一种激光光源光束参数一致性的调整装置及其调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体激光器技术领域，尤其涉及一种激光光源光束参数一致性的调 整装置及其调整方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，在使用液晶面板或数字微镜芯片（DMD)作为显示元件的投影显示设备 (或投影仪）中，逐渐使用了发光二极管作为光源的技术，如专利文献JP2003-1861IOA中公 开的。虽然与采用传统光源的技术相比，采用LED发光二极管作为光源可以具有一系列优 势，但从光源光谱纯度、色彩范围及在大屏幕投影市场的亮度等方面，以激光作为光源的投 影仪，比采用LED发光二极管作为光源的投影设备更具有明显的优势。为解决LED发光二 极管亮度低的问题，很多发明提出了不同的改进方法，例如发明CN103250096提出了采用 半导体激光器激发荧光材料提高光源亮度的方案。这种方案虽然可以提高光源亮度，但由 于荧光材料的宽光谱特性，因此其构成的光源模块的色彩特性仍然不足。
[0003] 目前投影显示设备中所采用的精密光学部件，制作成本较为昂贵。投影显示设备 的光路都经过精确校准，各光学部件的结构及其连接关系都需要密切配合，为了获取不同 光源亮度或者相应的色彩时，无法灵活地改变投影显示设备中的光学部件结构，因此在使 用中产生了诸多不便。
【发明内容】
[0004] 本发明克服了现有技术中无法灵活调节投影显示设备内部结构、不能提高通光率 和制作成本较高的缺陷，提出了一种激光光源光束参数一致性的调整装置及其调整方法
[0005] 本发明提出了一种激光光源光束参数一致性的调整装置，包括：光源部件、耦合部 件、汇聚透镜和散光部件；其中，
[0006] 所述光源部件用于发出激光束，所述激光束包括第一光束、第二光束和第三光 束；
[0007] 所述耦合部件包括第一二向色滤光片与第二二向色滤光片；所述第一二向色滤光 片设置在所述第一光束与所述第二光束之间夹角的角平分线上，用于将所述第一光束与所 述第二光束耦合生成第一耦合光束；所述第二二向色滤光片设置在所述第一耦合光束与所 述第三光束之间夹角的角平分线上，用于将所述第一耦合光束与所述第三光束耦合生成第 二奉禹合光束；
[0008] 所述汇聚透镜设置在所述第二耦合光束的光轴上，用于将所述第二耦合光束汇聚 于所述散光部件上；
[0009] 所述散光部件将所述第二耦合光束以固定发散角射出。
[0010] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整装置中，所述汇聚透镜将所述第二 耦合光束汇聚至所述散光部件表面，并且使得形成光斑的面积小于所述散光部件的通光口 径。 toon] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整装置中，经所述汇聚透镜汇聚的所 述第二耦合光束的汇聚角度位于±7°以内。
[0012] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整装置中，所述散光部件的入射面设 有微结构，所述散光部件设置在所述汇聚透镜的后焦点处，所述入射面正对于所述汇聚透 镜。
[0013] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整装置中，位于所述光源部件的后方 进一步设置有调整部件，所述调整部件将所述激光束进行扩束或准直后射入所述耦合部 件；所述调整部件包括凹透镜和/或凸透镜。
[0014] 本发明还提出了一种激光光源光束参数一致性的调整方法，包括如下步骤：
[0015] 步骤一：发出激光束，所述激光束包括第一光束、第二光束和第三光束；
[0016] 步骤二：将所述第一光束与所述第二光束稱合，生成第一稱合光束；
[0017] 步骤三：将所述第一耦合光束与所述第三光束耦合，生成第二耦合光束；
[0018] 步骤四：将所述第二耦合光束汇聚至散光部件表面；
[0019] 步骤五：所述散光部件将所述第二耦合光束以固定发散角射出。
[0020] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整方法中，步骤二之前进一步包括： 对所述激光束进行扩束和准直。
[0021] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整方法中，所述第二耦合光束汇聚至 散光部件表面所形成的光斑的面积小于所述散光部件的通光口径。
[0022] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整方法中，步骤四中汇聚至所述散光 部件表面的所述第二耦合光束的汇聚角度位于±7°以内。
[0023] 本发明提出的激光光源光束参数一致性的调整方法中，所述固定发散角位于 ±12° 内。
[0024] 本发明的有益效果包括：将不同激光器组成的红、绿、蓝三个颜色通道的激光光束 耦合、汇聚到空间同一较小平面区域及较小范围的汇聚角度，具有接近的光学扩展量，符合 散光片的输入要求，并通过散光片使光具有一定空间角度范围、照度分布范围的输入光束 形成统一的，均匀的输出光束。本发明对每个单独的通道采用不同的调整部件，可以在每个 通道任意选择不同形式的光源而充分利用每种光源的特点，并且采用散光片器件不再需要 采用更昂贵的导光棒结构而获得复合要求的出口光分布形式。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明激光光源光束参数一致性的调整装置的结构图。
[0026] 图2为本发明中散光片对光束的调整特性示意图。
[0027] 图3为本发明中散光片的输出光束特性曲线图。
[0028] 图4为本发明激光光源光束参数一致性的调整方法的流程图。
[0029] 图5为实施例中蓝色半导体激光器的光束特性曲线。
[0030] 图6为实施例中红色半导体激光器的光束特性曲线。
[0031] 图7为实施例中绿色通道光束调整光路图。
[0032] 图8为实施例中蓝色通道光束调整光路图。
[0033] 图9为实施例中红色通道光束调整光路图。
[0034] 图10为实施例中三种颜色激光经所有光学器件耦合后照射到光出射口的光通量 分布。
[0035] 图11为实施例中三种颜色激光经所有光学器件耦合后照射到光出射口的光强度 分布。
【具体实施方式】
[0036] 结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、 条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发 明没有特别限制内容。
[0037] 为了不仅仅提高投影设备的亮度，本发明涉及的内容采用了全激光光源，并使用 特殊设计结构和光束整形透镜，将多个激光通道耦合到符合要求的光源出口，同时具有符 合要求的光学扩展量。
[0038] 如图1所示，本发明激光光源光束参数一致性的调整装置，包括光源部件1、耦合 部件2、汇聚透镜3和散光部件4。
[0039] 本发明中，光源部件1包括第一光源11、第二光源12与第三光源13,第一光源11、 第二光源12与第三光源13分别用于发出第一光束、第二光束与第三光束。第一光束、第二 光束与第三光束分别是由一个激光器或者多个激光器组成的激光器阵列产生的特定波长 的激光光束。根据最终输出的光通量要求的变化，可以增加或减少激光器阵列中激光器的 数量，从而增加或减少该激光光束的总光通量。
[0040] 本发明中，耦合部件2包括第一二向色滤光片21与第二二向色滤光片22。第一二 向色滤光片21与第二二向色滤光片22对某一波长的光束具有高透过率，对另一种波长的 光束具有高反射率。第一二向色滤光片21的方向设置在第一光束与第二光束的光轴夹角 的角平分线上，通过透射第一光束与反射第二光束，将第二光束耦合至第一光束的光路中， 形成第一稱合光束。
[0041] 同样地，第二二向色滤光片22的方向设置在第一f禹合光束与第三光束的光轴夹 角的角平分线上，通过透射第一耦合光束与反射第三光束，将第三光束耦合至第一耦合光 束的光路中，形成第二耦合光束投射至汇聚透镜3。
[0042] 本发明中，汇聚透镜3设置在第二耦合光束的光轴上，汇聚透镜3将第二耦合光束 汇聚到散光部件4的表面，在散光部件4表面形成光斑，该光斑面积小于散光部件4的通光 口径，同时经汇聚透镜3汇聚后的激光束满足散光部件4对于入射光束的汇聚角度的要求， 例如入射光束的汇聚角度小于±7°的范围。