專利名稱：一種激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光投影系統(tǒng)中光束變換整形及均勻化器件，更具體地說是一種利用微透鏡陣列對激光原始光斑的強度進行重新分布以達到輸出光強均勻化的裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)投影顯示設備普遍使用的是金屬鹵素燈、UHE燈泡、UHP燈泡等光源。這些光 源由于其固有的發(fā)光機理，其壽命通常只有幾千小時；同時，由于輻射光譜中含有紫外UV 和紅外IR光，因此需要使用紫外和紅外濾光片，這也增加了光路系統(tǒng)的復雜性。采用激光作為投影系統(tǒng)的光源相對于其他光源具有很多優(yōu)勢，包括激光單色性 好，為線光譜，具有很高的飽和度；可以通過選擇合適的三基色波長，可以得到更寬的色域， 實現更加真實的色彩還原；由于光線的波長是固定的，因而看上去更舒服，沒有燈泡刺眼的 不舒服感覺；不含有紫外線，使得眼睛看畫面的時候很放松；激光的電光轉換效率高，方向 性好，易于實現高亮度投影顯示；激光器出射光束通常為線偏振光，對于基于LOCS或者LCD 光調制器的投影系統(tǒng)來說，偏振光源將減少偏振片數量的使用，增加光透過率，減小光路系 統(tǒng)設計的復雜性，提高激光顯示的亮度。激光投影系統(tǒng)的結構設置通常包括1、紅綠藍三基色激光光源，它決定了基于激光顯示技術的終端顯示產品的亮度、 色域空間、壽命以及工作方式；2、圖像調制單元，決定了顯示圖像分辨率、對比度、亮度等綜合性能指標，主流的 調制器有LCD、DLP和LCOS ；3、勻場及消相干單元，直接影響著顯示器的效率和圖像性噪比。通常激光束是一 個直徑2 5mm的圓形或橢圓光斑，其光強呈現高斯分布，通常需要設置光束均勻器件，對 原始激光是進行整形和勻化；4、廣色域圖像的信息處理單元，包括數字信號的壓縮、存儲、傳輸和解調。目前，對激光光束進行整形和勻化的裝置是光學積分棒或者復眼透鏡陣列。光學 積分棒的基本原理是光線經過該棒，在棒內會經過多次的反射后出射，假設入射時是一個 光源，經過多次的反射后，會形成多束光，出射時會形成多個光源"鏡像"，相當于把一個 光源在能量層面上均勻化了。積分榜通常在內壁鍍有鋁膜，要求腔內具有較高的潔凈度，并 且在強光長時間照射下鋁膜容易受到損傷，影響出射光的均勻性。復眼透鏡是由一系列小 透鏡組合組成，雙排復眼透鏡陣列應用于照明系統(tǒng)中，將激光束重新分割疊加，可以獲得較 高的光能利用率和大面積的均勻照明。這種復眼透鏡陣列結構復雜、加工難度較大，成本很 高。此外在傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)中，采用雙排獨立的復眼透鏡，占據較大的空間，而且要求前后 復眼透鏡成對應關系，對安裝技術要求較高。

實用新型內容本實用新型是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種結構簡單、易于加工、成本低廉的激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置，將其應用激光投影系統(tǒng)中，以使原始高斯分布的激光光束變換成矩形且強度分布均勻的照明光源，照射到光調制器上， 以滿足實際應用的要求。本實用新型解決技術問題采用如下技術方案本實用新型激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置的結構特點是設置一對平凸柱面透鏡光柵，所述一對平凸柱面透鏡光柵以其平面相對膠合在一起，相互之間以透鏡 單元正交取向，形成雙凸形微透鏡陣列，所述雙凸形微透鏡陣列放置在垂直于光軸的平面 內。本實用新型激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置的結構特點也在于在所述雙凸形微透鏡陣列之后設置一可改變光束長寬比的柱透鏡。所述雙凸形微透鏡陣列是以PET合膠、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯或PMMA壓克力為材質。與已有技術相比，本實用新型有益效果體現在1、本實用新型可以使高斯分布的圓形激光光束變換成矩形或正方形的光束，其橫 截面光強均勻分布。2、本實用新型可進一步在所述雙凸形微透鏡陣列之后設置一柱透鏡，改變變化后 光束的長寬比，使得光斑的尺寸能夠與光調制器尺寸相匹配。3、本實用新型結構簡單，易于在投影系統(tǒng)中安裝調節(jié)，能夠用于單片或三片的投 影系統(tǒng)中。4、本實用新型常用的材料為PET合膠、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯或 PMMA壓克力有機材料，這些有機材料具有較高的透過率，顯示亮度高。

圖1本實用新型中平凸柱面透鏡光柵示意圖。圖2為本實用新型中一對平凸柱面透鏡光柵正交放置俯視圖。圖3為本實用新型裝置在激光投影系統(tǒng)中應用示意圖。圖4為本實用新型中投射到光調制器上的激光光束橫截面示意圖。圖中標號1激光器、2雙凸形微透鏡陣列、2a平凸柱面透鏡光柵、3柱透鏡、4光調 制器、5方形光束。
以下結合附圖和實例對本實用新型作進一步說明具體實施方式
參見圖1和圖2，采用平凸柱面透鏡光柵2a，一對平凸柱面透鏡光柵2a之間的柱 面透鏡正交取向；并將其平面相對膠合在一起，形成雙凸形微透鏡陣列2，雙凸形微透鏡陣 列2可以采用PET合膠、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯或PMMA壓克力等材質，具有 較高的透過率，顯示亮度高。參見圖3，雙凸形微透鏡陣列2放置在垂直于光軸的平面內，在雙凸形微透鏡陣列 2之后設置一可改變光束長寬比的柱透鏡3。具體實施中，如圖1所示，平凸柱面透鏡光柵2a為平凸型柱透鏡單元在同一平面上并行排布構成，一面是平面，另一面是平行布排的柱面，可用壓克力材料壓印加工而成。圖2所示，可將兩塊平凸柱面透鏡光柵2a裁剪成正方形，使其兩平面相對放置，柱面透鏡取向正交排列，形成的網格單元可看成nXn的雙凸形二維透鏡陣列，以此實現對激 光光束進行變換整形及光束的均勻化分布。圖3所示，呈圓形或橢圓形光斑、光強為高斯分布的原始激光光束從激光器1出 射，經擴束后入射到雙凸形微透鏡陣列2，由雙凸形微透鏡陣列2變換后，形成如圖4所示的 方形光束5，選擇合適的柱面透鏡曲率和光柵周期大小可以得到強度分布均勻的方形光斑， 直接照射到方形的光調制器4上。若選擇的光調制形狀為長方形時，變換后的出射光束可通過柱透鏡3實現光束上 下或者左右尺寸的壓縮，改變光束的長寬比后，照射到光調制器4上，光斑滿足光強分布均 勻、光斑尺寸與光調制器匹配的實際應用的需要。光調制器4是將入射的光選擇性透過、阻擋或者變更光路形成影像的光學器件， 可以是DMD、IXD或LC0S。通常激光器的輸出光為線偏振光，因此投影光學系統(tǒng)中，可以使 用單個偏振片控制光調制器的輸出光強，與傳統(tǒng)的照明光源相比，其光效可以提高一倍。本實施例是針對單片的激光投影照明系統(tǒng)；在三片的激光投影系統(tǒng)中，紅、綠、藍 三基色激光器分別通過各自雙凸形微透鏡陣列，投射到三片光調制器上，經合色裝置合色 后，形成投影像源，再由透鏡投影到屏幕上。
權利要求一種激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置，其特征是設置一對平凸柱面透鏡光柵(2a)，所述一對平凸柱面透鏡光柵(2a)以其平面相對膠合在一起，相互之間以透鏡單元正交取向，形成雙凸形微透鏡陣列(2)，所述雙凸形微透鏡陣列(2)放置在垂直于光軸的平面內。
2.根據權利要求1所述的激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置，其特征是在所述 雙凸形微透鏡陣列(2)之后設置一可改變光束長寬比的柱透鏡(3)。
3.根據權利要求1所述的激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置，其特征是所述雙 凸形微透鏡陣列⑵是以PET合膠、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯或PMMA壓克力 為材質。
專利摘要本實用新型公開了一種激光投影系統(tǒng)中的光束整形及均勻化裝置，其特征是設置一對平凸柱面透鏡光柵，一對平凸柱面透鏡光柵以其平面相對膠合在一起，相互之間以透鏡單元正交取向，形成雙凸形微透鏡陣列，雙凸形微透鏡陣列放置在垂直于光軸的平面內。本實用新型結構簡單、易于加工、透光率高、變換后的光束具有強度分布均勻，且形狀與光調制器相符，適合作為照明光源應用于單片或者三片的激光投影系統(tǒng)中。
文檔編號G02B1/04GK201555989SQ20092018050
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權日2009年11月13日
發(fā)明者吳華夏, 張濤, 李園, 董戴, 鄭榮升 申請人:安徽華東光電技術研究所