一种基于复眼透镜的光源系统及投影装置

本实用新型涉及激光投影技术领域，特别是涉及一种基于复眼透镜的光源系统及投影装置。

背景技术：

激光投影显示技术(ldt)，也称激光投影技术或者激光显示技术，它是以激光为光源的显示技术，可以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。随着人们对投影仪投射出的图像质量要求越来越高，传统投影仪光源已经不能满足人们的需要。目前激光投影主要存在以下问题：

第一，由于激光的相干性，投射出的显示图像中会出现散斑，从而影响了显示效果。目前，市面上大多数激光投影产品都采用散射片来消除散斑，但由于散射片的透光性不好，当光束在散射片中经过多次折射和反射，光能损失较多，从而降低了系统光能利用率。

第二，传统激光投影系统的激光器都是选择单色光源，所提供的色域以及色饱和度较低；此外，传统激光投影系统的聚光镜都是采用普通透镜，其均光性较低。

第三，传统激光投影系统使用的元器件数量多，系统体积较大，结构相对复杂，调节相对麻烦，使得对光的利用率下降，并且影响成像的质量。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种基于复眼透镜的光源系统及投影装置，解决了现有技术中的激光投影系统光能利用率低、均光性差和结构复杂的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种基于复眼透镜的光源系统，其包括发射三基色光束的激光器，激光器发出的光束依次穿过准直透镜、第一复眼透镜、导光管、光学平板玻璃和第二复眼透镜后经过tir棱镜全反射至空间光调制器上，光束经空间光调制器处理成影像光后反射至投影透镜投射形成投影画面；光学平板玻璃固定于两端开口的导光管内，光学平板玻璃上蚀刻有若干用于消除散斑的掩模图形。

一种投影装置，包括上述的基于复眼透镜的光源系统。

本实用新型的有益效果为：

1、采用刻有掩模图形的光学平板玻璃对光束的相干性进行破坏，从而消除激光中的散斑，相比于现有技术中采用多次折射和反射来消除散斑，效果更好，且不会损失激光的光能，提高了系统光能利用率。可以通过控制掩模图形蚀刻间距的大小来控制消除散斑的效果，调制简单、方便。

2、激光器为能够发射三基色光束的激光器，能提供更大的色域、更高的色饱和度。在散斑消除装置前后设置第一复眼透镜和第二复眼透镜这两组均光元件，使照射到空间光调制器上的激光束亮度均匀，两组复眼透镜协同作用，进一步提升了均光性，可以使生成的影像投影效果更佳，投影系统投射出的画面更加清晰。

3、整个光源系统中相较于传统的光源系统，减少了中继透镜、色轮元器件等，使得整个激光投影系统更加小型化，结构更加简单，使用更加便携，同时也降低了系统的成本，还提高了系统的光能利用率。

附图说明

图1为基于复眼透镜的光源系统的原理图。

其中，1、激光器；2、准直透镜；3、第一复眼透镜；4、光学平板玻璃；5、导光管；6、第二复眼透镜；7、tir棱镜；8、空间光调制器；9、投影透镜。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该基于复眼透镜的光源系统包括发射三基色光束的激光器1，激光器1发出的光束依次穿过准直透镜2、第一复眼透镜3、导光管5、光学平板玻璃4和第二复眼透镜6后经过tir棱镜7全反射至空间光调制器8上，光束经空间光调制器8处理成影像光后反射至投影透镜9投射形成投影画面。光学平板玻璃4固定于两端开口的导光管5内，光学平板玻璃4上蚀刻有若干用于消除散斑的掩模图形。掩模图形为不规则图形且蚀刻位置随机排列，为了使消除散斑的效果越好，蚀刻间距应设置较小。

第一复眼透镜3和第二复眼透镜6等距设置于光学平板玻璃4的两侧，第一复眼透镜3和第二复眼透镜6均位于导光管5外，导光管5的两端敞开，第一复眼透镜3位于导光管5的进口处，第二复眼透镜6位于导光管5的出口外侧，所以光学平板玻璃4位于导光管5的中间但偏出口一侧。第一复眼透镜3用于均匀激光器发出的激光，当光束被第一复眼透镜3分割后，每一子光束均匀性都比原光束高，子光束中许多光束能量分布存在互补性，这样在刻有掩模图形的光学平板玻璃上的光能分布的均匀性得到极大的提高。

第一复眼透镜3与第二复眼透镜6的光焦度相同，使得第二复眼透镜6能够对消除散斑后的光束进行第二次均匀整形，转换成平行光，进一步的提升光源系统整体的均光性能。

tir棱镜7为三角棱镜，全反射面设置于三角棱镜的斜边上，用来分离光束中的照明光束和成像光束，空间光调制器8和投影透镜9分别位于三角棱镜的一个直角边上方和斜边下方。空间光调制器8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8可以使用但不限于型号为dlp6500flq的dmd(数字微镜器件)。

一种投影装置，包括上述的基于复眼透镜的光源系统。

工作原理为：激光器1发出激光，激光器1与第一复眼透镜3之间设置有准直透镜2，通过准直透镜2对激光进行准直，准直后的光束进入第一复眼透镜3，第一复眼透镜3作为第一组均光单元，通过第一复眼透镜3均匀激光器1发出的激光光束，均匀后的光束进入导光管5中，光束在透过光学平板玻璃4上蚀刻的掩模图形后，光束的相干性被破坏，消除了激光散斑；消除激光散斑的光束穿出导光管5，再穿过第二复眼透镜6，第二复眼透镜6作为第二组均光单元，用于对光束进行第二次均匀整形，转换成平行光，平行光进入tir棱镜7中经过全反射面全反射照射到空间光调制器8表面后，被调制成影像光，随后被空间光调制器8反射并经投影透镜9投射出去形成投影画面。

技术特征：

1.一种基于复眼透镜的光源系统，其特征在于，包括发射三基色光束的激光器，激光器发出的光束依次穿过准直透镜、第一复眼透镜、导光管、光学平板玻璃和第二复眼透镜后经过tir棱镜全反射至空间光调制器上，光束经空间光调制器处理成影像光后反射至投影透镜投射形成投影画面；所述光学平板玻璃固定于两端开口的所述导光管内，所述光学平板玻璃上蚀刻有若干用于消除散斑的掩模图形。

2.根据权利要求1所述的基于复眼透镜的光源系统，其特征在于，所述掩模图形为不规则图形且蚀刻位置随机排列。

3.根据权利要求1所述的基于复眼透镜的光源系统，其特征在于，所述第一复眼透镜和所述第二复眼透镜等距设置于所述光学平板玻璃的两侧，所述第一复眼透镜位于所述导光管的进口处，所述第二复眼透镜位于所述导光管的出口外侧。

4.根据权利要求1所述的基于复眼透镜的光源系统，其特征在于，所述第一复眼透镜与所述第二复眼透镜的光焦度相同。

5.根据权利要求1所述的基于复眼透镜的光源系统，其特征在于，所述tir棱镜为三角棱镜，全反射面设置于三角棱镜的斜边上，所述空间光调制器和所述投影透镜分别位于三角棱镜的其中一个直角边上方和斜边下方。

6.一种投影装置，包括权利要求1～5任一所述的基于复眼透镜的光源系统。

技术总结
本实用新型提供了一种基于复眼透镜的光源系统及投影装置，涉及激光投影技术领域，其包括发射三基色光束的激光器，激光器发出的光束依次穿过准直透镜、第一复眼透镜、导光管、光学平板玻璃和第二复眼透镜后经过TIR棱镜全反射至空间光调制器上，光束经空间光调制器处理成影像光后反射至投影透镜投射形成投影画面；其中，光学平板玻璃固定在两端开口的导光管内部，光学平板玻璃上蚀刻有若干掩模图形，用于消除散斑。投影装置包括基于复眼透镜的光源系统。解决了现有技术中的激光投影系统光能利用率低、均光性差和结构复杂等问题。

技术研发人员：谭吉川;蒋文波;周波;卜云;宋潇潇;任晓;付钱华
受保护的技术使用者：西华大学
技术研发日：2021.01.21
技术公布日：2021.08.10