CN204302655U - 一种激光光源及投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光光源及投影显示装置。其激光光源包括：N组激光器，N个凸透镜，至少一个反射镜单元，和一个凹透镜；每个凸透镜对应一组激光器，用于会聚对应的一组激光器发出的光束；每个反射镜单元至少对应一个凸透镜，设置于对应的凸透镜的出射光方向，所述凹透镜设置于所述至少一个反射镜单元的出射光方向；每个反射镜单元对应的各个凸透镜出射的光束经过该反射镜单元后到达所述凹透镜。本实用新型实施例提供的结构，减少了各个光学器件之间的距离，从而有效减少了激光光源的体积，解决了目前激光光源及使用该激光光源的产品(例如投影机)体积偏大的问题，进而降低了生产成本。

Description

一种激光光源及投影显示装置

本申请要求在2014年9月11日提交中国专利局、申请号为201420522477.1、实用新型名称为“一种激光光源及投影显示装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本实用新型涉及激光光源技术领域，尤其涉及一种激光光源及投影显示装置。

背景技术

近年来，越来越多的投影显示产品(以下简称投影机)开始使用激光光源。激光光源的工作原理是使用激光器激发荧光粉。通常是用小功率的激光器组成激光阵列，使激光光功率达到几十瓦或者更高功率后，通过光束整形装置合成一束光，利用这束激光激发荧光粉产生需要的其他颜色的光，形成投影机输出所需要的三基色光。

下面以图1所示的简单模型为例，介绍现有的激光光源。

图1所示的激光光源包括相互垂直的激光阵列11和激光阵列12，位于这两个激光阵列前，且与这两个激光阵列均呈45°的反射镜单元13，位于反射镜单元13前方的凸透镜14，以及位于凸透镜14前方的凹透镜15。

反射镜单元13、凸透镜14和凹透镜15构成光束整形装置(又称合光镜)，用于对激光阵列11和激光阵列12发出的光束进行整形(例如改变光束传输方向、合光、会聚等等光路转换)。

其中，激光阵列垂直，是指激光阵列发出的光束垂直。

其中，反射镜单元13由一组置于同一平面的反射镜及其固定部组成，如图2所示。这组反射镜中各反射镜间保留预定间隔，每一反射镜用于反射激光阵列11的部分光束，反射镜之间的间隔用于透过激光阵列12的光束。反射镜单元13将这两个激光阵列输出的光束整形后输出方向一致的合成光束。由凸透镜14和凹透镜15组合而成的望远镜，将反射镜单元13合成的光束进行一系列的光路转换。图1所示的激光光源对应的光路图如图3所示。

由于凸透镜14和凹透镜15之间有一定的距离，这个距离保证了光路正常的传输和转换。如果距离过短，从合光镜出来的光线无法起到会聚作用。出于机械结构的设计需要，反射镜单元13和凸透镜单元14之间，以及反射镜13和激光阵列之间也有一定的距离，用于满足反射镜单元必须完全接受所有激光器发出的光束。这些距离限定激光光源的结构，造成激光光源尺寸较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种激光光源及投影显示装置，以解决激光光源结构体积大的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种激光光源，包括：

N组激光器，N个凸透镜，至少一个反射镜单元，和一个凹透镜；

每个凸透镜对应一组激光器，用于会聚对应的一组激光器发出的光束；每个反射镜单元至少对应一个凸透镜，设置于对应的凸透镜的出射光方向，所述凹透镜设置于所述至少一个反射镜单元的出射光方向；每个反射镜单元对应的各个凸透镜出射的光束经过该反射镜单元后到达所述凹透镜。

较佳地，一个反射镜单元对应两个凸透镜，用于反射其中一个凸透镜出射的光束，并使另外一个凸透镜出射的光束透过所述反射镜单元。

较佳地，对于光束整形装置中的部分或全部反射镜单元，其中的每个反射镜单元包括至少一组反射镜；反射镜单元对应的一个凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中的各个反射镜位于同一平面，且有间隔，所述间隔宽度保证与所述反射镜单元对应的所述另一个凸透镜出射的光束透过。

较佳地，反射镜单元对应的一个凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中各个反射镜的尺寸根据其需要反射的光束的尺寸确定；

且所述反射镜单元对应的凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中各个反射镜的间隔宽度根据需要从间隔透过的光束的尺寸确定。

较佳地，对于激光光源的部分或全部反射镜单元，其中的每个反射镜单元为具有波长选择功能的反射镜。

较佳地，对于激光光源的部分或全部反射镜单元，其中的每个反射镜单元为偏振片，所述偏振片对应的两个凸透镜出射的光束极性正交。

较佳地，每个反射镜单元分别对应一个凸透镜，用于将对应的凸透镜出射的光束反射至所述凹透镜。

本实用新型实施例还提供一种投影显示装置，包括上述任一实施例的激光光源。

本实用新型实施例技术方案，由于装置结构的改变，使得光束传输的路径发生改变。一方面由于激光器发出的光束先经过凸透镜进行会聚再经过反射镜单元，这样反射镜单元中反射镜接收到的光束面积减小，可以以相对较小的尺寸反射或透过全部光束。另一方面，现有技术中，激光器发出的光束首先由反射镜单元进行整形，然后经凸透镜会聚后进入凹透镜，而本实用新型实施例提供的技术方案，将凸透镜设置于反射镜单元之前，激光器发出的光束首先经过凸透镜会聚，在光束会聚的过程中，由反射镜单元对光束进行整形再投射到凹透镜，反射镜单元对光束进行整形的光路与凸透镜对光束进行会聚的部分光路重叠，从而光束要达到同样的整形目的，在整个激光光源中经过的光路或者说光学距离较之现有技术缩短。由于光束的传播路径与光学器件之间的相对位置紧密相关，实际上，光学器件之间的位置布置决定了光束的传输路径，光束在本实用新型实施例提供的激光光源中的光路较之现有技术缩短，也就是本实用新型实施例提供的激光光源中的各个光学器件之间的光学距离或者物理距离也是缩短的，那么激光器和各个光学器件之间的位置排布较之现有技术就更为紧凑。综上，本实用新型技术方案提供的激光光源的光束整形方案，使各个光学器件的分布更为紧凑，同时减少了反射镜单元的体积，从而有效减小了激光光源的体积，解决了目前激光光源及使用该激光光源的产品(例如投影机)体积偏大的问题。

附图说明

图1为现有的激光光源结构示意图；

图2为现有的一组反射镜结构示意图；

图3为现有的激光光源的光路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激光光源的光路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第一种激光光源结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第二种激光光源结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的第三种激光光源结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想是，将凸透镜设置在激光器与凸透镜之间，使得激光器发出的光束首先经过凸透镜整形，调整各组激光器发出的光束横向和/或纵向的尺寸，然后再由反射镜单元进行二次整形。

本实用新型实施例提供的激光光源包括：N组激光器，N个凸透镜，至少一个反射镜单元，和一个凹透镜；每个凸透镜对应一组激光器，用于会聚对应的一组激光器发出的光束；每个反射镜单元至少对应一个凸透镜，设置于对应的凸透镜的出射光方向，凹透镜设置于所述至少一个反射镜单元的出射光方向；每个反射镜单元对应的各个凸透镜出射的光束经过该反射镜单元后到达凹透镜。

本实用新型实施例中，一组激光器是多个单独的激光器组成的激光阵列(又称激光阵列模组)。

下面通过与现有技术比较，分析本实用新型实施例提供的技术方案存在的有益效果：

图1所示反映了现有激光光源结构特点，即反射镜单元位于激光阵列与凸透镜之间，其光路图如图3所示，使得激光阵列发出的光束首先经过反射镜整形，投射到凸透镜上，光束经凸透镜后再经过凹透镜。为了使凹透镜出射的光束近似平行光，凸透镜与凹透镜之间的距离需要保证凸透镜的焦点与凹透镜的焦点(该凹透镜的焦点位于凹透镜与凸透镜相背的一侧)重合(如图3所示)，或者凹透镜的焦点较之凸透镜的焦点稍稍靠后(靠后，是指凹透镜的焦点较之凸透镜的焦点更靠近凹透镜)，这样的结构使得光学元件之间的距离较大，在结构设计上必须考虑并预留特定的距离以保证光学效果，从而使得结构体积较大，对激光光源的结构设计也形成了限定。本实用新型实施例技术方案，由于装置结构的改变，使得光束传输的路径发生改变。一方面由于激光器发出的光束先经过凸透镜进行会聚再经过反射镜单元，这样反射镜单元中反射镜接收到的光束面积减小，可以以相对较小的尺寸反射或透过全部光束。另一方面，本实用新型实施例提供的技术方案，将凸透镜设置于反射镜单元之前，激光器发出的光束首先经过凸透镜会聚，在光束会聚的过程中，由反射镜单元对光束进行整形再投射到凹透镜，反射镜单元对光束进行整形的光路与凸透镜对光束进行会聚的部分光路重叠，从而光束要达到同样的整形目的，在整个激光光源中经过的光路或者说光学距离较之现有技术缩短。由于光束的传播路径与光学器件之间的相对位置紧密相关，实际上，光学器件之间的位置布置决定了光束的传输路径，光束在本实用新型实施例提供的激光光源中的光路较之现有技术缩短，也就是本实用新型实施例提供的激光光源中的各个光学器件之间的光学距离或者物理距离也是缩短的，那么激光器和各个光学器件之间的位置排布较之现有技术就更为紧凑。综上，本实用新型技术方案提供的激光光源的光束整形方案，使各个光学器件的分布更为紧凑，同时减少了反射镜单元的体积，从而有效减小了激光光源的体积，解决了目前激光光源及使用该激光光源的产品(例如投影机)体积偏大的问题。

本实用新型实施例中，反射镜单元与凹透镜之间的距离可以按照如下原则确定：凹透镜的焦点(该凹透镜的焦点位于凹透镜与凸透镜相背的一侧)与在没有凹透镜的情况下经过反射镜单元的光束会聚点重合，或者凹透镜的焦点(该凹透镜的焦点位于凹透镜与凸透镜相背的一侧)较之该汇聚点稍稍靠后，以便经过凹透镜的光束近似平行光；凸透镜与对应的激光阵列之间的距离，在满足机械设计要求的前提下，尽可能压缩；凸透镜与反射镜单元之间的距离，在满足机械设计要求的前提下，尽可能压缩。

下面将结合附图，对本实用新型实施例提供的技术方案进行详细说明。

本实用新型实施例中，一个反射镜单元可以对应两个凸透镜，也可以对应一个凸透镜。

如果一个反射镜单元对应两个凸透镜，那么，该反射镜单元反射其中一个凸透镜出射的光束，并使另一个凸透镜出射的光束透过该反射镜单元。

一个反射镜单元对应两个凸透镜的具体实现结构也有多种，下面例举其中几种。

一个反射镜单元对应两个凸透镜的实现结构一：该反射镜单元包括至少一组反射镜；该反射镜单元对应的一个凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中的各个反射镜位于同一平面，且有间隔，与该反射镜单元对应的一个凸透镜出射的光束被该反射镜单元反射，另一个凸透镜出射的光束从这组反射镜中各个反射镜的间隔透过。

下面以图5所示的激光光源的简单模型为例，对该第一种实现结构进行说明。图5中，激光光源包括相互垂直的两个激光阵列(激光阵列51和激光阵列52)和光束整形装置。激光阵列51和激光阵列52分别包括四个激光器；光束整形装置包括两个凸透镜、一个反射镜单元和一个凹透镜。其中，凸透镜53对应激光阵列51，位于激光阵列51和反射镜单元55之间，凸透镜54对应激光阵列52，位于激光阵列52和反射镜单元55之间。反射镜单元55对应凸透镜53和凸透镜54，与凸透镜53和凸透镜54均呈45°，由一组置于同一平面的反射镜及其固定部组成。反射镜单元55的各个反射镜分别用于反射激光阵列51中的一个激光器发出并经凸透镜53会聚的光束，激光阵列52中的各个激光器发出的光束经凸透镜54会聚后从反射镜单元55中各个反射镜的间隔透过。经过反射镜单元55之后，各个光束的整体宽度减小(形成合成光束)，且全部到达凹透镜56。合成光束再经过凹透镜56进行光路调整。其光路图如图4所示。

其中，反射镜单元的具体实现结构可以参照图2，区别在于，每个反射镜的宽度和/或长度根据所需反射的光束尺寸确定，反射镜的间隔宽度根据所需透过的光束尺寸确定。当然，反射镜单元的各个反射镜不一定处于同一平面，但要保证平行。另外，反射镜单元中的各个反射镜可以呈图2所示的条状结构，也可以与固定部一起呈窗格或网格状。

应当指出的是，图5仅是对一个反射镜单元对应两个凸透镜的第一种实现结构的举例说明。如果两组激光器不垂直，那么，这两组激光器对应的凸透镜也不垂直，相应的，反射镜单元设置的位置及角度需要保证其中一个凸透镜出射的光束被反射，另一个凸透镜出射的光束透过，这两个凸透镜出射的光束经过反射镜后到达凹透镜。反射镜单元设置的具体位置和角度根据激光器的大小、凸透镜的焦点位置和设置位置，结合现有的光学原理确定，在本实用新型实施例给出上述条件的前提下，本领域技术人员在不付出创造性劳动的基础上即可确定，此处不再详细描述。反射镜单元对应的两个凸透镜对应的激光阵列不一定仅包括一排激光器，还可以是多个激光器组成的二维阵列，反射镜单元中的每个反射镜反射其中一组激光器中的一行或者一列发出、并经凸透镜会聚的光束，反射镜的一个间隔透过另一种激光器中的一行或者一列发出、并经凸透镜会聚的光束。一组激光器不一定对应一个凸透镜，也可以对应两个或两个以上凸透镜，只要保证经过这些凸透镜并经过反射镜单最后从凹透镜出射的光束平行或近似平行。其中，一组激光器对应的所有凸透镜的焦点在同一轴线上。

图5所示的激光光源中，反射镜单元仅包括一组反射镜。对于上述第一种实现结构，如果反射镜单元包括两组或者两组以上反射镜，其入射光为其他组反射镜的出射光的那组反射镜的位置、尺寸等等可以有多种实现方式，需要根据具体的光路要求、机械设计要求确定，本实用新型对此不作限定，只要能够将经过反射镜单元的光束进行合光即可。以图6所示的激光光源为例，反射镜单元包括两组反射镜(65a和65b)，用于反射激光阵列61发出并经凸透镜63会聚的光束，并透过激光阵列62发出并经凸透镜64会聚的光束。图6中，凹透镜66用于对入射的光束进行光路转换。

一个反射镜单元对应两组激光器的实现结构二：该反射镜单元为具有波长选择功能的反射镜。

下面以图7所示的激光光源的简单模型为例，对该第二种实现结构进行说明。图7中，激光光源包括相互垂直的两个激光阵列(激光阵列71和激光阵列72)和光束整形装置。激光阵列71和激光阵列72分别包括四个激光器，激光阵列71的各个激光器发出波长为a的光束，激光阵列72的各个激光器发出波长为b的光束；光束整形装置包括两个凸透镜、一个反射镜单元和一个凹透镜。其中，凸透镜73对应激光阵列71，位于激光阵列71和反射镜单元75之间，凸透镜74对应激光阵列72，位于激光阵列72和反射镜单元75之间。反射镜单元75对应凸透镜73和凸透镜74，与凸透镜73和凸透镜74均呈45°，由一个具备波长选择功能的反射镜组成。反射镜单元75反射激光阵列71发出并经凸透镜73会聚的波长为a的光束，激光阵列72中的各个激光器发出并经凸透镜74会聚的波长为b的光束从反射镜单元75透过。经过反射镜单元75之后，各个光束的整体宽度减小(形成合成光束)，且全部到达凹透镜76。合成光束再经过凹透镜76进行光路调整。

应当指出的是，基于上述第二种实现结构，反射镜单元也可以包括两个或两个以上的具有波长选择功能的反射镜。各个反射镜的位置和尺寸有多种实现方式，需要根据具体的光路要求、机械设计要求确定，本实用新型对此不作限定，只要能够将经过反射镜单元的光束进行合光即可。例如，可以参照图6的反射镜单元，区别在于将每组反射镜替换为具备波长选择功能的反射镜。

应当指出的是，图7仅是对一个反射镜单元对应两个凸透镜的第二种实现结构的举例说明。如果两组激光器不垂直，那么，这两组激光器对应的凸透镜也不垂直，相应的，反射镜单元设置的位置及角度需要保证其中一个凸透镜出射的光束被反射，另一个凸透镜出射的光束透过，这两个凸透镜出射的光束经过反射镜后到达凹透镜。反射镜单元设置的具体位置和角度根据激光器的大小、凸透镜的焦点位置和设置位置，结合现有的光学原理确定，在本实用新型实施例给出上述条件的前提下，本领域技术人员在不付出创造性劳动的基础上即可确定，此处不再详细描述。反射镜单元对应的两个凸透镜对应的激光阵列不一定仅包括一排激光器，还可以是多个激光器组成的二维阵列。一组激光器不一定对应一个凸透镜，也可以对应两个或两个以上凸透镜，只要保证经过这些凸透镜并经过反射镜单元最后从凹透镜出射的光束平行或近似平行。其中，一组激光器对应的所有凸透镜的焦点在同一轴线上。

一个反射镜单元对应两组激光器的实现结构三：该反射镜单元为偏振片。

如果图7中的激光阵列71和激光阵列72发出的光束极性正交，反射镜单元75为偏振片，则示出了该第三种实现结构。

应当指出的是，基于上述第三种实现结构，反射镜单元也可以包括两个或两个以上的偏振片。各个偏振片的位置和尺寸有多种实现方式，需要根据具体的光路要求、机械设计要求确定，本实用新型对此不作限定，只要能够将经过反射镜单元的光束进行合光即可。例如，可以参照图6的反射镜单元，区别在于将每组反射镜替换为偏振片。

如果一个反射镜单元对应一个凸透镜，则该反射镜单元用于将对应的凸透镜出射的光束反射至凹透镜。该反射镜单元的具体实现结构可以参照上述任意实施例的描述。

基于上述任意实施例，一组反射镜单元可以包括两组(个)或者两组(个)以上的反射镜，通过多组反射镜的配合，调整合光光束的尺寸和/或传输方向。每组反射镜可以采用上述任意实施例提供的实现结构。即，反射镜单元如果包括两组或者两组以上的反射镜，各组反射镜的实现结构可以不同，只要能够将经过反射镜单元的光束进行合光即可。以一组反射镜单元包括两组(个)反射镜为例，具体的：其中一组反射镜参照上述实现结构一中的描述，另一个反射镜为具备波长选择功能的反射镜；或者，其中一组反射镜参照上述实现结构一中的描述，另一个反射镜为偏振片；或者，其中一个反射镜为具备波长选择功能的反射镜，另一个反射镜为偏振片。

本实用新型实施例提供的激光光源的结构示意图可以参照图5～7。实际的激光光源产品，激光器、凸透镜、反射镜单元、凹透镜由固定部固定。例如，这些器件通过固定部固定在金属板上。由于光学器件之间的距离缩短，因此，固定这些器件的载体(例如金属板)的尺寸也减小。

本实用新型实施例还提供一种投影显示装置，包括上述的激光光源。本实用新型实施例中，投影显示装置又称投影机。

应当指出的是，投影机不仅包括上述激光光源，还包括机箱、散热装置、微处理器等等其他器件。激光光源的尺寸缩小后，可以利用节省下来的空间对投影机的结构进行优化，例如，可以利用节省下来的空间规划结构更合理的散热装置，以避免激光光源等发热器件过热。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，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实用新型范围的所有变更和修改。

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

Claims (8)

1.一种激光光源，其特征在于，包括：

N组激光器，N个凸透镜，至少一个反射镜单元，和一个凹透镜；

每个凸透镜对应一组激光器，用于会聚对应的一组激光器发出的光束；每个反射镜单元至少对应一个凸透镜，设置于对应的凸透镜的出射光方向，所述凹透镜设置于所述至少一个反射镜单元的出射光方向；每个反射镜单元对应的各个凸透镜出射的光束经过该反射镜单元后到达所述凹透镜。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，一个反射镜单元对应两个凸透镜，用于反射其中一个凸透镜出射的光束，并使另外一个凸透镜出射的光束透过所述反射镜单元。

3.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，至少一个反射镜单元包括至少一组反射镜；所述反射镜单元对应的一个凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中的各个反射镜位于同一平面，且有间隔，所述间隔宽度保证与所述反射镜单元对应的所述另一个凸透镜出射的光束透过。

4.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，所述反射镜单元对应的一个凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中各个反射镜的尺寸根据其需要反射的光束的尺寸确定；

且所述反射镜单元对应的凸透镜出射的光束为其入射光的那组反射镜中各个反射镜的间隔宽度根据需要从间隔透过的光束的尺寸确定。

5.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，至少一个反射镜单元为具有波长选择功能的反射镜。

6.根据权利要求2所述的激光光源，其特征在于，至少一个反射镜单元为偏振片，所述偏振片对应的两个凸透镜出射的光束极性正交。

7.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，每个反射镜单元分别对应一个凸透镜，用于将对应的凸透镜出射的光束反射至所述凹透镜。

8.一种投影显示装置，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的激光光源。