半导体激光光源及激光投影仪的制作方法

本发明涉及激光技术领域，具体来说涉及一种半导体激光光源及激光投影仪。

背景技术：

随着半导体激光器技术的发展，以红、绿、蓝三色激光为光源的激光显示技术(如激光电视和激光影院)成为下一代显示技术的一个重要发展方向。与传统的发光二极管(led)光源相比，激光二极管(ld)光源有如下优点：单色性更好，光谱范围更窄，色彩饱和度更高；三色ld光源覆盖的色域更广，色彩还原度更高；光源使用寿命更长，可达20000小时以上。

激光由于自身的强相干性，在非均匀介质内或非光滑表面发生散射后会出现大量无规则分布的闪亮斑点，称为散斑。散斑的存在使得所显示图像的画质和分辨率显著降低，影响观众的观看体验。如何消除激光散斑已成为激光显示技术领域一个亟待解决的技术问题。目前，解决激光散斑问题的主要方法是降低激光的空间相干性，具体做法为在激光输出光路中加入运动(旋转、平移或震动)的散射器件，从散射器件透射或反射的光束在空间中的分布不断变化，光线之间无稳定的相位差，因此相干性被减弱，散斑现象得以改善。散射器件可以是放置在投影机内部的运动的散射片，也可以是运动的投影屏幕，或者两者兼有。该方法存在以下缺点：需要在激光投影系统中加入额外的装置驱动散射器件或屏幕进行运动，系统的体积、重量、能耗、成本、设计难度都有所增加；运动的散射片或屏幕会产生噪声，影响观赏体验；运动机构易引起投影显示系统内其他器件的震动，降低系统使用寿命。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有消除散斑的方法复杂且影响激光系统的寿命的问题，提出一种半导体激光光源及激光投影仪。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：半导体激光光源，包括：激光二极管阵列和基板，所述激光二极管阵列与基板固定设置，还包括驱动模块，所述激光二极管阵列包括至少两个具有不同中心波长的激光二极管组，每个激光二极管组包括一个或多个具有相同中心波长的激光二极管，所述驱动模块与激光二极管组的数量相同，驱动模块与对应激光二极管组连接，用于向对应激光二极管组提供对应的驱动电流，使得激光二极管阵列中的任意两个激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内，所述光输出总功率为激光二极管组中所有激光二极管的光输出功率之和。

进一步的，为保证激光二极管的激光显示效果以及散斑消除效果，所述至少两个具有不同中心波长的激光二极管组满足以下条件：

任意两个激光二极管组的中心波长的差值大于或等于第一预设值，中心波长最大的激光二极管组与中心波长最小的激光二极管组的中心波长的差值小于或等于第二预设值。

为进一步保证激光二极管的激光显示效果以及散斑消除效果，所述第一预设值为1纳米，所述第二预设值为15纳米。

为进一步提高散斑消除效果，所述任意两个激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内具体为：

|p1-p2|≤0.02×pmax；

式中，p1和p2分别表示任意两个激光二极管组的光输出总功率，pmax表示p1和p2两个激光二极管组的光输出总功率的较大值。

进一步的，为实现激光光源以连续波方式或以脉冲方式输出光能，所述驱动模块向对应激光二极管组提供对应的直流驱动信号或梳状驱动信号，使所述激光二极管组以连续波方式或以脉冲方式输出光能。

进一步的，为输出平行激光，还包括准直模块，所述准直模块设置于激光二极管阵列的出光口，用于将激光二极管阵列输出的激光转换为平行光束。

进一步的，为提高激光显示效果，所述激光二极管是由gan、ingan、gaas、algainp中的一种或多种材料制成的激光二极管。

进一步的，为提高激光二极管的散热及绝缘，所述基板是由陶瓷材料或塑料材料制成的基板。

本发明还提出一种激光投影仪，包括上述半导体激光光源。

进一步的，还包括散热模块、光机模块、镜头，所述半导体激光光源为三个，分别发出蓝色激光、绿色激光和红色激光；

所述散热模块用于对半导体激光光源散热；

所述光机模块，用于对半导体激光光源发出的三色激光进行合束、整形和匀化，并根据所需投影图像进行调制；

所述镜头，用于将光机模块调制后的光束进行放大，并将放大后的光束投射至显示介质，形成投影图像。

本发明的有益效果是：本发明所述的半导体激光光源及激光投影仪，由于具有不同中心波长的多种激光二极管，使得输出光束的光谱宽度增加。在作为成像设备的光源使用时，不同中心波长的激光二极管组发出的光波之间没有相干性，因而各自形成的散斑图像之间没有关联，叠加后光强的空间分布变得更加均匀，散斑对比度下降。并且本发明中激光二极管阵列中任意两个激光二极管组的总输出功率近似相同，保证了最佳散斑消除效果。此外，本发明还涉及一种具有该半导体激光光源的激光投影仪，可以有效减少散斑对比度，提升画面质量，改善使用者的观看体验。

附图说明

图1为本发明实施例所述的半导体激光光源的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的半导体激光光源的原理示意图；

图3为本发明实施例所述的两个激光二极管组的光谱示意图；

图4为本发明实施例所述的激光投影仪的结构示意图；

附图标记说明：

10-激光二极管阵列；10a-激光二极管组一；10b-激光二极管组二；20-基板；11-导线；40-准直模块；41-固定装置；101-半导体激光光源一；102-半导体激光光源二；103-半导体激光光源三；104-散热装置；110-光机模块；120-镜头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明所述的半导体激光光源，包括：激光二极管阵列和基板，所述激光二极管阵列与基板固定设置，还包括驱动模块，所述激光二极管阵列包括至少两个具有不同中心波长的激光二极管组，每个激光二极管组包括一个或多个具有相同中心波长的激光二极管，所述驱动模块与激光二极管组的数量相同，驱动模块与对应激光二极管组连接，用于向对应激光二极管组提供对应的驱动电流，使得激光二极管阵列中的任意两个激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内，所述光输出总功率为激光二极管组中所有激光二极管的光输出功率之和。

具体而言，本发明所述的半导体激光光源包括至少两个具有不同中心波长的激光二极管组，使得输出激光光束的光谱宽度增加，使得激光在图像上形成的散斑均匀分布，并且这些激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内，即保证每个激光二极管组的光输出总功率大致相等，使得每个激光二极管组输出的激光光强大致相等，也就保证了均匀分布的散斑的光强大致相等，进而降低散斑对比度，在一定程度上避免了散斑对图像显示效果的影响。

实施例1

图1所示为本实施例所述的一种半导体激光光源的结构示意图，其包括激光二极管阵列10、基板20、驱动模块30和准直模块40。激光二极管阵列10中含有6个激光二极管，每三个分为一个激光二极管组，在基板20上以2×3的矩形阵列分布，并与基板20固定连接。为避免相互之间的热干涉，各激光二极管在两个互相垂直的方向上以5mm的等间隔分布。激光二极管阵列10的第一行10a为激光二极管组一，包括3个中心波长相同的激光二极管，第二行10b为激光二极管组二，包括3个中心波长相同，但与激光二极管组一的中心波长不同的激光二极管。基板20可以采用导热和绝缘性好的氧化铝陶瓷材料制作。准直模块40可以是一个2×3的透镜阵列，位于激光二极管阵列10的出射端。

激光二极管阵列10中的6个激光二极管可以是以gan型材料制成的蓝光激光二极管，如图2所示位本实施例的两个激光二极管组的光谱示意图，激光二极管组一10a中的3个激光二极管的中心波长为455nm，3db频谱宽度为0.5nm。激光二极管组二10b中的3个激光二极管的中心波长为458nm，3db频谱宽度为0.5nm。

在具体实施过程中，激光二极管阵列10中的激光二极管可以为边缘发光型激光二极管或垂直腔面发光型激光二极管。激光二极管也可以是由gan、ingan、gaas、algainp中的一种或多种材料制成的其他色的激光二极管。当然，本领域的技术人员可以根据实际情况，选择其它类型的激光二极管，以满足实际情况的需要，本发明对此不做限制。

在具体实施过程中，准直模块40可以通过固定模块41与基板固定连接，例如，固定模块41可以是胶黏剂。当然，本领域的技术人员可以根据实际情况，以其它方式设置准直模块40，本发明对此不做限制。

图3所示为本实施例所述的半导体激光光源的原理示意图示意图，激光二极管阵列10采用混联方式，激光二极管组一10a和激光二极管组二10b各自内部的3个激光二极管通过导线11相互串联地电连接。驱动模块一可以向激光二极管组一10a输出直流驱动信号，驱动模块二可以向激光二极管组二10b输出直流驱动信号，例如，12v恒压信号，分别在激光二极管组一10a和激光二极管组二10b中产生恒流信号，例如，3a，使各个激光二极管以连续波方式产生光能。在标准工作状态下，激光二极管组一10a内的三个激光二极管ld1、ld2和ld3的光输出功率之和，与激光二极管组二10b内的三个激光二极管ld4、ld5和ld6的光输出功率之和大致相同，例如，均为12w左右。其中，当两个激光二极管组的参数相同时，两个驱动模块可以输出相同值的直流驱动信号，若两个激光二极管组的参数不同，两个驱动模块可以输出不同值的直流驱动信号，以使得两个激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内。

其中，两个激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内具体为：

|p1-p2|≤0.02×pmax；

式中，p1和p2分别表示任意两个激光二极管组的光输出总功率，pmax表示p1和p2两个激光二极管组的光输出总功率的较大值。

当然，激光二极管组的数量可以根据实际情况设置，当激光二极管组的数量大于2时，需要保证任意两个激光二极管组的光输出总功率的差值在预设范围内。

此外，所述驱动模块还可以向对应激光二极管组提供对应梳状驱动信号，使所述激光二极管组以脉冲方式输出光能。

实施例2

本发明实施例还提供了一种激光投影仪，该激光投影仪包括本发明实施例1中提供的半导体激光光源。图4所示为本实施例中所述的一种激光投影仪的结构示意图，其包括半导体激光光源100、散热装置104、光机模块110和镜头120。半导体激光光源100包括3个半导体激光光源，分别为第一半导体激光光源101、第二半导体激光光源102和第三半导体激光光源103，分别输出蓝色激光、绿色激光和红色激光。3个半导体激光光源相互独立地设置于散热装置104上。散热装置104可以为散热风扇与铝、铜或合金材料制成的散热器组合而成，也可以为其他类型的散热器。

其中，半导体激光光源101、102和103已在本发明实施例1中进行说明，此处不再赘述。

半导体激光光源100输出的三色激光进入光机模块110，在光机模块内先后被合束、整形和匀化，并根据所需投影的图像进行调制，然后到达镜头120进行投影，在显示介质上形成投影图像。

具体地，光机模块110中可以采用dmd芯片或液晶空间光调制器进行光束调制，也可以采用其他光调制器进行调制。镜头120可以为超短焦投影镜头，也可以为中长焦投影镜头。