CN101144876A - 一种用于激光显示的激光匀化耦合装置 - Google Patents

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房涛
亓岩
郑光
王斌
成华
赵江山
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Abstract

本发明公开了一种用于激光显示的激光匀化耦合装置，包括三色激光光源和会聚装置；所述三色激光光源由至少一个红色激光器、至少一个绿色激光器和至少一个蓝色激光器组成，所述会聚装置包括多根耦合光纤和一套管，每根所述耦合光纤与所述激光器一一对应，所述激光器发出的激光耦合进入相应的耦合光纤，全部耦合光纤的输出端封装到所述套管中形成一合束输出激光。本发明的优点在于满足大屏幕激光显示的亮度要求、减小了整个耦合装置体积、消除光束散斑。

Description

一种用于激光显示的激光匀化耦合装置
技术领域
本发明涉及一种能够满足大屏幕激光显示功率要求且能消除从激光光源发射的激光光束产生散斑的用于激光显示的激光匀化耦合装置。
背景技术
激光显示与现有的显示技术相比，具有更大的色域范围，且激光是线谱，具有高的色饱和度，可显示自然界最真实、鲜艳的色彩，已成为显示领域的重大发展方向。
在现有的激光显示技术中，RGB(红绿蓝)三色广泛使用单台激光器作为光源，发出的光直接进入投影系统。如美国Color公司的激光显示系统。
现有技术的不足在于：
(1)由于单个激光器的输出功率有限，而且随着屏幕的增大，显示画面的亮度逐渐降低，很难满足大屏幕激光显示的亮度要求；同时对于单个激光器，对散热的要求也很高，往往需要采用循环水致冷，导致整个光源体积大，维修性能差，运输困难，非常不适合产业化。
(2)由于从激光器发出的光强度服从高斯分布，光强分布不均匀，所以在用于激光显示前，现有技术通常使用光学系统对其光场进行匀化处理，这些光学系统也导致整个光源体积增大。
(3)同一颜色的光由同一个光源发出，由于光源本身的相干特性，发出的光相互干涉产生散斑，使显示图像分辨率降低，图像质量恶化。为了消除光束散斑，通常将从激光光源发射的光束分为多个部分光束并通过周期移动将这些部分光束进行时间平均，这样导致了显示系统的体积增大。
因此，针对现有技术的不足，就需要一种改进的激光显示光源。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种整体体积小，可提供大功率激光并且能够通过对光场匀化进而消除光束散斑的用于激光显示的激光匀化耦合装置。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种用于激光显示的激光匀化耦合装置，包括RGB三色激光光源和会聚装置；其特征在于，所述RGB三色激光光源分别由至少一个红色激光器、至少一个绿色激光器和至少一个蓝色激光器组成，所述会聚装置包括多根耦合光纤和一套管，每根所述耦合光纤与所述激光器一一对应，所述激光器发出的激光耦合进入相应的耦合光纤，全部耦合光纤的输出端封装到所述套管中形成一合束输出激光。
在上述技术方案中，进一步地，还包括多个整形装置和多个准直装置与所述激光器一一对应，设置在每个激光器出光口处并与发射方向垂直，每个激光器发出的光分别经过对应的整形装置和准直装置后出射耦合进入对应耦合光纤。
在上述技术方案中，进一步地，还包括多个会聚透镜，每个会聚透镜与每根所述耦合光纤一一对应，设置在对应耦合光纤的输入端面和准直装置之间、与激光发射方向垂直的方向上放置，耦合光纤的输入端面放置在会聚透镜的焦点上。
在上述技术方案中，进一步地，所述激光器都是半导体激光器或都是固体激光器。
在上述技术方案中，进一步地，其中一种或两种颜色的激光器采用半导体激光器，其它激光器采用固体激光器。
在上述技术方案中，进一步地，所述半导体激光器包括单个半导体激光器、半导体激光器阵列。
在上述技术方案中，进一步地，RGB三色激光光源均由两个以上红色激光器、两个以上绿色激光器、两个以上蓝色激光器组成。
在上述技术方案中，进一步地，所述整形装置是柱透镜、球透镜或实现整形的光学系统。
在上述技术方案中，进一步地，所述准直装置是球透镜或实现准直的光学系统。
在上述技术方案中，进一步地，所述耦合光纤的输入端面为平面、半球形或圆锥形。
在上述技术方案中，进一步地，还包括一合束整形装置放置在所述套管中全部耦合光纤的合束输出激光光路上，对合束输出激光整形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)由于本发明的激光器发出的光是通过光纤耦合到一起的，单个激光器的体积小，效率高，可以通过增加激光器的个数提高耦合装置的功率，满足大屏幕激光显示的亮度要求；
2)单个激光模块拆卸方便，维修性能好，避免了循环水致冷，减小了整个耦合装置体积。
3)采用耦合光纤对光束进行匀化，不需要单独使用光学系统对光束进行匀场处理，并且由于同一颜色的光是从不同的激光器耦合出来的，各个激光器发出的光束之间由于没有固定的位相差，不能产生干涉，从而消除了光束散斑。
附图说明
图1是本发明实施例1用于激光显示的激光匀化耦合装置示意图，其中RGB三色激光光源全部采用固体激光器；
图2是本发明实施例2用于激光显示的激光匀化耦合装置示意图，其中红色激光采用半导体激光器；
图3是本发明实施例3适合于小屏幕显示的激光匀化耦合装置示意图；
图4是本发明实施例4单光纤输出的激光匀化耦合装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1
如图1所示，本实施例的RGB(红、绿、蓝)三色激光光源1分别由n个红色激光器(图中用R1～Rn表示)，m个绿色激光器(图中用G1～Gm表示)和q个蓝色激光器(图中用B1～Bq表示)组成，其中n、m、q为大于或等于2的整数，比如n＝2，m＝3，q＝4。红、绿和蓝色激光器均采用固体激光器。这些固体激光器同方向并行放置，激光器发出的光均经过整形装置如柱透镜、球透镜或实现整形的其它光学系统整形成平行光。在与红绿蓝三色激光器激光发射方向垂直的方向上，分别放置多个会聚透镜2，在图1中，对应于每个红色固体激光器的会聚透镜用LR1～LRn表示，对应于每个绿色固体激光器的会聚透镜用LG1～LGm表示，对应于每个蓝色固体激光器的会聚透镜用LB1～LBq表示，各束平行光经会聚透镜2会聚到各自的焦点上。图1中，对应于每个红色固体激光器的耦合光纤用FR1～FRn表示，对应于每个绿色固体激光器的耦合光纤用FG1～FGm表示，对应于每个蓝色固体激光器的耦合光纤用FB1～FBq表示，所有耦合光纤3的输入端面为平面、半球形或圆锥形，分别放置在各个会聚透镜2焦点上，耦合光纤输出端被套管4封装到一起，出射的混合激光用作激光显示的光源。各色光纤在套管4中根据适合实际显示的需要，进行三色配比排布，这对于本领域技术人员是熟知的技术。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本实施例的红色(R)激光光源由(图中用R1-Rn表示)激光器组成，绿(G)色、蓝(B)激光光源分别由(图中用G1-Gm和B1-Bq表示)激光器组成。其中n、m、q为大于或等于2的整数，比如n＝3，m＝4，q＝5。红色激光器采用半导体激光器，绿和蓝色激光器采用固体激光器。
由于半导体激光器在垂直方向的发散角(约30°-40°)与水平方向的发散角(约6°-10°)差别很大，可在各个半导体激光器的前端和光纤之间放置准直和会聚光学系统(如两个球透镜或一个自聚焦透镜)，使激光汇聚到光纤，实现红光的耦合，或者如图2所示将这些半导体激光器同方向并行放置，在每个半导体激光器分别放置准直透镜将各束光准直，在与激光发射方向垂直的方向上，放置一个具有适当焦距和数值孔径的会聚透镜2，各束平行光经会聚透镜会聚到其焦点上，输出光纤4的输入端面放置在会聚透镜焦点上，光纤4为单根或多根光纤，从而实现红光的耦合。
其它同实施例1。
实施例3
如图3所示，本发明另一实施例的示意图。在同样的亮度要求下，屏幕的尺寸越小，所需的激光器功率也越小，由于光源的干涉产生的散斑现象主要是由绿光引起的，本实施例采用图3所示的耦合匀化装置来消除小屏幕激光显示的散斑现象。红光和蓝光激光光源均由单个激光器(图3中分别用R和B表示)组成，绿光激光光源由n个激光器(图3中用G1-Gn表示)组成，n为大于或等于2的整数，比如n＝3。红、绿和蓝色激光器均采用固体激光器。本实施例其它技术与实施例1相同。
实施例4
如图4所示，本发明的另一实施例激光匀化耦合装置示意图。在实施例1的基础上，本实施例还包括一合束会聚透镜5放置在耦合光纤的输出端，在合束会聚透镜5的焦点处放置一单根耦合光纤6，该单根耦合光纤6的输入端放置在合束会聚透镜5的焦点上。合束输出的混合激光从套管4中光纤束的输出端输出后，经合束会聚透镜5聚焦后进入单根耦合光纤6，单光纤6输出混合白色光直接用作激光显示的光源。本实施例其它技术同实施例1。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于激光显示的激光匀化耦合装置，包括三色激光光源和会聚装置；其特征在于，所述三色激光光源由至少一个红色激光器、至少一个绿色激光器和至少一个蓝色激光器组成，所述会聚装置包括多根耦合光纤和一套管，每根所述耦合光纤与所述激光器一一对应，所述激光器发出的激光耦合进入相应的耦合光纤，全部耦合光纤的输出端封装到所述套管中形成一合束输出激光。
2.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，还包括多个整形装置和多个准直装置分别与所述激光器一一对应并设置在每个激光器出光口处并与发射方向垂直，每个激光器发出的光分别经过对应的整形装置和准直装置后出射耦合进入对应耦合光纤。
3.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，还包括多个会聚透镜，每个会聚透镜与每根所述耦合光纤一一对应，设置在对应耦合光纤的输入端面和准直装置之间、与激光发射方向垂直的方向上放置，耦合光纤的输入端面放置在会聚透镜的焦点上。
4.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，所述激光器都是半导体激光器或都是固体激光器。
5.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，其中红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器中至少一种采用半导体激光器，其它采用固体激光器。
6.根据权利要求4或5所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，所述半导体激光器包括单个半导体激光器、半导体激光器阵列。
7.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，三色激光光源由两个以上红色激光器、两个以上绿色激光器和两个以上蓝色激光器组成。
8.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，所述整形装置是柱透镜、球透镜。
9.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，所述准直装置是球透镜。
10.根据权利要求1所述用于激光显示的激光匀化耦合装置，其特征在于，还包括一合束整形装置放置在所述套管中全部耦合光纤的合束输出激光光路上，对合束输出激光整形。
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