CN218585165U - 一种混合光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种混合光源装置，包括LED光源和半导体激光器，所述半导体激光器发出的激光光束耦合进光纤，所述光纤的出口端与所述LED光源并排设置以使从所述光纤的出口端射出的激光光束与LED光源发出的光混合出光。本实用新型所述的混合光源装置将半导体激光器发出的激光光束与LED光源发出的光进行混合出光，实现高亮度、高饱和度，色彩鲜艳丰富，拓展色域覆盖范围，并且降低了出光的相干性，有效解决散斑问题，提高投影质量。

Description

一种混合光源装置及投影系统

技术领域

本实用新型涉及投影系统技术领域，尤其涉及一种混合光源装置及投影系统。

背景技术

投影仪在日常生活及工作中的应用越来越广泛，光源是投影显示系统的重要组成部分，其发光效率、发光形态、以及发光源形状、光谱、寿命都直接决定投影显示系统的品质。投影显示系统的光源从传统的金属卤素灯到气体放电灯，再到现在的LED光源以及激光光源(半导体激光LD)，LED光源的发光亮度存在瓶颈，色域覆盖范围窄，投影画面质量欠佳，而激光光源的亮度高，可实现高饱和度，色彩更为鲜艳，扩展了显示的色域覆盖范围，能够最真实地再现客观世界丰富、绚丽的色彩，但激光光源的光束发散小，相干性强，容易出现散斑的问题，散斑的存在会严重降低显示图像的质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种混合光源装置，解决目前技术中采用单一类型的光源，单一类型的光源各自存在其固有缺陷，难以提升投影质量的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种混合光源装置，包括LED光源和半导体激光器，所述半导体激光器发出的激光光束耦合进光纤，所述光纤的出口端与所述LED光源并排设置以使从所述光纤的出口端射出的激光光束与LED光源发出的光混合出光。本实用新型所述的混合光源装置将半导体激光器发出的激光光束通过光纤引导至LED光源处以与LED光源发出的光进行混合出光，光纤是柔性传输器件，能够方便的根据需要进行LED光源、半导体激光器等器件的布局设计，灵活满足各种不同需求，半导体激光器发出的激光光束沿着光纤传播时的抗干扰性强，可实现远距离光线传输，能保证出光的质量，本实用新型将LED光源和半导体激光器进行结合以实现混合出光，既利用半导体激光器实现高亮度、高饱和度，色彩鲜艳丰富，拓展色域覆盖范围，又利用LED光源发出的非相干光与半导体激光器发出的相干光进行混合以降低整体出光的相干性，从而起到消除散斑的作用，提升投影图像质量。

进一步的，所述LED光源设置在基板一上，所述基板一上开设有与LED光源邻靠的开孔，所述光纤的出口端固定在开孔中以与LED光源混合出光。结构简单，基板一既用于LED光源的散热，也作为LED光源以及光纤出口端的承载构件，使得两者保持稳定的位置关系以稳定的进行合光。

进一步的，所述光纤的出口端还设置有用于扩束的扩散元件，半导体激光器发出的激光光束集中，形成的光斑小，LED光源发散角大，光斑尺寸大，两者难以直接均匀混合，容易出现局部亮斑的状况，因此将从光纤出射的激光光束进行扩束处理，从而使得激光光束能与LED光源发出的光更家充分而均匀的进行混合，提高出光均匀性，进而提高投影质量。

进一步的，从所述光纤出口端出射的激光光束由扩散元件扩束至与LED光源的发散角相同，使得激光光束与LED光源发出的光能更加均匀的进行混合，提高出光质量。

进一步的，所述半导体激光器设置有多个，并由合光组件合成为一束后耦合进光纤，功率可扩展性强，能有效增强输出光亮度。

进一步的，所述合光组件包括反射镜以及偏振合束棱镜，所述半导体激光器发出的激光光束由反射镜反射至偏振合束棱镜进行合束，结构简单，易于进行光路布局，占用空间小，有效的实现激光光束合束。

进一步的，所述半导体激光器与合光组件集成在基板二上以构成激光光源模组，LED光源与半导体激光器分别独立设置，两者能相互不干扰的独立工作，并且便于进行结构布局，灵活满足光机的设计需求。

进一步的，所述激光光源模组单独设置有散热器件，能对半导体激光器有效散热，并且散热器件的尺寸较小，可根据具体的光机设计进行灵活调整，使得光机的光路设计也可以更加灵活。

一种投影光源系统，包括上所述混合光源装置。

进一步，包括多种色光光源，至少其中一种色光光源为所述混合光源装置，所述色光光源发出的色光通过合光光路合为白光出射。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的混合光源装置将半导体激光器发出的激光光束与LED光源发出的光进行混合出光，实现高亮度、高饱和度，色彩鲜艳丰富，拓展色域覆盖范围，并且降低了出光的相干性，有效解决散斑问题，提高投影质量。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的混合光源装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的混合光源装置的结构示意图；

图3为投影系统的结构示意图。

图中：

LED光源1、半导体激光器2、光纤3、扩散元件4、基板一5、开孔51、基板二6、合光组件7、微透镜71、反射镜72、偏振合束棱镜73，色光光源81、合光光路82、DMD83、镜头84、棱镜85、复眼透镜86。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开一种混合光源装置，将不同类型的光源进行结合，能够实现高亮度、广色域，并且有效解决散斑问题，有效提升投影画面质量。

实施例一

如图1所示，一种混合光源装置，主要包括LED光源1和半导体激光器2，所述半导体激光器2发出的激光光束耦合进光纤3，所述光纤3的出口端与所述LED光源1并排设置以使从所述光纤3的出口端射出的激光光束与LED光源1发出的光混合出光，光纤3为柔性传输器件，光线沿着光纤传播时的抗干扰性强，可实现远距离光线传输，从而易于进行LED光源1和半导体激光器2的结构布局，LED光源1和半导体激光器2其本身具有一定的体积，直接将两者邻靠并排设置，两者发出的光之间具有较大间距，需要利用反射镜等光学器件进行光路设计才能使得LED光源1和半导体激光器2发出光的进行有效合光，结构复杂、占用体积大，而本实施例中，半导体激光器2发出的激光光束先耦合进光纤3中，光纤3体积小，并且具有柔性，能根据需要进行弯曲、走线，易于进行布局设置，并且由于光纤3尺寸小，其能与LED光源1紧邻设置，从而从光纤3的出口端射出的激光光束与LED光源1发出的光能直接进行混合以出光。

半导体激光器2发出的激光光束的口径小，经过光纤3传播并从光纤3的出口端出射的激光光束依然是口径小的光束，从而会形成高亮的小光斑，而LED光源1发散角大，光斑尺寸大，从光纤3的出口端出射的激光光束与LED光源1发出的光直接混合会出现局部亮斑的状况，从光纤3的出口端出射的激光光束与LED光源1发出的光难以均匀混合，因此，在所述光纤3的出口端还设置有用于扩束的扩散元件4，扩散元件4保持相对于LED光源1固定，可以通过支架或者扩散元件4与LED光源1粘附的方式以使两者相对固定，确保扩束后的激光光束能与LED光源1发出的光稳定混合，所述扩散元件4可以扩散片，也可以是用于扩束的透镜组件，使得从所述光纤3出口端出射的激光光束由扩散元件4扩束至与LED光源1的发散角相同，从而激光光束能与LED光源1发出的光进行充分均匀的混合，提高出光质量，LED光源发出的光为非相干光，从而LED光源发出的非相干光与半导体激光器发出的相干光进行混合后能够降低整体出光的相干性，进而起到消除散斑的作用，提升投影图像质量。

实施例二

如图2所示，所述LED光源1设置在基板一5上，所述基板一5上开设有与LED光源1邻靠的开孔51，所述光纤3的出口端插入固定在开孔51中以与LED光源1混合出光，基板一5作为承载构件，LED光源1和光纤3的出口端都固定在基板一5上，保障两者的相对位置稳定，从而确保混合出光稳定，基板一5优选导热材质，例如铜、铝合金等，LED光源1工作时发热量高，可利用基板一5对LED光源1进行散热，确保LED光源1工作在适宜温度，保障发光稳定性，延长使用寿命。

所述半导体激光器2可直接设置在基板一5，集成度较高，但半导体激光器2也是高发热器件，半导体激光器2与LED光源1集中在一起增大了散热难度，会导致散热器件的结构尺寸较大，热量难以有效散发，容易出现半导体激光器2与LED光源1过热的状况，影响出光质量，影响使用寿命，在本实施例中，半导体激光器2与LED光源1分隔开，两者分别构成不同的模组，将半导体激光器2设置在基板二6上以构成激光光源模组，LED光源1设置在基板一5以构成LED光源模组，半导体激光器2与LED光源1各自工作，互不干扰，提高工作稳定性，激光光源模组单独设置有散热器件，散热器件的尺寸较小，可根据具体的光机设计进行灵活调整，使得光机的光路设计也可以更加灵活。

进一步的，所述半导体激光器2可以设置有多个，通过增加半导体激光器2数量的方式来增大光功率，功率可扩展性强，能有效增强输出光亮度，在所述半导体激光器2与光纤3之间设置有合光组件7，合光组件7设置在基板二6上，利用合光组件7将多个半导体激光器2发出的激光光束合束为一束后再耦合进光纤3中，有效增强从光纤3的出口端出射的激光光束的光亮度，进而提高投影画面亮度。

在本实施例中，所述合光组件主要包括反射镜72以及偏振合束棱镜73，各半导体激光器2发出的激光光束分别由反射镜72反射至偏振合束棱镜73进行合束，每个半导体激光器2与反射镜72之间还分别设置有微透镜71，利用微透镜71对半导体激光器2发出的激光光束进行准直，半导体激光器2本身具有一定的尺寸体积，并且为了散热需求，半导体激光器2之间不能邻靠接触，需要保持一定的间距，从而将多个半导体激光器2并排设置时，其发出的激光光束之间具有较大的间距，如果直接利用偏振合束棱镜73将半导体激光器2发出的光进行合束，则偏振合束棱镜73的尺寸会较大，并且合束效果差，因此本实施例中，利用反射镜72来缩小激光光束之间的间距，通过设置各反射镜72的位置，能使被反射镜72反射而出的各激光光束之间的间距有效缩小，从而能有利于减小偏振合束棱镜73的尺寸，并且提高合束充分性，最后合成一束的激光光束通过光纤耦合器耦合进光纤3中以沿着光纤3传输，最终从光纤3的出口端出射以与LED光源1发出的光进行混合出光。

如图3所示，一种投影系统，包括色光光源81、合光光路82、DMD83、镜头84等组件，所述色光光源81可以设置有多种，分别发出不同的色光，所述色光光源81发出的色光通过合光光路合成为白光的照明光束，然后照明光束穿过棱镜85射向DMD83，由DMD调制反射而出的图像光束由棱镜85引导至镜头84出射以进行投影，具体的，所述色光光源81包括有红色色光光源、蓝色色光光源以及绿色色光光源，其中至少一种色光光源81由前述的混合光源装置构成，例如蓝色色光光源采用混合光源装置，则所述混合光源装置中LED光源1和半导体激光器2两者都发出蓝色的光，从而混合光源装置发出混合的蓝色色光，既包含蓝色激光成分也包含蓝色LED光成分，高亮并且低相干性，所述合光光路82包括分光片等部件，例如具体有反绿透蓝的分光片和反红透蓝绿的分光片，蓝色色光光源与绿色色光光源两者发出的光先通过反绿透蓝的分光片进行合光以得到蓝绿合光，然后红色色光光源发出的红色光与蓝绿合光再射向反红透蓝绿的分光片以进行合光以得到白光，然后白光再通过复眼透镜86处理，提高合光的均匀性和照明亮度，之后合光再由反射镜向DMD反射以调制得到图像光束。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合光源装置，其特征在于，包括LED光源(1)和半导体激光器(2)，所述半导体激光器(2)发出的激光光束耦合进光纤(3)，所述光纤(3)的出口端与所述LED光源(1)并排设置以使从所述光纤(3)的出口端射出的激光光束与LED光源(1)发出的光混合出光。

2.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述LED光源(1)设置在基板一(5)上，所述基板一(5)上开设有与LED光源(1)邻靠的开孔(51)，所述光纤(3)的出口端固定在开孔(51)中以与LED光源(1)混合出光。

3.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述光纤(3)的出口端还设置有用于扩束的扩散元件(4)。

4.根据权利要求3所述的混合光源装置，其特征在于，从所述光纤(3)出口端出射的激光光束由扩散元件(4)扩束至与LED光源(1)的发散角相同。

5.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述半导体激光器(2)设置有多个，并由合光组件(7)合成为一束后耦合进光纤(3)。

6.根据权利要求5所述的混合光源装置，其特征在于，所述合光组件(7)包括反射镜(72)和偏振合束棱镜(73)，所述半导体激光器(2)发出的激光光束由反射镜(72)反射至偏振合束棱镜(73)进行合束。

7.根据权利要求5所述的混合光源装置，其特征在于，所述半导体激光器(2)与合光组件(7)集成在基板二(6)上以构成激光光源模组。

8.根据权利要求7所述的混合光源装置，其特征在于，所述激光光源模组单独设置有散热器件。

9.一种投影系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述混合光源装置。

10.根据权利要求9所述的投影系统，其特征在于，包括多种色光光源(81)，至少其中一种色光光源(81)为所述混合光源装置，所述色光光源(81)发出的色光通过合光光路合为白光出射。

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