CN112394606B - 一种光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源装置，包括激发光源、缩束组件、散射片、二向色元件、透镜组和波长转换装置，激发光源采用光源阵列，缩束组件包括凸透镜和凹透镜，凸透镜由至少一个子凸透镜组成，凹透镜由至少一个子凹透镜组成，子凸透镜和子凹透镜的总数为至少三个，使激发光源的激发光经缩束组件整形后，形成至少两种不同角度的光束射出，各组光束依次经散射片、二向色元件和透镜组后，在波长转换装置上形成对应的激发光斑，各激发光斑呈直线排列。本发明还公布了一种投影系统。本发明的光源装置形成的激发光斑与光导管的矩形孔相适应，当激发光的功率增加时，能够在降低功率密度的同时不影响受激发光的收集效率，有效提高系统效率。

Description

一种光源装置及投影系统

技术领域

本发明属于激光投影技术领域，具体涉及一种光源装置及投影系统。

背景技术

如图1和图2所示，现有的激光投影系统通常包括激发光源1、缩束组件、散射片2、二向色元件3、透镜组4、波长转换装置5、会聚透镜组6和光导管12组成，激发光源1产生的激发光依次经缩束组件整形、散射片2散射、二向色元件3反射和透镜组4准直后，在波长转换装置5上形成激发光斑9，激发光斑9激发波长转换装置5上的波长转换材料，产生受激发光，受激发光再依次经透镜组4会聚、二向色元件3透射和会聚透镜组6会聚后，入射到光导管12内。缩束组件通常由一个凸透镜7和一个凹透镜8组成，激发光斑9呈圆形的弥散斑分布，光导管12上开设有矩形孔12a，矩形孔12a的长宽比为16:9，受激发光源的利用率由矩形孔12a的短边所决定，图2中矩形框为矩形孔12a在波长转换装置5上的像，根据成像原理，要使得受激发光能进入光机系统，那么激发光斑9就应该在该矩形框之内，但是当激发光功率增加时，由于激发光斑9的大小不变，就会造成激发光斑9的单位面积功率提高，受激发光的产生效率降低，所以为了降低激发光斑9的单位面积功率，提升激发效率，使最终进入光导管12内的有效受激发光增加，就不得不增大激发光斑9的尺寸，但现有的激发光斑9只能是圆形，激发光斑9尺寸增大后，部分激发光位于矩形框之外，导致其激发的受激发光无法进入光导管12，系统效率就会降低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种激光光斑的形状与矩形孔的形状相适宜，从而提高系统效率的光源装置以及投影系统。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种光源装置，包括激发光源、缩束组件、散射片、二向色元件、透镜组和波长转换装置，所述激发光源采用光源阵列，所述缩束组件包括凸透镜和凹透镜，所述凸透镜由至少一个子凸透镜组成，所述凹透镜由至少一个子凹透镜组成，所述子凸透镜和子凹透镜的总数为至少三个，使所述激发光源的激发光经缩束组件整形后，形成至少两种不同角度的光束射出，各组所述光束依次经散射片、二向色元件和透镜组后，在波长转换装置上形成对应的激发光斑，各所述激发光斑呈直线排列。

作为优选，各所述子凸透镜均能够通过凸透镜调整装置调整各自位置。采用以上结构，通过凸透镜调整装置调整各子凸透镜的位置，能够调整激发光源经缩束组件整形后的出射光角度，从而调整各激发光斑的位置，改变整体椭圆光斑的大小和位置，以适应不同孔径大小的光导管，使激发光源的适用范围更广，降低成本。

作为优选，各所述子凹透镜均能通过凹透镜调整装置调整各自位置。采用以上结构，通过凹透镜调整装置调整各子凹透镜的位置，能够调整激发光源经缩束组件整形后的出射光角度，从而调整各激发光斑的位置，改变整体椭圆光斑的大小和位置，以适应不同孔径大小的光导管，使激发光源的适用范围更广，降低成本。

作为优选，所述激发光源包括至少两个光源阵列。采用以上结构，便于提高激发光源的功率。

作为优选，各所述子凸透镜和各所述子凹透镜的排列方向均与激发光源的光源阵列的排列方向一致。采用以上结构，各子凸透镜、各子凹透镜与激光光源的光源阵列的排列方向相对应，提高激发光源的光源利用率。

作为优选，各所述子凸透镜、各所述子凹透镜和各所述激发光源均以光轴呈中心对称分布。采用以上结构，使光束对称，分布均匀。

作为优选，各所述子凸透镜分别对激发光源的一组光源阵列进行整形，各所述子凹透镜分别对激发光源的一组光源阵列进行整形。采用以上结构，各子凸透镜和各子凹透镜分别与各组光源阵列相对应，便于调整光束的角度。

作为优选，所述激发光源的发散角最大的方向与其光源阵列的排列方向一致。采用以上结构，进一步提高激发光源的光源效率。

作为优选，各所述子凸透镜一体成型或分体设置并粘合在一起，各所述子凹透镜一体成型或分体设置并粘合在一起。采用以上结构，各子凸透镜和各子凹透镜结构稳定可靠，便于整体调整位置。

一种投影系统，包括会聚透镜组和光导管，所述光导管上开设有矩形孔，还包括上述的光源装置，各所述激发光斑的排列方向与矩形孔长边的延伸方向相同。

本发明的有益效果是：1、本光源装置形成的激发光斑组成类似椭圆的形状，与光导管的矩形孔相适应，当激发光的功率增加时，能够在降低单位面积的同时不影响受激发光的收集效率，有效提高系统效率；2、与现有的凸透镜和凹透镜相比，本光源装置的子凸透镜和子凹透镜加工与生产更为容易，成本更低，且便于调整，使用灵活。

附图说明

图1为现有的投影系统的结构示意图；

图2为矩形孔在波长转换装置上的像与激发光斑的结构示意图；

图3为现有缩束组件的工作原理示意图；

图4为本发明实施例一中缩束组件的原理示意图；

图5为本发明实施例一中矩形孔在波长转换装置上的像与激发光斑的结构示意图；

图6为本发明实施例二中缩束组件的原理示意图；

图7为本发明实施例二中矩形孔在波长转换装置上的像与激发光斑的结构示意图；

图8为本发明投影系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

实施例一

如图4、图5和图8所示，一种光源装置，主要由激发光源1、缩束组件、散射片2、二向色元件3、透镜组4、波长转换装置5、凸透镜7和凹透镜8组成。

如图4、图5和图8所示，激发光源1发出激发光，通常为蓝色激光，激发光源1采用光源阵列，由于一个光源阵列通常功率较小，因此，激发光源1包括至少两个光源阵列，优选地，激发光源1沿光源阵列的排列方向具有最大发散角，提高光源利用率。缩束组件包括凸透镜7和凹透镜8，对激发光源1发出的激发光整形，凸透镜7由至少一个子凸透镜7a组成，各子凸透镜7a可以为一个整体，也可以各自独立，当各子凸透镜7a为一个整体时，各子凸透镜7a通过模具一体成型或胶粘在一起形成整体，这种方式下，可以改变凸透镜7整体的位置，当各子凸透镜7a各自独立时，各子凸透镜7a均能够通过凸透镜调整装置图中未示出调整各自位置，凸透镜调整装置可以为任意一种能够实现凸透镜7位置调节的多维调节平台。凹透镜8由至少一个子凹透镜8a组成，各子凹透镜8a可以为一个整体，也可以各自独立，当各子凹透镜8a为一个整体时，各子凹透镜8a通过模具一体成型或胶粘在一起形成整体，这种方式下，可以改变凹透镜8整体的位置，当各子凹透镜8a各自独立时，各子凹透镜8a均能通过凹透镜调整装置图中未示出调整各自位置，凹透镜调整装置可以为任意一种能够实现凹透镜8位置调节的多维调节平台。

进一步地，各子凸透镜7a和各子凹透镜8a的排列方向均与激发光源1的光源阵列的排列方向一致，有效提高光源利用率。优选地，各子凸透镜7a、各子凹透镜8a和各激发光源1均各自以光轴呈中心对称分布，使激发光斑9对称且均匀。各子凸透镜7a分别对激发光源1的一组光源阵列进行整形，各子凹透镜8a分别对激发光源1的一组光源阵列进行整形，一组光源阵列可以为一个或多个，一个子凸透镜7a对应一组光源阵列，一个子凹透镜8a对应一组光源阵列，便于对各组光束的角度分别进行调整。

进一步地，子凸透镜7a和子凹透镜8a的总数为至少三个，当激发光源1发出的激发光经缩束组件整形后，形成至少两组不同角度的光束射出，各组光束之间具有一定的夹角。参见图4，本实施例中，凸透镜7由一个子凸透镜7a组成，凹透镜8由两个子凹透镜8a组成，两个子凹透镜8a的排列方向与激发光源1的光源阵列的方向一致，其中一个子凹透镜8a处理激发光源1发出的激发光的一部分，另一个子凹透镜8a处理激发光源1发出的激发光的另一部分，激发光源1发出的激发光经子凸透镜7a后，一部分激发光射入其中一个子凹透镜8a，然后形成一组光束射出，另一部分激发光射入另一个子凹透镜8a，形成另一组光束射出，两组光束之间具有夹角，因此，两组光束依次经散射片2散射、二向色元件3反射和透镜组4会聚后，在波长转换装置5上形成对应的激发光斑9，且两个激发光斑9呈直线排列。参见图5，两个激发光斑9以近似椭圆的形状分布，正好与光导管12的矩形孔12a的形状相适应，通过凹透镜调整装置能够调整两个子凹透镜8a的位置，可以调整两个激发光斑9的位置，从而调整椭圆光斑的大小及位置，调整的原理是将两个子凹透镜8a的位置调整为轻微偏心，从而对光束的出射角度进行微调，以实现调整椭圆光斑的大小及位置的目的，椭圆光斑的大小及位置可调，就能够适应不同的光导管12，有效提高受激发光的收集效率，扩大光源装置的适用范围，节约成本。

实施例二

如图6至图8所示，一种光源装置，本实施例中，除了凹透镜8由三个子凹透镜8a组成，其余结构均与实施例一相同，三个子凹透镜8a的排列方向与激发光源1的光源阵列的方向一致，激发光源1发出的激发光经三个子凹透镜8a后形成三组光束射出，并在波长转换装置5上形成三个激发光斑9，参见图7，三个激发光斑9以近似椭圆的形状分布，与光导管12的矩形孔12a的形状相适应，通过凹透镜调整装置能够调整三个子凹透镜8a各自的位置，从而调整三个激发光斑9的位置，从而实现调整椭圆光斑的大小及位置。

如图8所示，一种投影系统，由会聚透镜组6、光导管12和上述的光源装置组成，光导管12上开设有矩形孔12a，各激发光斑9的排列方向与矩形孔12a长边的延伸方向相同，当激发光的功率增大时，有效提高受激发光的收集效率。

本发明仅列举了凹透镜8由两个子凹透镜8a和三个子凹透镜8a组成的情况，在实际应用中可以有多种组合形式，例如凸透镜7也可以由两个子凸透镜7a或三个子凸透镜7a组成，亦或是凸透镜7由两个子凸透镜7a组成，同时凹透镜8由两个子凹透镜8a组成。各子凸透镜7a的曲率可以根据要求设置为相同或不同的曲率，同时，各子凸透镜7a的面型也可以为球面、非球面或是自由曲面等多种面型，同理，各子凹透镜8a的曲率和面型也可以根据要求设置。本发明光源装置的激发光斑9以近似椭圆的形状分布，与光导管12的矩形孔12a的形状相适应，在降低激发光斑9单位面积功率的同时不影响受激发光的收集效率，同时，椭圆光斑的大小和位置可调，使同一个光源装置能够适用于不同口径的光机系统，有效降低成本，凸透镜7由多个子凸透镜7a组成，凹透镜8由多个子凹透镜8a组成，与现有的凸透镜7和凹透镜8相比，成本更低，更利于加工和生产。

Claims (7)

1.一种光源装置，包括激发光源（1）、缩束组件、散射片（2）、二向色元件（3）、透镜组（4）和波长转换装置（5），所述激发光源（1）采用光源阵列，所述缩束组件包括凸透镜（7）和凹透镜（8），其特征在于：所述凸透镜（7）由至少一个子凸透镜（7a）组成，所述凹透镜（8）由至少一个子凹透镜（8a）组成，所述子凸透镜（7a）和子凹透镜（8a）的总数为至少三个，使所述激发光源（1）的激发光经缩束组件整形后，形成至少两组不同角度的光束射出，各组所述光束依次经散射片（2）、二向色元件（3）和透镜组（4）后，在波长转换装置（5）上形成对应的激发光斑（9），各所述激发光斑（9）呈直线排列；

各所述子凸透镜（7a）均能够通过凸透镜调整装置调整各自位置，各所述子凹透镜（8a）均能通过凹透镜调整装置调整各自位置；

各所述子凸透镜（7a）一体成型或分体设置并粘合在一起，各所述子凹透镜（8a）一体成型或分体设置并粘合在一起。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于：所述激发光源（1）包括至少两个光源阵列。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于：各所述子凸透镜（7a）和各所述子凹透镜（8a）的排列方向均与激发光源（1）的光源阵列的排列方向一致。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于：各所述子凸透镜（7a）、各所述子凹透镜（8a）和各所述激发光源（1）均以光轴呈中心对称分布。

5.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于：各所述子凸透镜（7a）分别对激发光源（1）的一组光源阵列进行整形，各所述子凹透镜（8a）分别对激发光源（1）的一组光源阵列进行整形。

6.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于：所述激发光源（1）沿光源阵列的排列方向具有最大发散角。

7.一种投影系统，包括会聚透镜组（6）和光导管（12），所述光导管（12）上开设有矩形孔（12a），其特征在于：还包括上述权利要求1-6任一项所述的光源装置，各所述激发光斑（9）的排列方向与矩形孔（12a）长边的延伸方向相同。

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