CN105116485B - 光导、激光光源和激光显示*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光导、激光光源和激光显示***，激光光源包括至少一个激光器模块和位于相应激光器模块输出光路的至少一个光导，该光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变，激光器模块射出的激光进入光导后改变光程，从而消除激光的相干性。本发明所述技术方案可广泛应用于各种激光显示***中，抑制激光显示***中的散斑现象，改善画面质量，提高画面的亮度、均匀度以及色彩饱和度，提升画面的观赏舒适度。

Description

光导、激光光源和激光显示***

技术领域

本发明涉及激光显示领域。更具体地，涉及光导、激光光源和激光显示***。

背景技术

激光具有高亮度，因此激光显示更易达到人眼几何分辨极限的大屏幕显示；激光是线谱，如激光的谱宽为5nm，而现有显示器光谱宽度为40nm，那么激光显示所能呈现的颜色数比现有显示器提高约500倍，因此激光显示能够实现双高清；同时激光具有更高的色饱和度，通过选择接近色度三角形顶角的三基色波长可使形成的色度三角形面积尽可能大，显示自然界更真实、更丰富的色彩，通过激光全息技术可以实现真三维显示。因此，激光显示是未来显示技术的发展方向。但由于激光的强相干性，成像时会形成散斑噪声，使得图像灰度剧烈变化，隐藏图像的细节信息，影响成像质量，降低了图像的清晰度和分辨率，所以需要对散斑进行控制。如何减弱散斑噪声的影响一直是人们研究的问题。不少科研工作人员提出了降低散斑对比度的方法，如利用不同波长的光源照明来降低激光相干性，从而抑制散斑；利用脉冲激光的叠加、移动散射体等方法来抑制散斑。这些方法虽然减弱了散斑的影响，但***较为复杂。

发明名称：消散斑的激光显示***、公开号：CN 104345470A的发明专利申请公开了一种通过在激光光源模块和显示面板模块中加入导光板模块以破坏激光的相干性，从而消除散斑的装置，但其采用的导光板模块为在亚克力板材浇铸过程中添加光散射材料颗粒而制成，该导光板模块存在几个问题，第一为该导光板模块中的光散射材料颗粒会使得激光形成很多反射，从而降低输出的光功率，第二为亚克力板材不耐高温，第三为该导光板模块的制作工艺复杂，所以该装置不适宜大量投入生产。

因此，需要提供一种光导、激光光源和激光显示***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光导、激光光源和激光显示***，光导和激光光源可广泛应用于各种激光显示***中，抑制激光显示***中的散斑现象，改善画面质量，提高画面的亮度、均匀度以及色彩饱和度，提升画面的观赏舒适度。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种光导，该光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变。

优选地，光导为光导棒，光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm。

优选地，光导为光导纤维，光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。

一种激光光源，包括至少一个激光器模块和位于相应激光器模块输出光路的至少一个光导，光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变。

优选地，光导为光导棒，光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm。

优选地，光导为光导纤维，光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。

一种激光显示***，该***包括：

红光激光器模块、绿光激光器模块、蓝光激光器模块、多个准直整形模块、多个光导、光阀、光合束器、成像镜头，

红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的输出光路上均顺序设置准直整形模块和光导；经过光导后的三束激光首先经过自身光路上的光阀，然后经过光合束器，或首先经过光合束器，然后进入同一光阀，通过成像镜头投射,

所述多个光导分别为径向大小沿光路传播方向多次渐变的光导。

优选地，多个光导分别为光导棒，光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm。

优选地，多个光导分别为光导纤维，光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案可广泛应用于各种激光显示***中，相比于现有的激光显示***，能抑制激光显示***中的散斑现象，显著地改善画面质量，提高画面的亮度、均匀度以及色彩饱和度，提升画面的观赏舒适度，且本发明所述技术方案的制造工艺简单、成本低廉，适宜大量投入生产。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出实施例1的结构示意图。

图2示出实施例3的结构示意图。

图3示出实施例4的结构示意图。

图4示出实施例5的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种光导、含有该光导激光光源和激光显示***，

首先是一种光导，该光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变，这里的多次渐变为：由大到小且由小到大多次改变或由小到大并由大到小多次改变。该光导使用在激光源或激光显示***之前，其径向大小沿光路传播方向多次渐变的形状已制作完成。该光导可应用于半导体激光源、全固态激光源等各种激光源，将该光导设置于激光器的输出光路上即可。

其次是含有该光导的激光光源，激光光源至少一个激光器模块和位于相应激光器模块输出光路的至少一个该光导。原子受激辐射出光子，而激光就是这些光子组成的光子队列(或可理解为一束激光是由光线组成的)，激光中的光子具有相同的频率、相位和偏振态，因此激光具有单色性好、方向性好、相干性好等特点，而激光器模块中激光单元射出的激光进入该光导后，因为该光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变，因此激光在该光导中传播时光线会发生随机地折射、散射，光线的光程发生改变，从而改变了光线的相位，进而消除了激光的相干性。

最后是含有该光导的激光显示***，利用含有该光导激光光源作为该激光显示***的激光光源，配以准直整形模块、光阀、成像镜头等，因为已经消除了激光的相干性，所以就可以在屏幕上显示出无散斑的高质量图像。

下面为本发明的5个实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的光导为一种变径的光导棒，该光导棒的径向大小沿光路传播方向多次渐变，多次渐变为：由大到小且由小到大多次改变或由小到大并由大到小多次改变，该光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm。该光导棒在设置于激光源或激光显示***之前，其变径的形状已制作完成。

实施例2

本实施例提供的光导为一种变径的光导纤维，该光导纤维的径向大小沿光路传播方向多次渐变，多次渐变为：由大到小且由小到大多次改变或由小到大并由大到小多次改变，该光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。该光导纤维在设置于激光源或激光显示***之前，其变径的形状已制作完成。

实施例3

如图2所示，本实施例提供的激光光源包括激光器模块和径向大小沿光路传播方向多次渐变的光导，光导设置于激光器模块输出光路上。原子受激辐射出光子，而激光就是这些光子组成的光子队列，激光中的光子具有相同的频率、相位和偏振态，因此激光具有单色性好、方向性好、相干性好等特点，而激光器模块中的激光器单元射出的激光进入该光导后，因为该光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变，因此激光在该光导中传播时会发生随机地折射、散射，激光的光程发生改变，从而改变了激光的相位，进而消除了激光的相干性。本实施例中的激光器模块为半导体激光器或全固态激光器。

实施例4

如图3所示，本实施例提供的激光显示***包括：

红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3，一一对应地输出红光、绿光、蓝光，红光、绿光、蓝光的输出光路分别不同；

分别设置在红光、绿光、蓝光的输出光路上的准直整形模块4、5、6，分别准直整形红光、绿光、蓝光；

分别设置在红光、绿光、蓝光的输出光路上的光导7、8、9，分别改变准直整形后的红光、绿光、蓝光的光程，光导7、8、9分别为径向大小沿光路传播方向多次渐变的光导；

分别设置在红光、绿光、蓝光的输出光路上的光阀12、13、14，对改变光程的红光、绿光、蓝光分别进行控制以产生不同灰度层次的红色、绿色、蓝色图像；

分别设置在红色、蓝色图像的输出光路上的反射镜10、11，分别将红色、蓝色图像反射入光合束器15

光合束器15，将红色、绿色、蓝色图像合成一路合成光束；

成像镜头19，将红色、绿色、蓝色图像投射到屏幕20上。

其中

光导为消除激光的相干性，进而实现无散斑激光显示的关键器件，本实施例中光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变，激光中的光线在该光导中传播时会发生随机地折射、散射，光线的光程发生改变，从而改变了激光的相位，进而消除了激光的相干性。

该激光显示***还优选包括散热模块16-1、16-2、16-3，温控模块17：

红光激光器模块1固定于散热模块16-1上，绿光激光器模块2固定于散热模块16-2上，蓝光激光器模块3固定于散热模块16-3上；

温控模块17分别控制上述三个散热模块的散热量，从而分别控制红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3所发射激光的波长。通过温控模块17可以控制温度来调节各激光器模块在特定输出功率，特别是较大功率下的波长。

红光激光器模块1输出激光的波长范围为635nm—670nm；绿光激光器模块2输出激光的波长范围为515nm—530nm；蓝光激光器模块3输出激光的波长范围为440nm—460nm；红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3一一对应地包括不同中心波长的多个红光激光单元、不同中心波长的多个绿光激光单元、不同中心波长的多个蓝光激光单元，多个红光激光单元、多个绿光激光单元、多个蓝光激光单元的中心波长一一对应的涵盖红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3的输出激光的波长范围，具体为：

红光激光器模块1包括五个红光激光单元，各红光激光单元的中心波长分别为635nm、640nm、650nm、660nm、670nm，在红光激光器模块1的输出光路上依次设置准直整形模块4、光导7、反射镜10、光阀12、光合束器15；

绿光激光器模块2包括含三个绿光激光单元，各绿光激光单元的中心波长分别为515nm、520nm、530nm，在绿光激光器模块2的输出光路上依次设置准直整形模块5、光导8、光阀13、光合束器15；

蓝光激光器模块3包括三个蓝光激光单元，各蓝光激光单元的中心波长分别为440nm、450nm、460nm，在蓝光激光器模块3的输出光路依次设置准直整形模块6、光导9、反射镜11、光阀14、光合束器15。

各红光激光单元、各绿光激光单元、各蓝光激光单元分别由激光器单管或激光器阵列组成。

该激光显示***还优选包括激光控制模块18，可根据显示器色彩要求分别自动选择合适中心波长的红光激光单元、绿光激光单元、蓝光激光单元使其发光，从而可以实现比现有技术更高的色域覆盖。例如通过激光控制模块18分别选择红光激光器模块1中中心波长为635nm的红光激光单元发光，绿光激光器模块2中中心波为530nm的绿光激光单元发光，蓝光激光器模块3中中心波长为440nm的蓝光激光单元发光。根据显示的色彩要求，为了显示图3中上述色度三角形左边一区域没有覆盖的部分颜色，通过激光控制模块18可以控制绿光激光器模块2中的中心波长为515nm的绿光激光单元发光，新组成的色度三角形就覆盖了第一个色度三角形所没有覆盖的部分颜色区域，扩展了显示器的色域覆盖率。同样道理，本实施例中红、绿、蓝激光器模块中的不同中心波长的激光单元之间任意组合形成的色度三角形所能覆盖的颜色区域都是本实施例的一种激光显示***所能覆盖的颜色范围，从而显著提高了色域覆盖率。

本实施例中准直整形模块4、5、6分别为非球面透镜、柱透镜、或者球面透镜。

本实施例中光阀12、13、14分别为透射式液晶光阀、反射式液晶光阀或数字微镜；

本实施例中光合束器15为X棱镜或TIR棱镜。

在红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3输出端激光分别经过准直整形模块和光导入射到光阀12、13、14，信号源经过转换将数字调制信号分别加到光阀12、13、14上，通过光阀12、13、14的通断来分别控制产生不同灰度层次的红色、绿色、蓝色图像。经调制后带有不同灰度层次的三基色激光通过光合束器15合为一束入射到成像镜头19中，这样三色图像就合为一副彩色图像，再将彩色图像投射到一定距离的屏幕20上即可实现无散斑激光显示。

实施例5

如图4所示，本实施例提供的激光显示***，包括：

红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3，一一对应地输出红光、绿光、蓝光，红光、绿光、蓝光的输出光路分别不同；

分别设置在红光、绿光、蓝光的输出光路上的准直整形模块4、5、6，分别准直整形红光、绿光、蓝光；

分别设置在红光、绿光、蓝光的输出光路上的光导7、8、9，分别改变准直整形后的红光、绿光、蓝光的光程，光导7、8、9分别为径向大小沿光路传播方向多次渐变的光导；

分别设置在红光、蓝光的输出光路上的反射镜10、11，分别将改变光程的红光、蓝光反射入光合束器；

光合束器15，将红光、绿光、蓝光合成一路合成光束；

光阀21，对合成光束进行控制以产生不同灰度层次的红色、绿色、蓝色图像；

成像镜头19，将红色、绿色、蓝色图像投射到屏幕20上。

其中

光导为消除激光的相干性，进而实现无散斑激光显示的关键器件，本实施例中光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变，激光中的光线在该光导中传播时会发生随机地折射、散射，光线的光程发生改变，从而改变了激光的相位，进而消除了激光的相干性。

该激光显示***还优选包括散热模块16-1、16-2、16-3，温控模块17：

红光激光器模块1固定于散热模块16-1上，绿光激光器模块2固定于散热模块16-2上，蓝光激光器模块3固定于散热模块16-3上；

温控模块17分别控制上述三个散热模块的散热量，从而分别控制红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3所发射激光的波长。通过温控模块17可以控制温度来调节激光模块在特定输出功率，特别是较大功率下的波长。

红光激光器模块1输出激光的波长范围为635nm—670nm；绿光激光器模块2输出激光的波长范围为515nm—530nm；蓝光激光器模块3输出激光的波长范围为440nm—460nm；红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3一一对应地包括不同中心波长的多个红光激光单元、不同中心波长的多个绿光激光单元、不同中心波长的多个蓝光激光单元，多个红光激光单元、多个绿光激光单元、多个蓝光激光单元的中心波长一一对应的涵盖红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3的输出激光的波长范围，具体为：

红光激光器模块1包括五个红光激光单元，各红光激光单元的中心波长分别为635nm、640nm、650nm、660nm、670nm，在红光激光器模块1的输出光路上依次设置准直整形模块4、光导7、反射镜10、光合束器15；

绿光激光器模块2包括含三个绿光激光单元，各绿光激光单元的中心波长分别为515nm、520nm、530nm，在绿光激光器模块2的输出光路上依次设置准直整形模块5、光导8、光合束器15；

蓝光激光器模块3包括三个蓝光激光单元，各蓝光激光单元的中心波长分别为440nm、450nm、460nm，在蓝光激光器模块3的输出光路依次设置准直整形模块6、光导9、反射镜11、光合束器15。

各红光激光单元、各绿光激光单元、各蓝光激光单元分别由激光器单管或激光器阵列组成。

该激光显示***还优选包括激光控制模块18，可根据显示器色彩要求分别自动选择合适中心波长的红光激光单元、绿光激光单元、蓝光激光单元使其发光，从而可以实现比现有技术更高的色域覆盖。例如通过激光控制模块18分别选择红光激光器模块1中中心波长为635nm的红光激光单元发光，绿光激光器模块2中中心波为530nm的绿光激光单元发光，蓝光激光器模块3中中心波长为440nm的蓝光激光单元发光。根据显示的色彩要求，为了显示图4中上述色度三角形左边一区域没有覆盖的部分颜色，通过激光控制模块18可以控制绿光激光器模块2中的中心波长为515nm的绿光激光单元发光，新组成的色度三角形就覆盖了第一个色度三角形所没有覆盖的部分颜色区域，扩展了显示器的色域覆盖率。同样道理，本实施例中红、绿、蓝激光器模块中的不同中心波长的激光单元之间任意组合形成的色度三角形所能覆盖的颜色区域都是本实施例的一种激光显示***所能覆盖的颜色范围，从而显著提高了色域覆盖率。

本实施例中准直整形模块4、5、6分别为非球面透镜、柱透镜、或者球面透镜。

本实施例中光阀21为透射式液晶光阀、反射式液晶光阀或数字微镜；

本实施例中光合束器15为X棱镜或TIR棱镜。

在红光激光器模块1、绿光激光器模块2、蓝光激光器模块3输出端激光经过准直整形模块和光导后通过光合束器15合成为一束入射到光阀21，信号源经过转换将数字调制信号加到对红、绿、蓝三基色激光分时调制的光阀21上，通过光阀21的通断来控制产生不同灰度层次的红色、绿色、蓝色图像入射到成像镜头***19上，再将三基色图像投射到一定距离的屏幕20上即可实现无散斑显示。由于人眼的视觉暂留效应并且三基色激光模块发光间隔远远小于人眼可分辨时间间隔，通过人眼观察的三色图像就合为一副彩色图像，实现无散斑激光显示。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种光导，其特征在于，该光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变；所述光导为光导棒或光导纤维，所述光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm；所述光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。

2.一种激光光源，包括至少一个激光器模块和位于相应激光器模块输出光路的至少一个光导，其特征在于，所述光导的径向大小沿光路传播方向多次渐变；所述光导为光导棒或光导纤维，所述光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm；所述光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。

3.一种激光显示***，其特征在于，该***包括：

红光激光器模块、绿光激光器模块、蓝光激光器模块、多个准直整形模块、多个光导、光阀、光合束器、成像镜头，

所述红光激光器模块、绿光激光器模块和蓝光激光器模块的输出光路上均顺序设置准直整形模块和光导；经过所述光导后的三束激光首先经过自身光路上的光阀，然后经过所述光合束器，或首先经过所述光合束器，然后进入同一光阀，通过所述成像镜头投射，

所述多个光导分别为径向大小沿光路传播方向多次渐变的光导；所述多个光导分别为光导棒或光导纤维，所述光导棒的径向大小的变换范围为：0.1mm至10cm；所述光导纤维的径向大小的变换范围为：0.01μm至10μm。