CN106569379A - 一种激光消散斑光路及双色激光光源、三色激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光消散斑光路，通过在激光输出光路中依次设置第一锥形镜、扩散片和第二锥形镜，能够对高斯型激光光束进行匀化整形，结合扩散片的扩散作用，形成激光光束发散角度的多样性，并利用第二锥形镜对发散的激光光束进行收集，最终形成0度光轴附近和各个发散角度的光束匀化分布的方式，通过光束发散角度多样性能够降低激光的空间相干性，同时，0度和各个发散角度的匀化分布能够防止大角度发散光束的能量比例过高而造成进入光收集部件时的光损，利于提高激光光源亮度，本发明技术方案能够兼顾激光的消散斑和激光光源的亮度提升。本发明应用于激光显示技术领域。

Description

一种激光消散斑光路及双色激光光源、三色激光光源

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种激光消散斑光路及双色、三色激光光源。

背景技术

激光是一种高亮度，方向性强，发出单色相干光束的光源，由于激光的诸多优点，近年来被逐渐作为光源应用于投影显示技术领域。激光的高相干性带来了激光投影显示时的散斑效应，所谓散斑是指相干光源在照射粗糙的物体时，散射后的的光，由于其波长相同，相位恒定，就会在空间中产生干涉，空间中有些部分发生干涉相长, 有部分发生干涉相消, 最终的结果是在屏幕上出现颗粒状的明暗相间的斑点，这些未聚焦的斑点在人眼看来处于闪烁状态, 长时间观看易产生眩晕不适感，更造成投影图像质量的劣化，降低用户的观看体验。

在实际应用的激光光源中，激光光源种类越多，散斑效应也越严重。对于红蓝激光器组成的双色激光光源，人眼对于红色激光散斑效应的敏感程度高于对于蓝色激光的，因此红色激光光源的消散斑光路设计就显得尤为重要。

现有技术中存在多种消散斑技术。一种技术是采用振动的显示屏，通过屏的振动来减弱散斑斑点在人眼内的积分作用，但是对于大尺寸屏幕控制来说并不实用，并且目前投影也朝向无屏化方向发展；一种技术是利用多模光纤，使相邻光纤之间的长度大于光源的相干长度，从而降低相干性，但是光纤的体积大，光在光纤中的传播路径长，光能损耗也较大，不适用当前小型化和高亮要求的激光光源设计。以及，现有技术中还通过在激光光路中设置运动的散射片或者扩散片进行消散斑，但是效果有限。

发明内容

本发明提供了一种激光消散斑光路和双色激光光源、三色激光光源，能够提高激光的消散斑效果，解决多色激光光源应用时的散斑效应问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明首先提供了一种激光消散斑光路，包括激光器，发出激光，还包括沿激光输出光路依次设置的第一锥形镜，扩散片，以及第二锥形镜；

其中，第一锥形镜用于对激光光束进行匀化整形，扩散片用于对经第一锥形镜匀化整形后的激光光束进行扩散，第二锥形镜用于对扩散后的激光光束进行收集并二次匀化。

进一步地，第一锥形镜、第二锥形镜均为圆锥透镜。

进一步地，扩散片做旋转或者平动运动。

进一步地，消散斑光路还包括缩束部件，用于将激光光束进行缩束后入射第一锥形镜。

进一步地，缩束部件包括由一片凸透镜和一片凹透镜组成的望远镜***。

进一步地，第一锥形镜与第二锥形镜相对设置。

本发明还提供了一种双色激光光源，包括蓝色激光器和红色激光器，分别发出蓝色激光和红色激光；荧光轮，设置于蓝色激光出射光路中，包括荧光区和透射区，该荧光区设置有绿色荧光粉，用于受蓝色激光激发产生绿色荧光，透射区用于透射所述蓝色激光，

其中，荧光轮根据时序依次输出蓝色激光和绿色荧光，蓝色激光和绿色荧光经准直透镜组后到达合光部件；

以及，红色激光经消散斑光路后到达合光部件，该消散斑光路中至少设置第一锥形镜，扩散片，以及第二锥形镜，其中，第一锥形镜用于对激光光束进行匀化整形，扩散片用于对经第一锥形镜匀化整形后的激光光束进行扩散，第二锥形镜用于对扩散后的激光光束进行收集并二次匀化；

蓝色激光、绿色荧光和红色激光经合光后输出至导光部件。

进一步地，第一锥形镜、第二锥形镜为圆锥透镜。

进一步地，扩散片做旋转或者平动运动。

进一步地，合光部件为二向色镜。

进一步地，消散斑光路还包括缩束部件，用于将所述红色激光光束进行缩束后入射所述第一锥形镜。

进一步地，第一锥形镜与所述第二锥形镜相对设置。

进一步地，蓝色激光、绿色荧光和红色激光经合光后输出至导光部件之前还经过会聚部件，用于缩小所述合光后光束的发散角。

以及，本发明技术方案还提供了一种三色激光光源，包括三色激光器，发出红、绿、蓝三种激光，上述三种激光经过合光后经过上述方案的激光消散斑光路进行消散斑。

本发明技术方案，至少具有如下有益技术效果或者优点：

本发明技术方案提供的激光消散斑光路，通过在激光光路中设置第一锥形镜，利用锥形镜光学特性，能够将高斯型分布的激光光束打散形成类贝塞尔型光束，对激光光束进行匀化整形，改变了高斯型光束能量集中在0度或光轴附近的分布方式，对0度及光轴附近的激光光束能量大幅减弱，而这部分光束角度相同，相位或者相位差恒定，是造成激光空间相干性强的主要原因，随着这部分光束的变少，激光光束的空间相干性程度也随之减弱，同时形成具有多个发散角度且各个发散角度的能量相对匀化的分布，以及整个激光光束的能量分布以多个发散角度的光束能量为主。

以及通过设置在第一锥形镜后的扩散片，能够对进行匀化后的激光光束进一步扩散，可以将类贝塞尔型光束的各种发散角度的光束进一步扩散，增加发散角度的随机性，增强发散程度，一方面能够与第一锥形镜对激光光束的打散作用相结合共同形成激光光束发散角度的多样性，而发散角度的多样性能够造成光线传输的光程差差异，不同的光程差导致不同的相位变化，从而相位相同或者相差恒定的概率就大大降低，破坏了发生干涉的条件之一，进而降低了激光光束的相干程度和和激光光源应用时的散斑效应。另一方面，扩散片对发散角度的随机分布作用，起到了一定的对各个发散角度分布进行匀化的作用，使大发散角度和0度的光束能量分布对比的差异化减小。

并且通过设置第二锥形镜，对扩散后的激光光束进行收集并二次匀化，使分布在0度及光轴附近角度的光束以及具有各个发散角度的光束的能量呈均匀分布状态，提高了整个激光光束在各个角度上光束的均匀分布程度。一方面，经过二次匀化的激光光束具有多个发散角度，能够利用发散角度的多样性原理进行消散斑，同时，相比于经过第一锥形镜后的各角度的光束分布，将分布在0度及光轴附近的光束的能量比例进行了提升，利于提高激光光束在穿过光学部件时的光处理效率，尤其能够防止大角度发散光束的能量比例过高而造成进入光收集部件时的光损，从而提高了激光光源的亮度。

综上，本发明技术方案提供的激光消散斑光路通过使用两片锥形镜和扩散片的组合来进行消散斑，能够从根本上改变激光高斯型能量分布的特点，既增加了激光光束的发散角度，又对0度及光轴附近与大发散角度的光束的能量分布进行了匀化，能够兼顾激光的消散斑效果和激光光源的亮度提升，具有较高的实用价值。

本发明技术方案还提供了一种双色激光光源，包括蓝色激光光源和红色激光光源，通过对红色激光采用上述的消散斑光路进行消散斑，使红色激光能够经过两片锥形镜和扩散片的共同作用从根本上改变激光高斯型能量分布的特点，既增加了激光光束的发散角度，又对0度及光轴附近与大发散角度的光束的能量分布进行了匀化，既能够对红色激光光束进行消散斑同时还减少了由于大角度发散角的光束比例的增加而可能带来的传播过程中的光损，有利于保证红色激光的亮度。由于人眼对红色激光的散斑效应更为敏感，降低了红色激光的相干程度也就减轻了双色激光光源应用时的散斑效应，从而达到对双色激光光源消散斑的目的，同时减小了红色激光的光损，也有利于提升双色激光光源的亮度。

以及，本发明技术方案中，蓝色激光入射荧光轮后激发出绿色荧光，绿色荧光和蓝色激光由一个荧光轮部件根据时序依次输出，再与经消散斑后的红色激光、蓝色激光和绿色荧光通过一个合光部件进行合光，消散斑光路及合路和合光部件少，光学架构简洁，并能够提供低散斑、高亮度的激光照明光源。

本发明技术方案提供的三色激光激光，该三色激光光源经合光后形成一路光束，并经上述两片锥形镜和扩散片组成的激光消散斑光路，参考上述锥形镜和扩散片组合消散斑的作用过程，本发明技术方案提供的三色激光光源既能够有效消散斑，还能够减小激光光源的亮度损失，从而提供低散斑、高亮度的激光照明光源。

附图说明

图1为现有技术锥形镜光路传播示意图；

图2为类贝塞尔光束光斑分布示意图；

图3A为现有技术高斯型光束分布示意图；

图3B为高斯型光束光斑分布示意图；

图4为本发明实施例1提供的激光消散斑光路示意图

图5为本发明实施例1中经过第一锥形镜后的激光光束能量分布示意图；

图6为本发明实施例1中经过扩散片后的激光光束能量分布示意图；

图7为本发明实施例1中经过第二锥形镜后的激光光束能量分布示意图；

图8为本发明实施例2提供的双色激光光源结构示意图；

图9为本发明实施例3提供的双色激光光源结构示意图；

图10为本发明实施例4提供的三色激光光源结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在介绍本发明具体实施例之前，首先介绍一下锥形镜的光学特性，锥形镜具有一个锥面和一个平面，其中光线从平面一侧入射，可用于产生可随着距离增加直径、但又保持一致环形厚度的非衍射环形光束。如图1所示，当平行光束入射至锥形镜平面一侧时，经锥面折射具有聚焦收敛的作用，但是经过锥面顶点E出射的光线向多个方向发散，从而将光束能量进行分散。由于同时对光束具有收敛和发散的光学效果，在锥形镜的出射方向会形成一个光束的菱形交叉区，如图1所示的阴影部分，当在此区域，比如在图1中所示的XY平面进行成像观察时，可以观察到同心的多个环状光束，如图2所示意。其中，多个同心环状光束中位于内层的光束或靠近光束环中心的光束能量较弱，位于外层的光束环能量较强，图中用光束环的颜色深浅来示例说明光束环能量强度的对比情况。

实施例1

本发明实施例1提供了一种激光消散斑光路，如图4所示，包括激光器1，可以为一组或多组，发出激光，该激光器可以为蓝色激光器或红色激光器或绿色激光器，并不具体限定具体颜色。

在消散斑光路中沿激光出射光路依次设置有第一锥形镜3，扩散片4，以及第二锥形镜5。其中，第一锥形镜3用于对激光光束进行匀化整形，扩散片4用于对经第一锥形镜匀化整形后的激光光束进行扩散，第二锥形镜用于对扩散后的激光光束进行收集并二次匀化。

具体地，由于激光器发出的激光光斑直径约在60mm左右，为提高激光光束的传输效率和整形效率，在该消散斑光路中还包括缩束部件2，用于将大光斑的激光光束进行缩束，减小光斑面积，以使得光束能够全部通过后续的光学部件-锥形镜中的传输，减少光能在传输过程中的损失，并提高锥形镜对激光光束的整形效率。在本发明实施例中，缩束部件2位于激光器1和锥形镜3之间。在具体实施中，如图4所示，缩束部件2可以是一片凸透镜和一片凹透镜组成的望远镜***，经过望远镜***后的激光光斑面积缩小，进行了光束的缩束，从而能够容易地被下一光学镜片即锥形镜3全部接收。

在本发明实施例中，第一锥形镜3和第二锥形镜5具体可以均为圆锥透镜，其光学部件截面为圆形，便于接收圆形或椭圆形或方形的激光光斑，且加工成本低。

在本发明实施例方案中，由于第一锥形镜和第二锥形镜的作用不同，具体地，第一锥形镜是将激光光束打散，第二锥形镜是对发散的光束进行收集，因此第一锥形镜和第二锥形镜相对设置。以及，对于第一锥形镜和第二锥形镜的选型并不做具体限定，可以大小面型相同，也可以不同，根据光路中对光束的整形程度不同而定。

如前所述，根据锥形镜的光学特性，当沿着透镜平面向锥面入射光束为高斯型光束时，能够将高斯型激光光束转化为类贝塞尔型光束，对激光光束的能量分布进行匀化。图3A表示了高斯型光束的分布示意图，能量集中在光轴附近，即0度及光轴附近角度的光束能量占整个激光光束的绝大部分，能量较为集中，而在同一种光源中，光束的入射角度相同，相位或相位差恒定，这是造成激光空间相干性强的主要原因。图3B表示了激光相干光源光斑的示意图，光斑中心部位颜色深，光能量密度大，因此相干性也最强。

当激光光束经过第一锥形镜时，高斯型分布的光束被打散形成类贝塞尔型光束，类贝塞尔型光束为多个同心光束环，不同光束环在传输过程中的光程差和相位差差异性较大，超过了相干长度（相干长度是指具有一定谱宽的光源能够发生干涉的最大光程差），从而在一定程度上降低了多个光束环之间的发生干涉的概率。以及，圆锥透镜将部分通过锥形镜锥角顶点的光束打散，增大了光束的发散角的角度，也增加了发散角度的多样性。随着激光光束变成类贝塞尔型光束环分布，其能量分布也随之变化，如图5所示。其中，纵轴代表光束的能量分布强度，横轴代表与0度光轴形成的发散角度或光束的发散程度。对比图3A可知，原高斯型的光束能量分布变成了图5所示的0度及多角度光束相对匀化的能量分布，以及整个激光光束的能量分布以多个发散角度的光束能量为主，。以及，图5中在0度或者光轴附近角度发散角的光束所占的能量强度变弱，比例减少，出现了多个发散角度的光束能量分布曲线，各个发散角度的光束在整个光束中所占的能量比例增加，且各发散角度的光束能量相对匀化分布。也就是，经过第一锥形镜3后，由于锥角对光束的发散作用，处于0度或光轴附近角度的光束能量分布不再过于集中，而是对该部分光束的能量进行大幅消弱，能量比例急剧降低，而这部分光束角度相同，相位或者相位差恒定，是造成激光空间相干性强的主要原因，随着这部分光束的变少，激光光束的空间相干性程度也随之减弱，同时形成多发散角度的光束，而多发散角度光束之间的相位差差异性增强，发生干涉的概率大大降低，从而整个激光光源的空间相干性变弱。

在本发明实施例中，扩散片4位于第一锥形镜3后，用于对经锥形镜3出射的类贝塞尔型光束进行扩散，能够起到增强消相干的效果。这是因为，虽然类贝塞尔型光束具有多个同心光束环，光束环之间的距离超过了光束的相干长度，不利于各个光束环的光束之间发生干涉，但是每个光束环内的光束之间仍在相干长度范围之内，从而仍具有较强的相干特性。因此，在本实施例中，在第一锥形镜3后还设置有扩散片4。优选地，扩散片4为运动的扩散片，可以是旋转运动，也可以是平动运动，由于运动的扩散片能够增大对激光光束的发散程度和发散角度的随机分布，增加激光光束的随机空间相位，相比于固定设置的扩散片，消散斑效果更佳。

运动的扩散片需要通过驱动装置驱动，驱动装置可以利用现有技术实现，在本发明实施例中不做详细说明。

扩散片4在运动过程中，起到均匀扩散的作用，因此能够对类贝塞尔型光束的各个光束环进行分别扩散，进一步增大各个光束环光的发散角以及发散角度的随机性，通过与第一锥形镜3对激光高斯型光束的打散效果相叠加，增加了激光光束的发散角度，并形成多个发散角度，而发散角度的多样性能够造成光线传输的光程差，所谓光程差是指两束光到达某点的光程之差值，是表明干涉条纹性质的量。在本发明实施例中，同一光源发出的不同发散角度的两束光，在同一介质中传播，其光程差可简单的由几何路径差推导得到。举例来说，0度光线和5度发散角度的光线到达同一光学镜片（视作同一点）时，5度光线所经历的几何路径大于0度光线的，从而具有一定的光程差，根据相位差=2π/λ ×光程差（λ为真空中的波长，在本实施例中，为同种激光，λ相同），不同的光程差导致不同的相位变化，从而相位相同或者相差恒定的概率就大大降低，破坏了干涉的条件之一，从而减轻了激光的相干程度和激光光源应用时的散斑效应。

同时，扩散片4对发散角度的随机分布作用，起到了一定的对各个发散角度分布进行匀化的作用，使大发散角度和0度的光束能量分布对比的差异化减小。如图6所示的经过扩散片4后的激光光束能量分布示意图，对比图5可知，两侧发散角度的光束能量有所降低，0度光轴附近的光束能量有所提升。在实际应用时，期望靠近光轴附近的光能量较强，便于提高光束在通过各个光学镜片中的光学效率，尤其利于后端光机部分的光棒收集，由于光棒收集光束时入射角范围的限定，对于偏离光轴较远的大角度的发散光会因为大于入射角范围被损失掉，无法完成收集。因此本发明技术方案中通过扩散片的再次扩散匀化作用，通过在一定程度上减弱大发散角度光束的能量分布，从而减少进入光棒时的光损，利于提高光源亮度，通过对0度光轴附近光束能量的提升，提高光束通过光学镜片时的光学效率，同时间接地利于提高光源的亮度。

经过扩散后的激光光束还通过第二锥形镜，由于第二锥形镜对扩散后的激光光束的收集及二次匀化作用，使分布在0度及光轴附近角度的光束以及具有各个发散角度的光束的能量呈均匀分布状态，提高了整个激光光束在各个角度上光束的均匀分布程度。如图7所示的经过第二锥形镜后激光光束能量分布示意图，通过与图5及图6对比可知，激光光束在0度或光轴附近角度的光能量增多，分布比例提高，各个角度的光束，无论是0度光轴还是具有多种发散角度的发散光束各自呈高斯分布，但各个光束彼此之间能量均衡，分布均匀，从而整个激光光束在各个角度的均匀分布性提高。

基于这种分布，一方面，经过二次匀化的激光光束具有多个发散角度，能够利用发散角度的多样性原理进行消散斑，同时，相比于经过第一锥形镜后的各角度的光束分布，将分布在0度及光轴附近的光束的能量比例进行了提升，利于提高激光光束在穿过光学部件时的光处理效率，这是由于一般光学部件设置时其中心会尽量沿着光轴，这样大部分光线能够被光学部件正常穿过处理，比如，相比于0度的光线沿着光轴入射凸透镜，发散角度为5度的光线可能沿着凸透镜的边缘部分入射，有可能由于凸透镜边缘的加工或者结构遮挡原因不能够被正常会聚，造成光学处理效率的下降，而这种降低大角度发散角光束能量分布的措施尤其能够防止大角度发散光束的能量比例过高而造成进入光收集部件时的光损，在激光光源为光机部分提供照明时，光棒的入射角度通常设定有一具体范围，而光棒的入射角度范围也与镜头的光学参数有关，可调整范围较小，如果对于激光光束的能量主要集中在大发散角度的光束部分，那么对于发散角度大于光棒入射角的光线就无法进入光棒而损失掉，如果这部分光束的能量比例较大，必然造成光损情况的加重，因此经过第二锥形镜的二次匀化作用，能够使得0度及光轴附近角度的光束以及多发散角度的光束各自呈高斯分布，且呈均匀状态，有利于减少光损提高激光光源的亮度。

具体实施中，如果激光光束经过上述第一锥形镜、扩散片和第二锥形镜的消散斑处理后，发散角较大，造成光学扩展量变大而不利于全部进入下一个光学部件，可以在光路设置光会聚部件，比如凸透镜，对光束进行会聚，达到入射角度要求，尤其是针对光棒入射角度范围的要求，减小整形后激光光束的发散角，使尽可能多的光束进入光棒中，提高光收集效率，利于提高激光照明光源的亮度。

综上，经上述第一锥形镜，扩散片和第二锥形镜共同作用后的激光光束从高斯型集中分布在0度及光轴附近的分布方式变为具有多个发散角，且具有多个发散角和0度及光轴附近角度的光束均匀分布的方式，既增加了激光光束的发散角度，又对0度及光轴附近与大发散角度的光束的能量分布进行了匀化，能够兼顾激光的消散斑效果和激光光源的亮度提升，具有较高的实用价值。

实施例2

本发明实施例2提供了一种双色激光光源，将实施例1所述的激光消散斑光路应用到双色激光光源架构中。

具体地，如图7所示，双色激光光源包括蓝色激光器11和红色激光器12，分别发出蓝色激光和红色激光，蓝色激光器和红色激光器可以分别为一组或者多组，两者可以并列排列，也可以垂直排列设置，在具体实施时会综合考虑合光光路体积、散热结构的复杂程度来进行选择；以及荧光轮3，设置于蓝色激光出射光路中，包括荧光区（图中未示出）和透射区（图中未示出），荧光区设置有绿色荧光粉，用于受蓝色激光激发产生绿色荧光，透射区用于透射所述蓝色激光。

对于蓝色激光光路，蓝色激光器11发出蓝色激光，根据旋转时序，一部分蓝色激光入射荧光轮3的荧光粉区，激发荧光轮产生三基色之一的绿光，一部分蓝色激光从荧光轮的透射区穿过，产生三基色之一的蓝光。

如实施例1中所述，从激光器发出的激光光斑面积较大，为了提高激光对荧光的激发效率，以及提高激光在光学部件中的传输效率，需要对激光器发出的激光光斑进行聚焦缩小，形成小的高能量密度的光斑打到荧光轮3的荧光粉上。因此，蓝色激光器11发出的蓝色激光需要经过第一聚焦透镜组27进行聚焦，形成小的激光光斑。第一聚焦透镜组27可以包括两片凸透镜，如图8所示。这两片凸透镜中，靠近激光器设置的凸透镜面型较大，用于全面的接收激光器直接发出的光斑，靠近荧光轮设置的凸透镜面型较小，用于对经第一片凸透镜聚焦后的光斑二次聚焦，加快光斑面积的缩小。以及，在另一种实施中，第一聚焦透镜组27也可以包括一个由凸透镜和凹透镜组成的望远镜***，以及一片凸透镜，先对激光光束进行缩束，再进行聚焦。

在本发明实施例中，为了简化蓝色激光和绿色荧光的合路，减少光轴转换镜片的使用，使用透射型荧光轮，荧光轮3的荧光粉设置在透明基板上或者由荧光粉和无机材料，比如陶瓷，混合烧结制成荧光粉板体，该板体透明，能够允许光线穿过。并在荧光粉层外侧设有高透蓝反绿镀膜，由于被激发的荧光的出射方向是沿着各个方向的，当部分绿色荧光沿朝向荧光轮正面出射时，该高透蓝反绿镀膜可以使绿色荧光被反射并沿着蓝色激光入射的方向从荧光轮背面出射，从而，荧光轮3在旋转过程中，能够根据时序依次输出蓝色激光和绿色荧光。

相比于反射型荧光轮，省略了蓝色激光的回路设计，回路设计通常包括聚焦透镜，平面反射镜等，因此节省了光学镜片的使用数量和种类。

由于经荧光轮3出射后的蓝色激光和绿色荧光发散角度较大，在荧光轮3背面还设置有准直透镜组28，用于对发散的蓝色激光和绿色荧光进行准直成平行或近似平行光束输出。准直透镜组28通常包括两片凸透镜，也可以是一片超球面透镜。

经准直后的蓝色激光和绿色荧光到达合光部件4，与红色激光进行合光。

对于红色激光光路，由于人眼对红色激光产生的散斑效应敏感程度大于对蓝色激光的，在本发明实施例中，专门针对红色激光光路设置了消散斑光路，用于对红色激光消散斑处理，减轻由于红色激光的使用对于整个双色激光光源散斑劣化的影响。

具体地，可参考实施例1中的消散斑光路设置，红色激光依次经缩束部件21后依次入射第一锥形镜23，扩散片24，以及第二锥形镜25，通过第一锥形镜23对红色激光高斯型能量分布的匀化作用，变成类贝塞尔型分布，由于处于0度或光轴附近角度的光束能量分布不再过于集中，对该部分光束的能量进行大幅消弱，能量比例急剧降低，而这部分光束角度相同，相位或者相位差恒定，是造成激光空间相干性强的主要原因，随着这部分光束的变少，激光光束的空间相干性程度也随之减弱，同时形成多发散角度的光束，而多发散角度光束之间的相位差差异性增强，发生干涉的概率大大降低。同时，扩散片24在运动过程中，起到均匀扩散的作用，因此能够对类贝塞尔型光束的各个光束环进行分别扩散，进一步增大各个光束环光的发散角以及发散角度的随机性，通过与第一锥形镜23对激光高斯型光束的打散效果相叠加，增加了激光光束的发散程度，并形成多个发散角度，而发散角度的多样性能够带来破坏相位差恒定的干涉条件，从而能够对红色激光起到消散斑的作用。

以及，由于第二锥形镜25对扩散后的激光光束的收集及二次匀化作用，使分布在0度及光轴附近角度的光束以及具有各个发散角度的光束的能量呈均匀分布状态，提高了整个激光光束在各个角度上光束的均匀分布程度。从而经过二次匀化的激光光束具有多个发散角度，能够利用发散角度的多样性原理进行消散斑，同时，能够减小大发散角度的光束在光传输过程中可能造成的光损，有利于提高红色激光的亮度。

经消散斑后红色激光也到达合光部件4，与蓝色激光和绿色荧光进行合光。

在本发明实施例中，合光部件4具体为一片二向色镜，通过镀膜，能够透射红光并反射蓝光和绿光。

红色激光、蓝色激光和绿色荧光经合光后到达导光部件5，进行光收集，以便为投影设备光机提供照明。导光部件通常为光棒。光棒作为光机的一部分，用于将光源部分时序输出的三基色光传导给光机的DMD芯片进行调制，并投影到屏幕上形成图像。由于光棒具有一定的入射角度范围，发散角度超过该入射角度范围的光束将无法进入光棒，造成光能的浪费，因此三基色光在到达导光部件之前通常还经过聚焦透镜，以减小发散角度。

在本发明实施例中，设置有第二聚焦透镜26用于对三基色合光进行聚焦，使更多的光束能够满足导光部件5的入射角度范围，提高光源亮度。

在本发明实施例中，红色激光器12和蓝色激光器11是并列设置，在合路之前，需要对其中一个光路进行光轴方向转换，以便使蓝色激光和红色激光能够以相互垂直的光轴方向经过一片二向色镜以一路透射，一路反射的方式进行合光。因此在红色激光光路中设置了反射镜22，反射镜22可以为平面反射镜。如果红色激光器12和蓝色激光器11是垂直设置，则两路激光传播方向相互垂直，则不需要进行光轴方向的转换，可以省略反射镜部件的使用。

由于人眼对于红色激光的散斑效应相比于蓝色激光的更加敏感，因此，在双色激光光源中，对于红色激光的消散斑问题就更为必要。在本发明实施例中，通过在红色激光的光路中设置双锥形镜和扩散片部件，如实施例1中所述的消散斑过程，能够既减轻了红色激光的相干性，进而减轻红色激光光源和双色激光光源应用时的散斑效应，实现消散斑的目的，同时能够减少红色激光的光损，实现了消散斑和提高激光光源亮度的双重目的。

相比于现有技术中，使用随机相位器或者光纤消散斑的方案，本发明实施例提供的激光消散斑光路使用双锥形镜和扩散片的组合来进行消散斑，通过改变激光光束能量的分布规律，增加光束发散角度的多样性来破坏相干条件，能够从根本上改变激光高斯型分布本身带来的相干特性，有效的降低激光光束的空间相干性，并降低了消散斑过程中的激光的光损。

同时，本发明实施例提供的双色激光光源架构，对红色激光光路中增加了消散斑部件，在合光之前进行了消散斑，对蓝色激光和绿色荧光，通过使用一个透射型荧光轮部件实现沿同一方向输出，三者到达同一合光部件进行合光输出，形成三基色。该光源架构既解决了红色激光的散斑效应问题，可以提供高质量的激光照明光源，同时还使用较少的光学部件实现三基色的合路和合光，光源架构简单，体积小，便于激光设备的小型化。

实施例3

本发明实施例3与实施例2中不同的是，荧光轮3为反射式荧光轮，如图8所示，反射式荧光轮受激产生的荧光通过铝基板的反射作用朝向与蓝色激光入射方向相对的方向射出，合光部件4置于荧光轮3之前。

为了对透射的蓝色激光和反射的荧光进行准直，需要在荧光轮3的正面和背面均设置有准直透镜组28。其中蓝色激光经过荧光轮背面的准直透镜组28后还要经过中继回路，包括中继透镜和平面反射镜等部件，如图9所示的光学部件25，返回至合光部件4。合光部件4为一二向色镜，通过镀膜，实现透蓝透红反绿的选择作用。因此，能够允许蓝色激光先透射并照射到荧光轮表面，激发绿色荧光粉发出绿色荧光，绿色荧光经非荧光区的镜面反射，沿着与蓝色激光入射相对的方向到达合光部件4，经二向色镜反射出去。

对于红色激光光路，同理可以采用实施例1所公开的消散斑光路，经过消散斑光路后，红色激光到达合光部件4，通过合光部件4的透射作用到达聚焦透镜进行发散角的缩小。

在本发明实施例中，红色激光的消散斑光路作用过程和有益效果也同实施例1，其相同部分内容再次不再赘述。

以及，与透射式荧光轮不同的是，反射式荧光轮虽然需要针对蓝色激光进行回路设计，但是荧光的转换效果相对较高，这是因为目前透射式荧光轮由于荧光激发过程中，热量聚积明显影响了荧光的转换效率，对光源亮度有一定的影响。

上述实施方式，本领域技术人员可以根据光源***的散热，结构设计要求进行选择。

实施例4

本发明实施例4提供了一种三色激光光源，可以基于实施例1中所述的消散斑光路进行消散斑。

下面以基于实施例1为例，提出了一种示例的三色激光光源结构示意图，如图10所示，三色激光器11,12,13分别发出红色、蓝色和绿色激光，其中，三色激光器分别通过两片二向色片21,22进行合光，本示例中仅给出一种合光方式，也可以使用合光镜等其他合光元件，并不限定与此。

二向色片21通过镀膜实现红色激光透射，蓝色激光反射，以及二向色片22通过镀膜实现红色激光和蓝色激光的透射，绿色激光的反射，从而通过两片二向色片的合光处理将三路颜色的激光形成一路输出光。

该合光后的一路输出光首先通过缩束部件23，具体地，可以为由一片凸透镜和一片凹透镜组成的望远镜***，进行光束面积的缩小，以使光斑能够全部通过后面的锥形镜部件，提高光学处理效率。

三色激光的合光通过第一锥形镜3、扩散片4和第二锥形镜5进行消散斑，其作用过程和有益效果与实施例1相同，在此不再赘述。

以及，在本发明示例的光源结构图中未示出经过第二锥形镜后的其他光学部件，比如会聚部件，用于当经扩散片扩散后的光发散角度较大而不满足后端光收集部件-光棒的入射角度时进行添加。如果激光合光光束发散角度满足光棒入射角度要求，则可以不添加会聚部件，比如凸透镜或凸透镜组，直接进入光棒。

需要说明的是，三色激光的散斑问题相比于单色激光或双色激光光源更为严重，因此本发明实施例中利用第一锥形镜对合光激光光束的分布规律进行改变，对高斯型光束进行匀化整形，将原来能量集中的分布方式变成具有一定发散角度的且各发散角度能量相对匀化的分布方式，大幅减弱了位于0度光轴附近造成激光相干性较强的光束部分，并利用扩散片的扩散作用，进一步增加各激光合光光束的发散程度和发散角度随机分布，通过与第一锥形镜对激光高斯型光束的打散效果相叠加，可达到使光束发散角度多样性的目的，同时利用第二锥形镜对扩散后激光光束的收集以及二次匀化整形作用，能够使分布在0度及光轴附近角度的光束以及具有各个发散角度的光束的能量呈均匀分布状态，提高了整个激光光束在各个角度上光束的均匀分布程度，既实现了激光光束反射角度的多样性，又能够减小大角度发散光束的能量比例过高而造成的光处理过程中的光损，保证了激光光源的亮度。

因此，本发明实施例4提供的三色激光光源既能够具有良好的消散斑效果，同时还具有较高的亮度，具有较高的实用价值。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种激光消散斑光路，包括激光器，发出激光，其特征在于，还包括沿激光输出光路依次设置的第一锥形镜，扩散片，以及第二锥形镜；

所述第一锥形镜用于对激光光束进行匀化整形，

所述扩散片用于对经第一锥形镜匀化整形后的激光光束进行扩散，

所述第二锥形镜用于对扩散后的激光光束进行收集并二次匀化。

2.根据权利要求1所述的消散斑光路，其特征在于，所述第一锥形镜、第二锥形镜均为圆锥透镜。

3.根据权利要求1或2所述的消散斑光路，其特征在于，所述扩散片做旋转或者平动运动。

4.根据权利要求1所述的消散斑光路，其特征在于，所述消散斑光路还包括缩束部件，用于将所述激光光束进行缩束后入射所述第一锥形镜。

5.根据权利要求4所述的消散斑光路，其特征在于，所述缩束部件包括由一片凸透镜和一片凹透镜组成的望远镜***。

6.根据权利要求1所述的消散斑光路，其特征在于，所述第一锥形镜与第二锥形镜相对设置。

7.一种双色激光光源，包括蓝色激光器和红色激光器，分别发出蓝色激光和红色激光；荧光轮，设置于蓝色激光出射光路中，包括荧光区和透射区，所述荧光区设置有绿色荧光粉，用于受所述蓝色激光激发产生绿色荧光，所述透射区用于透射所述蓝色激光，其特征在于，

所述荧光轮根据时序依次输出蓝色激光和绿色荧光，所述蓝色激光和绿色荧光经准直透镜组后到达合光部件；

所述红色激光经消散斑光路后到达所述合光部件，所述消散斑光路中至少设置第一锥形镜，扩散片，以及第二锥形镜，

其中所述第一锥形镜用于对激光光束进行匀化整形，

所述扩散片用于对经第一整形匀化后的激光光束进行扩散，

所述第二锥形镜用于对扩散后的激光光束进行会聚整形；

所述蓝色激光、绿色荧光和红色激光经合光后输出至导光部件。

8.根据权利要求7所述的激光光源，其特征在于，所述第一锥形镜、第二锥形镜为圆锥透镜。

9.根据权利要求7或8所述的激光光源，其特征在于，所述扩散片做旋转或者平动运动。

10.根据权利要求7所述的激光光源，其特征在于，所述合光部件为二向色镜。

11.根据权利要求7所述的激光光源，其特征在于，所述消散斑光路还包括缩束部件，用于将所述红色激光光束进行缩束后入射所述第一锥形镜。

12.根据权利要求7所述的消散斑光路，其特征在于，所述第一锥形镜与所述第二锥形镜相对设置。

13.根据权利要求7所述的消散斑光路，其特征在于，所述蓝色激光、绿色荧光和红色激光经合光后输出至导光部件之前还经过会聚部件，用于缩小所述合光后光束的发散角。

14.一种三色激光光源，包括三色激光器，分别发出红、绿、蓝三色激光，其特征在于，所述三色激光器经合光后，经权利要求1-6所述的激光消散斑光路进行消散斑。