一种三维空间扫描匀光投影显示装置的制作方法

本发明涉及激光投影显示领域，具体为一种三维空间扫描匀光投影显示装置。

背景技术：

激光显示技术是继黑白显示、彩色显示和数字显示之后的第四代显示技术，激光投影显示技术与传统显示技术具有下列显著优势：(1)色域宽广，其色域覆盖率是传统ntsc电视色域两倍多，可以更真实地表现自然界的色彩；(2)寿命长，所用的激光光源，其寿命可达10000小时以上，其衰退过程缓慢，可以长期保持高画质，降低成本；(3)高亮度，传统投影机(氙灯或汞灯)，单机最高可达到33000流明光通量，激光投影机可以使光通量达到10000-50000流明以上；(4)颜色饱和度高，分辨率高，激光具有很窄的光谱线宽，所以饱和度较高而且其方向性好，易获得高分辨显示；正是由于上述特点，在实现超大屏幕显示方面其具有其它显示技术所不能比拟的优势。

为了提高照明和显示亮度，目前多采用多个红、绿、蓝半导体激光器阵列排布作为显示或者相干照明光源，但由于排列的非对称性，入射的多束激光可能偏离光轴，导致合成色光时会出现其他颜色的边带，导致积分方棒匀光效果不好，影响照明和投影显示效果。

由于激光高相干性的特点，投射到屏幕上的激光相互干涉产生明暗相间的斑纹，这就是激光显示中常见的散斑现象，散斑会导致投影图像画面模糊不清，严重影响成像质量；因此消除散斑效应是激光显示技术必须克服的难点。

现有的激光消散斑技术有：利用激光波长的多样性、振动屏幕、振动光纤、使用运动的散射片，但是这些方法降低散斑对比度效果有限，而且会增加系统的复杂度和整机成本。

技术实现要素：

针对现有技术方案的不足，本发明提供一种三维空间扫描匀光投影显示装置，利用偏心旋转球透镜技术，得到多幅图像叠加的效果，既提高了匀光效果又降低了散斑对比度，提高了激光投影显示的效果，适用于激光投影显示领域。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种三维空间扫描匀光投影显示装置，其特征在于：包括红光半导体激光光源模组、绿光半导体激光光源模组、蓝光半导体激光光源模组、x合束棱镜、缩束准直模组、偏心旋转球透镜、电机、积分方棒、中继透镜组、反射镜、准直透镜、数字式微镜器件(dmd)和投影镜头，所述x合束棱镜一侧设置有红光半导体激光光源模组、绿光半导体激光光源模组和蓝光半导体激光光源模组，所述x合束棱镜另一侧设置有缩束准直模组，所述缩束准直模组一侧设置有偏心旋转球透镜，所述偏心旋转透镜一侧设置有积分方棒，所述积分方棒一侧设置有中继透镜组，所述中继透镜组一侧设置有反射镜，所述反射镜一侧设置有准直透镜，所述准直透镜一侧设置有数字式微镜器件(dmd)，所述数字式微镜器件(dmd)一侧设置有投影镜头。

其中，所述偏心旋转球透镜的旋转轴偏离球透镜中心，并通过电机驱动高速旋转，且由机械夹具固定。

其中，所述的红光半导体激光光源模组、绿光半导体激光光源模组和蓝光半导体激光光源模组由单个红、绿、蓝半导体激光器或者多个红、绿、蓝半导体激光器排列组成。

其中，所述的x合束棱镜所镀的介质膜透射和反射波段与红、绿、蓝激光光源波长相匹配。

其中，所述的缩束准直模组用于获得准直平行光并且控制光束直径与球透镜直径相匹配。

其中，所述的积分方棒的种类有空心和实心两种，用于输出均匀的矩形光斑。

其中，所述的中继透镜组用于将矩形方棒出射端面的均匀矩形光斑成像到dmd芯片上。

其中，所述的反射镜，对红绿蓝激光全反射，用于改变红绿蓝激光束的传播方向。

其中，所述红、绿、蓝半导体激光器不仅可以采用x棱镜合束的方式，还可以采用空间阵列排布结合空间合束的方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明科学合理，使用安全方便：

1、采用偏心旋转球透镜，使得焦点位置不断变化，得到一个空间扫描光场，使得积分方棒匀光效果更好。

2、获得的旋转扫描光场可以解决非对称排列的激光光源合成色光时出现其他颜色边带的问题，提高了照明和显示效果。

3、采用偏心旋转球透镜，可以得到多幅图像叠加的效果，具有部分消除散斑的效果。

4、装置结构简单，运行稳定，成本较低。

附图说明

图1为本发明一种三维空间扫描匀光投影显示装置结构示意图；

图2为偏心旋转球透镜获得的扫描光场示意图；

图3为本发明采用多个半导体激光器作为激光光源并采用x棱镜合束的装置示意图；

图4为本发明激光光源采用空间排列并直接利用空间合束的装置示意图；

图5为积分方棒匀光示意图；

图中附图标记含义为：1、红光半导体激光光源模组；2、绿光半导体激光光源模组；3、蓝光半导体激光光源模组；4、x合束棱镜；5、缩束准直模组；6、偏心旋转球透镜；7、电机；8、积分方棒；9、中继透镜组；10、反射镜；11、准直透镜；12、数字式微镜器件(dmd)；13、投影镜头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例：如图1-5所示，本发明提供一种技术方案，一种三维空间扫描匀光投影显示装置，包括：红光半导体激光光源模组1、绿光半导体激光光源模组2、蓝光半导体激光光源模组3、x合束棱镜4、缩束准直模组5、偏心旋转球透镜6、电机7、积分方棒8、中继透镜组9、反射镜10、准直透镜11、数字式微镜器件(dmd)12和投影镜头13，所述x合束棱镜一侧设置有红光半导体激光光源模组、绿光半导体激光光源模组和蓝光半导体激光光源模组，所述x合束棱镜另一侧设置有缩束准直模组，所述缩束准直模组一侧设置有偏心旋转球透镜，所述偏心旋转透镜一侧设置有积分方棒，所述积分方棒一侧设置有中继透镜组，所述中继透镜组一侧设置有反射镜，所述反射镜一侧设置有准直透镜，所述准直透镜一侧设置有数字式微镜器件(dmd)，所述数字式微镜器件(dmd)一侧设置有投影镜头。其中，红光半导体激光光源模组1，绿光半导体激光光源模组2，蓝光半导体激光光源模组3，通过由单个红、绿、蓝半导体激光器或者由多个红、绿、蓝半导体激光器排列组成，如图1和3所示，红绿蓝激光束由x合束棱镜4进行合束，x合束棱镜4所镀的介质膜的透射与反射波段与红、绿、蓝激光光源波长相匹配，若红、绿、蓝半导体激光光源进行周期性排列，可直接采用空间合束的方式进行合束，如图4所示，然后经过缩束准直模组5获得准直平行光并且光束直径与球透镜直径相匹配，由电机7驱动的偏心旋转球透镜6，以一定转速高速旋转，并且由机械夹具固定，由于采用偏心旋转，导致球透镜的焦点一直旋转变化，理想情况下会在焦平面获得一个旋转变化的光环，如图2所示，a为偏心旋转轴点，o1、o2、o3、o4分别为球透镜在0°、90°、180°、270°球心的位置，此时球透镜的焦点分别为o1'、o2'、o3'、o4'，但由于旋转轴偏心量不大和球透镜球差的存在，通常获得的是一个高亮度的光斑而不是理想情况下的圆环，采用偏心旋转球透镜，可以保证在光学扩展量不变的情况下扩大发散角，由于焦点位置不断变化，导致入射到积分方棒8的入射点位置也是不断变化的，使得积分方棒8匀光效果更好，而且形成的旋转扫描光场，可以弥补非对称排列的激光光源，合成色光时由于偏离光轴可能会出现其他颜色边带的缺陷，使积分方棒8获得更好的匀光效果，而且同时也具有多幅图像叠加的效果，因为据goodman散斑理论，若有n个非相关散斑图样叠加在一起时，散斑对比度将会降低到原始散斑图样的从而本装置达到一定消除散斑的效果。

积分方棒8的种类有空心和实心两种，利用光线在方棒内的多次反射，使其在出射面形成均匀的矩形光斑，其匀光原理如图5所示，中继透镜组9将矩形方棒8出射端面的均匀矩形光斑成像到dmd芯片12上，再由反射镜10改变传播方向，再由准直透镜11准直，入射到dmd芯片12上，dmd芯片将入射的红绿蓝激光根据输入的图像信号进行调制，得到投影显示图像输入到投影镜头13里，最终在屏幕上获得高质量的投影显示图像。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。