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

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點而被廣泛地應用于多種場合。但是，激光投影機要求的輸入光源為面光源，并且對其輸入的面光源有較高的要求。例如，對于某些激光投影機，其輸入的面光源只能是直徑在數十毫米量級的面光源。因此，如何獲得良好的輸入光源就成為發展激光投影技術的一項重要課題。目前，將激光發生器作為激光投影機的原始光源，經過光線的傳導和耦合而輸出點光源，再經過一系列光學元件，將點光源轉化為面光源，以供激光投影機使用。在實踐中，存在許多由點激光光源得到面激光光源的方案。例如，中國專利申請 CN101872071公開了一種一維光纖壓縮耦合激光傳輸裝置。圖1示出了現有的一維光纖壓縮耦合激光傳輸裝置的結構示意圖。如圖1所示，一維光纖壓縮耦合激光傳輸裝置由半導體激光器10、光纖11和準直光學透鏡組12組成。其中，半導體激光器10、光纖11和準直光學透鏡組12這三部分被順序地封裝為一個整體。準直光學透鏡組12為一膠合透鏡，包括激光入射透鏡與出射透鏡。半導體激光器10用于發射激光脈沖信號；光纖11用于沿自身的快軸對來自于半導體激光器10的激光脈沖信號進行一維壓縮，以減小激光脈沖信號的光束發散角并使該激光脈沖的能量集中；準直光學透鏡組12用于對經過壓縮的激光光束進行耦合準直并向外發射傳輸。可根據幾何光學原理確定半導體激光器10、光纖11、準直光學透鏡組12這三個光學元件的參數及位置關系，具體來說，光纖11為具有一維壓縮作用的柱狀光纖，光纖半徑為0. 5mm，與半導體激光器發光之間的距離為0. 07mm ；準直光學透鏡組12中的激光入射透鏡為平凹透鏡，曲率半徑為36. 813mm,出射透鏡為雙凸透鏡，曲率半徑分別為36. 813mm 和-20. 045mm ；并且準直光學透鏡組12與光纖11之間的距離為33. 8mm。在CN101872071所公開的方案中，雖然半導體激光器發出的激光脈沖信號在光纖和準直透鏡組的作用下，能夠從點光源轉化為面光源。但是，CN101872071中的技術方案僅是針對小發射全角的激光光束的情形，并不能適用于大發射全角的激光光束的情形。例如， 現有的技術方案不能夠確保得到的面光源的直徑在數十毫米量級，即前述準直光學透鏡組輸出的面光源并不能夠滿足激光投影機對輸入光源的要求。此外，CN101872071僅簡單地給出了各個光學元件的參數及位置關系，而并未公開通過何種手段來保證這樣的參數及位置關系。在前述參數和位置關系位于毫米量級，尤其一些參數的精度需要達到百分位、甚至千分位時，沒有有效的調整和支撐裝置，這樣的精度完全無法保證。在參數及位置關系出現偏差的情況下，激光的能量存在大幅度消耗的可能性，從而光利用率較低。
再者，在CNlO 1872071公開的方案中，半導體激光器10必須經過光纖11，才能夠將激光脈沖信號發射至準直透鏡組12，光纖11中對激光脈沖信號的各種處理及傳輸會在一定程度上導致激光能量的損耗，從而進一步降低了光利用率。而且，為了保證激光脈沖信號的正常傳輸，必須對半導體激光器10、光纖11以及準直透鏡組12的安裝位置和精度進行嚴格控制，安裝過程較為復雜，且眾多部件的存在易于導致配合誤差的累積，進而影響所輸出的面光源的整體質量。因此，存在一種對能夠輸出符合激光投影機所需面光源的光源裝置的需要。

發明內容
本發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，能夠為激光投影機提供可用的面光源。本發明實施例中提供的光源裝置、光源產生方法及包含該光源裝置的激光投影機能夠進一步提高光利用率。在本發明的實施例中，光源裝置包括用于發射沿第一方向傳輸的激光光束的激光器，該光源裝置進一步包括第一準直部件、散射部件、反射部件和第二準直部件，第一準直部件用于對沿第一方向傳輸的激光光束進行第一準直處理，以得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并使第一準直處理后的激光光束沿第一方向出射；所述散射部件位于第一準直部件與反射部件之間，用于對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理， 并使消散斑處理后的激光光束沿第一方向出射；所述反射部件用于對接收到的沿第一方向傳輸的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；第二準直部件用于對接收到的沿第二方向傳輸的激光光束進行第二準直處理，以得到發射全角大于或等于第二角度閾值且小于或等于第三角度閾值的激光光束。其中，第一角度閾值為10度，第二角度閾值為2度，第三角度閾值為10度。其中，第一準直部件的光軸與第二準直部件的光軸之間形成第一夾角，所述反射部件的法線與所述散射部件的光軸形成第二夾角，所述反射部件的法線與第二準直部件的光軸形成第三夾角；第一夾角、第二夾角和第三夾角之和為180度，或者第一夾角為第二夾角與所述第三夾角之和。所述光源裝置進一步包括主支架，用作所述光源裝置的底部且支撐所述激光器、 所述反射部件和第二準直部件，第二準直部件在所述主支架上可沿垂直于第一方向且平行于第二方向的方向上連續調整；第一準直部件包括包含至少一片正透鏡的第一準直透鏡系統，第一準直透鏡系統的焦距為正焦距；第二準直部件包括包含至少一片正透鏡的第二準直透鏡系統，第二準直透鏡系統的焦距為正焦距；所述反射部件包括反射鏡。其中，第一準直透鏡系統的焦距為所述激光器的發射頭的出射點與第一準直透鏡系統的焦點之間的距離在士0. If1范圍內；第二準直透鏡系統的焦距為4，所述散射部件中的散射片的出射點與第二準直透鏡系統的焦點之間的距離在士0. If2范圍內；所述散射部件與第二準直透鏡系統的距離為所述散射部件到所述反射鏡之間的距離加上所述反射鏡到第二準直透鏡系統的距離。所述反射鏡為平面反射鏡，或者為曲面反射鏡。
所述激光器包括位于端面上的至少一個調節螺紋孔；所述第一準直部件進一步包括鏡筒和鏡筒固定調節裝置，所述鏡筒用于容納第一準直透鏡系統，該鏡筒的一端具有外螺紋，以與所述鏡筒固定調節裝置連接；所述鏡筒固定調節裝置為盤狀，該鏡筒固定調節裝置包括位于中心區域的鏡筒固定螺紋孔，用于與所述鏡筒的外螺紋嚙合，以將所述鏡筒與所述鏡筒固定調節裝置連接；和位于周邊區域的至少一個調節孔，用于通過螺紋連接件將所述鏡筒固定調節裝置連接于所述激光器上，所述調節孔的位置與所述激光器的調節螺紋孔的位置相對應，并且所述調節孔的直徑大于所述調節螺紋孔的直徑。其中，所述調節孔的直徑比所述調節螺紋孔的直徑大2mm。所述反射部件進一步包括反射鏡支架，所述反射鏡支架包括支架主體、彈性結構和至少一個調整件，其中所述支架主體為框架結構，用于容納所述反射鏡；所述彈性結構包括片狀的固定部分，用于與所述支架主體的邊緣結合，以將所述彈性結構固定于所述支架主體上；和具有折角的至少一個彈性件，向所述反射鏡施加擠壓力，所述折角的一端與所述固定部分整體形成，另一端可調整地抵靠在所述反射鏡的一個表面上；所述調整件位于所述彈性件的相對側，可調整地抵靠在所述反射鏡的另一個表面上，向所述反射鏡提供與彈性件的擠壓力相反方向的擠壓力，并且所述調整件的數量與所述彈性件的數量相對應。所述調整件包括至少一個凸臺和至少一個螺紋連接件，其中所述凸臺位于所述支架主體上，在該凸臺上形成有具有內螺紋的通孔；所述螺紋連接件上形成有與所述凸臺的內螺紋嚙合的外螺紋，該螺紋連接件向所述反射鏡的另一個表面施加所述擠壓力。所述反射鏡的一個表面為反射面，所述反射鏡的另一個表面為非反射面；或者，所述反射鏡的一個表面為反射面，所述反射鏡的另一個表面為非反射面。第二準直部件進一步包括準直鏡支架，用于容納第二準直透鏡系統，所述準直鏡支架包括支架主體，包括用于容納第二準直透鏡系統的凹槽；至少一個連接孔，用于通過螺紋連接件將所述準直鏡支架連接于所述主支架上；所述主支架進一步包括與所述準直鏡支架的連接孔對應的連接孔。其中，所述準直鏡支架的連接孔為軸線與第一方向平行且垂直于第二方向的U型通孔，以便第二準直透鏡系統在所述主支架上垂直于第一方向且平行于第二方向的方向上連續調整。 所述散射部件安裝在所述主支架上，或者安裝于所述激光器上。在本發明的另一實施例中，一種光源產生方法，該方法包括發射沿第一方向傳輸的激光光束；對沿第一方向傳輸的所述激光光束進行第一準直處理，得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并沿第一方向出射；對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理并使消散斑處理后的激光光束繼續沿第一方向出射；對消散斑處理后沿第一方向出射的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；對沿第二方向出射的激光光束進行第二準直處理，得到發射全角在大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的激光光束。其中，第一角度閾值為10度，第二角度閾值為2度，第三角度閾值為10度。
在所述方法中，第一準直部件的光軸與第二準直部件的光軸之間形成第一夾角， 所述反射部件的法線與所述散射部件的光軸形成第二夾角，所述反射部件的法線與第二準直部件的光軸形成第三夾角；第一夾角、第二夾角和第三夾角之和為180度，或者第一夾角為第二夾角與第三夾角之和。本發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，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輸入光源。光機模塊接收光源裝置提供的輸入光源，其中的勻光照明部件對輸入光源進一步勻光，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。所述電源驅動模塊為光源裝置和顯示芯片提供驅動電能。在本發明的示例光源裝置中，激光脈沖信號經過第一準直處理后，發射全角在10 度以內，經過第二準直處理后。發射全角在5度以內。兩次準直處理能夠有效地保證出射激光光束的直徑位于數十毫米量級，完全能夠達到激光投影機對于輸入光源的要求。再者上述方案并非一次性改變激光光束的發射全角，而是通過分次準直來逐步調整，在得到合適的出射激光光束的同時，還能夠有效地降低光束的能量損失。本發明中，激光器與第一準直部件之間直接建立光路，由激光器發射出來的激光光束無需在光纖內進行處理和傳輸，激光光束傳輸過程中的光學部件數量較現有技術有所減少，有效地降低了激光光束傳輸過程中的能量損耗，提高光利用率。此外，本發明的反射鏡支架中，利用彈性件和螺紋連接件分別抵靠在反射片的反射面和非反射面上，形成成對的彈性調整結構。通過調整螺紋連接件與凸臺中的內螺紋的嚙合位置，可以十分方便地調整彈性件的彈性形變量，進而調整反射鏡相對于散射片和第二準直透鏡系統的角度。并且，彈性件與螺紋連接件的數量可以為至少一個，每個螺紋連接件的嚙合位置均可調整，這樣可在三個維度中調整反射片的角度，從而有效地保證第一準直透鏡系統經過散射部件出射的激光光束能夠全部反射至第二準直透鏡系統上，即第二準直透鏡系統與第一準直透鏡系統的同心要求得以保證。而且本發明中利用了彈性形變原理來實現反射鏡相對角度的調整，制造過程非常簡單，操作方式非常便捷，且調整效果比較好。本發明光源裝置中的準直鏡支架上包含有U型通孔，用來通過螺紋連接部件與主支架連接。由于螺紋連接部件在未擰緊的狀態下可在該U型通孔中沿與第一方向垂直且與第二方向平行的方向移動，第二準直透鏡系統的位置能夠易于連續調整，因而調節散射片出射點到第二準直透鏡系統的距離以滿足焦距要求，確保該光源裝置能夠為激光投影機提供高質量的輸入光源；同時，還使得該光源裝置最終輸出的面光源與激光器發射的點光源相比，能量損失較小，光利用率較高。相應地，在輸入光源質量高、光利用率高的情況下，本發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。本發明的光源裝置即使對于發射全角較大的情形，也能夠產生適用于激光投影機的面光源，并且該面光源的光利用率較高。


為了更清楚地說明本發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是現有的一維光纖壓縮耦合激光傳輸裝置的結構示意圖。圖2是根據本發明實施例的光源裝置的示例性原理示意圖。圖3是對圖2所示的光源裝置的具體實例的結構示意圖。圖4是本發明實施例的鏡筒固定調節裝置的結構示意圖。圖5是本發明實施例的激光器的結構示意圖。圖6是本發明實施例中鏡筒固定調節裝置的調節原理示意圖。圖7是本發明實施例中的光源裝置的整體示意圖。圖和圖8b是本發明實施例中反射鏡支架的結構示意圖。圖9是本發明實施例的準直鏡支架的結構示意圖。圖10是根據本發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明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發明所保護的范圍。圖2是根據本發明實施例的光源裝置的示例性原理示意圖。如圖2所示，本發明實施中的光源裝置包括激光器20、第一準直部件21、散射部件22、反射部件23以及第二準直部件對。其中，激光器20用于發射沿第一方向傳輸的激光光束。該第一方向為激光光束的光軸，也即第一準直部件21與散射部件22中心的連線方向，亦即激光器20的發射頭與第一準直部件21的焦點之間的連線所形成的方向。第一準直部件21用于對沿第一方向傳輸的激光光束進行第一準直處理，得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并沿第一方向出射；散射部件22位于第一準直部件21與反射部件23之間，用于對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理，并使消散斑處理后的激光光束沿第一方向出射。反射部件23用于對接收到的沿第一方向傳輸的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束，該第二方向與第二準直部件M的光軸一致。第二準直部件M對接收到的沿第二方向傳輸的激光光束進行第二準直處理，得到發射全角大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的激光光束。上述光源裝置，激光脈沖信號經過第一準直處理后，發射全角在第一角度閾值以內，經過第二準直處理后，發射全角在大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的范圍內。兩次準直處理能夠有效地保證出射激光光束的直徑例如位于數十毫米量級，完全能夠達到激光投影機對于輸入光源的要求。此外，上述方案并非一次性改變激光光束的發射全角，而是通過分次準直來逐步調整，在得到合適的出射激光光束的同時，還能夠有效地降低光束的能量損失。另外，上述光源裝置中，激光器20與第一準直部件21之間直接建立光路，由激光器20發射出來的激光光束無需在光纖內進行處理和傳輸，激光光束傳輸過程中的光學部件數量較現有技術有所減少，有效地降低了激光光束傳輸過程中的能量損耗，提高光利用率。根據本發明，第一角度閾值可以是10度，第二角度閾值可以是2度，第三角度閾值可以是10度。根據激光投影機的具體要求，第一角度閾值、第二角度閾值和第三角度閾值還可以是其它角度值。根據本發明的光源裝置，散射部件22與第一準直部件21同心安裝。第一準直部件21的光軸與第二準直部件M的光軸形成第一夾角，反射部件23的法線與散射部件22的光軸形成第二夾角，并且反射部件23的法線與第二準直部件M的光軸形成第三夾角，并且第一夾角、第二夾角與第三夾角之和為180度，或者第一夾角為第二夾角與第三夾角之和。散射部件22對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理以及勻光處理，即使具有高斯光束的激光光束經過散射部件后使該激光光束的性質發生改變，在勻光處理之后再沿第一方向出射。散射部件22能夠降低圖像本身的散斑，從而提高激光投影機的畫面質量。進一步，圖2所示的光源裝置還可以包括鏡筒和鏡筒固定調節裝置，鏡筒用于容納第一準直部件21，并通過鏡筒固定調節裝置與激光器20連接；鏡筒固定調節裝置包括位于中心區域的螺紋孔以及至少一個調節孔，其中位于中心區域的螺紋孔用于連接鏡筒，至少一個調節孔用于將該鏡筒固定調節裝置與激光器20連接，并實現第一準直部件21與激光器20發射的激光脈沖信號同軸。圖2所示的光源裝置進一步可以包括主支架(未示出)，用作光源裝置的底部，支撐激光器20、反射部件23和第二準直部件M，第二準直部件M在主支架上可沿平行于第一方向且垂直于第二方向的方向上連續調整。散射部件的安裝可以現有技術中的安裝方式。例如，散射部件可以固定在主支架上，也可以固定到激光器20上。無論采用何種方式安裝，散射部件22需覆蓋其與第一準直部件21之間的光路。在本發明的一個實施例中，光源產生方法包括發射沿第一方向傳輸的激光光束； 對沿第一方向傳輸的所述激光光束進行第一準直處理，得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并沿第一方向出射；對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理并使消散斑處理后的激光光束繼續沿第一方向出射；對消散斑處理后沿第一方向出射的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；對沿第二方向出射的激光光束進行第二準直處理，得到發射全角在大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的激光光束。作為一個例子，第一角度閾值可以是10度，第二角度閾值可以是2度，第三角度閾值可以是10 度。在本發明的一個實施例中，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輸入光源。光機模塊接收光源裝置提供的輸入光源，其中的勻光照明部件對輸入光源進一步勻光，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明實施例中的具體方案。
圖3是對圖2所示的光源裝置的具體實例的結構示意圖。參見圖3，光源裝置包括激光器30、第一準直透鏡系統31、散射片32、反射鏡33和第二準直透鏡系統34。激光器30發出性質為點光源的激光脈沖信號，該激光脈沖信號形成光軸為第一方向的、發散全角為40 50度的激光光束，這是激光投影機的最原始的光源。這里的第一方向為激光器30的發射頭與第一準直透鏡系統31的焦點之間的連線所形成的方向，也即第一準直透鏡系統31的焦點與散射片32的中心之間的連線所形成的方向；第二方向為反射鏡33的出射點與第二準直透鏡系統34的焦點的連線方向。第一準直透鏡系統31至少包含一片正透鏡，也可以是多片正透鏡組成的透鏡組， 或者是至少一片正透鏡和其他透鏡的組合，無論是前述的何種實現方式，該第一準直透鏡系統31的焦距都是正焦距。激光器30的發射頭出射的激光光束經過第一準直透鏡系統31 的折射作用和準直處理后，其光斑直徑擴大為毫米數量級，例如，光斑直徑可以為5mm，并形成為發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束，沿第一方向繼續出射。第一角度閾值例如為10度。在本實施例中，假設第一準直透鏡系統31的焦距為，則激光器30中發射頭的出射點與第一準直透鏡系統31的焦點之間的距離優選地為位于士0. If1范圍內。激光器30的發射頭的出射點與第一準直透鏡系統31的焦距之間的距離的變化也會導致第一準直透鏡系統31出射的激光光束的發射全角變化。若第一準直透鏡系統31中包含2片及以上的透鏡，則這里的焦距是指第一準直準直透鏡系統31中所有透鏡組成的透鏡組的焦距。散射片32能夠覆蓋其與第一準直透鏡系統31之間的光路，并對接收到的激光光束進行勻光處理，同時消除激光光束的相干性，以便得到經過消散斑的激光光束。在經過散射片32處理后，激光光束的發射全角變大，例如，處于4 20度的范圍，優選為大于10度， 并且激光光束經過散射片32后的光斑直徑例如為10mm。反射鏡33的反射面與散射片32相對且反射鏡33的法線與散射片32的光軸形成一角度，即第二夾角。反射鏡33接收到經過消散斑處理的激光光束后，對該激光光束進行反射，得到沿第二方向傳輸的激光光束，該第二方向為反射鏡33的出射點與第二準直透鏡系統34的焦點的連線方向。本實施例中的反射鏡33可以選擇平面反射鏡，或者其他類型的反射鏡，例如曲面反射鏡。該反射鏡的形狀可以是任意幾何形狀，其有效反射面積大于或者等于接收到的激光光束的面積。第二準直透鏡系統34的光軸與第一準直透鏡系統31的光軸形成一個角度，即第一夾角；第二準直透鏡系統34的光軸與反射鏡33的法線也形成一個角度，即第三夾角。第二準直透鏡系統34可包含至少一片具有正焦距的正透鏡，激光光束在經過此處后，發射全角有所縮小，大于或者等于第二角度閾值且小于或者等于第三角度閾值。第二角度閾值例如可以是2度，第三角度閾值例如可以是10度。此時光斑的直徑為數十毫米數量級。例如，光斑直徑為50mm。本實施例中的第二準直透鏡系統34可以包括一片正透鏡，可以是包含兩片及以上正透鏡的透鏡組，也可以是包含至少一片正透鏡和其他透鏡的組合。第二準直透鏡系統34的焦距也是正焦距。假設第二準直透鏡系統34的焦距為f2，散射片32的出射點與該第二準直透鏡系統34的焦點之間的距離優選地為位于士0. If2范圍內，并且散射片32到第二準直透鏡系統34的距離優選地為散射片32到反射鏡33之間的距離加上反射鏡33到第二準直透鏡系統34的距離。
如圖3所示，本實施例的光源裝置還包括鏡筒35和鏡筒固定調節裝置36，兩者都屬于圖2的第一準直部件21的組成部分。鏡筒35為圓筒狀結構，用于容納第一準直透鏡系統31。鏡筒35的一端具有外螺紋，用以將鏡筒35與鏡筒固定調節裝置36相連，并且通過調節該外螺紋與鏡筒固定調節裝置36的相應內螺紋之間的嚙合位置，可以調整第一準直透鏡系統31與激光器30的發射頭之間的距離，從而將激光器30中發射頭的出射點與第一準直透鏡系統31的焦點之間的距離控制在士0. If1范圍內。圖4是本發明實施例的鏡筒固定調節裝置的結構示意圖。結合圖3并參見圖4， 鏡筒固定調節裝置36位于鏡筒35與激光器30之間，用于連接鏡筒35和激光器30。具體來說，鏡筒固定調節裝置36為盤狀結構，例如圓盤，中心區域具有鏡筒固定螺紋孔41，周邊區域具有至少一個調節孔42。鏡筒固定螺紋孔41為加工有內螺紋的通孔，用于與鏡筒35 一端的外螺紋嚙合，實現鏡筒固定調節裝置36與鏡筒35的連接。調節孔42為通孔，用于通過諸如螺釘之類的螺紋連接件將鏡筒固定調節裝置36與激光器相連；該調節孔42的位置與激光器30面向鏡筒固定調節裝置36的端面上的調節螺紋孔的位置對應，并且其直徑大于激光器30的調節螺紋孔，兩者直徑的差值為第一直徑差值，該第一直徑差值例如可以是2mm。本實施例中鏡筒固定調節裝置36上的調節孔42的數量為至少一個，例如可以是3 個，這些調節孔42的中心均勻分布于與鏡筒固定螺紋孔41同心的圓周上。圖5是本發明實施例的激光器的結構示意圖；圖6是本發明實施例中鏡筒固定調節裝置的調節原理示意圖。參見圖5和圖6，本實施例中的激光器30上面向鏡筒固定調節裝置36的端面上具有與調節孔42對應的至少一個調節螺紋孔51，調節螺紋孔51的內壁上具有內螺紋，用于與諸如螺釘之類的螺紋緊固件嚙合，以連接鏡筒固定調節裝置36和激光器30。調節螺紋孔51的數量和位置均與鏡筒固定調節裝置36上的調節孔42的數量和位置對應。由于調節螺紋孔51的直徑小于調節孔的直徑，通過調節兩者的相對位置，鏡筒35 中第一準直透鏡系統31與激光器30的發射頭之間的相對位置可以在垂直于第一方向的平面上得以調整，從而保證激光器30發射的激光脈沖信號的出射點在第一準直透鏡系統31 的光軸上。這種調整方式僅通過常用機械手段的組合即可實現，非常簡便快捷，成本也相對較低。圖7是本發明實施例中的光源裝置的整體示意圖。參見圖7，本發明實施例中的光源裝置還可以包括主支架71，用作光源裝置的底部。激光器30和反射鏡33均可以通過現有的機械手段，例如螺紋連接，而固定于主支架71上。此外，本發明實施例中的光源裝置還可以包括用于阻擋除激光器發射的激光脈沖信號之外的其它光線進入光源裝置的遮光罩(未示出)和擋光罩(未示出)。遮光罩可以采用平板結構，其面積最大的平面垂直于主支架71及第一方向，并通過螺紋連接部件與主支架71連接，并且該遮光罩的面積最大的平面上包括一通孔，用于供鏡筒35穿過。擋光罩可以具有U型截面，通過螺紋連接部件與主支架71連接。遮光罩和擋光罩將光源裝置中的各個光學元件遮罩住，使發光部分有效地與外界隔離開，從而保證光源裝置輸出的面光源僅為激光光源，提高激光投影機的畫面質量。為了使得反射鏡能夠可調地安裝于本發明實施例的光源裝置中，圖2中的反射部件進一步包括反射鏡支架。圖8a和圖8b均是本發明實施例中反射鏡支架的結構示意圖。參見圖8a和圖8b，反射鏡支架80包括支架主體81、具有至少一個彈性件83的彈性結構 82和至少一個調整件84。其中，支架主體81為框架結構，用于將反射鏡33容納于其中。支架主體81可以為任何幾何形狀的框架，例如矩形框架、多邊形框架之類的直線型框架，或者圓形框架、橢圓型框架之類的曲線型框架等。彈性結構82包括固定部分和至少一個彈性件83。其中，固定部分為片狀結構，用于與支架主體81的邊緣結合，以將彈性結構82固定于支架主體81上；彈性件83用來向反射鏡施加擠壓力，該彈性件83具有折角，折角的一端與固定部分整體形成，另一端可調整地抵靠在反射鏡33的一個表面上，例如抵靠在反射鏡33的非反射面或者反射面上。彈性件83優選為彈片。調整件84相對于反射鏡而言，位于與彈性件83相對的一側，可調整地抵靠在反射鏡33的另一個表面上，向反射鏡提供與彈性件的擠壓力相反方向的擠壓力，即與彈性件83 的抵靠作用形成方向相反的抵靠作用。前述的另一個表面可以是反射鏡的反射面或者非反射面。本實施例中調整件84的數量與彈性件83的數量相對應，以形成成對的彈性調整結構。本實施例中的調整件84例如可以是圖8b中示出的至少一個凸臺螺紋結構，其中的凸臺位于支架主體81上，當支架主體81是矩形支架時，凸臺例如位于支架主體81的尖角處。 凸臺上形成有通孔，該通孔內壁包含供螺釘旋入的內螺紋。本實施例與凸臺連接的可以是螺紋連接件，例如螺釘，螺釘的外螺紋與凸臺的內螺紋嚙合，該螺釘的末端向反射鏡的另一個表面施加所述擠壓力。通過調整螺釘與凸臺的嚙合位置，調整螺釘對彈性件83的擠壓力，從而調整每個彈性件83的彈性形變量，進而調整位于螺釘與彈性件之間的反射鏡相對于散射片32和第二準直透鏡系統34的角度。并且，彈性件與螺紋連接件的數量可以為至少一個，每個螺紋連接件的嚙合位置均可調整，這樣可在三個維度中調整反射片的角度，從而有效地保證第一準直透鏡系統經過散射部件出射的激光光束能夠全部反射至第二準直透鏡系統上，即第二準直透鏡系統34與第一準直透鏡系統31的同心要求得以保證。而且本發明實施例中利用了彈性形變原理來實現反射鏡相對角度的調整，制造過程非常簡單，操作方式非常便捷， 且調整效果比較好。本發明實施例中的反射鏡支架可以安裝于主支架71上安裝方式例如可采用常用的螺紋連接。本發明實施例的第二準直部件進一步包括用于容納第二準直透鏡系統34的準直鏡支架。圖9示出了本發明實施例的準直鏡支架的結構示意圖。參見圖9，準直鏡支架90 包括支架主體91和至少一個連接孔92。支架主體91包括凹槽，用于容納第二準直透鏡系統。連接孔92為通孔，用于通過螺紋連接件將準直鏡支架90安裝于主支架71上。該連接孔92可以是軸線與第一方向平行且垂直于所述第二方向的U型通孔，通過調整螺紋連接件在U型通孔中的位置，可實現準直鏡支架中的第二準直透鏡系統34在垂直于第一方向且平行于反射鏡出射激光光束的光軸(第二方向)的方向上的連續調整，從而可確保散射片32 的出射點與第二準直透鏡系統34的焦點之間的距離在士0. If2范圍內，其中f2為第二準直透鏡系統34的焦距，若第二準直透鏡為包含多片透鏡的透鏡組，則此處的焦距為該透鏡組的焦距。在連接孔92是U型通孔的情況下，主支架71上包括與連接孔92的位置和數量對應的至少一個連接孔。散射片32可以采用現有技術中的安裝方式，通過附加的輔助部件直接固定在主支架71上，或者通過附加的輔助部件直接固定在激光器30上。散射片32的出射點與第二準直透鏡系統34的焦距之間的距離的變化也導致第二準直透鏡系統34出射的激光光束的發射全角變化。此外，準直鏡支架上包含有U型通孔， 用來通過螺紋連接部件與主支架連接。由于螺紋連接部件在未擰緊的狀態下可在該U型通孔中沿與第一方向平行且與第二方向垂直的方向移動，第二準直透鏡系統的位置能夠易于連續調整，因而調節散射片出射點到第二準直透鏡系統的距離以滿足焦距要求，確保該光源裝置能夠為激光投影機提供高質量的輸入光源；同時，還使得該光源裝置最終輸出的面光源與激光器發射的點光源相比，能量損失較小，光利用率較高。相應地，在采用前述圖2至圖9中所示的本發明實施例中的光源裝置來產生光源時，首先發射沿第一方向傳輸的激光光束；對沿第一方向傳輸的所述激光光束進行第一準直處理，得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并沿第一方向出射；對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理并使消散斑處理后的激光光束繼續沿第一方向出射；然后，對消散斑處理后沿第一方向出射的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；對眼第二方向出射的激光光束進行第二準直處理，得到發射全角在大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的激光光束。作為一個例子，第一角度閾值可以是10 度，第二角度閾值可以是2度，第三角度閾值可以是10度。另外，在對沿第一方向傳輸的所述激光光束進行第一準直處理之后，還可以對經過第一準直處理的激光光束進行勻光處理。圖10是根據本發明實施例的激光投影機的原理圖。參見圖10，激光投影機包括 如前所述的光源裝置100、光機模塊101、電源驅動模塊102和控制模塊103。其中，光機模塊101由勻光照明部件、顯示芯片和投影鏡頭組成。光源裝置100為激光投影機提供可用的輸入光源。光機模塊101用于接收所述光源裝置提供的輸入光源，其中的勻光照明部件對輸入光源進一步勻光，顯示芯片在控制模塊103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102為光源裝置和顯示芯片提供驅動電能。通過本發明提供的各實施例，將激光器發出的激光點光源轉化為適合的面光源后輸入到激光投影機的光機，從而可顯著提高激光投影機的性能，減少了光損失。本發明并非一次性改變激光光束的發射全角，而是通過分次準直來逐步調整，在得到合適的出射激光光束的同時，還能夠有效地降低光束的能量損失。而且，本發明中在激光器與第一準直部件之間省略了光纖，避免了激光光束在光纖中折射和傳輸所帶來的能量損失，因此能夠進一步有效地提高光利用率。進一步地，在本發明各實施例提供的光源裝置中，激光器的發射點與第一準直部件、第一準直部件與第二準直部件、反射部件與散射部件和第二準直部件之間的相對位置是可調的，裝配工藝性強。此外，本發明的散射部件的使用還可以進一步提高激光投影機的圖像質量。顯然，本領域技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種光源裝置，包括用于發射沿第一方向傳輸的激光光束的激光器，其特征在于，該光源裝置進一步包括第一準直部件、散射部件、反射部件和第二準直部件，第一準直部件用于對沿第一方向傳輸的激光光束進行第一準直處理，以得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并使第一準直處理后的激光光束沿第一方向出射；所述散射部件位于第一準直部件與反射部件之間，用于對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理，并使消散斑處理后的激光光束沿第一方向出射；所述反射部件用于對接收到的沿第一方向傳輸的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；第二準直部件用于對接收到的沿第二方向傳輸的激光光束進行第二準直處理，以得到發射全角大于或等于第二角度閾值且小于或等于第三角度閾值的激光光束。
2.根據權利要求1所述的光源裝置，其中，第一角度閾值為10度，第二角度閾值為2 度，第三角度閾值為10度；所述散射部件與第一準直部件同心安裝；第一方向為第一準直部件的焦點與所述散射部件中心的連線方向； 第二方向為所述反射部件的出射點與第二準直部件的焦點的連線方向； 第一準直部件的光軸與第二準直部件的光軸之間形成第一夾角，所述反射部件的法線與所述散射部件的光軸形成第二夾角，所述反射部件的法線與第二準直部件的光軸形成第三夾角；第一夾角、第二夾角和第三夾角之和為180度，或者第一夾角為第二夾角與第三夾角之和。
3.根據權利要求2所述的光源裝置，其特征在于，所述光源裝置進一步包括主支架，用作所述光源裝置的底部且支撐所述激光器、所述反射部件和第二準直部件，第二準直部件在所述主支架上可沿垂直于第一方向且平行于第二方向的方向上連續調整；第一準直部件包括包含至少一片正透鏡的第一準直透鏡系統，第一準直透鏡系統的焦距為正焦距；第二準直部件包括包含至少一片正透鏡的第二準直透鏡系統，第二準直透鏡系統的焦距為正焦距；所述反射部件包括反射鏡。
4.根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，第一準直透鏡系統的焦距為，所述激光器的發射頭的出射點與第一準直透鏡系統的焦點之間的距離在士0. If1范圍內；第二準直透鏡系統的焦距為f2，所述散射部件中的散射片的出射點與第二準直透鏡系統的焦點之間的距離在士0. If2范圍內；所述散射部件與第二準直透鏡系統的距離為所述散射部件到所述反射鏡之間的距離加上所述反射鏡到第二準直透鏡系統的距離；所述反射鏡為平面反射鏡，或者為曲面反射鏡。
5.根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，所述激光器包括位于端面上的至少一個調節螺紋孔；第一準直部件進一步包括鏡筒和鏡筒固定調節裝置，所述鏡筒用于容納第一準直透鏡系統，該鏡筒的一端具有外螺紋，以與所述鏡筒固定調節裝置連接；所述鏡筒固定調節裝置為盤狀，該鏡筒固定調節裝置包括位于中心區域的鏡筒固定螺紋孔，用于與所述鏡筒的外螺紋嚙合，以將所述鏡筒與所述鏡筒固定調節裝置連接；和位于周邊區域的至少一個調節孔，用于通過螺紋連接件將所述鏡筒固定調節裝置連接于所述激光器上，所述調節孔的位置與所述激光器的調節螺紋孔的位置相對應，并且所述調節孔的直徑大于所述調節螺紋孔的直徑；所述調節孔的直徑比所述調節螺紋孔的直徑大2mm。
6.根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，所述反射部件進一步包括反射鏡支架，所述反射鏡支架包括支架主體、彈性結構和至少一個調整件，其中所述支架主體為框架結構，用于容納所述反射鏡； 所述彈性結構包括片狀的固定部分，用于與所述支架主體的邊緣結合，以將所述彈性結構固定于所述支架主體上；和具有折角的至少一個彈性件，向所述反射鏡施加擠壓力，所述折角的一端與所述固定部分整體形成，另一端可調整地抵靠在所述反射鏡的一個表面上；所述調整件位于所述彈性件的相對側，可調整地抵靠在所述反射鏡的另一個表面上， 向所述反射鏡提供與彈性件的擠壓力相反方向的擠壓力，并且所述調整件的數量與所述彈性件的數量相對應；所述調整件包括至少一個凸臺和至少一個螺紋連接件，其中所述凸臺位于所述支架主體上，在該凸臺上形成有具有內螺紋的通孔； 所述螺紋連接件上形成有與所述凸臺的內螺紋嚙合的外螺紋，該螺紋連接件向所述反射鏡的另一個表面施加所述擠壓力；所述反射鏡的一個表面為反射面，所述反射鏡的另一個表面為非反射面；或者，所述反射鏡的一個表面為反射面，所述反射鏡的另一個表面為非反射面。
7.根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，第二準直部件進一步包括 準直鏡支架，用于容納第二準直透鏡系統，所述準直鏡支架包括支架主體，包括用于容納第二準直透鏡系統的凹槽；至少一個連接孔，用于通過螺紋連接件將所述準直鏡支架連接于所述主支架上； 所述主支架進一步包括與所述準直鏡支架的連接孔對應的連接孔； 所述準直鏡支架的連接孔為軸線與第一方向平行且垂直于第二方向的U型通孔，以便第二準直透鏡系統在所述主支架上垂直于第一方向且平行于第二方向的方向上連續調整；所述散射部件安裝在所述主支架上，或者安裝于所述激光器上。
8.一種光源產生方法，該方法包括 發射沿第一方向傳輸的激光光束；對沿第一方向傳輸的所述激光光束進行第一準直處理，得到發射全角小于或等于第一角度閾值的激光光束并沿第一方向出射；對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理并使消散斑處理后的激光光束繼續沿所述第一方向出射；對消散斑處理后沿第一方向出射的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；對沿第二方向出射的激光光束進行第二準直處理，得到發射全角在大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的激光光束。
9.根據權利要求8所述的光源產生方法，其中，第一角度閾值為10度，第二角度閾值為 2度，第三角度閾值為10度；第一準直部件的光軸與第二準直部件的光軸之間形成第一夾角，所述反射部件的法線與所述散射部件的光軸形成第二夾角，所述反射部件的法線與第二準直部件的光軸形成第三夾角；第一夾角、第二夾角和第三夾角之和為180度，或者第一夾角為所述第二夾角與所述第三夾角之和。
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7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輸入光源；所述光機模塊接收所述光源裝置提供的輸入光源，其中的勻光照明部件對輸入光源進一步勻光，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
本申請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。光源裝置包括第一準直部件、散射部件、反射部件和第二準直部件，第一準直部件對沿第一方向傳輸的激光光束進行第一準直處理，得到發射全角小于等于第一角度閾值的激光光束并沿第一方向出射；散射部件對經過第一準直處理的激光光束進行消散斑處理，并沿第一方向出射；反射部件對接收到的激光光束進行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；第二準直部件對接收到的激光光束進行第二準直處理，以得到發射全角大于等于第二角度閾值且小于等于第三角度閾值的激光光束。本發明可有效地獲得供激光投影機使用的輸入光源，且由于省去了光纖，光利用率較高。
文檔編號F21V13/04GK102566235SQ20121002562
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月6日 優先權日2012年2月6日
發明者劉風雷, 李巍, 王自上, 陳昱 申請人:海信集團有限公司