CN109270702B - 基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法及投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微透镜非规则排列的消散斑器件及其生成方法，所述微透镜为凸微透镜，该消散斑器件包括形成在所述消散斑器件表面上的微透镜非规则排列，所述微透镜非规则排列包括非规则排列的微透镜，且存在口径不相同的微透镜。采用本发明提供的消散斑器件，可以通过控制微透镜数值孔径控制光束发散角，且激光透光率大于85％，能量利用率高。

Description

基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法及投影系统
技术领域
本发明涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法及投影系统。
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，导致系统能量利用率低，且发散角不可控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法及激光投影系统，采用微透镜作为基本单元，将微透镜进行非规则排列，实现对激光光束进行消相干，并使光束发散角可控。
本发明提供的一种基于微透镜非规则排列的消散斑器件，所述微透镜为凸微透镜，该消散斑器件包括形成在所述消散斑器件表面上的微透镜非规则排列，所述微透镜非规则排列包括非规则排列的微透镜，且存在口径不相同的微透镜。
进一步，所述非规则排列为无死区密排的排列方式。
进一步，每个微透镜的边界是不规则的。
进一步，每个微透镜形成的光束发散角满足0.5*Θ<θ<1.5*Θ，Θ为设定的消散斑器件发散角，θ为微透镜形成的光束发散角。
进一步，每个微透镜的口径为10-1000μm。
进一步，每个微透镜的口径为10-100μm。
本发明另一方面提供的一种如上所述的消散斑器件的生成方法，该方法包括：
生成六边形的规则排列，该规则排列中的每个单元为大小相同的圆形；
随机扰动每个圆形单元的中心点，所有中心点的X坐标和Y坐标均可以在预先设置的范围内变动；
确定所有中心点的坐标，以每个中心点为中心，垂直相邻中心点之间的连线且通过该连线中点的直线为两相邻单元的边界；
向每个单元填充相应大小的微透镜。
进一步，所述预先设置的范围为±1um。
本发明另一方面提供的一种激光投影系统，包括激光源、投影透镜和驱动装置，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，驱动装置用于驱动消散斑器件绕中心轴转动。
采用本发明提供的消散斑器件，可以通过控制微透镜数值孔径控制光束发散角，且激光透光率大于85％，能量利用率高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
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，将微透镜进行非规则、杂乱排列，能够起到打破激光相干性的作用，可通过控制微透镜数值孔径控制光束发散角。
如图1所示，本发明提供的消散斑器件包括形成在所述消散斑器件表面上的微透镜非规则排列1，所述微透镜非规则排列1包括非规则排列的微透镜2，且存在口径不相同的微透镜。在该实施例中，所有微透镜的非规则排列是无死区密排的排列方式，即是百分百的填充，且微透镜的边界是不规则的，如图1所示。在其他一些实施例中，微透镜的非规则排列也可以是稀疏排列的。
每个微透镜形成的光束发散角满足0.5*Θ<θ<1.5*Θ，Θ为设定的消散斑器件发散角，θ为微透镜形成的光束发散角。因为微透镜不规则，所以不同方向的光束发散角是不同的，但各个方向的发散角都必须满足上述公式。
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，每个微透镜的口径为10-1000μm，优选地，每个微透镜的口径为10-100μm。在一个具体的实施例中，采用尺寸小于20μm的微透镜对激光束的相干性进行干扰和破坏。
上述消散斑器件的生成方法如下，包括：
生成六边形的规则排列，该规则排列中的每个单元为大小相同的圆形；
随机扰动每个圆形单元的中心点，所有中心点的X坐标和Y坐标均可以在预先设置的范围内变动；
确定所有中心点的坐标，以每个中心点为中心，垂直相邻中心点之间的连线且通过该连线中点的直线为两相邻单元的边界；
向每个单元填充相应大小的微透镜。
优选地，为了使每个单元的大小相差不会太大，且每个单元各方向上的直径大小不会相差太大，所有中心点的X坐标和Y坐标均只能在±1um的范围内进行变动。
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、投影透镜和驱动装置，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，驱动装置用于驱动消散斑器件绕中心轴转动。
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 (8)

1.基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，该方法包括：
生成六边形的规则排列，该规则排列中的每个单元为大小相同的圆形；
随机扰动每个圆形单元的中心点，所有中心点的X坐标和Y坐标均在预先设置的范围内变动；
确定所有中心点的坐标，以每个中心点为中心，垂直相邻中心点之间的连线且通过该连线中点的直线为两相邻单元的边界；
向相应单元填充大小适应的微透镜；
微透镜为凸微透镜，该消散斑器件包括形成在消散斑器件表面上的微透镜非规则排列，所述微透镜非规则排列包括非规则排列的微透镜，且存在口径不相同的微透镜。
2.根据权利要求1所述的基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，所述非规则排列为无死区密排的排列方式。
3.根据权利要求1所述的基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，每个微透镜的边界是不规则的。
4.根据权利要求1所述的基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，每个微透镜形成的光束发散角满足0.5*Θ<θ<1.5*Θ，Θ为设定的消散斑器件发散角，θ为微透镜形成的光束发散角。
5.根据权利要求1所述的基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，每个微透镜的口径为10-1000μm。
6.根据权利要求1所述的基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，每个微透镜的口径为10-100μm。
7.根据权利要求1所述的基于微透镜非规则排列的消散斑器件生成方法，其特征在于，所述预先设置的范围为±1um。
8.一种投影系统，包括激光源、投影透镜和驱动装置，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任一项所述的方法生成的消散斑器件，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，驱动装置用于驱动消散斑器件绕中心轴转动。
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