基于復(fù)眼透鏡的激光顯示勻場(chǎng)整形裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于激光照明、激光顯示及以相干光為光源的光學(xué)設(shè)備與儀器，具體為一種基于復(fù)眼透鏡的激光顯示勻場(chǎng)整形裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有亮度高、波長(zhǎng)帶寬小，光學(xué)擴(kuò)展量小等特點(diǎn)，在激光顯示領(lǐng)域和激光照明領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于激光器出射的是單?；蚨嗄８咚构馐?，光場(chǎng)分布不均勻，因此需要把激光光束轉(zhuǎn)換成特定形狀(如矩形或方形)且強(qiáng)度均勻的光束。
[0003]復(fù)眼透鏡由一系列完全相同的微透鏡組合而成，基于復(fù)眼透鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)以其光能利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在投影系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等需要均勻照明的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在基于復(fù)眼透鏡的投影系統(tǒng)光路中，傳統(tǒng)光源出射的一整束白光經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡由X分光鏡分為紅綠藍(lán)三路光線，由光學(xué)引擎數(shù)字信號(hào)的調(diào)制實(shí)現(xiàn)最終畫面的顯示，由光源的每一點(diǎn)出射的光束都會(huì)交疊到照明視場(chǎng)的同一范圍內(nèi)，所以會(huì)得到一個(gè)均勻的方形光斑。然而，由于X分光鏡通常采用兩片不同波長(zhǎng)的濾波片交叉粘結(jié)而成，在交叉位置處透射效率低，入射光的中心部分經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡和X分光鏡后，在X分光鏡交叉位置對(duì)應(yīng)的像面上形成一條暗場(chǎng)區(qū)域，投影到屏幕后嚴(yán)重影響圖像的均勻度，影響投影畫面質(zhì)量。
[0004]因此，如何消除圖像中心暗場(chǎng)，提高畫面質(zhì)量，以及激光光束的勻場(chǎng)是在基于復(fù)眼透鏡的激光顯示系統(tǒng)中存在的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于復(fù)眼透鏡的激光顯示和激光照明系統(tǒng)中勻場(chǎng)整形的裝置。
[0006]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于復(fù)眼透鏡的激光顯示勻場(chǎng)整形裝置，包括勻場(chǎng)組件，所述勻場(chǎng)組件包括第一準(zhǔn)直透鏡、擴(kuò)散片、凹透鏡、第二準(zhǔn)直透鏡;入射光依次經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡、擴(kuò)散片、凹透鏡、第二準(zhǔn)直透鏡后輸入到第一復(fù)眼透鏡，并進(jìn)一步經(jīng)過(guò)第二復(fù)眼透鏡后，通過(guò)聚光鏡，最后由X分光鏡進(jìn)行分光后投影。
[0007]工作時(shí)，當(dāng)光纖發(fā)射的激光入射光束經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后照射到擴(kuò)射片，經(jīng)擴(kuò)散片對(duì)入射激光一定角度散射后，由凹透鏡將光束以一定的角度發(fā)散，再經(jīng)第二準(zhǔn)直透鏡將發(fā)散的激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直，光束垂直進(jìn)入第一復(fù)眼透鏡后形成一束與光軸平行的平行光，光束經(jīng)過(guò)第一復(fù)眼透鏡內(nèi)的小透鏡后聚焦到對(duì)應(yīng)的第二復(fù)眼透鏡內(nèi)的小透鏡中心處，即第一復(fù)眼透鏡將光源形成多個(gè)光源像進(jìn)行照明，第二復(fù)眼透鏡的每個(gè)小透鏡將第一復(fù)眼透鏡上對(duì)應(yīng)的小透鏡重疊成像后，經(jīng)聚光鏡將第二復(fù)眼透鏡出射的光斑聚焦在照明屏上。如圖1所示，由于第一復(fù)眼透鏡將光源的整個(gè)寬光束分為多個(gè)細(xì)光束照明，且每個(gè)細(xì)光束范圍內(nèi)的微小不均勻性，由于處于對(duì)稱位置細(xì)光束的相互疊加，使細(xì)光束的微小不均勻性獲得補(bǔ)償，從而使整個(gè)孔徑內(nèi)的光能量得到有效均勻的利用。從第二復(fù)眼透鏡出射的光斑通過(guò)聚光鏡和X分光鏡聚集在照明屏上，照明屏上光斑的每一點(diǎn)均受到光源所有點(diǎn)發(fā)出的照射，同時(shí)，光源上每一點(diǎn)發(fā)出的光束又都交匯重疊到照明光斑上的同一視場(chǎng)范圍內(nèi)，所以得到一個(gè)均勾的方形光斑。
[0008]由于在第一復(fù)眼透鏡后加裝了第二復(fù)眼透鏡，當(dāng)準(zhǔn)直后的光束與光軸有一定的夾角，但不是太大的時(shí)候，經(jīng)第一復(fù)眼透鏡的小透鏡后偏離了對(duì)應(yīng)第二復(fù)眼透鏡的每個(gè)小透鏡的中心但未完全偏離對(duì)應(yīng)的小透鏡單元。此時(shí)由于焦平面上同一點(diǎn)發(fā)出的光線，經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡后，將平行出射，因此這與平行光軸的平行光通過(guò)第二復(fù)眼透鏡陣列后出射的光線方向一致，將照射到相同的區(qū)域，不產(chǎn)生旁瓣。
[0009]在激光顯不投影系統(tǒng)中，x分光鏡將紅綠藍(lán)不同波段的光進(jìn)行分束，X分光鏡是由兩個(gè)不同鍍膜的平面鏡進(jìn)行交疊膠合之后形成，實(shí)現(xiàn)分光效果。第二復(fù)眼透鏡中心區(qū)域一排小透鏡出射的光束經(jīng)過(guò)X分光鏡的中心區(qū)域即膠合部分時(shí)，光能損耗較大，投影到屏幕就會(huì)在圖像中心出現(xiàn)暗條紋。工作時(shí)，本發(fā)明勻場(chǎng)整形機(jī)構(gòu)為了有效避免這種現(xiàn)象，將激光光束分為若干個(gè)區(qū)域進(jìn)行輸入。即位于第一復(fù)眼透鏡入射端以中心對(duì)稱方式布置若干組勻場(chǎng)組件，則第一復(fù)眼透鏡入射端面的光斑均勻分布在第一復(fù)眼透鏡上的若干個(gè)區(qū)域，且不同區(qū)域之間無(wú)交叉。這樣區(qū)分于傳統(tǒng)光源輸入的光強(qiáng)分布，在此區(qū)域光能量最強(qiáng)，因此本發(fā)明中激光經(jīng)過(guò)X分光鏡時(shí)，被遮擋的光能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)光源，從而有效消除投影畫面中心區(qū)域偏暗的現(xiàn)象。
[0010]工作時(shí)，入射光束分為若干個(gè)區(qū)域入射，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)件調(diào)整第二準(zhǔn)直透鏡與凹透鏡之間的距離，調(diào)整光斑大小，將光能量全部輸入到第一復(fù)眼透鏡上，并保證第一復(fù)眼透鏡上的小透鏡的覆蓋率達(dá)到78.5%以上，而傳統(tǒng)光源經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后僅能覆蓋敷衍透鏡的45%-50%。
[0011]除此之外，第一準(zhǔn)直透鏡、擴(kuò)散片、凹透鏡及第二準(zhǔn)直透鏡通過(guò)整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)件連接固定，可以保證光學(xué)器件的同軸、同心度。
[0012]本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，達(dá)到的有益效果如下:
1、勻場(chǎng)效果好:激光光束分成若干部分進(jìn)行勻場(chǎng)整形入射到第一復(fù)眼透鏡，入射光在第一復(fù)眼透鏡上微鏡的覆蓋率高達(dá)78.5%以上，可實(shí)現(xiàn)良好的勻場(chǎng)效果，并且入射光合理的布局避開了與X分光鏡對(duì)應(yīng)第一復(fù)眼透鏡陣列中心區(qū)域的微鏡，從而避免了形成投影圖像中心的暗條紋。
[0013]2、激光利用率高:經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡組后，光束剩余發(fā)散角小，因此光束經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡時(shí)效率高。
[0014]3、光路集成度高:采用凹透鏡，縮短光路距離，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0015]4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于加工及安裝，并具有可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0016]5、裝置中各組成部分均可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間，連續(xù)穩(wěn)定工作，性能穩(wěn)定，安全可靠。
[0017]本發(fā)明利用復(fù)眼透鏡的勾光效果，合理劃分若干條光路后，將復(fù)眼透鏡分為若干個(gè)相同的區(qū)域，利用準(zhǔn)直透鏡與擴(kuò)散片對(duì)激光光束接收、擴(kuò)束并準(zhǔn)直后輸入到雙排復(fù)眼透鏡進(jìn)行勻光整形，激光光束隨后入射到X分光鏡進(jìn)行分光投影，合理彌補(bǔ)了 X分光鏡在投影系統(tǒng)中畫面屏幕中心出現(xiàn)暗條紋的缺陷。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，具有屏幕顯示圖像效果好、光場(chǎng)均勻等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于以相干光為光源的照明或顯示技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1表示復(fù)眼透鏡均勻照明原理圖。
[0019]圖2表示第二復(fù)眼透鏡對(duì)小角度光路的糾正原理示意圖。
[0020]圖3a表示勻場(chǎng)整形裝置光路設(shè)計(jì)示意圖(側(cè)視圖)。
[0021]圖3b表示勻場(chǎng)整形裝置光路設(shè)計(jì)示意圖(整體斜視圖)。
[0022]圖3c表示勻場(chǎng)整形裝置光路設(shè)計(jì)示意圖(正視圖)。
[0023]圖4表示復(fù)眼透鏡陣列上光強(qiáng)分布示意圖。
[0024]圖5表示本發(fā)明屏幕顯示效果示意圖。
[0025]圖中，1-第一準(zhǔn)直透鏡，2-擴(kuò)散片，3-凹透鏡，4-第二準(zhǔn)直透鏡，5-第一復(fù)眼透鏡，6-第二復(fù)眼透鏡，7-聚光鏡，8-X分光鏡，9-照明屏(虛擬屏幕)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]一種基于復(fù)眼透鏡的激光顯示勻場(chǎng)整形裝置，如圖1、3所示，包括勻場(chǎng)組件，所述勻場(chǎng)組件包括第一準(zhǔn)直透鏡1、擴(kuò)散片2、凹透鏡3、第二準(zhǔn)直透鏡4。所述第一準(zhǔn)直透鏡I與集束光纖出射端通過(guò)機(jī)械件固定連接。所述第一準(zhǔn)直透鏡1、擴(kuò)散片2、凹透鏡3、第二準(zhǔn)直透鏡4通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)件依次固定連接;所述機(jī)械結(jié)構(gòu)件為固定光學(xué)器件的固定結(jié)構(gòu)，并可以改變光路中鏡片之間的距離，從而調(diào)整光斑的大小。透明擴(kuò)散片2為現(xiàn)有公知結(jié)構(gòu)。
[0028]入射光依次經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡1、擴(kuò)散片2、凹透鏡3、第二準(zhǔn)