基于復眼透鏡的激光顯示勻場整形裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光顯示技術領域，特別是應用于激光照明、激光顯示及以相干光為光源的光學設備與儀器，具體為一種基于復眼透鏡的激光顯示勻場整形裝置。
【背景技術】
[0002]激光具有亮度高、波長帶寬小，光學擴展量小等特點，在激光顯示領域和激光照明領域具有廣闊的應用前景。但是，由于激光器出射的是單模或多模高斯光束，光場分布不均勻，因此需要把激光光束轉換成特定形狀(如矩形或方形)且強度均勻的光束。
[0003]復眼透鏡由一系列完全相同的微透鏡組合而成，基于復眼透鏡的照明光學系統以其光能利用率高、結構簡單等優勢，在投影系統、照明系統等需要均勻照明的領域有著廣泛的應用。在基于復眼透鏡的投影系統光路中，傳統光源出射的一整束白光經過復眼透鏡由X分光鏡分為紅綠藍三路光線，由光學引擎數字信號的調制實現最終畫面的顯示，由光源的每一點出射的光束都會交疊到照明視場的同一范圍內，所以會得到一個均勻的方形光斑。然而，由于X分光鏡通常采用兩片不同波長的濾波片交叉粘結而成，在交叉位置處透射效率低，入射光的中心部分經過復眼透鏡和X分光鏡后，在X分光鏡交叉位置對應的像面上形成一條暗場區域，投影到屏幕后嚴重影響圖像的均勻度，影響投影畫面質量。
[0004]因此，如何消除圖像中心暗場，提高畫面質量，以及激光光束的勻場是在基于復眼透鏡的激光顯示系統中存在的難題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種基于復眼透鏡的激光顯示和激光照明系統中勻場整形的裝置。
[0006]本發明是采用如下技術方案實現的:
一種基于復眼透鏡的激光顯示勻場整形裝置，包括勻場組件，所述勻場組件包括第一準直透鏡、擴散片、凹透鏡、第二準直透鏡;入射光依次經過第一準直透鏡、擴散片、凹透鏡、第二準直透鏡后輸入到第一復眼透鏡，并進一步經過第二復眼透鏡后，通過聚光鏡，最后由X分光鏡進行分光后投影。
[0007]工作時，當光纖發射的激光入射光束經第一準直透鏡準直后照射到擴射片，經擴散片對入射激光一定角度散射后，由凹透鏡將光束以一定的角度發散，再經第二準直透鏡將發散的激光光束進行準直，光束垂直進入第一復眼透鏡后形成一束與光軸平行的平行光，光束經過第一復眼透鏡內的小透鏡后聚焦到對應的第二復眼透鏡內的小透鏡中心處，即第一復眼透鏡將光源形成多個光源像進行照明，第二復眼透鏡的每個小透鏡將第一復眼透鏡上對應的小透鏡重疊成像后，經聚光鏡將第二復眼透鏡出射的光斑聚焦在照明屏上。如圖1所示，由于第一復眼透鏡將光源的整個寬光束分為多個細光束照明，且每個細光束范圍內的微小不均勻性，由于處于對稱位置細光束的相互疊加，使細光束的微小不均勻性獲得補償，從而使整個孔徑內的光能量得到有效均勻的利用。從第二復眼透鏡出射的光斑通過聚光鏡和X分光鏡聚集在照明屏上，照明屏上光斑的每一點均受到光源所有點發出的照射，同時，光源上每一點發出的光束又都交匯重疊到照明光斑上的同一視場范圍內，所以得到一個均勾的方形光斑。
[0008]由于在第一復眼透鏡后加裝了第二復眼透鏡，當準直后的光束與光軸有一定的夾角，但不是太大的時候，經第一復眼透鏡的小透鏡后偏離了對應第二復眼透鏡的每個小透鏡的中心但未完全偏離對應的小透鏡單元。此時由于焦平面上同一點發出的光線，經過第二準直透鏡后，將平行出射，因此這與平行光軸的平行光通過第二復眼透鏡陣列后出射的光線方向一致，將照射到相同的區域，不產生旁瓣。
[0009]在激光顯不投影系統中，x分光鏡將紅綠藍不同波段的光進行分束，X分光鏡是由兩個不同鍍膜的平面鏡進行交疊膠合之后形成，實現分光效果。第二復眼透鏡中心區域一排小透鏡出射的光束經過X分光鏡的中心區域即膠合部分時，光能損耗較大，投影到屏幕就會在圖像中心出現暗條紋。工作時，本發明勻場整形機構為了有效避免這種現象，將激光光束分為若干個區域進行輸入。即位于第一復眼透鏡入射端以中心對稱方式布置若干組勻場組件，則第一復眼透鏡入射端面的光斑均勻分布在第一復眼透鏡上的若干個區域，且不同區域之間無交叉。這樣區分于傳統光源輸入的光強分布，在此區域光能量最強，因此本發明中激光經過X分光鏡時，被遮擋的光能遠遠小于傳統光源，從而有效消除投影畫面中心區域偏暗的現象。
[0010]工作時，入射光束分為若干個區域入射，通過機械結構件調整第二準直透鏡與凹透鏡之間的距離，調整光斑大小，將光能量全部輸入到第一復眼透鏡上，并保證第一復眼透鏡上的小透鏡的覆蓋率達到78.5%以上，而傳統光源經過準直后僅能覆蓋敷衍透鏡的45%-50%。
[0011]除此之外，第一準直透鏡、擴散片、凹透鏡及第二準直透鏡通過整體的機械結構件連接固定，可以保證光學器件的同軸、同心度。
[0012]本發明設計合理、結構簡單，達到的有益效果如下:
1、勻場效果好:激光光束分成若干部分進行勻場整形入射到第一復眼透鏡，入射光在第一復眼透鏡上微鏡的覆蓋率高達78.5%以上，可實現良好的勻場效果，并且入射光合理的布局避開了與X分光鏡對應第一復眼透鏡陣列中心區域的微鏡，從而避免了形成投影圖像中心的暗條紋。
[0013]2、激光利用率高:經過準直透鏡組后，光束剩余發散角小，因此光束經過復眼透鏡時效率高。
[0014]3、光路集成度高:采用凹透鏡，縮短光路距離，提高結構穩定性。
[0015]4、結構簡單，造價低，易于加工及安裝，并具有可調結構設計。
[0016]5、裝置中各組成部分均可實現長時間，連續穩定工作，性能穩定，安全可靠。
[0017]本發明利用復眼透鏡的勾光效果，合理劃分若干條光路后，將復眼透鏡分為若干個相同的區域，利用準直透鏡與擴散片對激光光束接收、擴束并準直后輸入到雙排復眼透鏡進行勻光整形，激光光束隨后入射到X分光鏡進行分光投影，合理彌補了 X分光鏡在投影系統中畫面屏幕中心出現暗條紋的缺陷。該裝置結構簡單，運行穩定，具有屏幕顯示圖像效果好、光場均勻等優點，可應用于以相干光為光源的照明或顯示技術領域。
【附圖說明】
[0018]圖1表示復眼透鏡均勻照明原理圖。
[0019]圖2表示第二復眼透鏡對小角度光路的糾正原理示意圖。
[0020]圖3a表示勻場整形裝置光路設計示意圖(側視圖)。
[0021]圖3b表示勻場整形裝置光路設計示意圖(整體斜視圖)。
[0022]圖3c表示勻場整形裝置光路設計示意圖(正視圖)。
[0023]圖4表示復眼透鏡陣列上光強分布示意圖。
[0024]圖5表示本發明屏幕顯示效果示意圖。
[0025]圖中，1-第一準直透鏡，2-擴散片，3-凹透鏡，4-第二準直透鏡，5-第一復眼透鏡，6-第二復眼透鏡，7-聚光鏡，8-X分光鏡，9-照明屏(虛擬屏幕)。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細說明。
[0027]一種基于復眼透鏡的激光顯示勻場整形裝置，如圖1、3所示，包括勻場組件，所述勻場組件包括第一準直透鏡1、擴散片2、凹透鏡3、第二準直透鏡4。所述第一準直透鏡I與集束光纖出射端通過機械件固定連接。所述第一準直透鏡1、擴散片2、凹透鏡3、第二準直透鏡4通過機械結構件依次固定連接;所述機械結構件為固定光學器件的固定結構，并可以改變光路中鏡片之間的距離，從而調整光斑的大小。透明擴散片2為現有公知結構。
[0028]入射光依次經過第一準直透鏡1、擴散片2、凹透鏡3、第二準