CN112114482A - 激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光投影设备，包括整机壳体、光源；光源包括并列安装的红色激光器组件和绿色激光器组件，以及与红色、绿色激光器组件垂直的蓝色激光器组件；在蓝色激光和绿色激光的交汇处设置有第一合光镜，第一合光镜透射蓝色激光，反射绿色激光，以及，合光后的蓝色激光、绿色激光与红色激光交汇处设置有第二合光镜，第二合光镜透射红色激光并反射蓝色激光、绿色激光至第三合光镜，第三合光镜反射所述红色激光、蓝色激光、绿色激光至光源光出口，其中，第一合光镜、第二合光镜、第三合光镜平行设置。上述激光投影设备红色激光的光损较小，利于维持三色激光光束的功率配比或色彩配比，上述激光投影设备可以呈现高亮度、色彩佳的投影画面。

Description

激光投影设备

技术领域

本发明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，由于发光机理的不同，如图17所示，红色激光器发光芯片具有两个发光点，但一颗发光芯片对应一颗准直透镜，因此，一颗准直透镜对两个发光点进行准直的效果要差于一个准直透镜对一个发光点准直的效果，这使得红色激光从激光器组件的发光面出射后发散的角度要大于另外两种颜色激光，但是实际应用中，光路系统对三色激光是共用的，在光束传输过程中，所经历的光学镜片通常具有自己的收光范围或者在一定角度范围内的光处理效率较高，而对于红色激光来说，由于发散程度较快，使得大角度范围的光束容易损失掉，从而红色激光的光损通常要大，而这种损失率很难估算，难以用功率补偿的方法来解决。

需要提出一种解决方案来解决三色激光应用中红色激光光损较大而导致系统色彩配比失衡，投影画面质量差的问题。

发明内容

本发明提供一种激光投影设备，包括三色激光光源，可以呈现高亮度、色彩佳的投影画面。

本发明提供了一种激光投影设备：整机壳体、光源；光源包括并列安装的红色激光器组件和绿色激光器组件，以及与红色、绿色激光器组件垂直的蓝色激光器组件；在蓝色激光和绿色激光的交汇处设置有第一合光镜，第一合光镜透射蓝色激光，反射绿色激光，

以及，合光后的蓝色激光、绿色激光与红色激光交汇处设置有第二合光镜，第二合光镜透射红色激光并反射蓝色激光、绿色激光至第三合光镜，

第三合光镜反射所述红色激光、蓝色激光、绿色激光至光源光出口；其中，第一合光镜、第二合光镜、第三合光镜平行设置

进一步地，第一合光镜，第二合光镜的光反射率均大于其光透射率；

进一步地，绿色激光器组件的发光功率均小于红色激光器组件、蓝色激光器组件的发光功率；

进一步地，红色激光到达第二合光镜的光斑尺寸均大于蓝色激光和绿色激光的光斑尺寸；

进一步地，在第三合光镜至光源光出口处的光路径中还依次设置有匀化元件和会聚镜组；

进一步地，在第一合光镜至第二合光镜的光路径中还设置有扩散片，用于扩散透射绿色激光和蓝色激光；

进一步地，匀化元件为具有规律排布微结构的扩散片，或者，匀化元件为二维衍射元件；

进一步地，三色光源光束从光源出光口出射后经扩散轮进入收光部件；

进一步地，在第一合光镜至第二合光镜的光路径中还设置有半波片；

半波片与绿色激光的波长对应设置，或者，半波片与绿色激光和蓝色激光之间的波长对应设置。

进一步地，蓝色激光组件和绿色激光器组件的发光面至第一合光镜之间的光路径中还分别设置有半波片，半波片分别对应蓝色激光波长、绿色激光波长对应设置；

进一步地，蓝色激光和绿色激光的偏振方向相同，红色激光与上述两种颜色激光的偏振方向不同；

进一步地，红色激光器组件的发光功率为24W~56W，蓝色激光器组件的发光功率为48W~115W，绿色激光器组件的发光功率为12W~28W。

上述一个或多个实施例的激光投影设备，应用三色激光光源，红色激光经两次反射后从光源出光口输出，蓝色激光经过一次透射、两次反射，以及绿色激光经过两次反射和一次透射后从光源出光口输出，红色激光的光路径最短，且经历的透反射合计次数最少，因此红色激光在光路中的光损较小，利于维持三色激光光束的功率配比或色彩配比，上述激光投影设备可以呈现高亮度、色彩佳的投影画面。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种激光投影设备的整机结构示意图；

图2为本发明实施例中一种光源光学原理示意图；

图3为本发明实施例中又一种光源光学原理示意图；

图4为本发明实施例中一种光源结构示意图；

图5为本发明实施例中一种超短焦投影屏幕结构图；

图6为图5中投影屏幕对投影光束的反射率变化图；

图7为本发明实施例中一种激光器组件组装示意图；

图8为发明实施例中一种激光器组组装正面示意图；

图9为发明实施例中一种激光器组件的分解结构示意图；

图10为发明实施例中另一种激光器组件的分解结构示意图；

图11为发明实施例中又一种激光器组件的分解结构示意图；

图12为一种MCL激光器的结构示意图；

图13为图12中激光器电路封装结构示意图；

图14为本发明实施例中红色激光器组件散热系统示意图；

图15为本发明实施例中蓝色或绿色激光器组件散热系统组装示意图；

图16为本发明实施例中蓝色或绿色激光器组件散热系统分解示意图；

图17为红色激光器芯片结构示意图；

图18为本发明实施例一种激光投影系统光路原理示意图；

图19为本发明实施例又一种激光投影系统光路原理示意图；

图20为本发明实施例一种扩散片结构示意图；

图21为本发明实施例激光光束经过图20所示的扩散片后的能量分布示意图；

图22为本发明实施例中光路径中一种光斑示意图；

图23为一种波片光轴示意图；

图24为线偏振光发生90度改变的原理示意图；

图25为P光和S光偏振方向示意图；

图26为波片旋转设置示意图；

图27为本发明实施例中一种激光投影光路原理示意图；

图28为本发明实施例中另一种激光投影光路原理示意图；

图29为本发明实施例中又一种激光投影光路原理示意图；

附图标记说明：

10-激光投影设备，101-外壳；

100-光源，102-光源壳体，1021-窗口，104-固定支架，1041-透光窗口，1042-第三密封件；105-密封玻璃，1051-第一密封件，1052-第二密封件，106-第一合光镜，107-第二合光镜，108-第三合光镜，109-匀化元件，110-蓝色激光器组件，111-会聚镜组，112-扩散片，120-绿色激光器组件，130-红色激光器组件，121，131，141，151，140-半波片；

1101-准直透镜组，1102-金属基板，1103-激光器引脚，1104a，1104b-PCB板；

200-光机，250-收光部件，260-扩散轮；

400-投影屏幕，401-基材层，402-扩散层，403-均匀介质层，404-菲涅尔透镜层，405-反射层；

601-散热翅片，602-热管，603-导热块，604-第一风扇，605-第二风扇，606-第三风扇，607-第四风扇，610-冷头，冷排-611，补液器-612，613-导热块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。

首先根据图1所示的激光投影设备，对本实施例的激光投影设备结构和工作过程进行说明。

图1示出了一种激光投影设备的结构示意图，激光投影设备10包括整机壳体101，按照光学功能部分，还包括光源100，光机200，镜头300，这些光学部分具有对应的壳体进行包裹，并达到一定的密封或气密要求，比如，光源100为气密性密封，可以较好的防止光源100的光衰问题。光源100，光机200，镜头300安装于整机壳体101中。其中，光机200和镜头300连接且沿着整机壳体102第一方向设置，如图1所示，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。在光机200，镜头300和一部分整机壳体101围合的空间内设置有光源100。光源100为纯三色激光光源，发出红色激光，蓝色激光和绿色激光。

因此，在本示例中，光源100用于为光机200提供光源照明，具体地，光源100通过时序性地、同步输出三基色照明光束为光机200提供照明光束。

光源100也可以为非时序性输出，存在不同基色的叠加输出时段，比如红色和绿色存在叠加输出时段，增加光束周期中黄色的比例，有利于提升图像亮度，或者红色，绿色，蓝色同时在一部分时段点亮，三色叠加形成白色，可以提升白场亮度。

以及，当应用其他类型的光调制部件时，为配合三片式LCD液晶光阀，光源部中的三色基色光可同时点亮输出混合白光。而在本示例中，光源部100虽然时序性的输出三色基色光，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。因此光源部100的输出通常也称之为混合白光。

光源包括光源壳体，以及安装于光源壳体不同侧面上的蓝色激光器组件、绿色激光器组件和红色激光器组件，分别发出蓝色激光、绿色激光和红色激光。其中，绿色激光器组件和红色激光器组件并列安装于同一个侧面上，并均与蓝色激光器组件在空间位置上垂直，也即，绿色激光器组件和红色激光器组件所在的光源壳体侧面，与蓝色激光器组件所在的光源壳体侧面垂直，且这两个侧面均垂直于光源壳体的底面或者整机壳体的底面。

参见图2为光源100的一种光路原理示意图，红色激光器组件发出的光束经过两次反射后从光源出光口出射，绿色激光器组件发出的光束经过两次反射一次透射后从光源出光口出射，蓝色激光器组件发出的光束经过两次透射，一次反射后从光源出光口出射。可见，上述光路原理示意图中，红色激光经过的光路径最短，经过的透反射合计次数最少。

三色激光器组件均输出矩形光斑，且均沿着各自矩形光斑的长边方向、竖直地安装于光源壳体102的侧面上。这样，三色激光器组件输出的激光光斑在合光时不会形成“十”字型光斑，利于合光光斑尺寸的减小和较高的匀化度。

如图4所示，光源壳体102包括多个侧面，底面和顶盖，光源100中的多个光学镜片都设置在光源壳体102的底面上。在光源壳体102的侧面上开设有多个窗口1021，以便安装上述多个激光器组件，上述任一颜色的激光器组件发出的光束从对应的安装窗口中入射至光源100内部腔体，通过多个光学镜片形成光传输路径。

以及，在光源壳体的底面或顶盖上还设置有气压平衡装置。气压平衡装置可以为过滤阀，可用于连通光源内腔体与外部，实现气流的交换，当光源内腔体温度升高时，内部气流向外流出，当温度恢复冷却后，外部气流也可进入光源内腔体，由于过滤阀可以设置为气密防水过滤膜，能够对外界一定直径范围内的颗粒灰尘粉尘等过滤，阻挡在外，保持光源内腔体的洁净度。或者，气压平衡装置为可伸缩气囊，气囊可以由弹性橡胶制成，用于光源内腔体气压增大时体积增大以缓解光源内腔体气压。上述气压平衡装置都可以用作泄压装置，当光源内腔体温升过高时，通过连通向外泄压或者通过形成气体容纳结构增大光源内腔体密封空间的体积，均可以对光源内腔体的气压进行平衡，提高光源内腔体各光学器件工作的可靠性。

由于三色激光器组件与光源壳体的组装结构基本相同，为了简便说明激光器组件与光源壳体的连接关系，下面将以其中任一种颜色激光器组件的组装结构为例进行说明。

上述三色激光器组件均为MCL型激光器组件，即将多颗发光芯片封装在一块基板上，形成面光源输出。如图12，图13所示的一种MCL型激光器，包括金属基板1102，金属基板1102上封装有多颗呈发光芯片（图中未示出），多颗发光芯片可以串联，也可以按照行或者列并联进行驱动。多颗发光芯片可以按照4X6阵列排列，也可以是其他阵列排列方式，比如3X5阵列，或者2X7阵列，或者2X6阵列，或者4X5阵列，不同阵列数目的激光器的整体发光功率不同。金属基板1102的两侧伸出引脚1103，通过将这些引脚进行电信号连接，可以驱动发光芯片发光。覆盖于MCL激光器的发光面，还设置有准直透镜组1101，准直透镜组1101通常通过胶粘固定。准直透镜组1101包括多颗准直透镜，通常会一一对应发光芯片的发光位置，对激光光束进行对应的准直。

如图13所示，MCL型激光器组件还包括设置在MCL激光器外周侧的PCB板1104a，1104b，PCB板1104a，1104b与激光器的出光面平行或者位于同一平面内，以驱动激光器引脚1103，为激光器提供驱动信号。如图所示，电路板为平板结构，激光器的两侧具有引脚1103，引脚1103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1104a和1104b上，其中，1104a和1104b可以一体成型，围绕在激光器组件基板1102的外侧，或者1104a和1104b也可以为两个独立的电路板，两者将激光器组件围合起来，这样封装后的激光器组件也基本呈一平板结构，便于安装，且节省空间，也利于光源设备实现小型化。

图7和图8分别为任一颜色激光器组件与固定支架的组装结构示意图，以及分解结构示意图。

如图4所示，任一颜色激光器组件通过固定支架104安装于对应的光源壳体的窗口1021处，固定支架104与光源壳体102通过螺钉锁固，从而将激光器组件固定在窗口1021位置处。任一颜色激光器组件包括MCL型激光器组件和固定支架。

而任一颜色激光器组件则通过螺钉锁固在固定支架上，具体地，MCL型激光器的金属基板上设置有装配孔，可以与固定支架进行锁固。

如图9所示，固定支架104为具有透光窗口1041的钣金件，固定支架104透光窗口1401的正面靠近光源壳体102的窗口1021安装，而任一颜色的激光器组件则安装在固定支架透光窗口1041的背面的安装位上。并且，为了提高安装结构的密封性，在该固定支架透光窗口1041的背面安装位处设置有第三密封件1042，第三密封件1042具有折边的框型橡胶件，可以套设在MCL型激光器的正面，再将MCL型激光器组件固定于安装位处。第三密封件1042还能够起到缓冲作用，防止MCL型激光器表面的准直透镜组由于与钣金件的硬接触而损伤。

MCL型激光器组件由MCL激光器和对应的PCB板1104组成，MCL型激光器组件固定至固定支架104上后成为一个组装单位，一起安装到光源壳体102对应的窗口1021位置处。具体地，窗口1021周围具有螺柱，通过螺丝穿过固定支架的螺柱打进窗口周围的螺柱上。

由于光源100内部设置有多个光学镜片，为精密部件，且光束传输过程中的能量密度非常高，如果内部环境洁净度不高，粉尘灰尘颗粒会在精密镜片表面聚积，造成光处理效率下降，进而造成光路的光衰，整个激光投影设备的整机亮度也会随之下降。在本示例中对光源内部进行防尘可以减轻上述光衰问题，具体地，如图10示，在窗口1021处还设置有密封玻璃105，密封玻璃105将光源内腔体与窗口1021处安装的激光器组件进行隔离，可以使外部灰尘等不会从窗口开口处进入光源内腔体。密封玻璃105可以设置在光源内腔体表面上，比如通过粘接，也可以设置在光源壳体靠近激光器组件的一侧，比如通过在光源壳体的外表面设置开设安装位，依次将激光器组件，密封玻璃均安装在光源壳体窗口的外侧。

如图10所示的分解结构，为了上述密封玻璃安装的便利性，本示例中，密封玻璃105安装在窗口1021靠近激光器组件一侧。在固定支架104正面还具有第一容纳槽，用于容纳第一密封件1051，光源壳体的窗口1021处具有第二容纳槽，用于容纳第二密封件1052。密封玻璃105位于第一密封件1051和第二密封件1052之间，具体地，将第二密封件1052放置于窗口1021处的第二容纳槽中，第二密封件1052中设置有与密封玻璃105的相配合固定槽位，将密封玻璃105放置于该固定槽位中，以及将第一密封件1051通过过盈配合安装到固定支架透光窗口1041的第一容纳槽中，再将固定支架和MCL激光器组件组成的任一颜色激光器组件安装至光源壳体的窗口1021处，第一密封件1051与密封玻璃105产生挤压接触，伴随着激光器组件的固定完成，密封玻璃105也被夹在第一密封件1051和第二密封件1052之间进行固定。

以及，上述多个示例中，任一颜色的MCL型激光器组件通过轴肩螺钉固定到固定支架上，且轴肩螺钉和固定支架之间还设置有减震件，可以降低激光器在以较高频率驱动过程中产生的噪音传递。

以上对激光器组件与光源壳体的组装结构进行了说明。上述激光器组件安装到了光源壳体上，在驱动信号控制下发出激光光束，在内部形成光路输出，配合光机，镜头来进行投影成像。

在本实施例提供的激光投影设备中，如图2所示的光源光路原理示意图中，蓝色激光和绿色激光的交汇处设置有第一合光镜106，第一合光镜透射蓝色激光，反射绿色激光，以及，合光后的蓝色激光、绿色激光与红色激光交汇处设置有第二合光镜，第二合光镜反射红色激光并透射蓝色、绿色激光至第三合光镜，第三合光镜将红色激光、绿色激光、红色激光均反射输出至光源光出口。

具体地，蓝色激光组件发光面的光束的光轴与光源的出光口的光轴方向垂直，绿色激光器组件和红色激光器组件发光面发出的光束的光轴与光源的出光口的光轴方向平行。绿色激光器组件120发出的绿色激光由第一合光镜106反射后入射至第二合光镜107，蓝色激光器组件110发出的蓝色激光透射通过第一合光镜106，通过第一合光镜107可以将蓝色激光和绿色激光进行合路输出。

经第一合光镜106合路输出的蓝色激光和绿色激光的输出方向与红色激光器组件130发出的红色激光的输出方向垂直，且具有交汇，在三束光束的交汇处设置有第二合光镜107，第二合光镜107反射红色激光，透射绿色激光和蓝色激光。三色激光光束完成合束，形成一路光束入射第三合光镜108，第三合光镜108将三色激光光束反射至匀化元件109，并经会聚镜组111缩小光斑后从光源出光口出射。

如图4所示的光源结构图示中，绿色激光器组件120和红色激光器组件130并列安装在光源壳体的一个侧面上，蓝色激光器组件110光源壳体102的另一个侧面上，这两个光源壳体的侧面呈垂直关系。三色激光器组件均输出矩形光斑，且均沿着各自矩形光斑的长边方向，竖直的安装于光源壳体的侧面上。

在光源的内腔体中，还设置有多片合光镜，以及会聚镜组。具体地，第一合光镜位于蓝色激光器组件和绿色激光器组件之间，在两者的交汇处。第二合光镜朝向红色激光器组件的发光面倾斜设置，透射红色激光，并反射蓝色激光和绿色激光。第一合光镜，第二合光镜，以及第三合光镜大致呈平行排列。具体地，第一合光镜，第二合光镜，第三合光镜通过基座加持固定在光源壳体的底面上，并且考虑到组装公差的原因，第一合光镜，第二合光镜，第三合光镜的角度还可以微调，比如在正负3度以内。

第三合光镜靠近会聚镜组设置，将三色激光合束输出至会聚镜组。

其中，第三合光镜为反射镜，第一合光镜、第二合光镜均为二向色片。

以及，第一合光镜和第二合光镜的光反射率均大于其光透射率，比如，两合光镜的光反射率可达到99%，透射率通常在95%~97%。

在本示例提供的三色激光器组件均为MCL型激光器，如图12所示，MCL激光器包括封装于一块金属基板上的多颗发光芯片，由于发光原理的不同，不同颜色的发光芯片的发光功率也不同，比如绿色芯片的发光功率在每颗芯片1W左右，而蓝色芯片的发光功率在每颗4W以上。当上述三色激光器采用同样颗数的芯片排布时，比如均使用4X6排列的封装类型，在整体发光功率上也不同，比如，绿色激光器组件的发光功率小于红色激光器组件的发光功率，也小于蓝色激光器组件的发光功率，红色激光器组件的发光功率小于蓝色激光器组件的发光功率。

同时，在上述实施例中，红色激光器组件和蓝色激光器组件以及绿色激光器组件的采用相同阵列的发光芯片封装，比如均为4X6阵列。但是由于红色激光发光原理的不同，如图17所示，在一个发光芯片处会存在两个发光点，这使得红色激光在快轴方向和慢轴方向的发散角度相比于蓝色激光和绿色激光的要大，在光路传输过程中，对于经过相同的光学镜片，红色激光由于发散角度大，光学镜片具有一定的收光范围或者在一定角度范围具有较佳的光处理性能，从而红色激光经过的光路径或光程越长，其发散程度更严重，导致后面光学镜片对红色激光的光处理效率就会越低。虽然红色激光器组件的发光功率大于绿色激光器的发光功率，但是在经过相同长度的光路径后，红色激光的光损率要大于绿色激光和蓝色激光的光损率。

如图2所示的光路中，蓝色激光沿蓝色激光器组件发光面输出后，经过两次透射，一次反射，并经过匀化元件109和会聚镜组111后从光源出光口出射。对于绿色激光，经过两次反射，一次透射，后入射匀化元件109和会聚镜组111并从光源出光口出射。而红色激光则经过了两次反射后入射匀化元件109和会聚镜组111并从光源出光口出射。可见，在从光源出光口输出之前，红色激光的光路径均短于蓝色激光和绿色激光的光路径，这样，红色激光在光路径传输过程中产生的光损可以减小。以及，在不考虑光路径对光损影响下，红色激光经过第二合光镜的透射和第三合光镜的反射后，光能约可达到99%*99%=98%，需要说明的是，此处对于红色激光的光能效率的计算是不考虑红色激光发散角度大，存在大角度光损的情况下的，仅单纯考虑光学镜片透反率的影响。

而蓝色激光经过两次透射和两次反射，在仅考虑透反率对光损影响时，蓝色激光从第一合光镜、第二合光镜的透射，和第三合光镜反射后输出的光能约可达到97%*97%*99%=93%，绿色激光经过第一合光镜的反射，第二合光镜的透射，第三合光镜的反射，从第三合光镜输出的光能约可达到97%*99%*99%=95%。而在实际应用中，蓝色激光器的发光功率可以更高，以及，人眼对蓝色的视觉函数相对较低。可见，红色激光经过镜片的透反率损失最小，且其光路径最短。因此红色激光在光路中光损最小。

基于上述的激光器光源布局，在各色激光器不同的光学特性下，可以较好的平衡各色激光光束在传输过程中的损耗，减轻红色激光在光路中易损耗特性带来的光损，使得三色激光的功率配比接近预设值，不会发生明显的失衡，也有利于实现符合理论设计的颜色配比和期望的白平衡。而当三色激光从第三合光镜合束输出后，三者所经历的光路径相同，则容易达到一致的光损，失衡不一致性会减弱。

上述激光器排列所形成的光路呈L型，比较规整，利于减小壳体一个方向上的长度，也利于结构设计，可以为壳体预留出规整的空间，便于设置散热器件。

上述激光器组件均采用MCL型激光器组件，相比于传统的BANK型激光器组件，MCL型激光器组件的体积明显较小，因此本实施例中，其结构体积比传统使用BANK型激光器组件时要明显减小，使得光源附近可以预留出较多的空间，为散热设计提供了便利，比如散热器，风扇的摆放在位置选择上将更为灵活，以及，还可能设置电路板等结构，也有利于减小整机结构在某一方向的长度，或者整机的体积。

以及，由于在整机结构中，光源旁边通常为镜头部件，光源为激光投影设备的热源所在，由于上述L型光路排列，使得激光器组件尽量靠近整机壳体的一侧排列，中间预留出空间，也可以作为与镜头之间的隔离空间，这样防止激光器发光时的热量迅速传递给镜头等精密光学镜片，对光学性能造成影响。

作为图2的变型，与图2所示的光路不同的是，上述蓝色激光器组件和绿色激光器组件的位置也可以进行调换，比如图3所示，蓝色激光器组件110发出的蓝色激光由第一合光镜106反射，并再依次经过第二合光镜107的透射，第三合光镜109的反射，光损约为5个百分点，绿色激光的光损约为7个百分点，而通过在电路中将绿色激光的发光周期占比提升，可以减轻或缓解上述光源布局带来的绿光光损相对较高的问题。

在上述多个实施例中，通过将红色激光的光路径设置为最短，减少红色激光的透射或反射次数，或者将红色激光设置为仅经过反射光路，可以减轻红色激光的光传输光损，可以保证红色激光在合束之前的光损尽量的减轻，利于维持三色光源光束功率和颜色的配比，使得系统白平衡接近理论设定值，实现较高的投影画面质量。

参见图2和图3，上述激光投影设备应用实施例中的光源，三色激光通过合光镜组合光后还要经过匀化元件和会聚镜组，对光束进行匀化和缩束处理，以便后面光机中收光元件的光收集效率和匀化效率的提高。

具体地，如图2，光源100还包括匀化元件109和会聚镜组111。匀化元件109设置于第三合光镜108与会聚镜组111之间。具体地，匀化元件可以为具有规则排布微结构的扩散片，如图20所示。目前常用的扩散片的微结构是随机无规律的，其本光源架构中使用的匀化扩散片的利用规律排布的微结构，类似复眼透镜对光束匀化的原理，可以将激光光束的能量分布从高斯型，变为图21所示的形状，由图21所示，激光中心光轴附近的能量被大大消弱，变得平缓，激光光束的发散角度也增加，从而能量被匀化的效果大大优于常用的无规律排布微结构的扩散片。

上述匀化扩散片可以在单面设置规律排布的微结构，也可以双面设置。

通过上述匀化扩散片的匀化后，激光光束再经过会聚镜组进行光斑尺寸的缩小。一方面，对高能的激光光束先进行匀化，可以减轻对后端元件的能量分布不均带来的冲击，另一方面，先进行匀化，在进行缩束，也可以降低缩束后光斑再次匀化的难度。

以及，上述匀化元件109也可以是二维衍射元件，也可以达到较佳的匀化效果。

本示例中，会聚镜组包括两片凸透镜，比如一片双凸透镜和一片凸凹透镜组合，上述两个透镜均为球面透镜，当然也可以都采用非球面透镜，但球面透镜在成型和精度控制上都比非球面透镜要更加容易，成本上也可以降低。在本示例中，会聚镜组用于对光束进行会聚，会聚镜组的焦点设置于后端收光元件的收光口处，即会聚镜组的焦平面位于收光元件的入光面处，提高收光元件的收光效率。

在一种具体实施中，会聚镜组位于光源壳体的光源出光口处，具体的，会聚镜组中的后端透镜或者整个透镜组都可以安装至光源出光口处，且会聚镜组与光源出光口周围的壳体填充密封件，比如密封橡胶圈。这样在会聚镜组固定的同时，还可以保持光源内腔体的气密密封，防止从第一出光口，作为透光窗口与外界气流交换时带进来的灰尘颗粒等。并且将会聚镜组直接固定于第一出光口位置还有利于缩短光路路径，以及光源壳体体积的减小。

从光源第一出光口输出的呈会聚状态的光束，最终要被光机照明光路的收光部件收集。如图18所示的光路原理示意图，在本示例中，收光部件250为光导管。光导管具有矩形的入光面和出光面。光导管既作为收光部件同时也作为匀光部件。光导管的入光面为会聚镜组111的焦平面，会聚镜组111将会聚后的光束输入光导管250，光束在光导管内部经过多次反射，并从出光面出射。由于前端光路中设置了匀化扩散片，此处再经过光导管的匀化，可以达到较佳的三色混合匀化效果，提高了照明光束的质量。

由于光源为纯三色激光光源，散斑是激光特有的现象，为了获得较高投影画面显示质量，需要对三色激光进行消散斑处理。在示例中，会聚镜组111和收光部件250之间还设置有扩散轮260，即旋转的扩散片。扩散轮260位于会聚镜组111的会聚光路中，扩散轮260轮面距离收光部件250-光导管的入光面约为1.5~3mm之间。扩散轮可以对呈会聚状态的光束进行扩散，增加光束的发散角度，增加随机相位。以及，由于人眼对不同颜色激光的散斑敏感度不同，可以对扩散轮进行分区，比如第一分区和第二分区，第一分区用于透射红色激光，第二分区用于透射蓝色激光和绿色激光，第一分区的发散角度稍大于第二分区。或者，分为三个分区，分别对应红色激光，绿色激光，蓝色激光，其中，上述三个分区中，红色激光分区的发散角度大小关系为，红色激光分区发散角度最大，蓝色激光分区发散角度最小。当扩散轮具有对应的分区时，扩散轮的旋转周期可以和光源的周期一致。通常扩散轮为一片扩散片时，其旋转周期并不特殊限定。

光导管具有一定的收光角度范围，比如正负23度范围内的光束可以进入光导管，并被后端照明光路利用，而其他大角度的光束则成为杂散光被挡在外，形成光损。扩散轮出光面靠近光导管入光面设置，可以提高扩散后激光光束被收入光导管内的光量，提高光利用率。

需要说明的是，上述收光部件也可以是复眼透镜部件。

以及，如前所述，由于在前端光路中设置了匀化扩散片109，光源光束经过匀化后，被会聚镜组111会聚，并入射至扩散轮260。激光光束先经过了一片静止的扩散片，再经过一片运动的扩散片，这样，在静止的扩散片对光束匀化的基础上，再次对激光光束进行扩散匀化，可以增强激光光束的匀化效果，降低激光光束光轴附近光束的能量占比，从而降低激光光束的相干程度，投影画面呈现的散斑现象也就可以大大改善。

上述实施例提供的光源中，光源光束入射至光导管进行收光再次匀化，申请人在光导管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。如图22所示。通过研究发现，如前面提到的，红色激光器组件由于发光原理的不同，其快慢轴的发散角度要大于蓝色激光器和绿色激光器的发散角度。虽然在本示例中，三色激光器组件使用相同数量芯片的阵列排布，在体积外观上尺寸一致，但由于红色激光本身的特点，这使得红色激光光束在传输过程中的光斑尺寸要大于蓝色激光和绿色激光的光斑尺寸。这种现在在进行三色合光时就已经存在，并且随着光路径传输距离的增大，其发散角度增大的速度大于另外另种颜色的激光，使得虽然三色合光会会进行匀化，缩束，以及还可能经过旋转扩散片的再次扩散匀化，但始终会存在红色激光的光斑尺寸要大一些。在光导管入光面的测试光斑也呈现了这个现象。

为了提高三色激光光斑的重合度，可以增长光导管的长度，来提高混光匀化效果，但是这会给增加光路长度，增大结构体积。

在本示例中提出了一种解决方案，具体地，在前述图2和图5H提供的光路原理图基础上，如图19所示，在蓝色激光和绿色激光的合光光路中设置一片扩散片112，对蓝色激光和绿色激光先进行发散后再与红色激光光束合光。其中扩散片112设置与第一合光镜106入射第二合光镜107之间的光路中。当然也可以分别针对蓝色激光和绿色激光设置静止的扩散片，比如分别设置在两种颜色激光器组件发光面与对应的合光镜之间的光路径中。

通过在蓝色激光和绿色激光的光路径中设置一片扩散片，可以对蓝色激光和绿色激光进行扩束，比如设置为1度~3度的扩散角度，经过该扩散片后，经过扩束的蓝色激光和绿色激光再与红色激光进行合光，此时三色激光的光斑大小相当，光斑重合度提高。重合度较高的三色光斑也利于后续光路的匀化和消散斑，提高光束质量。

激光器发出的激光为线偏振光，其中，红色激光与蓝色激光、绿色激光发光过程中，谐振腔振荡的方向不同，导致红色激光线偏振光与蓝色激光线偏振光、绿色激光线偏振光的偏振方向呈90度，红色激光为P光线偏振光，蓝色激光和绿色激光为S光线偏振光。

在上述实施例方案中，采用红色激光器组件与蓝色激光器组件，绿色激光器组件的偏振方向呈90度，其中，红色激光是P光，蓝色和绿色激光是S光。激光投影设备投射成像的三色光束存在偏振方向不同。

而在实际应用中，激光投影设备为了更好还原色彩和对比度，通常还要配合具有较高增益和对比度的投影屏幕，比如光学屏幕，能够较好的还原高亮度和高对比度的投影画面。

一种超短焦投影屏幕如图5所示，为菲涅尔光学屏幕。沿投影光束入射方向，包括基材层401，扩散层402，均匀介质层403，菲涅尔透镜层404以及反射层405。菲涅尔光学屏的厚度通常在1~2mm之间，其中基材层401占据的厚度比例最大。基材层同时也作为整个屏幕的支撑层结构，具有一定的透光率以及硬度。投影光束首先透射通过基材层401，然后进入扩散层402，进行扩散，再进入均匀介质层403，均匀介质层为均匀透光介质，比如与基材层401材质相同。光束透射通过均匀介质层403，入射菲涅尔透镜层404，菲涅尔透镜层404将光束进行会聚准直，准直后的光束被反射层反射后折返再次通过菲涅尔透镜404，均匀介质层403，扩散层402，以及基材层，401并入射至用户眼中。

申请人在研发过程中发现，应用上述三色激光光源的超短焦投影画面会出现局部偏色，而造成“色斑”、“色块”等色度不均匀的现象。造成这种现象的原因一方面是由于在目前应用的三色激光器中，不同颜色的激光光束的偏振方向不同，在光学系统中通常设置有多片光学镜片，比如透镜，棱镜，而光学镜片本身对于P光偏振光和S光偏振光的透反率存在差异，比如光学镜片对于P光的透过率相对于大于对S的透过率，而另一方面，因为屏幕材质结构的原因，随着超短焦投影光束入射角度的变化，超短焦投影屏幕本身会对不同偏振方向的光束的透过率和反射率呈现明显的变化，如图6所示，对于红色投影光束，当投射角度为60度左右时，经试验，投影屏幕对P光类型的红色投影光束的反射率和对S光类型的红色投影光束的反射率相差10个百分点以上，也就是超短焦投影屏幕对P光的反射率大于对S光的反射率，这样会使得较多的P光被屏幕反射进入人眼，而被屏幕反射进入人眼的S光则相对减少，这种对同种颜色不同偏振方向光的透反差异现象，对投影光束为其他颜色时也同样存在，而当三基色光为不同的偏振态时，经过上述投影光学系统和投影屏幕后，尤其是投影屏幕相对明显的透反差异，会造成不同颜色的光被屏幕反射进入人眼的光通量发生失衡，最终导致在投影画面上局部区域的偏色现象，这在呈现彩色画面时尤其明显。

为了解决上述问题现象，在上述实施例提供的光源基础上进行了改进，提出另一种光源结构实施例。

在本实施例中，蓝色激光器组件和绿色激光器组件相邻设置，在蓝色激光和绿色激光的输出路径中且入射至第三合光镜之前设置相位延迟片，改变蓝色激光和绿色激光的偏振方向，使其与红色激光的偏振方向相同，解决因偏振方向不同而最终导致投影画面的偏色现象。

首先介绍一下相位延迟片的工作原理。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。如图23所示，波片为晶体，晶体具有自身的光轴W，位于波片所在平面内，波片设置于光路中，垂直于光源的光轴O，因此波片的光轴W与光源的光轴O互相垂直。

如图24所示，以波片的光轴W建立坐标系，P偏振光沿光轴W和与光轴W垂直方向构成的坐标系具有分量Ex，Ey，其中，Ex，Ey均可利用光波公式来表示。P光可视为分量Ex，Ey两个维度波的空间合成。

当P光经过波片后，相位改变π，即180度，在Ex，Ey的相位常量均具有π的改变量，对于原偏振方向的某一时刻的光波，b0，c0，a0进行了180度相位改变后，两个方向分量的光波进行叠加后，在空间位置偏振位置发生变化，形成了b1，c1，a1，从而成为S偏振方向的光。上述b0，c0，a0和b1，c1，a1的空间位置变化仅是举例说明。

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25所示，两个偏振方向互相垂直。

基于上述说明，如图27所示的光路原理示意图，分别在蓝色激光器组件和绿色激光器组件的出光路径中设置对应波长的相位延迟片，相位延迟片具体地为半波片。在本示例中，蓝色激光的中心波长在465nm左右，绿色激光的中心波长在525nm左右，当如图27所示的光路原理图中，半波片121位于蓝色激光的出光路径中，其对应蓝色激光的中心波长设置，半波片131位于绿色激光的出光路径中，其对应绿色激光的中心波长设置，这样可以将绿色激光和蓝色激光的偏振方向均改变90度，从S光变为P光。

基于上述光路原理，在一种具体实施中，上述半波片可以设置在光源内腔体中，位于光源壳体内侧与激光器组件对应的合光镜之间，通过在光源壳体底面设置镜片底座，对半波片进行固定。

或者，半波片可以设置于光源壳体上为激光器组件开设的窗口内侧，比如通过胶粘或者固定支架的方式固定在窗口内侧。

或者，半波片可以设置在激光器组件与光源壳体窗口的外侧之间，比如，半波片贴装或者固定在窗口外侧，激光器组件（包括固定支架）再通过固定支架安装在窗口外侧的安装位上。

或者，当窗口玻璃处设置密封玻璃时，半波片可以位于密封玻璃和激光器组件发光面之间。如图11所示的激光器组件结构分解图，在激光器组件的固定支架透光窗口1041正面还具有承靠台（图中未示出），半波片140可以通过胶粘固定在承靠台上，承靠台四周还具有容纳槽，用于容纳第一密封件1051。图9示出了半波片安装在固定支架正面的示意图，其中半波片140安装在固定支架透光窗口1041位置处，并通过四周的点胶槽点胶固定。其中，半波片140的长宽范围分别为25~30mm，21~28mm；固定支架透光窗口的长宽范围分别为20~24mm，18~20mm，比如在一种实施例中，半波片选取30mm*28mm，透光窗口的大小则为24mm*20mm。

半波片140固定到固定支架104上之后，与安装在固定支架上的MCL型激光器组件，连同固定支架104一并安装至光源壳体102的窗口1021的安装位上，如前所述，光源壳体的窗口1021的安装位上还设置有第二容纳槽，用于容纳第二密封件1052，密封玻璃105被激光器组件上的第一密封件1051和第二密封1052夹在中间。基于上述结构，激光器组件的光束从发光芯片发出后，依次经半波片140，密封玻璃105透射后从光源壳体的窗口1021进入光源内腔体。

在上述光源结构中，在蓝色激光器组件和绿色激光器组件的固定支架上均安装有对应颜色的半波片，从而经过对应的半波片后，光束偏振极性发生90度变化。绿色激光入射至第一合光镜时已经为P光，蓝色激光入射至第一合光镜时也已经为P光，从而经过第一合光镜将蓝色激光和绿色激光合束后输出的光束均为P光偏振光，这与红色激光的偏振方向相同，第二合光镜将偏振方向一致的三色光束合光输出，再经过匀化、缩束等处理，进入光机照明光路，经DMD反射进入镜头，由镜头投射到屏幕上成像，由于三色偏振方向一致，投影画面的“色斑”、“色块”等色度不均匀的现象可以消除或大大缓解。

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，此时半波片还可以设置在蓝色激光和绿色激光合束之后且与红色激光合束之前的光路中。具体地，如图28所示，提供了另一种光源光路原理示意图，半波片141可以设置在第一合光镜106和第二合光镜107之间，透射从第一合光镜106出射的蓝色激光和绿色激光的合光光束。基于上述光路原理，绿色激光、蓝色激光分别输出S偏振光，绿色S光入射至第一合光镜106并被反射，蓝色S光入射至第一合光镜106，并被透射，第一合光镜106将均为S光的蓝色激光和绿色激光合束后经过半波片141，半波片141对绿色激光和蓝色激光的偏振方向改变，再入射至第二合光镜107。

具体地，半波片141可以针对其中一种颜色的波长设置，比如针对绿色激光的波长设置，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不是90度，但接近P偏振方向，由于人眼对于蓝色的视觉函数较低，对于蓝色的敏感度较低，在出现偏色时视觉不适感比如对红色和绿色更为明显。或者，半波片141也可以针对蓝色和绿色中心波长的中间数值进行设置，这样对于绿色激光和蓝色激光的偏振方向改变都不是90度，但是均接近90度，虽然蓝色激光和绿色激光均没有从S光偏转为P光，但是也均不是原来的S光偏振态，也可以提高整个系统对红、绿、蓝三基色的光处理过程一致性，可以改善投影画面上局部区域呈现的“色斑”“色块”等色度不均匀的技术问题，其原理不再赘述。

在上述示例中，半波片141可以通过设置在光源壳体底面上的固定基座进行固定。

需要说明的是，在图28所示的设置半波片的方案同样适用于图2，图3，图18或图19所示的光路原理图所提供的光路架构中。其工作原理同上不再赘述。

在光学系统中，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。这里的光学镜片包括整个激光投影设备中的各种光学镜片，比如会聚镜组，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，无论是光学系统的光学镜片，还是投影屏幕，他们对P光和S光的选择性透过较明显。比如在随着投影光束入射角度的不同，投影屏幕对于P光（红光）的透反率要明显大于对于S光（绿光和蓝光光）的透反率，这就造成了投影画面的局部色度不均匀问题，即画面上出现的“色斑”、“色块”现象。

在上述提供的多个实施例中，通过在蓝色激光和绿色激光的出光路径中设置半波片，在分别针对蓝色激光和绿色激光设置对应波长的半波片时，能针对性的蓝色激光和绿色激光的偏振方向都可以发生90度的改变，在本示例中从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镜片中的透过率与为P光的红色激光的透过率相当，光处理过程的一致性接近，以及投影屏幕对三色激光的反射率差异也减小，整个投影系统对三色基色光的光处理过程一致性提高，从根本上能够消除投影画面上局部区域呈现的“色斑”“色块”的偏色现象，提高投影画面显示质量。

以及，当在蓝色激光和绿色激光的合光光路中设置一片半波片，可以对绿色激光或蓝色激光中的一种的偏振方向改变90度，或者对两种颜色的激光的偏振方向都改变不为90度，但均接近为90度。也同样可以减轻与红色激光P光的偏振差异性，基于上述原理，同样也可以提高整个系统对红、绿、蓝三基色的光处理过程一致性，可以改善投影画面上局部区域呈现的“色斑”“色块”等色度不均匀的技术问题。

以及，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，还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。

作为解决上述投影画面上呈现的“色斑”“色块”等色度不均匀的技术问题，本实施例提供了一种激光投影设备，应用如图29所示的光源部。在本示例中，在红色激光光束与蓝色、绿色激光光束合束之前设置有对应红色波长的半波片。比如，半波片151，设置于红色激光器组件110和第二合光镜107之间。

半波片的设置方案可参见上一实施例中对蓝色激光和绿色激光分别设置半波片的方案。

比如，半波片可以设置在光源内腔体中，位于光源壳体内侧与第三合光镜之间的光路径中，通过在光源壳体底面设置镜片底座，对半波片进行固定。

或者，半波片可以设置于光源壳体上为红色激光器组件开设的窗口内侧，比如通过胶粘或者固定支架的方式固定在窗口内侧。

或者，半波片可以设置在红色激光器组件与光源壳体窗口的外侧之间，比如，半波片贴装或者固定在窗口外侧，激光器组件（包括固定支架）再通过固定支架安装在窗口外侧的安装位上。

或者，当窗口玻璃处设置密封玻璃时，半波片可以位于密封玻璃和激光器组件发光面之间。具体地安装方式也同样可以参照图11的介绍，此处不再赘述。

半波片151对应红色激光的波长设置，同理，经过半波片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。

需要说明的是，对上述红色激光设置半波片的方案也同样适用本发明图2，图5H，图18，图19所示的光路原理图中，其原理同上不再赘述。

上述示例中，通过在红色激光输出光路径中设置半波片，将原先为P偏振光的红色激光转换为S偏振光，与蓝色激光和绿色激光的偏振方向一致，这样系统的三色光的偏振方向相同，参照前述实施例原理描述，投影光学系统对同为S偏振光的红色激光和蓝色激光、绿色激光的透过率相比于为不同偏振方向偏振光时的差异缩小，超短焦投影屏幕对同为S偏振光的三色光的反射率也基本一致，从而对各基色的光处理一致性提高，可以消除或改善投影画面呈现的“色斑”“色块”等色度不均匀的现象。

以及，在上述多个实施例中，激光器发光面为矩形，对应地，相位延迟片对应设置在一种颜色或两种颜色的光输出路径中，其形状也为矩形，其中激光矩形发光区域的长边和短边分别与相位延迟片矩形受光区域的长边和短边平行。

由于激光光束含有较高的能量，光学镜片，比如透镜，棱镜在工作过程中会伴随温度变化，光学镜片在制作工艺过程中形成内应力，这种内应力随着温度变化释放，会形成应力双折射，而这种应力双折射会造成对于不同波长的光束具有不同的相位延迟，可视为二次相位延迟。因此在实际光路中，光束的相位改变是基于半波片和光学镜片的应力双折射作用叠加后的效果，而这种光学镜片固有造成的延迟量会根据系统设计而不同。上述本申请中多个实施例的技术方案在应用时，优选地可以对实际系统造成的二次相位延迟进行校正，以接近或达到光束偏振方向改变90度的理论值。

半波片在其平片所在平面内具有光轴，如图23所示，半波片的光轴W与系统光轴O呈空间垂直关系，半波片的光轴平行于半波片的长边或短边。在具体应用上述实施例方案时，如图26所示，将半波片设置为：沿矩形半波片长边或者短边方向，将半波片按照预设角度，比如C度进行旋转，如图中虚线所示。经过上述角度的偏转，半波片的光轴也发生了正负C度左右的偏转，从而对光束相位的改变为180度±2C度左右，再与系统光学镜片的的二次相位延迟相叠加，最终使得光束的偏振方向改变在90度左右，接近理论设计值。在本申请上述多个实施例中，C可取值10。

上述一个或多个实施例中，针对激光投影光源具有不同偏振方向的三基色光，通过在激光投影设备光源中，一种颜色或两种颜色的光输出路径中设置半波片，改变对应透过的一种或两种颜色的光的偏振方向，使与其他颜色的偏振方向一致，激光投影设备输出的三基色光的偏振极性相同，从而该激光投影设备光源发出的激光光束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，光学系统对三色激光的透过率接近，投影屏幕对三色激光的反射率差异也减小，整个投影系统对三色基色光的光处理过程一致性提高，从根本上能够消除投影画面上局部区域呈现的“色斑”“色块”此类色度不均匀的现象，提高投影画面显示质量。

在激光投影设备中，光源是主要的发热源，激光器的高密度能量光束照射到光学镜片表面也会产生热量。DMD芯片为零点几个英寸的面积，但是却需要承受整个投影图像所需的光束能量，其发热量也非常高。一方面，激光器具有设定的工作温度，来形成稳定的光输出，兼顾使用寿命和性能，同时，设备内部包含多个精密光学镜片，尤其是超短焦镜头包含多个镜片，如果整个设备内部温度过高，热量聚集，会造成镜头内镜片发生“温飘”现象，成像质量会严重下降。以及，电路板器件等部件受电信号驱动，也会产生一定的热量，并且各个电子器件也具有设定的工作温度。因此，良好的散热和温度控制对于激光投影设备正常工作是非常重要的保证。

具体地，如图15所示和图16，导热块603与绿色或蓝色激光器组件的热沉接触导热，热管602的外表面与导热块接触实现热传递，热管602与导热块603接触的一端为热端，另一端与散热鳍片接触，为冷端，热管为一个内部具有液体的封闭系统，通过液体气液变化来实现热量的传导。热管冷端接触的散热翅片通常通过风冷降温，使得热管冷端也被降温，气体液化回流至热管热端。

以及，如图14所示，红色激光器组件与冷头610连接，通过液冷方式进行散热。在液冷循环系统中，冷头将热源部件的热量带走回流至冷排，冷排被冷却，冷却后的冷却液，比如，常用的为水，再次流回至冷头，依次循环对热源进行热量的传导。在液冷循环系统中，还包括泵，用于驱动液冷循环系统中的冷却液保持流动，在本示例中，将泵与冷头一体化设置，利于减少部件体积，下文提到的冷头可以是指冷头和泵的一体化结构。以及，在本示例的激光投影设备的液冷循环系统中，还包括补液器，用于对液冷循环系统补液，使得整个液冷循环系统内的液体压力大于系统外界压力，这样外部气体不会因为冷却液的挥发或管道接头密封性不好而进入循环系统内部，造成循环系统内部噪音，甚至产生气蚀现象对器件造成损坏。

液冷循环系统相比于风冷散热系统较为灵活的是，冷头和冷排的体积相对于传统散热翅片的体积较小，在自身形状和结构位置的选择上更为多样。由于冷头和冷排通过管道连通，始终为一个循环系统，因此冷排可以靠近冷头设置，也可以有其他相对位置关系，这由激光投影设备的空间决定。

光机、镜头与另一部分整机壳体围合的空间内还设置有多个电路板500和第二风扇，第二风扇靠近整机壳体设置，第二风扇可以为多个。

在激光投影设备中，光源100为激光光源，所包括的不同颜色的激光器组件具有不同的工作温度要求。其中，红色激光器组件的工作温度小于50℃，蓝色激光器组件和绿色激光器组件的工作温度小于65℃。光机中DMD芯片的工作温度通常控制在70℃左右，镜头部分的温度通常控制在85℃以下。而对于电路板部分，不同的电子器件的温控不同，通常在80℃~120℃之间。可见，由于设备中光学部件和电路部分对于温度的耐受值不同，光学部分的工作温度耐受值普遍低于电路部分，因此气流从光学部分吹向电路部分，可以使两部分都达到散热目的且维持自身的正常工作。

需要说明的是，由于红色激光器组件的工作温度小于50℃，比如当控制为45℃以下时，使用液冷散热方式，冷排的表面温度和冷头的表面温度差控制在1~2℃范围内，即若冷头的表面温度为45℃，则冷排的表面温度为43℃~44℃，其中，冷头的表面温度是指冷头与激光器组件热沉的接触面的温度。具体地，第一风扇将环境温度的风吸进来，环境温度通常在20~25℃，对冷排进行风冷散热，将冷排的表面温度降至43℃。而蓝色激光器组件和绿色激光器组件的工作温度在65℃以下，散热翅片的温度则需要在62℃~63℃，散热翅片的温度与激光器组件热沉的温度差在2~3℃范围内。可见，冷排的温度低于散热翅片的温度，因此，冷排设置于散热路径的前端，在散热路径中也位于散热翅片之前。风扇转动形成的气流对冷排进行散热后再次吹向散热翅片，仍然可以对散热翅片进行散热。

同理，由于镜头的工作温度控制在85℃，散热翅片的温度在63℃，仍然低于镜头的工作温度，因此流经散热翅片后的第二气流相对于镜头而言仍然是冷风气流，可以利用散热。而电路板的工作温度普遍高于镜头的工作控制温度，因此，对镜头进行散热后的气流相对于大部分电路板而言也仍然是冷风气流，仍然可以继续流经多个电路板进行散热。

在本示例中，冷排，散热翅片，镜头，电路板具有逐渐升高的工作温度阈值，上述结构布局方式也利于设计散热路径，散热气流可以从工作温度阈值较低的部件流向工作温度阈值较高的部件，在一个散热路径中可以依次为多个热源部件散热，既能满足多个热源部件的工作散热需求，同时整机散热效率高。

在另一具体实施中，散热翅片为了增强传热系数，可以通过在翅片表面进行结构改进，增大散热面积，或者增大风的流速，以此来增加散热能力。

在上述实施例提供的激光投影设备中，红色激光器组件的发光功率范围可以为24W~56W，蓝色激光器组件的发光功率范围可以为48W~115W，绿色激光器组件的发光功率范围可以为12W~28W。优选地，红色激光器组件的发光功率为48W，蓝色激光器组件的发光功率为82W，绿色激光器组件的发光功率为24W。上述三色的激光器均采用MCL型激光器组件，与BANK型激光器相比，在输出相同的发光功率下，体积大大减小。

通过上述说明，在激光投影设备中，光源100的散热要求最为严格，是整个设备中工作温度控制相对较低的部分。具体地，红色激光器组件的工作温度要低于蓝色激光器组件和绿色激光器组件的工作温度，这是由于红色激光的发光原理决定的。蓝色激光和绿色激光是利用砷化镓发光材料产生的，红色激光是利用氮化镓发光材料产生的。红色激光的发光效率低，且发热量较高。红色激光发光材料对温度的要求也更为严苛。因此，在对由三色激光器组成的光源部件进行散热时，还需要根据不同激光器组件的温度要求设置不同的散热结构，可以保证每种颜色的激光器工作在较佳的状态，提高激光器组件的使用寿命，其发光效率也更加稳定。

风冷散热方式可以将热源热端和冷端的温差控制在3℃左右，而液冷散热的温差控制可以更为精确和范围更小，比如在1~2℃。对于工作温度阈值更低的红色激光器组件采用液冷散热的方式，而对工作温度阈值相对较高的蓝色激光器组件和红色激光器组件采用风冷散热的方式，可以在满足红色激光器工作温度需求下，以较低的散热成本对其进行散热，满足较小的温差控制即可，这样对风扇的转速要求可以降低。但液冷散热方式的部件成本相比于风冷散热更高。

因此，在本示例中的激光投影设备中，对光源散热采用液冷和风冷混合散热的方式，能够满足不同激光器组件工作温度控制的同时，经济合理。

具体地，参见图14，红色激光器组件110背面的金属基板与冷头通过第一导热块613连接，第一导热块613的面积大于冷头导热面的面积，第一导热块的面积也大于红色激光器组件110背面热沉导热面的面积。这样利于将激光器组件热沉的热量快速的集中起来传递给冷头，提高热传导效率。

在图14所示的散热系统结构中，冷头610的出口通过管道连接冷排611的进口，冷排611的出口通过管道连接冷头610的进口。在冷头610和冷排611以及管道构成的液冷循环系统中，还设置有补液器612，如前所述，补液器612用于为系统循环补充冷却液，因此补液器可以设置整个循环系统的多个位置，根据系统结构空间等因素，补液器可以为一个或多个，可以与泵连接在一起，也可以靠近冷排设置。

在本示例中，蓝色激光器组件和绿色激光器组件的工作温度控制相同，共用一个散热翅片结构。具体地，如图15和6C所示，蓝色激光器组件120，绿色激光器组件130背面的热沉通过导热块603与热管602接触，热管602伸入散热翅片601内部。对应不同颜色的激光器组件，比如，对应蓝色激光器组件，为便于区分，导热块603为第二导热块，对应绿色激光器组件，导热块603为第三导热块。第二导热块和第三导热块可以为独立的两个部件，分别为不同的激光器组件进行热传导，也可以为一整个结构，这样便于安装，且两种颜色的激光器组件散热需求相同时，也便于控制温度。

其中，上述热管为多根热管，优选地，对应蓝色和绿色激光器组件的热管数量相同。在本示例中，热管为直型热管，热管为多根，散热翅片内部开设多个通孔，用于插入多根热管。散热翅片601靠近蓝色和绿色激光器组件设置，多根热管可以不进行弯折，直接插入散热翅片中，直型热管利于热管内部气液变化中传输阻力的降低，利于提高热传导效率。

通过上述组合散热结构，对光源部件可以进行散热，从而保证三色激光光源部件的正常工作。光源发出三色激光，提供高质量的照明光束，投射形成亮度高，色彩佳的投影图像。由于三色激光器组件排布在不同的空间位置上，在光源内腔体还需要多个光学镜片来对不同方向的激光光束进行合光，以及匀化等光处理。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种激光投影设备，其特征在于，包括整机壳体、光源，所述光源安装于所述整体壳体一侧；

所述光源包括并列安装的红色激光器组件和绿色激光器组件，以及与所述红色、绿色激光器组件垂直的蓝色激光器组件；

在蓝色激光和绿色激光的交汇处设置有第一合光镜，所述第一合光镜透射所述蓝色激光，反射绿色激光，

以及，合光后的蓝色激光、绿色激光与红色激光交汇处设置有第二合光镜，所述第二合光镜透射红色激光并反射蓝色激光、绿色激光至第三合光镜，

所述第三合光镜反射所述红色激光、蓝色激光、绿色激光至光源光出口，其中，所述第一合光镜、第二合光镜、第三合光镜平行设置。

2.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一合光镜，第二合光镜的光反射率均大于其光透射率。

3.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，所述绿色激光器组件的发光功率均小于所述红色激光器组件、蓝色激光器组件的发光功率。

4.根据权利要求2或3所述的激光投影设备，其特征在于，所述红色激光到达所述第二合光镜的光斑尺寸均大于所述蓝色激光和绿色激光的光斑尺寸。

5.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，在所述第三合光镜至光源光出口处的光路径中还依次设置有匀化元件和会聚镜组。

6.根据权利要求2或3所述的激光投影设备，其特征在于，在所述第一合光镜至所述第二合光镜的光路径中还设置有扩散片，用于扩散透射所述绿色激光和蓝色激光。

7.根据权利要求5所述的激光投影设备，其特征在于，所述匀化元件为具有规律排布微结构的扩散片，或者，所述匀化元件为二维衍射元件。

8.根据权利要求1或5所述的激光投影设备，其特征在于，所述蓝色激光、绿色激光、红色激光光束从所述光源出光口出射后经扩散轮进入收光部件。

9.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，在所述第一合光镜至所述第二合光镜的光路径中还设置有半波片；

所述半波片与绿色激光的波长对应设置，或者，所述半波片与所述绿色激光和蓝色激光之间的波长对应设置。

10.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，所述蓝色激光组件和绿色激光器组件的发光面至所述第一合光镜之间的光路径中还分别设置有半波片，所述半波片分别对应所述蓝色激光波长、绿色激光波长对应设置。

11.根据权利要求1至10所述的激光投影设备，其特征在于，所述蓝色激光和绿色激光的偏振方向相同，所述红色激光与上述两种颜色激光的偏振方向不同。

12.根据权利要求1至10任一所述的激光投影设备，其特征在于，所述红色激光器组件的发光功率为24W~56W，所述蓝色激光器组件的发光功率为48W~115W，所述绿色激光器组件的发光功率为12W~28W。

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