[發(fā)明專利]一種RGB三色激光光源投影系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711042584.9
• 申請(qǐng)日: 2017-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN107643645A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金旺;何龍;姜銀磊;謝恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川長虹電器股份有限公司
• 主分類號(hào): G03B21/20
• 分類號(hào): G03B21/20;G03B21/16;G02B27/48
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙)51124
• 代理人: 吳中偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種RGB三色激光光源投影系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前投影系統(tǒng)照明部分大多采用LED光源、藍(lán)光激光激發(fā)熒光粉光源等，這些光源受發(fā)光物質(zhì)的限制，發(fā)光光譜均為帶狀或連續(xù)光譜，導(dǎo)致光源的色彩飽和度偏低，不能很好的還原圖像。此外，LED光源由于電光效率較低，不滿足節(jié)能、高亮的投影需求，而藍(lán)光激光激發(fā)熒光粉由于熒光粉長時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)衰減，投影畫面色彩隨時(shí)間變化較大。

隨著半導(dǎo)體激光二極管技術(shù)的成熟，三色純激光光源作為一種高亮度、高準(zhǔn)直的新型光源，正被逐步應(yīng)用到投影、照明等領(lǐng)域。三色純激光顯示技術(shù)以紅、綠、藍(lán)三基色為光源，充分利用激光波的可選擇性和高光譜亮度特點(diǎn)，使顯示圖像具有更大的色域表現(xiàn)空間，以實(shí)現(xiàn)最真實(shí)地再現(xiàn)客觀世界豐富、艷麗的色彩，提供更震撼的表現(xiàn)力。激光顯示色域覆蓋率可達(dá)90％，具有完美的色彩還原度。

在實(shí)際應(yīng)用的激光光源中，由于激光具有高相干性，包括空間相干和時(shí)間相干，會(huì)導(dǎo)致激光投影顯示的散斑效應(yīng)和不均勻性，特別是人眼對(duì)綠光敏感，因此對(duì)激光光源的效散斑及勻化處理顯得尤為重要，此外現(xiàn)有技術(shù)對(duì)三色激光的耦合過于復(fù)雜，散熱多為液冷系統(tǒng)，不能與后續(xù)的勻化/消散斑裝置進(jìn)行有效耦合，無法試驗(yàn)光機(jī)的小型化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種RGB三色激光光源投影系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中激光投影顯示的散斑效應(yīng)和不均勻性，以及三色激光的耦合過于復(fù)雜的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種RGB三色激光光源投影系統(tǒng)，包括：RGB陣列激光光源模組、X式耦合器、縮束鏡組、勻化與消散斑裝置、整形鏡組、TIR棱鏡、DLP調(diào)制器、投影鏡頭；

所述RGB陣列激光光源模組用于提供最初的三色激光，三色激光分別由X式耦合器的左側(cè)、右側(cè)、正后方進(jìn)入X式耦合器，各色光源中心處于同一高度，三色激光經(jīng)X式耦合器后耦合成單路光場(chǎng)；所述的縮束鏡組緊貼于X式耦合器后面，壓縮光束口徑；所述勻化與消散斑裝置對(duì)壓縮后的光場(chǎng)進(jìn)行勻化、消散斑處理并在其光棒出口處產(chǎn)生均勻的方形光場(chǎng)；所述的整形鏡組將光棒出口的方形光場(chǎng)按一定倍率放大照射到DLP調(diào)制器中的數(shù)字微鏡片DMD，整形后的光線先經(jīng)過TIR棱鏡的下半部分的斜面發(fā)生全反射后照射至DLP調(diào)制器的數(shù)字微鏡片DMD，光線在數(shù)字微鏡片反射后，經(jīng)TIR棱鏡、投影鏡頭投射至熒屏上。

進(jìn)一步的，所述RGB陣列激光光源模組具體包含紅色激光二極管陣列、綠光激光二極管陣列、藍(lán)光激光二極管陣列、導(dǎo)熱銅板、導(dǎo)熱管、散熱片、準(zhǔn)直透鏡陣列；各色激光二極管陣列均勻排列安裝在導(dǎo)熱銅板上，導(dǎo)熱銅板內(nèi)插導(dǎo)熱管，導(dǎo)熱管內(nèi)含冷媒，導(dǎo)熱管另一端接散熱片，準(zhǔn)直透鏡陣列置于各色激光二極管陣列前端，準(zhǔn)直透鏡陣列的排列布局與激光二極管陣列的排列布局一致，形成一一對(duì)應(yīng)，激光二極管陣列可采用間距平行布局或者楊氏倒三角布局。

進(jìn)一步的，所述準(zhǔn)直透鏡陣列的透鏡面型采用雙曲非球面，可有效減小光源模組尺寸，將激光發(fā)射的高斯分布場(chǎng)轉(zhuǎn)換為平頂分布場(chǎng)，起到初步勻化的效果，雙曲非球面透鏡方程為：

其中，c_x、c_y、k_x、k_y分別為非球面透鏡在X、Y方向的曲率和圓錐系數(shù)。

進(jìn)一步的，所述RGB陣列激光光源模組采用高頻分時(shí)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)調(diào)整頻率為120Hz，調(diào)制時(shí)序采用RBGR_共G_共實(shí)現(xiàn)RGBY的驅(qū)動(dòng)方案，可充分發(fā)揮綠光激光光源的使用率，提高系統(tǒng)光通亮。

進(jìn)一步的，所述X式耦合器為XPlate耦合器，由一長兩短的平板膠合成“X”形狀，平板各面的膜系只有長波通分光膜和短波通分光膜兩種，各面的膜系只有長波通分光膜和短波通分光膜兩種，由此制作的XPlate耦合器膜系簡(jiǎn)單，成本低廉，易于裝配。

進(jìn)一步的，所述勻化與消散斑裝置具體包含靜態(tài)擴(kuò)散片、相位調(diào)節(jié)器、耦合聚光透鏡、高速全向擴(kuò)散輪、光棒、光機(jī)結(jié)構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)電路；整個(gè)勻化與消散斑裝置可封裝集成一個(gè)獨(dú)立模塊，減小系統(tǒng)尺寸。

進(jìn)一步的，靜態(tài)擴(kuò)散片、高速全向擴(kuò)散輪的擴(kuò)散半角HWHM控制在1.5°-2.5°之間，擴(kuò)散角太小，勻化和消散斑效果不足，擴(kuò)散角太大，不利于后端的耦合，會(huì)造成光效的下降。

進(jìn)一步的，所述耦合聚光透鏡采用非球面透鏡，非球面的方程為：

其中，R為球面頂點(diǎn)處的曲率半徑(從左向右為正),K、Rn為非球面系數(shù)，ρ為歸一化徑向坐標(biāo)。