一种曲面反射聚光装置以及投影装置的制作方法

本实用新型涉及投影装置技术领域，具体而言涉及一种投影装置的光源领域。

背景技术：

激光投影作为投影市场的后起之秀，凭借着激光光源更高的亮度(相较LED投影)和更长的寿命(相较传统汞灯光源)优势，极大的弥补传统光源的缺陷，对投影市场拥有非常大的冲击。

激光投影目前主流的光源架构有以下几种：纯激光光源(三色激光)、蓝色激光结合荧光轮、双色激光结合荧光轮、蓝色激光结合荧光轮和LED。其中又以蓝色激光堆叠模组(laser bank)作为激发光源，搭配不同荧光轮所设计的光源系统成为激光投影的主流。

无论是单蓝色激光还是双色激光、抑或纯激光光源，在选用堆叠模组(laser bank)的时候，由于亮度的需求，会有多个堆叠模组的应用，限于设计空间的大小，皆采用相应多个堆叠模组的平面反射镜做光路反射来减小光路体积。该结构相对复杂，组装动作需要重复多次，且平面反射镜组装后位置、角度不好统一，造成激光堆叠模组(laser bank)的光斑呈现非常态排列，会造成单体diode偏离设计光路，进而导致激光光效的差异，反馈到投影画面就会有亮度不均或者色彩不均的现象。

因此，有必要提供一种新的反射聚光装置，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前的不足，本实用新型提供一种曲面反射聚光装置，包括：激光模组，所述激光模组作为光源输出激光；非球面反射镜，所述非球面反射镜通过曲率设计收集所述激光模组输出的激光，对所述激光模组输出的激光进行反射并汇聚。

进一步地，所述激光模组为激光堆叠模组。

进一步地，所述非球面反射镜为椭球面反射镜、抛物面反射镜、双曲面反射镜或其组合。

进一步地，所述曲面聚光装置还包括中继透镜组。

进一步地，所述曲面聚光装置还包括荧光轮。

进一步地，所述曲面聚光装置还包括合光透镜组。

进一步地，所述曲面聚光装置还包括合光出口。

进一步地，所述非球面反射镜位于所述中继透镜组的内部。

进一步地，所述激光模组输出的激光为单蓝色激光或双色激光。

本实用新型的另一方面提供了一种投影装置，所述投影装置包括：前述的曲面反射聚光装置；荧光轮，激光对所述荧光轮进行激发，从而产生受激发光，所述受激发光与所述激光进行合束并产生合光进行输出。

综上所述，本实用新型提供一种非球面反射镜来代替多组平面反射镜，通过不同的曲率设计来实现一片曲面镜可以收集多个激光堆叠模组的出射光，而且还可以通过改变非球面的曲率来实现后续光路上的透镜数量的优化。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为本实用新型实施例的非球面反射镜的示意图；

图2为本实用新型实施例的非球面反射镜应用于激光堆叠模组的示意图；

图3为本实用新型实施例的非球面反射镜的激光投影光路设计示意图。

附图标记说明：

100 非球面反射镜

200 激光堆叠模组(laser bank)

300 中继透镜组

400 荧光轮(phosphor wheel)

500 分光镜(Dichroic Mirror)

600 光路透镜组

700 合光透镜组

800 合光出口

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出具体的实施方案，以便阐释本实用新型如何改进目前存在的问题。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

目前的激光堆叠模组中，无论是单蓝色激光还是双色激光、抑或纯激光光源，在选用堆叠模组(laser bank)的时候，由于亮度的需求，会有多个堆叠模组的应用，限于设计空间的大小，皆采用相应多个堆叠模组的平面反射镜做光路反射来减小光路体积。该结构相对复杂，组装动作需要重复多次，且平面反射镜组装后位置、角度不好统一，造成激光堆叠模组(laser bank)的光斑呈现非常态排列，会造成单体diode偏离设计光路，进而导致激光光效的差异，反馈到投影画面就会有亮度不均或者色彩不均的现象。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种非球面反射镜来代替多组平面反射镜，通过不同的曲率设计来实现一片曲面镜可以收集多个激光堆叠模组的出射光，而且还可以通过改变非球面的曲率来实现后续光路上的透镜数量的优化。

下面，参考附图1至附图3对本实用新型的非球面反射镜等曲面反射聚光装置以及投影装置做详细说明。

其中，图1示出了本实用新型实施例的非球面反射镜的示意图，图2为本实用新型实施例的非球面反射镜应用于激光堆叠模组的示意图；图3为本实用新型实施例的非球面反射镜的激光投影光路设计示意图。

作为示例，图1示出了一种曲面反射聚光装置，具体地为非球面反射镜。反射镜是一种利用反射定律工作的光学元件。示例性地，在制造反射镜时，可以采取如下技术手段，在玻璃上镀银，其制作标准工艺是:在高度抛光的衬底上真空蒸铝后，再镀上一氧化硅或氟化镁。具体地，金属膜可以镀于光学玻璃的前表面或后表面，比如，在光学玻璃的后表面，通过真空镀膜镀一层金属银(或铝)薄膜，使入射光反射的光学元件。采用高反射比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高，且是第一反射面反射，反射图像不失真，无重影，为前表面反射作用。如采用普通反射镜为第二反射面，不仅反射率低，对波长无选择性，而且易产生重影。而采用镀膜膜面反射镜，得到的图像不仅亮度高，而且精确无偏差，画质更清晰，色彩更逼真。前表面反射镜广泛为光学高保真扫描反射成像之作用，两种反射方式各有利弊，可以在具体应用时进行选择。在特殊应用中，由于金属引起损失可由多层介质膜代替，多层介质膜所起的作用与金属相同，能够实现对入射光的反射。因反射定律与光的频率无关，此种元件工作频带很宽，可达可见光频谱的紫外区和红外区，所以它的应用范围愈来愈广。

如图1所示的曲面反射聚光装置的一个实施例，其为非球面反射镜，反射面为非圆球面的反射镜成为非球面反射镜，示例性地，非球面反射镜包括椭球面反射镜、抛物面反射镜或双曲面反射镜，所述三种非球面反射镜都能对特殊共轭点成完善的像，比如，在椭球面反射镜中，其具有两个焦点，把点光源放在第一焦点上时，它的像位于第二焦点上，并且成一个完善的像，椭球面反射镜是一种聚光镜，范式对于某点出发的光线欲使之汇聚于另一个点时，头可以使用椭球面反射镜，在抛物面反射镜中，其只有一个焦点，它和无限远轴上点是一对共轭点，抛光面反射镜能将较大孔径的平行光束完善的汇聚于焦点上，或将焦点上发出的光束完善地变成平行于光轴的平行光束，在双曲面反射镜中，其性质与椭球面相似，只是其中的一个焦点为虚焦点，对实物成虚像，对虚物成实像。本实用新型的非球面反射镜并不限定前述三种非球面反射镜，其具有的非球面可以为上述三种非球面反射镜的组合或者为其他非球面形状。

相对而言，球面反射镜只有一个参数R决定其面形，而对于非球面反射镜而言，其面形至少由两个参数决定，从而保证其能够对激光堆叠模组(laser bank)中多个激光模块的光均实现反射并对反射光的路径进行控制，从而保证激光堆叠模组(laser bank)输出得到的光斑形状符合特定的需求。尤其是相对于多组平面反射镜而言，多组平面反射镜为了收集激光堆叠模组的光，需要对每一组平面反射镜均进行调试，由于数量上的巨大，导致不可避免地会产生组装公差，且调试过程非常繁琐，而采用非球面反射镜来代替多组平面反射镜的话，可以减少公差，降低了反射镜组安装的繁琐性，并且也可以通过改变非球面的曲率来实现后续光路上的透镜数量的优化。

如图2所示的实施例中，非球面反射镜应用于激光堆叠模组(laser bank)中，示例性地，激光堆叠模组包括两个激光模组，其中非球面反射镜应用于激光光源设计中，完成对两个激光模组(LD bank)出射光的反射、汇聚等操作。如图2所示，左侧的激光模组，入射至非球面反射镜的上端，左侧激光模组输出的激发光被非球面反射镜的上端进行反射后，向左侧输出从而形成部分输出光斑，右侧的激光模组，入射至非球面反射镜的下端，右侧激光模组输出的激发光被非球面反射镜反射后，向左侧输出从而形成部分输出光斑，在本实用新型的其他实施例中，激光堆叠模组(laser bank)可以包括三个、四个或其他数量的激光模组，且所述激光模组的排列方式可以为一维方向排列，也可以是矩阵式排列，非球面反射镜可以根据激光模组的排列方式进行调整，对其输出的光进行反射、汇聚等操作，从而形成特定的光斑输出。

如图3所示的实施例中，应用非球面反射镜的激光投影光路设计，由激光堆叠模组(laser bank)200提供单色激光光源，通过非球面反射镜200进行光束收集，收集后的光束通过中继透镜组300和分光镜(Dichroic Mirror)500后，于荧光轮(phosphor wheel)400上进行荧光激发，所产生的受激光通过中继透镜组300和分光镜(Dichroic Mirror)500达到合光透镜组700，部分激发光通过荧光轮(phosphor wheel)400上的镂空或透明处透射，经过光路透镜组600和分光镜(Dichroic Mirror)500，并最终在合光透镜组700处与受激光合光，并通过合光出口800处形成白光。

下面结合附图3对该实施例进行详细的描述，激光堆叠模组200提供激光光源，由于激光模组内部提供了多个激光光源单元，且所述多个激光光源单元相对于中继透镜组300具有不同的位置关系，因此，需要引入反射镜对所述多个激光光源单元出射的激光进行反射从而获得汇聚光进而获得理想的光斑分布，入射至中继透镜组300，在本实施例中，采用非球面反射镜100对激光堆叠模组200内的多个激光光源单元的光进行反射，所述非球面反射镜100的形状示例性地，可以选择椭球面反射镜、抛物面反射镜或双曲面反射镜，当然也可以选择上述三种非球面反射镜的结合，在结合的过程中，可以选择拼接的形式，也可以选择一体成型。非球面反射镜100形状的选择是由激光堆叠模组200内部激光光源单元的分布形式以及中继透镜组300所需求的入射光斑形状共同决定的，非球面反射镜100对激光堆叠模组200的光进行收集，而后入射至中继透镜组300，并进一步被分光镜500反射至荧光轮400，如图3所示，中继透镜组包含两部分，其中一部分在光路上位于分光镜500的前方，另一部分在光路上位于分光镜500的后方，即分光镜500被夹置在中继透镜组300内部，在其他的实施例中，中继透镜组300也可以单独构成，其单独位于分光镜500的光路前方，或单独位于分光镜500的光路后方，本实用新型对此不做出特别限定。激光堆叠模组100出射的激光通过非球面反射镜100，中继透镜组300和分光镜500并入射至荧光轮400，其中，荧光轮400的部分区域或全部区域上设置有荧光粉，激光入射至荧光轮400上并产生受激发光，示例性地，根据不同的荧光粉分布，可以产生不同颜色的受激发光，激光入射至荧光轮400上的镂空或透明区域时，其直接透射至光路透镜组600，通过光路透镜组600的引导，激光入射至分光镜500，并与受激发光进行合光，该合光步骤由合光透镜组700执行，合光后形成的光最终通过合光出口800出射。实施例性地，激光堆叠模组200使用单色激光光源为455nm蓝色激光，但不限于蓝光，示例性地，所述激光堆叠模组200还可以选用双色激光、抑或纯激光光源，合光后形成的光为白光，示例性地，合光后形成的光可以为任何颜色的光。相比多组平面反射镜的设计，本实用新型的技术方案拥有更小的架构设计空间以及更简洁的定位，同时又更稳定的激光堆叠模组光斑收集输出，也可以通过不同曲率设计优化光斑输出时的尺寸来优化光路上的透镜数量。本实用新型示例性地描述了由多组平面反射组设计变为一片非球面反射镜设计以及基于此的光路设计。

至此完成了对本发明的光源系统的解释和说明，对于完整的光源系统还可以包括其他的元件，在此不做赘述。

本发明的光源系统可以应用于任何需要合成光的应用场景中，包括但不限于应用于激光投影机，例如单片式激光投影机。本发明的光源系统能够实现时序的多色光的输出，得到激光投影机所需要的时序光。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。本领域技术人员还可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。