一种激光显示系统中抑制激光散斑的装置的制作方法

本实用新型涉及激光投影显示领域，尤其涉及一种激光显示系统中抑制激光散斑的装置。

背景技术：

相对于传统的显示技术，激光投影显示技术具有较宽色域而容易获得生动鲜明的画面，具有超高的亮度和对比度而容易提高显示画面质量，同时还具有寿命长、功耗低、可靠性高和节能环保等特点，是一种极具竞争力的显示技术。

目前激光显示中存在的一个主要应用障碍是激光散斑现象。激光光源具有高相干性，激光光源照射在粗糙屏幕后产生的漫反射光线将在空间光路上发生严重的干涉而形成明显的干涉条纹。由于屏幕表面的粗糙特性并无规律，因此所形成的干涉图像也无规律，而是随机分布的细小尺寸的亮斑，即为散斑(laser speckle)。该亮斑将影响漫反射空间中任意位置的观察者所看到图像的视觉效果。激光散斑通常用画面的光强分布来表征度量，具体定义为光强的标准偏差与画面平均光强的比值，可以通过CCD拍摄并利用图像处理系统来分析计算。

由于激光散斑存在，图像中有效信息会被散斑干扰或掩盖进而影响图像质量，同时也会导致人眼加速疲劳，严重影响视觉感受。激光散斑只能抑制并不能消除。依据激光散斑的形成原理，激光散斑的抑制方法大体可以分为两大类。

一类是通过降低光源的相干性，如增加激光光源的谱带宽度，激光器谐振腔调制、脉冲光源、多光源、出射方向上振动的光源等方法。

另一类是在光的传播路径中通过振动、转动或者自身动态变化的光学器件(设备)对光源所发出的相干光进行调制干扰，最终达到降低散斑对比度的目的。如振动屏幕，振动反射镜，振动或转动的随机相位片，自身动态变化的散射片，转动或振动的光导管等。激光在经过上述特殊结构的光学器件过程中发生反射或透射而被调制，形成出射角度多样化(微小差异)、相位差异随机化或偏振差异化的出射激光。由于光学器件在外部驱动下处于随时间动态变化中，因此人眼观察到的散斑图案也是随时间而变化，最终多个独立的散斑图像在人眼积分时间(30-50ms)内叠加从而实现散斑对比度因时间平均而被降低。相对于降低光源相干性方法的技术复杂和成本高昂，在光路中抑制激光散斑的方案具有操作设计空间大，技术简单，成本低等优点。

CN105301793A公开了一种旋转透射式，具有凹凸表面的消散斑光学元件，CN105700169A公开了一种将振动装置与光源、光路器件和屏幕等任意元件结合的消散斑装置。近几年的研究文献中介绍了旋转式和振动式激光匀散器(diffuser)，旋转匀光管(light pipe)和微镜阵列光束整形器件(Vibrating microlens array beam shaper or diffuser)，均有较明显的散斑对比度消减效果。

目前随着产品微型便携化发展，还有众多此类消减散斑器件从MEMS角度开发设计，如静电驱动的动态衍射光栅、压电驱动的MEMS变形反射镜、MEMS微镜阵列二元相位调制器(CN102967933A)、MEMS平面光波导分路器(CN102053385A)、MEMS面外垂直振动膜(CN102141687A)，抛光粗化的MEMS振动反射镜(CN102207634A)。上述器件或装置可以对散斑对比度产生消减效果，具有各自的优点，但是也存在各方面不足，例如制作工艺复杂，工艺可控性差，成本居高，光能量损失严重，结构复杂，不易实现微型化和集成化等等。现实激光显示技术仍然在努力追求一种能有效降低散斑现象的简单可靠装置。

技术实现要素：

一种激光显示系统中抑制激光散斑的装置，结构简单，工艺易实现，且容易实现微型化和集成化。

一种抑制激光散斑的装置，包括散射片及振动结构，其中，振动结构平行布置且散射片垂直的布置在一对振动结构之间，所述散射片表面随机分布有凹凸结构且散射片采用侧连接的方式分别与一对振动结构固定连接；每一个振动结构均包括外框架和质量块，所述质量块悬于振动结构中心；质量块的上下表面分别分布有线圈，且上表面的线圈与下表面的线圈串联连接后最终与外框架的驱动电极或反馈电极相连；两个振动结构的线圈通过导线串联，并分别匹配相应的永磁铁，组成各自的电磁驱动系统。

所述散射片表面分布的凹凸结构为立体结构，且随机分布，凹凸结构的特征尺寸及其间隙均在2～50μm范围。

所述质量块通过悬梁悬于振动结构中心，悬梁的一端与质量块连接，另一端固定在振动结构的外框架。

所述质量块上表面和下表面分布的线圈均为螺旋环绕状结构，两层线圈的螺旋环绕方向保证通入电流后所产生的感应磁场方向相同。

所述振动结构由树脂基柔性材料通过IC工艺加工而成。

所述树脂基柔性材料为FR-4环氧玻璃纤维板。

所述质量块上开设有过孔，上下两层的线圈通过质量块上的过孔按照线圈的功能对应串联。

所述散射片在外部电磁驱动下与光束光轴成一定固定夹角左右振动。

所述振动结构的外框架固定于金属外壳上，通过振动结构的面外振动实现散射片的面内振动。

所述质量块上下表面的线圈包括内部驱动线圈和外围反馈线圈，该线圈分别与驱动电极和反馈电极连接，形成驱动控制电路和反馈检测电路。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：在本实用新型提供的抑制激光散斑的装置具有制作简单，材料及工艺成本低，振动低能耗低噪音，散斑抑制效果明显。振动结构平行布置且散射片垂直的布置在一对振动结构之间，所述散射片表面随机分布有凹凸结构且散射片采用两侧连接的方式分别与一对振动结构固定连接；每一个振动结构均包括外框架和质量块，所述质量块悬于振动结构中心；质量块的上下表面分别分布有线圈，且上表面的线圈与下表面的线圈串联连接后最终与外框架的驱动电极和反馈电极相连；两个振动结构的线圈通过导线串联，并分别匹配相应的永磁铁，组成各自的电磁驱动系统。当激光光束透过散射片或在散射片表面反射时，散射片表面的随机凹凸微结构将对高相干性激光的相位进行调制，调制后的激光投影到屏幕后将产生独立的散斑图案。由于散射片在外部电磁驱动下左右振动，因此人眼观察到的散斑图案也是随时间而变化，最终多个独立的散斑图像在人眼积分时间(30-50ms)内叠加从而实现散斑对比度因时间平均而被降低。

【附图说明】

图1是散射片与振动结构的示意图。

图2是振动结构上布局线圈的示意图。

图3是线圈的电流方向和磁极布局A方案示意图。

图4是线圈的电流方向和磁极布局B方案示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本实用新型作具体详细阐述。

图1所示为本实用新型所提出的散斑抑制装置的整体结构图。装置包含散射片1，振动结构3，永磁铁37，驱动控制电路和反馈检测电路、金属外壳。散射片1通过侧面粘结固定在由树脂基柔性材料(例如，FR-4环氧玻璃纤维板)加工而成的两个振动结构3的质量块33之间。振动结构3包含质量块33，悬梁35，线圈331和外框架31。质量块33通过悬梁35连接并悬于振动结构中心，悬梁35的一端与质量块33连接，另一端固定在振动结构的外框架31。线圈331分布在质量块33的上下平面内且呈螺旋环绕状，包含内部驱动线圈和外围反馈线圈，上下两层的线圈331通过质量块33上的过孔333串联，质量块33上下表面的两层线圈的螺旋环绕方向必须保证通入电流后所产生的感应磁场方向相同，最终线圈331两端沿着悬梁35引出并与外框架31上的对应的驱动电极或反馈电极相连接。固定散射片的两个振动结构3分别匹配相应的永磁铁37以组成各自的电磁驱动系统。驱动控制电路提供一个频率和电压可调的正弦信号，使质量块33上的驱动线圈产生方向交替变化感应磁场，感应磁场与永磁铁磁场相互作用从而产生引力或斥力。振动结构的外框架固定于金属外壳上，通过振动结构的面外振动实现散射片的面内振动。

散射片1为透射式或反射式，其表面具有随机分布的立体微小凹凸结构，微小凹凸结构的特征尺寸及其间隙均在2～50um范围，其特征尺寸、间隙和形状随机。

通过合理设计永磁铁37方向、线圈331的环绕方向和电流方向，并将两个振动结构上的线圈通过导线串联，可以使散射片两侧的质量块33受到同方向的驱动力并产生同步的面外振动，而质量块之间的散射片则随之面内振动。如果上、下两磁铁异极相对布置，通过控制质量块表面线圈的电流方向，使两个振动结构上的驱动线圈所通电流反向，则两个驱动线圈产生同向的作用力，两层驱动线圈带动中间散射片运动；若给两个振动结构上的驱动线圈通一定频率的交变电流，散射片则随之产生该频率的振动。如果上、下两磁铁同极相对布置，通过控制质量块线圈电流方向，使两个振动结构上的驱动线圈所通电流同向，则也可产生同向作用力，两个振动结构上的驱动线圈带动中间散射片运动；若给两层驱动线圈通一定频率的交变电流，散射片则随之产生该频率的振动。

散射片的谐振频率可以由振动结构的厚度、悬梁尺寸和散射片质量共同决定，振幅则可以通过驱动电压调节。在散射片的振动过程中，反馈线圈周期性靠近和远离永磁铁产生的强磁场，相应地产生同频率的交变电流信号，交变电流的大小与散射片的振幅相关。该信号经过反馈电路放大并输出，成为散射片振动状态(频率和振幅)的监控信号。

当激光光束透过散射片或在散射片表面反射时，散射片表面的随机凹凸微结构将对高相干性激光的相位进行调制，调制后的激光投影到屏幕后将产生独立的散斑图案。由于散射片在外部电磁驱动下垂直于光束光轴(或者与光轴成一定夹角)左右振动，因此人眼观察到的散斑图案也是随时间而变化，最终多个独立的散斑图像在人眼积分时间(30-50ms)内叠加从而实现散斑对比度因时间平均而被降低。

以上的实施例只用于说明本实用新型的技术方案而非限制。本领域的相关技术人员应当理解，对于本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均以涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。