多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)，可以用于基于數(shù)字微鏡陣列(DMD)的高亮度的DLP激光投影顯示設(shè)備中。
【背景技術(shù)】
[0002]激光顯示是第四代顯示技術(shù)，它采用紅綠藍(lán)三基色激光作為光源，充分利用激光波長(zhǎng)可選擇性和高光譜亮度的特點(diǎn)，使顯示圖像具有更大的色域表現(xiàn)空間，同時(shí)完全繼承數(shù)字顯示的高分辨率，數(shù)字信號(hào)等特征，可最真實(shí)地再現(xiàn)客觀世界豐富、艷麗的色彩，提供更具震撼的表現(xiàn)力，相比傳統(tǒng)顯示設(shè)備，激光顯示在亮度、色域、壽命、功耗上具有無(wú)可比擬優(yōu)勢(shì)，目前成為顯示技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)。
[0003]激光投影是激光顯示的主要應(yīng)用之一，在眾多領(lǐng)域具有重要的價(jià)值和龐大的潛在市場(chǎng)，近年來(lái)市場(chǎng)已推出不同亮度的激光投影產(chǎn)品，應(yīng)用于家庭娛樂(lè)、商務(wù)會(huì)演、游戲模擬、展覽標(biāo)牌、劇院等領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，很多應(yīng)用要求投影機(jī)(工程投影機(jī)、數(shù)字電影放映機(jī)等)高亮度投射，特別是35000流明以上亮度應(yīng)用領(lǐng)域必須用激光投影機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0004]基于數(shù)字微鏡陣列(DMD)的DLP顯示技術(shù)是目前獲得高亮度顯示的主流技術(shù)，與紅綠藍(lán)三基色激光光源結(jié)合可獲得大色域高亮度投影顯示，但由于受目前紅綠藍(lán)激光器功率的限制和消除顯示激光散斑的需要，高亮度激光投影機(jī)使用的三基色激光照明光源使用多組紅綠藍(lán)激光模組功率合成來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的激光亮度，一般激光功率合成可采用光纖捆綁光纖束技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，考慮到模塊化設(shè)計(jì)、維修方便以及高亮度投影機(jī)對(duì)光源的特殊要求，照明光源采用多組三基色光纖束輸出，因此本發(fā)明多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)多光纖束輸出照明光源而設(shè)計(jì)，滿足不同尺寸的DMD芯片激光顯示需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)，三個(gè)激光光纖束模塊組成的高亮度激光光源經(jīng)過(guò)該多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)后變?yōu)檎斩染鶆蛐赃_(dá)到95%以上的矩形光斑。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]提供一種多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)，包括:
[0008]激光光源，包括多個(gè)激光光纖束模塊，用于發(fā)出多束激光；
[0009]非球面準(zhǔn)直透鏡單元，包括多個(gè)處于同一平面內(nèi)的非球面準(zhǔn)直透鏡，非球面準(zhǔn)直透鏡與激光光纖束模塊一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡的光軸到光學(xué)系統(tǒng)主光軸的距離相等，所述非球面準(zhǔn)直透鏡的前表面為平面，后表面為非球面；
[0010]匯聚透鏡單元，包括至少一個(gè)匯聚透鏡，用于將非球面準(zhǔn)直透鏡單元的光進(jìn)行匯聚，將多孔徑的光拼接為大孔徑圓形光斑；
[0011]矩形積分棒，用于將拼接后的大孔徑圓形光斑勻化整形為矩形方斑。
[0012]本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述矩形積分棒為空心棒。
[0013]本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述匯聚透鏡單元為正焦距組元，其通光口徑大于非球面準(zhǔn)直透鏡單元發(fā)出光束的復(fù)合口徑。
[0014]本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述矩形積分棒的長(zhǎng)寬比為16:9,16:10或者4:3。
[0015]本發(fā)明還提供一種多孔徑拼接大孔徑的高亮度三基色激光光源的合成方法，包括以下步驟:
[0016]將多個(gè)激光光纖束模塊發(fā)出的多束激光通過(guò)非球面準(zhǔn)直透鏡單元準(zhǔn)直為多束平行光，一束激光與一個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡對(duì)應(yīng)；
[0017]將通過(guò)非球面準(zhǔn)直透鏡單元的平行光束通過(guò)匯聚透鏡單元進(jìn)行匯聚，將多孔徑的光拼接為大孔徑圓形光斑；
[0018]將大孔徑圓形光斑通過(guò)矩形積分棒，將拼接后的大孔徑圓形光斑勻化整形為矩形方斑。
[0019]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明利用多孔徑拼接大孔徑合成的方式將多個(gè)光纖束模塊通過(guò)匯聚透鏡單元耦合到一起，做成高亮度的激光光源，并將光纖束模塊發(fā)出的小角度的激光光束轉(zhuǎn)化為適合投影照明用的大角度光束；通過(guò)選擇合適長(zhǎng)寬高的積分棒，將圓形光斑勻化整形為適合不同規(guī)格DMD芯片的均勻性很高的矩形光斑。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為本發(fā)明三片非球面準(zhǔn)直透鏡示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明積分方棒出射端光斑示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明積分方棒出射端X方向光照度均勻性示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明積分方棒出射端Y方向光照度均勻性示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明積分方棒出射端照度均勻性示意圖及文本圖；
[0028]圖中各標(biāo)記的名稱如下一非球面準(zhǔn)直透鏡；2—非球面準(zhǔn)直透鏡；3—非球面準(zhǔn)直透鏡；4一第一成像透鏡；5—第二成像透鏡；6—矩形積分棒。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]本發(fā)明通過(guò)利用多孔徑拼接大孔徑合成的方式將多個(gè)光纖束模塊通過(guò)匯聚透鏡單元耦合到一起，做成高亮度的激光光源，并利用該光學(xué)系統(tǒng)將光纖束模塊發(fā)出的小角度的激光光束轉(zhuǎn)化為適合投影照明用的大角度光束；通過(guò)選擇合適長(zhǎng)寬高的矩形積分棒，將圓形光斑勻化整形為適合不同規(guī)格DMD芯片的均勻性很高的矩形光斑。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例的多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)，包括:
[0032]激光光源，包括多個(gè)激光光纖束模塊，用于發(fā)出多束激光；
[0033]非球面準(zhǔn)直透鏡單元，包括多個(gè)處于同一平面內(nèi)的非球面準(zhǔn)直透鏡，非球面準(zhǔn)直透鏡與激光光纖束模塊一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)非球面準(zhǔn)直透鏡的光軸到光學(xué)系統(tǒng)主光軸的距離相等，所述非球面準(zhǔn)直透鏡的前表面為平面，后表面為非球面；
[0034]匯聚透鏡單元，包括至少一個(gè)匯聚透鏡，用于將非球面準(zhǔn)直透鏡單元的光進(jìn)行匯聚，將多孔徑的光拼接為大孔徑圓形光斑；匯聚透鏡起匯聚光束的作用，可將準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直組合后的大口徑平行光束匯聚為圓形光斑。
[0035]矩形積分棒，用于將拼接后的大孔徑圓形光斑勻化整形為矩形方斑。
[0036]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述矩形積分棒為空心棒?？招姆桨粲伤膫€(gè)長(zhǎng)條形反射鏡膠合而成，入射到空心方棒中的光束發(fā)生多次發(fā)射，當(dāng)從空心方棒出射后變?yōu)榫鶆虻木匦喂獍?。方棒的長(zhǎng)度決定光斑的均勻性。
[0037](去除)
[0038]本發(fā)明中的匯聚透鏡單元為正焦距組元，其通光口徑大于非球面準(zhǔn)直透鏡單元發(fā)出光束的復(fù)合口徑。
[0039]矩形積分棒的長(zhǎng)寬比根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為16:9,16:10或者4:3。
[0040]實(shí)施例1:如圖1和圖2所示，為本發(fā)明一種多孔徑拼接大孔徑合成的高亮度三基色激光光源光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)基本實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)的非球面準(zhǔn)直透鏡單元包括三片非球面準(zhǔn)直透鏡I?3、匯聚透鏡單元包括第一成像透鏡4和第二成像透鏡5、該光學(xué)系統(tǒng)還包括橫截面