CN206725944U - 一种新型激光投影照明系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型激光投影照明系统，包括激光光源、准直压缩系统、二向色镜、二元光学元件以及DMD芯片，所述激光光源发出激光经准直压缩系统进行压缩，并保持平行光出射照射至二向色镜上进行分光，再入射到二元光学元件上，经二元光学元件再到达DMD芯片，所述的二元光学元件用于根据所用的显示芯片的比例对入射激光进行整形，和/或对入射激光进行消散斑处理。本实用新型提供的新型激光投影照明系统，结构简单紧凑，相对于目前用的照明系统，光学效率提高一倍以上，组装和生产简单，有效提高安装可靠性和生产效率，利用率高，适于规模化生产，值得在业内推广。
Description
技术领域
本实用新型属于激光投影技术领域，具体涉及一种新型激光投影照明系统。
背景技术
激光电视作为第四代电视，是当前研究热点。已有照明系统中，光源采用以下实施方案：
(1)激光和荧光混合光源；
(2)激光+LED混合光源；
(3)激光+荧光+LED混合光源；
(4)红、绿、蓝三色纯激光光源；
其中，由于激光的单色性好，色彩纯度高，亮度高、数值孔径小等优点，可用于大屏幕激光电视，因此第(4)种方案成为激光投影领域的未来发展方向，但该种方案中，最大的挑战来自于激光的散斑不容易消除，特别是绿色激光更为严重。
第(4)种方案虽然有诸多非常明显的优点，但存在以下三个问题(1)红色激光和绿色激光价格非常高，普通消费类产品难以接受，(2)散热和寿命达不到实际使用要求，存在持续改进的需要，(3)绿激光的散斑消除比较困难。因此，目前光源的主流方案仍然是第(1)、(2)、(3)方案。
但随着激光技术的发展和市场对更高质量激光显示的需求，第(4)种方案将是激光显示的未来重点发展方向。当前，红、绿、蓝三色纯激光光源方案，主要用于影院或者高端工程应用领域，一台都要几十万甚至几百万。在系统实现上，要通过非常复杂的几何光路或者光纤导光传输方式进行传输，传输效率很低。
如图1所示几何光路处理系统，上述方案的光路系统复杂，主要包括激光光源11、准直系统12、分色片13、聚光系统14、激光消散斑系统15、光棒或者光斑整形系统16、中继镜系统17、DMD芯片18，设计难度大，需要用分色片13将不同颜色的光源进行合光，再用光棒16进行匀光和光斑形状整形，光路布局复杂，同时还要在光路中加入复杂的激光消散斑系统，结构系统也非常复杂。
如图2所示是光纤导光传输系统，上述方案的光路系统主要包括激光光源21、准直系统22、导光光纤束23、激光24、激光消散斑系统24、光棒或者光斑整形系统25、中继镜系统26、DMD芯片27。先要通过聚焦系统，将激光束聚焦在直径几有几微米或者几十微米的光纤束里面，再通过光纤束进行传输。在把激光耦合到光纤的过程中，需要复杂的光纤耦合光学系统，同时耦合过程中，激光能量损失也非常大，同时也需要在光路中加入复杂的激光消散斑系统，整个系统的光路、结构都非常复杂，要求的装配精度非常高，成本高，无法用于民用的激光显示产品。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、可有效提高光学效率的新型激光投影照明系统。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种新型激光投影照明系统，包括激光光源、准直压缩系统、二向色镜、二元光学元件以及DMD芯片，所述激光光源发出激光经准直压缩系统进行压缩，并保持平行光出射照射至二向色镜上进行分光，再入射到二元光学元件上，经二元光学元件再到达DMD芯片，所述的二元光学元件用于根据所用的显示芯片的比例对入射激光进行整形，和/或对入射激光进行消散斑处理。
优选地，该激光投影照明系统还包括TIR棱镜，所述激光光源发出激光经准直压缩系统进行压缩，并保持平行光出射照射至二向色镜上进行分光，再入射到二元光学元件上，经二元光学元件照射至TIR棱镜，经TIR棱镜的反射再到达DMD芯片。
优选地，所述激光光源发出的激光包括红激光、绿激光、蓝激光中的至少一种。
二元光学元件采用平板形状，厚度为1～3mm。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的新型激光投影照明系统，采用二元光学元件实现对激光光源发出的激光进行整形、匀光、消散斑处理，取代了现有技术中采用的聚光系统、光棒、消散斑系统和中继系统，使整个系统简化，结构紧凑，且相对于目前常用的照明系统，光学效率提高一倍以上，组装和生产简单，有效提高安装可靠性和生产效率，利用率高，适于规模化生产，值得在业内推广。
附图说明
图1是现有技术中激光投影所采用的照明系统；
图2是本实用新型激光投影照明系统的结构示意图；
图3是本实用新型激光投影照明系统一实施方式的结构示意图；
图4是本实用新型激光投影照明系统另一实施方式的结构示意图。
附图标记说明：31、激光光源；32、准直压缩系统；33、二向色镜；34、二向色镜；35、二元光学元件；36、DMD芯片；41、激光光源；42、准直压缩系统；43、二向色镜；44、二向色镜；45、二元光学元件；47、TIR棱镜；46、DMD芯片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明，为便于描述以及做相应的对比，在展示现有技术的图示(图1、图2)中以及展示本实用新型具体实施例的图示(图3、图4)中，对于相同功能的零部件采用不同的编号，但是依然使用相同的技术名称。
如图3所示，本实用新型的新型激光投影照明系统，由激光光源31、准直压缩系统32、二向色镜33、34，二元光学元件35，以及DMD芯片36组成。激光光源31、准直压缩系统32、二向色镜33、34、二元光学元件35和DMD芯片36由左及右依次设置。此处由左及右即指激光光源31出射光的传播方向。
红、绿、蓝三色激光器31发出激光，经过准直压缩系统32进行压缩，以平行光分别入射到二向色镜33、34上进行分光，绿色激光透过二向色镜33、34，蓝色激光由二向色镜 33反射、透过二向色镜34，红色激光由二向色镜34反射，三色激光汇合到二元光学元件 35上，经二元光学元件35对激光光源可同时实现匀光、光斑形状整形(如16：9或4：3 的矩形)、消散斑，照射到DMD芯片36。通过DMD芯片反射进投影镜头，在投影屏幕上成像。此种方式为采用直接照明方式，采用直接照明的方式，可以使光路更简单，成本更低，但会影响是画面的均匀性和光效。
如图4所示，本实用新型的新型激光投影照明系统另一实施方式，由激光光源41、准直压缩系统42、二向色镜43、44，二元光学元件45，TIR棱镜47以及DMD芯片46组成。激光光源41、准直压缩系统42、二向色镜43、44，二元光学元件45，TIR棱镜47以及DMD 芯片46由左及右依次设置，DMD芯片46设置于TIR棱镜47的上侧。此处由左及右即指激光光源41出射光的传播方向，上侧即指TIR棱镜47的反射方向。
红、绿、蓝三色激光器41发出激光，经过准直压缩系统42进行压缩，以平行光分别入射到二向色镜43、44上进行分光，绿色激光透过二向色镜43、44，蓝色激光由二向色镜 43反射、透过二向色镜44，红色激光由二向色镜44反射，三色激光汇合到二元光学元件 45上，经二元光学元件46对激光光源可同时实现匀光、光斑形状整形(如16：9或4：3 的矩形)、消散斑，再通过TIR棱镜47全反射到达DMD芯片46。通过DMD芯片46反射进投影镜头，在投影屏幕上成像。此种方式为采用TIR棱镜的照明方式，采用TIR棱镜的方式，可以使DMD上的照明更均匀，投影画面的均匀性更高。
上述激光光源可以发出但不限于红激光、绿激光或蓝激光。
值得说明的是，二元光学元件可以用于激光消散斑和激光整形。本方案中用二元光学元件将圆形激光束整形成所需要的光斑形状。因此，本方案中采用的是一片厚度为1—3mm 的平板形状的二元光学元件，替代现有技术(图1所述)中的聚光系统14、激光消散斑系统15、光棒或者光斑整形系统16、中继镜系统17，直接将分色片13出射的平行激光光束整形成与DMD芯片18相似形状的光斑，照射到DMD上，再通过DMD反射，进入成像镜头，投射到屏幕上成像。通过二元光学元件，可以将整个系统中14-17部分的长度由原来的至少150mm缩短为20mm以下，系统的外形尺寸大大缩小，结构非常紧凑，成本也大幅度降低。另外用一片平板形状的二元光学元件替代24-27中的复杂系统，装配和生产也大大简化，装配精度可以大幅度提高，生产效率得到大幅度提升。
同时，经过二元光学元件整形的光束，在整形过程中，通过二元光学面形的设计，同时实现消散斑功能，得到的光斑均匀性远高于图1中所示的系统，可达到95％以上，而图1中系统一般只能达到80％左右，图2中系统一般只能够达到70％左右。二元光学元件，因为不需要经过那么多的光学镜片进行聚焦、整形，其效率可以达到95％以上，比图1中所示系统的效率要高30％以上，比图2所示系统的效率高一倍以上。
DMD芯片28，对应不同的分辨率，其形状可以是4：3、16：9或者16：10，通过对二元光学元件的设计，满足不同分辨率和形状的DMD的系统中照明光路的要求。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种新型激光投影照明系统，其特征在于：包括激光光源、准直压缩系统、二向色镜、二元光学元件以及DMD芯片，所述激光光源发出激光经准直压缩系统进行压缩，并保持平行光出射照射至二向色镜上进行分光，再入射到二元光学元件上，经二元光学元件再到达DMD芯片，所述的二元光学元件用于根据所用的显示芯片的比例对入射激光进行整形，和/或对入射激光进行消散斑处理。
2.根据权利要求1所述的新型激光投影照明系统，其特征在于：所述激光投影照明系统还包括TIR棱镜，所述激光光源发出激光经准直压缩系统进行压缩，并保持平行光出射照射至二向色镜上进行分光，再入射到二元光学元件上，经二元光学元件照射至TIR棱镜，经TIR棱镜的反射再到达DMD芯片。
3.根据权利要求1所述的新型激光投影照明系统，其特征在于：所述激光光源发出的激光包括红激光、绿激光、蓝激光中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的新型激光投影照明系统，其特征在于：二元光学元件采用平板形状，厚度为1～3mm。
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| CN107045256A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-08-15 | 成都九天光学技术有限公司 | 一种新型激光投影照明系统 |
| CN108415213A (zh) * | 2018-04-29 | 2018-08-17 | 中国华录集团有限公司 | 一种激光投影显示用匀光板透镜一体化系统 |
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