CN207764484U - 一种激光显示系统及其匀光装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光显示系统的匀光装置，包括依次设于光路中的第一凸透镜、第二凸透镜和匀光棒；第一凸透镜的主点和第二凸透镜的主点之间的距离为第一凸透镜的焦距和第二凸透镜的焦距之和，以便将从光纤出射端阵列出射的各个出射光束均匀地透射至匀光棒中进行匀场。本申请配合使用第一凸透镜和第二凸透镜，采用了远心光路设计，利用光纤跳线输入激光，可以在避免光纤集束导致折损的同时，实现各个出射光束均匀地入射至匀光棒，以降低灼烧匀光棒的风险，节约成本。此外，远心光路的设计还有利于对光路匀场效果进行调节，可有效提高效率和精度。本申请还公开了一种激光显示系统，同样具有上述有益效果。

Description

一种激光显示系统及其匀光装置

技术领域

本申请涉及激光显示技术领域，特别涉及一种激光显示系统及其匀光装置。

背景技术

随着激光显示技术的发展和进步，具有对比度高、饱和度高且色彩丰富等优良特性的激光在人们的生产生活中开始得到广泛应用。

在以激光为光源的激光显示系统中，为了保障显示画面色彩、亮度等的均匀，通常需要采用一定的匀光方法将各个光纤所传输的激光光束重新整形，以获取一定大小和形状且分布均匀的光斑。

一般地，在匀光过程中需要考虑两个主要问题。首先，第一个问题是各个光纤所传输的激光光束的聚集方式。现有技术中采用了将多根剥离了光纤涂覆层的光纤按照一定排列方式紧束在一起并使用粘结剂进行固定的光纤集束方式，但是这样会导致光纤在集束的过渡部分产生急弯，进而引起光纤折损和能量泄露并导致集束端烧毁。

其次，另一个问题是激光光束投射到匀光棒时的空间均匀性问题。匀光棒是本领域中常用来进行匀场的光学器件，入射至匀光棒的光束经过在内壁间的多次反射后，会在匀光棒的出射端形成匀场的光斑。现有技术的匀光棒匀光光路中，如图1所示，各个准直后的激光光束进入匀光散射片a后呈一定扩散角度地投射至会聚透镜b，从而会聚并入射至位于该会聚透镜b焦平面处的匀光棒c。然而，由于该方法采用的是非远心光路，各个激光光束均集中入射至匀光棒c入射端面中的某一点，即其所会聚的光斑面积相对较小，能量相对集中。一方面，这样不利于亮度和色彩等的匀场调试，很可能使得显示画面的亮度、色温等分布不均衡；另一方面，该光路设计容易灼伤匀光棒c入射端面，对造价较高的匀光棒c造成不必要的浪费和损坏，增加成本。

由此可见，采用何种便于进行匀场调试的激光显示系统及其匀光装置，并避免光纤的折损和匀光棒的损坏，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种便于进行匀场调试的激光显示系统及其匀光装置，并避免光纤的折损和匀光棒的损坏。

为解决上述技术问题，本申请提供一种激光显示系统的匀光装置，包括依次设于光路中的第一凸透镜、第二凸透镜和匀光棒；

所述第一凸透镜的主点和所述第二凸透镜的主点之间的距离为所述第一凸透镜的焦距和所述第二凸透镜的焦距之和，以便将从光纤出射端阵列出射的各个出射光束均匀地透射至所述匀光棒中进行匀场。

可选地，所述第一凸透镜的主光轴和所述第二凸透镜的主光轴位于同一条直线上。

可选地，所述匀光棒的入射端面位于所述第二凸透镜的焦平面处。

可选地，还包括设于所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间的匀光散射片，用于调节所述各个出射光束入射至所述匀光棒时的入射角。

可选地，所述匀光散射片的散射角度范围为3°～5°。

可选地，还包括设于所述光纤出射端阵列与所述第一凸透镜之间的准直透镜阵列；

所述准直透镜阵列用于将所述各个出射光束分别进行准直后平行投射至所述第一凸透镜；以便所述第一凸透镜将平行入射的所述各个出射光束分别进行会聚，并由所述第二凸透镜将会聚后又发散入射的所述各个出射光束分别进行准直后均匀地入射至所述匀光棒中进行匀场。

可选地，所述匀光棒的入射端面镀有增透膜。

本申请还提供了一种激光显示系统，包括如上所述任一种激光显示系统的匀光装置。

本申请所提供的激光显示系统的匀光装置包括依次设于光路中的第一凸透镜、第二凸透镜和匀光棒；所述第一凸透镜的主点和所述第二凸透镜的主点之间的距离为所述第一凸透镜的焦距和所述第二凸透镜的焦距之和，以便将从光纤出射端阵列出射的各个出射光束均匀地透射至所述匀光棒中进行匀场。

可见，相比于现有技术，本申请所提供的激光显示系统的匀光装置利用光纤跳线输入激光并采用了远心光路设计，不仅可以在无需光纤集束的情况下实现对各个光纤所传输的激光光束的聚集以避免光纤的折损，还可以使得各个出射光束从第二凸透镜透射后平行(指主光轴)并均匀地入射至匀光棒，以增大入射光斑，降低因入射光斑能量集中而灼烧匀光棒3的风险，节约成本。此外，远心光路的设计还有利于对光路匀场效果进行调节，可有效提高效率和精度。

本申请所提供的激光显示系统包括上述匀光装置，也同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为现有技术中所提供的一种匀光棒匀光光路的光路图；

图2为本申请实施例所提供的一种激光显示系统的匀光装置的结构框图；

图3为本申请实施例所提供的一种激光显示系统的匀光装置的光路图；

图4为本申请实施例所提供的另一种激光显示系统的匀光装置的光路图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种便于进行匀场调试的激光显示系统及其匀光装置，并避免光纤的折损和匀光棒的损坏。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图2和图3，图2为本申请所提供的一种激光显示系统的匀光装置的结构框图；图3为本申请实施例所提供的一种激光显示系统的匀光装置的光路图，包括依次设于光路中的第一凸透镜1、第二凸透镜2和匀光棒3；其中，

第一凸透镜1的主点和第二凸透镜2的主点之间的距离为第一凸透镜1的焦距和第二凸透镜2的焦距之和，以便将从光纤出射端阵列4出射的各个出射光束均匀地透射至匀光棒3中进行匀场。

如图2所示，本申请实施例所提供的激光显示系统的匀光装置，具体是利用第一凸透镜1来对光纤出射端阵列所传输的各个出射光束进行聚集，从而避免了现有技术中光纤集束引发光纤急弯处的破损和能量泄漏；同时，本申请还通过第一凸透镜1与第二凸透镜2的配合使用建立了远心光路，使得各个出射光束最终能够均匀地投射至匀光棒3入射端面中的不同位置处。

具体地，在本申请所提供的匀光装置中，当激光光束从光纤出射端出射后，在出射光束的光路上，依次设置有第一凸透镜1、第二凸透镜2和匀光棒3。其中，第一凸透镜1用于接收并透射来自光纤出射端阵列4中每根光纤的出射光束，第二凸透镜2用于将第一凸透镜1透射的出射光束再次透射至匀光棒3的入射端面。在本申请提供的匀光装置中，各个光纤的出射端只需完成简单的排布即可，无需进行集束，由此可以避免集束导致的光纤急弯，进而可有效防止光纤集束时的折损现象。因此，第一凸透镜1可以选择为尺寸稍大些的凸透镜，以便覆盖到所有出射光束的光路。当然，需要补充的是，本领域技术人员可以自行设计光纤出射端阵列的形状轮廓等，优选地可将其排布成与匀光棒3的入射端面相同的形状轮廓，本申请实施例对此并不进行限定。

此外，在本申请实施例所提供的匀光装置中，第一凸透镜1和第二凸透镜2两者主点间的距离为两者焦距之和，由此可形成远心光路，因远心光路的特性，从第二凸透镜2透射的各个出射光束的主光路均是平行的，进而有效提高第二凸透镜2将各个出射光束透射到匀光棒3时的均匀性，即，令各个出射光束分别投射到匀光棒3入射端面上的不同位置，增大光斑面积，从而防止高能量聚集对匀光棒3带来的损伤。

此外，根据成像规律，经第二凸透镜2透射至匀光棒3入射端面的入射光斑大小一方面与投射至第一凸透镜1的出射光斑大小有关，另一方面与第二凸透镜2和第一凸透镜1的焦距之比有关。因此，当其他条件一致时，本领域技术人员可以根据实际应用情况自行选择合适焦距的第一凸透镜1和第二凸透镜2，以得到与匀光棒3入射端面大小相契合的入射光斑。

可见，本申请所提供的激光显示系统的匀光装置利用光纤跳线输入激光并采用了远心光路设计，不仅可以在无需光纤集束的情况下实现对各个光纤所传输的激光光束的聚集以避免光纤的折损，还可以使得各个出射光束从第二凸透镜2透射后平行(指主光轴)并均匀地入射至匀光棒3，以增大入射光斑，降低因入射光斑能量集中而灼烧匀光棒3的风险，节约成本。此外，远心光路的设计还有利于对光路匀场效果进行调节，可有效提高效率和精度。

如图3所示，本申请所提供的激光显示系统的匀光装置，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，第一凸透镜1的主光轴和第二凸透镜2的主光轴位于同一条直线上。

在图3所示的该种匀光装置的光路图中，光纤出射端阵列4中各个光纤所射出的出射光束直接以发散的角度入射至第一凸透镜1，而后变成平行的出射光束，投射至第二凸透镜2，由第二凸透镜2将平行的出射光束再次进行会聚以射入匀光棒3中。

容易理解的是，本申请所提供的匀光装置中，第一凸透镜1和第二凸透镜2的主光轴优选均位于同一条直线上，以便形成主光轴上下对称而均匀的光路。

作为一种优选实施例，匀光棒3的入射端面位于第二凸透镜2的焦平面处。

具体地，对于第二凸透镜2透射后的每一个出射光束，该光束内的所有光线都将会聚在该出射光束的主光线与第二凸透镜2焦平面的交点处。而为了使每个出射光束都能在会聚后精准地射入匀光棒3，优选地，可将匀光棒3的入射端面设在第二凸透镜2的焦平面内。

作为一种优选实施例，还包括设于第一凸透镜1和第二凸透镜2之间的匀光散射片5，用于调节各个出射光束入射至匀光棒3时的入射角。

具体地，匀光散射片5是光学领域中常用的、具有反光和散射功能的光学器件。各个出射光束在透过匀光扩散片5之后，会发生角度上的略微变化，使得最终入射到匀光棒3入射端面时的入射角也发生变化，进而也改变入射光斑大小。从匀光效果角度考虑，每个出射光束的入射角越大越好，因此，本领域技术人员可以根据实际应用情况自行调整匀光散射片5的散射角度和位置，以便得到理想大小的入射角和理想大小的入射光斑。一般地，当匀光散射片5越靠近第二凸透镜2，最终得到的入射光斑面积越小。

作为一种优选实施例，匀光散射片5的散射角度范围为3°～5°。

具体地，根据实验结果，本申请实施例所提供的优选的匀光散射片5的散射角度为3°～5°；当然本领域技术人员也可以根据实际应用情况自行选择其他类型的匀光散射片5，本申请实施例对此并不进行限定。

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的另一种激光显示系统的匀光装置的光路图。如图4所示，作为一种优选实施例，还包括设于光纤出射端阵列4与第一凸透镜1之间的准直透镜阵列6；

准直透镜阵列6用于将各个出射光束分别进行准直后平行投射至第一凸透镜1；以便第一凸透镜1将平行入射的各个出射光束分别进行会聚，并由第二凸透镜2将会聚后又发散入射的各个出射光束分别进行准直后均匀地入射至匀光棒3中进行匀场。

具体地，在上述实施例的基础上，还可以通过增设准直透镜阵列6以获取准直后的出射光束，进而由第一凸透镜1和第二凸透镜2对准直后的出射光束进行匀场处理。其中，准直透镜阵列6即为设在各个光纤出射端处的准直透镜所构成的阵列，通过各个准直透镜可将各个光纤所传输的出射光束准直为平行的出射光束，进而由第一凸透镜1作为会聚透镜进行会聚。会聚后的各个出射光束均相交与第一凸透镜1的焦点处，继而发散投射至第二凸透镜2。第二凸透镜2则作为准直透镜，使得准直后的各个出射光束的主光线均相互平行，均匀地入射至匀光棒3中。

作为一种优选实施例，匀光棒3的入射端面镀有增透膜。

具体地，为了进一步减少出射光束入射至匀光棒3时的损耗，本申请实施例所提供的匀光装置中可以在匀光棒3的入射端面镀增透膜，以便令该损耗对系统输出功率的影响降至最小。

本申请还提供了一种激光显示系统，包括如以上任一实施例所介绍的激光显示系统的匀光装置。

本申请所提供的激光显示系统的具体实施方式与上文所描述的激光显示系统的匀光装置可相互对应参照，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光显示系统的匀光装置，其特征在于，包括依次设于光路中的第一凸透镜、第二凸透镜和匀光棒；

所述第一凸透镜的主点和所述第二凸透镜的主点之间的距离为所述第一凸透镜的焦距和所述第二凸透镜的焦距之和，以便将从光纤出射端阵列出射的各个出射光束均匀地透射至所述匀光棒中进行匀场。

2.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，所述第一凸透镜的主光轴和所述第二凸透镜的主光轴位于同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光棒的入射端面位于所述第二凸透镜的焦平面处。

4.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，还包括设于所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间的匀光散射片，用于调节所述各个出射光束入射至所述匀光棒时的入射角。

5.根据权利要求4所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光散射片的散射角度范围为3°～5°。

6.根据权利要求4所述的匀光装置，其特征在于，还包括设于所述光纤出射端阵列与所述第一凸透镜之间的准直透镜阵列；

所述准直透镜阵列用于将所述各个出射光束分别进行准直后平行投射至所述第一凸透镜；以便所述第一凸透镜将平行入射的所述各个出射光束分别进行会聚，并由所述第二凸透镜将会聚后又发散入射的所述各个出射光束分别进行准直后均匀地入射至所述匀光棒中进行匀场。

7.根据权利要求1至6任一项所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光棒的入射端面镀有增透膜。

8.一种激光显示系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的激光显示系统的匀光装置。