专利名称：光源装置、光源产生方法及包含光源装置的激光投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光投影技术，尤其涉及一种光源装置、光源产生方法及包含该光源装置的激光投影机。
背景技术：
近年来，激光投影机因其原理简单、制造难度低、色彩丰富以及视觉影响小等优点而被广泛地应用于多种场合。但是，激光投影机要求的输入光源为面光源，并且对其输入的面光源有较高的要求。例如，对于某些激光投影机，其输入的面光源只能是直径在数十毫米量级的面光源。因此，如何获得良好的输入光源就成为发展激光投影技术的一项重要课题。目前，将激光发生器作为激光投影机的原始光源，经过光线的传导和耦合而输出点光源，再经过一系列光学元件，将点光源转化为面光源，以供激光投影机使用。在实践中，存在许多由点激光光源得到面激光光源的方案。例如，中国专利申请 CN101872071公开了一种一维光纤压缩耦合激光传输装置。图1示出了现有的一维光纤压缩耦合激光传输装置的结构示意图。如图1所示，一维光纤压缩耦合激光传输装置由半导体激光器10、光纤11和准直光学透镜组12组成。其中，半导体激光器10、光纤11和准直光学透镜组12这三部分被顺序地封装为一个整体。准直光学透镜组12为一胶合透镜，包括激光入射透镜与出射透镜。半导体激光器10用于发射激光脉冲信号；光纤11用于沿自身的快轴对来自于半导体激光器10的激光脉冲信号进行一维压缩，以减小激光脉冲信号的光束发散角并使该激光脉冲的能量集中；准直光学透镜组12用于对经过压缩的激光光束进行耦合准直并向外发射传输。可根据几何光学原理确定半导体激光器10、光纤11、准直光学透镜组12这三个光学元件的参数及位置关系，具体来说，光纤11为具有一维压缩作用的柱状光纤，光纤半径为0. 5mm，与半导体激光器发光之间的距离为0. 07mm ；准直光学透镜组12中的激光入射透镜为平凹透镜，曲率半径为36. 813mm,出射透镜为双凸透镜，曲率半径分别为36. 813mm 和-20. 045mm ；并且准直光学透镜组12与光纤11之间的距离为33. 8mm。在CN101872071所公开的方案中，虽然半导体激光器发出的激光脉冲信号在光纤和准直透镜组的作用下，能够从点光源转化为面光源。但是，CN101872071中的技术方案仅是针对小发射全角的激光光束的情形，并不能适用于大发射全角的激光光束的情形。例如， 现有的技术方案不能够确保得到的面光源的直径在数十毫米量级，即前述准直光学透镜组输出的面光源并不能够满足激光投影机对输入光源的要求。此外，CN101872071仅简单地给出了各个光学元件的参数及位置关系，而并未公开通过何种手段来保证这样的参数及位置关系。在前述参数和位置关系位于毫米量级，尤其一些参数的精度需要达到百分位、甚至千分位时，没有有效的调整和支撑装置，这样的精度完全无法保证。在参数及位置关系出现偏差的情况下，激光的能量存在大幅度消耗的可能性，从而光利用率较低。
再者，在CNlO 1872071公开的方案中，半导体激光器10必须经过光纤11，才能够将激光脉冲信号发射至准直透镜组12，光纤11中对激光脉冲信号的各种处理及传输会在一定程度上导致激光能量的损耗，从而进一步降低了光利用率。而且，为了保证激光脉冲信号的正常传输，必须对半导体激光器10、光纤11以及准直透镜组12的安装位置和精度进行严格控制，安装过程较为复杂，且众多部件的存在易于导致配合误差的累积，进而影响所输出的面光源的整体质量。因此，存在一种对能够输出符合激光投影机所需面光源的光源装置的需要。
发明内容
本发明的实施例提供一种光源装置、光源产生方法及包含该光源装置的激光投影机，能够为激光投影机提供可用的面光源。本发明实施例中提供的光源装置、光源产生方法及包含该光源装置的激光投影机能够进一步提高光利用率。在本发明的实施例中，光源装置包括用于发射沿第一方向传输的激光光束的激光器，该光源装置进一步包括第一准直部件、散射部件、反射部件和第二准直部件，第一准直部件用于对沿第一方向传输的激光光束进行第一准直处理，以得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并使第一准直处理后的激光光束沿第一方向出射；所述散射部件位于第一准直部件与反射部件之间，用于对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理， 并使消散斑处理后的激光光束沿第一方向出射；所述反射部件用于对接收到的沿第一方向传输的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；第二准直部件用于对接收到的沿第二方向传输的激光光束进行第二准直处理，以得到发射全角大于或等于第二角度阈值且小于或等于第三角度阈值的激光光束。其中，第一角度阈值为10度，第二角度阈值为2度，第三角度阈值为10度。其中，第一准直部件的光轴与第二准直部件的光轴之间形成第一夹角，所述反射部件的法线与所述散射部件的光轴形成第二夹角，所述反射部件的法线与第二准直部件的光轴形成第三夹角；第一夹角、第二夹角和第三夹角之和为180度，或者第一夹角为第二夹角与所述第三夹角之和。所述光源装置进一步包括主支架，用作所述光源装置的底部且支撑所述激光器、 所述反射部件和第二准直部件，第二准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连续调整；第一准直部件包括包含至少一片正透镜的第一准直透镜系统，第一准直透镜系统的焦距为正焦距；第二准直部件包括包含至少一片正透镜的第二准直透镜系统，第二准直透镜系统的焦距为正焦距；所述反射部件包括反射镜。其中，第一准直透镜系统的焦距为所述激光器的发射头的出射点与第一准直透镜系统的焦点之间的距离在士0. If1范围内；第二准直透镜系统的焦距为4，所述散射部件中的散射片的出射点与第二准直透镜系统的焦点之间的距离在士0. If2范围内；所述散射部件与第二准直透镜系统的距离为所述散射部件到所述反射镜之间的距离加上所述反射镜到第二准直透镜系统的距离。所述反射镜为平面反射镜，或者为曲面反射镜。
所述激光器包括位于端面上的至少一个调节螺纹孔；所述第一准直部件进一步包括镜筒和镜筒固定调节装置，所述镜筒用于容纳第一准直透镜系统，该镜筒的一端具有外螺纹，以与所述镜筒固定调节装置连接；所述镜筒固定调节装置为盘状，该镜筒固定调节装置包括位于中心区域的镜筒固定螺纹孔，用于与所述镜筒的外螺纹啮合，以将所述镜筒与所述镜筒固定调节装置连接；和位于周边区域的至少一个调节孔，用于通过螺纹连接件将所述镜筒固定调节装置连接于所述激光器上，所述调节孔的位置与所述激光器的调节螺纹孔的位置相对应，并且所述调节孔的直径大于所述调节螺纹孔的直径。其中，所述调节孔的直径比所述调节螺纹孔的直径大2mm。所述反射部件进一步包括反射镜支架，所述反射镜支架包括支架主体、弹性结构和至少一个调整件，其中所述支架主体为框架结构，用于容纳所述反射镜；所述弹性结构包括片状的固定部分，用于与所述支架主体的边缘结合，以将所述弹性结构固定于所述支架主体上；和具有折角的至少一个弹性件，向所述反射镜施加挤压力，所述折角的一端与所述固定部分整体形成，另一端可调整地抵靠在所述反射镜的一个表面上；所述调整件位于所述弹性件的相对侧，可调整地抵靠在所述反射镜的另一个表面上，向所述反射镜提供与弹性件的挤压力相反方向的挤压力，并且所述调整件的数量与所述弹性件的数量相对应。所述调整件包括至少一个凸台和至少一个螺纹连接件，其中所述凸台位于所述支架主体上，在该凸台上形成有具有内螺纹的通孔；所述螺纹连接件上形成有与所述凸台的内螺纹啮合的外螺纹，该螺纹连接件向所述反射镜的另一个表面施加所述挤压力。所述反射镜的一个表面为反射面，所述反射镜的另一个表面为非反射面；或者，所述反射镜的一个表面为反射面，所述反射镜的另一个表面为非反射面。第二准直部件进一步包括准直镜支架，用于容纳第二准直透镜系统，所述准直镜支架包括支架主体，包括用于容纳第二准直透镜系统的凹槽；至少一个连接孔，用于通过螺纹连接件将所述准直镜支架连接于所述主支架上；所述主支架进一步包括与所述准直镜支架的连接孔对应的连接孔。其中，所述准直镜支架的连接孔为轴线与第一方向平行且垂直于第二方向的U型通孔，以便第二准直透镜系统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连续调整。 所述散射部件安装在所述主支架上，或者安装于所述激光器上。在本发明的另一实施例中，一种光源产生方法，该方法包括发射沿第一方向传输的激光光束；对沿第一方向传输的所述激光光束进行第一准直处理，得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并沿第一方向出射；对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理并使消散斑处理后的激光光束继续沿第一方向出射；对消散斑处理后沿第一方向出射的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；对沿第二方向出射的激光光束进行第二准直处理，得到发射全角在大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的激光光束。其中，第一角度阈值为10度，第二角度阈值为2度，第三角度阈值为10度。
在所述方法中，第一准直部件的光轴与第二准直部件的光轴之间形成第一夹角， 所述反射部件的法线与所述散射部件的光轴形成第二夹角，所述反射部件的法线与第二准直部件的光轴形成第三夹角；第一夹角、第二夹角和第三夹角之和为180度，或者第一夹角为第二夹角与第三夹角之和。本发明的激光投影机包括光机模块、控制模块、电源驱动模块和前述的光源装置。其中，光机模块由勻光照明部件、显示芯片和投影镜头组成。光源装置为激光投影机提供可用的输入光源。光机模块接收光源装置提供的输入光源，其中的勻光照明部件对输入光源进一步勻光，显示芯片在控制模块的实时控制下生成画面，生成的画面再经过投影镜头投射出所要显示的画面。所述电源驱动模块为光源装置和显示芯片提供驱动电能。在本发明的示例光源装置中，激光脉冲信号经过第一准直处理后，发射全角在10 度以内，经过第二准直处理后。发射全角在5度以内。两次准直处理能够有效地保证出射激光光束的直径位于数十毫米量级，完全能够达到激光投影机对于输入光源的要求。再者上述方案并非一次性改变激光光束的发射全角，而是通过分次准直来逐步调整，在得到合适的出射激光光束的同时，还能够有效地降低光束的能量损失。本发明中，激光器与第一准直部件之间直接建立光路，由激光器发射出来的激光光束无需在光纤内进行处理和传输，激光光束传输过程中的光学部件数量较现有技术有所减少，有效地降低了激光光束传输过程中的能量损耗，提高光利用率。此外，本发明的反射镜支架中，利用弹性件和螺纹连接件分别抵靠在反射片的反射面和非反射面上，形成成对的弹性调整结构。通过调整螺纹连接件与凸台中的内螺纹的啮合位置，可以十分方便地调整弹性件的弹性形变量，进而调整反射镜相对于散射片和第二准直透镜系统的角度。并且，弹性件与螺纹连接件的数量可以为至少一个，每个螺纹连接件的啮合位置均可调整，这样可在三个维度中调整反射片的角度，从而有效地保证第一准直透镜系统经过散射部件出射的激光光束能够全部反射至第二准直透镜系统上，即第二准直透镜系统与第一准直透镜系统的同心要求得以保证。而且本发明中利用了弹性形变原理来实现反射镜相对角度的调整，制造过程非常简单，操作方式非常便捷，且调整效果比较好。本发明光源装置中的准直镜支架上包含有U型通孔，用来通过螺纹连接部件与主支架连接。由于螺纹连接部件在未拧紧的状态下可在该U型通孔中沿与第一方向垂直且与第二方向平行的方向移动，第二准直透镜系统的位置能够易于连续调整，因而调节散射片出射点到第二准直透镜系统的距离以满足焦距要求，确保该光源装置能够为激光投影机提供高质量的输入光源；同时，还使得该光源装置最终输出的面光源与激光器发射的点光源相比，能量损失较小，光利用率较高。相应地，在输入光源质量高、光利用率高的情况下，本发明中的激光投影机就能够提供色彩丰富、层次感强、画面清晰的显示图像。本发明的光源装置即使对于发射全角较大的情形，也能够产生适用于激光投影机的面光源，并且该面光源的光利用率较高。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图1是现有的一维光纤压缩耦合激光传输装置的结构示意图。图2是根据本发明实施例的光源装置的示例性原理示意图。图3是对图2所示的光源装置的具体实例的结构示意图。图4是本发明实施例的镜筒固定调节装置的结构示意图。图5是本发明实施例的激光器的结构示意图。图6是本发明实施例中镜筒固定调节装置的调节原理示意图。图7是本发明实施例中的光源装置的整体示意图。图和图8b是本发明实施例中反射镜支架的结构示意图。图9是本发明实施例的准直镜支架的结构示意图。图10是根据本发明实施例的激光投影机的原理图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。图2是根据本发明实施例的光源装置的示例性原理示意图。如图2所示，本发明实施中的光源装置包括激光器20、第一准直部件21、散射部件22、反射部件23以及第二准直部件对。其中，激光器20用于发射沿第一方向传输的激光光束。该第一方向为激光光束的光轴，也即第一准直部件21与散射部件22中心的连线方向，亦即激光器20的发射头与第一准直部件21的焦点之间的连线所形成的方向。第一准直部件21用于对沿第一方向传输的激光光束进行第一准直处理，得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并沿第一方向出射；散射部件22位于第一准直部件21与反射部件23之间，用于对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理，并使消散斑处理后的激光光束沿第一方向出射。反射部件23用于对接收到的沿第一方向传输的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束，该第二方向与第二准直部件M的光轴一致。第二准直部件M对接收到的沿第二方向传输的激光光束进行第二准直处理，得到发射全角大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的激光光束。上述光源装置，激光脉冲信号经过第一准直处理后，发射全角在第一角度阈值以内，经过第二准直处理后，发射全角在大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的范围内。两次准直处理能够有效地保证出射激光光束的直径例如位于数十毫米量级，完全能够达到激光投影机对于输入光源的要求。此外，上述方案并非一次性改变激光光束的发射全角，而是通过分次准直来逐步调整，在得到合适的出射激光光束的同时，还能够有效地降低光束的能量损失。另外，上述光源装置中，激光器20与第一准直部件21之间直接建立光路，由激光器20发射出来的激光光束无需在光纤内进行处理和传输，激光光束传输过程中的光学部件数量较现有技术有所减少，有效地降低了激光光束传输过程中的能量损耗，提高光利用率。根据本发明，第一角度阈值可以是10度，第二角度阈值可以是2度，第三角度阈值可以是10度。根据激光投影机的具体要求，第一角度阈值、第二角度阈值和第三角度阈值还可以是其它角度值。根据本发明的光源装置，散射部件22与第一准直部件21同心安装。第一准直部件21的光轴与第二准直部件M的光轴形成第一夹角，反射部件23的法线与散射部件22的光轴形成第二夹角，并且反射部件23的法线与第二准直部件M的光轴形成第三夹角，并且第一夹角、第二夹角与第三夹角之和为180度，或者第一夹角为第二夹角与第三夹角之和。散射部件22对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理以及勻光处理，即使具有高斯光束的激光光束经过散射部件后使该激光光束的性质发生改变，在勻光处理之后再沿第一方向出射。散射部件22能够降低图像本身的散斑，从而提高激光投影机的画面质量。进一步，图2所示的光源装置还可以包括镜筒和镜筒固定调节装置，镜筒用于容纳第一准直部件21，并通过镜筒固定调节装置与激光器20连接；镜筒固定调节装置包括位于中心区域的螺纹孔以及至少一个调节孔，其中位于中心区域的螺纹孔用于连接镜筒，至少一个调节孔用于将该镜筒固定调节装置与激光器20连接，并实现第一准直部件21与激光器20发射的激光脉冲信号同轴。图2所示的光源装置进一步可以包括主支架(未示出)，用作光源装置的底部，支撑激光器20、反射部件23和第二准直部件M，第二准直部件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连续调整。散射部件的安装可以现有技术中的安装方式。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。无论采用何种方式安装，散射部件22需覆盖其与第一准直部件21之间的光路。在本发明的一个实施例中，光源产生方法包括发射沿第一方向传输的激光光束； 对沿第一方向传输的所述激光光束进行第一准直处理，得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并沿第一方向出射；对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理并使消散斑处理后的激光光束继续沿第一方向出射；对消散斑处理后沿第一方向出射的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；对沿第二方向出射的激光光束进行第二准直处理，得到发射全角在大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的激光光束。作为一个例子，第一角度阈值可以是10度，第二角度阈值可以是2度，第三角度阈值可以是10 度。在本发明的一个实施例中，激光投影机包括如前所述的光源装置、光机模块、控制模块和电源驱动模块。其中，光机模块由勻光照明部件、显示芯片和投影镜头组成。光源装置为激光投影机提供可用的输入光源。光机模块接收光源装置提供的输入光源，其中的勻光照明部件对输入光源进一步勻光，显示芯片在控制模块的实时控制下生成画面，生成的画面再经过投影镜头投射出所要显示的画面。电源驱动模块为光源装置和显示芯片提供驱动电能。以下将详细描述本发明实施例中的具体方案。
图3是对图2所示的光源装置的具体实例的结构示意图。参见图3，光源装置包括激光器30、第一准直透镜系统31、散射片32、反射镜33和第二准直透镜系统34。激光器30发出性质为点光源的激光脉冲信号，该激光脉冲信号形成光轴为第一方向的、发散全角为40 50度的激光光束，这是激光投影机的最原始的光源。这里的第一方向为激光器30的发射头与第一准直透镜系统31的焦点之间的连线所形成的方向，也即第一准直透镜系统31的焦点与散射片32的中心之间的连线所形成的方向；第二方向为反射镜33的出射点与第二准直透镜系统34的焦点的连线方向。第一准直透镜系统31至少包含一片正透镜，也可以是多片正透镜组成的透镜组， 或者是至少一片正透镜和其他透镜的组合，无论是前述的何种实现方式，该第一准直透镜系统31的焦距都是正焦距。激光器30的发射头出射的激光光束经过第一准直透镜系统31 的折射作用和准直处理后，其光斑直径扩大为毫米数量级，例如，光斑直径可以为5mm，并形成为发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束，沿第一方向继续出射。第一角度阈值例如为10度。在本实施例中，假设第一准直透镜系统31的焦距为，则激光器30中发射头的出射点与第一准直透镜系统31的焦点之间的距离优选地为位于士0. If1范围内。激光器30的发射头的出射点与第一准直透镜系统31的焦距之间的距离的变化也会导致第一准直透镜系统31出射的激光光束的发射全角变化。若第一准直透镜系统31中包含2片及以上的透镜，则这里的焦距是指第一准直准直透镜系统31中所有透镜组成的透镜组的焦距。散射片32能够覆盖其与第一准直透镜系统31之间的光路，并对接收到的激光光束进行勻光处理，同时消除激光光束的相干性，以便得到经过消散斑的激光光束。在经过散射片32处理后，激光光束的发射全角变大，例如，处于4 20度的范围，优选为大于10度， 并且激光光束经过散射片32后的光斑直径例如为10mm。反射镜33的反射面与散射片32相对且反射镜33的法线与散射片32的光轴形成一角度，即第二夹角。反射镜33接收到经过消散斑处理的激光光束后，对该激光光束进行反射，得到沿第二方向传输的激光光束，该第二方向为反射镜33的出射点与第二准直透镜系统34的焦点的连线方向。本实施例中的反射镜33可以选择平面反射镜，或者其他类型的反射镜，例如曲面反射镜。该反射镜的形状可以是任意几何形状，其有效反射面积大于或者等于接收到的激光光束的面积。第二准直透镜系统34的光轴与第一准直透镜系统31的光轴形成一个角度，即第一夹角；第二准直透镜系统34的光轴与反射镜33的法线也形成一个角度，即第三夹角。第二准直透镜系统34可包含至少一片具有正焦距的正透镜，激光光束在经过此处后，发射全角有所缩小，大于或者等于第二角度阈值且小于或者等于第三角度阈值。第二角度阈值例如可以是2度，第三角度阈值例如可以是10度。此时光斑的直径为数十毫米数量级。例如，光斑直径为50mm。本实施例中的第二准直透镜系统34可以包括一片正透镜，可以是包含两片及以上正透镜的透镜组，也可以是包含至少一片正透镜和其他透镜的组合。第二准直透镜系统34的焦距也是正焦距。假设第二准直透镜系统34的焦距为f2，散射片32的出射点与该第二准直透镜系统34的焦点之间的距离优选地为位于士0. If2范围内，并且散射片32到第二准直透镜系统34的距离优选地为散射片32到反射镜33之间的距离加上反射镜33到第二准直透镜系统34的距离。
如图3所示，本实施例的光源装置还包括镜筒35和镜筒固定调节装置36，两者都属于图2的第一准直部件21的组成部分。镜筒35为圆筒状结构，用于容纳第一准直透镜系统31。镜筒35的一端具有外螺纹，用以将镜筒35与镜筒固定调节装置36相连，并且通过调节该外螺纹与镜筒固定调节装置36的相应内螺纹之间的啮合位置，可以调整第一准直透镜系统31与激光器30的发射头之间的距离，从而将激光器30中发射头的出射点与第一准直透镜系统31的焦点之间的距离控制在士0. If1范围内。图4是本发明实施例的镜筒固定调节装置的结构示意图。结合图3并参见图4， 镜筒固定调节装置36位于镜筒35与激光器30之间，用于连接镜筒35和激光器30。具体来说，镜筒固定调节装置36为盘状结构，例如圆盘，中心区域具有镜筒固定螺纹孔41，周边区域具有至少一个调节孔42。镜筒固定螺纹孔41为加工有内螺纹的通孔，用于与镜筒35 一端的外螺纹啮合，实现镜筒固定调节装置36与镜筒35的连接。调节孔42为通孔，用于通过诸如螺钉之类的螺纹连接件将镜筒固定调节装置36与激光器相连；该调节孔42的位置与激光器30面向镜筒固定调节装置36的端面上的调节螺纹孔的位置对应，并且其直径大于激光器30的调节螺纹孔，两者直径的差值为第一直径差值，该第一直径差值例如可以是2mm。本实施例中镜筒固定调节装置36上的调节孔42的数量为至少一个，例如可以是3 个，这些调节孔42的中心均勻分布于与镜筒固定螺纹孔41同心的圆周上。图5是本发明实施例的激光器的结构示意图；图6是本发明实施例中镜筒固定调节装置的调节原理示意图。参见图5和图6，本实施例中的激光器30上面向镜筒固定调节装置36的端面上具有与调节孔42对应的至少一个调节螺纹孔51，调节螺纹孔51的内壁上具有内螺纹，用于与诸如螺钉之类的螺纹紧固件啮合，以连接镜筒固定调节装置36和激光器30。调节螺纹孔51的数量和位置均与镜筒固定调节装置36上的调节孔42的数量和位置对应。由于调节螺纹孔51的直径小于调节孔的直径，通过调节两者的相对位置，镜筒35 中第一准直透镜系统31与激光器30的发射头之间的相对位置可以在垂直于第一方向的平面上得以调整，从而保证激光器30发射的激光脉冲信号的出射点在第一准直透镜系统31 的光轴上。这种调整方式仅通过常用机械手段的组合即可实现，非常简便快捷，成本也相对较低。图7是本发明实施例中的光源装置的整体示意图。参见图7，本发明实施例中的光源装置还可以包括主支架71，用作光源装置的底部。激光器30和反射镜33均可以通过现有的机械手段，例如螺纹连接，而固定于主支架71上。此外，本发明实施例中的光源装置还可以包括用于阻挡除激光器发射的激光脉冲信号之外的其它光线进入光源装置的遮光罩(未示出)和挡光罩(未示出)。遮光罩可以采用平板结构，其面积最大的平面垂直于主支架71及第一方向，并通过螺纹连接部件与主支架71连接，并且该遮光罩的面积最大的平面上包括一通孔，用于供镜筒35穿过。挡光罩可以具有U型截面，通过螺纹连接部件与主支架71连接。遮光罩和挡光罩将光源装置中的各个光学元件遮罩住，使发光部分有效地与外界隔离开，从而保证光源装置输出的面光源仅为激光光源，提高激光投影机的画面质量。为了使得反射镜能够可调地安装于本发明实施例的光源装置中，图2中的反射部件进一步包括反射镜支架。图8a和图8b均是本发明实施例中反射镜支架的结构示意图。参见图8a和图8b，反射镜支架80包括支架主体81、具有至少一个弹性件83的弹性结构 82和至少一个调整件84。其中，支架主体81为框架结构，用于将反射镜33容纳于其中。支架主体81可以为任何几何形状的框架，例如矩形框架、多边形框架之类的直线型框架，或者圆形框架、椭圆型框架之类的曲线型框架等。弹性结构82包括固定部分和至少一个弹性件83。其中，固定部分为片状结构，用于与支架主体81的边缘结合，以将弹性结构82固定于支架主体81上；弹性件83用来向反射镜施加挤压力，该弹性件83具有折角，折角的一端与固定部分整体形成，另一端可调整地抵靠在反射镜33的一个表面上，例如抵靠在反射镜33的非反射面或者反射面上。弹性件83优选为弹片。调整件84相对于反射镜而言，位于与弹性件83相对的一侧，可调整地抵靠在反射镜33的另一个表面上，向反射镜提供与弹性件的挤压力相反方向的挤压力，即与弹性件83 的抵靠作用形成方向相反的抵靠作用。前述的另一个表面可以是反射镜的反射面或者非反射面。本实施例中调整件84的数量与弹性件83的数量相对应，以形成成对的弹性调整结构。本实施例中的调整件84例如可以是图8b中示出的至少一个凸台螺纹结构，其中的凸台位于支架主体81上，当支架主体81是矩形支架时，凸台例如位于支架主体81的尖角处。 凸台上形成有通孔，该通孔内壁包含供螺钉旋入的内螺纹。本实施例与凸台连接的可以是螺纹连接件，例如螺钉，螺钉的外螺纹与凸台的内螺纹啮合，该螺钉的末端向反射镜的另一个表面施加所述挤压力。通过调整螺钉与凸台的啮合位置，调整螺钉对弹性件83的挤压力，从而调整每个弹性件83的弹性形变量，进而调整位于螺钉与弹性件之间的反射镜相对于散射片32和第二准直透镜系统34的角度。并且，弹性件与螺纹连接件的数量可以为至少一个，每个螺纹连接件的啮合位置均可调整，这样可在三个维度中调整反射片的角度，从而有效地保证第一准直透镜系统经过散射部件出射的激光光束能够全部反射至第二准直透镜系统上，即第二准直透镜系统34与第一准直透镜系统31的同心要求得以保证。而且本发明实施例中利用了弹性形变原理来实现反射镜相对角度的调整，制造过程非常简单，操作方式非常便捷， 且调整效果比较好。本发明实施例中的反射镜支架可以安装于主支架71上安装方式例如可采用常用的螺纹连接。本发明实施例的第二准直部件进一步包括用于容纳第二准直透镜系统34的准直镜支架。图9示出了本发明实施例的准直镜支架的结构示意图。参见图9，准直镜支架90 包括支架主体91和至少一个连接孔92。支架主体91包括凹槽，用于容纳第二准直透镜系统。连接孔92为通孔，用于通过螺纹连接件将准直镜支架90安装于主支架71上。该连接孔92可以是轴线与第一方向平行且垂直于所述第二方向的U型通孔，通过调整螺纹连接件在U型通孔中的位置，可实现准直镜支架中的第二准直透镜系统34在垂直于第一方向且平行于反射镜出射激光光束的光轴(第二方向)的方向上的连续调整，从而可确保散射片32 的出射点与第二准直透镜系统34的焦点之间的距离在士0. If2范围内，其中f2为第二准直透镜系统34的焦距，若第二准直透镜为包含多片透镜的透镜组，则此处的焦距为该透镜组的焦距。在连接孔92是U型通孔的情况下，主支架71上包括与连接孔92的位置和数量对应的至少一个连接孔。散射片32可以采用现有技术中的安装方式，通过附加的辅助部件直接固定在主支架71上，或者通过附加的辅助部件直接固定在激光器30上。散射片32的出射点与第二准直透镜系统34的焦距之间的距离的变化也导致第二准直透镜系统34出射的激光光束的发射全角变化。此外，准直镜支架上包含有U型通孔， 用来通过螺纹连接部件与主支架连接。由于螺纹连接部件在未拧紧的状态下可在该U型通孔中沿与第一方向平行且与第二方向垂直的方向移动，第二准直透镜系统的位置能够易于连续调整，因而调节散射片出射点到第二准直透镜系统的距离以满足焦距要求，确保该光源装置能够为激光投影机提供高质量的输入光源；同时，还使得该光源装置最终输出的面光源与激光器发射的点光源相比，能量损失较小，光利用率较高。相应地，在采用前述图2至图9中所示的本发明实施例中的光源装置来产生光源时，首先发射沿第一方向传输的激光光束；对沿第一方向传输的所述激光光束进行第一准直处理，得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并沿第一方向出射；对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理并使消散斑处理后的激光光束继续沿第一方向出射；然后，对消散斑处理后沿第一方向出射的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；对眼第二方向出射的激光光束进行第二准直处理，得到发射全角在大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的激光光束。作为一个例子，第一角度阈值可以是10 度，第二角度阈值可以是2度，第三角度阈值可以是10度。另外，在对沿第一方向传输的所述激光光束进行第一准直处理之后，还可以对经过第一准直处理的激光光束进行勻光处理。图10是根据本发明实施例的激光投影机的原理图。参见图10，激光投影机包括 如前所述的光源装置100、光机模块101、电源驱动模块102和控制模块103。其中，光机模块101由勻光照明部件、显示芯片和投影镜头组成。光源装置100为激光投影机提供可用的输入光源。光机模块101用于接收所述光源装置提供的输入光源，其中的勻光照明部件对输入光源进一步勻光，显示芯片在控制模块103的实时控制下生成画面，生成的画面再经过投影镜头投射出所要显示的画面。所述电源驱动模块102为光源装置和显示芯片提供驱动电能。通过本发明提供的各实施例，将激光器发出的激光点光源转化为适合的面光源后输入到激光投影机的光机，从而可显著提高激光投影机的性能，减少了光损失。本发明并非一次性改变激光光束的发射全角，而是通过分次准直来逐步调整，在得到合适的出射激光光束的同时，还能够有效地降低光束的能量损失。而且，本发明中在激光器与第一准直部件之间省略了光纤，避免了激光光束在光纤中折射和传输所带来的能量损失，因此能够进一步有效地提高光利用率。进一步地，在本发明各实施例提供的光源装置中，激光器的发射点与第一准直部件、第一准直部件与第二准直部件、反射部件与散射部件和第二准直部件之间的相对位置是可调的，装配工艺性强。此外，本发明的散射部件的使用还可以进一步提高激光投影机的图像质量。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种光源装置，包括用于发射沿第一方向传输的激光光束的激光器，其特征在于，该光源装置进一步包括第一准直部件、散射部件、反射部件和第二准直部件，第一准直部件用于对沿第一方向传输的激光光束进行第一准直处理，以得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并使第一准直处理后的激光光束沿第一方向出射；所述散射部件位于第一准直部件与反射部件之间，用于对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理，并使消散斑处理后的激光光束沿第一方向出射；所述反射部件用于对接收到的沿第一方向传输的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；第二准直部件用于对接收到的沿第二方向传输的激光光束进行第二准直处理，以得到发射全角大于或等于第二角度阈值且小于或等于第三角度阈值的激光光束。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，第一角度阈值为10度，第二角度阈值为2 度，第三角度阈值为10度；所述散射部件与第一准直部件同心安装；第一方向为第一准直部件的焦点与所述散射部件中心的连线方向； 第二方向为所述反射部件的出射点与第二准直部件的焦点的连线方向； 第一准直部件的光轴与第二准直部件的光轴之间形成第一夹角，所述反射部件的法线与所述散射部件的光轴形成第二夹角，所述反射部件的法线与第二准直部件的光轴形成第三夹角；第一夹角、第二夹角和第三夹角之和为180度，或者第一夹角为第二夹角与第三夹角之和。
3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置进一步包括主支架，用作所述光源装置的底部且支撑所述激光器、所述反射部件和第二准直部件，第二准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连续调整；第一准直部件包括包含至少一片正透镜的第一准直透镜系统，第一准直透镜系统的焦距为正焦距；第二准直部件包括包含至少一片正透镜的第二准直透镜系统，第二准直透镜系统的焦距为正焦距；所述反射部件包括反射镜。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，第一准直透镜系统的焦距为，所述激光器的发射头的出射点与第一准直透镜系统的焦点之间的距离在士0. If1范围内；第二准直透镜系统的焦距为f2，所述散射部件中的散射片的出射点与第二准直透镜系统的焦点之间的距离在士0. If2范围内；所述散射部件与第二准直透镜系统的距离为所述散射部件到所述反射镜之间的距离加上所述反射镜到第二准直透镜系统的距离；所述反射镜为平面反射镜，或者为曲面反射镜。
5.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述激光器包括位于端面上的至少一个调节螺纹孔；第一准直部件进一步包括镜筒和镜筒固定调节装置，所述镜筒用于容纳第一准直透镜系统，该镜筒的一端具有外螺纹，以与所述镜筒固定调节装置连接；所述镜筒固定调节装置为盘状，该镜筒固定调节装置包括位于中心区域的镜筒固定螺纹孔，用于与所述镜筒的外螺纹啮合，以将所述镜筒与所述镜筒固定调节装置连接；和位于周边区域的至少一个调节孔，用于通过螺纹连接件将所述镜筒固定调节装置连接于所述激光器上，所述调节孔的位置与所述激光器的调节螺纹孔的位置相对应，并且所述调节孔的直径大于所述调节螺纹孔的直径；所述调节孔的直径比所述调节螺纹孔的直径大2mm。
6.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述反射部件进一步包括反射镜支架，所述反射镜支架包括支架主体、弹性结构和至少一个调整件，其中所述支架主体为框架结构，用于容纳所述反射镜； 所述弹性结构包括片状的固定部分，用于与所述支架主体的边缘结合，以将所述弹性结构固定于所述支架主体上；和具有折角的至少一个弹性件，向所述反射镜施加挤压力，所述折角的一端与所述固定部分整体形成，另一端可调整地抵靠在所述反射镜的一个表面上；所述调整件位于所述弹性件的相对侧，可调整地抵靠在所述反射镜的另一个表面上， 向所述反射镜提供与弹性件的挤压力相反方向的挤压力，并且所述调整件的数量与所述弹性件的数量相对应；所述调整件包括至少一个凸台和至少一个螺纹连接件，其中所述凸台位于所述支架主体上，在该凸台上形成有具有内螺纹的通孔； 所述螺纹连接件上形成有与所述凸台的内螺纹啮合的外螺纹，该螺纹连接件向所述反射镜的另一个表面施加所述挤压力；所述反射镜的一个表面为反射面，所述反射镜的另一个表面为非反射面；或者，所述反射镜的一个表面为反射面，所述反射镜的另一个表面为非反射面。
7.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，第二准直部件进一步包括 准直镜支架，用于容纳第二准直透镜系统，所述准直镜支架包括支架主体，包括用于容纳第二准直透镜系统的凹槽；至少一个连接孔，用于通过螺纹连接件将所述准直镜支架连接于所述主支架上； 所述主支架进一步包括与所述准直镜支架的连接孔对应的连接孔； 所述准直镜支架的连接孔为轴线与第一方向平行且垂直于第二方向的U型通孔，以便第二准直透镜系统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连续调整；所述散射部件安装在所述主支架上，或者安装于所述激光器上。
8.一种光源产生方法，该方法包括 发射沿第一方向传输的激光光束；对沿第一方向传输的所述激光光束进行第一准直处理，得到发射全角小于或等于第一角度阈值的激光光束并沿第一方向出射；对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理并使消散斑处理后的激光光束继续沿所述第一方向出射；对消散斑处理后沿第一方向出射的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；对沿第二方向出射的激光光束进行第二准直处理，得到发射全角在大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的激光光束。
9.根据权利要求8所述的光源产生方法，其中，第一角度阈值为10度，第二角度阈值为 2度，第三角度阈值为10度；第一准直部件的光轴与第二准直部件的光轴之间形成第一夹角，所述反射部件的法线与所述散射部件的光轴形成第二夹角，所述反射部件的法线与第二准直部件的光轴形成第三夹角；第一夹角、第二夹角和第三夹角之和为180度，或者第一夹角为所述第二夹角与所述第三夹角之和。
10.一种激光投影机，其特征在于，该激光投影机包括光机模块、控制模块、电源驱动模块和根据权利要求1至7之一所述的光源装置，其中，所述光机模块由勻光照明部件、显示芯片和投影镜头组成； 所述光源装置为激光投影机提供可用的输入光源；所述光机模块接收所述光源装置提供的输入光源，其中的勻光照明部件对输入光源进一步勻光，显示芯片在控制模块的实时控制下生成画面，所生成的画面再经过投影镜头投射出所要显示的画面；所述电源驱动模块为所述光源装置和显示芯片提供驱动电能。
全文摘要
本申请公开了一种光源装置、光源产生方法和包括该光源装置的激光投影机。光源装置包括第一准直部件、散射部件、反射部件和第二准直部件，第一准直部件对沿第一方向传输的激光光束进行第一准直处理，得到发射全角小于等于第一角度阈值的激光光束并沿第一方向出射；散射部件对经过第一准直处理的激光光束进行消散斑处理，并沿第一方向出射；反射部件对接收到的激光光束进行反射，得到沿第二方向出射的激光光束；第二准直部件对接收到的激光光束进行第二准直处理，以得到发射全角大于等于第二角度阈值且小于等于第三角度阈值的激光光束。本发明可有效地获得供激光投影机使用的输入光源，且由于省去了光纤，光利用率较高。
文档编号F21V13/04GK102566235SQ20121002562
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者刘风雷, 李巍, 王自上, 陈昱 申请人:海信集团有限公司