[实用新型]基于复眼透镜的激光显示匀场整形装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光显示技术领域，特别是应用于激光照明、激光显示及以相干光为光源的光学设备与仪器，具体为一种基于复眼透镜的激光显示匀场整形装置。

背景技术

激光具有亮度高、波长带宽小，光学扩展量小等特点，在激光显示领域和激光照明领域具有广阔的应用前景。但是，由于激光器出射的是单模或多模高斯光束，光场分布不均匀，因此需要把激光光束转换成特定形状（如矩形或方形）且强度均匀的光束。

复眼透镜由一系列完全相同的微透镜组合而成，基于复眼透镜的照明光学系统以其光能利用率高、结构简单等优势，在投影系统、照明系统等需要均匀照明的领域有着广泛的应用。在基于复眼透镜的投影系统光路中，传统光源出射的一整束白光经过复眼透镜由X分光镜分为红绿蓝三路光线，由光学引擎数字信号的调制实现最终画面的显示，由光源的每一点出射的光束都会交叠到照明视场的同一范围内，所以会得到一个均匀的方形光斑。然而，由于X分光镜通常采用两片不同波长的滤波片交叉粘结而成，在交叉位置处透射效率低，入射光的中心部分经过复眼透镜和X分光镜后，在X分光镜交叉位置对应的像面上形成一条暗场区域，投影到屏幕后严重影响图像的均匀度，影响投影画面质量。

因此，如何消除图像中心暗场，提高画面质量，以及激光光束的匀场是在基于复眼透镜的激光显示系统中存在的难题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于复眼透镜的激光显示和激光照明系统中匀场整形的装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种基于复眼透镜的激光显示匀场整形装置，包括匀场组件，所述匀场组件包括第一准直透镜、扩散片、凹透镜、第二准直透镜；入射光依次经过第一准直透镜、扩散片、凹透镜、第二准直透镜后输入到第一复眼透镜，并进一步经过第二复眼透镜后，通过聚光镜，最后由X分光镜进行分光后投影。

工作时，当光纤发射的激光入射光束经第一准直透镜准直后照射到扩射片，经扩散片对入射激光一定角度散射后，由凹透镜将光束以一定的角度发散，再经第二准直透镜将发散的激光光束进行准直，光束垂直进入第一复眼透镜后形成一束与光轴平行的平行光，光束经过第一复眼透镜内的小透镜后聚焦到对应的第二复眼透镜内的小透镜中心处，即第一复眼透镜将光源形成多个光源像进行照明，第二复眼透镜的每个小透镜将第一复眼透镜上对应的小透镜重叠成像后，经聚光镜将第二复眼透镜出射的光斑聚焦在照明屏上。如图1所示，由于第一复眼透镜将光源的整个宽光束分为多个细光束照明，且每个细光束范围内的微小不均匀性，由于处于对称位置细光束的相互叠加，使细光束的微小不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用。从第二复眼透镜出射的光斑通过聚光镜和X分光镜聚集在照明屏上，照明屏上光斑的每一点均受到光源所有点发出的照射，同时，光源上每一点发出的光束又都交汇重叠到照明光斑上的同一视场范围内，所以得到一个均匀的方形光斑。

由于在第一复眼透镜后加装了第二复眼透镜，当准直后的光束与光轴有一定的夹角，但不是太大的时候，经第一复眼透镜的小透镜后偏离了对应第二复眼透镜的每个小透镜的中心但未完全偏离对应的小透镜单元。此时由于焦平面上同一点发出的光线，经过第二准直透镜后，将平行出射，因此这与平行光轴的平行光通过第二复眼透镜阵列后出射的光线方向一致，将照射到相同的区域，不产生旁瓣。

在激光显示投影系统中，X分光镜将红绿蓝不同波段的光进行分束，X分光镜是由两个不同镀膜的平面镜进行交叠胶合之后形成，实现分光效果。第二复眼透镜中心区域一排小透镜出射的光束经过X分光镜的中心区域即胶合部分时，光能损耗较大，投影到屏幕就会在图像中心出现暗条纹。工作时，本发明匀场整形机构为了有效避免这种现象，将激光光束分为若干个区域进行输入。即位于第一复眼透镜入射端以中心对称方式布置若干组匀场组件，则第一复眼透镜入射端面的光斑均匀分布在第一复眼透镜上的若干个区域，且不同区域之间无交叉。这样区分于传统光源输入的光强分布，在此区域光能量最强，因此本发明中激光经过X分光镜时，被遮挡的光能远远小于传统光源，从而有效消除投影画面中心区域偏暗的现象。

工作时，入射光束分为若干个区域入射，通过机械结构件调整第二准直透镜与凹透镜之间的距离，调整光斑大小，将光能量全部输入到第一复眼透镜上，并保证第一复眼透镜上的小透镜的覆盖率达到78.5%以上，而传统光源经过准直后仅能覆盖敷衍透镜的45%-50%。

除此之外，第一准直透镜、扩散片、凹透镜及第二准直透镜通过整体的机械结构件连接固定，可以保证光学器件的同轴、同心度。