混合激光光源系统
技术领域
本实用新型涉及激光光源领域，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。
基于目前激光显示系统的要求，激光光源输出的光束颜色也根据具体的应用各不相同，那么在实际应用过程中也就需要将多种不同颜色的光束进行混合输出。但是多种不同颜色的光束混合输出后往往会出现光束颜色混合不均匀的问题，直接影响光束的使用效果。
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，在很大程度上提高了混合激光光源输出的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、第一分光元件以及合光元件；
所述第一光源组、所述第二光源组、所述第三光源组设置与同一平面基板上；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；
所述第一分光元件设置在所述第三光源组的出射光路上，用于将所述第三光源组的光束分成两束第一子光束；
所述合光元件用于设置在所述第一子光束的光路、所述第一光源组和第二光源组的出射光路上，用于将两束所述第一子光束通过所述合光元件分别与所述第一光源组和所述第二光源组输出的光束重合合并形成两束合并光束，且两束所述合并光束入射至所述耦合部耦合后，经所述整形部输出。
可选地，所述合光部还包括第一反射元件，所述合光元件包括第一合光元件和第二合光元件；
所述第一分光元件用于对所述第三光源组的光束进行50％的透射、50％的反射，形成第一透射子光束和第一反射子光束；
所述第一反射元件设置在所述第一分光元件的透射出射光路上；
所述第一合光元件设置在所述第一反射元件的出射光路以及所述第一光源组的出射光路上；所述第一合光元件用于将经所述第一反射元件反射入射的所述第一透射子光束和所述第一光源组的光束重合输出；
所述第二合光元件设置在所述第一分光元件的反射出射光路，以及所述第二光源组的出射光路上，用于将所述第一反射子光束和所述第二光源组的光束重合输出。
可选地，所述第一合光元件和所述第二合光元件为同一个合光元件。
可选地，所述合光部还包括设置在所述平面基板上的第四光源组，设置在所述第四光源组出射光路上的第二分光元件，以及设置在所述第二分光元件的透射出射光路上的第二反射元件；
所述第二分光元件用于将所述第四光源组的光束分光形成第二反射子光束和第二透射子光束；
所述第一反射元件设置在所述第二反射元件的出射光路上，所述第一反射元件为对所述第一透射子光束反射，对经所述第二反射元件反射入射的所述第二透射子光束透射，使得所述第一透射子光束和所述第二透射子光束合光的合光片；
所述第一分光元件设置在所述第二分光元件的反射出射光路上；用于对所述第二反射子光束透射，并将所述第二反射子光束和所述第一反射子光束进行合光。
可选地，所述合光部还包括设置在所述平面基板上的第四光源组，设置在所述第四光源组出射光路上的第二分光元件，以及设置在所述第二分光元件的透射出射光路上的第二反射元件，以及设置在所述耦合部入射侧的光轴上的总合光元件；
所述第二分光元件用于将所述第四光源组的光束分光形成第二反射子光束和第二透射子光束；
所述总合光元件设置在所述第二反射元件的出射光路和所述第二分光元件的反射出射光路上，且所述总合光元件设置在所述第一合光元件和所述第二合光元件的出射光路上。
可选地，所述平面基板和所述耦合部入射侧的光轴平行。
可选地，所述平面基板和所述耦合部入射侧的光轴垂直，且所述第一光源组的中心位于所述光轴上。
可选地，所述第一光源组、所述第二光源组、所述第三光源组以及所述第四光源组为红色光源组、绿色光源组、蓝色光源组中的任意一种光源组。
可选地，所述第一分光元件为分光片，所述合光元件为合光片。
可选地，所述耦合部包括聚光透镜组。
本实用新型所提供的一种混合激光光源系统，包括合光部、耦合部以及整形部；合光部包括第一光源组、第二光源组、第三光源组、第一分光元件以及合光元件；第一光源组、第二光源组、第三光源组设置与同一平面基板上；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；第一分光元件设置在第三光源组的出射光路上，用于将第三光源组的光束分成两束第一子光束；合光元件用于设置在第一子光束的光路、第一光源组和第二光源组的出射光路上，用于将两束第一子光束通过合光元件分别与第一光源组和第二光源组输出的光束重合合并形成两束合并光束，且两束合并光束入射至耦合部耦合后，经过整形部输出。
本申请中将各种不同颜色的激光光源集成设置在同一个平面基板上，保证光源布局的高集成设置，同时还将包含光源组数更少的光源光束通过分光元件分为多束子光束，再通过合光元件将各束子光束分别和各组光源组发出的相同颜色的光束进行重合合光，也即可获得多束颜色混合均匀的混合光束，而多束混合光束在经过耦合部汇聚，并经过整形部的整形，从而输出颜色混合均匀的激光光束，提升了激光光束颜色的均匀性，进而保证混合激光光源的使用效果。
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组光源组的分布结构示意图；
图3为本申请实施例提供的混合激光光源系统的另一光路示意图；
图4为本申请实施例提供的混合激光光源系统的另一光路示意图；
图5为本申请实施例提供的混合激光光源系统的另一光路示意图。
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组光源组的分布结构示意图。
本实施例中所提供的混合激光光源系统可以包括：
合光部1、耦合部2以及整形部3；合光部1包括第一光源组D、第二光源组C、第三光源组B、第一分光元件14以及合光元件11；
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01上，进而保证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01。
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。
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个光源的光束，一般是经过聚光透镜的聚光作用汇聚成一束混合光，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，那么即便经过耦合部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的光束直接通过聚光透镜聚光出射，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，本申请在在合光部1中设置第一分光元件14和合光元件(参考图1中标号为12和15的元件)。具体地该第一分光元件14可以是分光片，合光元件也可以采用合光片。
第一分光元件14设置在第三光源组B的出射光路上，用于将第三光源组B的光束分成两束第一子光束；
合光元件用于设置在第一子光束的光路、第一光源组D和第二光源组C的出射光路上，用于将两束第一子光束通过合光元件分别与第一光源组D和第二光源组C输出的光束重合合并形成两束合并光束，也即是两束第一子光束中的一束和第一光源组D的光束重合(即光束光斑重合)，另一第一子光束和第二光源组C的光束重合；并且两束合并光束入射至耦合部2进行耦合，如图1所示两束合并光束可以关于耦合部2入射侧光轴对称入射至耦合部2耦合，并经过整形部3输出。具体地，该耦合部2可以为一组聚光透镜组。
结合图1和图2可知，本实施例中将第三光源组B发出的光束通过第一分光元件14进行了分光处理，获得两束子光束，也即是说第三光源组B发出的光束数量变为两束，与第一光源组D和第二光源组C共同发出的光束的数量相同。再将其中一束子光束和第一光源组D的光束通过合光元件进行合光，具体地该合光元件可以采用合光片一类的光学元件，该合光元件将该子光束和第一光源组D发出的光束进行合光，使得两束光束的光斑重合；同理，合光元件还可以采用相同的方式使得另一束子光束和第二光源组C的光束的光斑重合形成合并光束；由此，即可获得两束相同的混合光束，两束该混合光束再入射至耦合部，即便两束混合光束之间经过耦合部出射后的光斑不重合，也并不影响光束的均匀性的问题，耦合部将两束混合光束耦合输出至整形部，再由整形部3进行整形输出，即可获得颜色混合均匀度更好的激光光束。
综上所述，本申请中将对应光源组数较少的颜色的光束进行了分光，分别和对应光源组数较多的颜色的光束进行混合，得到多束颜色均匀性较好的光束后，再有耦合部进行耦合输出，再很大程度上提高了激光光源输出光束的颜色均匀性，提高了激光光源的照明显示效果。
下面将以具体实施例对本申请的激光光源系统中光路结构进行详细介绍。如图1和图3至图5所示，图3至图5为本申请实施例提供的混合激光光源的三种不同的光路结构示意图。
在本申请的一种具体实施例中，合光部还包括第一反射元件，合光元件包括第一合光元件12和第二合光元件15；
第一分光元件12用于对第三光源组B的光束进行50％的透射、50％的反射，形成第一透射子光束和第一反射子光束，进而保证将第三光源B的光束均分为相同的两束子光束。
需要说明的是，若是一种颜色的光源组有三组，而另一种颜色的光源组只有一组，则需要通过多个分光元件对只有一组的光源组光束进行多次分光，分为三束相同的子光束，每个子光束占该光源组输出光束能量的33.3％。
第一反射元件11设置在第一分光元件14的透射出射光路上；
第一合光元件14设置在第一反射元件11的出射光路以及第一光源组D的出射光路上；第一合光元件14用于将经第一反射元件11反射入射的第一透射子光束和第一光源组D的光束重合输出；
第二合光元件15设置在第一分光元件14的反射出射光路，以及第二光源组C的出射光路上，用于将第一反射子光束和第二光源组C的光束重合输出。
如前所述，第一分光元件14具体可以是分光片，那么第三光源组B的光束可以是以45度入射角的方向入射，相应地，产生的第一反射子光束垂直于第三光源组B发射光束方向出射，而第一透射子光束沿原光路方向出射，再通过第一反射元件11对第一透射子光束的方向进行90度偏转，即可使得第一反射子光束和第二透射子光束的传播方向平行，且与第一光源组D和第二光源组C的出射光束的方向垂直；进一步地，可以在第一反射子和第二光源组B的光束交叉位置设置对第二合光元件15，使得第二合光元件15对该两束光束一束进行透射一束进行反射，进而实现两束光束光斑重合后合并输出；同理，在相互垂直传播的第一透射子光束和第一光源组D的光束交叉位置设置第一合光元件12，使得两束光束的光斑重合后合并输出。
结合图1、图3至图5可知，对于第一合光元件12和第二合光元件15而言，二者是相互平行的，甚至可以位于同一直线上，因此，第一合光元件12和第二合光元件15也可以选择采用一个面积较大的合光元件同时对分别对两束光束进行合光，对此本申请中不做具体限制。
需要说明的是，上述实施例以及图1、图3至图5中是将合光元件设置在第一分光元件14和第一反射元件11的出射光路上。在实际应用过程中，因分光片和合光片以及反光片的功能是可以复用的。因此，在本实施例中也可以将两个合光元件设置在第一分光元件14和第一反射元件11的出射光路上，此时，合光元件可以采用反光片，反光片将第一光源组D和第二光源组C的光束分别反射至第一反光元件11和第一分光元件14；此时第一反光元件11可以采用对第一光源组D的光束透射而对第一透射光束反射的合光片，而第一分光元件14为对第三光源组B的光束一半透射一半反射，且对其他波段的光束透射的分光片，也可以实现第三光源组B的两个子光束分别和第一光源组D以及第二光源组C的光束合光。
当然，在实际应用过程中第一光源组D、第二光源组C以及第三光源组B的光路还存在多种变形，但其本质是将光束数量较少的颜色的光束进行分光以便和光束数量较多的颜色的光束进行分别合光，应当均属于本申请的保护范围，对此本申请中不一一列举。
如前所述，上述实施例中，仅仅是以两种不同颜色的光源组为实施例进行说明。在实际应用过程中混合激光光源系统中，并不仅限于只有两种颜色的光源组。
因此，基于上述实施例，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：
合光部1还包括设置在平面基板上的第四光源组A，设置在第四光源组A出射光路上的第二分光元件13，以及设置在第二分光元件13的透射出射光路上的第二反射元件10；
第二分光元件14用于将第四光源组A的光束分光形成第二反射子光束和第二透射子光束；第二反射元件10用于第二透射子光束反射，使得该第二投射子光束的方向偏转90度。
和对第三光源组B的光束进行分光类似的原理，通过第二分光元件13将第四光源组A的光束按照相互垂直的两个方向分成第二反射子光束和第二透射子光束，再通过第二反射元件将第二投射子光束的光路改变90度方向，进而使得第二反射子光束和第二透射子光束的光路相互平行。
进一步地，为了将第三光源组B分光后的光束、第一光源组D和第二光源组C的光束与第四光源组A的光束能够合光，可以将第二反射元件10的出射光轴和第一反射元件11的出射光轴共轴而第二分光元件13的出射光轴和第一分光元件14的出射光轴共轴，由此即可实现第三光源组B的两个子光束和第四光源组A的两个子光束分别进行合光，并且分别和第一光源组D以及第二光源组C的光束合光。
具体地，参考图1和图3，可以将第一反射元件11设置在第二反射元件10的出射光路上，第一反射元件11为对第一透射子光束反射，对经第二反射元件10反射入射的第二透射子光束透射，使得第一透射子光束和第二透射子光束合光的合光片；
第一分光元件14设置在第二分光元件13的反射出射光路上；用于对第二反射子光束透射，并将第二反射子光束和第一反射子光束进行合光。
当然，本申请中要实现第三光源组B和第四光源组A分光后的光束均分别和第一光源组D、第二光源组C的光束合光，也并不必然要求将第二反射元件10的出射光轴和第一反射元件11的出射光轴共轴而第二分光元件13的出射光轴和第一分光元件14的出射光轴共轴。
具体地，参考图4和图5，在本申请的另一可选地实施例中，所述合光部还包括设置在耦合部入射侧的光轴上的总合光元件；
第二分光元件13用于将第四光源组A的光束分光形成第二反射子光束和第二透射子光束；
总合光元件16设置在第二反射元件10的出射光路和第二分光元件13的反射出射光路上，且总合光元件16设置在第一合光元件12和第二合光元件15的出射光路上。
由图4和图5所示，可知，第三光源组B的两个子光束分别和第一光源组D以及第二光源组C的光束合并后，再分别通过总合光元件16分别和第四光源组A的两个子光束进行合光。该总合光元件16具体也可以采用合光片。
本实施例中以混合激光光源中包含三种不同颜色的光源为例进行了说明。最常见的三色混合激光光源所示红色光源、绿色混合光源以及蓝色混合光源。因此，本实施例中第一光源组D、第三光源组C和第四光源组A的光源可以是红色光源、绿色光源以及蓝色光源中任意一种光源。
在实际应用过程中，可以是三种以上的激光光源发出的光束进行混合；另外在实际应用过程中，还可能存在某两种颜色的光源组的组数均为两组，而还有一种颜色的光源组的组数只有一组，依据本申请中类似的原理，可以采用合光片、反射镜等光学元件改变具有多组的同种颜色的光源组的光路，实现不同颜色的光源组的光束的合并，在此不再一一列举。
基于上述任意实施例，结合图1、图4至图5可知对于设置各个光源组的平面基板01，可以是和耦合部2的入射侧的光轴平行，也可以是和耦合部2入射侧的光轴垂直，且当平面基板01垂直于耦合部2的光轴时，第一光源组D的中心位于该光轴上。对于平面基板01的具体设置方式，可以依据实际应用需求进行设定，对此本申请中不做具体限制。
基于上述实施例，在本申请的一种可选地实施例中，如图1所示，该激光光源系统包括：
平面基板01和耦合部2的光轴平行；
第二分光元件13设置在第四光源组A的出射光路上，将第四光源组A的光束分为反射出射的第二反射子光束和透射出射的第二透射子光束；
第一分光元件14设置在第一分光元件13的反射出射光路和第三光源组B的出射光路上，位于第二反射子光束和第三光源组的光束交叉位置，对第二反射子光束进行透射，而对第三光源组B的光束进行一半透射一半反射，进而将第三光源组B的光束分光形成第一反射子光束和第二透射子光束，使得第一反射子光束和第二反射子光束合并。
第二反射元件10设置在第二分光元件13的透射出射光路上，使得第二透射子光束的传输方向发生90度偏转；
第一反射元件11设置在第二反射元件10的出射光路和第一分光元件14的透射出射光路上，位于第二透射子光束和第一透射子光束的交叉位置；此时第一反射元件11为合光片，对第一透射子光束进行反射，而对第二透射子光束进行透射，进而实现第一投射子光束和第二透射子光束合光。
而第一合光元件12设置在第一反射元件10和第一光源组D的出射光路上；第二合光元件15设置在第一分光元件14的出射光路和第二光源组C的出射光路上，第一合光元件12的输出光束和第二合光元件15输出光束光于耦合部2入射侧光轴对称入射至耦合部2，经过耦合部2耦合后，再经过整形部3输出。
对于图1所示的光路中，以第一合光元件为对称面进行镜像翻转，即可得到图3，尽管需要对光路中各个光学元件的功能进行适应性的调整，但图1和图3的光路基本原理近似，在此就不再重复赘述。
而对于图4所示的混合激光光源系统中，具体可以包括：
第二分光元件13设置在第四光源组A的出射光路上，将第四光源组A的光束分为反射出射的第二反射子光束和透射出射的第二透射子光束；
第二反射元件10设置在第二分光元件13的出射光路上，使得第二透射子光束的方向发生90度偏转。
第一合光元件12设置在第二反射元件10的出射光路和所述第一光源组D的出射光路上，位于第二透射子光束和第一光源组D的光束交叉位置，对第二透射子光束和第一光源组D的光束分别进行透射和反射，使得两束光束合光。
第二合光元件15设置在第二分光元件13的反射出射光路和第二光源组C的出射光路上，位于第二反射子光束和第二光源组C的光束交叉位置，对第二反射子光束和第二光源组C的光束合光。
第一分光元件14设置在第三光源组B的出射光路上，将第三光源组B的光束分为反射出射的第一反射子光束和透射出射的第一透射子光束；
第一反射元件11设置在第一分光元件14的出射光路上，使得第一透射子光束的方向发生90度偏转。
总合光元件16设置在第一分光元件14和第一反射元件11的出射光路上，且还位于第一合光元件12和第二合光元件15的出射光路上，位于第一反射子光束和第二合光元件15输出的合光光束交叉位置以及第一透射子光束和第一合光元件12输出的合光光束的交叉位置。
同理，以总合光元件16为对称面，对图4所示的光路进行镜像翻转，即可得到图5所示的光路，再此不再赘述。
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。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。
