一种散斑抑制装置、光学设备及激光显示系统

技术领域

本发明涉及光学显示领域，特别涉及一种散斑抑制装置、光学设备及激光显示系统。

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。在相干光的显示系统中，如激光显示系统，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系统是有害的。在激光投影显示系统中，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，人类的视觉系统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，需要通过驱动系统进行驱动，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，在激光显示系统中增加额外的驱动系统，既有可能对精密光学系统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，同时也不利于系统模组集成化、小型化，制约了系统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。然而，使用多个微透镜阵列会增加模组尺寸。

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，在激光显示系统中加入额外的MEMS微镜系统，会导致功耗增加，模组尺寸增大，且集成复杂度增大。

此外，菲涅尔透镜被证明最佳应用就是在投影系统中，其作用就是准直光线和聚焦光线。菲涅尔透镜将光源发出的束光源调整为平行光，显著提高显示面板四周亮度，消除了太阳斑效应，从而提高整体显示亮度均匀性。通常菲涅尔透镜与其他显示元件(如柱面镜等)一起使用。

因此，有必要提出一种新的光学设备，保持模组可集成性的同时，实现在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，本发明公开了一种散斑抑制装置，所述散斑抑制装置包括至少一个菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，所述菲涅尔透镜阵列和所述聚光透镜沿光路依次设置，所述散斑抑制装置用于对光束进行扩束、分束、匀束、收束和准直操作。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括扩束器、两个第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，且所述扩束器、两个第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜依次间隔设置，两个所述第一菲涅尔透镜阵列的镜面相向设置，且两个所述第一菲涅尔透镜阵列的间距为所述第一菲涅尔透镜阵列的焦距。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括扩束器、第一菲涅尔透镜阵列、微透镜阵列和聚光透镜，且所述扩束器、第一菲涅尔透镜阵列、微透镜阵列和聚光透镜依次间隔设置；

所述第一菲涅尔透镜阵列的镜面和微透镜阵列的镜面相向设置，且所述第一菲涅尔透镜阵列和微透镜阵列的间距为所述第一菲涅尔透镜阵列的焦距。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括扩束器、微透镜阵列、第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，且所述扩束器、微透镜阵列、第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜依次间隔设置，

所述微透镜阵列的镜面和第一菲涅尔透镜阵列的镜面相向设置，且所述微透镜阵列和第一菲涅尔透镜阵列的间距为所述微透镜阵列的焦距。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括扩束器、第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，所述扩束器、第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜依次间隔设置，

所述第一菲涅尔透镜阵列的镜面朝向所述聚光透镜一侧设置。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括依次间隔设置的扩束器、第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，所述第一菲涅尔透镜阵列包括多个阵列设置且尺寸相同的第一单元菲涅尔透镜，所述第一单元菲涅尔透镜包括第一菲涅尔透镜层和第一基底层，所述第一基底层镀有反射膜，

所述第一菲涅尔透镜阵列的器件厚度为所述第一菲涅尔透镜阵列焦距的二分之一。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括依次设置的扩束器、第一菲涅尔透镜阵列、全反射镜和聚光透镜，且所述第一菲涅尔透镜阵列的镜面朝向所述全反射镜的一侧。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括依次设置的扩束器、两个第一菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，所述第一菲涅尔透镜阵列包括多个阵列设置且尺寸相同的第一单元菲涅尔透镜，所述第一单元菲涅尔透镜包括第一菲涅尔透镜层和第一基底层，两个所述第一菲涅尔透镜阵列通过第一基底层相互耦接连接。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括依次间隔设置的第二菲涅尔透镜阵列、第三菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，且所述第二菲涅尔透镜阵列的镜面与所述第三菲涅尔透镜阵列的镜面相向设置，

所述第二菲涅尔透镜阵列包括多个第二单元菲涅尔透镜，所述第三菲涅尔透镜阵列包括多个第三单元菲涅尔透镜，多个所述第二单元菲涅尔透镜的尺寸均小于所述第三单元菲涅尔透镜的尺寸；

多个所述第二单元菲涅尔透镜沿平面阵列排布设置，多个第三单元菲涅尔透镜沿平面阵列排布设置；

所述第二菲涅尔透镜阵列的焦距与第三菲涅尔透镜阵列的焦距相同，且所述第二菲涅尔透镜阵列的镜面和第三菲涅尔透镜阵列的镜面之间的间距为所述第二菲涅尔透镜阵列的焦距。

作为一种实施方式，所述散斑抑制装置包括依次间隔设置的第四菲涅尔透镜阵列、第五菲涅尔透镜阵列和聚光透镜，且所述第四菲涅尔透镜阵列的镜面与所述第五菲涅尔透镜阵列的镜面相向设置，

所述第四菲涅尔透镜阵列包括多个第四单元菲涅尔透镜，所述第五菲涅尔透镜阵列包括多个第五单元菲涅尔透镜，多个所述第四单元菲涅尔透镜的尺寸小于所述第五单元菲涅尔透镜的尺寸，

多个所述第四单元菲涅尔透镜沿曲面阵列排布设置，多个第五单元菲涅尔透镜沿曲面阵列排布设置，所述第四菲涅尔透镜阵列的焦距与第五菲涅尔透镜阵列的焦距相同，且所述第四菲涅尔透镜阵列的镜面和第五菲涅尔透镜阵列的镜面之间的间距为所述第四菲涅尔透镜阵列的焦距。

进一步的，所述聚光透镜为第二透镜或菲涅尔透镜。

进一步的，所述第一菲涅尔透镜阵列包括多个阵列设置且尺寸相同的第一单元菲涅尔透镜，所述第一单元菲涅尔透镜包括第一菲涅尔透镜层和第一基底层。

进一步的，所述第一单元菲涅尔透镜的口径为1μm-100μm；所述第一菲涅尔透镜层的厚度为20nm-10μm；所述第一基底层的厚度为10μm-800μm之间。

本发明的第三方面，一种光学设备，包括顺序设置的激光光源、合束器、散斑抑制装置和微镜装置，

所述激光光源用于发出至少一种颜色的激光光束；

所述合束器用于将至少一种颜色的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、收束和准直操作，产生由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至少一个菲涅尔透镜阵列和聚光透镜。

本发明的第四方面，一种散斑抑制装置，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；

所述合束器用于将三色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、收束和准直操作，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至少一个菲涅尔透镜阵列和聚光透镜。

进一步的，所述第一菲涅尔透镜阵列能够分为若干个六边形排布所述单元菲涅尔透镜，多个所述单元菲涅尔透镜分别位于六边形顶点位置和六边形的中心位置。

进一步的，所述第二菲涅尔透镜阵列能够分为若干个六边形排布所述单元菲涅尔透镜，多个所述单元菲涅尔透镜分别位于六边形顶点位置和六边形的中心位置。

本发明的第五方面，一种激光显示系统，包括上述所述的光学设备，所述激光显示系统还包括视频处理模块和光源控制模块，

所述视频处理模块用于将视频信号转换成对应视频中各像素的命令流明；所述光源控制模块用于将所述命令流明处理转换成激光光源的驱动信号，所述激光器驱动信号驱动所述激光光源发出相应的激光光束。

采用上述技术方案，本发明所述的具有如下有益效果：

1)本发明光学设备基于菲涅尔透镜阵列，通过菲涅尔透镜阵列与其他光学元件如透镜、菲涅尔透镜、微透镜阵列和菲涅尔透镜阵列等组合使用，以实现激光散斑抑制，该光学设备结构简单、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，适合集成在各种相干光扫描显示模组中；

2)菲涅尔透镜阵列的尺寸比微透镜阵列的尺寸更小，菲涅尔透镜比凸透镜的尺寸更小，本发明通过使用菲涅尔透镜阵列和菲涅尔透镜，可以有效减少光学设备的尺寸，使得设备小型化，更利于集成；

3)利用本发明尺寸不同但焦距相同的所述第一菲涅尔透镜和所述第二菲涅尔透镜阵列的组合和结构，可以减少光学设备中的光学元件，可减少一个凸透镜，从而进一步减少光学设备的尺寸；

4)利用本发明尺寸不同但焦距相同的所述第一菲涅尔透镜和所述第二菲涅尔透镜阵列的组合和结构，可通过平移或旋转所述光学设备中的光学元件，从而对扫描光束的某些性质进行实时调制，改变散斑抑制的效果；

5)本发明所述光学设备可以被装配在激光显示模组中，不需要配备额外的驱动装置便可实现高效的激光散斑抑制，避免了额外配备的驱动装置对模组中其他精密光学元件的潜在危害，降低了电路设计的复杂度，有利于在模组中集成；菲涅尔透镜阵列的使用实现了光学设备的小型化，使设备集成入激光显示模组后不会显著地增大模组的尺寸，同时也为设计制造更小的具有散斑抑制功能的激光显示模组提供了可能；

6)本发明以特殊光学元件为核心，可以在静止放置的状态下发挥功效，降低了控制电路的复杂度，避免了因加入额外的驱动系统而造成的功耗，同时也避免了额外的驱动装置对模组中其他精密光学元件的潜在危害，提高了光学设备的可靠性。

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为本发明实施例1散斑抑制装置光学器件示意图；

图2为本发明实施例1光学设备示意图；

图3为本发明单元菲涅尔透镜结构示意图；

图4为本发明实施例2散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图5为本发明实施例3散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图6为本发明实施例4散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图7为本发明实施例5散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图8为本发明实施例6散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图9为本发明实施例7散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图10为本发明实施例8散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图11为本发明实施例9散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图12为本发明实施例10散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图13为本发明实施例11散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图14为本发明实施例12散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图15为本发明实施例13散斑抑制装置中部分光学器件示意图；

图16为第一菲涅尔透镜阵列的排布方式示意图；

图17为本发明实施例15光学设备示意图；

图18为本发明实施例16光学设备示意图；

图19为本发明实施例17光学设备示意图；

图20(a)为本发明实施例18中第二单元菲涅尔透镜排列示意图；

图20(b)为实施例18中第三单元菲涅尔透镜排列示意图；

图20(c)为实施例18中第二菲涅尔透镜阵列和第三菲涅透镜阵列的相对位置关系示意图；

图20(d)为实施例18中口径不同的单元菲涅尔透镜阵列示意图。

以下对附图作补充说明：

11-激光光源；12-合束器；13-散斑抑制装置；14-微镜装置；131-扩束器；131a-第一透镜；132-第一菲涅尔透镜阵列；133-第二透镜；141-微镜；142-微镜驱动装置；1321-第一单元菲涅尔透镜；1322-第一菲涅尔透镜层；1323-第一基底层；

21-菲涅尔透镜；22-微透镜阵列；23-反射膜；24-全反射镜；25-第二菲涅尔透镜阵列；26-第三菲涅尔透镜阵列；27-第四菲涅尔透镜阵列；271-第四单元菲涅尔透镜；28-第五菲涅尔透镜阵列；281-第五单元菲涅尔透镜；

31-激光光源；32-合束器；33-散斑抑制装置；34-微镜装置；331-扩束器；331a-第一透镜；332-第一菲涅尔透镜阵列；333-第二透镜；341-微镜；342-微镜驱动装置；3321-单元菲涅尔透镜；3322-菲涅尔透镜层；3323-基底层；

41-视频处理模块；42-光源控制模块。

51-第一口径单元菲涅尔透镜；52-第二口径单元菲涅尔透镜；53-第一区域；54-第二区域。

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：(两个第一菲涅尔透镜阵列和第二透镜)

如图1所示，所述散斑抑制装置13包括扩束器131、两个第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133；且所述扩束器131、两个第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133依次间隔设置。

所述扩束器131由两个第一透镜131a组成，所述第一透镜131a为平凸透镜，且两个所述第一透镜131a的球面相向设置。

两个所述第一透镜131a的距离用D表示，具体的距离D由实际的设计需求决定。

两个所述第一菲涅尔透镜阵列132的镜面相向设置，且两个所述第一菲涅尔透镜阵列132的间距为所述第一菲涅尔透镜阵列132的焦距，用f表示。

如图3所示，所述第一菲涅尔透镜阵列132包括多个阵列设置且尺寸相同的第一单元菲涅尔透镜1321，所述第一单元菲涅尔透镜1321包括第一菲涅尔透镜层1322和第一基底层1323。

两个所述第一菲涅尔透镜阵列132的第一单元菲涅尔透镜1321一一对应。

所述第一单元菲涅尔透镜1321的口径为1μm-100μm；所述第一菲涅尔透镜层1322的厚度为20nm-10μm；所述第一基底层1323的厚度为10μm-800μm之间。

靠近所述第二透镜133的第一菲涅尔透镜阵列132与所述第二透镜133的间距定义为d，具体d的值根据实际需要进行调整。

所述第二透镜133可以为双凸透镜。

如图1所示，一种散斑抑制装置，包括顺序设置的激光光源11、合束器12、散斑抑制装置13和微镜装置14，

所述激光光源11用于发出三色激光光束；

所述合束器12用于将三色激光光束形成合束光；

所述散斑抑制装置13用于对所述合束光进行扩束、分束、匀束、收束和准直操作，产生由若干子光束构成的出射光束；

所述微镜装置14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；

如图2所示，所述微镜装置14为微机电系统扫描振镜，包括微镜141和微镜驱动装置142，所述微镜驱动装置142驱动所述微镜141在一维或二维方向周期性扫描。

结合图1和图2所示，激光光源产生的激光光束经过准直合束后进入散斑抑制装置。如果激光光束是由单一单色激光器产生的，则不需要合束。准直合束后的激光光束透过第一个第一透镜131a，以光路入射到第二个第一透镜131a，并被第二个第一透镜131a重新准直成尺寸较大的激光光束。尺寸较大的激光光束透过第一个第一菲涅尔透镜阵列132，被分束成若干细小的子光束，并聚焦在第二个第一菲涅尔透镜阵列132的镜面上。激光光束透过第二个第一菲涅尔透镜阵列，被扩束均匀化成由若干子光束构成的激光光束。子光束构成的激光光束通过聚光透镜重新收束成符合激光显示要求的尺寸大小，并被MEMS微镜反射至投影面。

实施例2：(两个第一菲涅尔透镜阵列和菲涅尔透镜)

本实施例与实施例1的不同的是，所述散斑抑制装置包括扩束器131、两个第一菲涅尔透镜阵列132和菲涅尔透镜233；且所述扩束器131、两个第一菲涅尔透镜阵列132和菲涅尔透镜233依次间隔设置，如图4所示。

靠近所述第二透镜133的第一菲涅尔透镜阵列132与所述菲涅尔透镜233的间距根据实际需要进行调整。

所述菲涅尔透镜233包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例3：(第一菲涅尔透镜阵列、微透镜阵列和第二透镜)

本实施例与实施例1的不同的是，所述散斑抑制装置包括扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132、微透镜阵列22和第二透镜133；且所述扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132、微透镜阵列22和第二透镜133依次间隔设置，如图5所示。

所述第一菲涅尔透镜阵列132的镜面和微透镜阵列22的镜面相向设置，且所述第一菲涅尔透镜阵列132和微透镜阵列22的间距为所述第一菲涅尔透镜阵列132的焦距。

所述微透镜阵列22与所述第二透镜133的间距根据实际需要进行调整。

其它与实施例1相同。

实施例4：(第一菲涅尔透镜阵列、微透镜阵列和菲涅尔透镜)

本实施例与实施例1-3的不同的是，所述散斑抑制装置13包括扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132、微透镜阵列22和菲涅尔透镜21；且所述扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132、微透镜阵列22和菲涅尔透镜21依次间隔设置，如图6所示。

所述第一菲涅尔透镜阵列132的镜面和微透镜阵列22的镜面相向设置，且所述第一菲涅尔透镜阵列132和微透镜阵列22的间距为所述第一菲涅尔透镜阵列132的焦距。

所述微透镜阵列22与所述菲涅尔透镜21的间距根据实际需要进行调整。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例5：(微透镜阵列、第一菲涅尔透镜阵列和第二透镜)

本实施例与实施例1-4的不同的是，所述散斑抑制装置13包括扩束器131、微透镜阵列22、第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133；且所述扩束器131、微透镜阵列22、第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133依次间隔设置，如图7所示。

所述微透镜阵列22的镜面和第一菲涅尔透镜阵列132的镜面相向设置，且所述微透镜阵列22和第一菲涅尔透镜阵列132的间距为所述微透镜阵列22的焦距。

所述第一菲涅尔透镜阵列132与所述第二透镜133的间距根据实际需要进行调整。

其它与实施例1相同。

实施例6：(微透镜阵列、第一菲涅尔透镜阵列和菲涅尔透镜)

本实施例与实施例1-5的不同的是，所述散斑抑制装置13包括扩束器131、微透镜阵列22、第一菲涅尔透镜阵列132和菲涅尔透镜21；且所述扩束器131、微透镜阵列22、第一菲涅尔透镜阵列132和菲涅尔透镜21依次间隔设置，如图8所示。

所述微透镜阵列22的镜面和第一菲涅尔透镜阵列132的镜面相向设置，且所述微透镜阵列22和第一菲涅尔透镜阵列132的间距为所述微透镜阵列22的焦距。

所述第一菲涅尔透镜阵列132与所述菲涅尔透镜21的间距根据实际需要进行调整。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例7：(第一菲涅尔透镜阵列和第二透镜)

本实施例与实施例1-6的不同的是，所述散斑抑制装置13包括扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133；且所述扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133依次间隔设置，如图9所示。

所述第一菲涅尔透镜阵列132的镜面朝向所述第二透镜133一侧设置。

所述第一菲涅尔透镜阵列132与所述第二透镜133的间距根据实际需要进行调整。

其它与实施例1相同。

实施例8：(第一菲涅尔透镜阵列和菲涅尔透镜)

本实施例与实施例1-4的不同的是，所述散斑抑制装置13包括扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132和菲涅尔透镜21；且所述扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132和菲涅尔透镜21依次间隔设置，如图10所示。

所述第一菲涅尔透镜阵列132的镜面与所述菲涅尔透镜21的镜面相向设置。

所述第一菲涅尔透镜阵列132与所述菲涅尔透镜21的间距根据实际需要进行调整。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例9：(两个第一菲涅尔透镜阵列耦接)

本实施例与实施例1-4的不同的是，所述散斑抑制装置13包括依次设置的扩束器131、两个第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133，所述第一菲涅尔透镜阵列132包括多个阵列设置且尺寸相同的第一单元菲涅尔透镜1321，所述第一单元菲涅尔透镜1321包括第一菲涅尔透镜层1322和第一基底层1323，两个所述第一菲涅尔透镜阵列132的第一基底层1323相互耦接连接，如图11所示。

该光学设备中的各光学元件，包括但不仅限于菲涅尔透镜阵列，透镜，微透镜阵列等，均被耦接(固定)在光学设备中。

在具体的实施例中，耦接是指元件与元件之间或者元件与光学设备之间处于直接或间接的物理相互接触。例如，“耦接”可以意味着元件与元件之间或者元件与光学设备之间并不直接相互接触而是通过另一中间元件间接地结合在一起。

与实施例1中所示的双菲涅尔透镜阵列组合不同的是，该实施例9所述散斑抑制装置13在两个所述第一菲涅尔透镜阵列132之间缺少第二种介质层，实施例9与实施例1的所述散斑抑制装置13对光束的作用相同。

所述扩束器131间隔且同轴设置，所述第一透镜131和所述第二透镜133分别与所述两个第一菲涅尔透镜阵列132间隔且同轴设置。

同理，该实施例9中所述第二透镜133也可以替换为所述菲涅尔透镜21。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例10：(第一菲涅尔透镜阵列镀有反射膜)

本实施例与实施例1-4的不同的是，所述散斑抑制装置13包括依次间隔设置的扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132和第二透镜133，所述第一菲涅尔透镜阵列132包括多个阵列设置且尺寸相同的第一单元菲涅尔透镜1321，所述第一单元菲涅尔透镜1321包括第一菲涅尔透镜层1322和第一基底层1323，所述第一基底层1323镀有反射膜23，如图12所示。

所述第一菲涅尔透镜阵列132的器件厚度为所述第一菲涅尔透镜阵列132焦距的二分之一。

该实施例10中所述第二透镜133也可以替换为所述菲涅尔透镜21。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例11：(第一菲涅尔透镜阵列+全反射镜)

本实施例与实施例1的不同的是，所述散斑抑制装置13包括依次设置的扩束器131、第一菲涅尔透镜阵列132、全反射镜24和第二透镜133，且所述第一菲涅尔透镜阵列132的镜面朝向所述全反射镜24的一侧，如图13所示。

该实施例11中所述第二透镜133也可以替换为所述菲涅尔透镜21。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例12：(口径不同双菲涅尔透镜阵列，平面排布)

本实施例与实施例1的不同的是，所述散斑抑制装置13包括依次间隔设置的第二菲涅尔透镜阵列25、第三菲涅尔透镜阵列26和第二透镜133，且所述第二菲涅尔透镜阵列25的镜面与所述第三菲涅尔透镜阵列26的镜面相向设置，如图14所示。

所述第二菲涅尔透镜阵列25包括多个第二单元菲涅尔透镜，所述第三菲涅尔透镜阵列26包括多个第三单元菲涅尔透镜，多个所述第二单元菲涅尔透镜的尺寸均小于所述第三单元菲涅尔透镜的尺寸；

多个所述第二单元菲涅尔透镜沿平面阵列排布设置，多个第三单元菲涅尔透镜沿平面阵列排布设置。

所述第二单元菲涅尔透镜与所述第三单元菲涅尔透镜的对应比例为1:2。

所述第二菲涅尔透镜阵列25的焦距与第三菲涅尔透镜阵列26的焦距相同，且所述第二菲涅尔透镜阵列25的镜面和第三菲涅尔透镜阵列26的镜面之间的间距为所述第二菲涅尔透镜阵列25的焦距。

使用两个口径不同、焦距相同的所述第二菲涅尔透镜阵列25和第三菲涅尔透镜阵列26，可以实现实施例1中扩束器131组成的扩束器的远心镜头功能。因而，实施例9的散斑抑制装置13可以省略扩束器。

第二单元菲涅尔透镜和第三单元菲涅尔透镜的口径与焦距也可以是不同的，通过在两个维度内平移第二菲涅尔透镜阵列25和/或第三菲涅尔透镜阵列26可以改变第二菲涅尔透镜阵列25与第三菲涅尔透镜阵列26相互对应的单元透镜数目。

图14中所示，第二菲涅尔透镜阵列25与第三菲涅尔透镜阵列26的相互对应的单元透镜比例为1：2。通过两个维度内平移第二菲涅尔透镜阵列25或/和第三菲涅尔透镜阵列26，可以使得相互对应的单元透镜比例为1：4或1：1.5或更多比例。同时，两个维度内平移第二菲涅尔透镜阵列25或/和第三菲涅尔透镜阵列26，可以使得相互对应的单元透镜焦距变化为F，同时两个菲涅尔透镜阵列间距变化为F。

通过上述方法，可以根据实际需求实时改变经由散斑抑制装置13调制的扩散光束的相关性质，如光束的发散角与光能均匀分布程度，即扫描光束的尺寸与光能分布，从而根据实际需求实时地调整本发明所述光学设备的散斑抑制效果。且上述操作可由系统控制自动完成，从而保证本发明所述光学设备具有当前最佳地散斑抑制效果。

所述微镜装置14为微机电系统扫描振镜，包括微镜141和微镜驱动装置142，所述微镜驱动装置142驱动所述微镜141在一维或二维方向周期性扫描。

多个所述第二单元菲涅尔透镜的尺寸可以相同，也可以不相同。同理，多个所述第三单元菲涅尔透镜的尺寸可以相同，也可以不同。

该实施例12中所述第二透镜133也可以替换为所述菲涅尔透镜21。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

其它与实施例1相同。

实施例13：(口径不同双菲涅尔透镜阵列，曲面排布)

本实施例与实施例1的不同的是，所述散斑抑制装置13包括依次间隔设置的第四菲涅尔透镜阵列27、第五菲涅尔透镜阵列28和第二透镜133，且所述第四菲涅尔透镜阵列27的镜面与所述第五菲涅尔透镜阵列28的镜面相向设置。

所述第四菲涅尔透镜阵列27包括多个第四单元菲涅尔透镜271，所述第五菲涅尔透镜阵列28包括多个第五单元菲涅尔透镜281，多个所述第四单元菲涅尔透镜271的尺寸整体均小于所述第五单元菲涅尔透镜281的尺寸；

多个所述第四单元菲涅尔透镜271沿曲面阵列排布设置，多个第五单元菲涅尔透镜281沿曲面阵列排布设置。

所述第四单元菲涅尔透镜271与所述第五单元菲涅尔透镜281的对应比例为1:2。

所述第四菲涅尔透镜阵列27的焦距与第五菲涅尔透镜阵列28的焦距相同，且所述第四菲涅尔透镜阵列27的镜面和第五菲涅尔透镜阵列28的镜面之间的间距为所述第四菲涅尔透镜阵列27的焦距。

与实施例12类似，使用两个口径不同、焦距相同的所述第四菲涅尔透镜阵列27和第五菲涅尔透镜阵列28，可以实现实施例1中扩束器131组成的扩束器的远心镜头功能。因而，该实施例的散斑抑制装置13可以省略扩束器。

第四单元菲涅尔透镜271和第五单元菲涅尔透镜281的口径与焦距也可以是不同的，通过旋转第四菲涅尔透镜阵列27和/或第五菲涅尔透镜阵列28可以改变第四菲涅尔透镜阵列27与第五菲涅尔透镜阵列28相互对应的单元透镜数目。

图15中所示，第四菲涅尔透镜阵列27与第五菲涅尔透镜阵列28的相互对应的单元透镜比例为1：2。通过旋转第四菲涅尔透镜阵列27或/和第五菲涅尔透镜阵列28，可以使得相互对应的单元透镜比例为1：4或1：1.5或更多比例。同时，旋转第四菲涅尔透镜阵列27或/和第五菲涅尔透镜阵列28，可以使得相互对应的单元透镜焦距变化为F，同时两个菲涅尔透镜阵列间距变化为F。

多个所述第四单元菲涅尔透镜271的尺寸可以相同，也可以不相同。同理，多个所述第五单元菲涅尔透镜281的尺寸可以相同，也可以不同。

通过上述方法，可以根据实际需求实时改变经由散斑抑制装置13调制的扩散光束的相关性质，如光束的发散角与光能均匀分布程度，即扫描光束的尺寸与光能分布，从而根据实际需求实时地调整本发明所述光学设备的散斑抑制效果。且上述操作可由系统控制自动完成，从而保证本发明所述光学设备具有当前最佳地散斑抑制效果。

该实施例13中所述第二透镜133也可以替换为所述菲涅尔透镜21。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

该实施例中由合束器12形成的合束光以固定的方向与角度射入所述散斑抑制装置13，通过旋转所述散斑抑制装置13中的具有变化口径的第四菲涅尔透镜阵列27/第五菲涅尔透镜阵列28，可以更为有效的改变光束通过的第四单元菲涅尔透镜271/第五单元菲涅尔透镜281的数目等，从而更为有效的改变扩散光束的相关性质。

其它与实施例1相同。

实施例14：(菲涅尔透镜阵列排布)

以实施例1中第一菲涅尔透镜阵列132为例，所述第一菲涅尔透镜阵列132可以分为若干个六边形排布所述第一单元菲涅尔透镜1321。

如图16所示，多个所述第一单元菲涅尔透镜1321分别位于六边形顶点位置和六边形的中心位置，这种排布方式实现了二维空间中最紧密的圆形镶嵌排布，使得以相同尺寸的光束照射相同口径的第一菲涅尔透镜阵列132时，可以照射到最多的第一单元菲涅尔透镜1321，使匀束分束效果最佳，从而实现散斑抑制效果最佳。

同理，其余实施例中的第一菲涅尔透镜阵列132或/和第二菲涅尔透镜阵列25也可以采用此种排布方式。该实施例14为第一菲涅尔透镜阵列132的一种排布方式，还可以有其他的排布结构。

实施例15：(与实施例1类似，微镜装置的位置在前)

如图17所示，一种散斑抑制装置，包括顺序设置的激光光源31、合束器32、微镜装置34和散斑抑制装置33，

所述激光光源31用于发出三色激光光束；

所述合束器32用于将三色激光光束形成合束光；

所述微镜装置34用于将所述合束光进行扫描式反射形成反射光，所述反射光射入所述散斑抑制装置33；

所述散斑抑制装置33用于对所述反射光进行扩束、分束、匀束、收束和准直操作，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33包括扩束器331、两个第一菲涅尔透镜阵列332和第二透镜333；且所述扩束器331、两个第一菲涅尔透镜阵列332和第二透镜333依次间隔设置。

所述微镜装置34为微机电系统扫描振镜，包括微镜341和微镜驱动装置342，所述微镜驱动装置342驱动所述微镜341在一维或二维方向周期性扫描。

所述反射光射入所述散斑抑制装置33的位置、方向或角度是根据所述微镜的扫描角在一定范围内变化。

所述扩束器331由两个所述第一透镜331a组成，所述第一透镜331a为平凸透镜，且两个所述第一透镜331a的球面相向设置。

两个所述第一菲涅尔透镜阵列332的镜面相向设置，且两个所述第一菲涅尔透镜阵列332的间距为所述第一菲涅尔透镜阵列332的焦距。

靠近所述第二透镜333的第一菲涅尔透镜阵列332与所述第二透镜333的间距根据实际需要进行调整。

该实施例15中所述第二透镜333也可以替换为所述菲涅尔透镜21。

所述菲涅尔透镜21包括入射面和出射面，所述入射面设有齿形结构，所述齿形结构为层层向外分布细密的齿纹环，所述出射面为平面。

同理，实施例2至实施例13基于菲涅尔透镜阵列的光学设备，也都可以采用激光光源31、合束器32、微镜装置34和散斑抑制装置33的顺序设置。

其它与实施例1相同。

实施例16：(激光显示投影系统，微镜装置在后)

如图18所示，一种激光显示系统，包括顺序设置的视频处理模块41、光源控制模块42、激光光源11、合束器12、散斑抑制装置13和微镜装置14，

所述视频处理模块41用于将视频信号转换成对应视频中各像素的命令流明；

所述光源控制模块42用于将所述命令流明处理转换成激光光源的驱动信号；

所述激光光源11接收所述驱动信号，并发出相应的三色激光光束；

所述合束器12用于将三色激光光束形成合束光；

所述散斑抑制装置13用于对所述合束光进行扩束、分束、匀束、收束和准直操作，产生由若干子光束构成的出射光束；

所述微镜装置14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。

所述微镜装置14为微机电系统扫描振镜，包括微镜141和微镜驱动装置142，所述微镜驱动装置142驱动所述微镜141在一维或二维方向周期性摆动。

实施例17：(激光显示投影系统，微镜装置在前)

如图19所示，一种激光显示系统，包括顺序设置的视频处理模块41、光源控制模块42、激光光源31、合束器32、微镜装置34和散斑抑制装置33，

所述视频处理模块41用于将视频信号转换成对应视频中各像素的命令流明；

所述光源控制模块42用于将所述命令流明处理转换成激光光源的驱动信号；

所述激光光源31接收所述驱动信号，并发出相应的激光光束；

所述合束器32用于将三色激光光束形成合束光；

所述微镜装置34用于将所述合束光进行扫描式反射形成反射光，所述反射光射入所述散斑抑制装置33；

所述散斑抑制装置33用于对所述反射光进行扩束、分束、匀束、收束和准直操作，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。

所述微镜装置34为微机电系统扫描振镜，包括微镜341和微镜驱动装置342，所述微镜驱动装置342驱动所述微镜341在一维或二维方向周期性扫描。

所述反射光射入所述散斑抑制装置33的位置、方向或角度是根据所述微镜的扫描角在一定范围内变化。

实施例18：

以实施例12中的菲涅尔透镜阵列为例，如图20(a)所示，尺寸相同的第三单元菲涅尔透镜以正六边形的6个顶点和中心为中心进行排布构成第二菲涅尔透镜阵列。

为使图示简明，以一个正六边形代表单元菲涅尔透镜的排布方式，正六边形的6个顶点和中心均代表一个单元菲涅尔透镜。

如图20(b)所示，多个相同尺寸的第四单元菲涅尔透镜排布构成第三菲涅尔透镜阵列。具体的，图20(b)表示排布有31个相同口径的第四单元菲涅尔透镜。

图20(c)表示第二菲涅尔透镜阵列和第三菲涅透镜阵列的相对位置关系。如图20(c)所示，第二菲涅尔透镜阵列25的排布与第一菲涅尔透镜阵列26的排布成一定角度，用θ表示。θ为arctan(√3/5)，即θ约为19°。如图20(c)所示，排布在第二菲涅尔透镜阵列25上的第二单元菲涅尔透镜与排布在第三菲涅尔透镜阵列上的对应的第三单元菲涅尔透镜的数目比为7：1，即对于每个排布在第三菲涅尔透镜阵列26上的第三单元菲涅尔透镜，有7个排布在第二菲涅尔透镜阵列25上的第二单元菲涅尔透镜与之对应。

当合束光射入所述散斑抑制装置时，首先射入第二菲涅尔透镜阵列25，然后再射入第三菲涅尔透镜阵列26。第二单元菲涅尔透镜与第三单元菲涅尔透镜的数目比为7：1表示，当激光光束透过第二菲涅尔透镜阵列25时，由7个第二单元菲涅尔透镜产生的子光束将照射在1个第三单元菲涅尔透镜上。

同理，实施例13中第四菲涅尔透镜阵列27和第五菲涅尔透镜阵列28也可以采用上述菲涅尔透镜阵列的排布形式。

实施例12和实施例13中单元菲涅尔透镜口径不同时的情形如图20(d)所示，由第一口径单元菲涅尔透镜51和第二口径单元菲涅尔透镜52构成阵列，所述第一口径单元菲涅尔透镜51和第二口径单元菲涅尔透镜52的口径不相同，多个所述第一口径单元菲涅尔透镜51相邻排列，多个所述第二口径单元菲涅尔透镜52相邻排列，所述第一口径单元菲涅尔透镜51和第二口径单元菲涅尔透镜52分别按区块排布并被第二区域54隔开。第一口径单元菲涅尔透镜51与第二口径单元菲涅尔透镜的排布区块相同。

第一区域29用于固定透镜阵列，第二区域54用于进行平移或旋转透镜阵列时的定位工作。

所述第一口径单元菲涅尔透镜51和第二口径单元菲涅尔透镜52的排布方向也不同。所述第一口径单元菲涅尔透镜51和第二口径单元菲涅尔透镜52的排布方向的夹角用α表示。

采用上述技术方案，本发明所述的具有如下有益效果：

本发明光学设备基于菲涅尔透镜阵列，通过菲涅尔透镜阵列与其他光学元件如透镜、菲涅尔透镜、微透镜阵列和菲涅尔透镜阵列等组合使用，以实现激光散斑抑制，该光学设备结构简单、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，适合集成在各种相干光扫描显示模组中。

菲涅尔透镜阵列的尺寸比微透镜阵列的尺寸更小，菲涅尔透镜比凸透镜的尺寸更小，本发明通过使用菲涅尔透镜阵列和菲涅尔透镜，可以有效减少光学设备的尺寸，使得设备小型化，更利于集成。

利用本发明尺寸不同但焦距相同的所述第一菲涅尔透镜和所述第二菲涅尔透镜阵列的组合和结构，可以减少光学设备中的光学元件，可减少一个凸透镜，从而进一步减少光学设备的尺寸。

利用本发明尺寸不同但焦距相同的所述第一菲涅尔透镜和所述第二菲涅尔透镜阵列的组合和结构，可通过平移或旋转所述光学设备中的光学元件，从而对扫描光束的某些性质进行实时调制，改变散斑抑制的效果。

本发明所述光学设备可以被装配在激光显示模组中，不需要配备额外的驱动装置便可实现高效的激光散斑抑制，避免了额外配备的驱动装置对模组中其他精密光学元件的潜在危害，降低了电路设计的复杂度，有利于在模组中集成；菲涅尔透镜阵列的使用实现了光学设备的小型化，使设备集成入激光显示模组后不会显著地增大模组的尺寸，同时也为设计制造更小的具有散斑抑制功能的激光显示模组提供了可能。

本发明以特殊光学元件为核心，可以在静止放置的状态下发挥功效，不需要额外的驱动系统，降低了控制电路的复杂度，避免了因加入额外的驱动系统而造成的功耗，同时也避免了额外的驱动装置对模组中其他精密光学元件的潜在危害，提高了光学设备的可靠性。

该光学设备通过对入射光束进行扩束、分束、匀束、准直等操作，产生由若干子光束构成的激光光束。由子光束构成的激光光束被运动的MEMS微镜反射，成为由若干子光束构成的扫描光束。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再人眼视觉暂留时间内相互重叠，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。该光学设备可通过多种工艺(如光刻等)相结合实现。

在静止状态下即可发挥功效，可以避免因驱动系统而产生的噪音，同事可以避免因驱动系统而导致的振动等对光学设备和/或其他与光学设备一同工作的模组构件的损坏，从而提升了设备以及模组的可靠性。

根据实际应用及需求，该光学设备也可以配备驱动系统，并在驱动系统的驱动下以运动状态进行工作，具体的运动状态包括但不仅仅包括轴向和/或径向旋转、在垂直或水平方向进行振动等。

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。