CN106773482A - 激光投影设备及其激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光光源，包括聚光杯，多组光源和漫射片，其中多组光源发出不同颜色的激光，至少一组光源设置于聚光杯一侧，其余的至少一组光源，以及漫射片设置于聚光杯另一侧，从而通过聚光杯即可将多组激光光源的激光光束都会聚在漫射片的表面，并经过漫射片透射进行消散斑，提高了消散斑部件的利用效率，且该光源架构有效利用聚光杯的内部空间，结构紧凑，有利于激光投影设备的微型化发展。

Description

激光投影设备及其激光光源

技术领域

本发明涉及激光投影领域，特别是一种激光投影设备及其激光光源。

背景技术

激光是一种高亮度，方向性强，发出单色相干光束的光源，由于激光的诸多优点，近年来被逐渐作为光源应用于投影显示技术领域。但纯激光光源的散斑问题严重且成本高，散斑现象会降低投影图像的画面质量，因此在应用激光光源时，需要进行消散斑光路设计。

通常，当使用多组不同颜色的激光器时，针对每路激光器进行相应的消散斑部件设置，比如扩散片或者随机相位片，旋转的扩散片能够对激光光束进行发散，起到一定的消散斑作用，然后再将各路激光光束通过二向色镜等合光元件进行合光，成为一束光束出射并形成照明光束。但这种光路设计使得光路元件较多，结构分散，体积较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、体积较小的激光投影设备及其激光光源。

一种激光光源，包括：

聚光杯，聚光杯的内侧为内凹形的反射面，聚光杯的底部开设有通光孔；

透射型漫射片，设于聚光杯的内侧，且漫射片与通光孔相对设置，漫射片表面设置有漫射体；

用于发出第一光束的第一激光光源，设于聚光杯的外侧，第一光束通过通光孔入射到漫射片上，并经漫射片透射；

用于发出第二光束的第二激光光源，设于聚光杯的内侧，第二光束经聚光杯的反射面反射，入射到漫射片上，并经漫射片透射；

进一步地，还包括发出第三光束的第三激光光源，第三激光光源设于聚光杯的内侧且与漫射片并列设置，第三光束经聚光杯的反射面反射，入射到漫射片上，并经漫射片透射；

进一步地，漫射片旋转运动；

或者，进一步地，漫射片振动或摆动；

进一步地，聚光杯的反射面为抛物面，入射于反射面的光束为平行于抛物面的中心轴平行光束，漫射片的入射点设于抛物面的焦点处；

进一步地，聚光杯的反射面为球面，漫射片的入射点设于球面的焦点处。

进一步地，漫射片包括第一漫射区和第二漫射区，第一激光光源和第二激光光源时序点亮，依次入射第一漫射区和第二漫射区。

进一步地，第一光束颜色为蓝色，第二光束颜色为红色，第三光束颜色为绿色。

以及，还提供了一种激光光源，包括：

聚光杯，聚光杯的内侧为内凹形的反射面；

漫射片，设于聚光杯的内侧，漫射片朝向反射面的一侧表面设置有漫射体，且透射光束；

多组激光光源，设于聚光杯的内侧，光源发出激发光束，激发光束经聚光杯的反射面反射至漫射片上，并透射出射；

进一步地，多组光源包括蓝色激光光源和红色激光光源；

进一步地，多组光源包括蓝色激光光源，红色激光光源，绿色激光光源。

以及，还提供了一种激光投影设备，包括上述任一技术方案的激光光源。

在上述激光投影设备及其激光光源中，通过聚光杯即可将多组激光光源的激光光束都会聚在漫射片的表面，并经过漫射片透射进行消散斑，提高了消散斑部件的利用效率，且该光源架构有效利用聚光杯的内部空间，结构紧凑，有利于激光投影设备的微型化发展。

附图说明

图1A为本发明实施例一提供的一种激光光源的结构示意图；

图1B为本发明实施例一提供的另一种激光光源的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种激光光源的结构示意图；

图3A，图3B为本发明实施例三提供的一种激光光源的结构示意图；

图3C为本发明实施例三提供的一种激光光源排列结构俯视图；

图4为本发明实施例三提供的聚光杯的结构示意图；

图5A，图5B，图5C为本发明实施例提供的漫射片的运动方式示意图；

图6A，图6B为本发明实施例提供的漫射片的平面分区示意图；

图7为本发明实施例四提供的激光投影设备的架构示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

实施例一、

本发明提供一种激光光源01。请参阅图1，激光光源01包括聚光杯11、漫射片12、第一激光光源13、第二激光光源14。第一激光光源13位于聚光杯11的外侧，漫射片12、第二激光光源14位于聚光杯11的内侧。

聚光杯11用于反射光束。聚光杯11大致呈碗状结构，聚光杯11的内凹面为反射面111。具体地，聚光杯11的内凹面为抛物面，即反射面111为抛物面。反射面111为抛物面，可以保证第二光束以平行光入射到反射面111上，经反射面111反射能够会聚于焦点处。

可以理解，反射面111还可以为球面。第二光束入射至球面反射面111，并经反射面111反射后会聚与球面焦点处。第一光束经透射也入射至球面焦点处。

聚光杯11的底部开设有通光孔112。聚光杯11的一端开口，另一端开设有通光孔112。并且，通光孔112位于聚光杯11的底部的中心位置处。通光孔112的大小与第一激光光源13投射在聚光杯11的光斑大小相一致，以保证第一激光光源13发出的激光光束全部通过通光孔112。

漫射片12设于聚光杯11设有反射面111的一侧，且与通光孔112相对设置。

第一激光光源13设于聚光杯11的外侧，第一光束通过通光孔112入射到漫射片12上。

具体在本实施方式中，第一激光光源13与通光孔112相对设置，第一光束可以直接通过通光孔112入射到漫射片12上。可以理解，第一激光光源13还可以通过反射镜或全反射棱镜等，将第一光束反射到通光孔112处。

可以理解，第一激光光源13可以为多个激光器成阵列排布成的激光器阵列。

本实施方式的激光光源01沿第一激光光源13的出光方向还设有聚焦透镜16。聚焦透镜16位于聚光杯11与第一激光光源13之间。漫射片12的入射点位于聚焦透镜16的焦点处。漫射片12的入射点为光束入射漫射片12的位置。则由第一激光光源13发出的第一光束经聚焦透镜16会聚在漫射片12的入射点处。

可以理解，聚焦透镜16可以为多个透镜组成的聚焦透镜组，此处不做限定，只要能够将第一光束聚焦于漫射片12的入射点处即可。

第二激光光源14用于发出第二光束。

第二激光光源14可以与漫射片12并列设置。

第一激光光源13和第二激光光源14发出的光束颜色不同。具体地，可以其中之一为蓝色激光，另一为红色激光。

具体地，漫射片12可以为随机相位片或者扩散片。

漫射片可以通过驱动马达进行周期性旋转运动，比如做圆周方向的旋转运动，如图5A所示。

或者漫射片通过驱动部件进行摆动，比如可以沿漫射片所在的平面，以平面所在的X轴或者Y轴为转动轴进行前后或左右摆动，如图5B所示。

或者漫射片通过驱动部件进行上下方向的振动，如图5C所示。

上述仅为漫射片运动方式的举例，并不局限于此。

当漫射片12进行如图所示的旋转运动时，第一激光光源发出的第一光束和第二激光光源发出的第二光束可以根据点亮时序依次入射至漫射片，从而经过旋转的漫射片进行消散斑。

以及，由于人眼对不同颜色激光的散斑敏感程度不同，因此，可以根据激光光束颜色的不同，如图6A所示，分别设置第一漫射区a和第二漫射区b，随着漫射片12的旋转，不同的漫射区a，b分别暴露在不同颜色的激光光束的照射下。

示例性的，第一漫射区a具体用于透射蓝色激光，第二漫射区b具体用于透射红色激光，第一漫射区和第二漫射区的漫射颗粒颗粒度，发散角度不同，具体的第二漫射区的漫射颗粒发散角度大于第一漫射区的漫射颗粒发散角度。从而对红色激光消散斑的程度大于对蓝色激光，可以平衡人眼视觉上两种颜色激光的散斑程度。

上述第一，第二字样仅用于区分漫射区的不同，并不构成顺序的限定。

在本实施例中，漫射片12朝向聚光杯11反射面的一侧表面设置有漫射体，漫射片12能够透射光束。设置于聚光杯11外侧的第一激光光源13发出第一光束，通过通光孔112入射到漫射片12上，并经漫射片12透射，以及设于聚光杯11的内侧第二激光光源14发出的第二光束，经聚光杯11的反射面反射，入射到漫射片12上，并经漫射片12透射，从而使得蓝色激光和红色激光均能够通过漫射片12进行扩散消散斑。

作为上述应用的变型，当聚光杯反射面内侧仅设置一组激光器阵列时，为了进一步减小光源架构体积，聚光杯的形状还可以进一步简化，比如，图1A所示的架构中，对于未被利用的反射面对应的聚光杯部分可以省略，仅设置部分抛物面形状，比如半片，结构改进后的示意图如图1B所示。在图1B所示的光源架构中，漫射片12可以参照图1A中所设置。

在上述实施例中，通过反射型聚光杯即可将双色激光光源的激光光束都会聚在一片漫射片的表面，漫射片进行旋转运动，能够对透射的激光光束进行扩散达到消散斑的目的，提高了消散斑部件的利用效率，且光源架构有效利用聚光杯的内部空间，结构紧凑，有利于激光投影设备的微型化发展。

实施例二、

作为上述应用的变型，该激光光源若作为投影光源，至少包括三基色，基于上述的光源架构，为了输出三基色，还设置有第三光源，具体的，第三光源可以为激光器阵列或者LED光源，或者荧光光源。

在本示例中，以第三光源为激光器阵列为例进行说明。如图2所示，基于图1A所示的光源架构，还包括第三激光光源15，用于发出第三光束。第三光束发出与前述第一光束，第二光束颜色不同的第三光束，比如为绿色激光。

需要说明的是，第一光束，第二光束，第三光束并不限定于本实施例中的颜色顺序，只要三者颜色能够组成三基色即可，上述三种激光光源的排列也并不局限于其发出的颜色而决定其所在的位置。

并且，在本实施方式中，聚光杯11的反射面111上设有高反射层，高反射层能够将入射到反射面111的光束全部反射，以提高激光光源10光能的利用率。

如图2所示，第三激光光源15也设置于聚光杯11的内侧，并与漫射片12并列设置。即，第二激光光源14与第三激光光源15围绕漫射片12的外周设置。可以理解，第二激光光源14与第三激光光源15可以对称分布在漫射片12的两侧，也可以非对称分布在漫射片12的外周，或者，第二激光光源14与第三激光光源15所在位置的平面与漫射片12所在的平面平行，而不一定位于同一平面中。

第二光束与第三光束均可经聚光杯11的反射面111反射，入射到漫射片12的上，第一光束则通过通光孔112再入射并透射过漫射片12，从而从漫射片12另一侧依次透射输出三基色，形成照明光束。

在本实施方式中，第一激光光源13、第二激光光源14及第三激光光源15均为激光器。聚光杯11的内凹面为抛物面。漫射片12的入射点设于抛物面的焦点处。具体地，激光器阵列发出的光束为平行光束，则第二光束与第三光束为平行光束，且均平行于抛物面的中轴线方向。因此，第二光束与第三光束平行入射到聚光杯11的反射面111的时候，则经反射面111反射的第二光束与第三光束能够会聚于抛物面的焦点处。而抛物面的焦点处位于漫射片12的入射点，从而，第二光束与第三光束经聚光杯11反射、第一光束经聚光杯11透射后会聚于一点，均利用漫射片12进行消散斑，漫射片12可以如图5A，或图5B或图5C所示进行不同运动方式的运动，增强消散斑的效果。

以及，漫射片12同理也可以参照图6A所示，进行不同漫射区的划分，对于绿色激光通过的漫射区区域，其发散角度可以与蓝色激光通过的漫射区区域相同，也可以与红色激光通过的漫射区区域相同，或者与两者均不相同。

以及，本实施方式的激光光源10沿照明光束的传播方向还设有准直透镜、会聚透镜17。准直透镜将照明光束准直。会聚透镜17将照明光束会聚聚焦。经漫射片12透射的照明光束呈发散状态，需要通过准透镜准直，会聚透镜17会聚。

可以理解，准直透镜也可以为准直透镜组，此处不做限定。同样，会聚透镜17可以为多个透镜组成的会聚透镜组，此处不做限定，只要能够对照明光束进行会聚即可。

本实施方式的激光光源10沿照明光束的传播方向设有匀光件18。匀光件18的入射点设有会聚透镜17的焦点处。匀光件18的入射点为匀光件18靠近漫射片12的一端端面的中心点。匀光件18用于对照明光束进行匀光。照明光束经会聚透镜17会聚在匀光件18的入射点，并入射到匀光件18内，经匀光件18照明光束得到匀化。具体地，匀光件18可以为光棒。经过漫射片12背面的准直透镜、会聚透镜17收光后进入匀光件18，提供匀化的照明光束。

在上述示例的激光光源01中，一组光源设置于聚光杯外侧，另外两组光源设置于聚光杯内侧，漫射片也设置于聚光杯内侧。通过聚光杯11可将第一激光光源13、第二激光光源14及第三激光光源15的激光光束均会聚在漫射片12的表面，并根据点亮时序，各不同的激光光束经过漫射片12的扩散透射，达到消散斑的目的。且不同颜色的激光光束根据点亮时序依次透射漫射片，提高了漫射片消散斑的利用效率，以及，第二激光光源14、第三激光光源15及漫射片12设于聚光杯11的内部，能够有效利用聚光杯11的内部空间，光源架构紧凑，减小了光源的架构体积，有利于激光投影设备的微型化发展。

实施例三、

本发明实施例提供一种用于消散斑的光源架构，如图3A和图3B所示，分别包括：聚光杯21、漫射片22、第一激光光源23、第二激光光源24以及第三激光光源25。其中，第一激光光源23、第二激光光源24以及第三激光光源25围绕漫射片22设置，如图3C所示，且这三组激光光源均位于聚光杯11的反射面一侧。图3A和图3B用于示例说明在不同角度能观察到的激光光源组。

本领域技术人员能够理解，图3C仅用于说明多组光源围绕漫射片设置，并未限定各组光源之间的相对位置关系，比如夹角角度，高度，这些选择可以根据具体需求而设置。

第一激光光源23，第二激光光源24，第三激光光源25发出的光束的颜色设置，照明光束传输方式均可以参照实施例二内容，在此不再赘述。

在本示例中，聚光杯21可以如实施例一或实施例二中所描述，选用抛物面杯，则第一激光光源23，第二激光光源24，第三激光光源25分别发出平行光束，平行光束平行于抛物面杯的中心轴，且经过抛物面杯的内凹反射面211反射后会聚与抛物面杯的焦点处，该焦点位于漫射片22的入光面表面。

或者，聚光杯21的内凹面为球面，球面上设置有高反射膜。而在具体应用时，球面焦点位于漫射片的入光面上。如图4所示，球面型聚光杯21具有球面焦点A。

设置方式可以是，第一激光光源、第二激光光源与第三激光光源其中的两组关于球面焦点对称设置于漫射片22的两侧，另一组激光光源则以任意角度设置，但三组光源经反射面211反射后会聚于一点，从而漫射片22位于三束光束的交点处。

或者，三个激光光源以围绕方式排布与漫射片22的周围。

由于本案中聚光杯21的内凹反射面为球形，从而这三组激光光源中，其一或者两者可以与漫射片22所在的平面呈一定夹角角度的方式进行设置，此时，该两激光光源出射的光束并不如实施例一或实施例二中所描述的为相互平行的光束，而是相对于内凹反射面的对称轴呈一定的夹角。由于内凹反射面为球面，入射至该球面的光束被反射并沿球面径向方向会聚，聚焦于球面焦点位置。

以及，在本示例中，漫射片12可以进行振动或摆动或者旋转运动，且具有不同的漫射区分区，下面将以漫射片12进行振动为例进行说明，则漫射片12的平面结构示意图如图6B所示，可以设置有第一漫射区a，第二漫射区b。当漫射片进行上下振动时，第一时刻，光束入射至第一漫射区a，第二时刻，光束入射至第二漫射区b。具体地，入射至这两个漫射区的光束的颜色并不做具体限定，可以根据光源的点亮时序确定。

为了增强消散斑的效果，可以将上述两个漫射区的发散角度设置为不同，从而增加光束被扩散发散角度的多样性。

或者，基于上述漫射区分区的基础上，漫射片12的出光面也设置有微结构，该微结构类似于漫射片12入光面的漫射颗粒。而入光面和出光面的漫射微结构发散角度可以不同，或者漫射颗粒颗粒度不同。从而可以利用一片漫射片对透射经过入光面和出光面的光束进行两次不同程度的发散，也有利于提高漫射片的消散斑效率。

以及，上述图6B的示例中仅给出了两个漫射区，当然也可以设置有第三漫射区，配合振动运动的频率和光源的点亮时序，不同颜色的激光可以入射不同的漫射区分区。

具体地，以第一激光光源23发出蓝色激光，第二激光光源24发出红色激光，第三激光光源25发出绿色激光为例说明本激光光源架构的光束传输过程：

第一时刻，当第一激光光源23被点亮，发出蓝色激光，其他两种激光光源未被点亮，蓝色激光通过聚光杯21的通光孔并入射至漫射片22的第一漫射区。

第二时刻，当第二激光光源24被点亮，发出红色激光，而第一激光光源23和第三激光光源25未被点亮，则红色激光光束光入射至聚光杯的凹形内反射面，并被反射且会聚于漫射片22的第二漫射区。其中，第二漫射区的发散角度大于第一漫射区的发散角度。

第三时刻，当第三激光光源25被点亮，发出绿色激光，同理，蓝色激光和红色激光此时不输出，绿色激光光束光入射至聚光杯的凹形内反射面，并被反射且会聚于漫射片22的第三漫射区。其中，第三漫射区的发散角度设置可以与第一漫射区、第二漫射区的发散角度相同，也可以均不相同。

以及，类似实施例二中内容，本实施方式的激光光源02沿照明光束的传播方向还设有准直透镜、会聚透镜27。准直透镜将照明光束准直。会聚透镜37将照明光束会聚聚焦。经漫射片22透射的照明光束为近朗博体分布，需要通过准直透镜准直，会聚透镜27会聚。

以及，本实施方式的激光光源02沿照明光束的传播方向设有匀光件28。匀光件28的入射点设有会聚透镜27的焦点处。匀光件28的入射点为匀光件28靠近漫射片22的一端端面的中心点。匀光件28用于对照明光束进行匀光。照明光束经会聚透镜27会聚在匀光件28的入射点，并入射到匀光件28内，经匀光件28照明光束得到匀化。具体地，匀光件28可以为光棒。经过漫射片22背面的准直透镜、会聚透镜37收光后进入匀光件38，提供匀化的照明光束。

从而本示例提供的激光光源02，通过聚光杯21可将第一激光光源23、第二激光光源24及第三激光光源25的激光光束均进行反射后会聚在漫射片22的表面，并根据点亮时序经过漫射片22的不同漫射区的扩散透射，达到消散斑的目的，且能够均衡各颜色激光的消散斑效果。且这三组激光器以及漫射片均设于聚光杯的内部，有效利用聚光杯的内部空间。上述激光光源02消散斑部件的利用率提高，并且结构紧凑，有利于激光投影设备的微型化发展。

需要说明的是，在本示例中，是以在聚光杯内侧设置了三组不同颜色激光器进行举例说明，当然，根据产品的需要，也可以利用上述架构思想设置两组不同颜色的激光器进行消散斑，而另一组颜色的光源可以不为激光器，比如为LED光源或者荧光光源，可以在两种颜色的激光经过漫射片消散斑后再与第三中颜色的光源进行合光，组成光源架构。应用了上述光源架构的双色激光光源同样也能通过一片漫射片进行消散斑，且达到光源架构紧凑的目的。

实施例四、

如图7所示，本发明还提供一种激光投影设备1，该激光投影设备可以具体为超短焦投影设备。激光投影设备1包括上述实施例一或二或三中的激光光源10、光机20、镜头30以及投影屏幕40，镜头30可以具体为超短焦投影镜头。

在上述激光投影设备1中，激光光源10时序性地输出三基色光，三基色光通过匀光部件进入光机20部分。光机20部分包括光棒结构、光路转换器件和DMD（DigitalMicromirror Device）芯片。DMD芯片包括多个微小的反射镜，这些微反射镜在电流驱动下在一定角度范围内进行翻转，以调节进入镜头30的光量，从而使图像呈现不同的色彩。光线经过DMD芯片调制后到达镜头30后，由镜头30内的光学镜片，经过多次折射和反射最终投射到投影屏幕40上形成投影图像。

通过应用实施例一或实施例二或实施例三中的激光光源，一方面提高了激光光源消散斑部件的利用率，同时使得光源架构紧凑，利于激光投影设备的小型化。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种激光光源，其特征在于，包括：聚光杯，所述聚光杯的内侧为内凹形的反射面，所述聚光杯的底部开设有通光孔；

透射型漫射片，设于所述聚光杯的内侧，且所述漫射片与所述通光孔相对设置，所述漫射片表面设置有漫射体；

用于发出第一光束的第一激光光源，设于所述聚光杯的外侧，所述第一光束通过所述通光孔入射到所述漫射片上，并经所述漫射片透射；

用于发出第二光束的第二激光光源，设于所述聚光杯的内侧，所述第二光束经所述聚光杯的反射面反射，入射到所述漫射片上，并经所述漫射片透射。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，还包括发出第三光束的第三激光光源，所述第三激光光源设于所述聚光杯的内侧且与所述漫射片并列设置，所述第三光束经所述聚光杯的反射面反射，入射到所述漫射片上，并经所述漫射片透射。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述漫射片旋转运动。

4.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述漫射片振动或摆动。

5.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述聚光杯的反射面为抛物面，入射于所述反射面的光束为平行于所述抛物面的中心轴平行光束，所述漫射片的入射点设于所述抛物面的焦点处。

6.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述聚光杯的反射面为球面，所述漫射片的入射点设于所述球面的焦点处。

7.根据权利要求3或4所述的激光光源，其特征在于，所述漫射片包括第一漫射区和第二漫射区，所述第一激光光源和第二激光光源时序点亮，依次入射所述第一漫射区和第二漫射区。

8.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，所述第一光束颜色为蓝色，所述第二光束颜色为红色，所述第三光束颜色为绿色。

9.一种激光光源，其特征在于，包括：

聚光杯，所述聚光杯的内侧为内凹形的反射面；

漫射片，设于所述聚光杯的内侧，所述漫射片朝向所述反射面的一侧表面设置有漫射体，且透射光束；

多组激光光源，设于所述聚光杯的内侧，所述光源发出激发光束，所述激发光束经所述聚光杯的反射面反射至所述漫射片上，并透射出射。

10.根据权利要求9所述的激光光源，其特征在于，所述多组光源包括蓝色激光光源和红色激光光源。

11.根据权利要求9所述的激光光源，其特征在于，所述多组光源包括蓝色激光光源，红色激光光源，绿色激光光源。

12.一种激光投影设备，其特征在于，包括权利要求1-11任意一项所述的激光光源。