CN115390350A - 匀光装置、投影光机及投影设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种匀光装置、投影光机及投影设备，匀光装置包括至少一个匀光组件，每个匀光组件包括安装载体和多个半反半透镜，多个半反半透镜呈行列状地设置于安装载体且每个半反半透镜均沿第一方向延伸；多个半反半透镜中的每一行和每一列分别沿第二方向和第三方向两两相对且间隔设置，第一方向和第二方向相交且共面于第一平面，第三方向与第一平面相交，每个半反半透镜相互平行且相对于第一平面倾斜第一角度；多个半反半透镜的外围包括供光线射入的射入半反半透镜组和供光线射出的射出半反半透镜组，且通过设置多个半反半透镜的透过率，能够使射出的光线在空间上均匀分布。该匀光装置能够实现良好的匀光效果且体积小，利于布置空间的减小。

Description

匀光装置、投影光机及投影设备
技术领域
本公开涉及投影设备技术领域，尤其包括一种匀光装置、投影光机及投影设备。
背景技术
投影仪是一种将图像或视频投射到幕布上的设备。目前，投影仪广泛应用于各种场合，使用的光源为激光或是LED等，不管是哪种，在投影光路系统中都需要将光源发出的光进行匀化，再将匀化之后的光照在投影芯片上，才能产生照度均匀的画面为消费者所使用。
相关技术中，为了保证光线匀光的效果，对光线进行匀光的匀光部件在光路方向上往往需要设置较长的尺寸，从而需要更大的布置空间，增加投影光机的体积。
发明内容
本公开公开了一种匀光装置、投影光机及投影设备，可以解决相关技术中存在的技术问题。
第一方面，本公开涉及一种匀光装置，所述匀光装置包括至少一个匀光组件，每个所述匀光组件包括安装载体和多个半反半透镜，多个所述半反半透镜呈行列状地设置于所述安装载体且每个所述半反半透镜均呈沿第一方向延伸；多个所述半反半透镜中的每一行沿第二方向两两相对且间隔设置，每一列沿第三方向两两相对且间隔设置，所述第一方向和所述第二方向相交且共面于第一平面，所述第三方向与所述第一平面相交，每个所述半反半透镜均相互平行且相对于所述第一平面倾斜第一角度；多个所述半反半透镜的外围包括用于供光线射入的射入半反半透镜组和用于供光线射出的射出半反半透镜组，且通过设置多个所述半反半透镜的透过率，能够使射出的光线在空间上均匀分布。
其中，多个所述半反半透镜的外围依次包括第一行半反半透镜组、第一列半反半透镜组、第二行半反半透镜组以及第二列半反半透镜组；所述第一行半反半透镜组和所述第二行半反半透镜组中的一者用于作为所述射入半反半透镜组，所述第一列半反半透镜组和所述第二列半反半透镜组中的一者用于作为所述射出半反半透镜组；或，所述第一列半反半透镜组和所述第二列半反半透镜组中的一者用于作为所述射入半反半透镜组，所述第一行半反半透组和所述第二行半反半透组中的一者用于作为所述射出半反半透镜组。
其中，多个所述半反半透镜还包括内部半反半透镜组，所述第一行半反半透镜组、所述第一列半反半透镜组、所述第二行半反半透镜组以及所述第二列半反半透镜组用于围绕所述内部半反半透镜组设置；且所述内部半反半透镜组用于将所述射入半反半透镜组射入的光线传导至所述射出半反半透镜组。
其中，所述安装载体包括第一安装板和第二安装板；在所述第一方向上，每个所述半反半透镜的一端与所述第一安装板连接，另一端与所述第二安装板连接。
其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第三方向与所述第一平面相互垂直。
其中，通过设置多个所述半反半透镜的透过率，能够使射出半反半透镜组中每个半反半透镜出射光的光强相同。
其中，所述匀光组件还包括遮光件，所述遮光件用于包覆多个所述半反半透镜的外围和所述安装载体并暴露所述射入半反半透镜组和所述射出半反半透镜组。
其中，所述匀光装置包括第一匀光组件和第二匀光组件，所述第一匀光组件的射出半反半透镜组用于与第二匀光组件的射入半反半透镜组相对。
其中，所述第一角度的范围在10°至60°之间。
第二方面，本公开还涉及一种投影光机，所述投影光机包括光束发射装置和所述匀光装置，所述匀光装置对所述光束发射装置发出的光线进行匀化。
第三方面，本公开还涉及一种投影设备，所述投影设备包括所述的投影光机。
在上述技术方案中，首先，安装载体用于安装多个半反半透镜，作为良好的安装基础，保证多个半反半透镜安装的稳定性。其次，多个半反半透镜中的每一行沿第二方向两两相对且间隔设置，每一列沿第三方向两两相对且间隔设置，则光线能够在每一行和每一列的半反半透镜之间进行反射和透射，保证光线能够从射出半反半透镜组射出。而通过设置多个半反半透镜的透过率，当空间强度分布不均的光线从射入半反半透镜组射入后，光线经过半反半透镜的透射与反射并从射出半反半透镜组射出后，空间强度的分布能够得到匀化，从而实现光线空间强度上的匀化效果。另外，本公开的匀光装置的匀化效果主要取决于多个半反半透镜的透过率的设计，可以在保证匀化效果的前提下尽可能地减小匀光装置体积的设计，从而也能够有效地减小投影光机的体积，便于投影光机小型化、轻量化的设计。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，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和图2是本公开提供的一种实施例中匀光装置的立体结构示意图；
图3是本公开提供的一种实施例中匀光装置的正视图；
图4是图3中D-D的剖面示意图；
图5和图6本公开提供的一种实施例中匀光装置的原理示意图；
图7是本公开提供的一种实施例中匀光装置的结构示意图，并且该图中示意出了第一匀光组件和第二匀光组件；
图8是本公开提供的一种实施例中投影光机的示意图。
附图标记说明：
1、安装载体；11、第一安装板；12、第二安装板；2、半反半透镜；21、第一行半反半透镜组；22、第一列半反半透镜组；23、第二行半反半透镜组；24、第二列半反半透镜组；25、内部半反半透镜组；26、第一端部半反半透镜；27、第二端部半反半透镜；28、第三端部半反半透镜；29、第四端部半反半透镜；201、射入半反半透镜组；202、射出半反半透镜组；10、匀光组件；101、第一匀光组件；102、第二匀光组件；100、光束发射装置；200、缩束装置；300、散热装置；400、准直装置；500、匀光装置；A、第一方向；B、第二方向；C、第三方向。
具体实施方式
下面将结合本公开实施方式中的附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，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方式，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“第一方向”、“第二方向”、“第三方向”以及类似的表述只是为了说明的目的，具体可以参照图1至图4所示。
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
相关技术中，往往采用复眼透镜或匀光棒进行匀光。
以双面复眼透镜为例，该双面复眼透镜可以为方形的球面透镜阵列，前后曲率相同，后一面恰好在前一面的焦点上，将前一面成像于无穷远，这样能够保证从复眼透镜出射的光角度分布均匀，通过设计方形阵列的长宽修改出射角度范围。
但是，复眼透镜的匀光效果往往与加工精度成正比，并且复眼透镜在使用过程中，如果想要获得良好的空间均匀的光斑，往往需要搭配中继光学系统使用，进而使得投影光机的体积增大。
另外，匀光棒又叫方棒、方管、积分棒，其匀光原理类似于光纤，对进入匀光棒内的光进行多次反射叠加后在出口形成均匀的方形光斑。
但是，匀光棒的匀光效果与其长度成正比，在需要实现良好的匀光效果的同时，往往会占用较大的空间，进而增大投影光机的体积。
如图1至图4所示，本公开提供一种匀光装置，该匀光装置500包括至少一个匀光组件10，每个匀光组件10包括安装载体1和多个半反半透镜2，多个半反半透镜2呈行列状地设置于安装载体1且每个半反半透镜2均沿第一方向A延伸。多个半反半透镜2中的每一行沿第二方向B两两相对且间隔设置，每一列沿第三方向C两两相对且间隔设置，第一方向A和第二方向B相交且共面于第一平面，第三方向C与第一平面相交，每个半反半透镜2均相互平行且相对于第一平面倾斜第一角度。多个半反半透镜2的外围包括用于供光线射入的射入半反半透镜组201和用于供光线射出的射出半反半透镜组202，且通过设置多个半反半透镜2的透过率，能够使射出的光线在空间上均匀分布。
需要进行说明的是，上述的半反半透镜2又叫可见光半透半反滤光片、分光片、分光镜，是一种可以将入射光束分成两部分的滤光片，其中一部分透射，另一部分反射。
在上述技术方案中，首先，安装载体1用于安装多个半反半透镜2，作为良好的安装基础，保证多个半反半透镜2安装的稳定性。其次，多个半反半透镜2中的每一行沿第二方向B两两相对且间隔设置，每一列沿第三方向C两两相对且间隔设置，则光线能够在每一行和每一列的半反半透镜2之间进行反射和透射，保证光线能够从射出半反半透镜组202射出。而通过设置多个半反半透镜2的透过率，当空间强度分布不均的光线从射入半反半透镜组201射入后，光线经过半反半透镜2的透射与反射并从射出半反半透镜组202射出后，空间强度的分布能够得到匀化，从而实现光线空间强度上的匀化效果。另外，本公开的匀光装置500的匀化效果主要取决于多个半反半透镜的透过率的设计，可以在保证匀化效果的前提下尽可能地减小匀光装置500体积的设计，从而也能够有效地减小投影光机的体积，便于投影光机小型化、轻量化的设计。
另外，射出的光线在空间上均匀分布可以是大致均匀分布，也可以在空间上完全均匀的分布，本公开对此不作限定。例如，通过设置多个半反半透镜2的透过率，能够使射出半反半透镜组202中任意两个半反半透镜2出射光的光强差不超过阈值，比如光强差不超过该两个半反半透镜2的出射光的光强和的5％，从而有效地提高光线在空间上匀化的效果。
为了更好地对上述方案进行说明，参照图5所示，在箭头所示的方向上，空间分布不均匀的光从射入半反半透镜组201射入，该射入半反半透镜组201将空间强度分布不均匀的光分成若干细小的区域，假设共有n个区域(也即有n列半反半透镜2)，则第n个区域的光束光强用Ixn表示。
强度为Ixn的细光束进入射入半反半透镜组201之后会经过一系列不同透过率的半反半透镜2。假设有k行半反半透镜2，则第k行第n列的半反半透镜2的透过率记为Tkn，则经过一系列半反半透镜2的透射与反射之后，在出射方向进行叠加。如第i个区域的光束强度为Ixi的细光束经过第一行的半反半透镜2(也即射入半反半透镜组201)之后，在出射方向强度为：Ai＝Ixi(1-T1i)T1(i-1)T1(i-2)……T11，所以当空间强度分布为Ix1,Ix2,……,Ixn的宽光束入射的时候，经过第一行半反半透镜2的透射与反射后，射出的强度为：
Figure BDA0003597219890000081
基于上述同样的计算方法，也可以采用公式表示出光线经过第二行半反半透镜2、第三行半反半透镜2已至第k行半反半透镜2的透射与反射后，射出的光束光强。
在上述公式的基础上，通过设计每一个半反半透镜2的透过率T，使得任意入射光强分布Ix1,Ix2,……,Ixn，都能有在出射面上任何一点A强度都相等(在本实施例中，即第一行至第k行的半反半透镜2出射的光束光强相同)，从而实现光强匀化。
更简单地说来，参照图6所示，在n＝2的情况下：
输出的两路光强分别为：
A＝I1(1-t11)+I2(1-t12)t11
A＝I1t11(1-t21)+I2t12(1-t22)t21
而如果为了保证在不同光强分布输入的情况下，都能够有匀光的效果，则需要保证：
Figure BDA0003597219890000091
此方程为两个方程解四个未知数，存在无穷多解，如果
Figure BDA0003597219890000092
则方程无解，所以
Figure BDA0003597219890000093
说明一定存在能量损失，所以需要结合实际情况，如成本、制作难易程度、能量利用效率来设计透过率的数值。
假设，设计：t11＝0.8，t12＝0.8
可以解得：t21＝0.75，
Figure BDA0003597219890000094
此时
Figure BDA0003597219890000095
能量损失为
Figure BDA0003597219890000096
可以观察到n＝2时，能量损失较为严重，n值越大，整体能量利用率会上升，相应的整体成本会增加。
也就是说，在对本公开的匀光装置500的多个半反半透镜2进行透过率的设计时，可以先对其中一部分的半反半透镜2的透过率进行设定，然后求解出其他的半反半透镜2的透过率，从而保证射出空间强度均匀的光线。
参照图1和图2所示，安装载体1包括第一安装板11和第二安装板12；在第一方向A上，每个半反半透镜2的一端与第一安装板11连接，另一端与第二安装板12连接。
在该实施方式中，通过设置第一安装板11和第二安装板12，多个半反半透镜2连接在第一安装板11和第二安装板12之间，从而实现多个半反半透镜2的的稳固安装，提高安装的稳定性。另外，在进行连接时，半反半透镜2可以采用粘接的方式连接于第一安装板11和第二安装板12，避免安装零部件增加的同时还能够保证安装的稳定。但是本公开并不对半反半透镜2的具体安装方式作限定，也可以采用卡接等方式进行连接。
在其他的实施方式中，参照图1和图2所示，第二方向B和第三方向C相交且共面于第二平面，第一安装板11和第二安装板12均平行于第二平面并沿第一方向A相对且间隔设置。通过令第一安装板11和第二安装板12相互平行且沿第一方向A相对且间隔设置，则可以使每个半反半透镜2在第一方向A的长度相同，提升光线在空间上匀化的效果。例如，该第一安装板11和第二安装板12可以构造为正方形板状结构，但是本公开并不对该第一安装板11和第二安装板12的具体形状作限定。
此外，上述安装载体1也不限于上述的第一安装板11和第二安装板12，可以构造为任意适当的形状和结构，例如，该安装载体1也可以构造为玻璃等光波导(由光透明介质构成的传输光频电磁波的导行结构)，多个半反半透镜2呈行列状地嵌设于光波导内，本公开对此不作限定。
参照图3和图4所示，第一方向A和第二方向B相互垂直，且第三方向C与第一平面相互垂直。
在该实施方式中，令第一方向A、第二方向B以及第三方向C两两相互垂直，则多个半反半透镜2沿此三个方向布置以后整体会呈现长方体的大致形状，有利于更好地进行布置安装。
在其他的实施方式中，多个半反半透镜2中的每一行沿第二方向B两两均间隔第一距离，且多个半反半透镜2中的每一列沿第三方向C两两均间隔第一距离。通过令多个半反半透镜2中的每一行和每一列分别沿第二方向B和第三方向C两两间隔第一距离，更便于设计人员设计多个半反半透镜2的透过率。在一种实施方式中，参照图4所示，多个半反半透镜2的外围依次包括第一行半反半透镜组21、第一列半反半透镜组22、第二行半反半透镜组23以及第二列半反半透镜组24。第一行半反半透镜组21和第二行半反半透镜组23中的一者用于作为射入半反半透镜组201，第一列半反半透镜组22和第二列半反半透镜组24中的一者用于作为射出半反半透镜组202。或，第一列半反半透镜组22和第二列半反半透镜组24中的一者用于作为射入半反半透镜组201，第一行半反半透组21和第二行半反半透组23中的一者用于作为射出半反半透镜组202。
在该实施方式中，多个半反半透镜2的外围包括四个侧部(即第一行半反半透镜组21、第一列半反半透镜组22、第二行半反半透镜组23以及第二列半反半透镜组24)，该四个侧部中的任意一个侧部都可以作为空间分布不均的光线的射入侧，相应地，与该侧部相邻的其中一个侧部用于供光线射出，从而实现光线空间强度的匀化。但是，本公开并不对多个半反半透镜2外围的具体设置方式作限定。
还需作出说明的是，参照图4所示，第一端部半反半透镜26既属于第一行半反半透镜组21也属于第一列半反半透镜组22；第二端部半反半透镜27既属于第一列半反半透镜组22，也属于第二行半反半透镜组23；第三端部半反半透镜28既属于第二行半反半透镜组23，也属于第二列半反半透镜组24；第四端部半反半透镜29既属于第二列半反半透镜组24，也属于第一行半反半透镜组21。
此外，参照图4所示，多个半反半透镜2还包括内部半反半透镜组25，第一行半反半透镜组21、第一列半反半透镜组22、第二行半反半透镜组23以及第二列半反半透镜组24用于围绕内部半反半透镜组25设置；且内部半反半透镜组25用于将射入半反半透镜组201射入的光线传导至射出半反半透镜组202。
在该实施方式中，通过设置内部半反半透镜组25，用于对经射入半反半透镜组201射入的光线进行反射和透射，从而改变光线的强度，使出射的光线强度在空间上分布均匀。该内部半反半透镜组25也可以采用行列状的形式排布，具体每行和每列的半反半透镜2的数量可以根据需求进行设定，本公开对此不作限定。
在其他的实施方式中，匀光组件10还包括遮光件(未图示)，遮光件用于包覆多个半反半透镜2的外围和安装载体1并暴露射入半反半透镜组201和射出半反半透镜组202。通过设置该遮光件，可以有效地避免杂光的干扰，进一步地提高匀光的效果。该遮光件可以构造为任意适当的形状、结构及材质，本公开对此不作限定。例如，该遮光件可以构造为黑色铝箔等。
另外，匀光组件10还可以包括与遮光件连接的散热件(未图示)，该散热件用于对遮光件进行有效地散热，避免温度过高对安装载体1和/或半反半透镜2造成损害，提高匀光组件10的使用寿命。该散热件可以构造为散热风扇等散热结构，本公开并不对散热件的具体结构作限定。
可选地，参照图7所示，匀光装置500包括第一匀光组件101和第二匀光组件102，第一匀光组件101的射出半反半透镜组202用于与第二匀光组件102的射入半反半透镜组201相对。通过第一匀光组件101和第二匀光组件102的组合，可以对改变出射光线的射出方向。
例如，以图7所示的匀光装置500为例，第一匀光组件101受到来自第三方向C的空间强度不均匀的光线，出射光线沿第二方向B射出；该沿第二方向B射出的光线又射向第二匀光组件102的射入半反半透镜组201，经过匀光处理后从该第二匀光组件102的射出半反半透镜组202沿第三方向C射出，实现光线在第二方向B和第三方向C两个方向上的匀光，并能够使沿第三方向C射入的空间强度不均匀的光线经过本公开的匀光装置500的第一匀光组件101和第二匀光组件102之后依然能够沿该第三方向C射出，不改变光线的传播方向，实用性更强。另外，本公开的匀光装置500并不对匀光组件10的数量作限定。
另外，通过改变匀光装置500的摆放角度，可以改变入射光的入射角度，从而也能够改变出射光的角度，从而能够实现在不同方向对光线进行匀化。
可选地，第一角度的范围在10°至60°之间。例如，该第一角度可以为10°、30°、45°以及60°等，本公开对此不作限定，可以根据需求自行设定。
如图8所示，本公开还提供一种投影光机，该投影光机包括光束发射装置100和上述的匀光装置500。匀光装置500用于对光束发射装置100发出的光线进行匀化，光束发射装置100可以为激光光源或LED光源，本公开对此不作限定。
参照图8所示，该投影光机还可以包括缩束装置200和散射装置300。缩束装置200可以为一组伽利略架构望远镜，物镜为弯月正透镜，次镜为双凹负透镜。散射装置300可以为能够消散斑的扩散片组件。
另外，参照图8所示，散射装置300和匀光装置500之间还可以设置准直装置400，该准直装置400可以采用一片或一组聚光透镜。
本公开还一种投影设备，该投影设备包括上述的投影光机。
以上仅为本公开的实施例，并非因此限制本公开的专利范围，凡是利用本公开说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本公开的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种匀光装置，其特征在于，所述匀光装置包括至少一个匀光组件，每个所述匀光组件包括安装载体和多个半反半透镜，
多个所述半反半透镜呈行列状地设置于所述安装载体且每个所述半反半透镜均沿第一方向延伸；
多个所述半反半透镜中的每一行沿第二方向两两相对且间隔设置，每一列沿第三方向两两相对且间隔设置，所述第一方向和所述第二方向相交且共面于第一平面，所述第三方向与所述第一平面相交，每个所述半反半透镜均相互平行且相对于所述第一平面倾斜第一角度；
多个所述半反半透镜的外围包括用于供光线射入的射入半反半透镜组和用于供光线射出的射出半反半透镜组，且通过设置多个所述半反半透镜的透过率，能够使射出的光线在空间上均匀分布。
2.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，多个所述半反半透镜的外围依次包括第一行半反半透镜组、第一列半反半透镜组、第二行半反半透镜组以及第二列半反半透镜组；
所述第一行半反半透镜组和所述第二行半反半透镜组中的一者用于作为所述射入半反半透镜组，所述第一列半反半透镜组和所述第二列半反半透镜组中的一者用于作为所述射出半反半透镜组；或，
所述第一列半反半透镜组和所述第二列半反半透镜组中的一者用于作为所述射入半反半透镜组，所述第一行半反半透组和所述第二行半反半透组中的一者用于作为所述射出半反半透镜组。
3.根据权利要求2所述的匀光装置，其特征在于，多个所述半反半透镜还包括内部半反半透镜组，所述第一行半反半透镜组、所述第一列半反半透镜组、所述第二行半反半透镜组以及所述第二列半反半透镜组用于围绕所述内部半反半透镜组设置；且所述内部半反半透镜组用于将所述射入半反半透镜组射入的光线传导至所述射出半反半透镜组。
4.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，所述安装载体包括第一安装板和第二安装板；在所述第一方向上，每个所述半反半透镜的一端与所述第一安装板连接，另一端与所述第二安装板连接。
5.根据权利要求1所述的匀光装置，其特征在于，通过设置多个所述半反半透镜的透过率，能够使所述射出半反半透镜组中每个半反半透镜出射光的光强相同。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的匀光装置，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第三方向与所述第一平面相互垂直。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光组件还包括遮光件，所述遮光件用于包覆多个所述半反半透镜的外围和所述安装载体并暴露所述射入半反半透镜组和所述射出半反半透镜组。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的匀光装置，其特征在于，所述匀光装置包括第一匀光组件和第二匀光组件，所述第一匀光组件的射出半反半透镜组用于与第二匀光组件的射入半反半透镜组相对。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的匀光装置，其特征在于，所述第一角度的范围在10°至60°之间。
10.一种投影光机，其特征在于，所述投影光机包括光束发射装置和权利要求1-9中任意一项所述的匀光装置，所述匀光装置对所述光束发射装置发出的光线进行匀化。
11.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括权利要求10所述的投影光机。
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