CN106226984A - 一种激光光源、激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光源、激光投影设备本发明实施例提供的激光光源中，包括至少一种颜色的激光器，发出至少一种颜色的激光，其特征在于，在至少一种颜色的激光传输光路中包括消散斑部件，所述的消散斑部件包括光学镜片和驱动部件；所述驱动部件带动所述光学镜片旋转，旋转轴线与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。所述光学镜片通过驱动部件带动旋转，进而使光束出射时形成的光斑位置随时间发生变化，从而避免了激光光束长期照射到光学镜片上的同一位置，光斑位置的变化使人眼产生积分效应时，散斑效应减弱。本发明提供的激光光源、激光投影设备，减轻了激光散斑、投影图像质量劣化的问题。

Description

一种激光光源、激光投影设备

技术领域

本发明设计激光显示领域，尤其涉及一种激光光源、激光投影设备。

背景技术

激光是一种高亮度，方向性强，发出单色相干光束的光源，激光光源作为一种优良的相干光源，具有单色性好，方向性强，光通量高等优点，近年来逐渐作为光源应用于投影显示技术领域。

激光的高相干性也带来了激光投影显示时的散斑效应，散斑是相干光源在照射粗糙的物体时，散射后的光由于其波长相同，相位恒定，就会在空间中产生干涉，空间中有些部分发生干涉相长，有些部分发生干涉相消，最终的结果是在屏幕上出现颗粒状的明暗相间的斑点，这些未聚焦的斑点在人眼看来处于闪烁状态，长时间观看易产生眩晕不适感，更会造成投影图像质量的劣化，降低用户的观看体验。

因此，减轻激光散斑问题是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种激光光源、激光投影设备，用以减轻激光散斑，投影图像质量劣化的问题。

本发明实施例提供了一种激光光源，包括至少一种颜色的激光器，发出至少一种颜色的激光，在至少一种颜色的激光传输光路中包括消散斑部件，所述的消散斑部件包括光学镜片和驱动部件；

所述驱动部件带动所述光学镜片旋转，旋转轴线与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。

可选地，所述驱动部件为旋转轴部件，所述光学镜片与所述旋转轴部件固定连接，所述旋转轴部件与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。

可选地，所述光学镜片是平片或楔形镜片。

可选地，所述光学镜片是反射镜或透射型镜片。

可选地，所述反射镜为表面具有微结构的漫反射轮。

可选地，所述驱动部件由电机驱动，所述电机安装于所述激光光源中。

可选地，所述的消散斑部件是支撑式部件。

可选地，所述激光光源中，在至少一种颜色的激光传输光路中依次包括：半导体激光器、准直透镜、二向色镜、微透镜阵列；

在以下一种或多种位置之间设置有消散斑部件：所述半导体激光器和所述准直透镜之间，所述准直透镜和所述二向色镜之间，所述二向色镜和所述微透镜阵列之间。

可选地，所述激光光源中的半导体激光器发出的光束为纯激光光束，或激光光束和发光二极管LED光束的混合光束，或激光光束与荧光光束的混合光束。

本发明实施例提供的一种激光投影设备，包括光机，镜头，以及所述的激光光源；

所述激光光源为所述光机提供照明，所述光机对光源光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投影至投影介质形成投影画面。

本发明实施例提供的激光光源中，包括至少一种颜色的激光器，发出至少一种颜色的激光，在至少一种颜色的激光传输光路中包括消散斑部件，所述的消散斑部件包括光学镜片和驱动部件；所述驱动部件带动所述光学镜片旋转，旋转轴线与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。所述光学镜片通过驱动部件带动旋转，旋转使得入射光束与光学镜片所成的角度发生变化，该角度发生变化时对应的光束出射或反射时的角度也会发生变化，出射或反射光束的角度变的多样化，使光束发散角度多样化。光束发散角度的多样化使得光束的光程差异也变得多样化，光程决定了相位的变化，从而光程的差异使得随机相位产生的概率增大，随机相位能够产生随机的散斑图样，而具有随机性的散斑图样在人眼产生积分效应时，散斑效应会减弱，从而降低图像的散斑现象。

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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中应用消散斑部件的激光光源架构示意图；

图2a为本发明实施例中消散斑部件的结构示意图；

图2b为图2a所示的消散斑部件在两种时刻下旋转形成倾斜面进行消散光斑的原理示意图；

图3a为基于0度光轴的激光高斯型能量分布示意图；

图3b为基于0度光轴的激光光束角度多样化后的能量分布示意图；

图4a为本发明实施例的另一种消散斑部件的结构示意图；

图4b为图4a所示的消散斑部件在两种时刻下旋转形成倾斜面进行消散光斑的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的激光投影设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在激光传输的光路中，往往存在较多的光学镜片，一般可以包括有比如：凸透镜，凹凸镜，二向色镜，准直透镜等光学镜片。激光器发出的光束在光路中的各个镜片中传输，被透射或反射，进行光学处理。

现有技术中，MEMS(Microelectromechanical Systems，简称微机电系统)二维扫描微镜部件是一种悬挂部件，对光束起到反射或者透射作用的镜片是通过呈悬挂状态的设置方式与外围驱动或框架固定连接的，而这种呈悬挂状态的连接方式在与一些机械碰撞时，或在运输过程中都会对MEMS二维振镜产生影响，从而会影响MEMS二维振镜的性能和寿命，甚至造成损坏，这样会影响整个光源架构的可靠性。

在激光传输光路中，使用旋转的散射片或扩散片进行消散斑，主要是运用空间迭加的方法使散斑细化；运用时间平均的方法使散斑叠加的原理。通过将光束拆分为多个子光束，将散斑细化，并将不同时间点的散斑图样进行叠加匀化，通过在人眼中的积分作用，使散斑现象淡化、减弱。现有技术中使用MEMS二维扫描微镜振动改变激光的角度，达到消散斑的目的。但是MEMS二维扫描微镜是一种悬挂的部件，并且它有上面所述的一些缺陷，所以研究一种稳定的消散斑部件，减轻激光散斑、投影图像质量劣化的问题是目前亟待解决的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种激光光源。

本发明实施例提出的技术方案中，消散斑部件包括光学镜片和驱动部件，其中，光学镜片是反射镜或透射型镜片，光学镜片是平片或楔形镜片，驱动部件带动光学镜片旋转，旋转轴线与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。其中，驱动部件由电机驱动，且电机安装于激光光源中，光学镜片与旋转轴部件是固定连接的，可以看出，消散斑部件有电机支撑，因此本发明实施例中的消散斑部件是一种支撑式的部件。支撑式的消散斑部件避免了在一些机械碰撞时，或在运输过程中对部件造成损坏的结果。消散斑部件中光学镜片通过驱动部件带动旋转，进而使光束出射时形成的光斑位置发生移动，从而避免了激光光束长期照射到光学镜片上的同一位置，减轻了减轻激光散斑，投影图像质量劣化的问题。

为了更清楚的描述本发明实施例提供的技术方案，下面本发明将以应用支撑式消散斑部件的实施例为示例，结合附图对本发明实施例进行详细的描述。

参见图1，为本发明实施例中应用支撑式消散斑部件的投影系统的结构示意图。

参见图1，为本发明实施例中应用支撑式消散斑部件的基于激光光源的投影系统的结构示意图。从图1可以看出基于激光光源光学的投影系统的结构中，包含：半导体激光器301，准直透镜302，二向色镜303，聚焦透镜305，微透镜阵列306，积分透镜307，DMD芯片308，投影镜头309，投影屏幕310，及本发明实施例提供的消散斑部件304。其中，半导体激光器301，准直透镜302，二向色镜303，聚焦透镜305，消散斑部件304，微透镜阵列306(也称为复眼透镜阵列)是激光光源中的部件。

如图1所示，从半导体激光器301可以具体包括三种颜色的激光器，发出三色激光束，因为一般由半导体激光器出射的光束呈一定的发散角度，需要对其进行准直。因此三色激光束到达准直透镜302进行准直后到达二向色镜303，二向色镜303对三色激光中一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射后到达消散斑部件304，此处的消散斑部件包括反射镜和旋转部件，通过旋转轴带动反射镜旋转，使光束出射时形成的光斑位置随时间发生变化，达到图像消散斑的目的，由于经过消散斑部件304后，光束发散程度变大，为了提高光收集效果，具体地，可在消散斑部件304后设置聚焦透镜305，对光束进行汇聚，并再次经过匀光部件微透镜阵列306进行匀光，其中，匀光部件306可以是复眼透镜组，其由多个微透镜阵列组成，每个微透镜将一个完整的激光波前在空间上分成许多微小的部分,每一部分都被相应的小透镜聚焦在焦平面上,一系列微透镜就可以得到由一系列焦点组成的平面，可以提高出射光束的照明均匀性。如果激光光束为理想的光束，那么在微透镜阵列焦平面上就可以得到一组均匀而且规则的焦点分布对光束进行匀化。示例性地，激光光源部分经过了消散斑和匀化后，再经过积分透镜307收光后到达DMD芯片308，DMD芯片前端的照明系统(图中未示出)将光源光束引导至DMD表面，DMD由成千上万的小反射镜组成，它将光束反射入投影镜头309成像，并投射至投影屏幕310，形成投影图像。

其中，半导体激光器301发出的光束可以为纯激光光束，或激光光束和发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)光束的混合光束，或激光光束与荧光光束的混合光束，本发明实施例中应用的光束是激光光束和荧光光束的混合光束。

图1中的消散斑部件304，包括光学镜片和旋转部件，其中，光学镜片是反射镜或透射型镜片。当光学镜片是反射镜时，反射镜为镀制有反射膜的平滑镜面，或是表面具有微结构的漫反射轮，漫反射是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象，进一步增加了光束的发散性，使得反射后的光束的角度的不定性或者随机性更强，配合旋转的倾斜面，进一步增加了消散斑效果。

从图1的激光光源架构中可以看出，在整个激光光源架构中消散斑部件是一个斜面反射轮，斜面反射轮通过驱动部件带动旋转，进而使光束出射时形成的光斑位置发生移动，从而避免了激光光束长期照射到光学镜片上的同一位置，减轻了激光散斑，投影图像质量劣化的问题。

图1所示的消散斑部件中光学镜片是反射镜，光学镜片也可以是透射型镜片。当光学镜片为透射型镜片时，达到消散斑效果的原理与上面所述的光学镜片为反射镜的原理一致，在此不做详细的说明。

图1所示的半导体激光器发出三种颜色的激光，当然半导体激光器也可以发出别的数量的颜色激光，本发明实施例对此不做具体的限制。

图1仅是对基于激光光源的光学架构的一种示例，当然也有别的光学架构，本发明实施例对此不做限制。

下面结合图2a和图2b，对图1所示的光源架构中应用的消散斑部件，即斜面反射轮进行消散斑的原理进行详细的描述，其中，消散斑部件中的光学镜片是平片反射镜。

参见图2a，为图1所示的304斜面反射轮的结构示意图。可以看出，反射镜镜面与旋转轴之间具有夹角γ，γ不等于90度。从而使得反射镜在旋转时形成高低变化的倾斜面，且倾斜面的角度相对于固定位置入射的光斑来说是时刻发生变化的，从而光斑被反射后的光束的角度也是时刻发生变化，反射后的光斑的位置也发生偏移。

参见图2b为图2a在两种时刻的旋转状态，消散斑部件304中反射镜与旋转轴具有一定的倾角(非垂直)。斜面反射轮通过旋转会在反射位置相对于垂直于光轴的平面形成倾斜面，如图3b所示的黑色位置及白色位置两种情况，此处两处颜色不同的示意仅是指出两种时刻的旋转状态。

如图2b所示，同一入射光入射至镜片时，镜片与旋转轴之间的夹角应该保证使反射出去形成的光斑都在准直透镜上。

如图2b所示，白色位置标识为反射镜旋转的状态为状态1，黑色位置标识为反射镜旋转的状态为状态2，同一入射光入射到状态1和状态2所示的反射镜，由反射原理可知，同一入射光在状态1的反射镜上反射时，光束经过反射到达准直透镜，此时的反射光在图中标识为反射光1，此时形成的光斑向准直透镜中心上方移动；同一入射光在状态2的反射镜上反射时，光束经过反射到达准直透镜，此时的反射光在图中标识为反射光2，此时形成的光斑向准直透镜中心下方移动。

实际上随着时间的连续性，斜面是在持续的旋转，同一光束入射到斜面上呈螺旋形的轨迹，倾斜角度逐渐变化，光束照射到该斜面时，反射后的光束的角度也在不断的发生变化。随着旋转轴的旋转，反射光束的发散角度变的多样化，使得光斑位置也随之移动。

光斑位置的移动以及光束发散角度的多样化，一方面能够使得光斑得到匀化，另一方面，由于发散角度的多样化，使得激光光束高斯型能量的分布能够远离光轴，光束角度的多样化也使能量分布变得均匀。因此，通过消散斑部件使激光光束照射到光学镜片上的光斑位置发生变化，从而避免了激光光束长期照射到光学镜片上的同一位置，进而减轻了光源散斑，投影图像质量劣化的问题。

当图2a、2b中的光学镜片是透射型镜片时，驱动部件带动透射型镜片旋转，旋转使得入射光束与光学镜片所成的角度发生变化，该角度发生变化时对应的光束出射或反射时的角度也会发生变化，出射或反射光束的角度变的多样化，光束的发散角度就变得多样化，出射或反射光束的发散角度的多样化，使得激光高斯型能量分布变得均匀，形成多个距离光轴具有偏移发散角度的光束部分，这些光束部分分散了原集中光轴附近的相干性较强的激光光束部分，从而降低了激光的相干性，进而减轻了光源散斑，投影图像质量劣化的问题。

出射或者反射光束多样化发散后，不从能量匀化角度分析，而从另外一个角度分析。光束发散角度的多样性，使得光束的光程差异也变得多样化，光程决定了相位的变化，从而光程的差异使得随机相位产生的概率增大，随机相位能够产生多个随机的散斑图样，而具有随机性的散斑图样在人眼产生积分效应时，散斑效应会大大减弱，从而降低图像的散斑现象。

参见图3a、3b为激光光束能量的分布图。图3a、3b中X轴代表光束出射时的角度，Y轴代表光束的高斯能量。

如图3a示出了激光高斯型能量的分布图，图3b示出了角度多样化后激光光束的能量分布图，其中图3a所示的一条线表示入射光在一个时刻的高斯能量分布，图3b所示的不同颜色的线条表示同一入射光在不同时刻的高斯能量分布，从整个光束的能量分布的趋势可以看出，角度多样化后激光光束能量分布较均匀，进一步减轻了激光散斑问题。

参见图4a，为本发明实施例提供的光学镜片为楔形的支撑式消散斑部件的结构示意图。

下面结合图4a和图4b，对图1所示的光源架构中应用的消散斑部件，即斜面反射轮进行消散斑的原理进行详细的描述其中，消散斑部件中的光学镜片形状是楔形反射镜,其中，楔形镜片指的是光学镜片的两个镜面不平行。

参见图4a，为图1所示的304消散斑部件的结构示意图。可以看出，反射镜镜面与旋转轴之间具有夹角γ，γ不等于90度。从而使得反射镜在旋转时形成高低变化的倾斜面，且倾斜面的角度相对于固定位置入射的光斑来说是时刻发生变化的，从而光斑被反射后的光束的角度也是时刻发生变化，反射后的光斑的位置也发生偏移。

参见图4b为图4a在两种时刻的旋转状态，消散斑部件304中反射镜与旋转轴具有一定的倾角(非垂直)。斜面反射轮通过旋转会在反射位置相对于垂直于光轴的平面形成倾斜面，如图4b所示的黑色位置及白色位置两种情况，此处两处颜色不同的示意仅是指出两种时刻的旋转状态。

图4b中楔形镜片通过旋转，提供不同倾斜角度的光接收面且在两种时刻的旋转状态示意图。图4b中所示的黑色位置及白色位置两种情况，仅是指出两种时刻的旋转状态。

如图4b所示，同一入射光入射至光学镜片时，光学镜片与旋转轴之间的夹角应该保证使反射出去形成的光斑都在准直透镜上。

如图4b所示，白色位置标识为状态1，黑色位置标识为状态2，同一入射光入射到状态1和状态2所示的反射镜，由反射原理可知，同一入射光在状态1的反射镜上反射时，光束经过反射到达准直透镜，此时的反射光在图中标识为反射光1，此时形成的光斑向准直透镜中心上方移动；同一入射光在状态2的反射镜上反射时，光束经过反射到达准直透镜，此时的反射光在图中标识为反射光2，此时形成的光斑向准直透镜中心下方移动。

实际上随着时间的连续性，斜面是在持续的旋转，光束入射到斜面上呈螺旋形的轨迹，倾斜角度逐渐变化，光束照射到该斜面时，反射后的光束的角度也在不断的发生变化。随着旋转轴的旋转，反射光束的发散角度变的多样化，使得光斑位置也随之移动。

光斑位置的移动以及光束发散角度的多样化，一方面能够使得光斑得到匀化，另一方面，由于发散角度的多样化，使得激光光束高斯型能量的分布能够远离光轴，光束角度的多样化也使能量分布变得均匀。因此，通过消散斑部件使激光光束照射到光学镜片上的光斑位置发生变化，从而避免了激光光束长期照射到光学镜片上的同一位置，这样不同时间点形成的散斑图样进行叠加匀化，通过人眼的积分作用散斑效果减弱,进而减轻了光源散斑、投影图像质量劣化的问题。

具体地，当图4a、4b中的光学镜片是透射型镜片时，其通过旋转达到消散斑效果的原理与前面图2a、2b的光学镜片是投射型镜片时所述的原理一致，在此不做详细的介绍。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种激光投影设备，该激光投影设备可以包括本发明上述实施例所提供的激光光源，该激光投影设备具体可以是激光影院或者激光电视，或者其他激光投影仪器等。

图5示出了本发明实施例提供的激光投影设备示意图。

如图5所示，所述激光投影设备包括：激光光源601，光机602，镜头603、投影介质604。

其中，激光光源601是本发明上述实施例所提供的激光光源，具体可参见前述实施例，在此将不再赘述。

具体地，激光光源601为光机602提供照明，光机602对光源光束进行调制，并输出至镜头603进行成像，投射至投影介质604(比如屏幕或者墙体等)形成投影画面。其中，所述的光机602包括上述投影系统结构中的积分透镜，DMD芯片，上述积分透镜、DMD芯片及其之间的结构可采用现有技术的方式实现，比如可参见图1或图2所示。

本发明实施例中的消散斑部件包括光学镜片和驱动部件，光学镜片和驱动部件之间固定连接。其中，驱动部件由电机驱动，电机又固定安装在投影设备中，可以看出消散斑部件有固定的电机支撑，所以该消散斑部件是一种支撑式的部件。支撑式的部件避免了在一些机械碰撞时，或在运输过程中对部件造成损坏的结果。相应的，从图1的304中也可以看出，光学镜片与旋转轴固定，而旋转轴由电机驱动，电机又固定安装在投影设备中，因此304在图1中是一个支撑式的部件。本发明实施例提供的激光投影设备，通过应用本发明实施例提供的激光光源，能够相应的提高设备的使用寿命，增强产品的竞争力。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的部件。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令部件的制造品，该指令部件实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种激光光源，包括至少一种颜色的激光器，发出至少一种颜色的激光，其特征在于，在至少一种颜色的激光传输光路中包括消散斑部件，所述的消散斑部件包括光学镜片和驱动部件；

所述驱动部件带动所述光学镜片旋转，旋转轴线与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。

2.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述驱动部件为旋转轴部件，所述光学镜片与所述旋转轴部件固定连接，所述旋转轴部件与所述光学镜片的镜面呈不等于90度的夹角。

3.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述光学镜片是平片或楔形镜片。

4.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述光学镜片是反射镜或透射型镜片。

5.如权利要求4所述的激光光源，其特征在于，所述反射镜为表面具有微结构的漫反射轮。

6.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述驱动部件由电机驱动，所述电机安装于所述激光光源中。

7.如权利要求1-6中任一项所述的激光光源，其特征在于，所述的消散斑部件是支撑式部件。

8.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源中，在至少一种颜色的激光传输光路中依次包括：半导体激光器、准直透镜、二向色镜、微透镜阵列；

在以下一种或多种位置之间设置有消散斑部件：所述半导体激光器和所述准直透镜之间，所述准直透镜和所述二向色镜之间，所述二向色镜和所述微透镜阵列之间。

9.如权利要求8所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源中的半导体激光器发出的光束为纯激光光束，或激光光束和发光二极管LED光束的混合光束，或激光光束与荧光光束的混合光束。

10.一种激光投影设备，包括光机，镜头，以及如权利要求1至9中任一项权利要求所述的激光光源；

所述激光光源为所述光机提供照明，所述光机对光源光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投影至投影介质形成投影画面。