CN106125482A

CN106125482A - 激光光源及激光投影设备

Info

Publication number: CN106125482A
Application number: CN201610818843.1A
Authority: CN
Inventors: 王强
Original assignee: Hisense Group Co Ltd
Current assignee: Hisense Group Co Ltd
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明提供了一种激光投影设备及其激光光源。激光光源包括激光阵列及多个缩束反射器。激光阵列包括主激光器及位于主激光器两侧的次激光器，主激光器位于激光阵列中部，主激光器发出主光束，次激光器发出次光束。缩束反射器包括第一反射面及第二反射面。在上述激光光源中，次激光器发出的次光束经过第一反射面与第二反射面的反射，使位于主光束两侧的次光束朝向主光束靠拢，以达到缩束的目的。使直径尺寸较小的望远镜系统能够满足使用要求，减小整个激光光源的体积，有利于激光投影设备的微型化发展。

Description

激光光源及激光投影设备

技术领域

本发明涉及激光投影领域，特别是一种激光光源及激光投影设备。

背景技术

对于激光投影设备的激光光源技术中，通常是由激光器照射在涂覆有荧光粉的荧光轮上，形成三基色。由于激光从激光器阵列出射后光斑面积较大，而荧光轮上激发所需的光斑较小，需要进行光束整形符合荧光激发要求的光斑大小。在现有技术的一种光束整形光路中，如图1所示，使用由一片凸透镜1和一片凹透镜2组成的望远镜系统，对激光先进行缩束。

以及，图1中示出了一种反射式荧光轮4结构，包括激光透射区和荧光区，当蓝色激光透射过激光透射区后，从反射式荧光轮4背面出射，同时呈会聚后又发散的蓝色光束再次经过荧光轮背面的准直透镜组进行准直，并经过位于荧光轮四周的蓝光回路(通常由透镜，反射面、扩散片等组成)回到二向色镜5，蓝光经过二向色镜5的反射，与绿色荧光进行合光，再共同经过一片聚焦透镜进行聚焦，进行光束收敛。

在上述激光投影系统中，需要采用望远镜系统对光束先进行缩束，则望远镜系统的面积要与光束的光斑面积相匹配，以达到对光束的缩束作用。为增强系统的光强强度，通常使用多个单can封装的激光器同时照射，因此光束的光斑较大。当光束的光斑较大的时候，则要求望远镜系统中的凸透镜1和凹透镜2的直径也相应增大，导致光学架构体积大，并且望远镜系统中的凸透镜和凹透镜镜片之间需要预留足够的光学距离以达到从凹透镜出射后的光束为平行光束而不是发散状态的光束，也会使得光源光路变长，造成整个激光投影设备的体积较大，不利于激光投影设备的微型化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、体积较小的激光投影设备及其激光光源。

一种激光光源，包括：

激光阵列，包括主激光器及位于所述主激光器两侧的次激光器，所述主激光器位于所述激光阵列中部，所述主激光器发出主光束，所述次激光器发出次光束；

多个缩束反射器，所述缩束反射器与所述次激光器对应设置，用于将所述次激光器发出的次光束朝向所述主激光器发出的主光束进行缩束，所述缩束反射器包括：

第一反射面，与所述次激光器相对设置，且所述第一反射面设于所述次光束的光轴上，所述次光束经所述第一反射面反射成第一反射光束，第一反射光束朝向所述主光束反射；及

第二反射面，靠近所述主激光器的光轴设置，且所述第二反射面设于所述第一反射光束的光轴上，所述第一反射光束投射到所述第二反射面上，所述第二反射面反射所述第一反射光束并沿所述激光阵列的出射方向反射，形成所述第二反射光束，所述第二反射光束的光轴方向与所述主光束的光轴方向平行。

一种激光投影设备，包括上述激光光源。

在上述激光光源中，主激光器位于激光阵列的中部，次激光器位于主激光器的两侧。次激光器发出的次光束经过第一反射面与第二反射面的反射，使位于主光束两侧的次光束朝向主光束靠拢，以达到缩束的目的。激光阵列发出的光束通过缩束反射器对光束进行缩束，减小光束的光斑面积。因此，直径尺寸较小的望远镜系统也能够满足使用要求，从而可以减小整个激光光源的体积，有利于激光投影设备的微型化发展。

附图说明

图1为现有技术中的激光光源的结构示意图；

图2为本实施方式的激光光源的结构示意图；

图3为根据图2所示的激光光源的立体图；

图4为根据图2所示的激光光源的另一实施方式的结构示意图；

图5为根据图4所示的激光光源的立体图；

图6为根据图2所示的激光光源的另一实施方式的结构示意图；

图7为本实施方式的激光投影设备的结构示意图。

附图标记说明如下：1、凸透镜；2、凹透镜；4、反射式荧光轮；5、二向色镜；6、蓝光回路；10、激光投影设备；100、激光光源；110、激光阵列；111、主激光器；112、次激光器；113、主光束；114、次光束；120、缩束反射器；121、第一反射面；122、第二反射面；130、第一聚焦透镜；131、161、凸透镜；140、240、扩散片；150、透射式荧光轮；160、第二聚焦透镜；170、270、匀光部件；180、反射镜；190、290、会聚透镜；210、二向色镜；220、反射式荧光轮；230、补充光源；231、补充光束；250、第三聚焦透镜；260、第四聚焦透镜；20、光机；30、镜头；40、投影屏幕。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种激光投影设备10。激光投影设备包括一种激光光源100。请参阅图2及图3，激光光源100包括激光阵列110、多个缩束反射器120。

激光阵列110包括主激光器111及位于主激光器111两侧的次激光器112。主激光器111位于激光阵列110中部。次激光器112位于主激光器111的周围。主激光器111发出主光束113，次激光器112发出次光束114。其中，对于“主激光器”与“次激光器”，“主光束”与“次光束”仅是名称上进行区分，对“主激光器”与“次激光器”的作用并没有进行区别，同样，“主光束”与“次光束”的性质也不进行区别。

缩束反射器120为多个，用于对激光阵列110发出的光束进行缩束。缩束反射器120与次激光器对应设置，用于将次激光器发出的次光束朝向所述主激光器发出的主光束进行缩束。缩束反射器120包括第一反射面121及第二反射面122。第一反射面121与次激光器112相对设置，且第一反射面121设于次光束114的光轴上，次光束114经第一反射面121反射成第一反射光束，第一反射光束朝向主光束113反射。第二反射面122靠近主激光器111的光轴设置，且第二反射面122设于第一反射光束的光轴上，第一反射光束经第二反射面122反射成第二反射光束。

可以理解，缩束反射器120可以为反射镜组、全反射棱镜组。第一反射面121与第二反射面122可以为反射镜的表面或全反射棱镜的全反射面。具体在本实施方式中，第一反射面121及第二反射面122为反射镜的反射面。

具体在本实施方式中，激光阵列110包括8个经过准直的激光器。其中主激光器111为4个，两两并列设置分为两组主激光器组。次激光器112为4个，两两并列设置分为两组次激光器组。并且，两组主激光器组位于中部，两组次激光器组分别位于主激光器组的两侧。

由于激光器发出的光束并不是完全对称的圆形光斑，而是在相互垂直的两个方向上呈现不同的发散速度。其中，快轴指沿激光光束的出射方向，光束发散角较大，准直后光斑尺寸较长的方向。慢轴是指光束发散角较小，准直后光斑尺寸较短的方向。从而，激光器发出的光束光斑会呈现出长条形形状，比如椭圆形光斑或近似长方形的光斑。

具体在本实施方式中，主光束113的快轴与次光束114的快轴平行。次激光器112与主激光器111沿主光束113的慢轴方向排列。即，两组次激光器组沿主光束113的慢轴方向分别排列在主激光器组的两侧。具体地，两组次激光组对称分布在主激光器组的两侧，可以使与次激光器组对应的缩束反射器120也为对称设置，并且光路对称，便于光路布置，并且能够便于控制缩束反射器120的缩束效果。

可以理解，激光阵列110还可以包括6个、10个或12个激光器等。例如，请参阅图4及图5，激光阵列110包括2组主激光组和4组次激光组。并且，4组次激光组沿主光束113的慢轴方向分别对称排列在主激光器组的两侧。

请参阅图3及图5，次激光器112两两并列排布分成多组次激光器组。两个次激光器112并列排布，使次激光器组的光斑形状为长方形。为保证各组次激光器组的光斑能够投射到同一第一反射面121或第二反射面122上，则第一反射面121及第二反射面122为长方形，以使第一反射面121及第二反射面122能够反射同组的次激光器112发出的次光束114。两个次激光器112可以共同使用一块反射镜作为第一反射面121或第二反射面122，较少元件个数，简化激光光源100的结构。

次光束114的快轴方向与第一反射面121及第二反射面122的长边方向平行，次光束114的慢轴方向与第一反射面121及第二反射面122的宽边方向平行。当次光束114投射在第一反射面121或第二反射面122的时候，次光束114的光斑形状为椭圆形或长方形。次光束114的快轴方向与为光斑的长边方向，次光束114的慢轴方向为光斑的短边方向。次光束114的光斑形状与第一反射面121与第二反射面122的形状相似。并且，光斑的长边方向与第一反射面121或第二反射面122的长边方向平行，光斑的短边方向与第一反射面121或第二反射面122的短边方向平行。两个次光束114经第一反射面121与第二反射面122反射，两个光斑沿长边方向。

同样，由于次光束114的快轴方向与主光束113的快轴方向平行，次光束114的慢轴方向与主光束113的慢轴方向平行。因此主光束113形成的光斑与次光束114形成的光斑的形状相同，且长边方向相互平行。次激光器112与主激光器111的排布方式，在保证激光光源100的光强度的同时，使激光光源100形成的光斑面积较小，提高激光光源100的缩束效果。

具体在本实施方式中，主光束113与次光束114平行。次光束114经第一反射面121与第二反射面122反射之后，次光束114的传播方向仍与主光束113平行。第一反射面121与第二反射面122相互平行。具体在本实施方式中，第一反射面121与次激光器112的光轴方向呈45度夹角设置。第一反射光束的光轴方向与次光束114的光轴方向垂直，第二反射面122与第一反射光束的光轴方向呈45度夹角设置。第二反射光束的光轴方向与第一光束的光轴方向垂直。第二反射光束的光轴方向与主光束平行。

可以理解，第一反射面121与次激光器112的光轴方向夹角并不限于45度，同样，第二反射面122与第一反射光束的光轴方向的夹角也不限于45度。例如，第一反射面121与次光束114的光轴的夹角可以为30度或60度等。则第二反射面122与次光束114的光轴的正方向的夹角也相应为30度或60度等。同样，次光束114经第一反射面121与第二反射面122反射之后，次光束114的光轴仍与主光束113的光轴平行，且次光束114的光轴更靠近主光束113的光轴，从而达到缩束的目的。

具体在本实施方式中，反射镜的反射面设有高反射膜(图未示)。高反射膜可以增强第一反射面121与第二反射面122的光反射率，以减小次光束114在反射过程中的损耗。具体地，高反射膜可以为金属镀膜或介质膜，例如二氧化硅与五氧化二钽混合膜系。

请参阅图2，上述激光光源100还包括第一聚焦透镜130。第一聚焦透镜130设于第二反射光束与主光束113的光轴上，第一聚焦透镜130用于将第二反射光束与主光束113会聚成会聚光束。第一聚焦透镜130包括两个凸透镜131。

上述激光光源100还包括扩散片140。扩散片140设于聚焦透镜远离激光阵列110的一侧，扩散片140用于将会聚光束扩散均匀为激发光束。该扩散片140可以是运动的也可以是静止的，用于对激发光束进行扩散匀化，以免由于缩束后的激发光束光能量密度过于集中而造成荧光轮表面的灼伤，降低荧光转换效率。

上述激光光源100还包括透射式荧光轮150，透射式荧光轮150设于扩散片140远离聚焦透镜的一侧，激发光束从透射式荧光轮150的一侧照射，并激发产生荧光，荧光从透射式荧光轮150的另一侧透射出。

具体地，透射式荧光轮150包括透明基板。透明基板分为荧光粉区和激光透射区。其中，透明基板可以为无机陶瓷材料混合烧结而成的板状结构。透明基板在荧光粉区设有荧光粉。透明基板的表面设置有二向色膜，二向色膜能够透射激发光束，并反射受激发的荧光。当透射式荧光轮150旋转，激发光束投射至位于透射式荧光轮150正面的荧光粉区时，激发荧光粉产生荧光，荧光向四周发散。其中，一部分荧光直接出射，另一部荧光经二向色膜反射后从透射式荧光轮150的背面出射。当投射式荧光轮旋转至透射区，激发光束直接透射出去。

具体在本实施方式中，激光阵列110为蓝色激光器。透射式荧光轮150的荧光粉区上涂覆有绿色荧光粉和红色荧光粉，以受激产生绿、红色荧光。蓝色激光透射与绿、红色荧光形成三基色光。

可以理解，荧光粉区还可以为绿色荧光粉和黄色荧光粉。荧光粉区受激产生绿色荧光和黄色荧光，并从黄色荧光中过滤得到红色荧光。蓝色激光透射与绿、红色荧光从而形成三基色光。

需要说明的是，上述技术方案同样适用于双色激光光源，当激光阵列110的激光器为蓝色激光器和红色激光器时，透射式荧光轮150上只需要设置绿色荧光粉即可。同时，透射式荧光轮150的透射区需要根据蓝色激光器和红色激光器的点亮时序设置对应的蓝色激光透射区和红色激光透射区。蓝色激光和红色激光激发绿色荧光粉，产生绿色荧光，蓝、红色激光透射，从容形成三基色光。

可以理解，在上述激光光源100中还包括第二聚焦透镜160。第二聚焦透镜160设于透射式荧光轮150远离扩散片140的一侧。由于激光经会聚后入射到透射式荧光轮150上。根据光的直线传播，出射的激光会再次呈发散状态，以及激发产生的荧光的角度也是很大的，可能呈180度的方向发散出射，因此需要第二聚焦透镜160对荧光及透射的激光进行会聚准直，以减少光损。具体地，第二聚焦透镜160包括两个凸透镜161。

经第二聚焦透镜160进行聚焦的荧光和透射的激发光束，到达滤色轮进行滤色。滤色轮可以提高颜色的纯度。

具体在本实施方式中，激光光源100还包括反射镜180。反射镜180用于将三基色光以一定角度反射，使激光光源100的光路转折，防止其光路沿一个方向过长，使激光光源100的体积过大。

激光光源100还包括对白光光束进行匀光处理的匀光部件170。将反射镜180反射的白光光束光进入匀光部件170进行匀化收光，从而为激光投影设备提供照明。可以理解，匀光部件170可以为光棒、导光板等。为使大部分能够进去匀光部件170，经反射镜180反射的三基色光先通过会聚透镜190，使三基色光会聚后进入匀光部件170。

激光阵列110为蓝色激光阵列或双色激光阵列。当激光器为蓝色激光器和红色激光器时，透射式荧光轮150上只需要设置绿色荧光粉即可，同时，透射式荧光轮150的透射区需要根据蓝色激光器和红色激光器的点亮时序设置对应的蓝色激光透射区和红色激光透射区。

请参阅图6，在其他实施方式中，激光光源还包括上述激光阵列110、缩束反射器120、二向色镜210、反射式荧光轮220及补充光源230。经缩束后的激发光束经过二向色镜210透射到反射式荧光轮上，激发产生荧光。荧光被反射至二向色镜210的一侧，并被二向色镜210反射。补充光源230设于二向色镜210的另一侧，补充光源230发出的补充光束231被二向色镜210透射，并与荧光沿同一方向出射。补充光源230与荧光构成三基色。

具体在本实施方式中，本方案中荧光粉区至少包括两种颜色的荧光粉，荧光粉区受激产生绿色荧光和黄色荧光，并从黄色荧光中过滤得到红色荧光。补充光源230为蓝色补充光源，可以为LED灯。补充光源230发出的补充光束231为蓝色光束。蓝色激光透射与绿、红色荧光从而形成三基色。

可以理解，荧光粉区还可以为其他两种颜色的荧光粉，则发出的荧光为蓝色或红色，则补充光源发出的补充光束为绿色。因此，可以理解，只要保证荧光与补充光束构成三基色即可。

具体地，上述激光光源还包括扩散片240、第三聚焦透镜250及第四聚焦透镜260。扩散片240设于激光阵列110与二向色镜210之间，扩散片240用于使激发光束扩散均匀。第三聚焦透镜250设于反射式荧光轮220的前方，用于会聚激发光束，使激发光束能够会聚照射于反射式荧光轮220上。并且，对于反射的荧光，第三聚焦透镜250也将荧光会聚成平行光，经二向色镜210反射至二向色镜210的一侧。第四聚焦透镜260与补充光源230位于二向色镜210的另一侧。第四聚焦透镜260设于补充光源230的出光方向上，且第四聚焦透镜260的光轴与补充光源230的光轴重合。第四聚焦透镜260用于会聚补充光束231，使补充光束231会聚为平行光，并经二向色镜210透射出射。补充光束231与红、绿色的荧光混合之后形成白光出射，从而为激光投影设备提供照明。

激光光源200还包括对白光光束进行匀光处理的匀光部件270。将白光光束进入匀光部件270进行匀化收光，从而为激光投影设备提供照明。可以理解，匀光部件270可以为光棒、导光板等。为使大部分白光光束能够进去匀光部件270，白光光束先通过会聚透镜290，使白光光束会聚后再进入匀光部件270进行匀化收光。

由于，蓝色补充光源与激发光束可根据配色需要同时工作，即可以同时输出蓝色光束和红色光束，或者同时输出蓝色光束和绿色光束，蓝色光束的输出没有时序的限制，因此可以增强出射白光的亮度。并且，蓝色补充光源产生的蓝色的补充光束231相对于蓝色激光而言，能够避免由于激光产生的散斑，提高激光投影设备的成像效果。

请参阅图7，本实施方式的激光投影设备10还包括光机20、镜头30以及投影屏幕40。

在上述激光投影设备10中，光源混合形成白光，并时序性地输出三基色光，三基色光通过匀光部件进入光机20部分。光机20部分包括光棒结构、光路转换器件和DMD(DigitalMicromirror Device)芯片。DMD芯片包括多个微小的反射镜，这些微反射镜在电流驱动下在一定角度范围内进行翻转，以调节进入镜头30的光量，从而使图像呈现不同的色彩。

具体在本实施方式中，激光投影设备10为适合家庭或者便携式使用的超短焦投影设备，镜头30为超短焦投影镜头。超短焦投影镜头可以在低投射比下投射出高质量的图像。光线经过DMD芯片调制后到达镜头30后，由镜头30内的光学镜片，经过多次折射和反射最终投射到投影屏幕40上形成投影图像。其中，光学镜片包括多片凸透镜、凹透镜、非球面透镜、曲面反射镜等。

含有上述激光光源100的激光投影设备10，相对于传统的激光投影设备至少具有以下优点：

首先，在上述激光光源100中，次激光器112发出的次光束114经第一反射面121与第二反射面122的反射，使次光束114朝向主光束113靠拢，以达到缩束的目的。激光阵列110发出的光束通过缩束反射器120对光束进行缩束，减小光束的光斑面积。从而可以减小望远镜系统中的透镜的直径大小，减小整个激光光源100的体积，有利于激光投影设备的微型化发展。

并且，对于主激光器111与次激光器112的位置设置及主光束113与次光束114的快、慢轴方向的设置，使缩束后的激发光束的光斑面积较小，从而可以保证直径较小的望远镜系统上也能投射全部激发光束。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种激光光源，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述主光束与所述次光束平行，所述第一反射面与所述次激光器的光轴方向呈45度夹角设置，第一反射光束的光轴方向与所述次光束的光轴方向垂直，所述第二反射面与所述第一反射光束的光轴方向呈45度夹角设置，所述第二反射光束的光轴方向与所述第一光束的光轴方向垂直。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述次激光器为偶数个，两两并列排布分成多组次激光器组，所述缩束反射器与所述次激光器组对应设置，同一组的所述次激光器的次光束经同一所述第一反射面、同一所述第二反射面反射。

4.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，所述第一反射面及第二反射面为长方形，所述次光束的快轴方向与所述第一反射面及第二反射面的长边方向平行，所述次光束的慢轴方向与所述第一反射面及第二反射面的宽边方向平行。

5.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述主光束的快轴与所述次光束的快轴平行，所述次激光器与主激光器沿所述主光束的慢轴方向排列。

6.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述第一反射面及第二反射面的表面设有高反射膜。

7.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，还包括聚焦透镜，设于所述第二反射光束与所述主光束的光轴上，所述聚焦透镜用于将所述第二反射光束与所述主光束会聚成会聚光束。

8.根据权利要求7所述的激光光源，其特征在于，还包括透射式荧光轮，所述透射式荧光轮设于所述聚焦透镜远离所述激光阵列的一侧，所述激发光束从所述透射式荧光轮的一侧照射，并激发产生荧光，所述荧光从所述透射式荧光轮的另一侧透射出。

9.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光阵列为蓝色激光阵列或双色激光阵列。

10.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，还包括二向色镜、反射式荧光轮及补充光源经缩束后的光束经过二向色镜透射到反射式荧光轮上，激发产生荧光，荧光被反射至二向色镜的一侧，并被所述二向色镜反射；所述补充光源设于所述二向色镜的另一侧，所述补充光源发出的补充光束被二向色镜透射，并与所述荧光沿同一方向出射。

11.一种激光投影设备，其特征在于，包括权利要求1~10任意一项所述的激光光源。