CN109085734A - 激光光源合光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光光源合光装置，包括自由曲面透镜，所述自由曲面透镜包括：第一曲面，用于第一激光光源阵列发出的第一激光光束通过并进入自由曲面透镜内；第二曲面，用于将通过第一曲面的第一激光光束反射到第三曲面；第三曲面，用于反射后的第一激光光束通过并穿出自由曲面透镜进入波长转换装置，同时对通过第三曲面的第一激光光束进行汇聚。通过自由曲面透镜来实现激光光束的合光，自由曲面透镜的第一曲面、第二曲面和第三曲面实现了对激光光束的方向改变、汇聚等多种功能，单一的自由曲面透镜代替了传统的多组反射镜和透镜组的方式，结构简单，体积更紧凑，光学效率更高，成本也得到降低。

Description

激光光源合光装置
技术领域
本发明涉及激光投影领域，特别是涉及一种激光光源合光装置。
背景技术
激光光源具有方向性强、亮度高、相干性好的特点，近年来逐步成为高亮度投影主要光源，并广泛应用在大屏显示领域和教育投影领域。
目前激光投影光源模组通常采用激光光源阵列经过多组反射镜反射后，透过一系列的聚光透镜组汇聚，进入波长转换装置上，激发出其它不同波长的可见光。传统方式的激光光源合光方式采用多组透镜，结构比较复杂，体积较大。
发明内容
基于此，有必要提供一种结构简单、体积小的激光光源合光装置。
一种激光光源合光装置，包括自由曲面透镜，所述自由曲面透镜包括：
第一曲面，用于第一激光光源阵列发出的第一激光光束通过并进入自由曲面透镜内；
第二曲面，用于将通过第一曲面的第一激光光束反射到第三曲面；
第三曲面，用于反射后的第一激光光束通过并穿出自由曲面透镜进入波长转换装置，同时对通过第三曲面的第一激光光束进行汇聚。
在其中一个实施例中，所述第二曲面还用于对第一激光光束进行汇聚。
在其中一个实施例中，所述第二曲面法线角度为20°～60°。
在其中一个实施例中，所述第一曲面还用于对第一激光光束进行光斑校正。
在其中一个实施例中，所述第一曲面、第二曲面和第三曲面通过模压成型方式生成。
在其中一个实施例中，所述激光光源合光装置还包括：
第一激光光源阵列，正对第一曲面设置，用于发出第一激光光束；
波长转换装置，用于将经过自由曲面透镜后的第一激光光束波长转换产生另外一种波长的可见光；
依次设置在另外一种波长的可见光的光路上的汇聚透镜组、匀光装置、中继透镜组、投影显示芯片。
在其中一个实施例中，所述自由曲面透镜还包括：
第四曲面，用于第二激光光源阵列发出的第二激光光束通过并进入自由曲面透镜内，所述第二激光光源阵列与第一激光光源阵列垂直设置；
第五曲面，用于将通过第四曲面的第二激光光束反射到第二曲面；
所述第二曲面还用于将经第五曲面反射的第二激光光束反射到第三曲面；
所述第三曲面还用于两次反射后的第二激光光束通过并穿出自由曲面透镜进入波长转换装置，同时对通过第三曲面的第二激光光束进行汇聚。
在其中一个实施例中，所述第二曲面包括上半部曲面和下半部曲面；
所述上半部曲面用于反射第一激光光束，所述下半部曲面用于反射第二激光光束；
或所述上半部曲面用于反射第二激光光束，所述下半部曲面用于反射第一激光光束。
在其中一个实施例中，所述第四曲面还用于对第二激光光束进行光斑校正。
在其中一个实施例中，所述第四曲面对应第二激光光束的入射面为凸型曲面，所述第五曲面对应第二激光光束的入射面为凹型曲面。
上述激光光源合光装置通过自由曲面透镜来实现激光光束的合光，自由曲面透镜的第一曲面、第二曲面和第三曲面实现了对激光光束的方向改变、汇聚等多种功能，单一的自由曲面透镜代替了传统的多组反射镜和透镜组的方式，结构简单，体积更紧凑，光学效率更高，不再需要多组反射镜和透镜组，成本也得到降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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实施例的附图。
图1为一种传统的激光光源合光装置示意图；
图2为一实施例中一种激光光源合光装置的自由曲面透镜示意图；
图3为一实施例中一种激光光源合光装置的示意图；
图4为另一实施例中一种激光光源合光装置的自由曲面透镜示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1是一种传统的激光光源合光装置示意图，传统的激光光源合光装置包括：发出激光光束的激光光源阵21，对激光光束反射的多组反射镜22，然后依次设置在激光光束的光路上的透镜组23、大反射镜24、透镜组25，实现光线汇聚到波长转换装置26上，在结构上比较复杂，采用多组透镜，体积较大，成本较高，组装对准难度较大。
图2是一种激光光源合光装置的自由曲面透镜示意图，该自由曲面透镜2包括：
第一曲面S1，用于第一激光光源阵列1发出的第一激光光束通过并进入自由曲面透镜2内；
第二曲面S2，用于将通过第一曲面S1的第一激光光束反射到第三曲面S3；
第三曲面S3，用于反射后的第一激光光束通过并穿出自由曲面透镜2进入波长转换装置3，同时对通过第三曲面的第一激光光束进行汇聚。
通过自由曲面透镜2来实现激光光束的合光，自由曲面透镜2的第一曲面S1、第二曲面S2和第三曲面S3实现了对激光光束的方向改变、汇聚等多种功能，代替了传统的多组反射镜和透镜组的方式，自由曲面透镜2能实现传统激光光源合光装置中多个部件整体配合的效果，而且结构简单，体积更紧凑，光学效率更高，成本也得到降低。
在一个实施例中，第一曲面S1还可以用于对第一激光光束进行光斑校正。第一曲面S1对应第一激光光束的入射方向可以为凹型曲面，可以将入射的第一激光光束进行小角度的分散；第一曲面S1对应第一激光光束的入射方向也可以为凸型曲面，可以将入射的第一激光光束进行小角度的汇聚，根据第一激光光束的入射范围和后面的操作选择对光斑校正。
在一个实施例中，第二曲面S2还可以用于对第一激光光束进行汇聚。第二曲面S2不仅对第一激光光束进行反射同时还对第一激光光束进行汇聚，可以减小第三曲面S3的面积，进而减小自由曲面透镜2的体积。优选第二曲面S2和第三曲面S3配合形成一个汇聚曲面组，对第一激光光束进行有效的汇聚，使其能满足波长转换装置3的需求。
在上述实施例中，第二曲面法线角度为20°～60°。由于自由曲面透镜2需要至少采用3个曲面来完成对光源进行光斑校正、光斑汇聚，所以对第二曲面S2面的角度有要求，第二曲面S2法线角度需要在20°～60°之间，不然无法实现光线的光斑校正、光斑汇聚功能。第二曲面S2法线角度可以为20°、30°、35°、40°、45°、50°、60°等。
可选的，如图3所示，激光光源合光装置还包括：
第一激光光源阵列1，正对第一曲面S1设置，发出第一激光光束；
波长转换装置3，将经过自由曲面透镜2后的第一激光光束波长转换产生另外一种波长的可见光；
依次设置在另外一种波长的可见光的光路上的汇聚透镜组4、匀光装置5、中继透镜组6、投影显示芯片7。其中投影显示芯片7可以为数字微镜器件DMD，或LCD、LCOS。优选的，第一激光光束经过自由曲面透镜2后可以增加透镜组对光束进一步汇聚。
上述实施例中，第一曲面S1、第二曲面S2和第三曲面S3通过模压成型方式生成。通过模压成型方式制作，模具保证了曲面精度，比传统采用多个透镜组，装配时候再做调整要容易实现。
在一个实施例中，激光光源合光装置不限于单组激光光源装置，还适用于多组激光光源装置，如图4所示，自由曲面透镜还可以包括：
第四曲面S4，用于第二激光光源阵列11发出的第二激光光束通过进入自由曲面透镜2内，其中第二激光光束波长可以与第一激光光束波长不同也可以与与第一激光光束波长相同，第二激光光源阵列11与第一激光光源阵列1垂直设置；
第五曲面S5，用于将通过第四曲面S4的第二激光光束反射到第二曲面S2；
第二曲面S2还可以用于将经第五曲面S5反射的第二激光光束反射到第三曲面S3；
第三曲面S3还可以用于两次反射后的第二激光光束通过并穿出自由曲面透镜2进入波长转换装置3，同时对通过第三曲面S3的第二激光光束进行汇聚。
在本实施例中，激光光源合光装置还包括第二激光光源阵列11，该第二激光光源阵列11正对第四曲面S4设置，发出第二激光光束；第二激光光源阵列11与第一激光光源阵列1垂直设置。优选的，第一激光光束和第二激光光束经过自由曲面透镜2后可以增加透镜组对光束进一步汇聚。本实施例为两组激光光源装置，同理还可以设置更多组激光光源装置。
在一个实施例中，第二曲面S2还可以对第一激光光束和第二激光光束进行汇聚。第二曲面S2不仅对第一激光光束和第二激光光束进行反射同时还对第一激光光束和第二激光光束进行汇聚，可以减小第三曲面S3的面积，进而减小自由曲面透镜2的体积。第二曲面S2和第三曲面S3配合形成一个汇聚曲面组，对第一激光光束进行有效的汇聚，使其能满足波长转换装置3的需求。
在一个实施例中，第二曲面S2包括上半部曲面和下半部曲面；上半部曲面用于反射第一激光光束，下半部曲面用于反射第二激光光束；或上半部曲面用于反射第二激光光束，下半部曲面用于反射第一激光光束。第二曲面S2的上半部曲面和下半部曲面分别对第一激光光束和第二激光光束进行反射和汇聚，不会牺牲光学效率。
在一个实施例中，第四曲面S4还可以对第二激光光束进行光斑校正。第四曲面S4对应第二激光光束的入射方向可以为凹型曲面，可以将入射的第一激光光束进行小角度的分散；第四曲面S4对应第二激光光束的入射方向也可以为凸型曲面，可以将入射的第二激光光束进行小角度的汇聚，根据第二激光光束的入射范围和后面的操作选择对光斑校正。
在本实施例中，第四曲面S4对应第二激光光束的入射面为凸型曲面，第五曲面S5对应第二激光光束的入射面为凹型曲面。还可以第四曲面S4对应第二激光光束的入射面为凹型曲面，第五曲面S5对应第二激光光束的入射面为凸型曲面。
上述实施例中，第一曲面S1、第二曲面S2、第三曲面S3、第四曲面S4和第五曲面S5通过模压成型方式生成。通过模压成型方式制作，模具保证了曲面精度，比传统采用多个透镜组，装配时候再做调整要容易实现。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光光源合光装置，其特征在于，包括自由曲面透镜，所述自由曲面透镜包括：
第一曲面，用于第一激光光源阵列发出的第一激光光束通过并进入自由曲面透镜内；
第二曲面，用于将通过第一曲面的第一激光光束反射到第三曲面；
第三曲面，用于反射后的第一激光光束通过并穿出自由曲面透镜进入波长转换装置，同时对通过第三曲面的第一激光光束进行汇聚。
2.根据权利要求1所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第二曲面还用于对第一激光光束进行汇聚。
3.根据权利要求1所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第二曲面法线角度为20°～60°。
4.根据权利要求1所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第一曲面还用于对第一激光光束进行光斑校正。
5.根据权利要求1所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第一曲面、第二曲面和第三曲面通过模压成型方式生成。
6.根据权利要求1所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述激光光源合光装置还包括：
第一激光光源阵列，正对第一曲面设置，用于发出第一激光光束；
波长转换装置，用于将经过自由曲面透镜后的第一激光光束波长转换产生另外一种波长的可见光；
依次设置在另外一种波长的可见光的光路上的汇聚透镜组、匀光装置、中继透镜组、投影显示芯片。
7.根据权利要求1-6任一所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述自由曲面透镜还包括：
第四曲面，用于第二激光光源阵列发出的第二激光光束通过并进入自由曲面透镜内，所述第二激光光源阵列与第一激光光源阵列垂直设置；
第五曲面，用于将通过第四曲面的第二激光光束反射到第二曲面；
所述第二曲面还用于将经第五曲面反射的第二激光光束反射到第三曲面；
所述第三曲面还用于两次反射后的第二激光光束通过并穿出自由曲面透镜进入波长转换装置，同时对通过第三曲面的第二激光光束进行汇聚。
8.根据权利要求7所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第二曲面包括上半部曲面和下半部曲面；
所述上半部曲面用于反射第一激光光束，所述下半部曲面用于反射第二激光光束；
或所述上半部曲面用于反射第二激光光束，所述下半部曲面用于反射第一激光光束。
9.根据权利要求7所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第四曲面还用于对第二激光光束进行光斑校正。
10.根据权利要求7所述的激光光源合光装置，其特征在于，所述第四曲面对应第二激光光束的入射面为凸型曲面，所述第五曲面对应第二激光光束的入射面为凹型曲面。
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