CN201886268U - 一种用于投影显示的激光光源装置 - Google Patents

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韩喜春
曾碚凯
王冠
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Abstract

本实用新型涉及一种用于投影显示的激光光源装置包括绿光激光器、1个或多个红光半导体激光器、1个或多个蓝光半导体激光器以及合束装置，其中，绿光激光器、1个或多个红光半导体激光器以及1个或多个蓝光半导体激光器输出的光经合束装置合成为一束平行光输出。本实用新型激光光源装置克服了现有投影激光光源中大功率红光、蓝光激光器成本高，散斑严重等缺陷，实现了低成本的红绿蓝三基色光源模组，该光源模组的散热性能及稳定性都得到了很大程度的提高，具有很高的应用价值。

Description

一种用于投影显示的激光光源装置
技术领域
本实用新型涉及一种激光光源技术，具体的说是一种用于投影显示的激光光源装置。
背景技术
现有的投影***照明光源所用的主要有超高压汞灯、金属卤化物灯、氙灯、卤素灯等，这些发光光源的光谱均为连续的或带状的光谱，而投影显示所需要的主要是红、绿、蓝三种色光，因此这些光源所发出的光能仅有一部分被投影显示***利用，光能利用效率很低，而且其红、绿、蓝三基色的强度分布均不理想，不是很符合大色域投影显示的照明要求。目前，随着发光二极管技术的成熟，也有采用发光二极管作为光源的投影***出现，与传统的各种灯泡投影光源相比，发光二极管具有更大的色域范围和更高的色饱和度，并且寿命长、能耗低。但是，由于发光二极管为面光源，其光学扩展量大，因此在投影显示照明技术中存在光能利用率低，输出的总亮度不足等缺陷，无法满足高亮度投影显示的需求。
激光发光为线谱，色彩饱和度很高，而且激光具有高亮度、光电转换效率高、寿命长等优点，因此其在投影显示领域作为照明光源具有其它光源无法比拟的优势。在目前少数以激光为光源的投影显示***中，多采用全固态激光器、气体激光器等种类的激光器作为光源，这些光源存在成本高，体积大，实现大功率技术难度大等缺点。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有高亮度、高色饱和度的用于投影显示的激光光源装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型一种用于投影显示的激光光源装置包括绿光激光器、1个或多个红光半导体激光器、1个或多个蓝光半导体激光器以及合束装置，其中，绿光激光器、1个或多个红光半导体激光器以及1个或多个蓝光半导体激光器输出的光经合束装置合成为一束平行光输出。
所述合束装置具有第1、2反射镜组、准直透镜、第1、2聚焦准直透镜组以及第1、2合色镜片，其中第1、2反射镜组以能够输出平行光线的方式布置，各组中的各反射镜的法线相互平行，呈阶梯排列；第1、2反射镜组分别接收红光半导体激光器和蓝光半导体激光器的入射光，反射光分别经第1、2聚焦/准直透镜组汇聚后入射到第1、2合色镜片上；绿光激光器入射的激光经准直透镜依次透射到第1、2合色镜片上。
所述第1、2反射镜组安装于反射镜架上，反射镜架的安装面为阶梯形式；所述反射镜片表面镀有对可见光的高反射膜，反射镜面为平面或柱面；所述第1、2聚焦/准直透镜组由两片表面镀有可见光增透膜的镜片组成；所述准直透镜表面镀有绿光增透膜；所述第1合色镜片表面镀有透射绿光反射蓝光的分色膜，第2合色镜片表面镀有透射蓝光绿光反射红光的分色膜；所述红光半导体激光器或蓝光半导体激光器的数量为1～30个；所述绿光激光器为光纤耦合输出的全固态激光器。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
本实用新型激光光源装置克服了现有投影激光光源中大功率红光、蓝光激光器成本高，散斑严重等缺陷，利用目前产品比较成熟的红光与蓝光单管半导体激光器阵列发光进行合束整形，并加入目前技术成熟的光纤输出全固态绿光激光器进行合束，实现了低成本的红绿蓝三基色光源模组，该光源模组的散热性能及稳定性都得到了很大程度的提高，而且根据投影***的亮度需要可以很方便的对光源装置的发光总功率进行扩展，因此在实际的激光投影显示***中适用广泛，具有很高的应用价值。
附图说明
图1为本实用新型的等轴测结构示意图；
图2为阶梯排列合束镜组的结构示意图；
图3为激光光源模组的上视结构图；
图4为在单片式DLP(Digital Light Projection)投影显示***中应用本实用新型的光路示意图；
图5为在三片式LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)投影显示***中应用本实用新型的光路示意图。
其中：101为红光半导体激光器，102为蓝光半导体激光器，103为绿光激光器，104为非球面准直镜片，105a、105b为第1、2反射镜片组，106为光纤，107为光纤头，108为绿光准直透镜，109为聚焦透镜，110为准直透镜，111为透射绿光反射蓝光的合色镜片(第1合色镜片)，112为透射绿光蓝光反射红光的合色镜片(第2合色镜片)，201为阶梯排列反射镜架，401为耦合透镜，402为匀光棒，403为中继物镜组，404为反射镜，405为凹面反射镜，406为数字微镜器件(Digital Micro-Mirror Device，简称DMD)，407为投影物镜组，501为耦合透镜，502为匀光棒，503为中继物镜，504为平面反射镜，505为场镜，506为蓝LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)芯片，507为红LCOS芯片，508为绿LCOS芯片，509为分色合色棱镜，510为变焦投影物镜，511为偏振片。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型用于投影显示的激光光源装置包括绿光激光器103、1个或多个红光半导体激光器101、1个或多个蓝光半导体激光器102以及合束装置，其中，绿光激光器103、1个或多个红光半导体激光器101以及1个或多个蓝光半导体激光器102输出的光经合束装置合成为一束平行光输出。合束装置具有第1、2反射镜组105a、105b、准直透镜108、第1、2聚焦准直透镜组以及第1、2合色镜片111、112，其中第1、2反射镜组105a、105b以能够输出平行光线的方式布置，各组中的各反射镜的法线相互平行，呈阶梯排列；第1、2反射镜组105a、105b分别接收红光半导体激光器101和蓝光半导体激光器102的入射光，反射光分别经第1、2聚焦/准直透镜组汇聚后入射到第1、2合色镜片111、112上；绿光激光器103入射的激光经准直透镜108依次透射到第1、2合色镜片111、112上。
本实施例中，红光半导体激光器101(或蓝光半导体激光器)为T0封装的红光单管，15个同样的红光半导体激光器101排成阵列，每一个激光器前都装有一片镀有对红光增透膜的非球面准直透镜104，它将激光管发出的光准直为平行光束输出，各光束经过阶梯排列的反射镜后汇集成一束方形的光束，再经过聚焦准直透镜组(包括两片表面镀有可见光增透膜的镜片109、110)组成的聚焦准直镜组后，压缩成较细的一束平行光束入射到合色镜片112上。同理，蓝光半导体激光管阵列发出的激光经过同样的合束装置后也成为一束平行光束输出并入射到合色镜片111上。绿光激光由光纤头107输出后，经过准直透镜108后成为一束圆形的平行光束，并透过透射绿光反射蓝光的第1合色镜片111，与被其反射的蓝光合为一束光，再入射到透射绿光、蓝光反射红光的第2合色镜片112，然后与被合色镜片112反射的红光合成为一束包含红光、绿光与蓝光的平行光束输出。
图2为阶梯排列反射镜组的结构示意图，阶梯反射镜组的作用是将本来具有一定间距的平行激光束经过反射后并为没有间隙的一束激光。由于采用了阶梯排列的反射镜组，各个半导体激光管间的间距可以适当加大，这样保证了半导体激光器具有足够的安装位置，也使半导体激光器阵列具有良好的散热性能，可长时间稳定工作。图3为本实用新型光源模组的上视结构示意图，可以看到光路的走向与结构。
图4是在单片DLP光机中使用本实用新型的一种投影显示***光路的具体实施例。包括红光半导体激光器101，蓝光半导体激光器102，全固态绿光激光器103，非球面准直镜片104，反射镜片105，光纤106，光纤头107，绿光准直透镜108，聚焦透镜109，准直透镜110，透射绿光反射蓝光的合色镜片111(第1合色镜片)，透射绿光、蓝光反射红光的合色镜片112(第2合色镜片)，匀光耦合透镜401，匀光棒402，中继物镜组403，反射镜404，凹面反射镜405，数字微镜器件406 Oigital Micro-Mirror Device，简称DMD)，投影物镜组407。本实施例中，红光半导体激光器101，蓝光半导体激光器102，全固态绿光激光器103经过调制后分时轮流出射红、绿、蓝三种颜色的平行激光束，该平行光束经过耦合透镜401后进入匀光棒402，经过匀光棒402匀光后进入中继物镜组403，然后入射到平面反射镜404，经反射后入射到凹面反射镜405后入射到数字微镜器件406表面，经DMD调制后入射到投影物镜组407实现投影显示。
图5是在三片式LCOS光机中使用本实用新型的一种投影显示***光路的具体实施例。本实施例光源模组发出的红、绿、蓝三种激光合色后的平行光束经过匀光耦合透镜501、匀光棒502和中继物镜组503、505，再经过偏振片511起偏后进入X棱镜分色***中，分别经过红、绿、蓝三种LCOS芯片506、507、508的调制后，三种颜色又合成为一束光进入变焦投影物镜510，实现投影显示的输出。

Claims (9)

1.一种用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：包括绿光激光器(103)、1个或多个红光半导体激光器(101)、1个或多个蓝光半导体激光器(102)以及合束装置，其中，绿光激光器(103)、1个或多个红光半导体激光器(101)以及1个或多个蓝光半导体激光器(102)输出的光经合束装置合成为一束平行光输出。
2.按权利要求1所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述合束装置具有第1、2反射镜组(105a、105b)、准直透镜(108)、第1、2聚焦准直透镜组(109、110)以及第1、2合色镜片(111、112)，其中第1、2反射镜组(105a、105b)以能够输出平行光线的方式布置，各组中的各反射镜的法线相互平行，呈阶梯排列；第1、2反射镜组(105a、105b)分别接收红光半导体激光器(101)和蓝光半导体激光器(102)的入射光，反射光分别经第1、2聚焦/准直透镜组(109、110)汇聚后入射到第1、2合色镜片(111、112)上；绿光激光器(103)入射的激光经准直透镜(108)依次透射到第1、2合色镜片(111、112)上。
3.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述第1、2反射镜组(105a、105b)安装于反射镜架(201)上，反射镜架(201)的安装面为阶梯形式。
4.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述反射镜片(104)表面镀有对可见光的高反射膜，反射镜面为平面或柱面。
5.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述第1、2聚焦/准直透镜组由两片表面镀有可见光增透膜的镜片组成。
6.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述准直透镜(108)表面镀有绿光增透膜。
7.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述第1合色镜片(111)表面镀有透射绿光反射蓝光的分色膜，第2合色镜片(112)表面镀有透射蓝光绿光反射红光的分色膜。
8.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述红光半导体激光器(101)或蓝光半导体激光器(102)的数量为1～30个。
9.按权利要求2所述的用于投影显示的激光光源装置，其特征在于：所述绿光激光器(103)为光纤耦合输出的全固态激光器。
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