CN109270701A - 一种静态消散斑器件和激光投影系统 - Google Patents

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姜世平
杨武
代冬军
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Abstract

本发明提供一种静态消散斑器件和激光投影系统，该消散斑器件包括透光基底和两组微透镜，所述微透镜为凸微透镜，透光基底的上表面和下表面各设有一组微透镜，两组微透镜的排列方式相同，且上下对应的两个微透镜的口径相同。本发明提供的消散斑器件，不需要旋转轮带动旋转即可实现消散斑，提高激光能量利用率，且可通过调节两组微透镜的间距即透光基底的厚度实现光束发散角的调节。

Description

一种静态消散斑器件和激光投影系统
技术领域
本发明涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种静态消散斑器件和激光投影系统。
背景技术
传统灯泡型投影仪光源(如：超高压汞灯、短弧疝灯和金属卤素灯等)使用寿命(大致在1500-2500小时)短，后期更换和维护成本高，严重限制了投影仪的应用领域和应用范围。LED投影仪虽然可以实现长寿命，但受限于LED自身亮度和效率随温度身高急剧降低的缺点，LED光源投影仪“亮度”成为LED投影仪推广应用的最大限制！传统的商务投影仪亮度可以轻松达到2000流明以上，市场的主流产品是3000-4000流明的水平。而目前市场上LED灯最高亮度投影仪也只有1000流明。
在该背景下，基于“激光”光源的投影仪成为行业关注的重点；与传统投影仪相比，激光投影仪不仅同时兼具高亮度和长寿命的特点，同时还具有色彩丰富准确、画面的亮度长期保持高质量、高功率、高效率、低功耗、运行安全度高和节能减排等明显优势。激光投影仪的上述诸多优点已经被业界充分认识，然而，激光是一种相干光源，当激光作为照明光源投射到投影屏幕上后，相干激光光波将产生严重的“激光散斑”，“激光散斑”的存在将导致投射的图案存在无规律的“亮斑”和“暗斑”，对投影仪投影效果将产生毁灭性的打击。为了能够消除激光散斑，现有的激光投影仪大都采用两种方法实现消相干：
1)将激光照射“黄磷”，利用黄磷产生的二次辐射光作为投影仪光源。该方法虽然可以有效的消除激光的相干性，但也使得激光的高亮度、高饱和色域等优点丧失殆尽，因此需要更高功率实现高流明的应用需求。
2)在投影仪光路中引入动态系统，将激光图像在“时域”范围内进行积分，实现激光消相干和消散斑。该方案使得投影系统引入了动态组建，不仅给系统稳定性带来了严重隐患，而且也制约了现代投影仪向轻量化、小型化的发展。
另外，国外也有通过光纤技术实现激光消相干，但其制造成本太高，极不利于市场化发展。
现有的在投影仪光路中引入动态系统的方法，通常都是采用旋转轮带动毛玻璃进行消散斑，而由于毛玻璃上突刺的不可控性，导致激光能量利用率低，且发散角不可控制。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种静态消散斑器件和激光投影系统，采用微透镜作为基本单元，实现对激光光束进行消相干，并使光束发散角可控。
本发明提供的一种静态消散斑器件，该消散斑器件包括透光基底和两组微透镜，所述微透镜为凸微透镜，透光基底的上表面和下表面各设有一组微透镜，两组微透镜的排列方式相同，且上下对应的两个微透镜的口径相同。
进一步，所述透光基底由大小相同的上下两个透光基底粘合而成，此时微透镜组分别设于上下两个透光基底的非粘合面上。
进一步，所述排列方式为四边形或六边形。
进一步，所述微透镜的口径为400-2000μm。
进一步，所述微透镜的口径为600-1000μm。
进一步，上下对应的两个微透镜的焦距不相同。
本发明另一方面提供的一种激光投影系统，包括激光源和投影透镜，还包括设置在激光源和投影透镜之间的如上所述的消散斑器件，激光源用于产生激光束，投影透镜用于将图像投影在屏幕上。
本发明提供的消散斑器件，不需要旋转轮带动旋转即可实现消散斑，提高激光能量利用率，且可通过调节两组微透镜的间距即透光基底的厚度实现光束发散角的调节。
附图说明
图1为本发明实施例的消散斑器件结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
针对投影仪光源最常采用的红、绿、蓝三色激光，本发明采用小孔径微透镜(微透镜类型为凸微透镜)作为基本单元，以一定的排列方式形成微透镜组，优选地，以四边形或六边形的排列方式进行排列，通过调节两组微透镜的间距实现光束发散角的调节。
如图1所示，本发明提供的消散斑器件包括透光基底1、微透镜组2和微透镜组3，微透镜组2和微透镜组3分别位于透光基底1的上表面和下表面，两组微透镜的排列方式相同，且上下对应的两个微透镜的口径相同，而上下对应的两个微透镜的焦距可以不相同。在一些实施例中，透光基底1为一整体。而为了可以更加灵活地调节透光基底的厚度，在其他一些实施例中，透光基底1可由大小相同的上下两个透光基底粘合而成，此时微透镜组2和微透镜组3分别设于上下两个透光基底的非粘合面上。
由于激光光束尺度仅在1mm-3mm之间甚至更小，为了对其进行消相干，微透镜组里边的每个微透镜单元的口径为400-2000μm，优选地，每个微透镜单元的口径为600-1000μm。
本发明提供的消散斑器件不需要旋转轮带动旋转即可实现消散斑，激光从前一个微透镜入射后，被聚焦并照射到第二个微透镜，最后从第二个微透镜出射；经过前后两组微透镜的光斑的波前是连续波前，因此可有效避免散斑产生。
由几何光学关系可知：通过调节透镜组之间的间距可对透镜组的焦距进行调节，假设微透镜组的焦距为F，则光束发散角Θ满足arctan(Θ)＝K/F，其中K为微透镜口径，因此可通过调节两组微透镜的间距即透光基底的厚度实现光束发散角的调节。
本发明还提供一种基于上述消散斑器件的激光投影系统，包括激光源和投影透镜，消散斑器件设置在激光源和投影透镜之间，激光源用于产生激光束，投影透镜用于将图像投影在屏幕上。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种静态消散斑器件，其特征在于，该消散斑器件包括透光基底和两组微透镜，所述微透镜为凸微透镜，透光基底的上表面和下表面各设有一组微透镜，两组微透镜的排列方式相同，且上下对应的两个微透镜的口径相同。
2.根据权利要求1所述的一种静态消散斑器件，其特征在于，所述透光基底由大小相同的上下两个透光基底粘合而成，此时微透镜组分别设于上下两个透光基底的非粘合面上。
3.根据权利要求1所述的一种静态消散斑器件，其特征在于，所述排列方式为四边形或六边形。
4.根据权利要求1所述的一种静态消散斑器件，其特征在于，所述微透镜的口径为400-2000μm。
5.根据权利要求1所述的一种静态消散斑器件，其特征在于，所述微透镜的口径为600-1000μm。
6.根据权利要求1所述的一种静态消散斑器件，其特征在于，上下对应的两个微透镜的焦距不相同。
7.一种激光投影系统，包括激光源和投影透镜，其特征在于，还包括设置在激光源和投影透镜之间的如权利要求1-6任一项所述的消散斑器件，激光源用于产生激光束，投影透镜用于将图像投影在屏幕上。
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