一种RGB激光投影系统的制作方法

一种rgb激光投影系统
技术领域
1.本实用新型涉及光学设备技术领域，具体涉及一种rgb激光投影系统。


背景技术：

2.投影系统光源是一大研究方向，高端的投影系统所需光源需要具有较高的亮度、较好的照度均匀性及较长的使用寿命等。大多数投影系统所用的光源采用的是led，但led光源的光谱密度和亮度较低。而激光由于自身高亮度和高单色性等特点，开始逐渐取代了传统的led并成为高端投影系统采用的主要光源。
3.但值得注意的是，激光相干性较高，且光束为高斯分布，因此其照度分布不均匀，相干噪声(散斑)严重，这会严重降低照明质量。因此，如何降低散斑噪声和提高照明均匀性是一个非常重要的问题。
4.传统的匀光消散斑方案大概归纳为如下几种：
5.1、使用振动的微透镜阵列(复眼透镜)及匀光片；
6.2、使用振动多模光纤束及匀光片；
7.3、使用衍射元件及透镜组等。
8.在以上提及的方案中，大多数会引入振动结构，从而会给整个系统带来机械振动的影响，同时对结构的设计也会有更高的要求，而采用衍射元件成本较高且一般需要定制，时间周期较长。
9.现有一些高端投影系统中已经使用了rgb激光光源，但激光所带来的相干噪声仍是一个比较严重的问题，它严重影响了成像的质量。因此绝大多数激光投影系统中都会采取一些方案来降低相干噪声的影响，最为常用的方案是在光源模块中加入微透镜组和扩散片，同时使用微机电结构使微透镜产生高频振动，配合扩散片来降低散斑和匀光，但振动所带来的影响也不可忽略，并且这种降低散斑噪声的方案也具有一定局限性，它无法达到很低的散斑对比度。另一种方案是采用衍射元件和扩散片组合的方式，但通常光束经过衍射元件后的像面中央会有一个极亮的光斑，这会影响照度的均匀性，并且较好的衍射元件需要定制，且成本较高。
10.为了解决上述问题，本技术人提出一种rgb激光投影系统。


技术实现要素：

11.本实用新型的一个目的在于提供一种rgb激光投影系统，减少了振动带来的不稳定性，同时使用了电动变焦透镜消散斑的方式，极大的降低了散斑噪声，提高了照度均匀性，因此可获得更佳的投影效果。
12.一种rgb激光投影系统，沿着光线传播方向上依次设有rgb激光光源模块、扩束模块、电动变焦透镜、匀光模块、整形透镜、场镜、dmd元件、成像透镜和屏幕；所述电动变焦透镜上连接有控制电路。
13.具体地，所述电动变焦透镜的变焦速率为1mm/5ms～1mm/25ms。
14.具体地，所述匀光模块包括空心反射腔和光波导束；空心反射腔呈倒金字塔形，且空心反射腔的小端面对所述电动变焦透镜；所述光波导束嵌入所述空心反射腔内。
15.进一步地，所述空心反射腔的内壁上镀有全反射膜。
16.具体地，在所述rgb激光光源模块发出的红、绿、蓝三原色激光合束中，红光波长范围为620nm～650nm；绿光波长范围为492nm～577nm；蓝光波长范围为440nm～480nm，合束后的光斑直径可为0.3～1.5mm。
17.具体地，所述扩束模块的放大倍率为5～20倍。
18.本实用新型一种rgb激光投影系统，与现有技术相比，还具有以下优点：
19.(1)在传统投影系统中使用了电动变焦透镜降低散斑噪声；
20.(2)由光波导束及倒金字塔型空心反射腔组成的匀光模块，降低激光的空间的相干性以降低散斑对比度和提高照度均匀性
21.(3)减小了振动带来了的不稳定性。
附图说明
22.图1为实施例的一种rgb激光投影系统的光路原理图；
23.图2为实施例中的电动变焦透镜的原理图；
24.图3为实施例中的匀光模块的结构示意图；
25.图4(a)为实施例中未使用超快电动变焦透镜及匀光模块得到的像面照度分布图；
26.图4(b)为实施例中使用超快电动变焦透镜及匀光模块后得到像面照度分布图。
具体实施方式
27.以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。
28.实施例
29.一种rgb激光投影系统，沿着光线传播方向上依次设有rgb激光光源模块1、扩束模块2、电动变焦透镜3、匀光模块5、整形透镜6、场镜7、dmd元件8、成像透镜9和屏幕10；所述电动变焦透镜3上连接有控制电路4。
30.如图1所示，如图，rgb激光光源模块1发出一准直光束，该准直光束是由红(r)、绿(g)、蓝(b)三原色激光合束而成，其中红光波长可选范围为620nm～650nm；绿光波长可选范围为492nm～577nm；蓝光波长可选范围为440nm～480nm。合束后的光斑直径可为0.3～1.5mm，该光束再经过扩束模块2进行扩束，扩束模块2的放大倍率可为5～20倍(合束后的光斑直径由光源模块内部的激光器和光学透镜决定，最为常规的一般都在这个范围内)。扩束光再入射到电动变焦透镜3上，电动变焦透镜3可以以很快的速率改变焦距，在本实施例中，所述电动变焦透镜3的变焦速率为1mm/5ms～1mm/25ms，焦距可变范围为80
±
60mm，当其焦距不断改变时，会产生若干个不同的散斑模式，即每一个焦距对应一个散斑模式，当散斑模式的数量为n时，根据散斑对比度公式c＝1/√n可知，当n的值越大，散斑对比度c越小，这就是通过电动变焦透镜来降低散斑噪声的原理。
31.如图2所示，关于电动变焦透镜的原理，发明人进行说明：电动变焦透镜3包括基板31、光学液态材料33和压块32；压块32通过控制电路4的驱动向下施加压力，光学液态材料33的形状随之改变从而使焦距发生变化，光学液态材料的折射率可在1.3～1.6之间。
32.压块32作用于光学液态材料33，未和光机机构直接接触，振动源并不会对其他光器件有任何影响，并且一般的变焦透镜都会将压块结构和光学液态材料封装在一起，因此更加不会影响到其他光器件
33.经电动变焦透镜3出射的光斑再进入匀光模块5内，优选地，在本实施例中，如图3所示，所述匀光模块5包括空心反射腔51和光波导束52；空心反射腔51呈倒金字塔形，且空心反射腔51的小端面对所述电动变焦透镜3；所述光波导束52嵌入所述空心反射腔51内；为了提高反射效果，空心反射腔51内壁镀有全反射膜，光束会在该匀光模块5内进行匀光和二次降低散斑噪声。光波导束52由数根光波导捆绑而成，再将光波导束52内嵌于一个空心的倒金字塔型的空心反射腔51中，溢出光波导束的光线会在腔内不断发生发射从而降低了空间相干性，在光波束中传递的光线会不断发生散射和反射，同样也会降低激光的空间的相干性以降低散斑对比度和提高照度均匀性。
34.经匀光处理的光线射入后面一组整形透镜6中，该整形透镜6组起到对光束重新分割的作用，相当于进行二次匀光，元件为场镜7，实质是一个正透镜，它的主要作用是汇聚，可以起到减小探测器尺寸的作用，这里主要是将光束整形到和dmd尺寸相匹配的作用，经该整形透镜组的光束汇聚到dmd元件8上(dmd是在半导体芯片上布置一个由微镜片所组成的矩阵，每一个微镜片控制投影画面中的一个像素)，最后经成像透镜9成像于屏幕10。
35.如图4(a)和图4(b)，对比可知：当激光从含有散射物质的介质内部透射后，会形成不规则的光强度分布，即出现随机分布的斑点，如图4(a)所示，这种强度不均匀的斑点会极大影响成像质量，即在投影画面中出现随机分布的斑点。图(a)中可以明显看出散斑对比度较大(即白色光点与暗点对比度很高)，图(b)中各个区域的光强度几乎一致，看起来十分均匀。
36.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。