专利名称：一种采用固体绿激光和红、蓝光led的高亮度混合白光源的制作方法
技术领域：
本发明属于光源技术领域，更具体地，涉及一种采用固体绿激光和红、蓝光LED的闻売度混合白光源。
背景技术：
迄今为止，市场对高分辨率、高清晰度、高影像画质、视场宽大的投影显示器材的需求日益增强，同时也推动着投影显示技术的持续快速发展。投影显示技术主要分为CRT、IXD、反射式液晶(Liquid Crystal on Silicon,简称LC0S)以及数字光学处理器(DigitalLight Processing，简称DLP)这四种类型。其中的CRT和LCD属光透射式，DLP和LCOS采用光反射方式。目前市场上主流的投影机以IXD和DLP为主，CRT技术已淘汰，大屏幕LCOS仍处在研发阶段，尚未规模化量产。 光源是投影机的关键组件，长期以来被UHP和UHE等高压汞灯技术垄断。汞灯技术具有如下缺陷(一)有效工作寿命多在6000小时左右，在投影机的全寿命期内需多次更换而呈高维护成本；(二)能量利用率相对较低，色域较窄；(三)所涉及的汞成分会造成环境污染；(四)发光亮度有限，难以继续获得较大提升。上述因素制约了投影机产品其市场的进一步扩大。因此，寻找效率更高、光通量输出更大、寿命更长、色域更广、使用成本相对低廉的新一代光源来替代高压汞灯，已成为投影显示技术向更高亮度、更大显示尺寸、更高清晰度、更强影像表现力方向发展的主要推动力。近些年来，高亮度LED光源技术得到迅速发展，其显著特征包括(一)拥有60000小时以上的超长寿命，若用于投影机则其终生不需要更换光源，也无须色轮等辅助耗材，可以真正实现系统的零维护；(二)不含汞等有害物质，绿色安全和环保；(三)是典型的宽色域光源，其色彩效果远超传统汞灯，将使色彩调整或修补更为准确和高效，在对比度、层次深度表现等方面将获得巨大提升；(四)具有快速切换能力，可对R (红)/G (绿)/B(蓝)色坐标和亮度等进行精细的电子调整或修补，可充分满足大幅拼接图像间的色彩、亮度的一致性调节要求；(五)具有超宽范围(3000-12000)的色温调节能力；(六)相对传统光源具有响应更快，重量更轻，安装深度小，能耗低等特点。但亮度相对较低仍是LED光源的致命缺陷，目前尚无法替代传统光源。有鉴于此，固体激光可用于替代LED光源，其特点在于其高定向性，极高亮度、极纯颜色以及极大能量密度。在同样亮度情况下，激光光源的能耗仅为传统光源的十分之一左右，可以满足颜色、亮度、寿命、绿色环保以及成本等方面的要求。然而，固体激光源仍存在一些问题将红蓝绿三色激光器直接作为显示光源，则成本极高，效能较低，尚不能完全达到市场接受程度，另外还存在激光直射的安全性和消散斑等难题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源，其具有长寿命、广色域、高亮度、无汞、能耗相对较低的特点，可用于替代传统UHP和UHE等高压汞灯产品。为实现上述目的，本发明提供了一种一种采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源，包括金属外壳、光路部分、I禹合发光组件部分、混合白光源出光透镜、以及嵌入式电源箱，光路部分设置于金属外壳内，并包括第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、扩束整形透镜、红蓝光反射镜、绿光反射镜、激光退偏镜、红蓝光整形镜、绿光反射镜、红蓝光反射与绿光透射镜、第一扩束透镜、第二扩束透镜、混合白光源出光透镜，I禹合发光组件部分设置在金属外壳内，并包括红光LED、蓝光LED、以及固体绿光激光器，混合白光源出光透镜设置在金属外壳侧部，嵌入式电源箱平行设置于红光LED、第一汇聚透镜二者和第一扩束透镜、第二扩束透镜、混合白光源出光透镜三者之间，用于为红光LED、蓝光LED和固体绿光激光器供电，固体绿光激光器、扩束整形透镜为同轴设置，红光LED、第一汇聚透镜为同轴设置，蓝光LED、第二汇聚透镜为同轴设置,第一扩束透镜、第二扩束透镜、混合白光源出光透镜为同轴设置，固体绿光激光器和扩束整形透镜二者与红光LED和第一汇聚透镜二者、蓝光LED和第二会聚透镜二者、以及第一扩束透镜、第二扩束透镜和混合白光源出光透镜三者平行设置，绿光反射镜与扩束整形透镜出射光的夹角为45度，红蓝光反射镜与绿光反射镜平行设置，绿光反射镜、红蓝光反射与绿光透射镜平行设置，且与红蓝光反射镜和绿光反射镜垂 直，激光退偏镜和绿光反射镜的出射光同轴设置。通过分别调节固体绿光激光器、红光LED、蓝光LED的供电电流强度，混合白光源出射的白光色度可被微调，其谱配准参数为L/G_x_y/B_y，微调系数为x、y〈l。嵌入式电源箱的面板上还设置有固体激光器电流调节孔，用于对固体绿光激光器的发光功率进行调节，嵌入式电源箱的面板上还设置有第三LED数码管，用于显示固体绿光激光器的供电电流强度，嵌入式电源箱的面板上还设置有红光LED电流调节孔，用于对红光LED的发光功率进行调节，嵌入式电源箱的面板上还设置有第二 LED数码显示管，用于显示红光LED的供电电流强度，嵌入式电源箱的面板上还设置有蓝光LED电流调节孔，用于对蓝光LED的发光功率进行调节，嵌入式电源箱的面板上还设置有第一 LED数码显示管，用于显示蓝光LED的供电电流强度。金属外壳上、绿光反射镜和激光退偏镜之间设置有第一观察孔，用于观察扩束整形透镜的出射光和绿光反射镜的出射光。金属外壳侧部、红蓝光反射与绿光透射镜和第一扩束透镜之间设置有第二观察孔，用于观察红蓝光反射与绿光透射镜的光路。嵌入式电源箱的一侧设置有电源线孔，用于接入电源线以与外部电源连接，嵌入式电源箱上设置有电源散热窗，用于电源散热，嵌入式电源箱的顶部、与电源线孔相对设置有总电源开关。通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果I、寿命长，由于本发明采用了 LED和固体激光元件，它们均具有数万小时的使用寿命，所以本发明具有寿命长的优点。2、能耗低，由于本发明采用了 LED元件，其具有低能耗、光效高的特点，所以本发明具有能耗低的优点。3、亮度高，由于本发明采用了固体激光元件，其具有较强的发光功率，所以本发明具有亮度高的优点。4、色域广，由于本发明采用了 LED和固体激光元件，其色彩效果远超传统汞灯，所以本发明具有色域宽的优点。5、绿色安全和环保，由于本发明采用了 LED元件，不涉及汞等有害物质，所以本发明具有绿色安全和环保的优点。
图I是本发明采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源的结构示意图。图2是本发明采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源的原理示意图。图中1_红光LED，2_第一汇聚透镜，3-蓝光LED，4_第二汇聚透镜，5-固体绿光激 光器，6-扩束整形透镜，7-红蓝光反射镜，8-绿光反射镜，9-第一观察孔，10-激光退偏镜，11-红蓝光整形镜，12-绿光反射镜，13-红蓝光反射与绿光透射镜，14-第二观察孔，15-第一扩束透镜，16-第二扩束透镜，17-混合白光源出光透镜，18-混合白光源金属外壳，19-第一电源开关，20-第二电源开关，21-第三电源开关，22-电源线孔，23-固体激光器电流调节孔，24-嵌入式电源箱，25-第三LED数码显示管，26-红光LED电流调节孔，27-第二 LED数码显示管，28-蓝光LED电流调节孔，29-第一 LED数码显示管，30-嵌入式电源散热窗，31-总电源开关。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I所示，本发明采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源包括金属外壳18、光路部分、f禹合发光组件部分、混合白光源出光透镜17、以及嵌入式电源箱24光路部分设置于金属外壳18内，并包括第一汇聚透镜2、第二汇聚透镜4、扩束整形透镜6、红蓝光反射镜7、绿光反射镜8、激光退偏镜10、红蓝光整形镜11、绿光反射镜12、红蓝光反射与绿光透射镜13、第一扩束透镜15、第二扩束透镜16、混合白光源出光透镜17。耦合发光组件部分设置在金属外壳18内，并包括红光LED1、蓝光LED3、固体绿光激光器5。混合白光源出光透镜17设置在金属外壳18侧部。嵌入式电源箱24平行设置于红光LEDl、第一汇聚透镜2和第一扩束透镜15、第二扩束透镜16、混合白光源出光透镜17之间，用于为红光LEDI、蓝光LED3和固体绿光激光器5供电。固体绿光激光器5、扩束整形透镜6为同轴设置,红光LED1、第一汇聚透镜2为同轴设置，蓝光LED3、第二汇聚透镜4为同轴设置，第一扩束透镜15、第二扩束透镜16、混合白光源出光透镜17为同轴设置。固体绿光激光器5和扩束整形透镜6 二者与红光LEDl和第一汇聚透镜2 二者、蓝光LED3和第二会聚透镜4 二者、以及第一扩束透镜15、第二扩束透镜16和混合白光源出光透镜17三者平行设置。
绿光反射镜8与扩束整形透镜6出射光的夹角为45度，红蓝光反射镜7与绿光反射镜8平行设置。绿光反射镜12、红蓝光反射与绿光透射镜13平行设置，且与红蓝光反射镜7和绿光反射镜8垂直。激光退偏镜10和绿光反射镜8的出射光同轴设置。通过分别调节固体绿光激光器5、红光LED1、蓝光LED3的供电电流强度，混合白光源出射的白光色度可被微调，其谱配准参数为RhAVry/Bh，微调系数为x、y〈l。嵌入式电源箱24的面板上还设置有固体激光器电流调节孔23，用于对固体绿光激光器5的发光功率进行调节。嵌入式电源箱24的面板上还设置有第三LED数码管25，用于显示固体绿光激光器5的供电电流强度。 嵌入式电源箱24的面板上还设置有红光LED电流调节孔26，用于对红光LEDl的发光功率进行调节。嵌入式电源箱24的面板上还设置有第二 LED数码显示管27，用于显示红光LEDl的供电电流强度。嵌入式电源箱24的面板上还设置有蓝光LED电流调节孔28，用于对蓝光LED3的发光功率进行调节。嵌入式电源箱24的面板上还设置有第一 LED数码显示管29，用于显示蓝光LED3的供电电流强度。金属外壳18上、绿光反射镜8和激光退偏镜10之间设置有第一观察孔9,用于观察扩束整形透镜6的出射光和绿光反射镜8的出射光。金属外壳18侧部、红蓝光反射与绿光透射镜13和第一扩束透镜15之间设置有第二观察孔14，用于观察红蓝光反射与绿光透射镜13的光路。嵌入式电源箱24的一侧设置有电源线孔22，用于接入电源线以与外部电源连接。嵌入式电源箱24上设置有电源散热窗30，用于电源散热。嵌入式电源箱24的顶部、与电源线孔22相对设置有总电源开关31。以下参考图2描述本发明的工作原理同向配置的红光LED1、蓝光LED3出射的发散谱光束，经汇聚、整形与合束操作后射向高反射率红蓝光反射镜7，进而被进一步聚束并在通过另一个红蓝光反射与绿光透射镜13后，包含红蓝成分的光束被导向光扩束系统。由外置的固体绿光激光器5出射的绿激光首先被扩束并进一步整形，然后经高反射率绿光反射镜8被导向激光退偏镜10，执行高退偏率的退偏操作。退偏后的绿激光在经另一次高反射率的反射操作后，与来自红光LED1、蓝光LED3的光合束并被导向光扩束系统。红蓝光反射与绿光透射镜13对红、蓝光束执行高反射率的反射操作，对绿光束执行高透过率的透射操作。由光扩束系统出射的包含红蓝绿谱成分的匀质混合白光束，被进一步扩展成宽孔径白光，再经混合白光源出光透镜17送出。以下简要介绍本发明的操作过程操作时，首先接通总电源开关31 ;然后开启红光LED1，调节供电电流强度，通过第一观察孔9和第二观察孔14观察光束亮度；再开启蓝光LED3，调节供电电流强度，通过第一观察孔9和第二观察孔14观察光束亮度；最后开启固体绿光激光器5，调节供电电流强度，通过第一观察孔9观察光束亮度，通过第二观察孔14观察光合束情况及亮度。在绿激光亮度确定条件下，分别通过调节红光LEDl和蓝光LED3的供电电流强度，该操作相应于调节红光LEDl和蓝光LED3的发光亮度，即对谱配准参数IVxAVxV^1 _y的微调系数x、y进行调节，实现高亮度白光输出。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源，其特征在于， 包括金属外壳、光路部分、耦合发光组件部分、混合白光源出光透镜、以及嵌入式电源箱； 所述光路部分设置于所述金属外壳内，并包括第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、扩束整形透镜、红蓝光反射镜、绿光反射镜、激光退偏镜、红蓝光整形镜、绿光反射镜、红蓝光反射与绿光透射镜、第一扩束透镜、第二扩束透镜、混合白光源出光透镜； 所述耦合发光组件部分设置在所述金属外壳内，并包括红光LED、蓝光LED、以及固体绿光激光器； 所述混合白光源出光透镜设置在所述金属外壳侧部； 所述嵌入式电源箱平行设置于所述红光LED、所述第一汇聚透镜二者和所述第一扩束透镜、所述第二扩束透镜、所述混合白光源出光透镜三者之间，用于为所述红光LED、所述蓝光LED和所述固体绿光激光器供电； 所述固体绿光激光器、所述扩束整形透镜为同轴设置，所述红光LED、所述第一汇聚透镜为同轴设置，所述蓝光LED、所述第二汇聚透镜为同轴设置，所述第一扩束透镜、所述第二扩束透镜、所述混合白光源出光透镜为同轴设置； 所述固体绿光激光器和所述扩束整形透镜二者与所述红光LED和所述第一汇聚透镜二者、所述蓝光LED和所述第二会聚透镜二者、以及所述第一扩束透镜、所述第二扩束透镜和所述混合白光源出光透镜三者平行设置； 所述绿光反射镜与所述扩束整形透镜出射光的夹角为45度； 所述红蓝光反射镜与所述绿光反射镜平行设置； 所述绿光反射镜、所述红蓝光反射与绿光透射镜平行设置，且与所述红蓝光反射镜和绿光反射镜垂直； 所述激光退偏镜和所述绿光反射镜的出射光同轴设置。
2.根据权利要求I所述的高亮度混合白光源，其特征在于，通过分别调节所述固体绿光激光器、所述红光LED、所述蓝光LED的供电电流强度，所述混合白光源出射的白光色度可被微调，其谱配准参数为L/G_x_y/B_y，微调系数为x、y〈l。
3.根据权利要求I所述的高亮度混合白光源，其特征在于， 所述嵌入式电源箱的面板上还设置有固体激光器电流调节孔，用于对所述固体绿光激光器的发光功率进行调节； 所述嵌入式电源箱的面板上还设置有第三LED数码管，用于显示所述固体绿光激光器的供电电流强度； 所述嵌入式电源箱的面板上还设置有红光LED电流调节孔，用于对所述红光LED的发光功率进行调节； 所述嵌入式电源箱的面板上还设置有第二 LED数码显示管，用于显示所述红光LED的供电电流强度； 所述嵌入式电源箱的面板上还设置有蓝光LED电流调节孔，用于对所述蓝光LED的发光功率进行调节； 所述嵌入式电源箱的面板上还设置有第一 LED数码显示管，用于显示所述蓝光LED的供电电流强度。
4.根据权利要求I所述的高亮度混合白光源，其特征在于，所述金属外壳上、所述绿光反射镜和所述激光退偏镜之间设置有第一观察孔，用于观察所述扩束整形透镜的出射光和所述绿光反射镜的出射光。
5.根据权利要求I所述的高亮度混合白光源，其特征在于，所述金属外壳侧部、所述红蓝光反射与绿光透射镜和所述第一扩束透镜之间设置有第二观察孔，用于观察所述红蓝光反射与绿光透射镜的光路。
6.根据权利要求I所述的高亮度混合白光源，其特征在于， 所述嵌入式电源箱的一侧设置有电源线孔，用于接入电源线以与外部电源连接； 所述嵌入式电源箱上设置有电源散热窗，用于电源散热； 所述嵌入式电源箱的顶部、与所述电源线孔相对设置有总电源开关。
全文摘要
本发明公开了一种采用固体绿激光和红、蓝光LED的高亮度混合白光源，包括金属外壳、光路部分、耦合发光组件部分、混合白光源出光透镜、以及嵌入式电源箱，光路部分设置于外壳内、并包括第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、扩束整形透镜、红蓝光反射镜、绿光反射镜、激光退偏镜、红蓝光整形镜、绿光反射镜、红蓝光反射与绿光透射镜、第一扩束透镜、第二扩束透镜、混合白光源出光透镜，耦合发光组件部分包括红光LED、蓝光LED、固体绿光激光器，混合白光源出光透镜设置在外壳侧部，嵌入式电源箱平行设置于红光LED、第一汇聚透镜和第一扩束透镜、第二扩束透镜、混合白光源出光透镜之间。本发明具有长寿命、广色域、高亮度、无汞、能耗相对较低的特点。
文档编号G03B21/20GK102799057SQ201210278620
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者张新宇, 佟庆, 康胜武, 桑红石, 谢长生 申请人:华中科技大学