專利名稱：微型激光投影機用光學引擎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及投影光學引擎，尤其涉及能降低激光散斑的微型激光投影機用光學引擎。
背景技術：
微型投影機和嵌入式設計的微型投影設備越來越被人們所熟知，但要想開發(fā)出小體積，低電耗的投影機用光學引擎，要求光源體積小且輸出光量大，當前適合的光源有發(fā)光二級管(Light Emitting Diode，簡稱“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較小的電功率來發(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。但同時也具有存在散斑的缺點。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，會損害影像畫面質量，給觀看者一種閃爍的感覺。為了解決上述散斑問題通常會在光路中加入靜止的或周期震動的擴散片來減弱散斑現(xiàn)象。但加入擴散片對散斑的消除效果不太明顯，同時會造成較大的光損失。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型激光投影機用光學引擎，采用光反射鏡使光束在時間，空間上發(fā)生隨機性的變化，能夠有效地降低激光光學引擎的散斑現(xiàn)象。微型激光投影機用光學引擎，包括至少有一個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立光反射鏡，光反射鏡可以是一個旋轉反射鏡，該旋轉反射鏡由旋轉機構與楔形反射體構成。當旋轉反射鏡中的旋轉機構帶動楔形反射體進行同軸轉動時，由于反射面與旋轉軸不垂直，光束在經(jīng)過反射后在空間上將發(fā)生隨機性的變化，從而可以減少激光光學引擎的散斑。光反射鏡也可以是一個振動反射鏡，該振動反射鏡由振動裝置與楔形反射體構成，振動裝置帶動楔形反射體一起振動，楔形反射體的反射面與振動方向不平行，成一定小角度，當反射鏡振動時，反射后的光束在空間上發(fā)生隨機性的變化，從而可以減少光學引擎的散斑。從光源系統(tǒng)發(fā)出的光束經(jīng)過光反射鏡后進入光束勻光整形器進行勻光，并將其轉換為適合光調制器形狀的光束后由分光棱鏡進行分光到光調制器，光調制器生成圖像后再經(jīng)過分光棱鏡及投影鏡頭進行投射。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，可以在旋轉時有較好的機械穩(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制電流進行驅動，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構成的粗糙面。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時平板的反射面與轉軸不垂直，或在振動時平板的反射面與光軸不垂直。光調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。通過本發(fā)明提供的方案，反射后的光在時間，空間上發(fā)生隨機性的變化，因此能夠有效地降低光學引擎的散斑問題。


圖I是傳統(tǒng)使用激光的光學引擎的示意 圖2是本發(fā)明所提供的實施例一的示意 圖3是本發(fā)明提供的實施例一中光反射鏡的示意 圖4是本發(fā)明提供的實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)明提供的實施例二中光反射鏡示意 圖7是本發(fā)明提供的實施例一中光反射鏡用平板代替楔形塊示意圖。
具體實施方案以下結合各附圖對本發(fā)明提出的內容進行詳細的描述。圖I給出了傳統(tǒng)使用的反射型光學引擎的結構示意圖。該使用激光光源的投影機是由光源系統(tǒng)(101)擴散片(102)，光束勻光整形器(103)，分光棱鏡(104)，光調制器(105)以及投影鏡頭(106)構成。上述光源系統(tǒng)(101)發(fā)出光束入射到擴散片(102)中，擴散片(102)垂直于光軸振動，因此通過擴散片(102)的時候，光的隨機性會得到增加。通過擴散片的光再通過光束勻光整形器(103)后，光束形狀改變?yōu)槟苓m應于光調制器(105)光學面的形狀以提高光效率，光束從勻光整形器(103)出射后通過分光棱鏡(104)進入光調制器(105)。光調制器(105)通過使入射的光線進行甄別性通過、阻斷或改變光路來形成圖像，然后通過投影鏡頭(106)進行放大后投射到屏幕。激光有很強的相干性，會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，增加干涉紋的隨機性。隨機性=波長的隨機性X相位的隨機性X入射角的隨機性。圖I中的偏振片(102)即是應用了這種入射角隨機性的方式。擁有一定擴散功能的擴散元件，是在垂直于光軸的方向振動或是轉動以混合通過其內的光線。但這種擴散器件本身擁有的較高的光吸收率，會吸收掉相當數(shù)量的光線。一般來說，擴散片的透光率大約在80%左右，同時帶有一定的指向性，因此對偏光方向產(chǎn)生影響。若使用液晶顯示面板作為光調制器時，會產(chǎn)生非常不利的影響。基于上述傳統(tǒng)應用中的問題，本發(fā)明實施方式中提供了一種在對光束入射角進行隨機性變化的同時不會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引擎的實施例一。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)光調制器(205)，以及投影鏡頭(206)。光源系統(tǒng)(201)發(fā)出光束通過光反射鏡(202)反射后再通過光束勻光整形器(203)，光束形狀改變?yōu)槟苓m應于光調制器(105)光學面的形狀以提高光效率，光束從勻光整形器(203)出射后通過分光棱鏡(204)進入光調制器(205)。光調制器
(205)通過使入射的光線進行甄別性通過、阻斷或改變光路來形成圖像，然后通過投影鏡頭
(206)進行放大后投射到屏幕。本發(fā)明提出的激光光學引擎，通過光反射鏡(202)來實現(xiàn)消除散斑的目的。如圖3中所示，所述光反射鏡(202)由旋轉機構(213)與楔形反射體(212)構成。旋轉機構(213)帶動楔形反射體(212)—起做同軸轉動。但由于反射體(212)中的反射面與轉動軸并不垂直，所以當光束通過光反射鏡(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)的入射角的隨機性。本發(fā)明中的光反射鏡可以用高頻調制電流驅動，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)明實施例二 將圖2中的光反射鏡(202)以圖5中的振動反射鏡(502)來代替。如圖6中所示,振動反射鏡(502)由振動裝置(511)以及楔形反射體(512)構成,反射面采用反射率大于95%的反射膜。振動裝置(511)帶動楔形反射體(512)—起振動，反射面與光軸不垂直。當光束由振動反射鏡(502)反射時，反射光的角度隨著振動發(fā)生變化，振動反射鏡可以用高頻調制電流驅動，從而能夠達到與實施例一相同的技術效果。雖然參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式，已經(jīng)對本發(fā)明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，本發(fā)明不受以上實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(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)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.微型激光投影機用光學引擎，包含至少有ー個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)權利要求I所述的微型激光投影機用光學引擎，其特征在于，所述光反射鏡可為旋轉反射鏡，由ー旋轉機構與ー個楔形反射體構成，旋轉機構帶動楔形反射體一起做同軸轉動。
3.根據(jù)權利要求2所述的微型激光投影機用光學引擎，其特征在于，所述楔形反射體的反射面與旋轉機構的旋轉軸不垂直。
4.根據(jù)權利要求I所述的微型激光投影機用光學引擎，其特征在于所述光反射鏡可為振動反射鏡，由ー振動裝置與ー個楔形反射體構成，振動裝置帶動楔形反射體一起振動。
5.根據(jù)權利要求4所述的微型激光投影機用光學引擎，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)權利要求1、2、3、4或5所述的微型激光投影機用光學引擎，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)權利要求I所述的微型激光投影機用光學引擎，其特征在于，所述光反射鏡的旋轉或振動裝置由高頻調制電流驅動。
8.根據(jù)權利要求I所述的微型激光投影機用光學引擎，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構成的粗糙面。
9.根據(jù)權利要求I所述的微型激光投影機用光學引擎，其特征在于，所述光調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用光學引擎，該投影機引擎包括至少含有一個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、光調制器以及投影鏡頭。光源與光束勻光整形器之間設立光反射鏡，光反射鏡可以為旋轉反射鏡或震動反射鏡。光反射鏡隨機改變反射光的角度，因此可以有效降低使用激光作為光源而產(chǎn)生的散斑問題，從而可以獲得高質量的投影圖像。
文檔編號G03B21/14GK102749796SQ20111009811
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權日2011年4月19日
發(fā)明者劉治新, 吳中雄, 王吉文 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司