CN110873298A - 用于单色激光束的光投射装置、照射装置、和光源设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于单色激光束的光投射装置、照射装置和光源设备。所述光投射装置包括：分色镜，在其第一侧处接收和反射单色激光束且透射其他光束；色轮，在所述分色镜下游且包括反射区和透光区，反射区包括与单色激光束不同色的至少三个颜色区段，所述至少三个颜色区段中每个受所述单色激光束激发产生对应颜色激光束且朝向所述第一侧反射，每种对应颜色激光束不同于单色激光束，且透光区透射所述单色激光束；和至少一个反射镜，在所述色轮下游，且将经过所述透光区的所述单色激光束朝向所述分色镜的与第一侧相反的第二侧反射，且分色镜还在所述第二侧处对单色激光束再次反射以与从第一侧透射的所述对应颜色激光束混合生成所需颜色的合成色光。

Description

用于单色激光束的光投射装置、照射装置、和光源设备

技术领域

本发明涉及激光束投影领域，尤其涉及一种用于单色激光束的光投射装置、一种照射装置和一种光源设备。

背景技术

在激光束投影领域，通常需要产生白光的矩阵光束。目前，常见的用于产生白光的矩阵光束例如利用大功率白光LED光源通过分束和控制各个分光束的光路的导通和断开来实现，或利用白光LED阵列通过控制阵列中每个LED器件的点亮或熄灭来实现，或利用分立的RGB激光器件构成的白色激光器件的阵列来实现。由此，这些相关技术的实施方案往往存在要么单个大功率器件的供电要求较高的问题，或者所需分立光源器件的数量和类型繁多且对单个器件的点亮或熄灭的控制繁琐的问题。

为此，现有技术中亟需一种能够以低功耗的单一类型分立光源器件以简单结构而实现某种色彩的矩阵光束的方案，例如用于单色激光束以产生所需颜色混合色光的光投射装置、包括所述光投射装置的照射装置、以及包括所述照射装置的光源设备。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明的目的在于提供一种用于单色激光束的光投射装置、一种照射装置、和一种光源设备。

为了实现上述目的，本发明的技术方案通过以下方式来实现：

根据本发明的一方面，提供一种一种用于单色激光束的光投射装置，包括：分色镜，配置成在其第一侧处接收和反射单色激光束且透射其他光束；色轮，位于所述分色镜下游且包括反射区和透光区，所述反射区包括与单色激光束不同颜色的至少三个颜色区段，所述至少三个颜色区段中每个配置成受所述单色激光束激发产生对应颜色激光束且朝向所述第一侧反射，每种对应颜色激光束不同于所述单色激光束，且所述透光区配置成透射所述单色激光束；和至少一个反射镜，位于所述色轮下游，且配置成将经过所述透光区的所述单色激光束朝向所述分色镜的与第一侧相反的第二侧反射，且其中，所述分色镜还配置成在所述第二侧处对由所述至少一个反射镜反射的所述单色激光束再次反射，以与从所述第一侧透射的所述对应颜色激光束混合来生成所需颜色的合成色光。

通过这种设置，尤其基于分色镜和色轮的组合，仅需单色激光束就能够实现分色和混色效果，光路结构简单且所需光源器件较少。

优选地，所述色轮的至少三个颜色区段各自的面积与所述透光区的面积之间的比例被设置成是所述至少三个颜色区段分别对应的颜色与所述单色激光束的颜色彼此混合以形成所需颜色的颜色配比。更优选地，所需颜色是白色，且所述合成色光是白光。

通过这种简单设置，能够确保产生所需颜色的合成色光例如白光，原理和具体方案均相对于前述相关技术方案得以简化。

在根据本发明的实施例中，所述光投射装置还包括：至少一个第一聚焦透镜，布置于所述分色镜与所述色轮之间，且配置成将由所述分色镜的第一侧朝所述色轮反射的所述单色激光束聚焦至所述色轮上、以及对由所述单色激光束投射到所述色轮的所述至少三个颜色区段上而激发的所述对应颜色激光束朝向所述分色镜进行准直；和/或至少一个第二聚焦透镜，布置于所述色轮与所述至少一个反射镜之间，且配置成对投射穿过所述色轮的所述透光区的所述单色激光束进行准直。

通过这种设置，能够确保对于由所述分色镜第一侧朝向色轮反射的所述单色激光束进行聚焦以准确投射至色轮上的所需颜色区段上以通过例如激发荧光材料而产生对应颜色的激光束，并且将其反射和进一步准直成朝向所述分色镜的第一侧行进的平行的对应颜色激光束，从而利于后续充分的与所述单色激光束混合；和/或能够确保对于透射经过所述分色镜的所述单色激光束进行聚焦以准确投射至色轮上的所需透光区上以穿过该处，并且将该单色激光束进一步准直成朝向下游的至少一个反射镜行进的平行的经准直的单色激光束，从而利于后续在所述第二侧处充分地与透射经过所述分色镜的所述平行的经准直的对应颜色激光束混合。

在根据本发明的实施例中，所述色轮的光轴布置成使得经由所述分色镜朝向色轮传播的单色激光束被投射到色轮上，且以偏离所述色轮的光轴的方式落入所述色轮的部分扇区中，从而使得由于色轮的旋转，能够使得入射到所述色轮上的单色激光束能够循序扫描所述多个颜色区段和所述透光区中的单一区，从而循序地在每周期中生成按照色轮上的各个区排列顺序(或相反顺序)出射的对应颜色激光束和所述单色激光束，而不会由于单色激光束同一时刻入射到多个区而产生同时出射的不同色的单色激光束造成过早混光和由此引发的难以控制的混光效果。

在根据本发明的实施例中，所述色轮的反射区包括：基底(例如金属基底，诸如铝基底或钢板基底)；和位于所述基底上的、且配置成由受单色激光束激发产生所述对应颜色激光的激发层。优选地，所述激发层是涂覆于所述基底上的(例如，彩色的)荧光材料层，所述荧光材料层包括与所述至少三个颜色区段对应的至少三个不同颜色的区域，每个所述区域在所述单色激光束的照射下生成与各自相同颜色的所述对应颜色激光束。同时，所述色轮的透光区是镂空的，或由透明材质形成的能由所述单色激光束透射的区。

实质上，通过这种设置，使得所述单色激光束能够在色轮的反射区的激发层上激励荧光材料层生成对应颜色色光，并且经由所述基底往回朝向分色镜反射；以及使得所述单色激光束能够在色轮的透光区中直接透射穿过。从而以简单结构实现分光具体方案。

在根据本发明的实施例中，所述至少一个反射镜包括：在所述色轮下游顺序地布置的第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三平面反射镜，它们布置成相互倾斜地朝向彼此，且各自的光轴彼此正交。优选地，所述第一平面反射镜平行于所述分色镜布置，且所述第一平面反射镜的光轴相对于所述分色镜的中心与所述至少一个第一聚焦透镜的光心或所述至少一个第二聚焦透镜的光心的连线成45°倾斜角。优选地，所述第三平面反射镜平行于所述分色镜布置。通过以上设置，基于多个平面反射镜实现了将透射经过色轮透光区的单色激光束反射回到所述分色镜，特别是反射到分色镜的与第一侧相反的第二侧，以待与所述对应颜色的激光束混合。

在根据本发明的替代实施例中，所述至少一个反射镜包括多个曲面反射镜。优选地，所述多个曲面反射镜为三个曲面反射镜，所述三个曲面反射镜与所述分色镜呈对角布置且彼此光轴正交。更优选地，在此情况下，所述的光投射装置还包括：位于所述多个曲面反射镜中最下游的曲面反射镜与所述分色镜的第二侧之间的至少一个准直透镜。由此，基于多个曲面反射镜(和视情况可选的准直透镜)来等效地实现了将透射经过色轮透光区的单色激光束反射回到所述分色镜，特别是反射到分色镜的与第一侧相反的第二侧，以待与所述对应颜色的激光束混合。

根据本发明的另一方面，提供一种照射装置，包括：根据前述的光投射装置；和单色激光源，位于所述光投射装置上游且配置用于产生所述单色激光束。

优选地，所述单色激光源是呈阵列布置的多个单色激光器。

更优选地，所述多个单色激光器中的每个是蓝色激光器二极管。相应地，所述分色镜配置成反射蓝色激光束；并且所述色轮的所述反射区中的所述至少三个颜色区段包括：红色区段、绿色区段、黄色区段。

通过这种设置，能够以简单的方案实现以单一类型的低功耗分离单色激光器(例如蓝色激光器二极管)通过分色和混色实现所需颜色的合成色光，例如白光。

根据本发明的实施例，所述的照射装置还包括：第三聚焦透镜，位于所述多个单色激光器与所述分色镜的第一侧之间，且配置成对来自所述多个单色激光器的单色激光束进行会聚以减少光斑大小。并且，进一步地，所述第三聚焦透镜是伽利略望远透镜。并且，更进一步地，所述的照射装置还包括：介于所述第三聚焦透镜与所述分色镜的第一侧之间的反射件，所述反射件配置成将经过所述第三聚焦透镜会聚的所述单色激光束朝向所述第一侧反射。

通过这种设置，能够在单色激光束入射到所述光投射装置之前进行尺度调节以使得入射到光投射装置的光束光斑尺寸适于充分投射到分光镜的第一侧表面范围内，并且能够经过反射件调节入射光路，使得整个照射装置的结构紧凑。

所述照射装置由于包括前述光投射装置，从而也具备光投射装置的前述技术特征和优点，在此不再赘述。

根据本发明的又一方面，还提供一种用于产生矩阵光束的光源设备，包括：根据前述的照射装置；用于合成色光的聚焦透镜，位于所述照射装置下游且配置成对于所述合成色光进行聚焦；以及旋转反射镜，位于所述用于合成色光的聚焦透镜下游，且配置成高速旋转以对投射到其上的经聚焦的所述合成色光进行反射来扫描生成所述矩阵光束。在进一步实施例中，所述的光源设备还包括：用于合成色光的出射透镜，位于所述旋转反射镜下游，且配置成接收从所述旋转反射镜反射而生成矩阵光束，包括经准直而平行出射的若干子光束。

通过这种设置，由此通过一个单一的旋转反射镜在其旋转过程中对投射到其上的混合色光进行朝向不同目标方向的高速扫描，实现了所需的矩阵光束。

所述光源设备由于包括前述照射装置，也具备所述照射装置的前述技术特征和优点，在此不再赘述。

本发明提供的技术方案具备以下优点：本发明的能够通过包括如上设置的一种用于单色激光束的光投射装置、一种照射装置、和一种光源设备，来基于从同样类型的多个分立的单色激光器发射的单色激光束，经由分色镜和色轮的协同工作，实现结构简单紧凑的分光和混光方案以产生所需的合成色光例如白光，并且进而通过控制高速旋转反射镜的扫描，来实现所需方向上的白光光束的导通和关断，从而实现所需的均匀的矩阵光束，并且减少了光路中的不必要的光损失，从而最小化功耗和最大化了光利用率。

附图说明

图1(a)示出根据本发明的一种实施例的用于单色激光束的光投射装置的示意性布置；

图1(b)示出如图1(a)所示的光投射装置的示意性光路图；

图1(c)示出根据本发明的另一实施例的用于单色激光束的光投射装置的示意性布置；

图1(d)示出如图1(c)所示的光投射装置的示意性光路图；

图2示出根据本发明实施例的色轮的示意性正视图；

图3(a)示出根据本发明的又一种实施例的用于单色激光束的光投射装置的示意性布置；

图3(b)示出如图3(a)所示的光投射装置中的关于由单色激光束入射到色轮的反射区的不同颜色区段上激励的对应颜色激光束的示意性光路图；

图3(c)示出如图3(a)所示的光投射装置中的所述单色激光束的局部示意性光路图，特别是所述单色激光束经分色镜反射和透射穿过色轮的透光区直至达到所述至少一个反射镜的部分光路；

图3(d)示出如图3(a)所示的光投射装置中的示意性总体光路图；

图4(a)示出根据本发明实施例的照射装置的示意布置图；

图4(b)示出如图4(a)所示的照射装置的示意性光路图；

图5示出图4(a)所示的照射装置中的用于产生所述单色激光束的单色激光源的示意正视图；

图6示出图4(a)所示的照射装置中的充当聚焦透镜的伽利略望远透镜组件的示意性结构和光路图；

图7(a)示出根据本发明实施例的用于产生矩阵光束的光源设备的示意性立体透视图；

图7(b)示出如图7(a)所示的光源设备的示意性的立体透视光路图；

图7(c)示出如图7(a)所示的光源设备的示意性布置图；

图7(d)示出如图7(b)所示的光源设备的示意性光路图；

图8(a)示出图4(a)所示的光源设备中的用于基于合成的白光光束而产生矩阵光束的器件的示意图；

图8(b)示出如图8(a)所示的光源设备中的用于产生矩阵光束的器件的示意光路图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同的附图标号表示功能相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

图1(a)示出根据本发明的一种实施例的用于单色激光束的光投射装置10的示意性布置；图1(b)示出如图1(a)所示的光投射装置的示意性光路图。图2示出根据本发明实施例的色轮的示意性正视图。在图1(b)中所示的光路中，黑色实心箭头表示单色激光束，例如B(蓝色)激光束，空心箭头表示经由所述单色激光束激励所述色轮的荧光材料颜色区而生成的对应颜色的激光束，例如R(红色)、G(绿色)、Y(黄色)激光束，阴影线箭头表示所述单色激光束与所述对应颜色的激光束二者在分色镜100第二侧102处混合而得到的合成色光，例如W(白色)激光束。

根据本发明的实施例的总体技术构思，提出一种用于单色激光束的光投射装置。具体地如图1(a)、图1(b)和图2所示，所述光投射装置，包括：分色镜100，配置成在其第一侧101处接收和反射单色激光束(本实施例中例如为蓝色激光束，即B激光束；当然，也可替代地选择为其他单色激光束，例如R(红色)激光束、或G(绿色)激光束，等等)且透射其他光束；色轮200，位于所述分色镜100下游且包括反射区和透光区T(如图2所示)，所述反射区包括与单色激光束不同颜色的至少三个颜色区段，本实施例中例如图示的R、G、Y区段，(也替代地例如为M、C、Y(即品红、青、黄)区段，在此不作限定)，所述至少三个颜色区段R、G、Y中每个配置成受所述单色激光束例如B激光束激发产生对应颜色激光束即R激光束、G激光束、和Y激光束，且朝向所述第一侧101反射，每种对应颜色激光束不同于所述单色激光束，且所述透光区T配置成透射所述单色激光束；和至少一个反射镜300，位于所述色轮200下游，且配置成将经过所述透光区的所述单色激光束朝向所述分色镜100的与第一侧101相反的第二侧102反射。分色镜100还配置成在所述第二侧102处对由所述至少一个反射镜300反射的所述单色激光束(B激光束)再次反射以与从所述第一侧101透射的所述对应颜色激光束(R激光束、G激光束、Y激光束)混合来生成所需颜色的合成色光，例如白光激光束(W激光束)。

具体地，如图1(a)和图1(b)所示，例如，由于色轮的R区段被B激光束激发产生R激光束并且将R激光束往回反射，色轮的G区段被B激光束激发产生G激光束并且将G激光束往回反射，色轮的Y区段被B激光束激发产生Y激光束并且将Y激光束往回反射，即色轮的反射区中的三个区段R、G、Y分别将激励的R、G、Y激光束朝分色镜100的第一侧101反射，且色轮的透光区被B激光束直接透射穿过，且该透射穿过的G激光束经由所述至少一个反射镜300反射至分色镜另外侧102。

由此，R、G、Y激光束在从所述分色镜100的第一侧101透射至第二侧102的情况下，在第二侧处与所述B激光束进行混合。由此，通过对于所述单色激光束起反射作用而对其他光束起透射作用的分色镜、与所述色轮协同工作，能够容易地实现基于单色激光束生成多种其他颜色激光束，并且所述单色激光束的至少一部分保持不变以用于后续被反射回所述分色镜并且与从色轮反射到所述分色镜的所述其他颜色激光束混合，其光路所需光学元器件数量少且结构简单。

在根据本发明的具体实施例中，所述色轮的反射区中的每个区段例如均包括：基底，例如铝基板或钢板基板；和位于所述基底上的、且配置成由受单色激光束例如B激光束激励产生所述对应颜色激光的激发层。优选地，所述激发层是涂覆于所述基底上的荧光材料层，所述荧光材料层包括与所述至少三个颜色区段对应的至少三个不同区域，每个所述区域在所述单色激光束例如B激光束的照射下生成对应颜色激光束，例如R激光束、G激光束和Y激光束。所示荧光材料层例如由荧光粉涂覆到铝或钢板基底上制成，所示荧光粉例如包括但不限于磷荧光粉。所述色轮的透光区例如是镂空的，或由透明材质(诸如但不限于透明或半透明的玻璃、树脂、塑料等)形成的能由所述单色激光束例如B激光束透射的区。通过在色轮上设置除了利用荧光材料涂覆而成的区段，还额外设置了透光区；借助于所述透光区，能够至少部分地保留充当单色激光束的所述B激光束，以便利于后续作为补偿光束来校正所生成的各种颜色激光束混色时的偏离所需颜色的偏色现象以实现所需颜色的合成色光。

在具体的实施例中，为了实现通过混合来生成所需颜色的合成色光，必需将各种待混合激光束按照与合成色光的所需颜色对应的混色比例进行混合。例如，通过将所述色轮的所述至少三个颜色区段各自的面积与所述透光区的面积之间的比例设置成是所述至少三个颜色区段分别对应的颜色与所述单色激光束的颜色彼此混合以形成所需颜色的颜色配比，从而能够实现所需的混色比例。

例如，在等量混合的情况下，例如R:G＝1:1的情况下生成强度值为二者强度叠加值的Y。由此，例如在需要生成白色合成色光的情况下，例如，需要将各种待混合激光束的比例R:G:Y:B设为1：1：2：2。换言之，这等效于将色轮的所述至少三个颜色区段即R区段、G区段、B区段各自的面积与所述透光区的面积之间的比例A_R:A_G:A_Y:A_T设置为1：1：2：2。通过这种设置，在各种待混合激光束在所述分色镜100的第二侧102处混合之后，能够实现白光。本实施例提及的各色激光束混色比例、以及相对应的色轮的所述至少三个颜色区段(例如图2的R区段、G区段、B区段)各自的面积与所述透光区的面积之间的比例(例如A_R:A_G:A_Y:A_T)仅是为了示例目的而非限制，其他任何能够实现白色的合成色光的比例均是适用的。当然，需要指出的是，并非色轮上的所有颜色区段都必需被所述单色激光束入射和激发，例如能够通过选择改变色轮的速度来以足够高的瞬时转速、或改变切换光路的导通/关断状态，来跳过不必需的颜色区段，以利于后续根据所需达到的合成色光的期望颜色来仅利用部分激光束进行混合。并且例如，由于本文所述的色轮实质上为四段式色轮，则所述色轮需要设置成以200Hz的频率运转(本领域中以60Hz为一倍转速，则实质上此处设置为超过三倍转速以克服人眼对于色轮上不同颜色区域的颜色的区分辨识)以避免造成观察者眼镜所能检测到的彩色闪烁(color flicker)现象，即避免色轮式投影领域中的“彩虹效应”。

在本发明的实施例中，如图1(a)和图1(b)所示，所示至少一个反射镜300例如是单一的曲面反射镜，且设置成使得其曲面反射面能够将透射经过所示色轮的透光区T的单色激光束例如B激光束反射至所述分色镜100的与所述第一侧101相反的第二侧102，以便进行与所产生的其他各色激光束的混光。

作为替代的实施例，例如，所述至少一个反射镜300包括多个曲面反射镜。更具体地，例如，所述多个曲面反射镜300为三个曲面反射镜，所述三个曲面反射镜与所述分色镜呈对角布置且彼此光轴正交。由于曲面反射镜通常在对于光线起到反射作用的同时会伴随地对光束起到会聚作用，因此，在所示光透射装置10中例如还额外的设置位于所述多个曲面反射镜300中最下游的曲面反射镜与所述分色镜100的第二侧102之间的至少一个准直透镜，从而使得被反射至所述第二侧102的所述单色激光束例如B激光束被准直为平行光从而利于与所生成的其他各色激光束混合。

图1(c)示出根据本发明的另一实施例的用于单色激光束的光投射装置的示意性布置；图1(d)示出如图1(c)所示的光投射装置的示意性光路图。且在图1(d)中所示的光路中，黑色实心箭头表示单色激光束，例如B激光束，空心箭头表示经由所述单色激光束激励所述色轮的荧光材料颜色区而生成的对应颜色的激光束，例如R、G、Y激光束，阴影线箭头表示所述单色激光束与所述对应颜色的激光束二者在分色镜100第二侧102处混合而得到的合成色光，例如W激光束。

除以上实施例中的至少一个反射镜300的方案之外，作为优选的实施例，例如，如图1(c)和图1(d)所示，所述至少一个反射镜300包括：在所述色轮下游顺序地布置的第一平面反射镜310，第二平面反射镜320和第三平面反射镜330，它们布置成相互倾斜地朝向彼此，且各自的光轴彼此正交。从而使得经所述第一平面反射镜310，第二平面反射镜320和第三平面反射镜330朝向所述分色镜反射的单色B激光束经多次后几乎全部被反射到所述分色镜100的第二侧102，而基本上不会有从所述光投射装置10的光路中由于反射而偏移出去的B激光束部分，从而提高B激光束利用率。

图3(a)示出根据本发明的又一种实施例的用于单色激光束的光投射装置的示意性布置；图3(b)示出如图3(a)所示的光投射装置中的关于由单色激光束入射到色轮的反射区的不同颜色区段上激励的对应颜色激光束的示意性光路图；图3(c)示出如图3(a)所示的光投射装置中的所述单色激光束的局部示意性光路图，特别是所述单色激光束经分色镜反射和透射穿过色轮的透光区直至达到所述至少一个反射镜的部分光路；图3(d)示出如图3(a)所示的光投射装置中的示意性总体光路图。且在图3(b)、图3(c)和图3(d)中所示的光路中，黑色实心箭头表示单色激光束，例如B激光束，空心箭头表示经由所述单色激光束激励所述色轮的荧光材料颜色区而生成的对应颜色的激光束，例如R、G、Y激光束，阴影线箭头表示所述单色激光束与所述对应颜色的激光束二者在分色镜100第二侧102处混合而得到的合成色光，例如W激光束。

在根据本发明的实施例中，例如，光投射装置10还包括：

至少一个第一聚焦透镜400，例如包括顺序布置的第一透镜410和第二透镜420，它们如图3(a)所示布置于所述分色镜100与所述色轮200之间，且配置成将由所述分色镜100的第一侧101朝所述色轮200反射的所述单色B激光束聚焦至所述色轮200上、以及对由所述单色B激光束投射到所述色轮200的所述三个颜色区段R区段、G区段和Y区段上而激发的所述对应颜色激光束，即R激光束、G激光束和Y激光束，朝向所述分色镜100进行准直；和

至少一个第二聚焦透镜500，例如包括顺序布置的第三透镜510和第四透镜520，它们如图3(a)所示布置于所述色轮200与所述至少一个反射镜300之间，例如图示为布置于色轮200与所述第一平面反射镜310之间，且配置成对于投射穿过所述色轮200的所述透光区T的所述单色B激光束进行准直。

由此，借助于色轮，由所述反射区受单色B激光激励而产生的各种对应颜色的激光束以及透射穿过透光区而保留的所述单色B激光束分别被对应的第一聚焦透镜400、第二聚焦透镜500准直成平行光束，从而便利于后续在所述分色镜100的第二侧处进行激光束的充分混合。

在优选实施例中，例如，如图3(a)所示，所述色轮200的光轴布置成使得经由所述分色镜100朝向色轮传播的单色激光束被投射到色轮200上，且以偏离所述色轮光轴的方式落入所述色轮的部分扇区中(图示为所述色轮200的光轴上方的至少部分扇区)中，从而使得单色B激光束入射到色轮200的反射区中的各个颜色区段上而激励产生的各种对应颜色激光束以人眼察觉不到的时间差被依序朝向分色镜反射，而不会由于单色B激光束同时入射到多个不同颜色区段上而同时激励出不同颜色激光束进而造成过早混光和由此引发的难以控制的混光效果。

进一步地，例如，所述第一平面反射镜平行于所述分色镜布置，且所述第一平面反射镜的光轴相对于所述分色镜的中心与所述至少一个第一聚焦透镜的光心或所述至少一个第二聚焦透镜的光心的连线成45°倾斜角，例如如图所示所述第一平面反射镜的光轴例如相对于水平方向成45°倾斜角；更进一步地，例如，所述第三平面反射镜平行于所述分色镜布置。由此，透射穿过色轮的透光区T而被保留的单色B激光束的部分经过所述第一、第二、和第三平面反射镜以及继而经分色镜的第二侧反射后，仅与从所述色轮透光区T出射时反向，但没有因为偏离到所述光透射装置以外而造成的光损失，从而最大化了所述单色B激光束利用率。

图4(a)示出根据本发明实施例的照射装置的示意布置图；且图4(b)示出如图4(a)所示的照射装置的示意性光路图。

在本发明的另一方面的实施例中，如图4(a)和图4(b)所示，还披露了一种照射装置20，例如包括：根据前述的光投射装置10；和单色激光源A，位于所述光投射装置10上游且配置用于产生所述单色激光束例如B激光束。

图5示出图4(a)所示的照射装置中的用于产生所述单色激光束的单色激光源的示意正视图。

在根据本公开的实施例中，所述单色激光源A例如是呈阵列布置的多个单色激光器，诸如单色蓝色激光器。如图5所示，所述单色激光源A例如包括呈M×N阵列布置的多个分立的单色激光器,例如命名为A₁₁,…,A_ij,…,A_mn(i，j分别为所在行、列序号)。则相应地，所述分色镜配置成反射所述单色B激光束且透射其他颜色的激光束。所述阵列布置的分立的单色激光器

由此，利用前述的光投射装置，能够利用多个作为分立器件的仅单色激光器，例如布置成呈阵列的形式，来产生不同颜色激光束和彼此混合以生成所需颜色的合成色光，而无需大功率的单色激光器或任何形式的白色激光器，结构简单；且每个分立的单个激光器功耗相对较低，适于长时间工作。

图6示出图4(a)所示的照射装置中的充当聚焦透镜的伽利略望远透镜组件的示意性结构和光路图。

优选地，如图4(a)和图4(b)、图6所示，所述的照射装置例如还包括第三聚焦透镜600，例如如图6所示的伽利略望远镜透镜组，包括图示的凸透镜601和凹透镜602，位于所述多个单色激光器与所述分色镜100的第一侧101之间，且配置成对来自所述多个单色激光器的单色B激光束进行会聚以调节单色B激光束的光斑大小以适于充分投射到所述光投射装置10的分色镜100第一侧101上。

更进一步地，如图4(a)和图4(b)所示，所述的照射装置20例如还包括介于所述第三聚焦透镜600与所述分色镜100的第一侧101之间的反射件700，所述反射件700配置成将经过所述第三聚焦透镜600会聚的所述单色B激光束朝向所述第一侧101反射。

照射装置具有与其包括的所述光导装置类似的技术效果，在此不再赘述。

图7(a)示出根据本发明实施例的用于产生矩阵光束的光源设备的示意性立体透视图；图7(b)示出如图7(a)所示的光源设备的示意性的立体透视光路图；图7(c)示出如图7(a)所示的光源设备的示意性布置图；和图7(d)示出如图7(b)所示的光源设备的示意性光路图。

在本发明的另一方面的实施例中，还披露了一种用于产生矩阵光束的光源设备30。如图7(a)至7(d)所示，所述光源设备30例如包括：根据前述的照射装置20；用于合成色光的聚焦透镜800，位于所述照射装置20下游且配置成对于所述合成色光(例如白光)进行聚焦；以及旋转反射镜900，例如作为用于执行高速旋转扫描的MEMS反射镜的光学器件MAR1100，其位于所述用于合成色光的聚焦透镜800下游，且包括高速静电致动器和强力的电磁致动器二者，从而在变动的工况下维持产生峰值运行性能来高速旋转，以对投射到其上的经聚焦的所述合成色光例如白光进行反射来扫描生成矩阵光束。

图8(a)示出图4(a)所示的光源设备中的用于基于合成的白光光束而产生矩阵光束的器件的示意图；且图8(b)示出如图8(a)所示的光源设备中的用于产生矩阵光束的器件的示意光路图。

在进一步实施例中，所述光源设备30例如还包括用于合成色光的出射透镜1000，位于所述旋转反射镜900下游，且配置成接收从所述旋转反射镜900反射而生成的矩阵光束。

作为具体示例，合成色光例如白光的光束被反射镜900反射所指向的方向是由所述反射镜900的驱动器控制反射镜的扫描来实时控制的。例如，若希望目标D上某个区域被光束照射，则控制器例如控制所述旋转反射镜900以一定精度发生旋转而实现的其偏转状态来使得该需照射区域上布满由合成色光的光束经所述反射镜900反射而投影成的光斑。每个光斑例如充当一个矩阵光束光源的一个像素。在需要合成色光的光束不投射至目标D上的某个特定区的情况下，控制器虽然仍控制所述旋转反射镜900的旋转，但同时控制光源的亮度或者切断光源。

在实际应用中，进一步借助于摄像头或雷达或红外传感器，本公开实施例能够控制射线的关断以避免对于驾驶员的眩光，或控制光源变暗淡化以避免当道路潮湿情况下的眩光。由此，借助对于矩阵光束光源的亮度或熄灭控制，利用所述旋转反射镜900的扫描来实现期望的光分布图案。

具体地，在一个实施例中，例如，当另一车辆或行人(例如迎面)接近装备有本公开实施例的光源设备的车辆(下文称为本车辆)时，摄像头或雷达或红外传感器或其他传感器检测到所述接近，并且反馈信息以发送至控制器，控制器对充当旋转反射镜的光学器件MAR1100设置时序，随后控制部分光束的关断或亮度以避免对于接近中的车辆或行人的眩光。

在另一实施例中，例如，在重度降水和路面如镜面湿润的情况下，摄像头或雷达或红外传感器或其他传感器检测到由湿润路面所导致的眩光，并且反馈信息以发送至控制器，控制器对充当旋转反射镜的光学器件MAR1100设置时序，随后控制部分光束的关断或亮度以避免对于车辆驾驶员的眩光。

在再一实施例中，例如，在其他车辆或行人没有接近本车辆且天气和路面状态良好(无反射眩光)的情况下，摄像头或雷达或红外传感器或其他传感器没有检测到异常，则MAR1100控制所有射线开启以向驾驶员提供宽范围的照明。

进而，所述光源设备30具有与其包括的所述照射装置20类似的技术效果，在此不再赘述。

根据本发明的至少具备如下优点：

本发明的实施例的光投射装置10、照射装置20和光源设备30能够通过如上设置，从而实现利用来自包括多个分立的单色激光器的单色激光束，通过分色镜与色轮组合作用而实现分色和混色，从而无需大功率的单一激光源，且结构简单紧凑、节省空间，各种颜色激光的光路在混色之前不会相互干扰，且光路中不会有过多的由于光逸出导致的光损失；并且能够与高速旋转扫描的反射镜组合以实现均匀的矩阵光束。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (24)

1.一种用于单色激光束的光投射装置(10)，包括：

分色镜(100)，配置成在其第一侧处接收和反射单色激光束且透射其他光束；

色轮(200)，位于所述分色镜(100)下游且包括反射区和透光区(T)，所述反射区包括与单色激光束不同颜色的至少三个颜色区段(R，G，Y)，所述至少三个颜色区段(R，G，Y)中每个配置成受所述单色激光束激发产生对应颜色激光束且将所述对应颜色激光束朝向所述第一侧反射，每种对应颜色激光束不同于所述单色激光束，且所述透光区(T)配置成透射所述单色激光束；和

至少一个反射镜(300)，位于所述色轮(200)下游，且配置成将经过所述透光区(T)的所述单色激光束朝向所述分色镜(100)的与第一侧相反的第二侧反射，且

其中，所述分色镜(100)还配置成在所述第二侧处对由所述至少一个反射镜(300)反射的所述单色激光束再次反射，以与从所述第一侧透射的所述对应颜色激光束混合来生成所需颜色的合成色光。

2.根据权利要求1所述的光投射装置，其中，所述色轮(200)的至少三个颜色区段(R，G，Y)各自的面积与所述透光区(T)的面积之间的比例被设置成是所述至少三个颜色区段(R，G，Y)分别对应的颜色与所述单色激光束的颜色彼此混合以形成所需颜色的颜色配比。

3.根据权利要求2所述的光投射装置，其中，所需颜色是白色，且所述合成色光是白光。

4.根据权利要求1至3中任一项的光投射装置，还包括以下至少一种：

至少一个第一聚焦透镜(400)，布置于所述分色镜(100)与所述色轮(200)之间，且配置成将由所述分色镜(100)的第一侧朝所述色轮(200)反射的所述单色激光束聚焦至所述色轮(200)上、以及对由所述单色激光束投射到所述色轮(200)的所述至少三个颜色区段(R，G，Y)上而激发的所述对应颜色激光束朝向所述分色镜(100)进行准直；和

至少一个第二聚焦透镜(500)，布置于所述色轮(200)与所述至少一个反射镜(300)之间，且配置成对投射穿过所述色轮(200)的所述透光区(T)的所述单色激光束进行准直。

5.根据权利要求4所述的光投射装置，其中，所述色轮(200)的光轴布置成使得经由所述分色镜(100)朝向色轮(200)传播的单色激光束被投射到色轮(200)上，且以偏离所述色轮(200)的光轴的方式落入所述色轮的部分扇区中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光投射装置，其中，所述色轮(200)的反射区包括：

基底；和

位于所述基底上的、且配置成由受单色激光束激发产生所述对应颜色激光的激发层。

7.根据权利要求6所述的光投射装置，其中，所述激发层是涂覆于所述基底上的荧光材料层，所述荧光材料层包括与所述至少三个颜色区段(R，G，Y)对应的至少三个不同的区域，每个所述区域在所述单色激光束的照射下生成所述对应颜色激光束。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的光投射装置，其中，所述色轮(200)的透光区(T)是镂空的，或由透明材质形成的能由所述单色激光束透射的区。

9.根据权利要求1所述的光投射装置，其中，所述至少一个反射镜(300)包括：在所述色轮(200)下游顺序地布置的第一平面反射镜(310)、第二平面反射镜(320)和第三平面反射镜(330)。

10.根据权利要求9所述的光投射装置，其中，所述第一平面反射镜(310)平行于所述分色镜(100)布置，且所述第一平面反射镜(310)的光轴相对于所述分色镜(100)的中心与所述至少一个第一聚焦透镜(400)的光心或所述至少一个第二聚焦透镜(500)的光心的连线成45°倾斜角。

11.根据权利要求9或10所述的光投射装置，其中，所述第三平面反射镜(330)平行于所述分色镜(100)布置。

12.根据权利要求1所述的光投射装置，其中，所述至少一个反射镜(300)包括多个曲面反射镜。

13.根据权利要求1所述的光投射装置，其中，所述多个曲面反射镜为三个曲面反射镜，所述三个曲面反射镜与所述分色镜呈对角布置且彼此光轴正交。

14.根据权利要求12或13所述的光投射装置，还包括：位于所述多个曲面反射镜中最下游的曲面反射镜与所述分色镜(100)的第二侧之间的至少一个准直透镜。

15.一种照射装置(20)，包括：

根据权利要求1-14中任一项所述的光投射装置(10)；和

单色激光源(A)，位于所述光投射装置(10)上游且配置用于产生所述单色激光束。

16.根据权利要求15所述的照射装置，其中，

所述单色激光源(A)是呈阵列布置的多个单色激光器(A₁₁,…,A_ij,…,A_mn)。

17.根据权利要求16所述的照射装置，其中，所述多个单色激光器(A₁₁,…,A_ij,…,A_mn)中的每个是蓝色激光器二极管。

18.根据权利要求17所述的照射装置，其中，所述分色镜(100)配置成反射蓝色激光束。

19.根据权利要求17或18所述的照射装置，其中，所述色轮(200)的所述反射区中的所述至少三个颜色区段(R，G，Y)包括：红色区段(R)、绿色区段(G)、黄色区段(Y)。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的照射装置，还包括：

第三聚焦透镜(600)，位于所述多个单色激光器(A₁₁,…,A_ij,…,A_mn-)与所述分色镜(100)的第一侧之间，且配置成对来自所述多个单色激光器的单色激光束进行会聚以减少光斑大小。

21.根据权利要求20所述的照射装置，其中，所述第三聚焦透镜(600)是伽利略望远透镜。

22.根据权利要求20或21所述的照射装置，还包括：

介于所述第三聚焦透镜(600)与所述分色镜(100)的第一侧之间的反射件(700)，所述反射件(700)配置成将经过所述第三聚焦透镜(600)会聚的所述单色激光束朝向所述第一侧反射。

23.一种用于产生矩阵光束的光源设备，包括：

根据权利要求15至或22中任一项所述的照射装置(20)；

用于合成色光的聚焦透镜(800)，位于所述照射装置(20)下游且配置成对于所述合成色光进行聚焦；以及

旋转反射镜(900)，位于所述用于合成色光的聚焦透镜(800)下游，且配置成高速旋转以对投射到其上的经聚焦的所述合成色光进行反射来扫描生成所述矩阵光束。

24.根据权利要求23所述的光源设备，还包括：

用于合成色光的出射透镜(1000)，位于所述旋转反射镜(900)下游，且配置成接收从所述旋转反射镜(900)反射而生成矩阵光束，包括经准直而平行出射的若干子光束。

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