CN109960097B - 一种单色激光光源、彩色激光光源和激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单色激光光源、彩色激光光源和激光投影设备，单色激光光源包括N个激光器，N为大于或等于2的整数，每个激光器输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均小于M且为固定值；N个激光器输出的N束光线被组合为一束光线，通过控制每个激光器是否输出光线，使单色激光光源能够输出0‑M中任一灰阶的光线。N个激光器出射的激光各自产生的干涉图像并不相同，不会形成稳定的单一干涉图样，所以本发明实施例提供的单色激光光源大大改善了激光的散斑效应，提高了成像质量，另外，由于避免了通过高频改变驱动电流来对激光器进行高频调制，很容易地实现了对单色激光光源输出光线的灰阶数值的精确控制。

Description

一种单色激光光源、彩色激光光源和激光投影设备

技术领域

本发明涉及激光扫描领域，尤其涉及一种单色激光光源、彩色激光光源和激光投影设备。

背景技术

由于激光具有极宽的色域，近年来被广泛应用于激光扫描成像系统如MEMS、光纤扫描成像等基于扫描的激光投影系统中和传统的激光投影系统中。但是，一方面，激光在具有极宽色域的同时，其产生的散斑效应会严重影响激光投影系统的成像质量，而现有技术中通过振动屏幕来解决散斑效应的成本过高；另一方面，在基于扫描的激光投影系统中，也即对激光器输出的光线的灰阶数值难以精确控制，例如，以激光投影系统输出的单色光线为255灰阶为例，若两个相邻像素点的灰阶分别为255、254，则激光投影系统需要在极短的时间内，将输出光线的灰阶由255调整为254，需要驱动电路能够在该极短的时间内将驱动电流由255调整为254，并且也需要激光器能够响应驱动电流的该次改变，相当于对激光光源进行高频调制，这对激光器本身的性能要求极高，否则输出的光纤的灰阶极其容易为254之外的其他数值，也即对激光器进行高频的调制时的难度较高，并且，由于对激光光源进行高频调制，激光器的性能耗损较大，所以激光器的性能会随着时间累积明显下降。

因此，现有技术中存在激光的散斑效应影响激光扫描系统的成像质量和对激光器进行高频的调制时的难度较高，以及激光器的性能会随着时间累积而明显下降的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种单色激光光源、彩色激光光源和激光投影设备，用以解决现有技术中存在的激光的散斑效应影响激光扫描系统的成像质量和对激光器进行高频的调制时的难度较高，以及激光器的性能会随着时间累积而明显下降的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供了一种单色激光光源，所述单色激光光源能够输出0-M灰阶的光线，M为大于或等于2的整数，所述单色激光光源包括N个激光器，N为大于或等于2的整数，每个激光器输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均为小于M的固定值；所述N个激光器输出的N束光线被组合为一束光线，通过控制每个激光器是否输出光线，使所述单色激光光源能够输出0-M中任一灰阶的光线。

可选地，所述N个激光器分别与N根输入光纤一一耦合，所述N根输入光纤通过光纤合束器或光纤熔接方式融合到一根输出光纤中。

可选地，所述N个激光器输出的光线分别入射到对应的组合镜片上，再被组合镜片组合成一束光线。

可选地，根据所述N个激光器组合输出0-M中任一灰阶的光线时所采用的进制，每个激光器输出光线的灰阶数值为所采用的进制的指数幂。

可选地，在M为255时，且所述单色激光光源采用的进制为二进制时，N为8，且八个激光器输出光线的灰阶数值分别为1、2、4、8、16、32、64和128。

可选地，在M为255时，且所述单色激光光源采用的进制为三进制时，N为11，且11个激光器输出光线的灰阶数值为1、1、3、3、9、9、27、27、81、81和81，或者分别为1、1、3、3、9、9、27、27、27、81和81。

可选地，在M为255时，且所述单色激光光源采用的进制为四进制时，N为12，且12个激光器输出光线的灰阶数值为1、1、1、4、4、4、16、16、16、64、64和64。

本发明实施例第二方面还提供一种激光投影设备，包括J套如第一方面任一所述的单色激光光源，根据激光投影设备所采用的色彩模式，J套激光光源分别出射相应色彩的光线并被组合为一束光线，J为大于或等于2的整数。

本发明实施例第三方面还提供一种彩色激光光源，包括K套如第一方面任一所述的单色激光光源，根据彩色激光所采用的色彩模式，K套激光光源分别出射相应色彩的光线并被组合为一束光线，K为大于或等于2的整数，所述K套单色激光光源被封装在一起。

本发明实施例第四方面还提供一种激光投影设备，其特征在于，包括如第三方面所述的彩色激光光源。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

由于采用了单色激光光源包括N个激光器，每个激光器输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均为小于M的固定值的技术方案，这样，激光光源可以通过控制各个激光器是否输出光线，从而使得N个激光器能够组合输出所需灰阶数值的光线，而散斑是因激光光束的互相干涉导致能量场重新排布而呈现的亮暗图样，其中亮纹为相干叠加时的情形，暗纹为相干取消的情形，但N个激光器出射的激光各自产生的干涉图像并不相同，不会形成稳定的单一干涉图样，所以本发明实施例提供的单色激光光源大大改善了激光的散斑效应，提高了成像质量，另一方面，由于单色激光光源中任意激光器输出光线的灰阶数值为固定值，通过控制各个激光器是否输出光线，即能够输出所需灰阶数值的光线，避免了通过高频改变驱动电流来对激光器进行高频调制，很容易地实现了对单色激光光源输出光线的灰阶数值的精确控制，并且由于无需对激光器进行高频调制，也避免了激光器因高频调整而会随着时间累积导致性能降低的缺陷，从而延长了单色激光光源的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的单色激光光源的模块图；

图2为本发明实施例提供的单色激光光源的第一种实现方式的结构示意图；

图3为透镜光纤的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的单色激光光源的第二种实现方式的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一种激光投影设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的彩色激光光源的结构示意图。

具体实施方式

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作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。

本发明实施例提供一种单色激光光源、彩色激光光源和激光投影设备，用以解决现有技术中存在的激光的散斑效应影响激光扫描系统的成像质量和对激光器进行高频的调制时的难度较高，以及激光器的性能会随着时间累积而明显下降的技术问题。

本发明实施例第一方面提供一种单色激光光源，该单色激光光源能够输出M个灰阶的光线，请参考图1，图1为本发明实施例提供的激光光源的模块图，如图1所示，该单色激光光源包括N个激光器101，每个激光器101输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均为小于M的固定值，激光器输出光线的灰阶数值也即该激光器101输出光线的能量等级；通过控制各个激光器101是否输出光线，N个激光器101能够组合输出0-M中任一灰阶的光线，箭头为光线传播方向，需要说明的是，N个激光器101能够组合输出0这一灰阶的光线是指所有激光器均不输出光线。这样，根据单色激光光源当前输出的光线需要的灰阶数值，控制单色激光光源中相应的激光器101输出光线以及相应的激光器101不输出光线，N个激光器101即能够组合输出所需要的灰阶数值的光线。

在实际应用中，控制各个激光器是否输出光线可以是控制激光器是否处于工作状态来实现，也可以是通过光开关等装置是否阻隔激光器输出的光线来实现，在此不做限制。

可以看出，由于采用了单色激光光源包括N个激光器，每个激光器输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均为小于M的固定值的技术方案，这样，单色激光光源可以通过控制各个激光器是否输出光线，从而使得N个激光器能够组合输出所需灰阶数值的光线，而散斑是因激光光束的互相干涉导致能量场重新排布而呈现的亮暗图样，其中亮纹为相干叠加时的情形，暗纹为相干取消的情形，但N个激光器出射的激光各自产生的干涉图像并不相同，不会形成稳定的单一干涉图样形成稳定而清晰的图像，所以本发明实施例提供的单色激光光源大大改善了激光的散斑效应，提高了成像质量，另一方面，由于单色激光光源中任意激光器输出光线的灰阶数值为固定值，通过控制各个激光器是否输出光线，即能够输出所需灰阶数值的光线，避免了通过高频改变驱动电流来对激光器进行高频调制，很容易地实现了对单色激光光源输出光线的灰阶数值的精确控制，并且由于无需对激光器进行高频调制，也避免了激光器因高频调整而会随着时间累积导致性能降低的缺陷，从而延长了单色激光光源的使用寿命。

本发明实施例提供的单色激光光源可以应用于传统的激光投影系统中，也可以应用于基于扫描的激光投影系统中，在此不做限制。

在具体实施过程中，请参考图2，图2为本发明实施例提供的单色激光光源的第一种实现方式的结构示意图，如图1所示，在应用于基于扫描光纤的激光投影系统中时，单色激光光源中的N个激光器201分别与N根输入光纤211耦合，并且N根输入光纤211连接到一根输出光纤221中，具体地，N根输入光纤211可以通过光纤熔接技术连接到输出光纤221中，也可以是如图2所示，N根输入光纤211分别连接到光纤合束器231的N个输入端，光纤合束器231的输出端再连接到输出光纤221，这样即能够通过扫描驱动装置如电磁驱动装置、压电驱动装置等驱动输出光纤221的出射端进行扫描，图中箭头为光线传播方向，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，请继续参考图2，如图2所示，单色激光光源还包括N个光耦合单元241，该N个光耦合单元241分别设置在激光器201的出射端与对应的输入光纤211的入射端之间，这样，从激光器出射的光线即能够在光耦合单元的作用下，被耦合到对应的输入光纤211中，在此就不再赘述了。在实际应用中，光耦合单元具体可以是耦合透镜等等，在此不做限制。

在另一实施例中，输入光纤211的入射端透镜结构，也即该输入光纤211具体为透镜光纤(lensed fiber)，输入光纤211可以通过烧结或者研磨等方式在光纤一端形成球形、楔形或锥形等透镜，提高扫描光纤的数值孔径，从而提高扫描光纤的收光率，这样即无需再设置图2中的光耦合单元，请参考图3，图3为透镜光纤的结构示意图，如图3所示，透镜光纤为31，透镜光纤的入射端设置有球形的透镜结构301。

在具体实施过程中，请参考图4，图4为本发明实施例提供的单色激光光源的第二种实现方式的结构示意图，如图4所示，在应用于基于MEMS扫描振镜的激光投影系统中时，单色激光光源中的N个激光器401输出的光线分别出射至对应的组合镜片411上，组合镜片411将所有激光器401输出的光线组合在一起，组合后的光线再入射到MEMS扫描振镜421，通过控制MEMS扫描振镜421进行振动即能够实现扫描，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，N个激光器中每个激光器输出光线的灰阶数值为固定数值，为了使得N个激光器能够组合输出1-M中任一灰阶的光线，N个激光器可以通过采用二进制、三进制或者四进制等设置每个激光器输出的光线的灰阶数值，每个激光器输出的光线的灰阶数值具体为所采用的进制的指数幂。

以N个激光器所采用的进制为二级制为例，在M为255时，也即单色激光光源能够输出的灰阶为256阶，激光器的数量也即N为8，8个激光器输出光线的灰阶数值分别为1、2、4、8、16、32、64和128，通过控制这8个激光器是否输出光线，8个激光器即能够组合输出1-255中任一灰阶的光线，例如，在要求单色激光光源输出灰阶数值为15的光线时，可以控制输出光线的灰阶数值为1、2、4和8的激光器输出光线，同时控制输出光线的灰阶数值为16、32、64和128的激光器不输出光线，8个激光器此时组合输出的光线的灰阶数值即为15，再例如，在要求单色激光光源输出灰阶数值为100的光线时，可以控制输出光线的灰阶数值为4、32和64的激光器输出光线，同时控制输出光线的灰阶数值为1、2、8、16和128的激光器不输出光线，8个激光器此时组合输出的光线的灰阶数值即为100，同理，8个激光器能够组合输出1-M中任一灰阶的光线，在此就不再赘述了。

当然了，在实际应用中，本领域所属的技术人员还可以将输出光线的灰阶数值为128的激光器拆分为两个输出光线的灰阶数值为64的激光器，也可以将输出光线的灰阶数值为64和128的两个激光器拆分为六个输出光线的灰阶数值为32的激光器，可以理解的，拆分后的激光器输出光线的灰阶数值不一定为所采用的进制的指数幂，在此就不再赘述了。

再以N个激光器所采用的进制为三级制为例，在M为255时，激光器的数量也即N为11，11个激光器输出光线的灰阶数值分别为1、1、3、3、9、9、27、27、81、81和81，或者分别为1、1、3、3、9、9、27、27、27、81和81。这11个激光器组合输出1-M中任一灰阶的光线的过程在前述部分中已经进行了详细介绍，在此就不再赘述了。

需要说明的是，在N个激光器所采用的进制为三级制时，由于(1+3+9+27+81)*2＝242，因此需要补充1个输出光线的灰阶数值大于或等于13的激光器，在本实施例中，提供了输出光线的灰阶数值为27或81的激光器来进行补充，在实际应用中，本领域所属的技术人员可以采用任意输出光线的灰阶数值大于或等于13的激光器，在此不做限制。

再以N个激光器所采用的进制为四级制为例，在M为255时，激光器的数量也即N为12，12个激光器输出光线的灰阶数值分别为1、1、1、4、4、4、16、16、16、64、64和64。这12个激光器组合输出1-M中任一灰阶的光线的过程在前述部分中已经进行了详细介绍，在此就不再赘述了。

通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员还能够根据实际情况，将N个激光器所采用的进制调整为其他合适的进制，或者直接设置每个激光器输出光线的灰阶数值而不根据所采用的进制进行设置，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

在实际应用中，可以预先设置控制N个激光器是否输出光线的具体情况与输出1-M中每个灰阶的光线之间的对应关系，这样，在需要N个激光器组合输出1-M中任一灰阶的光线时，根据该对应关系，控制相应的激光器输出光线或者不输出光线即可。

在实际应用中，由于激光器的成本与输出功率不成比例，所以当要求激光器的输出功率增大时，会使整个单色激光光源的成本成几何倍数增加，本发明实施例介绍的单色激光光源通过将光线组合后再输出的方式，明显降低了对激光器的输出功率的要求，从而降低了成本。

基于同一发明构思，本发明实施例第二方面还提供一种激光投影设备，请参考图5，图5为本发明实施例提供的第一种激光投影设备的示意图，如图5所示，该激光投影设备包括J套如第一方面提供的单色激光光源501，J为大于或等于2的整数，根据激光投影设备所采用的色彩模式，J套激光光源501分别出射相应色彩的光线并被组合为一束光线，具体可以通过前述部分介绍的光纤或者组合透镜的方式将J套激光光源501分别出射相应色彩的光线组合成一束光线，箭头为光线传播方向。由于激光投影设备包括J套单色激光光源，所以便于激光投影设备中单色激光光源的模块化生产和运输，也便于用户更换激光投影设备中的单色激光光源。

在实际应用中，例如该激光投影设备采用RGB模式，则激光投影设备可以包括3套如第一方面提供的单色激光光源601，3套单色激光光源601分别出射红色、绿色和蓝色的激光，再通过前述部分介绍的光纤或者组合透镜的方式，将三束激光组合成一束光线，即可以供激光投影设备进行投影，在此就不再赘述了。

基于同一发明构思，本发明实施例第三方面还提供一种彩色激光光源，请参考图6，图6为本发明实施例提供的彩色激光光源的结构示意图，如图6所示，该彩色激光光源包括K套如第一方面提供的单色激光光源，根据彩色激光所采用的色彩模式，K套激光光源分别出射相应色彩的光线并被组合为一束光线，K为大于或等于2的整数，K套单色激光光源被封装在一起，箭头为光线传播方向。

在实际应用中，例如该彩色激光光源采用RGB模式，则彩色激光光源可以包括3套如第一方面提供的单色激光光源，3套单色激光光源分别出射红色、绿色和蓝色的激光，再通过前述部分介绍的光纤或者组合透镜的方式，即能够将三束激光组合成一束光线输出，在此就不再赘述了。

基于同一发明构思，本发明实施例第四方面还提供一种激光投影设备，该激光投影设备包括第三方面提供的彩色激光光源，利用该彩色激光光源出射的光线进行投影，在此就不再赘述了。由于彩色激光光源为K套单色激光光源被封装在一起而组成，所以便于彩色激光光源的模块化生产和运输，也便于用户直接更换激光投影设备中的整个彩色激光光源，相比前述部分更换单个单色激光光源而言，无需用户识别需要更换哪一个单色激光光源，避免用户无法识别出哪一个单色激光光源损坏的情形，减少了用户花费的精力。

在实际应用中，本发明实施例第二方面和第四方面提供的激光投影设备可以预先设置画面整体亮度与所有激光器的输出功率之间的对应关系，这样，在需要调整整个显示画面的亮度时，仅仅需要根据该对应关系，通过同时成比例地调整所有激光器的驱动电流，即能够调整所有激光器的输出功率，从而实现方便地调整整个显示画面的亮度的技术效果，在此就不再赘述了。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

由于采用了单色激光光源包括N个激光器，每个激光器输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均为小于M的固定值的技术方案，这样，激光光源可以通过控制各个激光器是否输出光线，从而使得N个激光器能够组合输出所需灰阶数值的光线，而散斑是因激光光束的互相干涉导致能量场重新排布而呈现的亮暗图样，其中亮纹为相干叠加时的情形，暗纹为相干取消的情形，但N个激光器出射的激光各自产生的干涉图像并不相同，不会形成稳定的单一干涉图样，所以本发明实施例提供的单色激光光源大大改善了激光的散斑效应，提高了成像质量，另一方面，由于单色激光光源中任意激光器输出光线的灰阶数值为固定值，通过控制各个激光器是否输出光线，即能够输出所需灰阶数值的光线，避免了通过高频改变驱动电流来对激光器进行高频调制，很容易地实现了对单色激光光源输出光线的灰阶数值的精确控制，并且由于无需对激光器进行高频调制，也避免了激光器因高频调整而会随着时间累积导致性能降低的缺陷，从而延长了单色激光光源的使用寿命。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种单色激光光源，所述单色激光光源能够输出0-M灰阶的光线，M为大于或等于2的整数，其特征在于，所述单色激光光源包括N个激光器，N为大于或等于2的整数，每个激光器输出同一色彩的光线且光线的灰阶数值均为小于M的固定值；所述N个激光器输出的N束光线被组合为一束光线，通过控制每个激光器是否输出光线，使所述单色激光光源能够输出0-M中任一灰阶的光线，从而输出所需灰阶数值的光线；其中，所述所需灰阶数值是指需要投影的显示画面上的像素点的灰阶数值。

2.如权利要求1所述的单色激光光源，其特征在于，所述N个激光器分别与N根输入光纤一一耦合，所述N根输入光纤通过光纤合束器或光纤熔接方式融合到一根输出光纤中。

3.如权利要求1所述的单色激光光源，其特征在于，所述N个激光器输出的光线分别入射到对应的组合镜片上，再被组合镜片组合成一束光线。

4.如权利要求1所述的单色激光光源，其特征在于，根据所述N个激光器组合输出0-M中任一灰阶的光线时所采用的进制，每个激光器输出光线的灰阶数值为所采用的进制的指数幂。

5.如权利要求4所述的单色激光光源，其特征在于，在M为255时，且所述单色激光光源采用的进制为二进制时，N为8，且八个激光器输出光线的灰阶数值分别为1、2、4、8、16、32、64和128。

6.如权利要求4所述的单色激光光源，其特征在于，在M为255时，且所述单色激光光源采用的进制为三进制时，N为11，且11个激光器输出光线的灰阶数值为1、1、3、3、9、9、27、27、81、81和81，或者分别为1、1、3、3、9、9、27、27、27、81和81。

7.如权利要求4所述的单色激光光源，其特征在于，在M为255时，且所述单色激光光源采用的进制为四进制时，N为12，且12个激光器输出光线的灰阶数值为1、1、1、4、4、4、16、16、16、64、64和64。

8.一种激光投影设备，其特征在于，包括J套如权利要求1-7中任一项所述的单色激光光源，根据激光投影设备所采用的色彩模式，J套激光光源分别出射相应色彩的光线并被组合为一束光线，J为大于或等于2的整数。

9.一种彩色激光光源，其特征在于，包括K套如权利要求1-7中任一项所述的单色激光光源，根据彩色激光所采用的色彩模式，K套激光光源分别出射相应色彩的光线并被组合为一束光线，K为大于或等于2的整数，所述K套单色激光光源被封装在一起。

10.一种激光投影设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的彩色激光光源。

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