CN111522189B - 激光光源装置及激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光源装置及激光投影设备，包括：至少三组激光器阵列、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，偏振合光镜和合光反射镜均用于激光束合并。上述激光光源装置中，不再需要扩大单个激光器阵列的规模，而是采用多组激光器阵列入射合光反射镜和偏振合光镜合并各组激光器阵列的激光束的方式来提高光源光能量。合并后的激光束与单组激光器阵列的激光束的尺寸相近，而激光束的功率显著提高。由此达到了兼顾增大激光出射功率和保持较小激光光束尺寸的目的，也不需要改变激光器阵列光路之后的元件重新设计，节省设计成本。

Description

激光光源装置及激光投影设备

技术领域

本发明涉及投影显示领域，尤其涉及激光光源装置及激光投影设备。

背景技术

激光因具有亮度高，单色性强，色域宽广等优点被应用于投影显示领域，随着激光显示投影尺寸越来越大，对输出能量要求越来越高，因此对激光光源装置提出了更高要求。

激光光源通常采用多个激光器构成的激光器阵列，当需要较高的激光光能量时，则需要增加激光器阵列的数量。然而当激光器阵列中的激光器数量增加时，如果合光光路设计不合理，容易导致最终激光器阵列出射激光光斑的尺寸也将随之增大。那么对于位于激光器阵列光路之后的各元件的通光孔径等参数均需要重新设计，导致光学镜片的尺寸增加。例如，如果将激光光源装置中耦合激光器由4组增加到6组时，激光光源装置出射光斑尺寸将增大50％。相应激光器光路后方的透镜等元件口径需要至少增大50％，且透镜的厚度也会增加，无疑会增加激光光源装置的设计成本和难度。

发明内容

本发明提供了一种激光光源装置及激光投影设备，在保持出射激光光斑尺寸的前提下提高激光的出射功率。

第一方面，本发明提供一种激光光源装置，至少包括：第一激光器阵列组、第二激光器阵列组、第三激光器阵列组、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，

所述合光反射镜位于所述偏振合光镜的出光侧；

所述第一激光器阵列组、所述第二激光器阵列组及所述第三激光器阵列组中的各激光器阵列均用于出射激光束；

所述偏振合光镜包括：相对而置的透射面和反射面；所述第一激光器阵列组出射的各激光束向所述透射面入射，所述第二激光器阵列组出射的各激光束向所述反射面入射；所述第一激光器阵列组出射的各激光束的偏振方向与所述第二激光器阵列组出射的各激光束的偏振方向相互垂直；

所述合光反射镜包括：交替排列的透射部和反射部；所述第三激光器阵列组出射的各激光束分别向各所述反射部入射；

所述偏振合光镜，用于将所述透射面及所述反射面入射的各激光束合并，分别向所述合光反射镜的各所述透射部入射；

所述合光反射镜，用于将各所述透射部及各所述反射部入射的各激光束合并，向设定方向出射。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光光源装置中，所述第一激光器阵列组的出光面与所述第二激光器阵列组的出光面相互垂直，所述第二激光器阵列组的出光面与所述第三激光器阵列组的出光面相互平行；

所述第二激光器阵列组相对于所述第三激光器阵列组以垂直于所述第三激光器阵列组的出光面的法线为轴旋转90度旋转；所述第三激光器阵列组相于对所述第一激光器阵列组以所述第一激光器阵列组的出光面与所述第三激光器阵列组的出光面的交线为轴旋转90度。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光光源装置中，所述第一激光器阵列组、所述第二激光器阵列组及所述第三激光器阵列组中的各激光器均为半导体激光器；

所述偏振合光镜与所述合光反射镜的形状均为矩形；各所述反射部和各所述透射部为沿平行于所述第一激光器阵列组的出射激光束的慢轴方向平行交替排列的条形区域；

所述第一激光器阵列组和所述第三激光器阵列组的出射激光束的快轴方向均平行于所述条形区域的延伸方向；

所述第二激光器阵列组的出射激光束的快轴方向垂直于所述条形区域的延伸方向。

第二方面，本发明提供另一种激光光源装置，至少包括：第四激光器阵列组、第五激光器阵列组、第六激光器阵列组、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，

所述偏振合光镜位于所述合光反射镜的出光侧；

所述第四激光器阵列组、所述第五激光器阵列组以及所述第六激光器阵列组中的各激光器阵列均用于出射激光束；

所述合光反射镜包括：交替排列的透射部和反射部；所述第四激光器阵列组出射的各激光束分别向各所述透射部入射；所述第五激光器阵列组出射的各激光束分别向各所述反射部入射；

所述偏振合光镜包括：相对而置的透射面和反射面；所述第六激光器阵列组出射的各激光束向所述偏振合光镜的反射面入射；

所述合光反射镜，用于将各所述透射部及各所述反射部入射的各激光束合并，向所述偏振合光镜的透射面入射；

所述偏振合光镜，用于将所述透射面及所述反射面入射的各激光束合并，向设定方向出射。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光光源装置中，所述第四激光器阵列组的出光面与所述第五激光器阵列组的出光面相互垂直，所述第五激光器阵列组的出光面与所述第六激光器阵列组的出光面相互平行；

所述第五激光器阵列组相对于所述第四激光器阵列组以所述第四激光器阵列组的出光面与所述第五激光器阵列组的出光面的交线为轴旋转90度；所述六激光器阵列组相对于第五激光器阵列组以垂直于所述第五激光器阵列组出光面的法线为轴旋转90度。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光光源装置中，所述第四激光器阵列组、所述第五激光器阵列组及所述第六激光器阵列组中的各激光器均为半导体激光器；

所述偏振合光镜与所述合光反射镜的形状均为矩形；各所述反射部和各所述透射部为沿平行于所述第四激光器阵列组的出射激光束的慢轴方向平行交替排列的条形区域；

所述第四激光器阵列组和所述第五激光器阵列组的出射激光束的快轴方向均平行于所述条形区域的延伸方向；

所述第六激光器阵列组的出射激光束的快轴方向垂直于所述条形区域的延伸方向。

第三方面，本发明提供一种激光投影设备，包括上述任一激光光源装置，位于所述激光光源装置出光方向上的光阀调制部件，以及位于所述光阀调制部件出光侧的投影镜头。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光投影设备中，所述激光光源装置中的各激光器阵列组包括：两组并排排列的激光器阵列；

所述激光器阵列包括：排列为多行多列的激光器。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光投影设备中，所述激光光源装置中包括的偏振合光镜和合光反射镜的总数量比激光器阵列的数量至少少1。

在一种可实施的方式中，在本发明提供的上述激光投影设备中，所述合光反射镜中的反射部的宽度满足以下关系：

d＞b＞L/cosθ；

其中，b为所述反射部的宽度，d为激光器阵列中相邻两个激光器之间的间距，L为激光器阵列出射光斑的宽度，θ为所述反射部与入射至所述反射部的激光器阵列组出光面的夹角。

本发明有益效果如下：

本发明提供的激光光源装置及激光投影设备，包括：至少三组激光器阵列、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，偏振合光镜和合光反射镜均用于激光束合并。上述激光光源装置中，不再需要扩大单个激光器阵列的规模，而是采用多组激光器阵列入射合光反射镜和偏振合光镜合并各组激光器阵列的激光束的方式来提高光源光能量。合并后的激光束与单组激光器阵列的激光束的尺寸相近，而激光束的功率显著提高。由此达到了兼顾增大激光出射功率和保持较小激光光束尺寸的目的，也不需要改变激光器阵列光路之后的元件重新设计，节省设计成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的激光光源装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的合光反射镜的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的激光光源装置的结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的合光反射镜的结构示意图之二；

图5为本发明实施例提供的激光光源装置的结构示意图之三；

图6为本发明实施例提供的激光光源装置的结构示意图之四；

图7为本发明实施例提供的激光光源装置的结构示意图之五；

图8为本发明实施例提供的激光光源装置的结构示意图之六；

图9为本发明实施例提供的激光投影设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的激光光源装置及激光投影设备。

本发明实施例的第一方面，提供一种激光光源装置，如图1所示，本发明实施例提供的激光光源装置，至少包括：第一激光器阵列组111、第二激光器阵列组112、第三激光器阵列组113、合光反射镜121以及偏振合光镜122。合光反射镜121位于偏振合光镜122的出光侧。

在具体实施时，第一激光器阵列组111、第二激光器阵列组112及第三激光器阵列组113中的各激光器阵列均可以出射激光束，在本发明实施例中将每个激光器阵列出射的激光束看作一个激光光斑。

其中，偏振合光镜122包括相对而置的透射面和反射面，在本发明实施例中，如图1所示，偏振合光镜122的上表面作为透射面，偏振合光镜122的下表面作为反射面。第一激光器阵列组111出射的各激光束向偏振合光镜122的透射面入射；第二激光器阵列组112出射的各激光束向偏振合光镜122的反射面入射；第一激光器阵列组111出射的各激光束的偏振方向与第二激光器阵列组112出射的各激光束的偏振方向相互垂直。

进一步地，如图2所示，合光反射镜121包括：交替排列的透射部1211和反射部1212。第三激光器阵列组113出射的各激光束分别向各反射部1212入射。

在本发明实施例提供的上述激光光源装置中，偏振合光镜122，用于将透射面及反射面入射的各激光束合并，分别向合光反射镜121的各透射部1211入射。合光反射镜121，用于将各透射部1211和各反射部1212入射的各激光束合并，向设定方向出射。该设定方向为激光光源装置的出光方向。

具体来说，偏振合光镜122可包括透明基板，以及在该透明基板之上的交替涂覆的至少两种介电质层。根据布儒斯特定理来选择各介电质层的材料和厚度，并合理设置各激光器阵列组的安装方向，使偏振方向平行于入射面的第一激光器阵列组111出射的各激光束在入射偏振合光镜122时被透射，使偏振方向垂直于入射面的第二激光器阵列组112出射的各激光束在入射偏振合光镜122时被反射，从而将偏振方向相互垂直的两组激光器阵列出射的各激光束合并后向合光反射镜出射。

进一步地，在制作合光反射镜121时，可以先在透明基板上划分出反射部和透射部。并在反射部对应位置处镀反射膜，而在透射部对应位置处镀增透膜或不镀膜保持透明状态。在本发明实施例中，合光反射镜121的反射部同时具有偏振选择的作用，反射部1211内的反射膜可以包括层叠设置的至少两种介电质层，通过设置介电质层的折射率以及厚度可以使得该反射部可以反射偏振方向平行于入射面的入射光同时透射偏振方向垂直于入射面的入射光。而透射部1211则不具有偏振选择的作用，既可以透射偏振方向平行于入射面的入射光也可以透射偏振方向垂直于入射面的入射光。

在本发明实施例中，可以设置合光反射镜121中的透射部1211和反射部1212具有合适的间距，使得偏振合光镜的合并的各激光束中偏振方向平行于入射面的分量可以完全通过合光反射镜121的透射部1211，偏振方向垂直于入射面的分量可以同时入射至合光反射镜121的透射部1211和反射部1212；而第三激光器阵列组113出射的各激光束又可以分别入射至反射部1212。由此，采用偏振合光镜122配合合光反射镜121可以将三组激光器阵列的激光束合并来提高激光的出射功率。

在具体实施时，激光器阵列组的摆放方向决定了该激光器阵列组出射激光的偏振方向。在本发明实施例中，第一激光器阵列组111出射的激光束的偏振方向和第三激光器阵列组113出射的激光束的偏振方向均平行于入射偏振合光镜或合光反射镜时的入射面，而第二激光器阵列组112出射的激光束的偏振方向垂直于入射偏振合光镜时的入射面。因此，如图1所示，可设置第一激光器阵列组111的出光面与第二激光器阵列组112的出光面相互垂直，第二激光器阵列组112的出光面与第三激光器阵列组113的出光面相互平行。其中，第二激光器阵列组112可相对于第三激光器阵列组113以垂直于第三激光器阵列组的出光面的法线为轴旋转90度旋转进行放置；第三激光器阵列组113可相于对第一激光器阵列组111以第一激光器阵列组的出光面与第三激光器阵列组的出光面的交线为轴旋转90度进行放置。

上述第一激光器阵列组111、第二激光器阵列组112以及第三激光器阵列组113中的各激光器可均采用半导体激光器；半导体激光器输出的光束具有快轴和慢轴，慢轴方向激光的发散角度约为±10°，快轴方向激光的发散角度约为±30°。那么激光器出射的激光束经准直后，光斑的快轴方向尺寸大于慢轴方向，呈矩形或椭圆形光斑，光斑长边/长轴方向为快轴方向，光斑短边/短轴方向为慢轴方向。

为了配合激光光斑的形状，本发明实施例提供的上述偏振合光镜122与合光反射镜121形状可均设置为矩形；且合光反射镜121中的各反射部1212和各透射部1211可设置为沿平行于第一激光器阵列组111的出射激光束的慢轴方向平行交替排列的条形区域。

为了减小激光器阵列的整体尺寸，激光器一般沿着慢轴方向进行排列，为了使激光第一激光器阵列组111的激光束在经过偏振合光镜122之后可以完全通过合光反射镜121的透射部1211，则可以设置第一激光器阵列组111的出射激光束的快轴方向平行于上述条形透射部和条形反射部的延伸方向，设置第二激光器阵列组112的出射激光束的快轴方向垂直于上述条形透射部和条形反射部的延伸方向，设置第三激光器阵列组113的出射激光束的快轴方向平行于上述条形透射部和条形反射部的延伸方向。

半导体激光器出射的激光束具有唯一的偏振方向，偏振方向可平行于光斑的短轴方向，也可平行于光斑的长轴方向。以半导体激光器出射的激光束的偏振方向平行于光斑的短轴方向为例进行具体说明。在采用相同的半导体激光器出射偏振方向相垂直的激光束时，可以通过旋转激光器设置方向来实现，例如，在三维坐标系中，当第一激光器阵列组111的出光面在x-y轴构成的平面内时，第二激光器阵列组112和第三激光器阵列组113的出光面在y-z轴构成的平面，则激光入射面平行于x-z轴构成的平面。第一激光器阵列组111出射的激光束的快轴方向平行于y轴，慢轴方向平行于x轴，则第二激光器阵列组112出射的激光束的快轴方向平行于z轴，慢轴方向平行于y轴，第三激光器阵列组113出射的激光束的快轴方向平行于y轴，慢轴方向平行于z轴。第一激光器阵列组111和第三激光器阵列组113的出射激光束的偏振方向均平行于x-z轴构成的平面，而第二激光器阵列组112的出射激光束的偏振方向垂直于x-z轴构成的平面。此时，可以设置合光反射镜121和偏振合光镜122的短边方向均平行于y轴，合光反射镜121中的条形反射部和透射部沿长边方向排列。第一激光器阵列组111以及第三激光器阵列组113的激光光斑的快轴与合光反射镜121的条形透射部以及反射部的延伸方向相平行，使合光反射镜121中的反射部和透射部的排列方向与激光器阵列组中激光器的排列方向相匹配，提高激光束的出射效率。

通过旋转半导体激光器的设置方向，可以使第一激光器阵列组111的出射激光束与第二激光器阵列组112的出射激光束经过偏振合光镜122的作用后合并为第一合并激光束，且第一合并激光束沿垂直于传播方向的截面为交叉的“十”字形或“T”字形。其中，第一激光器阵列组111出射的各激光束需要对准合光反射镜121的透射部入射。第三激光器阵列组113出射的各激光束需要对准合光反射镜121的反射部，由此通过合光反射镜和偏振合光镜可以将第一激光器阵列组111、第二激光器阵列组112以及第三激光器阵列组113的出射激光束合并。

本发明实施例的第二方面，提供另一种激光光源装置，如图3所示，本发明实施例提供的激光光源装置，至少包括：第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115、第六激光器阵列组116、合光反射镜121以及偏振合光镜122；偏振合光镜122位于合光反射镜121的出光侧。

在具体实施时，第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115及第六激光器阵列组116中的各激光器阵列均可以出射激光束，在本发明实施例中将每个激光器阵列出射的激光束看作一个激光光斑。

其中，如图4所示，合光反射镜121包括：交替排列的透射部1213和反射部1214。第四激光器阵列组114出射的各激光束分别向各透射部1213入射，第五激光器阵列组115出射的各激光束分别向各反射部1214入射。

进一步地，偏振合光镜122包括相对而置的透射面和反射面，在本发明实施例中，如图3所示，偏振合光镜122的上表面作为透射面，偏振合光镜122的下表面作为反射面。第六激光器阵列组116出射的各激光束向偏振合光镜122的反射面入射；第六激光器阵列组116出射的各激光束的偏振方向与第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115出射的各激光束的偏振方向均垂直。

在本发明实施例提供的上述激光光源装置中，合光反射镜121，用于将各透射部1213和各反射部1214入射的各激光束合并，向偏振合光镜122的透射面入射。偏振合光镜122，用于将透射面及反射面入射的各激光束合并，向设定方向出射。该设定方向为激光光源装置的出光方向。

具体来说，合光反射镜121在制作时，可以在透明基板上划分出反射部和透射部。并在第反射部对应位置处镀增反膜，而在透射部对应位置处镀增透射膜或不镀膜保持透明状态。其中反射膜和增透膜可以采用薄膜干涉原理，根据第五激光器阵列组115入射到反射部的入射角度以及第五激光器阵列组出射激光的波长来设置合适折射率以及厚度的介质薄膜，用于对入射的第五激光器阵列组115的激光束产生增反作用；根据第四激光器阵列组114入射到透射部的入射角度以及第四激光器阵列组出射激光的波长设置合适折射率以及厚度的介质薄膜，用于对入射的第四激光器阵列组114的激光束产生增透作用。由此，合光反射镜121可以将第四激光器阵列组114和第五激光器阵列组115的出射偏振方向平行于入射面的激光束合并后向偏振合光镜122的透射面出射。

本发明实施例中，合光反射镜121所设置的透射部1213和反射部1214不具有偏振选择的作用，仅仅将入射到透射部的光线透射，将入射到反射部的光线反射。相应地，第四激光器阵列组114出射的各激光束需要对准合光反射镜121的透射部1213入射，而第五激光器阵列组115出射的各激光束需要对准合光反射镜121的反射部1214入射，以使合光反射镜121可将第四激光器阵列组114以及第五激光器阵列组115出射的各激光束合并后向偏振合光镜122的透射面出射。

进一步地，偏振合光镜122可包括透明基板，以及在该透明基板之上的交替涂覆的至少两种介电质层。根据布儒斯特定理来选择各介电质层的材料和厚度，并合理设置各激光器阵列组的安装方向，使偏振方向平行于入射面的第四激光器阵列组114以及第五激光器阵列组115的合并激光束在入射偏振合光镜122时被透镜，使偏振方向垂直于入射面的第六激光器阵列组116出射的各激光束在入射偏振合光镜122时被反射，从而将偏振方向相互垂直的激光束合并。

在本发明实施例中，可以设置合光反射镜121中的透射部1213和反射部1214具有合适的间距，使得第四激光器阵列组114出射的各激光束对准合光反射镜121的各透射部1213入射，并使得第五激光器阵列组115出射的各激光束对准合光反射镜121的各反射部1214入射。

在具体实施时，激光器阵列组的摆放方向决定了该激光器阵列组出射激光的偏振方向。在本发明实施例中，第四激光器阵列组114出射的激光束的偏振方向和第五激光器阵列组115出射的激光束的偏振方向均平行于入射合光反射时的入射面，而第六激光器阵列组116出射的激光束的偏振方向垂直于入射偏振合光镜时的入射面。因此，如图3所示，可设置第四激光器阵列组114的出光面与第五激光器阵列组115的出光面相互垂直，第五激光器阵列组115的出光面与第六激光器阵列组116的出光面相互平行。其中，第五激光器阵列组115可相对于第四激光器阵列组114以第四激光器阵列组114的出光面与第五激光器阵列组115的出光面的交线为轴旋转90度进行放置；六激光器阵列组116可相对于第五激光器阵列组115以垂直于第五激光器阵列组115出光面的法线为轴旋转90度进行放置。

在具体实施时，上述第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115以及第六激光器阵列组116中的各激光器可均采用半导体激光器；则上述各激光器阵列的出射激光束具有快轴和慢轴。

配合激光光斑的形状，偏振合光镜122与合光反射镜121形状可均设置为矩形；且合光反射镜121中的各反射部1213和各透射部1214可设置为沿平行于第四激光器阵列组114的出射激光束的慢轴方向平行交替排列的条形区域。

其中，可设置第四激光器阵列组114以及第五激光器阵列组115的出射激光束的快轴方向均平行于上述条形透射部和条形反射部的延伸方向，第六激光器阵列组116的出射激光束的快轴方向垂直于上述条形透射部和条形反射部的延伸方向。

半导体激光器出射激光束一般具有唯一的偏振方向，偏振方向可平行于光斑的短轴方向，也可平行于光斑的长轴方向。以半导体激光器出射的激光束的偏振方向平行于光斑的短轴方向为例进行具体说明。在采用相同的半导体激光器出射偏振方向相垂直的激光束时，可以通过旋转激光器设置方向来实现，例如，在三维坐标系中，当第四激光器阵列组114的出光面在x-y轴构成的平面内时，第五激光器阵列组115和第六激光器阵列组116的出光面在y-z轴构成的平面，则激光入射面平行于x-z轴构成的平面。第四激光器阵列组114出射的激光束的快轴方向平行于y轴，慢轴方向平行于x轴，则第五激光器阵列组115出射的激光束的快轴方向平行于y轴，慢轴方向平行于z轴，第六激光器阵列组116出射的激光束的快轴方向平行于z轴，慢轴方向平行于y轴。第四激光器阵列组114和第五激光器阵列组115的出射激光束的偏振方向均平行于x-z轴构成的平面，而第六激光器阵列组116的出射激光束的偏振方向垂直于x-z轴构成的平面。此时，可以设置合光反射镜121和偏振合光镜122的短边方向均平行于y轴，合光反射镜121中的条形反射部和透射部沿长边方向排列。第四激光器阵列组114以及第五激光器阵列组115的激光光斑的快轴与合光反射镜121的条形透射部以及反射部的延伸方向相平行，使合光反射镜121中的反射部和透射部的排列方向与激光器阵列组中激光器的排列方向相匹配，提高激光束的出射效率。

通过旋转半导体激光器的设置方向，可以使第四激光器阵列组114的出射激光束与第五激光器阵列组115的出射激光束经过合光反射镜121的作用后合并为第二合并激光束，且第二合并激光束沿垂直于传播方向的截面为矩形。其中，第四激光器阵列组114出射的各激光束需要分别对准合光反射镜121的各透射部1213入射，第五激光器阵列组115出射的各激光束需要分别对准合光反射镜121的反射部1214入射。由合光反射镜121合并后的激光束的偏振方向平行于入射面，而第六激光器阵列组116的出射激光束的偏振方向垂直于入射面，偏振合光镜122将偏振方向平行于入射面以及偏振方向垂直于入射面的激光束合并。

在另一种可实施的方式中，采用2×7个激光束的MCL(Multi-chip Laser Diode)封装激光器，激光束尺寸约为25mm×11mm。相比于bank封装方式，不同之处在于，bank封装激光器可以将一列光束(4个激光束)作为反射/透射的对象进行反射/透射；而MCL封装激光器需要将单个MCL的2列光束(14个激光束)作为反射/透射的对象进行反射/透射。各组激光器阵列的出射激光通过上述结构合束后的激光光斑尺寸基本不变，仍约为58mm×40mm。合光反射镜121的尺寸约为90mm×25mm，其中2个反射部，间以1个透射部，每个区的尺寸约为20mm*25mm，另外两边各余留了0.5mm的边，用于与结构件固定；偏振合光镜122的尺寸约为95mm×55mm。合并后的激光功率约为402W。除此之外，MCL封装激光器阵列还可以包括4×5个激光器，或其它数量其它排列方式的激光器，在此不做限定。

由此可见，采用本发明实施例提供的上述两种激光光源装置的结构，不再需要扩大单个激光器阵列的规模，而是采用偏振合光镜和合光反射镜将三组以上激光器阵列的激光束的方式来提高光源光能量。合并后的激光束与单组激光器阵列的激光束的尺寸相近，而激光束的功率显著提高。由此达到了增大激光出射功率的目的，也不需要改变激光器阵列光路之后的元件重新设计，节省设计成本。

除上述激光光源装置包括三组激光器阵列的实施方式以外，在实际应用中，还可以增加更多组的激光器阵列来增强激光出射功率。以图5所示的结构为例，在图3所示的激光光源装置的结构基础之上，在第五激光器阵列组115和第六激光器阵列组116之间再增加一组激光器阵列组117，其摆放方向可与第五激光器阵列组115的摆放方向相同；同时再增加一个合光反射镜121’接收第七激光器阵列组117出射的各激光束。

具体来说，第四激光器阵列组114出射的各激光束分别入射到合光反射镜121的各透射部被透射，第五激光器阵列组115出射的各激光束分别入射到合光反射镜121的各反射部被反射，由此第四激光器阵列组114以及第五激光器阵列组115出射的各激光束被合光反射镜121合并后分别向合光反射镜121’的各透射部出射；合光反射镜121’的透射部将第四激光器阵列组114和第五激光器阵列组115合并激光束透射，增加的激光器阵列组117出射的各激光束入射至合光反射镜121’的各反射部被反射，由此合光反射镜121’将第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115以及增加的激光器阵列组117的激光束合并后向偏振合光镜122出射，合并激光束的偏振方向平行于入射面。偏振合光镜122在接收到偏振方向平行于入射面的激光束后将其透射，在接收到偏振方向垂直于入射面的第六激光器阵列组116的出射激光束后将其反射，最终将四组激光器阵列的出射激光束合并。

第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115以及增加的激光器阵列组117出射的激光束的偏振方向均平行于入射面，因此可设置合光反射镜121、121’的条形反射部的延伸方向均平行于第四激光器阵列组114、第五激光器阵列组115及增加的激光器阵列组117中各激光器的快轴，以使合光反射镜可以充分接收入射的激光束，将合并激光束其向透射的方向上出射。然而由于合光反射镜121’的透射部需要透射第四激光器阵列组114和第五激光器阵列组115的合并激光束，因此合光反射镜121’中透射部的宽度需要比合光反射镜121中透射部的宽度更大，相应地，如果合光反射镜121’中的透射部的宽度增大，则反射部的间距相应地增大，因此还需要对激光器阵列组117中各激光器阵列的间距进行适应性调整，以使激光器阵列组117中的各激光器阵列的出射光均能入射至合光反射镜121’的各反射部上。

此外，还可以根据图1所示的激光光源装置结构的基础上增加更多组的激光器阵列以增强激光出射功率。例如，可以在第三激光器阵列组113背离第二激光器阵列组112的一侧再增加一组偏振方向为第三偏振方向的激光器阵列组，相应地可以再增加一个合光反射镜用于反射增加的激光器阵列组的出射激光束。而如果需要进一步增强激光的出射强度增加更多组的激光器阵列时，需要针对增加激光器阵列的设置位置及其出射激光束的偏振方向，来设置适合的合光镜与之对应，此处不再一一列举。

在具体实施时，激光光源装置中的合光反射镜121和偏振合光镜122可以将至少三组激光器阵列的出射激光束合并，而一组激光器阵列中至少包括一个激光器阵列，因此，本发明实施例提供的上述激光光源装置中，合光反射镜121及偏振合光镜122的总数量比激光器阵列的数量至少少1。

进一步地，激光器阵列为由激光器呈阵列排布后同时出射激光，为了避免相邻的激光器之间出射激光的串扰，需要保持激光器之间设置一定的距离。那么在采用合光反射镜121反射激光器阵列出射的激光时，其包括反射部的宽度需要配合激光器出射激光束的宽度和间距进行设置。合光反射镜中的反射部的宽度可以满足以下关系：

d＞b＞L/cosθ；

其中，b为反射部的宽度，d为激光器阵列中相邻两个激光器之间的间距，L为激光器阵列出射的激光光斑的束慢轴的宽度，θ为反射部与入射至反射部的激光器阵列组出光面的夹角。

当满足上述关系时，可以保证激光器阵列组出射的激光束入射至合光反射镜的各反射部时，各反射部可以完全接收各激光束，并将接收的激光束完全反射。

如本发明实施例图1、图3所示的结构中，合光反射镜中的反射部与入射至反射部的激光器阵列组出光面的夹角为45度，此时，反射部的宽度可以按照以下规则进行设置：

由此，可以保证激光器阵列组出射的各激光束分别入射至合光反射镜的各反射部时，各反射部可以完全接收激光束，并将接收的激光束完全反射。

进一步地，在本发明实施例中，如图6和图7所示，激光光源装置还包括：光源缩束组件13，该光源缩束组件13可为透射型缩束组件，也可为反射型缩束组件。当光源缩束组件为透射型组件时，如图6所示，光源缩束组件13包括：沿合光镜组12的光出射方向依次设置的正透射131和负透镜132，且正透镜131的像方焦点与负透镜132的物方焦点或像方焦点重合。图7中的正透射131和负透镜132构成望远镜系统，可以将入射的平行激光束的尺寸缩小，缩束后的激光束更符合后续光路中元件的需要，且缩束后的激光束具有更高的能量密度。

当光源缩束组件为反射型组件时，如图7所示，光源缩束组件13包括：位于合光镜组12的出光侧的凹面反射镜133和凸面反射镜134，凹面反射镜133的焦点与凸面反射镜134的焦点重合。合光镜组12的出射光先入射到凹面反射镜133，被凹面反射镜133反射并会聚出射到凸面反射镜134；再经过凸面反射镜134的反射后被缩束并准直出射。如图8所示，采用反射型缩束组件时，不仅可以对激光束进行缩束还可以改变激光束的传播方向，因此在想要缩小整机某一方向的尺寸时，可以优先考虑采用反射型光源缩束组件。

在具体实施时，可以根据实际需要选择光源缩束组件的类型，在此不做限定。

进一步地，如图8所示，本发明实施例提供的上述激光光源装置，还包括：位于光源缩束组件13出光方向上的扩散片14、二向色镜15，位于二向色镜15反射光路上的反射式荧光轮16、光路转向组件17，位于二向色镜15背离反射式荧光轮16一侧的滤色轮18以及匀光部件19。

以常见的蓝色激光器阵列为例进行说明，蓝色激光器阵列出射的激光束经过缩束后，再通过一个扩散片14对激光光束进行匀化，防止激光光斑能量分布不均匀，避免激光光束的局部光能量较大而灼伤荧光轮，造成荧光转换效率降低，还可以起到降低激光散斑的作用。二向色镜15能够反射蓝光并透射荧光。蓝色的激光被二向色镜15反射，经过透镜会聚照射到反射式荧光轮16上。在本发明实施例中荧光轮可采用反射式荧光轮16，分为反射荧光粉区和激光透射部两个区域。随着反射式荧光轮16的旋转，激光周期性地照射在这两个区域上。荧光粉区经过激光的照射，会产生荧光，且荧光粉区具有可以发生光反射的背板，因此所激发的荧光会被背板反射。由于荧光的发射是不定向的，角度较大，需要用透镜进行准直，经背板反射的荧光经透镜准直之后，重新入射到二向色镜15上并透射。当蓝色的激光射向反射式荧光轮16上的激光透射部时，激光透过荧光轮从其背面出射，经过由光路转向元件17构成的蓝光回路(一般包括透镜、反射镜和扩散片等元件)反射一周，重新入射到二向色镜15上并被反射。蓝光经二向色镜15反射后，与荧光(红色荧光和绿色荧光)合光，再经过一个透镜组会聚，经滤色轮18之后到达匀光部件19。其中，滤色轮18能够按照色纯度的需求，提供满足要求的三基色光。它与反射式荧光轮16同步转动，具有相对应的颜色分区。根据反射式荧光轮16的转动时序，当荧光轮输出蓝色激光时，蓝光透过滤色轮18的蓝光透射部；当荧光轮产生红色荧光，滤色轮18转动到红色滤色区进行滤色，同理，绿色荧光透过相应的绿色滤色区，从而经过滤色轮18得到三基色。三基色光再经过匀光部件19的匀化作用后向之后的光路出射。在实际应用中，匀光部件19可采用光棒、光导管等装置，在此不做限定。

基于同一发明构思，本发明实施例的第三方面，提供一种激光投影设备，该激光投影设备，包括上述任一激光光源装置。该激光投影设备可利用上述激光光源装置所产生的三基色光实现激光投影。在实际应用中，激光投影设备除包括上述激光光源装置以外，如图9所示，还包括：位于激光光源装置出光侧的光阀调制部件200，以及位于光阀调制部件200出光侧的投影镜头300。激光光源装置可时序性地输出不同颜色的光线入射至光阀调制部件200，通过光阀调制部件200时序性的对不同颜色入射光的调制，使得反射到投影镜头300成像出的图像满足需要。

在具体实施时，该激光投影设备可为数字光处理构架(Digital LightProcessing，简称DLP)投影系统，上述光阀调制部件200可为数字微镜芯片(DigitalMicromirror Device，简称DMD)。通过把影像信号数字化处理，使激光光源装置时序性地出射的不同颜色光线投射在DMD芯片上，由DMD芯片根据数字化信号对光线进行调制后反射，最后经过投影镜头在投影屏幕上成像。

本发明实施例提供的激光光源装置及激光投影设备，包括：至少三组激光器阵列、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，偏振合光镜和合光反射镜均用于激光束合并。上述激光光源装置中，不再需要扩大单个激光器阵列的规模，而是采用多组激光器阵列入射合光反射镜和偏振合光镜合并各组激光器阵列的激光束的方式来提高光源光能量。合并后的激光束与单组激光器阵列的激光束的尺寸相近，而激光束的功率显著提高。由此达到了兼顾增大激光出射功率和保持较小激光光束尺寸的目的，也不需要改变激光器阵列光路之后的元件重新设计，节省设计成本。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种激光光源装置，其特征在于，至少包括：第一激光器阵列组、第二激光器阵列组、第三激光器阵列组、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，

所述合光反射镜位于所述偏振合光镜的出光侧；

所述第一激光器阵列组、所述第二激光器阵列组及所述第三激光器阵列组中的各激光器阵列均用于出射激光束；

所述偏振合光镜包括：相对而置的透射面和反射面；所述第一激光器阵列组出射的各激光束向所述透射面入射，所述第二激光器阵列组出射的各激光束向所述反射面入射；所述第一激光器阵列组出射的各激光束的偏振方向与所述第二激光器阵列组出射的各激光束的偏振方向相互垂直；

所述合光反射镜包括：交替排列的透射部和反射部；所述第三激光器阵列组出射的各激光束分别向各所述反射部入射；所述反射部用于反射偏振方向平行于入射面入射的各激光束，透射偏振方向垂直于入射面入射的各激光束；所述第三激光器阵列组出射的激光束的偏振方向平行于合光反射镜的入射面，所述第二激光器阵列组出射的激光束的偏振方向垂直于入射合光反射镜时的入射面；

所述偏振合光镜，用于将所述透射面及所述反射面入射的各激光束合并，分别向所述合光反射镜的各所述透射部入射；

所述合光反射镜，用于将各所述透射部及各所述反射部入射的各激光束合并，向设定方向出射。

2.如权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述第一激光器阵列组的出光面与所述第二激光器阵列组的出光面相互垂直，所述第二激光器阵列组的出光面与所述第三激光器阵列组的出光面相互平行；

所述第二激光器阵列组相对于所述第三激光器阵列组以垂直于所述第三激光器阵列组的出光面的法线为轴旋转90度旋转；所述第三激光器阵列组相于对所述第一激光器阵列组以所述第一激光器阵列组的出光面与所述第三激光器阵列组的出光面的交线为轴旋转90度。

3.如权利要求2所述的激光光源装置，其特征在于，所述第一激光器阵列组、所述第二激光器阵列组及所述第三激光器阵列组中的各激光器均为半导体激光器；

所述偏振合光镜与所述合光反射镜的形状均为矩形；各所述反射部和各所述透射部为沿平行于所述第一激光器阵列组的出射激光束的慢轴方向平行交替排列的条形区域；

所述第一激光器阵列组和所述第三激光器阵列组的出射激光束的快轴方向均平行于所述条形区域的延伸方向；

所述第二激光器阵列组的出射激光束的快轴方向垂直于所述条形区域的延伸方向。

4.一种激光光源装置，其特征在于，至少包括：第四激光器阵列组、第五激光器阵列组、第六激光器阵列组、合光反射镜以及偏振合光镜；其中，

所述偏振合光镜位于所述合光反射镜的出光侧；

所述第四激光器阵列组、所述第五激光器阵列组以及所述第六激光器阵列组中的各激光器阵列均用于出射激光束；

所述合光反射镜包括：交替排列的透射部和反射部；所述第四激光器阵列组出射的各激光束分别向各所述透射部入射；所述第五激光器阵列组出射的各激光束分别向各所述反射部入射；

所述偏振合光镜包括：相对而置的透射面和反射面；所述第六激光器阵列组出射的各激光束向所述偏振合光镜的反射面入射；所述第六激光器阵列组出射的各激光束的偏振方向与所述第四激光器阵列组、所述第五激光器阵列组出射的各激光束的偏振方向均垂直；

所述合光反射镜，用于将各所述透射部及各所述反射部入射的各激光束合并，向所述偏振合光镜的透射面入射；

所述偏振合光镜，用于将所述透射面及所述反射面入射的各激光束合并，向设定方向出射；

所述第四激光器阵列组的出光面与所述第五激光器阵列组的出光面相互垂直，所述第五激光器阵列组的出光面与所述第六激光器阵列组的出光面相互平行；

所述第五激光器阵列组相对于所述第四激光器阵列组以所述第四激光器阵列组的出光面与所述第五激光器阵列组的出光面的交线为轴旋转90度；所述六激光器阵列组相对于第五激光器阵列组以垂直于所述第五激光器阵列组出光面的法线为轴旋转90度。

5.如权利要求4所述的激光光源装置，其特征在于，所述第四激光器阵列组、所述第五激光器阵列组及所述第六激光器阵列组中的各激光器均为半导体激光器；

所述偏振合光镜与所述合光反射镜的形状均为矩形；各所述反射部和各所述透射部为沿平行于所述第四激光器阵列组的出射激光束的慢轴方向平行交替排列的条形区域；

所述第四激光器阵列组和所述第五激光器阵列组的出射激光束的快轴方向均平行于所述条形区域的延伸方向；

所述第六激光器阵列组的出射激光束的快轴方向垂直于所述条形区域的延伸方向。

6.一种激光投影设备，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的激光光源装置；或者，所述激光投影设备包括如权利要求4-5任一项所述的激光光源装置，位于所述激光光源装置出光方向上的光阀调制部件，以及位于所述光阀调制部件出光侧的投影镜头。

7.如权利要求6所述的激光投影设备，其特征在于，所述激光光源装置中的各激光器阵列组包括：两组并排排列的激光器阵列；

所述激光器阵列包括：排列为多行多列的激光器。

8.如权利要求6所述的激光投影设备，其特征在于，所述激光光源装置中包括的偏振合光镜和合光反射镜的总数量比激光器阵列的数量至少少1。

9.如权利要求8所述的激光投影设备，其特征在于，所述合光反射镜中的反射部的宽度满足以下关系：

d＞b＞L/cosθ；

其中，b为所述反射部的宽度，d为同组激光器阵列中相邻两个激光器阵列之间的间距，L为激光器阵列出射光斑的宽度，θ为所述反射部与入射至所述反射部的激光器阵列组出光面的夹角。

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