采用环形电子束激发的激光装置及投影系统

摘要

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种激光装置及投影系统。采用环形电子束激发的激光装置，包括真空管，真空管的一端设有半导体芯片，真空管的另一端设有电子枪，电子枪采用环形电子枪，半导体芯片的激发面朝向环形电子枪。环形电子枪包括阴极，阴极呈环状，阴极的中部为激光透光区域。真空管上设有激光出射口，激光出射口位于激光透光区域的后方。由于采用上述技术方案，本发明产生的激光光源，具有能消除激光散斑、可控性好等优点。电子枪采用了环形电子枪，有利于散热系统的设置，增大热交换面积，降低散热实现的难度。

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种激光装置及投影系统。

背景技术

随着小型化、便携式电子设备的兴起，现有的投影设备通常采用手持式、 低耗电的投影设备，最适合于此类投影设备的光源为激光光源或是发光二级 管光源。其中，激光光源是已被广泛认为低耗电、亮度高的高效光源。

投影系统利用光调制器把从光源射出的光转换为影像画面。目前此种光 调制器通常是利用液晶的投射型/反射型液晶显示器、硅基液晶，以及DLP技 术中的数字微镜器件。为了表现影像画面，需要绿/蓝/红三种原色的激光。

CRT可以通过电子束激发激光光源，来作为投影系统的光源。将CRT的 电子枪产生的电子束轰击半导体芯片产生激光光源，具有去相干、亮度高等 优点。但一般光源配备的电子束激发系统采用交叉电子枪，交叉式电子枪的 电子束从半导体芯片的一侧轰击，半导体芯片的另一侧发出激光。这种激光 装置中电子束的能量的束流强度往往较高，电子轰击瞬间芯片处会产生大量 的热，必须配备设计良好的散热冷却系统。且现有用于激光装置的散热系统 并不理想。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种采用环形电子束激发的激光装置，解决以 上技术问题。

本发明的另一目的在于，提供一种投影系统，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

采用环形电子束激发的激光装置，包括一真空管，所述真空管的一端设 有一半导体芯片，所述真空管的另一端设有电子枪，其特征在于，所述电子 枪采用一环形电子枪，所述半导体芯片的激发面朝向所述环形电子枪；

所述环形电子枪包括一阴极，所述阴极呈环状，所述阴极的中部为激光 透光区域；所述真空管上设有一激光出射口，所述激光出射口位于所述激光 透光区域的后方；

所述环形电子枪发出的电子束为环形电子束，所述电子束射到所述半导 体芯片上后，产生激光效应，进而产生激光，所述激光穿过所述激光透光区 域后，从所述激光出射口射出。

本发明的工作方式为反射式的激光装置，即发出激光与电子束轰击位置 在半导体芯片的一侧。本发明具有能消除激光散斑、可控性好等优点。同时 本发明仍然保持激光装置中电子光学系统的旋转对称性。

所述真空管采用中空的长条形真空管，所述环形电子枪设置在所述长条 形真空管沿长度方向上的一端，所述半导体芯片设置在所述长条形真空管沿 长度方向上的另一端。以便真空管足够长，能使激发的激光通过激光出射口。

还包括一散热系统，所述散热系统的热交换机构紧密贴合设置在所述半 导体芯片的背部。本发明可以将散热系统的热交换机构紧密贴合在半导体芯 片背部，增大热交换面积，降低了散热系统实现的难度。

还包括一聚焦偏转系统，所述聚焦偏转系统设置在所述环形电子枪和所 述半导体芯片之间，所述聚焦偏转系统用于将所述环形电子束聚焦到所述半 导体芯片上。

为了能够更好的控制空心电子束，所述聚焦偏转系统采用一复合磁聚焦 偏转系统，所述复合磁聚焦偏转系统包括一设置在所述电子枪前方的阴极透 镜聚焦系统和设置在所述阴极透镜聚焦系统前方的聚焦偏转系统。

为了保证高的透过率，所述阴极中间的激光透光区域采用蓝宝石玻璃。

为了保证半导体芯片边缘发出的激光能够不受阻碍的通过所述激光透光 区域，所述真空管的长度与所述激光透光区域的半径之间的关系如下：

$L\times \tan \frac{\theta }{2}+\frac{s}{2}<r;$

其中，L为所述真空管的长度；θ为激光发散角度；s为所述半导体芯片 的直径；r为所述激光透光区域的半径。本发明通过上述关系式来实现真空管 的长度和激光透光区域的半径之间的匹配。

为了减少所述半导体芯片过热，所述环形电子枪产生的电子束采用短脉 冲的方式轰击所述半导体芯片。

所述半导体芯片采用一激光面板，所述激光面板包括至少两个激光腔， 至少两个所述激光腔沿厚度方向排列；所述激光腔包括一增益介质层、反射 层，所述反射层分别设置在所述增益介质层的前方和后方。

所述激光腔包括部分反射层和完全反射层，所述部分反射层设置在所述 增益介质层的前方，所述完全反射层设置在所述增益介质层的后方。以便光 子在激光腔内多次激发。

投影系统，包括光源系统、光学棱镜、投影光学系统，所述光源系统包 括三个用于产生激光的激光装置，三个所述激光装置产生的激光光源颜色分 别为三原色中的一种，三个所述激光装置产生的激光分别通过光学棱镜形成 一束三色合成光；

所述激光装置包括一真空管，所述真空管的一端设有一半导体芯片，所 述真空管的另一端设有电子枪，所述电子枪采用一环形电子枪，所述半导体 芯片的激发面朝向所述环形电子枪；

所述环形电子枪包括一阴极，所述阴极呈环状，所述阴极的中部为激光 透光区域；所述真空管上设有一激光出射口，所述激光出射口位于所述激光 透光区域的后方；

所述环形电子枪发出的电子束为环形电子束，所述电子束射到所述半导 体芯片上后，产生激光效应，进而产生激光，所述激光穿过所述激光透光区 域后，从所述激光出射口射出，产生激光光源。

本发明将激光装置的光源作为投影系统的光源，具有能消除激光散斑、 可控性好等优点。本发明的工作方式为反射式的激光装置，即发出激光与电 子束轰击位置在半导体芯片的一侧。同时本发明仍然保持激光装置中电子光 学系统的旋转对称性。

所述真空管采用中空的长条形真空管，所述环形电子枪设置在所述长条 形真空管沿长度方向上的一端，所述半导体芯片设置在所述长条形真空管沿 长度方向上的另一端。以便真空管足够长，能使激发的激光通过激光出射口。

还包括一散热系统，所述散热系统的热交换机构紧密贴合设置在所述半 导体芯片的背部。本发明可以将散热系统的热交换机构紧密贴合在半导体芯 片背部，增大热交换面积，降低了散热系统实现的难度。

还包括一聚焦偏转系统，所述聚焦偏转系统设置在所述环形电子枪和所 述半导体芯片之间，所述聚焦偏转系统用于将所述环形电子束聚焦到所述半 导体芯片上。

为了能够更好的控制空心电子束，所述聚焦偏转系统采用一复合磁聚焦 偏转系统，所述复合磁聚焦偏转系统包括一设置在所述电子枪前方的阴极透 镜聚焦系统和设置在所述阴极透镜聚焦系统前方的聚焦偏转系统。

为了保证高的透过率，所述阴极中间的激光透光区域采用蓝宝石玻璃。

为了保证半导体芯片边缘发出的激光能够不受阻碍的通过所述激光透光 区域，所述真空管的长度与所述激光透光区域的半径之间的关系如下：

$L\times \tan \frac{\theta }{2}+\frac{s}{2}<r;$

其中，L为所述真空管的长度；θ为激光发散角度；s为所述半导体芯片 的直径；r为所述激光透光区域的半径。本发明通过上述关系式来实现真空管 的长度和激光透光区域的半径之间的匹配。

所述半导体芯片采用一激光面板，所述激光面板包括至少两个激光腔， 至少两个所述激光腔沿厚度方向排列；所述激光腔包括一增益介质层、反射 层，所述反射层分别设置在所述增益介质层的前方和后方。

所述激光腔包括部分反射层和完全反射层，所述部分反射层设置在所述 增益介质层的前方，所述完全反射层设置在所述增益介质层的后方。以便光 子在激光腔内多次激发。

所述光学棱镜可以采用一X棱镜，三个所述激光装置产生的激光分别通 过所述X棱镜的合色形成三色合成光。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明产生的激光光源，具有能消 除激光散斑、可控性好等优点。电子枪采用了环形电子枪，发射电子束为空 心电子束，发出的激光与电子束轰击位置在半导体芯片的同一侧，有利于散 热系统的设置，增大热交换面积，降低散热实现的难度。

附图说明

图1为本发明激光装置的整体结构示意图；

图2为本发明激光装置电子枪的阴极的结构示意图；

图3为本发明激光装置的半导体芯片与散热系统的连接示意图；

图4为本发明激光装置的真空管与激光透光区域的尺寸匹配示意图；

图5为本发明投影系统的整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，采用环形电子束激发的激光装置，包括一真空管1，真空管1 的一端设有一半导体芯片4，真空管1的另一端设有电子枪。电子枪采用一环 形电子枪，半导体芯片4的激发面朝向环形电子枪。参照图2，环形电子枪包 括一阴极21，阴极21呈环状，阴极21的中部为激光透光区域22。真空管1 上设有一激光出射口，激光出射口位于激光透光区域22的后方。为了保证高 的透过率，阴极21中间的激光透光区域采用蓝宝石玻璃。为了减少半导体芯 片4过热，环形电子枪产生的电子束采用短脉冲的方式轰击半导体芯片4。

环形电子枪发出的电子束为环形电子束，电子束射到半导体芯片4上后， 产生激光效应，进而产生激光，激光穿过激光透光区域22后，从激光出射口 射出。本发明的工作方式为反射式的激光装置，即发出激光与电子束轰击位 置在半导体芯片4的一侧。本发明具有能消除激光散斑、可控性好等优点。 同时本发明仍然保持激光装置中电子光学系统的旋转对称性。

参照图5，投影系统，包括光源系统、光学棱镜6、投影光学系统，光源 系统包括三个用于产生激光的激光装置，三个激光装置产生的激光光源颜色 分别为三原色中的一种，三个激光装置产生的激光分别通过光学棱镜形成一 束三色合成光。本发明将激光装置的光源作为投影系统的光源，具有能消除 激光散斑、可控性好等优点。本发明的工作方式为反射式的激光装置，即发 出激光与电子束轰击位置在半导体芯片4的一侧。同时本发明仍然保持激光 装置中电子光学系统的旋转对称性。

参照图1，真空管1采用中空的长条形真空管，环形电子枪设置在长条形 真空管沿长度方向上的一端，半导体芯片4设置在长条形真空管沿长度方向 上的另一端。以便真空管1足够长，能使激发的激光通过激光出射口。

参照图1、图3，还包括一散热系统，散热系统的热交换机构5紧密贴合 设置在半导体芯片4的背部。本发明可以将散热系统的热交换机构5紧密贴 合在半导体芯片4背部，增大热交换面积，降低了散热系统实现的难度。

还包括一聚焦偏转系统3，聚焦偏转系统3设置在环形电子枪和半导体芯 片4之间，聚焦偏转系统3用于将环形电子束聚焦到半导体芯片4上。

为了能够更好的控制空心电子束，聚焦偏转系统3采用一复合磁聚焦偏 转系统，复合磁聚焦偏转系统包括一设置在电子枪前方的阴极透镜聚焦系统 和设置在阴极透镜聚焦系统前方的聚焦偏转系统3。

为了保证半导体芯片4边缘发出的激光能够不受阻碍的通过激光透光区 域，真空管的长度与激光透光区域的半径之间的关系如下：

其中，L为真空管的长度；θ为激光发散角度；s为半导 体芯片4的直径；r为激光透光区域的半径。本发明通过上述关系式来实现真 空管的长度和激光透光区域的半径之间的匹配。

半导体芯片4采用一激光面板，激光面板包括至少两个激光腔，至少两 个激光腔沿厚度方向排列。激光腔包括一增益介质层、反射层，反射层分别 设置在增益介质层的前方和后方。激光腔包括部分反射层和完全反射层，部 分反射层设置在增益介质层的前方，完全反射层设置在增益介质层的后方。 以便光子在激光腔内多次激发。

光学棱镜6可以采用一X棱镜，三个激光装置产生的激光分别通过X棱 镜的合色形成三色合成光。

参照图1，环形电子枪还可以包括控制电极23，控制电极23设置在阴极 21的前方，控制电极23可以包括G1电极、G2电极、G3电极等电极。控制 电极23与控制系统连接后可调节阴极21发出的电子束的强度、聚焦性能等 控制。

实施方式一：参照图5，三个激光装置8分别提供红色、绿色和蓝色激光 光源。每个激光装置8都有一个电子束电流控制系统24来控制控制电极23， 再通过适当的X棱镜将每个激光装置8产生的激光光源进行耦合整形，经过 光学投影系统7再投射到屏幕9上，形成全彩图像。为了达到理想投影图像 的色平衡，每个激光装置8的控制电极23都可以单独通过电子束电流控制系 统24进行控制。这种调整可以采用手工完成，如让使用者单独控制每个激光 CRT1。也可以通过感应器来自动反馈，以便电子束电流控制系统24自动调节 期望的色平衡。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。