CN111381379A - 光束整形装置和投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及投影设备的技术领域，提供了一种光束整形装置和投影设备，包括多个出光组件；各出光组件分别包括发光件、光传输通道，以及准直单元；发光件、光传输通道，以及准直单元一一对应；光传输通道具有入射面和出射面，发光件发出出射光束，出射光束通过入射面进入光传输通道内并从出射面朝预定方向出射；准直单元位于出射面的出光方向上，且准直单元能够将从出射面出射的出射光束进行准直以形成准直光束。不同的出光组件中的出射光束经过准直单元准直后形成的准直光束也相互平行，避免了不同发光件产生的光之间存在着不同的发散角，提升了成像质量。

Description

光束整形装置和投影设备

技术领域

本发明属于投影设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种光束整形装置和投影设备。

背景技术

在现代投影设备中，发光组件发出光线经过透镜组调节(调节：比如扩束/聚焦)并准直,准直后的光束通过匀化处理，以及空间光阀调制器调制后，最终通过投影镜头投影到外部空间形成影像，通常发光组件由多个光源组成，多个光源相对透镜组的光轴来说距离通常不同，距离光轴不同距离的光源经过透镜组之后会朝不同的方向发散开来，导致发光组件经过透镜组的光束具有较大的发散角。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光束整形装置，以解决现有技术中存在的发光组件中多个光源经过透镜组调节并准直之后很容易发散的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光束整形装置包括多个出光组件；各所述出光组件分别包括发光件、光传输通道，以及准直单元；所述发光件、所述光传输通道，以及所述准直单元一一对应；所述光传输通道具有入射面和出射面，所述发光件发出出射光束，所述出射光束通过所述入射面进入所述光传输通道内并从所述出射面朝预定方向出射；所述准直单元位于所述出射面的出光方向上，且所述准直单元用于将从所述出射面出射的所述出射光束进行准直以形成准直光束。

进一步地，所述光传输通道的入射面与所述发光件之间设置有光耦合器，所述发光件发出的所述出射光束通过所述光耦合器耦合进所述入射面。

进一步地，在各所述出光组件中，所述光传输通道为光波导，所述入射面和所述出射面分别为所述光波导的两个端面。

进一步地，在各所述出光组件中，所述光波导为光纤；各所述出光组件的所述光纤的出射面相互平行。

进一步地，各所述出光组件的所述光纤的出射面位于同一平面内。

进一步地，在各所述出光组件中，所述准直单元为透镜，所述透镜的焦点位于所述出射面上。

进一步地，各所述出光组件的所述透镜相互连接并形成透镜阵列。

进一步地，还包括定位座，所述定位座内具有与各所述出光组件的所述光纤一一对应的多个安装孔，所述光纤具有入射端和出射端，所述入射面设置在所述入射端上，所述出射面设置在所述出射端上，所述光纤的所述出射端分别安装于所述安装孔内，各所述安装孔分别沿所述预定方向延伸。

进一步地，在与所述预定方向垂直的方向上，多个所述安装孔呈矩阵均匀排列或蜂窝网状均匀排列。

本发明还提供了一种投影设备，包括光学积分器、空间光调制器、投影镜头，以及所述光束整形装置，各所述光束整形装置的所述准直光束依次通过所述光学积分器和所述空间光调制器并从所述投影镜头投射到外部空间。

本发明提供的光束整形装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的光束整形装置，对于每一个出光组件来说，发光件发出的出射光束通过入射面进入到光传输通道内，在光传输通道内传播的出射光束从出射面出射，出射光束从出射面出射后到达准直单元，准直单元对该出射光束进行准直并能够在光输出面上成像；不同的出光组件中的发光件发出的出射光束经过对应的光传输通道后都朝相同的预定方向出射，不同的出光组件中的出射光束经过准直单元准直后形成的准直光束也相互平行，避免了不同发光件产生的光之间存在着不同的发散角，提升了成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面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，下面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来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光束整形装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的出光组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的准直单元的主视安装示意图；

图4为本发明实施例提供的光传输通道的右视排布示意图一；

图5为本发明实施例提供的光传输通道的右视排布示意图二；

图6为本发明实施例提供的投影设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的发光件的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100-光束整形装置；1-出光组件；11-发光件；12-光传输通道；121-入射面；122-出射面；13-准直单元；14-光耦合器；2-定位座；21-安装孔；3-光输出面；400-合光元件；401-缩束耦合系统；402-光学积分器；403-匀光轮；404-中继系统；405-第一棱镜；406-第二棱镜；407-空间光调制器；408-投影镜头；409-投影屏幕；D-预定方向；501-第一激光芯片；5011-第一激光单管；5012-第一热沉；502-第二激光芯片；5021-第二激光单管；5022-第二热沉；503-第三激光芯片；5031-第三激光单管；5032-第三热沉；S1-第一发光点；S2-第二发光点；S3-第三发光点。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的光束整形装置100进行说明。所述光束整形装置100包括多个出光组件1；各出光组件1分别包括发光件11、光传输通道12，以及准直单元13；发光件11、光传输通道12，以及准直单元13一一对应；光传输通道12具有入射面121和出射面122，发光件11发出出射光束，出射光束通过入射面121进入光传输通道12内并从出射面122朝预定方向D出射；准直单元13位于出射面122的出光方向上，且准直单元13用于将从出射面122出射的出射光束进行准直以形成准直光束。

如此，对于每一个出光组件1来说，发光件11发出的出射光束通过入射面121进入到光传输通道12内，在光传输通道12内传播的出射光束从出射面122出射，出射光束从出射面122出射后到达准直单元13，准直单元13对该出射光束进行准直并能够在光输出面3上成像；不同的出光组件1中的发光件11发出的出射光束经过对应的光传输通道12后都朝相同的预定方向D出射，不同的出光组件1中的出射光束经过准直单元13准直后形成的准直光束也相互平行，避免了不同发光件11产生的光之间存在着不同的发散角，提升了成像质量。

可选地，在一个实施例中，发光件11为激光光源。具体地，在一个实施例中，该激光光源为LD激光单元。

可选地，在一个实施例中，出射光束的颜色为红、蓝以及绿中的任意一种颜色。

可选地，请参阅图7，在一个实施例中，发光件11为多发光点半导体激光器，发光件11包括壳体、窗口片以及半导体激光器芯片。对于单发光点半导体激光器芯片，第一激光芯片501包括第一激光单管5011和第一热沉5012，第一激光单管5011包含一个激光谐振腔，具有单一发光点S1，工作时通常以发光点为原点o，光束传播方向即光轴为z轴；对于二发光点半导体激光器芯片，第二激光芯片502包括第二激光单管5021和第二热沉5022，第二激光单管5021包含两个激光谐振腔具有两个发光点S2，工作时通常以两发光点连线的中点为原点o，以连线为x轴，以z轴作为光轴，因此，两个发光点相对与光轴z在x方向具有离轴对称分布的特性；对于三发光点半导体激光器芯片，第三激光芯片503包括第三激光单管5031和第三热沉5032，第三激光单管5031包含三个激光谐振腔具有三个发光点S3，工作时通常以中间的原点o，三个发光点的连线为x轴，以z轴作为光轴，因此，任意两个发光点S3相对于光轴z在x方向具有离轴对称分布的特性。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，在各出光组件1中，光传输通道12的入射面121与发光件11之间设置有光耦合器14，发光件11发出的出射光束通过光耦合器14耦合进入射面121。如此，发光件11发出的出射光束通过光耦合器14能够更加容易从入射面121进入到光传输通道12内；且光耦合器14能够将更多的出射光束耦合进入射面121内，充分利用了发光件11发出的光线。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，在各出光组件1中，光传输通道12为光波导，入射面121和出射面122分别为光波导的两个端面。如此，光波导能够非常方便地供光线传播。在另一个实施例中，光传输通道12还可以为预定空间，或者光传输通道12还可以为其他形式，只要该光传输通道12能够供光线传输即可，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，在各出光组件1中，光波导为光纤；各出光组件1的光纤的出射面122相互平行。如此，光波导采用光纤，光纤能够弯曲以改变光束的传输方向，使得发光件11所处的位置能够根据实际情况做调整，发光件11的位置调整后，只需要弯曲光纤即可，大大提升了发光件11自身位置的可调节性。

可选地，在一个实施例中，光纤具有芯层和包层，芯层直径优选105微米到900微米之间，包层直径优选125微米到1毫米之间。

可选地，在一个实施例中，光纤的出射面122被抛光，使得光线从出射面122出射时能够避免出现漫反射。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，各出光组件1的光纤的出射面122位于同一平面内。如此，各光线中出射的光线能够保持方向的一致性。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，在各出光组件1中，准直单元13为透镜，透镜的焦点位于出射面122上。如此，由于透镜的焦点位于出射面122上，出射光束从出射面122出射之后通过透镜能够形成平行光。

可选地，在一个实施例中，各透镜的有效焦距优选3毫米到15毫米之间。具体地，在一个实施例中，各透镜的焦点位于同一焦平面上。

进一步地，请参阅图4和图5，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，各出光组件1的透镜相互连接并形成透镜阵列。如此，透镜阵列在安装的时候非常方便。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，还包括定位座2，定位座2内具有与各出光组件1的光纤一一对应的多个安装孔21，光纤具有入射端(未示出)和出射端(未示出)，入射面121设置在入射端上，出射面122设置在出射端上，光纤的出射端分别安装于安装孔21内，各安装孔21分别沿上述预定方向D延伸。如此，只需要将各光纤的出射端插设于对应的安装孔21内即可使各光纤的出射端保持平行，各出射端中的光线出射的光束之间也能够保持平行。

可选地，光纤的直径与安装孔21的直径相同。具体地，光纤的外周通过胶水粘接于安装孔21内，使得光纤与定位座2之间非常牢固。

进一步地，请参阅图4至图5，作为本发明提供的光束整形装置100的一种具体实施方式，在与预定方向D垂直的方向上，多个安装孔21呈矩阵均匀排列或蜂窝网状均匀排列。如此，从各出射端出射的光束在与光束垂直的平面上能够分布更加均匀，同时，从各出射端出射的光束经过准直单元13准直后，光能分布也更加均匀。

请参阅图1至图6，本发明还提供了一种投影设备，包括光学积分器402、空间光调制器407、投影镜头408，以及光束整形装置100，各光束整形装置100的准直光束依次通过光学积分器402和空间光调制器407并从投影镜头408投射到外部空间。如此，准直光束通过光学积分器402使得准直光束更加均匀，经过光学积分器402的光束在经过空间光调制器407后通过投影镜头408能够呈现出所需的图像。

具体地，在一个实施例中，投影设备还包括合光元件400，光束整形装置100的数量为多个，合光元件400用于将多个出光组件1(多个出光组件1可以为红色激光光源模组、绿色激光模组、蓝色激光模组)各自输出的准直光束合为一束，然后将合为一束的光再进入到缩束耦合系统401。

缩束耦合系统401为将合束后的红绿蓝三基色激光束进行压缩然后导向匀光轮403进而耦合进入光学积分器402(也可以称为积分通道)，光学积分器402出来的依次经过中继透镜组404、第一棱镜405、第二棱镜406、空间光调制器407，以及投影镜头408。

光学积分器402是用于将通过缩束耦合系统401的聚焦光斑转化为后续成像系统中的空间光调制器407所需的矩形光斑，利用光线在光学积分器402内的多次反射起到匀化光斑的作用。光学积分器402为空心方形棒状结构，截面长宽比与空间光调制器长宽比相同。

匀光轮403为一圆盘状扩散片，起到进一步匀光的效果；中继透镜组404是将光学积分器402整形匀化后的光束再次整形为适用于对空间光调制器407进行照明的光束。

第一棱镜405和第二棱镜406共同构成内部全反射棱镜(TIR棱镜)，使经过中继透镜组404整形过后的光束以既定的角度入射到空间光调制器407上，经过空间光调制器407调制后的反射，再次经由TIR棱镜进入投影镜头408，最终投影到投影屏幕710上形成图像。

空间光调制器407是反射式空间光调制器件，优选为具有二维微反射镜阵列的DMD芯片。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.光束整形装置，包括多个出光组件，其特征在于：各所述出光组件分别包括发光件、光传输通道，以及准直单元；所述发光件、所述光传输通道，以及所述准直单元一一对应；所述光传输通道具有入射面和出射面，所述发光件发出出射光束，所述出射光束通过所述入射面进入所述光传输通道内并从所述出射面朝预定方向出射；所述准直单元位于所述出射面的出光方向上，且所述准直单元用于将从所述出射面出射的所述出射光束进行准直以形成准直光束。

2.如权利要求1所述的光束整形装置，其特征在于：在各所述出光组件中，所述光传输通道的入射面与所述发光件之间设置有光耦合器，所述发光件发出的所述出射光束通过所述光耦合器耦合进所述入射面。

3.如权利要求1所述的光束整形装置，其特征在于：在各所述出光组件中，所述光传输通道为光波导，所述入射面和所述出射面分别为所述光波导的两个端面。

4.如权利要求3所述的光束整形装置，其特征在于：在各所述出光组件中，所述光波导为光纤；各所述出光组件的所述光纤的出射面相互平行。

5.如权利要求4所述的光束整形装置，其特征在于：各所述出光组件的所述光纤的出射面位于同一平面内。

6.如权利要求4所述的光束整形装置，其特征在于：在各所述出光组件中，所述准直单元为透镜，所述透镜的焦点位于所述出射面上。

7.如权利要求6所述的光束整形装置，其特征在于：各所述出光组件的所述透镜相互连接并形成透镜阵列。

8.如权利要求4所述的光束整形装置，其特征在于：还包括定位座，所述定位座内具有与各所述出光组件的所述光纤一一对应的多个安装孔，所述光纤具有入射端和出射端，所述入射面设置在所述入射端上，所述出射面设置在所述出射端上，所述光纤的所述出射端分别安装于所述安装孔内，各所述安装孔分别沿所述预定方向延伸。

9.如权利要求7所述的光束整形装置，其特征在于：在与所述预定方向垂直的方向上，多个所述安装孔呈矩阵均匀排列或蜂窝网状均匀排列。

10.投影设备，包括光学积分器、空间光调制器，以及投影镜头，其特征在于：还包括如权利要求1至9任一项所述的光束整形装置，各所述光束整形装置的所述准直光束依次通过所述光学积分器和所述空间光调制器并从所述投影镜头投射到外部空间。

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