CN101153936B - 一种用于激光显示的光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光显示系统的光源装置，特别是一种能够满足大屏幕激光显示和高功率要求的光源装置，包括RGB三基色激光光源和组束装置，每种基色的激光光源由至少两个激光器组成；本发明的激光显示用光源突破了原有激光显示用RGB三基色激光构成体系框架，采用非相干组束技术，通过增加激光器的数量就可以提高光源的输出功率，而且单个激光器模块可以随意拆卸更换，实现了整个光源装置的模块化设计，提高了光源的可靠性和可维修性，降低了光源系统的成本，能满足超大屏幕激光显示的要求，使其向大屏幕、高亮度方向发展。

Description

一种用于激光显示的光源装置

技术领域

本发明涉及一种用于激光显示系统的光源装置，特别是一种能够满足大屏幕激光显示和高功率要求的光源装置。

背景技术

激光显示是显示技术的跨越式发展，是显示领域的重大发展方向。激光显示具有更大的色域范围，而且激光是线谱，具有高的色饱和度，可显示自然界最真实、最丰富、最鲜艳的色彩，由于激光方向性好，能实现更高的显示分辨率，是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的下一代显示技术。

现有技术中，用于激光显示的红绿蓝(RGB)三基色激光光源均采用单台激光器，如文献：中科院长春光机所刘伟奇等人2004年在《液晶与显示》上发表的“全固态激光彩色视频显示技术”(2004年10月，第19卷，第5期，325-328页)中公开的技术，分别采用RGB三色的单台激光器作为激光显示的光源，利用合成镜组，先将其中的两束合成一束后再与另外一束通过合成镜组进行合束。

现有技术用于激光显示的红绿蓝三基色激光光源均采用单台激光器的不足在于：(1)人们希望激光显示实现大屏幕、高亮度的显示，但是单台激光器的输出功率有限，随着屏幕的增大，显示画面的亮度逐渐降低，很难满足大屏幕激光显示的亮度要求；(2)高功率红绿蓝三基色激光器单独作为光源存在可靠性差的缺点，任何一台激光器出现问题都将导致整个显示系统不能工作，从而限制了激光显示的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有激光显示系统的光源装置的缺陷，从而提供一种高功率、高稳定性、适用于大屏幕激光显示的光源装置。

本发明提供的用于激光显示的光源装置，包括RGB三基色激光光源和组束装置，其特征在于，每种基色的激光光源由至少两个激光器组成。

进一步地，所述组束装置包括多个会聚透镜和多个光纤，每个激光器发出的光束经过各自对应的会聚透镜耦合进入单根或多根光纤，然后将全部光纤的输出端封装成一束光纤束。

进一步地，所述组束装置还包括一套管，用于将全部光纤的输出端封装成一束光纤束；

进一步地，所述组束装置包括多个会聚透镜和多个光纤，RGB三基色中任一基色的激光器发出的光束经过一个会聚透镜耦合进入单根或多根光纤，其余基色激光器发出的光束经过各自对应的会聚透镜耦合进入单根或多根光纤，将全部光纤的输出端封装成一束光纤束。

进一步地，所述光纤的输入端面为平面、半球面或圆锥面。

进一步地，所述组束装置还包括合束会聚透镜，所述光纤束发出的光经第二会聚透镜耦合进入输出光纤。

进一步地，所述每种基色的激光光源分别由各自发出p偏振光和s偏振光的两个激光器组成；所述组束装置包括设置在每种基色的激光器出光口处的第一、第二、第三偏振光束分离器，设置在第二和第三偏振光束分离器的出射光路上的第一合色镜，和设置在第三偏振光束分离器和所述第一合色镜出射光路上的第二合色镜；每种基色的两个激光器发射的光经过偏振光束分离器耦合为一束耦合光，其中任意两种基色的耦合光经过第一合色镜耦合成为混合光，所述混合光经过第二合色镜与另一种基色的耦合光耦合成一束光。

进一步地，在所述激光器和组束装置之间还设置有整形系统和准直系统。

进一步地，所述的整形系统为柱透镜、球透镜或实现整形的光学系统。

进一步地，所述准直系统为球透镜或实现准直的光学系统。

进一步地，所述激光器为半导体激光器或固体激光器。

进一步地，所述激光器为同一类型的激光器或者为不同类型的激光器。

本发明的激光显示用光源突破了原有激光显示用RGB三基色激光构成体系框架，采用非相干组束技术，通过增加激光器的数量就可以提高光源的输出功率，而且单个激光器模块可以随意拆卸更换，实现了整个光源装置的模块化设计，提高了光源的可靠性和可维修性，降低了光源系统的成本，能满足超大屏幕激光显示的要求，使其向大屏幕、高亮度方向发展。

附图说明

图1是RGB三色激光全部采用固体激光器的大功率激光光纤耦合装置

图2是红色激光采用半导体激光器的大功率激光光纤耦合装置

图3采用PBS的大功率激光耦合装置

图4采用PBS的另一种大功率激光耦合装置

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明。

实施例1

如图1所示，用于激光显示的光源装置，光源包括由n个红光固体激光器组成的红光激光光源，图1中用R1-Rn表示，由m个绿光固体激光器组成的绿光激光光源，图1中用G1-Gn表示，和由k个蓝光固体激光器组成蓝光激光光源，图1中用B1-Bn表示，其中n、m、k之间的比例应按照各激光器的输出功率和显示颜色配比要求来设定，这对于本领域技术人员来说是可以胜任的，比如本实施例选择n＝6台波长为671nm、输出功率为5W的红光固体激光器R1-R6；m＝3台波长为532nm、输出功率为1W的绿光固体激光器G1-G3；以及k＝4台波长为473nm、输出功率为1W的蓝光固体激光器B1-B4。

本实施例的会聚装置，包括多个会聚透镜LR1-LRn、LG1-LGm和LB1-LBk，光纤FR1-FRn、FG1-FGm和FB1-FBk，套管4，合束会聚透镜5和单根耦合光纤6；所述激光器位于各自对应的会聚透镜的一侧，所述光纤的输入端设置在对应的会聚透镜另一侧焦点上，套管4将所有光纤的输出端封装到一起，并设置于所述合束会聚透镜5的一侧，所述合束会聚透镜5的另一侧焦点设置单根耦合光纤6。

这些固体激光器同方向并行放置，每个激光器发出的光首先经扩束透镜(图中未示出)整形和准直透镜(图中未示出)准直后，成为平行光，然后分别入射到会聚透镜LR1-LR3、LG1-LG3和LB1-LB4上，在所述会聚透镜另一侧的焦点上设置光纤FR1-FR3、FG1-FG3和FB1-FB4的输入端，所述光纤输入端的端面可以为平面、半球面或圆锥面，把所有光纤的输出端用套管4封装到一起，得到的白色混合激光用作激光显示的光源；也可以将套管4封装的光纤束的输出光束经会聚透镜5聚焦后耦合进入单根耦合光纤6，单根耦合光纤6输出的混合白色光直接用作激光显示的光源。

实施例2

如图2所示，用于激光显示的光源装置，光源包括由n个红光半导体激光器组成的红光激光光源，图2中用R1-Rn表示，由m个绿光固体激光器组成的绿光激光光源，图2中用G1-Gn表示，和由k个蓝光固体激光器组成的蓝光激光光源，图2中用B1-Bn表示，其中n、m、k之间的比例应按照各激光器的输出功率和显示颜色配比要求来设定，这对于本领域技术人员来说是可以胜任的，比如本实施例中，选用n＝112支波长为635nm、输出功率为350mW的红光半导体激光器R1-R112；m＝12台波长为532nm、输出功率为1W的绿光固体激光器G1-G12以及k＝3台波长为457nm、输出功率为3W的蓝光固体激光器B1-B3，所有的激光器都并行放置。

本实施例的会聚装置，包括分别对应所述绿光和蓝光固体激光器的多个会聚透镜LG1-LG12和LB1-LB3，分别对应所述多个会聚透镜的光纤FG1-FG12和FB1-FB3，对应红光半导体激光器R1-R112的单个会聚透镜23，对应于单个会聚透镜23的光纤FR，以及套管4；所述光纤FR、FG1-FG12和FB1-FB3的输入端设置在对应的会聚透镜另一侧焦点上，套管4将所有光纤的输出端封装到一起。

本实施例还包括一整形系统和准直系统。

由于半导体激光器在垂直方向的发散角(约30°-40°)与水平方向的发散角(约6°-10°)差别很大，所以半导体激光器的整形系统和准直系统可以选择两个球透镜或者一个自聚焦透镜，本实施例选用自聚焦透镜2，如图2所示，每个红光半导体激光器发出的光通过各自对应的自聚焦透镜整形和准直后经单个会聚透镜23耦合进入单根或多根光纤FR，从而实现红光的耦合。

蓝光和绿光激光光源的固体激光器发出的光经过扩束透镜和准直透镜(图中未示出)成为平行光，在与所述平行光束垂直的方向上，设置会聚透镜LG1-LG12和LB1-LB3，在所述会聚透镜另一侧的焦点上设置光纤的输入端，所述光纤的输入端面可以为平面、半球面或圆锥面，所述平行光经过会聚透镜在另一侧的焦点聚焦并被耦合进入光纤，将RGB三基色各束输出光纤的输出端用套管4封装到一起，出射的混合白色激光用作激光显示的光源。

实施例3

本实施例提供的大功率激光显示光源中，RGB三色光源分别由两个并行放置的激光器组成，其出射光分别为p偏振光和s偏振光，如图3所示，R1和R2为波长660nm、输出功率为12W的红光半导体激光器，G1和G2为波长532nm、输出功率为3W的绿光固体激光器，B1和B2为波长457nm、输出功率为2W的蓝光固体激光器，其中，R1、G1和B1发射的激光为P偏振光，R2、G2和B2发射的激光为S偏振光。

图3中，合束系统主要包括第一偏振光束分离器11、第二偏振光束分离器12、第三偏振光束分离器13和第一合色镜9、第二合色镜10。

偏振光束分离器(Polarizing Beam Splitter，简称PBS)，由两个直角棱镜结合，在结合面上，利用45度布儒斯特角条件的干涉淀积PBS膜，偏振方向与偏振光束分离器入射面平行的P偏光可以无阻碍的透过PBS膜，而偏振方向与偏振光束分离器入射面垂直的S偏光则被PBS膜反射。

红光激光器R1和R2发射激光的偏振方向如图所示，R1发出的P偏光垂直入射到第一偏振光束分离器11，经透射后不改变方向，R2发出的S偏光经红光反射镜14偏折后垂直进入第一偏振光束分离器11，经反射后，方向改变90度，由此R1和R2发出的红光耦合到一起输出；所述红光反射镜14可以为平面反射镜或全反射棱镜。

绿光激光器G1和G2的出射光方向与所述红光激光器的出射光平行，绿光激光器G1和G2发射激光的偏振方向如图所示，G1发出的P偏光垂直入射到第二偏振光束分离器12，经透射后不改变方向，G2发出的S偏光经绿光反射镜15偏折后垂直进入第二偏振光束分离器12，经反射后，方向改变90度，由此G1和G2发出的绿光耦合到一起输出；所述绿光反射镜15可以为平面反射镜或全反射棱镜。

蓝光激光器B1和B2的出射光方向垂直于所述红光激光器的出射光，蓝光激光器B1和B2发射激光的偏振方向如图所示，B1发出的P偏光垂直入射到第三偏振光束分离器13，经透射后不改变方向，B2发出的S偏光经蓝光反射镜16偏折后垂直进入第三偏振光束分离器13，经反射后，方向改变90度，由此蓝光激光器B1和B2发出的蓝光耦合到一起输出；所述蓝光反射镜16可以为平面反射镜或全反射棱镜。

所述第一合色镜9表面镀有蓝光的透射膜和45度绿光的反射膜，所述耦合后的蓝光和耦合后的绿光分别从第一合色镜的两侧以45度入射到第一合色镜9，得到绿光与蓝光的耦合光束，该耦合光束再经过第二合色镜10与所述耦合后的红光合成一束白光出射，作为激光显示的光源，所述第二合色镜10的表面镀有红光的透射膜和45度蓝绿光的反射膜。

实施例4

如图4所示，本实施例在实施例3的基础上，去掉了反射镜，采用将激光器R2、G2和B2分别与R1、G1和B1垂直设置，从而使得s偏振光直接垂直入射到对应的偏振光分离器中，其他部分与实施例3相同。

Claims (2)

1.一种用于激光显示的光源装置，包括RGB三基色激光光源和组束系统，其特征在于，

所述RGB三基色激光光源中每一基色的激光光源由两个并行放置的激光器组成，所述两个并行放置的激光器的出射光分别为p偏振光和s偏振光；其中，第一红光半导体激光器(R1)和第二红光半导体激光器(R2)的波长为660nm、输出功率为12W；第一绿光固体激光器(G1)和第二绿光固体激光器(G2)的波长为532nm、输出功率为3W；第一蓝光固体激光器(B1)和第二蓝光固体激光器(B2)的波长为457nm、输出功率为2W，其中第一红光半导体激光器(R1)、第一绿光固体激光器(G1)和第一蓝光固体激光器(B1)出射光为p偏振光，第二红光半导体激光器(R2)、第二绿光固体激光器(G2)和第二蓝光固体激光器(B2)出射光为s偏振光；

所述组束系统包括第一偏振光束分离器(11)、第二偏振光束分离器(12)、第三偏振光束分离器(13)和第一合色镜(9)和第二合色镜(10)；其中，在第一红光半导体激光器(R1)发出的P偏光垂直入射到第一偏振光束分离器(11)，经透射后不改变方向，第二红光半导体激光器(R2)发出的S偏光经红光反射镜(14)偏折后垂直进入第一偏振光束分离器(11)，经反射后，偏振方向改变90度，由此第一红光半导体激光器(R1)和第二红光半导体激光器(R2)发出的红光耦合到一起输出；

在第一绿光固体激光器(G1)和第二绿光固体激光器(G2)的出光口处设置第二偏振光束分离器(12)，第一绿光固体激光器(G1)发出的P偏光垂直入射到第二偏振光束分离器(12)，经透射后不改变方向，第二绿光固体激光器(G2)发出的S偏光经绿光反射镜(15)偏折后垂直进入第二偏振光束分离器(12)，经反射后，偏振方向改变90度，由此第一绿光固体激光器(G1)和第二绿光固体激光器(G2)发出的绿光耦合到一起输出；

在第一蓝光固体激光器(B1)和第二蓝光固体激光器(B2)的出光口处设置的第三偏振光束分离器(13)，第一蓝光固体激光器(B1)发出的P偏光垂直入射到第三偏振光束分离器(13)，经透射后不改变方向，第二蓝光固体激光器(B2)发出的S偏光经蓝光反射镜(16)偏折后垂直进入第三偏振光束分离器(13)，经反射后，偏振方向改变90度，由此第一蓝光固体激光器(B1)和第二蓝光固体激光器(B2)发出的蓝光耦合到一起输出。

2.按权利要求1所述的用于激光显示的光源装置，其特征在于，所述红光反射镜(14)、绿光反射镜(15)和蓝光反射镜(16)为平面反射镜或全反射棱镜。

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