[發(fā)明專利]一種分段式激光光源系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711115336.2
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107797294A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金旺;何龍;田海軍;陳志潔
• 申請（專利權(quán)）人: 四川長虹電器股份有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/48;G03B21/20
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙)51124
• 代理人: 吳中偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分段式激光光源系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前投影系統(tǒng)照明部分大多采用LED光源，由于電光效率較低，不滿足節(jié)能、高亮的投影需求，隨著半導(dǎo)體激光二極管技術(shù)的成熟，激光光源作為一種高亮度、高準(zhǔn)直的新型光源，具有廣色域、高亮度、高飽和度、低能耗、長壽命等特點(diǎn)，正被逐步應(yīng)用到投影、照明等領(lǐng)域，。

實(shí)際應(yīng)用的激光光源中，由于激光具有高相干性，使得激光經(jīng)過粗糙表面反射或透射時(shí)，由于粗糙表面基于的高度漲落不同引起光程差，導(dǎo)致投影的圖案呈顆粒狀圖樣，也就是激光散斑，這一現(xiàn)象嚴(yán)重影響了顯示圖像的質(zhì)量；激光相干性包括空間相干和時(shí)間相干，兩者均會(huì)導(dǎo)致激光投影顯示的散斑效應(yīng)和不均勻性，特別是人眼對綠光敏感，因此對激光光源的效散斑及勻化處理顯得尤為重要。

現(xiàn)有技術(shù)對激光消散斑有很多方法，如振動(dòng)衍射光學(xué)或者屏幕、電/磁振動(dòng)光纖、超聲波驅(qū)動(dòng)液晶單元等技術(shù)，均利用人眼積分時(shí)間效應(yīng)來降低散斑視覺。這些裝置手段過于單一，無法在工程上進(jìn)行應(yīng)用或者造成整個(gè)激光投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，難于小型化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種分段式激光光源系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中激光投影顯示的散斑效應(yīng)和不均勻性的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種分段式激光光源系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光光源、望遠(yuǎn)縮束系統(tǒng)、激光消散斑-勻化器；

所述半導(dǎo)體激光光源包括二極管陣列模組、陣列準(zhǔn)直透鏡、分光鏡，二極管陣列模組通過各自對應(yīng)的陣列準(zhǔn)直透鏡后平行輸出激光光場，激光光場通過分光鏡耦合成共孔徑的激光光場，并進(jìn)入望遠(yuǎn)縮束系統(tǒng)；望遠(yuǎn)縮束系統(tǒng)對激光光場進(jìn)行孔徑壓縮，壓縮后的激光光場輸出至激光消散斑-勻化器，激光消散斑-勻化器對壓縮后的光場進(jìn)行勻化、消散斑處理并在其光棒出口處產(chǎn)生均勻的方形光場。

進(jìn)一步的，所述二極管陣列模組包含激光二極管陣列、導(dǎo)熱銅板、導(dǎo)熱管、散熱片；激光二極管陣列均勻排列安裝在導(dǎo)熱銅板上，導(dǎo)熱銅板內(nèi)插導(dǎo)熱管，導(dǎo)熱管內(nèi)含冷媒，導(dǎo)熱管另一端接散熱片；所述二極管陣列為以下的任意一種形式：

A.單色藍(lán)光激光二極管陣列；

B.藍(lán)、紅雙色激光二極管陣列；

C.RGB三色激光二極管陣列。

進(jìn)一步的，所述陣列準(zhǔn)直透鏡的透鏡面型采用雙曲非球面，可有效減小光源模組尺寸，將激光發(fā)射的高斯分布場轉(zhuǎn)換為平頂分布場，起到初步勻化的效果，雙曲非球面透鏡方程為：

其中，c_x、c_y、k_x、k_y分別為非球面透鏡在X、Y方向的曲率和圓錐系數(shù)。

進(jìn)一步的，所述縮束鏡系統(tǒng)采用伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)的架構(gòu)，望遠(yuǎn)物鏡采用彎月正透鏡，次鏡為雙凹負(fù)透鏡，縮短了整個(gè)裝置的尺寸。透鏡材料選用低成本的成都光明材料，如H-k9l、H-QK3L，縮束倍率控制在0.3～0.6之間，出光口徑控制在25mm以下。

進(jìn)一步的，激光消散斑-勻化器包含靜態(tài)擴(kuò)散片、相位調(diào)節(jié)器、聚光透鏡、擴(kuò)散部、開口式遮光板、勻化導(dǎo)光棒、機(jī)構(gòu)殼體、驅(qū)動(dòng)控制板；

靜態(tài)擴(kuò)散片對輸入的光場進(jìn)行初步的勻化、消散斑，相位調(diào)節(jié)器將初步勻化、消散斑的光場進(jìn)行消相干處理，聚光透鏡對消相干處理后的光場進(jìn)行聚光耦合，聚光耦合后的光場經(jīng)過擴(kuò)散部再次勻化、消散斑，從擴(kuò)散部出來的光場再由開口式遮光板的開口進(jìn)入勻化導(dǎo)光棒，勻化導(dǎo)光棒進(jìn)行進(jìn)一步的勻化和消散斑處理，最終在光棒后端得到光場分布均勻的激光光場。

進(jìn)一步的，所述靜態(tài)擴(kuò)散片的擴(kuò)散半角控制在2～4°，擴(kuò)散半角增大會(huì)增大激光光源的擴(kuò)展不變量，不利于后續(xù)光場的耦合，擴(kuò)散半角太小，消散斑效應(yīng)下降。

進(jìn)一步的，所述相位調(diào)節(jié)器包含楔形相位波片、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制電路板，激光通過楔形相位波片分解為O光和E光，且波片上不同口徑處分解出的O光和E光相位差各部相同，通過驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)隨機(jī)上下或者左右推動(dòng)楔形相位波片實(shí)時(shí)改變相位差，從而降低激光的相干特性，降低激光散斑效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)頻率控制在30Hz～3000Hz。

進(jìn)一步的，所述聚光透鏡采用偶次非球面透鏡，可有效降低光學(xué)系統(tǒng)的像差，提高激光耦合效應(yīng)，非球面的方程為：

其中，R為球面頂點(diǎn)處的曲率半徑(從左向右為正),K、An為非球面系數(shù)，ρ為歸一化徑向坐標(biāo)。