CN102436073A - 基于半导体激光器阵列的投影照明光路 - Google Patents

Abstract

一种基于半导体激光器阵列的投影照明光路，包括：一半导体绿光激光器阵列模组、一半导体红光激光器阵列模组和一半导体蓝光激光器阵列模组；一合光模组；其中该半导体绿光激光器阵列模组、半导体红光激光器阵列模组以及半导体蓝光激光器阵列模组通过光路与合光模组连接，该半导体绿光激光器阵列模组、半导体红光激光器阵列模组以及半导体蓝光激光器阵列模组向合光模组提供光；一相位整形器件，位于合光模组的输出光路上，该相位整形器件一方面用于对合光模组混合的光进行整形，另一方面在起到进一步抑制散斑的作用。

Description

基于半导体激光器阵列的投影照明光路

技术领域

本发明涉及激光投影显示领域，尤其是采用半导体激光器阵列作为光源，能够提高投影图像质量的投影照明光路。

背景技术

采用高压汞灯作为光源的传统投影机，光源寿命短，投影图像色域小，饱和度低，逐渐满足不了人们对色彩的需求。激光显示凭借其光源寿命长，可表现极限色彩，投影图像高清晰度，高对比度等优点，日益受到人们的关注。

半导体激光器相比其他固体激光器体积小，光电效率高，是激光显示的理想光源。目前红光和蓝光激光二极管都已经很成熟，单管功率已经达到瓦级别；绿光激光器也已经有了很大的进步，这些发展都为半导体激光器用于激光显示领域奠定了基础。

然而，激光高相干性的特点，使激光投影显示具有广色域优点的同时也导致了激光投影显示的一个缺点：散斑现象。散斑现象严重影响了投影图像质量，是激光投影显示必须要解决的难题之一。

因此，如何才能在降低激光的相干性，有效消除散斑的同时能够保持激光广色域，成为一个关键问题。

对这一关键问题人们也提出了很多的方法，例如专利CN101063519和专利US298273都提出了通过激光器阵列光纤耦合的结构来消除散斑的照明***。这种***中利用多根光纤将阵列激光耦合在一起，虽然能在一定程度上抑制散斑，然而要达到较好的效果，所需要的子数目较多，会造成体积的增大和光能利用率的降低。这些因素都限制的激光显示的大规模应用。

发明内容

要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是减小投影照明光源模块的体积，并且能在保证激光显示广色域的同时，可以有效的降低光源的相干性，抑制散斑，提高显示质量。

技术方案

为了达到上述目的本发明提供一种一种基于半导体激光器阵列的投影照明光路，包括：

一半导体绿光激光器阵列模组、一半导体红光激光器阵列模组和一半导体蓝光激光器阵列模组；

一合光模组；

其中该半导体绿光激光器阵列模组、半导体红光激光器阵列模组以及半导体蓝光激光器阵列模组通过光路与合光模组连接，该半导体绿光激光器阵列模组、半导体红光激光器阵列模组以及半导体蓝光激光器阵列模组向合光模组提供光；

一相位整形器件，位于合光模组的输出光路上，该相位整形器件一方面用于对合光模组混合的光进行整形，另一方面在起到进一步抑制散斑的作用。

有益效果

1、本发明提供的这种基于半导体激光器阵列的投影照明光路，采用半导体激光器阵列作为光源，减小了光源模块的体积，另外这种结构在保证激光单色性不变的情况下降低了光源的相干性，从而一定程度上抑制的散斑效果。

2、本发明提供的这种基于半导体激光器阵列的投影照明光路中，还采用了旋转的全息散射片和相位整形器件。旋转全息散射片有两个作用：抑制散斑和均匀光斑。相位器件也同时起到光束整形和降低散斑的作用。这种光路在上述三个方面有效的抑制散斑和改善光斑的均匀性，从而提高投影图像的质量。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中：

图1是本发明提供的基于半导体激光器阵列的投影照明光路结构图；

图2是本发明提供的基于半导体激光器阵列的投影照明光路中半导体绿光激光器阵列模组的结构图；

图3是本发明提供的基于半导体激光器阵列的投影照明光路中半导体红光激光器阵列模组的结构图；

图4是本发明提供的基于半导体激光器阵列的投影照明光路中合光模组的结构图；

图5是本发明提供的基于半导体激光器阵列的投影照明光路中散斑抑制原理图。

具体实施方式

请参阅图1至图4，本发明提供一种基于半导体激光器阵列的投影照明光路，包括：一半导体绿光激光器阵列模组1、一半导体红光激光器阵列模组2和一半导体蓝光激光器阵列模组3，一合光模组4，一相位整形器件5。所述半导体绿光激光器阵列模组1的数量为2-5个，所述半导体红光和蓝光激光器阵列模组2、3的数量分别为2-50个。它们为该照明***提供了所必须的红蓝绿三色光源。

其中一个半导体绿光激光器阵列模组1包括：一绿光激光器11(见图2)，该绿光激光器11可产生功率为4w，波长为532nm的绿光；一反射镜12，该反射镜12位于绿光激光器11的光路上，且与光路呈45度角；在该反射镜12的反射光路上依次排列有一双凹透镜13、散射片14和平凸透镜15。其中，双凹镜对绿光光束进行发散。散射片14一面为粗造面，另一方面为光滑的平面，且两面都镀有宽带增透膜。散射片14可由电机带动旋转，一方面能提高光斑的均匀性，另一方面可以降低激光的相干性，从而达到抑制散斑的效果。光通过散射片14后，进一步的被发散。平凸透镜15位于散射片15适当的距离处，起到准直光束的作用。

其中一个半导体红光激光器阵列模组2或一个半导体蓝光激光器阵列模组3(见图3)包括：依次排列于光路上的一半导体红光激光器21、一非球面透镜22、一旋转的散射片23和一平凸透镜24。其中，每个红光激光器21，功率为1W，波长为638nm；非球面透镜22用于将红光激光器21发射的光进行准直。旋转的散射片23的结构和散射片15类似，起到消除散斑和均匀光斑的作用。平凸镜24用于将散射片后发散光进行准直。

其中一合光模组4，所述合光模组4由两片与垂直线呈45度角的双色镜31、32组成(见图4)。其中双色镜31能够反射638nm的红光，透射445nm的蓝光；双色镜32能够反射532nm的绿光，透射638nm的红光和445nm的蓝光。

其中该半导体绿光激光器阵列模组1、半导体红光激光器阵列模组2以及半导体蓝光激光器阵列模组3通过光路与合光模组4连接，该半导体绿光激光器阵列模组1、半导体红光激光器阵列模组2以及半导体蓝光激光器阵列模组3向合光模组4提供光；

一相位整形器件5，位于合光模组4的输出光路上，该相位整形器件5一方面用于对合光模组4混合的光进行整形，另一方面在起到进一步抑制散斑的作用。

本发明所提出的光路对散斑的消除作用，为了更清晰的看到效果。下面具体分析一下散斑消除的效果。

图5显示了光路中消除散斑的三个方面。根据散斑的理论分析，可以得到N幅独立散斑图像概率分布函数f(I)。

$f\left(I\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{I^{N-1}}{(N-1)!{I_0}^N}\exp (-\frac{I}{I_0}),I\&GreaterEqual;0\\ 0,I<0\end{array}\right.,$

其中N为散斑图像的个数，I₀为散斑的平均强度，I为光强。散斑的定义其中σ为一幅图像中光强的标准差。<I>一幅图像的平均光强。它们有如下的表达式：σ²＝<I²>-<I>²。根据上面各式我们可以求得散斑的对比度为

因此可以看到，在人眼的积分时间内叠加的独立散斑图像个数越多，散斑抑制效果越明显。基于该理论，在我们所设计的光路中，一是采用阵列激光作为光源来减弱光源的相干性，每一个激光都可以看作是独立的，假设有N1个，因此这一部分对抑制散斑的贡献为

二是利用旋转的散射体，在人眼的积分时间内产生独立的散斑图像个数为N2，对抑制散斑的贡献是

三是利用相位整形器件，它对抑制散斑的贡献是

因此总的散斑消除效果为

显然本发明所提出的基于半导体激光器阵列的投影照明光路能很好的起到抑制散斑的作用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于半导体激光器阵列的投影照明光路，包括：

一半导体绿光激光器阵列模组、一半导体红光激光器阵列模组和一半导体蓝光激光器阵列模组；

一合光模组；

其中该半导体绿光激光器阵列模组、半导体红光激光器阵列模组以及半导体蓝光激光器阵列模组通过光路与合光模组连接，该半导体绿光激光器阵列模组、半导体红光激光器阵列模组以及半导体蓝光激光器阵列模组向合光模组提供光；

一相位整形器件，位于合光模组的输出光路上，该相位整形器件一方面用于对合光模组混合的光进行整形，另一方面在起到进一步抑制散斑的作用。

2.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的投影照明光路，其中所述半导体绿光激光器阵列模组的数量为2-5个。

3.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的投影照明光路，其中所述半导体红光和蓝光激光器阵列模组的数量为2-50个。

4.根据权利要求2所述的基于半导体激光器阵列的投影照明光路，其中一个半导体绿光激光器阵列模组包括：

一绿光激光器；

一反射镜，该反射镜位于绿光激光器的光路上，且与光路呈45度角，该反射镜的反射光路上依次排列有一双凹透镜、全息散射片和平凸透镜。

5.根据权利要求3所述的基于半导体激光器阵列的投影照明光路，其中一个半导体红光激光器阵列模组或一个半导体蓝光激光器阵列模组包括：依次排列于光路上的一半导体蓝光激光器、一非球面透镜、一旋转的散射片和一平凸透镜。

6.根据权利要求1所述的基于半导体激光器阵列的投影照明光路，其中合光模组由两片与垂直线呈45度角的双色镜组成。

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