專(zhuān)利名稱(chēng):激光模組和發(fā)光光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及激光模組和發(fā)光光源。
背景技術(shù):
目前,基于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的投影顯示技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。該技術(shù)方案由于其高亮度、長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為代表了投影顯示技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。美國(guó)專(zhuān)利7547114首次公開(kāi)了該技術(shù)方案的整體光學(xué)架構(gòu)。在該技術(shù)方案中,一個(gè)激發(fā)光源被用來(lái)激發(fā)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)的熒光粉色輪,該熒光粉色輪上涂覆有紅、綠、藍(lán)三種顏色的熒光粉;隨著該色輪的旋轉(zhuǎn),不同顏色的熒光粉依次被激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光所激發(fā),并受激發(fā)射出不同顏色受激光。該紅、綠、藍(lán)基色光序列經(jīng)過(guò)一個(gè)光閥的調(diào)制后再經(jīng)過(guò)投影鏡頭的投影可以在屏幕上得到各基色光的圖像,并經(jīng)過(guò)人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)在時(shí)域混合在一起而形成彩色圖像。應(yīng)用該技術(shù)方案制造的投影光源的效率取決于熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率。為了提高熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率,人們做了大量的實(shí)驗(yàn)和嘗試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光在熒光粉色輪表面形成的激發(fā)光斑的功率密度越低,則熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率越高。常用的激發(fā)光源的結(jié)構(gòu)如圖1a所示。其中采用激光二極管作為發(fā)光源;由于單顆激光二極管的光功率往往不足以滿(mǎn)足使用要求,所以需要使用一個(gè)激光二極管陣列101作為發(fā)光源,該激光二極管陣列包括多顆激光二極管101a。為了提高后續(xù)光路的光學(xué)性能,每一顆激光二極管需要一個(gè)準(zhǔn)直透鏡102a用來(lái)準(zhǔn)直其發(fā)出的光線(xiàn)。準(zhǔn)直后的激發(fā)光經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡105后聚焦于目標(biāo)面107上形成一個(gè)光斑108 ;由于激光二極管的光束很集中,所不該光斑108的直徑可以很小。在這個(gè)光斑108內(nèi),由于集中了所有的激光二極管發(fā)射的光能量,所以能量密度很高。為了降低激發(fā)光的能量密度,可以使用散光片109使每一顆激光二極管的發(fā)光都擴(kuò)散為一個(gè)圓形光斑118,如圖1b所示。使用散光片109散光后得到的圓形光斑并不是均勻的,而是一個(gè)近似于高斯分布,如圖1c所示。顯而易見(jiàn)的,多個(gè)高斯分布的光斑的疊加仍然是高斯分布,且分布寬度不變??紤]到投影顯示中的所需要的光斑形狀是長(zhǎng)方形的,圓形的高斯光斑的形狀不能很好匹配,同時(shí)由于高斯光斑本身的均勻性很差,因此光斑108的能量密度仍然有很大的下降空間。因此需要一種激光模組,可以提供形狀更接近于所需要的形狀,同時(shí)均勻性更好的光斑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的主要技術(shù)問(wèn)題是激光光源的光斑的能量密度過(guò)高的問(wèn)題。本發(fā)明提出一種激光模組,包括:至少兩個(gè)光源組,每個(gè)光源組至少包括一顆激光二極管;用于分別收集至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光的至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng);
位于至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)的光路后端的目標(biāo)面,至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)將至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光在該目標(biāo)面上分別會(huì)聚為至少兩個(gè)光斑;該至少兩個(gè)光斑部分交疊,并共同形成一個(gè)與一特定形狀更接近的總光斑。本發(fā)明還提出一種發(fā)光光源,包括:激發(fā)源,包括上述的激光模組,該激發(fā)源用于發(fā)射激發(fā)光;放置于該激發(fā)源的激光模組的目標(biāo)面并覆蓋該激光模組的總光斑的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層,用于吸收激發(fā)光并發(fā)射受激光。在本發(fā)明的激光模組和發(fā)光光源中,將激光二極管至少分為兩個(gè)組,再將每一組所形成的光斑進(jìn)行拼接,實(shí)現(xiàn)形狀更接近于所需要的形狀同時(shí)均勻性更好的光斑。
圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中的激光模組的結(jié)構(gòu)示意圖;圖1b和Ic是現(xiàn)有技術(shù)中激光模組所產(chǎn)生的光斑的形狀和光分布;圖2a和2b是本發(fā)明第一實(shí)施例及其變形的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3a至3d是本發(fā)明的激光模組的激發(fā)光斑形狀和光分布的示意圖;圖4a和4b是本發(fā)明第二實(shí)施例及其變形的結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的思路在于,將激光二極管陣列分為至少兩組,并使每一組都形成一個(gè)獨(dú)立的光斑,再將這些光斑在目標(biāo)面上部分交疊的組合在一起,進(jìn)而形成一個(gè)與特定形狀更接近的總光斑,同時(shí)組合的過(guò)程還可以兼顧光斑的均勻性。本發(fā)明的第一實(shí)施例的激光模組的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2a所示。在本實(shí)施例中,激光模組200包括兩個(gè)光源組,第一光源組201和第二光源組221 ;如圖所示,每個(gè)光源組各包括兩顆激光二極管,例如第一光源組201中包括激光二極管201a。為了提高后續(xù)光路的性能,每個(gè)激光二極管分別對(duì)應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)直透鏡,例如激光二極管201a對(duì)應(yīng)準(zhǔn)直透鏡202a。第一光源組201發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后形成近平行光入射于第一會(huì)聚透鏡205,再經(jīng)過(guò)透鏡245使光束聚焦于目標(biāo)面207上并形成第一光斑208 ;相類(lèi)似的,第二光源組221發(fā)出的光依次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡、第二會(huì)聚透鏡225和透鏡245在目標(biāo)面207上形成第二光斑228。在本實(shí)施例中,準(zhǔn)直透鏡、第一會(huì)聚透鏡和透鏡245共同構(gòu)成了第一光源組201的第一會(huì)聚系統(tǒng),準(zhǔn)直透鏡、第二會(huì)聚透鏡和透鏡245共同構(gòu)成了第二光源組221的第二會(huì)聚系統(tǒng),總的來(lái)說(shuō),第一會(huì)聚系統(tǒng)和第二會(huì)聚系統(tǒng)用于分別收集第一光源組201和第二光源組221發(fā)出的光并將其分別會(huì)聚于位于這兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)的光路后端的目標(biāo)面207上。可以理解的是,本發(fā)明中實(shí)施例所列舉的會(huì)聚系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)只是舉例,并不限制其它可能的會(huì)聚系統(tǒng)的設(shè)計(jì);這是因?yàn)檫@樣的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于公知技術(shù),只要能夠?qū)崿F(xiàn)上述的會(huì)聚系統(tǒng)的功能的設(shè)計(jì),就應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。優(yōu)選的,本實(shí)施例的激光模組200還包括位于第一會(huì)聚透鏡205的光路前的第一散光片209和位于第二會(huì)聚透鏡225的光路前的第二散光片229,第一散光片209和第二散光片229分別用于對(duì)第一光斑208和第二光斑228進(jìn)行擴(kuò)散以降低二者的能量密度。在本實(shí)施例中,作為優(yōu)選的實(shí)施例,散光片放置于會(huì)聚系統(tǒng)中近平行光束的光路上;實(shí)際上,散光片也可以放置于會(huì)聚透鏡和透鏡245的光路之間,甚至放置于透鏡245與目標(biāo)面的光路之間。在本實(shí)施例中,第一散光片209和第二散光片229可以是一片散光片的不同部分。在本實(shí)施例中,第一光斑208和第二光斑228部分交疊,并共同形成一個(gè)與一特定形狀更接近的總光斑218,如圖3a所示。在本實(shí)施例中,特定形狀為長(zhǎng)寬比是4: 3的長(zhǎng)方形,如圖3c中的218A。在圖3a中,第一光斑208和第二光斑228均為圓斑,兩者存在一定交疊,共同形成總光斑218。圖3a中的光斑沿中軸線(xiàn)a的剖面的能量分布如圖3d所示。其中,第一光斑208和第二光斑228分別為高斯分布,兩者能量相疊加后形成的總光斑218??梢钥闯?,總光斑218在頂部有一個(gè)相對(duì)較平坦的區(qū)域,這是由第一光斑208和第二光斑228的交疊部分相互補(bǔ)充共同形成的,其最大的光斑能量密度為1.06左右;而如果使用現(xiàn)有的如圖1a所示的激光模組的結(jié)構(gòu),所有的激光二極管的能量均重合于一個(gè)光斑,可以理解,其光斑的最大能量密度為2。另一方面,比較圖3b和圖3c可知,相對(duì)于現(xiàn)有的激光模組,本發(fā)明的激光模組形成的總光斑形狀更接近于長(zhǎng)方形218A。圖3b是如圖1a所示的現(xiàn)有激光模組的重合的光斑108的示意圖,可見(jiàn)它無(wú)法充滿(mǎn)長(zhǎng)方形218A,而圖3c所示的是本發(fā)明中的總光斑218的示意圖,可見(jiàn)相對(duì)于光斑108,光斑218的形狀更接近長(zhǎng)方形218A,即對(duì)長(zhǎng)方形218A填充得更飽滿(mǎn)。在本發(fā)明中,若設(shè)光斑一的面積為S11,光斑二的面積為S21,光斑一的外切的特定形狀的面積為S12,光斑二的外切的特定形狀的面積為S22,則若光斑一的形狀相對(duì)于光斑二來(lái)說(shuō)更接近于該特定形狀,指的是以下公式(I成立:
權(quán)利要求
1.一種激光模組,其特征在于,包括: 至少兩個(gè)光源組,每個(gè)光源組至少包括一顆激光二極管; 用于分別收集所述至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光的至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng); 位于所述至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)的光路后端的目標(biāo)面,所述至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)將所述至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光在該目標(biāo)面上分別會(huì)聚為至少兩個(gè)光斑; 所述至少兩個(gè)光斑部分交疊,并共同形成一個(gè)與一特定形狀更接近的總光斑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,所述會(huì)聚系統(tǒng)的光路中包括散光片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光模組,其特征在于,入射于散光片的入射光為近平行光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,所述目標(biāo)面是所述會(huì)聚系統(tǒng)的焦平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,所述特定形狀是長(zhǎng)方形或橢圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,所述至少兩個(gè)光斑的距離可調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,所述至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光通過(guò)空間位置的不同合并為一束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,還包括位于所述至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)光路中的光學(xué)濾光片,所述至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光以分別在該光學(xué)濾光片表面透射和反射的方式合為一束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光模組,其特征在于,所述光學(xué)濾光片可以轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié),以改變所述至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光入射于該光學(xué)濾光片的入射角。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光模組,其特征在于,所述光學(xué)濾光片為線(xiàn)偏振片或干涉濾光片。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模組,其特征在于,所述至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光分別從所述目標(biāo)面的兩側(cè)入射到所述目標(biāo)面上。
12.—種發(fā)光光源,其特征在于,包括: 激發(fā)源,包括根據(jù)權(quán)利要求1至11所述的任意一項(xiàng)描述的激光模組,該激發(fā)源用于發(fā)射激發(fā)光; 放置于所述激發(fā)源的激光模組的目標(biāo)面并覆蓋該激光模組的總光斑的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層,用于吸收所述激發(fā)光并發(fā)射受激光。
全文摘要
本發(fā)明提出一種激光模組,包括至少兩個(gè)光源組,每個(gè)光源組至少包括一顆激光二極管;還包括用于分別收集該至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光的至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng),和位于該至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)的光路后端的目標(biāo)面,該至少兩個(gè)會(huì)聚系統(tǒng)將至少兩個(gè)光源組發(fā)出的光在該目標(biāo)面上分別會(huì)聚為至少兩個(gè)光斑。該至少兩個(gè)光斑部分交疊,并共同形成一個(gè)與一特定形狀更接近的總光斑。本發(fā)明還提出一種發(fā)光光源,包括用于發(fā)射激發(fā)光的激發(fā)源,該激發(fā)源包括上述的激光模組。在本發(fā)明的激光模組和發(fā)光光源中,將激光二極管至少分為兩個(gè)組,再將每一組所形成的光斑進(jìn)行拼接,使總光斑形狀更接近于所需要的形狀,同時(shí)均勻性。
文檔編號(hào)G03B21/14GK103186020SQ20111045015
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者胡飛 申請(qǐng)人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司