专利名称：一种消散斑装置及使用该消散斑装置的激光投影仪的利记博彩app
技术领域：
本实用新型属于激光显示技术领域，具体涉及激光显示中的消散斑装置。
背景技术：
激光显示技术由于使用激光作为光源，从而具备更宽的颜色再现能力以 实现更大的色域，并且由于激光的高准直性以及高的电光转换效率使得激光 显示技术更具竟争力。然而，由于该显示技术使用的激光属于相干光源，相 干光束经粗糙表面漫反射之后形成散斑。散斑是影响激光显示成像质量的关 键因素，因此在激光显示技术中，减弱激光散斑是一项重要的任务，在激光 显示技术中，消散斑的技术一直是研究热点。
申请号为JP2004354671的日本专利公开了一种将电动振机与多模光纤 束相连接，利用电动振机连续振动光纤，从而改变激光束在光纤内的传播模 式，由此实现消散斑的方法；申请号为KR2006081618的韩国专利也是利用 振动光纤来达到消散斑的方法，其中用于传导激光的光纤分为光入射端和光 输出端，快速振动光入射端并同时在光输出端再连接有多根光纤，由此将一 束光分为多束光传导；申请号为US20060126184的美国专利首先利用散射元 件将光源分成多束子光束，并使^射元件周期性的移动，然后再利用包含多 根同等长度光纤的光纤束将子光束分为更小的多束子光束，通过此种方法来 减弱激光散斑。
上述申请或是振动光纤或是利用光纤分束，但是电动振机和散射元件必 须旋转或移动，使得系统噪声增加；电动振机连续进行机械转动对元件的损 耗较大，造成装置的磨损使得系统可靠性降低、寿命减少；单光束分为多光 束或移动散射元件的方法都造成系统安装工艺复杂。
实用新型内容
针对现有消散斑装置的缺陷，本实用新型提出一种无噪音、可靠性高、 结构简单易实现的减弱散斑的装置。一方面，本实用新型提供一种消散斑装置，包括两个或两个以上逆压 电材料体、光纤和脉冲电源，所述两个或两个以上逆压电材料体为中空体， 且彼此成一定的角度设置，所述光纤顺序缠绕在所述两个或两个以上逆压 电材料体上，用于传导激光，所述脉冲电源的两极分别与所述逆压电材料 体的两极电连接。
上述的消散斑装置，其中，所述光纤呈螺旋状紧贴所述逆压电材料体 外表面缠绕在所述逆压电材料体上。
上述的消散斑装置，其中，缠绕在所述逆压电材料体上的所述光纤相 对其自身轴线不发生扭转。
上述的消散斑装置，其中，每个所述逆压电材料体可同时缠绕一根或 一根以上的所述光纤。
上述的消散斑装置，其中，每个所述逆压电材料体与一个单独的脉冲 电源或者多路输出脉冲电源的 一路单独输出电连接，各脉冲电源或多路输 出脉冲电源的各初始输出频率不同。
上述的消散斑装置，其中，所述一个单独的脉沖电源或者多路输出脉 冲电源发送脉沖方波、三角波或正弦波信号。
上述的消散斑装置，其中，所述逆压电材料体的材料为压电陶瓷、压 电晶体和有机压电材料。
上述的消散斑装置，其中，所述逆压电材料体是外表面平滑的中空的 圆柱、椭圓柱或圆台、椭圆台。
上述的消散斑装置，其中，所述逆压电材料体为四个，四个逆压电材
料体排列成矩形；或者所述逆压电材料体为五个，五个逆压电材料体排列 成五边形；或者所述逆压电材料体为八个，八个逆压电材料体排列成"米" 字形。
另一方面，本实用新型提供一种激光投影仪，其采用上面所述的消散 斑装置。
本实用新型的消散斑装置在工作过程中不产生噪声，是一种非常环保 的装置；本消散斑装置没有机械运动造成的磨损，使得装置的可靠性高且 寿命较长；本消散斑装置仅需将光纤缠绕在逆压电材料体上，因此本装置 结构简单且易实现。
图1为本实用新型的实施例一的消散斑装置整体结构示意图2为缠绕有光纤的压电陶瓷的纵截面示意图3 (a)至图3 (d)为压电陶资101a、 101b、 101c和101d的纵截面
示意图4为采用实施例一的消散斑装置的三片式DMD激光投影仪的工作 原理示意图5为采用实施例一的消散斑装置的单片式DMD激光投影仪的工作 原理示意图。
具体实施方式
下面简要说明正压电效应和逆压电效应的原理。正压电效应是指当 电介质受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在电 介质的某两个表面上产生符号相反的电荷，当外力撤去后，电介质又恢复 到不带电的状态，当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变，电介 质受力所产生的电荷量与外力的大小成正比；逆压电效应是指对电介质施 加交变电场引起电介质机械形变的现象。具有逆压电效应的逆压电材料有 压电陶瓷、压电晶体和有机压电材料等。
本实用新型即是利用逆压电效应，将光纤缠绕在逆压电材料体上。当 逆压电材料体发生逆压电效应时其发生形变、外径增加并体积变大对缠绕 在其上的光纤施加作用力，作用力方向垂直于光纤和压电陶瓷接触表面的 光纤圓弧的切线方向，并通过光纤的轴心指向光纤的非接触表面(这里是 指与接触表面相反方向的表面)。因此，光纤沿自身径向发生渐变的弹性 应变，基于弹性应变光纤的折射率w也发生改变，光程丄="></也将发生变 化(w为折射率，/为光经历的路程长度，由于作用力导致的/值的变化量 相对于w的变化量很小，因此忽略不计)，故传播/距离所造成的位相差为
~ = 2冗^ = ，从而改变了光纤内传导光的位相及光束间的光程差，
本实用新型的消散斑装置相当于是在光纤的同一横截面内从光纤各个方 向对光纤施加作用力，当光纤内各光束的光程差大于一个相干长度时，就 破坏了各光束之间的相干性，从而达到减弱激光散斑的目的。下面结合具体实施例进一步详细的描述本实用新型。 实施例一
图1为本实用新型的实施例一的消散斑装置整体结构示意图，图1所
示的消散斑装置包括压电陶瓷组101、光纤102和电源103a、 103b、 103c 和103d。压电陶资组101包括圓筒形的压电陶资101a、压电陶瓷101b、 压电陶瓷101c和压电陶瓷101d，压电陶瓷101a的两端标记为Ai端和A2 端，压电陶瓷101b的两端标记为Bi端和B2端，同理，压电陶瓷101c和 101d也具有相应的两个端头。压电陶瓷101a、 101b、 101c和101d型号均 相同，四个压电陶瓷由四个独立电源103a、 103b、 103c和103d分别提供 电压，电源的两极分别与逆压电材料对应的两极电连接(图中仅用一条线 示意性表示)，本实施例中四个电源103a、 103b、 103c和103d所发射的 脉冲信号的初始频率分别为lOHz、 90Hz、 70Hz和120Hz， ^f旦是应该理解， 四个电源所发射的脉冲信号的频率也可以是随机变化或周期性变化的，而 且变化范围从几赫兹到几百赫兹均可，当然更高的频率也可以，使用时从 其工作稳定性和节能等方面考虑优选百赫兹级别，并尽量保证在任意时刻 四个脉沖信号的频率不同或脉冲的高低电平交错开。
压电陶资组上仅缠绕一根光纤102,光纤102可同时传导一种或几种 波长/波段的激光。压电陶瓷101a、 101b、 101c和101d的外圓的曲率半径 必须大于所使用的光纤102弯曲损耗的临界曲率半径(可根据光纤的临界 曲率半径的计算公式获得)，否则会造成激光在光纤内的损耗，并且容易 折断光纤。如下所述光纤102顺序缠绕在各个压电陶瓷上。如图1所示， 光纤102沿x轴正向从压电陶资101a的Ai端开始呈螺旋状紧密地缠绕在 压电陶资101a上，相邻的每一圈光纤段之间相切(即相邻两圈光纤并排 紧贴)。当光纤102缠绕至压电陶瓷101a的A2端后，从压电陶瓷101a的 A2端的内侧(相对于压电陶瓷组矩形的中心)绕至压电陶瓷101b的Bt端 的外侧(相对于压电陶瓷组矩形的中心)缠满压电陶瓷101b，如图l所示， 然后以相同方式缠绕压电陶瓷101c和101d。在整个缠绕过程中要保证光 纤102不发生相对其自身的轴向扭转；并且，光纤102任意一段均贴合在 相应的压电陶资上，以保证当各压电陶资的外径变化时各压电陶乾能够对 光纤102施加作用力。当压电陶瓷膨胀时，压电陶瓷101a上缠绕的每段 光纤的受力方向如图2中箭头所示。
图3 (a)至图3 (d)为压电陶瓷101a、 、 101c和101d的纵截面示意图，并用箭头表示出了各压电陶瓷上的光纤的受力情况。图3(a)至 图3 (d)和图1在同一直角坐标系下。本实施例中，四个电源发送频率不 同的脉冲方波电压信号，四个压电陶覺受到脉冲方波电压信号的激励，圓 筒外径增大，于是缠绕在各压电陶瓷上的光纤102受到来自压电陶瓷的作 用力。
本例中，假设光纤102内传导的光信号为一个"上"字，如图3 (a) 所示，光纤102受到压电陶瓷101a施加的作用力方向指向"上"字的正 方向(规定"上，，字向上的方向为其正方向)。当光纤102在压电陶瓷101a 上缠绕结束后转到压电陶覺101b上继续缠绕，因为压电陶瓷101b与压电 陶瓷101a呈负90度角，并且缠绕过程中光纤102不发生相对于自身的轴 向扭转，所以光纤102内传导的光信号"上"字正方向相对于同一直角坐 标系发生顺时针90度的旋转，如图3 (b)所示，此时光纤102受到压电 陶瓷101b施加的作用力的作用，即作用力方向和光纤102内传导的光信 号"上"字正方向呈负90度。如图3 (c)所示，当光纤102在压电陶瓷 101b缠绕结束后转到压电陶瓷101c上继续缠绕，缠绕的方法与图1中的 压电陶乾101a相同，压电陶资101c与压电陶瓷101b呈负90度角，所以 在同一直角坐标系下，相对于图3(b)所示的光纤102内传导的光信号"上" 字正方向又发生顺时针90度的偏转，作用力所在的方向和光纤102内传 导的光信号"上"字正方向呈正180度。如图3(d)所示，光纤102继续 缠绕压电陶资101d,缠绕方法和与图1中的压电陶瓷101a中的相同，压 电陶瓷101d与压电陶瓷101c呈负90度角，所以在同一直角坐标系下， 相对于图3(c)所示的光纤102内传导的光信号"上"字正方向又发生顺 时针90度的偏转，作用力所在的方向和光纤102内传导的光信号"上" 字正方向呈正90度。虽然要求缠绕光纤102的过程中保证光纤102相对 自身轴线不发生扭转，但在工艺技术容许的范围内对光束的传导不产生影 响的微量扭转也是可以的。
工作时，压电陶瓷在各自电源的激励下发生膨胀。光纤102受到压电 陶瓷101的作用力的作用，光纤102的折射率"发生变化。光纤102的某 一横截面内每一点折射率"变化的大小与作用力的大小、方向和频率等因
素有关，位相差为A^^2;r.^,每一点折射率变化量A 不等，这样光束 间的位相差就被打乱了。当光纤102足够长使得光束间的平均光程差AZ^Awx/大于一个相干长度时，散斑效应得到减弱。又因为本实施例中光 纤102被四个压电陶资以不同频率不同方向施加作用力，使得在任意时间 光纤102各个不同位置(尤其是在不同压电陶瓷上的光纤之间)的折射率
均发生变化，打乱了光纤102内传导光的光束的位相，当满足光束间的光 程差大于一个相干长度(通常需要光纤102长度大于等于2米)，达到实 现减弱激光散斑的目的。并且，各个压电陶瓷以不同频率膨胀，从而保证 任 一 时刻压电陶瓷组对光纤均有作用力，保证了 ；肖散斑在时间上的连续性。
压电陶瓷组内的压电陶瓷的根数及相互之间的角度是可以变化的，压 电陶资组内的压电陶资数量越多，压电陶资相互之间的夹角越小，就相当 于是在光纤的横截面内从越多的方向上对光纤施加作用力，光纤内传导的 光束的位相被打乱的程度越严重，此装置减弱激光散斑的效果就越好。
用压电陶资外，还可以采用压电晶体和有机压电材料等。逆压电材料体的 形状可以为任意合适的中空体，例如，除可以采用横截面为圆环形的圆筒 形外，还可以釆用横截面为圓环形的圆台等形体，或横截面为椭圆形环的 圓筒、圆台等形体，或者其他具有平滑外表面的筒等。逆压电材料的数量 和组成的形状均可以改变，例如，五个压电材料体排列成五边形，八个逆 压电材料体排列成"米"字形等，总之要保证逆压电材料体间均具有一 定的角度，使得在光纤各个部位受到多个方向的不同频率的作用力，从空 间各个方向改变光纤的折射率，从而改变各个光束的位相，使得各个光束 的位相更加紊乱。
此外，多个逆压电材料体除各自采用独立电源外，也可以共用一个多 路输出的电源，多路输出的多脉冲频率的初始值不等，可以是随机变化和 /或周期性变化的，也可以是恒定值，脉沖频率在百赫兹为宜，但是其取值 范围不做严格的限定，只要能够达到减弱散斑的目的即可；多个逆压电材 料体的型号可以不相同；脉冲电源除发送脉沖方波正电压信号外，也可以 发送三角波或正弦波等电压信号。
另外，每个逆压电材料体上也可以同时缠绕一根或一根以上的光纤， 每根光纤同时传导一种或一种以上的波长的激光，将两根以上光纤平行排 列，按照螺旋的方式缠绕在逆压电材料体上，且缠绕时光纤段之间也可以 存在空隙。实施例二
图4为采用实施例一的消散斑装置的三片式DMD(Digital Micromirror Device,数字微镜装置)激光投影仪的工作原理示意图。如图所示，本实施 例中的激光投影仪包括红光激光光源401、绿光激光光源402、蓝光激光 光源403、红光用全内反棱镜404、绿光用全内反棱镜405、蓝光用全内反 棱镜406、 红光用DMD407、绿光用DMD408、蓝光用DMD409、 l殳影 透镜413、 X-cube合色棱镜414、红光整形耦合装置415、绿光整形耦合 装置416、蓝光整形耦合装置417、屏幕418、红光消散斑装置419、绿光 消散斑装置420和蓝光消散斑装置421。红光消散斑装置419、绿光消散 斑装置420和蓝光消散斑装置421均采用本实用新型的实施例一中所述的 消散斑装置，压电陶瓷组只缠绕一根光纤，每根光纤只传导一种颜色的激 光。红、绿、蓝光激光光源401、 402、 403发出的红、绿、蓝光分别净皮红 光整形耦合装置415、绿光整形耦合装置416、蓝光整形耦合装置417整 形，将红光耦合到红光消散斑装置419的光纤内、绿光耦合到绿光消散斑 装置420的光纤内、蓝光耦合到蓝光消散斑装置421的光纤内，红、绿、 蓝激光经过消散斑装置后又分别经全内反棱镜404、 405、 406反射到 DMD407、 DMD408和DMD409上，经过DMD407、 DMD408和DMD409 的处理形成数字图像再次被反射到全内反棱镜404、 405、 406上，并透射 过全内反棱镜404、 405、 406后被聚焦透射到X-cube合色棱镜414上进 行合色输出，然后投射到投影透镜413上，经投影透镜413的处理放大到 屏幕418上。经过消散斑装置419、 420和421的处理，观众可以在屏幕 上看到没有散斑的清晰的图像。
实施例三
图5为采用实施例一的消散斑装置的单片式DMD激光投影仪的工作 原理示意图，包括红光激光器501、绿光激光器502、蓝光激光器503、整 形耦合装置504、消散斑装置505、 DMD507、全内反棱镜508、投影透镜 509和屏幕506。其中消散斑装置505采用实施例一所述的消散斑装置， 压电陶瓷组上同时缠绕三根光纤，每根光纤只传导一种颜色的激光。红、 绿、蓝激光光源501、 502、 503发射的红、绿、蓝激光经整形耦合装置504 整形耦合到消散斑装置505的光纤内，消散斑装置505经电源加以脉沖方波调制，激光散斑效应得到减弱，然后激光入射到全内反棱镜508并入射 到DMD507，经过DMD507时分复用地调制的红、绿、蓝激光被冲殳影透镜 509投射到屏幕506上形成图像。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而 非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，对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，其均应涵盖在本实用新型的权利 要求范围当中。
权利要求1.一种消散斑装置，其特征在于，包括两个或两个以上逆压电材料体、光纤和脉冲电源，所述两个或两个以上逆压电材料体为中空体，且彼此成一定的角度设置，所述光纤顺序缠绕在所述两个或两个以上逆压电材料体上，用于传导激光，所述脉冲电源的两极分别与所述逆压电材料体的两极电连接。
2. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，所述光纤呈螺
3. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，缠绕在所述逆压 电材料体上的所述光纤相对其自身轴线不发生扭转。
4. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，每个所述逆压电 材料体可同时缠绕一根或 一根以上的所述光纤。
5. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，每个所述逆压电 材料体与 一个单独的脉冲电源或者多路输出脉沖电源的一路单独输出电 连接，各脉冲电源或多路输出脉冲电源的各初始输出频率不同。
6. 根据权利要求5所述的消散斑装置，其特征在于，所述一个单独 的脉冲电源或者多路输出脉冲电源发送脉沖方波、三角波或正弦波信号。
7. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，所述逆压电材 料体的材料为压电陶资、压电晶体和有机压电材料。
8. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，所述逆压电材 料体是外表面平滑的中空的圓柱、椭圓柱或圆台、椭圆台。
9. 根据权利要求1所述的消散斑装置，其特征在于，所述逆压电材 料体为四个，四个逆压电材料体排列成矩形；或者所述逆压电材料体为五 个，五个逆压电材料体排列成五边形；或者所述逆压电材料体为八个，八 个逆压电材料体排列成"米"字形。
10. —种激光投影仪，其特征在于，其采用权利要求1-9之一所述的 消散斑装置。
专利摘要本实用新型提供一种消散斑装置，包括两个或两个以上逆压电材料体、光纤和脉冲电源，所述两个或两个以上逆压电材料体为中空体，且彼此成一定的角度设置，所述光纤顺序缠绕在所述多个逆压电材料体上，用于传导激光，所述脉冲电源的两极分别与所述逆压电材料体的内外表面电连接。本实用新型的消散斑装置不产生噪声，可靠性高，结构简单易实现。
文档编号H02N2/00GK201387516SQ20092010588
公开日2010年1月20日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者吴铁甲, 勇 毕, 斌 王, 褚少伟 申请人:北京中视中科光电技术有限公司;中国科学院光电研究院