一种光源合束结构和光源模组

技术领域

本发明涉及投影显示领域，具体而言，涉及一种光源合束结构和光源模组。

背景技术

扫描投影技术的成像原理是通过光源调制出待显示图像的每个像素点对应的光，然后通过扫描器带动扫描光纤或通过微机电系统扫描镜的运动，扫描输出每个像素点对应的光，从而将待显示图像的每个像素点对应的光逐一投射到投影屏幕上形成投映画面。

需要说明的是，作为新型扫描投影技术之一的光纤扫描技术，通常是由光纤扫描器和光源组成的光纤扫描系统，其中，输入给光纤扫描器的光源通常是经过对多种颜色发光单元(如红绿蓝发光单元)合束后的。然而，现有的激光光源合束结构存在着合束光源能量密度低的缺点，这极大的影响了单个激光光源合束结构对应合束光源的亮度，从而整体影响图像的显示效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光源合束结构，其能够显著提高合束光源的能量密度，进而在不降低耦合效率的基础上，大幅度提高合束光源的亮度，从而提高最终图像显示的整体亮度。

本发明的另一目的在于提供一种光源模组，其包括上述的光源合束结构，故其具有上述光源合束结构的各项优点。

本发明的实施例是这样实现的：

一种光源合束结构，其包括壳体和聚焦透镜，壳体的内部设置有为光源合束提供工作空间的第二合束通道和多个第一合束通道，每个第一合束通道与第二合束通道垂直连通，聚焦透镜设置于第二合束通道的一端；

每个第一合束通道内均至少设有一个第一光源合束结构件，第二合束通道内对应每个第一合束通道的位置均设置有第二光源合束结构件，以使在第二合束通道内合束后的合束光源能与聚焦透镜的主光轴重合；入射到每个第一光源合束结构件的第一光源至少有两束，多个第一光源所构成的平面为第一平面，多个第一光源在第一光源合束结构件上合束后的第一合束光与合束光源所构成的平面为第二平面，第一平面和第二平面垂直；入射到多个第一光源合束结构件上的所有单色光中，至少有两束单色光具有相同颜色。

进一步地，在本发明较佳实施例中，每个第一合束通道的第一合束光与第二合束通道内的合束光源垂直，相邻两个第一光源之间相互垂直；光源合束结构还包括多个准直透镜，多个准直透镜固定于壳体内并与每个单色光一一对应。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述第一光源合束结构件为偏振分光棱镜，第二光源合束结构件为滤光片；每个第一光源合束结构件对应的第一光源中至少有一束与对应第一合束光同向。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述每个第一合束通道内对应的第一光源个数为两个且均为单色光，单色光至少包含红光、绿光和蓝光。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述光源合束结构还设置有红外光光源合束通道和对应的准直透镜，以及与准直透镜相对应的滤光片，红外光光源合束通道与第二合束通道垂直连通，滤光片设置于第二合束通道内，准直透镜设置于与滤光片相对的红外光光源合束通道的一端。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述单色光按光路工作距离从远到近依次包括蓝光、绿光、红光和红外光；光路工作距离为对应各个准直透镜与聚焦透镜之间的光路距离。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述壳体呈长方体状，聚焦透镜的主光轴方向与壳体的长度方向平行；多个准直透镜设置于壳体的同一侧且阵列布置。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述光源合束结构还包括多个为对应准直透镜提供单色光的LD激光器，多个LD激光器固定于壳体并与对应准直透镜相适配；多个LD激光器沿合束光源的方向依次包括蓝光光源激光器，绿光光源激光器，红光光源激光器以及红外光源激光器。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述每个LD激光器采用激光点焊的方式进行固定，且激光点焊的焊接点为圆形阵列布置的四个，相对的两个焊接点所构成的连线与合束光源呈45度夹角。

一种光源模组，其包括如上述的光源合束结构和光纤，光纤和聚焦透镜组成聚焦组件，光纤固定于聚焦透镜的合束光源输出端。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的光源合束结构和光源模组通过将相同颜色的单色光设置成至少具有两束，使得各种单色光在光源合束结构中进行合束时能够进行光能的叠加，从而大幅度提高最终合束光源的能量密度，进而提高对应图像的显示亮度；通过灵活组合各色光源的数量，使其能够根据显示要求对不同颜色的光源进行灵活配置和调整，从而满足不同图像对于不同单色光亮度的要求；通过将LD激光器的固定方式设置成四点焊，提高了LD激光器的稳定性，同时可使相邻两个LD激光器的间隔距离变的更小，同步减小所有入射光源的光路工作距离，故而进一步提高了光源耦合效率和合束光源亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的光源合束结构的三维结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的光源合束结构的内部结构剖视示意图；

图3为本发明第二实施例提供的光源合束结构的内部结构剖视示意图；

图4为本发明第二实施例提供的光源合束结构在图3中A-A剖切视角的内部结构剖视示意图；

图5为本发明第二实施例提供的光源合束结构对应具有LD激光器的端面局部示意图；

图6为本发明第二实施例提供的光源模组的三维结构示意图。

图标：100-光源合束结构；200-光源合束结构；20-光源模组；101-聚焦透镜；102-合束光源；110-第一合束通道；111-第一合束光；112-蓝光；113-绿光；114-红光；120-壳体；130-第二合束通道；140-滤光片；142-偏振分光棱镜；150-红外光光源合束通道；151-红外光；180-准直透镜；201-光纤；290-LD激光器；291-焊接点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“垂直”等术语并不表示要求部件绝对竖直，而是可以稍微倾斜。如“竖直”仅仅是指其方向相对“水平”而言更加竖直，并不是表示该结构一定要完全竖直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

在进行本发明实施例阐述之前，申请人首先需要说明的是，其实要解决提高合束光源能量密度(即对应投影图像的显示亮度)，从理论上也可以通过调整提高单个激光器的功率，进而提高单色光的在合束前的能量密度。然而经过实践发现，通过提高激光器的功率这种技术手段，会同时大幅度降低各种光源在合束耦合时的耦合效率，故实现不了最终合束光源能量密度的大幅度提高，反而还增加了能耗成本。因此，申请人才申请提出本申请方案的光源合束结构100。

具体地，请结合参照图1和图2，本发明实施例提供一种光源合束结构100，其包括壳体120和聚焦透镜101，其中，光源合束的过程是在壳体120内部进行的，具体地，壳体120的内部设置有为光源合束提供工作空间的第二合束通道130和多个第一合束通道110，每个第一合束通道110与第二合束通道130垂直连通，聚焦透镜101设置于第二合束通道130的一端，用于接收合束光源102和对合束光源102进行聚焦；

进一步地，每个第一合束通道110内均至少设有一个第一光源合束结构件，第二合束通道130内对应每个第一合束通道110的位置均设置有第二光源合束结构件，以使在第二合束通道130内合束后的合束光源102能与聚焦透镜101的主光轴重合。可选地，第一光源合束结构件为偏振分光棱镜142，第二光源合束结构件为滤光片140。需要说明的是，在本实施例中，限定第一光源合束结构件为偏振分光棱镜142，第二光源合束结构件为滤光片140，但在其他实施例当中，具体哪一个光源合束件是滤光片140还是偏振分光棱镜142，需要根据实际的光源合束要求来选择，而且在其他实施例中，也可以是除过滤光片140和偏振分光棱镜142以外的其它光源合束结构件。

需要强调的是，入射到每个第一光源合束结构件的第一光源至少有两束，多个第一光源所构成的平面为第一平面，多个第一光源在第一光源合束结构件上合束后的第一合束光111与合束光源102所构成的平面为第二平面，第一平面和第二平面垂直；入射到多个第一光源合束结构件上的所有单色光中，至少有两束单色光具有相同颜色。需要说明的是，通过将相同颜色的单色光设置成至少具有两束，使得各种单色光在光源合束结构100中进行合束时能够进行光能的叠加，从而大幅度提高最终合束光源102的能量密度，进而提高对应图像的显示亮度。

可选地，每个第一合束通道110的第一合束光111与第二合束通道130内的合束光源102垂直，相邻两个第一光源之间相互垂直。优选地，每个第一光源合束结构件对应的第一光源中至少有一束与对应第一合束光111同向。本实施例优选地，将每个第一合束通道110内对应的第一光源个数限定为两个且均为单色光，并且这两个单色光对应的第一光源相互垂直，其中有一个第一光源与对应第一合束光111同向。需要说明的是，在本发明其它实施例当中，并不仅限于本实施例列举的上述这一种，其每个第一合束通道110内对应的第一光源数量可以是2个，3个、4个、5个等，并且如当第一光源数量为2个时，两个第一光源的位置关系也有很多种，不做限定，只要多个第一光源在第一光源合束结构件的合束下能够形成第一合束光111在第一合束通道110内穿过入射到第二合束通道130的滤光片140上即可。

进一步可选地，上述的单色光至少包含红光、绿光和蓝光。需要说明的是，在其它实施例当中，并不仅限于本实施例所提供的红光、绿光和蓝光，还可以是其它能够为显示光源提供原始单色光或其它类型的非单色光。

进一步地，本实施例提供的光源合束结构100还包括多个准直透镜180，多个准直透镜180固定于壳体120内并与每个单色光一一对应。需要说明的是，优选地，本发明实施例提供的光源合束结构100还设置有红外光光源合束通道150和对应的准直透镜180，以及与准直透镜180相对应的滤光片140，红外光光源合束通道150与第二合束通道130垂直连通，滤光片140设置于第二合束通道130内，准直透镜180设置于与滤光片140相对的红外光光源合束通道150的一端。

进一步具体地，上述单色光按光路工作距离从远到近依次包括蓝光112、绿光113、红光114和红外光151。需要说明的是，光路工作距离为对应各个准直透镜180与聚焦透镜101之间的光路距离。

进一步可选地，壳体120呈长方体状，聚焦透镜101的主光轴方向与壳体120的长度方向平行；多个准直透镜180设置于壳体120的同一侧且阵列布置。需要说明的是，之所以对光源合束结构100的壳体120形状及内部结构布置进行上述限制，是为了将整个光源合束结构100从外壳到内部结构最大限度的进行集成浓缩，使其在同时满足光能耦合效率和光源合束能量密度要求的基础上，空间占用体积最小，满足实际推广应用的生产及使用要求。

第二实施例

请结合参照图1-图5，本发明实施例提供一种光源合束结构200，其与第一实施例提供的光源合束结构100大致相同，不同之处在于，本实施例提供的光源合束结构200还包括多个为对应准直透镜180提供单色光的LD激光器290，多个LD激光器290固定于壳体120并与对应准直透镜180相适配。需要说明的是，本实施例提供的光源合束结构100主要用于激光投影显示领域，故以LD激光器290作为单色激光的光源发生器，在本发明其它实施例中，并不仅限于本实施例这一种，当投影显示的光源有不同时，可根据光源性质的不同，灵活配置光源发生器的类型。

进一步具体地，多个LD激光器290沿合束光源102的方向依次包括蓝光光源激光器，绿光光源激光器，红光光源激光器以及红外光源激光器。需要说明的是，每种颜色的激光器根据第一光源的数量而定，如两个红光颜色的第一光源，那么就对应两个红光光源激光器。需要说明的是，本实施例对不同颜色的多个LD激光器290进行顺序的限定，与第一实施例中各种单色光工作光路距离远近的限制够成了结构上的对应关系，对应颜色的LD激光器290工作时提供对应颜色的单色光。需要进一步说明的是，在本发明其它实施例当中，并不仅限于上述这一种LD激光器290的设置方式，其数量和内部结构可以是任意一种组合方式，只要能够满足具有相同颜色的单色光至少有两束即可，如两个红光光源激光器、一个绿光光源激光器和一个蓝光光源激光器所组成的四合一光源合束结构；如在一个红外光源激光器的基础上，红光光源激光器设置成两个或两个以上、绿光光源激光器设置成一个或一个以上，蓝光光源激光器设置成一个或一个以上，故此会形成五合一光源合束结构、六合一光源合束结构、七合一光源合束结构、八合一光源合束结构、九合一光源合束结构等不同光源个数的多合一光源合束结构，其中当光源激光器较多时，还可以第二合束通道130为中心轴通道，在两侧设置对称的第一合束通道110及相应的激光器合束结构特征。

进一步地，在本实施例中，每个LD激光器290采用激光点焊的方式进行固定，且激光点焊的焊接点291为圆形阵列布置的四个，相对的两个焊接点291所构成的连线与合束光源102呈45度夹角。需要说明的是，之所以对激光点焊的布置方式及数量限定，是因为相对于传统的三点式点焊方式(传统三个焊接点所构成的圆，每两个焊接点对应的半径夹角为120度)，本实施例的四点焊接不但使得LD激光器290焊接固定的更加稳定牢固，而且由于四点焊接，每两个焊接点291对应的半径夹角只有90度，所以在进行相邻两个LD激光器290焊接时，加工工艺的相互影响性变得更小，这就可以使得相邻两个LD激光器290的间隔距离变的更小，有利于光源合束结构200体积进一步集成浓缩，同时也有利于同步减小所有入射光源的整体光路工作距离，降低精度偏差，提高耦合效率和合束光源102的亮度。需要强调的是，在本发明其它实施例当中，并不仅限于本实施例所述的激光点焊的方式，其也可以是其它连接固定方式，如粘接、磁性连接以及卡接等方式。

请结合参照图1-图6，本发明实施例还提供一种光源模组20，其包括如上述的光源合束结构200和光纤201，光纤201和聚焦透镜101组成聚焦组件，光纤201固定于聚焦透镜101的合束光源102输出端。需要说明的是，当光源合束结构200的合束光源102进入聚焦透镜101输出给光纤201后，光纤201即可传输给其它扫描装置，如光纤扫描器，从而实现最终的投影显示。

需要强调的是，本发明实施例提供的光源模组20的工作原理是：七个LD激光器290工作对应发出对应单色激光，单色激光穿过准直透镜180准直后，对应地，红外光151直接入射到距离聚焦透镜101最近的滤光片140上，两束蓝光112入射到对应的偏振分光棱镜142上合束形成蓝光112的第一合束光111，两束绿光113入射到对应的偏振分光棱镜142上合束形成绿光113的第一合束光111，两束红光114入射到对应的偏振分光棱镜142上合束形成红光114的第一合束光111，最终三种颜色的第一合束光111通过对应的第一合束通道110以45度的入射角入射到对应第二合束通道130的滤光片140上合束后，进一步与红外光150合束形成合束光源102，合束光源102再入射进入聚焦透镜101并传输给光纤201，光纤201再传输给其它扫描装置(如光纤扫描器)，从而实现最终的投影显示。

综上所述，本发明实施例提供的光源合束结构和光源模组，通过将相同颜色的单色光设置成至少具有两束，使得各种单色光在光源合束结构中进行合束时能够进行光能的叠加，从而大幅度提高最终合束光源的能量密度，进而提高对应图像的显示亮度；通过灵活组合各色光源的数量，使其能够根据显示要求对不同颜色的光源进行灵活配置和调整，从而满足不同图像对于不同单色光亮度的要求；通过将LD激光器的固定方式设置成四点焊，提高了LD激光器的稳定性，同时可使相邻两个LD激光器的间隔距离变的更小，同步减小所有入射光源的光路工作距离，故而进一步提高了光源耦合效率和合束光源亮度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。