[发明专利]具有消散斑功能的激光投影系统

说明书

技术领域

本发明涉及以激光为光源的投影系统的消散斑设计，尤其涉及一种具有消散斑功能的激光投影系统。在该激光投影系统中，消除了由于激光的高相干性而产生的散斑，以达到激光显示应有的高画质。

背景技术

激光是一种具有高亮度、发射单色相干光束的光源。这些特性使激光非常适合用于激光显示的光源。激光显示可为客户提供高功率的照明和饱和的色彩。然而，激光的相干性可能会导致一种现象，称为激光散斑。例如，激光由不同表面散射的相干光的干涉，会形成散斑图样。因此，当期望用激光器提供具有良好的色彩、明亮的图像时，如果不进行有效的消散斑，图像质量可由于激光散斑而劣化。

目前，已经披露了各种激光消散斑技术。例如，一种方法是增加激光器的纵模数量，即增加激光器的线宽，降低激光器相干性，以达到消散斑的目的。但是这种方法需要改变激光器本身的特性，因而不是对任何激光器都适用。比如目前市场上的二极管泵浦固体激光器（绿光）的线宽就很难被增加。

另一种方法是改变激光的偏振方向，以减少激光的干涉效应，达到消散斑的目的。例如，见美国专利号US3,633,999,Middle Court,Middle Court,“Removing speckle patterns from objects”,1970年7月27日；US4,511,220A,Charles N.Scully,“Laser target speckle eliminator”,1982年12月23日；和US7,715,084B2,Scott McEldowney等人,“Retarder-based despeckle device for laser illumination systems”,2009年4月15日。但是一般情况下，这种做法较笨重，并且消散斑的效果也很有限。

还有一种方法是将激光器在空间排成阵列，提供空间非相干照明，以达到消散斑的目的。不幸的是，这种方法价格昂贵，而且现实中并不总是可行的，因为许多投影机需要采用几十、甚至几百只激光器。将如此多的激光器在空间排列，并且将所有激光都有效地投射到只有厘米量级、甚至亚厘米量级的投影芯片上，现实上非常困难。

还有另一种方法是通过产生许多不同的带有散斑的图样，并对这些图样进行时间平均，以减少激光散斑。例如，一种方法是采用振动显示屏。但是，对于一个大型投影屏幕，这是不实用的。因此，更常见的方法是使用一个外部光学元件，如扩散器（例如，见J.W.Goodman等人,“Speckle reduction by a moving diffuser in laser projection displays,”Annual Meeting of the Optical Society of America,Rhode Island,2000年）、相位板（例如，见美国专利US6,323,984B1，Jahja I.Trisnadi，“Method and apparatus for reducing laser speckle”，2000年10月11日；和US6,747,781B2，Jahja I.Trisnadi，“Method,apparatus,and diffuser for reducing laser speckle”，2001年7月2日）、或随机衍射光学元件（例如，见L.Wang 等人,“Speckle reduction in laser projection systems by diffractive optical element,”Appl.Opt.37,第177-1775页,1998年）。随着时间的推移，通过振动或旋转，可以产生多个不同相位的图样。扩散器的相位也可以通过加在扩散器上的电压来控制。例如，美国专利US2008/0106779A1,Mark David Peterson,David Elliott Slobodin,“Laser Despeckle Device”,2007年10月31日。这样，无需振动或旋转扩散器本身，即可改变通过扩散器的激光的相位，提高了系统的稳定性。

然而，文献中披露的消散斑主要针对单一激光器（作为光源）。因为许多高亮度的投影机需要采用几十、甚至几百只激光器，所以需要采用新的消散斑方法来实现多个激光光源的有效消散斑。

发明内容

本发明旨在提供一种有效的消散斑方法和具有消散斑功能的激光投影系统，适用于以激光为光源的投影系统，特别是基于多个激光器为光源的投影系统。