一种高效、高均匀性被动光束匀光整形照明系统的制作方法

本发明涉及投影显示技术领域，具体为一种高效、高均匀性被动光束匀光整形照明系统。

背景技术：

投影显示系统中需要将图像显示在大面积的屏幕上，这就需要照明系统能够发出高度均匀的照明光斑，均匀照亮微显示芯片（通常为4:3或者16:9的矩形形状）。然而由于照明系统中的光源发出的光束的不均匀性，并且光斑形状也不为矩形，照明效率受到严重影响。为了使照明系统出射的光斑与显示芯片相匹配，提高照明效率，需要对光源发出的光束进行匀光和整形处理。这其中主要采用方棒积分器和复眼阵列透镜两种积分器件来进行处理。相比复眼阵列透镜，方棒积分器匀光方式具有工艺性较好、成本低及原理简单等优点而被广泛采用。

目前，方棒积分器匀光方式中使用较为广泛的是旋转椭球面和单根方棒的组合方式，方棒的一端位于椭球第二个焦点位置，入射光束在光棒内表面多次反射，从而达到匀光效果。然而对于方棒积分器件，其输出光场均匀度与方棒长度有关，在一定范围内，存在最佳光棒长度，因此，单根方棒的匀光效果有一定的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效、高均匀性被动光束匀光整形照明系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效、高均匀性被动光束匀光整形照明系统，包括半导体激光器阵列模块，衍射光学元件，六棱棒积分器件、方棒积分器件；所述衍射光学元件设置在半导体激光器阵列模块与六棱棒积分器件之间，所述六棱棒积分器件设置在衍射光学元件与方棒积分器件之间。

优选的，所述半导体激光器阵列模块中的各半导体激光器采用紧密排列方式，排成正六边形、四边形或者正三角形，构成初始光源。

优选的，所述半导体激光器数量为3n²-3n+1，其中，n为正六边形、四边形或者正三角形每边的半导体激光器数量。

优选的，所述半导体激光器阵列模块后插入衍射光学元件，对半导体激光器发出的光束进行扩束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明能够获得高均匀性的矩形照明光斑，适用于激光投影显示领域。

（2）本发明采用了六棱棒积分器件和方棒积分器件的组合匀光方式，提高光束均匀度和匀光质量。

（3）本发明采用衍射光学元件对光源出射的光斑进行扩束，从而可以提高匀光效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明中半导体激光器阵列模块中各激光器排列形式示意图；

图3为本发明中半导体激光器阵列模块中各激光器另一种排列形式示意图；

图4为本发明中半导体激光器阵列模块中各激光器另一种排列形式示意图；

图5为本发明中半导体激光器阵列模块、衍射光学元件及六棱柱匀光积分器件之间距离示意图。

图6为本发明中半导体激光器阵列模块发出的光斑和经衍射光学元件扩束后的光斑对比示意图。

图7为本发明中入射到六棱棒积分器件上的光斑角度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种高效、高均匀性被动光束匀光整形照明系统，包括半导体激光器阵列模块101，衍射光学元件102，六棱棒积分器件103、方棒积分器件104；所述衍射光学元件102设置在半导体激光器阵列模块101与六棱棒积分器件103之间，所述六棱棒积分器件103设置在衍射光学元件102与方棒积分器件104之间。其中半导体激光器阵列模块101具体排列形式如图2所示；半导体激光器阵列模块101中的各半导体激光器采用紧密排列方式，排成正六边形、四边形或者正三角形，构成初始光源；光源发出的光束经衍射光学元件扩束后，光斑的发散角将增大，入射到六棱棒积分器件进行匀光，再经方棒积分器件进一步匀光，并且将光束整形为矩形，以便用于投影显示系统。所述的六棱柱积分器件是对经衍射光学元件扩束后的光斑进行均匀化。所述的方棒积分器件是进一步提高光斑均匀程度，并将光斑整形为矩形；半导体激光器数量为3n²-3n+1，其中，n为正六边形、四边形或者正三角形每边的半导体激光器数量，其中半导体激光器尾纤半径为a，尾纤的数值孔径为0.22。

本发明中，半导体激光器阵列模块101后插入衍射光学元件102，对半导体激光器发出的光束进行扩束。以提高六棱棒积分器件和方棒积分器件的匀光效率；在光束匀光整形照明系统中插入六棱棒匀光积分器件，以提高匀光效果。

本发明中，光源发出的光经衍射光学元件102扩束后，照射到六棱棒积分器件103上，光斑105形状为近似正六边形。其中，半导体激光器阵列模块101到衍射光学元件102之间的距离为x，衍射光学元件102到六棱棒积分器件103之间的距离为y，如图3所示。衍射光学元件102的发散角为9°，则半导体激光器阵列模块101作为光源发出的光束经衍射光学元件102后，照射到六棱棒积分器件103上时，相比半导体激光器阵列模块101发出的光束，光斑宽度扩大了z，z约等于0.23x+0.40y，如图4所示，面积扩大了。合理选择衍射光学元件102的发散角及控制间距x和y，使得扩束后的光束能够完全进入六棱棒积分器件103中，并且光束的发散角在六棱棒积分器件103的数值孔径内。旋转六棱棒积分器件103，可以使光斑105与六棱棒积分器件103边与边平行或者有一定夹角θ，θ在0-60°之间，如图5所示。选择θ为30°的相切方式，经六棱棒积分器件103匀光后的光束形状为正十二边形。再经方棒积分器件104匀光整形成矩形均匀照明光束，以满足投影显示系统的需要。

本发明采用了六棱棒积分器件和方棒积分器件的组合匀光方式，提高光束均匀度和匀光质量；本发明采用衍射光学元件对光源出射的光斑进行扩束，从而可以提高匀光效率；本发明能够获得高均匀性的矩形照明光斑，适用于激光投影显示领域。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高效、高均匀性被动光束匀光整形照明系统，包括半导体激光器阵列模块，衍射光学元件，六棱棒积分器件、方棒积分器件。半导体激光器按正六边形进行排列，作为光源；衍射光学元件对光源进行扩束；六棱棒积分器件对扩束后的光斑进行匀光；方棒积分器件对光束进一步匀光，并且将光束整形为矩形，以便用于投影显示系统。本发明能够获得高均匀性的矩形照明光斑，适用于激光投影显示领域。

技术研发人员：尹亚铁;王亮;王建华
受保护的技术使用者：北京速镭视激光科技有限公司
技术研发日：2017.11.24
技术公布日：2018.02.02