组的结构 放置，可置于投影镜头组的光阑处，也可置于投影镜头组的某一片会聚透镜的出瞳面上。
[0025] 本发明实例中使用的多孔掩模板的结构示意图如图2所示。R，圆形掩模板半径;D， 掩模板上透光孔的直径;d，掩模板上相邻两个透光孔之间的中心距离。对于半径为R的圆形 掩模板，掩模板上透光孔的数目N由孔的直径D、以及相邻两个透光孔之间的中心间距d决 定，而相邻两个透光孔之间的中心间距d由产生两个相互统计独立的散斑图像所满足的角 度多样性条件决定，即相邻两个透光孔的中心与屏幕所张的角度Θ满足:sin0 2 NA，其中，NA 为探测器成像系统的数值孔径。根据成像系统的数值孔径NA与成像系统的探测面上的最小 分辨间距Δ Xmin之间的关系:ΝΑ=λ/2 Δ Xmin，以及Sin0 ? d/Z。，其中，Z。为会聚透镜3的中心到 屏幕5的距离，则有相邻两个透光孔之间的中心间距d满足:d 2 λΖ〇/2 Δ Xmin。也就是说，当相 邻两个透光孔之间的中心间距d满足该条件时，由散射片2上不同区域发出的散射光经透镜 3和多孔掩模板4上这对透光孔传播到屏幕上形成的两个散斑图像是统计独立的，故被探测 面记录的散斑图像是基于这两个散斑图像的强度叠加，散斑图像的对比度可降低l/f倍。 根据上述构建原理，在设计多孔掩模板4时，使N个透光孔的中心间距满足d 2 λΖ〇/2 Δ Xmin， 就可满足相邻两个透光孔所形成的散斑图像是统计独立的，这样散斑图像的对比度可降至 1/#倍。另外，根据照射光源的面积A与其在屏幕上产生的光斑的相干面积A。之间关系:A c = (λΖ。)2/ A，其中，A=3i(D/2)2，Ac^S，S为屏幕上形成的散斑图像内散斑颗粒的大小，可见， 多孔掩模板4上透光孔的直径D越大，通过透光孔传播到屏幕上形成的光斑的相干面积A c越 小，即屏幕上形成的散斑图像内散斑颗粒的尺寸S越小。当S〈AXmin时，由成像系统探测面所 探测到的多个散斑颗粒会在探测面上单个像素内进行空间平均，从而进一步降低散斑图像 的对比度，达到抑制激光散斑的目的。
[0026] 图3为在图1的基础上改进后的本发明装置的结构示意图。与图1不同的是，图3在 散射片2和会聚透镜3之间设置有一个光通管6,散射片2紧贴光通管6的入射面放置，由散射 片2发射的散射光就能全部进入光通管6内部，从而减少从散射片2与光通管6之间存在缝隙 漏掉光束。另外，光通管6的出射面与屏幕5分别放置在会聚透镜3的成像共辄面上，当散射 片2发射的散射光经光通管6的内腔壁来回全反射后到达其出射面时，一方面，光束被光通 管6整形为方形，另一方面，如图4所示，散射光场因光通管6内腔壁的多次全反射形成许多 的虚拟激光光源9,这些虚拟激光光源9以不同照射角同时照射在光通管6的出射面内叠加， 形成均匀的照明，同时，也减弱光通管6出射面上光束的相干性。
[0027] 图5是根据本发明的具体实施实例的激光投影显示系统，由激光器1产生激光光 束;激光光束通过散射片2以某一角度散射，形成一定面积的散射光斑，减弱光场的相干性； 散射光斑由光通管6整形、匀场，进一步降低光场的相干性;光通管6出射端的激光光束经中 继透镜组7收集;利用空间光调制器8产生图像，再通过会聚透镜3并由多孔掩模板4分成不 同区域以不同角度成像在屏幕5上，形成光强叠加的散斑图像，进一步抑制激光散斑。
[0028] 本发明虽然以较佳实施例公开如上并进行了详细说明，但其并不是用来限定本发 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各种组合、修改、添加或替 换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围内，均应属于本发明的权利保护范围。
【主权项】
1. 一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于，包括:激光器（1)、散射片 (2)、会聚透镜(3)、多孔掩模板(4)和屏幕(5)，所述激光器(1)、散射片(2)、会聚透镜(3)、多 孔掩模板(4)和屏幕(5)依次排列，所述激光器(1)将激光束通过散射片(2)散射后经会聚透 镜(3)收集并由多孔掩模板(4)分成不同区域以不同角度成像在屏幕(5)上。2. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:所述 散射片(2)和屏幕(5)分别置于会聚透镜(3)的成像共辄面上。3. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:所述 激光器(1)有多个，多个激光器(1)发出不同颜色的激光束经合束后照射在散射片(2)上。4. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:所述 激光器（1)有三个，三个激光器（1)分别发出红、绿、蓝激光束照射在各自的散射片（2)上，再 经合束后到达会聚透镜(3)。5. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:所述 激光器(1)可以是固态激光器、半导体激光器、气体激光器、光纤激光器中的一种或多种。6. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:所述 多孔掩模板(4)可以是圆形、方形或棱形。7. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:所述 多孔掩模板(4)的透光孔有多个，相邻两个透光孔之间的中心间距为d，d满足公式d 2 λΖ〇/2 Δ Xmin，其中，λ为激光波长，Ζ。为会聚透镜(3)的中心到屏幕(5)的距离，Δ Xmin为成像系统探 测面上的最小分辨间距。8. 根据权利要求1所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:还包 括光通管(6)，所述光通管(6)设置于散射片(2)与会聚透镜(3)之间，所述光通管(6)的入射 面紧贴散射片(2)，所述光通管(6)的出射面与屏幕(5)分别放置在会聚透镜(3)的成像共辄 面上。9. 根据权利要求7所述的一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，其特征在于:还包 括中继透镜组(7)和空间光调制器(8)，所述光通管(6)出射端的激光束经中继透镜组(7)收 集，利用空间光调制器(8)产生图像进入会聚透镜(3)。
【专利摘要】本发明涉及激光显示技术领域，更具体而言，涉及一种用于激光投影系统的静态消散斑装置，具体是一种结合角度多样性和空间平均的非运动式有效减少或消除激光投影显示系统中散斑的静态装置；该装置只需在投影镜头的出瞳面上放置设计好的静态多孔掩模板，无需对激光投影系统做任何改变，就可通过非运动方式实现角度多样性和空间平均的激光散斑减少；本发明包括：激光器、散射片、会聚透镜、多孔掩模板和屏幕，所述激光器、散射片、会聚透镜、多孔掩模板和屏幕依次排列，所述激光器将激光束通过散射片散射后经会聚透镜收集并由多孔掩模板分成不同区域以不同角度成像在屏幕上；本发明主要应用在激光投影方面。
【IPC分类】G03B21/14, G02B27/48
【公开号】CN105676478
【申请号】CN201610227827
【发明人】徐美芳, 王浩全, 丁俊文, 王冠军, 解琨阳, 李克武, 李博
【申请人】中北大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年4月13日