CN110618576A - 高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源*** - Google Patents

高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，包括蓝光激光光源Ⅰ（1）、蓝光激光光源Ⅱ（6）、绿光激光光源（7）和红光激光光源（8）；所述蓝光激光光源Ⅰ（1）发射的光束依次经过匀光片Ⅰ（2）、反黄透蓝合束镜Ⅰ（3）及透镜组Ⅰ（4）入射至荧光材料（5）；所述蓝光激光光源Ⅱ（6）发射的光束依次经过匀光片Ⅱ（6）、反射镜（11）、反黄透蓝合束镜Ⅱ（12）、反红透蓝绿合束镜（13）及透镜组Ⅱ（14）入射至光通管（15）。本发明实现具有大色域的激光密堆积集成的激光光源，同时多波长的选择降低光源相干性，可以有效抑制激光散斑，具有很好的市场应用前景。

Description

高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***
技术领域
本发明涉及激光投影技术领域，具体为应用于激光荧光投影***的一种高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***。
背景技术
投影机作为显示行业中最主要的设备之一，自诞生以来即被广泛应用于教育、商业、工程、监控、模拟训练、影院放映等各个行业。但目前全球市场范围内，投影仪中所广泛使用的氙灯，高压汞灯等灯泡寿命短、颜色差、亮度受限、使用成本高、不环保等，无法满足24小时/每日，每周7天的持续性工作的需求，诸如控制与监控室，大型建筑物亮化实景等新的行业应用需求。红绿蓝（RGB）激光投影显示技术，充分利用激光波长可选择性和高光谱亮度的特点，使显示图像具有更大的色域表现空间，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力，被誉为显示行业的终极显示技术。
投影显示以清晰度、色域范围作为画面质量的衡量标准，清晰度从1080p升级至4k，色域从Rec.709扩展到DCI-P3，进一步升级至Rec.2020色域，这是业界对显示画面极致色彩完美表现力的新要求。
目前市场上能够商用化的绿光半导体激光器只有520nm和525nm两个波长，而这两个波长均不能涵盖色域Rec.2020，见附图2所示。要想涵盖色域Rec.2020必须使用532nm激光器，目前只有固态激光器可以产生532nm的绿光，这种激光器体积大、价格成本高、稳定性差，难以在投影行业商业化应用。
发明内容
目前市场上的半导体RGB激光二极管集成光源不能涵盖色域Rec.2020，同时激光散斑的存在使得图像的灰度发生剧烈的变化，降低了图像显示质量。针对这一技术问题，本发明目的是提出一种高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，可有效解决半导体RGB激光二极管集成光源不满足色域Rec.2020和散斑严重技术问题。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，包括蓝光激光光源Ⅰ、蓝光激光光源Ⅱ、绿光激光光源和红光激光光源。
所述蓝光激光光源Ⅰ发射的光束依次经过匀光片Ⅰ、反黄透蓝合束镜Ⅰ及透镜组Ⅰ入射至荧光材料。
所述蓝光激光光源Ⅱ发射的光束依次经过匀光片Ⅱ、反射镜、反黄透蓝合束镜Ⅱ、反红透蓝绿合束镜及透镜组Ⅱ入射至光通管。
所述绿光激光光源发射的光束依次经过反黄透蓝合束镜Ⅱ、反红透蓝绿合束镜及透镜组Ⅱ入射至光通管。
所述红光激光光源发射的光束依次经过匀光片Ⅲ、反红透蓝绿合束镜及透镜组Ⅱ入射至光通管。
所述荧光材料发射的光束依次经过透镜组Ⅰ、反黄透蓝合束镜Ⅰ、反黄透蓝合束镜Ⅱ、反红透蓝绿合束镜及透镜组Ⅱ入射至光通管。
本发明为使半导体激光二极管集成光源满足Rec.2020需求，同时具有小体积，大功率输出，设计出上述的高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，利用较低成本的蓝光激光光源激发荧光材料产生>532nm色光，采用特殊合束镜将半导体RGB激光二极管，通过波长合束的方式耦合进入光通管，可以实现达到Rec.2020大色域的要求（>532nm光与RGB合束实现宽色域），同时，多波长半导体激光二极管高密堆积排布，可以获得高功率激光光源（高度集成大功率），满足高亮度投影机需求。这种多波长合束的同时，可实现显著降低散斑（降低光源相干性），提升观影体验。
本发明结合两种合束镜（反黄透蓝合束镜和反红透蓝绿合束镜）具有透光特性，设计了使用这两种合束镜的新颖光学光路，耦合集成半导体RGB激光二极管和激光荧光单元，实现具有大色域的激光密堆积集成的激光光源，同时多波长的选择降低光源相干性，可以有效抑制激光散斑，具有很好的市场应用前景。
附图说明
图1表示本发明***的结构示意图。
图2表示本发明***满足的色域图，Ⅲ-大色域激光光源。
图3表示反黄透蓝合束镜的光学特性。
图4表示反红透蓝绿合束镜的光学特性。
图中：1-蓝光激光光源Ⅰ，2-匀光片Ⅰ，3-反黄透蓝合束镜Ⅰ，4-透镜组Ⅰ，5-荧光材料，6-蓝光激光光源Ⅱ，7-绿光激光光源，8-红光激光光源，9-匀光片Ⅱ，10-匀光片Ⅲ，11-反射镜，12-反黄透蓝合束镜Ⅱ，13-反红透蓝绿合束镜，14-透镜组Ⅱ，15-光通管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
采用半导体RGB激光二极管集成的激光光源，不能涵盖色域Rec.2020，通过本实施例光源***的实施，可以使激光光源的色域满足大色域Rec.2020的要求，生产出集成度高，宽色域，低散斑的高功率激光光源。
如图1所示，一种高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，包括蓝光激光光源Ⅰ1、蓝光激光光源Ⅱ6、绿光激光光源7和红光激光光源8。
蓝光激光光源Ⅰ1发射的光束依次经过匀光片Ⅰ2、反黄透蓝合束镜Ⅰ3及透镜组Ⅰ4入射至荧光材料5。
蓝光激光光源Ⅱ6发射的光束依次经过匀光片Ⅱ6、反射镜11、反黄透蓝合束镜Ⅱ12、反红透蓝绿合束镜13及透镜组Ⅱ14入射至光通管15。
绿光激光光源7发射的光束依次经过反黄透蓝合束镜Ⅱ12、反红透蓝绿合束镜13及透镜组Ⅱ14入射至光通管15。
红光激光光源8发射的光束依次经过匀光片Ⅲ10、反红透蓝绿合束镜13及透镜组Ⅱ14入射至光通管15。
荧光材料5发射的光束依次经过透镜组Ⅰ4、反黄透蓝合束镜Ⅰ3、反黄透蓝合束镜Ⅱ12、反红透蓝绿合束镜13及透镜组Ⅱ14入射至光通管15。
具体过程为，蓝光激光光源Ⅰ1发出的光经匀光片Ⅰ2，透射经过反黄透蓝合束镜Ⅰ3，至透镜组Ⅰ4聚焦至荧光材料5。聚焦至荧光材料的蓝光光源激发荧光材料产生>532nm的色光，经透镜组Ⅰ4平行出射至反黄透蓝合束镜Ⅰ3反射至反黄透蓝合束镜Ⅱ12。反黄透蓝合束镜12具有附图3所示透光特性，在45°角入射下，440~470nm的光透射大于95%，490~675nm的光反射大于98%。另一蓝光激光光源Ⅱ6透过匀光片Ⅱ9后入射至反射镜11，反射至反黄透蓝合束镜Ⅱ12。绿光激光光源7经反黄透蓝合束镜Ⅱ12与蓝光和荧光材料5产生的荧光激发光源进行波长合束。红光激光光源8透过匀光片Ⅲ10，经反红透蓝绿合束镜13与蓝光激光光源Ⅱ6、绿光激光光源7和荧光材料5产生的荧光激发光进行多波长合束。反红透蓝绿合束镜13具有附图4所示透光特性，在45°角入射下，420~620nm的光透射大于95%，630~675nm的光反射大于98%。经合束镜透射或反射的光束均以45°角入射。经过反红透蓝绿合束镜13的激光光源平行进入透镜组Ⅱ14聚焦耦合进入光通管15。
具体实施时，蓝光激光光源Ⅰ1和蓝光激光光源Ⅱ6发出的蓝光波长为448nm、455nm或者465nm；绿光激光光源7发出的绿光波长为520nm或者525nm；红光激光光源8发出的绿光波长为638nm、639nm或者642nm。本***采用上述多波长激光光源，与荧光材料产生的荧光激发光多波长色光合束，可有效降低光源的相干性，达到消散斑目的。通过如图1所示新颖的光学光路，采用合束镜进行多波长光源合束，可满足大色域Rec.2020要求，从而实现高亮度、高性价比、低散斑、性能稳定的高功率激光光源。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，其特征在于：包括蓝光激光光源Ⅰ（1）、蓝光激光光源Ⅱ（6）、绿光激光光源（7）和红光激光光源（8）；
所述蓝光激光光源Ⅰ（1）发射的光束依次经过匀光片Ⅰ（2）、反黄透蓝合束镜Ⅰ（3）及透镜组Ⅰ（4）入射至荧光材料（5）；
所述蓝光激光光源Ⅱ（6）发射的光束依次经过匀光片Ⅱ（6）、反射镜（11）、反黄透蓝合束镜Ⅱ（12）、反红透蓝绿合束镜（13）及透镜组Ⅱ（14）入射至光通管（15）；
所述绿光激光光源（7）发射的光束依次经过反黄透蓝合束镜Ⅱ（12）、反红透蓝绿合束镜（13）及透镜组Ⅱ（14）入射至光通管（15）；
所述红光激光光源（8）发射的光束依次经过匀光片Ⅲ（10）、反红透蓝绿合束镜（13）及透镜组Ⅱ（14）入射至光通管（15）；
所述荧光材料（5）发射的光束依次经过透镜组Ⅰ（4）、反黄透蓝合束镜Ⅰ（3）、反黄透蓝合束镜Ⅱ（12）、反红透蓝绿合束镜（13）及透镜组Ⅱ（14）入射至光通管（15）。
2.根据权利要求1所述的高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，其特征在于：经合束镜透射或反射的光束均以45°角入射。
3.根据权利要求1或2所述的高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，其特征在于：所述蓝光激光光源Ⅰ（1）和蓝光激光光源Ⅱ（6）发出的蓝光波长为448nm、455nm或者465nm；所述绿光激光光源（7）发出的绿光波长为520nm或者525nm；所述红光激光光源（8）发出的绿光波长为638nm、639nm或者642nm。
4.根据权利要求1所述的高度集成大功率、宽色域和低散斑激光光源***，其特征在于：所述反黄透蓝合束镜（12）的透光特性为：在45°角入射下，440~470nm的光透射大于95%，490~675nm的光反射大于98%；所述反红透蓝绿合束镜（13）的透光特性为：在45°角入射下，420~620nm的光透射大于95%，630~675nm的光反射大于98%。
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