激光發(fā)光裝置、光源和投影顯示系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光發(fā)光裝置及使用該激光發(fā)光裝置的光源和投影顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]投影技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的生活工作中，如投影機。目前，投影技術(shù)中的光源依然以高壓汞燈為主流。然而，高壓汞燈的壽命只有幾千小時，長時間使用燈泡會變暗而影響顯示效果。高壓汞燈的替代方案包括LED光源和激光光源兩種，這兩種方案都具有長壽命的優(yōu)點，而不同的是LED光源發(fā)光亮度不足但價格便宜，激光光源亮度高但比較昂貴。
[0003]從技術(shù)發(fā)展的角度來看，激光光源取代高壓汞燈是必然的趨勢。然而，激光光源所使用的激光具有準直性極高的特點，這使得多個激光束在傳播時不能有效的混合，激光光斑之間是分立存在的。因此激光光源存在均勻性不佳的問題。
[0004]為了解決這個問題，目前廣泛使用的是圖1所示的方案。其中光線111、112和113示意三束平行出射的激光束，在截面O上它們顯然將形成分立的三個激光光斑。這三個光束入射于光散射元件121后被其散射，例如激光束111就被光散射元件121散射成為一個小角度發(fā)散的光錐116。這樣，每個激光束都被散射成一個小角度光錐后，隨著光的傳播這些光錐將逐漸靠近并發(fā)生相互交疊，這樣在截面P上會得到一個比較均勻的光斑。
[0005]這樣的方案的問題在于，激光光束的發(fā)散角變大了，這對應(yīng)于整個光束的光學擴展量的擴大和光功率密度的降低；而且光散射元件的散射角越大(對應(yīng)于激光光束越均勻)則光學擴展量成正比的擴大，這對于很多應(yīng)用來說是不能承受的。也就是說，激光光束的均勻性與光學擴展量是一對矛盾。同時，要想使光斑充分的均勻化需要比較長的光路使得各個光斑相互之間充分的交疊，這樣對于空間要求也比較高，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本實用新型提出一種激光發(fā)光裝置，包括用于發(fā)射平行的多束激光束的多顆激光器，包括聚焦透鏡，用于將平行的多束激光束聚焦；還包括位于該聚焦透鏡光路后端的光散射元件；光散射元件位于光路位置A，使得多束激光束照射在該光散射元件上的各光斑所共同構(gòu)成的區(qū)域的外接圓直徑，小于平行的多束激光束的截面上各激光光斑所共同圍成的區(qū)域的外接圓直徑的五分之一；其中，光散射元件的散射角不小于聚焦后相鄰激光束的最大夾角的三分之二。還包括光收集透鏡，用于收集經(jīng)光散射元件散射的激光束。
[0007]本實用新型還提出一種光源，包括上述的激光發(fā)光裝置，還包括光傳遞系統(tǒng)和波長轉(zhuǎn)換裝置，激光發(fā)光裝置出射的激光束經(jīng)過光傳遞系統(tǒng)后聚焦于波長轉(zhuǎn)換裝置以使其受激產(chǎn)生受激光。
[0008]本實用新型還提出一種投影顯示系統(tǒng)，包括上述的光源。
[0009]本實用新型還提出一種投影顯示系統(tǒng)，包括上述的激光發(fā)光裝置。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然同樣是實現(xiàn)光斑的均勻分布，但本實用新型的出射光束為準直的，這樣光學擴展量更小，而且出射光束不需要比較長的光路來使得光束之間相互交疊，因此所需要的空間更小。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)激光光束均勻分布的方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2A是本實用新型激光發(fā)光裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2B說明了一束激光入射于光散射元件后的散射效果；
[0014]圖3A說明了一束激光入射于光散射元件后的光分布；
[0015]圖3B說明了多束激光入射于光散射元件后的總光分布；
[0016]圖4A是本實用新型激光發(fā)光裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4B是圖4A實施例中光散射元件的正視圖；
[0018]圖5是本實用新型激光發(fā)光裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6是本實用新型光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本實用新型提出一種激光發(fā)光裝置，其第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2A所示。該激光發(fā)光裝置包括用于發(fā)射平行的多束激光束211、212、213的多顆激光器(圖中未畫出)，還包括聚焦透鏡201，用于將平行的多束激光束211、212、213聚焦形成光錐214。聚焦透鏡201可以是一片透鏡也可以是一個透鏡組，這里并不限制。激光發(fā)光裝置還包括位于聚焦透鏡201光路后端的光散射元件202，該光散射元件202的散射角不小于聚焦后相鄰激光束的最大夾角的三分之二。
[0021]首先需要對相鄰激光束的最大夾角和光散射元件的散射角這兩個概念進行說明。如圖2A，激光束211、212、213經(jīng)過聚焦透鏡201后匯聚為光錐214，該光錐214中相鄰激光束間成一個夾角。這里定義光錐中一個激光束X的相鄰激光束指的是與激光束X夾角最小的那個激光束。由于相鄰的激光束的夾角不一定都相同，因此存在相鄰激光束夾角的最大值。圖2B顯示了激光束214a入射于光散射元件202后的出射光216a的情況?？梢?，出射光216a由于散射的作用已經(jīng)變成了一個小光錐，該光錐的主光軸還是沿著入射激光束214的傳播方向；即光散射元件202的作用就在于將入射的激光束214以其傳播方向為中心進行擴散。擴散后光錐216a的發(fā)散角是由光散射元件202本身的屬性決定的，該發(fā)散角就被定義為光散射元件202的散射角。具體來說，光散射元件202的散射角指的是散射后光錐中光強度是中心強度的1/2處所對應(yīng)的全角角度。圖3A光散射元件的發(fā)散角以圖示的方式進行了解釋。圖3A中橫坐標為角度，縱坐標為相對光強，311表示入射于光散射元件的一束激光束的光分布，可見其發(fā)散角非常?。?11a表示激光束311被光散射元件散射后的光分布，可見其主光軸仍沿著激光束311的方向，但發(fā)散角要大得多。散射光束的中心相對亮度為1，則其相對亮度為中心亮度1/2即0.5的點之間的角度(半高全寬)就是該光散射元件的散射角。
[0022]在本實施例中，光散射元件202的散射角不小于聚焦后相鄰激光束的最大夾角的三分之二，這樣所帶來的效果如圖3B所示。圖3B中，橫坐標為角度，縱坐標為相對光強。圖中的三束激光束(以其中的一束311為例)對應(yīng)于圖2A中的光錐214中的三個激光束，而這三個激光束經(jīng)過光散射元件202散射后的光分布分別如圖3B中的虛線所示(例如，其中311a為激光束311的散射光束)。如圖3B中可見，由于光散射元件的散射角不小于相鄰激光束的最大夾角的三分之二，這樣，這三個激光束經(jīng)過光散射元件散射后其光分布發(fā)生相當程度的交疊，而交疊后的總光分布如316所示，可以看出其光分布已經(jīng)基本均勻。
[0023]回到圖2A進行說明。在圖2A中，光散射元件202位于激光光錐214的焦點上，三個激光束經(jīng)過光散射元件202后散射且每個散射后的光錐相互交疊形成光錐216。激光發(fā)光裝置還包括光收集透鏡203，用于收集經(jīng)光散射元件散射的激光束216并形成準直光束217。在本實施例中光收集透鏡203可以是一片透鏡也可以是一組透鏡，這里并不做限制。
[0024]由于光錐216的光分布如圖3B中的316所示呈均勻的分布，因此根據(jù)基本光學原理，準直光束217的P截面上光也呈均勻分布。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然同樣是實現(xiàn)光斑的均勻分布，但本實施例的出射光束217為準直的，這樣光學擴展量更小。從本質(zhì)上說，本實施例中出射光束217的均勻性與其光學擴展量不再是一對矛盾；這是因為，在本實施例中光散射元件被放置在各激光束的匯聚點上，散射所產(chǎn)生的散射角剛好用于填補各匯聚激光束之間的角度空隙，所以基本不增加光學擴展量。另外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例中出射光束217不需要比較長的光路來使得光束之間相互交疊，因此所需要的空間更小。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型增加了聚焦透鏡和光收集透鏡，這在光學設(shè)計中是有負面效果的。但正是這些光學元件的使用使得光散射元件在散射激光束并使之更均勻的同時基本不增加光學擴展量(即沒有增加出射光束的發(fā)散角)，這正是本實