CN107885020A - 一种激光光源及投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光源及激光投影设备。本发明实施例提供的激光光源包括至少两种颜色的激光器，发出至少两种颜色的激光，在所述至少两种颜色的激光传输光路中包括：用于透过激光到漫反射装置，并对漫反射装置所漫反射的激光进行反射的反光碗；用于将反光碗透过的激光漫反射到反光碗的漫反射装置；用于接收反光碗反射的激光，并对接收到的激光进行匀光的积分棒。激光透过反光碗到漫反射装置，在漫反射装置的漫反射部上形成光斑，在漫反射装置的漫反射部光斑发生漫反射，光斑向各个方向反射，增大光束漫反射角度从而减弱了光束角度相干性，因此散斑现象淡化、减弱。

Description

一种激光光源及投影设备

技术领域

本发明涉及激光显示领域，尤其涉及一种激光光源及激光投影设备。

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，激光光源作为一种优良的相干光源，具有单色性好，方向性强，光通量高等优点，近年来逐渐作为光源应用于投影显示技术领域。

激光的高相干性也带来了激光投影显示时的散斑效应，散斑是相干光源在照射粗糙的物体时，散射后的光，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，有些部分发生干涉相消，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。

因此，减轻激光散斑问题是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种激光光源及投影设备，用以减轻激光散斑、投影图像质量劣化的问题。

本发明实施例提供的激光光源，包括：至少两种颜色的激光器，发出至少两种颜色的激光，其特征在于，在所述至少两种颜色的激光传输光路中包括：

用于透过激光到漫反射装置，并对漫反射装置所漫反射的激光进行反射的反光碗；

用于将反光碗透过的激光漫反射到反光碗的漫反射装置；

用于接收反光碗反射的激光，并对接收到的激光进行匀光的积分棒。

可选地，所述漫反射装置包括漫反射部；或者，

所述漫反射装置包括漫反射部和漫透射部，所述漫透射部覆盖积分棒的入光口，所述漫透射部将反光碗反射的激光漫透射到积分棒的入光口。

可选地，所述漫反射装置为圆形的漫射轮，所述漫射轮的中心设置有固定组件，所述中心的外层圆环为漫反射部，所述漫反射部的外层圆环为漫透射部。

可选地，所述漫反射装置包括基板，所述基板上覆反射材料形成所述漫反射部。

可选地，所述基板包括：漫透射玻璃或扩散片。

可选地，所述积分棒的入光口和出光口的面积比小于1。

可选地，所述反光碗上设置有用于透过激光的通光孔。

可选地，所述反光碗是球面反射镜，或所述反光碗是椭圆反射镜。

可选地，所述的激光光源中，在所述激光器与所述反光碗之间还包括：准直透镜、单色合光装置、合光镜、聚焦透镜。

本发明实施例提供的激光投影设备，包括光机、镜头、以及上面所述的激光光源；

所述的激光光源为所述光机提供照明，所述光机对光源光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投射至投影介质形成投影画面。

本发明实施例提供的激光光源包括至少两种颜色的激光器，发出至少两种颜色的激光，在所述至少两种颜色的激光传输光路中包括：用于透过激光到漫反射装置，并对漫反射装置所漫反射的激光进行反射的反光碗；用于将反光碗透过的激光漫反射到反光碗的漫反射装置；用于接收反光碗反射的激光，并对接收到的激光进行匀光的积分棒。激光透过反光碗到漫反射装置，在漫反射装置的漫反射部上形成光斑，在漫反射装置的漫反射部光斑发生漫反射，光斑向各个方向反射，增大光束漫反射角度从而减弱了光束角度相干性，因此散斑现象淡化、减弱。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三色激光光源的投影设备的光学架构示意图；

图2为本发明实施例提供的三色激光光源的投影设备中漫反射装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的三色激光光源的投影设备中漫反射装置的另一种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的三色激光光源的投影设备的光学架构示意图；

图5为本发明实施例提供的三色激光光源的投影设备中反光碗为球面反射镜的示意图；

图6为本发明实施例提供的三色光源消散斑***中积分棒的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的激光投影设备结构示意图。

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份实施例，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。

如背景技术所述，光束在空间中产生干涉，在屏幕上呈现时会出现明暗相间的斑点，这些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。

为解决上述提到的问题，本发明实施例提出了一种激光光源及投影设备。

本发明实施例适用于多色激光光源或者基于多色激光光源的投影设备。下面以三色激光光源为例，对本发明实施例进行详细描述。

在激光传输的光路中，往往存在较多的光学镜片，一般可以包括有比如：凸透镜，凹凸镜，二向色镜，准直透镜等光学镜片。激光器发出的光束在光路中的各个镜片中传输，被透射或反射，进行光学处理。

参见图1，为本发明实施例提供的三色激光光源的投影设备的光学架构示意图。

如图1所示，三色激光光源的投影设备的光学架构中包括：

半导体激光器101R：用于发出红色激光；半导体激光器101G：用于发出绿色激光；半导体激光器101B：用于发出蓝色激光。半导体激光器101R、半导体激光器101G和半导体激光器101B可以分别为一个或多个(图中仅示例性地示出每种颜色的激光器的数量为4个)，多个激光器可提高整个画面的亮度。具体实施时，半导体激光器受驱动信号的控制，按照设定时序点亮(发出激光)。

半导体激光器101R发出的红色激光的传输路径上包括准直透镜201R，准直透镜201R可以将半导体激光器101R出射的具有一定发散角度的激光光束进行准直并出射到单色合光装置301R；半导体激光器101G发出的绿色激光的传输路径上包括准直透镜201G，准直透镜201G可以将半导体激光器101G出射的具有一定发散角度的激光光束进行准直并出射到单色合光装置301G；半导体激光器101B发出的蓝色激光的传输路径上包括准直透镜201B，准直透镜201B可以将半导体激光器101B出射的具有一定发散角度的激光光束进行准直并出射到单色合光装置301B。为了得到最佳的光处理效率，可设置激光器(101R，101G，101B)与相应的准直透镜之间的位置，使得激光器(101R，101G，101B)发出的激光入射到相应准直透镜的中心。

单色合光装置301R对从准直透镜201R出射的光束进行压缩后反射入合光镜401R；单色合光装置301G对从准直透镜201G出射的光束进行压缩后反射入合光镜401G；单色合光装置301B对从准直透镜201B出射的光束进行压缩后反射入合光镜401B。

合光镜401R对从单色合光装置反射入的光束再次反射进入聚焦透镜501；合光镜401G对从单色合光装置反射入的光束再次反射进入聚焦透镜501；合光镜401B对从单色合光装置反射入的光束再次反射进入聚焦透镜501。为了得到最佳的光处理效率，可设置合光镜(401R，401G，401B)与聚焦透镜501之间的位置，使得合光镜(401R，401G，401B)反射的光束入射到聚焦透镜501的中心。

聚焦透镜501对从合光镜401R、合光镜401G和合光镜401B反射出来的光束进行汇聚，并将汇聚的光束进行透射，进入反光碗601的光孔。反光碗的光孔可对应于聚焦透镜的中心设置。

从反光碗601的光孔透过的光束打到漫反射装置701上。漫反射装置701的结构可如图2所示，该漫反射装置701包括漫反射部701a、漫反射装置固定组件701c，漫反射装置701不覆盖积分棒的入光口。光束从反光碗601的光孔透过时先打到漫反射装置的漫反射部701a，在漫反射部701a上形成光斑，该光斑在漫反射部上发生漫反射，光斑向各个方向反射，反射的光束打到反光碗的反射面后，被反射入积分棒801的入光口。光束进入积分棒801，积分棒801对该光束进行匀光后射到DMD芯片901上。DMD芯片前端的照明***(未在图中示出)将光束引导至DMD表面，DMD由成千上万的小反射镜组成，这些小反射镜将光束反射入投影镜头1001成像，并投射至投影屏幕1101，形成投影图像。

从图1可以看出激光在整个三色激光光源的投影设备中的传输路径。其中，半导体激光器(101R，101G，101B)、准直透镜(201R，201G，201B)、单色合光装置(301R，301G，301B)、合光镜(401R，401G，401B)、聚焦镜501、反光碗601、漫反射装置701、积分棒801是激光光源中的部件。

图2所示的漫反射装置701为圆形的漫射轮，所述漫射轮的中心设置有固定组件，所述中心的外层圆环为漫反射部701a。该漫射轮可以通过在基板上涂覆漫反射材料(如硫酸钡、硅酸钠或硫酸钡及硅酸钠混合物，或者聚四氟乙烯或者Avian-D等高漫反射材料)得到。可选地，固定组件可以是旋转轴，在其带动下，漫射轮可以以其为轴旋转，这样在不同时刻，入射到漫反射部上形成的光斑可位于漫反射部上的不同位置，进而漫反射的方向不尽相同，从而使得消散斑的效果更好。

图2所示的漫反射装置是圆形，本发明实施例对图2所示的漫反射装置的形状不做具体的限制，只要该漫反射装置不覆盖积分棒的入光口位置即可。

图1所示的激光器为半导体激光器，当然也可以采用其他类型激光器(比如固定激光器或气体激光器等)，本发明实施例对此不做具体的限制。

图1所示的三色激光光源为红色光源、绿色光源及蓝色光源，当然也可以用其他颜色的激光光源，激光颜色的数量也可以两种或多于三种，本发明实施例也不做具体的限制。

下面结合图1和图2对本发明实施例对光斑实现消散的原理进行详细的描述。

从图1可知，从反光碗的光孔透过的光束在漫反射装置701的漫反射部上形成光斑，在漫反射装置的漫反射部光斑发生漫反射，光斑向各个方向反射，增大光束漫反射角度从而减弱了光束角度相干性，因此散斑现象淡化、减弱。

在另外的实施例中，漫反射装置还可以包括漫透射部，图3示例性地示出了包括漫透射部的漫反射装置702。如图3所示，该漫反射装置702可包括漫反射部702a、漫透射部702b、漫反射装置固定组件702c。漫反射装置702为圆形的漫射轮，所述漫射轮的中心设置有固定组件，所述中心的外层圆环为漫反射部，所述漫反射部的外层圆环为漫透射部。该漫射轮可以通过在具有漫透射功能的基板上用于实现漫反射功能的区域(位于中心外侧的圆环)涂覆漫反射材料(如硫酸钡、硅酸钠或硫酸钡及硅酸钠混合物，或者聚四氟乙烯或者Avian-D等高漫反射材料)得到，未涂覆漫反射材料的区域形成漫透射部。该基板可以是漫透射玻璃或扩散片。可选地，固定组件可以是旋转轴，在其带动下，漫射轮可以以其为轴旋转，这样在不同时刻，入射到漫反射部上形成的光斑可位于漫反射部上的不同位置，进而漫反射的方向不尽相同，从而使得消散斑的效果更好。

图3所示的漫反射装置是圆形，本发明实施例对图3所示的漫反射装置的形状不做具体的限制，只要该漫反射装置的漫透射部覆盖积分棒的入光口位置即可。

将上述漫反射装置702应用于三色激光光源的投影设备时，相应的投影设备的光学架构可如图4所示。该光学架构可通过用漫反射装置702替代图1中的漫反射装置701来实现，漫反射装置702的漫透射部702b覆盖积分棒的如光口。该光学架构中的其他部件基本与图1所示的相应部件功能相同，不再做具体的描述。

如图4所示，从反光碗的光孔透过的光束在漫反射装置702的漫反射部上形成光斑，在漫反射装置702的漫反射部上光斑发生漫反射，光斑向各个方向反射，发生反射的光束打到反光碗的反射面被再次反射至漫反射装置702的漫透射部，由于漫透射部覆盖积分棒的入光口，因此光束可以通过漫透射部进入积分棒的入光口。

下面结合图3和图4对本发明实施例实现消散斑的原理进行详细的描述。

从图4可知，在漫反射装置701的漫反射部上形成的光斑，在漫反射装置的漫反射部经过漫反射至反光碗的反射面，再被反射到漫反射装置702的漫透射部，相比于透明玻璃或者不设置漫投射部件，漫透射能够进一步增加光束的扩散，光束经过漫透射部的扩散，使得最终出射的光束的发散程度呈现多样化，光束出射时发散程度的多样化使得激光高斯性能能量分布规律改变，形成多个距离光轴具有偏移发散角度的光束部分，这些光束部分分散了原集中光轴的相干性较强的激光光束部分，从而降低了激光的相干性，利于消散斑。

从另外一个角度分析，光束发散角度的多样化，使得光束的光程差异也变得多样化，光程决定了相位的变化，从而光程的差异使得随机相位产生的概率增大，随机相位能够产生多个随机的散斑图样，而具有随机性的散斑图样在人眼产生积分效应时，散斑效应会减弱，从而降低图像的散斑现象。

图1或图4所示的反光碗601可以是球面反射镜或者椭圆反射镜。若反光碗601为椭圆反射镜，且漫反射装置不包括漫透射部，则激光光束透过反光碗601的光孔入射到漫反射部的第一位置，经过漫反射部反射至椭圆反射镜的镜面，再经过椭圆反射镜反射至积分棒的入光口，其中，所述第一位置和所述积分棒的入光口位置分别位于椭圆的两个焦点。

若反光碗601为椭圆反射镜，且漫反射装置包括漫透射部时，则激光光束透过反光碗601的光孔入射到漫反射部的第一位置，经过漫反射部反射至椭圆反射镜的镜面，再经过椭圆反射镜反射至漫反射装置的漫透射部的第二位置，因为漫反射装置包括漫透射部时，漫透射部覆盖积分棒的入光口，所以光束经过漫透射部透射至积分棒入光口。其中，所述第一位置和第二位置分别位于椭圆的两个焦点。

若反光碗601为球面反射镜，则该球面的直径大于设定阈值，以保证入射到漫反射装置的漫反射部的位置和积分棒入光口之间的位置有一定的间隔。如图5所示，当球面反射镜半径较大，在漫反射装置光入射面所在的平面上，会存在两个距离较近的聚焦位置A、位置B。激光光束透过球面反射镜入射到漫反射装置的位置A，经过漫反射装置的漫反射部反射至球面反射镜的镜面，再经过球面反射镜反射至积分棒的入光口，该入光口位于位置B。球面反射镜半径越大，则位置A和位置B之间的间隔越大。

优选的，反光碗光孔的大小可以依据光斑尺寸制定。光孔与反光碗口径比在1/5以内，这是由于光是朗伯体分布，它在各个角度都有光线，光孔越大损失越大，希望损失尽量小，此尺寸可以依据光斑的尺寸做调整。

图1所示的801是楔形光棒，楔形光棒也可以是带集光器的积分棒。如图6是带集光器的积分棒示意图。

参见图6，为带集光器的积分棒，积分棒的入光口和出光口的面积比小于1，图中的圆头有汇聚作用。这种带集光器的积分棒利用光学扩展量守恒原理，出光口和入光口大小不同，从而面积较大的出光口的光出射角度较小，这样当入射光是大角度光束如80°或者90°时，从出光口出去后光束就是小角度的，如30°或者40°。

另外，圆头在具有楔形光棒的基础上，还能够利用自身圆头部分具有抛物面反射面的优势，能够对大角度入射的光束进行内反射。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种激光投影设备，该激光投影设备可以包括本发明上述实施例所提供的激光光源，该激光投影设备具体可以是激光影院或者激光电视，或者其他激光投影仪器等。

图7示出了本发明实施例提供的激光投影设备示意图。

如图7所示，所述激光投影设备包括：激光光源501，光机502，镜头503、投影介质505。

其中，激光光源501是本发明上述实施例所提供的激光光源，具体可参见前述实施例，在此将不再赘述。

具体地，激光光源501为光机502提供照明，光机502对光源光束进行调制，并输出至镜头503进行成像，投射至投影介质505(比如屏幕或者墙体等)形成投影画面。其中，所述的光机502是上述基于激光光源光学架构中的DMD芯片。

本实施例提供的激光投影设备，激光沿着传输路径经过反光碗到达漫反射装置，在漫反射装置的漫反射部上形成光斑，在漫反射装置的漫反射部光斑发生漫反射，光斑向各个方向反射，增大光束漫反射角度减弱了光束角度相干性，因此散斑现象淡化、减弱；或者通过漫反射装置的漫投射部，相比于透明玻璃或者不设置漫投射部件，漫透射能够进一步增加光束的扩散，光束经过漫透射部的扩散，使得最终出射的光束的发散程度呈现多样化。光束发散角度的多样化使光束的光程差异也变得多样化，光程决定了相位的变化，从而光程的差异使得随机相位产生的概率增大，随机相位能够产生随机的散斑图样，而具有随机性的散斑图样在人眼产生积分效应时，散斑效应减弱，从而降低图像的散斑现象。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (10)

1.一种激光光源，包括：至少两种颜色的激光器，发出至少两种颜色的激光，其特征在于，在所述至少两种颜色的激光传输光路中包括：

用于透过激光到漫反射装置，并对漫反射装置所漫反射的激光进行反射的反光碗；

用于将反光碗透过的激光漫反射到反光碗的漫反射装置；

用于接收反光碗反射的激光，并对接收到的激光进行匀光的积分棒。

2.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述漫反射装置包括漫反射部；或者，

所述漫反射装置包括漫反射部和漫透射部，所述漫透射部覆盖积分棒的入光口，所述漫透射部将反光碗反射的激光漫透射到积分棒的入光口。

3.如权利要求2所述的激光光源，其特征在于，所述漫反射装置为圆形的漫射轮，所述漫射轮的中心设置有固定组件，所述中心的外层圆环为漫反射部，所述漫反射部的外层圆环为漫透射部。

4.如权利要求2或3所述的激光光源，其特征在于，所述漫反射装置包括基板，所述基板上覆反射材料形成所述漫反射部。

5.如权利要求4所述的激光光源，其特征在于，所述基板包括：漫透射玻璃或扩散片。

6.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述积分棒的入光口和出光口的面积比小于1。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反光碗上设置有用于透过激光的通光孔。

8.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述反光碗是球面反射镜，或所述反光碗是椭圆反射镜。

9.如权利要求1-8中任一项所述的激光光源，其特征在于，所述的激光光源中，在所述激光器与所述反光碗之间还包括：准直透镜、单色合光装置、 合光镜、聚焦透镜。

10.一种激光投影设备，包括光机、镜头、以及如权利要求1至9中任一项所述的激光光源。