CN216718891U - 投影设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种投影设备，包括投影装置、平板透镜和透光幕布。平板透镜与投影装置间隔设置，投影装置发出的光经平板透镜汇聚后形成浮空实像，透光幕布设于投影装置与平板透镜之间。根据本实用新型的投影设备，通过投影装置的点光源发出投影光线，投影光线经平板透镜汇聚后直接在浮空实像，使得投影装置可以根据用户的实际需求将像呈现在所需位置，降低了占用空间，提高了投影设备的适用范围，同时，因投影装置无需将投影光线投在实际的载体上来成像，进一步降低了占用空间。

Description

投影设备

技术领域

本实用新型涉及投影设备技术领域，尤其是涉及一种投影设备。

背景技术

相关技术中，投影设备中的投影装置需要将投影光线打在墙体上或者不透光的幕布上来显示投影画面以供用户观看，而这样设置的投影设备局限性较大，无法实现任意场地使用，且为保证用户的观看质量，不透光的幕布和墙体需要占用较大的空间以使投影图像较大，空间利用率低，存在改进空间。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种投影设备，投影设备的通用性好，使用便捷性高。

根据本实用新型实施例的投影设备，包括：投影装置、平板透镜以及透光幕布，所述平板透镜与所述投影装置间隔设置，所述投影装置发出的光经所述平板透镜汇聚后形成浮空实像，透光幕布设于投影装置与平板透镜之间。

根据本实用新型实施例的投影设备，通过设置所述投影装置及与投影装置间隔设置的所述平板透镜，使得所述投影装置点光源发出的投影光线，经所述平板透镜汇聚后在空中形成浮于空中的浮空实像。通过平板透镜的设置，改变了投影装置发出的光的路径，使得成像位置可以根据用户的实际需求决定，降低了占用空间，提高了投影设备的适用范围，同时，通过设置平板透镜将投影光线汇聚形成浮空实像，无需将光投射于实际的载体上，更进一步减少了占用空间。

在一些实施例中，所述投影设备包括：透光幕布，所述透光幕布设于所述投影装置与所述平板透镜之间。

在一些实施例中，所述投影装置位于所述平板透镜的斜下方。

在一些实施例中，所述平板透镜与所述透光幕布的夹角为β，所述β满足关系式：0°≤β≤90°。

在一些实施例中，所述的投影设备还包括：传感器，所述传感器位于所述平板透镜的一端。

在一些实施例中，所述传感器为红外传感器或超声波传感器。

在一些实施例中，所述的投影设备还包括：机壳，所述机壳内限定出容纳腔，所述容纳腔的一侧构造为透光面，所述投影装置设在所述容纳腔内，所述平板透镜设于所述透光面处。

在一些实施例中，所述机壳包括：底板；多个侧板，所述侧板设于所述底板的上边沿，多个所述侧板包括顺次相连的第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板，所述第一侧板和所述第三侧板相对设置，所述第二侧板和所述第四侧板相对设置，在所述第一侧板朝向所述第三侧板的方向上，所述二侧板的上边沿、所述第四侧板的上边沿自上到下倾斜设置。

在一些实施例中，所述容纳腔内的底部设有用于安装所述投影装置的安装座。

在一些实施例中，所述安装座与所述投影装置可拆卸地相连。

在一些实施例中，所述平板透镜为负折射平板透镜。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的投影设备的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的投影设备的剖视图；

图3是根据本实用新型实施例中的平板透镜的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例中的第一光波导阵列和第二光波导阵列的示意图；

图5是根据本实用新型实施例中的平板透镜沿厚度方向的正面结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例中的第一光波导阵列和第二光波导阵列的局部结构示意图；

图7是根据本实用新型实施例中的平板透镜的光路示意图；

图8是根据本实用新型实施例中的平板透镜的内部光路原理图；

图9是根据本实用新型实施例中的平板透镜的成像示意图；

附图标记：

投影设备100；

投影装置10；浮空实像30；

透光幕布40；机壳50；容纳腔51；底板52；

第一侧板53；第二侧板54；第三侧板55；第四侧板56；接口57；安装座58；

传感器60；

平板透镜70；第一光波导阵列71；第二光波导阵列72；透明基板73；反射单元74；反射膜75；胶粘剂76。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的。

下面参考图1-图4描述根据本实用新型实施例的投影设备100，包括投影装置10、平板透镜70以及透光幕布40。

具体而言，如图1和图2所示，平板透镜70与投影装置10间隔设置，平板透镜70设于投影装置10发出的投影光线的路径上，投影装置10发出的投影光线经平板透镜70汇聚后在空中形成浮空实像30。

由此，通过设置平板透镜70，一方面，可以改变投影装置10发出的投影光线的路径，以利于根据用户的实际需求将浮空实像30呈现在所需位置，利于降低投影设备100占用的空间，提高投影设备100的适用范围；另一方面，投影光线可以经平板透镜70汇聚后在空中形成浮空实像30，因此，无需将投影光线投在实际的载体上来成像，从而进一步降低投影设备100占用的空间。

如图2所示，透光幕布40设于投影装置10与平板透镜70之间。透光幕布40可以为可以使至少部分投影光线穿透的材料，透光幕布40设于投影装置10的投影光线的路径上。如此，投影装置10发出投影光线后，投影光线投射于透光幕布40，在透光幕布40上形成投影画面，投影画面再经过平板透镜70汇聚后形成浮空实像30。

根据本实用新型实施例的投影设备100，投影装置10发出的投影光线经平板透镜70汇聚后在空中形成浮空实像30，如此设置的投影设备100局限性较小，可以便于投影设备100移动或改变投影方向。同时，在投影装置10与平板透镜70之间设置透光幕布40，提高了浮空实像30的清晰度，保证了投影设备100的成像效果，且无需占用过多的空间。

在一些实施例中，如图2所示，投影装置10位于平板透镜70的斜下方。投影设备100可以朝向上方发出投影光线，并将投影画面投影到透光幕布40上。为保证投影画面可以投射到平板透镜70上，投影装置10设置在平板透镜70的斜下方，以使更多的投影光线通过平板透镜70，保证浮空实像30的亮度和清晰度。

在一些实施例中，如图2所示，平板透镜70与透光幕布40的夹角为β，β满足关系式：0°≤β≤90°。例如，参考图2，平板透镜70与透光幕布40的夹角β可以为45°，此时经平板透镜70汇聚后形成的浮空实像30与透光幕布40垂直，且浮空实像30的成像质量最高，如此设置可以提高成像质量，提高浮空实像30的亮度和清晰度，降低残像影响。此外，平板透镜70与透光幕布40的夹角也可以根据实际需求进行具体设置，在此不作限制。

在一些实施例中，如图2所示，投影设备100还包括传感器60，传感器60位于平板透镜70的一端(例如，如图2所示的下端)。传感器60可以设于平板透镜70靠近浮空实像30的一端并位于浮空实像30的下方，通过设置传感器60，使得投影设备100可以通过传感器60感应用户在浮空实像30处的触摸位置，并将信号发送至投影设备100的控制器，使得用户可以通过触摸浮空实像30处来控制投影设备100，同时可以提高投影设备100与使用者的互动性。通过将传感器60设置于浮空实像30的下方，避免了传感器60被投影设备100的其他部件遮挡，提高了传感器60感应用户在浮空实像30处的触摸位置的准确性，保证了投影设备100与使用者的互动效果。

例如，传感器60可以为红外传感器或超声波传感器，红外传感器或超声波传感器可以感应用户在浮空实像30处的触摸位置，并将信号发送给投影设备100的控制器，使得用户可以通过触摸浮空实像30处来控制投影设备100，进一步提高了投影设备100与使用者的互动性。

在一些实施例中，如图1所示，投影设备100还包括机壳50，机壳50内限定出容纳腔51，容纳腔51的一侧构造为透光面，投影装置10设在容纳腔51内，平板透镜70设于透光面处。平板透镜70设于透光面之上，例如平板透镜70与透光面贴合设置。具体地，容纳腔51的一侧可以敞开以构造出透光面，或者，容纳腔51的透光面可以由透光玻璃构造出，以保证投影光线可以穿过透光面并通过平板透镜70形成浮空实像30，如此设置的机壳50可以提高投影设备100的防尘能力，降低了尘土等杂质对投影装置10成像的影响，提高了成像的清晰度。同时，通过移动机壳50即可移动投影设备100，便于移动。另外，设置机壳50可以提高投影装置10、透光幕布40及平板透镜70的安装稳定性，保持三者的相对位置固定，增强了投影设备100的可靠性。

当然，若投影装置10的体积较大，可以无需设置壳体，以便于投影装置10、平板透镜70、透光幕布40等结构的分别安装设置在不同位置，合理利用空间。

进一步地，如图1、图2所示，机壳50包括底板52和多个侧板，多个侧板设于底板52的上边沿，多个侧板包括顺次相连的第一侧板53、第二侧板54、第三侧板55以及第四侧板56，第一侧板53和第三侧板55相对设置，第二侧板54和第四侧板56相对设置，在第一侧板53朝向第三侧板55的方向上，第二侧板54的上边沿、第四侧板56的上边沿自上到下倾斜设置。底板52的顶面可以为方形，投影装置10可以安装于底板52的上表面，第一侧板53、第二侧板54、第三侧板55以及第四侧板56顺次相连且下边沿与底板52的上边沿相连接，平板透镜70可以安装于第二侧板54及第四侧板56的上边沿处。如此设置，可以提高投影设备100的密封性，减少了尘土等杂质对投影装置10成像的影响，同时可以增加投影设备100的结构稳定性，可以提高投影设备100的使用寿命。

此外，可以在第一侧板53、第二侧板54、第三侧板55、第四侧板56和底板52中的至少一个上设置一个或多个接口57，接口57可以但不仅限于用于安装HDMI连接线、USB连接线、电源连接线等，例如，接口57可以设置在底板52上，进而提高了投影设备100的空间利用率，同时使得投影设备100便于安装连接线，减少了安装时间，提高了安装效率。

在一些实施例中，如图2所示，容纳腔51内的底部设有用于安装投影装置10的安装座58。安装座58设置于机壳50限定的容纳腔51的内部，投影装置10通过安装座58安装在容纳腔51内部，提高了投影装置10与机壳50的连接可靠性，增强了投影设备100的装配稳定性。

进一步地，如图2所示，安装座58与投影装置10可拆卸地相连。由此可以便于投影装置10的拆装，减少了安装时间，提高了安装效率。同时，投影装置10可拆卸使得投影设备100可以更换不同的投影装置10，可以根据用户的实际需求进行更换，提高了投影设备100的适用性。

在一些实施例中，平板透镜70为负折射平板透镜，以利于实现投影设备100在空中形成浮空实像30。下面参考图3-图9对本实用新型中平板透镜70的结构及成像原理进行说明，具体内容如下。

如图3-图4所示，平板透镜70包括两个透明基板73，以及置于两个透明基板73之间的第一光波导阵列71和第二光波导阵列72。其中，第一光波导阵列71和第二光波导阵列72在同一平面紧密贴合且正交布置。优选地，第一光波导阵列71和第二光波导阵列72的厚度相同，便于设计和生产。具体地，如图3所示，平板透镜70从投影装置10一侧到浮空实像30一侧依次包括第一透明基板73、第一光波导阵列71、第二光波导阵列72和第二透明基板73。

其中，第一透明基板73和第二透明基板73均具有两个光学面，透明基板73对波长在390nm至760nm之间的光线具有90％—100％的透射率。透明基板73的材料可以为玻璃、塑料、聚合物和丙烯酸树脂中的至少一个，用于保护光波导阵列及滤去多余光线。需要说明的是，如果第一光波导阵列71和第二光波导阵列72紧密正交贴合后的强度足够，或安装的环境有厚度限制，则也可以只配置一个透明基板73或完全不配置透明基板73。

如图4所示，第一光波导阵列71和第二光波导阵列72由多个横截面为矩形的反射单元74组成，各反射单元74的长度由光波导阵列外围尺寸限制从而长短不一。第一光波导阵列71中反射单元74的延伸方向为X，第二光波导阵列72的反射单元74的延伸方向为Y，Z方向为光波导阵列的厚度方向。第一光波导阵列71和第二光波导阵列72中反射单元74的延伸方向(光波导阵列方向)相互垂直，即从Z方向(厚度方向)看，第一光波导阵列71和第二光波导阵列72之间正交布置，从而使处于正交方向的两个光束会聚于一点，且保证物像面(光源侧和成像侧)相对于平板透镜70对称，产生等效负折射现象，在空中形成浮空实像30。

如图5所示，第一光波导阵列71或第二光波导阵列72由以用户视角偏转45°斜向布置的多个平行排布的反射单元74组成。具体地，第一光波导阵列71可由呈左下方向45°并排且横截面为矩形的反射单元74组成，第二光波导阵列72可由呈右下方向45°并排且横截面为矩形的反射单元74组成，两组光波导阵列中反射单元74的排列方向可以互换。例如，第一光波导阵列71中反射单元74的延伸方向为Y，第二光波导阵列72的反射单元74的延伸方向为X，Z方向为光波导阵列的厚度方向，从Z方向(厚度方向)看，第一光波导阵列71和第二光波导阵列72之间正交布置，使处于正交方向的两个光束会聚于一点，且保证物像面(光源侧和成像侧)相对于平板透镜70对称，产生等效负折射现象，在空中形成浮空实像30。其中，光波导材料具有光学折射率n1，在一些实施例中，n1>1.4，例如n1取值为1.5、1.8、2.0等。

如图8所示，对于第一光波导阵列71和第二光波导阵列72，各反射单元74与其相邻的反射单元74之间存在两个交接面，各交接面之间由透光性较好的胶粘剂76接合。优选地，胶粘剂76可以选择光敏胶或热固胶，胶粘剂13的厚度为T1，且满足T1>0.001mm，例如，T1＝0.002mm或者T1＝0.003mm或者T1＝0.0015mm，具体厚度可以依据具体需要设置。平板透镜70中相邻的光波导阵列之间以及光波导阵列与透明基板73之间均设置有胶粘剂76，增加牢固性。

在一些实施例中，反射单元74的横截面可以为矩形，且沿反射单元74的排布方向的一侧或两侧面设置有反射膜75。具体地，在光波导阵列排布方向上，各反射单元74两侧均镀有反射膜75，该反射膜75的材料可以为实现全反射的铝、银等金属材料或其他非金属化合物材料。反射膜75的作用是防止光线因没有全反射而进入相邻光波导阵列中形成杂光影响成像。或者，各反射单元74也可以在反射膜75上添加介质膜，介质膜的作用是提高光反射率。

单个反射单元74的横截面宽a和横截面长b，满足0.1mm≤a≤5mm，0.1mm≤b≤5mm，进一步地，为了获得更好的成像效果，满足0.1mm≤a≤2mm，0.1mm≤b≤2mm。例如a＝0.2mm，b＝0.2mm；或者，a＝0.5mm，b＝0.5mm。在大屏幕显示时可以通过拼接多块光波导阵列来实现大尺寸需求。光波导阵列的整体形状根据应用场景需要设置，本实施例中，两组光波导阵列整体呈矩形结构，两对角的反射单元74为三角形，中间的反射单元74为梯形结构。单个反射单元74的长度不等，位于矩形对角线的反射单元74长度最长，两端的反射单元74长度最短。此外，平板透镜70还可以包括增透部件和视角控制部件，增透部件可以提高平板透镜的整体透过率，提高浮空实像30的清晰度和明亮度。视角控制部件可以用于消除浮空实像30的残像，降低观察者的眩晕感，同时防止观察者从其他角度窥视到装置内部，提升装置整体的美观度。其中，增透部件和视角控制部件可以组合，或者也可以分别独立设置在透明基板73与波导阵列的之间、两层波导阵列之间或透明基板73的外层。

具体地，本实用新型的浮空实像30的形成原理如下：

在微米尺度上，使用相互正交的双层波导阵列结构，来对任意光信号进行正交分解。原始信号投射在第一光波导阵列71，以原始信号投射点作为原点、垂直于第一光波导阵列71为x轴建立直角坐标系，在该直角坐标系内原始信号被分解为位于x轴的信号X和位于y轴的信号Y两路相互正交信号。其中，信号X在经过第一光波导阵列71时，按照与入射角相同的反射角在反射膜75表面进行全反射；此时，信号Y保持平行于第一光波导阵列71，穿过第一光波导阵列71后，在第二光波导阵列72表面按照与入射角相同的反射角在反射膜75表面进行全反射，反射后的信号Y与信号X组成的反射后的光信号便与原始光信号成镜面对称。因此任意方向的光线经过此平板透镜70均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此平板透镜70便会在对称位置重新汇聚成浮空实像30，浮空实像30的成像距离与平板透镜70到像源即投影装置10的距离相同，为等距离成像，且浮空实像30的位置在空中，不需要具体载体，而是直接在空气中呈现实像。因此，使用者所看到的空间中的影像即是投影装置10发出的投影光线。

在本实用新型实施例中，投影装置10光源发出的光线在穿过平板透镜70时，在平板透镜70上发生上述过程。具体地，如图8所示，光线在第一光波导阵列71上的入射角分别为α₁、α₂和α₃，光线在第一光波导阵列71上的反射角为β₁、β₂和β₃，其中α₁＝β₁，α₂＝β₂，α₃＝β₃，经过第一光波导阵列71反射后，在第二光波导阵列72上的入射角分别为γ₁、γ₂和γ₃，在第二光波导阵列72上的反射角分别为δ₁、δ₂和δ₃，其中，γ₁＝δ₁，γ₂＝δ₂，γ₃＝δ₃。

进一步地，汇聚成像后的入射角分别为α₁，α₂，α₃…α_n，投影装置10的光源与平板透镜70的距离为L，则浮空实像的成像位置与平板透镜的距离也为L，且该浮空实像30的可视角度ε为2倍max(α)。

可以理解的是，若光波导阵列的尺寸较小，则仅在距离光波导阵列成像侧的一定距离才可看到影像；而若光波导阵列的尺寸变大，即可实现更大的成像距离，从而增大视野率。

优选地，平板透镜70与投影装置10的夹角设置为45°±5°的范围，从而可以有效利用平板透镜70的尺寸，提高成像质量和降低残像影响。此外，如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度，优选地，平板透镜70的大小设置为可以显示整个投影装置10所呈现的浮空实像30的画面。但如果实际使用时仅需要看到投影装置10的部分画面，则平板透镜70的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置，对此不作限制。

另外，以上主要表述采用双层光波导阵列结构的平板透镜70的成像原理，在另一些实施例中，若将四周面均设为附有反射膜75的多个立方柱状反射单元74，且多个立方柱状反射单元74均在一层光波导阵列结构中沿X和Y方向呈阵列排布，即将两层光波导阵列合并成一层，其成像原理与双层光波导阵列结构的成像原理相同，也可以作为平板透镜70的结构。

在实施例中，第一光波导阵列71与第二光波导阵列72的厚度相同，从而可以简化第一光波导阵列71与第二光波导阵列72结构的复杂度，降低第一光波导阵列71与第二光波导阵列72的制造难度，提升第一光波导阵列71与第二光波导阵列72的生产效率，减少第一光波导阵列71与第二光波导阵列72的生产成本。需要注意的是，此处的厚度相同为一个相对的范围，并非是绝对相同，即以提高生产效率为目的，在不影响浮空实像30质量的前提下，光波导阵列之间可以存在一定的厚度差。

根据本实用新型的一些实施例，投影装置10的成像模式可以包括RGB(红色、绿色、蓝色)发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅)器件、OLED(Organic Light-EmittingDiode，有机发光二极管)阵列、投影、激光、激光二极管或任何其他合适的显示器或立体显示器，对此不作限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种投影设备，其特征在于，包括：

投影装置；

平板透镜，所述平板透镜与所述投影装置间隔设置，所述投影装置发出的光经所述平板透镜汇聚后在空中形成浮空实像；

透光幕布，所述透光幕布设于所述投影装置与所述平板透镜之间。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述平板透镜与所述透光幕布的夹角为β，所述β满足关系式：0°≤β≤90°。

3.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述投影装置位于所述平板透镜的斜下方。

4.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，还包括：

传感器，所述传感器位于所述平板透镜的一端。

5.根据权利要求4所述的投影设备，其特征在于，所述传感器为红外传感器或超声波传感器。

6.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，还包括：

机壳，所述机壳内限定出容纳腔，所述容纳腔的一侧构造为透光面，所述投影装置设在所述容纳腔内，所述平板透镜设于所述透光面处。

7.根据权利要求6所述的投影设备，其特征在于，所述机壳包括：

底板；

多个侧板，所述侧板设于所述底板的上边沿，多个所述侧板包括顺次相连的第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板，所述第一侧板和所述第三侧板相对设置，所述第二侧板和所述第四侧板相对设置，在所述第一侧板朝向所述第三侧板的方向上，所述第二侧板的上边沿、所述第四侧板的上边沿自上到下倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的投影设备，其特征在于，所述容纳腔内的底部设有用于安装所述投影装置的安装座。

9.根据权利要求8所述的投影设备，其特征在于，所述安装座与所述投影装置可拆卸地相连。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的投影设备，其特征在于，所述平板透镜为负折射平板透镜。

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