CN110632816A - 一种模块化高效散热均匀场激光光源系统 - Google Patents

一种模块化高效散热均匀场激光光源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，包括蓝光激光光源Ⅰ1，散射片Ⅰ2，反蓝透黄合束镜3，反红透蓝绿合束镜4，透镜组Ⅰ5，荧光单元6，RGB激光光源7，振动散射片8，透镜Ⅰ9，透镜组Ⅱ10，光通管11；蓝光激光光源Ⅰ1发出的光束通过散射片Ⅰ2后入射至反蓝透黄合束镜3，之后通过透镜组Ⅰ5入射至荧光单元6；荧光单元6激发后产生的光束依次通过透镜组Ⅰ5、反蓝透黄合束镜3、反红透蓝绿合束镜4及透镜组Ⅱ10入射至光通管11。该模块化高效散热均匀场激光光源系统可以有效散掉激光器产生的热量，同时获得均匀的画面投影输出，具有很好的实际应用价值。

Description

一种模块化高效散热均匀场激光光源系统
技术领域
本发明涉及激光投影技术领域，具体为一种模块化高效散热激光荧光光源（投影）系统。
背景技术
激光投影作为目前最先进的投影技术，经过近几年迅猛发展，形成了纯激光光源、激光荧光轮和激光LED光源等三种主要产品形态，其中荧光粉方式的激光投影机是性价比最高的机型。激光荧光投影通过蓝光激光照射在荧光粉上，产生黄色光，与另一部分透射光路的蓝光机激光进行波长合束，大大降低了光源的相干性，可以有效地消除散斑。但高流明或长时间的激光照射荧光轮，会使荧光粉局部温度很高，导致荧光效率下降，难以做出高亮投影机。由此，产生了激光荧光加纯激光光源系统，它既具激光荧光无散斑的特点，又具有纯激光的高亮度、高清晰、宽色域投影输出特点，可真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩。
在投影机应用的纯激光光源中，由于激光器具有非常强相干性和高单色性会导致激光投影画面的散斑效应和不均匀性。同时，激光器的功率和波长会受环境温度变化而波动，纯激光光源的电光转换效率一般只有13%~40%，其余电能全部产生热量，因此激光器的散热显得尤为重要。传统激光器散热是将激光器固定于散热板上，在激光器与散热板间涂抹导热硅脂，在使用大功率激光器时，很难将激光器温度控制在标称工作温度范围。
半导体RGB激光二极管的高相干性会导致激光投影显示的散斑效应和不均匀性，同时工作温度的变化会影响激光器的波长和功率，因此激光投影系统的匀化和激光器散热处理显得尤为重要。
发明内容
本发明主要解决激光器散热和投影画面不均匀性问题，提出了一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，通过改进激光器散热结构和激光光路添加振动散射片结构的方式，实现把激光器温度控制在标称工作温度范围，同时获得无散斑均匀的投影画面。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，包括蓝光激光光源Ⅰ，散射片Ⅰ，反蓝透黄合束镜，反红透蓝绿合束镜，透镜组Ⅰ，荧光单元，RGB激光光源，振动散射片，透镜Ⅰ，透镜组Ⅱ，光通管。
所述蓝光激光光源Ⅰ发出的光束通过散射片Ⅰ后入射至反蓝透黄合束镜，之后通过透镜组Ⅰ入射至荧光单元。
所述荧光单元激发后产生的光束依次通过透镜组Ⅰ、反蓝透黄合束镜、反红透蓝绿合束镜及透镜组Ⅱ入射至光通管。
所述RGB激光光源发出的光束依次经过振动散射片、透镜及反红透蓝绿合束镜及透镜组Ⅱ入射至光通管。
优选的，所述RGB激光光源包括蓝光激光光源、绿光激光光源、红光激光光源，所述蓝光激光光源、绿光激光光源和红光激光光源分别通过铟锡合金焊片焊接于水冷板上，所述蓝光激光光源发出的光束依次通过反射镜、反绿透蓝合束镜、反红透蓝绿合束镜、透镜射出，所述绿光激光光源发出的光束依次通过反绿透蓝合束镜、反红透蓝绿合束镜、透镜射出，所述红光激光光源发出的光束通过反红透蓝绿合束镜、透镜射出。
本发明所述的模块化高效散热均匀场激光光源系统，采用激光荧光轮加纯激光混合光源，通过波长合束的方式耦合进入光通管，在纯激光光路中加振动散射片装置的方式，获得无散斑均匀的画面投影输出。同时优化激光器的散热结构，将激光器通过导热系数更高的铟锡合金焊片焊接于散热板上，铟锡合金的导热系数是导热硅脂的5倍以上，可以有效散掉激光器产生的热量，把温度控制在激光器工作温度范围，延长激光器寿命。
本发明具有如下优点：
（1）、传统的涂抹导热硅脂散热方式，很难将大功率激光器温度控制在工作温度范围，而铟锡合金的导热系数是导热硅脂的5倍以上，采用铟锡合金焊片将激光器焊接于水冷板上，可以将激光器更加牢靠地固定于水冷板上，同时将温度控制在标称工作温度范围。
（2）、通过本发明的方案实施，半导体RGB激光光路中加振动散射片装置，与荧光单元产生的荧光激发光进行波长合束方式，可实现无散斑均匀的画面显示，极大地提升观影体验。
本发明设计合理，设计了使用这种合束镜的新颖光学光路，耦合集成半导体RGB激光二极管和激光荧光单元，优化了激光器散热结构，同时在RGB激光光路中加振动散射片装置，实现模块化高效散热均匀场的激光光源系统。该模块化高效散热均匀场激光光源系统可以有效散掉激光器产生的热量，同时获得均匀的画面投影输出，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示模块化高效散热均匀场激光光源系统结构示意图。
图2表示RGB激光光源及散热结构。
图3表示振动散射片结构示意图。
图4表示反蓝透黄合束镜光学特性。
图中：1-蓝光激光光源Ⅰ，2-散射片Ⅰ，3-反蓝透黄合束镜，4-反红透蓝绿合束镜，5-透镜组Ⅰ，6-荧光单元，7-RGB激光光源，8-振动散射片，9-透镜Ⅰ，10-透镜组Ⅱ，11-光通管；701-水冷板，702-铟锡合金焊片，703-蓝光激光光源，704-绿光激光光源，705-红光激光光源，706-反射镜，707-反绿透蓝合束镜，708-反红透蓝绿合束镜，709-透镜；801-散射片支座，802-散射片，803-振动电机，801-驱动器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，如图1所示，包括蓝光激光光源Ⅰ1，散射片Ⅰ2，反蓝透黄合束镜3，反红透蓝绿合束镜4，透镜组Ⅰ5，荧光单元6，RGB激光光源7，振动散射片8，透镜Ⅰ9，透镜组Ⅱ10，光通管11。
如图1所示，蓝光激光光源Ⅰ1发出的光束通过散射片Ⅰ2后入射至反蓝透黄合束镜3，之后通过透镜组Ⅰ5入射至荧光单元6。则蓝光激光光源1发出的光经散射片Ⅰ2，透射经过反蓝透黄合束镜3，至透镜组Ⅰ5聚焦至荧光单元6的荧光材料。
反蓝透黄合束镜3具有附图4所示透光特性，在45°角入射反蓝透黄合束镜3时，440~530nm色光平均透过率小于2%，540~680nm色光平均透过率大于95%。
如图1所示，荧光单元6激发后产生的光束（黄光）依次通过透镜组Ⅰ5、反蓝透黄合束镜3、反红透蓝绿合束镜4及透镜组Ⅱ10入射至光通管11。则聚焦至荧光单元6的蓝光光源激发荧光材料产生黄光，经透镜组5平行出射至反蓝透黄合束镜3透射至反红透蓝绿合束镜4。
如图1所示，RGB激光光源7发出的光束依次经过振动散射片8、透镜Ⅰ9及反红透蓝绿合束镜4及透镜组Ⅱ10入射至光通管11。则RGB激光光源发出的光经振动散射片8，透射经过透镜Ⅰ9，至反红透蓝绿合束镜4，RGB激光光源中蓝光激光经合束镜4反射，红绿激光透射过合束镜4至合束镜3反射，与荧光单元6产生的荧光激发光进行多波长合束，经反红透蓝绿合束镜4的激光光源平行进入透镜组Ⅱ10聚焦耦合进入光通管11。
如图2所示，RGB激光光源7经下述结构散热并出射至振动散射片，包括蓝光激光光源703、绿光激光光源704、红光激光光源705，蓝光激光光源703、绿光激光光源704和红光激光光源705分别通过铟锡合金焊片702焊接于水冷板701上，蓝光激光光源703发出的光束依次通过反射镜706、反绿透蓝合束镜707、反红透蓝绿合束镜708、透镜709射出，绿光激光光源704发出的光束依次通过反绿透蓝合束镜707、反红透蓝绿合束镜708、透镜709射出，红光激光光源705发出的光束通过反红透蓝绿合束镜708、透镜709射出。那么，RGB激光光源通过铟锡合金焊片702直接焊接于水冷板701上，水冷板水路外接风扇或水冷机制冷。蓝光激光光源703发出的激光经反射镜706反射至反绿透蓝合束镜707。绿光激光光源704经反绿透蓝合束镜707与蓝光激光进行波长合束。红光激光光源708经反红透蓝绿合束镜708与蓝光激光，绿光激光进行多波长合束，进入透镜709汇聚出射。
如图3所示，振动散射片8包括散射片支座801，散射片支座801上安装散射片802和振动电机803，振动电机803外接驱动器804。
具体实施时，经合束镜透射或反射的光束均以45°角入射。半导体RGB激光二极管光源波长分别为455nm、465nm，520nm、525nm，638nm、642nm。通过新颖的光学光路，采用合束镜进行多波长光源合束，在半导体RGB激光光路加振动散射片装置，可获得无散斑均匀的投影画面，从而实现高亮度、高性价比、无散斑、性能稳定的激光光源系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，其特征在于：包括蓝光激光光源Ⅰ（1），散射片Ⅰ（2），反蓝透黄合束镜（3），反红透蓝绿合束镜（4），透镜组Ⅰ（5），荧光单元（6），RGB激光光源（7），振动散射片（8），透镜Ⅰ（9），透镜组Ⅱ（10），光通管（11）；
所述蓝光激光光源Ⅰ（1）发出的光束通过散射片Ⅰ（2）后入射至反蓝透黄合束镜（3），之后通过透镜组Ⅰ（5）入射至荧光单元（6）；
所述荧光单元（6）激发后产生的光束依次通过透镜组Ⅰ（5）、反蓝透黄合束镜（3）、反红透蓝绿合束镜（4）及透镜组Ⅱ（10）入射至光通管（11）；
所述RGB激光光源（7）发出的光束依次经过振动散射片（8）、透镜Ⅰ（9）及反红透蓝绿合束镜（4）及透镜组Ⅱ（10）入射至光通管（11）。
2.根据权利要求1所述的一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，其特征在于：所述RGB激光光源（7）包括蓝光激光光源（703）、绿光激光光源（704）、红光激光光源（705），所述蓝光激光光源（703）、绿光激光光源（704）和红光激光光源（705）分别通过铟锡合金焊片（702）焊接于水冷板（701）上，所述蓝光激光光源（703）发出的光束依次通过反射镜（706）、反绿透蓝合束镜（707）、反红透蓝绿合束镜（708）、透镜（709）射出，所述绿光激光光源（704）发出的光束依次通过反绿透蓝合束镜（707）、反红透蓝绿合束镜（708）、透镜（709）射出，所述红光激光光源（705）发出的光束通过反红透蓝绿合束镜（708）、透镜（709）射出。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，其特征在于：所述振动散射片（8）包括散射片支座（801），所述散射片支座（801）上安装散射片（802）和振动电机（803），所述振动电机（803）外接驱动器（804）。
4.根据权利要求3所述的一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，其特征在于：经合束镜透射或反射的光束均以45°角入射。
5.根据权利要求4所述的一种模块化高效散热均匀场激光光源系统，其特征在于：所述反蓝透黄合束镜（3）的透光特性为：在45°角入射反蓝透黄合束镜（3）时，440~530nm色光平均透过率小于2%，540~680nm色光平均透过率大于95%。
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