CN208334800U - 一种激光投影光路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光投影光路装置，主要解决了现有技术里，在激光投影中消除散斑效果一般，透光率降低的技术问题，通过采用包括激光光源，在激光光源的前进光路上依次设置有扩束器、空间光调制器、微透镜阵列、光管、投影镜头以及显示屏；所述扩束器是用来扩大激光光束的直径；所述空间光调制器能够对光束进行分束和整形；所述微透镜阵列为微凸透镜阵列，所述微透镜阵列还固定连接有振动器，所述振动器是能够对微透镜阵列进行一定频率振动的技术路线，非常适用于激光投影技术领域。

Description

一种激光投影光路装置

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体涉及一种激光投影光路装置。

背景技术

传统投影显示设备普遍使用的是金属卤素灯、UHE灯泡、UHP灯泡等光源。这些光源由于其固有的发光机理，其寿命通常只有几千小时，辐射光谱中含有紫外(UV)和红外(IR)光，因此需要紫外和红外滤光片，增加光路系统设计的复杂性。近年来采用LED光源替代传统灯泡光源，用于投影显示系统，具有使用寿命长、体积小，响应速度快，无紫外或红外辐射等优点。然而，由于其属于朗伯发光光源，在高亮度、大屏幕显示方面显得不足，大大影响了LED在投影显示技术上的应用空间，此外，LED波长一般为几十纳米，在色域空间上仍然无法完全真实还原自然空间的颜色。

采用激光作为投影系统的光源具有很多优势：激光单色性好，为线光谱，有很高的饱和度，其色域覆盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上，即NTSC标准的2倍以上，突破现有显示技术色域空间的不足，实现更加真实的色彩还原。由于激光光线的波长是固定的，因而看上去更舒服，没有那种灯泡刺眼的不舒服感觉。更重要的是，没有传统光源的紫外线，使得眼睛看画面的时候很放松。同时激光的电光转换效率高，方向性好，易于实现高亮度投影显示。此外，激光显示技术还具有对比度高、寿命长、环保、节能等优点，必将成为下一代显示即全色显示时代的主流显示技术。但是由于激光的相干特性使得当一束激光照射到具有漫射特性的粗糙表面时，屏幕显示中出现了斑点，即激光散斑，这大大影响了活动影像再现的清晰度，要解决这个问题，必然使得光学和屏幕系统变得复杂。要消除激光散斑，其本质是降低激光的空间和时间相干性。

而在现有技术中，主要是通过空间相调制技术来降低激光的相干性，主要有通过匀光装置，进行对光束的均匀化，或者增加两个散光片组，通过调节两个散光片组之间的间距和入射角度。又或者在光棒上增加光纤耦合装置以及在显示屏进行光纤一一对应，又或者在投影装置上增加震动装置，利用视觉停留达到减少散斑的目的。但是现有技术中仍然存在，消除散斑效果不很理想，且利用散光片会降低透光度，从而降低显示色彩亮度与饱和度的问题。因此提供一种消除散斑效果良好，透光度基本保持不变的激光投影光路装置是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光投影光路装置，具有消除散斑效果良好，透光度基本保持不变的优点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种激光投影光路装置，包括激光光源，在激光光源的前进光路上依次设置有扩束器、空间光调制器、微透镜阵列、光管、投影镜头以及显示屏；所述扩束器是用来扩大激光光束的直径；所述空间光调制器能够对光束进行分束和整形；所述微透镜阵列为微凸透镜阵列，所述微透镜阵列还固定连接有振动器，所述振动器是能够对微透镜阵列进行一定频率振动。

上述方案中，为优化，进一步地，所述扩束器为伽利略式激光扩束器，该扩束器技术成熟，效果良好，成本不高。

进一步地，所述空间光调制器为液晶光阀，且空间光调制器与扩束器的光阀进行光对准，液晶光阀(LCLV)也是目前应用范围最广的空间光调制器，对于激光光束具有良好的整形效果，进行光对准从而保证激光光束的完整性。

进一步地，所述微透镜阵列为Norland紫外固化光学胶与Si材质制作而成的微透镜阵列。微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。微透镜阵列将一个完整的激光波前光场在空间上分成许多微小单元,每一部分都被相应的小透镜聚焦在焦平面。Norland紫外固化光学胶，型号我们这里选用NOA73，是一种光学透明度很好的液态粘合剂，紫外光曝光固化后的光透过率基本能达到100％，基于NOA73的微透镜阵列可以在改变入射光方向的同时保证较高的透光率。

进一步地，所述微透镜阵列的阵列长度为5mm-8mm，阵列宽度为13mm-16mm，微透镜可以一定程度上改变原有光束的传播路径，而微透镜阵列的透光率更高。

进一步地，所述微透镜阵列上在排列设置包括不少于20个微透镜，所述微透镜的直径为50um-800um，微透镜的直径范围，超过800或者低于50，对透光度的效率没有太多增加，却会增加成本。

本实用新型的有益效果是：效果一，消除散斑效果良好，结合实施例，通过本实用新型设置的扩束器与空间光调制器，可以对激光进行一个非常良好的扩束、整形、匀光的作用，从而通过振动的NOA73的微透镜后，取得对散斑的消除效果良好，大约能够降低80％以上。

效果二，激光透光率基本不变。同样是结合实施例，通过对NOA73微透镜(微透镜外镀增透膜)的实验数据对比，基本可以保持透光率95％以上。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的微透镜阵列的结构示意图；

图中，1-激光光源，2-扩束器，3-空间光调制器，4-微透镜阵列，5-光管，6-投影镜头，7-显示屏。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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相连，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实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。如图1-图2所示，一种激光投影光路装置，包括激光光源1，在激光光源1的前进光路上依次设置有扩束器2、空间光调制器3、微透镜阵列4、光管5、投影镜头6以及显示屏7；所述扩束器2是用来扩大激光光束的直径；所述空间光调制器3能够对光束进行分束和整形；所述微透镜阵列4为微凸透镜阵列，所述微透镜阵列4还固定连接有振动器，所述振动器是能够对微透镜阵列4进行一定频率振动，振动器这里采用30Hz的频率。

具体地，所述扩束器2为伽利略式激光扩束器，扩束器是能够扩大激光光源射出的光束的直径，该扩束器技术成熟，效果良好，成本不高。

具体地，所述空间光调制器3为液晶光阀，且空间光调制器3与扩束器2的光进行光对准，液晶光阀(LCLV)也是目前应用范围最广的空间光调制器，对于激光光束具有良好的整形效果，进行光对齐从而保证激光光束的完整性。

具体地，所述微透镜阵列4为Norland紫外固化光学胶与Si材质制作而成的微透镜阵列。微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。微透镜阵列将一个完整的激光波前光场在空间上分成许多微小单元,每一部分都被相应的小透镜聚焦在焦平面。Norland紫外固化光学胶，型号我们这里选用NOA73，是一种光学透明度很好的液态粘合剂，紫外光曝光固化后的光透过率基本能达到100％，基于NOA73的微透镜阵列可以在改变入射，光方向的同时保证较高的透光率上。

具体地，所述微透镜阵列4的阵列长度为7mm，阵列宽度为15mm，微透镜可以一定程度上改变原有光束的传播路径，而微透镜阵列的透光率更高。

具体地，所述微透镜阵列4上排列设置包括不少于20个微透镜，所述微透镜的直径为50um-800um，微透镜的直径范围，超过800或者低于50，对透光度的效率没有太多增加，却会增加成本。

针对不同尺寸的微透镜阵列，其透光效率测试如下表1，可知，随着单个透镜单元直径的减小，微透镜阵列的透光效率逐渐降低，而测试结果是在微透镜阵列入射表面没有镀增透膜的情况下测得，对于镀有增透膜的光学结构，通常系统的透光率可以增加7％以上，意味着透镜直径200μm的微透镜阵列透光率可达到95％以上，其透光效率超出了大多散射片结构。

而针对30hz频率振动的不同直径透镜的消除散斑的效果对比，则如表2所示。可知，振动的微透镜阵列结构可以在保证系统光损较小的情况下有效的降低散斑对比度。250μm的微透镜阵列在高透过率的前提下可以实现18.78％的散斑对比度。

微透镜阵列的透光效率表

表1

不同直径对散斑对比度消除效果

表2

具体实施例：激光光源1发出的激光束(一般为圆形或者椭圆形光斑，且光强分布不均匀，通常为高斯分布)经扩束器2扩束后，入射到空间光调制器3变换成强度均匀分布的矩形光束，照射到微透镜阵列4上，这里我们选用7mm×15mm，直径为250um的微透镜阵列4，此时微透镜阵列4是在以30赫兹的频率处于振动状态，可以一定程度上改变原有光束的传播路径，而微透镜整列4的透光率更高。当微透镜整列4以一定频率振动时，在成像统的积分时间内，可以形成多幅独立的散斑图样，从而通过时间平均减弱散斑对比度。然后图像进入光管5进行进一步匀光，最后通过投影镜头6投射在显示屏7上。最后可以得到结论，本实用新型该实施例能够减少散斑对比度80％以上，而透光率超过95％，对光线基本没有影响，后续如果能够经过紫外光曝光固化后的光透过率基本能达到100％。对激光投影领域具有非常好的应用前景。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光投影光路装置，其特征在于，包括激光光源（1），在激光光源（1）的前进光路上依次设置有扩束器（2）、空间光调制器（3）、微透镜阵列（4）、光管（5）、投影镜头（6）以及显示屏（7）；所述扩束器（2）是用来扩大激光光束的直径；所述空间光调制器（3）能够对光束进行分束和整形；所述微透镜阵列（4）为微凸透镜阵列，所述微透镜阵列（4）还固定连接有振动器，所述振动器是能够对微透镜阵列（4）进行一定频率振动。

2.根据权利要求1所述的激光投影光路装置，其特征在于，所述扩束器（2）为伽利略式激光扩束器。

3.根据权利要求1所述的激光投影光路装置，其特征在于，所述空间光调制器（3）为液晶光阀。

4.根据权利要求1所述的激光投影光路装置，其特征在于，所述微透镜阵列（4）为Norland紫外固化光学胶与Si材质制成的微透镜阵列。

5.根据权利要求4所述的激光投影光路装置，其特征在于，所述微透镜阵列（4）的阵列长度为5mm-8mm，阵列宽度为13mm-16mm。

6.根据权利要求4或5所述的激光投影光路装置，其特征在于，所述微透镜阵列（4）包括至少20个等距排列设置的微透镜，所述微透镜的直径为50um-800um。