CN106444245A - 一种无散斑三基色激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无散斑三基色激光光源，包括多个激光模组和传能光纤，每个激光模组的输出光纤出口对应一个准直透镜，还包括一个汇聚透镜，一个散射片和一个矩形积分棒；本发明通过将多个红绿蓝激光器模块发出的光进行合束，然后通过匀化消散斑处理，以得到投影显示所需的高亮度、无散斑、高均匀性照明光。

Description

一种无散斑三基色激光光源

技术领域

本发明属于投影显示技术领域，具体涉及一种无散斑三基色激光光源。

背景技术

激光显示技术是继黑白显示、彩色显示和数字显示之后的第四代显示技术，结合了传统投影显示设备和激光技术的特点，具有高亮度、色域广、色彩还原度高、寿命长、节能环保等特性。近年来，激光光源在投影显示技术领域的越来越受关注。

但是由于激光有高度相干性的特点，投射到屏幕上的激光相互干涉产生有明暗相间的斑纹，这就是激光显示中常见的散斑现象，散斑会导致投影图像画面模糊不清，大大影响成像质量。

因此，消除散斑效应是激光显示技术必须克服的难点，目前减少激光散斑效应可以通过多种技术来实现：

一种减少散斑效应的方法为角度多样性，将红绿蓝三基色激光模块中相同颜色的激光器以一定间隔空间排列，他们投射到屏幕上可以看成不同角度照射形成的不相干散斑图像

一种减少散斑效应的方法为偏振多样性，将红绿蓝线偏振激光器耦合到多模光纤形成互相垂直的线偏振光，以减少激光散斑对比度。

一种减少散斑效应的方法为振动光纤，通过一定频率和幅度的光纤振动使光纤内不同模式激光调制，在积分时间内光纤在振荡装置的带动下发生成千上万次形变，产生成千上万相干的散斑叠加平均，降低激光散斑对比度。

一种减少散斑效应的方法为运动散射片，通过一定频率往返移动或者旋转散射片，在积分时间内获得动态的散斑，在屏幕上可以看成是不同散斑的叠加平均，减少散斑效应。

在实际应用中，单独使用一种减少散斑的方法可能效果不够理想，可以采用多种方法复合使用，整体的激光散斑对比度为各种方法激光散斑对比度的乘积，消散斑效果更加显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种无散斑三基色激光光源，将多个激光模组发出的多束高功率激光通过功率合成集束，经匀化消散斑处理，然后由矩形积分棒进行混色匀光，以得到投影显示所需的高亮度、无散斑、高均匀性照明光。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无散斑三基色激光光源，包括

多个激光模组，所述的激光模组包含多个三基色激光模块，用于发出三基色激光；

传能光纤，用于传输激光模块输出的激光；

每个激光模组的输出光纤出口对应一个准直透镜，用于将激光模组输出的激光准直为平行光束；

一个汇聚透镜，用于将准直以后的多束平行光束聚焦进入其后的矩形积分棒；

一个散射片，位于汇聚透镜和矩形积分棒之间，用于匀化光束；

一个矩形积分棒，放置于汇聚透镜的焦点后，通过矩形积分棒的激光束在其内部发生多次反射，输出均匀的矩形光斑。

所述的一种无散斑三基色激光光源，其三基色激光模块包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器。

所述的一种无散斑三基色激光光源，其激光器为半导体激光器或固体激光器或光纤激光器。

所述的一种无散斑三基色激光光源，其激光器为单个激光器或者是多个激光器组成的激光器阵列。

所述的一种无散斑三基色激光光源，其波长相同的激光器以一定间隔有规律排列。

所述的一种无散斑三基色激光光源，其传能光纤为阶跃光纤。

所述的一种无散斑三基色激光光源，其多束传能光纤捆绑在一起，每束传能光纤的输出端对应一个准直透镜，多束准直光束经一个汇聚透镜聚焦进入矩形积分棒。

本发明的有益效果是：

1、本发明中通过增加RGB激光模块数量以满足激光投影亮度要求，节省成本。多个激光器模块可以提供更多的能量，可以提升激光光源的亮度，也可以通过降低单个激光器的功率来提升激光器的寿命。同时多个波长相同的激光器按一定的间隔排列，可以看成不同角度的光照射形成不相干散斑图像的叠加，有效降低散斑对比度，激光器的数目越多，散斑效应降低效果越明显。

2、本发明中采用三基色特种光纤耦合及集束功率合成技术，实现高亮度小光学扩展量匀光激光输出。

3、本发明中提供多种消散斑方法，采用复合消散斑光源技术满足激光显示光源的要求。

附图说明

图1 为本发明包含三个相同RGB模组的无散斑三基色激光光源示意图；

图2为本发明无散斑三基色激光光源的光纤耦合激光器模块的一种实施例示意图；

图3为本发明三个准直透镜与汇聚透镜的位置示意图；

图4为本发明两个准直透镜与汇聚透镜的位置示意图；

图5为本发明四个准直透镜与汇聚透镜的位置示意图；

图6为本发明五个准直透镜与汇聚透镜的位置示意图；

图7为本发明六个准直透镜与汇聚透镜的位置示意图；

图8为本发明七个准直透镜与汇聚透镜的位置示意图；

图9为本发明三个激光模组分别为不同波长的无散斑三基色激光光源示意图。

各附图标记为：1—激光模组，2—激光模组，3—激光模组，4—传能光纤，5—准直透镜，6—汇聚透镜，7—散射片，8—矩形积分棒，LD—激光器，L1—准直透镜，M1—梯形反射镜，L2—汇聚透镜，F1—光纤。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1所示，一种无散斑三基色激光光源，包括

激光模组1、激光模组2和激光模组3，所述的激光模组包含多个三基色激光模块，用于发出满足投影亮度需求的三基色激光，所述的三基色激光模块包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，激光模块数量根据所需激光光源亮度而定，激光器为半导体激光器或固体激光器或光纤激光器。

所述波长相同的激光器以一定间隔有规律排列，屏幕上可以看成不同角度的光照射形成不相干散斑图像的叠加，有效降低散斑对比度。

连接在激光模组后方的传能光纤4，用于传输激光模块输出的激光，所述的传能光纤4为阶跃光纤，多束传能光纤4捆绑在一起，每束传能光纤4的输出端对应一个准直透镜5，准直透镜5用于将激光模组输出的激光准直为平行光束。同时，采用阶跃型折射率光纤也有助于减少激光散斑效应和光束匀化。

设置在准直透镜5后方的一个汇聚透镜6，用于将准直以后的多束平行光束聚焦进入其后的矩形积分棒8，多束准直光束经一个汇聚透镜6聚焦进入矩形积分棒8，从而实现多束激光功率合成。

位于汇聚透镜6和矩形积分棒8之间的一个散射片7，用于匀化光束，光束通过散射片7以后，会发生散射，减少激光光束的相干性，提升光束匀化性。通过一定频率往返移动或者旋转散射片，在积分时间内获得动态的散斑，在屏幕上可以看成是不同散斑的叠加平均，减少散斑效应。

消散斑方法可采用振动光纤的方法，也可采用振动矩形积分棒的方法。

为了进一步减少激光散斑对比度，在光路中增加消散斑装置对激光进行消散斑处理。消散斑装置可以是以一定频率和幅度振动光纤，或是以一定频率往返移动或旋转散射片，都可以在一定程度上减少散斑效应。

在上述技术方案中，所述红绿蓝线偏振激光器耦合到多模光纤形成互相垂直的线偏振光，降低激光散斑对比度。

放置于汇聚透镜6的焦点后的一个矩形积分棒8，通过矩形积分棒8的激光束在其内部发生多次反射，输出均匀的矩形光斑。

所述的激光器为单个激光器或者是多个激光器组成的激光器阵列。

对于激光器阵列，可以采用梯形反射镜进行光束整形以压缩其光学扩展量，然后通过汇聚透镜6汇聚耦合入光纤。

如图2所示的光纤耦合激光器模块的典型模式，激光器阵列由多个相同激光器LD组成（例如2×4或者3×4的阵列结构），所发出的激光光束通过准直透镜L1准直后，由梯形反射镜M1压缩光束口径，然后通过汇聚透镜L2汇聚由光纤F1输出。

实施例1

如图1所示，是本发明无散斑三基色激光光源的一种基本实施例。包括：激光模组1、激光模组2、激光模组3、传能光纤4、准直透镜5、汇聚透镜6、散射片7及矩形积分棒8。

三个激光模组1、2和3完全相同，都包括一个红激光模块、一个绿激光模块和一个蓝激光模块，用于发出满足亮度要求的三原色激光。

将激光模组1、2和3分别输出的三束激光光纤束4捆绑在一起，呈等边三角形排列，在三根光纤输出端后各自对应一个准直透镜5，三个准直透镜5在一个平面内，汇聚透镜6放置在准直透镜后方，如图3所示。

三束激光束经各自对应的准直透镜准直后通过一个汇聚透镜6汇聚进入矩形积分棒8，矩形积分棒放置在汇聚透镜的焦点后方，保证三束准直光束经过汇聚后能够全部进入矩形积分棒。

为了满足三基色激光光源高亮度的要求，通常需要大量红绿蓝激光器，为了安装和维护的方便将激光器分为多个激光模组的形式，模组的数量不限于实施例1中所述的三个，可以是两个、四个、五个、六个、七个或者更多，同时光纤捆绑的形状和对应准直透镜的数量也会相应改变。

实施例 2

与实施例1不同的是，无散斑三基色激光光源包含的激光模组数量为两个，两根光纤的并排捆绑，在每根光纤输出端后各自对应一个准直透镜5，两个准直透镜在一个平面内，汇聚透镜6放置在准直透镜后方，两个准直透镜及一个汇聚透镜的后视图如图4所示。

实施例 3

与实施例1不同的是，无散斑三基色激光光源包含的激光模组数量为四个，四根光纤捆绑呈正方形排列，在每根光纤输出端后各自对应一个准直透镜5，四个准直透镜5在一个平面内，汇聚透镜6放置在准直透镜后方，四个准直透镜及一个汇聚透镜的后视图如图5所示。

实施例 4

与实施例1不同的是，无散斑三基色激光光源包含的激光模组数量为五个，五根光纤规则排列，在每根光纤输出端后各自对应一个准直透镜，五个准直透镜5在一个平面内，汇聚透镜6放置在准直透镜后方，五个准直透镜及一个汇聚透镜的后视图如图6所示。

实施例 5

与实施例1不同的是，无散斑三基色激光光源包含的激光模组数量为六个，六根光纤规则排列，在每根光纤输出端后各自对应一个准直透镜，六个准直透镜5在一个平面内，汇聚透镜6放置在准直透镜后方，六个准直透镜及一个汇聚透镜的后视图如图7所示。

实施例 6

与实施例1不同的是，无散斑三基色激光光源包含的激光模组数量为七个，七根光纤规则排列，在每根光纤输出端后各自对应一个准直透镜，七个准直透镜5在一个平面内，汇聚透镜6放置在准直透镜后方，七个准直透镜及一个汇聚透镜的后视图如图8所示。

实施例 7

如图9所示，是本发明无散斑三基色激光光源的另一种基本实施例。包括：激光模组1、激光模组2、激光模组3、传能光纤4、准直透镜5、汇聚透镜6、散射片7及矩形积分棒8。

激光模组1、激光模组2和激光模组3不完全相同，激光模组1包括若干红光激光模块，激光模组2包含若干绿光激光模块，激光模组3包含若干蓝光激光模块。三种颜色激光模块的数量根据投影亮度需求和颜色配比要求来确定。

其他同实施例1。

三个激光模组通过光纤输出三束不同颜色的激光，将三束光纤捆绑在一起，呈三角形排列，在3根光纤输出端后各对应一个准直透镜5三束激光经准直后通过一个汇聚透镜6汇聚进入矩形积分棒8，矩形积分棒之前放置一个散射片7，积分棒放置在汇聚透镜的焦点后方，保证三束准直光束经过汇聚后能够全部进入矩形积分棒，激光在矩形积分棒内部发生多次反射，在后端面输出均匀的矩形光斑。

为了满足三基色激光光源高亮度的要求，通常需要多组红绿蓝激光器模块，为了安装和维护的方便，将激光器分为三个激光模组多个激光模块的形式，激光模块的数量不限于实施例2所述的三个，可以根据实际亮度要求进行扩展。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种无散斑三基色激光光源，其特征在于：包括

多个激光模组，所述的激光模组包含多个三基色激光模块，用于发出三基色激光；

传能光纤（4），用于传输激光模块输出的激光；

每个激光模组的输出光纤出口对应一个准直透镜（5），用于将激光模组输出的激光准直为平行光束；

一个汇聚透镜（6），用于将准直以后的多束平行光束聚焦进入其后的矩形积分棒（8）；

一个散射片（7），位于汇聚透镜（6）和矩形积分棒（8）之间，用于匀化光束；

一个矩形积分棒（8），放置于汇聚透镜（6）的焦点后，通过矩形积分棒（8）的激光束在其内部发生多次反射，输出均匀的矩形光斑。

2.根据权利要求1所述的一种无散斑三基色激光光源，其特征在于，所述的三基色激光模块包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器。

3.根据权利要求2所述的一种无散斑三基色激光光源，其特征在于，所述的激光器为半导体激光器或固体激光器或光纤激光器。

4.根据权利要求3所述的一种无散斑三基色激光光源，其特征在于，所述的激光器为单个激光器或者是多个激光器组成的激光器阵列。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种无散斑三基色激光光源，其特征在于，所述波长相同的激光器以一定间隔有规律排列。

6.根据权利要求1所述的一种无散斑三基色激光光源，其特征在于，所述的传能光纤（4）为阶跃光纤。

7.根据权利要求6所述的一种无散斑三基色激光光源，其特征在于，所述的多束传能光纤（4）捆绑在一起，每束传能光纤（4）的输出端对应一个准直透镜（5），多束准直光束经一个汇聚透镜（6）聚焦进入矩形积分棒（8）。