一种混合激光光源系统
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种混合激光光源系统。
背景技术
目前，激光显示系统主要由光学引擎、散热系统、电子控制系统和密封结构等组成。在这些组成中，最重要的是光学引擎部分。光学引擎由光源和光机两个部分组成，光源部分的作用是为光机提供照明，而光机部分的作用是对照明光束进行调制，调制后的光束经过镜头出射后形成投影画面。
在三色激光领域，照明部分包括激光器、合光元件、匀光元件、透镜元件、消散元件和整形元件等，照明系统的的效果好坏直接决定着最终的显示效果；而目前多种不同颜色的激光光源的光束混合后输出的光束往往会出现混合不均匀的问题，影响显示效果。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种混合激光光源系统，对位于同一平面基板上的光源组发出的光束进行了合光，在很大程度上避免了激光光束颜色不均匀的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种混合激光光源系统，包括合光部、耦合部以及整形部；所述合光部包括第一光源组、第二光源组、第三光源组、偏振合光元件以及合光元件；
其中，所述第一光源组、所述第二光源组以及所述第三光源组并排设置在同一平面基板上；所述第一光源组和所述第二光源组的光源颜色相同，且和所述第三光源组的光源颜色不同；所述第一光源组、所述第二光源组和所述第三光源组中各个光源的数量以及排布方式相同；
所述偏振合光元件设置在所述第一光源组和所述第二光源组的出射光路上，用于使得所述第一光源组和所述第二光源组的光束重合输出；
所述合光元件设置在所述第三光源组的出射光路和所述偏振合光元件所在的光路上，用于使得所述第一光源组和所述第二光源组重合的光束和所述第三光源组的光束重合输出；
所述耦合部以及所述整形部依次设置在所述偏振合光元件和所述合光元件的输出光路上，用于对所述第一光源组、所述第二光源组和所述第三光源组合并后的光束进行耦合整形输出。
在本申请的一种可选地实施例中，所述偏振合光元件包括第一反射元件和偏振合光片；所述第一反射元件设置在所述第二光源组的出射光路上；
所述偏振合光片设置在所述第一光源的出射光路和所述第一反射元件的出射光路上，用于对经过第一反射元件反射的所述第二光源组的光束透射出射，对所述第一光源组的光束反射出射。
在本申请的一种可选地实施例中，所述合光部还包括第二反射元件，以及和所述第一光源组、所述第二光源组、所述第三光源组并排设置在所述平面基板上的第四光源组；所述第四光源组中的光源颜色和所述第二光源组以及所述第三光源组中的光源颜色均不相同；
所述第二反射元件设置在所述第四光源组的出射光路上；所述合光元件设置在所述第二反射元件的出射光路和所述第三光源组的出射光路上，用于对所述第二反射元件反射的所述第三光源的光束透射出射并对所述第四光源组反射出射。
在本申请的一种可选地实施例中，所述合光部还包括设置在所述偏振合光片和所述合光元件的输出光路上的总合光元件；
所述第一光源组和所述第二光源组经所述偏振合光片合并后的光束，与所述第三光源组和所述第四光源组经所述合光元件合并后的光束，分别从所述总合光元件的透射入射侧和反射入射侧入射后合并输出至所述耦合部。
在本申请的一种可选地实施例中，所述耦合部设置在所述偏振合光片的出射光路上；
所述合光元件设置在所述偏振合光片的入射光路上，且所述第一反射元件为对所述第二光源组的光束反射，对其他波段的光束透射的合光片；或者，所述合光元件设置在所述偏振合光片的出射光路上，所述第二反射元件为对所述第四光源组的光束反射，对其他波段的光束透射的合光片。
在本申请的一种可选地实施例中，所述平面基板所在的平面和所述耦合部入射侧的光轴平行。
在本申请的一种可选地实施例中，所述平面基板所在的平面和所述耦合部入射侧的光轴垂直；所述第一光源组件的中心位于所述耦合部入射侧的光轴上。
在本申请的一种可选地实施例中，第一光源组、所述第三光源组、以及所述第四光源组的光源均为红色光源、蓝色光源、绿色光源中的任意一种光源。
在本申请的一种可选地实施例中，所述耦合部为聚光透镜组。
在本申请的一种可选地实施例中，所述合光元件为合光片。
在本申请的一种可选地实施例中，所述耦合部为聚光透镜组。
本实用新型所提供的多色激光光源系统，包括合光部、耦合部以及整形部；所述合光部包括第一光源组、第二光源组、第三光源组、偏振合光元件以及合光元件；其中，第一光源组、第二光源组以及第三光源组并排设置在同一平面基板上；第一光源组和第二光源组的光源颜色相同，且和第三光源组的光源颜色不同；第一光源组、第二光源组和第三光源组中各个光源的数量以及排布方式相同；偏振合光元件设置在第一光源组和第二光源组的出射光路上，用于使得第一光源组和第二光源组的光束重合输出；合光元件设置在第三光源组的出射光路和偏振合光元件所在的光路上，用于使得第一光源组和第二光源组以及第三光源组的光束重合输出；耦合部以及整形部依次设置在偏振合光元件和合光元件的输出光路上，用于对第一光源组、第二光源组和第三光源组合并后的光束进行耦合整形输出。
本申请中利用偏振合光元件将多组相同颜色的光源组对应的光束重合合并为同一束光束，避免因为相对于其他颜色的光源组数量更多的光源组光斑更大，造成整个激光系统输出光线颜色不均匀的问题；并且还将位于同一平面基板上各中不同颜色的光源组对应的光束利用合光元件进行合并，从而在在最大程度上保证了各组光源组的光斑能够高度重合，进而保证了输出的激光光束颜色的均匀性。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
图1为本申请实施例提供的混合激光光源系统的光路示意图；
图2为本申请实施例提供的各个光源组的排布示意图；
图3为本申请实施例提供的另一混合激光光源系统的光路示意图；
图4为本申请实施例提供的另一混合激光光源系统的光路示意图；
图5为本申请实施例提供的另一混合激光光源系统的光路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的混合激光光源系统的光路示意图，图2为本申请实施例提供的各个光源组的排布示意图，该系统可以包括：
合光部1、耦合部2以及整形部3；合光部1至少包括第一光源组D、第二光源组C、第三光源组B、偏振合光元件以及合光元件12；
其中，第一光源组D、第二光源组C以及第三光源组B并排设置在同一平面基板10上；第一光源组D和第二光源组C的光源颜色相同，且和第三光源组B的光源颜色不同；第一光源组D、第二光源组C和第三光源组B中各个光源的数量以及排布方式相同；
偏振合光元件设置在第一光源组D和第二光源组C的出射光路上，用于使得第一光源组D和第二光源组C的光束重合输出，也即是第一光源组D和第二光源组C的光束的光斑重合；
合光元件12设置在第三光源组B的出射光路和偏振合光元件所在的光路上，用于使得第一光源组D和第二光源组C合并的光束与所述第三光源组B的光束重合输出；
耦合部2以及整形部3依次设置在偏振合光元件和合光元件12的输出光路上，用于对第一光源组D、第二光源组C和第三光源组B合并后的光束进行耦合整形输出。
具体地该耦合部2也即是一组聚光透镜组，对合光部1出射的光束进行汇聚。
第一光源组D、第二光源组C、第三光源组B设置与同一平面基板10上，保证了整个激光光源系统中光源部件的高度集成设置，使得光源布局更为紧凑。显然，本申请中的光源组中的光源均为激光光源，且各个光源组中各个光源的出射方向均垂直于平面基板10。
如图2所示，每个光源组中均具有一排光源，且每个光源组中光源的数量和排布方式均相同。当然，在实际应用过程中，每个光源组中也可以包含有多排光源，只要保证各个光源组中光源布局一致即可。
在常规的激光光源系统中，位于同一个平面基板上的多组光源的光束，一般是经过聚光镜的汇聚作用汇合成一束混合光束。显然各个光源组的光束在入射耦合部件是并不是共轴入射，那么即便经过聚光镜的聚光作用输出的光束，各种颜色的光束的光斑也并不能完全重合，进而导致各种不同颜色的光束颜色混合不均匀的问题。尤其是针对图2中所述的光源组，第一光源组D和第二光源组C的光束颜色相同，而和第三光源组B的光束颜色不同，那么如果第一光源组D、第二光源组C以及第三光源组B的光束直接通过耦合部耦合出射，第一光源组D和第二光源组C的光束光斑显然大于第三光源组B的光斑，进一步地增大了光束颜色混合不均匀的问题。
为此，本申请中在合光部1中设置偏振合光元件和合光元件12，具体地，该偏振合光元件可以为偏振合光片，而合光元件12可以是普通的合光片。通过偏振合光元件将相同颜色光束对应的多组光源组的光束进行合光。显然本申请中偏振合光元件的对两束相同颜色的光束合光的方式和聚光透镜将多束光束进行汇聚的合光方式并不相同，而是使得两束光束的光斑重合。同理，合光元件12对不同颜色的光束进行合光时，也是将多数不同颜色的光束以光斑重合的方式合光，进而使得各组光源组输出的光束的光斑最终均重合，也就使得各组光源组的光束均匀混合，避免了激光光源输出的激光光束颜色不均匀的问题。
本申请提供的混合激光光源系统中，将同一平面基板上的各组不同光源组发出的不同颜色光束通过合光元件以光斑重合的方式进行合光，而多组光源组发出同种颜色的光束通过偏振合光元件以光斑重合的方式进行合光，最终使得同一平面基板上各种个光源发出的激光光束对应的光斑在最大程度上均匀混合，进而使得输出的激光光束具有良好的颜色均匀性，进而提高混合激光光源系统输出的激光效果。
下面将以具体实施例中对本申请中混合激光光源系统中的光路进行详细说明。如图1、图3至图5所示，分别为本申请实施例提供的激光光源系统提供的四种不同的光路结构示意图。
在本申请的一种可选地实施例中，具体可以包括：
偏振合光元件包括第一反射元件13和偏振合光片14；第一反射元件13设置在第二光源组C的出射光路上；
偏振合光片14设置在第一光源组D的出射光路和第一反射元件13的出射光路上，用于对经过第一反射元件13反射的第二光源组C的光束透射出射，对第一光源组D的光束反射出射。
具体地，因为第一光源组D和第二光源组C之间并排设置，因此第一光源组D和第二光源组C出射的光束是相互平行的，因此可采用对第一光源组D的光束反光的光学元件，使得第一光源组D的光束的方向偏转90度，使得第一光源组D的光束和第二光源组C的光束存在相互交叉的位置，而偏振合光片14即可设置在该交叉位置处，偏振合光片14接收到相互垂直的两个方向的光束，即可对其中一束方反射另一束光透射，进而使得两束光束的光路重合，也即实现光斑重合。
具体地，如图1所示，第一光源组D的光束以45度入射角的入射至第一反光元件13并反射至偏振合光片14，使得第一光源组D和第二光源组C的光束以相互垂直的方向入射至偏振合光片14，其中一束光束发生透射另一束光束发生发射进而向同一方向合并输出，进而实现同种光源组输出的光束的混合。
在第一光源组D和第二光源组C的光束可重合的基础上，可以通过利用合光元件12再将第一光源组D的光束和第二光源组C的光束合并后的光束和第三光源组B的光束进行合光，同样也是以光斑重合的方式进行合光。
当然在实际应用中还可以存在多种变形的光路，只要是将同种颜色的多束光束利用偏振合光片14合光，而不同颜色的多束光束利用合光元件12合光，均属于本申请的保护范围。
上述实施例中仅仅以一种颜色光束对应有两组光源组而另一种颜色光束对应有一组光源组的实施例进行说明。但是在混合激光光源系统中，光源的设置方式是存在多种多样的，例如某一种颜色的光束对应的光源数量是另一种颜色光束对应的光源数量的2倍以上；或者是包含有三种颜色以上的光源等等。
本申请中对于同一颜色的多束光束均可以采用上述实施例类似的方式利用偏振合光片14进行合光，进而使得不同颜色的光束的光斑大小相同，再利用普通的合光元件12对不同颜色的光束合光即可，基本的合光原理均类似，在此不再赘述。
基于上述实施例，对于在混合激光光源系统中，存在两种以上颜色的光源的实施例中，还可以进一步地包括：
合光部1还包括第二反射元件11，以及和第一光源组D、第二光源组C、第三光源组B并排设置在平面基板10上的第四光源组A；第四光源组A中的光源颜色和第二光源组C以及第三光源组B中的光源颜色均不相同；
第二反射元件11设置在第四光源组A的出射光路上；
合光元件12设置在第二反射元件11的出射光路和第三光源组B的出射光路上，用于对第二反射元件11反射的第三光源组B的光束透射出射并对第四光源组A反射出射。
对于第四光源组A的光束，是通过反射元件对其出射的光束翻转90度，再利用合光元件12将第三光源组B和第四光源组A的光束进行重合。
一般混合激光光源系统中，包含有红色光源组、蓝色光源组以及绿色光源组等三种颜色光源组，当然在实际应用过程中也并不排除还包含有多种其他颜色的光源组，且对于数量较多的光源组也可能并不仅仅只有一种颜色的光源组，例如在平面基板10上可以包含一组黄色颜色光源、一组红色光源组、两组绿色光源组和两组蓝色光源组，对于两组绿色光源组和两组蓝色光源组的光束混合方式，可以参考第一光源组D和第二光源组C的光束混合方式，而黄色光束、红色光束、混合后的绿色光束以及混合后的蓝色光束之间的混合方式可以参考第三光源组B和第四光源组A的光束混合方式，通过反射元件即可将各束光束的光路进行改变，并通过合光元件合并。
具体地，在本申请的另一可选地实施例中，合光部还包括设置在偏振合光片14和合光元件12的输出光路上的总合光元件15；
第一光源组D和第二光源组C经偏振合光片14合并后的光束，与第三光源组B和第四光源组A经合光元件12合并后的光束，分别从总合光元件15的透射入射侧和反射入射侧入射后合并输出至耦合部2。
具体地，参考图1，第二反射元件设置在第四光源组的出射光路上，使得第四光源组的光束传播方向偏转的90度，和第三光源组的光束传播方向垂直；
合光元件12设置在第三光源组B和第二反射元件11的出射光路上，位于经过第二反射元件11反射的第四光源组A的光束和第三光源组B的光束交叉位置上；此时合光元件12为对第四光源组A的光束透射而对第三光源组C的光束反射的合光片。由此，合光元件12和第二反光元件11即可将两种不同颜色的光束以光斑重合的方式合为一束光束。
而第一反射元件13设置在第二光源组C的出射光路上，用于将第二光源组C的光束光路方向偏转90度，使得第一光源组D和第二光源组C的光束的方向由相互平行变为相互垂直；
偏振合光片14则设置在第一反射元件13的出射光路和第一光源组D的出射光路上，位于经过第一反射元件13反射的第二光源组C的光束和第一光源组D的光束之间的交叉位置；偏振合光片14对两束相同颜色的光束一束进行反射一束进行透射，进而实现两束相同颜色的光束合光。
总合光元件15设置在偏振合光片14的出射光路和合光元件12的出射光路上，使得总合光元件15在两束同种颜色的光束合光和两束不同颜色光束合光的基础上，可以进一步地对两束合光光束进行合光。
对于图1所示的光路而言，设置四组光源组的平面基板10和耦合部2的入射侧光轴平行的位置。在实际应用中，也可以将平面基板10和耦合部2入射侧的光轴垂直，且为了保证光路的紧凑性，可以进一步使得第一光源组D的中心位于耦合部2入射侧的光轴上。如图3所示，图3相当于将图1中合光部1中的光路以总合光元件15为对称面进行镜像翻转获得的光路结构，当然其中各个光学元件的功能需要进行适应性的调整，但是图1和图3的光路过程和原理基本相同，在此不再一一赘述。
为了进一步地简化光路，在本申请中也并不必然需要设置总合光元件。具体地基于上述实施例在本申请的一种可选的实施例中，可以包括：
耦合部2设置在偏振合光片14的出射光路上；
合光元件设置在偏振合光片14的入射光路上，且第一反射元件13为对第二光源组C的光束反射，对其他波段的光束透射的合光片；或者，合光元件12设置在偏振合光片14的出射光路上，第二反射元件11为对第四光源组A的光束反射，对其他波段的光束透射的合光片。
具体地，参考图4，设置各个光源组的平面基板10是垂直于耦合部2入射侧的光轴，且第一光源组D的中心位于该光轴上；
第二反射元件11设置在第四光源组A的出射光路上，使得第四光源组A的光束传播方向偏转的90度，和第三光源组B的光束传播方向垂直；
合光元件12设置在第三光源组C和第二反射元件11的出射光路上，位于经过第二反射元件11反射的第四光源组D的光束和第三光源组C的光束交叉位置上；此时合光元件12为对第四光源组A的光束透射而对第三光源组C的光束反射的合光片。
而第一反射元件13设置在合光元件12和第二光源组C的出射光路上，该第一反射元件13为对第二光源组C的光束反射，对其他波段的光波透射的合光片；位于第二光源组C输出的光束和合光元件12出射光路的混合光束交叉位置，用于将第二光源组C的光束光路方向偏转90度，使得第二光源组C、第三光源组B以及第四光源组A的光束合并后入射至偏振合光片14；
偏振合光片14则设置在第一反射元件13的出射光路和第一光源组D的出射光路上，位于经过第一反射元件13出射光路合并输出的光束和第一光源组D的光束之间的交叉位置。并且耦合部2设置在偏振合光片14的出射光路上，使得该偏振合光片14对第一光源组D、第二光源组C、第三光源组B以及第四光源组A的光束合并输出后入射至耦合部2。
当然，如图5所示，平面基板10也可以和耦合部2入射侧光轴平行，相对于图4，将图4中合光部1的光路以偏振合光片14为对称面做镜像反转，即是图5所示的光路。
在实际应用过程中各个光路中各个部件可以存在多种变形，例如将图1中第一光源组D、第二光源组C、第一反射元件13以及偏振合光片14组成的光路和第四光源组A的位置互换，也能实现本申请中的技术方案。还有类似的实现方式，本申请中不再一一列举，但应当均属于本申请中的保护范围。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
