[发明专利]一种分段式激光光源系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，特别涉及一种分段式激光光源系统。

背景技术

目前投影系统照明部分大多采用LED光源，由于电光效率较低，不满足节能、高亮的投影需求，随着半导体激光二极管技术的成熟，激光光源作为一种高亮度、高准直的新型光源，具有广色域、高亮度、高饱和度、低能耗、长寿命等特点，正被逐步应用到投影、照明等领域，。

实际应用的激光光源中，由于激光具有高相干性，使得激光经过粗糙表面反射或透射时，由于粗糙表面基于的高度涨落不同引起光程差，导致投影的图案呈颗粒状图样，也就是激光散斑，这一现象严重影响了显示图像的质量；激光相干性包括空间相干和时间相干，两者均会导致激光投影显示的散斑效应和不均匀性，特别是人眼对绿光敏感，因此对激光光源的效散斑及匀化处理显得尤为重要。

现有技术对激光消散斑有很多方法，如振动衍射光学或者屏幕、电/磁振动光纤、超声波驱动液晶单元等技术，均利用人眼积分时间效应来降低散斑视觉。这些装置手段过于单一，无法在工程上进行应用或者造成整个激光投影系统结构复杂、成本高，难于小型化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种分段式激光光源系统，解决现有技术中激光投影显示的散斑效应和不均匀性的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种分段式激光光源系统，包括半导体激光光源、望远缩束系统、激光消散斑-匀化器；

所述半导体激光光源包括二极管阵列模组、阵列准直透镜、分光镜，二极管阵列模组通过各自对应的阵列准直透镜后平行输出激光光场，激光光场通过分光镜耦合成共孔径的激光光场，并进入望远缩束系统；望远缩束系统对激光光场进行孔径压缩，压缩后的激光光场输出至激光消散斑-匀化器，激光消散斑-匀化器对压缩后的光场进行匀化、消散斑处理并在其光棒出口处产生均匀的方形光场。

进一步的，所述二极管阵列模组包含激光二极管阵列、导热铜板、导热管、散热片；激光二极管阵列均匀排列安装在导热铜板上，导热铜板内插导热管，导热管内含冷媒，导热管另一端接散热片；所述二极管阵列为以下的任意一种形式：

A.单色蓝光激光二极管阵列；

B.蓝、红双色激光二极管阵列；

C.RGB三色激光二极管阵列。

进一步的，所述阵列准直透镜的透镜面型采用双曲非球面，可有效减小光源模组尺寸，将激光发射的高斯分布场转换为平顶分布场，起到初步匀化的效果，双曲非球面透镜方程为：

其中，c_x、c_y、k_x、k_y分别为非球面透镜在X、Y方向的曲率和圆锥系数。

进一步的，所述缩束镜系统采用伽利略望远系统的架构，望远物镜采用弯月正透镜，次镜为双凹负透镜，缩短了整个装置的尺寸。透镜材料选用低成本的成都光明材料，如H-k9l、H-QK3L，缩束倍率控制在0.3～0.6之间，出光口径控制在25mm以下。

进一步的，激光消散斑-匀化器包含静态扩散片、相位调节器、聚光透镜、扩散部、开口式遮光板、匀化导光棒、机构壳体、驱动控制板；

静态扩散片对输入的光场进行初步的匀化、消散斑，相位调节器将初步匀化、消散斑的光场进行消相干处理，聚光透镜对消相干处理后的光场进行聚光耦合，聚光耦合后的光场经过扩散部再次匀化、消散斑，从扩散部出来的光场再由开口式遮光板的开口进入匀化导光棒，匀化导光棒进行进一步的匀化和消散斑处理，最终在光棒后端得到光场分布均匀的激光光场。

进一步的，所述静态扩散片的扩散半角控制在2～4°，扩散半角增大会增大激光光源的扩展不变量，不利于后续光场的耦合，扩散半角太小，消散斑效应下降。

进一步的，所述相位调节器包含楔形相位波片、驱动机构和驱动控制电路板，激光通过楔形相位波片分解为O光和E光，且波片上不同口径处分解出的O光和E光相位差各部相同，通过驱动结构随机上下或者左右推动楔形相位波片实时改变相位差，从而降低激光的相干特性，降低激光散斑效应，驱动机构的驱动频率控制在30Hz～3000Hz。

进一步的，所述聚光透镜采用偶次非球面透镜，可有效降低光学系统的像差，提高激光耦合效应，非球面的方程为：

其中，R为球面顶点处的曲率半径(从左向右为正),K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。