一種用于實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光投影顯示領域的光源，特別涉及一種用于實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源。
【背景技術】
[0002]激光投影顯示具有色域廣、亮度高、屏幕尺寸靈活、使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。但是由于激光光束的發(fā)散角小，相干性高的特點，激光投影顯示會產生散斑效應和投影面積也過小的問題。散斑的產生主要是由于投影光路中光學表面散射次波的相干疊加。作為一種噪聲，它會降低成像的分辨率。投影面積過小，主要是因為激光的發(fā)散角很小。
[0003]為了降低散斑效果，常會采用通過動態(tài)調制元件的規(guī)律性運動，使散斑也發(fā)生動態(tài)變化，散斑平均化的效果就會使散斑的視覺效果得到改善。但是動態(tài)調制需要外部動力來驅動元件的運動，不可避免的會帶來機械振動和噪聲以及額外的能量損耗。這些因素會影響著激光投影顯示的節(jié)能性，穩(wěn)定性和小型化。于是，尋求一種靜態(tài)的消相干勻場方法顯得尤為重要。編號為CN201285473Y的新型實用專利即通過在空波導內注入散射媒質，利用瑞利散射和波導的共同作用實現(xiàn)消相干勻場的目的。但是，上述專利也存在著若干問題。首先，結構較為復雜，需要在波導內注入散射媒質，并對波導管兩端面進行密封，抬高了制造難度和使用成本；其次，維護較為麻煩，一旦波導管破損，封裝在內的散射媒質液體發(fā)生泄露，就會對波導管周圍的電路等元器件造成損壞，增大了器材的損傷風險和維修成本。
[0004]因此，尋找一種結構簡單，穩(wěn)定性好，效率高且無需引入外部動態(tài)裝置，兼具勻光和消散斑的激光投影光源，就可以明顯改善上述的不足。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決上述問題，本實用新型提出利用靜態(tài)元件實現(xiàn)均勻無散斑的激光光源。靜態(tài)元件相比動態(tài)元件擁有更好的穩(wěn)定性和低噪聲，更具節(jié)能優(yōu)勢。
[0006]本實用新型采用的技術方案為:一種用于實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源，包括消散斑勻光模塊和集光勻光模塊；其中，所述消散斑勻光模塊負責對激光進行勻場和消相干；所述集光勻光模塊負責對經(jīng)所述消散斑勻光模塊的出射光進行收集，勻場和提高平行度。
[0007]所述消散斑勾光模塊，包括:兩片散射片和一根光學積分棒；其中所述的兩散射片分別緊貼所述光學積分棒的兩端面處。
[0008]所述集光勻光模塊，包括；反射碗，復眼透鏡陣列和場鏡。
[0009]所述反射碗的面形經(jīng)過優(yōu)化，且放置于所述光學積分棒右端的合適位置處。
[0010]所述復眼透鏡陣列為共焦排列，且緊挨所述反射碗的出光面，適用于反射碗的尺寸。
[0011]所述場鏡放置于所述復眼透鏡陣列右側合適位置處。
[0012]所述的消散斑勻光和集光勻光模塊，其抑制散斑，提高光線分布均勻度并收集光線的方法包括以下步驟:光束經(jīng)由散射片發(fā)生散射，初步增大了光束的發(fā)散角，擴大了光源面積，初步抑制了光束的相干性；散射后的光線在光學積分棒內發(fā)生多次反射，使光場的能量分布均勻化，同時進一步的抑制了光束的相干性；經(jīng)積分棒出射的光再次通過散射片并發(fā)生散射，再次增大了光束發(fā)散角，減小了光束的相干性；用面型經(jīng)過優(yōu)化且位置放置合理的反光碗來收集光線，達到減小光線發(fā)散角，增大光線出射的平行度的目的；緊挨反射碗的共焦復眼透鏡陣列繼續(xù)收集光束，再次減小光束的發(fā)散角，并提高光束分布的均勻度和平行度；位于合適位置的場鏡會對光線進行進一步的收集，減小光束發(fā)散角，提高分布均勻度。
[0013]本實用新型的一種用于實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源，包括:激光器，作為光源，用于產生激光；散射片，使光束發(fā)生散射，增大光束的傳輸包絡，增大發(fā)散角，擴大光源面積，同時降低光束的相干性；光學積分棒，使光束在其內部發(fā)生多次反射，提高光能分布的均勻度，進一步的降低光束的相干性；反射碗，用于收集由積分棒端口出射的光，初步減小光束發(fā)散角，讓盡可能多的光線平行出射，提高平行度；雙排復眼透鏡陣列，用于收集反射碗的光線，進一步減小光線發(fā)散角，提高光線分布的均勻性和平行度；場鏡，用于將光線匯聚，再一次減小發(fā)散角，提高光線的平行度，提高光線分布的均勻性。
[0014]根據(jù)本實用新型的一個方面，所述的積分棒，反射碗和復眼透鏡陣列，其尺寸和擺放位置可以包括多種組合。作為一個實例，我們使用直徑為5_的積分棒，把面型經(jīng)過優(yōu)化的反射碗放置在積分棒右端，使其焦點位于積分棒右端面中心處，讓盡可能多的光線可以被收集并且使光束的發(fā)散角減小，令盡可能多的光線平行出射。共焦復眼透鏡陣列中每個透鏡包含11*11個子透鏡，該陣列緊挨著反射碗的邊緣，經(jīng)過選擇合適的焦距，保證盡可能多的光線平行輸出。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0016]應用本實用新型的激光投影光源，避免了動態(tài)調制元件，提高了光源的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的復雜度，同時實現(xiàn)了擴大光源面積，均勻光束分布，消除散斑的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型的具體實施實例的激光投影光源示意圖；
[0018]圖中附圖標記含義為:11為激光器，12為第一散射片，13為光學積分棒，14為第二散射片，15為反光碗，16為共焦復眼透鏡陣列，17為場鏡，18為屏幕。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖詳細描述本實用新型的【具體實施方式】。
[0020]如圖1所示，根據(jù)本實用新型的實施例的一種用于實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源，包括:激光器11，用于產生激光，制造光源；第一散射片12，用于光束散射，增大了光束的發(fā)散角，擴大了光源面積，抑制了光束的相干性；光學積分棒13，用于使光線在棒內發(fā)生多次反射，使光場的能量分布均勻化，同時進一步抑制了光束的相干性；第二散射片14，用于出射光的再次發(fā)生散射，再次增大了光束發(fā)散角，減小光束相干性；反光碗15，用于對光線進行收集，減小光線發(fā)散角，讓盡可能多的光線平行出射；共焦復眼透鏡陣列16，用于收集光束，減小了光束發(fā)散角，提高光束分布的均勻度和平行度；場鏡17，用于對光線進行進一步的收集，減小光束發(fā)散角，提高分布均勻度。
[0021]激光器11可以是固態(tài)激光器、半導體激光器、氣體激光器中的一種。激光器11可以是激光二極管。光線經(jīng)由第一散射片12發(fā)生散射，增大了光束的發(fā)散角，降低了光束的相干性。在實例中，散射后的光線進入直徑為5毫米的光學積分棒13中，進行勻光和消相干。在積分棒右端出口處的第二散射片14進一步的對光線進行擴束和消相干，并通過面型經(jīng)過優(yōu)化，且焦點與積分棒右端面中心重合的反射碗15對出射光線進行收集，使絕大多數(shù)光線向光軸靠攏，以提高出射光的平行度。隨后，通過2個由11*11個子透鏡構成的共焦復眼透鏡陣列16來提高光線的均勻度和平行度。最后由場鏡17實現(xiàn)對光線的收集匯聚，進一步提高光線的均勻度和平行度，并投影到屏幕18上。
[0022]盡管已經(jīng)詳細描述了本實用新型及其優(yōu)點，但應當理解，在不背離由所附的權利要求限定的本實用新型的精神和范圍的情況下，可以進行各種變化、替換及改造。此外，不意味著本申請的范圍限定于說明書中描述的工藝、設備、制造、以及物質組成、手段、方法和步驟的特定實施例。本領域技術人員從本實用新型的公開內容將很容易意識到那些現(xiàn)在存在或以后發(fā)現(xiàn)的工藝設備、制造、以及物質組成、手段、方法和步驟，其與這里描述的根據(jù)本實用新型相應實例所使用的完成基本上相同的功能或達到基本上相同的結果。因此，期望所附的權利要求將這樣的工藝、設備、制造、以及物質組成、手段、方法和步驟包括在它們的范圍內。此外，每個權利要求構成一個單獨的實施例，并且不同的權利要求和實施例的組合也落入本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源，其特征在于:包括消散斑勻光模塊和集光勻光模塊；其中，所述消散斑勻光模塊負責對激光進行勻場和消相干；所述集光勻光模塊負責對經(jīng)所述消散斑勻光模塊的出射光進行收集，勻場和提高平行度；所述消散斑勻光模塊包括兩片散射片和一根光學積分棒；其中所述的兩散射片分別緊貼所述光學積分棒的兩端面處；所述集光勻光模塊包括反射碗，共焦復眼透鏡陣列和場鏡；并且從左至右依次為激光器(11)、第一散射片(12)、光學積分棒(13)、第二散射片(14)、反射碗(15)、共焦復眼透鏡陣列(16)和場鏡(17) ο
【專利摘要】本實用新型公開了一種實現(xiàn)均勻無散斑照明的激光投影光源，包括：激光器，用于產生激光；散射片，使光束發(fā)生散射，增大光束的發(fā)散角，擴大光源面積，降低光場相干性；光學積分棒，使光束在其內部發(fā)生多次反射，提高光場分布均勻度，降低光場相干性；反射碗，用于收集積分棒的出射光，減小光束發(fā)散角，讓盡可能多的光線平行出射；雙排復眼透鏡陣列，收集反射碗的光線，減小光線發(fā)散角，提高光場分布的均勻性和平行度；場鏡，光線匯聚，減小發(fā)散角，提高均勻性。
【IPC分類】G02B27/48, G03B21/20
【公開號】CN204989735
【申請?zhí)枴緾N201520384036
【發(fā)明人】馬曉輝, 崔哲, 王安廷, 明海
【申請人】中國科學技術大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年6月4日