CN111338094A - 一种基于多元复合消散斑的激光光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多元复合消散斑的激光光源，包括：多个光源装置、集束光纤、准直透镜、耦合透镜、投影装置和投影镜头；多个光源装置、集束光纤、准直透镜、耦合透镜、投影装置和投影镜头依次设置在一个光路中；多个光源装置生成多个激光束；还对多个激光束分别进行整形匀光，生成多个整形后的激光束进入集束光纤内；集束光纤通过光纤耦合器将多个激光束耦合至集束光纤的多个子光纤中；投影装置利用耦合透镜将多个激光束以不同的角度照射照射至投影装置上；还将激光束内容经投影镜头放大投影至屏幕上。相对现有技术，本发明能复合消散斑，提升消散斑效果。

Description

一种基于多元复合消散斑的激光光源
技术领域
本发明涉及投影技术领域，具体而言，特别涉及一种基于多元复合消散斑的激光光源。
背景技术
现有技术中，如申请号为201920897670.6的一种多光耦合的激光投影消散斑光路装置，包括激光模组、透镜组、宽波带非相干光源模组、汇聚透镜和匀光管，所述透镜组设在激光模组的出射光方向上，所述透镜组垂直设在宽波带非相干光源模组中且位于宽波带非相干光源模组中设置的反射镜的上方，所述宽波带非相干光源模组的出射光方向上设置汇聚透镜，所述匀光管设在汇聚透镜的一侧且匀光管的端面放置在汇聚透镜出射光的汇聚焦点上。但是现有技术还是存在以下不足：1、投影显示饱和度低，颜色真实性差；2、消散斑效果差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合消散斑，提升消散斑效果的基于多元复合消散斑的激光光源。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于多元复合消散斑的激光光源，包括：多个光源装置、集束光纤、准直透镜、耦合透镜、投影装置和投影镜头；多个所述光源装置、集束光纤、准直透镜、耦合透镜、投影装置和投影镜头依次设置在一个光路中；
多个所述光源装置用于产生P偏振光和S偏振光，对P偏振光和S偏振光合成，生成多个激光束；还用于对多个激光束分别进行整形匀光，生成多个整形后的激光束进入集束光纤内；
所述集束光纤用于通过光纤耦合器将多个整形后的激光束耦合至集束光纤的多个子光纤中；
所述投影装置用于利用耦合透镜将多个子光纤中的激光束以不同的角度照射照射至投影装置上；还用于将激光束内容经投影镜头放大投影至屏幕上。
本发明的有益效果是：利用多个光源装置、集束光纤、准直透镜、耦合透镜、投影装置和投影镜头协调运作，能相互作用，提升投影显示饱和度，颜色真实,复合消散斑，提升消散斑效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述光源装置包括：
第一光源，所述第一光源包括射出偏振度大于50％的P偏振光的第一激光单元，以及射出偏振度大于50％的S偏振光的第二激光单元；
第二光源，所述第二光源包括射出偏振度大于50％的P偏振光的第三激光单元，以及射出偏振度大于50％的S偏振光的第四激光单元；
第一偏振元件，所述第一偏振元件用于使第一激光单元射出的P偏振光透射，还用于使所述第四激光单元射出的S偏振光反射；且所述第四激光单元的S偏振光反射后的偏振方向与所述第一激光单元的P偏振光偏振方向一致；
第二偏振元件，所述第二偏振元件用于使所述第二激光单元的S偏振光反射，还用于使所述第三激光单元的P偏振光透射，所述第三激光单元的P偏振光投射后的偏振方向与所述第二激光单元的S偏振光偏振方向一致；
第三偏振元件，所述第三偏振元件用于使来自所述第一偏振元件的偏振光透射；还用于使来自所述第二偏振元件的偏振光反射，将所述第一偏振元件的偏振光和第二偏振元件的偏振光合成，生成激光束。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用多个激光单元聚光，能有效小型化光源装置；将分开的和P偏振光合成激光束；第一光源和第二光源将S偏振光和P偏振光进行叠加，降低了激光的相干性；光源装置容易操作，方便投影3D电影。
进一步，所述第一激光单元、第二激光单元、第三激光单元和第一激光单元均包括：
阵列激光器，所述阵列激光器用于产生激光束；
温控装置，所述温控装置与所述阵列激光器连接，所述温控装置用于调控所述阵列激光器射出激光束不同位置的温差，激光波长偏移，增加激光波长带宽，分别生成基色激光束。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用温控装置调控激光束不同位置的温差，从而实现不同颜色的激光束，便于对激光束的颜色进行调控，提升便利性。
进一步，所述光源装置还包括：
位相片，所述位相片与所述第三偏振元件在一个光路中，用于对激光束进行相位调制，通过相位差来降低激光的相干性；
驱动器，所述驱动器与所述位相片连接，所述驱动器驱动位相片进行转动或振动；所述驱动器驱动位相片进行转动的速度为0-50r/s之间或振动的频率均大于1200Hz。
采用上述进一步方案的有益效果是：驱动器驱动位相片进行转动或振动，使得激光束照射到位相片不同的位置被附加了不同的相位值，转动使得不同明暗分布的图像得到叠加，提高了整个画面的随机性，从而得到动态变化的独立不相关的散斑图样。
进一步，所述位相片为相位型衍射/散射微结构；所述位相片利用光学微加工方法在透明平板基底上加工，在透明平板基底上加工出多个子区域，每个所述子区域对应的相位值随机排布；每个所述子区域的结构一致，所述子区域为矩形或者扇形。
采用上述进一步方案的有益效果是：每个子区域的相位值相互之间随机分布，每一个子区域上的微结构均可实现整形匀光；实现大量独立非相关散斑图像的随机叠加，降低或消除散斑。
进一步，所述集束光纤的输出端输出的相邻激光束在空间上具有预设距离；利用所述预设距离使多个激光束产生的散斑图样相互独立。
采用上述进一步方案的有益效果是：提升消除散斑效果。
上述实施例中，所述集束光纤用于通过光纤耦合器将多个整形后的激光束耦合至集束光纤的多个子光纤中；所述集束光纤中同频率的多个子光纤之间间隔的光纤根数的算法为：
N＝L/b-1，其中，b是光纤直径，L为预设距离。
采用上述进一步方案的有益效果是：多个子光纤按照设定的间隔排布，使得每个子光束通过投影装置照射到屏幕上产生散斑图样强度分布；设置的预设距离使多个同频率的子光束产生的散斑是相互独立的，从而提升消除散斑效果。
上述实施例中，所述投影镜头预设放大倍率的算法为：
n=Ls/ka
其中，n为投影镜头预设放大倍率，L为预设距离，a为瞳孔直径，s为观察者距离所述屏幕的距离，k是为所述准直透镜的焦距。
采用上述进一步方案的有益效果是：便于对投影镜头进行调整，提升消除散斑效果。
附图说明
图1为本发明一种基于多元复合消散斑的激光光源的实施示意图；
图2为本发明集束光纤的结构示意图；
图3为本发明位相片的振动状态示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、光源装置，1.1、第一光源，1.2、第二光源，1.3、第一偏振元件，1.4、第二偏振元件，1.5、第三偏振元件，1.6、位相片；
2、集束光纤，3、准直透镜，4、耦合透镜，5、投影装置，6、投影镜头，7、光纤耦合器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，一种基于多元复合消散斑的激光光源，包括：多个光源装置1、集束光纤2、准直透镜3、耦合透镜4、投影装置5和投影镜头6；多个所述光源装置1、集束光纤2、准直透镜3、耦合透镜4、投影装置5和投影镜头6依次设置在一个光路中；
多个所述光源装置1用于产生P偏振光和S偏振光，对P偏振光和S偏振光合成，生成多个激光束；还用于对多个激光束分别进行整形匀光，生成多个整形后的激光束进入集束光纤2内；
所述集束光纤2用于通过光纤耦合器7将多个整形后的激光束耦合至集束光纤2的多个子光纤中；
所述投影装置5用于利用耦合透镜4将多个子光纤中的激光束以不同的角度照射照射至投影装置5上；还用于将激光束内容经投影镜头6放大投影至屏幕上。
利用光源装置1的偏转光处理，能降低图像中的散斑；光源装置1能使激光束照射到位相片不同的位置被附加了不同的相位值，从而得到动态变化的独立不相关的散斑图样；集束光纤2能使激光束产生的散斑图样相互独立，在空间上降低散斑对比度；
利用多个光源装置1、集束光纤2、准直透镜3、耦合透镜4、投影装置5和投影镜头6协调运作，能相互作用，提升投影显示饱和度，颜色真实,复合消散斑，提升消散斑效果。
上述实施例中，所述光源装置1包括：
第一光源1.1，所述第一光源1.1包括射出偏振度大于50％的P偏振光的第一激光单元，以及射出偏振度大于50％的S偏振光的第二激光单元；
第二光源1.2，所述第二光源1.2包括射出偏振度大于50％的P偏振光的第三激光单元，以及射出偏振度大于50％的S偏振光的第四激光单元；
第一偏振元件1.3，所述第一偏振元件1.3用于使第一激光单元射出的P偏振光透射，还用于使所述第四激光单元射出的S偏振光反射；且所述第四激光单元的S偏振光反射后的偏振方向与所述第一激光单元的P偏振光偏振方向一致；
第二偏振元件1.4，所述第二偏振元件1.4用于使所述第二激光单元的S偏振光反射，还用于使所述第三激光单元的P偏振光透射，所述第三激光单元的P偏振光投射后的偏振方向与所述第二激光单元的S偏振光偏振方向一致；
第三偏振元件1.5，所述第三偏振元件1.5用于使来自所述第一偏振元件1.3的偏振光透射；还用于使来自所述第二偏振元件1.4的偏振光反射，将所述第一偏振元件1.3的偏振光和第二偏振元件1.4的偏振光合成，生成激光束。
利用多个激光单元聚光，能有效小型化光源装置1；将分开的S偏振光和P偏振光合成激光束，容易操作，方便投影3D电影；利用第一偏振元件1.3、第二偏振元件1.4和第三偏振元件1.5对偏振光的处理，能使激光成像的图像中散斑对比度可降低到数倍。
上述实施例中，所述第一激光单元、第二激光单元、第三激光单元和第一激光单元均包括：
阵列激光器，所述阵列激光器用于产生激光束；
温控装置，所述温控装置与所述阵列激光器连接，所述温控装置用于调控所述阵列激光器射出激光束不同位置的温差，激光波长偏移，增加激光波长带宽，分别生成基色激光束。
利用温控装置调控激光束不同位置的温差，从而实现不同颜色的激光束，便于对激光束的颜色进行调控，提升便利性。
上述实施例中，所述光源装置1还包括：
位相片1.6，所述位相片1.6与所述第三偏振元件1.5在一个光路中，所述用于对激光束进行相位调制，通过相位差来降低激光的相干性；
驱动器，所述驱动器与所述位相片1.6连接，所述驱动器驱动位相片1.6进行转动或振动；所述驱动器驱动位相片1.6进行转动的速度为0-50r/s之间或振动的频率均大于1200Hz。
驱动器驱动位相片1.6进行转动或振动，使得激光束照射到位相片不同的位置被附加了不同的相位值，转动使得不同明暗分布的图像得到叠加，提高了整个画面的随机性，从而得到动态变化的独立不相关的散斑图样。
上述实施例中，所述位相片1.6为相位型衍射/散射微结构；所述位相片1.6利用光学微加工方法在透明平板基底上加工，在透明平板基底上加工出多个子区域，每个所述子区域对应的相位值随机排布；每个所述子区域的结构一致，所述子区域为矩形或者扇形。
每个子区域的相位值相互之间随机分布，每一个子区域上的微结构均可实现整形匀光；在人眼内实现了大量独立非相关散斑图像的随机叠加，从而达到降低或消除散斑的目的。
上述实施例中，所述集束光纤2的输出端输出的相邻激光束在空间上具有预设距离；利用所述预设距离使多个激光束产生的散斑图样相互独立。
多个激光束产生的散斑图样相互独立，提升消除散斑效果。
上述实施例中，所述集束光纤2用于通过光纤耦合器7将多个整形后的激光束耦合至集束光纤2的多个子光纤中；所述集束光纤2中同频率的多个子光纤之间间隔的光纤根数的算法为：
N＝L/b-1，其中，b是光纤直径，L为预设距离。
多个子光纤按照设定的间隔排布，使得每个子光束通过投影装置照射到屏幕上产生散斑图样强度分布；设置的预设距离使多个同频率的子光束产生的散斑是相互独立的，从而提升消除散斑效果。
上述实施例中，所述投影镜头6预设放大倍率的算法为：
n=Ls/ka
其中，n为投影镜头6预设放大倍率，L为预设距离，a为瞳孔直径，s为观察者距离所述屏幕的距离，k是为所述准直透镜3的焦距。
便于对投影镜头6进行调整，提升消除散斑效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，包括：多个光源装置（1）、集束光纤（2）、准直透镜（3）、耦合透镜（4）、投影装置（5）和投影镜头（6）；多个所述光源装置（1）、集束光纤（2）、准直透镜（3）、耦合透镜（4）、投影装置（5）和投影镜头（6）依次设置在一个光路中；
多个所述光源装置（1）用于产生P偏振光和S偏振光，对P偏振光和S偏振光合成，生成多个激光束；还用于对多个激光束分别进行整形匀光，生成多个整形后的激光束进入集束光纤（2）内；
所述集束光纤（2）用于通过光纤耦合器（7）将多个整形后的激光束耦合至集束光纤（2）的多个子光纤中；
所述投影装置（5）用于利用耦合透镜（4）将多个子光纤中的激光束以不同的角度照射照射至投影装置（5）上；还用于将激光束内容经投影镜头（6）放大投影至屏幕上。
2.根据权利要求1所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述光源装置（1）包括：
第一光源（1.1），所述第一光源（1.1）包括射出偏振度大于50％的P偏振光的第一激光单元，以及射出偏振度大于50％的S偏振光的第二激光单元；
第二光源（1.2），所述第二光源（1.2）包括射出偏振度大于50％的P偏振光的第三激光单元，以及射出偏振度大于50％的S偏振光的第四激光单元；
第一偏振元件（1.3），所述第一偏振元件（1.3）用于使第一激光单元射出的P偏振光透射，还用于使所述第四激光单元射出的S偏振光反射；且所述第四激光单元的S偏振光反射后的偏振方向与所述第一激光单元的P偏振光偏振方向一致；
第二偏振元件（1.4），所述第二偏振元件（1.4）用于使所述第二激光单元的S偏振光反射，还用于使所述第三激光单元的P偏振光透射，所述第三激光单元的P偏振光投射后的偏振方向与所述第二激光单元的S偏振光偏振方向一致；
第三偏振元件（1.5），所述第三偏振元件（1.5）用于使来自所述第一偏振元件（1.3）的偏振光透射；还用于使来自所述第二偏振元件（1.4）的偏振光反射，将所述第一偏振元件（1.3）的偏振光和第二偏振元件（1.4）的偏振光合成，生成激光束。
3.根据权利要求2所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述第一激光单元、第二激光单元、第三激光单元和第一激光单元均包括：
阵列激光器，所述阵列激光器用于产生激光束；
温控装置，所述温控装置与所述阵列激光器连接，所述温控装置用于调控所述阵列激光器射出激光束不同位置的温差，激光波长偏移，增加激光波长带宽，分别生成基色激光束。
4.根据权利要求3所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述光源装置（1）还包括：
位相片（1.6），所述位相片（1.6）与所述第三偏振元件（1.5）在一个光路中，用于对激光束进行整形匀光；
驱动器，所述驱动器与所述位相片（1.6）连接，所述驱动器驱动位相片（1.6）进行转动或振动；所述驱动器驱动位相片（1.6）进行转动的速度为0-50r/s之间或振动的频率均大于1200Hz。
5.根据权利要求4所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述位相片（1.6）为相位型衍射/散射微结构；所述位相片（1.6）利用光学微加工方法在透明平板基底上加工，在透明平板基底上加工出多个子区域，每个所述子区域对应的相位值随机排布；每个所述子区域的结构一致，所述子区域为矩形或者扇形。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述集束光纤（2）的输出端输出的相邻激光束在空间上具有预设距离；利用所述预设距离使多个激光束产生的散斑图样相互独立。
7.根据权利要求6所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述集束光纤（2）用于通过光纤耦合器（7）将多个整形后的激光束耦合至集束光纤（2）的多个子光纤中；所述集束光纤（2）中同频率的多个子光纤之间间隔的光纤根数的算法为：
N＝L/b-1，其中，b是光纤直径，L为预设距离。
8.根据权利要求6所述的一种基于多元复合消散斑的激光光源，其特征在于，所述投影镜头（6）预设放大倍率的算法为：
n=Ls/ka
其中，n为投影镜头（6）预设放大倍率，L为预设距离，a为瞳孔直径，s为观察者距离所述屏幕的距离，k是为所述准直透镜（3）的焦距。
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