一种可调散斑对比度的激光光源系统的制作方法

本实用新型涉及激光光源技术领域，具体为一种可调散斑对比度的激光光源系统，应用于照明、显示、城市亮化、舞台灯光等方面。

背景技术：

投影机作为显示行业中最主要的设备之一，自诞生以来即被广泛应用于教育、商业、工程、监控、模拟训练、影院放映等各个行业。但目前全球市场范围内，投影仪中所广泛使用的氙灯，高压汞灯等灯泡寿命短、颜色差、亮度受限、使用成本高、不环保等，已经很难跟上时代的步伐，无法满足24小时/每日，每周7天的持续性工作的需求，诸如控制与监控室，大型建筑物亮化实景等新的行业应用需求。红绿蓝(rgb)激光投影显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力，又具有高亮度、超长寿命、使用成本低和绿色环保等特性，被誉为显示行业的终极显示技术。具有其他显示技术无可比拟的优势，但是激光显示也面临着许多需要解决的问题，最关键的是激光的散斑问题。激光是高相干光源，在显示过程中会产生非常严重的散射现象从而形成激光散斑，激光散斑严重影响了激光显示图像的质量，如何抑制消除激光散斑是激光显示亟待解决的问题。

显示领域，激光散斑的抑制和消除一般通过以下几种方式：(1)、光源，通过增加激光光源的波长数量可以有效抑制散斑，但激光光源的波长数量有限，因此仅能降低很小一部分激光散斑。另外可以通过调制器改变激光相位，使激光位相无序化，进而降低激光的相干性，从而减弱激光的散斑效应；(2)、照明光路，通过在照明光路系统中增加一个运动随机漫反射体，对激光光束进行随机相位调制，从而降低激光光束的空间相干性，进而达到减弱激光散斑的目的；(3)、振动屏幕，通过振动屏幕，对激光相位进行随机调制，从而随机改变同位置处的激光散斑图样，利用人眼的积分时间，使不同的散斑图样在同位置处进行强度叠加，进而使散斑图样的强度起伏被平均化，很好的抑制了激光散斑。

加激光光源波长数量和在投影机内部对激光相位进行无序扰动，会使激光散斑有所下降，但无法满足实际使用需求；通过振动屏幕，利用人眼积分时间消除激光散斑的方式可以满足实际使用需求，但对于巨幕和一些特殊使用的环境，工程安装存在非常大的难度，不利于产品的工程化应用。为了从根本上解决激光散斑这一难题，使激光应用不再受激光散斑的限制，能够更广泛的应用于其他领域，所以本实用新型提出了一种可调散斑对比度的激光光源系统。

技术实现要素：

由于激光光源的高单色性，使得激光光源具有超强的相干性特质，从而使屏幕上出现严重的散斑颗粒图样，严重影响了画面的成像质量，通过现有散斑消除技术在使用上存在很大的局限性，为了解决激光散斑这一技术问题，本实用新型提出了一种可调散斑对比度的激光光源系统，在激光光源中掺入多波长非相干光源，通过调节激光光源和多波长非相干光源的掺和比例，有效控制激光光源的散斑对比度，对激光散斑进行有效控制，从而使激光光源可以满足不同使用环境对散斑对比度的需求，为激光光源更广泛的应用奠定基础。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种可调散斑对比度的激光光源系统，包括非相干光光源和激光光源，所述非相干光光源出射的光束通过反射镜ⅰ入射至合光反射组件，所述激光光源出射的光束经过反射镜ⅱ入射至合光反射组件，入射至合光反射组件的两束光经合束后出射至光通管。

优选的，所述非相干光光源包括蓝色激光光源ⅰ和蓝色激光光源ⅱ，所述蓝色激光光源ⅰ出射的光束依次经过匀光片ⅱ、透蓝反红绿合束镜、荧光准直组件后入射至荧光单元；蓝色激光光源ⅱ出射的光束依次经过匀光片ⅰ、透蓝反红绿合束镜、荧光收集组件后出射；所述荧光单元激发的光束经过荧光准直组件和荧光收集组件后出射。

优选的，所述激光光源包括蓝色激光光源ⅲ、绿色激光光源和红色激光光源，所述蓝色激光光源ⅲ出射的光束依次经过反绿透蓝合束镜、反红透蓝绿合束镜、匀光片ⅲ、汇聚透镜后入射至匀光光通管，所述绿色激光光源出射的光束依次经过反绿透蓝合束镜、反红透蓝绿合束镜、匀光片ⅲ、汇聚透镜后入射至匀光光通管，所述红色激光光源出射的光束依次经过反红透蓝绿合束镜、匀光片ⅲ、汇聚透镜后入射至匀光光通管；所述匀光光通管出射的光束依次经过成像透镜ⅰ和成像透镜ⅱ后出射。

本实用新型通过巧妙的光路设计将激光光源和非相干光光源合束耦合进入光通管，通过电路设计对激光光源和非相干光光源的掺和比例进行调节控制，进而达到激光散斑对比度可调节的目标，可以满足不同工作环境对散斑对比度的需求，通过实施本系统可以生产出体积小，能效高，工作环境要求宽松，同时性价比高的散斑对比度可调节激光光源，完全满足批量化，商用化的需求，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示激光光源整体示意图。

图2表示非相干光光源示意图。

图3表示激光光源示意图。

图中：1-非相干光光源，2-激光光源，3a-反射镜ⅰ，3b-反射镜ⅱ，4-合光反射组件，5-光通管；101-蓝色激发光源ⅰ，102a-匀光片ⅰ，102b-匀光片ⅱ，103-蓝色激光光源ⅱ，104-透蓝反红绿合束镜，105-荧光单元，106-荧光准直组件，107-荧光收集组件；201-蓝色激光光源ⅲ，202-绿色激光光源，203-反绿透蓝合束镜，204-红色激光光源，205-反红透蓝绿合束镜，206-匀光片ⅲ；207-汇聚透镜，208-匀光光通管，209-成像透镜ⅰ，210-成像透镜ⅱ。

图4表示激光光源+非相干光光源光谱图。该图仅仅示意性的表示rgb激光与非相干光光源合成后的光谱图：宽光谱与窄带光谱的组合。实际使用时由于可见光rgb激光与非相干光光源的种类较多，光谱不一定与本示意图绝对一致。图中：连续光谱ⅵ为非相干光光源光谱，分离光谱ⅰ为蓝光激光光谱465nm、分离光谱ⅱ为绿光激光光谱520nm、分离光谱ⅲ为绿光激光光谱525nm、分离光谱ⅳ为红光激光光谱638nm、分离光谱ⅴ为红光激光光谱642nm。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

本实施例提供一种可调散斑对比度的激光光源系统实施方案，通过在激光光源中掺入多波长非相干光光源，并对激光光源和多波长非相干光光源的掺和比例进行控制。

激光光源散斑对比度cr计算公式如下：

其中σ是激光光场部分的标准偏差，是激光光场部分的光强平均值，i1、i2、…in是摄像机单元像素的光强值。在激光光源中加入均匀的非相干光光源，光源的光强则该非相干光光源的标准偏差σ′＝0，故加入非相干光光源后，合光光场的平均光强如下：

合光光场的标准差σ0如下：

因此合光光场的散斑对比度cr0如下：

上述计算公式表明，通过调节控制激光光源和非相干光光源的配合比例，可以实现对屏幕散斑对比度的调节控制，从而实现不同使用环境对散斑对比度的需求。

为有效控制激光光源的散斑对比度，推进激光光源的使用，本实施例通过提供新颖的光学光路以及光学元器件的设计方案，设计了一种散斑对比度可调节激光光源系统，可有效控制激光光源的散斑对比度，提高了系统的光能利用率，改善了系统的稳定性。

一种可调散斑对比度的激光光源系统，包括非相干光光源1和激光光源2。如图1所示，非相干光光源1出射的光束通过反射镜ⅰ3a入射至合光反射组件4，激光光源2出射的光束经过反射镜ⅱ3b入射至合光反射组件4，入射至合光反射组件4的两束光经合束后出射至光通管5。

如图2所示，非相干光光源1包括蓝色激光光源ⅰ101和蓝色激光光源ⅱ103，蓝色激光光源ⅰ101出射的光束依次经过匀光片ⅱ102b、透蓝反红绿合束镜104、荧光准直组件106后入射至荧光单元105；蓝色激光光源ⅱ103出射的光束依次经过匀光片ⅰ102a、透蓝反红绿合束镜104、荧光收集组件107后出射；荧光单元105激发的光束经过荧光准直组件106和荧光收集组件107后出射。

如图3所示，激光光源2包括蓝色激光光源ⅲ201、绿色激光光源202和红色激光光源204，蓝色激光光源ⅲ201出射的光束依次经过反绿透蓝合束镜203、反红透蓝绿合束镜205、匀光片ⅲ206、汇聚透镜207后入射至匀光光通管208，绿色激光光源202出射的光束依次经过反绿透蓝合束镜203、反红透蓝绿合束镜205、匀光片ⅲ206、汇聚透镜207后入射至匀光光通管208，红色激光光源204出射的光束依次经过反红透蓝绿合束镜205、匀光片ⅲ206、汇聚透镜207后入射至匀光光通管208；匀光光通管208出射的光束依次经过成像透镜ⅰ209和成像透镜ⅱ210后出射。

具体实施时，非相干光光源1和rgb激光光源2分别经过反射镜改变光路传输方向，然后通过合光反射组件4进行空间光源合束后耦合进入光通管5整形；合光反射组件4可以是机械加工件粘贴反射镜，也可以是光学结构件。

对于非相干光光源1，则是蓝光激发光源ⅰ101经过匀光片ⅱ102b匀光后，通过透蓝(440nm～470nm)反红绿(500nm～700nm)合束镜104入射至荧光准直组件106，经荧光准直组件106汇聚照射在荧光单元105上，荧光单元5的荧光材料可以是荧光陶瓷、荧光晶体或者荧光粉，荧光材料可以以20hz到120hz转动的荧光轮植入到光路中或者以不需要转动的荧光晶体或荧光陶瓷植入到光路中；蓝色激光光源ⅱ103通过匀光片ⅰ102a匀光后与荧光单元105上激发产生的非相干光光源经荧光准直组件106准直后的光，通过透蓝(440nm～470nm)反红绿(500nm～700nm)合束镜104进行光源合束后进入荧光收集组件107进行光源收集；非相干光光源光路加入了蓝色激光光源ⅱ103进行色彩调配；然后荧光收集组件107的出射光束作为非相干光束，最后通过反射镜ⅰ3a和合光反射组件4入射至光通管5。该激光荧光单元可由蓝色激光二极管和适应于蓝光二极管的波长相适配的荧光材料构建，通过使用新颖光学光路实施多波长耦合。从而实现高亮度、小体积、散斑对比度可调、性能稳定的激光光源系统。

对于rgb激光光源2，激光光源部分采用匀光片加匀光光通管的结构方案进行激光光场均匀性调制；具体是蓝光激光光源ⅲ201和绿光激光光源202通过反绿透蓝合束镜203进行激光波长合束；蓝绿激光光源ⅲ合束后和红光光光源204通过反红透蓝绿合束镜205进行激光波长合束；激光波长合束后经过匀光片ⅲ206进行光场均匀化处理；匀化后的rgb激光经过汇聚透镜207汇聚进入匀光光通管208，对激光光源进行匀化和整形；匀化整形后的rgb激光光源通过成像透镜ⅰ209和成像透镜ⅱ210将匀光光通管208出光口匀化后的光源作为激光光源出射光束，最后通过反射镜ⅱ3b和合光反射组件4成像在光通管5上。

最终，本实用新型实施例所述的可调散斑对比度的激光光源系统，该系统中激光光源和非相干光光源通过合光反射组件进行光源空间合束耦合进入光通管，通过电路设计对激光光源和非相干光光源进行调节控制，进而实现散斑对比度可调节的目标。

本实用新型实施例方案的核心在于：在rgb激光光源中混入非相干光光源，透过调整非相干光光源与rgb激光光源的能量比例可以调节激光散斑对比度的数值，以便应用于不同的使用场合。方案中所列举的非相干光光源可以为传统的灯泡光源，也可以来自于荧光粉激发的荧光光源等，rgb激光光源可以采用本实施例中所列举的rgb激光光源，也可以采用其它谱线的可见光光源。光源的混合可以采用图1所列的混合方案，也可以采用其它方法。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，即通过改变光源谱线性质或改变光源混合的方式都应视为在本实用新型的保护范围之内。