[实用新型]一种激光投影系统中的光束整形及均匀化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光投影系统中光束变换整形及均匀化器件，更具体地说是一种利用微透镜阵列对激光原始光斑的强度进行重新分布以达到输出光强均匀化的装置。

背景技术

传统投影显示设备普遍使用的是金属卤素灯、UHE灯泡、UHP灯泡等光源。这些光源由于其固有的发光机理，其寿命通常只有几千小时；同时，由于辐射光谱中含有紫外UV和红外IR光，因此需要使用紫外和红外滤光片，这也增加了光路系统的复杂性。

采用激光作为投影系统的光源相对于其他光源具有很多优势，包括：激光单色性好，为线光谱，具有很高的饱和度；可以通过选择合适的三基色波长，可以得到更宽的色域，实现更加真实的色彩还原；由于光线的波长是固定的，因而看上去更舒服，没有灯泡刺眼的不舒服感觉；不含有紫外线，使得眼睛看画面的时候很放松；激光的电光转换效率高，方向性好，易于实现高亮度投影显示；激光器出射光束通常为线偏振光，对于基于LOCS或者LCD光调制器的投影系统来说，偏振光源将减少偏振片数量的使用，增加光透过率，减小光路系统设计的复杂性，提高激光显示的亮度。

激光投影系统的结构设置通常包括：

1、红绿蓝三基色激光光源，它决定了基于激光显示技术的终端显示产品的亮度、色域空间、寿命以及工作方式；

2、图像调制单元，决定了显示图像分辨率、对比度、亮度等综合性能指标，主流的调制器有LCD、DLP和LCOS；

3、匀场及消相干单元，直接影响着显示器的效率和图像性噪比。通常激光束是一个直径2～5mm的圆形或椭圆光斑，其光强呈现高斯分布，通常需要设置光束均匀器件，对原始激光是进行整形和匀化；

4、广色域图像的信息处理单元，包括数字信号的压缩、存储、传输和解调。

目前，对激光光束进行整形和匀化的装置是光学积分棒或者复眼透镜阵列。光学积分棒的基本原理是光线经过该棒，在棒内会经过多次的反射后出射，假设入射时是一个光源，经过多次的反射后，会形成多束光，出射时会形成多个光源″镜像″，相当于把一个光源在能量层面上均匀化了。积分榜通常在内壁镀有铝膜，要求腔内具有较高的洁净度，并且在强光长时间照射下铝膜容易受到损伤，影响出射光的均匀性。复眼透镜是由一系列小透镜组合组成，双排复眼透镜阵列应用于照明系统中，将激光束重新分割叠加，可以获得较高的光能利用率和大面积的均匀照明。这种复眼透镜阵列结构复杂、加工难度较大，成本很高。此外在传统的投影系统中，采用双排独立的复眼透镜，占据较大的空间，而且要求前后复眼透镜成对应关系，对安装技术要求较高。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种结构简单、易于加工、成本低廉的激光投影系统中的光束整形及均匀化装置，将其应用激光投影系统中，以使原始高斯分布的激光光束变换成矩形且强度分布均匀的照明光源，照射到光调制器上，以满足实际应用的要求。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型激光投影系统中的光束整形及均匀化装置的结构特点是设置一对平凸柱面透镜光栅，所述一对平凸柱面透镜光栅以其平面相对胶合在一起，相互之间以透镜单元正交取向，形成双凸形微透镜阵列，所述双凸形微透镜阵列放置在垂直于光轴的平面内。

本实用新型激光投影系统中的光束整形及均匀化装置的结构特点也在于：

在所述双凸形微透镜阵列之后设置一可改变光束长宽比的柱透镜。

所述双凸形微透镜阵列是以PET合胶、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯或PMMA压克力为材质。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

1、本实用新型可以使高斯分布的圆形激光光束变换成矩形或正方形的光束，其横截面光强均匀分布。

2、本实用新型可进一步在所述双凸形微透镜阵列之后设置一柱透镜，改变变化后光束的长宽比，使得光斑的尺寸能够与光调制器尺寸相匹配。

3、本实用新型结构简单，易于在投影系统中安装调节，能够用于单片或三片的投影系统中。

4、本实用新型常用的材料为PET合胶、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯或PMMA压克力有机材料，这些有机材料具有较高的透过率，显示亮度高。

附图说明

图1本实用新型中平凸柱面透镜光栅示意图。

图2为本实用新型中一对平凸柱面透镜光栅正交放置俯视图。

图3为本实用新型装置在激光投影系统中应用示意图。

图4为本实用新型中投射到光调制器上的激光光束横截面示意图。