CN116540487A - 一种双重复眼透镜系统的匀光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双重复眼透镜系统的匀光系统，包括投影机原始复眼透镜、投影机内部中继光路、空间光调制器和投影机光源入射光线，在投影机光源入射光线和投影机原始复眼透镜之间设置有匀光复眼和成像准直光学结构，且成像准直光学结构输出成像准直光学结构输出光线进入投影机原始复眼透镜中；投影机光源入射光线进入匀光复眼进行匀光，之后进入成像准直光学结构，在其中准直，之后输出成像准直光学结构输出光线进入投影机原始复眼透镜中，再次匀光之后，经过投影机内部中继光路进入空间光调制器中，配合投影机镜头，投射画面；采用上述系统优化激光光源产生的云雾状散斑，并且可模块化使用。

Description

一种双重复眼透镜系统的匀光系统
技术领域
本发明涉及投影机匀光技术领域，具体涉及一种双重复眼透镜系统的匀光系统。
背景技术
随着技术的发展，使用激光光源的投影机是未来主流投影显示设备的一个重要组成部分。在投影机中利用激光做投影光源拥有以下优点：第一、寿命长，在室温下寿命可达100000h；第二、由于激光的色纯度好，激光投影机的色彩还原性好，激光显示的色域比荧光粉发光显示的大很多，激光显示技术显示的图像色彩更加丰富；第三、使用激光作为投影光源时，其光学系统可以不需要分色系统，也不用透镜聚焦，因此投影图像不会产生失真或变形。
但是，使用激光作为投影机光源的缺点也十分明显，常见的投影机使用的单复眼透镜结构用于光学整形，其匀光结构如图2所示。但对于激光光源，因激光的高相干性，单复眼透镜使用会导致投影画面产生云朵状色块，影响画面，就是散斑现象。散斑现象是指当人眼观看屏幕上的图像时，人眼会感觉屏幕上密密麻麻地遍布着小闪光点，并且会感到头晕。散斑现象的本质上是激光的干涉性质导致的，通过复眼透镜前，不同位置的激光的相位为相通相位，相同相位经过非毛面光学系统后，在空间光调制器上的相位差固定，即发生不同相位差的光学干涉，会产生不同明暗，不同大小的云雾状斑块，即不随人眼位置移动的散斑，散斑现象严重影响了激光投影机的性能。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种双重复眼透镜系统的匀光系统，通过增设匀光复眼和成像准直光学结构，由于复眼上密密麻麻的微单元使得原本相位差发生改变，增多相位差分布情况和随机性，使得原本云雾状斑块内部产生很多随机相位差的叠加。当足够多的随机相位差叠加，就产生自然光的现象，也就消除云雾状散斑。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种双重复眼透镜系统的匀光系统，包括投影机原始复眼透镜、投影机内部中继光路、空间光调制器和投影机光源入射光线，在投影机光源入射光线和投影机原始复眼透镜之间设置有匀光复眼和成像准直光学结构，且成像准直光学结构输出成像准直光学结构输出光线进入投影机原始复眼透镜中；
投影机光源入射光线进入匀光复眼进行匀光，之后进入成像准直光学结构，在其中准直，之后输出成像准直光学结构输出光线进入投影机原始复眼透镜中，再次匀光之后，经过投影机内部中继光路进入空间光调制器中，配合投影机镜头，投射画面。
作为本发明进一步的方案：投影机光源入射光线负责提供三色光源，为近似平行光。
作为本发明进一步的方案：投影机原始复眼透镜尺寸为A1，光斑尺寸为A7，其中A7＜A1。
作为本发明进一步的方案：投影机原始复眼透镜允许入射光发散角范围为θ1，成像准直光学结构输出光线的发散角为θ，其中θ＜θ1。
作为本发明进一步的方案：匀光复眼的焦距为f5，单元尺寸为A5，成像准直光学结构的焦距为f6，其中A7/A5＝f5/f6。
作为本发明进一步的方案：一种使用上述的双重复眼透镜系统的匀光系统的匀光方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、投影机光源入射光线进入匀光复眼，进行匀光；
步骤二、经过匀光复眼匀光之后的投影机光源入射光线进入成像准直光学结构，在其中准直；
步骤三、成像准直光学结构输出成像准直光学结构输出光线进入投影机原始复眼透镜中，再次匀光；
步骤四、经过投影机原始复眼透镜再次匀光的光线经过投影机内部中继光路进入空间光调制器中，配合投影机镜头，投射画面。
本发明的有益效果：
本发明通过在投影机光源入射光线和投影机原始复眼透镜之间设置匀光复眼和成像准直光学结构，其中投影机光源入射光线经过匀光复眼匀光之后进入成像准直光学结构，在其中准直，之后输出成像准直光学结构输出光线进入投影机原始复眼透镜中，再次匀光之后，经过投影机内部中继光路进入空间光调制器中，配合投影机镜头，投射画面，保证投影机亮度不会衰减的情况下，消除激光光源产生的云朵状色块，并且匀光复眼和成像准直光学结构能够组成模块，针对不同投影机的接收角度，进行模块化设计，制作适配接口。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明匀光系统结构示意图；
图2是现有技术中匀光系统结构示意图。
图中：1、投影机原始复眼透镜；2、投影机内部中继光路；3、空间光调制器；4、投影机光源入射光线；5、匀光复眼；6、成像准直光学结构；7、成像准直光学结构输出光线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种双重复眼透镜系统的匀光系统，该匀光系统包括投影机原始复眼透镜1、投影机内部中继光路2、空间光调制器3和投影机光源入射光线4，其特征在于，在投影机光源入射光线4和投影机原始复眼透镜1之间设置有匀光复眼5和成像准直光学结构6，且成像准直光学结构6输出成像准直光学结构输出光线7进入投影机原始复眼透镜1中；
其中投影机光源入射光线4经过匀光复眼5匀光之后进入成像准直光学结构6，在其中准直，之后输出成像准直光学结构输出光线7进入投影机原始复眼透镜1中，再次匀光之后，经过投影机内部中继光路2进入空间光调制器3中，配合投影机镜头，投射画面。
进一步的投影机原始复眼透镜1，负责形成对应长宽比例的方形均匀光斑，其中投影机原始复眼透镜1的焦距为f1，该f1根据内部光学系统相应的设定，投影机原始复眼透镜1尺寸为A1，A1根据投影机内部的光学结构和空间光调制器3的尺寸进行对应设定，投影机原始复眼透镜1允许入射光发散角范围为θ1，θ1根据不同的投影机内部光学结构进行相应的设定；
进一步的投影机内部中继光路2将投影机原始复眼透镜1形成的方形均匀光斑成像在指定位置，也就是空间光调制器3上，其中空间光调制器3到第一片透镜的距离为工作距离，该工作距离设定为BFL2，BFL2根据投影机不同的设计需求进行对应设定；
进一步的空间光调制器3配合投影机镜头，负责投射所需画面，空间光调制器3上有对应数量像素，包括但不限于1920*1080个像素或4K标准下像素数量，像素改变颜色和亮度，通过镜头后的投射画面也会改变，其中空间光调制器3的尺寸为A3，A3为标准器件尺寸；
进一步的投影机光源入射光线4负责提供三色光源，一般为近似平行光；
进一步的匀光复眼5负责形成方形光斑，其中匀光复眼5的焦距为f5，单元尺寸为A5，单元数量为B5；
进一步的成像准直光学结构6将匀光复眼5形成的光斑准直成近似平行光，其中成像准直光学结构6的焦距为f6，且成像准直光学结构输出光线7的发散角为θ和光斑尺寸为A7。
一种匀光方法，使用上述的双重复眼透镜系统的匀光系统，该方法包括以下步骤：
步骤一、投影机光源入射光线4进入匀光复眼5，进行匀光；
步骤二、经过匀光复眼5匀光之后的投影机光源入射光线4进入成像准直光学结构6，在其中准直；
步骤三、成像准直光学结构6输出成像准直光学结构输出光线7进入投影机原始复眼透镜1中，再次匀光；
步骤四、经过投影机原始复眼透镜1再次匀光的光线经过投影机内部中继光路2进入空间光调制器3中，配合投影机镜头，投射画面。
其中投影机原始复眼透镜1的允许入射发散角θ1，与成像准直光学结构输出光线7的发散角θ需满足一定关系，当θ7＜θ1时，则满足使用要求。另外光斑尺寸A7与投影机原始复眼透镜1尺寸A1也需满足一定关系，即A7＜A1；
进一步光斑尺寸A7与匀光复眼5的焦距f5，单元尺寸A5和成像准直光学结构6的焦距f6，需满足一定关系，即A7/A5＝f5/f6。成像准直光学结构输出光线7的发散角θ7与焦距f5和成像准直光学结构6的焦距f6有关。
进一步的投影机内部中继光路2为对应投影机内部的中继光路，空间光调制器3为现有的常规标准器件，成像准直光学结构6为现有的准直光学结构，在此不做赘述。
满足上述条件情况下，可以在保证投影机亮度不会衰减的情况下，消除激光光源产生的云雾状散斑。
本发明可以将匀光复眼5和成像准直光学结构6组成模块，针对不同投影机的接收角度，进行模块化设计，制作适配接口。
本发明的工作原理：
通过增设匀光复眼和成像准直光学结构，由于复眼上密密麻麻的微单元使得原本相位差发生改变，增多相位差分布情况和随机性，使得原本云雾状斑块内部产生很多随机相位差的叠加，当足够多的随机相位差叠加，就产生自然光的现象，也就消除云雾状散斑。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种双重复眼透镜系统的匀光系统，包括投影机原始复眼透镜(1)、投影机内部中继光路(2)、空间光调制器(3)和投影机光源入射光线(4)，其特征在于，在投影机光源入射光线(4)和投影机原始复眼透镜(1)之间设置有匀光复眼(5)和成像准直光学结构(6)，且成像准直光学结构(6)输出成像准直光学结构输出光线(7)进入投影机原始复眼透镜(1)中；
投影机光源入射光线(4)进入匀光复眼(5)进行匀光，之后进入成像准直光学结构(6)，在其中准直，之后输出成像准直光学结构输出光线(7)进入投影机原始复眼透镜(1)中，再次匀光之后，经过投影机内部中继光路(2)进入空间光调制器(3)中，配合投影机镜头，投射画面。
2.根据权利要求1所述的一种双重复眼透镜系统的匀光系统，其特征在于，投影机光源入射光线(4)提供三色光源，为近似平行光。
3.根据权利要求1所述的一种双重复眼透镜系统的匀光系统，其特征在于，投影机原始复眼透镜(1)尺寸为A1，光斑尺寸为A7，其中A7＜A1。
4.根据权利要求1所述的一种双重复眼透镜系统的匀光系统，其特征在于，投影机原始复眼透镜(1)允许入射光发散角范围为θ1，成像准直光学结构输出光线(7)的发散角为θ，其中θ＜θ1。
5.根据权利要求4所述的一种双重复眼透镜系统的匀光系统，其特征在于，匀光复眼(5)的焦距为f5，单元尺寸为A5，成像准直光学结构(6)的焦距为f6，其中A7/A5＝f5/f6。
6.一种使用权利要求1所述的双重复眼透镜系统的匀光系统的匀光方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、投影机光源入射光线(4)进入匀光复眼(5)，进行匀光；
步骤二、经过匀光复眼(5)匀光之后的投影机光源入射光线(4)进入成像准直光学结构(6)，在其中准直；
步骤三、成像准直光学结构(6)输出成像准直光学结构输出光线(7)进入投影机原始复眼透镜(1)中，再次匀光；
步骤四、经过投影机原始复眼透镜(1)再次匀光的光线经过投影机内部中继光路(2)进入空间光调制器(3)中，配合投影机镜头，投射画面。
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