[发明专利]一种RGB三色激光光源投影系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，特别涉及一种RGB三色激光光源投影系统。

背景技术

目前投影系统照明部分大多采用LED光源、蓝光激光激发荧光粉光源等，这些光源受发光物质的限制，发光光谱均为带状或连续光谱，导致光源的色彩饱和度偏低，不能很好的还原图像。此外，LED光源由于电光效率较低，不满足节能、高亮的投影需求，而蓝光激光激发荧光粉由于荧光粉长时间使用会出现衰减，投影画面色彩随时间变化较大。

随着半导体激光二极管技术的成熟，三色纯激光光源作为一种高亮度、高准直的新型光源，正被逐步应用到投影、照明等领域。三色纯激光显示技术以红、绿、蓝三基色为光源，充分利用激光波的可选择性和高光谱亮度特点，使显示图像具有更大的色域表现空间，以实现最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更震撼的表现力。激光显示色域覆盖率可达90％，具有完美的色彩还原度。

在实际应用的激光光源中，由于激光具有高相干性，包括空间相干和时间相干，会导致激光投影显示的散斑效应和不均匀性，特别是人眼对绿光敏感，因此对激光光源的效散斑及匀化处理显得尤为重要，此外现有技术对三色激光的耦合过于复杂，散热多为液冷系统，不能与后续的匀化/消散斑装置进行有效耦合，无法试验光机的小型化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种RGB三色激光光源投影系统，解决现有技术中激光投影显示的散斑效应和不均匀性，以及三色激光的耦合过于复杂的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种RGB三色激光光源投影系统，包括：RGB阵列激光光源模组、X式耦合器、缩束镜组、匀化与消散斑装置、整形镜组、TIR棱镜、DLP调制器、投影镜头；

所述RGB阵列激光光源模组用于提供最初的三色激光，三色激光分别由X式耦合器的左侧、右侧、正后方进入X式耦合器，各色光源中心处于同一高度，三色激光经X式耦合器后耦合成单路光场；所述的缩束镜组紧贴于X式耦合器后面，压缩光束口径；所述匀化与消散斑装置对压缩后的光场进行匀化、消散斑处理并在其光棒出口处产生均匀的方形光场；所述的整形镜组将光棒出口的方形光场按一定倍率放大照射到DLP调制器中的数字微镜片DMD，整形后的光线先经过TIR棱镜的下半部分的斜面发生全反射后照射至DLP调制器的数字微镜片DMD，光线在数字微镜片反射后，经TIR棱镜、投影镜头投射至荧屏上。

进一步的，所述RGB阵列激光光源模组具体包含红色激光二极管阵列、绿光激光二极管阵列、蓝光激光二极管阵列、导热铜板、导热管、散热片、准直透镜阵列；各色激光二极管阵列均匀排列安装在导热铜板上，导热铜板内插导热管，导热管内含冷媒，导热管另一端接散热片，准直透镜阵列置于各色激光二极管阵列前端，准直透镜阵列的排列布局与激光二极管阵列的排列布局一致，形成一一对应，激光二极管阵列可采用间距平行布局或者杨氏倒三角布局。

进一步的，所述准直透镜阵列的透镜面型采用双曲非球面，可有效减小光源模组尺寸，将激光发射的高斯分布场转换为平顶分布场，起到初步匀化的效果，双曲非球面透镜方程为：

其中，c_x、c_y、k_x、k_y分别为非球面透镜在X、Y方向的曲率和圆锥系数。

进一步的，所述RGB阵列激光光源模组采用高频分时驱动，驱动调整频率为120Hz，调制时序采用RBGR_共G_共实现RGBY的驱动方案，可充分发挥绿光激光光源的使用率，提高系统光通亮。

进一步的，所述X式耦合器为XPlate耦合器，由一长两短的平板胶合成“X”形状，平板各面的膜系只有长波通分光膜和短波通分光膜两种，各面的膜系只有长波通分光膜和短波通分光膜两种，由此制作的XPlate耦合器膜系简单，成本低廉，易于装配。

进一步的，所述匀化与消散斑装置具体包含静态扩散片、相位调节器、耦合聚光透镜、高速全向扩散轮、光棒、光机结构件、驱动电路；整个匀化与消散斑装置可封装集成一个独立模块，减小系统尺寸。

进一步的，静态扩散片、高速全向扩散轮的扩散半角HWHM控制在1.5°-2.5°之间，扩散角太小，匀化和消散斑效果不足，扩散角太大，不利于后端的耦合，会造成光效的下降。

进一步的，所述耦合聚光透镜采用非球面透镜，非球面的方程为：

其中，R为球面顶点处的曲率半径(从左向右为正),K、Rn为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。