数量为三个或者六个。

相较于现有技术，本发明提供的激光投影显示***通过流体产生的驱动力驱动散射元件振动，振动驱动器的直接作用对象是流体，而非投影部件，流体本身的流动特性使得只需对流体稍加引导，便可产生驱动振动的驱动力，因此，振动驱动器结构更加简单，无需具备动力部件。本发明的驱动流体振动的方式不仅实现了降低散斑对比度的目的，且未增加投影显示***的复杂性，实用性强。

本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的激光投影显示***的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的激光投影显示***的散热通道与散射片振动装置的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的激光投影显示***的第二通道及设置于第二通道内的振动片、涡街发生器和弹性件的立体结构示意图。

图4是本发明实施例提供的激光投影显示***的光路图。

图5是本发明实施例提供的激光投影显示***的双列线涡的形态图。

图6是本发明实施例提供的激光投影显示***的流体通道内的流体的流速仿真图。

图7是本发明实施例提供的激光投影显示***的流体通道内的流体的湍流度仿真图。

图8是本发明实施例提供的激光投影显示***的一种涡街发生器的横截面图。

图9是本发明实施例提供的激光投影显示***的另一种涡街发生器的横截面图

具体实施方式

为了便于理解本发明实施例，下面将参照相关附图对本发明实施例进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供的激光投影显示***1，包括激光发生器10、散射片振动装置20和投影成像装置30。其中，激光发生器10用于发射激光。散射片振动装置20包括流体通道21、散射元件23和振动驱动器25，散射元件23可振动地设置于流体通道21内且位于激光的光路中，振动驱动器25用于使流体通道21内的流体产生作用于散射元件23的驱动力，散射元件23在驱动力的作用下振动，散射元件23至少沿入射的激光的垂直方向振动。投影成像装置30位于激光的光路上，用于将从散射元件23出射的激光调制成图像光，并将图像光投射至投影屏幕80进行成像。

在一个优选的实施例中，振动驱动器25为涡街发生器，涡街发生器设置在流体通道21内，流体经过涡街发生器产生的双列线涡(如图5所示)为散射元件23发生振动的驱动力。

具体地，在本实施例中，激光发生器10用于发射激光，激光发生器10包括激光器，激光发生器10可以是红光激光发生器10、蓝光激光发生器10和绿光激光发生器10中的任意一种。激光发生器10可以包括一个或两个激光器。激光发生器10还可以是激光器阵列，即包括多个激光器，每一个激光器与其相邻的激光器之间的间距可以很小，使得这个激光器阵列中的每一个激光器的发光面共同构成一个面光源。具体其激光器的数量可以依据实际需要进行选择。激光器可以为激光二极管(LD)或者发光二极管(LED)等。

请参阅图2和图3，散射片振动装置20用于使散射元件23振动，并且使散射元件23在散射元件23的法向方向有一定的位移，降低激光散斑对比度，提高激光投影显示***1的成像质量。

在本实施例中，流体通道21大致为中空的柱体形状，流体通道21包括流体依次流入的第一通道213和第二通道215。其中，第二通道215为中空长方体形，第二通道215的截面尺寸均为定值。在一种可选的实施方式中，第一通道213为中空四棱台形，沿流体的流动方向，第一通道213的截面尺寸逐渐减小，以使通过第一通道213的流体加速，如图6所示，沿流体的流动方向，流体的速度逐渐增加。第一通道213还可以降低流体的湍流度，如图7所示，沿流体的流动方向，流体的湍流度逐渐降低。

在其他可选的实施方式中，第一通道213和第二通道215的截面尺寸都可以为固定值且相同；或者第一通道213的截面尺寸固定且小于第二通道215的截面尺寸。在一种实施方式中，第一通道213为中空圆台形，第二通道215可以为中空圆柱形；第一通道213为中空三棱台形等，第二通道215可以为中空三棱柱形。流体通道21的形状和截面尺寸可以根据实际情况设计，需要满足在流体通道21内产生卡门涡街。

如图3所示，第二通道215包括相对的流体入口2152和流体出口2154，其中流体入口2152与第一通道213直接连通，流体从第一通道213流出后通过流体入口2152进入第二通道215并通过流体出口2154流出。

在本实施例中，第二通道215位于激光光路上，且第二通道215对应于激光光路的结构透光，第二通道215的其他部分也可以透光。对应于激光光路的结构的透光率可以根据实际情况选定。

在其他可选的实施方式中，流体通道21可以全部为透光结构，流体通道21的各部分透光率可以相同也可以不同。

请参阅图2和图4，散射元件23可以为透射型散射元件23或反射型散射元件23，散射元件23的振动使得透射(反射)的光相位差有所区别，从而产生不同的散斑，在人眼的积分时间内，这些不同的散斑叠加可以降低散斑对比度。

散射元件23可振动地设置于流体通道21内且位于激光的光路中，散射元件23在双列线涡的作用下振动，散射元件23至少沿入射的激光的垂直方向振动。为了使散射元件23的振动能够有效消除激光的相干性，散射元件23的法向D需要与入射激光的方向具有设定夹角α，这种情况下散射元件23在散射元件23的法向D方向的振动可分解出垂直于入射激光方向的振动，该振动为有效振动，可在一定程度上降低激光的相干性，从而可以实现降低散斑对比度。在本实施例中，散射元件23的法向D与入射的激光之间的夹角α大于0°且小于90°。具体地，散射元件23的法向D与激光的光路的夹角α范围可以为45°～60°。当散射元件23的法向D与激光的光路的夹角α小于45度，散射元件23上的光斑尺寸逐渐增大，会影响激光投影显示***1的成像质量。当散射元件23的法向D与激光的光路的夹角α大于60度，减弱散斑的效果有限。因此，在实际操作中，为兼顾成像质量和减弱散斑的效果，通常推荐散射元件23的法向D与激光的光路的夹角α范围可以为45°～60°。但是在其他可选的实施方式中，也可根据实际需要将散射元件23的法向D与激光的光路的夹角α设置为其他的夹角范围，例如夹角范围为15°-75°等。

请继续参阅2，在本实施例中，散射片振动装置20还包括弹性件40，弹性件40一方面可以用于固定散射元件23，另一方面还可以将流体的压力转化为散射元件23的位移。每个弹性件40的一端连接于散射元件23，另一端固定于流体通道21的内壁。弹性件40可以是具有较小弹性系数的弹簧，以发生共振，使得散射元件23的振动位移大幅增加，并显著降低散斑对比度。散射元件23设置于第二通道215内，具体地，散射元件23可振动地设置于流体通道21内，散射元件23为四边形，弹性件40的数量为四个，每个弹性件40连接散射元件23的一个边角。

在其他实施方式中，散射元件23还可以是圆形、三角形、六边形等形状。弹性件40的数量也可以是两个、三个或者更多个，弹性件40的位置也可以按其他形式分布，例如散射元件23为四边形，弹性件40的数量可以是两个，两个弹性件40连接散射元件23的相对两个边，将散射元件23设置于第二通道215内。再例如，散射元件23为圆形，弹性件40的数量可以是两个，其中一个弹性件40可以连接于散射元件23与第二通道215的一个内壁，另外一个弹性件40可以间隔设置且连接于散射元件23与第二通道215的另一个内壁。又例如，散射元件23为三角形，弹性件40的数量为三个。例如，散射元件23为六边形，弹性件40的数量为三个或者六个。本领域技术人员可以理解，弹性件40的数量、散射元件23的形状以及散射元件23在第二通道215的设置方式还可以是其他多种形式。

在本实施例中，涡街发生器呈圆柱状，涡街发生器用于使流体通道21内的流体产生作用于散射元件23的驱动力，从而降低散斑对比度。具体地，涡街发生器可以用于形成卡门涡街。涡街发生器产生卡门涡街的原理是：涡街发生器作为扰流体，在定常流体绕过其表面时，涡街发生器两侧周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，从而形成卡门涡街。

涡街发生器可以包括弧面，且弧面位于涡街发生器远离散射元件23的一侧，涡街发生器的截面可以是圆形或圆环形(如图8所示)，在本实施例中，涡街发生器可以是直径为2mm的圆柱体。需要说明的是，涡街发生器的尺寸基于流体通道的尺寸以及需要产生的驱动力的大小而具体设定。

请参阅图9，在其他实施方式中，涡街发生器还可以包括与弧面连接的平面，涡街发生器的截面可以是半圆形或半环形。在其他实施方式中，涡街发生器还可以是其他形状，例如椭圆柱形、正方体形等其他形状。

请继续参阅图2和图4，振动驱动器25设置于流体通道21内且与散射元件23相邻，具体地，振动驱动器25位于第二通道215内，且振动驱动器25相对于散射元件23靠近第一通道213。振动驱动器25位于流体入口2152和流体出口2154之间，即振动驱动器25与第二通道215的流体入口2152存在设定的距离，可以使得流体的入口效应减少，还可以进一步降低湍流度，满足定常流体的条件。

涡街发生器的轴线垂直于散射元件23的法向D，且垂直于流体通道21的轴线。

请继续参阅图1和图2，投影成像装置30位于激光的光路上，并用于将从散射元件23出射的激光调制成图像光，并将图像光投射至投影屏幕80进行成像。投影成像装置30可以包括色轮、空间光调制器、镜头等光学器件。

激光投影显示***1还包括散热通道50，散热通道50可以用于降低激光投影显示***1中各元件的温度。具体的，激光发生器10等元件的工作温度较高，激光发生器10等发热元件散发的热量可以经过散热通道50散发至外界环境中。一般来说，散热通道50是利用空气流动，即风来对激光发生器10等发热元件进行散热。空气也是一种流体，也可以用来产生卡门涡街。因此，在一个实施例中，散热通道50与流体通道21连通，具体地，散热通道50与第一通道213相连通，散热通道50流出的流体流入流体通道21并作用于振动驱动器25。流体经过振动驱动器25从而使得散射元件23产生振动。

激光投影显示***1还包括会聚透镜60，会聚透镜60位于激光发生器10和散射片振动装置20之间，会聚透镜60的焦点位于散射元件23上，使得入射至散射元件23的光线更加集中。

激光投影显示***1还包括准直透镜70和投影屏幕80，准直透镜70位于散射片振动装置20和投影成像装置30之间。准直透镜70用于对激光进行准直。投影成像装置30位于准直透镜70和投影屏幕80之间，投影屏幕80可以是LED显示屏等。

以下为本发明提供的激光投影显示***1实现降低散斑对比度的工作原理：

激光发生器10与其他发热量较大的元件散发的热量经过散热通道50后形成气流并流入第一通道213。气流在经过第一通道213的加速之后进入第二通道215，此时，气流的速度大幅提升且湍流度大幅降低。气流在经过涡街发生器25后产生分别作用于散射元件23相对两侧的双列线涡，使散射元件23振动并产生位移，并且激光的光路与散射元件23的法向D的夹角α大于0°且小于90°，使得散射元件23在散射元件23的法向D方向的振动可分解出垂直于入射激光方向的振动，该振动为有效振动，可在一定程度上降低激光的相干性，从而可以实现降低散斑对比度。

综上，本发明提供的激光投影显示***1通过流体产生的驱动力驱动散射元件23振动，振动驱动器25的直接作用对象是流体，而非投影部件，流体本身的流动特性使得只需对流体稍加引导，便可产生驱动振动的驱动力，因此，振动驱动器25的结构更加简单，无需具备动力部件。本发明的驱动流体振动的方式不仅实现了降低散斑对比度的目的，且未增加投影显示***的复杂性，实用性强。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光投影显示***，其特征在于，包括：

激光发生器，用于发射激光；

散射片振动装置，所述散射片振动装置包括流体通道、散射元件和振动驱动器，所述散射元件可振动地设置于所述流体通道内且位于所述激光的光路中，所述振动驱动器用于使所述流体通道内的流体产生作用于所述散射元件的驱动力，所述散射元件在所述驱动力的作用下振动，所述散射元件至少沿入射的所述激光的垂直方向振动；及

投影成像装置，位于所述激光的光路上，用于将从所述散射元件出射的激光调制成图像光，并将所述图像光投射至投影屏幕进行成像。

2.根据权利要求1所述的激光投影显示***，其特征在于，所述振动驱动器为涡街发生器，所述涡街发生器设置在所述流体通道内，所述流体经过所述涡街发生器产生的双列线涡为所述散射元件发生振动的驱动力。

3.根据权利要求1所述的激光投影显示***，其特征在于，所述散射元件的法向与入射的所述激光之间的夹角大于0°且小于90°。

4.根据权利要求3所述的激光投影显示***，其特征在于，所述散射元件的法向与入射的所述激光之间的夹角范围为45°～60°。

5.根据权利要求1所述的激光投影显示***，其特征在于，所述激光投影显示***还包括散热通道，所述散热通道与所述流体通道连通，所述散热通道流出的流体流入所述流体通道并作用于所述振动驱动器。

6.根据权利要求1所述的激光投影显示***，其特征在于，所述流体通道包括流体依次流入的第一通道和第二通道，沿所述流体的流动方向，所述第一通道的截面尺寸逐渐减小，所述振动驱动器和所述散射元件位于所述第二通道。

7.根据权利要求6所述的激光投影显示***，其特征在于，所述振动驱动器与所述第二通道的流体入口存在设定的距离。

8.根据权利要求2所述的激光投影显示***，其特征在于，所述涡街发生器的轴线垂直于所述散射元件的法向，且垂直于所述流体通道的轴线，所述涡街发生器包括弧面，所述弧面位于所述涡街发生器远离所述散射元件的一侧。

9.根据权利要求1-7任一项所述的激光投影显示***，其特征在于，所述散射片振动装置还包括弹性件，所述弹性件的一端连接于所述散射元件，另一端固定于所述流体通道的内壁。

10.根据权利要求9所述的激光投影显示***，其特征在于，所述散射元件为四边形，所述弹性件的数量为四个，每个所述弹性件连接所述散射元件的一个边角，或

所述散射元件为圆形，所述弹性件的数量为偶数，或

所述散射元件为三角形，所述弹性件的数量为三个，或

所述散射元件为六边形，所述弹性件的数量为三个或者六个。

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