CN101592785A

CN101592785A - 用于激光显示的光源装置

Info

Publication number: CN101592785A
Application number: CNA2008101132394A
Authority: CN
Inventors: 许江珂; 石靖波; 贾中达
Original assignee: Optoelectronics Technology Co Ltd Of Beijing Zhongshida and Chinese Academy Of
Current assignee: Optoelectronics Technology Co Ltd Of Beijing Zhongshida and Chinese Academy Of
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-02

Abstract

本发明提供一种用于激光显示的光源装置，其特征在于，包括用于输出偏振激光的多个激光器以及用于将所述多个激光器发射的激光合成为一束输出的合束装置，所述激光器发射的激光分别入射到所述合束装置中，经过所述合束装置后，合成为一束激光输出，其中，所述多个激光器输出的多束激光之间具有多个偏振方向。本发明降低了激光光源装置的生产成本、减小了体积、降低了功耗，其适用条件更宽，适用情况更广。

Description

用于激光显示的光源装置

技术领域

本发明涉及激光显示领域，特别涉及一种用于激光显示的光源装置。

背景技术

激光由于其高亮度、单色性、方向性而在显示领域中具有无可比拟的优势。激光具有相干性，如果没有对其进行消相干处理直接作为光源进行投影，在接收屏上我们会看到带有明显的干涉条纹的图像，即所谓的散斑，这样非常影响图像质量，因此在激光显示技术中，消相干是必不可少的一道步骤。

公开号为CN101144876的中国专利，采用多束激光耦合的方法实现匀场和消散斑的作用。如图1所示，L1-Ln为RGB(红、绿、蓝)三色激光光源，其同方向并行放置，激光器发出的光均经过整形装置11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，分别放置多个聚焦透镜12，耦合光纤13的输入端面为平面、半球形或圆锥形，分别放置在各个聚焦透镜12的焦点上，耦合光纤输出端被套管14封装到一起，出射的混合激光用作激光显示的光源。每台激光器出射的激光在画面上都有散斑，但由于各个激光器出射的光两两之间都没有相干性，各自在画面上形成的散斑只是光强相加，而非振幅叠加，并且散斑的位置随机分布，所以，随着独立激光器数目的增加，画面上的散斑被匀化，从而有效地抑制了散斑效应。激光器数量越多，散斑越弱，画面的均匀度越好。

公开号为CN101063519的中国专利，采用将多个发射光束的激光器集束的方法来进行消散斑和匀场。图2为这个现有技术的示意图。阵列型激光器光纤耦合消除散斑的照明系统，包括n台单色激光器L1，L2，...Ln。对应每个激光器前端，垂直于激光发射方向放置一个准直透镜21和一个聚焦透镜22将光束准直和聚焦，准直透镜21和聚焦透镜22的焦距和孔径的选取取决于激光的参数。光束经过聚焦透镜22聚焦后耦合到输出光纤23的输入端面中，最后被集束器24集束输出。利用原理为，光束在光纤23中多次反射混光，波阵面被打乱，从而减小这些光束的相干性，而且多台激光器输出的激光光束由于相互间存在频率和相位的差异不满足相干条件，而且多个散斑彼此微小位置的交迭，也会减弱散斑效应。

然而，在激光显示中，上述两个专利的消散斑和匀场的方法中，激光器越多的情况下，消散斑的效果才越显著，因此，这种技术中采用多个激光器进行激光显示的装置都具有体积较大、成本较高、结构复杂的问题，而且使用过多的激光器容易出现各种问题，造成系统的不稳定性，而且维护困难，因此实际应用的效果并不理想。

发明内容

因此，本发明的任务是克服现有技术的缺陷，从而提出一种用于激光显示的光源装置，该装置可减弱或消除激光的相干性及其所产生的散斑效应。

本发明提供的用于激光显示的光源装置，其特征在于，包括用于输出偏振激光的多个激光器以及用于将所述多个激光器发射的激光合成为一束输出的合束装置，所述激光器发射的激光分别入射到所述合束装置中，经过所述合束装置后，合成为一束激光输出，其中，所述多个激光器输出的多束激光之间具有多个偏振方向。

上述光源装置中，所述激光器优选半导体激光器或全固态激光器。

上述光源装置中，当所述激光器为输出非偏振光或圆偏振光的激光器时，且其包括用于产生线偏振光的起偏装置，例如起偏器、检偏器、PBS棱镜或PBS偏光变换光学系统等。

上述光源装置中，当所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器时，所述激光器中还包括谐振腔，分别以各自的激光出射方向为轴，或者将各个谐振腔转不同的角度后，再固定安装于相应的激光器中，或者将各个激光器分别沿相应的轴转不同的角度后，再固定放置，从而使得各个激光器输出偏振光的偏振方向各不相同。

上述光源装置中，当所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器时，所述光源装置还优选包括转动装置，所述激光器包括谐振腔，其中，所述激光器或所述谐振腔安装于所述转动装置上。

上述光源装置中，当所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器时，该激光器还优选包括用于改变偏振光的偏振方向的旋光器，例如1/2波片或1/4波片。

上述光源装置中，优选所有激光器输出激光的波长相同或者部分激光器输出激光的波长不同。

上述光源装置中，各个激光器可以分别选自红、绿、蓝三基色激光器。

上述光源装置中，所述多个激光器优选排列成线形、矩形、三角形、圆形或多边形阵列。

上述光源装置中，所述合束装置还优选包括汇聚装置，用于将所述多个激光器发射的激光束汇聚在一起。

进一步地，所述汇聚装置包括多根光纤以及将多根光纤集束的集束装置，每个激光器对应一根光纤，各个激光器分别设置在所对应光纤的输入端，所述合束装置还包括多个分别设置在所述激光器与对应光纤输入端之间的耦合装置，所述耦合装置用于将入射到其上的激光耦合入相应的光纤，各激光器发射的激光束分别经相应的耦合装置耦合进入相应的光纤中，并由所述集束装置的输出端输出。

或者，进一步地，所述汇聚装置可以由多个折射透镜或反射镜组成，甚至可以为单一的聚焦透镜，为了更好的将光束耦合和汇聚，所述合束装置还优选包括设置于所述激光器与所述汇聚装置之间的准直透镜。

上述光源装置中，所述合束装置还优选包括设置于所述汇聚装置输出光路上的匀场整形装置。

与现有技术相比，本发明在不使结构复杂化的前提下，可以更有效地减弱或消除激光的相干性及其所产生的散斑效应，由于增添了激光器之间偏振方向的不同设置，因此输出同样质量的激光束所使用的激光器数量得以减少，从而降低了激光光源装置的生产成本、减小了体积、降低了功耗，还同时提高了系统的稳定性，使其适用条件更宽，适用情况更广。本发明尤其适用于激光投影等利用激光作为光源的显示设备。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为一种现有技术的光路示意图；

图2为另一种现有技术的光路示意图；

图3为一种使用光纤的激光光源装置示意图；

图4为一种使用透镜汇聚的激光光源装置示意图；

图5为一种单基色激光光源装置示意图；

图6为一种三基色激光光源装置示意图。

具体实施方式

图3是一种使用光纤的激光光源装置的一个实施例，该激光光源装置包括顺序设置在光路中的n台激光器L1-Ln(n为整数，且n≥2)及合束装置，所述合束装置包括n根光纤33、将n根光纤33集束的集束装置34和分别设置在n个激光器与其所对应的n根光纤输入端之间的耦合装置32。每个激光器对应所述光纤33中的一根光纤，各个激光器分别设置在其所对应光纤的输入端。耦合装置32可以包括n个准直透镜和/或n个聚焦透镜，各激光器发射的激光束分别经所述耦合装置32中相应的准直透镜和/或聚焦透镜进行光束整形(准直和/或聚焦)后再被耦合进入相应的光纤33中，由所述集束装置34的输出端输出的光束作为激光显示的光源，其中，所述各个激光器输出的激光为具有不同偏振方向的偏振光，如图3左端所示，当然，这里示出的偏振方向只是一种示意。

上述光源装置中，如果激光器输出激光的准直性可以保证，耦合装置32中也可以不包括准直透镜。此外，集束装置可以为光纤头、光纤套管等。经过所述集束装置34的输出端输出的光束的后续光路则按照各种系统的需要依据传统光路设计。

图4为一种使用透镜实现光束汇聚的激光光源装置的一种实施例，该激光光源装置包括以线性列阵形式设置在光路中的n台激光器L1-Ln(n为整数，且n≥2)和合束装置，所述合束装置包括分别与n个激光器对应的n个准直透镜41、汇聚装置以及匀场整形装置43，所述汇聚装置包括分别与n个激光器对应的n个折射透镜42。各激光器L1-Ln发射的激光束分别经相应准直透镜41准直后，通过相应的折射透镜42汇聚并入射到匀场整形装置43中合束输出，作为激光显示的光源。其中，所述各个激光器输出的激光为具有不同偏振方向的偏振光，如图4所示，每个激光器输出激光的偏振方向在图中相应激光器的左侧示出。

上述光源装置中，所述汇聚装置也可以使用n个反射镜实现汇聚的目的，另外，如果各个激光器体积很小，还可以将各个激光器密集排列在同一个聚焦透镜的光轴附近，共同使用一个聚焦透镜，实现最后光束的聚焦输出。匀场整形装置可以为积分棒、光纤或其他合束棱镜。当然，本实施例也可以不使用准直透镜41，而由折射透镜或反射镜直接将各激光器发出的光束汇聚。

图3和图4的实施例中，所有激光器L1-Ln既可以为半导体激光器，也可以为全固态激光器。其输出的波长可以全部相同，也可以部分相同。例如，为了实现彩色激光显示，则可以根据单台激光器功率和视觉白平衡功率配比决定各种基色激光器的数量，并且集束装置中光纤输出端的排列原则应当遵循均匀混色的原则，这对本领域普通技术人员是熟知的。当然，也可以使用多个上述光源装置，每个光源装置的输出均为多基色中的一色，最后再进行多色合成输出。

同时，各个激光器输出的偏振光可以彼此完全不同，也可以部分不同，而另外部分相同。在使用折射透镜或反射镜等作为汇聚装置时，应当优选相邻或者相近的激光器偏振方向不同，偏振方向相同的激光器尽量相隔较远。为了产生偏振方向不同的偏振光，当所述激光器中产生的激光本身为非偏振光或者圆偏振光时，例如Nd:YAG激光器产生的激光，则在激光器中还设有起偏装置，例如起偏器、检偏器、PBS棱镜或PBS偏光变换光学系统等，设置所述起偏装置具有不同的偏振方向即可。当所述激光器中产生的激光为线偏振光或者椭圆偏振光时，在使用相同激光器以及相同放置(这里所述相同放置是指输出激光具有相同偏振方向)的前提下，为了使各个激光器输出的偏振光具有不同的偏振方向，一种方式为将各激光器以出射激光束为轴，分别转不同的角度然后固定放置；另外一种方式为以出射的激光束为转轴分别将各激光器中的谐振腔转不同的角度后固定放置，从而实现使各激光器的相同偏振输出改变为不同偏振输出的目的。还可以在输出光路上设置诸如1/2波片和1/4波片等旋光器来实现偏振方向的改变，保证各激光器输出激光偏振方向的不同。而输出波长不同的激光器则不需改变为不同偏振方向。本领域普通技术人员应当理解，所述偏振可以为圆偏振、椭圆偏振或线偏振等各种偏振形式。

本实施例中，激光器可以采用线性列阵排列，也可以根据激光器的数量合理的将激光器设置为圆形阵列、矩形阵列、三角形阵列或多边形阵列等各种适当的排布方式。

由于各激光器输出激光的偏振方向不同，从偏振方面降低了激光光束的相干性，更大程度地减少或消除了屏幕散斑，从而使得屏幕的画面亮度更为均匀，画面质量更高。由于在现有技术上增添了激光器之间偏振方向的不同设置，因此输出同样质量的激光束所使用的激光器数量得以减少，从而降低了激光光源装置的生产成本、减小了体积、降低了功耗，还同时提高了系统的稳定性，其适用条件更宽，适用情况更广。

在本实施例中，如果所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器，则每个激光器还可以分别设有一旋转装置，将激光器安装在该旋转装置上，该旋转装置可带动所述激光器以出射激光束为转轴进行转动，并控制各个激光器同一时刻彼此的偏振方向不同。这样，由于同一激光器不同时刻输出的激光的偏振方向也不同，因此减弱或消除了各激光器各自的输出激光的时间相干性，从而进一步降低了激光束的相干性。当然，也可以为每个激光器中分别包括一旋转装置，并将谐振腔安装在该旋转装置上，通过旋转谐振腔来实现减弱或消除激光的时间相干性的目的，这里所述的谐振腔应当包括谐振腔镜以及谐振腔内部的光学元件，例如当采用腔内倍频时，还应包括相应的倍频晶体等。这些都是基于改变激光晶体的放置方向从而改变激光偏振方向的原理。

为了进一步解释本发明，图5给出了另一个实施例，该实施例中，所述用于激光显示的光源装置包括四个激光器L1-L4，光纤头54，以及积分棒55，每个激光器都对应一根光纤的输入端。所述激光器全部采用输出波长635nm的半导体激光器，输出功率为数百毫瓦到瓦的量级，本实施例中所述半导体激光器本身输出的激光束具有线偏振性。起初将四个半导体激光器相同放置，即以输出光的偏振方向相同的位置放置，然后将一个半导体激光器保持不动，其他三个半导体激光器以输出激光的方向为转轴，分别转一定的角度，例如45度、90度和135度，从而使输出的四束激光具有不同的偏振方向，如图5所示。本实施例中，四个激光器呈线性阵列排布，每个激光器的输出光路上都顺序设有准直透镜51和聚焦透镜52，经过准直透镜准直后的激光束被聚焦透镜会聚到所对应的光纤53中，四根光纤53的输出端在光纤头54中被集束。最后，由光纤头54输出的光束经积分棒55形成强度分布均匀的光场输出，用做激光显示的光源。所述光纤头54的输出端还可以用耦合镜和第五根光纤代替，四根光纤输出端输出的激光束经耦合镜耦合进入该第五根光纤中，同样可达到集束的效果。

图6的实施例与图5类似，L1-L6为全固态激光器，其中L1和L2为635nm的红光全固态激光器、L3和L4为532nm的绿光全固态激光器、L5和L6为457nm的蓝光全固态激光器。其中，激光器L1-L6均为线偏振光输出，且L1-L6之间的偏振角度成等差数列，等差角度为30度。多束激光分别经过各自的准直透镜61和聚焦透镜62耦合进入各自的光纤63后，将6根光纤63封装入光纤套管64中，从光纤套管64内的光纤输出端发射的激光束直接作为投影显示的光源。

此外，激光器可以为单基色激光器、三基色激光器和多基色激光器。以三基色激光器为例，多个红光激光器，多个绿光激光器，多个蓝光激光器，可以先同颜色合束，然后再进行合束，也可以同时合束，这对本领域普通技术人员是熟知的。

最后应说明的是，以上各附图中的实施例仅用以说明本发明用于激光显示的光源装置结构，但非限制。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各种组合、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

1.一种用于激光显示的光源装置，其特征在于，包括用于输出偏振激光的多个激光器以及用于将所述多个激光器发射的激光合成为一束输出的合束装置，所述激光器发射的激光分别入射到所述合束装置中，经过所述合束装置后，合成为一束激光输出，其中，所述多个激光器输出的多束激光之间具有多个偏振方向。

2.根据权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述激光器为半导体激光器或全固态激光器。

3.根据权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述激光器为输出非偏振光或圆偏振光的激光器，且其包括用于产生线偏振光的起偏装置。

4.根据权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器，所述激光器中还包括谐振腔，分别以各自的激光出射方向为轴，将各个谐振腔转不同的角度后，再固定安装于相应的激光器中，或者将各个激光器分别沿相应的轴转不同的角度后，再固定放置。

5.根据权利要求1所述用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括转动装置，所述激光器包括谐振腔，且所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器，其中，所述激光器或所述谐振腔安装于所述转动装置上。

6.根据权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述激光器为输出线偏振光或椭圆偏振光的激光器，且其还包括用于改变偏振光的偏振方向的旋光器。

7.根据权利要求6所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述旋光器为1/2波片或1/4波片。

8.根据权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所有激光器输出激光的波长相同。

9.根据权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，部分激光器输出激光的波长不同。

10.根据权利要求1-9任一项所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述合束装置包括汇聚装置，用于将所述多个激光器发射的激光束汇聚在一起。

11.根据权利要求10所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述汇聚装置包括多根光纤以及将多根光纤集束的集束装置，每个激光器对应一根光纤，各个激光器分别设置在所对应光纤的输入端，所述合束装置还包括多个分别设置在所述激光器与对应光纤输入端之间的耦合装置，所述耦合装置用于将入射到其上的激光耦合入相应的光纤，各激光器发射的激光束分别经相应的耦合装置耦合进入相应的光纤中，并由所述集束装置的输出端输出。

12.根据权利要求10所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述汇聚装置由多个折射透镜或反射镜组成，或者为单一的聚焦透镜。

13.根据权利要求12所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述合束装置还包括设置于所述激光器与所述汇聚装置之间的准直透镜。

14.根据权利要求10所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述合束装置还包括设置于所述汇聚装置输出光路上的匀场整形装置。