CN113777862A - 投影系统及制造投影系统的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种投影系统及制造投影系统的方法，该系统包括：光源模块，用于发出光束；以及在光束的横截面内分布的至少两个投影子模块，各个投影子模块包括：图像单元，用于使光束通过，并使得通过的子光束携带图像信息；以及至少一个微透镜，投影子模块中的用于投射携带图像信息的子光束的至少一个微透镜均设置于图像单元的背离光源模块的一侧。该投影系统能投射出清晰度高、均匀度高的图案，且该投影系统的结构设计较为简单、自由，能灵活地适用不同的使用需求。

Description

投影系统及制造投影系统的方法

技术领域

本申请涉及光学设备领域，更具体的，涉及一种投影系统及制造投影系统的方法。

背景技术

越来越多的汽车上配备有迎宾灯。迎宾灯可以在汽车周边相应的地面区域投影出不同的标识。尤其是在晚上或者天气昏暗时，迎宾灯的效果更佳明显。

传统的迎宾灯等设备包括照明元件、图像元件和投影元件。图像元件使照明系统发出的光线中携带图像信息，进而通过投影元件在投影面上形成图案。由于图像元件处的亮度不均匀，例如中心区域的光强而边缘区域的光弱，进而使得投影面上的图案不均匀。投影元件为了与图像元件配合，投影元件中通常使用数量较多的透镜。这些透镜用于投影整个图像，其体积大、光学系统总长较长，使得整个设备的体积大且长，继而难以适配狭小的安装空间，还不利于组装制造该设备。而且现有的迎宾灯配备的投影元件对光线的控制能力弱，使得照明系统发出的光线若不经过较高标准的准直就容易产生杂光，这还使得投影图案的清晰度降低。

发明内容

本申请的实施例提供了一种投影系统，该投影系统包括：光源模块，用于发出光束；以及在光束的横截面内分布的至少两个投影子模块，各个投影子模块包括：图像单元，用于使光束的一部分通过，并使得通过的子光束携带图像信息；以及至少一个微透镜，投影子模块中的用于投射携带图像信息的子光束的至少一个微透镜均设置于图像单元的背离光源模块的一侧。

在一个实施方式中，微透镜的入光面的曲率半径Ra与微透镜的出光面的曲率半径Rb满足：0≤|Rb/Ra|≤10。

在一个实施方式中，投影子模块还包括用于约束子光束的光阑。

在一个实施方式中，光阑与至少一个微透镜中的至少一个贴合为一体。

在一个实施方式中，光阑的贴合面包括平面和曲面中的至少一种。

在一个实施方式中，投影子模块的视场角FOV满足：20°≤FOV≤120°。

在一个实施方式中，投影子模块的总有效焦距与入瞳直径的比值FNO满足：FNO≤5。

在一个实施方式中，投影子模块的光学系统总长TOTL满足：0.5mm≤TOTL≤40mm。

在一个实施方式中，图像单元与投影子模块中最靠近图像单元的微透镜的入光面之间的距离U与投影子模块的总有效焦距F满足：0≤U/F≤10。

在一个实施方式中，图像单元与投影子模块中最靠近图像单元的微透镜的入光面之间的距离U与投影子模块的总有效焦距F满足：0.2≤U/F≤5。

在一个实施方式中，投影子模块的光学系统总长TOTL与投影子模块的总有效焦距F满足：0.2≤TOTL/F≤50。

在一个实施方式中，图像单元与光源模块贴合为一体，或者图像单元与微透镜贴合为一体。

在一个实施方式中，图像单元的贴合面包括平面和曲面中的至少一种。

在一个实施方式中，光源模块包括：光源；以及收光元件，收光元件用于接受光源发出的光并将光收束以形成光束。

在一个实施方式中，收光元件包括TIR透镜、平凸透镜或导光管中的至少一个。

在一个实施方式中，图像单元包括遮挡部，遮挡部限定出用于通过所述子光束的通光区域。

在一个实施方式中，投影子模块包括沿子光束的方向依次设置的至少两个微透镜；以及其中，至少两个微透镜包括：第一微透镜，其入光面为平面、凸面或凹面，出光面为凸面；以及第二微透镜，位于第一微透镜的出光侧，第二微透镜的入光面为平面、凸面或凹面，第二微透镜的出光面为凸面。

在一个实施方式中，至少两个投影子模块在光束的横截面内阵列地分布。

在一个实施方式中，投影系统还包括：至少一个照明微透镜，照明微透镜位于光源模块和对应的图像单元之间并用于调整照射向对应的图像单元的光；以及照明微透镜的厚度t、照明微透镜在背离光源模块一侧的后焦f、照明微透镜的对角线长度L、图像单元的有效通光区域在照明微透镜的对角线的方向上的长度h以及图像单元与照明微透镜的出光面之间的距离d满足：f≥(t*h+L*d)/(L-h)。

在一个实施方式中，照明微透镜的入光面为凸面，出光面为平面。

在一个实施方式中，照明微透镜的入光面为平面，出光面为凸面。

第二方面，本申请的实施例提供了一种制造投影系统的方法，该方法包括：设置用于发出光束的光源模块；以及在光束的横截面内设置至少两个投影子模块，其中，各个投影子模块包括：图像单元，用于使光束的一部分通过，并使得通过的子光束携带图像信息；以及至少一个微透镜，投影子模块中的用于投射携带图像信息的子光束的至少一个微透镜均设置于图像单元的背离光源模块的一侧。

在一个实施方式中，设置投影子模块的步骤还包括：设置用于约束子光束的光阑，并将光阑与至少一个微透镜中的一个贴合为一体。

在一个实施方式中，设置投影子模块的步骤还包括：将图像单元与光源模块贴合为一体，或者将图像单元与微透镜贴合为一体。

在一个实施方式中，该方法还包括：设置至少一个照明微透镜，其中，照明微透镜位于光源模块和对应的图像单元之间，照明微透镜用于调整照射向对应的图像单元的光。

本申请的实施例提供的投影系统，通过在投影子模块中设置至少一个微透镜，使得投影子模块对通过其的光具有很强的控制能力。该投影系统的投影子模块对光的控制力强，使得不同投影子模块之间的光线串扰弱、杂光少，进而投影系统能投射出清晰度高的图案，而且该投影系统的投影范围大。进一步地，当设置有至少两个微透镜时，每个投影子模块对光的控制力更强且杂光少、投射的图案清晰度高。

此外，该投影系统的至少两个投影子模块还可以将图案重叠地投射，使得投射出的图案的亮度均匀。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本申请实施方式一的投影系统示意性结构图；

图2是对比实施方式的投影系统的示意性结构；

图3是根据本申请实施方式二的投影系统示意性结构图；

图4是根据本申请实施方式三的投影系统示意性结构图；

图5是根据本申请实施方式三的光阑阵列元件的示意性结构图；

图6是根据本申请实施方式三的投影子模块的示意性结构图；

图7是根据本申请实施方式三的投影子模块的投影状态示意图；

图8是根据本申请实施方式四的投影系统示意性结构图；

图9是根据本申请实施方式四的投影子模块的示意性结构图；

图10是根据本申请实施方式五的投影子模块的示意性结构图；

图11是根据本申请实施方式六的投影子模块的示意性结构图；

图12是根据本申请实施方式七的投影系统示意性结构图；

图13是根据本申请实施方式八的投影系统示意性结构图；

图14是根据本申请实施方式八的图像单元的结构关系图；

图15是根据本申请实施方式九的投影系统示意性结构图；

图16是根据本申请实施方式十的投影系统示意性结构图；

图17是根据本申请实施方式的制造投影系统的方法流程图。

【本申请实施方式附图标记说明】

1：光源模块； 11：光源；

12：收光元件； 2：投影模块；

20：投影子模块； 21：图像生成元件；

211：图像单元； 2111：有效通光区域；

22：第一微透镜阵列元件； 221：第一微透镜；

23：光阑阵列元件； 231：光阑；

232：不通光区； 24：第二微透镜阵列元件；

241：第二微透镜； 251：第三微透镜；

3：照明微透镜阵列元件； 31：照明微透镜；

S1：第一微透镜的入光面； S2：第一微透镜的出光面；

S3：第二微透镜的入光面； S4：第二微透镜的出光面；

S5：第三微透镜的入光面； S6：第三微透镜的出光面；

S7：照明微透镜的出光面； S8：成像面。

【对比实施方式附图标记说明】

100：投影系统； 101：对比图像单元；

102：前置透镜； 103：后置透镜。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一微透镜也可被称作第二微透镜。反之亦然。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，第一微透镜的厚度和第一微透镜的对角线长度并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞（包括工程术语和科技术语）均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施方式提供一种投影系统，包括光源模块和投影模块。光源模块用于发出光束。投影模块包括至少两个图像单元和至少两组微透镜。光源模块发出的光束可以覆盖这些图像单元。

这些图像单元在光束的横截面内分布。具体地，这些图像单元阵列设置。这些图像单元可形成为一体式的图像生成元件。示例性地，图像单元也可以为单个元件，图像单元用于使光束通过，具体地，每个图像单元用于通过光束的一部分。在另一些实施方式中，也可以在制造光源模块的收光元件时直接在收光元件的出光面上压印出图案，即图像单元与收光元件一体化为同一个部件。

每组微透镜位于一个图像单元的背离光源模块的一侧。一个图像单元与一组微透镜可形成一个投影子模块，具体地，投影子模块中用于投影的微透镜均位于图像单元的背对光源模块的一侧。每组微透镜可包括至少一个具有光焦度的微透镜。该微透镜的入光面可为平面、凸面或凹面，出光面可为凸面。

进一步地，每组微透镜可至少包括第一微透镜和第二微透镜。第二微透镜设置于第一微透镜的背离图像单元的一侧。示例性地，多组微透镜中的多个第一微透镜在光束的横截面内分布，例如阵列式地分布。这些第一微透镜可形成为一体式的微透镜阵列元件。进一步地，多个第二微透镜也可形成为一体式的微透镜阵列元件。多个图像单元在光束的横截面内的阵列方式、多个第一微透镜的阵列方式及多个第二微透镜的阵列方式相同，因而多个投影子模块在光束的横截面内也阵列分布。

本申请提供的投影系统在使用时，光源模块发出光束。光束照射到各个投影子模块。通过图像单元的每个子光束携带了该图像单元提供的图像信息。投影子模块中的一组微透镜用于将携带图像信息的子光束投射出去。

本申请提供的投影系统结构紧凑，适于安装在例如汽车等安装空间有限的设备。该投影系统用作车载迎宾灯时，可以安装在例如车门下方，向地面投射图案。该投影系统投射的图案清晰。示例性地，每个投影子模块用于投射相同的图案且这些图案重叠地投射在投影面处。重叠后的投影图案亮度高且亮度均匀。

在示例性实施方式中，图像单元包括遮挡部，遮挡部限定出用于通过子光束的通光区域。示例性地，至少两个图像单元的遮挡部可相互不同。当重叠后的投影图案的亮度不均匀时，可在部分图像单元处增设遮挡部以遮挡通光区域，增设的遮挡部处于投影图案中亮度较高的区域。进而这部分图像单元处经过的子光束携带的图像信息中这个区域的亮度下降，这些子光束的光强也变小。通过对这部分图像单元通光区域的调整，可以调整投影面处重叠的投影图案的照度，使得投影图案的照度均匀。

在示例性实施方式中，本申请提供的投影子模块的视场角FOV满足：20°≤FOV≤120°。投影子模块的视场角在此范围内，其包括的微透镜自由度高，能更容易地控制大角度光线。该投影子模块投射出的图案尺寸大。

在示例性实施方式中，本申请提供的投影子模块的总有效焦距与入瞳直径的比值FNO满足：FNO≤5。投影子模块的光圈数在此范围内，其投影的光效高，继而投射的图案亮。

在示例性实施方式中，本申请提供的投影子模块的光学系统总长TOTL满足：0.5mm≤TOTL≤40mm。如图6所示，该投影子模块中第二微透镜241是距离图像单元211最远的微透镜，投影子模块20的光学系统总长为图像单元211的入光面至第二微透镜的出光面S4在投影子模块20的光轴上的距离。由于图像单元的厚度很薄，因此光学系统总长从其出光面测量也是可接受的。通过控制投影子模块的光学系统总长，可以使本申请提供的投影系统小型化，并且有利于组装各个微透镜阵列元件。

在示例性实施方式中，本申请提供的投影系统中投影子模块的光学系统总长TOTL与其总有效焦距F满足：0.2≤TOTL/F≤50。投影子模块满足该条件式，可控制其光学系统总长在一定范围内，进而保证投影系统小型化。

在示例性实施方式中，图像单元与投影子模块中最靠近图像单元的微透镜的入光面之间的距离U与投影子模块的总有效焦距F满足：0≤U/F≤10。进一步地，U和F可满足：0≤U/F≤5。投影子模块满足0≤U/F≤10，则图像单元位于在投影子模块的有效焦平面处或有效焦平面的附近处，进而可被直接投影到目标面上，使得该投影子模块的投影图案清晰。

在示例性实施方式中，本申请实施方式的微透镜的入光面的曲率半径Ra与其出光面Rb满足0≤|Rb/Ra|≤10。微透镜满足该条件式可更好地控制大角度光线。进而含有微透镜的投影子模块具有较高的成像能力及较大的视场，该投影子模块投射出的图案清晰且范围大。

在示例性实施方式中，投影子模块还包括用于约束子光束的光阑。可基于光源模块发出的光束的准直度来选取是否配备光阑。当光源模块出射光线的准直度非常低时，可使用光阑直接消除系统内的杂光；当光源模块出射光线的准直度非常高时，也可不使用光阑。示例性地，多个光阑形成阵列式光阑，阵列式光阑可以是通过在平板上涂墨、印刷或光刻等加工方式形成的，也可以是通过金属件压铸和磨具注塑加工等加工方式形成的。

以下结合附图1至16详述本申请提供的实施方式。

实施方式一

图1是根据实施方式一的投影系统示意性结构图。参考图1，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1和投影模块2。

光源模块1包括光源11和收光元件12。光源11可以是LED光源。收光元件12可以是准直透镜，例如全反射式（total internal reflection；TIR）准直透镜。可选地，收光元件12还可以包括平凸透镜和/或导光管。光源11向右发出的光，中间部分的光大致向右传播，外周部分的光被全反射式准直透镜的侧壁全反射后向右传播。收光元件12向右发射出光束，具体地，可为准直光。

投影模块2接收光束并发出。具体地，投影模块2可包括多个投影子模块20。多个投影子模块20在光束的传播方向的横截面内分布，例如阵列地分布。光束的横截面可限定为与投影子模块20一一对应的多个通道。光束可限定为多个子光束，每个子光束对应一个投影子模块20。

示例性地，多个投影子模块20的结构可相同，继而多个投影子模块20中对应的相同部分可在光束的同一横截面处阵列地分布。换言之，投影模块2可包括：图像生成元件21和第一微透镜阵列元件22。

图像生成元件21包括多个图像单元。多个图像单元设置在光束的传播方向的横截面内，例如阵列地一体式设置。光束的横截面内按照这些图像单元的设置位置而划分出不同的通道。图像生成元件21可设置为菲林片。图像生成元件21可与收光元件12的出光面贴合设置，图像生成元件21的贴合面可为平面。示例性地，图像生成元件21也可与第一微透镜阵列元件22的入光面贴合。图像生成元件21的贴合面可包括平面和曲面中的至少一种。

第一微透镜阵列元件22设置于图像生成元件21的出光侧，用于投射携带图像信息的光束。具体地，第一微透镜阵列元件22包括多个微透镜。多个微透镜与多个图像单元一一对应。微透镜用于投射经图像单元传输来的携带图像信息的光。这些微透镜投射的光可在投影面重叠。

根据本实施方式，投影子模块20中用于投射图像的至少一个微透镜均位于图像单元的出光侧。图像单元与最近的微透镜之间的距离可以有很大的调节空间，图像单元的设置位置有很高的自由度。此外，当设置更多的微透镜时，对这些微透镜的位置、面型等参数的要求很宽松，有很自由的设计空间并可以将结构设计的比较简单，使得投影系统能更灵活地适应不同的使用需求。

图2示出了一种对比实施方式的投影系统100的示意性结构图。该投影系统100包括对比图像单元101、前置透镜102和后置透镜103。设置前置透镜102时，必须保证其焦点落在后置透镜103处。设置对比图像单元101时，必须将对比图像单元101设置在前置透镜102和后置透镜103之间，并且保证对比图像单元101位于后置透镜103的前焦点附近。该对比实施方式搭建了前置透镜102和后置透镜103的构造，利用了科勒照明的原理实现对对比图像单元101的投影。

对比实施方式中必须在对比图像单元101之前设置前置透镜102，以将经过对比图像单元101的光汇聚至后置透镜103处，从而才能实现其投影功能。此外，前置透镜102和后置透镜103的结构对精度要求过严，且对比图像单元101的设置位置固定且对设置位置精度敏感。

本申请实施方式通过将用于投影的至少一个微透镜均设置在图像单元的出光侧，不再设置用于投影的前置透镜，使得投影子模块20的结构更简单，投影子模块20中各光学元件的摆放位置更自由。本申请实施方式的投影子模块20的设计灵活性更大，微透镜的数值孔径不受特殊限制，设置多个微透镜时，各微透镜的焦点位置也可不用受到特殊限制。

实施方式二

图3是根据实施方式二的投影系统示意性结构图。参考图3，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1和投影模块2。

相比于实施方式一，实施方式二的投影模块2中还包括光阑阵列元件23。示例性地，光阑阵列元件23设置于第一微透镜阵列元件22入光侧，包括多个光阑。多个光阑与图像单元以及微透镜一一对应。光阑用于约束通过的子光束的角度，使投影的图案无杂光。通过设置光阑阵列元件23，可降低对光源模块1出射光的准直度要求，使得本实施方式的投影系统更易制造、组装。

实施方式三

图4是根据实施方式三的投影系统示意性结构图。参考图4，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1和投影模块2。

光源模块1包括光源11和收光元件12。光源11可以是LED光源。收光元件12可以是准直透镜。光源11向右发出的光，被收光元件12收束后向右发射。

投影模块2接收光束并发出。具体地，投影模块2可包括多个投影子模块20。多个投影子模块20在光束的传播方向的横截面内分布，例如阵列地分布。光束的横截面可限定为与投影子模块20一一对应的多个通道。光束可限定为多个子光束，每个子光束对应一个投影子模块20。

示例性地，多个投影子模块20的结构可相同，继而多个投影子模块20中对应的相同部分可在光束的同一横截面处阵列地分布。

参考图4、图5及图6，投影模块2可包括：图像生成元件21、第一微透镜阵列元件22、光阑阵列元件23和第二微透镜阵列元件24。

图像生成元件21包括多个图像单元211。多个图像单元211设置在光束的传播方向的横截面内，例如阵列地一体式设置。光束的横截面内按照这些图像单元211的设置位置而划分出不同的通道。图像生成元件21可设置为菲林片。

第一微透镜阵列元件22设置于图像生成元件21的出光侧。第二微透镜阵列元件24设置于第一微透镜阵列元件22的出光侧。示例性地，在图像生成元件21的出光侧依次设置有多个微透镜阵列元件，用于投射携带图像信息的光束。

第一微透镜阵列元件22包括多个第一微透镜221。多个第一微透镜221与多个图像单元211一一对应。第二微透镜阵列元件24同理。如图6所示，第一微透镜221和其对应的第二微透镜241用于投射经图像单元211传输来的携带图像信息的光。

示例性地，光阑阵列元件23设置于第一微透镜阵列元件22和第二微透镜阵列元件24之间，包括至少两个光阑231。光阑阵列元件23还可以设置在其他位置，尤其是投影模块2包括更多的微透镜阵列元件时。多个光阑231与多个图像单元211一一对应。光阑231用于约束通过其的子光束的角度，使投影的图案无杂光。本示例的投影系统对光源模块1出射光的准直度要求不高，便于组装。

如图5所示，光阑阵列元件23的光阑231镂空设置于不通光区232。通过控制光阑231的大小可实现均匀照明。光阑231的排列方式可以为矩形、六边形及其他适应形状。图像单元211、第一微透镜221和第二微透镜241的排列方式同理。光阑231的形状可以为矩形、圆形等适应性形状。示例性地，图像单元211、第一微透镜221和第二微透镜241的形状为1mm×1mm的矩形，光阑231的形状可为圆形，并分别以10×10的矩阵方式排列。

如图6所示，图像单元211、第一微透镜221、光阑231和第二微透镜241用于构成投影子模块20。该投影子模块20的光学参数具体如下。

第一微透镜的入光面S1的近光轴处的曲率半径|R1|=+∞，第一微透镜的出光面S2的近光轴处的曲率半径|R2|=0.65mm。第二微透镜的入光面S3的近光轴处的曲率半径|R3|=+∞，第二微透镜的出光面S4的近光轴处的曲率半径|R4|=1.32mm。示例性地，第一微透镜的入光面S1和第二微透镜的入光面S3都包括平面，而第一微透镜的出光面S2和第二微透镜的出光面S4都包括曲面，例如凸面。

在示例性实施方式中，本申请实施方式的第一微透镜221和/或第二微透镜241的入光面的曲率半径Ra与其出光面的曲率半径Rb满足0≤|Rb/Ra|≤10。第一微透镜221和/或第二微透镜241满足该条件式可更好地控制大角度光线。进而投影子模块的成像能力高、视场大，该投影子模块投射出的图案清晰且范围大。本实施方式中，Ra可构造为R1、R3，其中R1为第一微透镜的入光面S1的曲率半径，R3为第二微透镜的入光面S3的曲率半径。Rb可构造为R2、R4，其中R2为第一微透镜的出光面S2，R4为第二微透镜的出光面S4的曲率半径。

进一步地，该投影子模块20的视场角FOV取值40°，总有效焦距F为1.15mm，总有效焦距与入瞳直径的比值FNO取值2.8，光学系统总长TOTL取值2.3mm。

示例性地，第一微透镜的入光面S1至图像单元211在光轴上的距离U为0.3mm。

如图7所示，投影子模块20形成单个投影通道，携带图像单元211的图像信息的子光束经放大投射，每个投影通道可将每个图像单元的图像信息放大投射后叠加，形成在成像面S8上的投影图案。

实施方式四

图8是根据实施方式四的投影系统示意性结构图。参考图8，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1和投影模块2。光源模块1包括光源11和收光元件12，其中，光源11为LED光源，收光元件12可为准直透镜且出光面为平面。

光源11向右发出的光经收光元件12收束后可向右发射出准直光，投影模块2接收准直光并发出。投影模块2包括多个结构相同的投影子模块20，多个投影子模块20在准直光的横截面内阵列地分布。准直光的横截面覆盖投影子模块20。

具体地，投影模块2包括：图像生成元件21、第一微透镜阵列元件22、光阑阵列元件23和第二微透镜阵列元件24。示例性地，图像生成元件21的入光面和出光面均为平面，第一微透镜阵列元件22的入光面为平面。示例性地，图像生成元件21的入光面与收光元件12的出光面贴合，图像生成元件21的出光面与第一微透镜阵列元件22的入光面贴合，从而图像生成元件21、收光元件12与第一微透镜阵列元件22三者贴合形成单一元件。在另一些实施方式中，可在收光元件12上通过注塑或压印工艺形成图像生成元件21，即将图像单元与光源模块1加工为一体。

图像生成元件21接收准直光后，携带图像信息的光束依次经由第一微透镜阵列元件22、光阑阵列元件23和第二微透镜阵列元件24进行图像的放大投射。

如图9所示，投影子模块20包括：在子光束方向一一对心排列的图像单元211、第一微透镜221、光阑231和第二微透镜241。

多个投影子模块20的图像单元211阵列式排布构成整体的图像生成元件21，图像单元211可贴合第一微透镜221。多个投影子模块20的第一微透镜221阵列式排布构成整体的第一微透镜阵列元件22，多个投影子模块20的光阑231阵列式排布构成整体的光阑阵列元件23，多个投影子模块20的第二微透镜241阵列式排布构成整体的第二微透镜阵列元件24。

示例性地，投影子模块20的视场角FOV取值40°，投影子模块20的总有效焦距F为1.25mm，投影子模块20的FNO取值2.8，投影子模块20的光学系统总长TOTL取值2.12mm。

第一微透镜的入光面S1的近光轴处的曲率半径|R1|=+∞，第一微透镜的出光面S2的近光轴处的曲率半径|R2|=0.689mm。第二微透镜的入光面S3的近光轴处的曲率半径|R3|=+∞，第二微透镜的出光面S4的近光轴处的曲率半径|R4|=0.81mm。第一微透镜的入光面S1和第二微透镜的入光面S3均为平面。本实施方式中，Ra可构造为R1、R3，Rb可构造为R2、R4。

本实施例将图像生成元件21、收光元件12与第一微透镜阵列元件22贴合形成的单一元件，降低了系统装调精度，节省装调时间。

实施方式五

如图10所示，是根据实施方式五的投影子模块的示意性结构图。参考图10，本实施方式提供的投影系统的投影子模块20包括：在子光束投射方向依次且一一对心排列的图像单元211、第一微透镜221、光阑231和第二微透镜241。该投影系统的光源模块和投影模块的整体结构与实施方式三相同，其中，本实施方式的投影子模块20的光学参数如下：

投影子模块20的视场角FOV取值44°，投影子模块20的总有效焦距F取值1.25mm，投影子模块20的FNO取值2.8。

第一微透镜的入光面S1的近光轴处的曲率半径|R1|=+∞，第一微透镜的出光面S2的近光轴处的曲率半径|R2|=0.659mm。第二微透镜的入光面S3的近光轴处的曲率半径|R3|=1.04mm，第二微透镜的出光面S4的近光轴处的曲率半径|R4|=0.75mm。本实施方式中，Ra可构造为R1、R3，Rb可构造为R2、R4。具体地，第一微透镜的入光面S1为平面，第一微透镜的出光面S2为凸面，第二微透镜的入光面S3为凹面，第二微透镜的出光面S4为凸面。

本实施方式提供的投影系统，控制光线的能力强，可更好地适应光源模块。

实施方式六

图11是根据实施方式六的投影子模块的示意性结构图；参考图11，本实施方式提供的投影系统的投影子模块20包括：在子光束投射方向依次且一一对心排列的图像单元211、第一微透镜221、第二微透镜241、光阑231和第三微透镜251。本实施方式提供的投影系统的光源模块可与实施方式三相同，其中，本实施方式的投影子模块20的光学参数如下：

投影子模块20的视场角FOV取值50°，投影子模块20的总有效焦距F取值1.2mm，投影子模块20的FNO取值2.7。

进一步地，第一微透镜的入光面S1的近光轴处的曲率半径|R1|=+∞，第一微透镜的出光面S2的近光轴处的曲率半径|R2|=1.52mm。第二微透镜的入光面S3的近光轴处的曲率半径|R3|=3.45mm，第二微透镜的出光面S4的近光轴处的曲率半径|R4|=1.75mm。第三微透镜的入光面S5的近光轴处的曲率半径|R5|=1.48mm，第三微透镜的出光面S6的近光轴处的曲率半径|R6|=1.18mm。

本实施方式中，Ra可构造为R1、R3和R5，Rb可构造为R2、R4和R6。具体地，第一微透镜的入光面S1为平面，第一微透镜的出光面S2为凸面，第二微透镜的入光面S3为凸面，第二微透镜的出光面S4为凸面，第三微透镜的入光面S5为凸面，第三微透镜的出光面S6为凹面。

本实施方式提供的投影系统，控制光线的能力强，可更好地适应光源模块。

实施方式七

参考图12，实施方式七提供一种投影系统，包括光源模块1和投影模块2。其中，投影模块2可与实施方式三的投影模块相同。

本实施方式中，光源模块1包括光源11和收光元件12。光源11是LED光源。收光元件12是平凸型准直透镜。光源11位于平凸准直透镜的凸面侧，且靠近凸面的中心位置。投影模块2位于平凸准直透镜的平面侧。

实施方式八

图13是根据本申请实施方式八的投影系统示意性结构图；参考图13，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1、投影模块2和照明微透镜阵列元件3。

光源模块1包括光源11和收光元件12。光源11可以是LED光源。光源11向右发出的光，中间部分的光大致向右传播，外周部分的光被收光元件12的侧壁全反射后向右传播。收光元件12向右发射出平行光束。

照明微透镜阵列元件3位于光源模块1的出光侧并用于调整照射向对应的投影模块2的光。参考图14，示例性地，照明微透镜31的入光面为平面，照明微透镜的出光面S7为凸面。进而照明微透镜阵列元件3的入光面为平面。示例性地，收光元件12的出光面还可以贴合照明微透镜阵列元件3来提升系统光效。

参考图13和图14，照明微透镜阵列元件3包括至少一个照明微透镜31，照明微透镜31与投影子模块20一一对应。从收光元件12出射的平行光束经过照明微透镜阵列元件3后汇聚于图像生成元件21右边，使光束完整地照射图像单元211上的图像进而完整地投射图案。在另一些实施方式中，照明微透镜阵列元件3包括至少一个照明微透镜31。部分投影子模块20对应有照明微透镜31，而另一部分投影子模块20可没有对应照明微透镜。

投影模块2接收光束并发出。具体地，投影模块2可包括多个投影子模块20。多个投影子模块20在光束的横截面内分布，例如阵列地分布，照明微透镜31对应地阵列式排列。光束的横截面可限定为与投影子模块20一一对应的多个通道。光束可限定为多个子光束，每个子光束对应一个投影子模块20。

示例性地，多个投影子模块20的结构可相同，继而多个投影子模块20中对应的相同部分可在光束的同一横截面处阵列地分布。投影模块2可包括：图像生成元件21、第一微透镜阵列元件22、光阑阵列元件23和第二微透镜阵列元件24。图像生成元件21用于使通过的光束携带图像信息。第一微透镜阵列元件22和第二微透镜阵列元件24沿光束的方向依次设置于图像生成元件21的背离光源模块1的一侧，用于投射携带图像信息的光束，示例性地，可将多个子光束携带的图像信息重叠地投射为一个图案。光阑阵列元件23设置于第一微透镜阵列元件22和第二微透镜阵列元件24之间，用于约束通过的光束的角度。

在示例性实施方式中，如图14所示，光束的一个子光束依次通过照明微透镜31和图像单元211。照明微透镜31的入光面至照明微透镜的出光面S7的中心距离、也即照明微透镜31在其光学轴线上的厚度为t，照明微透镜31在背离光源模块1一侧的后焦为f，照明微透镜31的对角线长度为L。照明微透镜31的后焦是指照明微透镜的出光面S7至照明微透镜31的焦平面的距离。具体地，照明微透镜31的对角线长度是指照明微透镜31在其光学轴线的垂面内形状的最大连接线长度。例如，照明微透镜31在其光学轴线的垂面内形状为矩形时，该最大连接线长度即矩形的对角线长度；照明微透镜31在其光学轴线的垂面内形状为圆形时，该最大连接线长度即圆形的直径。图像单元211的有效通光区域2111在照明微透镜31的对角线的方向上的长度为h，图像单元211与照明微透镜31的出光面之间的距离为d，上述参数满足如下关系：f≥(t*h+L*d)/(L-h)。本实施方式的投影系统满足该条件式，可限定图像单元211的有效通光区域2111完全位于对应的照明微透镜31的光路内，使光束在能完整地覆盖图像单元211上的有效通光区域2111。光束中的光更多地通过有效通光区域2111，而较少地照射到图像单元211上的非有效通光区域而被阻挡。进而使得通过图像单元211的光的强度更高，进而该投影系统的光效高。

示例性地，投影子模块20的光学参数与实施方式四的投影子模块的光学参数相同。

实施方式九

图15是根据本申请实施方式九的投影系统示意性结构图；参考图15，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1、投影模块2和照明微透镜阵列元件3。

本实施方式的光源模块1和投影模块2可与实施方式八的相同。

示例性地，本实施方式中，照明微透镜阵列元件3包括至少两个照明微透镜31。照明微透镜阵列元件3的照明微透镜31与图像生成元件21的图像单元的有效通光区域也满足关系式：f≥(t*h+L*d)/(L-h)。

本实施方式中，这些照明微透镜31的入光面可为凸面、出光面可为平面。该照明微透镜阵列元件3的出光面可为平面。示例性地，照明微透镜阵列元件3的出光面与图像生成元件21贴合。进一步地，照明微透镜阵列元件3、图像生成元件21和第一微透镜阵列元件22贴合为一体。

实施方式十

图16是根据本申请实施方式十的投影系统示意性结构图；参考图16，本实施方式提供的投影系统包括：光源模块1、投影模块2和照明微透镜阵列元件3。本实施方式的光源模块1和照明微透镜阵列元件3可与实施方式八的相同。

投影模块2接收光束并发出。具体地，投影模块2可包括多个投影子模块20。多个投影子模块20在光源模块1发出的光束的横截面内分布，例如阵列地分布。照明微透镜阵列元件3包括多个照明微透镜31，多个照明微透镜31与多个投影子模块20对应地阵列式排列。光束的横截面可限定为与投影子模块20一一对应的多个通道。光束可限定为多个子光束，每个子光束对应一个投影子模块20。

示例性地，多个投影子模块20的结构可相同，继而多个投影子模块20中对应的相同部分可在光束的同一横截面处阵列地分布。投影模块2可包括：图像生成元件21、第一微透镜阵列元件22和光阑阵列元件23。图像生成元件21用于使通过的光束携带图像信息。第一微透镜阵列元件22沿光束的方向设置于图像生成元件21的背离光源模块1的一侧，用于投射携带图像信息的光束，示例性地，可将多个子光束携带的图像信息重叠地投射为一个图案。光阑阵列元件23设置于第一微透镜阵列元件22的背向图像生成元件21的一侧，用于约束通过的光束的角度。

如图17所示，本申请实施方式还提供一种用于制造投影系统的方法。具体地，本申请提供的制造投影系统的方法1000包括如下步骤：

S101、设置用于发出光束的光源模块。

S102、在光束的横截面内设置至少两个投影子模块。具体地，投影子模块包括：图像单元，用于使光束通过，并使通过的光束携带图像信息；以及至少一个微透镜，设置于图像单元的背离光源模块的一侧，用于投射携带图像信息的光束。进一步地，投影子模块可包括多个微透镜，这些微透镜沿光束的方向依次设置。

本申请的制造方法通过在投影子模块中设置至少一个微透镜，使得投影子模块对通过其的光具有很强的控制能力，并使得不同投影子模块之间的光线串扰弱。另外，本申请的方法制造的投影系统还可将图案重叠地投射，使得投射出的图案的亮度均匀。

示例性地，该方法1000还包括步骤：

S103、设置至少一个照明微透镜。具体地，在光源模块和图像单元之间设置照明微透镜。照明微透镜用于调整照射向对应的图像单元的光。进一步地，可在每个图像单元的入光侧设置对应的照明微透镜。

示例性地，步骤S101包括：设置光源；以及设置收光元件。收光元件用于接受光源发出的光并将光准直以形成准直光。

示例性地，步骤S102包括：设置用于约束子光束的光阑；以及将图像单元与光源模块贴合为一体，或者将图像单元与微透镜贴合为一体。

示例性地，设置用于约束子光束的光阑的步骤可包括：将光阑与这些微透镜中的一个贴合为一体。

本申请制造方法通过设置用于约束子光束的光阑，调整出射的光束角度，使得制造出的投影系统在用于投影时，产生的杂光少。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (24)

1.一种投影系统，包括：光源模块，用于发出光束；以及在所述光束的横截面内分布的至少两个投影子模块，

其特征在于，

各个所述投影子模块包括：

图像单元，用于使所述光束的一部分通过，并使得通过的子光束携带图像信息；以及

至少一个微透镜，所述投影子模块中的用于投射携带所述图像信息的子光束的所述至少一个微透镜均设置于所述图像单元的背离所述光源模块的一侧。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述微透镜的入光面的曲率半径Ra与所述微透镜的出光面的曲率半径Rb满足：0≤|Rb/Ra|≤10。

3.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影子模块还包括用于约束所述子光束的光阑。

4.根据权利要求3所述的投影系统，其中，所述光阑与所述至少一个微透镜中的至少一个贴合为一体。

5.根据权利要求4所述的投影系统，其中，所述光阑的贴合面包括平面和曲面中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影子模块的视场角FOV满足：20°≤FOV≤120°。

7.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影子模块的总有效焦距与入瞳直径的比值FNO满足：FNO≤5。

8.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影子模块的光学系统总长TOTL满足：0.5mm≤TOTL≤40mm。

9.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述图像单元与所述投影子模块中最靠近所述图像单元的微透镜的入光面之间的距离U与所述投影子模块的总有效焦距F满足：0≤U/F≤10。

10.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影子模块的光学系统总长TOTL与所述投影子模块的总有效焦距F满足：0.2≤TOTL/F≤50。

11.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述图像单元与所述光源模块贴合为一体，或者所述图像单元与所述微透镜贴合为一体。

12.根据权利要求11所述的投影系统，其中，所述图像单元的贴合面包括平面和曲面中的至少一种。

13.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述光源模块包括：

光源；以及

收光元件，所述收光元件用于接受所述光源发出的光并将所述光收束以形成所述光束。

14.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述收光元件包括TIR透镜、平凸透镜或导光管中的至少一个。

15.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述图像单元包括遮挡部，所述遮挡部限定出用于通过所述子光束的通光区域。

16.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述投影子模块包括沿所述子光束的方向依次设置的至少两个微透镜；以及

其中，所述至少两个微透镜包括：

第一微透镜，其入光面为平面、凸面或凹面，出光面为凸面；以及

第二微透镜，位于所述第一微透镜的出光侧，所述第二微透镜的入光面为平面、凸面或凹面，所述第二微透镜的出光面为凸面。

17.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述至少两个投影子模块在所述光束的横截面内阵列地分布。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的投影系统，其中，还包括：

至少一个照明微透镜，所述照明微透镜位于所述光源模块和对应的所述图像单元之间并用于调整照射向对应的所述图像单元的光；以及

所述照明微透镜的厚度t、所述照明微透镜在背离所述光源模块一侧的后焦f、所述照明微透镜的对角线长度L、所述图像单元的有效通光区域在所述照明微透镜的对角线的方向上的长度h以及所述图像单元与所述照明微透镜的出光面之间的距离d满足：f≥(t*h+L*d)/(L-h)。

19.根据权利要求18所述的投影系统，其中，所述照明微透镜的入光面为凸面，出光面为平面。

20.根据权利要求18所述的投影系统，其中，所述照明微透镜的入光面为平面，出光面为凸面。

21.一种制造投影系统的方法，包括：设置用于发出光束的光源模块；以及在所述光束的横截面内设置至少两个投影子模块，

其特征在于，

各个所述投影子模块包括：图像单元，用于使所述光束的一部分通过，并使得通过的子光束携带图像信息；以及至少一个微透镜，所述投影子模块中的用于投射携带所述图像信息的子光束的所述至少一个微透镜均设置于所述图像单元的背离所述光源模块的一侧。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，设置所述投影子模块的步骤还包括：

设置用于约束所述子光束的光阑，并将所述光阑与所述至少一个微透镜中的一个贴合为一体。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，设置所述投影子模块的步骤还包括：

将所述图像单元与所述光源模块贴合为一体，或者将所述图像单元与所述微透镜贴合为一体。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，还包括：

设置至少一个照明微透镜，其中，所述照明微透镜位于所述光源模块和对应的所述图像单元之间，所述照明微透镜用于调整照射向对应的所述图像单元的光。

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