扩散片装置、投影光机以及投影仪的制作方法

1.本公开涉及投影设备技术领域，尤其包括一种扩散片装置、投影光机以及投影仪。


背景技术：

2.由于激光光束在空间和时间上的相干性，在投影时会产生散斑现象，严重影响投影质量。
3.对于消除散斑的方案，主要是利用扩散片在系统中的可控运动来实现，但是对于驱动扩散片进行运动的过程中产生的噪音是利用硅胶垫来解决，然而这种方案的降噪效果并不理想。
4.因此，有必要提供一种消除散斑的同时减小噪音的投影设备。


技术实现要素：

5.本公开公开了一种扩散片装置、投影光机以及投影仪，可以实现在消除散斑的同时减小噪音。
6.第一方面，本公开涉及一种扩散片装置，其特征在于，包括：扩散片模组和驱动信号输出模块；所述扩散片模组包括：供光束穿设的扩散片、磁性组件和通电组件；所述驱动信号输出模块连接所述通电组件，所述驱动信号输出模块用于向所述通电组件输出驱动信号，以使流过所述通电组件的电流为正弦波电流或类正弦波电流；所述通电组件通电后和所述磁性组件相互作用产生驱动合力，所述扩散片在所述驱动合力的作用下沿至少一个方向移动。
7.其中，所述驱动信号输出模块包括：第一微控制单元和数字信号放大单元；所述第一微控制单元用于产生具有周期的初始数字信号，并计算所述初始数字信号每一个周期的占空比，根据所述占空比调节所述初始数字信号，输出最终数字信号；所述数字信号放大单元用于放大所述最终数字信号，并将放大后的所述最终数字信号作为所述驱动信号传输至所述通电组件。
8.其中，所述驱动信号输出模块包括：第二微控制单元、波形转换单元和模拟信号放大单元；所述第二微控制单元用于输出占空比不变的数字信号；所述波形转换单元用于将所述数字信号转换成正弦波信号；所述模拟信号放大单元用于放大所述正弦波信号，并将放大后的所述正弦波信号作为所述驱动信号传输至所述通电组件。
9.其中，所述波形转换单元包括积分电路；所述积分电路用于对所述数字信号进行积分，并输出所述正弦波信号。
10.其中，所述扩散片模组还包括：移动层和基座；所述磁性组件包括：第一磁铁组和第二磁铁组；所述通电组件包括：第一通电导体和第二通电导体；所述驱动合力包括：所述第一通电导体通电后和所述第一磁铁组相互作用产生的第一驱动力、所述第二通电导体通电后和所述第二磁铁组相互作用产生的第二驱动力；
11.所述扩散片在所述第一驱动力的作用下相对于所述移动层沿第一方向移动；
12.所述移动层和所述扩散片在所述第二驱动力的作用下相对于所述基座沿第二方向移动；所述第一方向和所述第二方向相交。其中，所述扩散片模组还包括：第一弹性件和第二弹性件；所述第一弹性件连接所述扩散片和所述移动层，且所述第一弹性件配置为：能够沿平行于所述第一方向发生变形，以使所述扩散片能够相对于所述移动层沿所述第一方向移动；所述第二弹性件连接所述移动层和所述基座，且所述第二弹性件配置为：能够沿平行于所述第二方向发生变形，以使所述移动层和所述扩散片能够相对于所述基座沿所述第二方向移动。
13.其中，所述第一弹性件的固有频率、所述第二弹性件的固有频率以及所述驱动信号的频率均不相同。第二方面，本公开还涉及一种投影光机，包括：光源、成像组件以及上述中的任一所述的扩散片装置；所述光源设置在所述扩散片装置的入光侧；所述成像组件设置在所述扩散片装置的出光侧，以对从所述扩散片装置射出的光线进行成像处理。
14.其中，所述扩散片装置和所述成像组件之间还包括：沿光路依次设置的第一复眼透镜组、会聚透镜组、第二复眼透镜组以及成像透镜组；所述第一复眼透镜组用于对所述扩散片装置射出的光线进行匀化；所述会聚透镜组用于将所述第一复眼透镜组射出的光线会聚到所述第二复眼透镜组上；所述第二复眼透镜组用于将对所述会聚透镜组射出的光线进行匀化；所述成像透镜组用于将所述第二复眼透镜组射出的光线成像在所述成像组件的成像区域。
15.其中，所述会聚透镜组包括：第一透镜、反射镜和第二透镜；所述第一透镜和所述第二透镜用于将光线进行会聚；所述反射镜设置于所述第一透镜和所述第二透镜之间，用于将所述第一透镜出射的光反射到所述第二透镜上。
16.第二方面，本公开还涉及一种投影仪，包括上述中的任一项所述的扩散片装置，或者，包括上述中的任一项所述的投影光机。
17.有益效果，一方面，由于数字信号本身含有丰富的谐波成分，在流经通电组件时，会引入大量的中高频谐波成分，而正弦波频率单一，以正弦波电流或类正弦波电流流过通电组件，可以避免或减少中高频谐波成分的引入，从而减少中高频谐波噪声的产生。；另一方面，磁性组件和通电组件相互作用产生驱动合力，以驱动扩散片沿至少一个方向移动，在移动的过程中，增加随机相位数量，提高扩散片的面积利用率，更好地减弱光束之间的相干性，提高消散斑效果，从而实现了在消除散斑的同时减小噪音。
附图说明
18.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本公开提供的一种实施例中的扩散片装置的结构示意图；
20.图2是本公开提供的一种实施例中的扩散片模组的结构示意图；
21.图3是本公开提供的一种实施例中的扩散片模组的局部剖视图；
22.图4是本公开提供的一种实施例中的驱动信号输出模块的结构示意图之一；
23.图5是本公开提供的一种实施例中的驱动信号输出原理图之一；
24.图6是本公开提供的一种实施例中的驱动信号输出模块的结构示意图之二；
25.图7是本公开提供的一种实施例中的驱动信号输出原理图之二；
26.图8是本公开提供的一种实施例中的投影光机的结构示意图之一；
27.图9是本公开提供的一种实施例中的投影光机的结构示意图之二。
28.附图标记说明：
29.1扩散片装置10扩散片模组
30.101扩散片1011动态扩散片
31.1012静态扩散片102移动层
32.103基座104磁性组件
33.1041第一磁铁组10411第一单体磁铁
34.10412第一中性层10413第二单体磁铁
35.1042第二磁铁组105通电组件
36.1051第一通电导体1052第二通电导体
37.106检测组件1061第一检测元件
38.1062第二检测元件107柔性电路板
39.108屏蔽组件1081第一磁屏蔽片
40.1082第二磁屏蔽片109弹性组件
41.1091第一弹性件1092第二弹性件
42.110扩散片固定框111减震硅胶垫
43.20驱动信号输出模块20a第一驱动信号输出模块
44.20a1第一微控制单元20a2数字信号放大单元
45.20b第二驱动信号输出模块20b1第二微控制单元
46.20b2波形转换单元20b3模拟信号放大单元
47.2光源3成像组件
48.31空间光调制器32棱镜
49.33镜头4第一复眼透镜组
50.5会聚透镜组51第一透镜
51.52反射镜53第二透镜
52.6第二复眼透镜组7成像透镜组
具体实施方式
53.下面将结合本公开实施方式中的附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。
54.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
55.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
56.参照图1所示，为本实施例公开的一种扩散片装置的结构示意图。该扩散片装置1包括扩散片模组10和驱动信号输出模块20。驱动信号输出模块20以正弦波或类正弦波驱动扩散片模组10，以使扩散片模组10内的扩散片101沿至少一个方向运动，提高扩散片的面积利用率，另外，正弦波或类正弦波驱动扩散片模组10可以减少高频谐波噪声，实现在消除散斑的同时减小噪音。
57.参照图2所示，为本实施例公开的一种扩散片模组10的结构示意图，该扩散片模组10包括：供光束穿设的扩散片101、扩散片固定框110、磁性组件104、通电组件105、检测组件106，柔性电路板107、屏蔽组件108。
58.通电组件105和检测组件106均集成于柔性电路板107上。
59.扩散片101包括动态扩散片1011，动态扩散片1011设置于扩散片固定框110内，扩散片固定框110可以是方形框或矩形框等。
60.磁性组件104和通电组件105相对设置。检测组件106设置于通电组件105的中心位置，用于实时检测磁场强弱，根据磁场数值变化判断当前动态扩散片1011的摆动幅值。屏蔽组件108设置于所述磁性组件104的外围，用于防止磁性组件104的磁场外泄，对其他设备造成干扰。
61.驱动信号输出模块20连接通电组件105，驱动信号输出模块20向通电组件105输出驱动信号，以使流过通电组件105的电流为正弦波电流或类正弦波电流。
62.由于数字信号本身含有丰富的谐波成分，正弦波频率单一，以正弦波电流或类正弦波电流流过通电组件105，可以减少中高频谐波噪声的产生。
63.在通电组件105通电后，在磁性组件104的磁场作用下，通电组件105受到多个方向的安培力，相对应地，磁性组件104受到多个方向相反大小相同的反作用力，多个反作用力的合力作为驱动合力。因此，驱动合力驱动扩散片固定框110上的动态扩散片1011沿至少一个方向往复移动。
64.在一些实施例中，参照图2所示，扩散片模组10还包括：移动层102和基座103，磁性组件104包括第一磁铁组1041和第二磁铁组1042，通电组件105包括第一通电导体1051和第二通电导体1052，检测组件106包括第一检测元件1061和第二检测元件1062，屏蔽组件108包括第一磁屏蔽片1081和第二磁屏蔽片1082。
65.移动层102的构造为框架结构，可以是方形框架或矩形框架等。扩散片固定框110设置于移动层102的上面，移动层102设置于基座103的上面，柔性电路板107上粘接于基座103底面，基座103通过减震硅胶垫111与投影光机壳体连接。
66.第一磁铁组1041和第一通电导体1051相对设置，第一磁铁组1041设置于扩散片固定框110上。第一检测元件1061设置于第一通电导体1051的中心位置，用于实时检测磁场强弱，根据磁场数值变化可判断当前动态扩散片1011的摆动幅值。第一磁屏蔽片1081粘接于第一磁铁组1041的外侧，第一磁屏蔽片1081用于防止第一磁铁组1041的磁场外泄，对其他设备造成干扰。
67.第二磁铁组1042和第二通电导体1052相对设置，第二磁铁组1042设置于移动层102上。第二检测元件1062设置于第二通电导体1052的中心位置，用于实时检测磁场强弱，
根据磁场数值变化可判断当前摆动幅值。第二磁屏蔽片1082粘接移动层102上，第二磁屏蔽片1082用于防止第二磁铁组1042的磁场外泄，对其他设备造成干扰。
68.在一些实施例中，第一检测元件1061和第二检测元件1062可以是隧道磁阻(tunneling magneto-resistance,tmr)。
69.图3是本实施例公开的扩散片模组的局部剖视图，参照图3所示，第一磁铁组1041包括沿第一方向a依次布置第一单体磁铁10411、第一中性层10412和第二单体磁铁10413，第一单体磁铁10411和第二单体磁铁10413的极性相反，第一中性层10412设置于第一单体磁铁10411和第二单体磁铁10413之间。第一中性层10412的作用是将第一单体磁铁10411对第一通电导体1051的影响与第二单体磁铁10413对第一通电导体1051的影响隔离开，互不干扰。
70.第一单体磁铁10411和第二单体磁铁10413的n极和s极均沿光束穿设方向布置，且第一单体磁铁10411和第二单体磁铁10413的磁极方向相反；第一通电导体1051构造为第一通电线圈，第一通电线圈沿第二方向b延伸。
71.可以理解的是，扩散片模组10还包括未在图3中展示的第三单体磁铁、第二中性层和第四单体磁铁。
72.具体的说，第二磁铁组1042包括沿第二方向b依次布置的第三单体磁铁、第二中性层和第四单体磁铁，第二中性层设置于第三单体磁铁和第四单体磁铁之间。第二中性层的作用是将第三单体磁铁对第二通电导体1052的影响与第四单体磁铁对第二通电导体1052的影响隔离开，互不干扰。
73.第三单体磁铁和第四单体磁铁的n极和s极均沿光束穿设方向布置，且第三单体磁铁和第四单体磁铁的磁极方向相反；第二通电导体1052构造为第二通电线圈，第二通电线圈沿第一方向a延伸。
74.为了便于理解，下面对本实施例扩散片装置的驱动方式进行具体的说明：
75.驱动信号输出模块20分别连接第一通电导体1051和第二通电导体1052，驱动信号输出模块20向第一通电导体1051和第二通电导体1052输出驱动信号，以使流过第一通电导体1051和第二通电导体1052的电流为正弦波电流或类正弦波电流。
76.由于数字信号本身含有丰富的谐波成分，正弦波频率单一，以正弦波电流或类正弦波电流流过第一通电导体1051和第二通电导体1052，可以减少中高频谐波噪声的产生。
77.在第一通电导体1051带电后，在第一单体磁铁10411和第二单体磁铁10413的磁场作用下，第一通电导体1051的两侧受到沿第一方向a的安培力，相对应地，第一单体磁铁10411和第二单体磁铁10413受到方向相反大小相同的反作用力，此反作用力作为第一驱动力，由于第一磁铁组1041设置于扩散片固定框110上，因此，第一驱动力驱动扩散片固定框110上的动态扩散片1011相对于移动层102沿第一方向a往复移动。
78.在第二通电导体1052带电后，在第三单体磁铁和第四单体磁铁的磁场作用下，第二通电导体1052的两侧受到沿第二方向b的安培力，相对应地，第三单体磁铁和第四单体磁铁受到方向相反大小相同的反作用力，此反作用力作为第二驱动力，由于第二磁铁组1042设置于移动层102上，因此，第二驱动力驱动移动层102和其上的动态扩散片1011相对于基座103沿第二方向b往复移动。驱动合力可以包括第一驱动力和第二驱动力。
79.通过驱动动态扩散片1011相对于移动层102沿第一方向a往复移动，驱动移动层
102和其上的动态扩散片1011相对于基座103沿第二方向b往复移动，实现了动态扩散片在两方向上的移动，增加随机相位数量，提高扩散片的面积利用率，更好地减弱光束之间的相干性，提高消散斑效果。
80.在一些实施例中，参照图2所示，扩散片101还包括：供光束穿设的静态扩散片1012，静态扩散片1012粘接于基座103背面，静态扩散片1012与动态扩散片1011呈平行且同心关系。
81.通过静态扩散片1012和动态扩散片1011实现一静一动的组合，可以进一步提高扩散片的面积利用率，进一步减弱光束之间的相干性，进一步提高消散斑效果。
82.在一些实施例中，参照图1所示，扩散片模组10还包括：弹性组件109，弹性组件包括：第一弹性件1091和第二弹性件1092。第一弹性件1091连接动态扩散片1011和移动层102，第一弹性件1091能够沿平行于动态扩散片1011的第一方向a发生变形，以使动态扩散片1011能够相对于移动层102沿所述第一方向a移动。
83.第二弹性件1092连接移动层102和基座103，第二弹性件1092能够沿平行于动态扩散片1011的第二方向b发生变形，以使移动层102和动态扩散片1011能够相对于基座103沿所述第二方向b移动。
84.第一弹性件1091和第二弹性件1092一方面可以起到复位的作用，另外一方面可以提高动态扩散片1011移动的稳定性。
85.第一弹性件1091的固有频率和第二弹性件1092的固有频率应有所区分以避免共振。
86.驱动信号的频率与第一弹性件1091的固有频率和第二弹性件1092的固有频率也应有所区分，避免共振引起的振动不稳定的问题。
87.优选地，驱动信号的频率需避开弹性件的固有频率的(100％，110％)这个区间。如第一弹性件1091或第二弹性件1092的固有频率为m，则驱动信号的频率小于m或大于1.1m。
88.为了便于理解，下面对本实施例驱动信号的生成方式进行具体的说明：
89.参照图4所示，为本实施例公开的一种驱动信号输出模块20，第一驱动信号输出模块20a包括第一微控制单元20a1和数字信号放大单元20a2。第一微控制单元20a1产生具有周期的初始数字信号，计算初始数字信号每一个周期的占空比。根据计算出的占空比调节初始数字信号，输出最终数字信号。第一微控制单元20a1具体可以是对数字信号每一个周期的占空比进行精细控制的设备，例如，第一微控制单元20a1可以为微控制单元(microcontroller unit,mcu)。
90.数字信号放大单元20a2的输入端连接第一微控制单元20a1，数字信号放大单元20a2对最终数字信号进行放大。数字信号放大单元20a2具体可以是对数字信号进行放大的设备，例如，数字信号放大单元20a2为数字信号放大芯片。数字信号放大单元20a2将放大后的最终数字信号作为驱动信号传输至第一通电导体1051和第二通电导体1052。经放大后的驱动信号作用在通电导体上，由于第一通电导体1051和第二通电导体1052对电流变化的阻碍作用，使流经第一通电导体1051和第二通电导体1052的电流呈现类正弦波的效果，从而在消除散斑的同时显著改善扩散片模组10的整体噪声。
91.参照图5所示，为本实施例公开的一种驱动信号输出原理图。mcu输出通过精细计算的占空比可变的矩形波，数学信号放大芯片对矩形波进行放大，以使流过线圈a和线圈b
的电流包络实现类正弦波的效果。
92.参照图6所示，为本实施例公开的另一种驱动信号输出模块20，第二驱动信号输出模块20b包括：第二微控制单元20b1、波形转换单元20b2和模拟信号放大单元20b3。第二微控制单元20b1输出占空比不变的数字信号，数字信号可以是方波或矩形波等，第二微控制单元20b1具体可以是mcu。
93.波形转换单元20b2的输入端连接第二微控制单元20b1，波形转换单元20b2的输出端连接模拟信号放大单元20b3。波形转换单元20b2将数字信号转化成正弦波，波形转换单元20b2具体可以为积分电路，例如，rc积分电路。积分电路用于对数字信号进行积分，通过特定的电阻值和电容值，使输出信号为正弦波信号。
94.模拟信号放大单元20b3对正弦波信号进行放大，模拟信号放大单元20b3具有可以为对模拟信号进行放大的设备，例如，模拟信号放大芯片。
95.模拟信号放大单元20b3并将放大后的正弦波信号作为驱动信号传输至第一通电导体1051和第二通电导体1052。一方面，可以使流过第一通电导体1051和第二通电导体1052的电流为正弦波，从而减小高频谐波噪声的产生，在消除散斑的同时将扩散片模组10的整体噪声限制在不易被感知的低频波段。另一方面，放大后的正弦波信号有利于增大驱动力，能够更好地驱动动态扩散片移动。
96.参照图7所示，为本实施例公开的另一种驱动信号输出原理图。mcu输出通过占空比不变的矩形波，rc积分电路对矩形波进行积分，将矩形波转换成正弦波，模拟信号放大芯片对正弦波进行放大，以使正弦波流过线圈a和线圈b。
97.参照图8所示，为本实施例公开的一种投影光机。该投影光机包括：光源2、成像组件3以及扩散片装置1。扩散片装置1的具体结构和工作原理如上所述。
98.光源2设置在扩散片装置1的入光侧，光源2可以射出红色、绿色和蓝色三种不同颜色的激光光束。三种颜色的激光光束进入扩散片装置1，扩散片装置1对射入的激光光束进行匀化和取相干。成像组件3设置在扩散片装置1的出光侧，成像组件3可以包括棱镜32、空间光调制器31以及镜头33。
99.激光光束从扩散片装置1射出后，射向棱镜32，棱镜32将光线射向空间光调制器31，接着空间光调制器31将接收激光光束通过棱镜32射向镜头33进行成像。
100.参照图9所示，为本实施例公开的另一种投影光机。该投影光机在扩散片装置1和成像组件3之间还包括：沿光路依次设置的第一复眼透镜组4、会聚透镜组5、第二复眼透镜组6以及成像透镜组7。
101.激光光束从扩散片装置1射出后，射向第一复眼透镜组4，第一复眼透镜组4至少包括一个复眼透镜，复眼透镜里的每一个小单元透镜将光束进行发散，实现对光束进行第一层级的匀化，减少光线的散斑现象并提高均匀性。
102.会聚透镜组5对第一复眼透镜组4射出的光线会聚，不同颜色的光束经过第一复眼透镜4和会聚透镜组5后，将三色激光整合成白色光斑照射到第二复眼透镜组6上。第二复眼透镜组6至少包括一个复眼透镜，实现对光束进行第二层级的匀化。
103.在一些实施例中，会聚透镜组5包括：第一透镜51、反射镜52和第二透镜53，第一透镜51和第二透镜53对光线进行会聚，反射镜52设置于第一透镜51和第二透镜53之间，用于将第一透镜51出射的光反射到第二透镜53上。反射镜52的设置可以增改光路变化，提高投
影光机的空间利用率。
104.第二复眼透镜组6后继的成像透镜组7和棱镜32将出射的光束成像在空间光调制器31的成像区域，空间光调制器31调制图像后由镜头33投射出画面。
105.由于经过会聚透镜组5以后的白色光束已经比较均匀和去相干，再经过复眼透镜多个单元像重合成像到空间光调制器31，亮度已经非常均匀，同时相干性很低。
106.另外，上述的复眼透镜可以为单面复眼透镜、双面复眼透镜或者两片单面复眼透镜的组合，本公开对此不作限定。
107.本公开还提供一种投影仪，该投影仪包括上述任一扩散片装置1，或者，该投影仪包括上述任一投影光机。
108.以上所述仅为本公开的实施例，并非因此限制本公开的专利范围，凡是利用本公开说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本公开的专利保护范围内。