CN107085314A - 一种低散斑激光光源以及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低散斑激光光源，其特征在于，所述低散斑激光光源包括封装在壳体内的多个半导体激光器，所述多个半导体激光器呈M行×N列的阵列排布；其中，M和N均为整数，且M≥1，N≥2。本发明还公开了包含了应用如上所述低散斑激光光源的投影装置。本发明实施例提供的低散斑激光光源，其可以发出低相干性的激光，其应用于投影装置中，可以有效地抑制激光散斑的对比度。

Description

一种低散斑激光光源以及投影装置

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种低散斑激光光源以及包含该低散斑激光光源的投影装置。

背景技术

在投影光学系统中，由于激光的单色性好、色纯度高、按三色合成原理，在色度图上有最大的色三角形区域，因而它有其它光源所不可比拟的优势。但是，当相干性极好的激光光源照射光学粗糙表面时(屏幕)，屏幕表面可以分为很多个表面单元，各单元反射的光会存在相位差，在空间相遇会发生干涉，形成具有无规则分布的颗粒状结构的散斑图样。散斑的存在会导致图像信息内容部分缺失，而且会降低图像的分辨率，对于激光显示来说，散斑对比度需要抑制到4％以下，人眼系统才无法分辨。因此，散斑是降低图像质量和分辨率的主要因素，也是制约投影机发展的因素之一。

现有的激光散斑抑制的方法主要有：

一、通过使屏幕移动抑制散斑，采用将屏幕迅速前后运动或者转动，运动的量足够大就能对散斑进行抑制。如果要将散斑抑制为原先的1/10，需要屏幕在一帧图像的时间内运动35cm，或者是在一帧时间内将屏幕旋转0.4°。该种方法在能耗、噪声等方面依旧存在缺陷，而且使屏幕运动一定距离或转动一定角度，对于投影系统过于复杂，很难实现。

二、利用单光纤或纤维束照明等来降低激光相干性从而减弱散斑。光纤扰动会扰乱激光光束在光纤中的传输，降低光纤输出光束的相干性，而且旋转的光纤也会对激光光源的匀光有一定作用。该种方法在实际应用中会使结构复杂化，而且消散斑装置会过大，严重影响系统体积，而且对激光光效损失很大，并且光纤的本身价格昂贵。

三、用旋转散射片进行消散斑，常见的散射片为毛玻璃，光透过毛玻璃后会分割为多个子光束，各个子光束经过运动的散射片后的相位是随机的，不具备相关性，在眼睛的积分时间内将会观察到数个不相关的散斑图案，从而获得散斑抑制。毛玻璃的透射率比较低，目前常用衍射光学元件(DOE)代替毛玻璃。驱动散射片运动需要电机，这也会增加整个系统的复杂性和功耗，而且可能会产生一定的噪声。

现有的激光散斑抑制的方法都会使得光路系统复杂化，因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种低散斑激光光源，其可以发出低相干性的激光光源，可以有效地抑制激光散斑的对比度。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种低散斑激光光源，其中，所述低散斑激光光源包括封装在壳体内的多个半导体激光器，所述多个半导体激光器呈M行×N列的阵列排布；其中，M 和N均为整数，且M≥1，N≥2。

优选地，每一行的N个半导体激光器是连为一体的bar条激光器管芯。

优选地，所述半导体激光器为脊形结构的半导体激光器。

优选地，所述半导体激光器的脊形波导的宽度为1～100μm。

优选地，所述半导体激光器的脊形波导的宽度为1～50μm。

优选地，每一行半导体激光器中，任意相邻的两个半导体激光器管芯的脊形波导之间的间距为8～500μm。

优选地，每一行半导体激光器中，任意相邻的两个半导体激光器管芯的脊形波导之间的间距为20～500μm。

优选地，M和N的取值范围是：5≤M≤10，10≤N≤20。

优选地，所述半导体激光器为氮化镓基激光器，其包括GaN衬底以及在GaN 衬底上依次外延生长的N型GaN电极接触层、N型AlGaN光限制层、N型 AlInGaN波导层、发光有源区、P型AlInGaN波导层、P型AlGaN光限制层和 P型GaN电极接触层。

本发明还提供了一种投影装置，其包括光源、成像芯片、投影镜头和投影屏幕，其中，所述光源为上所述的低散斑激光光源。

本发明实施例提供的低散斑激光光源，其中封装有多个在二维平面排列组合(M行×N列)的半导体激光器，多个半导体激光器发出的光束在时间和空间上都是相互独立的，其相干性被大大降低，由此该低散斑激光光源可以发出低相干性的激光。该低散斑激光光源用于作为投影装置的光源，可以源头上有效地抑制激光散斑的对比度，相比于现有技术其消除散斑的效果更佳并且避免了光路系统复杂化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的低散斑激光光源的结构示意图；

图2为本发明优选的实施例提供的低散斑激光光源的结构示意图；

图3为本发明另一优选的实施例提供的低散斑激光光源的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的半导体激光器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的投影装置的结构示意图；

图6a-6d示出了采用不同光源的投影装置的散斑对比度测试效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本实施例提供了一种低散斑激光光源，如图1所示，所述低散斑激光光源 100包括封装在壳体(附图中未示出)内的多个半导体激光器1，多个半导体激光器1在如矩阵的二维平面排列组合，即，多个半导体激光器1呈M行×N列的阵列排布；其中，M和N均为整数，且M≥1，N≥2。

M行×N列的多个半导体激光器1发出的光束在时间和空间上都是相互独立的，其相干性被大大降低，由此该低散斑激光光源100可以发出低相干性的激光，另外，所述的半导体激光器1的出光方向是相同的。其中，M和N的取值可以根据实际需要具体设定，比较优选的范围是：5≤M≤10、10≤N≤20。

下面以多个半导体激光器1仅排成一行(即M＝1)作为具体例子对本发明的技术方案进行具体的说明。

如图2所示，一行中的N个半导体激光器1是连为一体的Bar条激光器1a，即，在本实施例中，N个半导体激光器1是采用bar条形式的封装结构(图2中采用虚线间隔表示N个半导体激光器1是连为一体的)。需要说明的是，在另外的实施例中，如图3所示，所述N个半导体激光器1也可以是N个相互独立的单管芯(图3中采用实线间隔表示半导体激光器1是单管芯)，N个相互独立的单管芯依次并行排列进行封装。并且在采用N个相互独立的单管芯半导体激光器1依次并行排列进行封装时，相邻的两个半导体激光器1可以是首尾紧密连接，也可以是两者之间设置有间隔(参阅图1中每一行半导体激光器1中相邻的两个相互间隔设置)。

采用bar条形式的封装结构，其封装工艺较为简单，更易于实现；而采用N 个相互独立的单管芯的封装结构，激光器管芯的选择更加灵活，但是相对来说其封装工艺的难度也更大。但是采用这两种封装结构都可以达到本发明的目的，即获得低相干性的激光光源。

在本实施例中，如图2所示，所述半导体激光器1为脊形结构的半导体激光器。作为一个具体的例子，如图4所示，所述半导体激光器1为氮化镓基激光器管芯，其包括GaN衬底10以及在GaN衬底10上依次外延生长的N型GaN 电极接触层20、N型AlGaN光限制层30、N型AlInGaN波导层40、发光有源区50、P型AlInGaN波导层60、P型AlGaN光限制层70和P型GaN电极接触层80。其中，将上述外延结构刻蚀至P型AlGaN光限制层70，并刻去部分P 型AlInGaN波导层60，形成半导体激光器1的脊型结构11。需要说明的是，以上具体的氮化镓基激光器的结构仅是作为一个具体的例子进行说明，其不应视为本发明范围的限制。

进一步地，参阅图2，所述半导体激光器1的脊形波导11的宽度D优选的范围是1～100μm，任意相邻的两个半导体激光器管1的脊形波导11之间的间距L优选的范围是8～500μm。

如上实施例提供的低散斑激光光源，其中封装有多个依次并行排列半导体激光器，多个半导体激光器管出的光束在时间和空间上都是相互独立的，其相干性被大大降低，由此该低散斑激光光源可以发出低相干性的激光。该低散斑激光光源用于作为投影装置的光源，可以源头上有效地抑制激光散斑的对比度。在激光器的整体结构设计中，需要同时考虑所要设置的半导体激光器1的数量(即N的取值)以及散斑对比度的数值。

本实施例提供的低散斑激光光源，经过测试证明，当半导体激光器1的数量达到40个以上时，激光散斑对比度可以抑制到4％以下，此时人眼系统无法分辨。通常来说，半导体激光器1的数量越多，则可以获得越小的散斑对比度，但是半导体激光器1的数量越多，其成本相应地增加，封装难度也更大。通过调整半导体激光器1的脊形波导11的宽度D的数值以及脊形波导11之间的间距L的数值，可以在获得合格的激光散斑对比度的同时尽可能地减少半导体激光器1的数量。在较为优选的技术方案中，D的取值范围是1～50μm，L的取值范围是20～500μm，半导体激光器1的数量N可以设置在2～100个的范围内。

需要说明的是，以上实施例是以M＝1为具体例子进行说明，本领域技术人员在以上实施例的基础上易于获知的是，当M≥2时，只需要每一行的N个半导体激光器1分别按照前述M＝1的具体例子设置即可。其中，相邻两行半导体激光器的间距可以根据实际需要具体设定。

本实施例还提供一种投影装置，如图5所示，该投影装置包括本发明如上实施例所提供的低散斑激光光源100(作为该投影装置的光源)、成像芯片200、投影镜头300以及投影屏幕400。从低散斑激光光源100射出的低相干光射入到成像芯片200后携带图像信息，再通过投影镜头300入射到投影屏幕400上，在投影屏幕400上显示图像。

图6a-6d示出了如上的投影装置分别采用不同的光源的测试效果图，该些测试效果图是使用CCD测量系统从投影屏幕上拍摄到的图片。其中，图6a是采用日光灯作为投影装置光源，测试得到的散斑对比度为C＝1.2％；图6b是采用倍频固体绿光激光器作为投影装置光源，测试得到的散斑对比度为C＝51.8％；图6c是采用氮化镓基单管芯激光器作为投影装置光源，测试得到的散斑对比度为C＝16.9％；图6d是采用本发明前述实施例所提供的低散斑激光光源作为投影装置光源，测试得到的散斑对比度为C＝3％。经过对比测试，本发明前述实施例所提供的低散斑激光光源的散斑对比度更接近于日光灯的效果，较之其它两种激光器具有更加良好的抑制散斑的能力。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低散斑激光光源，其特征在于，所述低散斑激光光源包括封装在壳体内的多个半导体激光器，所述多个半导体激光器呈M行×N列的阵列排布；其中，M和N均为整数，且M≥1，N≥2。

2.根据权利要求1所述的低散斑激光光源，其特征在于，每一行的N个半导体激光器是连为一体的bar条激光器管芯。

3.根据权利要求1或2所述的低散斑激光光源，其特征在于，所述半导体激光器为脊形结构的半导体激光器。

4.根据权利要求3所述的低散斑激光光源，其特征在于，所述半导体激光器的脊形波导的宽度为1～100μm。

5.根据权利要求3所述的低散斑激光光源，其特征在于，所述半导体激光器的脊形波导的宽度为1～50μm。

6.根据权利要求3所述的低散斑激光光源，其特征在于，每一行半导体激光器中，任意相邻的两个半导体激光器的脊形波导之间的间距为8～500μm。

7.根据权利要求3所述的低散斑激光光源，其特征在于，每一行半导体激光器中，任意相邻的两个半导体激光器的脊形波导之间的间距为20～500μm。

8.根据权利要求3所述的低散斑激光光源，其特征在于，5≤M≤10，10≤N≤20。

9.根据权利要求3所述的低散斑激光光源，其特征在于，所述半导体激光器为氮化镓基激光器，其包括GaN衬底以及在GaN衬底上依次外延生长的N型GaN电极接触层、N型AlGaN光限制层、N型AlInGaN波导层、发光有源区、P型AlInGaN波导层、P型AlGaN光限制层和P型GaN电极接触层。

10.一种投影装置，包括光源、成像芯片、投影镜头和投影屏幕，其特征在于，所述光源为如权利要求1-9任一所述的低散斑激光光源。