CN111562713A - 激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光投影设备，其应用的激光器组件发出第一颜色激光光束，第二颜色激光光束和第三颜色激光光束，且上述三种颜色激光光束的光斑光束的角度不同；合光镜组至少包括第三合光镜片，第一颜色激光光束和第二颜色激光入射第三合光镜片的第一面，并透射通过，第一面具有凸起的微结构；第三颜色激光光束入射第三合光镜片的第二面，并被反射射向光源出光口，透射通过第三合光镜片第一面的第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光束角度增大，减小了与第三颜色激光光束的角度的差异，且三种颜色激光光斑的重合度提高，从而提高了合光光斑的颜色均匀性，提高了投影画面的显示质量。

Description

激光投影设备

技术领域

本申请涉及激光投影显示技术领域，尤其涉及一种激光投影设备。

背景技术

激光光源具有单色性好，亮度高，寿命长等优点，是较为理想的光源。随着激光器器件功率的提升，满足工业化应用的要求，激光器也逐渐被作为光源照明使用。比如近年来，投影设备中使用激光器作为投影光源，逐渐取代了汞灯照明，并且相比于LED光源，激光器也具有光学扩展量小，亮度高的优点。

激光器按照发光种类，分为蓝色激光器，红色激光器和绿色激光器，分别发出蓝色激光，红色激光和绿色激光。其中，蓝色激光器是最早进行工业化应用的，红色和绿色激光器受限于其功率提升的原因（比如不足1W的发光功率，亮度较低），之前很长一段时间无法应用，因此，业内出现的激光投影光源多数是单色激光（蓝色激光）和荧光的混合激光光源，荧光是由蓝色激光激发得到。

固态激光器本质上一种PN结半导体，如图1所示的激光器发光芯片原理示意图。P型半导体和N型半导体之间为激活区（active layer） ,也称有源区，有源区内谐振腔的振荡会导致不同波长的激光从前腔面发出。具体地，激光光束如图2-1所示，是从发光点呈辐射状光束发出的，图示的α，β分别指代慢轴和快轴方向的发散角，图示可以看出，快轴发散的较快，角度较大，慢轴发散的相对较慢，角度较小，从而激光光束的形状呈现椭圆状。

其中，蓝色激光和绿色激光可利用砷化镓发光材料产生，红色激光是利用氮化镓发光材料产生的。由于发光材料的发光机理不同，在各色激光产生的过程中，红色激光的发光效率较低，并且热转化率较高。蓝色激光器和绿色激光器的发光效率相对较高，其对应的芯片上通过设置一个发光点就可以满足发光的需求。而为了满足发光功率的要求，如图2-2所示，红色激光器芯片上需要通过设置多个发光点，来提高发光功率，这也造成了红色激光光束的尺寸相对较大，同时由于发光材料发光机理的不同，红色激光的快慢轴的发散速度均大于蓝色激光和绿色激光的发散程度。

但是诸如上述红色激光和蓝、绿激光的不同，这造成了在对三色激光器作为光源应用时存在一些三色合光质量和效率不高的问题，在激光投影设备中这会造成投影画面质量的下降。

发明内容

本申请提供一种激光投影设备，能够解决问题。

为实现上述技术目的，本申请提供了一种激光投影设备，包括光源，用于提供照明光束；光机，用于对照明光束进行调制；镜头，用于接收调制后照明光束进行投射成像；

其中，光源包括：

激光器组件，激光器组件具有第一出光区域，第二出光区域和第三出光区域，分别发出第一颜色激光光束，第二颜色激光光束和第三颜色激光光束，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的平行度均小于第三颜色激光光束的平行度；

合光镜组，用于将上述出光区域出射的激光光束进行90度转折后向光源出光口出射；

其中，合光镜组至少包括第三合光镜片，第一颜色激光光束和第二颜色激光入射第三合光镜片的第一面，并透射通过；第一面具有凸起的微结构；第三颜色激光光束入射第三合光镜片的第二面，并被反射射向光源出光口。

在本申请提供的激光投影设备技术方案中，应用发出不同颜色的激光器组件作为投影光源，激光器组件不同出光区域发出不同颜色的激光光束，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的平行度均小于第三颜色激光光束的平行度，也即，第三颜色激光光束的光束发散角度均大于第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光束角度。当第一颜色激光光束和第二颜色激光光束入射至第三合光镜片，并经第三合光镜片透射，第三颜色合光镜片也入射第三合光镜片，但被反射，这样通过第三合光镜片完成三色激光的合光，且第一颜色激光光束和第二颜色激光光束入射第三合光镜片的第一面具有凸起的微结构，这些凸起的微结构能够增加第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的发散角度，从而使得第一颜色激光光束和第二颜色激光光束与第三颜色激光光束的光束角度趋近一致或靠近，这样不同颜色的激光光束合光合束后，光斑的重合度提高，从而提高了合光光斑的颜色均匀性，能够提高投影画面的显示质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为激光器发光芯片的一种原理示意图；

图2-1为激光器发光芯片发出光束的原理示意图；

图2-2为一种红色激光器发光芯片的原理性结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图；

图4-1为本申请实施例提供的一种光学引擎结构示意图；

图4-2为本申请实施提供的一种光学引擎分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的激光投影设备光学原理示意图；

图6-1为本申请实施例提供的一种光源结构示意图；

图6-2为图6-1的一种光源结构剖面示意图；

图7-1为本申请实施例提供的一种光源内部结构示意图；

图7-2为本申请实施例提供的另一种光源内部结构示意图；

图7-3为本申请实施例提供的又一种光源内部结构示意图；

图7-4为本申请实施例提供的再一种光源内部结构示意图；

图7-5为本申请实施例提供的另一种光源内部结构示意图；

图7-6为本申请实施例提供的又一种光源内部结构示意图；

图8-1为图6中激光器结构示意图；

图8-2为图6中激光器组件结构示意图；

图9-1为一种光源结构示意图；

图9-2为图9-1中光源输出的照明光束的光斑分布图；

图10为激光偏振光极性示意图；

图11为本申请光源实施例中第三合光镜片的一种结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图3示出了一种激光投影设备的结构示意图，首先根据图3所示的激光投影设备示例，对本实施例的激光投影设备结构和工作过程进行说明。

激光投影设备10包括整机壳体011和底座012，整机壳体011和底座012形成有容置空间，在容置空间内，还包括装配于底座012之上的光源100，光机200，以及镜头300，这三大部分构成光学引擎部分，并沿着光束传播方向依次连接。三大部分各自具有对应的壳体进行包裹，以对光学部件进行支撑并使得各光学部分达到一定的密封或气密要求。

在整机壳体011和底座012形成的容置空间内还包括多个电路板400，多个电路板400相互平行，且位于整机外壳011的内侧竖直设置于底座012上。

在一种具体实施中，参见图3，其中，光机200和镜头300连接且沿着整机第一方向设置，比如第一方向可以为整机的宽度方向，或者按照使用方式，第一方向与用户观看的方向相对，光源100和光机200的连接方向则与第一方向垂直，从而光源100，光机200，镜头300组成的光学引擎部分呈“L”型连接。光机位于“L”型的拐角位置。从而光轴发生90度转折，使得光路一个方向上的长度得到了压缩。

参见图3，激光投影设备10还包括多个电路板400，多个电路板400相对于底,102竖直并沿着整机外壳011的内侧设置。在图示中，仅示意性的表征了整机外壳101的一部分。具体地，多个电路板400相互平行设置，贴近整机壳体101的内侧设置，通常整机壳体101为包括顶盖的罩体，本文中所示的外壳可以是指设备主体四周的外壳部分。

多个电路板400包括供电板卡，也称电源板，用于为设备的多个模块提供供电；显示板卡，主要用于控制投影系统成像，本实施例中为DLP系统，比如DMD芯片信号的生成，光源时序信号以及PWM亮度调光信号的输出等；信号传输板卡，也称TV板，主要是用于将视频信号解码后形成图像信号传输给显示板卡，进一步进行图像的处理。

图5示例性给出了上述激光投影设备的光路原理图。如图5所示，光源100输出的光束入射至光机200中，光机200再将光束入射至镜头300。其中在一具体实施中，光源100为三色激光光源，能够输出红绿蓝三色激光。光源100还包括多个光学镜片，对激光光束合光和会聚。由于激光本身具有较强的相干性，因此，为了改善激光投影带来的散斑问题，在光源100输出至光机200的光路中还可设置有消散斑部件，比如，运动的扩散片，经运动的扩散片对光束进行扩散后，可增加光束的发散角度，利于改善散斑现象。运动的扩散片可设置于光源100中，也可以设置于光机200中。

从光源100出射的光束入射至光机200，通常匀化部件，比如光导管位于光机200的前端，用于接收光源的照明光束，具有混光和匀化的作用，且光导管的出口为矩形，对光斑具有整形效果。光机200中还包括多片透镜组，TIR或RTIR棱镜用于形成照明光路，将光束入射至核心关键器件-光阀，光阀调制光束后入射镜头300的透镜组中进行成像。

根据投影架构的不同，光阀可以包括很多种，比如LCOS，LCD或者DMD，在本示例中，应用DLP（Digital Light Processing）投影架构，光阀为DMD芯片或称数字微镜阵列。在光源100的光束达到光阀DMD之前，还会经过光机照明光路的整形，使照明光束符合DMD所要求的照明尺寸和入射角度。DMD表面包括成千上万个微小反射镜，每个小反射镜可单独受驱动进行偏转，比如TI提供的DMD芯片中，可进行正负12度或者正负17度的偏转。其中，正的偏转角度反射出的光，称之为ON光，负的偏转角度反射出的光，称之为OFF光，OFF光为无效光，通常打到壳体上或者设置吸光装置吸收掉。ON光是DMD光阀表面的微小反射镜接收照明光束照射，并通过正的偏转角度射入镜头部300的有效光束，用于投影成像。光源100出射的照明光束的质量直接影响了照射到光阀DMD表面的光束质量，从而经过镜头300投影成像后反映到投影画面上。

在本示例中，镜头300为超短焦投影镜头，经光阀调制后的光束进入镜头最终是沿着斜向上出射的，这有别于传统的长焦投影中投影光束光轴位于投影画面中垂线的出光方式，超短焦投影镜头相对于投影画面通常具有120%~150%的偏移量，这种投射方式具有较小的投射比（可理解为投影主机距离投影屏幕的距离与投影画面对角线的尺寸的比值），比如0.2左右甚至更小，能够使得投影设备与投影屏幕距离较近，从而适合于家用，但这种出光方式也决定了光束具有较高的均匀性，否则，相比于传统的长焦投影，投影画面的亮度或色度不均匀性会更为明显。

在本示例中，当采用一个DMD光阀部件时，光源100可以时序性输出三基色，根据三色混光原理，人眼是分辨不到某一时刻光的颜色的，感知到的仍然是混合的白光。而当应用多片光阀部件，比如三个DMD，或者三片式LCD液晶光阀，光源100中的三色基色光可同时点亮输出白光。

需要说明的是，为了增强光源亮度，有时在三基色基础上还添加有黄色基色，黄色基色光可以通过红光和绿光叠加产生，因此，在通过控制红、绿、蓝三种激光器而时序性输出四种颜色时，实际上可以存在两种基色光同时输出的时段，即红色和绿色具有叠加时段，用于控制黄色基色的输出。

图4-1示出了图3中激光投影设备的光学引擎结构示意图。具体地，包括光源100，光机200，镜头300。三者通过结构件连接在一起，光路被密封在壳体结构内。

图4-2示出了一种光学引擎结构的分解结构示意图。示意性地，光源100出射的光束通过一扩散轮140后入射光棒210，扩散轮140可以通过扩散片作用对激光光束进行角度的发散，可以形成发散角度的多样性，从而起到消散斑的作用。光棒210是一种具有矩形入光面和出光面的匀化部件，激光光束进入光棒后，利用全反射原理，发生多次反射，也可以对光斑的能量分布进行匀化，并通过出光面和入光面面积的设置，对光束的发散角度进行约束。光棒210的出光面与光阀220的入光面互为共轭，因此可以理解为光棒的出光面为物面，光阀的入光面为像面。其中，光棒210的入光面和出光面的光束满足拉格朗日不变量定律，即入光面光束的入射角度和面积的积分值与出光面的入射角度和面积的积分值相等，这样，光棒入光面的入射角度和光斑的尺寸决定了后面光路中的光束的光束指标。

图6-1示出了图3中激光投影设备中的一种光源结构。如图6-1所示，激光投影设备10的光源部100，包括壳体150，激光器组件110，光源部100为三色激光光源，三色激光光束从光源部100的开口152出出射。

图6-2为图6-1中的光源结构的剖面示意图。其中光源壳体150具有容置腔151，激光器组件110和合光镜组件120均至少部分收容在容置腔151内，容置腔151具有沿光源出光方向的开口152，开口152处设置有聚焦透镜112，用于对合光光束进行会聚。

本示例中，激光器组件110为可以发出三种颜色激光的激光器。如图8-1所示的一种MCL型激光器，包括设置于同一基板上的第一发光区域1101，第二发光区域1102，第三发光区域1103，其中，第一出光区域、第二出光区域、第三出光区域依次相邻设置，且第三出光区域的面积均大于第一出光区域和第二出光区域的面积。

在一具体实施中，第一发光区域可以发出蓝色激光，第二发光区域发出绿色激光，第三发光区域发出红色激光。

如图8-1所示，上述的三个发光区域位于同一个激光器封装组件上，即三色激光的发光芯片按照阵列排布，封装在一个模块中，比如本示例中应用的MCL型激光器为4X5的发光阵列。激光器组件包括基板1110，基板1110上封装有多颗发光芯片，在激光器组件的出光面位置还设置有准直透镜组1112。激光器组件的出光面具有多个出光区域，不同出光区域射出的光束颜色不同；其中一行发出为绿光，一行发出蓝光，剩余两行发出红光。上述激光器组件将三色发光芯片封装在一起，体积较小，利于减小光源装置的体积。

需要说明的是，本示例中的激光器组件并不限于上述的4X5阵列方式，也可以是其他阵列排列方式，比如3X5阵列，或者2X7阵列，只要能够满足发出三色激光光束即可。

激光器组件中激光器外侧围绕有与其出光面相互平行的电路板，为激光器提供驱动控制信号，如图8-2所示，电路板为平板结构，激光器的两侧具有引脚1111，引脚1111分别焊接或者插接在与激光器所在平面几乎平行的该侧电路板1113a和1113b上，其中，1113a和1113b可以一体成型，围绕在激光器组件基板1110的外侧，或者1113a和1113b也可以为两个独立的电路板，两者将激光器组件110围合起来，这样封装后的激光器组件也可视为平板结构，便于安装，且节省空间，也利于光源装置实现小型化。

如图6-1和图6-2所示，激光器组件110通过螺钉固定在壳体150上，将向光源壳体内部的容置腔内发出三色的激光光束，迎向激光器组件的发光面，在壳体内部的容置腔内设置有合光镜组件120。

合光镜组120对应激光器组件110每个发光区域设置有多片合光镜片，每片合光镜片均对应不同的发光区域，用于将不同发光区域的激光光束进行合束。

合光镜组件120将不同区域的光束进行合路，以便从激光光源的出光口输出。如图6-2所示，合光镜片组120包括三个依次设置在激光器的光传输路径上的合光镜片1201，1202，1203。不同合光镜片设置在发出相应颜色光束的出光区域的出射光路上，相应合光镜片可以反射对应出光区域的光束，反射后的光束均沿激光光源出光口方向，并将各颜色光束汇聚形成白光。

图7-1示出了一种光源光路示意图，多个合光镜片1201，1202，1203均用于将对应的出光区域射出的光束进行90度转折后射向光源的出光口方向，多个合光镜片均朝向激光光源的出光口方向依次排列，且至少一个合光镜片可透过其它出光区域对应颜色的光束，并与其反射的光束进行合束，沿激光光源的出光口方向出射。其中，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光斑尺寸均小于第三颜色激光光束的光斑尺寸，且第一颜色激光光束、第二颜色激光光束的光束角度与第三颜色激光光束的角度不同，具体地，第一颜色激光光束、第二颜色激光光束的平行度均小于第三颜色激光光束的平行度，也即第三颜色激光光束的发散角度均大于第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的发散角度。

其中，第一合光镜片1201用于接收第一出光区域发出的光束，第二合光镜片1202用于接收第二出光区域发出的光束，第三合光镜片1203用于接收第三出光区域发出的光束。第一合光镜片1201、第二合光镜1202和第三合光镜1203的光接收面与激光器组件110发光区域出射的第一颜色激光光束、第二颜色激光光束及第三颜色激光光束之间的夹角均可设置为45°±2°，其中，第一合光镜片1201为反射镜，第二合光镜片1202，第三合光镜片12033均为二向色镜。第一合光镜片1201，第二合光镜片1202和第三合光镜片1203相互平行设置。

第一出光区域1101发出第一颜色激光，第一合光镜片1201为反射镜，用于反射第一颜色的激光光束。在一具体实施中，第一颜色的激光光束从激光器组件110出射时经过了准直透镜组的准直，可看作平行或近似平行光束，该近似平行光束经过第一合光镜片1201的反射后仍可看作平行或近似平行光束。

以及，第二出光区域1102发出第二颜色激光，第二合光镜片1202用于反射第二颜色的激光光束并透射第一颜色的激光光束，为一二向色镜。在一具体实施中，第二颜色的激光光束从激光器组件110出射时经过了准直透镜组的准直，可看作平行或近似平行光束，该近似平行光束经过第一合光镜片1201的反射后仍可看作平行或近似平行光束。

以及，如图7-1所示，第三出光区域1103发出第三颜色激光，第三合光镜片1203用于反射第三颜色的激光光束并透射第一颜色和第二颜色的激光光束。其中，第三合光镜片1203为一二向色镜。如图11所示，第三合光镜片1203具有第一面1203a和第二面1203b，其中第一面1203a具有凸起的微结构，该面为第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的入射面，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束均经过凸起的微结构的透射后，由于微结构的散射作用，被进行了一定程度的发散，从而第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光束角度被扩大。

在一具体实施例中，凸起的微结构为具有随机分布、随机颗粒大小的微结构，这样对于第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的发散角度也呈现随机性。

在一具体实施例中，凸起的微结构的截面可呈半圆型或三角形或弧形或平台型，微结构可以是呈规律排列的，比如按照行和列排布。

以及，微结构也可以是不规则的颗粒状结构。

通过上述具体实施例中的微结构设置，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光束角度被增大2°到8°，且第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光斑尺寸仍位于第三颜色激光光束的光斑尺寸范围内。

以及，如图11所示，第三合光镜片的第二面1203b为平面反射面，第三颜色的激光光束经第二面1203b反射后，朝向光源的出光口方向出射，以及，第一颜色和第二颜色的激光光束经第一面1203a的透射后，也朝向光源的出光口方向出射。

在本示例的MCL封装型激光器中，第三颜色激光光束为红色激光光束，为两行或两列，第三合光镜片用于接收两行红色激光光束，其尺寸大于第一合光镜片和第二合光镜片的尺寸，从而能够全部接收来自第二合光镜片透射和反射的全部光束。

在本示例中，第三出光区域1103出射两束第三颜色的激光光束，第一出光区域1101出射一束第一颜色的激光光束，第二出光区域1102出射一束第二颜色的激光光束。这三种颜色的激光光束照射第三合光镜片1203时，优选地，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束入射至第三合光镜片1203上的位置位于两束第三颜色激光光束之间。第三合光镜片1203靠近光源出光口设置。

图7-1所示的光源中，第一颜色为蓝色，第二颜色为绿色，第三颜色为红色，其中，红色激光发光芯片的尺寸均大于蓝色激光和绿色激光的发光芯片的尺寸，红色激光的快慢轴发散角度范围均大于蓝色激光和绿色激光的快慢轴发散角度范围，比如红色激光发光芯片的尺寸在300μm左右，而蓝色激光发光芯片和绿色激光发光芯片的尺寸在70μm左右，以及，红色激光的慢轴发散角度在10度到15度左右，快轴发散角度在30度左右，而蓝色激光和绿色激光的快慢轴的发散角度范围在7到10度左右，激光器组件110的准直透镜组为一体化的透镜组合，每颗透镜的准直能力可视为一致，而三种颜色的激光的发散角度却不尽相同。从而，当三种不同发散情况的激光光束经过相同的准直透镜进行准直时，准直的效果也不尽相同，比如，蓝色激光和绿色激光的准直效果相近，而由于红色激光的发散程度较大，则其被准直后的光束平行度小于蓝色激光和绿色激光。从而，第三颜色激光光束的光束角度大于第一颜色和第二颜色激光光束的角度。且第三颜色激光光束为两束激光光束，这样第三颜色激光光束的光斑面积更大。通过将第二颜色激光光束和第一颜色激光光束入射至第三合光镜片1203的位置位于两束第三颜色激光光束之间，这样合光后的光束光斑尺寸仅与原第三颜色激光光束的光斑尺寸相当，而不会因为三种颜色光斑尺寸的光束合束而导致合光光束尺寸的增大。

以及，在图7-1所示的光源中，第三合光镜片1203的第一面，即第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的入射面，具有凸起的微结构，从而可以分别将第一颜色、第二颜色激光光束透射后的光束角度扩大，这样，被透射扩射后的第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光束角度更靠近第三颜色激光光束，从而当三种颜色的激光光束合束后，合光光斑的均匀性更好。

图9-1和图9-2给出了对比示例。申请人在实践中发现，如图9-1中，当第一合光镜1201和第二合光镜片1201均采用平面反射面进行反射，以及，第三合光镜片1203的入射面和反射面也均为平面，则第一颜色激光光束和第二颜色激光光束被透射后的光束角度均近似于从激光器组件110出光面出射的角度。当三种颜色的激光被第三合光镜片1203合束后，通过对光棒入光面的光斑进行分析，如图9-2所示，在光棒入光面测得光斑分布会呈现较为明显的内外圈颜色分界现象，比如会聚的光斑近似呈现圆形，最外圈呈现红色，依次向内为紫，蓝等不同同心圆的光圈。上述图示现象表面，三种颜色的激光光束存在光斑分界、合光颜色分布不均匀的现象。

而图7-1所示的光源结构中，由于对第三合光镜片的第一面设置了凸起微结构，对第一颜色激光光束和第二颜色激光光束起到了一定的扩束作用，增大了这两种光束的光斑面积，从而使得第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光斑与第三颜色激光光束的光斑的重合度更好，可以减轻或消除合光光斑的颜色分界现象，合光光斑的颜色均匀性也更佳。

在一具体实施中，凸起的微结构可以为粘贴于第三合光镜片第一面的一片扩散片，或者，凸起的微结构为涂覆在第三合光镜片第一面的颗粒，或者，凸起的微结构为在第三合光镜片第一面上通过光刻刻蚀形成。

以及，作为上述实施例的一个变型，如图7-5所示，在第一颜色激光光束和第二颜色激光光束入射第三合光镜片之前，还可以设置扩散片，具体地，扩散片1204也可以设置在第二合光镜片和第三合光镜片之间。扩散片1204可以具有单面或双面微结构，从而使透射其中的光束发生角度的扩散，这样第三合光镜片1203可采用常规的二向色镜，可以降低工艺难度。

以及，作为上述实施例的另一变型，也可以如图7-6所示，在第一颜色激光光束、第二颜色激光光束分别入射第一合光镜片1201，第二合光镜片1202之前，设置一片扩散片，扩散片平行于第一出光区域、第二出光区域设置，从而第一颜色激光光束和第二颜色激光光束先进行角度扩散后再分别通过第一合光镜片和第二合光镜片反射，在该示例中，扩散片的扩散角度设置小于图7-5中所示的扩散片的扩散角度。

在本申请的上述一个或多个实施例中，通过将第一颜色激光光束和第二颜色激光光束入射至最后一片合光镜片的，可以将第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光束角度增加，从而增大光斑尺寸的面积使与光束角度较大的第三颜色激光光束的光束角度更接近，而第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光斑又均叠加在第三颜色激光光束的光斑尺寸之内，从而，合光后的三色激光光斑的颜色分界现象得到了缓解，合束光斑的颜色均匀性更佳，亮度也更为均匀。上述示例中的光源可以提供高质量的合光光束。

以及，在图7-1提供的光源示例基础上，图7-2提供了另一种光源示例。

在本示例中，第一颜色激光光束、第二颜色激光光束、第三颜色激光光束均为线偏振光。

第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的偏振方向相同，且与第三颜色激光光束的偏振方向不同。在一具体实施例中，第一颜色为绿色，第二颜色为蓝色，第三颜色为红色，红色激光为P偏振光，蓝色激光和绿色激光均为S偏振光，从而偏振方向呈90度差异。

在本示例中，蓝色激光出光区域1102和绿色激光出光区域1101相邻设置。激光器组件发出的蓝色激光和绿色激光均透过相位延迟片1304后再入射至合光镜组120。

相位延迟片1304迎向蓝色激光发光区域和绿色激光发光区域的光束设置，位于蓝光和绿光的输出光路径中且入射至合光镜片组件120之前。

相位延迟片是对应某种颜色的波长，通过晶体生长的厚度影响透过光束的相位改变程度，在本示例中，相位延迟片为半波片，也称λ½波片，可以将对应颜色波长的光束的相位改变π，即180度，偏振方向旋转90度，比如将P光变为S光，或者把S光变为P光。

经过半波片后，原先为P偏振方向的光变为S偏振方向的光，如图10所示，两个偏振方向互相垂直。

其中，相位延迟片1304通过夹持固定方式固定在光源壳体150内部，不遮挡光路。

相位延迟片具体为半波片，设置于激光器绿光发光区域出光面1101、蓝光发光区域出光面1102与第一合光镜片1201、第二合光镜片1202之间。

具体地，半波片平行于激光器绿色发光区域1101和蓝色发光区域1102的出光面设置，半波片为一片，尺寸可以与绿色发光区域1101和蓝色发光区域1102的发光面的大小一致，从而能够接收到全部的两种颜色的光束。

在本示例中，第一合光镜片1201反射镜反射经半波片透射的绿光，第二合光镜1202透射绿光，反射相位延迟片1304透射的蓝光，第三合光镜片1203透射绿光和蓝光，反射红光，从而三基色光束均沿着同一方向即光源壳体的开口处方向输出，合路形成混合光束。

以及，如图6-1所示，在光源的光输出路径中还设置有扩散部140，扩散部140设置在聚焦透镜的出光路径上，经扩散部140扩散后的光束入射至光匀化部件（图中未示出）。扩散部140可以为转动的扩散片，形成扩散轮结构。通过旋转扩散，可以对光束进行消散斑，以提高光束质量，减轻投影图像的散斑效应；经过扩散后的光束可以进入光匀化部件，具体地，光匀化部件可以为光棒，或者为复眼透镜组。

在一种具体实施中，半波片1304为一片，优选地，半波片对应绿色激光的波长设置，因此，绿色激光透过半波片后偏振方向旋转了90度，从原来的S光变为P光。蓝色激光透过半波片后，由于该半波片的波长不对应蓝色波长设置，因此蓝色激光偏振方向偏转也不是90度，但接近P偏振方向。当然，也可以选择对应蓝色激光的波长设置，此时，蓝色激光透过半波片后偏振方向旋转了90度，从原来的S光变为P光，而绿色激光的偏振方向改变接近90度。

以及，在一种具体实施中，如图7-3所示的光源，相位延迟片为两片，也具体地可以分别为半波片1301，1302，可以分别针对绿色激光和蓝色激光的波长设置，从而可以将绿色激光和蓝色激光的偏振方向均改变90度，变为P光。或者半波片为一片，但是分为两个镀膜区域，两个镀膜区域分别针对绿色激光发光区域和蓝色激光发光区域设置，从而相当于分别对蓝色激光和绿色激光设置了对应波长的半波片。

当半波片为两片或者两个镀膜区域时，分别设置于蓝色激光和绿色激光的输出光路中，具体地，半波片1301设置于绿色激光入射第一合光镜片1201的光路中，半波片1302设置于色激光入射第二合光镜片1202的光路径中。当半波片分别针对一种颜色的光束设置时，相比于对蓝色激光和绿色激光共用同一半波片进行相位延迟的方式，可以对应该种波长进行更准确的相位延迟，从而可以得到接近理论值的P偏振方向的绿光偏振光和蓝光偏振光。

对不同波长而言，同一光学镜片对不同波长的P光、S光的透过率相当，对P光和S光的反射率也相当。这里的光学镜片不仅包括前述提到的光束整形部件-聚焦透镜，也包括光机部中的照明光路中的透镜组，以及镜头部中的折射透镜组。因此，当激光光源发出的光束经过整个投影光学系统后，这种透反差异是整个系统叠加的结果，会更为明显。

也未加半波片之前，尤其当基色光为P光和S光线偏振光时，光学系统的光学镜片，对P光和S光的选择性透过现象比较明显。这就造成了投影画面的局部色度不均匀问题，从而降低投影画面的质量。

在本实施例中，通过在蓝色激光和绿色激光的出光路径中设置半波片，尤其是分别针对蓝色激光和绿色激光设置对应波长的半波片时，能够分别针对蓝色激光和绿色激光的偏振方向进行相同偏转角度的改变，本示例中，从S光偏振方向变为P光偏振方向，与红色激光的偏振方向一致，从而在经过同一套光学成像系统并经投影屏幕反射入人眼的过程时，变为P偏振光的蓝色激光和绿色激光在光学系统光学镜片的透过率与为P光的红色激光的透过率相当，光处理过程的一致性接近，从而在三色激光合光之前进行了极性的一致化，这样三色激光在进行合光时，因为极性不同而导致的光束的透反率差异可以减小，且由于蓝色激光和绿色激光的光束角度被增大，光束的角度也更接近与红色激光的光束角度，三种颜色的激光光束的光斑尺寸也接近一致，不同颜色激光的合束光斑的重合度高，颜色均匀性更好。上述一个或多个实施例中，保证了系统中光束具有较低的光损，另一方面，合光光斑的颜色均匀性也更好，这样的光束经过光阀调制和镜头的投射后，所呈现的投影画面的色度和亮度的均匀性均得到了提高，投影画面显示质量也较高。

由于在光学系统中光学镜片对P偏振光的透过率通常大于对S偏振光的透过率，以及本实例中应用的投影屏幕对于P偏振光的反射率也大于对S偏振光的反射率，因此，通过将S偏振光的蓝色激光和绿色激光转换为P偏振光，这样红，绿，蓝三色激光均为P光，能够提高整个系统中投影光束的光传递效率，能够提高整个投影画面的亮度，提高投影画面质量。

以及，作为上述实施例的一种变型，本实例中蓝色激光和绿色激光先进行合束后再与红色激光进行合束，此时相位延迟片，具体为半波片还可以设置在蓝色激光和绿色激光在与红色激光合束之前的光路中。具体地，半波片1304还可以设置在第二合光镜片1202和第三合光镜片1203之间，可透射从第二合光镜片1202出射的合束后的蓝色激光和绿色激光光束。此时，半波片1304不分区镀膜，而是对应一种颜色的波长进行镀膜。

以及，如图7-4所示的另一种光源示例，本示例中与前述实施例不同的，将相位延迟片1303，设置于红色激光光束的光输出路径且与蓝色、绿色激光光束合束之前。比如，设置于红色激光发光区域1103和第三合光镜片1203之间。

半波片1303对应红色激光的波长设置，同理，经过半波片130R可以将红色激光偏振方向旋转90度，红色激光由P偏振光变为S偏振光。这样，蓝色激光、绿色激光、红色激光的偏振方向也达到了一致。

上述增加相位延迟片的方案以图7-1所示的光源架构基础上进行变型说明，同样的，上述的方案也可以应用于图7-5，图7-6所示的光源方案中，也可以达到相同的技术效果，在此不再赘述。

本申请上述实施例中，应用了发出三种颜色的激光器组件，三种颜色的激光器发光芯片按照行或者列排列。第一颜色的波长和第二颜色的波长均小于第三颜色的波长。第一颜色激光光束和第二颜色激光光束相邻，且第一颜色激光光束和第二颜色激光光束均通过反射后再与第三颜色激光光束进行合光，第一颜色激光光束和第二颜色激光光束经过凸起的微结构透射散射后，光束角度增大，与第三颜色激光光束的角度的差异性减小，且第一颜色激光光束和第二颜色激光光束的光斑尺寸也更接近第三颜色激光光束的光斑尺寸，从而当三色激光合光后，不同颜色光斑的重合度提高，光斑光圈分界的现象减轻或消除，颜色均匀性方面也得到了提高，同时，亮度均匀性也可以相应提高，也提高了投影画面的显示质量。

进一步地，上述示例中，不同颜色的激光光束的偏振特性不同，这会影响光束在光学镜片中处理效率，也容易出现局部色度不均匀的现象，且对于超短焦投影设备这种现象会更为突出。通过在三色激光光束合光合束之前，在光路中设置半波片，改变某类激光光束的极性，使不同颜色的三色激光光束的偏振极性一致，之后再进行合光，这样合光后的光斑的光损较低，光斑颜色均匀性也可以得以保证。

综上，本申请提供的一个或多个激光投影设备的示例中，不同颜色的激光光束的光束角度不同，通过对光束平行度较佳的激光光束进行光束角度的增加，相当于进行了扩束，与光束平行度稍差的激光光束的光束角度减少差异，这样不同颜色的激光光束的光斑重合度提高，从而合光光斑的颜色均匀性提高，能够提高投影画面的显示质量。

同时，本申请提供的一个或多个激光投影设备的示例中，不同颜色的激光光束的偏振极性不同，通过在对不同颜色激光光束合光之前的路径中设置半波片，对对应激光光束的极性进行改变，使三色激光光束的偏振极性一致，这样合光后的光斑的光处理效率的一致性高，降低亮度损失，也有利于合光光斑的颜色和亮度的均匀性提升，并提高投影画面的显示质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种激光投影设备，其特征在于，包括光源，用于提供照明光束；光机，用于对所述照明光束进行调制；镜头，用于接收调制后照明光束进行投射成像；所述光源包括：

激光器组件，所述激光器组件具有第一出光区域，第二出光区域和第三出光区域，分别发出第一颜色激光光束，第二颜色激光光束和第三颜色激光光束，所述第一颜色激光光束和所述第二颜色激光光束的平行度均小于所述第三颜色激光光束的平行度；

合光镜组，用于将上述出光区域出射的激光光束进行90度转折后向光源出光口出射；

其中，所述合光镜组至少包括第三合光镜片，所述第一颜色激光光束和第二颜色激光入射所述第三合光镜片的第一面，并透射通过；所述第一面具有凸起的微结构；所述第三颜色激光光束入射所述第三合光镜片的第二面，并被反射射向所述光源出光口。

2.根据权1所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一出光区域、第二出光区域和第三出光区域位于同一个激光器组件上。

3.根据权1或2所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一出光区域、所述第二出光区域、所述第三出光区域依次相邻设置，且所述第三出光区域的面积均大于所述第一出光区域和所述第二出光区域的面积。

4.根据权1或2所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一颜色激光光束、所述第二颜色激光光束入射在所述第三合光镜片上的位置位于两束所述第三颜色激光光束之间。

5.根据权3所述的激光投影设备，其特征在于，所述第三合光镜片的第一面具有随机分布的微结构，所述第二面为平面反射面。

6.根据权3所述的激光投影设备，其特征在于，所述第三合光镜片的第一面的微结构的截面为半圆型或三角形或弧形或平台型，或者所述微结构为不规则颗粒状结构。

7.根据权3所述的激光投影设备，其特征在于，所述凸起的微结构用于将所述第一颜色激光光束、所述第二颜色激光光束的光束角度增加2°到8°。

8.根据权1所述的激光投影设备，其特征在于，所述合光镜组还包括第一合光镜片、第二合光镜片，分别对应所述第一出光区域、所述第二出光区域设置，所述第三合光镜片对应所述第三出光区域设置；

所述第一合光镜片用于反射所述第一颜色激光光束至所述第二合光镜片；所述第二合光镜片用于透射所述第一颜色激光光束并反射所述第二颜色激光光束至所述第三合光镜片；所述第三合光镜片用于透射所述第一颜色激光光束、第二颜色激光光束，并反射所述第三颜色激光至所述光源出光口。

9.一种激光投影设备，其特征在于，包括光源，用于提供照明光束；光机，用于对所述照明光束进行调制；镜头，用于接收调制后照明光束进行投射成像；所述光源包括：

激光器组件，所述激光器组件具有第一出光区域，第二出光区域和第三出光区域，分别发出第一颜色激光光束，第二颜色激光光束和第三颜色激光光束，所述第一颜色激光光束和所述第二颜色激光光束的光斑面积均小于所述第三颜色激光光束的光斑面积；

合光镜组，用于将所述第一颜色激光光束和所述第二颜色激光光束与所述第三颜色激光光束合束后向光源出光口出射；

其中，所述第一颜色激光光束和第二颜色激光光束在与所述第三颜色激光光束合束之前还经过扩散片。

10.根据权9所述的激光投影设备，其特征在于，其特征在于，所述合光镜组包括还包括第一合光镜片、第二合光镜片和第三合光镜片，分别对应所述第一出光区域、所述第二出光区域和所述第三出光区域设置。

11.根据权10所述的激光投影设备，其特征在于，其特征在于，所述扩散片位于所述第二合光镜片和第三合光镜片之间。

12.根据权10所述的激光投影设备，其特征在于，其特征在于，所述扩散片位于所述第一出光区域与所述第一合光镜片之间，和/或，所述扩散片位于所述第二出光区域与所述第二合光镜片之间。

13.根据权8或10所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一颜色激光光束入射所述第一合光镜片之前还经过第一相位延迟片，所述第二颜色激光光束入射所述第二合光镜片之前还经过第二相位延迟片，所述第三颜色激光均不通过所述第一相位延迟片、所述第二相位延迟片。

14.根据权13所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一相位延迟片为半波片，且对应所述第一颜色激光的波长设置，所述第二相位延迟片为半波片，且对应所述第二颜色激光的波长设置。

15.根据权4或10所述的激光投影设备，其特征在于，所述第三颜色激光光束入射所述第三合光镜片之前还经过第三相位延迟片，所述第一颜色激光光束和第二颜色激光光束均不通过所述第三相位延迟片。

16.根据权15所述的激光投影设备，其特征在于，所述第三相位延迟片未半波片，且对应所述第三颜色激光波长设置。

Images