长宽比为a:b的矩形积分棒6，a:b等于16:9。
[0041]非球面准直透镜I?3为正透镜，材料为FK61，前表面为平面，后表面为非球面；非球面准直透镜I?3的外径为8mm ;如图3所示，三片非球面准直透镜(I?3)处于同一平面内，非球面准直透镜I?3之间的间隔为2mm。
[0042]第一成像透镜4为正透镜，材料为K9，外径为22mm。
[0043]第二成像透镜(5)为正透镜，材料为K9，外径为18mm。
[0044]横截面长宽比为16:9的矩形积分棒6为空心方棒，横截面的尺寸为
9.8mmX 5.6mm，长度为81mm。长方形积分方棒的入射端面位于汇聚光束像平面后方，横截面处的光斑直径小于短边的长度5.6mm。
[0045]在积分方棒出射端0.5_处加一个探测器表面，探测器划分为3X3的像素，根据DCI标准计算照度均匀性。
[0046]高亮度激光光源的功率很高，需要的激光器的数量也相对较多，为了安装和维修的方便将激光光纤束分为三个相同的模块。三个激光光纤束模块按照等边三角形排列，激光光纤束模块的中心间距为10mm，每个激光光纤束模块包含RGB三根光纤，光纤发出光束的数值孔径NA为0.22。
[0047]多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统中，三个激光模块发出的三束激光分别经过非球面准直透镜I?3准直为三束平行光束，三束平行光经过第一成像透镜4和第二成像透镜5汇聚后变为数值孔径NA为0.5的光束进入横截面长宽比为16:9的矩形积分棒6，光束在矩形积分棒6中经过3?4次反射后离开积分方棒，变为长宽比为16:9的照明方斑，如图4所示，方斑的照度均匀性达到了 95%以上。
[0048]高亮度激光光源发出的光束经过照明光学系统后变为9.8mmX5.6mm的照明方斑，如图5、图6和图7所示，方斑的照度均匀性达到了 95%以上，照明方斑经中继照明系统(转向系统)照射到数字微镜阵列(DMD)，经数字微镜阵列(DMD)反射后进入投影镜头，并投射到大屏幕上。
[0049]高亮度激光投影显示设备的照明光学系统采用复合孔径的结构形式，成功的将三个间距较远的激光光纤束模块发出的NA为0.22的光整形、匀化整形为数值孔径为0.5的照明方斑，方斑的尺寸为9.8mmX 5.6mm，照度均匀性达到了 95 %以上，满足了高亮度激光投影显示设备的使用要求。
[0050]不同片数的非球面准直透镜对应的激光光纤束模块的个数不同，从而对应的激光光源的亮度不同，改变非球面准直透镜的个数，可对实施案例I进行拓展。
[0051]实施例2:与上述实施例1不同的是，多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统包括两片非球面准直透镜、第一成像透镜、第二成像透镜和横截面长宽比为a:b的长方形积分方棒。
[0052]实施例3:与上述实施例1不同的是，多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统包括四片非球面准直透镜、第一成像透镜、第二成像透镜和横截面长宽比为a:b的长方形积分方棒。
[0053]实施例4:与上述实施例1不同的是，多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统包括五片非球面准直透镜、第一成像透镜、第二成像透镜和横截面长宽比为a:b的长方形积分方棒。
[0054]实施例5:与上述实施例1不同的是，多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统包括六片非球面准直透镜、第一成像透镜、第二成像透镜和横截面长宽比为a:b的长方形积分方棒。
[0055]实施例6:与上述实施例1不同的是，多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统包括七片非球面准直透镜、第一成像透镜、第二成像透镜和横截面长宽比为a:b的长方形积分方棒。
[0056]实施例7:与上述实施例1不同的是，多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统的长方形积分方棒长宽比a:b等于16:10和4:3。
[0057]本发明多孔径拼接大孔径的高亮度三基色激光光源的合成方法，包括以下步骤:
[0058]将多个激光光纤束模块发出的多束激光通过非球面准直透镜单元准直为平行光束，一束激光与一个非球面准直透镜对应；
[0059]将通过非球面准直透镜单元的平行光束通过汇聚透镜单元进行汇聚，将多孔径的光拼接为大孔径圆形光斑；
[0060]将大孔径圆形光斑通过矩形积分棒，将拼接后的大孔径圆形光斑匀化整形为矩形方斑。
[0061]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统，其特征在于，包括: 激光光源，包括多个激光光纤束模块，用于发出多束激光； 非球面准直透镜单元，包括多个处于同一平面内的非球面准直透镜，非球面准直透镜与激光光纤束模块一一对应，每个非球面准直透镜的光轴到光学系统主光轴的距离相等，所述非球面准直透镜的前表面为平面，后表面为非球面； 汇聚透镜单元，包括至少一个汇聚透镜，用于将非球面准直透镜单元的光进行汇聚，将多孔径的光拼接为大孔径圆形光斑； 矩形积分棒，用于将拼接后的大孔径圆形光斑匀化整形为矩形方斑。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述矩形积分棒为空心棒。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述汇聚透镜单元为正焦距组元，其通光口径大于非球面准直透镜单元发出光束的复合口径。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述矩形积分棒的长宽比为16:9、16:10 或者 4:3o
5.—种多孔径拼接大孔径的高亮度三基色激光光源的合成方法，其特征在于，包括以下步骤: 将多个激光光纤束模块发出的多束激光通过非球面准直透镜单元准直为多束平行光，一束激光与一个非球面准直透镜对应； 将通过非球面准直透镜单元的平行光束通过汇聚透镜单元进行汇聚，将多孔径的光拼接为大孔径圆形光斑； 将大孔径圆形光斑通过矩形积分棒，将拼接后的大孔径圆形光斑匀化整形为矩形方斑。
【专利摘要】本发明公开了一种多孔径拼接大孔径合成的高亮度三基色激光光源光学系统，系统包括：激光光源，包括多个激光光纤束模块，用于发出多束激光；非球面准直透镜单元，包括多个处于同一平面内的非球面准直透镜，非球面准直透镜与激光光纤束模块一一对应，每个非球面准直透镜的光轴到光学系统主光轴的距离相等，所述非球面准直透镜的前表面为平面，后表面为非球面；汇聚透镜单元，包括至少一个汇聚透镜，用于将非球面准直透镜单元的光进行汇聚，将多孔径的光拼接为大孔径圆形光斑；矩形积分棒，用于将拼接后的大孔径圆形光斑匀化整形为矩形方斑。本发明利用多孔径拼接大孔径合成的方式可将多个光纤束模块耦合到一起，做成高亮度的激光光源。
【IPC分类】G03B21-14, G03B21-20, G02B27-09
【公开号】CN104765242
【申请号】CN201510223171
【发明人】崔小强, 刘在洲, 李升辉, 王源, 潘海俊, 郑家凤
【申请人】湖北久之洋红外系统股份有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年5月5日