CN202837792U - 激光光源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光光源系统，包括激光面阵，激光面阵前方设有与其相配套的微透镜阵列，微透镜阵列前方设有与其相配合的台阶镜。该系统结构简单，可在较小体积下实现高功率的激光输出，输出激光光斑形状易于控制、强度均匀，有利于实现单色激光输出或者多色激光混合输出。

Description

激光光源系统

技术领域

本实用新型涉及一种激光光源系统。

背景技术

照明光源是投影机系统的重要部件之一，传统普遍使用UHP灯泡，金属卤素灯，氙灯等作为光源。这些光源工作在高温高压环境下，寿命短，光转换效率低，发热量大。

采用激光作为投影系统的光源具有以下优势，包括激光的单色性好，通过三基色激光混合可以得到更宽的色域，激光的转换效率高，输出功率大，实现激光显示系统的高亮度。

目前氙灯最大输出功率已可做到6000-7000瓦，可以实现25000到30000流明的光通量输出；而在常见的投影机上，要保证10000流明左右的光通量，其也需要标配2000-3000瓦灯泡才行，而无论是哪一种高端产品，其大功率灯泡的使用费用是非常昂贵的。激光光源采用多台中高功率红、绿、蓝激光器叠加输出高功率，从理论上讲没有极限功率限制，因此激光光源可以实现单台投影机50000流明以上的光通量输出。目前在巴可或科视的3片DLP技术投影机上，使用光功率总计约150瓦的红、绿、蓝激光器就可以实现15000流明光通量输出，如果实现30000流明的光通量输出，只需要增加激光器的数量就可以，即30000或更高流明输出的激光光源寿命与10000流明的一致，并不增加单位成本。同理，50000流明亦不增加单位成本。

从氙灯光源的光谱特性上可以看到，可见光能量大约只能占到氙灯输出总光能量的1/3–1/2，即氙灯光源光能利用效率最高也只有30-50%。

而激光投影机采用的激光器产生光波长线宽小于1nm的高纯度光，作为显示光源，红、绿、蓝三原色激光器发出的光可以100％被投影机利用。而且激光作为高汇聚光的特性，使得无需使用反光碗来收集光束，用光纤将多个激光器发出的光耦合集成效率可以达到95％以上。

激光光源的总体能量利用效率要远远高于任何灯泡光源，从而使得激光光源在相同光亮度输出时，功耗远远低于氙灯灯泡，同时激光器的发热量更加远远小于灯泡光源。

而激光投影机采用的激光器产生光波长线宽小于1nm的高纯度光，作为显示光源，红、绿、蓝三原色激光器发出的光可以100％被投影机利用。而且激光作为高汇聚光的特性，使得无需使用反光碗来收集光束，用光纤将多个激光器发出的光耦合集成效率可以达到95％以上。

激光光源的总体能量利用效率要远远高于任何灯泡光源，从而使得激光光源在相同光亮度输出时，功耗远远低于氙灯灯泡，同时激光器的发热量更加远远小于灯泡光源。

氙灯灯泡内充满超高压氙气，工作在高温、高压、高电流状态下，对运行环境及电源等要求很高。而激光器为晶体、半导体结构，工作在低压、常温、低电流状态下，采用数字电路精确控温，运行在通常环境下，更安全更易用。激光光源不存在炸灯问题，大幅降低高端工程投影应用的风险。

激光光源作为晶体/半导体结构的高指向性冷光源，在色彩纯度、发光效率、光利用率、长寿命、低衰减以及低功耗、低发热、高安全性等各个方面远远优于氙灯光源

激光光源充分利用了激光波长可选择和高光谱亮度的特点，因此显示图像具有更大的色域，其色域覆盖率可达荧光粉的2倍以上，可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上；且激光是线谱，具有很高的色饱和度，彻底突破前3代显示技术色域空间的不足，实现人类有史以来最完美色彩还原，使人们通过显示终端看到我们最真实、最绚丽的世界。

激光光源由于使用纯度非常高的红、绿、蓝三原色光源，能实现远远大于传统NTSC或DCI最小色彩范围的色彩空间，能展现大部分人眼可以识别的色彩。而无论采取哪种白场色度标准，对于红、绿、蓝三原色可以分别精确控制的激光光源很容易实现.而目前大多数投影机使用的氙灯光源就需要通过滤色器来控制，不仅降低了光源的光利用效率，而且对色度不容易做到灵活的调整控制管理。

现有的光源存在的主要缺点如下：

功耗大，效率低：传统投影光源的功率一般在250W左右，效率只有30-50%。而激光器产生光波长线宽小于1nm的高纯度光，作为显示光源，红、绿、蓝三原色激光器发出的光可以100%被投影机利用。而且激光作为高汇聚光的特性，使得无需使用反光碗来收集光束，用光纤将多个激光器发出的光耦合集成效率可以达到95%以上。

发热量大：传统投影机光源的工作原理是依靠电极发射电子，激活灯泡内填充的卤素或高压汞等物质来发光的，所以投影机在工作时灯泡的发热量非常大、温度非常高。激光是属于冷光源，在使用的过程中发热量不大，温度较低。

寿命短：传统投影光源为UHP灯泡，其寿命通常只有2000-3000小时。激光光源的寿命理论上可以长达10万小时，实际使用中激光光源光源寿命也长达2万-3万小时，相当于近10倍的传统光源寿命。

色彩表现不好：传统光源的投影机只能达到70%左右的NTSC色域。而激光光源光源在色域上优势远远超越传统光源。其色域范围可以达到120%的NTSC色域。激光光源由于使用纯度非常高的红、绿、蓝三原色光源，能实现远远大于传统NTSC或DCI最小色彩范围的色彩空间，能展现大部分人眼可以识别的色彩。而无论采取哪种白场色度标准，对于红、绿、蓝三原色可以分别精确控制的激光光源很容易实现.而目前大多数投影机使用的氙灯光源就需要通过滤色器来控制，不仅降低了光源的光利用效率，而且对色度不容易做到灵活的调整控制管理。

对于汽车激光照明，由于激光光源与普通光源发亮的原理不同，激光发亮只是单色光源，光只有一种波长而不是普通光源那样制造涵盖所有波长的彩色光波。这样的特性使得激光照明照度更强，光型也能够精确、迅速并且安全地控制。正是由于激光光源的如此高效，激光照明的能耗功率也会出奇的小，这就意味着更低的电力需求，能够明显改善纯电动车型的能耗水平。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种激光光源系统，该系统结构简单，可在较小体积下实现高功率的激光输出，输出激光光斑形状易于控制、强度均匀，有利于实现单色激光输出或者多色激光混合输出。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种激光光源系统，包括激光面阵，激光面阵前方设有与其相配套的微透镜阵列，微透镜阵列前方设有与其相配合的台阶镜。

所述激光面阵有若干个半导体激光二极管单元排列组成。

所述激光二极管单元为单一波长，最后输出单色激光，或为不同波长的组合，最后输出混合色光。

所述微透镜阵列为设置于透镜阵列支架上的若干球面透镜或柱面透镜。

所述台阶镜由若干个条形平面反射镜依次成台阶状排列设置于台阶镜支架上组成。

所述若干个条形平面反射镜与水平入射光束的夹角全部相同或者不同。

本实用新型通过基于台阶镜的光束整形结构：可以将面阵光束压缩整形为特定尺寸的矩形或者正方形光束，且光束形状尺寸可以通过改变台阶镜的结构方便的改变，并且其横截面积上光强分布均匀。有利于具体激光光源的应用。

通过激光面阵光源实现运用多组小功率的半导体激光二极管组成面阵来实现大功率输出的激光光源。易于后期系统维护，降低了成本。

激光面阵光源的结构可以通过设置不同波长的激光二极管单元来实现在激光的色彩控制，实现混合颜色的激光输出。有利于激光投影显示领域的运用。

本实用新型包括用于产生激光输出的激光器模组（单色激光器或者多色激光器：三色LD组合或者红色LD，蓝色LD加绿色全固态激光器）。激光光束汇聚整形模块：包括微透镜阵列，和台阶式平面镜组。本实用新型结构简单，可在较小体积下实现高功率的激光输出，输出激光光斑形状易于控制、强度均匀，有利于实现单色激光输出或者多色激光混合输出。适合作为激光显示系统光源，汽车照明光源，激光夜视仪等。

本实用新型能够实现较大激光功率输出的激光光源结构，用于激光投影显示或汽车照明系统中，使原始的高斯分布的激光光束变换成矩形且强度分布均匀的照明光源，以满足实际应用的需要。

本实用新型的光源模块结构紧凑，能够有效节约光源的体积，能耗较低，也减小了整个系统的体积和能耗。利用小功率的单元光源来组成大功率的光源模组，易于集成，降低成本，易于后期的更换和维护。输出激光光斑形状可控，强度分布均匀，易于多基色激光色彩合成调制。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型半导体激光二极管单元与微透镜结构示意图；

图3是本实用新型台阶镜结构示意图；

图4是微透镜阵列示意图；

其中1.台阶镜支架，2.平面反射镜，3.聚焦透镜，4.汇聚后光线，5.水平入射光线，6.透镜阵列支架，7.球面微透镜或非球面透镜或柱面透镜，8.半导体激光二极管单元，9.出射光线，10.出射平行光线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1-4所示，激光光源系统，包括激光面阵，激光面阵前方设有与其相配套的微透镜阵列，微透镜阵列前方设有与其相配合的台阶镜。

激光面阵有若干个半导体激光二极管单元8排列组成。构成激光面阵的激光二极管单元8可以有多种封装形式：TO封装c-mount封装等。激光二极管单元8为单一波长，最后输出单色激光，或为不同波长的组合，最后输出混合色光。激光二极管单元8的出射光线9经球面微透镜7后形成出射平行光线10，在照射到台阶镜的平面反射镜2上。

微透镜阵列为设置于透镜阵列支架6上的若干球面微透镜或柱面透镜7。采用条形封装或者c-mount封装。

台阶镜由若干个条形平面反射镜2依次成台阶状排列设置于台阶镜支架1上组成。若干个条形平面反射镜2与水平入射光束5的夹角全部相同或者不同。水平入射光束5经若干个条形平面反射镜2反射后经聚焦透镜3聚焦形成汇聚后光线4出射。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种激光光源系统，其特征是，包括激光面阵，激光面阵前方设有与其相配套的微透镜阵列，微透镜阵列前方设有与其相配合的台阶镜。

2.如权利要求1所述的激光光源系统，其特征是，所述激光面阵有若干个半导体激光二极管单元排列组成。

3.如权利要求2所述的激光光源系统，其特征是，所述激光二极管单元为单一波长，最后输出单色激光，或为不同波长的组合，最后输出混合色光。

4.如权利要求1所述的激光光源系统，其特征是，所述微透镜阵列为设置于透镜阵列支架上的若干球面微透镜或柱面透镜。

5.如权利要求1所述的激光光源系统，其特征是，所述台阶镜由若干个条形平面反射镜依次成台阶状排列设置于台阶镜支架上组成。

6.如权利要求5所述的激光光源系统，其特征是，所述若干个条形平面反射镜与水平入射光束的夹角全部相同或者不同。

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