一种消散斑激光背光电视的光学系统的制作方法

本发明涉及散斑的抑制和减弱，特别用于激光显示，如激光电视；具体为一种消散斑激光背光电视的光学系统。

技术背景

当一相干激光束打在粗糙物体表面时，在该粗糙表面反射或透射的光之间会发生光波的干涉现象。所表现出的是光强分布明暗不均匀的颗粒状的点，称之为散斑。在激光显示中，散斑的存在将会降低图像质量，因而必须被抑制。

目前，受限制于激光二极管的光功率，大流明激光显示中一般采用光纤耦合的方法，将多个准直后的红、绿、蓝激光二极管经光纤束集成到一起，实现高功率光源照明。CN106353890A公布了一种“光束调控光纤消散斑方法及装置”，该专利申请通过光束调控元件，使激光束在一定角度范围内进行动态扫描，实现了散斑角度多样性条件，从而进行散斑抑制。

技术实现要素：

本发明的目的是基于一种光束调控光纤消散斑方法及装置，以消散斑的激光背光源取代LED背光源，提供一种消散斑激光背光电视的光学系统，区别于以激光投影为基础的激光电视的光学系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种消散斑激光背光电视的光学系统，包括：激光光源，所述激光光源出射的激光经准直后，被光束调控元件调制，使得激光在一定角度范围内实现动态扫描；经过调制的激光被聚光元件汇聚到多模光纤的入射端口，激光在所述多模光纤出射端口实现散斑抑制后作为背光源；其中：所述背光源经过若干光学元件后，最终进入液晶面板，组成消散斑激光背光电视的光学系统。

进一步，若干所述光学元件，采用侧入式结构为：导光板、扩散层、棱镜层和反射板，所述背光源由侧面进入导光板，经扩散层，再由棱镜层分光进入液晶面板，形成激光背光电视的光学系统；为保护光量，所述反射板可将分光反射向前。

进一步，若干所述光学元件，采用直入式结构为：反射板、扩散层、棱镜层，所述背光源直接经扩散层扩散，再由棱镜层分光进入液晶面板，形成激光背光电视的光学系统；为保护光量，所述反射板可将分光反射向前。

进一步，所述光束调控元件采用反射型光束调控元件或透射型光束调控元件。

进一步，所述所述光束调控元件的扫描频率等于或高于位于多模光纤的出射端口外的光强探测器的刷新频率，最终可在多模光纤出射端口实现最优化的消散斑效果。

进一步，所述多模光纤的入射端口的最大入射角度θ_i不大于多模光纤的接受角，以实现光强损耗降低至最低。

所述消散斑光源采用光束调控元件(如MEMS扫描镜、基于空间光调制器的动态光栅等)、聚光元件(如凸透镜)和多模光纤等实现。

本发明将光束调控光纤消散斑方法及装置应用于激光背光电视中，将消散斑的激光光源与传统的液晶面板结合,创造出一种消散斑激光背光电视光学系统，区别于以激光投影为基础的激光背光电视光学系统。

附图说明

图1为一种反射型消散斑激光背光电视光学系统的侧入式结构示意图；

图2为一种透射型消散斑激光背光电视光学系统的侧入式结构示意图；

图3为一种反射型消散斑激光背光电视光学系统的直入式结构示意图；

图4为一种透射型消散斑激光背光电视光学系统的直入式结构示意图。

图中：1-激光光源，2-光束调控元件，2.1-反射型光束调控元件，2.2-透射型光束调控元件，3-聚光元件，4-多模光纤，5-反射板，6-扩散层，7-棱镜层，8-液晶面板，9-导光板。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1、2、3、4所示，一种消散斑激光背光电视的光学系统，包括：激光光源1，所述激光光源1出射的激光经准直后，被光束调控元件2调制，使得激光在一定角度范围内实现动态扫描；经过调制的激光被聚光元件3汇聚到多模光纤4的入射端口，激光在所述多模光纤4出射端口实现散斑抑制后作为背光源；所述背光源经过若干光学元件后，最终进入液晶面板8，组成消散斑激光背光电视的光学系统。

若干所述光学元件，采用侧入式结构为：导光板9、扩散层6、棱镜层7和反射板5，所述背光源由侧面进入导光板9，经扩散层6，再由棱镜层7分光进入液晶面板8，形成激光背光电视的光学系统；为保护光量，所述反射板5可将分光反射向前。

若干所述光学元件，采用直入式结构为：反射板5、扩散层6、棱镜层7，所述背光源直接经扩散层6扩散，再由棱镜层7分光进入液晶面板8，形成激光背光电视的光学系统；为保护光量，所述反射板5可将分光反射向前。

所述光束调控元件2采用反射型光束调控元件2.1或透射型光束调控元件2.2。

所述所述光束调控元件2的扫描频率等于或高于位于多模光纤4的出射端口外的光强探测器的刷新频率。

所述多模光纤4的入射端口的最大入射角度θ_i不大于多模光纤4的接受角。

实施例1

如图1所示，以单个激光二极管光源取代单个LED光源为例：

一种反射型消散斑激光背光电视光学系统的侧入式结构，由激光光源1、反射型光束调控元件2.1、聚光元件3、多模光纤4、反射板5、扩散层6、棱镜层7、液晶面板8和导光板9组成。激光光源1经透镜准直后发射出的激光束被反射型光束调控元件2.1调制，形成调制激光束经聚光元件3后，耦合到多模光纤4的入射端口，再通过导光板9的侧面进入导光板，经导光板9向前导入扩散层6，扩散层的作用是让光均匀化，将偏离视野的光集中，从而提高光亮度，再经棱镜层7分光进入到液晶面板8，其中在经过导光板9和扩散层6的时候会有一部分光线被反射向后传输，此时反射板5将这部分光反射向前，起到一个保护光量的作用。

在图1中若已知多模光纤4的数值孔径(Numerical Aperture:NA)，可计算出该多模光纤4的接受角(acceptance angle)θ_a，即θ_a＝sin^-1(NA)。如多模光纤4的数值孔径NA＝0.22，则其接受角θ_a＝12.7°。若反射型光束调控元件2的最大调控角度为θ_m，则经聚光元件3后，在多模光纤4的入射端口的最大入射角度等于θ_i＝tan^-1(Z_i/Z_o×tanθ_m)＝tan^-1(M×tanθ_m)，其中Z_o是反射型光束调控元件2到聚光元件3的距离，Z_i是聚光元件3到多模光纤4入射端口的距离，M＝Z_i/Z_o是聚光元件3的放大倍数。为保证入射激光束在多模光纤4里面全内反射，需使多模光纤4的入射端口的最大入射角度θ_i不大于多模光纤4的接受角。

实施例2

如图2所示，以单个激光二极管光源取代单个LED光源为例：

一种透射型消散斑激光背光电视光学系统的侧入式结构，由激光光源1、透射型光束调控元件2.2、聚光元件3、多模光纤4、反射板5、扩散层6、棱镜层7、液晶面板8和导光板9组成。激光光源1经透镜准直后发射出的激光束被透射型光束调控元件2.2调制，形成调制激光束经聚光元件3后，耦合到多模光纤4的入射端口，再通过导光板9的侧面进入导光板，经导光板9向前导入扩散层6，再经棱镜层7分光进入到液晶面板8，其中在经过导光板9和扩散层6的时候会有一部分光线被反射向后传输，此时反射板5将这部分光反射向前，起到一个保护光量的作用。

和图1中的计算方法类似，为保证图2中入射激光束在多模光纤4里面全内反射，需使多模光纤4的入射端口的最大入射角度θ_i不大于多模光纤4的接受角。

反射型光束调控元件2.1和透射型光束调控元件2.2可通过振动衍射光学元件、电学调制衍射光学元件及旋转反射镜等方式实现。

实施例1、2中，在侧面两边各使用了一个激光，以1920×1080的屏幕分辨率为例，两侧的激光通过导光板9只能照射到1920×1080上的一个区域，实际激光背光电视的实施需要激光阵列和聚焦元件阵列来保证亮度，而色彩需要单色激光来照射荧光材料或者RGB三色纯激光来实现。

实施例3

如图3所示，以单个激光二极管光源取代单个LED光源为例：

一种反射型消散斑激光背光电视光学系统的直入式结构，由激光光源1、反射型光束调控元件2.1、聚光元件3、多模光纤4、反射板5、扩散层6、棱镜层7和液晶面板8组成。激光光源1经透镜准直后发射出的激光束被反射型光束调控元件2.1调制，形成调制激光束经聚光元件3后，耦合到多模光纤4的入射端口，再通过反射板5上的小孔射入扩散层6，再经棱镜层7分光进入到液晶面板8，其中在经过扩散层6的时候会有一部分光线被反射向后，此时反射板5将这部分光反射向前，起到一个保护光量的作用。

实施例4

如图4所示，以单个激光二极管光源取代单个LED光源为例：

一种透射型消散斑激光背光电视光学系统的直入式结构，由激光光源1、透射型光束调控元件2.2、聚光元件3、多模光纤4、反射板5、扩散层6、棱镜层7和液晶面板8组成。激光光源1经透镜准直后发射出的激光束被透射型光束调控元件2.2调制，形成调制激光束经聚光元件3后，耦合到多模光纤4的入射端口，再通过反射板5上的小孔射入扩散层6，再经棱镜层7分光进入到液晶面板8，其中在经过扩散层6的时候会有一部分光线被反射向后，此时反射板5将这部分光反射向前，起到一个保护光量的作用。

和图1中的计算方法类似，为保证图3、4中入射激光束在多模光纤4里面全内反射，需使多模光纤4的入射端口的最大入射角度θ_i不大于多模光纤4的接受角。

同样，以1920×1080的屏幕分辨率为例，实施例3、4中，只使用了一个激光，一个激光只能照射到1920×1080上的一个区域，在没有导光板9的情况下，照射的区域会比单个侧面激光更小。实际激光背光电视的实施需要激光阵列和聚焦元件阵列来保证亮度，而色彩需要单色激光来照射荧光材料或者RGB三色纯激光来实现。

侧入式结构与直入式相较而言，侧入式结构可以做到结构更紧凑，从而激光背光电视更薄，但是其亮度和色彩不如直入式结构。从成本上考虑，侧入式的结构紧凑就代表着对工艺要求要更高，但利用导光板之后所需的激光数量会更少，能耗会更低。

本发明能够以多种形式具体实施而不脱离本发明的精神和范围，应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作岀若干改进和等效范围内的变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。