CN105158922A - 消散斑的激光装置、激光显示系统和激光投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种消散斑的激光装置、激光显示系统和激光投影系统，激光装置包括至少一个半导体激光器和位于各激光器激光出射路径上的至少一个准直整形单元，还包括：电光调制器，用于根据施加电压对入射激光束的相位进行调制；以及控制电路，通过控制施加在电光调制器上的电压，使经调制的激光束具有随机光场相位分布。本发明所述技术方案结构简单，可有效的解决由于激光光源引起的散斑效应，提高了显示画面的质量，改善了观影舒适度。

Description

消散斑的激光装置、激光显示系统和激光投影系统

技术领域

本发明属于光学显示领域，涉及一种消散斑的激光装置、激光显示系统和激光投影系统。

背景技术

显示器是信息链(信息的获取、处理、传输、存储和显示)的终端人机界面。激光显示采用激光作为显示光源，以窄带相干光源取代传统显示的宽带非相干光源，以投影电视为例，由于激光的方向性好、亮度高，易在双高清感知线性区实现大屏幕显示。激光是线谱，单色性好，比传统光源谱宽窄10倍，可实现大颜色数、高色饱和度、大色域显示，通过选择接近色度三角形顶角的三基色波长可使形成的色度三角形面积尽可能大，显示自然界更真实、更丰富的色彩。激光相干性好，可实现全息三维再现(真3D)。因此激光显示可使显示三要素(高清、全色、真三维)实现突破性提升，是一种可能达到人眼视觉分辨极限呈现完美视觉效果的显示技术。

由于激光具有良好的相干性，相同频率、相同相位三基色激光入射到投影屏幕上时由于漫反射进入人眼后在视网膜上产生破坏性的干扰，形成散斑噪声干涉图形，在大屏幕投影领域该散斑干涉图形对显示图像的影响尤为突出。因此减小由于激光引入的散斑噪声问题成为激光投影电视提高画质、进入市场的关键技术。

电光调制器是利用电光材料，如铌酸锂晶体(LiNb03)、聚合物材料的电光效应制成的调制器。施加电压时，电光材料的折射率将发生变化。公开号为102662294A发明名称为“一种基于电光偏转散斑抑制的激光显示系统及显示方法”的中国专利申请公开了一种利用电光偏转器降低散斑效应的方法，该方法首先对激光光束进行起偏，以产生沿e光偏振方向的线偏光；在控制电路的交变电场作用下，对线偏光进行电光偏转，通过电光材料的折射率不断发生变化，使得出射光束在人眼积分时间内产生来回扫描的平均效应对经起偏具有预定偏振方向的激光光束进行调制，通过电光效应使得出射光角度不断发生变化来降低散斑效应。这种方法通过改变光束的偏振特性进而实现相干抑制的作用，但改变光场偏振态必须使用起偏器。偏振器的使用增加了激光显示系统光源部分的体积和成本。

为了使激光显示适于大批量生产和满足消费者对产品体积以及合理价格的需求，需要提供一种适于小型化，能够进一步降低成本的激光显示系统。

引起通过电光材料的光波的相位、幅度、强度以及偏振状态的变化，引入到激光投影光路，可有效改变三基色激光的相位和强度，降低了散斑效应，且采用光纤耦合电光调制器装配简单，稳定性高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单且可以有效降低散斑效应的激光光源，激光投影装置和激光显示装置。

根据本发明的一个方面，提供一种激光装置，包括至少一个半导体激光器和位于各激光器激光出射路径上的至少一个准直整形单元，该激光光源进一步包括：

电光调制器，用于根据施加电压对入射激光束的相位进行调制；以及

控制电路，通过控制施加在电光调制器上的电压，使经调制的激光束具有随机光场相位分布。

优选地，该激光装置包括多个半导体激光器和位于各激光器激光出射路径上的多个准直整形单元，该激光单元进一步包括合束光纤，该合束光纤用于将多个经准直的激光束合束并出射至所述电光调制器。

优选地，所述电光调制器是铌酸锂电光调制器或聚合物电光调制器。

根据本发明的另一方面，提供一种激光装置，包括红色半导体激光器、绿色半导体激光器和绿色半导体激光器，及分别位于各激光器激光束出射路径上的准直整形单元，其特征在于，该激光光源进一步包括

合束光纤，用于将经准直的红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束合束为合束激光束；

电光调制器，用于根据施加电压对入射的合束激光束的相位进行调制；以及

控制电路，通过控制施加在电光控制器上电压，使经调制的红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束分别具有随机光场相位分布。

优选地，所述电光调制器是马赫曾得电光调制器。

优选地，所述电光调制器的调制频率大于人眼的响应频率。

优选地，所述红色半导体激光器出射单束或多束红色激光束；所述绿色半导体激光器出射单束或多束绿色激光束；且所述蓝色半导体激光器出射单束或多束蓝色激光束。

根据本发明的再一方面，提供一种激光显示系统，包括红光激光光源模块、绿光激光光源模块、蓝光激光光源模块及三基色准直整形装置，合束光纤，电光调制器，匀光整形系统，光阀、投射镜头，显示屏幕。所述三基色激光光源模块的输出光路上均顺序安置准直整形装置；经过所述合束光纤，经准直的红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束合束为合束激光束，通过控制施加在电光控制器上电压，电光调制器对光束进行相位和强度的随机调制，调制后的光场相位分布随机。经随机调制的激光光束进入匀光整形系统、光阀通过成像镜头在屏幕上呈现图像。

电光调制器与合束光纤耦合结构简单，容易装配。施加外加电场后，光束通过电光调制器即可实现相位和强度的随机调制，可降低由激光相干性引起的散斑效应。对于非高流明显示或投影系统，不需要再另外增加额外的消散斑器件即可实现散斑抑制。通过采用电光调制器对激光光场相位和强度进行调制消除散斑的影响，克服了现有技术中通过对偏振激光进行调制改变激光出射角度的技术方案中，必须需要起偏器问题。根据本发明的结构，光损耗低，成本小。

优选的，电光调制器可采用基于共面波导电极的马赫曾得(Mach—Zehnder)电光调制器。施加外加电场后，传输在波导两臂中的激光光束产生方向相反的相位变化，因此两臂的激光光束在传输过程中产生了相位差：Δφ＝(β₁-β₂L)＝k₀ΔNL，其中β为传播常数，L为调制器作用长度，k₀是传播常数，ΔN是有效折射率变化。

优选的，电光调制器的调制频率应大于人眼的响应频率，以使观看者不察觉图像闪动。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案通过在激光光源中设置电光调制器，大幅度降低散斑对比度，从而有效抑制激光显示画面中的散斑现象，激光投影系统和激光显示系统的散斑效应弱化，显著地改善画面质量，提高画面的亮度、均匀度以及色彩饱和度，提升画面的观赏舒适度。且本发明所述技术方案的结构简单、成本低廉，适宜大量投入生产。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为根据本发明的一个实施例的激光显示系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、红光激光光源模块2、绿光激光光源模块

3、蓝光激光光源模块4、准直整形模块

5、准直整形模块6、准直整形模块

7、合束光纤8、电光调制器

9、匀光整形模块10、光阀模块

11、投射模块12、图像显示模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图1为本发明实施例提供的一种激光投影电视减小激光散斑效应的显示系统的结构示意图。如图1所示。该激光显示系统包括激光具有抑制了激光散斑效应的激光装置和成像装置。所述激光装置例如包括红光激光模块1、绿光激光模块2、蓝光激光模块3、准直整形模块4、5、6、合束光纤7，电光调制器8以及控制电路(未示出)。成像装置包括匀光整形模块9、光阀模块10、投射模块11、屏幕12。本领域技术人员可以理解，从红光激光模块、绿光激光模块、蓝光激光模块出射的三基色激光束可先经合束光纤合束后，进入准直透镜进行整形。经准直的合束激光束输入电光调制器。通过控制施加在电光控制器上的电压对红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束的光场相位分布进行调整。经调制后输出光的相位和强度发生改变，输出的激光束的光场相位分布随机。优选地，准直整形模块4、5、6例如为非球面透镜、柱透镜、或者球面透镜。经过准直整形模块4、5、6的三基色光进入合束光纤7，然后合束激光进入例如M-Z电光调制器。通过控制施加在电光调制器上的电压对激光光束的光场相位进行随机的调制。电光调制器例如是铌酸锂电光调制器或聚合物电光调制器。调制频率应大于人眼响应频率。通过电光调制器对激光束的调制，使同频率、同相位的激光的相位和强度发生改变，合束后的激光束不再具有单一的频率、相位，由此降低了散斑效应。之后消散斑的激光通过匀光整形模块，进入光阀，当外部图像信号输入时，对图像信号分别进行调制形成具有不同灰度的彩色图像，然后，通过投影镜头把图像投射至屏幕上。

根据本发明的优选实施例，上述实施例中的激光装置同样可应用于激光投影系统。

综上所述，本发明的核心是通过电光调制器改变激光光束的相位和强度，使其具有相位的随机分布。因此，凡是在合束后通过调制器对光束的相位和强度进行调制，无论具体结构有什么区别，都是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光装置，包括至少一个半导体激光器和位于各激光器激光出射路径上的至少一个准直整形单元，其特征在于，该激光光源进一步包括：

电光调制器，用于根据施加电压对入射激光束的相位进行调制；以及

控制电路，通过控制施加在电光调制器上的电压，使经调制的激光束具有随机光场相位分布。

2.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，该激光光源包括多个半导体激光器和位于各激光器激光出射路径上的多个准直整形单元，该激光单元进一步包括合束光纤，该合束光纤用于将多个经准直的激光束合束并出射至所述电光调制器。

3.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述电光调制器是铌酸锂电光调制器或聚合物电光调制器。

4.一种激光装置，包括红色半导体激光器、绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器，及分别位于各激光器激光束出射路径上的准直整形单元，其特征在于，该激光光源进一步包括

合束光纤，用于将经准直的红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束合束为合束激光束；

电光调制器，用于根据施加电压对入射的合束激光束的相位进行调制；以及

控制电路，通过控制施加在电光控制器上电压，使经调制的红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束分别具有随机光场相位分布。

5.如权利要求4所述的激光装置，其特征在于，所述电光调制器是马赫曾得电光调制器。

6.如权利要求4所述的激光装置，其特征在于，所述电光调制器的调制频率大于人眼的响应频率。

7.如权利要求4所述的激光装置，其特征在于，

所述红色半导体激光器出射单束或多束红色激光束；

所述绿色半导体激光器出射单束或多束绿色激光束；且

所述蓝色半导体激光器出射单束或多束蓝色激光束。

8.一种激光显示系统，包括沿光路依次设置的激光装置，均光整形模块，光阀模块，投射模块和屏幕，

其特征在于，所述激光装置是如权利要求4所述的激光装置。

9.一种激光投影系统，包括沿光路依次设置的激光装置，均光整形模块，光阀模块和投射模块，

其特征在于，所述激光装置是如权利要求4所述的激光装置。