专利名称：激光器系统及工作方法、投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影系统及投影方法，尤其涉及激光器系统及工作方法、投影系统。
背景技术：
随着光学科技及投影显示技术的发展，能够输出高分辨率及大画面的数字投影系 统，已成为企业演示文稿、会议活动、教育训练、甚至成为家庭娱乐中，在提供视觉影像上的 不可或缺的一环。因此，投影系统从诞生到现在，不断向高影像品质、高亮度、体积轻巧发展。 现有投影系统使用从光源发出的光在显示面板上形成图像，通过投影透镜单元 放大图像并将该图像投影在屏幕上以满足观众对于大尺度屏幕的要求。具体如申请号为 02802270的中国专利申请中公开的技术内容如图l所示，投影系统100包括光源102，硅 底板液晶(LC0S)显示板104和投影元件106。偏振器110配置在投影系统100上，位于光 源102和LC0S显示板104之间的输入光路111上，而偏振器112配置在系统100中，位于 LCOS显示板104和投影元件106之间的输出光路113上。投影系统100还包括一组薄膜晶 体管(TFT)驱动器114，该驱动器114接收一个或多个从信号源116输入的电信号，并产生 用于控制LCOS显示板104的相应信号。 在操作中，在信号源116中处理视频信号，由此产生相应的红、绿和蓝信号。该光 源102将光分成红、绿和蓝组分的光，这些组分的光可以在偏振器110中形成适当的偏振 光，随后，按照规定的扫描指令经输入光路111顺序作用在LCOS显示板上。使红、绿和蓝组 分在整个LC0S显示板104上被扫描，该板上的液晶显示(LCD)元件由视频信号得到的红、 绿和蓝信号控制，使得各个组分由其相应的红、绿或蓝信号调制。然后将最后调制的组分经 输出光路113和偏振器112引导到投影元件106上，该投影元件106产生原始视频信号的 可观看的彩色图像120。 然而，现有投影系统通常采用使用卤素灯作为光源，但是卤素灯的缺点是尺寸较 大阻碍了投影系统往小体积的发展、并且制造单位价格昂贵、热辐射强并且平均寿命短。因 此逐渐采用发光二极管(LED)代替卤素灯，作为投影系统的光源，但是LED的效率低，热辐 射强，颜色不丰富。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种激光器系统及工作方法、投影系统，防止投影光源 体积大、寿命短、效率低，热辐射强。 为解决上述问题，本发明提供一种激光器系统，包括激光源，发射单色第一激光 束；准直系统，对激光源发出的第一激光束进行准直；自聚焦系统，对准直系统出射的第一 激光束进行聚焦；泵浦系统，对自聚焦系统出射的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束； 倍频系统，将泵浦系统发出的第二激光束进行倍频，形成绿色激光束。
可选的，所述激光源为半导体激光器。所述半导体激光器发射的第一激光束波长为808纳米。 可选的，所述泵浦系统为掺钕钒酸钇激光晶体。泵浦后形成的第二激光束的波长为1020纳米 1080纳米。 可选的，所述倍频系统为磷酸钛氧钾晶体。倍频后形成的绿色激光束的波长为510纳米 540纳米。 可选的，所述准直系统为圆柱镜或至少三个透镜组合，直径为lmm 3mm。所述自聚焦系统为自聚焦透镜，直径为lmm 3mm，长为5mm 6mm。 本发明提供一种激光器系统的工作方法，包括发射单色第一激光束；将第一激光束进行准直后发射；接收经过准直后的第一激光束进行聚焦，并发射；接收聚焦后的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束后输出；接收第二激光束进行倍频，形成绿色激光束后输出。 可选的，所述第一激光束波长为808纳米。
可选的，所述第二激光束的波长为1020纳米 1080纳米。
可选的，所述绿色激光束的波长为510纳米 540纳米。
本发明还提供包括上述激光器系统的投影系统。 与现有技术相比，本发明具有以下优点采用激光源作为投影系统的光源，其寿命长，体积小功耗低，色域宽，亮度高且环保，能批量生产，成本低。另外，在激光系统中，采用
自聚焦系统对激光束进行聚焦，聚焦能力更强，使光斑更小，能量更集中，激光效率更高。
图1是现有投影系统的结构示意图； 图2为采用本发明激光器系统进行工作的具体实施方式
流程 图3是本发明激光器系统的实施例结构示意 图4a至图4c是本发明激光器系统中准直系统的结构示意 图5是本发明投影系统的实施例结构示意图。
具体实施例方式
现有投影系统通常采用使用卤素灯作为光源，但是卤素灯的缺点是尺寸较大阻碍了投影系统往小体积的发展、并且制造单位价格昂贵、热辐射强并且平均寿命短。因此逐渐采用发光二极管(LED)代替卤素灯，作为投影系统的光源，但是LED的效率低，热辐射强，颜色不丰富。因此，本发明采用激光源作为投影系统的光源，其寿命长，体积小功耗低，色域宽，亮度高且环保，能批量生产，成本低。另外，在激光系统中，采用自聚焦系统对激光束进行聚焦，聚焦能力更强，使光斑更小，能量更集中，激光效率更高。 —种激光器系统，包括激光源，发射单色第一激光束；准直系统，对激光源发出的第一激光束进行准直；自聚焦系统，对准直系统出射的第一激光束进行聚焦；泵浦系统，对自聚焦系统出射的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束；倍频系统，将泵浦系统发出的第二激光束进行倍频，形成绿色激光束。 由上述激光器系统进行工作的流程如图2所示，执行步骤S101，发射单色第一激光束；执行步骤S102，将第一激光束进行准直后发射；执行步骤S103，接收经过准直后的第 一激光束进行聚焦，并发射；执行步骤S104，接收聚焦后的第一激光束进行泵浦，形成第二 激光束后输出；执行步骤S105，接收第二激光束进行倍频，形成绿色激光束后输出。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。 图3是本发明激光器系统的实施例结构示意图。如图3所示，激光器系统包括 激光源200a，发射单色激光束；准直系统200b，对激光源200a发出的激光束进行准直；自 聚焦系统200c，对准直系统200 了出射的激光束进行聚焦；泵浦系统200d，对自聚焦系统 200c出射的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束；倍频系统200e，将泵浦系统200d发出 的第二激光束进行倍频，形成绿色激光束。 本实施例中，激光源200a为半导体激光器，其波长为808纳米。 泵浦系统200d为掺钕钒酸钇(Nd:YV04)激光晶体。泵浦后形成的第二激光束的
波长为1020纳米 1080纳米，具体为1064纳米。 所述倍频系统200e为磷酸钛氧钾晶体(KTP)。倍频后形成的绿色激光束的波长为 510纳米 540纳米，具体可以是532纳米。 本实施例中，所述准直系统为圆柱镜或至少三个透镜组合，直径为lmm 3mm，优 选2mm。 如果准直系统200b为透镜组合，那么如图4a所示，准直系统200b中包括至少三 个双凸透镜200bl组合，其中，双凸透镜200b2的直径lmm 3mm，优选2mm。
如图4b所示，准直系统200b中包括至少三个平凸透镜200b2组合，其中，平凸透 镜200b2的直径lmm 3mm，优选2mm。 如图4c所示，准直系统200b中包括至少三个透镜组合，其中可以一个为双凸透镜 200bl，其余两个为平凸透镜200b2，其排列可以自由组合；还可以是两个双凸透镜200bl， 其余一个为平凸透镜200b2。双凸透镜200bl和平凸透镜200b2的直径lmm 3mm，优选 2mm。 本实施例中，所述自聚焦系统为自聚焦透镜，直径为lmm 3mm，长为5mm 6mm。
继续参考图3，上述激光器系统的工作方式为通过激光源200a发射单色激光束； 准直系统200b将激光源200a发出的激光束进行准直后发射；自聚焦系统200c接收经过准 直系统200b准直后的单色激光束进行聚焦，并发射；泵浦系统200d接收自聚焦系统200c 出射的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束后输出；倍频系统200e接收泵浦系统200d发 出的第二激光束进行倍频，形成绿色激光束后输出。 图5是本发明投影系统的实施例结构示意图。如图5所示，投影系统包括绿色 激光器系统200，发射绿色激光束；红色光源201，发射红色光束；蓝色光源202，发射蓝色 光束；反射透射系统203，将绿色激光束、红色光束和蓝色光束合为彩色光；扩束准直系统 208，对反射透射系统203发出的彩色光进行扩束准直；匀光系统210，将扩束准直后的彩色 光进行调节，形成与投影芯片相同形状的均匀光斑；显示系统216，接收匀光系统210发出 的彩色光进行调制形成彩色图像；投影元件218，接收显示系统216发出的彩色图像放大并 投影至屏幕220上。 扩束准直系统208中包括至少三个透镜的组合。且透镜上可以镀一层增透膜，用以增加激光的透过率。 在本实施例中，如图3所示，所述绿色激光器系统200包括激光源200a，发射单 色激光束；准直系统200b，对激光源200a发出的激光束进行准直；自聚焦系统200c，对准 直系统200 了出射的激光束进行聚焦；泵浦系统200d，对自聚焦系统200c出射的第一激光 束进行泵浦，形成第二激光束；倍频系统200e，将泵浦系统200d发出的第二激光束进行倍 频，形成绿色激光束。 其中，第一激光束波长为808纳米。经以掺钕钒酸钇(Nd:YV04)激光晶体作为材
料的泵浦系统200d泵浦后形成的第二激光束的波长为1064纳米。经过以磷酸钛氧钾晶体
(KTP)为材料的倍频系统200e倍频后形成的绿色激光束的波长为532纳米。 所述蓝色光源202和红色光源201可以是激光器，也可以是LED。本实施例中，自聚焦系统200c是自聚焦透镜，直径为lmm 3mm，长为5mm 6mm。 所述反射透射系统203包括全反射镜206，接收蓝色光源202发出的蓝色光束进
行全反射；第一半反半透镜205，接收红色光源201发出的红色光束并进行反射，接收全反
射镜206发出的蓝色光束并进行透射，将输出的红色光束与蓝色光束合并为一束光；第二
半反半透镜204，接收绿色激光器系统200发出的绿色激光束并进行透射，接收第一半反半
透镜205出射的红色和蓝色合并光束并进行反射，且将各光束合并为彩色光。 除此以外，全反射镜206、第一半反半透镜205、第二半反半透镜204与蓝色光源
202、红色光源201和绿色激光器系统200的配合使用不局限于上述实施例的方案，可以自
由搭配。 所述显示系统216包括驱动电源216b，输出电信号；LCOS显示板216a，接收驱动 电源216b输出的电信号和匀光系统210发出的彩色光，经过调制，输出彩色图像。其中，驱 动电源216b还包括信号源216bl，输出电信号；驱动器216b2，接收一个或多个从信号源 216bl输入的电信号，并产生用于控制LCOS显示板216a的电信号。
投影芯片位于投影元件218中，其面积为12mmX9mm。 本实施例中，匀光系统210的材料可以是石英或玻璃等，其长度为30mm，截面为 4mmX3mm。匀光系统210能使接收到的彩色光在预定范围内能量、光强达到均匀分布。
绿色激光器系统200发射绿色激光束，红色光源201发射红色光束，蓝色光源202 发射蓝色光束；反射透射系统203中的全反射镜206接收蓝色光源202发出的蓝色光束进 行全反射后输出；反射透射系统203中的第一半反半透镜205接收红色光源201发出的红 色光束并进行反射，同时接收全反射镜206发出的蓝色光束并进行透射，将反射的红色光 束与透射的蓝色光束合并为一束光输出；反射透射系统203中的第二半反半透镜204接收 绿色激光器系统200发出的绿色激光束并进行透射，同时接收第一半反半透镜205出射的 红色和蓝色合并光束并进行反射，且将各光束合并为彩色光输出；扩束准直系统208接收 第一半反半透镜205发出的彩色光进行扩束准直并输出；匀光系统210接收扩束准直后的 彩色光并进行调节，形成与投影芯片相同形状的均匀光斑；显示系统216中的信号源216bl 输出电信号；显示系统216中的驱动器216b2接收信号源216bl发出的电信号并进行处理 形成用于控制显示系统216中的LCOS显示板216a的信号；LCOS显示板216a接收到驱动 器216b2的电信号及匀光系统210发出的彩色光，进行调制形成彩色图像并输出；投影元件 218将显示系统216发出的彩色图像放大并投影至屏幕220上。
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继续参考图5，另一实施例的方案为在上述投影系统中放置有会聚系统212，接收匀光系统210发出的彩色光进行会聚，形成与投影芯片大小一致的光斑；偏振分光系统214，接收会聚系统212发出的彩色光，反射至显示系统216 ;再接收显示系统216沿接收方向出射的彩色图像，改变偏振方向后进行透射。 本实施例中，会聚系统212至少包括一个透镜，所述透镜可以是双凸透镜，直径为6mm 12mm。 如图5所示，绿色激光器系统200发射绿色激光束，红色光源201发射红色光束，蓝色光源202发射蓝色光束；反射透射系统203中的全反射镜206接收蓝色光源202发出的蓝色光束进行全反射后输出；反射透射系统203中的第一半反半透镜205接收红色光源201发出的红色光束并进行反射，同时接收全反射镜206发出的蓝色光束并进行透射，将反射的红色光束与透射的蓝色光束合并为一束光输出；反射透射系统203中的第二半反半透镜204接收绿色激光器系统200发出的绿色激光束并进行透射，同时接收第一半反半透镜205出射的红色和蓝色合并光束并进行反射，且将各光束合并为彩色光输出；扩束准直系统208接收第一半反半透镜205发出的彩色光进行扩束准直并输出；匀光系统210接收扩束准直后的彩色光并进行调节，形成与投影芯片相同形状的均匀光斑；会聚系统212接收匀光系统210发出的彩色光进行会聚，形成与投影芯片大小一致的光斑后输出；偏振分光系统214接收会聚系统210发出的彩色光，反射输出；显示系统216中的信号源216bl输出电信号；显示系统216中的驱动器216b2接收信号源216bl发出的电信号并进行处理形成用于控制显示系统216中的LCOS显示板216a的信号；LCOS显示板216a接收到驱动器216b2的电信号及偏振分光系统214发出的彩色光，进行调制形成彩色图像并输出；偏振分光系统214接收显示系统216沿接收方向出射的彩色图像，改变偏振方向后进行透射输出；投影元件218将偏振分光系统214发出的彩色图像放大并投影至屏幕220上。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
一种激光器系统，其特征在于，包括激光源，发射单色第一激光束；准直系统，对激光源发出的第一激光束进行准直；自聚焦系统，对准直系统出射的第一激光束进行聚焦；泵浦系统，对自聚焦系统出射的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束；倍频系统，将泵浦系统发出的第二激光束进行倍频，形成绿色激光束。
2. 根据权利要求1所述激光器系统，其特征在于，所述激光源为半导体激光器。
3. 根据权利要求2所述激光器系统，其特征在于，所述半导体激光器发射的第一激光 束波长为808纳米。
4. 根据权利要求1所述激光器系统，其特征在于，所述泵浦系统为掺钕钒酸钇激光晶体。
5. 根据权利要求1或4所述激光器系统，其特征在于，泵浦后形成的第二激光束的波长 为1020纳米 1080纳米。
6. 根据权利要求1所述激光器系统，其特征在于，所述倍频系统为磷酸钛氧钾晶体。
7. 根据权利要求1或6所述激光器系统，其特征在于，倍频后形成的绿色激光束的波长 为510纳米 540纳米。
8. 根据权利要求1所述激光器系统，其特征在于，所述准直系统为圆柱镜或至少三个 透镜组合，直径为lmm 3mm。
9. 根据权利要求1所述激光器系统，其特征在于，所述自聚焦系统为自聚焦透镜，直径 为lmm 3mm，长为5mm 6mm。
10. —种激光器系统的工作方法，其特征在于，包括 发射单色第一激光束； 将第一激光束进行准直后发射； 接收经过准直后的第一激光束进行聚焦，并发射； 接收聚焦后的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束后输出； 接收第二激光束进行倍频，形成绿色激光束后输出。
11. 根据权利要求10所述激光器系统的工作方法，其特征在于，所述第一激光束波长 为808纳米。
12. 根据权利要求IO所述激光器系统的工作方法，其特征在于，所述第二激光束的波 长为1020纳米 1080纳米。
13. 根据权利要求10所述激光器系统的工作方法，其特征在于，所述绿色激光束的波 长为510纳米 540纳米。
14. 一种包括如权利要求1所述激光器系统的投影系统。
全文摘要
一种激光器系统及工作方法、投影系统，其中激光器系统，包括激光源，发射单色第一激光束；准直系统，对激光源发出的第一激光束进行准直；自聚焦系统，对准直系统出射的第一激光束进行聚焦；泵浦系统，对自聚焦系统出射的第一激光束进行泵浦，形成第二激光束；倍频系统，将泵浦系统发出的第二激光束进行倍频，形成绿色激光束。本发明采用激光源作为投影系统的光源，其寿命长，体积小功耗低，色域宽，亮度高且环保，能批量生产，成本低。另外，在激光系统中，采用自聚焦系统对激光束进行聚焦，聚焦能力更强，使光斑更小，能量更集中，激光效率更高。
文档编号G03B21/14GK101770133SQ20081020537
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者冯琳娜, 高大为 申请人:上海瑞启富达光电技术有限公司