一种激光光源及激光显示系统的制作方法

本发明涉及激光显示
技术领域：
，更具体地说，是涉及一种激光光源及激光显示系统。
背景技术：
：激光由于具有高亮度、方向性强、单色性好等优点，近年来逐渐作为光源应用于投影显示
技术领域：
。激光投影显示技术(ldt)也称激光投影技术或者激光显示技术，它是以红、绿、蓝三基色激光作为光源的显示技术，可以更加真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，具有更好的表现力。现有的激光器产生的激光经整形以及合束后从光纤出口端出射，其光场分布是空心的，即靠近光束环中心的光束能量较弱，而位于外层的光束环能量较强，会导致画面照度不均匀，造成激光投影质量劣化，用户的观看体验不佳。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种激光光源及激光显示系统，以解决现有技术中激光光源的光束空心化导致画面照度不均匀的技术问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一方面，本发明提供一种激光光源，包括沿光路设置的：激光模组，所述激光模组包括激光器和光纤出口端，所述激光器的光束通过所述光纤出口端出射；锥透镜，所述锥透镜的锥面与所述锥透镜的平面相对，所述锥透镜的平面朝向所述光纤出口端，所述激光器光束的光轴与所述锥透镜的中心轴重合；散射片，所述散射片设有随机排列的微透镜阵列。在一个实施例中，所述锥透镜包括圆柱端和圆锥端，所述圆柱端的平面朝向所述光纤出口端，所述圆锥端的锥面朝向所述散射片。在一个实施例中，所述锥透镜的圆柱端的厚度为4～7毫米，所述圆锥端的顶点至所述圆锥端底面之间的距离为2～4毫米，所述圆锥端的顶角为15～40°。在一个实施例中，所述散射片的发散角为15～30°。在一个实施例中，所述激光光源的出射光束的出射角为25～35°。在一个实施例中，所述散射片中每个微透镜的曲率半径为100～480微米，所述微透镜的高度为10～33微米，所述微透镜的厚度为100～140微米。在一个实施例中，所述散射片的厚度为0.5～2毫米，所述散射片的长度为10～20毫米，所述散射片的宽度为10～20毫米。在一个实施例中，所述激光光源还包括：匀光棒，所述匀光棒设于所述散射片的出光路径上。在一个实施例中，所述激光光源为单色激光光源，所述激光模组包括一个激光器，所述激光器为红光激光器、绿光激光器或蓝光激光器；或者，所述激光光源为多色激光光源，所述激光模组包括多个激光器，多个所述激光器的光束合束后经所述光纤出口端出射。另一方面，本发明还提供一种激光显示系统，包括上述的激光光源。本发明提供的激光光源的有益效果至少在于：本发明通过在设有光纤出口端的激光模组的出光路径上设置锥透镜和散射片，克服了锥透镜仅用于高斯型光束中减小光束中心能量分布的技术偏见，创造性的将锥透镜用于空心化光束中，有效改善了光束空心化的问题，使得空心化光束的分布更加均匀，且可以降低光束发生干涉的几率，并通过散射片的微透镜阵列对光束进行扩散，极大增加了光束的发散程度和随机空间相位，进一步降低了光束发生干涉的概率，避免出现明暗相间的散斑，改善画面照度不均匀的问题，提升激光投影质量，改善用户的观看体验。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的激光光源中激光模组的光束的光斑分布示意图；图2为本发明实施例提供的激光光源的光路结构示意图一；图3为本发明实施例提供的激光光源的光路结构示意图二。其中，图中各附图标记：10激光模组11激光器12光纤出口端20锥透镜201平面202锥面203顶点21圆柱端22圆锥端30散射片31微透镜阵列40匀光棒具体实施方式为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在激光显示中，激光光源的质量对于激光投影的效果具有非常重要的影响。激光具有高亮度、方向性强、单色性好的优点，然而也存在诸多缺点，例如激光具有高相干性，使得激光器产生的激光在照射至投影表面时，由于其波长相同、相位恒定，经投影表面散射的光会在空间中产生干涉，导致部分区域出现干涉相长，部分区域出现干涉相消，从而在投影表面出现暗斑、色斑、色块等散斑，极大降低了显示效果。再如，对于普通激光器，其产生的光束直接出射时能量分布通常为高斯型光束能量分布，即光束的中心能量密度大，距离中心越远则能量密度越低，导致光束中心能量过于集中，均匀性较差。为了使得激光光束的能量分布更加均匀，在激光器的出口端连接光纤，激光通过光纤出射后光束能量分布发生改变，不再集中于光束中心，但是却出现了空心化，即光束中心能量较低，而光束外层的能量较强，且蓝光的光束空心化相对更明显(如图1(a)所示)，绿光的光束空心化次之(如图1(b)所示)，红光的光束空心化相对较好(如图1(c)所示)，光束能量分布的均匀度需要进一步提高。锥透镜是一种能够改变光束能量分布的光学元件，其具有一个锥面和一个平面，光束从平面入射至锥透镜，并从锥面出射。当平行光束从锥透镜平面一侧入射、并从锥面出射时，由于锥面折射具有聚焦收敛的作用，从而经锥面出射的光束会聚焦；而锥面顶点对光束具有发散作用，因此经锥面顶点出射的光线会向多个方向发散，从而将光束能量进行分散。因此对于普通激光器产生的高斯型光束，锥透镜可以对能量密度集中的中心的光束进行分散，从而降低光束中心的能量密度，使得激光光束的能量分布更加均匀。而对于能量分布均匀的光束，由于锥透镜会对中心光束进行分散，使得光束中心的能量密度减弱，因此经过锥透镜后会形成多个环状光束，且多个同心环状光束中靠近光束环中心的光束能量较弱，位于外层的光束环能量较强，形成空心环状结构。因此，无论是对于高斯型光束还是能量分布均匀的光束，锥透镜均可以有效降低光束中心的能量密度，容易形成空心环状结构。对于已经是空心环状结构的激光光束，通常认为采用锥透镜会进一步加剧激光光束的空心化，不会考虑采用锥透镜来改善光束能量分布不均的问题。而本申请在研究中发现，正是由于锥透镜对锥面出射光线进行聚焦、对锥面顶点出射光线进行发散的特性，根据光的可逆性，中心能量过高的光束经过锥透镜后可以出现光束空心化，而空心化的光束经过倒置的锥透镜后也可以进行聚光，从而可以用于改善空心化激光光束能量分布不均的问题。请参阅图2，本实施例提供了一种激光光源，包括沿光路依次设置的激光模组10、锥透镜20和散射片30。其中，激光模组10包括激光器11和光纤出口端12，激光器11的光束通过光纤出口端12出射。锥透镜20的锥面202与锥透镜20的平面201相对，锥透镜20的平面201朝向光纤出口端12，激光器11光束的光轴与锥透镜20的中心轴重合。散射片30设有随机排列的微透镜阵列31，微透镜阵列31中每个微透镜的曲率半径、直径、厚度等参数均随机设置，从而每个微透镜不完全相同，能够增加光束出射角度的随机性和发散程度。本实施例中的激光模组中，激光器11产生的光束通过光纤出口端12出射至锥透镜20，光束经锥透镜20的锥面出射至散射片30，并经散射片30散射后出射。一方面，由于激光器11产生的光束通过光纤出口端12出射，因此进入锥透镜20的光束的光场分布为空心环状结构，光束的中心能量低，此时，经过锥透镜20的锥面202出射的光束能量要远大于经锥透镜20的顶点203出射的光束能量。经锥面202出射的光束会朝向光束中心汇聚，从而使得光束中心的光强增加，而由于入射至锥透镜20的光束中心能量低，而中心的光束通过锥透镜20的顶点203出射，因此经过锥透镜20的顶点203发散的光束能量小，整体上削弱了光束中心的发散效应，空心化的光束经过锥透镜20后光束中心的光强增加，外层的光束能量减弱，使得光束分布更加均匀。另一方面，激光器11的光束经锥透镜20的平面201入射至锥透镜20后，会产生随着距离增加直径、但保持一致环形厚度的环形光束，由于与光轴距离不同的光束到达锥面202的光程不同，导致不同环形光束在传输过程中的光程差和相位差差异较大，超过了相干长度，从而极大降低了多个光束环之间发生干涉的几率，避免出现明暗相间的散斑。进一步地，散射片30位于锥透镜20的出光路径上，用于对光束进行扩散，起到增强消除干涉的效果。由于散射片30上设置有随机排列的微透镜阵列31，且微透镜阵列31中每个微透镜的曲率半径、直径、厚度等参数均随机设置，极大增加了散射片30的随机扩散性，能够对发散角度进行随机重分布，从而使得光轴附近的光束进行匀化增强，而大角度发散角的光束能量降低，提高整个光束的均匀程度。因此经过微透镜阵列31中的微透镜出射后的光束的发散程度极大增加，相位或相位差也完全随机分布，增加光束的随机空间相位，发散更加均匀，极大降低了光束发生干涉的概率。本实施例提供的激光光源有益效果至少在于：本实施例通过在设有光纤出口端12的激光模组10的出光路径上设置锥透镜20和散射片30，克服了锥透镜20仅用于高斯型光束中减小光束中心能量分布的技术偏见，创造性的将锥透镜20用于空心化光束中，有效改善了光束空心化的问题，使得空心化光束的分布更加均匀，且可以降低光束发生干涉的几率，并通过散射片30的微透镜阵列31对光束进行扩散，极大增加了光束的发散程度和随机空间相位，进一步降低了光束发生干涉的概率，避免出现明暗相间的散斑，改善画面照度不均匀的问题，提升激光投影质量，改善用户的观看体验。请参阅图3，进一步地，为了使得光束分布更加均匀，在散射片30的出射光路上还设置有匀光棒40(也称积分棒)，经散射片30后出射的光束进入匀光棒40进行进一步匀化后出射至成像系统。光束在匀光棒40内发生多次全内反射后到达出射截面，反射一次相当于一个镜像虚拟光源的照明，最终在匀光棒40末端面形成均匀的光斑面。可以理解的是，匀光棒40具有一定的入射角度范围，发散角超过该入射角度范围的光束将无法进入匀光棒40中，容易造成光能损失。进一步地，锥透镜20包括一体化的圆柱端21和圆锥端22，圆柱端21的平面201朝向光纤出口端12，其作为激光器11的光束的入射端；圆锥端22的锥面202朝向散射片30，其作为光束的出射端。圆柱端21的设置可以增加进入锥透镜20中的光束的光程，从而增加光束在传输过程中的光程差和相位差差异，进一步降低光束发生干涉的概率。在本实施例中，锥透镜20的圆柱端21的厚度d1为4～7毫米，圆锥端22的顶点203至圆锥端22底面之间的距离d2为2～4毫米，且圆锥端22的顶点203至圆柱端21的平面201之间的距离为6～11毫米，可以确保不同环形光束在传输过程中具有较大的光程差和相位差，有效降低多个光束环之间发生干涉的几率。考虑到光束中心的空心化，需要使得光束中心空心化区域中能量较小的光束尽可能通过圆锥端22的顶点203出射，而光束外层的光束则通过锥面202出射。在本实施例中，圆锥端的顶点203为15～40°，例如可以为15°、20°、25°、30°、35°、40°等，从而可以确保经锥面202出射的光束能更好地向光束中心汇聚，而经顶点203出射的光束较少，综合使得光束中心的光强增加，外层的光束能量减弱，光束分布更加均匀。可以理解的是，随着经光纤出口端12出射的光束中空心化区域尺寸的不同，顶点203可以相应进行调整。进一步地，为了对经锥透镜20出射的全部光束进行扩散，散射片30的长度和宽度范围均为10～20毫米，散射片30的一侧表面均覆盖有微透镜阵列。为了确保散射片30对光束进行合理扩散，散射片30中每个微透镜的曲率半径为100～480微米，微透镜的高度(微透镜曲面的最高点与最低点之间的距离)为10～33微米，微透镜的厚度为100～140微米，散射片30的发散角为15～30°。即微透镜曲率半径在100～480微米范围内随机设置，微透镜直径在10～33微米范围内随机设置，微透镜厚度在100～140微米范围内随时设置，从而使得光束经过微透镜后随机进行扩散，增大了光束的发散程度以及相位或相位差分布的随机性，从而使得发散更加均匀，降低光束发生干涉的概率。同时，当微透镜的厚度、直径、曲率半径等参数确定后，微透镜的扩散角度也随之确定，因此对微透镜的厚度、直径、曲率半径等参数进行调整，也可以调整微透镜的扩散角度，使得散射片30的发散角为15～30°，从而可以适应不同规格的匀光棒40的入射角需求，确保光束能够有效入射至匀光棒40中，减少光线损失。在本实施例中，激光光源可以为单色激光光源，也可以为双色激光光源或三色激光光源。当激光光源为单色激光光源时，激光模组10包括一个激光器11，激光器11可以为红光激光器、绿光激光器或蓝光激光器。可以理解的是，由于红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器产生的激光经光纤出口端12出射后的空心化程度不同，因此对于锥透镜20的各项参数也可以相应进行调整。当激光光源为双色激光光源时，激光模组10包括两个激光器11，两个激光器11为红光激光器、绿光激光器或蓝光激光器中的两种。当激光光源为三色激光光源时，激光模组10包括三个激光器11，三个激光器11分别为红光激光器、绿光激光器或蓝光激光器，三个激光器产生的激光合束后经光纤出口端出射。可以理解的是，在激光模组10中可以设置合束镜将多束激光合为一束后通过光纤出口端12出射。本实施例的目的还在于提供一种激光显示系统，包括上述的激光光源。将激光光源的导光部件(例如匀光棒)接入成像系统。本实施例提供的激光显示系统由于采用上述的激光光源，有效改善了画面的照度均匀性，减少了暗斑、色斑、色块等散斑的产生，从而改善了匀场问题。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12