[發明專利]一種用于實現均勻無散斑照明的激光投影光源

有效

• 申請號: 201510304927.9
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN104865785B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 馬曉輝;崔哲;王安廷;明海
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G03B21/20
• 分類號: G03B21/20;G02B27/48
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及激光投影顯示領域的光源，特別涉及一種用于實現均勻無散斑照明的激光投影光源。

背景技術

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、節能環保等優點。但是由于激光光束的發散角小，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散角很小。

為了降低散斑效果，常會采用通過動態調制元件的規律性運動，使散斑也發生動態變化，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能性，穩定性和小型化。于是，尋求一種靜態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。

因此，尋找一種結構簡單，穩定性好，效率高且無需引入外部動態裝置，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。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出利用靜態元件實現均勻無散斑的激光光源。靜態元件相比動態元件擁有更好的穩定性和低噪聲，更具節能優勢。

本發明采用的技術方案為：一種用于實現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，復眼透鏡陣列和場鏡。

所述反射碗的面形經過優化，且放置于所述光學積分棒右端的合適位置處。

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。

所述場鏡放置于所述復眼透鏡陣列右側合適位置處。

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：光束經由散射片發生散射，初步增大了光束的發散角，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；經積分棒出射的光再次通過散射片并發生散射，再次增大了光束發散角，減小了光束的相干性；用面型經過優化且位置放置合理的反光碗來收集光線，達到減小光線發散角，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收集光束，再次減小光束的發散角，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，減小光束發散角，提高分布均勻度。

本發明的一種用于實現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，使光束發生散射，增大光束的傳輸包絡，增大發散角，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，再一次減小發散角，提高光線的平行度，提高光線分布的均勻性。

根據本發明的一個方面，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5mm的積分棒，把面型經過優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，經過選擇合適的焦距，保證盡可能多的光線平行輸出。

本發明與現有技術相比的優點在于：