CN109799617A - 多波长匀光整形光路及投影系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多波长匀光整形光路及投影系统，包括内含汇聚透镜组的多波长激光模块、光纤、匀光器件，所述多波长激光模块能够通过调整波长配比发出具有多个波长的激光，通过光纤传输至匀光器件。由于发出的多个波长的激光在进入到光纤后，在光纤中发生多次内反射，通过光纤进行第一次融合光线，使得光纤出射端发出的光为色彩均匀的光，然后输出到匀光器件中的光为匀场光，最终再经过匀光器件进行第二次的光线融合，使得投影输出具有较高色度与亮度均匀性的画面。
Description
技术领域
本发明涉及激光投影显示技术领域，具体为一种多波长匀光整形光路及投影系统。
背景技术
现有激光投影显示技术中，激光耦合分为空间耦合与光纤耦合两种方案，而其中光纤耦合的主要方案为：多个单色激光器发出的激光分别通过单根光纤，单根光纤出射端进行集束耦合到耦合光路中，然后通过耦合光路输入到摄影系统的光棒中，通过在光棒中实现光线融合，最后实现投影。
但是，现有技术中的光纤耦合方案投影后的画面上会出现色彩不均匀，亮度不均匀的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多波长匀光整形光路及投影系统，以解决现有技术中光纤耦合方案在投影后的画面上出现的色彩不均匀、亮度不均匀的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多波长匀光整形光路，包括：
至少一个多波长激光模块；
与所述多波长激光模块的数量相同的光纤；
匀光器件；
一个所述多波长激光模块的输出端与一根所述光纤的入射端相连；
所述光纤的出射端与所述匀光器件的输入端相连；
其中，所述多波长激光模块包括多波长激光子模块和汇聚透镜组，所述多波长激光子模块发出的激光具有多个波长，通过所述汇聚透镜组汇聚至所述多波长激光模块的输出端；
所述光纤用于将所述多波长激光模块的输出光进行融合，并输出至所述匀光器件中。
优选地，所述多波长匀光整形光路包括一个所述多波长激光模块和一根所述光纤。
优选地，所述多波长匀光整形光路包括多个所述多波长激光模块和多个所述光纤。
优选地，多个所述光纤的出射端通过粘结方式或机械方式形成阵列。
优选地，多个所述光纤的出射端为集束端。
优选地，在垂直于光路输出方向的平面内，当多个所述光纤的出射端的截面面积大于所述匀光器件的输入端的截面面积时；
所述多波长匀光整形光路，还包括光路耦合整形器件，所述光路耦合整形器件用于汇聚多个所述光纤的出射端的光至所述匀光器件中。
优选地，所述匀场部件为光棒或复眼透镜。
优选地，所述多波长激光模块包括多个单色激光器、波长合束镜、反射镜、偏振合束镜和汇聚透镜。
优选地，所述多个单色激光器包括红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器。
优选地，所述红色激光器、所述绿色激光器和所述蓝色激光器，分别发出一种波长或多种波长。
本发明还提供一种投影系统，包括上面任意一项所述的多波长匀光整形光路。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的多波长匀光整形光路，包括：至少一个多波长激光模块、汇聚透镜组、多条单根光纤、匀光器件，所述多波长激光模块能够通过调整波长配比发出具有多个波长的激光，再通过光纤传输至匀光器件。由于发出的具有多个波长的激光在进入到光纤后，在光纤中发生多次内反射，通过光纤进行第一次融合光线，使得光纤出射端发出的光为色彩均匀的光，然后输出到匀光器件中的光为匀场光，最终再经过匀光器件进行第二次的光线融合，使得投影输出具有较高色度与亮度均匀性的画面。
附图说明
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的多波长匀光整形光路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多波长匀光整形光路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种多波长匀光整形光路结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种多波长匀光整形光路结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种多波长匀光整形光路结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中光纤耦合方案投影后的画面上会出现色彩不均匀，亮度不均匀的问题。
发明人发现出现上述问题的原因是：
请参见图1，图1为现有技术中的多波长匀光整形光路结构示意图；通常包括多个单色激光模块(101、102、103)、汇聚透镜2、光纤入射端3、光纤 4、光纤出射端5、光路耦合整形器件6和光棒7，它们的连接关系如图1所示，每个单色激光模块发出单色光，然后经过汇聚透镜2汇聚至光纤入射端3中，再通过单根光纤传输，从光纤出射端5出射，然后经过光路耦合整形器件6整形后，输入至光棒7中。其中，每个单色激光器对应单根光纤，通过将多根光纤进行空间的排布，并使用胶水或机械方式将多根光纤出射端固定在一起，形成集束端，从而方便不同颜色的光耦合到光路耦合整形器件6中。
由于每根光纤传输的是一种独立的激光波长，使得集束端不同位置输出的激光颜色不同，导致不同波长的激光没有充分融合就经过光路耦合整形部件6进入到了光棒中，通过光棒进行光线融合，最终输出光线。但是由于投影系统中光棒的长度有限，光线在光棒内同样无法充分融合，造成投影的画面上出现色彩不均匀，亮度不均匀的问题。
而且随着投影系统轻量化，小型化的发展趋势，其光棒或其他匀光器件的尺寸越来越小，不同波长的激光更加无法充分融合，从而阻碍了投影系统的轻量化和小型化发展。
基于此，本发明提供一种多波长匀光整形光路，包括：
至少一个多波长激光模块；
与所述多波长激光模块的数量相同的光纤；
匀光器件；
一个所述多波长激光模块的输出端与一根所述光纤的入射端相连；
所述光纤的出射端与所述匀光器件的输入端相连；
其中，所述多波长激光模块包括多波长激光子模块和汇聚透镜组，所述多波长激光子模块发出的激光具有多个波长，通过所述汇聚透镜组汇聚至所述多波长激光模块的输出端；
所述光纤用于将所述多波长激光模块的输出光进行融合，并输出至所述匀光器件中。
本发明中提供的多波长匀光整形光路，包括多波长激光模块、单根光纤、匀光器件，所述多波长激光模块包括多波长激光子模块和汇聚透镜组，多波长激光模块能够通过调整波长配比发出具有多个波长的激光，通过光纤传输至匀光器件。由于发出的多个波长的激光在进入到光纤后，在光纤中发生多次内反射，通过光纤进行第一次融合光线，使得光纤出射端发出的光为色彩均匀的光，然后输出到匀光器件中的光为匀场光，最终再经过匀光器件进行第二次的光线融合，使得投影输出具有较高色度与亮度均匀性的画面。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种多波长匀光整形光路，包括：
至少一个多波长激光模块；
与所述多波长激光模块的数量相同的光纤；
匀光器件；
一个所述多波长激光模块的输出端与一根所述光纤的入射端相连；
所述光纤的出射端与所述匀光器件的输入端相连；
其中，所述多波长激光模块包括多波长激光子模块和汇聚透镜组，所述多波长激光子模块发出的激光具有多个波长，通过所述汇聚透镜组汇聚至所述多波长激光模块的输出端；
所述光纤用于将所述多波长激光模块的输出光进行融合，并输出至所述匀光器件中。
需要说明的是，本发明中多波长激光子模块能够发出具有多个波长的激光，也即发出的光包含多个波长，例如，能够同时发出红光(波长为 630nm～650nm)、绿光(波长为510nm～540nm)、蓝光(波长为440nm～470nm)，根据需要还可以发出黄光、紫光等其他波长的光，只需要通过调节各个波长所占比例，能够使得多波长激光模块发出不同波长的光。也就是说，本发明中多波长激光子模块能够发出多个波长的光或者一段波长内的光，如λ1～λn(波长)，通过设置，可以无限扩展波长数量，如包含所有可见光波长范围的光，那么此时对应的多波长激光子模块输出的光即为白光。
由于本发明实施例中提供的多波长激光子模块发出的光即为多种光的混合光了，因此，可以只设置一个多波长激光模块，然后采用光纤进行传输。在本发明的其他实施例中，也可以设置多个多波长激光模块，并采用多根光纤进行传输，本发明实施例中对此不作限定。
当设置多个多波长激光模块，并采用多根光纤进行传输时，多个光纤的出射端的形式可以是多种的，如采用粘结方式或机械固定方式，将多个光纤的出射端固定成阵列结构。或者采用光纤集束端的形式，将多个光纤的出射端汇集在一起，本发明实施例中对此不作限定。
需要说明的是，当设置多个多波长激光模块时，随着光纤出射端数量增加，光纤出射端在垂直于光路输出方向的平面内的横截面积尺寸越来越大，而投影系统的匀光器件通常为光棒或复眼透镜，而随着投影系统的轻量化、小型化的发展，其内部的匀光器件的输入端的横截面积尺寸也越来越小，当多个光纤出射端组成的阵列或者集束端的面积较大，大于匀光器件输入端的横截面积尺寸时，则会有一部分漏光，无法耦合到匀光器件中。
为了避免出现漏光，造成光能量损失或浪费，在本发明的另外实施例中，在光纤的出射端和匀光器件的输入端之间还可以包括光路耦合整形器件，所述光路耦合整形器件用于汇聚多个所述光纤的出射端的光至所述匀光器件中。本发明实施例中不限定光线耦合整形器件的具体结构，其内部电路可以是远心光路，也可以是非远心光路，本实施例中对此不作限定。
本发明实施例中提供的多波长匀光整形光路，由于多波长激光子模块发出的光为多波长激光，在通过光纤传输过程中，能够在光纤中进行多次反射，通过光纤的内反射，使得多波长的激光第一次进行融合，然后再传输至投影系统的匀光器件中时，在匀光器件中能够第二次进行光融合，从而使得激光在从多波长激光模块出射后的传输路径上经历两次光融合过程，相对于现有技术中仅在投影系统的匀光器件中的一次光融合而言，使得光融合更加均匀，进而提高了投影画面的色彩均匀性和亮度均匀性。
为清楚说明本发明提供的多波长匀光整形光路，下面结合附图进行详细说明。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种多波长匀光整形光路结构示意图；所述多波长匀光整形光路包括：一个多波长激光模块、单根光纤14、匀光器件16。所述多波长激光模块包括多波长激光子模块11和汇聚透镜组12，实际应用中，通过机械固定件将多波长激光子模块11和汇聚透镜组12组合固定在一起形成多波长激光模块，多波长激光模块包括输出端，所述输出端作为多波长激光模块的出光口，并配套设置法兰，通过机械固定件与单根光纤 14的入射端13连接。具体的，本发明实施例中，光纤14的入射端(也可以称作插芯)通过标准连接件插入固定在多波长激光模块出光口上的配套法兰上。单根光纤14的出射端15与匀光器件16的输入端相连。
需要说明的是，本发明实施例中不限定多波长激光子模块的结构，可选的，在本发明的一个实施例中，所述多波长激光子模块包括：多个单色激光器、波长合束镜、反射镜、偏振合束镜、汇聚透镜等，通过组合形成内部整形结构，使得在多波长激光子模块中即能够对多波长光线进行合束，从而发出具有多波长的激光模块。
其中，本发明实施例中不限定多个单色激光器的具体参数，可选的，多个单色激光器可以包括形成白光的三基色的单色激光器，也即红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器。需要说明的是，本发明实施例中所述的红色激光器可以是一种波长的红光，如波长为640nm的红光，也可以是包含多种波长的红光，如波长范围为630nm～650nm的红光。同样的，本发明实施例中绿色激光器和蓝色激光器的波长也是可以发出单值波长的光，或者多种波长的光，也即一定波长范围内的波长。为方便调节，单色激光器还可以包括黄色激光器、紫色激光器等发出其他颜色激光的单色激光器。
另外，本发明实施例中对汇聚透镜组12的具体结构不作限定，可以仅仅包括一个汇聚透镜，也可以是多个透镜组成的具有汇聚功能的透镜组，本发明实施例中对汇聚透镜组中的具体透镜不作限定，可以是多个凸透镜组成的汇聚透镜组，也可以包括凸透镜和凹透镜组成的汇聚透镜组，只要能够实现汇聚光线，将多波长激光子模块发出的激光汇聚到多波长激光模块的输出端即可。
为了保证光纤14出射的光能够很好的耦合到匀光器件16中，请参见图3，图3为本发明实施例提供的另一种多波长匀光整形光路结构示意图，在光纤14 的出射端15和匀光器件16之间还设置有光路耦合整形器件17，通过光路耦合整形器件17的光路耦合作用，使得光纤14出射的光能够很好地耦合进入匀光器件16中。本发明实施例中不限定光线耦合整形器件的具体结构，其内部电路可以是远心光路，也可以是非远心光路，本实施例中对此不作限定。
本发明实施例中提供的多波长匀光整形光路，由于多波长激光子模块发出的光为多波长激光，在通过光纤传输过程中，能够在光纤中进行多次反射，通过光纤的内反射，使得多波长的激光第一次进行融合，然后再传输至投影系统的匀光器件中时，在匀光器件中能够第二次进行光融合，从而使得激光在从多波长激光模块出射后的传输路径上经历两次光融合过程，相对于现有技术中仅在投影系统的匀光器件中的一次光融合而言，使得光融合更加均匀，进而提高了投影画面的色彩均匀性和亮度均匀性。
另外，本发明实施例中提供的多波长匀光整形光路，由于多波长激光子模块可以输出不同波长的激光，从而能够仅适用光纤进行光的传输，使得多波长匀光整形光路的结构简单且易于实现。
请参见图4和图5，图4和图5均为本发明实施例提供的另一种多波长匀光整形光路结构示意图；所述多波长匀光整形光路包括：多个多波长激光模块、多个单根光纤24、匀光器件27。
所述多波长激光模块包括多波长激光子模块21和汇聚透镜组22，实际应用中，通过机械固定件将多波长激光子模块11和汇聚透镜组22组合固定在一起形成多波长激光模块，多波长激光模块包括输出端，所述输出端作为多波长激光模块的出光口，并配套设置法兰，通过机械固定件与单根光纤24的入射端23连接。具体的，本发明实施例中，光纤24的入射端(也可以称作插芯) 通过标准连接件插入固定在多波长激光模块出光口上的配套法兰上。单根光纤24的出射端25与匀光器件27的输入端相连。
需要说明的是，本发明实施例中不限定多波长激光子模块的结构可参见图3所示结构，对此本发明实施例中不作详细赘述。其中，本发明实施例中不限定多个单色激光器的具体参数，可选的，多个单色激光器可以包括形成白光的三基色的单色激光器，也即红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器。需要说明的是，本发明实施例中所述的红色激光器可以是一种波长的红光，如波长为640nm的红光，也可以是包含多种波长的红光，如波长范围为630nm～650nm的红光。同样的，本发明实施例中绿色激光器和蓝色激光器的波长也是可以发出单值波长的光，或者多种波长的光，也即一定波长范围内的波长。为方便调节，单色激光器还可以包括黄色激光器、紫色激光器等发出其他颜色激光的单色激光器。
而且，需要说明的是，本发明实施例中包括多个多波长激光模块，其中，多个多波长激光模块的结构可以相同，也可以不相同，而且多个多波长激光模块相互之间的输出波长范围可以相同，也可以不相同。如有的多波长激光模块可以仅包括红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器，其他多波长激光模块可以包括红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器之外，还包括黄色激光器。本发明实施例中对此不作限定。
另外，本发明实施例中对汇聚透镜组12的具体结构不作限定，可以仅仅包括一个汇聚透镜，也可以是多个透镜组成的具有汇聚功能的透镜组，本发明实施例中对汇聚透镜组中的具体透镜不作限定，可以是多个凸透镜组成的汇聚透镜组，也可以包括凸透镜和凹透镜组成的汇聚透镜组，只要能够实现汇聚光线，将多波长激光子模块发出的激光汇聚到多波长激光模块的输出端即可。
需要说明的是，与上一实施例中不同的是，本发明实施例中包括多个多波长激光模块和多个单根光纤24。多个单根光纤的出射端数量为至少两个。当多波长激光模块的数量更多时，光纤出射端的数量也越来越多。本发明实施例中可以通过粘结方式或机械固定方式，将多个光纤的出射端固定成阵列结构，如图4中的阵列结构25所示。也可以采用光纤集束端的形式，如图5中所示的集束端35所示。
当光纤出射端数量增加时，光纤出射端在垂直于光路输出方向的平面内的横截面积尺寸越来越大，而投影系统的匀光器件通常为光棒或复眼透镜，而随着投影系统的轻量化、小型化的发展，其内部的匀光器件的输入端的横截面积尺寸也越来越小，当多个光纤出射端组成的阵列或者集束端的面积较大，大于匀光器件输入端的横截面积尺寸时，则会有一部分漏光，无法耦合到匀光器件中。
为了避免出现漏光，造成光能量损失或浪费，在本发明的另外实施例中，在光纤的出射端和匀光器件的输入端之间还可以包括光路耦合整形器件，所述光路耦合整形器件用于汇聚多个所述光纤的出射端的光至所述匀光器件中。本发明实施例中不限定光线耦合整形器件的具体结构，其内部电路可以是远心光路，也可以是非远心光路，本实施例中对此不作限定。
本发明实施例中提供的多波长匀光整形光路，由于多波长激光子模块发出的光为多波长激光，在通过光纤传输过程中，能够在光纤中进行多次反射，通过光纤的内反射，使得多波长的激光第一次进行融合，然后再传输至投影系统的匀光器件中时，在匀光器件中能够第二次进行光融合，从而使得激光在从多波长激光模块出射后的传输路径上经历两次光融合过程，相对于现有技术中仅在投影系统的匀光器件中的一次光融合而言，使得光融合更加均匀，进而提高了投影画面的色彩均匀性和亮度均匀性。
本发明提供的多波长匀光整形光路的应用更加广泛，能够应用到投影屏幕较大的场合，使得光照较为均匀，亮度也满足需求。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种投影系统，包括上面实施例中所述的多波长匀光整形光路，通过将不同波长激光耦合进入同一根光纤，在光纤内的内反射作用下进行充分融合，然后输入到匀光器件中进行匀场，多波长匀光整形光路对光线进行了两次融合，使得光线充分融合，从而能够提高投影画面的色彩均匀性和照度均匀性。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种多波长匀光整形光路，其特征在于，包括：
至少一个多波长激光模块；
与所述多波长激光模块的数量相同的光纤；
匀光器件；
一个所述多波长激光模块的输出端与一根所述光纤的入射端相连；
所述光纤的出射端与所述匀光器件的输入端相连；
其中，所述多波长激光模块包括多波长激光子模块和汇聚透镜组，所述多波长激光子模块发出的激光具有多个波长，通过所述汇聚透镜组汇聚至所述多波长激光模块的输出端；
所述光纤用于将所述多波长激光模块的输出光进行融合，并输出至所述匀光器件中。
2.根据权利要求1所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，包括一个所述多波长激光模块和一根所述光纤。
3.根据权利要求1所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，包括多个所述多波长激光模块和多个所述光纤。
4.根据权利要求3所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，多个所述光纤的出射端通过粘结方式或机械方式形成阵列。
5.根据权利要求3所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，多个所述光纤的出射端为集束端。
6.根据权利要求4或5所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，
在垂直于光路输出方向的平面内，当多个所述光纤的出射端的截面面积大于所述匀光器件的输入端的截面面积时；
所述多波长匀光整形光路，还包括光路耦合整形器件，所述光路耦合整形器件用于汇聚多个所述光纤的出射端的光至所述匀光器件中。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，
所述匀场部件为光棒或复眼透镜。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，所述多波长激光模块包括多个单色激光器、波长合束镜、反射镜、偏振合束镜和汇聚透镜。
9.根据权利要求8所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，所述多个单色激光器包括红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器。
10.根据权利要求8所述的多波长匀光整形光路，其特征在于，所述红色激光器、所述绿色激光器和所述蓝色激光器，分别发出一种波长或多种波长。
11.一种投影系统，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的多波长匀光整形光路。
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