CN117991577A - 一种全息投影显示设备和智能音箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全息投影显示设备和智能音箱，该全息投影显示设备包括投影光源和锥型透镜；设置在投影光源和锥型透镜之间的光路上的调光组件；其中，投影光源设置在锥型透镜的顶端一侧；调光组件用于将投影光源输出的投影光束调制形成分别向锥型透镜的各不同侧侧面入射的多束投影光束；锥型透镜的各侧侧面上均设置有光学膜层，分别用于对入射的投影光束进行反射输出。本申请中只采用一个投影光源，并利用调光组件使得投影光源输出的投影光束调制形成多束分别向锥型透镜的各不同侧侧面入射的投影光束，由此减少投影光源的数量，降低设备光学结构的复杂度，并降低投影光源占据空间面积的大小，提升全息投影的真实感。

Description

一种全息投影显示设备和智能音箱

技术领域

本发明涉及全息投影技术领域，特别是涉及一种全息投影显示设备和智能音箱。

背景技术

全息投影技术是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。360度幻影成像是一种利用全息投影技术将三维画面悬浮在实景的半空中成像，营造了亦幻亦真的氛围图像的成像技术；这一成像技术在科技馆、博物馆、展会现场等场地被广泛应用。在实现360度幻影成像的过程中，可以根据要求做成环绕呈一圈的四面窗口，并通过四个投影光机分别向四个窗口投射投影光线，使得四个窗口分别从四个不同角度方向输出投影影像，实现360度投影。但要实现360度投影成像，至少需要配置四个投影光机，导致整个设备的图像源占据空间面积较大，会直接暴露于人眼视线中，降低立体投影影像的真实感。

发明内容

本发明的目的是提供一种全息投影显示设备和智能音箱，减少投影光源的数量，降低设备光学结构的复杂度和投影光源占据空间面积的大小，提升全息投影的真实感。

为解决上述技术问题，本发明提供一种全息投影显示设备，包括投影光源和锥型透镜；设置在所述投影光源和所述锥型透镜之间的光路上的调光组件；

其中，所述投影光源设置在所述锥型透镜的顶端一侧；

所述调光组件用于将所述投影光源输出的投影光束调制形成分别向所述锥型透镜的各不同侧侧面入射的多束投影光束；

所述锥型透镜的各侧侧面上均设置有光学膜层，分别用于对入射的所述投影光束进行反射输出。

在本申请的一种可选地实施例中，所述锥型透镜为正多边形棱锥透镜；

所述调光组件包括光学衍射元件和反射组件；

所述光学衍射元件用于将所述投影光源输出的投影光束衍射形成多束投影光束；

所述反射组件用于对所述光学衍射元件输出的多束投影光束中至少一束投影光束进行反射偏折，形成各束中心对称的向所述锥型透镜输出的投影光束；且多束所述投影光束的对称中心轴和所述锥型透镜的中心轴线重合。

在本申请的一种可选地实施例中，所述光学衍射元件包括波导元件和设置在所述波导元件上的衍射光栅阵列；

所述衍射光栅阵列用于将所述投影光源输出的投影光束衍射耦入到所述波导元件内部，使得所述投影光束在所述波导元件内全反射传输，并对所述波导元件内传输的投影光束进行扩瞳耦出形成多束投影光束。

在本申请的一种可选地实施例中，所述锥型透镜为正多边形棱锥透镜；所述调光组件包括光学衍射元件，用于将所述投影光源输出的投影光束衍射形成多束中心对称输出的投影光束；且多束所述投影光束的对称中心轴和所述锥型透镜的中心轴线重合。

在本申请的一种可选地实施例中，所述光学衍射元件为复用光栅。

在本申请的一种可选地实施例中，所述锥型透镜为正多边形棱锥透镜；所述调光组件包括光学衍射元件和驱动电机；

其中，所述光学衍射元件上包括环形分布的多个不同的衍射区域；所述驱动电机用于驱动所述光学衍射元件旋转，以便各个所述衍射区域依次位于所述投影光源的输出光路上；

当各个所述衍射区域依次位于所述投影光源的输出光路上时，每个所述衍射区域对所述投影光源输出的投影光束分别衍射输出方向中心对称，且中心对称的对称轴和所述锥型透镜的中心轴线重合；

所述驱动电机驱动所述光学衍射元件旋转的速度不小于设定转速，使得每个所述衍射区域衍射输出的投影光束经过所述锥型透镜的侧面反射后形成视觉残留效应。

在本申请的一种可选地实施例中，所述调光组件和所述锥型透镜之间设置有放大透镜组。

在本申请的一种可选地实施例中，所述放大镜透镜组包括一体成型的多个透镜单元，各个所述透镜单元分别对应位于所述调光组件输出的多束投影光束的输出光路上。

在本申请的一种可选地实施例中，所述锥型透镜的各不同侧侧面上的所述光学膜层分别为携带不同的全息信息的反射式衍射光栅膜层。

一种智能音箱，其特征在于，包括如上任一项所述的全息投影显示设备，用于投影显示投影画面。

本发明所提供的一种全息投影显示设备和智能音箱，该全息投影显示设备包括投影光源和锥型透镜；设置在投影光源和锥型透镜之间的光路上的调光组件；其中，投影光源设置在锥型透镜的顶端一侧；调光组件用于将投影光源输出的投影光束调制形成分别向锥型透镜的各不同侧侧面入射的多束投影光束；锥型透镜的各侧侧面上均设置有光学膜层，分别用于对入射的投影光束进行反射输出。

本申请中的全息投影显示设备中仅仅只采用了一个投影光源，在此基础上将投影光源和锥型透镜之间进一步地设置调光组件，利用该调光组件使得投影光源输出的投影光束调制形成各束分别向锥型透镜的各不同侧侧面入射的投影光束，由此减少全息投影显示设备中所需要的投影光源的数量，也即降低设备光学结构的复杂度，并降低投影光源占据空间面积的大小，提升全息投影的真实感。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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为本申请实施例提供的全息投影显示设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的光学衍射元件的第一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的投影光束偏转平移的光路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的投影光束偏转平移在空间中位置变化示意图；

图5为本申请实施例提供的光学衍射元件的第二种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的光学衍射元件的第三种结构示意图；

图7为本申请实施例提供的光学衍射元件的第四种结构示意图；

图8为本申请实施例提供的全息投影显示设备的另一结构示意图；

附图中：10为投影光源、20为锥型透镜、30为调光组件、31为光学衍射元件、310为波导元件、311为第一个衍射光栅、312为第二个衍射光栅、313为第三个衍射光栅、314为第四个衍射光栅、315为耦入光栅、316为衍射区域、32为反射组件、321为平面反射镜、40为放大透镜组。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种全息投影显示设备以及智能音箱，在一定程度上减少投影光源的数量，也即降低设备光学结构的复杂度，并降低投影光源占据空间面积的大小，提升全息投影的真实感。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

如图1至图8所示，图1为本申请实施例提供的全息投影显示设备的结构示意图；图2为本申请实施例提供的光学衍射元件的第一种结构示意图；图3为本申请实施例提供的投影光束偏转平移的光路结构示意图；图4为本申请实施例提供的投影光束偏转平移在空间中位置变化示意图；图5为本申请实施例提供的光学衍射元件的第二种结构示意图；图6为本申请实施例提供的光学衍射元件的第三种结构示意图；图7为本申请实施例提供的光学衍射元件的第四种结构示意图；图8为本申请实施例提供的全息投影显示设备的另一结构示意图。

在本申请的一种具体实施例中，全息投影显示设备可以包括：

投影光源10和锥型透镜20；设置在投影光源10和锥型透镜20之间的光路上的调光组件30；

其中，投影光源10设置在锥型透镜20的顶端一侧；

调光组件30用于将投影光源10输出的投影光束调制形成分别向锥型透镜20的各不同侧侧面入射的四束投影光束；

锥型透镜20的各侧侧面上均设置有光学膜层，分别用于对入射的投影光束进行反射输出。

需要说明的是，对于本申请中的锥型透镜20，可以优先采用中心对称的锥型透镜结构；例如可以为正多边形棱锥透镜，或者也可以采用圆锥台透镜结构等。当然，在实际应用中锥型透镜20也可以采用非中心对称的棱锥台结构；只要投影光源10输出的投影光束受调制组件30调制后，可以形成多束投影光束，而每束投影光束按照恰当的角度入射至锥型透镜20的各不同侧侧面，最终使得用户可以从锥型透镜20的不同侧均可以分别观看到投影图像即可。

当然可以理解的是，当锥型透镜20为中心对称结构时，一般入射到锥型透镜20的各侧侧面的投影光线也要求是中心对称的。

为了便于理解和说明，在后续各个实施例中均以锥型透镜20为正四棱锥透镜为例进行说明。但可以理解的是，本申请中各个实施例中的实现方式在其他正多边形棱锥透镜、圆锥台透镜甚至其他透镜结构中同样可以实现，对此本申请中不重复赘述。

如图1所示，在图1所示的实施例中，锥型透镜20为正四棱锥透镜；在全息投影显示设备中，投影光源10、调光组件30以及锥型透镜20依次设置；在实际应用中投影光源10、调光组件30以及锥型透镜20之间可以是沿竖直方向依次排布设置。其中，投影光源10主要作用是输出投影光线，调光组件30位于该投影光源10的输出光路上，且可以将投影光源10输出的单束投影光线采用分光或者其他方式形成四束投影光束，该四束投影光束分别入射至锥型透镜20的四个侧面上，锥型透镜20的四个侧面也即分别作为四个实现投影光线输出的窗口，且每个侧面上均设置有光学膜层，从而分别将四束投影光束进行反射输出，进而实现投影光线从锥型透镜20的四个不同方向分别输出，也即可从四个不同方位上均可以观看到投影画面。

可以理解的是，图1中的锥型透镜20的四个侧面之间中心对称分布；相应地，调光组件30对投影光源10输出的投影光束进行调制后输出的四束投影光束也应当是中心对称的四束投影光束，且对称中心轴线和锥型透镜20的中心轴线重合；此外，锥型透镜20的顶端是指锥型透镜20上尖细的端部，而投影光源10和调光组件30也即设置在锥型透镜20的顶端一侧。在实际应用中，该锥型透镜20的顶端可以是设置在锥型透镜20的最上方也可以是设置在锥型透镜20的最下方，对此，本申请中并不具体限制。

当然，在实际应用中，锥型透镜20也可以是四个侧面之间不是中心对称的四棱锥透镜，此时调光组件30调制所输出的四束投影光束之间的相对位置关系应当和锥型透镜20的四个侧面之间的位置关系相对应，最终只要保证四束投影光束可以分别入射到四个侧面，并使得用户也可以通过四个不同的侧面观看到投影画面。

此外，在本实施例中仅仅只采用了一个投影光源10，该投影光源10可以是LBS光源、DMD光机、LCoS光源、LCD光源中的任意一种光源；在此基础上，本实施例中利用调光组件30将投影光源10输出的单束投影光束调制形成四束投影光束代替四个光源，在一定程度上减少投影光源10的数量，降低整个设备的使用成本和耗能的基础上，减小投影光源10占据的空间中的面积，能够在一定程度上避免投影光源10落入人眼视线内，从而提升投影画面的真实感。

基于上述论述，对于本申请中的调光组件30可以存在多种不同的实现方式。在本申请的一种可选地实施例中，同样以锥型透镜20为正多边形棱锥透镜为例；该调光组件30可以包括：

光学衍射元件31和反射组件32；

光学衍射元件31用于将投影光源10输出的投影光束衍射形成四束投影光束；

反射组件32用于对光学衍射元件31输出的四束投影光束中至少一束投影光束进行反射偏折，形成四束中心对称向锥型透镜20输出的投影光束；且四束投影光束的对称中心轴和锥型透镜20的中心轴线重合。

如图1所示，本实施例中的光学衍射元件31具体可以是采用衍射光栅；该光学衍射元件31对投影光束进行衍射，实现对投影光束的分光，使得完整的一束投影光束最终形成四束不同的投影光束。此外，因为要求最终入射到正四棱锥透镜的四个侧面的四束投影光束之间中心对称；但在经过光学衍射元件31衍射输出的四束投影光束之间在空间中的方向和位置，可能并不满足中心对称的要求；由此可以进一步地利用反射组件32对四束投影光束中至少一束投影光束进行反射偏转调制，从而使得四束投影光束最终能够满足中心对称的相对位置关系。

可以理解的是，在实际应用中，光学衍射元件31也同样存在多种不同的实现方式，并且不同结构类型的光学衍射元件31，对应的反射组件32的布局结构也并不相同；甚至不同结构类型的光学衍射元件31，也并不必然需要设置该反射组件32。

如图2所示，在本申请的一种可选地实施例中，锥型透镜20为正多边形棱锥透镜；光学衍射元件31包括波导元件310和设置在波导元件310上的衍射光栅阵列；

衍射光栅阵列用于将投影光源10输出的投影光束衍射耦入到波导元件310内部，使得投影光束在波导元件310内全反射传输，并对波导元件310内传输的投影光束进行扩瞳耦出形成多束投影光束。

参照图2，在图2所示的实施例中，以锥型透镜20为正四棱锥透镜为例；衍射光栅阵列包括沿波导元件310一侧的表面上依次设置的四个衍射光栅，当投影光源10输出的投影光束入射至波导元件310上第一个衍射光栅311时，第一个衍射光栅311对投影光束进行部分透射(透射率可以为0.25)部分反射式衍射；经过第一个衍射光栅311衍射输出的投影光束在波导元件310内进行一次全反射传输后，入射至第二个衍射光栅312；第二个衍射光栅312对入射的投影光束进行一部分透射式衍射向波导元件310之外输出(衍射率可以为0.3)而另一部分则进行反射；经过第二个衍射光栅312反射输出的投影光束在波导元件310内进行一次全反射传输后入射至第三个衍射光栅313；第三个衍射光栅313同样对入射的投影光束进行部分透射式衍射向波导元件310之外输出(衍射率可以为0.5)和部分反射；经过第三个衍射光栅313反射的投影光束在波导元件310内进行一次全反射传输后入射至第四个衍射光栅314，第四个衍射光栅314对入射的投影光束全部进行透射式衍射输出。

基于上述第一个衍射光栅311至第四个衍射光栅314依次对入射的投影光束的衍射作用，使得投影光束最终以一维扩瞳的形式分别从四个衍射光栅的光学界面分光输出，从而形成四束投影光束；在实际应用中，经过四个衍射光栅分别从波导元件310中输出的四束投影光束之间的主光线方向可以是相互平行的，也可以是存在相对夹角的，对此本实施例中均不具体限制，只要最终能够通过反射组件32对各束投影光束的偏转反射作用，使得四束投影光束之间中心对称即可。

如图1和图2所示，在图1和图2所示的实施例中，经过光学衍射元件31输出的四束投影光束的主光线之间是相互平行且共面并排排列；由此，在实际应用中即可利用反射组件32对四束投影光束中位于中间位置的两束光束分别向相反的两个方向偏转平移，从而使得四束投影光束之间相互中心对称。反射组件32可以包括两对平面反射镜321，如图3所示，图3中即示出了一对平面反射镜321对一束投影光束进行偏转平移的光路示意图；每对平面反射镜321中两个平面反射镜321之间相互平行，且每对平面反射镜321用于对一束投影光束进行偏移平移；如图4所示，图4中为在垂直于四束投影光束的主光线方向上的俯视平面内，四束投影光束的光斑相对位置示意图；其中，四个实现圆圈代表四个投影光束的光斑位置，两个虚线圆圈表示中间两束投影光束经过平面反射镜321偏转平移后的光斑。在结合图3和图4，两个平面反射镜321中的第一个平面反射镜对一束投影光束进行反射使得该投影光束向偏离四束投影光束原本所在的平面，再利用第二个平面反射镜对其进行再次反射偏转输出，使得从第二个平面反射镜反射输出的投影光束的主光线和其入射至第一个平面反射镜之前的主光线传输方向平行，但在空间上的位置产生一定距离的平移；对于四束投影光束中位于中间位置的两束投影光束产生偏转平移的方式相同，且方向相反，最终使得四束投影光束中心对称。

当然，在图3和图4所示的实施例中，是以经过光学衍射元件31衍射输出的四束投影光束的主光线之间相互平行为例进行说明的，在实际应用中，如图8所示，经光学衍射元件31输出的四束投影光束之间也并不必然是相互平行的，对此，可以根据实际的光路，多个反射镜对各束投影光束进行调制偏转，最终保持四束投影光束之间中心对称即可，对此本申请中不详细赘述。

上述实施例仅仅是调光组件30一种具体的实现方式，在实际应用中，本申请中的调光组件30也并不必然需要包含反射组件32。在本申请的另一可选地实施例中，锥型透镜20为正多边形棱锥透镜；该调光组件30还可以包括：

光学衍射元件31，用于将投影光源10输出的投影光束衍射形成多束中心对称输出的投影光束；且多束投影光束的对称中心轴和锥型透镜20的中心轴线重合。

本实施例中的光学衍射元件31同样可以采用衍射光栅，但不同的是，在本实施例中可以按照实际需要设置衍射光栅结构，从而使得投影光源10输出的投影光束分光形成多束中心对称输出的投影光束。

如图5所示，在图5所示的实施例中，锥型透镜20为正四棱锥透镜；该光学衍射元件31可以包括四个依次设置衍射光栅，当投影光源10输出的投影光束入射至第一个衍射光栅311中，第一个衍射光栅311可以将该投影光束进行部分衍射部分透射，透射输出的投影光束入射至第二个衍射光栅312，并由第三个衍射光栅313进行部分衍射部分透射，而由第三个衍射光栅313透射输出的投影光束入射至第四个衍射光栅314并产生衍射输出；在此基础上，四个衍射光栅分别衍射输出的衍射光线分别向四个中心对称的方向输出，也即形成了四个不同方向的投影光束。

可以理解的是，在图4所示的实施例中，四个衍射光栅之间存在一定的间距，在实际应用中，四个衍射光栅可以是依次贴合堆叠设置的复合光栅。

另外，在调光组件30中不包含反射组件32的实施例中，也并不仅限于上述一种实现方式，如图6所示，在图6所示的实施例中，锥型透镜20为正四棱锥透镜；光学衍射元件31可以包括波导元件310，以及设置在波导元件310上的耦入光栅315和对称设置的四个衍射光栅，当投影光源10输出的投影光束入射至耦入光栅315，该耦入光栅315将投影光束进行衍射形成向两个不同方向衍射输出的投影光束；其中，第一束投影光束在波导元件310的光学界面发生全反射后入射至第一个衍射光栅311，第一个衍射光栅311对该投影光线进行部分衍射从波导元件310中耦出，还有部分反射入射至波导元件310的光学界面上再次发生全反射后入射至第二个衍射光栅312，并由第二个衍射光栅312进行衍射输出；同理，对于经过耦入光栅315衍射后输出的第二束投影光束在波导元件310的光学界面进行全反射后入射至第三个衍射光栅313，第三个衍射光栅313同样对该第二束投影光束进行部分衍射耦出波导元件310，还有一部分反射后在波导元件310的光学界面再次发生全反射后入射至第四个衍射光栅314，并被第四个衍射光栅314衍射耦出波导元件310。此外，通过合理设置四个衍射光栅的光栅结构，可以使得四个衍射光栅分别衍射输出的投影光束之间中心对称，从而满足光路需求，并且整个光路中也不需要利用反射组件32实现投影光束的偏转。

基于上述论述，在上述各个实施例中，均是以利用衍射光栅的衍射功能实现投影光束的分光最终形成四束对称分布的投影光束；其中，衍射光栅属于非几何光学元件，能够在实现投影光束分光的基础上，尽可能的减小整个显示设备占据的空间体积。但在实际应用中，也并不仅限于上述利用光学衍射元件31来实现投影光束分光，例如，也可以利用三棱镜、分光片等光学器件对投影光束进行多次分光，最终形成四束相互对称的投影光束，也同样可以实现本申请的技术方案，对此本申请中不做具体限制。

另外，在上述各个实施例中均是通过将投影光束进行分光形成四束投影光束，并将四束投影光束相互对称的入射至锥型透镜20的四个侧面；但在实际应用中，调光组件30也并不必然是对投影光束进行分光。如图7所示，在本申请的另一可选地实施例中，锥型透镜20为正多边形棱锥透镜；调光组件30可以包括：

光学衍射元件31和驱动电机；

其中，光学衍射元件31上包括环形分布的多个不同的衍射区域316；驱动电机用于驱动光学衍射元件31旋转，以便各个衍射区域316依次位于投影光源10的输出光路上；

当各个衍射区域316依次位于投影光源10的输出光路上时，每个衍射区域316对投影光源10输出的投影光束分别衍射输出方向中心对称，且中心对称的对称轴和锥型透镜20的中心轴线重合；

驱动电机驱动光学衍射元件31旋转的速度不小于设定转速，使得每个衍射区域316衍射输出的投影光束经过锥型透镜20的侧面反射后形成视觉残留效应。

如图7所示，在图7所示的实施例中，同样以锥型透镜20为正四棱锥透镜为例；该光学衍射元件31可以为圆盘结构，且被划分为四个相同大小的扇形区域，每个扇形区域也即对应一个衍射区域316；当驱动电机驱动光学衍射元件31以其中心为旋转中心旋转时，四个扇形的衍射区域316依次旋转位于投影光源10的输出光路上，并且，当投影光源10输出的投影光束分别入射至不同的衍射区域316时，在每个衍射区域316发生衍射后输出的光束方向也各不相同，由此是通过合理设置各个衍射区域316对投影光束的衍射方向，即可使得各个衍射区域316对投影光束衍射输出的方向中心对称；如图7所示，图7中由衍射区域316引出的带箭头的直线即示出了当前位于投影光源20输出光路上的衍射区域316将投影光束衍射后输出光束的方向，而另外三个带箭头的虚线则表示另外三个衍射区域361分别位于投影光源20输出光路上时衍射输出投影光束的三个不同方向。

在此基础上，通过驱动电机控制光学衍射元件31的旋转速度，使得该光学衍射元件31旋转速度不小于设定速度，由此使得光学衍射元件31上，每个衍射区域316每次衍射输出投影光束从锥型透镜20侧面输出形成的投影画面，因为视觉残留使得该投影画面消失之前，该衍射区域316又再次旋转至投影光源10的输出光路上，再次衍射输出投影光束，由此使得每个衍射区域316分别衍射输出的投影光束从锥型透镜20的各不同侧面输出，在从视觉上均形成一个稳定的投影画面。

相对于将投影光束进行分光的实施例而言，本实施例中在锥型透镜20的每个侧面输出的投影光束的光功率均大致等于投影光源10输出的投影光束的光功率，也即是说，本实施例中在不增加投影光源10的光功率的基础上，可以保证锥型透镜20每个侧面分别输出的投影光束所形成的投影画面的高亮度。

上述各个实施例中，分别示出了调光组件30的多种不同光路结构实施方式；但可以理解的是，在实际应用中，本申请中的调光组件30也并不仅限于上述实现方式，例如，上述图7所示的光学衍射元件31中，四个衍射区域316也并不局限于采用环形分布的四个衍射区域316，还可以采用直线分布的四个衍射区域316，通过驱动电机沿直线方向驱动四个衍射区域316移动，进而使得各个衍射区域316轮流经过投影光源10的输出光路上；还例如调光组件30还可以采用分光镜片和衍射光栅组合形成的组件，还可以包含其他结构类型的组件，本申请中不一一列举说明。

基于上述各个实施例，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地在调光组件30和锥型透镜20之间设置放大透镜组40。

考虑到调光组件30将投影光源10输出的投影光束调制形成四束对称分布的投影光束之后，每束投影光束直接入射到锥型透镜20的侧面所形成的投影画面可能相对较小；为此，本实施例中进一步地在调光组件30和锥型透镜20之间设置放大透镜组40，该放大透镜组40可以仅包括一个凸透镜、凹透镜，或者是凸透镜和凹透镜的组合透镜组，只要能够对投影光束所形成的投影画面放大即可，对此本申请中不做具体限制。

此外，可选地，本申请中的放大透镜组40还可以进一步地包括一体成型的多个透镜单元，各个透镜单元分别对应位于调光组件30输出的各束投影光束的输出光路上，由此使得多个透镜单元分别独立的将对应的投影光束进行扩束放大，从而使得锥型透镜20的各个侧面分别输出的投影画面被放大。

另外，基于上述各个实施例，如图5、图7和图8所示，投影光源10输出的投影光束经过调光组件30调制输出形成的四束投影光束的主光线可以是相互平行的，也可以是相互之间存在夹角的；在实际应用中，该放大透镜组40还可以进一步地包括准直透镜，并且将调光组件30设置在准直透镜的焦平面上，使得调光组件30输出的四束投影光束经过准直透镜后，形成四束主光线相互平行的投影光束。

基于上述论述，对于锥型透镜20的各侧侧面上均设置有光学膜层；该光学膜层可以采用具有反光功能的反射膜。

可选地，锥型透镜20的各不同侧侧面上的光学膜层也可以分别为携带不同的全息信息的反射式衍射光栅膜层。

可以理解的是，本实施例中的反射式衍射光栅膜层也即是携带有物体立体轮廓信息的体全息光栅，当投影光源10输出的投影光束作为参考光束入射到该体全息光栅之后，即可还原显现出物体立体轮廓头画面。在实际应用中，锥型透镜20的各不同侧侧面上的光学膜层可以是记录了同一物体的不同侧面轮廓形状信息的体全息光栅，由此为用户提供更为真实立体的三维全息影像。

综上所述，本申请中的全息投影显示设备中仅仅只采用了一个投影光源，在此基础上将投影光源和锥型透镜之间进一步地设置调光组件，利用该调光组件使得投影光源输出的投影光束调制形成四束分别向锥型透镜的四个不同侧面入射的投影光束，由此减少全息投影显示设备中所需要的投影光源的数量，也即降低设备光学结构的复杂度，并降低投影光源占据空间面积的大小，提升全息投影的真实感。

本申请中还提供了一种智能音箱的实施例，该智能音箱上包括如上任一项所述的全息投影显示设备，用于投影显示投影画面。

在实际应用中，智能音箱上的全息投影显示设备中，投影光源所输出的投影光束所形成的投影画面可以是随着智能音箱输出的音乐(或其他音频)动态变化的画面，使得动画和音乐之间动态配合，提升用户的使用体验。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全息投影显示设备，其特征在于，包括投影光源和锥型透镜；设置在所述投影光源和所述锥型透镜之间的光路上的调光组件；

其中，所述投影光源设置在所述锥型透镜的顶端一侧；

所述调光组件用于将所述投影光源输出的投影光束调制形成分别向所述锥型透镜的各不同侧侧面入射的多束投影光束；

所述锥型透镜的各侧侧面上均设置有光学膜层，分别用于对入射的所述投影光束进行反射输出。

2.如权利要求1所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述锥型透镜为正多边形棱锥透镜；

所述调光组件包括光学衍射元件和反射组件；

所述光学衍射元件用于将所述投影光源输出的投影光束衍射形成多束投影光束；

所述反射组件用于对所述光学衍射元件输出的多束投影光束中至少一束投影光束进行反射偏折，形成各束中心对称的向所述锥型透镜输出的投影光束；且多束所述投影光束的对称中心轴和所述锥型透镜的中心轴线重合。

3.如权利要求2所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述光学衍射元件包括波导元件和设置在所述波导元件上的衍射光栅阵列；

所述衍射光栅阵列用于将所述投影光源输出的投影光束衍射耦入到所述波导元件内部，使得所述投影光束在所述波导元件内全反射传输，并对所述波导元件内传输的投影光束进行扩瞳耦出形成多束投影光束。

4.如权利要求1所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述锥型透镜为正多边形棱锥透镜；所述调光组件包括光学衍射元件，用于将所述投影光源输出的投影光束衍射形成多束中心对称输出的投影光束；且多束所述投影光束的对称中心轴和所述锥型透镜的中心轴线重合。

5.如权利要求4所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述光学衍射元件为复用光栅。

6.如权利要求1所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述锥型透镜为正多边形棱锥透镜；所述调光组件包括光学衍射元件和驱动电机；

其中，所述光学衍射元件上包括环形分布的多个不同的衍射区域；所述驱动电机用于驱动所述光学衍射元件旋转，以便各个所述衍射区域依次位于所述投影光源的输出光路上；

当各个所述衍射区域依次位于所述投影光源的输出光路上时，每个所述衍射区域对所述投影光源输出的投影光束分别衍射输出方向中心对称，且中心对称的对称轴和所述锥型透镜的中心轴线重合；

所述驱动电机驱动所述光学衍射元件旋转的速度不小于设定转速，使得每个所述衍射区域衍射输出的投影光束经过所述锥型透镜的侧面反射后形成视觉残留效应。

7.如权利要求1至6任一项所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述调光组件和所述锥型透镜之间设置有放大透镜组。

8.如权利要求7所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述放大镜透镜组包括一体成型的多个透镜单元，各个所述透镜单元分别对应位于所述调光组件输出的各束投影光束的输出光路上。

9.如权利要求1所述的全息投影显示设备，其特征在于，所述锥型透镜的各不同侧侧面上的所述光学膜层分别为携带不同的全息信息的反射式衍射光栅膜层。

10.一种智能音箱，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的全息投影显示设备，用于投影显示投影画面。