CN111766756A - 一种激光光源及激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光光源及激光投影设备，其中，该光源包括激光模组、光路调整元件、聚光镜和光导管。具体的，通过在激光模组和聚光镜之间设置光路调整元件，利用该光路调整元件将调整所述激光模组中各激光器所发出光束的传播方向，并使每一行的激光器发出的各光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布。通过将每一行的激光器发出的各光束相对聚光镜的光心由非对称转换为对称分布，这样便可以减小各光束与聚光镜光轴之间的间距差异，进而将上述光束经聚光镜聚焦进入光导管时，可以缩小同一组光路中各光束的入射角度差异，有效促进激光模组所发出的激光在光导管中的匀光均匀性，促进投影设备画质质量提升。

Description

一种激光光源及激光投影设备

技术领域

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种激光光源及激光投影设备。

背景技术

近年来，激光光源作为一种固态光源，因具有亮度高、色域佳等一系列优点，已成为新兴的投影光源。随着市场发展，用户对画面色彩追求不断提高，以及高画质、高色域的激光投影的应用，三色半导体激光器开始应用于投影光源中。

图1为现有技术中一种典型的三色半导体激光模组的基本结构示意图。如图1所示，在该激光模组10中，RGB(RedGreenBlue，红绿蓝)三色激光器封装在同一个激光模组中，并且每个颜色为一行排列，每行通常设有2-10颗激光器。具体的，绿光激光器排布在第一行、蓝光激光器排布在第二行、红色激光器排布在第三行和第四行。图2为现有技术中一种典型的三色激光光源的基本结构示意图。如图2所示，将图1中的激光模组10用到该激光光源中，每种颜色的激光器，即位于同一行的激光器，作为一组光路出光。根据激光模组10中各颜色激光器的排布方式，其会发出四路光，分别为绿光1a，蓝光1b，红光1c以及红光2c，上述四路光首先经聚光镜20合光后从光导管30的一端射入，经光导管(又称匀光棒)30匀光后，在光导管30的另一端出光。

由于激光模组10中每行设有多颗激光器，所以上述四路光中各激光器发出的光束会分布在聚光镜20光轴周围不同的位置，经聚光镜20后便会分别以不同的入射角进入光导管30。进一步的，由于光导管30的匀光效果与光射入其内部的入射角度相关，具体的，入射角度越大，光导管30对入射光反射次数越不均匀、匀光越差。因此，光导管30对上述同一组光路中处于不同位置的激光器所发出的光束，在光导管30中将会有不同的匀光效果，尤其对于位于激光模组10两侧第一行的绿光激光器和第四行的红色激光器，由于其距离光轴较远，所以各光束的入射角差异更大，进而匀光一致性差的问题会更为严重。进一步的，由于光导管30的匀光效果直接影响到激光投影设备的画面色彩均匀性，因此，上述光导管30的匀光一致性差的问题，最终会导致激光投影设备的画面质量变差。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光光源及激光投影设备，以解决因激光模组所发出同一组光路中各光束相对光导管的入射角度差异大，导致各光束在光导管中匀光一致性差，影响激光投影设备画面质量的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种激光光源，该激光光源主要包括激光模组、光路调整元件、聚光镜和光导管，其中：

所述激光模组中设有至少两行激光器，处于同一行的激光器所发出的光束颜色相同；

所述光路调整元件，用于调整所述激光模组中各激光器所发出光束的传播方向，分别使每一行的激光器所发出的光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布；

所述聚光镜，用于将所述光路调整元件所输出的各光束聚焦至所述光导管。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种激光投影设备，该设备包括光机、镜头、以及本发明实施例第一方面所提供的激光光源，其中：

所述的激光光源为所述光机提供照明，所述光机对光源光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投射至投影介质形成投影画面。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的激光光源及激光投影设备，通过在激光模组和聚光镜之间设置光路调整元件，利用该光路调整元件将调整所述激光模组中各激光器所发出光束的传播方向，并使每一行的激光器发出的各光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布。通过将每一行的激光器发出的各光束在聚光镜上的入射点相对聚光镜的光心由非对称转换为对称分布，这样便可以减小各光束与聚光镜光轴之间的间距，进而将上述光束经聚光镜聚焦进入光导管时，可以缩小同一组光路中各光束的入射角度差异，有效促进激光模组所发出的激光在光导管中的匀光均匀性，促进投影设备画质质量提升。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为现有技术中一种典型的三色半导体激光模组的基本结构示意图；

图2为现有技术中一种典型的三色激光光源的基本结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种激光光源的基本结构示意图；

图4为图3中的激光器模组所发出的各色激光的排布示意图；

图5为图3中的激光器模组所发出的光束经光路调整元件后的光斑分布示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种激光光源的基本结构示意图；

图7为图6中的激光光源的部分光路示意图；

图8为图6中的激光器模组所发出的光束经光路调整元件后的光斑分布示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种激光光源中的部分光路示意图；

图10为图9中的激光器模组所发出的光束经光路调整元件后的光斑分布示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种激光光源中的部分光路示意图；

图12为图11中的激光器模组所发出的光束经光路调整元件后的光斑分布示意图；

图13为本申请实施例提供的一种激光投影设备的基本结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

针对现有的激光模组和聚光镜的结构设计，导致激光模组所发出的同一组光路中各光束相对光导管的入射角度差异大，各光束在光导管中匀光一致性差，影响激光投影设备画面质量的问题。本实施例对现有的激光光源进行改进，具体的，通过在激光模组和聚光镜之间设置光路调整元件，利用该光路调整元件调整激光模组中各激光器所发出光束的传播方向，分别使每一行的激光器所发出的光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布，然后，再利用聚光镜该光路调整元件所合成的各光束汇聚至光导管，以缩小同一组光路中各光束的入射角度差异。下面将结合具体实例，对本实施例提供的激光光源进行详细介绍。

图3为本发明实施例提供的一种激光光源的基本结构示意图。如图3所示，该激光光源主要包括激光模组10、聚光镜20、光导管30、光路调整元件40以及扩散元件50。图4为图3中的激光器模组所发出的各色激光的排布示意图。如图4所示，本实施例中的激光模组10为三色激光器模组，分别发出绿光1a，蓝光1b，红光1c和红光2c，其中，绿光激光器1a排布在第一行，共6颗，分为命名为1a1、1a2、1a3…1a6；蓝光激光器1b排布在第二行，分为命名为1b1、1b2、1b3…1b6；红色光激光器排布在第三行和第四行，其中，位于第三行的分为命名为1c1、1c2、1c3…1c6，位于第四行的分为命名为2c1、2c2、2c3…2c6。

进一步的，本实施例中，将与行相垂直的方向为一列，对应的，则共有6列，当然，该激光器模组中的每一行激光器的颗数并不限；另外，激光模组10也不并限于本实施例所提供的行数的激光器以及激光器的发光颜色。

本实施例，在激光模组10的出光方向上设置光路调整元件40，调整激光模组10中各激光器所发出光束的传播方向，分别使每一行的激光器所发出的光束在聚光镜20上的入射点相对聚光镜20的光心呈对称分布。具体的，本实施例中的光路调整元件40由与第一行的激光器对应设置的第一反射镜41、与第二行的激光器对应设置的第二反射镜42、与第三行的激光器对应设置的第三反射镜43、以及与第四行的激光器对应设置的第四反射镜44。其中，每一个反射镜中可以由于与各激光器对应的反射镜单元成，也可以为一个整体结构。

利用上述反射镜改变激光模组10中各激光器所发出光束的传播方向，并使反射后的光束照射至聚光镜20。其中，为了缩短整个激光光源的长度，设计激光模组10所发出的光束传播方向与聚光镜20的光轴垂直，进而，需要设置上述各反射镜与其所在行的激光器所发出的光束传播方向呈45°夹角，以使其反射的光束的传播方向转折90°后照射至聚光镜20。进一步的，通过设置反射镜与其所在行的各激光器之间间距，便可以控制反射后的光束在聚光镜20上的入射位置。

图5为图3中的激光器模组所发出的光束经光路调整元件后的光斑分布示意图。如图5所示，本实施例设置第一反射镜41和第二反射镜42与其所在行的激光器之间的间距由左到右依次递增，进而第一行的绿光1a和第二行的蓝光1b在聚光镜20的入射光斑落在其一、三象限，并且第二反射镜42大于第一反射镜41递增的步长，进而，蓝光1b对应的入射点组成连线的斜率小于绿光1a的斜率；同理，本实施例设置第一反射镜41和第二反射镜42与其所在行的激光器之间的间距由左到右依次递减，进而第三行的红光1c和第二行的红光2c在聚光镜20的入射光斑落在其二、四象限。当然，上述反射镜与其所在行的各激光器之间间距并不限于本实施例所提供的方式。

上述通过设置在激光模组与聚光镜之间的反射镜，将每一行的激光器发出的各光束在聚光镜上的入射点相对聚光镜光心由非对称分布转换为对称分布，这样便可以减小各光束与聚光镜光轴之间的间距，进而将上述光束经聚光镜聚焦进入光导管时，可以缩小同一组光路中各光束的入射角度差异，有效促进激光模组所发出的激光在光导管中的匀光均匀性，提升画质质量。

进一步的，上述实施例中不同行的光束之间入射角度还存在差异，为了进一步提高光导管对不同行的激光器所发出光束的匀光均匀性。本实例还提供了另一种光路调整元件。图6为本发明实施例提供的另一种激光光源的基本结构示意图。如图6所示，其中，本实施例中的光路调整元件40由第五反射镜45、第一二向色镜46、第二二向色镜47和偏振合光镜48组成。利用上述元件以将激光模组10中位于同一列的激光器发出的激光合成为一束光，并使合成的光束在聚光镜20上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布。

具体的，第五反射镜45设置在第一行激光器对应位置，以改变第一行的激光器发出光束1a的传播方向，使其与第二行的蓝光激光器发出光束相交。其中，本实施例一颗激光器对应一个反射镜，在具体实施例中，还可以将反射镜设计为与该行激光器发出的所有光束面积相适应的一整块反射镜，也可以设计其中的几个激光器对应设置的一个反射镜；同样的，也可以对于第一二向色镜46、第二二向色镜47和偏振合光镜48的设计也可以参考第五反射镜45的设计方式。

第一二向色镜46设置在第二行的光束与第五反射镜45所反射的第一行光束与相交处或者交点附近，并且，第一二向色镜46可以透射第一行激光器发出的绿光光束、反射第二行激光器发出的蓝光光束，使反射的蓝光光束和透射的绿光光束与第三行的激光器发出光束相交。同理，第二二向色镜47设置在第三行的光束与第一二向色镜46所输出的光束相交处或者交点附近，并且其可以透射第一行激光器发出的绿光光束和第二行激光器发出的蓝光光束、反射第三行激光器发出的红色光光束，使反射的红光光束和透射的蓝、绿光光束与第四行的红光激光器发出光束相交。

偏振合光镜48设置在第四行的光束和第二二向色镜47所输出的光束与第四行光束的相交处或者交点附近。其中，偏振合光镜48包括相对的反射面和投射面；反射面与第四行的激光器相对应，以反射其第四行的激光器发出的光束，使其反射光束照射至聚光镜20；透射面朝向第二二向色镜47所输出的光束，以透射第二二向色镜47所输出的光束，并使其透射的光束入射至聚光镜20。

另外，为了缩短整个激光光源的长度，本实施例也设计激光模组10所发出的光束传播方向与聚光镜20的光轴垂直，进而，设置由第五反射镜45、第一二向色镜46、第二二向色镜47和偏振合光镜48与其所在行的激光器所发出的光束传播方向呈45°夹角，以使使其反射的光束的传播方向转折90°、并且透射的光束的传播方向不变。

通过上述结构设计，便可以将上述每一列的激光器所发出的光束合成为一束光。由于激光模组10中，每一行由六颗激光器构成，进而可以得到六束RGB合光，分别命名为1a1/1b1/1c1/2c1的RGB合光、……、1a6/1b6/1c6/2c6的RGB合光。

进一步的，为实现合成的光束在聚光镜20上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布，还需要通过设计光路调整元件40与该元件所对应的激光器之间的间距实现。图7为图6中的激光光源的部分光路示意图。如图7所示，本实施例设置位于光路调整元件与其对应的激光器之间的间距依次递增。具体的，本实施例设置第一列激光器对应的第五反射镜45、第一二向色镜46、第二二向色镜47和偏振合光镜48与激光器之间的间距为d1，第二列至第六列的间距分别d2、……、d6，并且上述间距值设置为递增的方式。由于上述各光路调整元件与激光器之间的间距不同，所以，与各列的光路调整元件排布规律一致，其所合成的光束照射在聚光镜20的位置便不同。

图8为图6中的激光器模组所发出的光经光路调整元件后的光斑分布示意图。如图8所示，通过上述设置便可以使六个光束相对聚光镜20的光心对称排布。当然，如果为各间距依次递减的方式，对于图6中的光路架构，则光斑便会落在图8所示透镜的第二、四象限。

进一步的，将聚光镜20设置在偏振合光镜48的光输出方向上，以对偏振合光镜48输出的六束RGB合光进行准直聚焦后，从光导管30的一端射入，经光导管30匀光后，最后在光导管30的另一端出光。

通过上述光路设计，由于经光路调整元件40合光后的六束RGB合光，均包含了激光模组10所发出的所有颜色的光，进而进入光导管30的同一入射角的光束也包含有激光模组10所发出的所有颜色的光，这样所有颜色的激光便可以在光导管30得到相同效果的匀化，与实施例一种的激光光源相比，有效促进激光模组所发出的激光在光导管中的匀光均匀性。

为实现合成的光束在聚光镜20上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布，除了上述间距设置方式外，还可以设计光路调整元件与其对应的激光器之间的间距均相等。

图9为本发明实施例提供的另一种激光光源中的部分光路示意图。如图9所示，本实施例设置第一列激光器对应的第五反射镜45、第一二向色镜46、第二二向色镜47和偏振合光镜48与激光器之间的间距d1，以及第二列至第六列的间距d2、……、d6均相等。图10为图9中的激光器模组所发出的光经光路调整元件后的光斑分布示意图。如图10所示，通过上述设计，经合束元件所合成的光束照射在聚光镜20便会成相对水平方向呈一行排列。

图11为本发明实施例提供的又一种激光光源中的部分光路示意图。如图11所示，在本实施例设置第一列激光器对应的第五反射镜45、第一二向色镜46、第二二向色镜47和偏振合光镜48与激光器之间的间距d1，以及第二列至第六列的间距d2、……、d6，其中，d1、d2与d3相等，d4、d5与d6相等，并且d4、d5和d6大于d1、d2和d3。图12为图11中的激光器模组所发出的光经光路调整元件后的光斑分布示意图。如图12所示，通过上述设计，经合束元件所合成的光束照射在聚光镜20后，所形成的光斑位于同一象限的光斑便会成水平方向排列，同时两组光斑又相对聚光镜光心对称分布。当然，还可以通过对光轴两侧的间距值调整，使光斑便会落在图12所示聚光镜的第二、四象限。

需要说明的是，本实例中的第一二向色镜46和第二二向色镜47也可以替换为偏振合光镜，其具体工作原理可以参考上述描述，本实例在此不再赘述。另外，聚光镜20也并不限于附图中所呈现的单个透镜方式，还可以为多个透镜组成。

另外，上述第一二向色镜46、第二二向色镜47以及偏振合光镜48也可以替换为具有反射区以及设置在反射区一侧的透光区的合光镜。具体的，利用该合光镜的反射区来反射其所在行的激光器发出的光束，使其反射光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者当该合光镜位于最后一行激光器的红光激光器对应的位置时，则使其反射的光束入射至聚光镜；利用去透光区来透射位于其上一行的反射镜或合光镜所输出的光束，使其透射的光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者，当合光镜位于最后一行激光器的红光激光器对应的位置时，则使其透射的光束入射至聚光镜。但是，该方式与利用二向色镜或偏振合光镜相比，由于其具有透光区，进而需要精确设定合光镜的具体位置，否则容易出现光能量损失的问题。

为进一步的提高光束进入光导管30后的匀化效果，提高光源照明质量，本实施例还在聚光镜20和光导管30之间还设有扩散元件50。利用该扩散元件50以对聚光镜所会聚的光束进行扩散后入射再至光导管30，以增加各光束发散角度的多样性。具体的，扩散元件50可以为其表面带有微结构的扩散片、起到角度匀化作用的复眼透镜、多个扩散片、多个复眼透镜，扩散片和复眼透镜的组合中的任意一种。

进一步的，考虑到光导管30的匀光要求，本实施例设计扩散元件50对光束的扩散角度满足0<sinD<0.3D，其中，D为激光束经过扩散元件50后，散射角度的半高半宽。另外，为了增加扩散元件50的扩散效果，可以将其设置为运动结构，具体的，其运动方式可以为相对聚光镜20的光轴方向运动、垂直于相对聚光镜20的光轴方向运动、绕聚光镜20的光轴转动的方式中的任意一种，或者，还可以为上述运动方式的组合。

当然，除了上述实施例所采用反射镜和合光镜组合将激光模组中位于同一列的激光器发出的激光合成为一束光的方式外，还可以采用透镜聚焦的方式。其实现方式可以为,将光路调整元件40设置为多个透镜，其中，每一列激光器对应设置一个透镜，该透镜用于将所述激光模组中位于同一列的激光器发出的激光合成为一束光，并且通过透镜位置的设计，使上述多个透镜所合成的光束在聚光镜的入射点相对聚光镜光心对称分布。但是,该方式与上述采用反射镜、以及反射镜和合光镜组合的方式相比，会有聚焦后光束过窄，影响光束匀光效果的问题。

基于上述相同的技术构思，本发明实施例还提供一种激光投影设备，该激光投影设备可以包括本发明上述实施例所提供的激光光源，该激光投影设备具体可以是激光影院或者激光电视，或者其他激光投影仪器等。

图13为本申请实施例提供的一种激光投影设备的基本结构示意图。如图13所示，所述激光投影设备包括：激光光源131，光机132，镜头133。

其中，激光光源131是本发明上述实施例所提供的激光光源，具体可参见前述实施例，在此将不再赘述。具体地，激光光源131为光机132提供照明，光机132对光源光束进行调制，并输出至镜头133进行成像，投射至投影介质134(比如屏幕或者墙体等)形成投影画面。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种激光光源，其特征在于，包括激光模组、光路调整元件、聚光镜和光导管，其中：

所述激光模组中设有至少两行激光器，处于同一行的激光器所发出的光束颜色相同；

所述光路调整元件，用于调整所述激光模组中各激光器所发出光束的传播方向，分别使每一行的激光器所发出的光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布；

所述聚光镜，用于将所述光路调整元件所输出的各光束聚焦至所述光导管。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述光路调整元件包括反射镜，其中：

所述反射镜与各行的激光器对应设置，用于反射其所在行的各激光器发出的光束，并使反射后的光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述光路调整元件用于将所述激光模组中位于同一列的激光器发出的激光合成为一束光，并使合成的光束在所述聚光镜上的入射点相对所述聚光镜的光心呈对称分布。

4.根据权利要求3所述激光光源，其特征在于，所述光路调整元件包括反射镜和合光镜，其中：

所述反射镜，用于改变第一行的激光器发出光束的传播方向，使反射后的光束与第二行的激光器发出光束相交；

所述合光镜，用于反射其所在行的激光器发出的光束、透射位于其上一行的反射镜或合光镜所输出的光束，使其反射和透射的光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者，当所述合光镜位于最后一行激光器对应的位置时，则使其反射和透射的光束入射至所述聚光镜。

5.根据权利要求2或4所述激光光源，其特征在于，所述激光模组所发出的光束传播方向与所述聚光镜的光轴垂直，所述反射镜用于使其所在行的激光器所发出的光束传播方向转折90°。

6.根据权利要求4所述的激光光源，其特征在于，所述合光镜为偏振合光镜，所述偏振合光镜包括相对的反射面和透射面，其中：

所述反射面，用于反射其所在行的激光器发出的光束，使其反射光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者当所述合光镜位于最后一行激光器对应的位置时，则使其反射光束入射至所述聚光镜；

所述透射面，用于透射位于其上一行的反射镜或合光镜所输出的光束，使其透射的光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者当所述合光镜位于最后一行激光器对应的位置时，则使其透射的光束入射至所述聚光镜。

7.根据权利要求4所述激光光源，其特征在于，所述合光镜上设置有反射区、设置在所述反射区一侧的透光区，其中：

所述反射区，用于反射其所在行的激光器发出的光束，使其反射光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者当所述合光镜位于最后一行激光器对应的位置时，则使其反射的光束入射至所述聚光镜；

所述透光区，用于透射位于其上一行的反射镜或合光镜所输出的光束，使其透射的光束与位于其下一行的激光器所发出的光束相交，或者当所述合光镜位于最后一行激光器对应的位置时，则使其透射的光束入射至所述聚光镜。

8.根据权利要求1所述激光光源，其特征在于，所述光路调整元件包括多个透镜，其中：

每一列激光器对应设置一个透镜，所述透镜用于将所述激光模组中位于同一列的激光器发出的激光合成为一束光。

9.根据权利要求1所述激光光源，其特征在于，所述聚光镜和所述光导管之间还设有扩散组件，其中：

所述扩散元件，用于对所述聚光镜所会聚的光束进行扩散后入射至所述光导管。

10.一种激光投影设备，其特征在于，包括光机、镜头、以及权利要求1至9任一所述激光光源，其中：

所述的激光光源为所述光机提供照明，所述光机对光源光束进行调制，并输出至所述镜头进行成像，投射至投影介质形成投影画面。

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