CN113031287A - 一种光学积分器、散斑抑制装置及其激光显示*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面为柱状透镜阵列，第二主面为第一反射层；所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面为柱状透镜阵列，第四主面为第二反射层，所述第三主面和第一主面相对设置，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第一主面的柱状透镜阵列正交交错设置。本发明光学积分器主要应用于以相干光为光源的激光显示领域，结构简单易加工；本发明散斑抑制装置能够通过MEMS***进行驱动，功耗低噪声小，设备及模组可靠性高，且子光束具有时变性，散斑抑制效果好。

Description

一种光学积分器、散斑抑制装置及其激光显示***

技术领域

本发明涉及光学显示领域，特别涉及一种光学积分器、散斑抑制装置及其激光显示***。

背景技术

散斑是相干光源如激光光源，照射光学粗糙表面或通过不均匀媒质时出现的强度随机分布的颗粒状斑纹。相干光束，如激光，在光学粗糙表面发生漫反射，在空间内形成随机分布的具有相位差的光。漫反射产生的光与入射光频率相同，在空间相遇后发生干涉，导致光强在空间内随机分布，形成散斑。

在不同的应用和领域中，散斑具有不同的意义。在相干光的显示***中，如激光显示***，散斑会导致显示的图像信息部分缺少，降低显示的分辨率，因而散斑对相干光的显示***是有害的。在激光投影显示***中，衡量散斑的主要参数是散斑对比度，它定义为均匀照明屏幕上光强的标准方差与均值的比值。当散斑现象比较明显时，C值较大；反之，C将趋于零。要想让人眼感觉不到图像中散斑的存在，散斑对比度值应低于4％。根据相关研究，当散斑对比度被抑制到4％以下时，人类的视觉***便无法在投影的图像中识别散斑。

从散斑的成因分析，形成散斑的根本原因是照射光束具有极好的相干性。因此，散斑抑制的根本方法在于降低照射光束的相干性。现有的众多散斑抑制技术大体可分为三类：通过驱动多激光器形成低相干激光光源或平均形成的散斑亮度、通过振动的投影屏幕在人类视觉上进行弥补、通过在光路中添加具有特定功能的光学元件从时间和/或空间上影响激光光束的光学性质。其中，由于激光器的发光特性，总输出光功率一定，驱动多激光器的功耗大于驱动单一激光器的功耗。同时，激光器增多，生产成本也随之增加。而通过使投影屏幕振动实现散斑抑制的技术在实际应用时存在过多制约。因此，进行散斑抑制时，通过在光路中添加具有特定功能的光学元件，在现阶段具有最广阔的应用前景。

在散斑抑制技术中，现有技术中主要使用的光学元件包括各类散射片、衍射光学元件，微透镜阵列以及表面粗糙化的MEMS微镜。

其中，散射片在静止状态下散斑抑制效果相当有限，需要通过驱动***进行驱动，光束透过旋转和/或振动的散射片后形成具有时变性随机相位的子光束。子光束形成的散斑效果小且相互重合后使整体效果降低。然而，在激光显示***中增加额外的驱动***，既有可能对精密光学***的可靠性造成不利影响，又有可能产生如噪声之类的负面效果，同时也不利于***模组集成化、小型化，制约了***模组的商业应用价值。

衍射光学元件在静止状态下即可对透过的光束进行分束，由于衍射光学元件具有微纳结构，分束后的子光束具有随机的相位，且子光束形成的散斑效果小且相互重合后使整体效果降低。但是，特定的衍射光学元件只能对特定波长的相干光光束进行分束，所以使用时存在一定的限制。

微透镜阵列是指一定数量微纳尺度的球面或自由曲面透镜的排列组合。微透镜阵列的周期尺寸一般为500nm-50μm。微透镜阵列也可以在静止状态下对光束进行分束，且相较于衍射光学元件具有更好的分束与匀束效果。通常，微透镜阵列通常需要两个阵列一起组合使用。因为单个微透镜阵列的匀束效果不如微透镜阵列组的匀束效果，所以匀束后光斑内亮度分布不均，散斑抑制效果不佳。使用多个微透镜阵列会增加模组尺寸。同时，使用微透镜阵列对时需两个微透镜阵列需要相互对应，对于尺寸和位置的精度要求很高。另外，由于制作工艺的原因，使用透镜阵列(不止是微透镜阵列)时不可避免的会出现散射现象，造成能量损耗，光斑亮度降低，对于激光显示较为不利。

表面粗糙化的MEMS微镜通过在一个或多个维度内振动，使反射光束获得具有时变性的相位。但是，现有的技术仍存在一定的不足，例如工艺复杂、成品稳定性差、成本高、产率低等。同时，根据若干文献，粗糙化形成的凸起高度或深度需为入射波长的1/4-2倍。故对粗糙化MEMS微镜的表面微/纳结构的精度要求较高，所以实际使用时存在一定的限制。

复眼光学积分器通常由若干透镜与一组微透镜阵列对构成。其利用光束透过复眼光学积分器后会形成由若干子光束构成的光束的特性，构成光束的子光束在投影显示时各自形成能量较弱的散斑，所形成的散斑效果在人眼视觉暂留时间内相互重叠，实现了在保持光斑整体亮度的同时对整体散斑现象进行抑制。

因此，针对相干光(如激光)显示时固有的激光散斑问题有必要提出一种新的光学积分器及散斑抑制装置，保持模组可集成性的同时，实现在各种常见的投影面上以低成本、低功耗地方式进行高效的激光散斑抑制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种光学积分器、散斑抑制装置及其激光显示***。

本发明第一方面，一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列对称设置，所述第一主面和第二主面在与光轴正交的平面内的第一方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第一方向正交的第二方向上无折射力；

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面和第四主面均为柱状透镜阵列，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第四主面的柱状透镜阵列对称设置，所述第三主面和第四主面在在所述第二方向上具有预定的折射力，且在所述第一方向上无折射力；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

进一步的，所述第一主面与所述第二主面之间的距离为第一光学器件的柱状透镜阵列的焦距f，所述第三主面与所述第四主面之间的距离为第二光学器件的柱状透镜阵列的焦距F。

本发明第二方面，一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列交错设置，

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面和第四主面均为柱状透镜阵列，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第四主面的柱状透镜阵列交错设置，

所述第一主面和第三主面在与光轴正交的平面内的第一方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第一方向正交的第二方向上无折射力；所述第二主面和第四主面在所述第二方向上具有预定的折射力，且在所述第一方向上无折射力；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

本发明第三方面，一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面为柱状透镜阵列，第二主面为第一反射层；

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面为柱状透镜阵列，第四主面为第二反射层，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第一主面的柱状透镜阵列正交交错设置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

进一步的，所述第一反射层为反射镜或反射膜。

进一步的，第一主面和第二主面之间的距离为f/2，其中f为第一主面的柱状透镜阵列的焦距。

进一步的，所述第二反射层为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种。

进一步的，第三主面和第四主面之间的距离为F/2，其中F为第三主面的柱状透镜阵列的焦距。

作为一种实施方式，所述第二反射层为MEMS微镜，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

本发明第四方面，一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列对称设置；

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面为柱状透镜阵列，第四主面为第二反射层，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第一主面的柱状透镜阵列正交交错设置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

进一步的，所述第二反射层为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种。

进一步的，所述第一主面与所述第二主面之间的距离为第一光学器件的焦距f。第三主面和第四主面之间的距离为F/2，其中F为第三主面的柱状透镜阵列的焦距。

作为一种实施方式，所述第二反射层为MEMS微镜，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

本发明第五方面，一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列交错设置；

所述第二光学器件为反射装置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

进一步的，所述第二主面与所述反射装置之间的距离为所述第二主面的柱状透镜阵列焦距f的一半，即为f/2。

进一步的，第一主面和所述反射装置之间距离用d表示，其中d与构成第一主面的柱状透镜阵列的焦距以及折射率有关。

进一步的，所述反射装置为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种。

作为一种实施方式，所述反射装置为MEMS微镜，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

本发明第六方面，一种散斑抑制装置，包括上述所述的光学积分器，还包括扩束器和第一透镜，所述扩束器、光学积分器和第一透镜沿光路依次设置，所述光学积分器用于对相干光进行分束和匀束，使散斑均匀化。

本发明第七方面，一种散斑抑制装置，包括沿光路依次设置的扩束器、光学积分器和第一透镜，所述光学积分器包括包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件为微透镜阵列或菲涅尔透镜阵列，所述第二光学器件为MEMS微镜。

进一步的，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在垂直方向作面外平移。

本发明第八方面，一种激光显示***，包括上述所述的散斑抑制装置，还包括激光光源、合束器和微镜装置，所述激光光源、合束器、散斑抑制装置和微镜装置顺序设置，

所述激光光源用于发出至少一种颜色的激光光束；

所述合束器用于将激光光束形成合束光；

所述散斑抑制装置用于对所述合束光进行扩束、分束、匀束和收束，产生有若干子光束构成的出射光束；

所述微镜装置用于将所述出射光束反射成扫描光束，并投射至投影面扫描显示；

所述散斑抑制装置包括扩束器、光学积分器和第一透镜。

本发明第九方面，一种激光显示***，包括上述所述的散斑抑制装置，还包括激光光源、合束器和微镜装置，包括顺序设置的激光光源、合束器、微镜装置和散斑抑制装置，

所述激光光源用于发出至少一种颜色的激光光束；

所述合束器用于将激光光束形成合束光；

所述微镜装置用于将所述合束光形成反射光射入所述散斑抑制装置；

所述散斑抑制装置用于对所述反射光进行扩束、分束、匀束和收束，产生有若干子光束构成的扫描光束，并投射至投影面扫描显示；

所述散斑抑制装置包括扩束器、光学积分器和第一透镜。

采用上述技术方案，本发明所述的具有如下有益效果：

1)本发明的光学积分器的结构主要应用于以相干光为光源的激光显示技术领域，相较于传统的微透镜阵列型结构更为简单，更易加工；

2)本发明光学积分器适用性好，可以与部分现有技术搭配使用如振动屏幕技术以及基于粗糙化镜面的散斑抑制技术等，无需引入额外的光学元器件如旋转的散射片、光纤等，从而减少***复杂度，从而进一步的散斑抑制，弥补部分现有技术在散斑抑制程度上的不足；

3)本发明所述散斑抑制装置可以通过MEMS***进行驱动，工作时功耗低且基本无噪声，可以避免使用其他驱动方式时可能导致的振动等因素对模组中其他构件造成的损坏，从而提升了设备以及模组的可靠性，同时运动的MEMS微镜装置使所述装置产生的子光束具有时变性，散斑抑制效果好；

4)本发明所述散斑抑制装置通过反射结构的使用，使所述设备在集成时在空间排布上拥有更多的可能性；

5)本发明散斑抑制装置其对于构成复眼结构的透镜阵列的位置精度要求更低，更有利于使用成本较低的方式进行大规模生产；

6)本发明所述散斑抑制装置不需要与振动的投影屏幕配合使用，可在静态屏幕上实现设计的散斑抑制效果，提升了***的便捷性与实用性。

7)所述散斑抑制装置可以集成在激光或其他相干光的显示模组中，对相干光显示时固有的散斑现象进行抑制，提高显示模组的分辨率，且所述散斑抑制装置尺寸小有利于集成在原激光显示***中；

8)本发明散斑抑制装置的光学积分器既可通过传统的制造工艺，如光刻、刻蚀等制造，也可以纳米压印技术与纳米打印技术，进行低成本、高产率的方式进行工艺稳定的重复性制造；

9)工作时由相干光源(如激光器)产生的经准直后的激光光束入射到本发明散斑抑制装置后，透射并形成由若干子光束构成的尺寸在一定范围内的光束，并被模组中的MEMS微镜装置反射成扫描光束，构成扫描光束的子光束在投影面成像时各自形成能量较小的散斑图样，能量较小的散斑图样效果相互重叠，使散斑整体效果均匀化，亮度弱化，从而对成像时出现的散斑进行抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1光学积分器的立体示意图；

图2为实施例1光学积分器的侧视图；

图3为实施例2光学积分器的立体示意图；

图4为实施例2光学积分器的侧视图；

图5为实施例3光学积分器立体示意图；

图6为实施例4散斑抑制装置示意图；

图7为实施例5光学积分器立体示意图；

图8为实施例6散斑抑制装置示意图；

图9为实施例7光学积分器立体示意图；

图10为实施例8散斑抑制装置示意图；

图11为实施例9散斑抑制装置示意图；

图12为实施例10散斑抑制装置示意图；

图13为实施例11光学设备示意图；

图14为实施例12光学设备示意图。

以下对附图作补充说明：

100-光学积分器，101-第一光学器件；101a-第一主面；101b-第二主面；102-第二光学器件；102a-第三主面；102b-第四主面；

200-光学积分器，201-第一光学器件；201a-第一主面；201b-第二主面；202-第二光学器件；202a-第三主面；202b-第四主面；

300-光学积分器，301-第一光学器件；301a-第一主面；301b-第二主面；302-第二光学器件；302a-第三主面；302b-第四主面；303-扩束器；303a-第二透镜，303b-第三透镜；304-第一透镜；

400-光学积分器，401-第一光学器件；401a-第一主面；401b-第二主面；402-第二光学器件；402a-第三主面；402b-第四主面；403-扩束器；403a-第二透镜，403b-第三透镜；404-第一透镜；

500-光学积分器，501-第一光学器件；501a-第一主面；501b-第二主面；502-第二光学器件；503-扩束器；503a-第二透镜，503b-第三透镜；504-第一透镜；

600-光学积分器，601-第一光学器件；602-第二光学器件；603-扩束器；603a-第二透镜，603b-第三透镜；604-第一透镜；

700-光学积分器，701-第一光学器件；702-第二光学器件；703-扩束器；703a-第二透镜，703b-第三透镜；704-第一透镜；

801-激光光源，802-合束器，803-散斑抑制装置；803a-扩束器；803b-光学积分器；803c-第一透镜；804-微镜装置；

901-激光光源，902-合束器，903-微镜装置；904-散斑抑制装置；904a-扩束器；904b-光学积分器；904c-第一透镜。

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作出创造性劳动的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。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例1：

设定图1中所示XYZ正交坐标系，在第一光学器件100第一主面101a的面内设定X轴(第一方向)和Y轴(第二方向)，沿第一主面101a单元柱状透镜并排方向设定为X轴，沿着第一光学器件第一主面的法线方向设定Z轴(第三方向)。

如图1和图2所示，一种光学积分器100，自光入射侧依次包括第一光学器件101和第二光学器件102，所述第一光学器件101和所述第二光学器件102相互平行设置，

所述第一光学器件101包括第一主面101a和第二主面101b，所述第一主面101a和第二主面101b均为柱状透镜阵列，且所述第一主面101a的柱状透镜阵列和第二主面101b的柱状透镜阵列对称设置，所述第一主面101a和第二主面101b在与光轴正交的平面内的第一方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第一方向正交的第二方向上无折射力；

所述第二光学器件102包括第三主面102a和第四主面102b，所述第三主面102a和第四主面102b均为柱状透镜阵列，且所述第三主面102a的柱状透镜阵列和第四主面102b的柱状透镜阵列对称设置，所述第三主面102a和第四主面102b在在所述第二方向上具有预定的折射力，且在所述第一方向上无折射力；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

所述第一主面101a、第三主面102a、第二主面101b和第四主面102b均为横截面呈外凸曲线的外凸圆柱面。

所述第一主面101a与所述第二主面101b之间的距离为第一光学器件101的柱状透镜阵列的焦距f，所述第三主面102a与所述第四主面102b之间的距离为第二光学器件102的柱状透镜阵列的焦距F。

经由扩束器(未在图中示出)扩束准直后的激光光束从第一光学元器件的第一主面101a射入并从第二主面101b透射出，并在相应的一个维度内被分束。分束后的子光束从第三主面102a射入第二光学器件102，从第四主面102b透射出，并在相应的另一个维度内再次被分束匀束。所述第一光学器件101和所述第二光学器件102分别对激光光束在两个正交的维度对激光光束的分束、扩束和匀束效果，与利用微透镜阵列对作为复眼结构的传统的光学积分器100相同。

此外，激光光束也可以从先从第四主面102b射入第二光学器件102，再经过第三主面102a和第二主面101b，最终从第一主面101a透射出第一光学器件101，从而实现与传统的复眼积分器相同的对激光光束的分束匀束效果。

实施例2：

设定图3中所示XYZ正交坐标系，在第一光学器件201第一主面201a的面内设定X轴(第一方向)和Y轴(第二方向)，沿第一主面201a单元柱状透镜并排方向设定为X轴，沿着第一光学器件201第一主面201a的法线方向设定Z轴(第三方向)。

如图3和图4所示，一种光学积分器200，自光入射侧依次包括第一光学器件201和第二光学器件202，所述第一光学器件201和所述第二光学器件202相互平行设置，

所述第一光学器件201包括第一主面201a和第二主面201b，所述第一主面201a和第二主面201b均为柱状透镜阵列，且所述第一主面201a的柱状透镜阵列和第二主面201b的柱状透镜阵列交错设置，

所述第二光学器件202包括第三主面202a和第四主面202b，所述第三主面202a和第四主面202b均为柱状透镜阵列，且所述第三主面202a的柱状透镜阵列和第四主面202b的柱状透镜阵列交错设置，

所述第一主面201a和第三主面202a在与光轴正交的平面内的第一方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第一方向正交的第二方向上无折射力；所述第二主面201b和第四主面202b在所述第二方向上具有预定的折射力，且在所述第一方向上无折射力；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

所述第一主面201a和第三主面202a的距离用d表示，所述第二主面201b和第四主面202b的距离用D表示。d和D的大小与构成所述第一主面201a和第二主面201b的柱状透镜的焦距f和F以及折射率有关。

经由扩束器(未在图中示出)扩束准直后的激光光束从第一光学器件201的第一主面201a入射，从第二主面201b透射出，并在两个维度内被分束。分束后的子光束从第三主面202a入射光学第二光学器件202，从第四主面202b透射出，并在两个维度内再次被分束、扩束、匀束。第一光学器件201和第二光学器件202分别对激光光束在两个正交的维度进行的对激光光束的分束、扩束和匀束效果，与利用微透镜阵列对作为复眼结构的传统的光学积分器200相同。

激光光束也可以从先从第四主面202b入射第二光学器件202，再经过第三主面202a和第二主面201b，最终从第一主面201a透射出第一光学器件201。

实施例3：

如图5所示，一种光学积分器300，自光入射侧依次包括第一光学器件301和第二光学器件302，所述第一光学器件301和所述第二光学器件302相互平行设置，

所述第一光学器件301包括第一主面301a和第二主面301b，所述第一主面301a为柱状透镜阵列，第二主面301b为第一反射层；

所述第二光学器件302包括第三主面302a和第四主面302b，所述第三主面302a为柱状透镜阵列，第四主面302b为第二反射层，且所述第三主面302a的柱状透镜阵列和第一主面301a的柱状透镜阵列正交交错设置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

所述第一反射层为反射镜或反射膜。

第一主面301a和第二主面301b之间的距离为f/2，其中f为第一主面301a的柱状透镜阵列的焦距。

所述第二反射层为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种。

第三主面302a和第四主面302b之间的距离为F/2，其中F为第三主面302a的柱状透镜阵列的焦距。

所述第二反射层为MEMS微镜，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

经由扩束器(未在图中示出)扩束准直后尺寸较大的激光光束入射光学积分器300的第一光学器件301，并在对应的一个维度内被分束成若干子光束。激光光束由第一主面301a入射至第一光学器件301后，经由第二主面301b反射再次由第一主面301a透射出。子光束由第三主面302a入射第二光学器件302，经由第四主面302b反射再次由第三主面302a透射出，在对应的一个维度内再次被分束，并在焦距外扩束、匀束。

此外，调换入射第一光学器件301和第二光学器件302的顺序与驱动，对光束的最终的扩束匀束效果相同。

实施例4：

如图6所示，一种散斑抑制装置，上述实施例3所述光学积分器300，还包括扩束器303和第一透镜304，所述扩束器303、光学积分器300和第一透镜304沿光路依次设置。

所述扩束器303包括第二透镜303a和第三透镜303b。

激光光束入射散斑抑制装置时，激光光束被所述扩束器303扩束并重新准直成尺寸较大的激光光束。尺寸较大的激光光束入射光学积分器300的第一光学器件301，激光光束由第一主面301a入射至第一光学器件301后，经由第二主面301b反射再次由第一主面301a透射出。子光束由第三主面302a入射第二光学器件302，经由第四主面302b反射再次由第三主面302a透射出，在对应的一个维度内再次被分束，并在焦距外扩束、匀束。扩束匀束后的由若干子光束构成的激光光束被第一透镜304重新准直成尺寸在一定范围内的可用于激光投影显示的激光光束。

实施例5：

如图7所示，一种光学积分器400，自光入射侧依次包括第一光学器件401和第二光学器件402，所述第一光学器件401和所述第二光学器件402相互平行设置，

所述第一光学器件401包括第一主面401a和第二主面401b，所述第一主面401a和第二主面401b均为柱状透镜阵列，且所述第一主面401a的柱状透镜阵列和第二主面401b的柱状透镜阵列对称设置；

所述第二光学器件402包括第三主面402a和第四主面402b，所述第三主面402a为柱状透镜阵列，第四主面402b为第二反射层，且所述第三主面402a的柱状透镜阵列和第一主面401a的柱状透镜阵列正交交错设置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

所述第二反射层为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种。

所述第一主面401a与所述第二主面401b之间的距离为第一光学器件401的焦距f。第三主面402a和第四主面402b之间的距离为F/2，其中F为第三主面402a的柱状透镜阵列的焦距。

所述第二反射层为MEMS微镜，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

经由扩束器(未在图中示出)扩束准直后的激光光束从第一光学元器件的第一主面401a射入并从第二主面401b透射出，并在相应的一个维度内被分束。分束后的子光束从第三主面402a射入第二光学器件402，经由第四主面402b反射再次由第三主面402a透射出，在对应的一个维度内再次被分束，并在焦距外扩束、匀束。

此外，调换入射第一光学器件401和第二光学器件402的顺序与驱动，对光束的最终的扩束匀束效果相同。

实施例6：

如图8所示，一种散斑抑制装置，上述实施例5所述光学积分器400，还包括扩束器403和第一透镜404，所述扩束器403、光学积分器400和第一透镜404沿光路依次设置。

所述扩束器403包括第二透镜403a和第三透镜403b。

激光光束入射散斑抑制装置时，激光光束被所述扩束器403扩束并重新准直成尺寸较大的激光光束。尺寸较大的激光光束入射光学积分器400的第一光学器件401，激光光束由第一主面401a入射至第一光学器件401后，经由第二主面401b透射出。子光束由第三主面402a入射第二光学器件402，经由第四主面402b反射再次由第三主面402a透射出，在对应的一个维度内再次被分束，并在焦距外扩束、匀束。扩束匀束后的由若干子光束构成的激光光束被第一透镜404重新准直成尺寸在一定范围内的可用于激光投影显示的激光光束。

实施例7：

如图9所示，一种光学积分器500，自光入射侧依次包括第一光学器件501和第二光学器件502，所述第一光学器件501和所述第二光学器件502相互平行设置，

所述第一光学器件501包括第一主面501a和第二主面501b，所述第一主面501a和第二主面501b均为柱状透镜阵列，且所述第一主面501a的柱状透镜阵列和第二主面501b的柱状透镜阵列交错设置；

所述第二光学器件502为反射装置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

所述第二主面501b与所述反射装置之间的距离为所述第二主面501b的柱状透镜阵列焦距f的一半，即为f/2。

第一主面501a和所述反射装置之间距离用d表示，其中d与构成第一主面501a的柱状透镜阵列的焦距以及折射率有关。

所述反射装置为MEMS微镜，所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

所述第一主面501a柱状透镜阵列的口径与所述第二主面501b的柱状透镜阵列的口径不同。

经由扩束器(未在图中示出)扩束准直后的激光光束从第一光学元器件的第一主面501a射入并从第二主面501b透射出，并在相应的一个维度内被分束成若干子光束。分束后的子光束被放在距离第二主面501bf/2处的反射装置反射回第一光学器件501。子光束被反射回第一光学器件501后，由第二主面501b射入并从第一主面501a透射出，在两个维度内再次被分束，并在焦距外扩束、匀束。

实施例8：

如图10所示，一种散斑抑制装置，上述实施例7所述光学积分器500，还包括扩束器503和第一透镜504，所述扩束器503、光学积分器500和第一透镜504沿光路依次设置。

所述扩束器503包括第二透镜503a和第三透镜503b。

激光光束入射散斑抑制装置时，激光光束被所述扩束器503扩束并重新准直成尺寸较大的激光光束。尺寸较大的激光光束入射光学积分器500的第一光学器件501，激光光束从第一光学元器件的第一主面501a射入并从第二主面501b透射出，并在相应的一个维度内被分束成若干子光束。分束后的子光束被放在距离第二主面501bf/2处的反射装置反射回第一光学器件501。子光束被反射回第一光学器件501后，由第二主面501b射入并从第一主面501a透射出，在两个维度内再次被分束，并在焦距外扩束、匀束。扩束匀束后的由若干子光束构成的激光光束被第一透镜504重新准直成尺寸在一定范围内的可用于激光投影显示的激光光束。

实施例9：

如图11所示，一种散斑抑制装置，包括沿光路依次设置的扩束器603、光学积分器600和第一透镜604，所述光学积分器600包括包括第一光学器件601和第二光学器件602，所述第一光学器件601和所述第二光学器件602相互平行设置，

所述第一光学器件601为微透镜阵列，所述第二光学器件602为MEMS微镜。

所述扩束器603包括第二透镜603a和第三透镜603b。

所述微透镜阵列的焦距用f表示。所述微透镜阵列朝向所述MEMS微镜的一侧与所述MEMS微镜之间的距离为f/2。

所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

激光光束入射散斑抑制装置时，激光光束被所述扩束器603扩束并重新准直成尺寸较大的激光光束。尺寸较大的激光光束入射光学积分器600的第一光学器件601(微透镜阵列)被分束成若干子光束。分束后的子光束被所述MEMS微镜装置反射回第一光学器件601。所述子光束再次从所述微透镜阵列透射出去，进一步分束、扩束、匀束成由若干子光束构成的激光光束。由若干子光束构成的激光光束被第一透镜604重新准直成尺寸在一定范围内的可用于激光投影显示的激光光束。

实施例10：

如图12所示，一种散斑抑制装置，包括沿光路依次设置的扩束器703、光学积分器700和第一透镜704，所述光学积分器700包括包括第一光学器件701和第二光学器件702，所述第一光学器件701和所述第二光学器件702相互平行设置，

所述第一光学器件701为菲涅尔透镜阵列，所述第二光学器件702为MEMS微镜。

所述扩束器703包括第二透镜703a和第三透镜703b。扩束器也被称为远心镜头(telecentric lens)。

所述菲涅尔透镜阵列的焦距用f表示。所述菲涅尔透镜阵列朝向所述MEMS微镜的一侧与所述MEMS微镜之间的距离为f/2。

所述MEMS微镜能够在MEMS***的驱动下在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转。

激光光束入射散斑抑制装置时，激光光束被所述扩束器703扩束并重新准直成尺寸较大的激光光束。尺寸较大的激光光束入射光学积分器700的第一光学器件701(菲涅尔透镜阵列)被分束成若干子光束。分束后的子光束被所述MEMS微镜装置反射回第一光学器件701。所述子光束再次从所述菲涅尔透镜阵列透射出去，进一步分束、扩束、匀束成由若干子光束构成的激光光束。由若干子光束构成的激光光束被第一透镜704重新准直成尺寸在一定范围内的可用于激光投影显示的激光光束。

实施例11：

如图13所示，一种激光显示***，包括顺序设置的激光光源801、合束器802、散斑抑制装置803和微镜装置804，

所述激光光源801用于发出激光光束；

所述合束器802用于将激光光束形成合束光；

所述散斑抑制装置803用于对所述合束光进行扩束、分束、匀束和收束，产生有若干子光束构成的出射光束；

所述微镜装置804用于将所述出射光束反射成扫描光束，并投射至投影面扫描显示；

所述散斑抑制装置803包括扩束器803a、光学积分器803b和第一透镜803c。

所述光学积分器803b可以为上述实施例所述的任意一种光学积分器。

光束通过第一个带有如实施例1柱状透镜阵列的第一光学器件，在对应的一个维度内分束成若干细小的子光束。细小子光束通过带有如实施例1柱状透镜阵列的第二光学器件，在两个维度内扩束匀束成由若干较粗大的子光束构成的激光光束。激光光束通过第一透镜803c，收束成符合扫描光束尺寸大小的光束，由MEMS微镜反射成扫描光束并投射至投影面进行扫描显示。

所述扩束器803a为透镜组或菲涅尔透镜。

实施例12：

如图14所示，一种激光显示***，包括顺序设置的激光光源901、合束器902、微镜装置903和散斑抑制装置904，

所述激光光源901用于发出激光光束；

所述合束器902用于将激光光束形成合束光；

所述微镜装置903用于将所述合束光形成反射光射入所述散斑抑制装置904；

所述散斑抑制装置904用于对所述反射光进行扩束、分束、匀束和收束，产生有若干子光束构成的扫描光束，并投射至投影面扫描显示；

所述散斑抑制装置904包括扩束器904a、光学积分器904b和第一透镜904c。

所述光学积分器904b可以为上述实施例所述的任意一种光学积分器。

光束通过第一个带有如实施例1柱状透镜阵列的第一光学器件，在对应的一个维度内分束成若干细小的子光束。细小子光束通过带有如实施例1柱状透镜阵列的第二光学器件，在两个维度内扩束匀束成由若干较粗大的子光束构成的激光光束。激光光束通过第一透镜904c，收束成符合扫描光束尺寸大小的光束，由MEMS微镜反射成扫描光束并投射至投影面进行扫描显示。

采用上述技术方案，本发明所述的具有如下有益效果：

本发明的光学积分器的结构主要应用于以相干光为光源的激光显示技术领域，相较于传统的微透镜阵列型结构更为简单，更易加工。

本发明光学积分器适用性好，可以与部分现有技术搭配使用如振动屏幕技术以及基于粗糙化镜面的散斑抑制技术等，无需引入额外的光学元器件如旋转的散射片、光纤等，从而减少***复杂度，从而进一步的散斑抑制，弥补部分现有技术在散斑抑制程度上的不足。

本发明所述散斑抑制装置可以通过MEMS***进行驱动，工作时功耗低且基本无噪声，可以避免使用其他驱动方式时可能导致的振动等因素对模组中其他构件造成的损坏，从而提升了设备以及模组的可靠性，同时运动的MEMS微镜装置使所述装置产生的子光束具有时变性，散斑抑制效果好。

本发明所述散斑抑制装置通过反射结构的使用，使所述设备在集成时在空间排布上拥有更多的可能性。

本发明散斑抑制装置其对于构成复眼结构的透镜阵列的位置精度要求更低，更有利于使用成本较低的方式进行大规模生产。

本发明所述散斑抑制装置不需要与振动的投影屏幕配合使用，可在静态屏幕上实现设计的散斑抑制效果，提升了***的便捷性与实用性。

所述散斑抑制装置可以集成在激光或其他相干光的显示模组中，对相干光显示时固有的散斑现象进行抑制，提高显示模组的分辨率，且所述散斑抑制装置尺寸小有利于集成在原激光显示***中。

本发明散斑抑制装置的光学积分器既可通过传统的制造工艺，如光刻、刻蚀等制造，也可以纳米压印技术与纳米打印技术，进行低成本、高产率的方式进行工艺稳定的重复性制造。

工作时由相干光源(如激光器)产生的经准直后的激光光束入射到本发明散斑抑制装置后，透射并形成由若干子光束构成的尺寸在一定范围内的光束，并被模组中的MEMS微镜装置反射成扫描光束，构成扫描光束的子光束在投影面成像时各自形成能量较小的散斑图样，能量较小的散斑图样效果相互重叠，使散斑整体效果均匀化，亮度弱化，从而对成像时出现的散斑进行抑制。

所述光学积分器属于复眼型光学积分器，其复眼结构由正交排布的柱状透镜阵列构成，一组正交排布的柱状透镜阵列，其效果等同于传统的一个微透镜阵列，两组正交排布的柱状透镜阵列，其效果等同于传统的一个微透镜阵列对。

所述光学积分器的复眼结构由菲涅尔透镜阵列构成。一个菲涅尔透镜阵列与一个传统的微透镜阵列成等效关系。正交排布的柱状透镜阵列、微透镜阵列和菲涅尔透镜阵列，在所述光学积分器中可以自由搭配组合，构成复眼型光学积分器中的复眼结构，例如：1个菲涅尔透镜阵列与1个微透镜阵列搭配、1个微透镜阵列与2组正交排布的柱状透镜阵列、2组正交排布的柱状透镜阵列等。其中，柱状透镜阵列的具体排布方式还可以有所变化。

该光学积分器还可以通过反射装置与光学元器件如微透镜阵列、菲涅尔透镜阵列、正交排布的柱状透镜阵列等相互配合，构成该光学积分器的复眼结构。反射装置可以被静止固定在散斑抑制装置中，也可以是MEMS微镜装置。在MEMS驱动下，反射镜(MEMS微镜的振镜)可以根据实际需要，在一个或多个维度内作面内/面外的平动或旋转。根据实际需求，可以在反射装置的反射镜表面集成各类用于构成复眼结构的透镜阵列，包括微透镜阵列、柱状透镜阵列、菲涅尔透镜阵列等。反射装置还包括在上述光学元器件的某一主面上镀的反射膜。

所述的散斑抑制装置的新型光学积分器可以被驱动***驱动，光学积分器中的至少一个组件可以在至少一个维度内运动，使入射的激光光束的入射角度/位置发生周期性变化，从而导致由本发明所述的MEMS微镜装置形成的反射光束也具有时变性，从而进一步实现散斑抑制。

本发明的光学积分器的结构相较于传统的微透镜阵列型结构更为简单，更易加工。所述光学积分器及具有该光学积分器的散斑抑制装置可以通过现有的多种成熟的制造工艺实现，具体包括但不仅限于传统的微透镜加工工艺、半导体加工工艺、纳米打印技术、纳米压印技术等，可以通过低成本、高产率、高工艺可控性的方式大批量地生产制作所述光学积分器以及基于所述光学积分器的散斑抑制装置。所述光学积分器及具有该光学积分器的散斑抑制装置还能够更简便地自由设计制造特定的微/纳结构图案，甚至设计制造传统方法不能或较难制造的图案，如菲涅尔透镜阵列图案等，实现在成本可控的范围内进一步减小散斑抑制装置的尺寸。

本发明所述散斑抑制装置可以被集成在激光显示模组中，通过独特的光学积分器，实现高效的激光散斑抑制，所述光学积分器还可以集成在MEMS微镜上，以MEMS***驱动对光学积分器进行驱动，避免了使用其他驱动装置驱动时可能对模组中其他精密元件造成的潜在危害。同时，所述散斑抑制装置结构简单、尺寸小、功耗低、不存在过多的使用条件限制且散斑抑制效果高，可以更为便捷地集成在各种相干光扫描显示模组中，与其他散斑抑制方法配合工作，实现更为有效的散斑抑制。

本发明光学元器件与能在至少一个维度内作面内/面外平动或旋转的MEMS微镜配合，实现与传统光学积分器中复眼结构相同的功能。MEMS微镜的振镜表面可以是光滑的，也可以是集成有透镜阵列的。

本发明散斑抑制装置的光学积分器可以被驱动***驱动，光学积分器中的至少一个组件可以在至少一个维度内运动，使入射的激光光束的入射角度/位置发生周期性变化，从而导致由本发明所述的MEMS微镜装置形成的反射光束也具有时变性，从而进一步实现散斑抑制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学积分器，其特征在于：自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面为柱状透镜阵列，第二主面为第一反射层；

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面为柱状透镜阵列，第四主面为第二反射层，所述第三主面与所述第一主面相对设置，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第一主面的柱状透镜阵列正交交错设置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

2.根据权利要求1所述的一种光学积分器，其特征在于：所述第一反射层为反射镜或反射膜；所述第二反射层为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种，

所述MEMS微镜能够在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转运动。

3.一种光学积分器，其特征在于：自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列对称设置；

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面为柱状透镜阵列，第四主面为第二反射层，所述第三主面与所述第一主面相对设置，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第一主面的柱状透镜阵列正交交错设置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

4.根据权利要求3所述的一种光学积分器，其特征在于：所述第二反射层为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种，

所述MEMS微镜能够在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转运动。

5.一种光学积分器，其特征在于：自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列交错设置；

所述第二光学器件为反射装置；

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

6.根据权利要求5所述的一种光学积分器，其特征在于：所述第二主面与所述反射装置之间的距离为所述第二主面的柱状透镜阵列焦距的一半；

所述反射装置为反射镜、反射膜或MEMS微镜中的任意一种，所述MEMS微镜能够在至少一个维度内作面内/面外平移或旋转运动。

7.一种光学积分器，其特征在于：自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列对称设置，所述第一主面和第二主面在与光轴正交的平面内的第一方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第一方向正交的第二方向上无折射力，

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面和第四主面均为柱状透镜阵列，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第四主面的柱状透镜阵列对称设置，所述第三主面和第四主面在在所述第二方向上具有预定的折射力，且在所述第一方向上无折射力，

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜；

或者，

一种光学积分器，自光入射侧依次包括第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和所述第二光学器件相互平行设置，

所述第一光学器件包括第一主面和第二主面，所述第一主面和第二主面均为柱状透镜阵列，且所述第一主面的柱状透镜阵列和第二主面的柱状透镜阵列交错设置，

所述第二光学器件包括第三主面和第四主面，所述第三主面和第四主面均为柱状透镜阵列，且所述第三主面的柱状透镜阵列和第四主面的柱状透镜阵列交错设置，

所述第一主面和第三主面在与光轴正交的平面内的第一方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第一方向正交的第二方向上无折射力；所述第二主面和第四主面在所述第二方向上具有预定的折射力，且在所述第一方向上无折射力，

所述柱状透镜阵列包括若干呈阵列并排设置的单元柱状透镜。

8.一种散斑抑制装置，包括权利要求1或3或5任一项所述的光学积分器，其特征在于：还包括扩束器和第一透镜，所述扩束器、光学积分器和第一透镜沿光路依次设置，所述光学积分器用于对相干光进行分束和匀束，使散斑均匀化。

9.一种激光显示***，包括权利要求8所述的散斑抑制装置，其特征在于：还包括激光光源、合束器和微镜装置，所述激光光源、合束器、散斑抑制装置和微镜装置顺序设置，

所述激光光源用于发出至少一种颜色的激光光束；

所述合束器用于将激光光束形成合束光；

所述散斑抑制装置用于对所述合束光进行扩束、分束、匀束和收束，产生有若干子光束构成的出射光束；

所述微镜装置用于将所述出射光束反射成扫描光束，并投射至投影面扫描显示。

10.一种激光显示***，包括权利要求8所述的散斑抑制装置，其特征在于：还包括激光光源、合束器和微镜装置，所述激光光源、合束器、微镜装置和散斑抑制装置顺序设置，

所述激光光源用于发出至少一种颜色的激光光束；

所述合束器用于将激光光束形成合束光；

所述微镜装置用于将所述合束光形成反射光射入所述散斑抑制装置；

所述散斑抑制装置用于对所述反射光进行扩束、分束、匀束和收束，产生有若干子光束构成的扫描光束，并投射至投影面扫描显示。

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