CN103279005A - 激光光源、波长转换光源、合光光源及投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种激光光源、波长转换光源、合光光源及投影系统，该激光光源包括具有激光元件阵列的激光光源阵列，用于产生一次激光光束阵列；聚焦光学元件和准直光学元件，分别用于对一次激光光束阵列汇聚和准直并形成二次激光光束阵列，其中各二次激光光束的间距小于各一次激光光束的间距；积分棒，用于接收二次激光光束阵列并使其均匀化；激光元件阵列和积分棒之间的光路上还设有角分布控制元件，用于增大激光光束阵列中在光分布的短轴方向的发散角，使得入射于积分棒的每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。本发明实施例能够提供一种提高出射的激光光束的均匀度的激光光源。

Description

激光光源、波长转换光源、合光光源及投影系统
技术领域
本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种激光光源、波长转换光源、合光光源及投影系统。
背景技术
随着半导体技术的发展，固态照明光源的优势越来越明显。激光光源作为一种高亮度、高准直的新型光源，正被逐步应用到投影、照明等领域。激光光源的光学扩展量小，可以得到高亮度的光输出，同时也使对其匀光会更加困难。
图1是现有技术中利用方棒进行匀光的一种激光光源，其中，11a-11c为激光二极管，12a-12c为准直透镜，13为汇聚透镜，14为矩形方棒。其中准直透镜12a-12c为球面或非球面透镜阵列，每个透镜对应一个激光二极管。从激光二极管11a-11c发出的激光，先经准直透镜12a-12c准直为平行光束，然后经汇聚透镜13会聚成一个小光斑，该光斑尺寸与矩形方棒14的入光口尺寸匹配。矩形方棒14是中空或实心的导光棒，用来对输入光束进行匀光。然而，经过实验发现这样的匀光效果并不好，从方棒14出口的出射光依然呈现分离的激光点而不能混为一个均匀的面分布。延长方棒14的长度来增加激光在方棒中的反射次数也不能显著的改善。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提高出射的激光光束的均匀度的激光光源。
本发明实施例提供一种激光光源，包括：
包括激光元件阵列的激光光源阵列，用于产生准直的一次激光光束阵列；
位于所述激光光源阵列后端依次排列的聚焦光学元件和准直光学元件，所述一次激光光束阵列依次经过聚焦光学元件和准直光学元件后形成准直的二次激光光束阵列，二次激光光束阵列中的二次激光光束的间距小于一次激光光束阵列中的一次激光光束的间距；
位于准直光学元件后端的积分棒，用于接收二次激光光束阵列并使其均匀化；
所述激光元件阵列和所述积分棒之间的光路上还设有角分布控制元件，用于增大所述激光光束阵列中在光分布的短轴方向的发散角，使得入射于所述积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
优选地，所述角分布控制元件为准直透镜阵列，其中每个准直透镜对应于一个激光元件，用于对该激光元件发出的激光进行准直；
所述激光元件位于与其对应的准直透镜的光轴上并偏离该准直透镜的焦点，使得该准直透镜出射的一次激光光束的光分布的短轴方向上的发散角与其长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
优选地，所述角分布控制元件为至少一个柱面透镜，位于所述准直光学元件和所述积分棒之间，其中每一柱面透镜对应经所述准直光学元件出射的二次激光光束阵列中的至少一列二次激光光束，该至少一列二次激光光束中每一列的走向平行于该柱面透镜的母线，且每一列二次激光光束中各二次激光光束的光分布的长轴方向平行于该柱面透镜的母线；
各二次激光光束经与其对应的柱面透镜后，光分布的的短轴方向上的发散角与其长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
优选地，所述角分布控制元件为散光片，位于所述准直光学元件与所述积分棒之间，使得经该散光片散射后的二次激光光束阵列的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
优选地，所述角分布控制元件为微透镜阵列，位于所述准直光学元件与所述积分棒之间，其中每一个微透镜呈长方形；
入射于该微透镜阵列的二次激光光束阵列在光分布的短轴方向平行于每个微透镜的长边方向；且经该微透镜阵列出射的二次激光光束阵列在光分布的短轴方向上的发散角与在长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
优选地，所述激光光源阵列包括激光元件阵列和准直透镜阵列，其中每个准直透镜对应于一个激光元件，用于对该激光元件发出的激光进行准直，且各激光元件位于与其对应的准直透镜的光轴上并偏离该准直透镜的焦点；
所述角分布控制元件位于所述准直光学元件和所述积分棒之间，用于增大入射的二次激光光束的光分布的短轴方向上的发散角，或者用于减小入射的二次激光光束的光分布的长轴方向上的发散角，使得入射于所述积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
优选地，所述积分棒为实心的，且所述角分布控制元件和所述积分棒一体成型。
本发明实施例还提供一种激光光源，包括：
激光光源阵列，用于产生准直的一次激光光束阵列；
位于所述激光光源阵列后端依次排列的聚焦光学元件和准直光学元件，所述一次激光光束阵列依次经过聚焦光学元件和准直光学元件后形成准直的二次激光光束阵列，二次激光光束阵列中的二次激光光束的间距小于一次激光光束阵列中的一次激光光束的间距；
位于准直光学元件后端的积分棒，用于接收二次激光光束阵列并使其均匀化，其中该积分棒的入光口的面积大于其出光口的面积；
该积分棒的入光口包括相互垂直的第一边和第二边，出光口包括相互垂直的第一边和第二边，其中入光口和出光口的第一边平行，且入光口与出光口的第一边长度的比值小于入光口与出光口的第二边长度的比值；
所述二次激光光束阵列在入射于所述积分棒时，各二次激光光束的光分布的长轴方向平行于该积分棒的入光口的第一边。
优选地，所述积分棒的入光口的第一边等于出光口的第一边。
优选地，所述积分棒的入光口呈正方形。
优选地，所述激光元件阵列和所述积分棒之间的光路上还设有角分布控制元件，用于对所述激光光束阵列进行整形，以增大入射于所述积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值。
本发明实施例还提供一种波长转换光源，包括：
上述激光光源；
波长转换装置，用于接收所述激光光源发出的光并发射受激光。
本发明实施例还提供一种合光光源，包括：
上述激光光源；
波长转换光源，该波长转换光源包括激发光源和波长转换装置，该波长转换装置用于吸收来自该激发光源发出的激发光并发射受激光；
合光装置，所述激光光源发射的光和所述波长转换光源发射的受激光从不同方向入射于合光装置并经合光装置合为一束光出射。
本发明实施例还提供一种投影系统，包括：
上述合光光源；
空间光调制装置，用于接收来自所述合光光源的光束并对其进行调制。
与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：
在本发明中，经过聚焦光学元件和准直光学元件的作用后一次激光光束阵列的截面被压缩而形成二次激光光束阵列，二次激光光束的发散角大于一次激光光束的发散角；这样二次激光光束经过其后端的积分棒后可以实现更加均匀的面分布；同时，激光光源阵列和积分棒之间的光路上设有角分布控制元件，用于增大所述激光光束阵列中在光分布的短轴方向的发散角，使得入射于积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7；以提高二次激光光束阵列中在短轴方向上的光束在积分棒内的反射次数，使得短轴方向和长轴方向上的光束在积分棒内反射的次数接近，进一步提高二次激光光束经过积分棒后的均匀度。
附图说明
图1是现有技术中利用方棒进行匀光的一种激光光源；
图2是现有技术中矩形方棒工作原理的示意图；
图3A是本发明的激光光源的一个实施例的结构示意图
图3B是激光元件的发光示意图；
图3C是激光元件所发光经准直透镜后的发光示意图；
图3D是本发明的激光光源中微透镜阵列的结构示意图；
图4是激光元件位于准直透镜的焦点和偏离该焦点的结构示意图；
图5为本发明的激光光源的又一个实施例的结构示意图；
图6为图5所示激光光源中积分棒的立体图。
具体实施方式
针对图1所示的激光光源不能产生均匀面分布的问题，发明人做了针对性的研究。发明人发现，一般的光束之所以在方棒中能够实现均匀化，其关键在于该光束的角分布是连续的，这样经过方棒内多次反射后其面分布才可能是连续的，而且能够实现反射次数越多面分布的均匀性越好。
然而经过汇聚透镜13会聚的激光光束不同于一般的光束，它是由多个激光光束组合而成的，每个激光光束来自于一个激光二极管和对应的准直透镜，所以总的光束的角分布并不是连续的，而是分立的。这些分立的激光束在方棒14中的传播过程如图2所示。激光束L1以入射角α入射，以出射角α出射，激光束L2以入射角β入射，以出射角β出射，两者由于各自的角度都很小，在方棒中反射多次仍然保持为一根很细的光线，因此在方棒的出口处无法形成混合的效果，即均匀的光分布。
下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
实施例一
图3A为本发明的激光光源的一个实施例的结构示意图。该激光光源300包括激光光源阵列，该激光光源阵列用于产生准直的一次激光光束阵列381。其中激光光源阵列包括激光元件阵列和准直透镜阵列，激光元件阵列包括激光元件31a、31b和31c，准直透镜阵列包括32a、32b和32c，其中每个准直透镜对应于一个激光元件，激光元件的发光位置位于对应的准直透镜的焦点上，其发出的光经过准直透镜后得以准直。
在本实施例中，激光元件为激光二极管，实际上激光元件也可以是其它发射激光的元件，本发明不做限制。当然，激光元件阵列和准直透镜阵列中的元件数量只是举例，并不做限制。
如图3B所示，图3B为激光元件的发光示意图。激光元件31的发光面为长方形，经过该长方形长边311的截面上的光发散角为α，经过该长方形短边312的截面上的光发散角为β，其中α小于β。一般来说，β大于α的5倍。也即激光元件31的出射光光分布的长轴313平行于长方形的短边312，出射光光分布的短轴314平行于长方形的长边311。
激光元件31所发光经准直透镜后的一次激光光束并不是严格的平行光。相比激光元件所发光，经准直的激光光束的发散角减小，但经准直的激光光束仍存在光分布的长轴方向和短轴方向。如图3C所示，图3C为激光元件31所发光经准直透镜32后的发光示意图。需注意的是，一次激光光束的光分布的长轴315平行于激光元件31的发光面的长边311，一次激光光束的光分布的短轴316平行于激光元件31的发光面的短边312，且长轴315方向上的发散角与短轴方316方向上的发散角的比值较大，而且一般会大于5。为描述清楚，下文所说的“长轴方向”和“短轴方向”均指的是光束的光分布上的长轴方向和短轴方向。
这样，各激光元件所发光经准直透镜准直得到的一次激光光束阵列381中，各个一次激光光束的光轴相互平行，但每一个激光光束具有一定发散角，且光分布的长轴方向的发散角与短轴方向的发散角的比值仍较大。
激光光源300还包括位于激光光源阵列后端并依次排列的聚焦光学元件33和准直光学元件34，一次激光光束阵列381依次经过聚焦光学元件33和准直光学元件34后形成准直的二次激光光束阵列382。
在本实施例中，聚焦光学元件为凸透镜33，准直光学元件为凹透镜34，凸透镜33和凹透镜34的焦点重合，其中凹透镜34的焦点为虚焦点，该虚焦点在凹透镜34的光路后端。这样，一次激光光束阵列381首先被凸透镜33所聚焦而面向其焦点会聚，在入射到凹透镜34上时其光束截面积会小于在入射到凸透镜33上时的光束截面积，此时由于该激光光束也是面向凹透镜的焦点会聚的，因此经过凹透镜34后会再次呈平行光出射，即形成准直的二次激光光束阵列382，但激光光束的截面面积被压缩了，即二次激光光束阵列382中的各二次激光光束的间距小于一次激光光束阵列中的各一次激光光束的间距。
根据光学扩展量守恒原理，光束的截面面积被压缩，其发散角必然增大，即：
S1·sin2θ1＝S2·sin2θ2    （1）
其中S1、θ1分别是一次激光光束阵列的横截面积和发散半角，S2、θ2分别是二次激光光束阵列的横截面积和发散半角，其中S2<S1，则θ2一定大于θ1。值得注意的，公式（1）中的发散半角并不是各激光光束之间的夹角，而是每个激光光束自己的发散角的一半。
在实际应用中，通过控制凸透镜33和凹透镜34的位置和曲率，可以控制二次激光光束阵列382对一次激光光束阵列381截面积的压缩比例（近似来说，凸透镜33和凹透镜34的焦距之比就是光束的压缩比），进而控制二次激光光束阵列中每一个激光光束的发散半角相比一次激光光束阵列中每一激光光束的发散半角增大的程度。容易理解的是，其中二次激光光束阵列中每一个激光光束的光分布上长轴方向上的发散角与短轴方向上的发散角的增大程度是近似一样的，因此该两个方向上的发散角的比值仍然较大。
激光光源300还包括位于准直光学元件34后端的角分布控制元件35，用于接收二次激光光束阵列382并对其进行整形，使得经整形后的二次激光光阵列382中每个二次激光光束在光分布的短轴方向上的发散角与在长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
具体地，本实施例中，角分布控制元件35为柱面透镜。由于柱面透镜可以只在一个维度上改变一束光束的发散角，因此可利用柱面透镜增大激光光束的短轴方向上的发散角而不改变长轴方向上的发散角，并通过对柱面透镜的柱面的曲率设计使得每一个激光光束在短轴方向上的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。为实现以上目的，入射于柱面透镜的二次激光光束阵列中每个二次激光光束的光分布的长轴方向均平行于该柱面透镜的母线。
激光光源300还包括位于角分布控制元件35后端的积分棒36，用于接收经角分布控制元件35整形的二次激光光束阵列382并使其均匀化。
在现有的对积分棒（背景技术中的方棒和锥形棒均是积分棒的一种）的理解中，入射光必须以一个较大的角度范围入射才能够产生较好的匀光效果，因为只有这样光线才能够在积分棒内部发生多次反射而均匀化。然而针对本发明的研究使我们对积分棒的认识更加深入，即若应用于激光领域，仅将各束激光会聚形成较大的角度范围是不能工作的，必须使每一束激光的发散半角增大。只要每一束激光的发散半角增大，即使各束激光之间接近于平行，也能够经过积分棒产生很好的均匀化效果。
但是，在使得每一束激光的发散半角增大的过程中，每一束激光在光分布上的长轴方向上和短轴方向上的发散角增大的程度是近似一样的，因此，在入射于积分棒时，虽然每一束激光的发散半角增大，但每一束激光在短轴方向的发散角相比长轴方向的发散角小很多，因此这两个方向上的光束在积分棒内反射的次数相差也较大，进而导致各个二次激光光束在积分棒的出光口所在面上所形成的光斑在长轴方向上得到了较均匀的混光，而在短轴方向上的匀光效果较差。因此，本实施例中通过在准直光学元件和积分棒之间设置角分布控制元件，使得入射于积分棒的各个二次激光光束在光分布的短轴方向和长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7，进而提高各个二次激光光束在短轴方向上的匀光效果。
本实施例中，角分布控制元件也可以为柱面透镜阵列。柱面透镜阵列的设置使得，每一个柱面透镜对准至少一列二次激光光束，每一列二次激光光束的走向均平行于该柱面透镜的母线，其中该至少一列二次激光光束中的每一个二次激光光束的光分布的长轴方向均相互平行，且平行于该柱面透镜的母线。相比只采用一个柱面透镜，采用柱面透镜阵列可以使得每个二次激光光束在其光分布的短轴方向上的发散角增加得更大，更接近长轴方向上的发散角。但只采用一个柱面透镜有利于实际加工方便。
本实施例中，在激光元件自身发射的激光束的准直度较好的场合中，准直透镜也是可能省略的。但需要注意的是，在激光光源阵列中省略掉准直透镜阵列后，一次激光光束阵列中每一个一次激光光束的长轴方向和短轴方向发生了90度旋转。因此，相对应地，柱面透镜的摆放位置相比以上实施例中所描述的位置要在垂直于激光光束阵列的光轴的平面内发生90度旋转。
当然，本实施例中，角分布控制元件35也可以不是柱面透镜阵列，而是散光片，且该散光片对二次激光光束的短轴方向上的散射程度大于对该二次激光光束的长轴方向上的散射程度，或者只对该二次激光光束的短轴方向上进行散射，并使得该激光光束的在光分布的短轴方向上的发散角与在长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
例如，该散光片表面的散射结构为透光的多个相互紧密排列的微结构，其中每个微结构为柱面结构，各个微结构的母线均相互平行，且平行于入射的二次激光光束的光分布的长轴方向。或者，还可以将呈柱状或者柱状的一部分的透光散射结构掺合到一个透明基底内，其中该散射结构和该基底存在折射率差，且每个散射结构的母线相互平行或近似平行，且平行于入射的二次激光光束的光分布的长轴方向。或者，该散光片还可以是DOE（Diffraction Optical Element，衍射光学元件），通过对DOE上每一点的相位设计，使得该DOE只增大入射的二次激光光束的光分布的短轴方向的发散角，或者对入射的二次激光光束的光分布的短轴方向上的发散角的增大大于长轴方向上的发散角的增大。
本实施例中，角分布控制元件35还可以是微透镜阵列，其中该微透镜阵列中由多个长方形透镜相互拼接而成。如图3D所示，图3D为本发明的激光光源中微透镜阵列的结构示意图。每一个微透镜351为长方形，两个边长分别为D1和D2，其中D1小于D2。一束平行光束入射于微透镜阵列后，形成一束沿长方形的两个边方向上的发散角不同的光束，其中沿长边方向上的发散角与沿短边方向上的发散角之比约为D2:D1。因此，可使得入射于微透镜阵列的二次激光光束阵列中每个二次激光光束的光分布的短轴方向平行于每个微透镜的长边方向，使得每个二次激光光束的光分布的短轴方向上的发散角的增大大于长轴方向上的发散角的增大，同时通过对各微透镜的两个边长比以及微透镜的表面曲率设计，使得经该微透镜阵列出射的二次激光光束阵列在光分布的短轴方向上的发散角与在长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
本实施例中，还可以将角分布控制元件和积分棒一体成形。例如，积分棒采用实心的，并将入光口处做成一个柱面结构，或者在入光口处设有和散光片一样的散射结构。
在以上实施例中，角分布控制元件35均设置在准直光学元件和积分棒之间。实际运用中，可以将角分布控制元件35设置在激光光源阵列和积分棒之间的光路中的任意位置上，只要能够使得激光光源阵列出射的激光光束阵列中每一个激光光束在短轴方向上的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7，就能实现本发明的目的。
在本实施例中，准直光学元件为凹透镜。实际运用中，准直光学元件也可以使用凸透镜，只要聚焦光学元件33与该凸透镜的焦点重合，其效果与使用凹透镜是相同的，只是在光传播方向的长度会增大，使整个系统变得稍大。更一般的，聚焦光学元件和准直光学元件并不限于本实施例中使用的凸透镜或凹透镜，例如聚焦光学元件还可能是一个或多个反射镜使多束激光光束聚焦，准直光学元件则可以是菲涅尔透镜，总之只要能够实现相同的功能就属于本专利的保护范围。
实施例二
在实施例一中，通过在激光光源阵列和积分棒之间设置角分布控制元件来实现增大每一个激光光束的短轴方向上的发散角与长轴方向上的发散角比值。然而，也可以不在激光光源阵列和积分棒之间设置角分布控制元件，而是通过激光光源阵列中的准直透镜阵列来实现这个目的。本实施例中，该准直透镜阵列充当角分布控制元件。
为描述清楚，下文所说的“长宽比”指的是椭圆的长轴与短轴的比。如图4所示，当激光元件41刚好位于准直透镜42焦点时，此时准直透镜42位于其光轴的位置A，准直透镜42出射的激光光束经聚焦透镜（图未示）聚焦在目标面上的光斑为细长条形的椭圆a。当激光元件41放在准直透镜42的光轴上偏离其焦点的位置时，例如将准直透镜42放在离激光元件41较近的位置B处，准直透镜42出射的激光经聚焦透镜聚焦在目标面上的光斑为椭圆b，b的长宽比小于a的长宽比。若将准直透镜42放在离激光元件41更近的位置A处，准直透镜42出射的激光经聚焦透镜聚焦在目标面上的光斑为椭圆c，c的长宽比小于b的长宽比。
经实验统计和理论分析，发明人发现原因如下：在离焦时，激光元件所发光的光分布的长轴方向上最外沿上的光线与准直透镜的光轴的距离，相比短轴方向上最外沿上的光线与光轴的距离增大得快，且快上几倍。由图3B可知，激光元件所发光的光分布的长轴方向平行于该激光元件的发光面的短边，光分布的短轴方向平行于该激光元件的发光面的长边。因此，经准直透镜出射的光束中，沿平行于该激光元件的发光面的短边的方向上的发散角增大的速度，要比沿平行于该激光元件的发光面的长边的方向上的发散角增大的速度快很多。
而由图3C可知，经准直透镜出射的光束中，沿平行于该激光元件的发光面的短边的方向为该光束的光分布的短轴方向，沿平行与该激光元件的发光面的长边的方向为该光束的光分布的长轴方向。因此，也即经准直透镜出射的光束中光分布的短轴方向上的发散角增大的速度要大于长轴方向上的发散角增大的速度，且大上几倍。这样，导致目标面上的椭圆光斑的短轴比长轴增大得更快，因此椭圆光斑的长宽比发生改变。
因此，与实施例一不同的是，本实施例中，每个激光元件位于与其对应的准直透镜的光轴上并偏离该准直透镜的焦点（以下简称为离焦），其中偏离焦点的程度使得该准直透镜出射的一次激光光束的短轴方向上的发散角与其长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
实施例一中采用的散光片或者柱面镜都会造成一定程度上的光损耗，尤其是散光片；而本实施例中，采用离焦可以使得光损耗较小，效率更高。
优选地，将准直透镜位置从理想准直位置（即使得激光元件位于准直透镜焦点的位置）向激光元件的方向移动，即使得激光元件和与其对应的准直透镜的距离小于该准直透镜的焦距，此时准直透镜收集光的角度更大，光利用率较高。离焦的距离不宜过大，以避免准直透镜出射的光束的发散角过大。优选地，离焦后的准直透镜的位置与理想准直位置之间的距离小于或等于0.05mm。
在实际运用中，也可以结合实施例一和实施例二中所采用的方法，即在激光光源阵列中使得每一激光元件和与其对应的准直透镜离焦，同时在激光光源阵列和积分棒之间放置角分布控制元件，来实现每一激光光束在入射积分棒时在短轴方向上的发散角与长轴方向上的发散角比值大于或等于0.7。
实施例三
在以上实施例中，均通过在积分棒之前的光路上对每一激光光束进行整形来达到本发明的目的。然而，还可以通过对积分棒的设置，来使得短轴方向上的发散角与长轴方向上的发散角的比值较小的激光光束经积分棒后仍能在该两个方向上均得到均匀地匀光。以下具体说明。
如图5所示，图5为本发明的激光光源的又一个实施例的结构示意图。激光光源500包括激光光源阵列、聚焦光学元件53、准直光学元件54和积分棒56。
与以上实施例不同的是：
本实施例中，激光光源阵列包括一一对应的激光元件阵列51和准直透镜阵列52，用于产生准直的一次激光光束阵列，其中各激光元件和与其对应的准直透镜并不离焦。当然，在激光元件自身发射的激光束的准直度较好的场合中也可以不采用准直透镜阵列。
一次激光光束阵列依次经聚集光学元件53聚焦和经准直光学元件54准直后形成二次激光光束阵列，并直接入射至积分棒56。
如图6所示，图6为图5所示激光光源中积分棒的立体图。积分棒56的入光口561的面积大于出光口562的面积。本实施例中入光口561和出光口562均呈矩形。优选地，出光口562的长边与短边的比值为16/9或者4/3，以和后续光路上的光调制装置中的光阀的形状相匹配。
本实施例中，入光口561的长边561a为第一边，短边561b为第二边。出光口562的长边562a为第一边，短边562b为第二边。入光口的长边561a与出光口562a的长边平行，且入光口的第一边561a的长度与出光口的第一边562a的长度的比值，小于入光口的第二边561b的长度与出光口的第二边562b的长度的比值。
二次激光光束阵列在入射于积分棒56的入光口561时，各个二次激光光束的长轴方向均平行于入光口561的第一边561a，那么，各个二次激光光束的短轴方向均平行于或接近平行于入光口561的第二边561b。由于积分棒的入光口的第一边561a的长度与出光口的第一边562a的长度的比值，小于入光口的第二边561b的长度与出光口的第二边562b的长度的比值。因此，沿该激光光束的短轴方向上的光束在积分棒内反射的次数要多于沿长轴方向上的光束，进而提高二次激光光束阵列经匀光棒后沿短轴方向上的均匀度。
本实施例中，积分棒的入光口的第一边561a的长度与出光口的第一边562a的长度的比值优选为1，以避免增大二次激光光束的光分布的长轴方向上的发散角。
优选地，积分棒的入光口561呈方形，以能耦合更多的二次激光光束。
本实施例中，还可以结合实施例一所描述的采用角分布控制元件和/或实施例二所描述的离焦，来增大入射于积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束的光分布的短轴方向的发散角与长轴方向的发散角的比值，以进一步提高经积分棒匀光后的激光光束的均匀度。容易理解的是，在使用本实施例中所描述的积分棒的同时，采用角分布控制元件和/或激光元件与准直透镜离焦的方法来增大激光光束的光分布的短轴方向的发散角与长轴方向的发散角的比值时，该比值可以不如实施例一和实施例二中所描述的这般严格，该比值也可以小于0.7，只要相比未设有角分布控制元件和/或未采用离焦时入射于积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束的光分布的短轴方向的发散角与长轴方向的发散角的比值大就可以。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本发明实施例还提供一种波长转换光源，包括激光光源，该激光光源可以具有上述各实施例中的结构与功能；还包括波长转换装置，用于接收激光光源发出的光并发射受激光。
本发明实施例还提供一种合光光源，包括激光光源，该激光光源可以具有上述各实施例中的结构与功能；还包括波长转换光源，该波长转换光源包括激发光源和波长转换装置，该波长转换装置用于吸收来自该激发光源发出的激发光并发射受激光；还包括合光装置，该激光光源发射的光和该波长转换光源发射的受激光从不同方向入射于合光装置并经合光装置合为一束光出射。
本发明实施例还提供一种投影系统，包括上述合光光源，还包括空间光调制装置，用于接收来自该合光光源的光束并对其进行调制。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（LCD，Liquid CrystalDisplay）投影技术、数码光路处理器（DLP，Digital Light Processor）投影技术。此外，上述合光光源也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种激光光源，其特征在于，包括：
包括激光元件阵列的激光光源阵列，用于产生准直的一次激光光束阵列；
位于所述激光光源阵列后端依次排列的聚焦光学元件和准直光学元件，所述一次激光光束阵列依次经过聚焦光学元件和准直光学元件后形成准直的二次激光光束阵列，二次激光光束阵列中的二次激光光束的间距小于一次激光光束阵列中的一次激光光束的间距；
位于准直光学元件后端的积分棒，用于接收二次激光光束阵列并使其均匀化；
所述激光元件阵列和所述积分棒之间的光路上还设有角分布控制元件，用于增大所述激光光束阵列中在光分布的短轴方向的发散角，使得入射于所述积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述角分布控制元件为准直透镜阵列，其中每个准直透镜对应于一个激光元件，用于对该激光元件发出的激光进行准直；
所述激光元件位于与其对应的准直透镜的光轴上并偏离该准直透镜的焦点，使得该准直透镜出射的一次激光光束的光分布的短轴方向上的发散角与其长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述角分布控制元件为至少一个柱面透镜，位于所述准直光学元件和所述积分棒之间，其中每一柱面透镜对应经所述准直光学元件出射的二次激光光束阵列中的至少一列二次激光光束，该至少一列二次激光光束中每一列的走向平行于该柱面透镜的母线，且每一列二次激光光束中各二次激光光束的光分布的长轴方向平行于该柱面透镜的母线；
各二次激光光束经与其对应的柱面透镜后，光分布的的短轴方向上的发散角与其长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
4.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述角分布控制元件为散光片，位于所述准直光学元件与所述积分棒之间，使得经该散光片散射后的二次激光光束阵列的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
5.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述角分布控制元件为微透镜阵列，位于所述准直光学元件与所述积分棒之间，其中每一个微透镜呈长方形；
入射于该微透镜阵列的二次激光光束阵列在光分布的短轴方向平行于每个微透镜的长边方向；且经该微透镜阵列出射的二次激光光束阵列在光分布的短轴方向上的发散角与在长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
6.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源阵列包括激光元件阵列和准直透镜阵列，其中每个准直透镜对应于一个激光元件，用于对该激光元件发出的激光进行准直，且各激光元件位于与其对应的准直透镜的光轴上并偏离该准直透镜的焦点；
所述角分布控制元件位于所述准直光学元件和所述积分棒之间，用于增大入射的二次激光光束的光分布的短轴方向上的发散角，或者用于减小入射的二次激光光束的光分布的长轴方向上的发散角，使得入射于所述积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值大于或等于0.7。
7.根据权利要求3至6任一项所述的激光光源，其特征在于，所述积分棒为实心的，且所述角分布控制元件和所述积分棒一体成型。
8.一种激光光源，其特征在于，包括：
激光光源阵列，用于产生准直的一次激光光束阵列；
位于所述激光光源阵列后端依次排列的聚焦光学元件和准直光学元件，所述一次激光光束阵列依次经过聚焦光学元件和准直光学元件后形成准直的二次激光光束阵列，二次激光光束阵列中的二次激光光束的间距小于一次激光光束阵列中的一次激光光束的间距；
位于准直光学元件后端的积分棒，用于接收二次激光光束阵列并使其均匀化，其中该积分棒的入光口的面积大于其出光口的面积；
该积分棒的入光口包括相互垂直的第一边和第二边，出光口包括相互垂直的第一边和第二边，其中入光口和出光口的第一边平行，且入光口与出光口的第一边长度的比值小于入光口与出光口的第二边长度的比值；
所述二次激光光束阵列在入射于所述积分棒时，各二次激光光束的光分布的长轴方向平行于该积分棒的入光口的第一边。
9.根据权利要求8所述的激光光源，其特征在于，所述积分棒的入光口的第一边等于出光口的第一边。
10.根据权利要求8所述的激光光源，其特征在于，所述积分棒的入光口呈正方形。
11.根据权利要求8所述的激光光源，其特征在于，所述激光元件阵列和所述积分棒之间的光路上还设有角分布控制元件，用于对所述激光光束阵列进行整形，以增大入射于所述积分棒的二次激光光束阵列中每个二次激光光束在光分布的短轴方向的发散角与长轴方向上的发散角的比值。
12.一种波长转换光源，其特征在于，包括：
根据权利要求1至11任一项所述的激光光源；
波长转换装置，用于接收所述激光光源发出的光并发射受激光。
13.一种合光光源，其特征在于，包括：
根据权利要求1至11任一项所述的激光光源；
波长转换光源，该波长转换光源包括激发光源和波长转换装置，该波长转换装置用于吸收来自该激发光源发出的激发光并发射受激光；
合光装置，所述激光光源发射的光和所述波长转换光源发射的受激光从不同方向入射于合光装置并经合光装置合为一束光出射。
14.一种投影系统，其特征在于，包括：
如权利要求13所述的合光光源；
空间光调制装置，用于接收来自所述合光光源的光束并对其进行调制。
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