專利名稱：微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影光學(xué)引擎，尤其涉及能降低激光散斑的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
微型投影機(jī)和嵌入式設(shè)計(jì)的微型投影設(shè)備越來(lái)越被人們所熟知，但要想開(kāi)發(fā)出小體積，低電耗的投影機(jī)用光學(xué)引擎，要求光源體積小且輸出光量大，當(dāng)前適合的光源有發(fā)光二級(jí)管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱“LED”)光源和激光光源。其中LED的發(fā)散角較大，因此其光效比較低，引擎散熱比較困難。而激光光源是使用相對(duì)較小的電功率來(lái)發(fā)出高亮度光的高效光源，且激光光源有色域廣，體積小的優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也具有存在散斑的缺點(diǎn)。散斑 是由于激光的相干性引起的一種干涉現(xiàn)象。散斑在屏幕上體現(xiàn)為明暗交替的斑點(diǎn)，會(huì)損害影像畫面質(zhì)量，給觀看者一種閃爍的感覺(jué)。為了解決上述散斑問(wèn)題通常會(huì)在光路中加入靜止的或周期震動(dòng)的擴(kuò)散片來(lái)減弱散斑現(xiàn)象。但加入擴(kuò)散片對(duì)散斑的消除效果不太明顯，同時(shí)會(huì)造成較大的光損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，采用光反射鏡使光束在時(shí)間，空間上發(fā)生隨機(jī)性的變化，能夠有效地降低激光光學(xué)引擎的散斑現(xiàn)象。微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，包括至少有一個(gè)激光光源的光源系統(tǒng)，光反射鏡，光束勻光整形器，分光棱鏡，光調(diào)制器以及投影鏡頭。在光源系統(tǒng)與光束勻光整形器之間設(shè)立光反射鏡，光反射鏡可以是一個(gè)旋轉(zhuǎn)反射鏡，該旋轉(zhuǎn)反射鏡由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與楔形反射體構(gòu)成。當(dāng)旋轉(zhuǎn)反射鏡中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)楔形反射體進(jìn)行同軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于反射面與旋轉(zhuǎn)軸不垂直，光束在經(jīng)過(guò)反射后在空間上將發(fā)生隨機(jī)性的變化，從而可以減少激光光學(xué)引擎的散斑。光反射鏡也可以是一個(gè)振動(dòng)反射鏡，該振動(dòng)反射鏡由振動(dòng)裝置與楔形反射體構(gòu)成，振動(dòng)裝置帶動(dòng)楔形反射體一起振動(dòng)，楔形反射體的反射面與振動(dòng)方向不平行，成一定小角度，當(dāng)反射鏡振動(dòng)時(shí)，反射后的光束在空間上發(fā)生隨機(jī)性的變化，從而可以減少光學(xué)引擎的散斑。從光源系統(tǒng)發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光反射鏡后進(jìn)入光束勻光整形器進(jìn)行勻光，并將其轉(zhuǎn)換為適合光調(diào)制器形狀的光束后由分光棱鏡進(jìn)行分光到光調(diào)制器，光調(diào)制器生成圖像后再經(jīng)過(guò)分光棱鏡及投影鏡頭進(jìn)行投射。光反射鏡使用在薄膜狀膠片上粘貼金屬層的高反射率膠片，可以在旋轉(zhuǎn)時(shí)有較好的機(jī)械穩(wěn)定性，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的圖像。本發(fā)明所述的光反射鏡可以采用高頻調(diào)制電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以更加有效的破壞反射后的光束的相干性。本發(fā)明中所述的光反射鏡的反射面可以是平面、凹凸區(qū)域交替的凹凸面，或是表面由微小的凹凸點(diǎn)構(gòu)成的粗糙面。本發(fā)明中所述的楔形體也可以用平板代替，但須保證光反射鏡在旋轉(zhuǎn)時(shí)平板的反射面與轉(zhuǎn)軸不垂直，或在振動(dòng)時(shí)平板的反射面與光軸不垂直。光調(diào)制器可以是液晶顯示元件、硅基液晶、數(shù)字微鏡器件中的一種。通過(guò)本發(fā)明提供的方案，反射后的光在時(shí)間，空間上發(fā)生隨機(jī)性的變化，因此能夠有效地降低光學(xué)引擎的散斑問(wèn)題。


圖I是傳統(tǒng)使用激光的光學(xué)引擎的示意 圖2是本發(fā)明所提供的實(shí)施例一的示意 圖3是本發(fā)明提供的實(shí)施例一中光反射鏡的示意 圖4是本發(fā)明提供的實(shí)施例一光反射鏡改變光束方向示意 圖5是本發(fā)明提供的實(shí)施例二的光源系統(tǒng)到光反射鏡的放大示意 圖6是本發(fā)明提供的實(shí)施例二中光反射鏡示意 圖7是本發(fā)明提供的實(shí)施例一中光反射鏡用平板代替楔形塊示意圖。
具體實(shí)施方案以下結(jié)合各附圖對(duì)本發(fā)明提出的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖I給出了傳統(tǒng)使用的反射型光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖。該使用激光光源的投影機(jī)是由光源系統(tǒng)(101)擴(kuò)散片(102)，光束勻光整形器(103)，分光棱鏡(104)，光調(diào)制器(105)以及投影鏡頭(106)構(gòu)成。上述光源系統(tǒng)(101)發(fā)出光束入射到擴(kuò)散片(102)中，擴(kuò)散片(102)垂直于光軸振動(dòng)，因此通過(guò)擴(kuò)散片(102)的時(shí)候，光的隨機(jī)性會(huì)得到增加。通過(guò)擴(kuò)散片的光再通過(guò)光束勻光整形器(103)后，光束形狀改變?yōu)槟苓m應(yīng)于光調(diào)制器(105)光學(xué)面的形狀以提高光效率，光束從勻光整形器(103)出射后通過(guò)分光棱鏡(104)進(jìn)入光調(diào)制器(105)。光調(diào)制器(105)通過(guò)使入射的光線進(jìn)行甄別性通過(guò)、阻斷或改變光路來(lái)形成圖像，然后通過(guò)投影鏡頭(106)進(jìn)行放大后投射到屏幕。激光有很強(qiáng)的相干性，會(huì)在投影畫面中形成散斑。散斑表現(xiàn)為一種亮度的高低有規(guī)律地反復(fù)出現(xiàn)干涉紋，是激光的固有特性，為了減弱散斑可以破壞激光相干性，增加干涉紋的隨機(jī)性。隨機(jī)性=波長(zhǎng)的隨機(jī)性X相位的隨機(jī)性X入射角的隨機(jī)性。圖I中的偏振片(102)即是應(yīng)用了這種入射角隨機(jī)性的方式。擁有一定擴(kuò)散功能的擴(kuò)散元件，是在垂直于光軸的方向振動(dòng)或是轉(zhuǎn)動(dòng)以混合通過(guò)其內(nèi)的光線。但這種擴(kuò)散器件本身?yè)碛械妮^高的光吸收率，會(huì)吸收掉相當(dāng)數(shù)量的光線。一般來(lái)說(shuō)，擴(kuò)散片的透光率大約在80%左右，同時(shí)帶有一定的指向性，因此對(duì)偏光方向產(chǎn)生影響。若使用液晶顯示面板作為光調(diào)制器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響。基于上述傳統(tǒng)應(yīng)用中的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施方式中提供了一種在對(duì)光束入射角進(jìn)行隨機(jī)性變化的同時(shí)不會(huì)減少光效率的解決方案。圖2所示為本發(fā)明提供的帶有散斑消除裝置的微型激光投影用光學(xué)引擎的實(shí)施例一。包括光源系統(tǒng)(201)，光反射鏡(202)，光束勻光整形器(203)，分光棱鏡(204)光調(diào)制器(205)，以及投影鏡頭(206)。光源系統(tǒng)(201)發(fā)出光束通過(guò)光反射鏡(202)反射后再通過(guò)光束勻光整形器(203)，光束形狀改變?yōu)槟苓m應(yīng)于光調(diào)制器(105)光學(xué)面的形狀以提高光效率，光束從勻光整形器(203)出射后通過(guò)分光棱鏡(204)進(jìn)入光調(diào)制器(205)。光調(diào)制器
(205)通過(guò)使入射的光線進(jìn)行甄別性通過(guò)、阻斷或改變光路來(lái)形成圖像，然后通過(guò)投影鏡頭
(206)進(jìn)行放大后投射到屏幕。本發(fā)明提出的激光光學(xué)引擎，通過(guò)光反射鏡(202)來(lái)實(shí)現(xiàn)消除散斑的目的。如圖3中所示，所述光反射鏡(202)由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(213)與楔形反射體(212)構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(213)帶動(dòng)楔形反射體(212)—起做同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。但由于反射體(212)中的反射面與轉(zhuǎn)動(dòng)軸并不垂直，所以當(dāng)光束通過(guò)光反射鏡(202)中楔形反射體(213)的反射面反射后，反射光的方向隨時(shí)間做周期性變化(如圖4中所示)，即增加了光束入射到勻光整形器(203)的入射角的隨機(jī)性。本發(fā)明中的光反射鏡可以用高頻調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)，可以更加有效破壞激光光束的相干 性。另外，本發(fā)明中所述的楔形反射體(213)的反射面采用反射率為95%以上的高效反射膜。因此本發(fā)明所述的激光光學(xué)引擎可以在較少的光效損失的前提下有效的消除散斑。本發(fā)明實(shí)施例二 將圖2中的光反射鏡(202)以圖5中的振動(dòng)反射鏡(502)來(lái)代替。如圖6中所示,振動(dòng)反射鏡(502)由振動(dòng)裝置(511)以及楔形反射體(512)構(gòu)成,反射面采用反射率大于95%的反射膜。振動(dòng)裝置(511)帶動(dòng)楔形反射體(512)—起振動(dòng)，反射面與光軸不垂直。當(dāng)光束由振動(dòng)反射鏡(502)反射時(shí)，反射光的角度隨著振動(dòng)發(fā)生變化，振動(dòng)反射鏡可以用高頻調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)，從而能夠達(dá)到與實(shí)施例一相同的技術(shù)效果。雖然參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明不受以上實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，包含至少有ー個(gè)激光光源的光源系統(tǒng)、光反射鏡、光束勻光整形器、分光棱鏡、光調(diào)制器以及投影鏡頭，其特征在于所述光反射鏡位于光源系統(tǒng)與光束勻光整形器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光反射鏡可為旋轉(zhuǎn)反射鏡，由ー旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與ー個(gè)楔形反射體構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)楔形反射體一起做同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述楔形反射體的反射面與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸不垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于所述光反射鏡可為振動(dòng)反射鏡，由ー振動(dòng)裝置與ー個(gè)楔形反射體構(gòu)成，振動(dòng)裝置帶動(dòng)楔形反射體一起振動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于所述楔形反射體的反射面與入射光的光軸不垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光反射鏡的反射面為膠片形式的反射膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光反射鏡的旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)裝置由高頻調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光反射鏡的反射面為平面，凹凸區(qū)域交替的凹凸面，或表面由微小的凹凸點(diǎn)構(gòu)成的粗糙面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光調(diào)制器是液晶顯示器件、硅基液晶或數(shù)字微鏡器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠降低激光散斑的微型激光投影機(jī)用光學(xué)引擎，該投影機(jī)引擎包括至少含有一個(gè)激光光源的光源系統(tǒng)、光反射鏡、光束勻光整形器、分光棱鏡、光調(diào)制器以及投影鏡頭。光源與光束勻光整形器之間設(shè)立光反射鏡，光反射鏡可以為旋轉(zhuǎn)反射鏡或震動(dòng)反射鏡。光反射鏡隨機(jī)改變反射光的角度，因此可以有效降低使用激光作為光源而產(chǎn)生的散斑問(wèn)題，從而可以獲得高質(zhì)量的投影圖像。
文檔編號(hào)G03B21/14GK102749796SQ20111009811
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者劉治新, 吳中雄, 王吉文 申請(qǐng)人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司