一種雷射光源及雷射投影設備的製造方法與工藝
2023-06-07 16:48:36
一種雷射光源及雷射投影設備本申請要求2015年12月31日提出的發明名稱「一種雷射光源及雷射投影設備」的中國發明申請201511013799.9的優先權。技術領域本發明涉及投影顯示領域，尤其涉及一種用於投影的雷射光源及雷射投影設備。
背景技術：
雷射是一種高亮度，方向性強，發出單色相干光束的光源，由於雷射的諸多優點，近年來被逐漸作為光源應用於投影顯示技術領域。雷射的高相干性也帶來了雷射投影顯示時的散斑效應，所謂散斑是指相干光源在照射粗糙的物體時，散射後的的光，由於其波長相同，相位恆定，就會在空間中產生幹涉，空間中有些部分發生幹涉相長,有部分發生幹涉相消,最終的結果是在屏幕上出現顆粒狀的明暗相間的斑點，這些未聚焦的斑點在人眼看來處於閃爍狀態,長時間觀看易產生眩暈不適感，更造成投影圖像質量的劣化，降低用戶的觀看體驗。從抑制散斑的原理上看，通常包括，運用空間迭加的方法使散斑細化；運用時間平均的方法使散斑疊加，利用人眼積分作用減弱；運用拓展頻譜寬度降低雷射光源的相干性，以及運用頻率迭加的方法減弱光源的相干性。現有技術在雷射傳輸光路中，使用旋轉的散射片或擴散片進行消散斑，主要是利用了上述空間迭加和時間平均的原理，通過將光束拆分多個子光束，將散斑細化，並將不同時點的散斑圖樣進行疊加勻化，通過在人眼中的積分作用，使散斑現象淡化，減弱。但是現有技術中擴散片的消散斑效果與擴散片本身設置的發散角度和運動方式有關，在實際應用中，效果有限，無法有效提高投影畫面的顯示質量。
技術實現要素：
本發明公開了一種雷射光源和雷射投影設備，包括藍色雷射器和紅色雷射器，分別發出藍色雷射和紅色雷射；還包括螢光輪，所述螢光輪用於受激發出綠色螢光，通過在至少一種顏色的雷射傳輸光路中設置第一擴散部件和第二擴散部件，兩擴散部件受驅進行運動且運動軌跡不同，使得透射該兩個擴散部件的雷射光束相位改變呈多樣性，利於提高雷射光源的消散斑效果。本發明目的是通過以下技術方案實現的：一種雙色雷射光源，包括藍色雷射器和紅色雷射器，分別發出藍色雷射和紅色雷射；還包括螢光輪，用於受激發出綠色螢光；在至少一種顏色的雷射的傳輸光路中設置第一擴散部件，第二擴散部件，兩擴散部件分別受驅動進行運動，且第一擴散部件和第二擴散部件的運動軌跡不同；優選地，第一擴散部件和第二擴散部件在至少一種顏色的雷射的傳輸光路中前後相鄰設置。或者優選地，第一擴散部件和第二擴散部件在至少一種顏色的雷射的傳輸光路中間隔設置。優選地，，第一擴散部件和第二擴散部件分別受驅動進行線性往復振動。或者優選地，第一擴散部件和第二擴散部件其中之一受驅動進行旋轉，另一受驅動進行擺動或平動。優選地，第一擴散部件和第二擴散部振動方向正交。優選地，至少第一擴散部件和第二擴散部件之一做非周期性運動。優選地，第一擴散部件和第二擴散部件均做周期性運動。優選地，第一擴散部件和第二擴散部件均為散射片或擴散片。本發明還提供了一種雷射投影設備，包括雷射光源，光機，鏡頭，雷射光源為光機提供照明，光機對光源光束進行調製，並輸出至鏡頭進行成像，投射至投影介質形成投影畫面，雷射光源為上述任一技術方案的雷射光源。本發明實施例一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或者優點：本發明實施例技術方案提供的雷射光源，通過在雷射傳輸光路中設置消散斑裝置，該消散斑裝置包括依次設置的兩個擴散部件，兩個擴散部件分別在驅動部件的驅動下進行運動，從而相比於現有技術中使用一片旋轉運動的擴散片或散射片，雷射光束能夠經過兩次散射，勻化效果得到提升，以及，由於兩個擴散部件的運動軌跡不同，從而兩個擴散部件的運動軌跡疊加後所包圍的軌跡面或範圍大於原第一擴散部件或第二擴散部件的軌跡面或範圍，以及也大於具有相同運動軌跡的兩擴散部件的疊加運動軌跡面或範圍，使得雷射光束在依次經過兩個擴散部件時，相位發生改變的空間位置範圍增大，而改變後的相位之間的相關度較低的概率增大，即產生隨機相位的概率增大，能夠大大增加隨機相位圖樣的數量，利用人眼的積分作用，使得散斑效應減弱，達到了較佳的消散斑的目的，能夠提供高質量的雷射光源照明，同時，散斑效應的減弱提高了投影畫面的顯示質量。本發明實施例技術方案提供的雷射投影設備，應用上述的雷射光源方案，能夠減弱投影畫面的散斑效應，提高投影畫面的顯示質量，增強產品的競爭力。附圖說明圖1為本發明實施例一中雷射光源架構示意圖；圖2為本發明實施例一中消散斑裝置結構示意圖；圖3為本發明實施例一中消散斑裝置運動方式示意圖；圖4為本發明實施例一中消散斑裝置擬合運動軌跡示意圖；圖5A為本發明實施例一中消散斑裝置又一擬合運動軌跡示意圖；圖5B為本發明實施例一中消散斑裝置再一擬合運動軌跡示意圖；圖6為本發明實施例二中雷射光源架構示意圖；圖7A為本發明實施例三中消散斑裝置一運動方式示意圖；圖7B為本發明實施例三中消散斑裝置又一運動方式示意圖；圖8為本發明實施例三中雷射光源架構示意圖；圖9為本發明實施例四中雷射光源架構示意圖；圖10為本發明實施例五中雷射光源架構示意圖；圖11為本發明實施例六中雷射投影設備結構示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面將結合附圖，對本發明實施例提供的技術方案進行詳細說明。實施例一本發明實施例一提供了一種雷射光源，如圖1所示，本實施例一公開了一種雙色雷射光源，雷射器具體包括藍色雷射器11和紅色雷射器12，兩者垂直排列，分別發出藍色雷射和紅色雷射，其中藍色雷射作為激發光源。以及，螢光輪20，螢光輪20基板上設置有綠色螢光粉，用於受雷射激發發出綠色螢光，從而與藍色雷射，紅色雷射形成三基色。其中，紅色雷射和藍色雷射合光後的傳輸光路中設置有消散斑裝置30，消散斑裝置30包括第一擴散部件31和第二擴散部件32，兩擴散部件前後相鄰設置。如圖2所示，消散斑裝置30還包括第一驅動部件33，第二驅動部件34，第一擴散部件31和第二擴散部件32同時並分別受第一驅動部件33和第二驅動部件34驅動進行運動，且第一擴散部件31和第二擴散部件32的運動軌跡不同。具體地，在本實施例光源中，藍色雷射器11發出的藍色雷射和紅色雷射器12發出的紅色雷射，首先經過縮束部件進行光束整形，將雷射器發出的較大光斑進行縮小後才利於在光學鏡片中傳輸，提高光處理效果，以及，光束整形更為直接的目的是符合螢光輪受激所需要的光斑大小，比如在0.8mm直徑左右。常用的聚束部件包括聚焦透鏡或者望遠鏡系統（由一片凸透鏡和一片凹透鏡組成），在本實施例中採用望遠鏡系統。具體地，每路雷射先經過一片大的凸透鏡進行會聚光束，通過合光部件40合成方向相同的一路，再經過一片凹透鏡。具體地，合光部件40可以為二向色鏡，能夠透射藍色雷射，並反射紅色雷射，或者為具有間隔的反射鏡組單元，鏤空或透明區域允許藍色雷射透射，反射鏡片反射紅色雷射，從而兩路互相垂直的光束變成一路光進行傳輸。在兩路合光的傳輸中由於設置了第一擴散部件31和第二擴散部件32組成的消散斑裝置30，能夠根據藍色雷射器和紅色雷射器的點亮時段，在藍色雷射或者紅色雷射透射這兩個擴散部件時進行消散斑。消散斑裝置30的具體工作過程如下：如圖2所示，消散斑裝置30還包括控制部件35，控制部件35分別對第一致動部件33和第二致動部件34進行信號控制，根據信號輸出對應地驅動電流，比如不同的PWM波，或者對應的軟體程序控制，使得第一驅動部件33和第二驅動部件34帶動對應的擴散部件做不同的運動。控制部件35可以為CUP控制器，同時為兩驅動部件輸出控制信號。由於第一擴散部件31和第二擴散部件32前後依次設置，從而藍色或紅色雷射光束能夠依次通過兩個擴散部件，經過兩次擴散，提高光束的勻化程度。由於光束先經過第一擴散部件31擴散後，發散程度增加，優選地，第二擴散部件32的面型稍大於第一擴散部件31，以便能夠全部接收從第一擴散部件31出射的呈一定發散程度的雷射光束。以及，第一擴散部件31和第二擴散部件32同時並分別受第一驅動部件11和所述第二驅動部件21的驅動進行運動，從而雷射光束依次通過兩個運動狀態的擴散部件，運動的擴散部件相比於靜止設置的擴散部件除了在改變空間相位外，還能夠使雷射光束產生多個隨機相位圖樣，有利於提高雷射的消散斑效果；並且在本發明實施例中，第一擴散部件31和第二擴散部件32的運動軌跡不同，兩個擴散部件的運動軌跡疊加後所包圍的軌跡面或範圍大於原第一擴散部件或第二擴散部件的軌跡面或範圍，以及也大於具有相同運動軌跡的兩擴散部件的疊加運動軌跡面或範圍，由於兩個擴散部件對於雷射光束相位的改變均是隨機的，這使得雷射光束在依次經過兩個擴散部件時，在較大面積的軌跡面或者範圍內，相位發生改變的空間位置範圍增大，改變後的相位之間的相關度較小的概率增大，即產生隨機相位的概率增大，能夠大大增加隨機相位圖樣的數量，利用人眼的積分作用，使得散斑效應減弱，達到了較好的消散斑的目的。具體地，第一擴散部件31和第二擴散部件32可以均為散射片或擴散片，其中，散射片或擴散片的入光面設置散射微結構，或者，散射片或擴散片的入光面和出光面均設置散射微結構，能夠提高雷射光束透過該部件後的散射程度。以及，第一擴散部件31和第二擴散部件32可以為圓形，也可以為長方形，或者橢圓形，只要利於全部接收到前端入射的雷射光束即可，在此並不對形狀做具體限定。第一致動部件33和第二致動部件34可以為電磁線圈或者壓電陶瓷，並通過一個夾持結構（圖中未示出），比如支撐框框架，與上述第一擴散部件31和第二擴散部件32連接，並受控於控制部件35，隨著驅動電流的改變，對擴散部件進行不同運動軌跡的驅動。需要說明的是，運動軌跡由運動方向、運動形式和運動幅度來表示。上述的運動軌跡不同是指運動方向、運動形式和運動幅度三個因素中任一不同，或者任兩者不同，或者三者均不同的情況。後面將分別介紹第一擴散片31和第二擴散片多種不同運動軌跡組合方式。以及，在具體實施時，第一擴散部件31和第二擴散部件32，為了使擴散部件的光透過率較高，對應雷射的入射方向，第一擴散部件31和第二擴散部件32均在垂直於雷射的入射方向的平面上進行運動。以及，本領域技術人員能夠理解，基於上述設置，當第一擴散部件和第二擴散部件相鄰設置，且透過兩個擴散部件的雷射光束的傳輸方向一致，則第一擴散部件和第二擴散部件的運動平面相互平行。當第一擴散部件和第二擴散部件間隔設置，應用於具體的消散斑光路中時，由於雷射光路方向的改變，雖然第一擴散部件和第二擴散部件的運動平面與雷射光路傳輸方向保持垂直關係，但兩個平面可能平行，也可能呈一角度，這與雷射光路發生轉折的角度有關，而兩擴散部件疊加消散斑的效果並不會有較大差異。在本發明實施例中，為簡要說明，以第一擴散部件和第二擴散部件相鄰設置，運動平面相互平行為例進行介紹。如圖3所示，對應雷射的入射方向，第一擴散部件31和第二擴散部件32以雷射入射方向的光軸為Z軸，建立坐標系，第一擴散部件31和第二擴散部件32分別沿垂直於Z軸的且相互平行的兩個平面a，b進行運動。這種設置方式能夠使擴散部件以最大有效面積對藍色或紅色雷射光束進行透射，提高了對雷射光束的光擴散效率。在平面a，b上，第一擴散部件31和第二擴散部件32分別受驅動進行線性往復振動。其中，兩線性往復振動的振動方向不同，如圖3所示，第一擴散部件31沿運動軌跡1做線性往復振動，第二擴散部件32沿運動軌跡2做線性往復振動，運動軌跡1和運動軌跡2的延長線呈夾角ϴ，夾角ϴ可以為銳角或直角。當夾角ϴ為直角時，即兩個擴散部件的運動方向正交，具體可以是，第一擴散部件31沿水平X軸方向進行往復振動，第二擴散部件32沿豎直Y軸方向進行往復振動，從而兩者的運動軌跡延長線相互垂直。當然，也可以是第一擴散部件31沿豎直Y軸方向，第二擴散部件沿水平X軸方向進行線性往復振動，這兩種情況下效果類似，並不限定具體的實施情況。上述兩個方向的兩個擴散部件的線性往復振動可以為勻速運動，也可以是非勻速運動。上述兩個方向的兩個擴散部件的線性往復振動的振幅可以相同，也可以不同，振幅範圍優選地大於等於0.1mm。以及，上述兩個方向的兩個擴散部件的線性往復振動可以均是周期性的，或者也可以其中一個線性往復振動是周期性的，另一個是非周期性，或者，這兩個部件的線性往復振動均是非周期性的。非周期性隨機的運動方式能夠增加光束相位改變的隨機性，減少因為周期性運動造成的穩定的光斑圖樣。下面結合附圖3和圖4詳細說明第一擴散部件31和第二擴散部件32的運動過程。以第一擴散部件31和第二擴散部件32沿正交的兩個方向進行線性往復振動，且兩個線性振動的振幅大小相同，以及均為勻速運動為例，則在第一擴散部件31和第二擴散部件32均進行運動的過程中，將第一擴散部件31和第二擴散部件32各自的運動軌跡投影在一個平面上，該投射平面垂直於雷射入射光軸方向，擬合後的運動軌跡也投影於同一平面內，從而沿雷射光束入射方向的Z軸，兩部件各自的運動軌跡擬合形成的運動軌跡如圖4所示。其中原點O為第一擴散部件31和第二擴散部件32線性往復振動的中點，假設兩線性振動的振幅大小均為R，R取大於0.1mm範圍值，隨著R值的增加，有利於消散斑但是會對增大光斑面積。a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3分別代表第一擴散部件31和第二擴散部件32在各自運動軌跡中及擬合運動軌跡中的不同空間位置的投射點。以及，線性振動的頻率並不做具體限定，根據產品需要以及硬體驅動能力，本發明實施例優選地取線性振動的頻率為60~240HZ。本領域技術人員能夠理解，振動頻率也同樣可以取50HZ或者其他數值。根據圖示，第一擴散部件31在a1至a3範圍沿運動軌跡1運動，a1或a3至中心原點O的距離為R，第二擴散部件32在b1至b3範圍沿運動軌跡2運動，b1或b3至中心原點O的距離為R。從而，當第一擴散部件31運動至a1點，且第二擴散運動部件20位於中心原點O位置時，即左側最大振幅位置處，則擬合運動軌跡點為a2位置處，即沿X軸水平向左二分之一振幅位置處。當第一擴散部件31運動至a2點，且第二擴散運動部件20運動至b2位置時，則擬合運動軌跡點為c2位置處。同理，當第一擴散部件31運動至中心原點O位置處，且第二擴散運動部件20運動至b1位置時，即沿Y軸方向向上最大振幅位置處，則擬合運動軌跡點為b2位置處。當第一擴散部件31運動至a1或a3點，且第二擴散運動部件20運動至b1位置時，則擬合運動軌跡點為c3或c1位置處。從而，第一擴散部件31和第二擴散部件32的運動軌跡進行擬合後形成如圖4所示的圓形，即運動軌跡可表示為：X²+Y²=c²，其中，X代表運動軌跡1中的點，Y代表運動軌跡2中的點，C=R，這個運動軌跡所包圍的面積或範圍代表了第一擴散部件31和第二擴散部件32能夠對光束進行相位改變的空間位置範圍大小，由於兩擴散部件對於光束相位的改變是隨機的，當相位能夠發生改變的空間位置範圍越大，能夠產生不相關的隨機相位的概率就增大，，從而最終產生的獨立隨機相位圖樣的數量將大大增加，利用人眼的積分作用，散斑效應會大大減弱。以及，當第一擴散部件31和第二擴散部件32...