本發(fā)明涉及投影光源系統(tǒng)，尤其涉及一種消除激光散斑的光源系統(tǒng)以及包含該光源系統(tǒng)的投影裝置。

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(shì)。但是，當(dāng)相干性極好的激光光源照射光學(xué)粗糙表面時(shí)(屏幕)，屏幕表面可以分為很多個(gè)表面單元，各單元反射的光會(huì)存在相位差，在空間相遇會(huì)發(fā)生干涉，形成具有無(wú)規(guī)則分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)的散斑圖樣。散斑的存在會(huì)導(dǎo)致圖像信息內(nèi)容部分缺失，而且會(huì)降低圖像的分辨率，對(duì)于激光顯示來(lái)說(shuō)，散斑對(duì)比度需要抑制到4％以下，人眼系統(tǒng)才無(wú)法分辨。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)有的激光消散斑的方法主要有：

一、通過(guò)使屏幕移動(dòng)抑制散斑，采用將屏幕迅速前后運(yùn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的量足夠大就能對(duì)散斑進(jìn)行抑制。如果要將散斑抑制為原先的1/10，需要屏幕在一幀圖像的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)35cm，或者是在一幀時(shí)間內(nèi)將屏幕旋轉(zhuǎn)0.4°。該種方法在能耗、噪聲等方面依舊存在缺陷，而且使屏幕運(yùn)動(dòng)一定距離或轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，對(duì)于投影系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)。

二、利用單光纖或纖維束照明等來(lái)降低激光相干性從而減弱散斑。光纖擾動(dòng)會(huì)擾亂激光光束在光纖中的傳輸，降低光纖輸出光束的相干性，而且旋轉(zhuǎn)的光纖也會(huì)對(duì)激光光源的勻光有一定作用。該種方法在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，而且消散斑裝置會(huì)過(guò)大，嚴(yán)重影響系統(tǒng)體積，而且對(duì)激光光效損失很大，并且光纖的本身價(jià)格昂貴。

三、用旋轉(zhuǎn)散射片進(jìn)行消散斑，常見(jiàn)的散射片為毛玻璃，光透過(guò)毛玻璃后會(huì)分割為多個(gè)子光束，各個(gè)子光束經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)的散射片后的相位是隨機(jī)的，不具備相關(guān)性，在眼睛的積分時(shí)間內(nèi)將會(huì)觀察到數(shù)個(gè)不相關(guān)的散斑圖案，從而獲得散斑抑制。毛玻璃的透射率比較低，目前常用衍射光學(xué)元件(doe)代替毛玻璃。驅(qū)動(dòng)散射片運(yùn)動(dòng)需要電機(jī)，這也會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和功耗，而且可 能會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種消除激光散斑的光源系統(tǒng)，該光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，并且能夠有效消除減小或消除激光散斑。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種消除激光散斑的光源系統(tǒng)，其包括：激光光源模塊，用于產(chǎn)生包括紅色光、綠色光和藍(lán)色光的激光光束；光束掃描機(jī)構(gòu)，用于將所述激光光束反射出，所述光束掃描機(jī)構(gòu)周期性地?cái)[動(dòng)，將所述激光光束掃描形成發(fā)散的面光源；第一透鏡，用于將所述發(fā)散的面光源轉(zhuǎn)換為平行的面光源；微透鏡陣列組，用于將所述平行的面光源轉(zhuǎn)換為多個(gè)發(fā)散的面光束；第二透鏡，用于將所述多個(gè)發(fā)散的面光束分別轉(zhuǎn)換為多個(gè)平行的面光束，所述多個(gè)平行的面光束在所述第二透鏡的焦點(diǎn)會(huì)聚。

其中，所述光束掃描機(jī)構(gòu)沿一維或二維方向周期性地?cái)[動(dòng)。

其中，所述微透鏡陣列組包括相對(duì)設(shè)置的第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，所述第一微透鏡陣列的微透鏡和第二微透鏡中的微透鏡一一對(duì)應(yīng)，所述第一微透鏡陣列和第二微透鏡的間距為微透鏡的焦距。

其中，所述光束掃描機(jī)構(gòu)為微機(jī)電系統(tǒng)掃描振鏡。

其中，所述光束掃描機(jī)構(gòu)為機(jī)械擺鏡、壓電驅(qū)動(dòng)的掃描鏡面或音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的掃描鏡面。

其中，所述激光光源模塊包括紅光激光器、綠光激光器以及藍(lán)光激光器，所述紅光激光器、綠光激光器以及藍(lán)光激光器分別通過(guò)第一分色鏡、第二分色鏡和第三分色鏡合束形成所述激光光束。

其中，所述紅光激光器與第一分色鏡之間、所述綠光激光器與第二分色鏡之間以及所述藍(lán)光激光器與第三分色鏡之間分別設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡。

其中，所述紅光激光器、綠光激光器以及藍(lán)光激光器均為半導(dǎo)體激光器。

本發(fā)明還提供了一種投影裝置，其包括如上所述的消除激光散斑的光源系統(tǒng)。

其中，所述投影裝置還包括成像芯片、投影鏡頭和投影屏幕；所述光源系 統(tǒng)提供光線(xiàn)射入到所述成像芯片后攜帶圖像信息，所述光線(xiàn)再通過(guò)所述投影鏡頭入射到所述投影屏幕上，在所述投影屏幕上顯示圖像。

基于goodman提出的一種投影系統(tǒng)散斑消除原理，指出當(dāng)兩束非相干光源照射到屏幕上的入射角度大于人眼對(duì)屏幕的張角時(shí)，兩束光源形成的散斑圖互不相關(guān)，兩個(gè)不相關(guān)的散斑圖疊加為光強(qiáng)疊加，可以實(shí)現(xiàn)散斑對(duì)比度的降低。本發(fā)明實(shí)施例提供的消除激光散斑的光源系統(tǒng)以及包含該光源系統(tǒng)的投影裝置，利用光束掃描機(jī)構(gòu)和微透鏡陣列組結(jié)合，入射到微透鏡陣列組的面光源是在光束掃描機(jī)構(gòu)掃描一個(gè)周期后形成，當(dāng)光束入射到微透鏡陣列表面時(shí)，通過(guò)相鄰微透鏡之間的光束存在一定時(shí)間差，該時(shí)間差會(huì)超過(guò)激光本身的相干時(shí)間，所以再經(jīng)過(guò)相鄰微透鏡后形成的光束不存在相干性，所以面光源通過(guò)多少個(gè)微透鏡后就會(huì)產(chǎn)生多少個(gè)非相干光源，滿(mǎn)足goodman提出消散斑的一個(gè)條件。從微透鏡出來(lái)的面光源經(jīng)過(guò)透鏡準(zhǔn)直成平面光源，再通過(guò)投影鏡頭入射到投影屏幕上，相鄰微透鏡形成的光源照射到屏幕上時(shí)，與屏幕的法線(xiàn)夾角不相同，當(dāng)相鄰兩個(gè)光源之間的夾角大于goodman提出最小光束夾角時(shí)，各個(gè)光源形成的散斑圖為相互獨(dú)立的散斑圖，所以多個(gè)光源散斑圖的疊加為光強(qiáng)疊加，原先的散斑對(duì)比度降低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的消除激光散斑的光源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本實(shí)施例首先提供了一種消除激光散斑的光源系統(tǒng)，參閱圖1，所述光源系統(tǒng)100包括激光光源模塊1、光束掃描機(jī)構(gòu)2、第一透鏡3、微透鏡陣列組4以及第二透鏡5。

其中，所述激光光源模塊1用于產(chǎn)生包括紅色光、綠色光和藍(lán)色光的激光光束，即所述激光光束是由紅色光、綠色光和藍(lán)色光合成的白光光束。具體地，如圖1所示，所述激光光源模塊1包括紅光激光器11r、綠光激光器11g以及藍(lán)光激光器11b，所述紅光激光器11r、綠光激光器11g以及藍(lán)光激光器11b分別通過(guò)第一分色鏡12r、第二分色鏡12g和第三分色鏡12b合束形成所述激光光束l。進(jìn)一步地，所述紅光激光器11r與第一分色鏡12r之間、所述綠光激光器11g與第二分色鏡12g之間以及所述藍(lán)光激光器11b與第三分色鏡12b之間分別設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡13。更為優(yōu)選的是，所述紅光激光器11r、綠光激光器11g以及藍(lán)光激光器11b均采用半導(dǎo)體激光器；當(dāng)然，所述紅光激光器11r、綠光激光器11g以及藍(lán)光激光器11b也可以采用其它類(lèi)型的激光器。

其中，所述光束掃描機(jī)構(gòu)2用于將所述激光光束反射出，所述光束掃描機(jī)構(gòu)2周期性地?cái)[動(dòng)，將所述激光光束掃描形成發(fā)散的面光源。進(jìn)一步地，所述光束掃描機(jī)構(gòu)2可以是沿一維或二維方向周期性地?cái)[動(dòng)。在本實(shí)施例中，所述光束掃描機(jī)構(gòu)2采用微機(jī)電系統(tǒng)(mems)掃描振鏡。當(dāng)然，在另外的一些實(shí)施例中，所述光束掃描機(jī)構(gòu)2也可以是采用機(jī)械擺鏡、壓電驅(qū)動(dòng)的掃描鏡面或者是音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的掃描鏡面。

其中，第一透鏡3主要是用于將所述光束掃描機(jī)構(gòu)2反射形成的發(fā)散的面光源轉(zhuǎn)換為平行的面光源。具體地，將光束掃描機(jī)構(gòu)2反射點(diǎn)設(shè)置在第一透鏡3的前方焦點(diǎn)上。

其中，所述微透鏡陣列組4用于將所述第一透鏡3射出的平行面光源轉(zhuǎn)換為多個(gè)分別為發(fā)散的面光束。具體地，如圖1所示，所述微透鏡陣列組4包括相對(duì)設(shè)置的第一微透鏡陣列41和第二微透鏡陣列42，所述第一微透鏡陣列41中的微透鏡41a、41b和第二微透鏡42中的微透鏡42a、42b一一對(duì)應(yīng)，所述第一微透鏡陣列41和第二微透鏡42的間距為微透鏡41a、41b、42a、42b的焦距。由于入射到所述微透鏡陣列組4的面光源是在光束掃描機(jī)構(gòu)2掃描一個(gè)周期后形成的，所以通過(guò)相鄰微透鏡(例如第一微透鏡陣列41中的微透鏡41a、41b)之間的光束存在一定時(shí)間差，該時(shí)間差會(huì)超過(guò)激光本身的相干時(shí)間，因此經(jīng)過(guò)相鄰微透鏡后形成的光束不存在相干性，即面光源通過(guò)多少個(gè)微透鏡就會(huì)產(chǎn)生多少個(gè)非相干光源。即，從微透鏡陣列組4射出的多個(gè)發(fā)散的面光束是非相干光。

其中，所述第二透鏡5用于將從所述微透鏡陣列組4射出的多個(gè)發(fā)散的面 光束分別轉(zhuǎn)換為多個(gè)分別為平行的面光束，并且所述多個(gè)平行的面光束在所述第二透鏡5的焦點(diǎn)會(huì)聚。

本實(shí)施例還提供一種投影裝置，如圖2所示，該投影裝置包括本發(fā)明如上實(shí)施例所提供的光源系統(tǒng)100、成像芯片200、投影鏡頭300以及投影屏幕400。成像芯片200設(shè)置在光源系統(tǒng)100的第二透鏡5的焦點(diǎn)上，從第二透鏡5射出的非相干的多個(gè)平行面光源射入到成像芯片200后攜帶圖像信息，再通過(guò)投影鏡頭300入射到投影屏幕400上，在投影屏幕400上顯示圖像。從第二透鏡5射出的非相干的多個(gè)平行面光源，其中相鄰的兩束光(經(jīng)過(guò)相鄰微透鏡形成得到光源)與屏幕的法線(xiàn)夾角不相同，當(dāng)相鄰兩個(gè)光源之間的夾角大于goodman提出最小光束夾角時(shí)，各個(gè)光源形成的散斑圖為相互獨(dú)立的散斑圖，所以多個(gè)光源散斑圖的疊加為光強(qiáng)疊加，原先的散斑對(duì)比度降低。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的消除激光散斑的光源系統(tǒng)以及包含該光源系統(tǒng)的投影裝置，利用光束掃描機(jī)構(gòu)和微透鏡陣列組結(jié)合，入射到微透鏡陣列組的面光源是在光束掃描機(jī)構(gòu)掃描一個(gè)周期后形成，當(dāng)光束入射到微透鏡陣列表面時(shí)，通過(guò)相鄰微透鏡之間的光束存在一定時(shí)間差，該時(shí)間差會(huì)超過(guò)激光本身的相干時(shí)間，所以再經(jīng)過(guò)相鄰微透鏡后形成的光束不存在相干性，所以面光源通過(guò)多少個(gè)微透鏡就會(huì)產(chǎn)生多少個(gè)非相干光源，滿(mǎn)足goodman提出消散斑的一個(gè)條件。從微透鏡出來(lái)的發(fā)散面光源再經(jīng)過(guò)透鏡準(zhǔn)直成平行面光源，再通過(guò)投影鏡頭入射到投影屏幕上，相鄰微透鏡形成得到光源照射到屏幕上時(shí)，與屏幕的法線(xiàn)夾角不相同，當(dāng)相鄰兩個(gè)光源之間的夾角大于goodman提出最小光束夾角時(shí)，各個(gè)光源形成的散斑圖為相互獨(dú)立的散斑圖，所以多個(gè)光源散斑圖的疊加為光強(qiáng)疊加，原先的散斑對(duì)比度降低。

本發(fā)明中，消除激光散斑的光源系統(tǒng)主要是光由束掃描機(jī)構(gòu)、微透鏡陣列和一些光學(xué)元件組成，微透鏡陣列的設(shè)計(jì)要考慮投影鏡頭的放大倍率和成像芯片的尺寸。通過(guò)各個(gè)微透鏡的非相干光束形成不相關(guān)散斑圖是由微透鏡之間的間距和透鏡焦距所決定，成像芯片的大小決定了微透鏡單個(gè)透鏡的數(shù)值孔徑和第二透鏡的參數(shù)。另外，通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體激光器的電流驅(qū)動(dòng)，可以調(diào)試出各個(gè)像素所需要的顏色，并且實(shí)現(xiàn)光掃描機(jī)構(gòu)反射出的光源均勻性會(huì)很好。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)投影屏幕上散斑對(duì)比度的降低，人眼不能覺(jué)察，進(jìn)一步地，該光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

需要指出的是，上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在 于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。