CN212060848U - 基于柔性衍射光学元件的激光投影系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，包括射出激光的激光器、能将从所述激光器出射的激光光束整形为和空间光调制器面型相匹配的光束整形元件、用于消除激光散斑的柔性DOE环、TIR棱镜、调制激光生成影像光的空间光调制器和用于射出所述影像光的投影物镜，所述激光器、光束整形元件、柔性DOE环、TIR棱镜、空间光调制器和投影物镜依次形成光路，所述柔性DOE环与用于带动其履带式运动的驱动组件连接。本实用新型提供了一种小型化、高稳定性和高效能的基于柔性衍射光学元件来抑制散斑的激光投影系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种基于柔性衍射光学元件(DOE)来抑制散斑的激光投影系统。
背景技术
传统的采用氙灯、高压汞灯光源的投影系统质量重、体积大、产热高，越来越无法满足人们对投影仪轻巧便携、亮度高、色彩丰富、便于使用的要求，因此人们逐渐将目光转向激光投影。
激光是一种亮度高、色域广的光源，具有寿命长、节能环保等优点。将激光应用在投影仪当中，不仅可以使得投影仪体积更小，还能最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。
但同时由于激光相干性产生的散斑降低了投影图像的质量，激光散斑已成为激光光源投影显示系统获得高质量图像的主要障碍。到目前为止，世界各国研究人员提出了许多种抑制散斑的方法，比如引入偏振多样性、运动的屏幕、宽频激光、消除光束相干性等多种抑制散斑的方法。
与本发明最为接近的技术有激光投影仪(专利号：ZL201180003436.0)、一种激光投影系统(专利申请号：201811431973.5)。
激光投影仪(专利号：ZL201180003436.0)中，使用致动器振动光路中的光束整形元件，在人眼的积分时间内实现多个激光束叠加，减少投影图像中的散斑。但是该技术的缺陷是：使用致动器振动元件会缩短元件使用寿命，并且振动会使得系统不稳定。
一种激光投影系统(专利申请号：201811431973.5)中，在导光管内安置3～5块散射片，激光器光源发出的光束进入导光管后，在散射片中发生米氏散射，经过多次折射、反射，不同轨迹的光线走过的光程不同，从而降低了激光束的相干性，减小了散斑对比度。但是该技术的缺点是：使用散射片数量较多，并且散射片透光性不好，光束在多块散射片间进行多次反射折射，损耗了一部分光能，降低了系统光能利用率。
总之现有的激光投影系统存在光能利用率低、使用散斑抑制元件数量多、稳定性差的问题。
发明内容
为了克服已有激光投影系统的光能利用率低、使用散斑抑制元件数量多、稳定性差的不足，本实用新型提供了一种小型化、高稳定性和高效能的基于柔性衍射光学元件来抑制散斑的激光投影系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，包括射出激光的激光器、能将从所述激光器出射的激光光束整形为和空间光调制器面型相匹配的光束整形元件、用于消除激光散斑的柔性DOE环、TIR棱镜、调制激光生成影像光的空间光调制器和用于射出所述影像光的投影物镜，所述激光器、光束整形元件、柔性DOE环、TIR棱镜、空间光调制器和投影物镜依次形成光路，所述柔性DOE环与用于带动其履带式运动的驱动组件连接。
进一步，所述柔性DOE环由带有衍射光学微结构的柔性薄膜粘合而成。
再进一步，所述柔性薄膜为一种弹性好、透光率高的材料，所述柔性薄膜可以采用但不限于聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料。
更进一步，所述驱动组件包括驱动电机、主动轴和从动轴，所述驱动电机的输出端与所述主动轴连接，所述主动轴和从动轴分别套装在柔性DOE环的两侧的内壁。驱动电机带动主动轴转动，所述主动轴通过摩擦力带动柔性DOE环转动，所述柔性DOE环通过摩擦力带动从动轴，从而实现柔性DOE环的履带式运动，可消除透射过柔性DOE环的激光散斑。
优选的，所述主动轴和从动轴表面均黏有增大摩擦力的物质，所述增大表面摩擦力的物质可采用但不限于橡胶。
优选的，所述激光器为红、绿、蓝三基色激光器，激光器配合空间光调制器按时序输出三色激光。
所述红、绿、蓝激光器均为半导体激光器。
所述光束整形元件为一组整形透镜。所述光束整形元件按照所述空间光调制器的实际尺寸来对激光光束进行整形，以实现激光束亮度均匀化和较高的光能利用率。
所述空间光调制器为反射型空间光调制器，将照射到表面的光调制成影像光并反射出去。
进一步的，空间光调制器可以使用但不限于型号为DLP6500FLQ的DMD。
本实用新型的技术构思为：将履带式运动的柔性DOE应用在纯激光光源的投影系统中，三基色激光按时序从半导体激光器射出，经过光束整形元件后激光光束变为和空间光调制器面型相匹配的均匀矩形光束，矩形光束在经过履带式运动的柔性DOE环后消除了散斑，之后照射在空间光调制器上形成影像光，影像光随后被投影物镜投射出去形成投影画面。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果主要表现在：1)相较于采用荧光粉+蓝色激光光源或LED+激光混合光源的投影系统，本实用新型采用三基色纯激光光源，能提供更大的色域、更高的色饱和度，可显示自然界最真实、最丰富、最鲜艳的色彩；2)使用半导体激光器可以减小投影系统照明部分的体积，并且光路中减少了色轮、导光管等器件，使得整个激光投影系统更加小型化，使用更加便携；3)由于柔性DOE在可见光范围内均有着较好的散斑抑制效果，因此将履带式运动的柔性DOE应用在激光投影系统中可以有效消除散斑，提升视觉体验；4)使用柔性DOE环可以减少散斑抑制元件的数量，可以使得激光投影系统体积更小、能耗低；5)相比于光路中采用振动装置来破坏激光相干性、消除激光散斑的方法，使用履带式运动的柔性DOE环可以减少抖动，使激光投影系统稳定性更高；6)柔性DOE的透射率高，投影系统的整体光能利用率较高；7)光束整形元件使得照射到空间光调制器上的激光束亮度均匀，可以使生成的影像光质量更好，投影系统投射出的画面更加清晰。
附图说明
图1是基于柔性衍射光学元件的激光投影系统光路图。其中101是激光器，102是光束整形元件，103是柔性DOE环，104是TIR棱镜，105是空间光调制器，106是投影透镜。
图2是带动柔性DOE环转动的驱动组件示意图。其中107为驱动电机，108为主动轴，109为从动轴。
图3是由带有衍射光学微结构的柔性薄膜粘成的柔性DOE环。
图4是柔性DOE环在转轴上进行履带式运动示意图，(a)俯视图(b)正视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1～图4，一种基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，包括射出激光的激光器101、能将从所述激光器出射的激光光束整形为和空间光调制器面型相匹配的光束整形元件102、用于消除激光散斑的柔性DOE环103、TIR棱镜104、调制激光生成影像光的空间光调制器105和用于射出所述影像光的投影物镜106，所述激光器101、光束整形元件102、柔性DOE环103、TIR棱镜104、空间光调制器105和投影透镜106依次形成光路，所述柔性DOE环103与用于带动其履带式运动的驱动组件连接。
所述激光器101为红、绿、蓝三基色激光器，激光器配合空间光调制器按时序输出三色激光。
进一步，所述红、绿、蓝激光器均为半导体激光器。
所述光束整形元件102按照所述空间光调制器105的实际尺寸来对激光光束进行整形，以实现激光束亮度均匀化和较高的光能利用率。
再进一步，所述光束整形元件102为一组整形透镜。
更进一步，所述柔性DOE环103由带有衍射光学微结构的柔性薄膜粘合而成，与驱动组件连接。
优选的，所述柔性薄膜为一种弹性好、透光率高的材料，所述柔性薄膜可以采用但不限于聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料。
所述驱动组件包括驱动电机107、主动轴108和从动轴109，主动轴108和从动轴109的表面均黏有增大摩擦力的物质，所述增大表面摩擦力的物质可采用但不限于橡胶。
所述驱动电机107的输出端与所述主动轴108相连，驱动电机107带动主动轴108转动后，套在主动轴上的柔性DOE环103、从动轴109由于摩擦力随之转动，柔性DOE环103进行履带式运动。所述柔性DOE环103进行履带式运动时，可消除透射过柔性DOE环103的激光的散斑。
所述空间光调制器105为反射型空间光调制器，将照射到表面的光调制成影像光并反射出去。空间光调制器105可以使用但不限于型号为DLP6500FLQ的DMD。
该投影系统在工作时，驱动电机107带动主动轴108转动，由于摩擦力的原因柔性DOE环103和从动轴109也随之转动，柔性DOE环做履带式运动。红、绿、蓝三色激光按时序从激光器101出射后，经过光束整形元件102整形后变为均匀的矩形光束，随后又经过履带式运动的柔性DOE环103后，激光束的相干性被破坏，消除了激光散斑；从柔性DOE环103透射的激光束照射到空间光调制器105表面后，被调制成影像光，随后被空间光调制器105反射并经投影透镜106投射出去形成投影画面。
Claims (10)
1.一种基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述激光投影系统包括射出激光的激光器、能将从所述激光器出射的激光光束整形为和空间光调制器面型相匹配的光束整形元件、用于消除激光散斑的柔性DOE环、TIR棱镜、调制激光生成影像光的空间光调制器和用于射出所述影像光的投影物镜，所述激光器、光束整形元件、柔性DOE环、TIR棱镜、空间光调制器和投影物镜依次形成光路，所述柔性DOE环与用于带动其履带式运动的驱动组件连接。
2.如权利要求1所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述柔性DOE环由带有衍射光学微结构的柔性薄膜粘合而成。
3.如权利要求2所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述柔性薄膜为一种弹性好、透光率高的材料，所述柔性薄膜为聚氯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯材料。
4.如权利要求1～3之一所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述驱动组件包括驱动电机、主动轴和从动轴，所述驱动电机的输出端与所述主动轴连接，所述主动轴和从动轴分别套装在柔性DOE环的两侧的内壁。
5.如权利要求4所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述主动轴和从动轴表面均黏有增大摩擦力的物质，所述增大表面摩擦力的物质为橡胶。
6.如权利要求1～3之一所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述激光器为红、绿、蓝三基色激光器，激光器配合空间光调制器按时序输出三色激光。
7.如权利要求6所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述红、绿、蓝激光器均为半导体激光器。
8.如权利要求1～3之一所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述光束整形元件为一组整形透镜，所述光束整形元件按照所述空间光调制器的实际尺寸来对激光光束进行整形。
9.如权利要求1～3之一所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述空间光调制器为反射型空间光调制器，将照射到表面的光调制成影像光并反射出去。
10.如权利要求9所述的基于柔性衍射光学元件的激光投影系统，其特征在于，所述空间光调制器为型号为DLP6500FLQ的DMD。
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| CN202020218411.9U CN212060848U (zh) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | 基于柔性衍射光学元件的激光投影系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112630986A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-09 | 浙江工业大学 | 一种基于柔性衍射光学元件的散斑抑制运动装置 |
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2020
- 2020-02-27 CN CN202020218411.9U patent/CN212060848U/zh active Active
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