專利名稱：光源裝置、光源產生方法及包含光源裝置的激光投影機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光投影技術，尤其涉及一種光源裝置、光源產生方法及包含該光源裝置的激光投影機。
背景技術：
近年來，激光投影機因其原理簡單、制造難度低、色彩豐富以及視覺影響小等優(yōu)點而被廣泛地應用于多種場合，例如電視投影、微型投影以及一些商用和娛樂系統(tǒng)等。眾所周知，光學畫面至少需要由不同主波長的光波組成，例如藍色、綠色和紅色光波組成?；谀壳暗募夹g，通常情況下會以一種波長的光源作為激發(fā)光來生成另一種波長的光源，而后再與其他波長的光源分時發(fā)射，在投影屏幕上顯示出各種畫面。例如以藍光半導體激光器所發(fā)出的藍色激光作為激發(fā)光，激發(fā)綠光熒光粉來產生綠光。圖1是現有技術中光源裝置的結構及原理示意圖。參見圖1，這里的光源包括波長各不相同的第一光源101、第二光源(未示出)和第三光源116。該光源裝置包括準直鏡 102、反射鏡群103、第一聚光透鏡104、第一二向色片105、第二聚光透鏡106、熒光輪107、第一轉向鏡109a、第二轉向鏡109b、第一反射鏡110a、第二反射鏡110b、第二二向色片111、第三聚光透鏡112、光棒113、第四聚光透鏡114和第三轉向鏡115。其中第一二向色片105允許第一光源和第三光源透過、對第二光源進行反射，第二二向色片111允許第一光源透過，對第二光源和第三光源進行反射。并且，熒光輪107的部分區(qū)域內涂敷有熒光粉，在以第一光源101為激發(fā)光的情況下，涂敷有熒光粉的區(qū)域產生第二光源。由于熒光輪可旋轉，第一光源照射到熒光輪107的不同區(qū)域，會產生不同波長的光。在圖1中，第一光源101出射的具有第一波長的光束呈發(fā)散狀入射至準直鏡102， 準直鏡102將該光束準直成平行光束；反射鏡的反射作用使得該平行光束的光軸旋轉90 度，第一聚光透鏡104對旋轉光軸后的平行光束進行會聚，向第一二向色片105出射；第一光源的光束透過第一二向色片105后，經第二聚光透鏡106會聚處理后，到達熒光輪107。熒光輪107在驅動馬達117的驅動下旋轉。對于旋轉中的熒光輪107，若第一光源 101入射于熒光粉區(qū)域時，激發(fā)熒光粉發(fā)射出具有第二波長的第二光源，該第二光源以相反于第一光源入射方向的方向出射，到達第一二向色片105后，其光軸在反射作用下被旋轉 90度，再經過第一轉向鏡109a、第一反射鏡110a、第二轉向鏡109b后，向第二二向色片111 入射；由于第二二向色片111對第二光源進行反射，則第二光源的光束射向第三聚光透鏡 112，最后聚焦到光棒113內。簡言之，第一光源101入射于熒光輪107的熒光粉區(qū)域時，光棒113收集到的是具有第二波長的第二光源。若第一光源101入射于熒光輪107上未涂敷熒光粉的透過區(qū)域時，第一光源101 透射熒光輪107，經第四聚光透鏡114、第二反射鏡IlOb和第三轉向鏡115的會聚、反射和轉向后，透過第二二向色片111傳輸至第三聚光透鏡112，最終聚焦到光棒113內。也就是說，第一光源101入射于熒光輪107的透過區(qū)域時，光棒113收集到的是具有第一波長的第一光源。具有第三波長的第三光源116以平行于第一光源的光軸的方向出射，經過第二聚光透鏡106的會聚后，到達第一二向色片105，由于第一二向色片105允許第三光源透過，則第三光源再經過第一轉向鏡109a、第一反射鏡110a、第二轉向鏡109b的轉向、反射和再轉向后，到達第二二向色片111 ；第二二向色片111將第三光源116的光軸旋轉90度，經過第三聚光透鏡112，最終聚焦到光棒113內。基于以上的結構和原理，通過控制第一光源和第三光源的點亮時間，同時控制熒光輪的旋轉速度，可以實現第一光源、第二光源、第三光源分時進入光棒113內，得到不同顏色的光斑，進而構成顯示畫面。雖然上述現有的光源裝置使得激光投影得以實現，但是，從圖1中可以非常直觀地發(fā)現，該光源裝置中的光學部件過多、光路過長。光束每經過一個光學部件，都會損失一部分能量，并且光路的長短也會影響光束的能量損耗。因此各個光源在圖1所示的光源裝置中傳輸之后，能量會有較大程度的降低，能量利用率較低。而且，現有的光源裝置中，光學部件數量較多導致整體結構較為復雜，并且體積也會相應地較大。這樣的光源裝置顯然無法適應越來越明顯的小型化要求。此外，為了保證光源裝置的正常運行，必須保證每個光學部件自身安裝位置及相對位置的正確性，裝配難度較大；當其中的光學部件出現故障時，無法短時間找到問題所在，維修難度較高。因此，存在一種對能夠提高能量利用率的光源裝置的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例提供一種光源裝置、光源產生方法及包含該光源裝置的激光投影機，能夠提高能量利用率。在本發(fā)明的實施例中，光源裝置包括具有不同主波長的第一光源、第二光源和第三光源，該光源裝置進一步包括準直部件、會聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件，其中會聚部件、光束整形部件和二向色部件同心安裝；所述準直部件位于第一光源和第三光源的射出側，用于對接收到的光源進行準直處理，得到平行光束；所述會聚部件對準直處理后的第一光源和第三光源進行會聚處理，并將第一光源和第三光源向所述光束整形部件傳輸；所述光束整形部件對第一光源和第三光源進行光束整形處理，并向所述二向色部件傳輸；所述二向色部件將第一光源和第二光源以及來自所述會聚部件的第三光源引導為沿同一方向入射至所述光接收部件。其中，所述會聚部件、光束整形部件和二向色部件的中心連線方向為第一方向；所述第一光源和第三光源以第一方向為中心軸出射至所述準直部件；所述準直部件進一步將準直處理后的第一光源和第三光源沿與所述第一方向平行或一致的方向出射；所述光接收部件的光軸落在垂直于所述第一方向的第二方向上；所述二向色部件的中心位于所述第一方向與所述第二方向的交點處、且位于所述光束整形部件與所述光接收部件之間。其中，所述光束整形部件包括環(huán)形透鏡，將經過準直處理后的第一光源和第三光源由平行光束轉換為會聚光束，并向所述光束整形部件傳輸；所述光束整形部件包括負焦距透鏡，對來自所述會聚部件的第一光源和第三光源
6進行光束整形處理，得到傳播直徑縮小至小于或者等于接收閾值并沿第一方向出射的光束ο其中，所述環(huán)形透鏡為菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡在面向所述準直部件的表面上包含齒紋，并且在背向所述準直部件的表面上包含光面。所述菲涅爾透鏡為正菲涅爾透鏡。所述菲涅爾透鏡包括根據第一光源、第二光源和第三光源出射的光束的分布和數量而設置的N個環(huán)形鏡片，N為大于或者等于1的自然數。本發(fā)明中，N = 1時菲涅爾透鏡為凸透鏡。所述菲涅爾透鏡的第η個環(huán)形鏡片和所述負焦距透鏡形成第η縮放系統(tǒng)，η = 1, 2，3，4，...，N ；并且所述第η縮放系統(tǒng)的倍率隨η的增大而增大。其中，所述第二光源沿第二方向出射；所述二向色部件包括第一二向色片，用于對所述負焦距透鏡出射的所述第一光源和所述第三光源進行反射，使得所述第一光源和所述第三光源的光軸旋轉至所述第二方向，向所述光接收部件傳輸，并且對第二光源進行透射，沿所述第二方向向所述光接收部件傳輸。在一個實施例中，所述光源裝置進一步包括第二聚光透鏡，用于對沿所述第二方向傳輸的所述第二光源進行會聚處理，形成直徑縮小至小于或者等于接收閾值的平行光束，并沿所述第二方向向所述第一二向色片傳輸。在一個實施例中，所述第一光源進一步沿所述第二方向出射；所述光源裝置進一步包括熒光輪，包含熒光粉區(qū)域，用于在被所述第一光源照射時，激發(fā)出所述第二光源； 所述二向色部件包括中心在所述第一方向和所述第二方向交點處、并位于所述負焦距透鏡和所述光接收部件之間的X鏡，用于將來自所述負焦距透鏡的第一光源引導至沿所述第一方向向所述熒光輪傳輸，將沿所述第二方向出射的第一光源引導至沿所述第二方向向所述光接收部件傳輸，將來自所述熒光輪的第二光源引導至沿所述第二方向向所述光接收部件傳輸，并且將來自所述負焦距透鏡的所述第三光源引導至沿所述第二方向向所述光接收部件傳輸。其中，所述X鏡包括第二二向色片，用于對來自所述負焦距透鏡的第一光源和沿所述第二方向出射的第一光源進行透射處理，對第二光源進行反射處理，并且對所述第三光源進行透射處理；第三二向色片，垂直于所述第二二向色片，用于對來自所述負焦距透鏡的第一光源和沿第二方向出射的第一光源進行透射處理，并對第三光源進行反射處理； 第四二向色片，垂直于第二二向色片并與第三二向色片位于同一平面，用于對來自所述負焦距透鏡的第一光源和沿第二方向出射的第一光源進行透射處理，對第二光源進行透射處理，并且對第三光源進行反射處理。所述X鏡為X棱鏡或X平片。在一個實施例中，所述光源裝置進一步包括位于所述X鏡與所述熒光輪之間、光軸在第一方向上的第四聚光透鏡，用于對來自所述熒光輪的第二光源進行會聚處理，得到傳播直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，并沿第一方向向所述X鏡傳輸；位于沿第二方向出射的第一光源的出射點與所述X鏡之間的第三聚光透鏡，用于對沿第二方向出射的第一光源進行會聚處理，得到傳播直徑縮小的光束，并沿第二方向向所述X鏡傳輸。其中，以第一方向為中心軸出射至所述準直部件的第一光源和第三光源的位置可以互換。其中，所述光接收部件包括第一聚光透鏡和光棒，第一聚光透鏡用于對待進入所述光接收部件的所述光源進行會聚處理，所述光棒用于收集經所述第一聚光透鏡的會聚處理的光源；或者，所述光接收部件包括復眼透鏡，用于接收并收集待進入所述光接收部件的所述光源。在本發(fā)明實施例的光源產生方法中，用于包括光源、準直部件、會聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件的光源裝置中，所述光源包括具有不同主波長的第一光源、第二光源和第三光源，該方法包括由準直部件對接收到的光源進行準直處理，得到平行光束；由所述會聚部件對準直處理后的第一光源和第三光源進行會聚處理，并將第一光源和第三光源向所述光束整形部件傳輸；由所述光束整形部件對第一光源和第三光源進行光束整形處理，并向所述二向色部件傳輸；由所述二向色部件將所述第一光源和第二光源以及來自所述光束整形部件的第三光源引導為沿同一方向入射至所述光接收部件。本發(fā)明的激光投影機，包括光機模塊、控制模塊、電源驅動模塊和前述的光源裝置，其中，所述光機模塊由勻光照明部件、顯示芯片和投影鏡頭組成；所述光源裝置為激光投影機提供可用的光源；所述光機模塊接收所述光源裝置提供的光源，其中的勻光照明部件對光源進一步勻光，顯示芯片在控制模塊的實時控制下生成畫面，所生成的畫面再經過投影鏡頭投射出所要顯示的畫面；所述電源驅動模塊為所述光源裝置和顯示芯片提供驅動電能。在本發(fā)明的示例光源裝置中，通過準直部件、會聚部件、光束整形部件和二向色部件，對具有不同波長的各個光源進行準直、會聚以及透射整形處理，即可引導為沿同一方向入射至光接收部件。該光源裝置中所包含的部件數量較少，光路較短。與現有的光源裝置相比，本發(fā)明的光源裝置能夠有效地降低激光光束在傳輸過程中的能量損耗，從而提高能
量利用率。本發(fā)明實施例中的會聚部件和光束整形部件例如可以包括菲涅爾透鏡和負焦距透鏡，均屬于光學原理簡單、價格較低的光學部件，這就使得在本發(fā)明中的光源裝置與現有光源相比，具有非常明顯的成本優(yōu)勢。而且，本發(fā)明實施例的光源裝置中還可以利用X鏡，直接對各個光源進行反射或透射處理，使得光源系統(tǒng)的結構更為緊湊，尺寸更小，為光源裝置和投影機的小型化提供了有力的技術保障。相應地，在光利用率高的情況下，本發(fā)明中的激光投影機就能夠提供色彩豐富、層次感強、畫面清晰的顯示圖像。本發(fā)明既可適用于普遍使用的激光投影機，還可以適用于復眼激光投影機，通用性較強。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，以下描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員而言，還可以根據這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
圖1是現有技術中光源裝置的結構及原理示意圖。圖2是根據本發(fā)明實施例的光源裝置的示例性原理示意圖。圖3是根據本發(fā)明的第一實施例的光源裝置的結構示意圖。圖4是根據本發(fā)明的第二實施例的光源裝置的結構示意圖。圖5是根據本發(fā)明的第三實施例的光源裝置的結構示意圖。圖6是根據本發(fā)明實施例的激光投影機的原理圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發(fā)明各實施例的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。圖2是根據本發(fā)明實施例的光源裝置的示例性原理示意圖。如圖2所示，本發(fā)明實施中的光源裝置包括包含具有不同波長的第一光源201、第二光源(未示出)、第三光源 216的入射光源，準直部件202，會聚部件217、光束整形部件218、二向色部件220以及光接收部件221。準直部件202位于第一光源201和第三光源216的射出側，用于對接收到的光源進行準直處理，得到平行光束；會聚部件217對準直處理后的第一光源201和第三光源216 進行會聚處理，并將第一光源201和第三光源216向光束整形部件218傳輸；光束整形部件 218對第一光源201和第三光源216進行光束整形處理，并向二向色部件220傳輸；二向色部件220將第一光源201和第二光源以及來自光束整形部件218的第三光源216引導為沿同一方向入射至光接收部件221。上述光源裝置，通過準直部件、會聚部件、光束整形部件和二向色部件，對具有不同波長的各個光源進行準直處理、會聚處理和光束整形處理，即可引導為沿同一方向入射至光接收部件。該光源裝置中所包含的部件數量較少，光路較短。與現有的光源裝置相比， 本發(fā)明的光源裝置能夠有效地降低激光光束在傳輸過程中的能量損耗，從而提高能量利用率。而且，本發(fā)明實施例的光源裝置中對光路改變起關鍵作用的會聚部件、光束整形部件和二向色部件僅要求同心安裝，裝配要求非常簡單；當其中的任意部件出現故障時，即使對所有部件逐一排查，找出故障所在需要的時間和難度都較現有技術有明顯的降低。根據本發(fā)明實施例中，會聚部件217、光束整形部件218和二向色部件220的中心連線方向可以是第一方向；第一光源201和第三光源216以第一方向為中心軸出射至準直部件202 ；準直部件202進一步將準直處理后的第一光源201和第三光源216沿與第一方向平行或一致的方向出射；光接收部件221的光軸落在垂直于第一方向的第二方向上；二向色部件220的中心位于第一方向與第二方向的交點處、且位于光束整形部件218與光接收部件221之間。在本發(fā)明的一個實施例中，會聚部件包括環(huán)形透鏡，將經過準直處理后的第一光源201、第二光源和第三光源216由平行光束轉換為會聚光束，并向光束整形部件218傳輸。環(huán)形透鏡可以是菲涅爾透鏡，該菲涅爾透鏡在面向準直部件202的表面上包括齒紋，在背向準直部件202的表面上包含光面，能夠對第一光源201和第三光源216進行會聚處理，即將平行光束轉換為會聚光束，而后再向光束整形部件218傳輸；光束整形部件218 可以包括負焦距透鏡，對來自會聚部件217的第一光源201和第三光源216進行光束整形處理，即光束整形部件218對會聚光束進行轉換，使得其出射光束的直徑小于或者等于光接收部件的接收閾值且沿第一方向出射。本實施例中的第二光源可以沿第二方向出射，此時的二向色部件220可以包括第一二向色片，用于對負焦距透鏡出射的第一光源201和第三光源216進行反射，使得第一光源201和第三光源216的光軸旋轉至第二方向，向光接收部件221傳輸，并且對第二光源進行透射，沿第二方向向光接收部件221傳輸。此外，第二光源也可以是由第一光源作為激發(fā)光照射熒光輪后而產生的。這種情況下，第一光源除了包含前述用作激發(fā)光的光束之外，還包括沿第二方向傳輸的一束第一光源；二向色部件220所引導的、入射至光接收部件221的第一光源為沿第二方向傳輸的第一光源。那么，二向色部件包括中心在第一方向和第二方向交點處、并位于負焦距透鏡和光接收部件之間的X鏡，用于將來自負焦距透鏡的第一光源201引導至沿第一方向向熒光輪傳輸，將沿第二方向出射的第一光源201引導至沿第二方向向光接收部件221傳輸，將來自熒光輪的第二光源引導至沿第二方向向光接收部件221傳輸，并且將來自負焦距透鏡的第三光源216引導至沿第二方向向光接收部件221傳輸。前述的X鏡可以是X棱鏡或者X 平片。在本發(fā)明的一個實施例中，光源產生方法用于包括光源、準直部件、會聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件的光源裝置中，光源包括具有不同主波長的第一光源、第二光源和第三光源，該方法包括對準直部件接收到的光源進行準直處理，得到平行光束；由會聚部件對準直處理后的第一光源和第三光源進行會聚處理，并將第一光源和第三光源向光束整形部件傳輸；由光束整形部件對第一光源和第三光源進行光束整形處理， 并向二向色部件傳輸；由二向色部件將所述第一光源和第二光源以及來自光束整形部件的第三光源引導為沿同一方向入射至光接收部件。在本發(fā)明的一個實施例中，激光投影機包括如前所述的光源裝置、光機模塊、控制模塊和電源驅動模塊。其中，光機模塊由勻光照明部件、顯示芯片和投影鏡頭組成。光源裝置為激光投影機提供可用的光源。光機模塊接收光源裝置提供的光源，其中的勻光照明部件對光源進一步勻光，顯示芯片在控制模塊的實時控制下生成畫面，生成的畫面再經過投影鏡頭投射出所要顯示的畫面。電源驅動模塊為光源裝置和顯示芯片提供驅動電能。以下將詳細描述本發(fā)明實施例中的具體方案。第一實施例圖3是根據本發(fā)明的第一實施例的光源裝置的結構示意圖。本實施例中的會聚部件例如可以包括菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡的一個表面為光面，另一個表面上刻錄了由小到大的多個同心圓，從側面觀察時刻錄有同心圓的表面上形成有多個齒紋。這樣，菲涅爾透鏡能夠對紅外線和可見光進行有效的會聚處理。參見圖3，本實施例中，光源包括為各自具有不同波長的第一光源301、第二光源 308和第三光源316。除了光源之外，光源裝置包括準直透鏡系統(tǒng)302、菲涅爾透鏡317、負焦距透鏡318、第一聚光透鏡312和光棒313。菲涅爾透鏡317、負焦距透鏡318和第一二向色片323均同心安裝，第一聚光透鏡312和光棒313的光軸與同心安裝的各個部件的光軸垂直。以下將同心安裝的各個部件的中心連線方向稱為第一方向，將與第一方向垂直的方向稱為第二方向。本實施例中入射光源發(fā)射激光光束的方式為第一光源301以中心落在第一方向延長線上的環(huán)形光束出射至準直透鏡系統(tǒng)302，第三光源316以中心落在第一方向延長線上的圓形光束出射至準直透鏡系統(tǒng)302，第二光源308以中心落在第二方向的延長線上的環(huán)形或圓形光束出射至準直透鏡系統(tǒng)302。本實施例中，準直透鏡系統(tǒng)302包括至少一個準直透鏡，均位于第一光源301和第三光源316的射出側，對接收到的第一光源301和第三光源316的光束進行準直處理，得到平行光束，并沿與第一方向平行或一致的方向出射。菲涅爾透鏡317通常情況下都具有較大的直徑，因此可以接收到準直透鏡系統(tǒng)出射的全部光束。菲涅爾透鏡317在面向準直透鏡系統(tǒng)302的一側表面上包含有齒紋，在背向準直透鏡系統(tǒng)302的表面上包含光面，從而能夠對第一光源301和第三光源316進行會聚，轉換為直徑有所縮小的會聚光束并沿第一方向出射。本實施例中的菲涅爾透鏡例如可以是正菲涅爾透鏡。此外，可以根據第一光源301 和第三光源316出射的光束的分布和數量而在該菲涅爾透鏡上設置N個環(huán)形鏡片，N為大于或者等于1的自然數。本發(fā)明中，N= 1時菲涅爾透鏡為凸透鏡。其中，第一個環(huán)形鏡片為中心鏡片，第2個環(huán)形鏡片最接近中心鏡片，第N個環(huán)形鏡片距離中心鏡片最遠，并且第 η個環(huán)形鏡片的焦距為fn，η = 1，2，3，...，Ν。由于中心鏡片以及每個環(huán)形鏡片都具有不同的焦距，它們對光束的折射角也不同，這樣就可以使得第一光源301和第三光源316在負焦距透鏡318處合為一束光束。負焦距透鏡318例如是凹透鏡，該透鏡對以會聚光束形式傳輸的第一光源301和第三光源316進行諸如發(fā)散的整形處理，最后得到光束的直徑小于或者等于光接收部件對于入射光束直徑的接收閾值，以便能夠將從負焦距透鏡318出射的各個光源的光束，全部入射至第一聚光透鏡312和光棒313。在本實施例中，第一光源301經過準直透鏡系統(tǒng)302后，首先到達菲涅爾透鏡317， 被會聚后再射向負焦距透鏡318。然后，經過負焦距透鏡318的發(fā)散處理后，形成直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，沿第一方向向第一聚光透鏡312出射。第三光源316經過準直鏡系統(tǒng)302后，被菲涅爾透鏡317透射并會聚，而后在負焦距透鏡318處被發(fā)散處理， 得到直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，沿第一方向出射。二向色部件例如可以是第一二向色片323，其中心位于第一方向與第二方向的交點處、且位于負焦距透鏡318與光接收部件之間，該第一二向色片323，用于對負焦距透鏡 318出射的第一光源301和第三光源316反射，使得這兩個光源的光軸旋轉至第二方向，再向光接收部件傳輸，并且允許第二光源308透射，沿第二方向向光接收部件傳輸。本實施例還包括第二聚光透鏡306，用于對沿第二方向傳輸的第二光源308進行會聚處理，形成傳播直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，并沿第二方向向第一二向色片323出射。在本實施例中，每個光源的傳輸光路為第一光源301經過準直透鏡系統(tǒng)302的準直處理后變換成平行光束，并向菲涅爾透鏡317傳輸；菲涅爾透鏡317通過面向準直透鏡系統(tǒng)302的表面上的齒紋，將第一光源 301的光束會聚投射至負焦距透鏡318 ；經過負焦距透鏡318的發(fā)散處理后，形成直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束；第一二向色片323對負焦距透鏡318出射的第一光源 301進行反射，將該第一光源301的光軸旋轉90度，即與第二方向一致，再傳輸至第一聚光透鏡312和光棒313中。第二光源308沿第二方向出射，經過第二聚光透鏡306的會聚處理后，形成傳播直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，并沿第二方向繼續(xù)傳輸；第一二向色片323將第二聚光透鏡306出射的第二光源308透射，沿第二方向傳輸至第一聚光透鏡312和光棒313 中。第三光源316經過準直透鏡系統(tǒng)302的處理后變換成平行光束，并入射至菲涅爾透鏡317 ；菲涅爾透鏡317通過面向準直透鏡系統(tǒng)302的表面上的齒紋，將第三光源316的光束會聚投射至負焦距透鏡318 ；負焦距透鏡318對接收到的第三光源316的光束進行發(fā)散處理后，形成直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束；第一二向色片323對負焦距透鏡318出射的第三光源316進行反射，將該第三光源316的光軸旋轉90度，即與第二方向一致，再傳輸至第一聚光透鏡312和光棒313中。由前可知，本實施例中，具有不同波長的第一光源、第二光源和第三光源分離出射，只要按照實際需求調整各個光源的出射時間，即可實現在不同時間顯示不同的色彩，以滿足激光投影的要求。在各個光源的傳輸過程中，本實施例中菲涅爾透鏡317的N個環(huán)形鏡片和負焦距透鏡318形成N套縮放系統(tǒng)，將不同波長的光源引導成不同的光路，但最終所有的光源都以相近直徑進入到光接收部件中。本實施例中由菲涅爾透鏡317的中心鏡片和負焦距透鏡318形成第一縮放系統(tǒng)， 該縮放系統(tǒng)對第三光源進行處理；由菲涅爾透鏡317的第二至第N個環(huán)形鏡片和負焦距透鏡318形成第第二至第N縮放系統(tǒng)，對第一光源進行處理。換言之，本發(fā)明中，第η環(huán)形鏡片和負焦距透鏡318形成第η縮放系統(tǒng)，η = 1，2，3，4，...，N。因第一光源在第三光源的外圈，故第一縮放系統(tǒng)的倍率小于第2至第N縮放系統(tǒng)的倍率，并且第η縮放系統(tǒng)的倍率隨η的增大而增大。在本實施例中，沿第一方向出射的第一光源301和第三光源316可以互換位置。本實施例中第二光源和光接收部件的光軸與第一光源和第三光源的初始傳輸方向垂直。在這種情況下，光源裝置僅通過準直透鏡系統(tǒng)、菲涅爾透鏡、負焦距透鏡和第一二向色片即可完成對各個光源的引導。本實施例的部件數量與現有技術的方案相比有明顯的減少，結構較為簡單，光路也有很大程度地縮短，因此能夠有效地提高能量利用率。并且，本實施例中的會聚部件和光束整形部件例如可以包括環(huán)形透鏡和負焦距透鏡，均屬于光學原理簡單、價格較低的光學部件，這就使得在本發(fā)明中的光源裝置與現有光源相比，具有非常明顯的成本優(yōu)勢。第二實施例圖4是根據本發(fā)明的第二實施例的光源裝置的結構示意圖。參見圖4，本實施例在第一實施例的基礎上中引入了熒光輪422，以便由第一光源 401作為激發(fā)光，照射在熒光輪涂敷有熒光粉的區(qū)域時，產生第二光源(未示出)。該熒光輪422在驅動馬達411的驅動下旋轉，以便在熒光粉區(qū)域或透過區(qū)域交替接收第一光源401。為了使光接收部件得到第一光源401所對應主波長的光束，除了中心在第一方向上出射的、作為第二光源的激發(fā)光的第一光源401之外，本實施例中還增加沿第二方向出射的第一光源425，該第一光源425具有與作為激發(fā)光的第一光源401相近的主波長，但發(fā)光方式可以與第一光源401相同或不同。例如，作為激發(fā)光的第一光源401可以是半導體激光器(LD)光源，沿第二方向出射的第一光源425可以是LD光源或者是發(fā)光二極管(LED) 光源。此外，本實施例中的二向色部件例如可包括中心在第一方向和第二方向交點處、 并位于負焦距透鏡418和光接收部件之間的X鏡。該X鏡用于將來自負焦距透鏡418的第一光源401引導至沿第一方向向熒光輪422傳輸，將沿第二方向出射的第一光源401引導至沿第二方向向光接收部件傳輸，將來自熒光輪422的第二光源引導至沿第二方向向光接收部件傳輸，并且將來自負焦距透鏡418的第三光源416引導至沿第二方向向光接收部件傳輸。該X鏡包括第二二向色片405、第三二向色片420和第四二向色片421。第二二向色片405與位于同一平面內的第三二向色片420和第四二向色片421均垂直。第二二向色片405對來自負焦距透鏡418的第一光源401和沿第二方向出射的第一光源425進行透射處理，對第二光源進行反射處理，使得該第二光源的光軸旋轉90度，并且對所述第三光源進行透射處理。第三二向色片420垂直于第二二向色片405，對來自負焦距透鏡418的第一光源 401和沿第二方向出射的第一光源425進行透射處理，并對第三光源416進行反射處理，將其光軸進行90度的旋轉。第四二向色片421垂直于第二二向色片405并與第三二向色片420位于同一平面，用于對來自負焦距透鏡418的第一光源401和沿第二方向出射的第一光源425進行透射處理，對第二光源進行透射處理，并且對第三光源418進行反射處理，使得第三光源的光軸旋轉90度。本實施例在X鏡與熒光輪422之間還增加了一組光軸在第一方向上的第四聚光透鏡406，對熒光輪422出射的第二光源進行會聚，得到直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，并沿第一方向向X鏡傳輸。此外，本實施例在X鏡與沿第二方向出射的第一光源425的出射點之間增加了一組光軸在第二方向上的第三聚光透鏡426，對第一光源425進行會聚處理，得到直徑縮小至小于或者等于接收閾值的光束，再沿第二方向向X鏡傳輸。本實施例中每個光源的傳輸光路為第一光源401經過準直透鏡系統(tǒng)402的準直處理后變換成平行光束，并入射至菲涅爾透鏡417 ；菲涅爾透鏡417通過面向準直透鏡系統(tǒng)402的表面上的齒紋，將第一光源 401的光束會聚投射至負焦距透鏡418 ；經過負焦距透鏡418的發(fā)散處理后，形成直徑縮小至小于或等于接收閾值的光束；第二二向色片405、第三二向色片420和第四二向色片421 均對負焦距透鏡418出射的第一光源401進行透射，將該第一光源401沿第一方向傳輸至第四聚光透鏡406，經過會聚處理后，照射在熒光輪422上。當第一光源401照射在熒光輪422的熒光粉區(qū)域時，激發(fā)出方向與第一光源在熒光輪上的入射方向相反的第二光源(未示出)，第二光源沿第一方向傳輸至第四聚光透鏡 406，經過會聚處理后向第二二向色片405和第四二向色片421傳輸；第二光源經過第四二向色片421的透射處理和第二二向色片405的反射處理，第二光源的光軸被旋轉90度，再沿第二方向傳輸至第一聚光透鏡412和光棒413中。第三光源416經過準直透鏡系統(tǒng)402的處理后變換成平行光束，并入射至菲涅爾透鏡417 ；菲涅爾透鏡417通過面向準直透鏡系統(tǒng)402的表面上的齒紋，將第三光源416的光束會聚投射至負焦距透鏡418 ；負焦距透鏡418對接收到的第三光源416的光束進行發(fā)散處理后，形成傳播直徑縮小至小于或等于接收閾值的光束；經過第二二向色片405的透射處理以及第三二向色片420和第四二向色片421的反射處理后，將該第三光源416的光軸旋轉90度，即與第二方向一致，再傳輸至第一聚光透鏡412和光棒413中。第一光源425沿第二方向出射，經過第三聚光透鏡似6的會聚處理后，得到傳播直徑縮小至小于或等于接收閾值的光束；該平行光束經過第二二向色片405的透射處理以及第三二向色片420和第四二向色片421的透射處理后，光軸與第二方向一致，再傳輸至第一聚光透鏡412和光棒413中。本實施例中在光源系統(tǒng)內通過以第一光源照射熒光輪上的熒光粉來激發(fā)出第二光源，并且為了能夠在光棒413中得到與以第一方向為中心軸出射的第一光源相同主波長的光束，還引入了沿第二方向傳輸的第一光源。在這種情況下，本實施例僅在第一實施例的基礎上增加了 X鏡、第四聚光透鏡406、第三聚光透鏡似6和熒光輪422等部件，光學部件的數量依然較少、光路依然較短，因此能量利用率較現有技術而言能夠得到有效的提高。在本實施例中，沿第一方向出射的第一光源401和第三光源416可以互換位置。此外，本實施例中引入了 X鏡，能夠直接對各個光源進行反射或透射處理，使得光源系統(tǒng)的結構更為緊湊，尺寸更小，為光源裝置和投影機的小型化提供了有力的技術保障。第三實施例圖5是根據本發(fā)明的第三實施例的光源裝置的結構示意圖。參見圖5，本實施例中的光源類型及各個光源的光路與第二實施例完全相同，只是這里的光接收裝置為復眼透鏡524，以便將本實施例的光源裝置用于復眼投影機中。本實施例中的光源為用于激發(fā)第二光源的第一光源501、第三光源516和與第一光源具有相同主波長并沿第二方向出射的第一光源525。光源裝置包括準直透鏡系統(tǒng) 502、菲涅爾透鏡517、負焦距透鏡518、包括第二二向色片505、第三二向色片520和第四二向色片521的X鏡、熒光輪522、驅動馬達511、第四聚光透鏡506、第三聚光透鏡5 和復眼透鏡5M。由于本實施例中各個光源的傳輸過程與第二實施例相同，這里將不再贅述。同樣，與在第二實施例中一樣，沿第一方向出射的第一光源501和第三光源516的位置可以互換。此外，前述第一實施例和第二實施例的光源裝置中的第一聚光透鏡和光棒所組成的光接收部件也可以被替換為復眼透鏡，用于接收并收集待進入光接收部件的光源。圖6是根據本發(fā)明實施例的激光投影機的原理圖。參見圖6，激光投影機包括如前所述的光源裝置600、光機模塊601、電源驅動模塊602和控制模塊603。其中，光機模塊 601由勻光照明部件、顯示芯片和投影鏡頭組成。光源裝置600為激光投影機提供可用的光源。光機模塊601用于接收所述光源裝置提供的光源，其中的勻光照明部件對光源進一步勻光，顯示芯片在控制模塊603的實時控制下生成畫面，生成的畫面再經過投影鏡頭投射出所要顯示的畫面。所述電源驅動模塊602為光源裝置和顯示芯片提供驅動電能。通過本發(fā)明提供的各實施例，將不同主波長的各個光源傳輸至光接收部件的過程中，僅使用了光學原理較為簡單的會聚部件和光束整形部件，并且這些部件的數量較少，有效簡化了光源裝置的結構、縮短了光路，從而提高了能量利用率，進而提高了激光投影機的畫面質量。本發(fā)明實施例中的會聚部件和光束整形部件例如可以采用環(huán)形透鏡和負焦距透鏡，均屬于光學原理簡單、價格較低的光學部件，這就使得在本發(fā)明中的光源裝置與現有光源相比，具有非常明顯的成本優(yōu)勢。本發(fā)明在第二和第三實施例中使用了 X鏡，將多次透射和反射功能集于一身，從另一角度減少了光學部件的數量，并在進一步提供能量利用率的同時，為光源裝置小型化提供了有力的技術保障。此外，本發(fā)明各個實施例中通過較為簡單的結構即可滿足光路改變的多樣性要求，設計巧妙，但安裝、調制及維修難度均較低。本發(fā)明各個實施例中的光源裝置既可適用于普遍使用的激光投影機，還可以適用于復眼激光投影機，具有較高的通用性。顯然，本領域技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種光源裝置，包括光源，該光源包括具有不同主波長的第一光源、第二光源和第三光源，其特征在于，該光源裝置進一步包括準直部件、會聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件，其中會聚部件、光束整形部件和二向色部件同心安裝；所述準直部件位于第一光源和第三光源的射出側，用于對接收到的光源進行準直處理，得到平行光束；所述會聚部件對準直處理后的第一光源和第三光源進行會聚處理，并將第一光源和第三光源向所述光束整形部件傳輸；所述光束整形部件對第一光源和第三光源進行光束整形處理，并向所述二向色部件傳輸；所述二向色部件將第一光源和第二光源以及來自所述光束整形部件的第三光源引導為沿同一方向入射至所述光接收部件。
2.根據權利要求1所述的光源裝置，其特征在于，所述會聚部件、光束整形部件和二向色部件的中心連線方向為第一方向；第一光源和第三光源以第一方向為中心軸出射至所述準直部件；所述準直部件進一步將準直處理后的第一光源和第三光源沿與第一方向平行或一致的方向出射；所述光接收部件的光軸落在垂直于第一方向的第二方向上；所述二向色部件的中心位于第一方向與第二方向的交點處、且位于所述光束整形部件與所述光接收部件之間。
3.根據權利要求2所述的光源裝置，其特征在于，所述會聚部件包括環(huán)形透鏡，將經過準直處理后的第一光源和第三光源由平行光束轉換為會聚光束，并向所述光束整形部件傳輸；所述光束整形部件包括負焦距透鏡，對來自所述會聚部件的第一光源和第三光源進行光束整形處理，得到傳播直徑縮小至小于或者等于接收閾值并沿第一方向出射的光束。
4.根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，所述環(huán)形透鏡為菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡在面向所述準直部件的表面上包含齒紋，并且在背向所述準直部件的表面上包含光面；所述菲涅爾透鏡包括根據第一光源、第二光源和第三光源出射的光束的分布和數量而設置的N個環(huán)形鏡片，N為大于或者等于1的自然數；所述菲涅爾透鏡的第η個環(huán)形鏡片和所述負焦距透鏡形成第η縮放系統(tǒng)，η = 1,2,3, 4，…，N ；所述第η望遠鏡系統(tǒng)的倍率隨η的增大而增大。
5.根據權利要求3至4中任意一項所述的光源裝置，其特征在于，所述第二光源沿所述第二方向出射；所述二向色部件包括第一二向色片，用于對所述負焦距透鏡出射的第一光源和第三光源進行反射，使得第一光源和第三光源的光軸旋轉至所述第二方向，向所述光接收部件傳輸，并且對第二光源進行透射，沿所述第二方向向所述光接收部件傳輸；所述光源裝置進一步包括第二聚光透鏡，用于對沿所述第二方向傳輸的第二光源進行會聚處理，形成傳播直徑縮小至小于或者等于接收閾值的平行光束，并沿所述第二方向向所述第一二向色片傳輸。
6.根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，第一光源進一步沿第二方向出射； 所述光源裝置進一步包括熒光輪，包含熒光粉區(qū)域，用于在被第一光源照射時，激發(fā)出第二光源；所述二向色部件包括中心在第一方向和第二方向交點處、并位于所述負焦距透鏡和所述光接收部件之間的X鏡，用于將來自所述負焦距透鏡的第一光源引導至沿第一方向向所述熒光輪傳輸，將沿第二方向出射的第一光源引導至沿第二方向向所述光接收部件傳輸，將來自所述熒光輪的第二光源引導至沿第二方向向所述光接收部件傳輸，并且將來自所述負焦距透鏡的第三光源引導至沿第二方向向所述光接收部件傳輸； 所述X鏡包括第二二向色片，用于對來自所述負焦距透鏡的第一光源和沿第二方向出射的第一光源進行透射處理，對第二光源進行反射處理，并且對第三光源進行透射處理；第三二向色片，垂直于第二二向色片，用于對來自所述負焦距透鏡的第一光源和沿第二方向出射的第一光源進行透射處理，并對第三光源進行反射處理；第四二向色片，垂直于第二二向色片并與第三二向色片位于同一平面，用于對來自所述負焦距透鏡的第一光源和沿第二方向出射的第一光源進行透射處理，對第二光源進行透射處理，并且對第三光源進行反射處理。
7.根據權利要求6所述的光源裝置，其特征在于，所述光源裝置進一步包括位于所述X鏡與所述熒光輪之間、光軸在第一方向上的第四聚光透鏡，用于對來自所述熒光輪的第二光源進行會聚處理，得到傳播直徑縮小至小于或等于接收閾值的光束，并沿第一方向向所述X鏡傳輸；位于沿第二方向出射的第一光源的出射點與所述X鏡之間的第三聚光透鏡，用于對沿第二方向出射的第一光源進行會聚處理，得到傳播直徑縮小至小于或等于接收閾值的光束，并沿第二方向向所述X鏡傳輸。
8.根據權利要求1所述的光源裝置，其特征在于，所述光接收部件包括第一聚光透鏡和光棒，第一聚光透鏡用于對待進入所述光接收部件的所述光源進行會聚處理，所述光棒用于收集經第一聚光透鏡的會聚處理的光源；或者，所述光接收部件包括復眼透鏡，用于接收并收集待進入所述光接收部件的所述光源。
9.一種光源產生方法，其特征在于，用于包括光源、準直部件、會聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件的光源裝置中，所述光源包括具有不同主波長的第一光源、第二光源和第三光源，該方法包括由準直部件對接收到的光源進行準直處理，得到平行光束；由所述會聚部件對準直處理后的第一光源和第三光源進行會聚處理，并將第一光源和第三光源向所述光束整形部件傳輸；由所述光束整形部件對第一光源和第三光源進行整形處理，并向所述二向色部件傳輸；由所述二向色部件將所述第一光源和第二光源以及來自所述光束整形部件的第三光源引導為沿同一方向入射至所述光接收部件。
10. 一種激光投影機，其特征在于，該激光投影機包括光機模塊、控制模塊、電源驅動模塊和根據權利要求1至8之一所述的光源裝置，其中，所述光機模塊由勻光照明部件、顯示芯片和投影鏡頭組成； 所述光源裝置為激光投影機提供可用的光源；所述光機模塊接收所述光源裝置提供的光源，其中的勻光照明部件對光源進一步勻光，顯示芯片在控制模塊的實時控制下生成畫面，所生成的畫面再經過投影鏡頭投射出所要顯示的畫面；所述電源驅動模塊為所述光源裝置和顯示芯片提供驅動電能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光源裝置、光源產生方法和包括該光源裝置的激光投影機。光源裝置包括光源，該光源包括具有不同主波長的第一光源、第二光源和第三光源，該光源裝置進一步包括準直部件，位于第一光源和第三光源的射出側，用于對接收到的光源進行準直處理；會聚部件，對準直處理后的第一光源和第三光源進行會聚處理；光束整形部件，對第一光源和第三光源進行光束整形處理；二向色部件，將第二光源以及來自光束整形部件的第一光源和第三光源引導為沿同一方向入射至光接收部件。本發(fā)明可有效減少光源裝置中的部件數量，簡化光路，提高能量利用率，并且安裝維修簡單。
文檔編號G02B3/08GK102540680SQ20121005558
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者李巍, 田有良, 閆國楓, 陳昱 申請人:海信集團有限公司