CN104749785A - 一种高亮度高效率激光白光源的实现方法 - Google Patents

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夏连杰
庞辉
李延波
刘胜杰
刘金栋
高丽哲
俞光日
马凤乾
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Abstract

本发明公开了一种高亮度高效率激光白光源的实现方法。使用三个截面为等边三角形的三棱镜构成棱镜组，使用红、绿、蓝三个激光发生器作为光源，每个棱镜的一个平行面和三个激光发生器底座均安装在同一平面上，激光发生器之间的激光头中心距离相等，第一棱镜位于激光发生器的前方，其它两个棱镜的底边均逆时针旋转一个角度形成夹角，第一棱镜的尺寸大于其它两个棱镜，其它两个棱镜尺寸相同；红、绿、蓝三路光线分别以不同角度射入棱镜组，经三个棱镜的三次偏转，最终从同一光路射出，混合成白光源。本方法通过采用三个棱镜组成三级棱镜组，通过棱镜组的引入将单个棱镜情况下激光器安装距离缩短了一半，从而降低了整机在白光源合成部分的结构尺寸。

Description

一种高亮度高效率激光白光源的实现方法
技术领域
本发明涉及三原色光源合成技术，尤其是涉及一种高亮度高效率激光白光源的实现方法。
背景技术
白光光源在日常生活中应用非常普遍，大量应用于投影仪、液晶显示等领域。目前常用的是白光荧光灯管、白光LED灯方式，这类光源发出的光线射向四面八方，需要采用透镜、反光镜进行汇聚成平行光束，同时需要散热器和风扇进行降温，其结构复杂、效率较低。
发明内容
鉴于现有技术状况，本发明提供一种高亮度高效率激光白光源的实现方法。本方法通过红、绿、蓝三原色激光在较小体积下实现了白光光源。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种高亮度高效率激光白光源的实现方法，其特征在于，使用三个截面为等边三角形的三棱镜构成一个棱镜组，三个三棱镜分别为：第一三棱镜、第二三棱镜和第三三棱镜；使用红、绿、蓝三个激光发生器作为光源，每个三棱镜的一个平行面和三个激光发生器底座均安装在同一平面上，三个激光发生器之间的激光头中心距离相等，其中第一三棱镜位于三个激光发生器的前方，第二三棱镜的底边相对于第一三棱镜的底边方向逆时针旋转一个角度，两底边形成夹角∠C1，第三三棱镜的底边相对于第二三棱镜的底边方向逆时针旋转一个角度，两底边形成夹角∠C2，同时第一三棱镜的尺寸大于第二三棱镜和第三三棱镜尺寸，第二三棱镜和第三三棱镜尺寸相同；三个激光发生器产生的红、绿、蓝三路光线分别以不同角度射入棱镜组，分别经三个三棱镜的三次偏转，最终红、绿、蓝三路光线从同一光路射出，混合成白光源。
本发明所产生的有益效果是：
1、由于采用激光头作为光源，激光有着良好的定向性。因此，在应用中可以将激光头输出的光线全部送入棱镜组中，相对传统的点光源，减少了射向棱镜组之外的光线，从而使得整个系统对光源发出的光线利用率更高。
2、其次，经过棱镜组后，三原色激光的出射光路完全重合，能量叠加在一起，同时由于激光的良好定向性，合成后的光束发散不明显，传输一段距离后光斑扩大不明显，能量更集中，因此本系统可在相同距离上较其它系统获得更高的亮度。
3、通过三级棱镜组的引入，将单个棱镜情况下激光器安装距离缩短了一半，从而降低了整机在白光源合成部分的结构尺寸。
附图说明
图1为本发明采用的三级棱镜合成系统示意图；
图2为本发明采用三级棱镜合成系统光路示意图；
图3为激光发生器的激光头安装距离与光线入射角度关系示意图。
具体实施方式
    以下结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1，本方法使用三个截面为等边三角形的三棱镜构成一个棱镜组，三个三棱镜分别为：第一三棱镜、第二三棱镜和第三三棱镜；使用红、绿、蓝三个激光发生器作为光源，其中红光激光发生器为R、绿光激光发生器为G、蓝光激光发生器为B，每个三棱镜的一个平行面和三个激光发生器底座均安装在同一平面上，三个激光发生器之间的激光头中心距离相等，其中第一三棱镜位于三个激光发生器的前方，第二三棱镜的底边2.1相对于第一三棱镜的底边1.1方向逆时针旋转一个角度，两底边形成夹角∠C1，第三三棱镜的底边相对于第二三棱镜的底边3.1方向逆时针旋转一个角度，两底边形成夹角∠C2，同时第一三棱镜的尺寸大于第二三棱镜和第三三棱镜尺寸，第二三棱镜和第三三棱镜尺寸相同；三个激光发生器产生的红、绿、蓝三路光线分别以不同角度射入棱镜组，分别经三个三棱镜的三次偏转，最终红、绿、蓝三路光线从同一光路射出，混合成白光源。
本方法采用三个截面为等边三角形的三棱镜构成一个棱镜组，其中第二三棱镜和第三三棱镜为相同的三棱镜，第一三棱镜的截面边长更大，棱镜体积也更大。三个激光发生器产生的红、绿、蓝三路光线分别以不同角度射入棱镜组，各自经三个棱镜的三次偏转，最终从同一光路射出，达到三原色光合成为白光源的最终目的。
参照图2，各棱镜的一个平行面和三个激光发生器底座均安装在同一平面上。三个激光发生器发出的激光分别射入三个棱镜。为了使折射后的光线能全部进入下一个棱镜，并且能在下一个棱镜中偏转，根据折射角对各个棱镜的安装位置和角度进行调整。夹角∠C1和夹角∠C2根据棱镜的折射率确定，不同折射率的棱镜∠C有所不同，但是两级棱镜底边的偏转方向是确定的。
激光发生器入射第一三棱镜的红光和绿光形成入射夹角为∠A′，入射第一三棱镜的绿光和蓝光形成入射夹角为∠B′。光每经过一个三棱镜发生两次折射，每次折射时的红、绿两种颜色的光偏转相差角度为α（α根据棱镜的折射率不同角度不同）；绿、蓝两种颜色的光偏转相差角度为β（β根据棱镜的折射率不同角度不同）。在经过第一三棱镜和第二三棱镜两个棱镜偏转后，入射进第三三棱镜的红、绿光入射夹角为∠A；绿、蓝光入射夹角为∠B，则激光发生器入射第一三棱镜的红光和绿光形成入射夹角为∠A′=∠A+2α，激光发生器入射第一三棱镜的绿光和蓝光形成入射夹角为∠B′=∠B+2β。因此，使用三个三棱镜串联使用，比使用单个三棱镜增加了红、绿、蓝光合成白光所需的入射夹角角度。
参照图3，激光发生器相邻两个激光头的中心距为H，这个距离是由激光头直径确定的，当激光头直径确定时，两个激光头的中心距H值不再改变。本发明的棱镜组增大了棱镜合成白光时所需的入射角度。相同口径的激光头的头间距H恒定，安装激光发生器激光头位置距离第一三棱镜的距离随入射夹角变化，当从入射夹角为∠A增大到入射夹角为∠A′或从入射夹角为∠B增大到入射夹角为∠B′，则安装激光发生器激光头位置距离第一三棱镜的距离由距离S1缩短为距离S2，因此，由于使用棱镜组增大了棱镜合成白光时所需的入射角度，激光头组可以安装在距离棱镜组更近的地方。这样，使用三级棱镜合成的系统比单棱镜的系统减小了整机的结构尺寸。
由于一般激光头组的尺寸限制了各路入射光的间距，因此，为了使得三路光线均能进入棱镜系统，棱镜组内的第一三棱镜选择了尺寸较大的棱镜，棱镜尺寸以满足三路激光全部能够进入棱镜并经折射后射出为准。由于经过第一三棱镜折射后，三路激光的入射角∠A′和入射角∠B′经折射后的射出角度减小，三路激光在第二三棱镜和第三三棱镜的入射点间距也减小，因此为了降低系统尺寸和重量，后面的第二三棱镜和第三三棱镜均采用了尺寸较小的棱镜，尺寸以满足三路激光全部能够进入棱镜并经折射后射出为准。

Claims (1)

1.一种高亮度高效率激光白光源的实现方法，其特征在于，使用三个截面为等边三角形的三棱镜构成一个棱镜组，三个三棱镜分别为：第一三棱镜、第二三棱镜和第三三棱镜；使用红、绿、蓝三个激光发生器作为光源，每个三棱镜的一个平行面和三个激光发生器底座均安装在同一平面上，三个激光发生器之间的激光头中心距离相等，其中第一三棱镜位于三个激光发生器的前方，第二三棱镜的底边相对于第一三棱镜的底边方向逆时针旋转一个角度，两底边形成夹角∠C1，第三三棱镜的底边相对于第二三棱镜的底边方向逆时针旋转一个角度，两底边形成夹角∠C2，同时第一三棱镜的尺寸大于第二三棱镜和第三三棱镜尺寸，第二三棱镜和第三三棱镜尺寸相同；三个激光发生器产生的红、绿、蓝三路光线分别以不同角度射入棱镜组，分别经三个三棱镜的三次偏转，最终红、绿、蓝三路光线从同一光路射出，混合成白光源。
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