基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀。其中，一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，其設(shè)置在激光投影儀的激光源和投影透鏡之間，透鏡陣列位于激光源后方，其包含陣列排布的多個子透鏡，該些子透鏡所在的平面與光軸垂直，用于分割激光源射出的光從而產(chǎn)生子光束；靜態(tài)相位調(diào)制器位于透鏡陣列光路后方并與透鏡陣列位置匹配，用于使子光束攜帶相互獨立的圖樣；積分透鏡位于相位片陣列光路后方與透鏡陣列共焦的位置，圖像發(fā)生器位于積分透鏡的焦平面，圖像發(fā)生器的光路后方為投影透鏡，積分透鏡將攜帶有相互獨立圖樣的子光束匯聚疊加在其焦平面的圖像發(fā)生器，圖像發(fā)生器依據(jù)子光束攜帶的相互獨立圖樣，產(chǎn)生攜帶有相互獨立圖樣疊加的圖像。
【專利說明】
基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及激光顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于傳統(tǒng)顯示，激光投影顯示具有亮度高，飽和度好，色域廣等優(yōu)點。但因為激光光源的高相干性，會在投影時產(chǎn)生散斑現(xiàn)象，嚴重影響了圖像的質(zhì)量。消除散斑有多種方式，大體分為動態(tài)和靜態(tài)兩種。動態(tài)消散斑會帶來機械振動，導(dǎo)致儀器的體積和能耗增大，例如，通過振動Hadamard(哈達瑪)矩陣相位片，使得每個探測器每個探測點所對應(yīng)的分辨點在積分時間內(nèi)疊加多幅具有不同相位分布的獨立圖樣，達到消散斑的目的。通過振動哈達瑪矩陣相位片就會產(chǎn)生很多彼此獨立的相位分布圖樣。但是這種方法帶來了機械振動和額外的能量損耗，增大了系統(tǒng)的尺寸和復(fù)雜度，又因為振動的存在，在一定時間內(nèi)，有一部分的相位片不能夠被利用，降低了相位片的利用率。通過給液體透鏡陣列的各子透鏡加載不同電壓實現(xiàn)相位調(diào)制的靜態(tài)消散斑方式，其缺點在于液體透鏡陣列結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，不易實現(xiàn)小型化，后期維護耗費大，需要單獨給每個子透鏡加載電壓，驅(qū)動電路復(fù)雜。
[0003]因此，本領(lǐng)域亟需一種結(jié)構(gòu)簡單、無需驅(qū)動裝置和能量消耗的靜態(tài)方式消散斑的投影光路，以彌補上述的缺點。
【實用新型內(nèi)容】
[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]本實用新型提供了一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，其設(shè)置在激光投影儀的激光源1010和投影透鏡1007之間，包括:透鏡陣列1003、靜態(tài)相位調(diào)制器、積分透鏡1005和圖像發(fā)生器1006;其中，所述透鏡陣列1003位于激光源后方，其包含陣列排布的多個子透鏡，用于分割激光源射出的光從而產(chǎn)生子光束;所述靜態(tài)相位調(diào)制器位于透鏡陣列光路后方并與透鏡陣列位置匹配，用于使子光束攜帶相互獨立的圖樣;所述積分透鏡1005位于相位片陣列光路后方與透鏡陣列共焦的位置，所述圖像發(fā)生器1006位于積分透鏡的焦平面，所述圖像發(fā)生器的光路后方為投影透鏡1007，所述積分透鏡1005將攜帶有相互獨立圖樣的子光束匯聚疊加在其焦平面的圖像發(fā)生器1006，所述圖像發(fā)生器1006依據(jù)子光束攜帶的相互獨立圖樣，產(chǎn)生攜帶有相互獨立圖樣疊加的圖像。
[0008]優(yōu)選地，所述靜態(tài)相位調(diào)制器為相位片陣列1004，其包含陣列排布的多個子相位片，該些子相位片所在的平面與光軸垂直。
[0009]優(yōu)選地，所述靜態(tài)相位調(diào)制器為空間光調(diào)制器。
[0010]優(yōu)選地，所述透鏡陣列1003為由子透鏡組成的NXM階透鏡陣列，所述相位片陣列1004由NXM個子相位片組成，子相位片的尺寸和排列方式與透鏡陣列子透鏡的尺寸和排列方式匹配。
[0011]優(yōu)選地，所述子相位片包括兩種矩陣單元按照哈達瑪矩陣的行或列向量排布構(gòu)成的圖樣，兩種矩陣單元的相位差為^不同子相位片的圖樣相互獨立。
[0012]優(yōu)選地，所述兩種矩陣單元的相位分別為O和Ir。
[0013]優(yōu)選地，所述透鏡陣列1003為由子透鏡組成的NXM階透鏡陣列，空間光調(diào)制器電控調(diào)制出相互獨立的圖樣，其圖樣尺寸和排列方式與子透鏡尺寸和排列方式匹配。
[0014]優(yōu)選地，所述圖樣由兩種矩陣單元按照哈達瑪矩陣的行或列向量排布而成，兩種矩陣單元的相位差為JT。
[0015]優(yōu)選地，所述兩種矩陣單元的相位分別為O和Ir。
[0016]本實用新型還提供了一種激光投影儀，包括:激光源1010和投影透鏡1007，以及設(shè)置在激光源1010和投影透鏡1007之間的任一種所述靜態(tài)消散斑裝置，激光源1010用于產(chǎn)生激光束，投影透鏡1007用于將圖像投影在屏幕1008上。
[0017](三)有益效果
[0018]從上述技術(shù)方案可以看出，本實用新型的基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀具有以下有益效果:
[0019](I)利用透鏡陣列、積分透鏡和圖像發(fā)生器配合相位片陣列或空間光調(diào)制器實現(xiàn)靜態(tài)消散斑，所有部件均為靜態(tài)部件，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；
[0020](2)無需額外的驅(qū)動部件和能量損耗，減小了系統(tǒng)尺寸，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度；
[0021](3)同一時間相位片陣列的所有子相位片均被利用，同時發(fā)揮作用，提高了正交矩陣相位片的利用率。
【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本實用新型具體實施例的靜態(tài)消散斑裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是根據(jù)本實用新型具體實施例的透鏡陣列示意圖；
[0024]圖3是根據(jù)本實用新型具體實施例的相位片陣列示意圖；
[0025]圖4是根據(jù)本實用新型具體實施例的子相位片示意圖；
[0026]圖5是根據(jù)本實用新型具體實施例的子相位片I的相位分布圖樣示意圖。
[0027]【符號說明】
[0028]1001-激光器；1002-擴束器；1003-透鏡陣列；1004-相位片陣列；1005-積分透鏡；1006-圖像發(fā)生器;1007-投影透鏡;1008-屏幕;1009-接收者;1010-激光源。
【具體實施方式】
[0029]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。
[0030]如圖1所示，本實用新型第一實施例提供了一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，其設(shè)置在激光投影儀的激光源1010和投影透鏡1007之間，用于消除激光投影儀的散斑，該靜態(tài)消散斑裝置包括:透鏡陣列1003、相位片陣列1004、積分透鏡1005和圖像發(fā)生器1006;其中，
[0031]透鏡陣列1003位于激光源后方，包含陣列排布的多個子透鏡，該些子透鏡所在的平面與光軸垂直，用于分割激光源射出的光從而產(chǎn)生子光束；
[0032]相位片陣列1004位于透鏡陣列光路后方并與透鏡陣列位置匹配，包含陣列排布的多個子相位片，該些子相位片所在的平面與光軸垂直，用于使子光束攜帶相互獨立的圖樣；
[0033]積分透鏡1005位于相位片陣列光路后方與透鏡陣列共焦的位置，圖像發(fā)生器1006位于積分透鏡的焦平面，圖像發(fā)生器的光路后方為投影透鏡1007，積分透鏡1005將攜帶有相互獨立的圖樣的子光束匯聚疊加在其焦平面的圖像發(fā)生器1006，圖像發(fā)生器1006依據(jù)子光束攜帶的相互獨立圖樣，產(chǎn)生攜帶有相互獨立的圖樣疊加的圖像。
[0034]其中，透鏡陣列1003為由子透鏡組成的NXM階透鏡陣列，相位片陣列1004由NXM個子相位片組成，子相位片的尺寸和排列方式與透鏡陣列子透鏡的尺寸和排列方式匹配，所述N、M多8。子相位片包括兩種矩陣單元按照正交矩陣的方式排列而成的圖樣，兩種矩陣單元的相位差為，不同子相位片的圖樣相互獨立。
[0035]優(yōu)選地，如圖2和圖3所示，所述N和M取8，即透鏡陣列1003為由64個子透鏡組成的8X 8階透鏡陣列，子透鏡2001-2064尺寸為，透鏡陣列的尺寸為32mm*32mm;相位片陣列1004由64個子相位片組成，子相位片3001-3064的尺寸與子透鏡的尺寸相同，其圖樣如圖4所示。每一子相位片由4um*4um的矩陣單元依照哈達瑪矩陣的行(或列)向量排布構(gòu)成，且具有與哈達瑪矩陣相同階數(shù)的矩陣圖樣，矩陣單元的相位分別為0(4001)或<4002)，其中子相位片3001的相位分布圖樣如圖5所不。
[0036]本實用新型第一實施例的基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，激光源1010產(chǎn)生的光束入射至透鏡陣列1003，其中，當激光器的輸出光口徑滿足要求時，激光源1010可只包括激光器1001，否則，激光源1010還可包括擴束器1002;光束經(jīng)透鏡陣列1003被分割為64條子光束;各子光束經(jīng)過相位片1004，每個子光束均攜帶了與之對應(yīng)的子相位片圖樣的相位分布信息;子光束經(jīng)積分透鏡1005后疊加匯聚在積分透鏡的焦平面附近，同時，各子光束攜帶的相位分布信息也疊加匯聚在積分透鏡的焦平面附近;位于積分透鏡的焦平面上的圖像發(fā)生器1006產(chǎn)生圖像，則圖像攜帶了由各子相位片疊加的相位分布信息；圖像被投影透鏡1007投影在屏幕1008上;接收者1009(例如人眼)觀察屏幕1008，因接收者探測點對應(yīng)的每個分辨點包含有多個相互獨立的正交矩陣圖樣的疊加，因此達到消散斑的效果，理論上可以使散斑對比度下降為原來的12.5%。
[0037]由此可見，本實用新型第一實施例的基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，利用透鏡陣列、積分透鏡和圖像發(fā)生器配合正交矩陣相位片實現(xiàn)靜態(tài)消散斑，所有部件均為靜態(tài)部件，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高;無需額外的驅(qū)動部件和能量損耗，減小了系統(tǒng)尺寸，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度;同一時間正交矩陣相位片的所有子相位片均被利用，同時發(fā)揮作用，提高了正交矩陣相位片的利用率。
[0038]本實用新型第二實施例提供了另一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，為了達到簡要說明的目的，上述第一實施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。
[0039]該靜態(tài)消散斑裝置包括:透鏡陣列1003、空間光調(diào)制器(SLM)、積分透鏡1005和圖像發(fā)生器1006;其中，空間光調(diào)制器位于透鏡陣列光路后方并與透鏡陣列位置匹配，用于使子光束攜帶相互獨立的圖樣，第二實施例的靜態(tài)消散斑裝置結(jié)構(gòu)示意圖可參照圖1，只需將相位片陣列1004替換為空間光調(diào)制器即可。
[0040]透鏡陣列1003為由子透鏡組成的N X M階透鏡陣列，空間光調(diào)制器可電控調(diào)制出相互獨立的圖樣，圖樣尺寸和排列方式與子透鏡尺寸和排列方式匹配，正交矩陣圖樣由兩種矩陣單元按照正交矩陣的方式排列而成，兩種矩陣單元的相位差為JI。
[0041 ] 優(yōu)選地，所述N和M取16，即透鏡陣列1003為由256個子透鏡組成的16 X 16階透鏡陣列，子透鏡尺寸為透鏡陣列的尺寸為16mm*16mm;空間光調(diào)制器由矩陣單元O和調(diào)制出相互獨立的圖樣，該圖樣是依照哈達瑪矩陣的行(或列)向量排布而成，且具有與哈達瑪矩陣相同階數(shù)的矩陣圖樣，矩陣圖樣尺寸為
[0042]本實用新型第二實施例的基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，激光源產(chǎn)生的光束入射至透鏡陣列1003，光束經(jīng)透鏡陣列1003被分割為256條子光束;各子光束經(jīng)過空間光調(diào)制器，每個子光束均攜帶了與之對應(yīng)的圖樣的相位分布信息;子光束經(jīng)積分透鏡1005后疊加匯聚在積分透鏡的焦平面附近，同時，各子光束攜帶的相位分布信息也疊加匯聚在積分透鏡的焦平面附近;位于積分透鏡的焦平面上的圖像發(fā)生器1006產(chǎn)生圖像，則圖像攜帶了由各子相位片疊加的相位分布信息；圖像被投影透鏡1007投影在屏幕1008上;接收者1009觀察屏幕1008，因接收者探測點對應(yīng)的每個分辨點包含有多個相互獨立的正交矩陣圖樣的疊加，因此達到消散斑的效果，理論上可以使散斑對比度下降為原來的6.25%。
[0043]由此可見，本實用新型第二實施例的基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，利用透鏡陣列、積分透鏡和圖像發(fā)生器配合空間光調(diào)制器實現(xiàn)靜態(tài)消散斑，所有部件均為靜態(tài)部件，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高;無需額外的驅(qū)動部件，減小了系統(tǒng)尺寸，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。
[0044]本實用新型第三實施例提供了一種激光投影儀，包括激光器1001和投影透鏡1007，以及設(shè)置在激光器1001和投影透鏡1007之間的第一或第二實施例的靜態(tài)消散斑裝置，激光器1001用于產(chǎn)生激光束，投影透鏡1007用于將圖像投影在屏幕1008上。
[0045]其中，激光器1001可以是單一激光器，也可以是激光器陣列。
[0046]當激光器輸出光口徑不滿足要求時，在激光器和靜態(tài)消散斑裝置之間設(shè)置有擴束器1002，用于擴大光源面積，依據(jù)需求合理的控制光束口徑。
[0047]至此，已對本實用新型的一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀進行了詳細描述。需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、步驟和形狀，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如:
[0048](I)各光學(xué)器件還可采用其他類型的元件，只要能實現(xiàn)相同的功能即可；
[0049](2)本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)值；
[0050](3)實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本實用新型的保護范圍；
[0051](4)上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。
[0052]綜上所述，本實用新型的基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置及激光投影儀，利用透鏡陣列、積分透鏡和圖像發(fā)生器配合正交矩陣相位片或空間光調(diào)制器實現(xiàn)靜態(tài)消散斑，所有部件均為靜態(tài)部件，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高;無需額外的驅(qū)動部件和能量損耗，減小了系統(tǒng)尺寸，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度；同一時間正交矩陣相位片的所有子相位片均被利用，同時發(fā)揮作用，提高了正交矩陣相位片的利用率。
[0053]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于透鏡陣列的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，其設(shè)置在激光投影儀的激光源(1010)和投影透鏡(1007)之間，包括:透鏡陣列(1003)、靜態(tài)相位調(diào)制器、積分透鏡(1005)和圖像發(fā)生器(1006);其中， 所述透鏡陣列(1003)位于激光源后方，其包含陣列排布的多個子透鏡，用于分割激光源射出的光從而產(chǎn)生子光束； 所述靜態(tài)相位調(diào)制器位于透鏡陣列光路后方并與透鏡陣列位置匹配，用于使子光束攜帶相互獨立的圖樣； 所述積分透鏡(1005)位于相位片陣列光路后方與透鏡陣列共焦的位置，所述圖像發(fā)生器(1006)位于積分透鏡的焦平面，所述圖像發(fā)生器的光路后方為投影透鏡(1007)，所述積分透鏡(1005)將攜帶有相互獨立圖樣的子光束匯聚疊加在其焦平面的圖像發(fā)生器(1006)，所述圖像發(fā)生器(1006)依據(jù)子光束攜帶的相互獨立圖樣，產(chǎn)生攜帶有相互獨立圖樣疊加的圖像。2.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述靜態(tài)相位調(diào)制器為相位片陣列(1004)，其包含陣列排布的多個子相位片，該些子相位片所在的平面與光軸垂直。3.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述靜態(tài)相位調(diào)制器為空間光調(diào)制器。4.如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述透鏡陣列(1003)為由子透鏡組成的NXM階透鏡陣列，所述相位片陣列(1004)由NXM個子相位片組成，子相位片的尺寸和排列方式與透鏡陣列子透鏡的尺寸和排列方式匹配。5.如權(quán)利要求4所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述子相位片包括兩種矩陣單元按照哈達瑪矩陣的行或列向量排布構(gòu)成的圖樣，兩種矩陣單元的相位差為^不同子相位片的圖樣相互獨立。6.如權(quán)利要求5所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述兩種矩陣單元的相位分別為O 和 Ji07.如權(quán)利要求3所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述透鏡陣列(1003)為由子透鏡組成的NXM階透鏡陣列，空間光調(diào)制器電控調(diào)制出相互獨立的圖樣，其圖樣尺寸和排列方式與子透鏡尺寸和排列方式匹配。8.如權(quán)利要求7所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述圖樣由兩種矩陣單元按照哈達瑪矩陣的行或列向量排布而成，兩種矩陣單元的相位差為I9.如權(quán)利要求8所述的靜態(tài)消散斑裝置，其特征在于，所述兩種矩陣單元的相位分別為O 和 Ji010.—種激光投影儀，其特征在于，包括:激光源(1010)和投影透鏡(1007)，以及設(shè)置在激光源(1010)和投影透鏡(1007)之間的權(quán)利要求1至9中任一項權(quán)利要求所述的靜態(tài)消散斑裝置，激光源(1010)用于產(chǎn)生激光束，投影透鏡(1007)用于將圖像投影在屏幕(1008)上。
【文檔編號】G03B21/14GK205643892SQ201620422115
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】馬曉輝, 王梓, 王書路, 王安廷
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)