專利名稱：激光光源模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種激光光源模組。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的激光顯示或其他需要高功率激光輸出的場合中，通常采用半導(dǎo)體激光器作為光源。單個半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體激光器封裝模塊的輸出光 功率較低，往往不能滿足激光顯示對于高功率激光光源的要求，實際應(yīng)用中常將多個獨立的半導(dǎo)體激光器的輸出光整形、合并到一起輸出。如圖I所示，為現(xiàn)有技術(shù)中激光光源模組結(jié)構(gòu)的示意圖。其中，由多個激光器101發(fā)出的光經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡102準(zhǔn)直后，分別入射到各自的聚焦透鏡103上，經(jīng)聚焦透鏡103聚焦后通過各自的光纖耦合到集束器104集束輸出。因此在上述激光發(fā)光的排布中，每個激光器后面都設(shè)置有較多的光學(xué)元件如準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡等，耦合過程復(fù)雜，且由于較多的光學(xué)元件和光纖，不僅導(dǎo)致在安裝、運輸、集成的過程中易損壞，而且使得光源模組的體積大，集成度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種體積小、易于裝配的激光光源模組。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種激光光源模組，包括紅光激光器、綠光激光器和藍(lán)光激光器，多個準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡組以及光傳導(dǎo)元件；其中所述紅光激光器、所述綠光激光器和所述藍(lán)光激光器發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述聚焦透鏡組上，所述聚焦透鏡組將接收的紅光、藍(lán)光和綠光耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)，經(jīng)過所述光傳導(dǎo)元件輸出。上述激光光源模組還可包括反射元件，所述紅光激光器和所述藍(lán)光激光器發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后平行入射到所述聚焦透鏡組上；同時，所述綠光激光器發(fā)射的綠光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述反射元件上，并通過所述反射元件的反射，入射到所述聚焦透鏡組上。所述紅光激光器和藍(lán)光激光器均為半導(dǎo)體激光器，所述綠光激光器為固體激光器。在上述激光光源模組中，所述聚焦透鏡組為卡塞格林望遠(yuǎn)鏡。在上述激光光源模組中，所述卡塞格林望遠(yuǎn)鏡包括非球面反射鏡和球面透鏡，所述非球面反射鏡上設(shè)有開孔，所述球面透鏡的凸面上鍍有反射紅光、藍(lán)光的反射膜，所述球面透鏡設(shè)置在所述反射元件和所述非球面反射鏡之間。在上述激光光源模組中，所述非球面反射鏡接收所述紅光激光器和藍(lán)光激光器經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡發(fā)射的紅光和藍(lán)光，并將其反射到所述球面透鏡上，所述球面透鏡將所述非球面反射鏡反射的紅光和藍(lán)光通過所述非球面反射鏡的開孔再次反射出去，耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)。在上述激光光源模組中，所述球面透鏡接收由所述反射元件反射的綠光，并通過所述非球面反射鏡的開孔透射出去，耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)體內(nèi)。在上述激光光源模組中，所述聚焦透鏡組為消色差聚焦透鏡組。在上述激光光源模組中，所述消色差聚焦透鏡組由兩個或兩個以上透鏡構(gòu)成，其中所述透鏡由不同材質(zhì)制成，用于接收由紅光激光器和藍(lán)光激光器發(fā)射的經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的紅光和藍(lán)光，以及接收經(jīng)所述反射元件反射的綠光，并將它們耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)。在上述激光光源模組中，所述光傳導(dǎo)元件為石英光纖或塑料光纖或液體光導(dǎo)管。在上述激光光源模組中，所述光傳導(dǎo)元件的接收紅光、藍(lán)光和綠光的端面位于所述聚焦透鏡組的焦點處。 在上述激光光源模組中，還包括聚焦元件，其設(shè)置為接收由所述光傳導(dǎo)元件發(fā)出的光。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的激光光源模組具有以下優(yōu)點I、所使用的光學(xué)元件少，耦合過程簡單；2、體積小、集成度高，便于安裝、運輸，且不易損壞。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中激光光源模組結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的采用卡塞格林望遠(yuǎn)鏡的激光光源模組結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明另一個實施例的采用消色差聚焦透鏡組的激光光源模組結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的激光光源模組中紅光和藍(lán)光排列方式的橫截面圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明公開了一種激光光源模組，包括紅光激光器、綠光激光器和藍(lán)光激光器，多個準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡組以及光傳導(dǎo)元件；其中所述紅光激光器、所述綠光激光器和所述藍(lán)光激光器發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述聚焦透鏡組上，所述聚焦透鏡組將接收的紅光、藍(lán)光和綠光耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)，經(jīng)過所述光傳導(dǎo)元件輸出。圖2是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的激光光源模組結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該激光光源模組包括紅光激光器201a (半導(dǎo)體激光器)、藍(lán)光激光器201b (半導(dǎo)體激光器)和綠光激光器201c (固體激光器)，其中紅光激光器201a和藍(lán)光激光器201b平行放置，綠光激光器201c與藍(lán)光激光器201b垂直放置；還包括在每個激光器發(fā)射的光的出射方向上設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡202，在綠光激光器201c發(fā)射的綠光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡202之后的方向上設(shè)置的反射元件203，聚焦透鏡組204 (圖中虛線框部分)以及光傳導(dǎo)元件205，其中聚焦透鏡組204位于反射元件203與光傳導(dǎo)元件205之間?？偟貋碚f，該模組的工作原理是紅光激光器201a發(fā)射的紅光、藍(lán)光激光器201b發(fā)射的藍(lán)光經(jīng)過對應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，入射到聚焦透鏡組204上；同時，綠光激光器201c發(fā)射的綠光經(jīng)過對應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到反射元件203上，并通過反射元件203的反射，入射到聚焦透鏡組204上，紅光、綠光和藍(lán)光經(jīng)過聚焦透鏡組204聚焦后變?yōu)榘坠饨?jīng)過光傳導(dǎo)元件205輸出。以下對各個部件做詳細(xì)說明在本實施例中，聚焦透鏡組204為卡塞格林望遠(yuǎn)鏡，卡塞格林望遠(yuǎn)鏡是一種反射望遠(yuǎn)鏡，包括凹面主鏡和凸面副鏡，通常凹面主鏡中央設(shè)有開孔，該凹面主鏡焦點一般位于所述開孔后面。凹面主鏡可以將平行于其光軸入射的所有光線反射到凸面副鏡上，凸面副鏡再將所有光線進(jìn)行反射，并通過凹面主鏡的開孔出射，從而匯聚到凹面主鏡后方的焦點處。如圖2所示，聚焦透鏡組204中的凹面主鏡采用非球面反射鏡204b，凸面副鏡采 用球面透鏡204a，將凹面主鏡設(shè)計成非球面，可以減小球差，提高光纖耦合效率。在非球面反射鏡204b上設(shè)置有開孔206 ;所述球面透鏡204a設(shè)置在反射元件203和非球面反射鏡204b之間，所述球面透鏡204a的凸面上鍍有反射紅光、藍(lán)光的反射膜。其中，非球面反射鏡204b設(shè)置為接收由紅光激光器201a和藍(lán)光激光器201b經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡分別發(fā)射的紅光和藍(lán)光，并將其反射到球面透鏡204a上。球面透鏡204a設(shè)置為接收經(jīng)非球面反射鏡204b反射的紅光和藍(lán)光，并將其反射穿過非球面反射鏡204b的開孔206，匯聚到放置在卡塞格林望遠(yuǎn)鏡焦點處的光傳導(dǎo)元件205的端面(接收端)上，進(jìn)而耦合進(jìn)光傳導(dǎo)元件205內(nèi)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，開孔206的位置應(yīng)根據(jù)經(jīng)球面透鏡204a反射的紅光、藍(lán)光和經(jīng)球面透鏡204a透射的綠光的入射角度來確定，即使得它們?nèi)客ㄟ^該開孔206匯聚到光傳導(dǎo)元件205的端面上，然后耦合進(jìn)光傳導(dǎo)元件205內(nèi)。優(yōu)選地，開孔206設(shè)置在非球面反射鏡204b的中央，并且球面透鏡204a的中心軸與該開孔206的中心同軸。在本實施例中，反射元件203設(shè)置在從綠光激光器201c對應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡202到聚焦透鏡組204之間的光路中，用于將綠光激光器201c經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡202發(fā)射的綠光反射到聚焦透鏡組204上。具體地，如圖2所示，綠光激光器201c發(fā)射的綠光經(jīng)過對應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到反射元件203上，經(jīng)過反射元件203的反射后，入射到球面透鏡204a上，再通過非球面反射鏡204b的開孔206透射出去，最終與紅光、藍(lán)光匯聚為一束白光匯聚到光傳導(dǎo)兀件205的端面上,進(jìn)而I禹合進(jìn)光傳導(dǎo)兀件205內(nèi)，通過光傳導(dǎo)兀件205輸出。優(yōu)選地，球面透鏡204a的接收綠光的表面上鍍有綠光的增透膜，用以提高綠光的透過率。需要說明的是，入射到球面透鏡204a的綠光可以不在球面透鏡的中心處入射，其同樣能實現(xiàn)穿過球面反射204a。可選地，當(dāng)綠光激光器201c選用非固體激光器時(比如半導(dǎo)體激光器)，可以用與紅光激光器201a或藍(lán)光激光器201b相同的布置方式來放置綠光激光器201c,即綠光激光器201c經(jīng)過其準(zhǔn)直透鏡202后直接入射到聚焦透鏡組204，從而省去反射元件203。在上述采用卡塞格林望遠(yuǎn)鏡作為聚焦透鏡組204的情況下，可以大大縮短光學(xué)系統(tǒng)的長度，即球面透鏡204a到非球面反射鏡204b后方的焦點之間的距離，從而減小了整個光源模組的體積，提高了系統(tǒng)集成度，而且所使用的光學(xué)元件的數(shù)量相比現(xiàn)有技術(shù)大大減少，因此易于組裝、攜帶，且耦合過程簡單。另外，球面透鏡204a可以視為綠光激光器201c的聚焦透鏡，由此可以看出綠光激光器201c對應(yīng)的球面透鏡204a的焦距相比于紅光激光器201a和藍(lán)光激光器201b對應(yīng)的聚焦透鏡組204的焦距大大縮短，因此該激光光源模組對綠光的指向性要求也就降低了，方便了激光光源模組的裝配。指向性就是放置綠光激光器時與紅光激光器的垂直度要求，或者說是綠光激光器與藍(lán)光激光器的垂直度要求。需要說明的是，在實際應(yīng)用中，上述紅光激光器、綠光激光器、藍(lán)光激光器的數(shù)量可以根據(jù)一定的顏色匹配規(guī)則來確定，即可以根據(jù)單臺激光器功率和視覺白平衡功率配比決定各種基色激光器的數(shù)量，這對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是熟知的。例如在本發(fā)明實施例中 采用的是D65顏色匹配規(guī)則(即紅綠藍(lán)顏色比例為I : I : I)，由于紅光激光器和藍(lán)光激光器均采用半導(dǎo)體激光器，且功率相同，紅光激光器和藍(lán)光激光器的數(shù)量也應(yīng)該相等，例如可以分別是9個。但是，因為本實施例中綠光激光器為固體激光器，其功率比紅光激光器和藍(lán)光激光器功率大很多(例如在本實施例中，I臺綠光激光器的功率與9臺紅光激光器的功率相同)，所以，為了滿足上述顏色匹配規(guī)則，僅需要I臺綠色激光器即可。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在本發(fā)明的其他實施例中，為了實現(xiàn)所要求的不同顏色匹配方案，可以根據(jù)激光器的實際功率對激光器數(shù)量進(jìn)行改變。另外，本發(fā)明實施例中18個紅光激光器和藍(lán)光激光器的排列方式也不唯一，例如，可以將18個紅光激光器和藍(lán)光激光器按照圖4所示的圓盤來布置，其中圓圈表示紅光束或藍(lán)光束，在光束中間預(yù)留出反射元件203的空間，也可以將18個紅光激光器和藍(lán)光激光器按照其它的形狀來布置，例如長方形、多邊形等，但其總的布置原則是使各個激光器發(fā)射的光能夠入射到聚焦透鏡組204上。本發(fā)明提供的激光光源模組可以應(yīng)用到醫(yī)療、激光顯示和激光微加工等領(lǐng)域。在應(yīng)用于激光顯示領(lǐng)域時，需要根據(jù)激光顯示光機所使用的光學(xué)引擎來設(shè)置紅光激光器201a,藍(lán)光激光器201b和綠光激光器201c的偏振方向。例如，光學(xué)引擎中的LCOS技術(shù)需要使用偏振光源，因此當(dāng)該激光光源模組應(yīng)用于激光顯示，且其光學(xué)引擎使用LCOS時，需要將本發(fā)明實施例中紅光激光器201a,藍(lán)光激光器201b和綠光激光器201c的偏振方向均設(shè)置為相同的偏振方向，即全為P偏振或者全為s偏振；而光學(xué)引擎中的DLP技術(shù)使用非偏振光，當(dāng)該激光光源模組應(yīng)用于激光顯示，且其光學(xué)引擎使用DLP時，可以不用考慮激光器的偏振方向，即所有激光器的偏振方向可以相同，也可以不同。作為本發(fā)明的另一種實現(xiàn)方式，聚焦透鏡組還可以采用消色差聚焦透鏡組。消色差透鏡是指將三種波長(藍(lán)光、綠光、和紅光)的光線的色差進(jìn)行校正的透鏡組。色差是源于不同波長的光線在玻璃里的色散和折射系數(shù)的差異，從而導(dǎo)致不同波長的光線有不同的焦點。利用不同材料的搭配，如冕牌和火石玻璃在會聚透鏡和發(fā)散透鏡中的搭配，每種玻璃的色散可以被另一種玻璃所補償，從而使得綜合色差降至最低。本發(fā)明實施例中消色差聚焦透鏡組由共軸的兩個或多個不同材質(zhì)的透鏡組成，其作用是把多種不同顏色的光聚焦到光傳導(dǎo)兀件內(nèi)。圖3為本發(fā)明的具有消色差聚焦透鏡組的激光光源模組結(jié)構(gòu)示意圖，其中消色差聚焦透鏡組包括兩個由不同材質(zhì)制成的透鏡304a和304b。在本實施例中，第一透鏡304a設(shè)置為接收由紅光激光器201a和藍(lán)光激光器201b分別發(fā)射的經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的紅光和藍(lán)光，以及由綠光激光器201c發(fā)射的經(jīng)反射元件203反射的綠光，并將紅光、藍(lán)光和綠光匯聚到第二透鏡304b上，第二透鏡304b設(shè)置為將其接收到的所有光匯聚到光傳導(dǎo)元件205的接收端，I禹合進(jìn)光傳導(dǎo)兀件205內(nèi)。優(yōu)選地,第一透鏡304a和第二透鏡304b以及光傳導(dǎo)元件205設(shè)置為共軸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，在消色差透鏡組中，透鏡的數(shù)量并不限于兩個，也可以是多個，并且這些透鏡的材質(zhì)也都不相同。例如，第一透鏡設(shè)置為接收由紅光激光器和藍(lán)光激光器發(fā)射的經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的紅光和藍(lán)光，以及經(jīng)所述反射元件反射的綠光，并將所述紅光、藍(lán)光和綠光匯聚到其余透鏡上，并最終將其接收到的所有光耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)。從圖3可以看出，本實施例提供的激光光源模組和現(xiàn)有技術(shù)相比體積小、集成度高，便于組裝，而且所使用的光學(xué)元件少，耦合過程簡單。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。例如，由于在本發(fā)明上述實施例中激光器直接發(fā)射的是空心光束，當(dāng)某些需要用到實心光束的領(lǐng)域，可以通過增加聚焦元件來實現(xiàn)。具體的在光傳導(dǎo)元件輸出的另一端可以加一個聚焦元件，經(jīng)過聚焦元件的聚焦，空心光束可變?yōu)閷嵭墓馐?。該聚焦元、件可以是球透鏡，自聚焦透鏡或具有光焦度作用的其他光學(xué)元件。在本發(fā)明中，所述光傳導(dǎo)元件205可以是石英光纖，塑料光纖，液體光導(dǎo)管或其他光傳導(dǎo)物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種激光光源模組，其特征在于，包括紅光激光器、綠光激光器和藍(lán)光激光器，多個準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡組以及光傳導(dǎo)元件； 其中所述紅光激光器、所述綠光激光器和所述藍(lán)光激光器發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述聚焦透鏡組上，所述聚焦透鏡組將接收的紅光、藍(lán)光和綠光耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)，經(jīng)過所述光傳導(dǎo)元件輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源模組，其特征在于，還包括反射元件，所述紅光激光器和所述藍(lán)光激光器發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后平行入射到所述聚焦透鏡組上；同時，所述綠光激光器發(fā)射的綠光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述反射元件上，并通過所述反射元件的反射，入射到所述聚焦透鏡組上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光源模組，其特征在于，所述紅光激光器和藍(lán)光激光器均為半導(dǎo)體激光器，所述綠光激光器為固體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的激光光源模組，其特征在于，所述聚焦透鏡組為卡塞格林望遠(yuǎn)鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光源模組，其特征在干，所述卡塞格林望遠(yuǎn)鏡包括非球面反射鏡和球面透鏡，所述非球面反射鏡上設(shè)有開孔，所述球面透鏡的凸面上鍍有反射紅光、藍(lán)光的反射膜，所述球面透鏡設(shè)置在所述反射元件和所述非球面反射鏡之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光光源模組，其特征在于，所述非球面反射鏡接收所述紅光激光器和藍(lán)光激光器經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡發(fā)射的紅光和藍(lán)光，并將其反射到所述球面透鏡上，所述球面透鏡將所述非球面反射鏡反射的紅光和藍(lán)光通過所述非球面反射鏡的開孔再次反射出去，耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光光源模組，其特征在于，所述球面透鏡接收由所述反射元件反射的綠光，并通過所述非球面反射鏡的開孔透射出去，耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)體內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的激光光源模組，其特征在于，所述聚焦透鏡組為消色差聚焦透鏡組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光光源模組，其特征在于，所述消色差聚焦透鏡組由兩個或兩個以上透鏡構(gòu)成，其中所述透鏡由不同材質(zhì)制成，用于接收由紅光激光器和藍(lán)光激光器發(fā)射的經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的紅光和藍(lán)光，以及接收經(jīng)所述反射元件反射的綠光，并將它們耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2任一項所述的激光光源模組，其特征在于，所述光傳導(dǎo)元件為石英光纖或塑料光纖或液體光導(dǎo)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源模組，其特征在于，所述光傳導(dǎo)元件的接收紅光、藍(lán)光和綠光的端面位于所述聚焦透鏡組的焦點處。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源模組，其特征在于，還包括聚焦元件，其設(shè)置為接收由所述光傳導(dǎo)元件發(fā)出的光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光光源模組，包括紅光激光器、綠光激光器和藍(lán)光激光器，多個準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡組以及光傳導(dǎo)元件；其中所述紅光激光器、所述綠光激光器和所述藍(lán)光激光器發(fā)射的光經(jīng)過各自的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后平行入射到所述聚焦透鏡組上，所述聚焦透鏡組將接收的紅光、藍(lán)光和綠光耦合進(jìn)所述光傳導(dǎo)元件內(nèi)，經(jīng)過所述光傳導(dǎo)元件輸出。本發(fā)明的激光光源模組不僅減小了整個光源模組的體積，還提高了系統(tǒng)集成度，所使用的光學(xué)元件的數(shù)量相比現(xiàn)有技術(shù)大大減少，因此該光源模組體積小、集成度高，便于安裝、運輸，不易損壞，且耦合過程簡單。
文檔編號H01S5/40GK102761061SQ20111011061
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者張瑛, 成華, 房濤, 畢勇 申請人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司