CN102761061A

CN102761061A - 激光光源模组

Info

Publication number: CN102761061A
Application number: CN2011101106137A
Authority: CN
Inventors: 毕勇; 成华; 张瑛; 房涛
Original assignee: Optoelectronics Technology Co Ltd Of Beijing Zhongshida and Chinese Academy Of
Current assignee: Optoelectronics Technology Co Ltd Of Beijing Zhongshida and Chinese Academy Of
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明提供一种激光光源模组，包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，多个准直透镜，聚焦透镜组以及光传导元件；其中所述红光激光器、所述绿光激光器和所述蓝光激光器发射的光经过各自的准直透镜准直后平行入射到所述聚焦透镜组上，所述聚焦透镜组将接收的红光、蓝光和绿光耦合进所述光传导元件内，经过所述光传导元件输出。本发明的激光光源模组不仅减小了整个光源模组的体积，还提高了系统集成度，所使用的光学元件的数量相比现有技术大大减少，因此该光源模组体积小、集成度高，便于安装、运输，不易损坏，且耦合过程简单。

Description

激光光源模组

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及一种激光光源模组。

背景技术

在现有的激光显示或其他需要高功率激光输出的场合中，通常采用半导体激光器作为光源。单个半导体激光器或半导体激光器封装模块的输出光功率较低，往往不能满足激光显示对于高功率激光光源的要求，实际应用中常将多个独立的半导体激光器的输出光整形、合并到一起输出。如图1所示，为现有技术中激光光源模组结构的示意图。其中，由多个激光器101发出的光经各自的准直透镜102准直后，分别入射到各自的聚焦透镜103上，经聚焦透镜103聚焦后通过各自的光纤耦合到集束器104集束输出。

因此在上述激光发光的排布中，每个激光器后面都设置有较多的光学元件如准直透镜，聚焦透镜等，耦合过程复杂，且由于较多的光学元件和光纤，不仅导致在安装、运输、集成的过程中易损坏，而且使得光源模组的体积大，集成度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种体积小、易于装配的激光光源模组。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种激光光源模组，包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，多个准直透镜，聚焦透镜组以及光传导元件；

其中所述红光激光器、所述绿光激光器和所述蓝光激光器发射的光经过各自的准直透镜准直后入射到所述聚焦透镜组上，所述聚焦透镜组将接收的红光、蓝光和绿光耦合进所述光传导元件内，经过所述光传导元件输出。

上述激光光源模组还可包括反射元件，所述红光激光器和所述蓝光激光器发射的光经过各自的准直透镜准直后平行入射到所述聚焦透镜组上；同时，所述绿光激光器发射的绿光经过准直透镜准直后入射到所述反射元件上，并通过所述反射元件的反射，入射到所述聚焦透镜组上。

所述红光激光器和蓝光激光器均为半导体激光器，所述绿光激光器为固体激光器。

在上述激光光源模组中，所述聚焦透镜组为卡塞格林望远镜。

在上述激光光源模组中，所述卡塞格林望远镜包括非球面反射镜和球面透镜，所述非球面反射镜上设有开孔，所述球面透镜的凸面上镀有反射红光、蓝光的反射膜，所述球面透镜设置在所述反射元件和所述非球面反射镜之间。

在上述激光光源模组中，所述非球面反射镜接收所述红光激光器和蓝光激光器经过准直透镜发射的红光和蓝光，并将其反射到所述球面透镜上，所述球面透镜将所述非球面反射镜反射的红光和蓝光通过所述非球面反射镜的开孔再次反射出去，耦合进所述光传导元件内。

在上述激光光源模组中，所述球面透镜接收由所述反射元件反射的绿光，并通过所述非球面反射镜的开孔透射出去，耦合进所述光传导体内。

在上述激光光源模组中，所述聚焦透镜组为消色差聚焦透镜组。

在上述激光光源模组中，所述消色差聚焦透镜组由两个或两个以上透镜构成，其中所述透镜由不同材质制成，用于接收由红光激光器和蓝光激光器发射的经过准直透镜准直后的红光和蓝光，以及接收经所述反射元件反射的绿光，并将它们耦合进所述光传导元件内。

在上述激光光源模组中，所述光传导元件为石英光纤或塑料光纤或液体光导管。

在上述激光光源模组中，所述光传导元件的接收红光、蓝光和绿光的端面位于所述聚焦透镜组的焦点处。

在上述激光光源模组中，还包括聚焦元件，其设置为接收由所述光传导元件发出的光。

与现有技术相比，本发明的激光光源模组具有以下优点：

1、所使用的光学元件少，耦合过程简单；

2、体积小、集成度高，便于安装、运输，且不易损坏。

附图说明

图1为现有技术中激光光源模组结构的示意图；

图2是本发明一个优选实施例的采用卡塞格林望远镜的激光光源模组结构示意图；

图3是本发明另一个实施例的采用消色差聚焦透镜组的激光光源模组结构示意图；

图4示出了本发明一个优选实施例的激光光源模组中红光和蓝光排列方式的横截面图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进一步说明，但不应理解为是对本发明的限制。

本发明公开了一种激光光源模组，包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，多个准直透镜，聚焦透镜组以及光传导元件；其中所述红光激光器、所述绿光激光器和所述蓝光激光器发射的光经过各自的准直透镜准直后入射到所述聚焦透镜组上，所述聚焦透镜组将接收的红光、蓝光和绿光耦合进所述光传导元件内，经过所述光传导元件输出。

图2是本发明一个优选实施例的激光光源模组结构示意图，如图2所示，该激光光源模组包括：红光激光器201a(半导体激光器)、蓝光激光器201b(半导体激光器)和绿光激光器201c(固体激光器)，其中红光激光器201a和蓝光激光器201b平行放置，绿光激光器201c与蓝光激光器201b垂直放置；还包括在每个激光器发射的光的出射方向上设置的准直透镜202，在绿光激光器201c发射的绿光经过准直透镜202之后的方向上设置的反射元件203，聚焦透镜组204(图中虚线框部分)以及光传导元件205，其中聚焦透镜组204位于反射元件203与光传导元件205之间。

总地来说，该模组的工作原理是红光激光器201a发射的红光、蓝光激光器201b发射的蓝光经过对应的准直透镜准直后，入射到聚焦透镜组204上；同时，绿光激光器201c发射的绿光经过对应的准直透镜准直后入射到反射元件203上，并通过反射元件203的反射，入射到聚焦透镜组204上，红光、绿光和蓝光经过聚焦透镜组204聚焦后变为白光经过光传导元件205输出。以下对各个部件做详细说明：

在本实施例中，聚焦透镜组204为卡塞格林望远镜，卡塞格林望远镜是一种反射望远镜，包括凹面主镜和凸面副镜，通常凹面主镜中央设有开孔，该凹面主镜焦点一般位于所述开孔后面。凹面主镜可以将平行于其光轴入射的所有光线反射到凸面副镜上，凸面副镜再将所有光线进行反射，并通过凹面主镜的开孔出射，从而汇聚到凹面主镜后方的焦点处。

如图2所示，聚焦透镜组204中的凹面主镜采用非球面反射镜204b，凸面副镜采用球面透镜204a，将凹面主镜设计成非球面，可以减小球差，提高光纤耦合效率。在非球面反射镜204b上设置有开孔206；所述球面透镜204a设置在反射元件203和非球面反射镜204b之间，所述球面透镜204a的凸面上镀有反射红光、蓝光的反射膜。

其中，非球面反射镜204b设置为接收由红光激光器201a和蓝光激光器201b经过准直透镜分别发射的红光和蓝光，并将其反射到球面透镜204a上。球面透镜204a设置为接收经非球面反射镜204b反射的红光和蓝光，并将其反射穿过非球面反射镜204b的开孔206，汇聚到放置在卡塞格林望远镜焦点处的光传导元件205的端面(接收端)上，进而耦合进光传导元件205内。本领域普通技术人员应该理解，开孔206的位置应根据经球面透镜204a反射的红光、蓝光和经球面透镜204a透射的绿光的入射角度来确定，即使得它们全部通过该开孔206汇聚到光传导元件205的端面上，然后耦合进光传导元件205内。优选地，开孔206设置在非球面反射镜204b的中央，并且球面透镜204a的中心轴与该开孔206的中心同轴。

在本实施例中，反射元件203设置在从绿光激光器201c对应的准直透镜202到聚焦透镜组204之间的光路中，用于将绿光激光器201c经过准直透镜202发射的绿光反射到聚焦透镜组204上。具体地，如图2所示，绿光激光器201c发射的绿光经过对应的准直透镜准直后入射到反射元件203上，经过反射元件203的反射后，入射到球面透镜204a上，再通过非球面反射镜204b的开孔206透射出去，最终与红光、蓝光汇聚为一束白光汇聚到光传导元件205的端面上，进而耦合进光传导元件205内，通过光传导元件205输出。优选地，球面透镜204a的接收绿光的表面上镀有绿光的增透膜，用以提高绿光的透过率。需要说明的是，入射到球面透镜204a的绿光可以不在球面透镜的中心处入射，其同样能实现穿过球面反射204a。可选地，当绿光激光器201c选用非固体激光器时(比如半导体激光器)，可以用与红光激光器201a或蓝光激光器201b相同的布置方式来放置绿光激光器201c，即绿光激光器201c经过其准直透镜202后直接入射到聚焦透镜组204，从而省去反射元件203。

在上述采用卡塞格林望远镜作为聚焦透镜组204的情况下，可以大大缩短光学系统的长度，即球面透镜204a到非球面反射镜204b后方的焦点之间的距离，从而减小了整个光源模组的体积，提高了系统集成度，而且所使用的光学元件的数量相比现有技术大大减少，因此易于组装、携带，且耦合过程简单。另外，球面透镜204a可以视为绿光激光器201c的聚焦透镜，由此可以看出绿光激光器201c对应的球面透镜204a的焦距相比于红光激光器201a和蓝光激光器201b对应的聚焦透镜组204的焦距大大缩短，因此该激光光源模组对绿光的指向性要求也就降低了，方便了激光光源模组的装配。指向性就是放置绿光激光器时与红光激光器的垂直度要求，或者说是绿光激光器与蓝光激光器的垂直度要求。

需要说明的是，在实际应用中，上述红光激光器、绿光激光器、蓝光激光器的数量可以根据一定的颜色匹配规则来确定，即可以根据单台激光器功率和视觉白平衡功率配比决定各种基色激光器的数量，这对本领域普通技术人员是熟知的。例如在本发明实施例中采用的是D65颜色匹配规则(即红绿蓝颜色比例为1∶1∶1)，由于红光激光器和蓝光激光器均采用半导体激光器，且功率相同，红光激光器和蓝光激光器的数量也应该相等，例如可以分别是9个。但是，因为本实施例中绿光激光器为固体激光器，其功率比红光激光器和蓝光激光器功率大很多(例如在本实施例中，1台绿光激光器的功率与9台红光激光器的功率相同)，所以，为了满足上述颜色匹配规则，仅需要1台绿色激光器即可。当然，本领域普通技术人员应该理解，在本发明的其他实施例中，为了实现所要求的不同颜色匹配方案，可以根据激光器的实际功率对激光器数量进行改变。

另外，本发明实施例中18个红光激光器和蓝光激光器的排列方式也不唯一，例如，可以将18个红光激光器和蓝光激光器按照图4所示的圆盘来布置，其中圆圈表示红光束或蓝光束，在光束中间预留出反射元件203的空间，也可以将18个红光激光器和蓝光激光器按照其它的形状来布置，例如长方形、多边形等，但其总的布置原则是使各个激光器发射的光能够入射到聚焦透镜组204上。

本发明提供的激光光源模组可以应用到医疗、激光显示和激光微加工等领域。在应用于激光显示领域时，需要根据激光显示光机所使用的光学引擎来设置红光激光器201a，蓝光激光器201b和绿光激光器201c的偏振方向。例如，光学引擎中的LCOS技术需要使用偏振光源，因此当该激光光源模组应用于激光显示，且其光学引擎使用LCOS时，需要将本发明实施例中红光激光器201a，蓝光激光器201b和绿光激光器201c的偏振方向均设置为相同的偏振方向，即全为P偏振或者全为s偏振；而光学引擎中的DLP技术使用非偏振光，当该激光光源模组应用于激光显示，且其光学引擎使用DLP时，可以不用考虑激光器的偏振方向，即所有激光器的偏振方向可以相同，也可以不同。

作为本发明的另一种实现方式，聚焦透镜组还可以采用消色差聚焦透镜组。消色差透镜是指将三种波长(蓝光、绿光、和红光)的光线的色差进行校正的透镜组。色差是源于不同波长的光线在玻璃里的色散和折射系数的差异，从而导致不同波长的光线有不同的焦点。利用不同材料的搭配，如冕牌和火石玻璃在会聚透镜和发散透镜中的搭配，每种玻璃的色散可以被另一种玻璃所补偿，从而使得综合色差降至最低。本发明实施例中消色差聚焦透镜组由共轴的两个或多个不同材质的透镜组成，其作用是把多种不同颜色的光聚焦到光传导元件内。

图3为本发明的具有消色差聚焦透镜组的激光光源模组结构示意图，其中消色差聚焦透镜组包括两个由不同材质制成的透镜304a和304b。在本实施例中，第一透镜304a设置为接收由红光激光器201a和蓝光激光器201b分别发射的经准直透镜准直后的红光和蓝光，以及由绿光激光器201c发射的经反射元件203反射的绿光，并将红光、蓝光和绿光汇聚到第二透镜304b上，第二透镜304b设置为将其接收到的所有光汇聚到光传导元件205的接收端，耦合进光传导元件205内。优选地，第一透镜304a和第二透镜304b以及光传导元件205设置为共轴。本领域普通技术人员可以理解，在消色差透镜组中，透镜的数量并不限于两个，也可以是多个，并且这些透镜的材质也都不相同。例如，第一透镜设置为接收由红光激光器和蓝光激光器发射的经过准直透镜准直后的红光和蓝光，以及经所述反射元件反射的绿光，并将所述红光、蓝光和绿光汇聚到其余透镜上，并最终将其接收到的所有光耦合进所述光传导元件内。

从图3可以看出，本实施例提供的激光光源模组和现有技术相比体积小、集成度高，便于组装，而且所使用的光学元件少，耦合过程简单。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。例如，由于在本发明上述实施例中激光器直接发射的是空心光束，当某些需要用到实心光束的领域，可以通过增加聚焦元件来实现。具体的在光传导元件输出的另一端可以加一个聚焦元件，经过聚焦元件的聚焦，空心光束可变为实心光束。该聚焦元件可以是球透镜，自聚焦透镜或具有光焦度作用的其他光学元件。在本发明中，所述光传导元件205可以是石英光纤，塑料光纤，液体光导管或其他光传导物质。

Claims

1.一种激光光源模组，其特征在于，包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，多个准直透镜，聚焦透镜组以及光传导元件；

2.根据权利要求1所述的激光光源模组，其特征在于，还包括反射元件，所述红光激光器和所述蓝光激光器发射的光经过各自的准直透镜准直后平行入射到所述聚焦透镜组上；同时，所述绿光激光器发射的绿光经过准直透镜准直后入射到所述反射元件上，并通过所述反射元件的反射，入射到所述聚焦透镜组上。

3.根据权利要求2所述的激光光源模组，其特征在于，所述红光激光器和蓝光激光器均为半导体激光器，所述绿光激光器为固体激光器。

4.根据权利要求2或3所述的激光光源模组，其特征在于，所述聚焦透镜组为卡塞格林望远镜。

5.根据权利要求4所述的激光光源模组，其特征在于，所述卡塞格林望远镜包括非球面反射镜和球面透镜，所述非球面反射镜上设有开孔，所述球面透镜的凸面上镀有反射红光、蓝光的反射膜，所述球面透镜设置在所述反射元件和所述非球面反射镜之间。

6.根据权利要求5所述的激光光源模组，其特征在于，所述非球面反射镜接收所述红光激光器和蓝光激光器经过准直透镜发射的红光和蓝光，并将其反射到所述球面透镜上，所述球面透镜将所述非球面反射镜反射的红光和蓝光通过所述非球面反射镜的开孔再次反射出去，耦合进所述光传导元件内。

7.根据权利要求5所述的激光光源模组，其特征在于，所述球面透镜接收由所述反射元件反射的绿光，并通过所述非球面反射镜的开孔透射出去，耦合进所述光传导体内。

8.根据权利要求2或3所述的激光光源模组，其特征在于，所述聚焦透镜组为消色差聚焦透镜组。

9.根据权利要求8所述的激光光源模组，其特征在于，所述消色差聚焦透镜组由两个或两个以上透镜构成，其中所述透镜由不同材质制成，用于接收由红光激光器和蓝光激光器发射的经过准直透镜准直后的红光和蓝光，以及接收经所述反射元件反射的绿光，并将它们耦合进所述光传导元件内。

10.根据权利要求1或2任一项所述的激光光源模组，其特征在于，所述光传导元件为石英光纤或塑料光纤或液体光导管。

11.根据权利要求1所述的激光光源模组，其特征在于，所述光传导元件的接收红光、蓝光和绿光的端面位于所述聚焦透镜组的焦点处。

12.根据权利要求1所述的激光光源模组，其特征在于，还包括聚焦元件，其设置为接收由所述光传导元件发出的光。