[发明专利]一种用于实现均匀无散斑照明的激光投影光源

说明书

技术领域

本发明涉及激光投影显示领域的光源，特别涉及一种用于实现均匀无散斑照明的激光投影光源。

背景技术

激光投影显示具有色域广、亮度高、屏幕尺寸灵活、使用寿命长、节能环保等优点。但是由于激光光束的发散角小，相干性高的特点，激光投影显示会产生散斑效应和投影面积也过小的问题。散斑的产生主要是由于投影光路中光学表面散射次波的相干叠加。作为一种噪声，它会降低成像的分辨率。投影面积过小，主要是因为激光的发散角很小。

为了降低散斑效果，常会采用通过动态调制元件的规律性运动，使散斑也发生动态变化，散斑平均化的效果就会使散斑的视觉效果得到改善。但是动态调制需要外部动力来驱动元件的运动，不可避免的会带来机械振动和噪声以及额外的能量损耗。这些因素会影响着激光投影显示的节能性，稳定性和小型化。于是，寻求一种静态的消相干匀场方法显得尤为重要。编号为CN201285473Y的新型实用专利即通过在空波导内注入散射媒质，利用瑞利散射和波导的共同作用实现消相干匀场的目的。但是，上述专利也存在着若干问题。首先，结构较为复杂，需要在波导内注入散射媒质，并对波导管两端面进行密封，抬高了制造难度和使用成本；其次，维护较为麻烦，一旦波导管破损，封装在内的散射媒质液体发生泄露，就会对波导管周围的电路等元器件造成损坏，增大了器材的损伤风险和维修成本。

因此，寻找一种结构简单，稳定性好，效率高且无需引入外部动态装置，兼具匀光和消散斑的激光投影光源，就可以明显改善上述的不足。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出利用静态元件实现均匀无散斑的激光光源。静态元件相比动态元件拥有更好的稳定性和低噪声，更具节能优势。

本发明采用的技术方案为：一种用于实现均匀无散斑照明的激光投影光源，包括消散斑匀光模块和集光匀光模块；其中，所述消散斑匀光模块负责对激光进行匀场和消相干；所述集光匀光模块负责对经所述消散斑匀光模块的出射光进行收集，匀场和提高平行度。

所述消散斑匀光模块，包括：两片散射片和一根光学积分棒；其中所述的两散射片分别紧贴所述光学积分棒的两端面处。

所述集光匀光模块，包括；反射碗，复眼透镜阵列和场镜。

所述反射碗的面形经过优化，且放置于所述光学积分棒右端的合适位置处。

所述复眼透镜阵列为共焦排列，且紧挨所述反射碗的出光面，适用于反射碗的尺寸。

所述场镜放置于所述复眼透镜阵列右侧合适位置处。

所述的消散斑匀光和集光匀光模块，其抑制散斑，提高光线分布均匀度并收集光线的方法包括以下步骤：光束经由散射片发生散射，初步增大了光束的发散角，扩大了光源面积，初步抑制了光束的相干性；散射后的光线在光学积分棒内发生多次反射，使光场的能量分布均匀化，同时进一步的抑制了光束的相干性；经积分棒出射的光再次通过散射片并发生散射，再次增大了光束发散角，减小了光束的相干性；用面型经过优化且位置放置合理的反光碗来收集光线，达到减小光线发散角，增大光线出射的平行度的目的；紧挨反射碗的共焦复眼透镜阵列继续收集光束，再次减小光束的发散角，并提高光束分布的均匀度和平行度；位于合适位置的场镜会对光线进行进一步的收集，减小光束发散角，提高分布均匀度。

本发明的一种用于实现均匀无散斑照明的激光投影光源，包括：激光器，作为光源，用于产生激光；散射片，使光束发生散射，增大光束的传输包络，增大发散角，扩大光源面积，同时降低光束的相干性；光学积分棒，使光束在其内部发生多次反射，提高光能分布的均匀度，进一步的降低光束的相干性；反射碗，用于收集由积分棒端口出射的光，初步减小光束发散角，让尽可能多的光线平行出射，提高平行度；双排复眼透镜阵列，用于收集反射碗的光线，进一步减小光线发散角，提高光线分布的均匀性和平行度；场镜，用于将光线汇聚，再一次减小发散角，提高光线的平行度，提高光线分布的均匀性。

根据本发明的一个方面，所述的积分棒，反射碗和复眼透镜阵列，其尺寸和摆放位置可以包括多种组合。作为一个实例，我们使用直径为5mm的积分棒，把面型经过优化的反射碗放置在积分棒右端，使其焦点位于积分棒右端面中心处，让尽可能多的光线可以被收集并且使光束的发散角减小，令尽可能多的光线平行出射。共焦复眼透镜阵列中每个透镜包含11*11个子透镜，该阵列紧挨着反射碗的边缘，经过选择合适的焦距，保证尽可能多的光线平行输出。

本发明与现有技术相比的优点在于：