專利名稱：一種消除散斑的照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光照明，特別涉及一種激光器陣列光纖耦合結構消除散斑的照明系統(tǒng)。
背景技術：
激光作為一種亮度高、單色性好、方向性好的光源越來越得到廣泛的應用。使用激光作為光源的顯示系統(tǒng)具有飽和度高，色域寬廣等優(yōu)點，是新一代顯示技術，對提高顯示圖像質(zhì)量和顯示系統(tǒng)效率起著重要的作用。但由于激光的高相干性，這種顯示系統(tǒng)易出現(xiàn)散斑效應。散斑是由于從漫反射表面散射的相干波交互干涉形成的。這種散斑效應是圖像分辨率和圖像質(zhì)量劣化的重要原因。
目前，消除激光散斑的技術主要是使用相位調(diào)制元件，通過旋轉或周期性的移動微光學元件或隨機相位板，它使激光光束分為多個部分光束并將這些光束在時間上平均以降低激光光束的散斑效應。但是，使用微光學元件或隨機相位板存在制作工藝復雜、界面尺寸大和成本高等缺點，而且需要高頻電機帶動，消除散斑的效果也不太理想。除此之外，人們還采用了振動屏幕、全息漫射以及各種復雜的光學系統(tǒng)等方法，但這些方法造價昂貴、結構復雜，消除散斑的效果也不夠好。
更重要的是，針對大屏幕的激光顯示投影系統(tǒng)采用的激光光源主要是高功率的單臺激光器，具有體積大、成本高、效率低、性能不穩(wěn)定和維護困難等缺點，是制約激光顯示技術向大屏幕發(fā)展的一大阻礙。
因此，針對現(xiàn)有技術的不足，人們就希望在實現(xiàn)消除散斑效應的同時獲得高功率激光輸出，克服單臺大功率激光的不足，實現(xiàn)大屏幕激光投影顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種滿足高亮度和均勻度的照明要求、適用于以激光作為光源的顯示設備的激光陣列光纖耦合結構消除散斑的照明系統(tǒng)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案。
一種消除散斑的照明系統(tǒng)，包括多個發(fā)射光束的激光器；在每個激光器出光口前端與激光發(fā)射方向垂直放置一個準直元件和一會聚元件；一集束器，每個會聚元件的出光口與所述集束器的入口光學連接，用于將所有激光器發(fā)出的激光進行集束；一勻場整形裝置，該勻場整形裝置與集束器的出口光學連接，用于對集束器發(fā)出的激光進行勻場。
在上述技術方案中，所述集束器由多根光纖組成，多根光纖集束成單光纖形式輸出激光，在每個所述會聚元件的后方放置所述光纖，每個激光器發(fā)射出的光束經(jīng)會聚元件一一耦合到輸出光纖中。
在上述技術方案中，所述激光器是半導體激光器或固體激光器，或采用半導體激光器或固體激光器的變頻激光。
在上述技術方案中，所述勻場整形裝置包括陣列型器件，如復眼透鏡、微復眼透鏡和陣列反射鏡等，或光棒型器件如積分棒、光纖等，該勻場整形裝置使入射的光束分布均勻，并使輸出光束具有預定的形狀，光能利用率高。
在上述技術方案中，多個所述激光器發(fā)出相同波長的激光。
在上述技術方案中，多個所述激光器發(fā)出不同波長的激光。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于1)能夠消除激光干涉形成的散斑效應；2)滿足高亮度和均勻度的照明要求；3)體積小、成本低、效率高、性能穩(wěn)定和方便維護，適用于激光前投影、激光背投影等利用激光作為光源的顯示設備。


圖1為本發(fā)明實施例1的裝置示意圖；圖2為本發(fā)明實施例1中集束光纖的橫截面示意圖；圖3為本發(fā)明實施例1中光纖內(nèi)部波前反射狀況的示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例2的裝置示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例2集束光纖的橫截面示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述實施例1此處以一實施例來說明將本發(fā)明用于單色照明系統(tǒng)。參照圖1制作本發(fā)明陣列型激光器光纖耦合消除散斑的照明系統(tǒng)，包括n臺單色激光器L1、L2、…Ln，本實施例中n＝19，激光器采用波長為635nm的半導體激光器，功率為百毫瓦到瓦級。對應每個激光器前端，垂直于激光發(fā)射方向放置一個準直透鏡和一個會聚透鏡將光束準直和聚焦，準直透鏡和會聚透鏡的焦距和孔徑的選取取決于激光的參數(shù)，根據(jù)具體激光的參數(shù)進行焦距和孔徑的適當選取是本領域技術人員能勝任的。光束經(jīng)過會聚透鏡聚焦后耦合到輸出光纖的輸入端面中。圖1中所示，放置在激光器L1后面的是準直透鏡11和會聚透鏡12以及光纖13，其他每個激光器后面均對應各自的準直透鏡、會聚透鏡和光纖。
如圖2所示，多束光纖集束成單光纖形式，形成一集束器，實現(xiàn)高功率光束輸出。圖2中表示19根光纖被集束成一個圓形陣列，當然不限于圓形陣列，還可以是矩形、三角形、橢圓形或各種多邊形等。
如圖3所示，光束在光纖中多次反射混光，波陣面被打亂，從而減小這些光束的相干性，而且多臺激光器輸出的激光光束由于相互間存在頻率和相位的差異不滿足相干條件，因此消除了相互干涉產(chǎn)生散斑；將多根光纖集束以單光纖形式輸出，實現(xiàn)高功率光束照明；集束器形成的單光纖形式輸出的光束經(jīng)光束勻場整形裝置14形成強度分布均勻的光場，該光場用于激光顯示系統(tǒng)。本實施例的勻場整形裝置14采用微復眼透鏡來實現(xiàn)。
實施例2此處以一實施例來說明將本發(fā)明用于彩色照明系統(tǒng)。如圖4所示，制作本發(fā)明的陣列激光器光纖耦合結構消除散斑的白場照明的實施例。n臺激光器由R(紅)、G(綠)、B(藍)三基色或多基色激光器組成，本實施例中采用R(紅)、G(綠)、B(藍)三基色的激光器，三基色激光器數(shù)量由單臺激光器功率和視覺白平衡功率配比決定，這對于本領域技術人員是能夠勝任的。本實施例n＝19。
其他同實施例1。對應每個激光器前端，激光發(fā)射方向放置一個適當焦距和孔徑準直透鏡和會聚透鏡使光束將光束準直和聚焦，光束聚焦耦合到輸出光纖的輸入端面中；每臺激光器光束在光纖中多次反射混光，n條輸出R、G、B三色激光的光纖按照一定的順序排列集束成單光纖形式，如圖5所示。光纖排列的原則遵循均勻混色的原則。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種消除散斑的照明系統(tǒng)，包括多個發(fā)射光束的激光器；在每個激光器出光口前端與激光發(fā)射方向垂直放置一個準直元件和一會聚元件；一集束器，每個會聚元件的出光口與所述集束器的入口光學連接，用于將所有激光器發(fā)出的激光進行集束；一勻場整形裝置，該勻場整形裝置與集束器的出口光學連接，用于對集束器發(fā)出的激光進行勻場。
2.根據(jù)權利要求1所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述集束器由多根光纖組成，多根光纖集束成單光纖形式輸出激光，在每個所述會聚元件的后方放置一所述光纖，每個激光器發(fā)射出的光束經(jīng)會聚元件一一耦合到所述光纖中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器是半導體激光器或固體激光器，或其變頻激光。
4.根據(jù)權利要求1所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述勻場整形裝置包括陣列型器件或光棒型器件。
5.根據(jù)權利要求4所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列型器件為復眼透鏡、微復眼透鏡或陣列反射鏡，所述光棒型器件為積分棒或光纖。
6.根據(jù)權利要求1所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，所有所述激光器發(fā)出相同波長的激光。
7.根據(jù)權利要求1所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，部分所述激光器發(fā)出不同波長的激光。
8.根據(jù)權利要求1所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，多個所述激光器包括紅、綠、藍三種基色激光器。
9.根據(jù)權利要求6、7或8所述消除散斑的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述集束器由多根光纖組成，多根光纖集束成單光纖形式輸出激光，在每個所述會聚元件的后方放置一所述光纖，每個激光器發(fā)射出的光束經(jīng)會聚元件一一耦合到所述光纖中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光器陣列光纖耦合結構消除散斑的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)，包括多個發(fā)射激光束的激光器；在每個激光器出光口前端與激光發(fā)射方向垂直放置一個準直元件和一會聚元件；一集束器，每個會聚元件的出光口與所述集束器的入口光學連接，用于將所有激光器發(fā)出的激光進行集束；一勻場整形裝置，該勻場整形裝置與集束器的出口光學連接，用于對集束器發(fā)出的激光進行勻場。本發(fā)明能夠消除激光干涉形成的散斑效應，滿足高亮度和均勻度的照明要求，并且體積小、成本低、效率高、性能穩(wěn)定和方便維護，適用于激光前投影、激光背投影等利用激光作為光源的顯示設備。
文檔編號F21V8/00GK101063519SQ20061007903
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月30日 優(yōu)先權日2006年4月30日
發(fā)明者畢勇, 許祖彥, 房濤, 王斌, 鄭光, 亓巖, 成華 申請人:中國科學院光電研究院