專利名稱：具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光單色性好、方向性強(qiáng)、亮度高的特點(diǎn)，使得激光作為投影顯示的光源具有畫(huà)面 色彩逼真、圖像清晰，適用于大屏幕顯示的優(yōu)點(diǎn)。但是由于其單色性好，相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)，使得 投影系統(tǒng)各光學(xué)表面產(chǎn)生各種干涉效應(yīng)，形成大量的背景雜散干涉條紋與散斑噪聲，散斑 的存在將使得投影畫(huà)面的質(zhì)量有所降低。為提高激光投影顯示的圖像質(zhì)量，抑制激光散斑 的設(shè)計(jì)是十分必要的。在公開(kāi)的200510089116. 8,200510115472. 2等專利當(dāng)中，如圖3,4所示，都是通
過(guò)將從激光源發(fā)出的光束分為子光束并將子光束時(shí)間或空間平均來(lái)有效地減小或消除散 斑的照明系統(tǒng)，但是這類照明系統(tǒng)會(huì)由于衍射光學(xué)元件加工等因素都會(huì)造成一定的退偏效 應(yīng)，這對(duì)于如果是采用LCOS或者LCD作為圖像調(diào)制部件而言，將損失一部分能量，降低了激 光能量的利用率。此外，在傳統(tǒng)的消除激光散斑的照明裝置還有公開(kāi)在第6248381號(hào)美國(guó) 專利，原理也是采用相類似的，在結(jié)構(gòu)上他是采用光纖束來(lái)消除激光散斑，但其由于光纖束 的光束耦合效率比較低，這將會(huì)損失一部分能量，并且具有不同的相位去除消斑的效率被 降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，提出了一種具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)通 過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)的隨機(jī)位相片，將激光散斑通過(guò)時(shí)間平均的方式進(jìn)行消除，成像清晰，能量損 失小，消除散斑效果好。本發(fā)明的技術(shù)方案在于一種具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，包括激光照明 系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及投影物鏡系統(tǒng)，
所述激光照明系統(tǒng)按照光路的出射方向依次布設(shè)有RGB三色激光發(fā)生器，使三色激光 合成同一束光源的合束鏡，會(huì)聚透鏡，勻光管及照明成像透鏡組；
所述成像系統(tǒng)按照光路的出射方向依次布設(shè)有LCOS芯片及其驅(qū)動(dòng)電路，偏振分光棱 鏡及成像鏡頭組；
所述投影物鏡系統(tǒng)為遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，由投影物鏡組和屏幕構(gòu)成； 其特征在于所述成像系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè)置有由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)或由移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)往復(fù)移動(dòng)的隨機(jī)位相片。該隨機(jī)位相片采用具有一定雙折射效應(yīng)的位相片消散斑的效果會(huì)更好。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)的隨機(jī)位相片，將激光散斑通過(guò)時(shí)間 平均的方式進(jìn)行消除，成像清晰，能量損失小，消除散斑效果好，而且還可簡(jiǎn)化光路的設(shè)計(jì)， 此外除了利用透光率高的隨機(jī)位相片，還可采用帶有驅(qū)動(dòng)電路的液晶盒或轉(zhuǎn)動(dòng)的楔形片來(lái) 進(jìn)行激光散斑的消除。
圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為200510089116. 8具有消除激光散斑功能的照明系統(tǒng)及投影系統(tǒng)的原理圖。圖4為200510115472. 2具有消除激光散斑功能的照明系統(tǒng)及投影系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施例方式一種具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，包括激光照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及投影物 鏡系統(tǒng)，
所述激光照明系統(tǒng)按照光路的出射方向依次布設(shè)有RGB三色激光發(fā)生器，使三色激光 合成同一束光源的合束鏡，會(huì)聚透鏡，勻光管及照明成像透鏡組；
所述成像系統(tǒng)按照光路的出射方向依次布設(shè)有LCOS芯片及其驅(qū)動(dòng)電路，偏振分光棱 鏡及成像鏡頭組；
所述投影物鏡系統(tǒng)為遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，由投影物鏡組和屏幕構(gòu)成； 其特征在于所述成像系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè)置有由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)或由移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)往復(fù)移動(dòng)的隨機(jī)位相片。該隨機(jī)位相片采用具有一定雙折射效應(yīng)的位相片消散斑的效果會(huì)更好。所述的具有消除激光散斑功能的成像系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè) 置的位相片，可以等效于由隨機(jī)信號(hào)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的液晶盒。所述的具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè) 置的位相片，可以等效于由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的可透光的楔形元件。實(shí)施例1 參考圖1，
該投影系統(tǒng)包括一個(gè)激光照明系統(tǒng)，成像系統(tǒng)及投影物鏡系統(tǒng)，激光照明系統(tǒng)由RGB 三色激光器1、2、3，使三色激光合成同一束光源的合束鏡4、5，會(huì)聚透鏡6，勻光管7和成像 透鏡組8組成，成像系統(tǒng)由LCOS芯片10及其驅(qū)動(dòng)電路9，偏振分光棱鏡11和成像鏡頭組 12組成，投影物鏡系統(tǒng)由投影物鏡組13和屏幕14組成，所述成像鏡頭組12與投影物鏡組 13之間設(shè)置有由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)15驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)或由移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)往復(fù)移動(dòng)的隨機(jī)位相片16。RGB激光器1、2、3準(zhǔn)直輸出不同波長(zhǎng)的激光，通過(guò)合束鏡4、5合成一束光線，會(huì)聚 透鏡6主要是將其合束的激光束進(jìn)行會(huì)聚提高進(jìn)入光管的耦合效率和增加勻光管的勻光 效果，成像透鏡組8為了降低其球差，一般采用兩片式透鏡組，將勻光管出射端成像于LCOS 芯片上，為了減短勻光管到LCOS芯片的距離，一般成等大的像。偏振分光棱鏡11、LCOS芯片10及驅(qū)動(dòng)電路9實(shí)現(xiàn)將圖像信息加載在LCOS芯片 上，成像鏡頭組12將LCOS芯片上的像清晰地成在隨機(jī)位相片16表面，其中隨機(jī)位相片可 由透光度好的楔形元件代替。如果采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，那么為了減小隨機(jī)位相片尺寸，一般將LCOS芯片上的像成縮 小的像在隨機(jī)位相片；如果采用移動(dòng)機(jī)構(gòu)，那么一般采用成等大或放大的像。投影鏡頭組13采用比較小大F值的鏡頭組，將LCOS成像在隨機(jī)位相片表面的圖 像再次清晰地成放大的圖像投影于屏幕上。
4
當(dāng)隨機(jī)位相片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度η愈大，相關(guān)時(shí)間 愈短。當(dāng)探測(cè)器積分時(shí)間T遠(yuǎn) 大于散斑強(qiáng)度的相關(guān)時(shí)間t時(shí)，由散斑理論分析可知，對(duì)比度近似為
4稷
式中，D為瞳孔直徑，ζ為觀察者與屏幕之間的距離，λ為照明波長(zhǎng)，由上式可知，在照 明及觀察情況一定時(shí)，為減弱散斑襯比度應(yīng)當(dāng)增加隨機(jī)位相片的轉(zhuǎn)速，使得在曝光時(shí)間內(nèi) 獲得更多幅的散斑圖樣，從而達(dá)到抑制散斑的目的。實(shí)施例2:參考圖2，
該投影系統(tǒng)包括一個(gè)激光照明系統(tǒng)，成像系統(tǒng)及投影物鏡系統(tǒng)，激光照明系統(tǒng)由RGB 三色激光器1、2、3，使三色激光合成同一束光源的合束鏡4、5，會(huì)聚透鏡6，勻光管7和成像 透鏡組8組成，成像系統(tǒng)由LCOS芯片10及其驅(qū)動(dòng)電路9，偏振分光棱鏡11和成像鏡頭組 12組成，投影物鏡系統(tǒng)由投影物鏡組13和屏幕14組成，所述成像鏡頭組12與投影物鏡組 13之間設(shè)置有由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)17轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)的液晶盒18。RGB激光器1、2、3準(zhǔn)直輸出不同波長(zhǎng)的激光，通過(guò)合束鏡4、5合成，會(huì)聚透鏡6主 要是將其合束的激光束進(jìn)行會(huì)聚提高進(jìn)入光管的耦合效率和增加勻光管的勻光效果，成像 透鏡組8為了降低其球差，一般采用兩片式透鏡組，將勻光管出射端成像于LCOS芯片上，為 了減短勻光管到LCOS芯片的距離，一般成等大的像。偏振分光棱鏡11、LCOS芯片10及驅(qū)動(dòng)電路9實(shí)現(xiàn)將圖像信息加載在LCOS芯片 上，成像鏡頭組12將LCOS芯片上的像清晰放大地成在液晶盒18表面，使得每個(gè)圖像像素 單元上都有好幾個(gè)液晶盒像素單元，提高其消激光散斑的效果，驅(qū)動(dòng)電路17將隨機(jī)圖像加 載在液晶盒上，使液晶盒上每個(gè)像素單元的位相呈現(xiàn)出隨機(jī)變化，其消除散斑的原理與上 述方案相類似采用時(shí)間平均的方法實(shí)現(xiàn)。投影鏡頭組14采用比較大F值鏡頭組，將LCOS成像在液晶盒表面的圖像再次清 晰地成放大的圖像投影于屏幕上。本發(fā)明利用隨機(jī)位相片或可轉(zhuǎn)動(dòng)的液晶盒達(dá)到使激光投影儀的出射光束由線偏 振光變成橢圓偏振光，利用時(shí)間平均原理和偏振光散斑特性，大大降低了激光的散斑，提供 了良好的圖像質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，包括激光照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及投影物鏡系統(tǒng)，所述激光照明系統(tǒng)按照光路的出射方向依次布設(shè)有RGB三色激光發(fā)生器，使三色激光合成同一束光源的合束鏡，會(huì)聚透鏡，勻光管及照明成像透鏡組；所述成像系統(tǒng)按照光路的出射方向依次布設(shè)有LCOS芯片及其驅(qū)動(dòng)電路，偏振分光棱鏡及成像鏡頭組；所述投影物鏡系統(tǒng)為遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，由投影物鏡組和屏幕構(gòu)成；其特征在于所述成像系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè)置有由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)或由移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)往復(fù)移動(dòng)的隨機(jī)位相片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，其特征在于所述成像 系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè)置的位相片，可以等效于由隨機(jī)信號(hào)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的 液晶盒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，其特征在于所述成像 系統(tǒng)的成像鏡頭組與投影物鏡系統(tǒng)之間設(shè)置的位相片，可以等效于由動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的可 透光的楔形元件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有消除激光散斑功能的投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)激光照明系統(tǒng)和兩個(gè)成像系統(tǒng)組成，由RGB三色激光和均光管組成激光照明系統(tǒng)為L(zhǎng)COS成像提供均勻的照明光源，而分光棱鏡、LCOS芯片及驅(qū)動(dòng)電路和成像鏡頭組成的成像系統(tǒng)，將LCOS圖像成像于高透過(guò)率的隨機(jī)位相片上，當(dāng)隨機(jī)相位片高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上LCOS圖像將由投影物鏡成像于屏幕上，而且由于隨機(jī)位相片出射光束具有不同的隨機(jī)位相，采用具有一定雙折射性質(zhì)的隨機(jī)位相片，使得出射光束由線偏振光變成了橢圓偏振光，利用時(shí)間平均原理和偏振光散斑特性，將大大降低激光散斑提供良好的圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G03B21/20GK101923186SQ201010278340
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者李暉, 李高明, 林峰, 邱怡申 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)