光源装置、光源产生方法及包含光源装置的激光投影机

摘要

本发明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。光源装置包括光源，该光源包括具有不同主波长的第一光源、第二光源和第三光源，该光源装置进一步包括：准直部件，位于第一光源和第三光源的射出侧，用于对接收到的光源进行准直处理；会聚部件，对准直处理后的第一光源和第三光源进行会聚处理；光束整形部件，对第一光源和第三光源进行光束整形处理；二向色部件，将第二光源以及来自光束整形部件的第一光源和第三光源引导为沿同一方向入射至光接收部件。本发明可有效减少光源装置中的部件数量，简化光路，提高能量利用率，并且安装维修简单。

权利要求

1.一种光源装置，包括光源，该光源包括具有不同主波长的第一光源、第二光源和第三光源，其特征在于，该光源装置进一步包括：准直部件、会聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件，其中会聚部件、光束整形部件和二向色部件同心安装；

所述准直部件位于第一光源和第三光源的射出侧，用于对接收到的光源进行准直处理，得到平行光束；

所述会聚部件对准直处理后的第一光源和第三光源进行会聚处理，并将第一光源和第三光源向所述光束整形部件传输；

所述光束整形部件对第一光源和第三光源进行光束整形处理，并向所述二向色部件传输；

所述二向色部件将第一光源和第二光源以及来自所述光束整形部件的第三光源引导为沿同一方向入射至所述光接收部件。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述会聚部件、光束整形部件和二向色部件的中心连线方向为第一方向；

第一光源和第三光源以第一方向为中心轴出射至所述准直部件；

所述准直部件进一步将准直处理后的第一光源和第三光源沿与第一方向平行或一致的方向出射；

所述光接收部件的光轴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与第二方向的交点处、且位于所述光束整形部件与所述光接收部件之间。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述会聚部件包括：环形透镜，将经过准直处理后的第一光源和第三光源由平行光束转换为会聚光束，并向所述光束整形部件传输；

所述光束整形部件包括负焦距透镜，对来自所述会聚部件的第一光源和第三光源进行光束整形处理，得到传播直径缩小至小于或者等于光接收部件的接收阈值并沿第一方向出射的光束。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述环形透镜为菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜在面向所述准直部件的表面上包含齿纹，并且在背向所述准直部件的表面上包含光面。

5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜为正菲涅尔透镜。

6.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜包括根据第一光源和第三光源出射的光束的分布和数量而设置的N个环形镜片，N为大于或者等于1的自然数。

7.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜的第n个环形镜片和所述负焦距透镜形成第n缩放系统，n=1,2,3,4，…，N；

所述第n望远镜系统的倍率随n的增大而增大。

8.根据权利要求3至7中任意一项所述的光源装置，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，用于对所述负焦距透镜出射的第一光源和第三光源进行反射，使得第一光源和第三光源的光轴旋转至所述第二方向，向所述光接收部件传输，并且对第二光源进行透射，沿所述第二方向向所述光接收部件传输。

9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置进一步包括：第二聚光透镜，用于对沿所述第二方向传输的第二光源进行会聚处理，形成传播直径缩小至小于或者等于光接收部件的接收阈值的平行光束，并沿所述第二方向向所述第一二向色片传输。

10.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，第一光源进一步沿第二方向出射；

所述光源装置进一步包括：荧光轮，包含荧光粉区域，用于在被第一光源照射时，激发出第二光源；

所述二向色部件包括：中心在第一方向和第二方向交点处、并位于所述负焦距透镜和所述光接收部件之间的X镜，用于将来自所述负焦距透镜的第一光源引导至沿第一方向向所述荧光轮传输，将沿第二方向出射的第一光源引导至沿第二方向向所述光接收部件传输，将来自所述荧光轮的第二光源引导至沿第二方向向所述光接收部件传输，并且将来自所述负焦距透镜的第三光源引导至沿第二方向向所述光接收部件传输。

11.根据权利要求10所述的光源装置，其特征在于，所述X镜包括：第二二向色片，用于对来自所述负焦距透镜的第一光源和沿第二方向出射的第一光源进行透射处理，对第二光源进行反射处理，并且对第三光源进行透射处理；

第三二向色片，垂直于第二二向色片，用于对来自所述负焦距透镜的第一光源和沿第二方向出射的第一光源进行透射处理，并对第三光源进行反射处理；

第四二向色片，垂直于第二二向色片并与第三二向色片位于同一平面，用于对来自所述负焦距透镜的第一光源和沿第二方向出射的第一光源进行透射处理，对第二光源进行透射处理，并且对第三光源进行反射处理。

12.根据权利要求10或11所述的光源装置，其特征在于，所述X镜为X棱镜或X平片。

13.根据权利要求10所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置进一步包括：位于所述X镜与所述荧光轮之间、光轴在第一方向上的第四聚光透镜，用于对来自所述荧光轮的第二光源进行会聚处理，得到传播直径缩小至小于或等于接收阈值的光束，并沿第一方向向所述X镜传输；

位于沿第二方向出射的第一光源的出射点与所述X镜之间的第三聚光透镜，用于对沿第二方向出射的第一光源进行会聚处理，得到传播直径缩小至小于或等于光接收部件的接收阈值的光束，并沿第二方向向所述X镜传输。

14.根据权利要求1-7、9-11和13任一项所述的光源装置，其特征在于，以第一方向为中心轴出射至所述准直部件的第一光源和第三光源的位置可以互换。

15.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光接收部件包括：第一聚光透镜和光棒，第一聚光透镜用于对待进入所述光接收部件的所述光源进行会聚处理，所述光棒用于收集经第一聚光透镜的会聚处理的光源。

16.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光接收部件包括：复眼透镜，用于接收并收集待进入所述光接收部件的所述光源。

17.一种光源产生方法，其特征在于，用于包括光源、准直部件、会聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件的光源装置中，所述光源包括具有不同主波长的第一光源、第二光源和第三光源，该方法包括：由准直部件对接收到的光源进行准直处理，得到平行光束；

由所述会聚部件对准直处理后的第一光源和第三光源进行会聚处理，并将第一光源和第三光源向所述光束整形部件传输；

由所述光束整形部件对第一光源和第三光源进行整形处理，并向所述二向色部件传输；

由所述二向色部件将所述第一光源和第二光源以及来自所述光束整形部件的第三光源引导为沿同一方向入射至所述光接收部件。

18.一种激光投影机，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16之一所述的光源装置，其中，所述光机模块由匀光照明部件、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光源；

所述光机模块接收所述光源装置提供的光源，其中的匀光照明部件对光源进一步匀光，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。

说明书

光源装置、光源产生方法及包含光源装置的激光投影机

技术领域

[0001] 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

[0002] 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，例如电视投影、微型投影以及一些商用和娱乐系统等。

[0003] 众所周知，光学画面至少需要由不同主波长的光波组成，例如蓝色、绿色和红色光波组成。基于目前的技术，通常情况下会以一种波长的光源作为激发光来生成另一种波长的光源，而后再与其他波长的光源分时发射，在投影屏幕上显示出各种画面。例如以蓝光半导体激光器所发出的蓝色激光作为激发光，激发绿光荧光粉来产生绿光。

[0004] 图1是现有技术中光源装置的结构及原理示意图。参见图1，这里的光源包括：波长各不相同的第一光源101、第二光源(未示出)和第三光源116。该光源装置包括：准直镜102、反射镜群103、第一聚光透镜104、第一二向色片105、第二聚光透镜106、荧光轮107、第一转向镜109a、第二转向镜109b、第一反射镜110a、第二反射镜110b、第二二向色片111、第三聚光透镜112、光棒113、第四聚光透镜114和第三转向镜115。

[0005] 其中第一二向色片105允许第一光源和第三光源透过、对第二光源进行反射，第二二向色片111允许第一光源透过，对第二光源和第三光源进行反射。

[0006] 并且，荧光轮107的部分区域内涂敷有荧光粉，在以第一光源101为激发光的情况下，涂敷有荧光粉的区域产生第二光源。由于荧光轮可旋转，第一光源照射到荧光轮107的不同区域，会产生不同波长的光。

[0007] 在图1中，第一光源101出射的具有第一波长的光束呈发散状入射至准直镜102，准直镜102将该光束准直成平行光束；反射镜的反射作用使得该平行光束的光轴旋转90度，第一聚光透镜104对旋转光轴后的平行光束进行会聚，向第一二向色片105出射；第一光源的光束透过第一二向色片105后，经第二聚光透镜106会聚处理后，到达荧光轮107。

[0008] 荧光轮107在驱动马达117的驱动下旋转。对于旋转中的荧光轮107，若第一光源101入射于荧光粉区域时，激发荧光粉发射出具有第二波长的第二光源，该第二光源以相反于第一光源入射方向的方向出射，到达第一二向色片105后，其光轴在反射作用下被旋转
90度，再经过第一转向镜109a、第一反射镜110a、第二转向镜109b后，向第二二向色片111入射；由于第二二向色片111对第二光源进行反射，则第二光源的光束射向第三聚光透镜
112，最后聚焦到光棒113内。简言之，第一光源101入射于荧光轮107的荧光粉区域时，光棒113收集到的是具有第二波长的第二光源。

[0009] 若第一光源101入射于荧光轮107上未涂敷荧光粉的透过区域时，第一光源101透射荧光轮107，经第四聚光透镜114、第二反射镜110b和第三转向镜115的会聚、反射和转向后，透过第二二向色片111传输至第三聚光透镜112，最终聚焦到光棒113内。也就是说，第一光源101入射于荧光轮107的透过区域时，光棒113收集到的是具有第一波长的第一光源。

[0010] 具有第三波长的第三光源116以平行于第一光源的光轴的方向出射，经过第二聚光透镜106的会聚后，到达第一二向色片105，由于第一二向色片105允许第三光源透过，则第三光源再经过第一转向镜109a、第一反射镜110a、第二转向镜109b的转向、反射和再转向后，到达第二二向色片111；第二二向色片111将第三光源116的光轴旋转90度，经过第三聚光透镜112，最终聚焦到光棒113内。

[0011] 基于以上的结构和原理，通过控制第一光源和第三光源的点亮时间，同时控制荧光轮的旋转速度，可以实现第一光源、第二光源、第三光源分时进入光棒113内，得到不同颜色的光斑，进而构成显示画面。

[0012] 虽然上述现有的光源装置使得激光投影得以实现，但是，从图1中可以非常直观地发现，该光源装置中的光学部件过多、光路过长。光束每经过一个光学部件，都会损失一部分能量，并且光路的长短也会影响光束的能量损耗。因此各个光源在图1所示的光源装置中传输之后，能量会有较大程度的降低，能量利用率较低。

[0013] 而且，现有的光源装置中，光学部件数量较多导致整体结构较为复杂，并且体积也会相应地较大。这样的光源装置显然无法适应越来越明显的小型化要求。

[0014] 此外，为了保证光源装置的正常运行，必须保证每个光学部件自身安装位置及相对位置的正确性，装配难度较大；当其中的光学部件出现故障时，无法短时间找到问题所在，维修难度较高。

[0015] 因此，存在一种对能够提高能量利用率的光源装置的需要。

发明内容

[0016] 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，能够提高能量利用率。

[0017] 在本发明的实施例中，光源装置包括具有不同主波长的第一光源、第二光源和第三光源，该光源装置进一步包括：准直部件、会聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件，其中会聚部件、光束整形部件和二向色部件同心安装；所述准直部件位于第一光源和第三光源的射出侧，用于对接收到的光源进行准直处理，得到平行光束；所述会聚部件对准直处理后的第一光源和第三光源进行会聚处理，并将第一光源和第三光源向所述光束整形部件传输；所述光束整形部件对第一光源和第三光源进行光束整形处理，并向所述二向色部件传输；所述二向色部件将第一光源和第二光源以及来自所述会聚部件的第三光源引导为沿同一方向入射至所述光接收部件。

[0018] 其中，所述会聚部件、光束整形部件和二向色部件的中心连线方向为第一方向；所述第一光源和第三光源以第一方向为中心轴出射至所述准直部件；所述准直部件进一步将准直处理后的第一光源和第三光源沿与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轴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与所述第二方向的交点处、且位于所述光束整形部件与所述光接收部件之间。

[0019] 其中，所述光束整形部件包括：环形透镜，将经过准直处理后的第一光源和第三光源由平行光束转换为会聚光束，并向所述光束整形部件传输；

[0020] 所述光束整形部件包括负焦距透镜，对来自所述会聚部件的第一光源和第三光源进行光束整形处理，得到传播直径缩小至小于或者等于接收阈值并沿第一方向出射的光束。

[0021] 其中，所述环形透镜为菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜在面向所述准直部件的表面上包含齿纹，并且在背向所述准直部件的表面上包含光面。

[0022] 所述菲涅尔透镜为正菲涅尔透镜。

[0023] 所述菲涅尔透镜包括根据第一光源、第二光源和第三光源出射的光束的分布和数量而设置的N个环形镜片，N为大于或者等于1的自然数。本发明中，N＝1时菲涅尔透镜为凸透镜。

[0024] 所述菲涅尔透镜的第n个环形镜片和所述负焦距透镜形成第n缩放系统，n＝1，2，3，4，...，N；并且所述第n缩放系统的倍率随n的增大而增大。

[0025] 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，用于对所述负焦距透镜出射的所述第一光源和所述第三光源进行反射，使得所述第一光源和所述第三光源的光轴旋转至所述第二方向，向所述光接收部件传输，并且对第二光源进行透射，沿所述第二方向向所述光接收部件传输。

[0026] 在一个实施例中，所述光源装置进一步包括：第二聚光透镜，用于对沿所述第二方向传输的所述第二光源进行会聚处理，形成直径缩小至小于或者等于接收阈值的平行光束，并沿所述第二方向向所述第一二向色片传输。

[0027] 在一个实施例中，所述第一光源进一步沿所述第二方向出射；所述光源装置进一步包括：荧光轮，包含荧光粉区域，用于在被所述第一光源照射时，激发出所述第二光源；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点处、并位于所述负焦距透镜和所述光接收部件之间的X镜，用于将来自所述负焦距透镜的第一光源引导至沿所述第一方向向所述荧光轮传输，将沿所述第二方向出射的第一光源引导至沿所述第二方向向所述光接收部件传输，将来自所述荧光轮的第二光源引导至沿所述第二方向向所述光接收部件传输，并且将来自所述负焦距透镜的所述第三光源引导至沿所述第二方向向所述光接收部件传输。

[0028] 其中，所述X镜包括：第二二向色片，用于对来自所述负焦距透镜的第一光源和沿所述第二方向出射的第一光源进行透射处理，对第二光源进行反射处理，并且对所述第三光源进行透射处理；第三二向色片，垂直于所述第二二向色片，用于对来自所述负焦距透镜的第一光源和沿第二方向出射的第一光源进行透射处理，并对第三光源进行反射处理；第四二向色片，垂直于第二二向色片并与第三二向色片位于同一平面，用于对来自所述负焦距透镜的第一光源和沿第二方向出射的第一光源进行透射处理，对第二光源进行透射处理，并且对第三光源进行反射处理。

[0029] 所述X镜为X棱镜或X平片。

[0030] 在一个实施例中，所述光源装置进一步包括：位于所述X镜与所述荧光轮之间、光轴在第一方向上的第四聚光透镜，用于对来自所述荧光轮的第二光源进行会聚处理，得到传播直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，并沿第一方向向所述X镜传输；位于沿第二方向出射的第一光源的出射点与所述X镜之间的第三聚光透镜，用于对沿第二方向出射的第一光源进行会聚处理，得到传播直径缩小的光束，并沿第二方向向所述X镜传输。

[0031] 其中，以第一方向为中心轴出射至所述准直部件的第一光源和第三光源的位置可以互换。

[0032] 其中，所述光接收部件包括：第一聚光透镜和光棒，第一聚光透镜用于对待进入所述光接收部件的所述光源进行会聚处理，所述光棒用于收集经所述第一聚光透镜的会聚处理的光源；或者，所述光接收部件包括复眼透镜，用于接收并收集待进入所述光接收部件的所述光源。

[0033] 在本发明实施例的光源产生方法中，用于包括光源、准直部件、会聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件的光源装置中，所述光源包括具有不同主波长的第一光源、第二光源和第三光源，该方法包括：由准直部件对接收到的光源进行准直处理，得到平行光束；由所述会聚部件对准直处理后的第一光源和第三光源进行会聚处理，并将第一光源和第三光源向所述光束整形部件传输；由所述光束整形部件对第一光源和第三光源进行光束整形处理，并向所述二向色部件传输；由所述二向色部件将所述第一光源和第二光源以及来自所述光束整形部件的第三光源引导为沿同一方向入射至所述光接收部件。

[0034] 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，所述光机模块由匀光照明部件、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光源；所述光机模块接收所述光源装置提供的光源，其中的匀光照明部件对光源进一步匀光，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。

[0035] 在本发明的示例光源装置中，通过准直部件、会聚部件、光束整形部件和二向色部件，对具有不同波长的各个光源进行准直、会聚以及透射整形处理，即可引导为沿同一方向入射至光接收部件。该光源装置中所包含的部件数量较少，光路较短。与现有的光源装置相比，本发明的光源装置能够有效地降低激光光束在传输过程中的能量损耗，从而提高能量利用率。

[0036] 本发明实施例中的会聚部件和光束整形部件例如可以包括菲涅尔透镜和负焦距透镜，均属于光学原理简单、价格较低的光学部件，这就使得在本发明中的光源装置与现有光源相比，具有非常明显的成本优势。

[0037] 而且，本发明实施例的光源装置中还可以利用X镜，直接对各个光源进行反射或透射处理，使得光源系统的结构更为紧凑，尺寸更小，为光源装置和投影机的小型化提供了有力的技术保障。

[0038] 相应地，在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。

[0039] 本发明既可适用于普遍使用的激光投影机，还可以适用于复眼激光投影机，通用性较强。

附图说明

[0040] 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。

[0041] 图1是现有技术中光源装置的结构及原理示意图。

[0042] 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。

[0043] 图3是根据本发明的第一实施例的光源装置的结构示意图。

[0044] 图4是根据本发明的第二实施例的光源装置的结构示意图。

[0045] 图5是根据本发明的第三实施例的光源装置的结构示意图。

[0046] 图6是根据本发明实施例的激光投影机的原理图。

具体实施方式

[0047] 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。

[0048] 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：包含具有不同波长的第一光源201、第二光源(未示出)、第三光源216的入射光源，准直部件202，会聚部件217、光束整形部件218、二向色部件220以及光接收部件221。

[0049] 准直部件202位于第一光源201和第三光源216的射出侧，用于对接收到的光源进行准直处理，得到平行光束；会聚部件217对准直处理后的第一光源201和第三光源216进行会聚处理，并将第一光源201和第三光源216向光束整形部件218传输；光束整形部件218对第一光源201和第三光源216进行光束整形处理，并向二向色部件220传输；二向色部件220将第一光源201和第二光源以及来自光束整形部件218的第三光源216引导为沿同一方向入射至光接收部件221。

[0050] 上述光源装置，通过准直部件、会聚部件、光束整形部件和二向色部件，对具有不同波长的各个光源进行准直处理、会聚处理和光束整形处理，即可引导为沿同一方向入射至光接收部件。该光源装置中所包含的部件数量较少，光路较短。与现有的光源装置相比，本发明的光源装置能够有效地降低激光光束在传输过程中的能量损耗，从而提高能量利用率。而且，本发明实施例的光源装置中对光路改变起关键作用的会聚部件、光束整形部件和二向色部件仅要求同心安装，装配要求非常简单；当其中的任意部件出现故障时，即使对所有部件逐一排查，找出故障所在需要的时间和难度都较现有技术有明显的降低。

[0051] 根据本发明实施例中，会聚部件217、光束整形部件218和二向色部件220的中心连线方向可以是第一方向；第一光源201和第三光源216以第一方向为中心轴出射至准直部件202；准直部件202进一步将准直处理后的第一光源201和第三光源216沿与第一方向平行或一致的方向出射；光接收部件221的光轴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与第二方向的交点处、且位于光束整形部件218与光接收部件221之间。

[0052] 在本发明的一个实施例中，会聚部件包括：环形透镜，将经过准直处理后的第一光源201、第二光源和第三光源216由平行光束转换为会聚光束，并向光束整形部件218传输。

[0053] 环形透镜可以是菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜在面向准直部件202的表面上包括齿纹，在背向准直部件202的表面上包含光面，能够对第一光源201和第三光源216进行会聚处理，即将平行光束转换为会聚光束，而后再向光束整形部件218传输；光束整形部件218可以包括负焦距透镜，对来自会聚部件217的第一光源201和第三光源216进行光束整形处理，即光束整形部件218对会聚光束进行转换，使得其出射光束的直径小于或者等于光接收部件的接收阈值且沿第一方向出射。

[0054] 本实施例中的第二光源可以沿第二方向出射，此时的二向色部件220可以包括第一二向色片，用于对负焦距透镜出射的第一光源201和第三光源216进行反射，使得第一光源201和第三光源216的光轴旋转至第二方向，向光接收部件221传输，并且对第二光源进行透射，沿第二方向向光接收部件221传输。

[0055] 此外，第二光源也可以是由第一光源作为激发光照射荧光轮后而产生的。这种情况下，第一光源除了包含前述用作激发光的光束之外，还包括沿第二方向传输的一束第一光源；二向色部件220所引导的、入射至光接收部件221的第一光源为沿第二方向传输的第一光源。

[0056] 那么，二向色部件包括：中心在第一方向和第二方向交点处、并位于负焦距透镜和光接收部件之间的X镜，用于将来自负焦距透镜的第一光源201引导至沿第一方向向荧光轮传输，将沿第二方向出射的第一光源201引导至沿第二方向向光接收部件221传输，将来自荧光轮的第二光源引导至沿第二方向向光接收部件221传输，并且将来自负焦距透镜的第三光源216引导至沿第二方向向光接收部件221传输。前述的X镜可以是X棱镜或者X平片。

[0057] 在本发明的一个实施例中，光源产生方法用于包括光源、准直部件、会聚部件、光束整形部件、二向色部件和光接收部件的光源装置中，光源包括具有不同主波长的第一光源、第二光源和第三光源，该方法包括：对准直部件接收到的光源进行准直处理，得到平行光束；由会聚部件对准直处理后的第一光源和第三光源进行会聚处理，并将第一光源和第三光源向光束整形部件传输；由光束整形部件对第一光源和第三光源进行光束整形处理，并向二向色部件传输；由二向色部件将所述第一光源和第二光源以及来自光束整形部件的第三光源引导为沿同一方向入射至光接收部件。

[0058] 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，光机模块由匀光照明部件、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光源。光机模块接收光源装置提供的光源，其中的匀光照明部件对光源进一步匀光，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。

[0059] 以下将详细描述本发明实施例中的具体方案。

[0060] 第一实施例

[0061] 图3是根据本发明的第一实施例的光源装置的结构示意图。

[0062] 本实施例中的会聚部件例如可以包括菲涅尔透镜。菲涅尔透镜的一个表面为光面，另一个表面上刻录了由小到大的多个同心圆，从侧面观察时刻录有同心圆的表面上形成有多个齿纹。这样，菲涅尔透镜能够对红外线和可见光进行有效的会聚处理。

[0063] 参见图3，本实施例中，光源包括为各自具有不同波长的第一光源301、第二光源308和第三光源316。除了光源之外，光源装置包括：准直透镜系统302、菲涅尔透镜317、负焦距透镜318、第一聚光透镜312和光棒313。菲涅尔透镜317、负焦距透镜318和第一二向色片323均同心安装，第一聚光透镜312和光棒313的光轴与同心安装的各个部件的光轴垂直。以下将同心安装的各个部件的中心连线方向称为第一方向，将与第一方向垂直的方向称为第二方向。

[0064] 本实施例中入射光源发射激光光束的方式为：第一光源301以中心落在第一方向延长线上的环形光束出射至准直透镜系统302，第三光源316以中心落在第一方向延长线上的圆形光束出射至准直透镜系统302，第二光源308以中心落在第二方向的延长线上的环形或圆形光束出射至准直透镜系统302。

[0065] 本实施例中，准直透镜系统302包括至少一个准直透镜，均位于第一光源301和第三光源316的射出侧，对接收到的第一光源301和第三光源316的光束进行准直处理，得到平行光束，并沿与第一方向平行或一致的方向出射。

[0066] 菲涅尔透镜317通常情况下都具有较大的直径，因此可以接收到准直透镜系统出射的全部光束。菲涅尔透镜317在面向准直透镜系统302的一侧表面上包含有齿纹，在背向准直透镜系统302的表面上包含光面，从而能够对第一光源301和第三光源316进行会聚，转换为直径有所缩小的会聚光束并沿第一方向出射。

[0067] 本实施例中的菲涅尔透镜例如可以是正菲涅尔透镜。此外，可以根据第一光源301和第三光源316出射的光束的分布和数量而在该菲涅尔透镜上设置N个环形镜片，N为大于或者等于1的自然数。本发明中，N＝1时菲涅尔透镜为凸透镜。其中，第一个环形镜片为中心镜片，第2个环形镜片最接近中心镜片，第N个环形镜片距离中心镜片最远，并且第n个环形镜片的焦距为fn，n＝1，2，3，...，N。

[0068] 由于中心镜片以及每个环形镜片都具有不同的焦距，它们对光束的折射角也不同，这样就可以使得第一光源301和第三光源316在负焦距透镜318处合为一束光束。

[0069] 负焦距透镜318例如是凹透镜，该透镜对以会聚光束形式传输的第一光源301和第三光源316进行诸如发散的整形处理，最后得到光束的直径小于或者等于光接收部件对于入射光束直径的接收阈值，以便能够将从负焦距透镜318出射的各个光源的光束，全部入射至第一聚光透镜312和光棒313。

[0070] 在本实施例中，第一光源301经过准直透镜系统302后，首先到达菲涅尔透镜317，被会聚后再射向负焦距透镜318。然后，经过负焦距透镜318的发散处理后，形成直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，沿第一方向向第一聚光透镜312出射。第三光源316经过准直镜系统302后，被菲涅尔透镜317透射并会聚，而后在负焦距透镜318处被发散处理，得到直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，沿第一方向出射。

[0071] 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与第二方向的交点处、且位于负焦距透镜318与光接收部件之间，该第一二向色片323，用于对负焦距透镜318出射的第一光源301和第三光源316反射，使得这两个光源的光轴旋转至第二方向，再向光接收部件传输，并且允许第二光源308透射，沿第二方向向光接收部件传输。

[0072] 本实施例还包括第二聚光透镜306，用于对沿第二方向传输的第二光源308进行会聚处理，形成传播直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，并沿第二方向向第一二向色片323出射。

[0073] 在本实施例中，每个光源的传输光路为：

[0074] 第一光源301经过准直透镜系统302的准直处理后变换成平行光束，并向菲涅尔透镜317传输；菲涅尔透镜317通过面向准直透镜系统302的表面上的齿纹，将第一光源301的光束会聚投射至负焦距透镜318；经过负焦距透镜318的发散处理后，形成直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束；第一二向色片323对负焦距透镜318出射的第一光源
301进行反射，将该第一光源301的光轴旋转90度，即与第二方向一致，再传输至第一聚光透镜312和光棒313中。

[0075] 第二光源308沿第二方向出射，经过第二聚光透镜306的会聚处理后，形成传播直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，并沿第二方向继续传输；第一二向色片323将第二聚光透镜306出射的第二光源308透射，沿第二方向传输至第一聚光透镜312和光棒313中。

[0076] 第三光源316经过准直透镜系统302的处理后变换成平行光束，并入射至菲涅尔透镜317；菲涅尔透镜317通过面向准直透镜系统302的表面上的齿纹，将第三光源316的光束会聚投射至负焦距透镜318；负焦距透镜318对接收到的第三光源316的光束进行发散处理后，形成直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束；第一二向色片323对负焦距透镜318出射的第三光源316进行反射，将该第三光源316的光轴旋转90度，即与第二方向一致，再传输至第一聚光透镜312和光棒313中。

[0077] 由前可知，本实施例中，具有不同波长的第一光源、第二光源和第三光源分离出射，只要按照实际需求调整各个光源的出射时间，即可实现在不同时间显示不同的色彩，以满足激光投影的要求。

[0078] 在各个光源的传输过程中，本实施例中菲涅尔透镜317的N个环形镜片和负焦距透镜318形成N套缩放系统，将不同波长的光源引导成不同的光路，但最终所有的光源都以相近直径进入到光接收部件中。

[0079] 本实施例中由菲涅尔透镜317的中心镜片和负焦距透镜318形成第一缩放系统，该缩放系统对第三光源进行处理；由菲涅尔透镜317的第二至第N个环形镜片和负焦距透镜318形成第第二至第N缩放系统，对第一光源进行处理。换言之，本发明中，第n环形镜片和负焦距透镜318形成第n缩放系统，n＝1，2，3，4，...，N。

[0080] 因第一光源在第三光源的外圈，故第一缩放系统的倍率小于第2至第N缩放系统的倍率，并且第n缩放系统的倍率随n的增大而增大。

[0081] 在本实施例中，沿第一方向出射的第一光源301和第三光源316可以互换位置。

[0082] 本实施例中第二光源和光接收部件的光轴与第一光源和第三光源的初始传输方向垂直。在这种情况下，光源装置仅通过准直透镜系统、菲涅尔透镜、负焦距透镜和第一二向色片即可完成对各个光源的引导。本实施例的部件数量与现有技术的方案相比有明显的减少，结构较为简单，光路也有很大程度地缩短，因此能够有效地提高能量利用率。

[0083] 并且，本实施例中的会聚部件和光束整形部件例如可以包括环形透镜和负焦距透镜，均属于光学原理简单、价格较低的光学部件，这就使得在本发明中的光源装置与现有光源相比，具有非常明显的成本优势。

[0084] 第二实施例

[0085] 图4是根据本发明的第二实施例的光源装置的结构示意图。

[0086] 参见图4，本实施例在第一实施例的基础上中引入了荧光轮422，以便由第一光源401作为激发光，照射在荧光轮涂敷有荧光粉的区域时，产生第二光源(未示出)。该荧光轮
422在驱动马达411的驱动下旋转，以便在荧光粉区域或透过区域交替接收第一光源401。

[0087] 为了使光接收部件得到第一光源401所对应主波长的光束，除了中心在第一方向上出射的、作为第二光源的激发光的第一光源401之外，本实施例中还增加沿第二方向出射的第一光源425，该第一光源425具有与作为激发光的第一光源401相近的主波长，但发光方式可以与第一光源401相同或不同。例如，作为激发光的第一光源401可以是半导体激光器(LD)光源，沿第二方向出射的第一光源425可以是LD光源或者是发光二极管(LED)光源。

[0088] 此外，本实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点处、并位于负焦距透镜418和光接收部件之间的X镜。该X镜用于将来自负焦距透镜418的第一光源401引导至沿第一方向向荧光轮422传输，将沿第二方向出射的第一光源401引导至沿第二方向向光接收部件传输，将来自荧光轮422的第二光源引导至沿第二方向向光接收部件传输，并且将来自负焦距透镜418的第三光源416引导至沿第二方向向光接收部件传输。

[0089] 该X镜包括第二二向色片405、第三二向色片420和第四二向色片421。

[0090] 第二二向色片405与位于同一平面内的第三二向色片420和第四二向色片421均垂直。第二二向色片405对来自负焦距透镜418的第一光源401和沿第二方向出射的第一光源425进行透射处理，对第二光源进行反射处理，使得该第二光源的光轴旋转90度，并且对所述第三光源进行透射处理。

[0091] 第三二向色片420垂直于第二二向色片405，对来自负焦距透镜418的第一光源401和沿第二方向出射的第一光源425进行透射处理，并对第三光源416进行反射处理，将其光轴进行90度的旋转。

[0092] 第四二向色片421垂直于第二二向色片405并与第三二向色片420位于同一平面，用于对来自负焦距透镜418的第一光源401和沿第二方向出射的第一光源425进行透射处理，对第二光源进行透射处理，并且对第三光源418进行反射处理，使得第三光源的光轴旋转90度。

[0093] 本实施例在X镜与荧光轮422之间还增加了一组光轴在第一方向上的第四聚光透镜406，对荧光轮422出射的第二光源进行会聚，得到直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，并沿第一方向向X镜传输。

[0094] 此外，本实施例在X镜与沿第二方向出射的第一光源425的出射点之间增加了一组光轴在第二方向上的第三聚光透镜426，对第一光源425进行会聚处理，得到直径缩小至小于或者等于接收阈值的光束，再沿第二方向向X镜传输。

[0095] 本实施例中每个光源的传输光路为：

[0096] 第一光源401经过准直透镜系统402的准直处理后变换成平行光束，并入射至菲涅尔透镜417；菲涅尔透镜417通过面向准直透镜系统402的表面上的齿纹，将第一光源401的光束会聚投射至负焦距透镜418；经过负焦距透镜418的发散处理后，形成直径缩小至小于或等于接收阈值的光束；第二二向色片405、第三二向色片420和第四二向色片421均对负焦距透镜418出射的第一光源401进行透射，将该第一光源401沿第一方向传输至第四聚光透镜406，经过会聚处理后，照射在荧光轮422上。

[0097] 当第一光源401照射在荧光轮422的荧光粉区域时，激发出方向与第一光源在荧光轮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传输至第四聚光透镜406，经过会聚处理后向第二二向色片405和第四二向色片421传输；第二光源经过第四二向色片421的透射处理和第二二向色片405的反射处理，第二光源的光轴被旋转90度，再沿第二方向传输至第一聚光透镜412和光棒413中。

[0098] 第三光源416经过准直透镜系统402的处理后变换成平行光束，并入射至菲涅尔透镜417；菲涅尔透镜417通过面向准直透镜系统402的表面上的齿纹，将第三光源416的光束会聚投射至负焦距透镜418；负焦距透镜418对接收到的第三光源416的光束进行发散处理后，形成传播直径缩小至小于或等于接收阈值的光束；经过第二二向色片405的透射处理以及第三二向色片420和第四二向色片421的反射处理后，将该第三光源416的光轴旋转90度，即与第二方向一致，再传输至第一聚光透镜412和光棒413中。

[0099] 第一光源425沿第二方向出射，经过第三聚光透镜426的会聚处理后，得到传播直径缩小至小于或等于接收阈值的光束；该平行光束经过第二二向色片405的透射处理以及第三二向色片420和第四二向色片421的透射处理后，光轴与第二方向一致，再传输至第一聚光透镜412和光棒413中。

[0100] 本实施例中在光源系统内通过以第一光源照射荧光轮上的荧光粉来激发出第二光源，并且为了能够在光棒413中得到与以第一方向为中心轴出射的第一光源相同主波长的光束，还引入了沿第二方向传输的第一光源。在这种情况下，本实施例仅在第一实施例的基础上增加了X镜、第四聚光透镜406、第三聚光透镜426和荧光轮422等部件，光学部件的数量依然较少、光路依然较短，因此能量利用率较现有技术而言能够得到有效的提高。

[0101] 在本实施例中，沿第一方向出射的第一光源401和第三光源416可以互换位置。

[0102] 此外，本实施例中引入了X镜，能够直接对各个光源进行反射或透射处理，使得光源系统的结构更为紧凑，尺寸更小，为光源装置和投影机的小型化提供了有力的技术保障。

[0103] 第三实施例

[0104] 图5是根据本发明的第三实施例的光源装置的结构示意图。

[0105] 参见图5，本实施例中的光源类型及各个光源的光路与第二实施例完全相同，只是这里的光接收装置为复眼透镜524，以便将本实施例的光源装置用于复眼投影机中。

[0106] 本实施例中的光源为用于激发第二光源的第一光源501、第三光源516和与第一光源具有相同主波长并沿第二方向出射的第一光源525。光源装置包括：准直透镜系统502、菲涅尔透镜517、负焦距透镜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镜、荧光轮522、驱动马达511、第四聚光透镜506、第三聚光透镜526和复眼透镜524。

[0107] 由于本实施例中各个光源的传输过程与第二实施例相同，这里将不再赘述。

[0108] 同样，与在第二实施例中一样，沿第一方向出射的第一光源501和第三光源516的位置可以互换。

[0109] 此外，前述第一实施例和第二实施例的光源装置中的第一聚光透镜和光棒所组成的光接收部件也可以被替换为复眼透镜，用于接收并收集待进入光接收部件的光源。

[0110] 图6是根据本发明实施例的激光投影机的原理图。参见图6，激光投影机包括：如前所述的光源装置600、光机模块601、电源驱动模块602和控制模块603。其中，光机模块601由匀光照明部件、显示芯片和投影镜头组成。光源装置600为激光投影机提供可用的光源。光机模块601用于接收所述光源装置提供的光源，其中的匀光照明部件对光源进一步匀光，显示芯片在控制模块603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602为光源装置和显示芯片提供驱动电能。

[0111] 通过本发明提供的各实施例，将不同主波长的各个光源传输至光接收部件的过程中，仅使用了光学原理较为简单的会聚部件和光束整形部件，并且这些部件的数量较少，有效简化了光源装置的结构、缩短了光路，从而提高了能量利用率，进而提高了激光投影机的画面质量。

[0112] 本发明实施例中的会聚部件和光束整形部件例如可以采用环形透镜和负焦距透镜，均属于光学原理简单、价格较低的光学部件，这就使得在本发明中的光源装置与现有光源相比，具有非常明显的成本优势。

[0113] 本发明在第二和第三实施例中使用了X镜，将多次透射和反射功能集于一身，从另一角度减少了光学部件的数量，并在进一步提供能量利用率的同时，为光源装置小型化提供了有力的技术保障。

[0114] 此外，本发明各个实施例中通过较为简单的结构即可满足光路改变的多样性要求，设计巧妙，但安装、调制及维修难度均较低。

[0115] 本发明各个实施例中的光源装置既可适用于普遍使用的激光投影机，还可以适用于复眼激光投影机，具有较高的通用性。

[0116] 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。