CN112835202B - 一种激光投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光投影设备，涉及投影技术领域，用于解决现有技术中激光电视光通量较少的问题。本发明激光投影设备，包括照明光源和投影镜头，还包括：第一光学模块，所述第一光学模块位于所述照明光源的出光侧，所述第一光学模块用于将所述照明光源发出的照明光束分散为多束；多个光阀，所述多个光阀与所述第一光学模块分散出的多束照明光束一一对应，所述光阀能够将照明光束转化为投影光束。本发明的激光投影设备用于将图像投影显示。

Description

一种激光投影设备
技术领域
本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种激光投影设备。
背景技术
电视是家庭场所中常用的家用电器，随着人们生活水平的提高，对电视显示技术的要求也越来越高。现有激光电视采用DLP(Digital Light Processing，数字光处理)技术进行图像显示，DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜元件)芯片是激光电视的成像核心组件，DMD中排列了数百万个小镜子，每个小镜子以每秒钟几万次的频率向正负方向翻转，光线通过这些小镜子反射在屏幕上直接形成图像，由于人眼的视觉惰性，会将高速轮换照射在同一像素点上的三基色混合叠加，从而显示彩色图像。
现有激光电视中的光学系统包括照明光源、以及设置在照明光源的出光侧的TIR棱镜、DMD芯片及投影镜头，通过TIR棱镜将照明光源发出的照明光束出射至DMD芯片上，DMD芯片根据照明光束输出投影光束，TIR棱镜接收该投影光束，并将该投影光束垂直射入投影镜头内。由于现有DMD芯片的所承受光通量有限，导致现有激光电视的光通量为3000lm(流明)左右，激光电视的光通量较少，亮度较低。
发明内容
本发明提供一种激光投影设备，用于解决现有技术中激光电视光通量较少的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种激光投影设备，包括照明光源和投影镜头，还包括：
第一光学模块，所述第一光学模块位于所述照明光源的出光侧，所述第一光学模块用于将所述照明光源发出的照明光束分散为多束；
多个光阀，所述多个光阀与所述第一光学模块分散出的多束照明光束一一对应，所述光阀能够将照明光束转化为投影光束；
第二光学模块，所述第二光学模块用于改变所述多个光阀发出的所述投影光束的传播方向，以将所述投影光束沿垂直于所述投影镜头的方向射入所述投影镜头。
本发明提供的激光投影设备，由于采用多个光阀、第一光学模块和第二光学模块，当照明光源打开时，照明光源发出照明光束，第一光学模块接收该照明光束，并将该照明光束分散为多束，多束照明光束分别出射至多个光阀，光阀将照射其上的光束转化为投影光束，再通过第二光学模块改变多个光阀发出的投影光束的传播方向，使多个投影光束均沿垂直于投影镜头的方向射入投影镜头。相较于现有技术，本发明实施例的激光投影设备通过第一光学模块将照明光束分散为多束照明光束并照亮多个光阀，使得多个光阀能够发出多束投影光束，并通过第二光学模块出射至投影镜头，多束投影光束的光通量较大，从而提高了激光投影设备的亮度。
附图说明
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，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为激光投影设备的结构示意图；
图2为本发明实施例激光投影设备中投影镜头为两个的截面示意图；
图3为本发明实施例激光投影设备中投影镜头为两个的光路示意图；
图4为本发明实施例激光投影设备中投影镜头为一个的光路示意图；
图5为本发明实施例激光投影设备中第二光学模块包括反射镜和第三棱镜的截面示意图；
图6为本发明实施例激光投影设备中第二光学模块包括反射镜和第三棱镜的光路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
一种激光投影设备，如图1所示，包括依次连接的激光投影光源01、光机02和投影镜头03，激光投影光源01用于发出激光照明光束，光机02用于对激光投影光源01发出的照明光束进行调制，以生成影像光束，并将影像光束投射至投影镜头03，投影镜头03用于对影像光束进行成像。
参照图2、图3和图4，本发明实施例的激光投影设备包括照明光源、投影镜头1、第一光学模块2、多个光阀3及第二光学模块4；其中，第一光学模块2位于照明光源的出光侧，且第一光学模块2用于将照明光源发出的照明光束分散为多束；多个光阀3与第一光学模块2分散出的多束照明光束一一对应，光阀3能够将照明光束转换为投影光束；第二光学模块4用于改变多个光阀3发出的投影光束的传播方向，以将投影光束沿垂直于投影镜头1的方向射入投影镜头1。
本发明提供的激光投影设备，由于采用多个(多个指两个或两个以上)光阀3、第一光学模块2和第二光学模块4，当照明光源打开时，照明光源发出照明光束，第一光学模块2接收该照明光束，并将该照明光束分散为多束，多束照明光束分别出射至多个光阀3，光阀3将照射其上的光束转化为投影光束，再通过第二光学模块4改变多个光阀3发出的投影光束的传播方向，使多个投影光束均沿垂直于投影镜头1的方向射入投影镜头1。相较于现有技术，本发明实施例的激光投影设备通过第一光学模块2将照明光束分散为多束照明光束并照亮多个光阀3，使得多个光阀3能够发出多束投影光束，并通过第二光学模块4出射至投影镜头1，多束投影光束的光通量较大，从而提高了激光投影设备的亮度。
可选地，上述第一光学模块2包括多个棱镜，多个棱镜的组成方式有多种。
例如，上述第一光学模块2包括多个第一棱镜21，即第一光学模块2包括多个形状大小相同的棱镜，多个第一棱镜21在经过照明光源的光轴100的一个或多个平面上相互贴合，图3中示出了两个第一棱镜21沿经过照明光源的光轴100的水平面相互贴合，上层的第一棱镜21的下边沿与下层第一棱镜21的上边沿相贴合。对于上述第一光学模块2的组合方案，多个第一棱镜21接收照明光源的入射光相同，其光学能量更匹配，且照明效率较高。
又如，上述第一光学模块2包括多个形状相同、大小不同的棱镜，多个棱镜相互贴合、且由多个棱镜构成的棱镜组的端面垂直于照明光源的光轴100，棱镜组的中心线与照明光源的光轴100重合。
基于上述的实施例，上述第一棱镜21包括第一平面201、第二平面202和第三平面203，其中，第一平面201朝向照明光源、且与照明光源的光轴100垂直；第二平面202远离照明光源的光轴100、且第二平面202与第一平面201垂直，光阀3与第二平面202相对设置；第三平面203靠近照明光源的光轴100、且第三平面203能够将照明光源发出的照明光束反射至第二平面202上的光阀3。在照明光束通过第一平面201进入第一棱镜21(照明光束的折射角为0°)后，经第三平面203将照明光源发出的照明光束全反射至第二平面202，由于光阀3与第二平面202相对设置，照明光束经第二平面202发生折射进入空气，第二平面202上的光阀3接收该照明光束。因此，第一棱镜21将照明光束经两次折射、一次全反射射入光阀3内，其光路较简单。
为实现上述第一棱镜21的第三平面203的反射功能，可在第三平面203上贴反射膜层，也可根据第一棱镜21的制作材料、照明光束射入第一棱镜21的角度，合理设计第三平面203的斜度，使得进入第一棱镜21的照明光束在第三棱镜43上均发生全反射。
对于后者方案，由于光线折射进入棱镜要发生全发射需满足以下2个条件：1)光线从光密介质射入光疏介质；2)入射角θ大于或等于全反射临界角θB，全反射临界角θB的计算公式为：θB＝arcsin1/n。由于n为光密介质的折射率，本发明实施例中光密介质为第一棱镜21，光疏介质为空气，空气的折射率为1，现有第一棱镜21的折射率一般大于1.51，则全反射临界角θB小于41.5°，即第一棱镜21的入射到第三平面203的入射角大于41.5°。参照图3和图4，由于第一棱镜21的第一平面201与照明光源的光轴100垂直，因此，本发明实施例中第一棱镜21的第一平面201与第三平面203的夹角α大于41.5°、且小于90°。当照明光源发出的照明光束垂直射入第一棱镜21内时，照明光束在第三平面203的主光线入射角等于第一平面201与第三平面203的夹角，即照明光束的入射角大于41.5°(大于全反射临界角)，故照明光束在第三平面203只会发生全反射。基于上述实施例，第一棱镜21的主截面可为直角梯形或直角三角形，棱镜制作较容易。
需要说明的是：上述激光投影设备还包括匀光装置5和放大组件6，匀光装置5安装在照明光源与放大组件6之间，放大组件6位于匀光装置5与第一光学模块2之间，匀光装置5对照明光束进行匀光，放大组件6能够将匀光后的照明光束放大、并垂直射入第一棱镜21内。具体地，上述匀光装置5为光导管，放大组件6包括多个透镜。
同理，上述投影镜头1的中心位于照明光源的光轴100上，第二光学模块4包括多个棱镜，多个棱镜的组成方式有多种。
可选地，上述第二光学模块4包括多个第二棱镜41，即第二光学模块4包括多个形状大小相同的棱镜，多个第二棱镜41在经过照明光源的光轴100的一个或多个平面上相互贴合，多个第二棱镜41分别接收多个光阀3发出的投影光束，再将投影光束分别射入投影镜头1。图4中示出了两个第二棱镜41沿经过照明光源的光轴100的水平面相互贴合，上层的第二棱镜41的下边沿与下层的第二棱镜41的上边沿相贴合。对于上述第一光学模块2的组合方案，多个第二棱镜41接收投影光束的入射光相等，其光学能量更匹配，且照明效率较高。
可选地，第二光学模块4包括多个形状相同、大小不同棱镜，多个棱镜相互贴合、且由多个棱镜构成的棱镜组的端面垂直于照明光源的光轴100，棱镜组的中心线与照明光源的光轴100重合。
进一步地，上述第一棱镜21位于光阀3与第二棱镜41之间，且第一棱镜21的折射率与第二棱镜41的折射率相同，第二棱镜41包括第四平面411、第五平面412及第六平面413，其中，第四平面411与第一棱镜21的第三平面203平行间隔设置，第五平面412与投影镜头1相对且平行设置，第六平面413背离投影镜头1、且第六平面413与第五平面412的夹角β为45°，如图4所示。光阀3发出的投影光束经第一棱镜21的第二平面202进入第一棱镜21内(光阀3发出的投影光束与第一棱镜21的第二平面202垂直)，因投影光束在第三平面203的入射角小于全反射临界角，故投影光束在第三平面203发生折射进入第二棱镜41与第一棱镜21之间的间隙中，之后再从间隙中经第二棱镜41的第四平面411折射进入第二棱镜41中，因第一棱镜21和第二棱镜41的折射率相同，故投影光束经两次折射后的传播方向仍与投影镜头1平行，之后与投影镜头1平行的投影光束出射至第六平面413，因第五平面412与投影镜头1平行、第六平面413与第五平面412的夹角β为45°，即投影光束在第六平面413的入射角为45°，该入射角大于第二棱镜41的全反射临界角，使得投影光束的传播方向旋转90°，即投影光束与投影镜头1垂直，从第二棱镜41内出射至投影镜头1。上述这种方案，不仅方便第二棱镜41与第一棱镜21的定位安装，第一棱镜21的反射面较大，而且第二棱镜41还可起到补充光程差的效果。
若上述第二棱镜41的第四平面411与第一棱镜21的第三平面203之间的间隙d过大，激光投影设备的体积较大；若上述第二棱镜41的第四平面411与第一棱镜21的第三平面203之间的间隙d过小，安装难度较大。因此，本发明实施例中第二棱镜41的第四平面411与第一棱镜21的第三平面203之间的间隙d的取值范围为0.003～0.007mm。
可选地，上述第二光学模块4还可采用另外一种方案。上述该第二光学模块4包括多个反射镜42和多个第三棱镜43，其中，多个反射镜42沿照明光源的光轴100均匀分布、且多个反射镜42的一端在照明光源的光轴100上相交；多个第三棱镜43与多个反射镜42一一对应设置，第三棱镜43位于光阀3与反射棱镜之间，且第三棱镜43的反射面朝向投影镜头1，如图5和图6所示。光阀3发出的投影光束经第三棱镜43转换传播方向后，再将其出射至反射棱镜，经反射镜42将投影光束反射至投影镜头1内。相较于第二光学模块4仅包括第二棱镜41的方案，本方案能够减小镜头的后截距，缩小视场，容易校正像差，从而减小镜头的设计难度。
基于上述实施例，参照图5和图6，第一棱镜21位于光阀3与第三棱镜43之间、且第三棱镜43的折射率与第一棱镜21的折射率相同，第三棱镜43包括第七平面431和第八平面432，其中，第七平面431与第一棱镜21的第三平面203平行间隔设置；第八平面432与反射镜42相对、且与光阀3平行设置；反射镜42与第八平面432的夹角γ为45°。光阀3发出的投影光束在第三平面203发生折射进入第三棱镜43与第一棱镜21之间的间隙中，之后再从间隙中经第三棱镜43的第七平面431折射进入第三棱镜43中，因第一棱镜21和第三棱镜43的折射率相同，故投影光束经两次折射后的传播方向仍与投影镜头1平行，之后经第八平面432出射至反射镜42上，因反射镜42与第八平面432的夹角γ为45°，即投影光束在反射镜42的入射角为45°，使得投影光束的传播方向旋转90°，即投影光束与投影镜头1垂直，投影光束从反射镜42出射至投影镜头1。上述这种方案，不仅方便反射镜42、第三棱镜43及第一棱镜21之间的定位安装，而且反射镜42还可起到补充光程差的效果。
需要注意的是，上述第三棱镜43的第七平面431与第一棱镜21的第三平面203之间的间隙的取值范围与上述第二棱镜41的第四平面411与第一棱镜21的第三平面203之间的间隙的取值范围相同，此处不再详细说明。
进一步地，上述激光投影设备可为双屏拼接的激光投影设备，即上述投影镜头1为两个，两个投影镜头1沿照明光源的光轴100的对称；第二光学模块4能够将多个光阀3的投影光束分别射入两个投影镜头1内。
可选地，上述光阀3为DMD芯片，DMD芯片为激光投影设备中常用的光阀结构，因此，容易实现。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种激光投影设备，包括照明光源和投影镜头，其特征在于，还包括：
第一光学模块，所述第一光学模块位于所述照明光源的出光侧，所述第一光学模块用于将所述照明光源发出的照明光束分散为多束；
多个光阀，所述多个光阀与所述第一光学模块分散出的多束照明光束一一对应，所述光阀能够将照明光束转化为投影光束；
第二光学模块，所述第二光学模块用于改变所述多个光阀发出的所述投影光束的传播方向，以将所述投影光束沿垂直于所述投影镜头的方向射入所述投影镜头；
所述第一光学模块将分散出的多束照明光束反射至所述多个光阀；
所述第一光学模块包括多个第一棱镜，所述多个第一棱镜接收所述照明光源的入射光相同。
2.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，多个所述第一棱镜在经过所述照明光源的光轴的一个或多个平面上相互贴合。
3.根据权利要求2所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一棱镜包括：
第一平面，所述第一平面朝向所述照明光源、且与所述照明光源的光轴垂直；
第二平面，所述第二平面远离所述照明光源的光轴、且与所述第一平面垂直，所述光阀与所述第二平面相对设置；
第三平面，所述第三平面靠近所述照明光源的光轴、且所述第三平面能够将所述照明光源发出的照明光束反射至所述第二平面上的光阀。
4.根据权利要求3所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一平面与所述第三平面的夹角大于41.5°、且小于90°。
5.根据权利要求3所述的激光投影设备，其特征在于，所述投影镜头的中心位于所述照明光源的光轴上，所述第二光学模块包括：
多个第二棱镜，多个所述第二棱镜在经过所述照明光源的光轴的一个或多个平面上相互贴合。
6.根据权利要求5所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一棱镜位于所述光阀与所述第二棱镜之间、且所述第一棱镜的折射率与所述第二棱镜的折射率相同，所述第二棱镜包括：
第四平面，所述第四平面与所述第一棱镜的第三平面平行间隔设置；
第五平面，所述第五平面与所述投影镜头相对、且平行设置；
第六平面，所述第六平面背离所述投影镜头、且所述第六平面与第五平面的夹角为45°。
7.根据权利要求6所述的激光投影设备，其特征在于，所述第二棱镜的第四平面与所述第一棱镜的第三平面之间的间隙的取值范围为0.003～0.007mm。
8.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，所述投影镜头的中心位于所述照明光源的光轴上，所述第二光学模块包括：
多个反射镜，多个所述反射镜沿所述照明光源的光轴均匀分布、且多个所述反射镜的一端在所述照明光源的光轴上相交；
多个第三棱镜，多个所述第三棱镜与多个所述反射镜一一对应设置，所述第三棱镜位于所述光阀与所述反射镜之间、且所述第三棱镜的反射面朝向所述投影镜头。
9.根据权利要求8所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一棱镜位于所述光阀与所述第三棱镜之间、且所述第三棱镜的折射率与所述第一棱镜的折射率相同，所述第三棱镜包括：
第七平面，所述第七平面与所述第一棱镜的第三平面平行间隔设置；
第八平面，所述第八平面与所述反射镜相对、且与所述光阀平行设置；
所述反射镜与所述第八平面的夹角为45°。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的激光投影设备，其特征在于，所述投影镜头为两个，两个所述投影镜头沿所述照明光源的光轴的对称；
所述第二光学模块能够将多个所述光阀的投影光束分别射入两个所述投影镜头内。
11.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，所述光阀为DMD芯片。
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