一种无散斑激光投影设备
技术领域
本申请属于投影技术领域，具体涉及一种无散斑激光投影设备。
背景技术
由于激光具有高亮度、长寿命、广色域、高效率等优点，随着近十年来激光半导体器件技术的快速发展，投影显示从灯泡光源向激光光源过渡已成为一种趋势。但由于激光的相干性，投影画面会形成亮度不规则的激光散斑，影响观众的观影效果。现有技术往往采用振动银幕的方法来消除散斑。
在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：振动银幕尽管有着不错的消除散斑的效果，但是振动组件的可靠性较低，并且振动容易导致银幕松弛和银幕吸灰严重影响光效。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种无散斑激光投影设备，能够解决激光投影的散斑问题，而且没有振动银幕消散斑方案带来的银幕松弛、吸灰和系统可靠性低的问题。
本申请是这样实现的：
本申请实施例提供了一种无散斑激光投影设备，包括：激光投影机(1)、第一液晶相位调节单元(2)、第一光程补偿单元(3)、液晶光阀(4)、控制单元(5)和第一线偏光片(7)；
所述激光投影机(1)用于发射投影光束，所述投影光束包括第一投影光束(S1)和第二投影光束(S2)，所述第一投影光束(S1)和所述第二投影光束(S2)在纸面平面内具有不同的高度；
所述激光投影机(1)发射的投影光束经所述第一线偏光片(7)后，所述投影光束变成按第一方向入射的线偏振光，入射到所述第一液晶相位调节单元(2)，且第一液晶相位调节单元(2)的光轴与第一线偏光片(7)的透光轴平行或垂直；
所述第一液晶相位调节单元(2)和所述第一光程补偿单元(3)依次设置在所述投影光束的传播路径上；
所述第一液晶相位调节单元(2)在所述投影光束传播的第一方向上具有不同的厚度，所述第一液晶相位调节单元(2)与所述控制单元(5)电连接，所述第一液晶相位调节单元(2)接收所述控制单元(5)输出的电压值随时间随机变化的第一电压，在所述投影光束经过所述第一液晶相位调节单元(2)后，所述投影光束的传播方向由第一方向调变为第二方向，所述第一投影光束(S1)的相位由第一相位调变为第二相位，所述第二投影光束(S2)的相位由所述第一相位调变为第三相位；所述第一电压的变化周期小于人眼积分时间；
所述第一光程补偿单元(3)设置在所述投影光束沿第二方向传播的传播路径上，在所述投影光束经过所述第一光程补偿单元(3)后，所述投影光束的传播方向由第二方向调变为第一方向；
所述液晶光阀(4)与所述控制单元(5)电连接，所述液晶光阀(4)位于所述投影光束沿第一方向传播的传播路径上，控制单元(5)调节液晶光阀(4)使不同相位的所述第一投影光束(S1)与所述第二投影光束(S2)都按帧顺序变为右旋圆偏振光或者左旋圆偏振光。
优选地，所述激光投影机(1)的出光是高偏振度部分偏振光，所述激光投影机(1)还包括第一相位延迟器(6)，所述激光投影机(1)经第一相位延迟器(6)后偏振光的偏振方向与所述第一线偏光片(7)的透光轴方向相同。
优选地，所述激光投影机的偏振度大于80％，激光投影机的出射光经第一相位延迟器(6)和第一线偏光片(7)后的透过率大于81％。
优选地，所述第一液晶相位调节单元(2)和所述第一光程补偿单元(3)的形状均为梭形，且所述第一液晶相位调节单元(2)和所述第一光程补偿单元(3)的竖直截面均为直角梯形。
优选地，所述第一液晶相位调节单元(2)包括：玻璃基板(21)和填充在玻璃基板中的液晶(22)，所述第一光程补偿单元(3)为平板玻璃。
优选地，所述的无散斑激光投影设备，还包括至少一个由液晶相位调节单元和光程补偿单元组成的相位调节单元组，所述相位调节单元组中的液晶光轴与第一线偏光片(7)垂直或平行，所述相位调节单元组设置在第一线偏光片(7)和液晶光阀(4)间的光路上。
优选地，所述液晶光阀(4)包括光轴相互垂直的第一子光阀(41)和第二子光阀(42)，所述第一线偏光片(7)的光轴与所述第一子光阀(41)的光轴成45度或者负45度。
优选地，所述激光投影机(1)、第一液晶相位调节单元(2)、第一光程补偿单元(4)、液晶光阀(4)和控制单元(5)和第一线偏光片(7)固定连接；进行2D和3D投影时，液晶光阀(4)都处于第一状态，在投影光束的传播路径上。
优选地，所述激光投影机(1)、第一线偏光片(7)、第一液晶相位调节单元(2)、第一光程补偿单元(4)和液晶光阀(4)可按光路顺序贴合成一整体。
优选地，所述控制单元(5)可外置于所述整体，或内置于所述整体，或内置于所述激光投影机(1)。
优选地，所述的无散斑激光投影设备，还包括第二线偏光片(10)，所述第二线偏光片(10)设置于所述液晶光阀(4)之前且紧邻所述液晶光阀(4)，所述激光投影机(1)、第一线偏光片(7)、所述第一液晶相位调节单元(2)和所述第一光程补偿单元(3)固定连接，所述第二线偏光片(10)与所述液晶光阀(4)固定连接成一光阀组件。
优选地，所述光阀组件处于第一状态时，始终位于投影光束的传播路径上；所述光阀组件处于第二状态时，避开所述投影光束的传播路径。
优选地，在所述投影设备进行3D放映时，所述光阀组件处于所述第一状态，且所述液晶光阀(4)接收所述控制单元(5)输出的第二电压；在所述投影设备进行2D放映时，所述光阀组件处于所述第二状态。
在本申请实施例中，通过在投影光束的传播路径设置第一液晶相位调节单元，第一液晶相位调节单元在所述投影光束传播的第一方向上具有不同的厚度，第一液晶相位调节单元接收所述控制单元输出的电压值随时间随机变化的第一电压，使得投影光束在经过第一液晶相位调节单元时，垂直于传播方向的波阵面上的相干光的相位被随机化，由此来减弱空间相干性并消除散斑。采用本发明公开的无散斑激光投影设备，无需振动银幕，不会导致银幕松弛和银幕吸灰，没有振动系统的可靠性问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种无散斑激光投影设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种第一液晶相位调节单元的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种无散斑激光投影设备的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种第一液晶相位调节单元、第一子光阀、第二子光阀的光轴相对角度示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种第一液晶相位调节单元、第一子光阀、第二子光阀的光轴相对角度示意图；
图6是本发明实施例提供的再一种无散斑激光投影设备的结构示意图。
附图标记说明：
1-激光投影机、2-第一液晶相位调节单元、21-玻璃基板、22-液晶、3-第一光程补偿单元、4-液晶光阀、41-第一子光阀、42-第二子光阀、5-控制单元、6-第一相位延迟器、7-第一线偏光片、8-第二液晶相位调节单元、9-第二光程补偿单元、10-第二线偏光片、S1-第一投影光束、S2-第二投影光束。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例、参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的摄影设备进行详细地说明。
参照图1，示出了本实施例提供的一种无散斑激光投影设备的结构示意图。投影设备具体包括：激光投影机1、第一相位延迟器6、第一线偏光片7、第一液晶相位调节单元2、第一光程补偿单元3、液晶光阀4和控制单元5。
激光投影机1用于发射投影光束，投影光束包括第一投影光束S1和第二投影光束S2，第一投影光束S1和所述第二投影光束S2在纸面平面内具有不同的高度，两者可以是水平的光线，也可以是有角度的光线。
其中，激光投影机1可以交替播放左眼图像和右眼图像，例如按帧进行播放，第一帧播放左眼图像，第二帧播放右眼图像、第三帧播放再左眼图像，第四帧再播放右眼图像……，以此类推。
激光投影机1发射的投影光束经第一相位延迟器6和第一线偏光片7后，投影光束的方向调变为第一方向并射入第一液晶相位调节单元2。第一相位延迟器6可以将投影光束中的偏振光转换为与第一线偏光片7透光轴方向平行的线偏振光，第一线偏光片7可以将透射光进一步的滤纯为特定偏振方向的投影光束。第一线偏光片7的透光轴和第一液晶相位调节单元2的光轴平行或垂直。
第一液晶相位调节单元2和第一光程补偿单元3依次设置在投影光束的传播路径上，第一投影光束S1和第二投影光束S2在传播过程中依次经过第一液晶相位调节单元2和第一光程补偿单元3。
第一液晶相位调节单元2在投影光束传播的第一方向上具有不同的厚度，第一液晶相位调节单元2与控制单元5电连接，第一液晶相位调节单元2接收控制单元5输出的电压值随时间随机变化的第一电压，在投影光束经过第一液晶相位调节单元2后，投影光束的传播方向由第一方向调变为第二方向，第一投影光束S1的相位由第一相位调变为第二相位，第二投影光束S2的相位由第一相位调变为第三相位。在第一液晶相位调节单元2施加电压值随时间随机变化的电压，以实现相干光相位的随机化。其中，第一电压的变化周期远小于人眼积分时间。
第一光程补偿单元3设置在投影光束沿第二方向传播的传播路径上，在投影光束经过第一光程补偿单元3后，投影光束的传播方向由第二方向调变为第一方向，第一光程补偿单元3用于将投影光束的传播方向重新调整为第一方向。
可选地，第一液晶相位调节单元2和第一光程补偿单元3的形状均为梭形，且第一液晶相位调节单元2和第一光程补偿单元3的竖直截面均为直角梯形。采用楔形设计的第一液晶相位调节单元2，可以在不同的出射位置形成不同的液晶厚度，进而使得在控制电压下不同出射位置处的投影光束有不同的相位偏移。
进一步地，第一液晶相位调节单元2和第一光程补偿单元3可以是形状、尺寸相同的梭形块。
进一步地，参照图2，示出了本实施例提供的一种第一液晶相位调节单元2的结构示意图，第一液晶相位调节单元2包括：玻璃基板21和填充在玻璃基板中的液晶22，控制单元5与玻璃基板21的左右两侧电连接。第一光程补偿单元3为平板玻璃。
液晶光阀4与控制单元5电连接，液晶光阀4位于投影光束沿第一方向传播的传播路径上，在液晶光阀4通电的情况下，投影光束经过液晶光阀4后，不同相位的第一投影光束S1与第二投影光束S2按帧顺序变为右旋圆偏振光或者左旋圆偏振光。
具体地，液晶光阀4可以在奇数帧时将投影光束转化为右旋圆偏振光，在偶数帧时将投影光束转化为左旋偏振光。或者，液晶光阀4可以在奇数帧时将投影光束转化为左旋圆偏振光，在偶数帧时将投影光束转化为右旋圆偏振光。
进一步地，第一相位延迟器6、线偏光片7和第一液晶相位调节单元2、第一光程补偿单元3、液晶光阀4可以通过粘接的方式贴合在一起，并和激光投影机1固定连接。
下面结合图1对上述无散斑激光投影设备的工作原理进行详细描述。首先，激光投影机1为高偏振度的部分偏振光激光投影机，发射部分偏振光激光投影光束。投影光束经相位延迟器6和第一线偏光片7后透过率高，且变为偏振方向与第一线偏光片透过轴相同的线偏振光。
因第一相位调节单元2的光轴方向与第一线偏光片7透光轴方向垂直或平等，光线经过第一相位调节单元2之后只有相位发生随机变化，而偏振方向不变，而且光线方向与初始方向发生偏离。之后，投影光束经过第一光程补偿单元3使得方向重新转化为初始方向并进入液晶光阀4。在液晶光阀4的作用下，不同相位的投影光束按帧交替转化为右旋圆偏振光或者左旋圆偏振光并投射在银幕11上。投影光束经过银幕11的反射仍保持圆偏振的状态，观众佩戴圆偏光眼镜之后即可分别左眼图像和右眼图像，实现左眼图像与右眼图像的分离，从而实现3D显示。
在本申请实施例中，通过在投影光束的传播路径设置第一液晶相位调节单元2，第一液晶相位调节单元2在所述投影光束传播的第一方向上具有不同的厚度，第一液晶相位调节单元2接收所述控制单元5输出的电压值随时间随机变化的第一电压，使得投影光束在经过第一液晶相位调节单元2时，垂直于传播方向的波阵面上的相干光的相位被随机化，由此来减弱空间相干性并消除散斑。采用本发明公开的无散斑激光投影设备，无需振动银幕，不会导致银幕松弛和银幕吸灰，没有振动系统的可靠性问题。
可选地，激光投影机1、相位延迟器6，第一线偏光片7、第一液晶相位调节单元2、第一光程补偿单元3和液晶光阀4固定连接且处于在投射光路中。这样，可以保证各个部件的光轴的准确性，保证3D画面串绕小，鬼影弱。
参照图3，示出了本实施例提供的另一种无散斑激光投影设备的结构示意图。投影设备还包括：第二液晶相位调节单元8和第二光程补偿单元9，第二液晶相位调节单元8和第二光程补偿单元9依次设置在投影光束的传播路径上，且设置于第一光程补偿单元3与液晶光阀4之间，第二液晶相位调节单元8的光轴与第一液晶相位调节单元2的光轴垂直，第二液晶相位调节单元8与控制单元5电连接，控制单元5向第二液晶相位调节单元8输出电压值随时间随机变化的第三电压，在投影光束经过第二液晶相位调节单元8后，投影光束的方向由第一方向调变为第三方向，第一投影光束S1的相位由第二相位调变为第三相位，第二投影光束S2的相位由第三相位调变为第四相位；第二光程补偿单元9设置在投影光束沿第三方向传播的传播路径上，在投影光束经过第二光程补偿单元9后，投影光束的方向由第三方向调变为第一方向并进入液晶光阀4。
由于第二液晶相位调节单元8的光轴与第一液晶相位调节单元2的光轴垂直，可以从不同的方向上进一步对相关光的相位进行随机化控制，可以获得更好的消除散斑的效果。
液晶光阀4包括光轴相互垂直的第一子光阀41和第二子光阀42，第一线偏光片7的光轴与第一子光阀41的光轴成45度或者负45度。
参照图4与图5，示出了第一线偏光片7、第一子光阀41、第二子光阀42的光轴相对角度示意图。
参照图6，示出了本实施例提供的再一种无散斑激光投影设备的结构示意图。投影设备还包括：第二线偏光片10，第二线偏光片10设置在投影光束的传播路径上，且紧邻液晶光阀4设置于液晶光阀4之前。激光投影机1、第一相位延迟器6、第一线偏光片7、第一液晶相位调节单元2和第一光程补偿单元3固定连接，第二线偏光片10与液晶光阀4固定连接，在第一状态下，第二线偏光片10与液晶光阀4均位于投影光束的传播路径上，在第二状态下，第二线偏光片10与液晶光阀4均避开投影光束的传播路径。
在投影光束的传播路径上增设第二线偏光片10可以按偏振方向进行进一步的过滤，保证3D播放鬼影低。
可选地，在投影设备进行3D放映时，液晶光阀4处于第一状态，且液晶光阀4接收控制单元5输出的第二电压；在投影设备进行2D放映时，液晶光阀4处于第二状态。可以理解的是，在进行2D放映时，控制单元5可以不向液晶光阀4输出电压，以节省功耗。
可选的，液晶光阀4可以通过手动或者电动的驱动方式在传播路径中与传播路径外进行切换，以满足2D放映与3D放映的不同需求。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
