三色RGB激光照明及激光投影光均匀消散斑组合型光路的制作方法

本发明提供一种三色(rgb)激光照明及激光投影光均匀消散斑组合型光路，属于激光光源及激光显示领域。

背景技术：

1、红绿蓝(rgb)三种激光束合成的白光源其广色域的优势是其它常见人造光源无法达到的，有相当优秀的显色性。应用前景非常广阔，然而激光光源有高度相干性，会出现明显的激光散斑。这一现象会严重影响照明或图像质量，消除或减弱激光的散斑效应已是rgb全激光光源普及的最大障碍之一。

2、在三色激光的实际制造中，由于三色rgb激光功率需求各不同造成三色的焦点不同。因为三色rgb激光合成白色一般按rgb功率比例10:6:5合成白色，而非均匀的功率分配。假如不经处理就合束只能中间形成白光而边缘会有单色溢出。因为低功率激光输出的光面积也小，不足以覆盖整个高功率激光的光焦点。或者令合束后的功率比例偏离需要，造成输出的光偏色。另外激光光源通常是并列多颗的半导体激光二极管，并不在同一个直线方向上。由于激光尖锐的方向性，很容易在最终的光输出形成光不均匀的情况。即激光二极管的空隙处会暗，激光中心则会稍亮。这一现象经镜头放大后，会影响观感。

3、以上几点rgb三色合成激光光源需要克服的技术障碍，仅凭简单的光混合手段，很难在保证光输出效率的同时得到无散斑均匀的光输出。这也是现在激光光源主流使用单色激光荧光或者双色激光加荧光色轮合成白色的原因。

技术实现思路

1、本发明的目的是减弱或消除(rgb)三色激光合成光源的散斑的同时令光输出更均匀

2、为了解决上述问题，本发明采取的方案是：三组各自独立的三色rgb激光光源组件，产生rgb(红绿蓝)三色激光后分别进入三组可变焦点的光缩束透镜组，每组由一个平凸透镜和一个双凹透镜组成。镜片改变每组激光焦点过程后加入匀光片.然后进入透反镜将三组激光合束成白光，合束成白光后再加入匀光片进一步降低激光光斑。然后由聚焦透镜聚焦进入匀光光通或匀光棒，聚焦透镜和匀光光通或光棒之间加入腹眼透镜，进行光均匀处理，解决散斑和光不均匀的问题。最后由准直透镜组合镜头或投射镜片输出合成后的光，输出给图像单元或直接输出给镜头或投射镜片用于照明。当仅用于照明无需图像单元场景，在镜头入光处增加匀光片进一步消弱光斑。

3、三组激光分别用三组独立的平凸双凹透镜，每组激光先穿过平凸透镜后进入双凹透镜。平凸透镜有聚光作用双凹透镜有散光的作用。这样每组激光的焦点可通过相应镜片的焦距，或者每组激光器与其穿过镜片的距离调节。三组平凸双凹透镜的各自间距和弧度需根据三个激光器具体的发射功率灵活设定。最终令三色激光进入透反镜时焦点一致，使得合束后的光更均匀。透反镜是交叉放置，中间组激光可直接穿过。另两组激光会被透反镜折射90度，这样就把三色rgb激光合成一束白光。完成激光合束

4、每组激光先经过平凸透镜双凹透镜，也用于模糊激光尖锐的焦点合相干性。经过散光后的双凹透镜后插入匀光片的组合方法弱化激光散斑，同时令光输出更均匀。匀光片是一种表面不规则及紧密布满结构不一的微透镜，可将光斑能量分布均匀焦点一致合束后再进入一层匀光片，通过被前镜片打散的大焦点加匀光片进一步减弱激光相干性。进一步降低散斑令光输出更均匀。然后进入聚焦透镜，由于聚焦透镜也可以改变激光方向性。加上聚焦透镜的焦点控制在匀光光通或匀光棒的入口位置，在聚焦透镜的出口处尚未形成焦点时插入腹眼透镜。腹眼透镜是很多个小的凸透镜多排并列多排列于表面组成的透镜。这样在聚光传输过程进一步改变三色激光的方向，进一步混合三色，降低散斑令光输出更均匀。

5、光通过腹眼透镜混合后进入匀光光通或匀光棒，匀光光通或匀光棒是内壁反射光的器件光进入其内部反射，这样光在其内部反射多次输出后光会更均匀。由匀光光通或匀光棒输出到光整型准直透镜组后，就可以进入图像成像单元系统。最后通过镜头投射出完整的图像。

6、当仅用于照明系统的情况下不需要图像单元，在镜头或投射镜片入光口处增加匀光片再次减少散斑到人眼几乎不能察觉的程度。

技术特征：

1.一种三色rgb激光照明及激光投影光均匀消散斑组合型光路，其特征在于，包括：三组独立的rgb三色激光光源组件分别发射红绿蓝三色激光，三组平凸双凹透镜用于变焦点，光源中应用的匀光片，腹眼透镜，聚焦透镜，匀光棒或匀光光通用于消激光光斑及匀化光，光准直透镜组，透反镜用于光合束，镜头或投射镜片用于输出光，其组合顺序特征在于：包括三组独立的rgb三色激光光源组件发射红绿蓝三色激光，各组激光分别进入三组平凸双凹透镜用于变焦后进入匀光片，出匀光片后进入透反镜进行光合束，激光合束后再进入匀光片，合束后进入匀光片的激光进入聚焦镜，出聚焦镜的激光经过腹眼透镜进入匀光棒，出匀光棒的激光进入准直透镜组后进入图像单元或进入匀光片进一步匀光最后由镜头或者投射镜片用于输出光。

技术总结
本发明提供一种三色RGB激光及激光投影光路，独立的RGB三色混合。三色合束焦点可以任意调整，可灵活分配激光功率。在光路中利用镜片改变激光焦点弱化激光原本尖锐的光点，同时在激光焦点被改变的相应位置加入多层均光片和腹眼镜片。令激光散斑减少，输出的白光更均匀。而且全固态无运动部件结构可靠实用，用于RGB三色激光照明或者投影光源使用。

技术研发人员：钟新华
受保护的技术使用者：钟新华
技术研发日：20230131
技术公布日：2024/2/21