CN102495478B - 一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统及方法 - Google Patents
一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102495478B CN102495478B CN201110461033.2A CN201110461033A CN102495478B CN 102495478 B CN102495478 B CN 102495478B CN 201110461033 A CN201110461033 A CN 201110461033A CN 102495478 B CN102495478 B CN 102495478B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid crystal
- light
- laser
- shaping
- pdlc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
本发明提出了一种基于聚合物分散液晶(PDLC)的激光显示散斑抑制系统及方法，包括：激光器，用于产生激光；光场扩束器件，用于将较小的激光光斑扩束准直；整形匀场装置，用于产生所需要的特定形状的激光；PDLC液晶板，通过加载高频交变电压，改变每个液晶单元上光场的开光状态，降低光场相干性；光通管，用于收集发散的光场，将其会聚到一起；线性空间光调制器，用于产生光通管后的空间光场；图像投影透镜组件，用于将图像投影到屏幕上。本发明的空间相位调制技术能实现动态的空间相位调制，实现简单可控，稳定性高，如果对液晶编码系统效率提高，能实现光的低损耗。
Description
技术领域
本发明涉及激光显示的技术领域，特别涉及一种基于聚合物分散液晶（PDLC）的激光显示散斑抑制系统及方法。
背景技术
以激光为光源的显示系统具有色彩分辨率高、色彩饱和度好、色度三角区域大、高亮度等优点，因此能实现大屏幕和小型便携投影的高质量图像显示，是新一代的显示技术的发展方向。但是由于激光的高相干性，激光投影显示系统易产生散斑效应。散斑的产生包括两个方面：第一方面是产生于投影光路中光学表面散射次波的相干叠加，第二方面是产生于投影屏幕的散射的相干光在人眼中形成的主观散斑。散斑作为噪声存在于图像中，会严重影响图像的质量，造成图像分辨率下降。
目前消除激光散斑的方法通常是使用位相调制元件。静态的相位调制元件对散斑视觉的抑制并不明显，所以通常采用旋转或者周期性移动这些相位调制元件，以产生动态的散斑，利用散斑效果平均化来降低散斑视觉。但是由于相位调制元件的转动或者振动通常需要高频电机带动，因此通常有系统不稳定、产生噪声、光损耗高、需要空间大等缺点，从而导致散斑抑制效果并不是特别理想。
因此，需要提供一种简单可控、稳定性高、低损耗以及无需机械运动、结构稳定的散斑消除装置从而克服现有技术的不足，实现高质量的激光显示。
现有技术ZL200910170369.6公开了使用动态的空间相位调制技术和空间偏振调制技术来抑制散斑的激光投影显示系统，本发明提供一种基于聚合物分散液晶（PDLC）的激光显示散斑抑制系统及方法，其对液晶编码系统效率提高，能实现光的低损耗。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于聚合物分散液晶（PDLC）的激光显示散斑抑制系统及方法，空间相位调制技术能实现动态的空间相位调制，实现简单可控，稳定性高，如果对液晶编码系统效率提高，能实现光的低损耗。
本发明采用的技术方案为：一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统，其包括：
激光器，用于产生激光光束；
扩束透镜组，用于将激光器产生的激光光束进行扩束准直；
整形匀场装置，用于对扩束透镜组进行扩束准直后的激光光束进行整形和匀场，以使激光光束均匀并具有特定的形状；
PDLC液晶板，用于将整形匀场装置整形和匀场后的激光光束产生散射不相干的空间光场；
复眼透镜，用于对散射光束整形匀光；
光通管，用于将通过PDLC液晶板的散射空间光场收集准直，并降低空间光场之间的空间相干性；
线性空间光调制器，用于将光通管后的空间光场产生图像；
投影透镜组件，用于将线性空间光调制器产生的图像投影到屏幕上；
其中所述空间光调制器包括：液晶根据Hadamard矩阵排列规则的液晶板，以及用于控制液晶板液晶变化的电路，用于控制液晶单元随时间作出随机的、快速的变化，以使得图像的各个像素随时间快速变化；
其中，加载电压后的PDLC液晶板的透光图的每个格子大小是0.5mm‐2mm，随着电压改变，透过图形也随之改变，而每一时刻的图样都满足Hadamard矩阵分布，同样大小的Hadamard矩阵之间均为正交，这样不同时刻的光场直接的相干性趋近于零；电场的频率取100Hz，是超过人眼的分辨极限60Hz，所以无法分辨到光场的变化，这样产生的动态散斑场，将会起到散斑抑制的效果。
本发明还提出一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制方法，所述方法包括以下步骤：
由激光器产生激光光源；
由扩束透镜组对光束进行扩束准直；
由整形匀场装置对光束进行整形和匀场，以使得光束均匀并具有预定的形状；
动态调制液晶板上各个液晶的开关状态，使得液晶板形成不同的Hadamard矩阵状态，从而使得光场相干性得以下降；
用作为整形器件的复眼透镜和光通管对散射的光场进行整形准直均匀，以减少光场能量的损失；
由线性空间光调制器对光束进行空间调制产生图像；
由投影透镜组件将图像投影到屏幕上；
其中所述的动态调制液晶板上各个液晶的开关状态，使得液晶板形成不同的Hadamard矩阵状态的步骤包括：电路接在液晶板上对每个液晶进行分别分时加载电压，所述的液晶将会产生不同的透光率；
其中，加载电压后的PDLC液晶板的透光图的每个格子大小是0.5mm‐2mm，随着电压改变，透过图形也随之改变，而每一时刻的图样都满足Hadamard矩阵分布，同样大小的Hadamard矩阵之间均为正交，这样不同时刻的光场直接的相干性趋近于零；电场的频率取100Hz，是超过人眼的分辨极限60Hz，所以无法分辨到光场的变化，这样产生的动态散斑场，将会起到散斑抑制的效果。
其中的光通管后光束经过线性空间光调制器产生图像的步骤包括使用LCD、DLP或者LCoS中的一种作为线性空间光调制器。
本发明与现有技术相比的优点在于：
应用本发明的激光投影显示系统及其显示方法避免了采用结构复杂，且可控性差的散斑消除装置，无需采用机械运动，可以消除散斑从而克服现有技术的不足，实现高质量的激光显示。
附图说明
图1是根据本发明的具体实施实例的激光投影显示系统的示意图；
图2示意性的给出了复眼透镜作为整形匀场装置的示意图；
图3示意性的给出了PDLC液晶板在加载电压时液晶透明与不透明的点阵图；
图4a示意性的给出了激光投影显示中匀场准直器件与线性空间光调制器的示意图；
图4b示意性的给出了LCoS作为线性空间光调制器与匀场准直器件的示意图。
图中，11为激光器；12为扩束透镜组；13为整形匀场装置；14为PDLC液晶板；15为复眼透镜；16为光通管；17为线性空间光调制器；18为投影透镜组件；19为微透镜阵列；20为界面；21为检偏系统；22为线性空间光调制器；23为PBS半透半反镜。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
为了更完整的理解本发明及其优点，现在结合附图描述本发明的具体实施方式，附图中相同的参考标记代表相似的含义，其中：
如图1所示，根据本发明的第一实施例的激光投影显示系统，包括：激光器11，用于产生激光光源；扩束透镜组12，用于将激光光束扩束准直；整形匀场装置13，用于对光束整形和匀场并将光束入射到PDLC液晶板14的特定区域；PDLC液晶板14，用于动态调制光场每个点处光散射情况，以使得各个像素之间的光场相干性下降；复眼透镜15，用于对散射光束整形匀光；光通管16，用于将散射光束收集汇聚出射；线性空间光调制器17，用于产生图像；投影透镜组件18，用于将图像投影到屏幕上。
激光器11可以是多个激光器发出不同颜色的激光束然后先合束，再经过投影系统。也可以是三个激光器，各自产生红、绿、蓝图像后再合并产生彩色图像。激光器可以是固态激光器、半导体激光器、气体激光器中的一种。
光束照射入扩束透镜组12，扩束透镜组可以由两个焦距不同的透镜组成。前面透镜焦距小，后面透镜焦距大，两透镜焦点重合，当光线通过时就会产生扩束效果。原始光束的尺寸和面积都较小，不能用于照射到光学元件的整个表面，特别是PDLC液晶层的不同透光部件和用于产生图像的线性空间光调制器的表面，扩束后可以解决这个问题。扩束透镜组此处也可以采用单个透镜扩束，将激光出射光表面放置在单个透镜的前焦面处。
此后光束进入整形匀场装置13，整形匀场装置13除了匀光外还可以进一步打乱激光束的相位分布。正如本领域的技术人员所熟知的，整形匀场装置13可以是复眼透镜，阵列反射镜或者为光纤，随机位相板等。通过该装置使得光束空间分布重新进行调整，使其比较均匀，并预使光束具有特定的形状，从而提高光利用率。图2示出了使用复眼透镜作为整形匀场装置的示意图，其中微透镜阵列19的小透镜结构即为复眼透镜匀场结构，在界面20处得到匀场后的光场分布。
图3是加载电压后的PDLC液晶板14的透光示意图。每个格子大小是0.5mm-2mm，随着电压改变，透过图形也随之改变。而每一时刻的图样都满足Hadamard矩阵分布。已经被证明同样大小的Hadamard矩阵之间均为正交，这样不同时刻的光场直接的相干性趋近于零。电场的频率取100Hz，是超过人眼的分辨极限60Hz，所以无法分辨到光场的变化。这样产生的动态散斑场，将会起到散斑抑制的效果。本领域的技术人员应该知道，对于本实例的PDLC液晶层也可以采用别的类似的液晶，如铁电液晶（FLC），这些不脱离本发明的保护范围。
图4（a）给出了本实施例的激光投影显示系统中线性调制器的示意图，其中21为检偏系统，22为空间光调制器，可以为LCD，DLP，LCOS中的一种。图4（b）线性空间光调制器22为LCoS的具体结构。其中23是PBS半透半反镜，起到筛选偏振光场的作用。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但应当理解，在不背离由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化、替换及改造。此外，不意味着本申请的范围限定于说明书中描述的工艺、设备、制造、以及物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员从本发明的公开内容将很容易意识到那些现在存在或以后发现的工艺设备、制造、以及物质组成、手段、方法和步骤，其与这里描述的根据本发明相应实例所使用的完成基本上相同的功能或达到基本上相同的结果。因此，期望所附的权利要求将这样的工艺、设备、制造、以及物质组成、手段、方法和步骤包括在它们的范围内。此外，每个权利要求构成一个单独的实施例，并且不同的权利要求和实施例的组合也落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统，其特征在于：其包括：
激光器(11)，用于产生激光光束；
扩束透镜组(12)，用于将激光器(11)产生的激光光束进行扩束准直；
整形匀场装置(13)，用于对扩束透镜组(12)进行扩束准直后的激光光束进行整形和匀场，以使激光光束均匀并具有特定的形状；
PDLC液晶板(14)，用于将整形匀场装置(13)整形和匀场后的激光光束产生散射不相干的空间光场；
复眼透镜(15)，用于对散射光束整形匀光；
光通管(16)，用于将通过PDLC液晶板的散射空间光场收集准直，并降低空间光场之间的空间相干性；PDLC液晶板(14)后面为复眼透镜(15)，复眼透镜(15)后面为光通管(16)；
线性空间光调制器(17)，用于将光通管(16)后的空间光场产生图像；
投影透镜组件(18)，用于将线性空间光调制器(17)产生的图像投影到屏幕上；
其中所述空间光调制器包括：液晶根据Hadamard矩阵排列规则的液晶板，以及用于控制液晶板液晶变化的电路，用于控制液晶单元随时间作出随机的、快速的变化，以使得图像的各个像素随时间快速变化；
其中，加载电压后的PDLC液晶板(14)的透光图的每个格子大小是0.5mm‐2mm，随着电压改变，透过图形也随之改变，而每一时刻的图样都满足Hadamard矩阵分布，同样大小的Hadamard矩阵之间均为正交，这样不同时刻的光场直接的相干性趋近于零；电场的频率取100Hz，是超过人眼的分辨极限60Hz，所以无法分辨到光场的变化，这样产生的动态散斑场，将会起到散斑抑制的效果。
2.一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
由激光器(11)产生激光光源；
由扩束透镜组(12)对光束进行扩束准直；
由整形匀场装置(13)对光束进行整形和匀场，以使得光束均匀并具有预定的形状；
动态调制PDLC液晶板上各个液晶的开关状态，使得PDLC液晶板形成不同的Hadamard矩阵状态，从而使得光场相干性得以下降；
用作为整形器件的复眼透镜(15)和光通管(16)对散射的光场进行整形准直均匀，以减少光场能量的损失；
由线性空间光调制器(17)对光束进行空间调制产生图像；
由投影透镜组件(18)将图像投影到屏幕上；
其中所述的动态调制PDLC液晶板上各个液晶的开关状态，使得PDLC液晶板形成不同的Hadamard矩阵状态的步骤包括：电路接在PDLC液晶板上对每个液晶进行分别分时加载电压，所述的液晶将会产生不同的透光率；
其中，加载电压后的PDLC液晶板(14)的透光图的每个格子大小是0.5mm‐2mm，随着电压改变，透过图形也随之改变，而每一时刻的图样都满足Hadamard矩阵分布，同样大小的Hadamard矩阵之间均为正交，这样不同时刻的光场直接的相干性趋近于零；电场的频率取100Hz，是超过人眼的分辨极限60Hz，所以无法分辨到光场的变化，这样产生的动态散斑场，将会起到散斑抑制的效果。
3.根据权利要求2所述的一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制方法，其特征在于：其中的光通管(16)后光束经过线性空间光调制器(17)产生图像的步骤包括使用LCD、DLP或者LCoS中的一种作为线性空间光调制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110461033.2A CN102495478B (zh) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110461033.2A CN102495478B (zh) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102495478A CN102495478A (zh) | 2012-06-13 |
| CN102495478B true CN102495478B (zh) | 2014-08-13 |
Family
ID=46187315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110461033.2A Active CN102495478B (zh) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102495478B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103033953B (zh) * | 2012-11-21 | 2015-06-24 | 中北大学 | 二维被动式二元相位调制器 |
| CN103969832A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-08-06 | 哈尔滨工业大学 | 基于微透镜阵列的激光扩束匀光器 |
| CN104155834B (zh) * | 2014-07-25 | 2016-03-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于单个空间光调制器的彩色微型投影装置 |
| CN104834171B (zh) * | 2015-04-27 | 2016-09-14 | 杨毅 | 激光发光装置、光源和投影显示系统 |
| CN105759444B (zh) * | 2016-05-10 | 2019-07-09 | 安徽省中威鼎盛信息技术有限公司 | 基于透镜阵列的静态消散斑装置及激光投影仪 |
| CN108801982A (zh) * | 2017-04-27 | 2018-11-13 | 上海交通大学 | 一种测量半透明介质各向异性散射特性的方法 |
| CN108037589A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-15 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种应用于水下相机照明系统的激光光束整形系统 |
| CN111323933A (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 消散斑装置、方法和投影显示设备 |
| CN110082928B (zh) * | 2019-04-30 | 2022-01-11 | 中北大学 | 一种基于偏振多样性与角度多样性结合的激光消散斑装置 |
| CN111396761A (zh) * | 2020-04-25 | 2020-07-10 | 复旦大学 | 基于照明原理的非球面双透镜led头灯 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007279204A (ja) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
| CN101644880B (zh) * | 2009-09-09 | 2011-04-27 | 中国科学技术大学 | 一种激光投影显示系统及其方法 |
-
2011
- 2011-12-30 CN CN201110461033.2A patent/CN102495478B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102495478A (zh) | 2012-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102495478B (zh) | 一种基于聚合物分散液晶的激光显示散斑抑制系统及方法 | |
| JP6665253B2 (ja) | 高輝度投影ディスプレイ及び関連方法 | |
| JP4332355B2 (ja) | レーザ投影ディスプレイシステム | |
| JP4598676B2 (ja) | ２次元走査型画像表示装置 | |
| JP4635102B2 (ja) | 投写型画像表示装置 | |
| AU663080B2 (en) | A high efficiency light valve projection system | |
| JP4898121B2 (ja) | 画像投影装置 | |
| CN110376743B (zh) | 多焦点显示系统和方法 | |
| JP3035117B2 (ja) | 光学装置 | |
| US7798648B2 (en) | Optical path length adjuster | |
| CN102662294A (zh) | 一种基于电光偏转散斑抑制的激光显示系统及显示方法 | |
| WO2012111698A1 (ja) | 走査型画像表示装置及びその画像表示方法 | |
| CN101109890A (zh) | 图像显示装置 | |
| CN101644880A (zh) | 一种激光投影显示系统及其方法 | |
| JP2017506355A (ja) | レーザ・ダイオード駆動ｌｃｄ量子ドット・ハイブリッド表示装置 | |
| CN202583679U (zh) | 一种基于电光偏转散斑抑制的激光显示系统 | |
| JP2002062582A (ja) | 画像表示装置 | |
| WO2019154942A1 (en) | Projection array light field display | |
| JP2010224311A (ja) | レーザ光源装置 | |
| JP2014098754A (ja) | レーザディスプレイ装置 | |
| KR101700186B1 (ko) | 레이저 프로젝터 디스플레이 | |
| KR20070029231A (ko) | 레이저디스플레이장치를 위한 스페클저감장치 | |
| JP2005202069A (ja) | 偏向素子及びこれを用いた画像表示装置 | |
| CN113687585A (zh) | 显示装置 | |
| JPH04175094A (ja) | スクリーンを用いる事なく空間に立体画像を投影する方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190328 Address after: 101300 Shunyi District Zhongguancun Science Park, Shunyi Park, No. 1 Linkong Second Road, Shunyi District, Beijing Patentee after: Beijing Andy Smart Industrial Design Co., Ltd. Address before: 230026 Jinzhai Road, Baohe District, Hefei, Anhui Province, No. 96 Patentee before: University of Science and Technology of China |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190521 Address after: 233010 No. 7829 Huangshan Avenue, Bengbu City, Anhui Province (Level 1, Block C, Incubation Center, Bengbu Base, Shangli University Science and Technology Park) Patentee after: Anhui Zhongwei Dingsheng Information Technology Co., Ltd. Address before: 101300 Shunyi District Zhongguancun Science Park, Shunyi Park, No. 1 Linkong Second Road, Shunyi District, Beijing Patentee before: Beijing Andy Smart Industrial Design Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220323 Address after: Room 411-1, Shenzhen Integrated Circuit Design and Application Industrial Park, south of Chaguang Road, Xili Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: YLX Inc. Address before: 233010 No. 7829 Huangshan Avenue, Bengbu City, Anhui Province (Level 1, Block C, Incubation Center, Bengbu Base, Shangli University Science and Technology Park) Patentee before: Anhui Zhongwei Dingsheng Information Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |