CN111381422B - 投影设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影设备及其控制方法，属于激光投影技术领域。该投影设备包括光源***、照明光学***和成像***，光源***包括不同颜色的至少三个激光器组件，照明光学***包括DMD、透镜组件和RTIR组件。透镜组件位于至少三个激光器组件的出光侧，RTIR组件包括第一平凸透镜和楔形棱镜，第一平凸透镜的平面与楔形棱镜的第一侧面胶合，第一平凸透镜的中心线与透镜组件的中心线之间形成预设夹角，DMD位于楔形棱镜的第一出光侧。由于可以直接通过至少三个激光器组件作为光源，减少了光源***中器件的数量。另外，由于可以在透镜组件、第一平凸透镜、楔形棱镜和DMD的共同作用下实现对投影设备照明，减少了楔形棱镜的数量，实现了投影设备的小型化。

Description

投影设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光投影技术领域，特别涉及一种投影设备及其控制方法。

背景技术

激光因其亮度高、方向性强、相干性好等优点，可以作为光源被应用于投影技术领域，也即是可以为投影设备提供显示所需的光束。

目前，如附图1所示，投影设备中主要包括光源***、照明光学***和成像***。其中，在远心设计方案中，照明光学***主要包括透镜组件1、TIR(Total InternalReflection，全反射)组件2和DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)3，透镜组件1的中心线与光源***4出射的光束的主光轴重合，TIR是将呈三棱柱结构的第一楔形棱镜21的第一侧面和呈三棱柱结构的第二楔形棱镜22的第一侧面胶合而成，DMD3所在的平面与第一楔形棱镜的第二侧面平行。其中，主光轴是指一束光束中沿中心线方向的光束。光源***4出射的光束经过透镜组件1进行处理，以保证处理后的光束在DMD3所在平面上形成的光斑能够覆盖DMD3。之后，处理后的光束出射至第一楔形棱镜21的第三侧面，并入射至第一楔形棱镜21的第一侧面，从而在第一楔形棱镜21的第一侧面发生全反射后，沿第一楔形棱镜21的第二侧面出射至DMD3，DMD3在将光束进行反射后，依次穿过第一楔形棱镜21的第二侧面和第一侧面，以及第二楔形棱镜22的第一侧面和第二侧面出射至投影设备的成像***5。

然而，设计人员发现，在投影设备的不断改进中，照明光学***所占据的尺寸大小在一定程度上影响了投影设备所占据的空间。

发明内容

本发明提供了一种投影设备及其控制方法，可以投影设备所占空间尺寸较大的问题。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种投影设备，包括光源***、照明光学***和成像***，所述光源***包括不同颜色的至少三个激光器组件，所述照明光学***包括DMD、透镜组件和RTIR(Refraction Total Internal Reflection，折射全反射)组件；

所述透镜组件位于所述至少三个激光器组件的出光侧，所述RTIR组件包括第一平凸透镜和楔形棱镜，所述第一平凸透镜的平面与所述楔形棱镜的第一侧面胶合，所述第一平凸透镜的中心线与所述透镜组件的中心线之间形成预设夹角，所述DMD位于所述楔形棱镜的第一出光侧，所述楔形棱镜的第一出光侧是指所述楔形棱镜的第二侧面所在的一侧；

所述至少三个激光器组件用于输出不同颜色的至少三组光束，并将输出的至少三组光束出射至所述透镜组件，所述透镜组件用于对所述至少三个激光器组件出射的光束进行调整，并将调整后的光束出射至所述第一平凸透镜的凸面，所述第一平凸透镜用于对所述透镜组件调整后的光束进行折射，并将折射后的光束出射至所述楔形棱镜的第一侧面，所述楔形棱镜用于对所述第一平凸透镜折射后的光束再次折射，并将再次折射后的光束从所述楔形棱镜的第一出光侧出射至所述DMD，且出射至所述DMD的光束在所述DMD所在的平面上形成的光斑能够覆盖所述DMD，所述DMD用于对所述楔形棱镜折射后的光束进行反射，并将反射后的光束穿过所述楔形棱镜的第二侧面出射至所述楔形棱镜的第一侧面，所述楔形棱镜还用于对所述DMD反射的光束进行全反射，并将全反射后的光束从所述楔形棱镜的第二出光侧出射至成像***，所述楔形棱镜的第二出光侧是指所述楔形棱镜的第三侧面所在的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述光源***还包括与所述至少三个激光器组件一一对应的至少三个激光聚焦组件，以及锥形反射体和光束整形组件；

每个激光聚焦组件位于对应的激光器组件的出光侧，所述锥形反射***于所述至少三个激光聚焦组件的出射光束的主光轴的交点位置，所述锥形反射体的侧面设置有激光反射区，且所述锥形反射体的顶点朝向所述光束整形组件，所述光束整形组件的中心线与所述至少三个激光器组件所在的平面垂直，所述透镜组件位于所述光束整形组件的出光侧；

每个激光聚焦组件用于对对应的激光器组件出射的光束进行聚焦，并将聚焦后的光束出射至所述锥形反射体的激光反射区，所述锥形反射体用于对每个激光聚焦组件聚焦后的光束进行反射，所述光束整形组件用于对所述锥形反射体反射后的光束进行整形，并将整形后的光束出射至所述透镜组件。

可选地，每个激光聚焦组件包括凸面反射镜和至少一个凹面反射镜；

所述凸面反射镜位于对应的激光器组件的出光侧，且所述凸面反射镜的凸面朝向对应的激光器组件，所述至少一个凹面反射镜位于对应的激光器组件的侧方，且每个凹面反射镜的凹面朝向所述凸面反射镜的凸面；

所述凸面反射镜用于对对应的激光器组件出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述至少一个凹面反射镜，所述至少一个凹面反射镜用于对所述凸面反射镜发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述锥形反射体。

可选地，每个激光聚焦组件包括第一双凸透镜、第一双凹透镜、第二双凸透镜和第二平凸透镜；

所述第一双凸透镜、所述第一双凹透镜、所述第二双凸透镜和所述第二平凸透镜依次位于对应的激光器组件的出光侧，所述第一双凸透镜的中心线、所述第一双凹透镜的中心线、所述第二双凸透镜的中心线、所述第二平凸透镜的中心线和对应的激光器组件出射的光束的主光轴重合，相比于所述第一双凸透镜，所述第二平凸透镜靠近所述锥形反射体，且所述第二平凸透镜的平面朝向所述锥形反射体；

所述第一双凸透镜用于对对应的激光器组件出射的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述第一双凹透镜，所述第一双凹透镜用于对所述第一双凸透镜汇聚后的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述第二双凸透镜，所述第二双凸透镜和所述第二平凸透镜依次用于对所述第一双凹透镜发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述锥形反射体。

可选地，所述光束整形组件包括第一凹凸透镜、第三双凸透镜和第二凹凸透镜；

所述第一凹凸透镜、所述第三双凸透镜和所述第二凹凸透镜依次位于所述锥形反射体的出光侧，所述第一凹凸透镜的中心线、所述第三双凸透镜的中心线、所述第二凹凸透镜的中心线和所述锥形反射体反射的光束的主光轴重合，相比于所述第二凹凸透镜，所述第一凹凸透镜靠近所述锥形反射体，且所述第一凹凸透镜的凹面朝向所述锥形反射体，所述第二凹凸透镜的凸面朝向所述第三双凸透镜；

所述第一凹凸透镜用于对所述锥形反射体反射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述第三双凸透镜，所述第三双凸透镜和所述第二凹凸透镜依次用于对所述第一凹凸透镜发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述透镜组件。

可选地，所述第一平凸透镜位于所述透镜组件的出光侧，所述第一平凸透镜的凸面朝向所述透镜组件。

可选地，所述第一平凸透镜的凸面背向所述透镜组件，所述照明光学***还包括平面反射镜，所述平面反射镜用于将所述透镜组件出射的光束的方向调整至朝向所述第一平凸透镜的凸面的方向。

可选地，所述透镜组件包括：第三凹凸透镜和第四双凸透镜；

所述第三凹凸透镜的中心线与所述第四双凸透镜的中心线重合，所述第三凹凸透镜的凹面朝向所述光源***，且所述第三凹凸透镜位于所述第四双凸透镜与所述光源***之间；

所述第三凹凸透镜用于对所述光源***出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述第四双凸透镜，所述第四双凸透镜用于对所述第三凹凸透镜发散后的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述第一平凸透镜的凸面。

可选地，所述照明光学***还包括矩形光导管；

所述矩形光导管的中心线与所述第三凹凸透镜的中心线重合，且位于所述光源***和所述第三凹凸透镜之间，所述矩形光导管用于对所述光源***出射的光束进行整形，并将整形后的光束出射至所述第三凹凸透镜的凹面，所述矩形光导管的尺寸与所述DMD的尺寸呈预设比例。

可选地，所述透镜组件包括：复眼透镜和第五双凸透镜；

所述复眼透镜的中心线与所述第五双凸透镜的中心线重合，所述复眼透镜位于所述第五双凸透镜与所述光源***之间，所述复眼透镜用于对所述光源***出射的光束进行均化和发散，并将均化和发散后的光束出射至所述第五双凸透镜，所述第五双凸透镜用于对所述复眼透镜均化和发散后的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述第一平凸透镜的凸面。

可选地，所述第一平凸透镜折射后的光束在所述楔形棱镜的第一侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第一侧面内，所述楔形棱镜折射后的光束在所述楔形棱镜的第二侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第二侧面内，所述DMD反射后的光束在所述楔形棱镜的第一侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第一侧面内，所述楔形棱镜全反射后的光束在所述楔形棱镜的第三侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第三侧面内。

可选地，所述透镜组件的中心线与所述光源***出射的光束的主光轴重合。

第二方面，提供了一种投影设备的控制方法，所述方法应用于上述第一方面所述的投影设备，所述方法包括：

控制不同颜色的所述至少三个激光器组件开启，以使所述至少三个激光器组件输出不同颜色的至少三组光束，所述至少三组光束依次通过所述透镜组件、所述第一平凸透镜、所述楔形棱镜、所述DMD、所述楔形棱镜和所述成像***以进行投影。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少可以包括：

本发明通过控制不同颜色的至少三个激光器组件开启，以使至少三个激光器组件输出不同颜色的至少三组光束并出射至透镜组件，通过透镜组件对至少三组光束进行调整，之后通过第一平凸透镜和楔形棱镜对调整后的光束依次进行折射，并将折射后的光束从楔形棱镜的第一出光侧出射至DMD，在经DMD进行反射后穿过楔形棱镜的第二侧面并出射至楔形棱镜的第一侧面。经DMD反射后出射至楔形棱镜的第一侧面的光束可以发生全反射，进而从楔形棱镜的第二出光侧出射至成像***，实现投影设备的投影。由于可以通过颜色不同的至少三个激光器组件作为光源，从而可以避免采用荧光轮对激光器组件出射的光束进行荧光反射，减少了光源***中器件的数量，从而减小了光源***的尺寸大小。另外，由于可以在透镜组件、第一平凸透镜、楔形棱镜和DMD的共同作用下实现对投影设备照明，减少了照明光学***中楔形棱镜的数量，从而减小了照明光学***的尺寸大小，实现了投影设备的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是相关技术提供的一种投影设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种投影设备的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种光源***的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种光源***的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种光源***的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的再一种光源***的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种照明光学***的结构示意图

图8是本发明实施例提供的另一种照明光学***的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种RTIR组件的光束传播路径示意图；

图10是本发明实施例提供的另一种RTIR组件的光束传播路径示意图；

图11是本发明实施例提供的又一种RTIR组件的光束传播路径示意图；

图12是本发明实施例提供的又一种照明光学***的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的一种投影设备的控制方法的流程示意图。

附图标记：

相关技术中：1：透镜组件；2：TIR组件；21：第一楔形棱镜；22：第二楔形棱镜；3：DMD；4：光源***；5：成像***；

本申请中：1：光源***；2：照明光学***；3：成像***；

11：激光器组件；12：激光聚焦组件；13：锥形反射体；14：光束整形组件；

121：凸面反射镜；122：凹面反射镜；123：第一双凸透镜；124：第一双凹透镜；125：第二双凸透镜；126：第二平凸透镜；

141：第一凹凸透镜；142：第三双凸透镜；143：第二凹凸透镜；

21：DMD；22：透镜组件；23：RTIR组件；24：平面反射镜；25：矩形光导管；

221：第三凹凸透镜；222：第四双凸透镜；223：复眼透镜；224：第五双凸透镜；

231：第一平凸透镜；232：楔形棱镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图2是本发明实施例提供的一种投影设备的结构示意图。参见附图2，该投影设备包括光源***1、照明光学***2和成像***3，光源***1包括不同颜色的至少三个激光器组件11，照明光学***2包括数字微镜器件DMD21、透镜组件22和折射全反射RTIR组件23。透镜组件22位于至少三个激光器组件11的出光侧，RTIR组件23包括第一平凸透镜231和楔形棱镜232，第一平凸透镜231的平面与楔形棱镜232的第一侧面胶合，第一平凸透镜231的中心线与透镜组件22的中心线之间形成预设夹角，DMD21位于楔形棱镜232的第一出光侧，楔形棱镜232的第一出光侧是指楔形棱镜232的第二侧面所在的一侧。

至少三个激光器组件11用于输出不同颜色的至少三组光束，并将输出的至少三组光束出射至透镜组件22，透镜组件22用于对至少三个激光器组件11出射的光束进行调整，并将调整后的光束出射至第一平凸透镜231的凸面，第一平凸透镜231用于对透镜组件22调整后的光束进行折射，并将折射后的光束出射至楔形棱镜232的第一侧面，楔形棱镜232用于对第一平凸透镜231折射后的光束再次折射，并将再次折射后的光束从楔形棱镜232的第一出光侧出射至DMD21，且出射至DMD21的光束在DMD21所在的平面上形成的光斑能够覆盖DMD21，DMD21用于对楔形棱镜232折射后的光束进行反射，并将反射后的光束穿过楔形棱镜232的第二侧面出射至楔形棱镜232的第一侧面，楔形棱镜232还用于对DMD21反射的光束进行全反射，并将全反射后的光束从楔形棱镜232的第二出光侧出射至成像***3，楔形棱镜232的第二出光侧是指楔形棱镜232的第三侧面所在的一侧。

本发明实施例中，通过控制光源***1包括的至少三个激光器组件11输出不同颜色的至少三组光束并出射至透镜组件22，在通过透镜组件22对至少三组光束进行调整，之后通过第一平凸透镜231和楔形棱镜232对调整后的光束依次进行折射，并将折射后的光束从楔形棱镜232的第一出光侧出射至DMD21，在经DMD21进行反射后穿过楔形棱镜232的第二侧面并出射至楔形棱镜232的第一侧面。由于楔形棱镜232的第一侧面与第一平凸透镜231的平面胶合，也即是楔形棱镜232的第一侧面与第一平凸透镜231的平面之间存在一定间隙，这样经DMD21反射后出射至楔形棱镜232的第一侧面的光束可以发生全反射，进而从楔形棱镜232的第二出光侧出射至成像***3，实现投影设备的投影。由于光源***1直接采用了不同颜色的至少三个激光器组件11，因此可以避免采用荧光轮对激光器组件11出射的光束进行荧光反射，减少了光源***1中器件的数量，从而减小了光源***1的尺寸大小。另外，由于可以在透镜组件22、第一平凸透镜231、楔形棱镜232和DMD21的共同作用下实现对投影设备照明，减少了照明光学***2中楔形棱镜232的数量，从而减小了照明光学***2的尺寸大小，实现了投影设备的小型化。

其中，每种颜色的激光器组件11可以为单个的单色激光器，或者排布有多个单色激光器的单色激光器阵列，例如，对应蓝色的激光器组件11可以为单个的蓝光激光器，或者排布有多个蓝光激光器的蓝光激光器阵列。在单色激光器阵列中适当增加单色激光器的数量，可以提高光源***1输出的光束的亮度，从而提高投影设备的投影效果。不同颜色的至少三个激光器组件11可以包括蓝光对应的蓝光激光器组件11、绿光对应的绿光激光器组件11和红光对应的红光激光器组件11，当然，在实际应用中，至少三个激光器组件11还可以包括黄光对应的黄光激光器组件11等其他颜色对应的激光器组件11。至少三个激光器组件11所在的平面可以与透镜组件22的中心线垂直，且每个激光器组件11出射的光束的主光轴与透镜组件22的中心线小于一定角度，以保证至少三个激光器组件11输出的大部分光束能够出射至透镜组件22。

其中，预设夹角可以根据第一平凸透镜231的材质进行设定，以保证经第一平凸透镜231进行折射后出射至楔形棱镜232的第一侧面的光束的入射角小于第一平凸透镜231的临界角，且经DMD21反射后出射至楔形棱镜232的第一侧面的光束的入射角大于或等于楔形棱镜232的临界角，从而避免了第一平凸透镜231折射后出射至楔形棱镜232的第一侧面的光束发生全反射，另外在楔形棱镜232的第一侧面与第一平凸透镜231的平面侧之间设置有一定空隙时，保证DMD21反射后出射至楔形棱镜232的第一侧面的光束能够发生全反射。

由于透镜组件22的中心线与平凸透镜的中心线呈预设夹角，也即是透镜组件22出射的光束的主光轴与平凸透镜的中心线呈预设夹角。这样，透镜组件22出射的光束可以入射至平凸透镜的半边区域，且这半边区域在光束的主光轴到平凸透镜的边缘的方向上，透镜的厚度为由厚变窄。经平凸透镜折射后的光束入射在楔形棱镜232上的区域，在楔形棱镜232的边缘到光束的主光轴的方向上，棱镜的厚度由窄变厚，从而实现了透镜厚度与棱镜厚度的互补，从而实现了照明光学***2的照明效果。

DMD21所在的平面可以与楔形棱镜232的第二侧面平行，从而能够在节省空间的同时，提高光束的反射效果，避免部分光束反射至楔形棱镜232的第二侧面之外的区域。当然，DMD21所在的平面也可以与楔形棱镜232的第二侧面成一定角度，只要能够避免DMD21反射的光束入射至楔形棱镜232的第二侧面之外的区域即可，本发明实施例对此不做限定。

需要说明的是，在通过透镜组件22对光源***1出射的光束进行调整时，为了保证透镜组件22的调整效果，从而提高投影设备的投影效果，透镜组件22的中心线与光源***1出射的光束的主光轴可以重合，也即是至少三个激光器组件11输出的至少三组光束的主光轴与透镜组件22的中心线重合。当然，透镜组件22的中心线与光源***1出射的光束的主光轴之间也可以成一定角度，比如可以成10度15、度或20度等，只要不影响投影设备的投影效果即可，本发明实施例对此不做限定。

另外，为了保证照明光学***2出射的光束在成像***3形成的投影效果较好，第一平凸透镜231折射后的光束在楔形棱镜232的第一侧面所在的平面内形成的光斑包含在楔形棱镜232的第一侧面内，楔形棱镜232折射后的光束在楔形棱镜232的第二侧面所在的平面内形成的光斑包含在楔形棱镜232的第二侧面内，DMD21反射后的光束在楔形棱镜232的第一侧面所在的平面内形成的光斑包含在楔形棱镜232的第一侧面内，楔形棱镜232全反射后的光束在楔形棱镜232的第三侧面所在的平面内形成的光斑包含在楔形棱镜232的第三侧面内。

本发明实施例中，参见附图3，光源***1还可以包括与至少三个激光器组件11一一对应的至少三个激光聚焦组件12，以及锥形反射体13和光束整形组件14。每个激光聚焦组件12位于对应的激光器组件11的出光侧，锥形反射体13位于至少三个激光聚焦组件12的出射光束的主光轴的交点位置，锥形反射体13的侧面设置有激光反射区，且锥形反射体13的顶点朝向光束整形组件14，光束整形组件14的中心线与至少三个激光器组件11所在的平面垂直，透镜组件22位于光束整形组件14的出光侧。每个激光聚焦组件12用于对对应的激光器组件11出射的光束进行聚焦，并将聚焦后的光束出射至锥形反射体13的激光反射区，锥形反射体13用于对每个激光聚焦组件12聚焦后的光束进行反射，光束整形组件14用于对锥形反射体13反射后的光束进行整形，并将整形后的光束出射至透镜组件22。

其中，锥形反射体13可以按照一定的旋转速度旋转，以保证在经锥形反射体13上的激光反射区进行反射后可以产生不同波段的光束。当然，锥形反射体13也可以进行固定，此时可以对至少三个激光器组件11和分别对应的至少三个激光聚焦组件12进行旋转即可，本发明实施例对此不做限定。棱锥形反射体13可以为正三棱锥、正四棱锥等等，棱锥形反射体13的侧楞或侧面的数量与激光器组件11的颜色数量一致。棱锥形反射体13上与至少三个激光器组件11的出光侧相对的侧面设置有激光反射区，激光反射区涂覆有荧光粉，当每个激光聚焦组件12将聚焦后的光束出射至激光反射区时，激光反射区可以对每个激光聚焦组件12出射的光束进行反射，并将反射后的光束出射至光束整形组件14中。

其中，每个激光聚焦组件12的中心线与对应的激光器组件11出射的光束的主光轴可以重合，以提高光束的聚焦效果。至少三个激光器组件11和至少三个激光聚焦组件12均可以以锥形反射体13的设置位置为中心，环绕锥形反射体13进行设置，且每个激光器组件11与锥形反射体13之间的距离可以相同，每个激光聚焦组件12与锥形反射体13之间的距离可以相同，从而每个激光器组件11输出的一组光束能够在对应的激光聚焦组件12进行聚焦后出射至锥形反射体13。至少三个激光器组件11可以沿圆周方向均匀设置，也即是至少三个激光器组件11分别出射的至少三组光束入射至锥形反射体13的所有侧面。当然，至少三个激光器组件11也可以沿圆周方向随机分布，比如至少三个激光器组件11分别出射的至少三组光束入射至锥形反射体13的至少一个侧面。

在一种可能的实现方式中，参见附图4，每个激光聚焦组件12可以包括凸面反射镜121和至少一个凹面反射镜122。凸面反射镜121位于对应的激光器组件11的出光侧，且凸面反射镜121的凸面朝向对应的激光器组件11，至少一个凹面反射镜122位于对应的激光器组件11的侧方，且每个凹面反射镜122的凹面朝向凸面反射镜121的凸面。凸面反射镜121用于对对应的激光器组件11出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至至少一个凹面反射镜122，至少一个凹面反射镜122用于对凸面反射镜121发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至锥形反射体13。

其中，凸面反射镜121可以位于对应的激光器组件11和锥形反射体13，当然也可以位于锥形反射体13上远离对应的激光器组件11的一侧，只要能够实现对对应的激光器组件11出射的光束进行发散即可，本发明实施例对此不做限定。至少一个凹面反射镜122可以在与对应的激光器组件11出射的光束的主光轴垂直的平面上分布，且至少一个凹面反射镜122可以沿圆周方向均匀分布，以便于可以通过至少一个凹面反射镜122对凸面反射镜121发散的大部分光束进行汇聚，从而在降低光能的浪费的同时提高激光聚焦组件12的聚焦效果。

参见附图4，光源***1包括颜色不同的且沿圆周方向均匀分布的三个单色激光器11，分别为蓝光单色激光器、绿光单色激光器和红光单色激光器，锥形反射体13为正三棱锥。每个单色激光器11输出的光束可以出射至对应的凸面反射镜121，在经凸面反射镜121进行反射后出射至对应的至少一个凹面反射镜122，再经至少一个凹面反射镜122反射后出射至锥形反射体13上相对的一个侧面，实现对对应的单色激光器11输出的光束的聚焦。

需要说明的是，当激光器组件11为单色激光器时出射的光束较窄，当激光器组件11为单色激光器阵列出射的光束较宽，为了避免与激光器组件11对应的凸面反射镜121和至少一个凹面反射镜122的尺寸较大，每个激光器组件11可以为单色激光器。

在另一种可能的实现方式中，参见附图5，每个激光聚焦组件12可以包括第一双凸透镜123、第一双凹透镜124、第二双凸透镜125和第二平凸透镜126。第一双凸透镜123、第一双凹透镜124、第二双凸透镜125和第二平凸透镜126依次位于对应的激光器组件11的出光侧，第一双凸透镜123的中心线、第一双凹透镜124的中心线、第二双凸透镜125的中心线、第二平凸透镜126的中心线和对应的激光器组件11出射的光束的主光轴重合，相比于第一双凸透镜123，第二平凸透镜126靠近锥形反射体13，且第二平凸透镜126的平面朝向锥形反射体13。第一双凸透镜123用于对对应的激光器组件11出射的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至第一双凹透镜124，第一双凹透镜124用于对第一双凸透镜123汇聚后的光束进行发散，并将发散后的光束出射至第二双凸透镜125，第二双凸透镜125和第二平凸透镜126依次用于对第一双凹透镜124发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至锥形反射体13。

其中，第一双凹透镜124和第二双凸透镜125可以分离设置，也即两者之间可以设置有一定的间距。当然，第一双凹透镜124和第二双凸透镜125也可以为组合的胶合透镜，也即可以将第一双凹透镜124和第二双凸透镜125事先进行胶合。

参见附图5，光源***1包括颜色不同的且沿圆周方向均匀分布的三个单色激光器阵列11，分别为蓝光单色激光器阵列、绿光单色激光器阵列和红光单色激光器阵列，锥形反射体13为正三棱锥。每个单色激光器阵列11输出的光束可以出射至对应的第一双凸透镜123进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至对应的第一双凹透镜124，对应的第一双凹透镜124在对汇聚后的光束进行发散，并将发散后的光束出射至对应的第二双凸透镜125，对应的第二双凸透镜125和对应的第二平凸透镜126依次用于对第一双凹透镜124发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至锥形反射体13上相对的一个侧面，实现对对应的单色激光器阵列11输出的光束的聚焦。

其中，光束整形组件14的中心线可以与锥形反射体13的中心线重合，以提高光束整形组件14的整形效果，降低光能的浪费。光束整形组件14的中心线与每个激光聚焦组件12的中心线之间形成夹角范围可以为0～180度，具体的光束整形组件14的中心线与每个激光聚焦组件12的中心线之间形成夹角可以根据锥形反射体13进行确定。光束整形组件14可以根据照明光学***2的光束的需求，例如光斑大小、均匀度等，对锥形反射体13反射出的不同颜色的光束进行整形，进而将整形后的光束出射至照明光学***2包括的透镜组件22。

参见附图6，光束整形组件14可以包括第一凹凸透镜141、第三双凸透镜142和第二凹凸透镜143。第一凹凸透镜141、第三双凸透镜142和第二凹凸透镜143依次位于锥形反射体13的出光侧，第一凹凸透镜141的中心线、第三双凸透镜142的中心线、第二凹凸透镜143的中心线和锥形反射体13反射的光束的主光轴重合，相比于第二凹凸透镜143，第一凹凸透镜141靠近锥形反射体13，且第一凹凸透镜141的凹面朝向锥形反射体13，第二凹凸透镜143的凸面朝向第三双凸透镜142。第一凹凸透镜141用于对锥形反射体13反射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至第三双凸透镜142，第三双凸透镜142和第二凹凸透镜143依次用于对第一凹凸透镜141发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至透镜组件22。

其中，光束整形组件14除包括第一凹凸透镜141、第三双凸透镜142和第二凹凸透镜143这三个光学器件之外，还可以包括用于满足其他整形需求的光学器件，例如可以在第三双凸透镜142和第二凹凸透镜143之间增加光学元件等等，本发明实施例对此不作具体限定。

本发明实施例中，在通过透镜组件22对光源***1出射的光束进行调整后，在一种可能的实现方式中，参见附图7，第一平凸透镜231可以位于透镜组件22的出光侧，第一平凸透镜231的凸面朝向透镜组件22。这样，经透镜组件22调整后的光束可以直接出射至第一平凸透镜231的凸面，实现第一平凸透镜231对光束的折射。

当然，在另一种可能的实现方式中，参见附图8，照明光学***2还可以包括平面反射镜24，第一平凸透镜231的凸面背向透镜组件22，平面反射镜24用于将透镜组件22出射的光束的方向调整至朝向第一平凸透镜231的凸面的方向。这样，经透镜组件22调整后的光束可以在平面反射镜24的作用下，将透镜组件22出射的光束的方向调整至朝向第一平凸透镜231的凸面的方向，从而实现第一平凸透镜231对光束的折射。

需要说明的是，当投影设备内的空间较小时，比如沿长度方向不能同时容纳透镜组件22和RTIR组件23时，可以对透镜组件22和RTIR组件23的位置进行调整，进而在平面反射镜24的作用下，将透镜组件22出射的光束的方向调整至朝向第一平凸透镜231的凸面的方向，从而实现第一平凸透镜231对光束的折射。

本发明实施例中，楔形棱镜232可以呈三棱柱结构，且楔形棱镜232可以为等腰锐角三棱柱、等腰直角三棱柱或等腰钝角三棱柱。对应的，透镜组件22出射的光束在平凸透镜、楔形棱镜232和DMD21中的传播路径可以对应参见附图9、附图10和附图11。

当然，楔形棱镜232也可以呈四棱柱结构或者五棱柱结构等，只要透镜组件22出射的光束能够在平凸透镜折射后，可以依次经楔形棱镜232进行折射，DMD21进行反射，以及楔形棱镜232进行全反射即可，本发明实施例对此不做限定。

需要说明的是，在基于楔形棱镜232的形状依次实现楔形棱镜232的折射、DMD21的反射、楔形棱镜232的全反射后，可以对楔形棱镜232中光束不经过的区域进行切除，以减小楔形棱镜232的尺寸，从而进一步减小光学照明***的尺寸。

本发明实施例中，在一种可能的实现方式中，参见附图7或附图8，透镜组件22可以包括：第三凹凸透镜221和第四双凸透镜222，第三凹凸透镜221的中心线与第四双凸透镜222的中心线重合，第三凹凸透镜221的凹面朝向光源***1，且第三凹凸透镜221位于第四双凸透镜222与光源***1之间。第三凹凸透镜221用于对光源***1出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至第四双凸透镜222，第四双凸透镜222用于对第三凹凸透镜221发散后的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至平凸透镜的凸面。

其中，光源***1出射的光束形成的光斑可能较小，为了保证光束在经DMD21反射时，在DMD21所在的平面形成的光斑能够覆盖DMD21，可以通过第三凹凸透镜221对光源***1的出射光束进行发散。第三凹凸透镜221可以为正透镜，也可以为负透镜，只要可以实现对光源***1出射的光束的发散即可，本发明实施例对此不做限定。第三凹凸透镜221发散后的光束可以通过第四双凸透镜222进行汇聚处理，以避免第三凹凸透镜221发散后的光束的发散角较大，导致部分光束不能出射至平凸透镜，从而造成光能的浪费。

进一步地，参见附图7或附图8，照明光学***2还可以包括矩形光导管25，矩形光导管25的中心线与第三凹凸透镜221的中心线重合，且位于光源***1和第三凹凸透镜221之间，矩形光导管25用于对光源***1出射的光束进行整形，并将整形后的光束出射至第三凹凸透镜221的凹面，矩形光导管25的尺寸与DMD21的尺寸呈预设比例。

其中，矩形光导管25可以将光源***1出射的光束整形为与DMD21呈预设比例的矩形形状，之后可以对整形后的光束进行发散或汇聚等，从而能够保证发散和/或汇聚后的光束形成的光斑刚好能够覆盖DMD21，从而降低了光能的浪费。矩形光导管25的长度与DMD21的长度，以及矩形光导管25的宽度与DMD21的宽度均呈预设比例，预设比例小于，且预设比例可以基于照明光学***2的尺寸进行设计。

在另一种可能的实现方式中，参见附图12，透镜组件22可以包括：复眼透镜223和第五双凸透镜224，复眼透镜223的中心线与第五双凸透镜224的中心线重合，复眼透镜223位于第五双凸透镜224与光源***1之间，复眼透镜223用于对光源***1出射的光束进行均化和发散，并将均化和发散后的光束出射至第五双凸透镜224，第五双凸透镜224用于对复眼透镜223均化和发散后的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至平凸透镜的凸面。

其中，复眼透镜223可以由多个凹凸透镜单元按照阵列的方式设置得到，复眼透镜223上每个凹凸透镜单元的凹面朝向光源***1。当然，复眼透镜223也可以由其它透镜单元按照阵列的方式设置得到，只要复眼透镜223能够对光源***1出射的光束进行发散即可，本发明实施例对此不做限定。

当然，透镜组件22还可以为其他组合，只要能够实现光束的发散和汇聚即可，本发明实施例对此不做限定。比如，透镜组件22可以包括双凹透镜和双凸透镜，通过双凹透镜对光源***1出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至双凸透镜，通过双凸透镜对双凹透镜发散后的光束汇聚，并将汇聚后的光束出射至平凸透镜。

需要说明的是，透镜组件22包括的各个透镜、平凸透镜、激光聚焦组件12包括的各个反光镜或各个透镜和光束整形组件14包括的各个透镜可以为球面镜，也可以为非球面镜，本发明实施例对此不作具体限定。当投影设备对光源***1和照明光学***2的要求不高时，可以选择球面镜，当投影设备对光源***1和照明光学***2的要求较高时，可以选择非球面镜，从而能够提高投影设备的投影效果。

本发明实施例中，通过控制光源***包括的至少三个激光器组件输出不同颜色的至少三组光束并分别出射至对应的激光聚焦组件进行聚焦，聚焦后的光束出射至锥形反射体，以在锥形反射体进行反射后出射至光束整形组件，以通过光束整形组件对反射后的光束的光斑大小、光束的均匀度等进行整形，再出射至照明光学***包括的透镜组件，从而实现了光源的提供，避免了采用荧光轮对激光器组件出射的光束的荧光反射，减少了光源***内器件的数量，减小了光源***的尺寸大小。通过透镜组件对光束整形组件出射的光束进行调整，并通过第一平凸透镜和楔形棱镜对调整后的光束依次进行折射，再将折射后的光束从楔形棱镜的第一出光侧出射至DMD，在经DMD进行反射后穿过楔形棱镜的第二侧面出射至楔形棱镜的第一侧面。由于楔形棱镜的第一侧面与第一平凸透镜的平面胶合，也即是楔形棱镜的第一侧面与第一平凸透镜的平面之间存在一定间隙，这样经DMD反射后出射至楔形棱镜的第一侧面的光束可以发生全反射，进而从楔形棱镜的第二出光侧出射至成像***，从而实现投影设备的投影。由于可以在透镜组件、第一平凸透镜、楔形棱镜和DMD的共同作用下实现对投影设备照明，减少了照明光学***中楔形棱镜的数量，从而减小了照明光学***的尺寸大小，实现了投影设备的小型化。

图13是本发明实施例提供的一种投影设备的控制方法的流程图，该方法应用于上述实施例所述的投影设备。参见附图13，该方法包括如下步骤。

步骤1301：控制不同颜色的至少三个激光器组件开启，以使至少三个激光器组件输出不同颜色的至少三组光束，至少三组光束依次通过透镜组件、第一平凸透镜、楔形棱镜、DMD、楔形棱镜和成像***以进行投影。

具体地，控制不同颜色的至少三个激光器组件开启，至少三个激光器组件中的每个激光器组件均可以输出一组光束，也即是至少三个激光器组件可以输出至少三组光束，且出射至透镜组件。通过透镜组件对至少三组光束进行调整，并将调整后的光束出射至第一平凸透镜的凸面，通过第一平凸透镜对透镜组件调整后的光束进行折射，并将折射后的光束出射至楔形棱镜的第一侧面，通过楔形棱镜对第一平凸透镜折射后的光束进行再次折射，并将再次折射后的光束从楔形棱镜的第一出光侧出射至DMD，通过DMD对楔形棱镜再次折射后的光束进行反射，并将反射后的光束穿过楔形棱镜的第二侧面出射至楔形棱镜的第一侧面，通过楔形棱镜的第一侧面对DMD反射后的光束进行全反射，并将全反射后的光束从楔形棱镜的第二出光侧出射至成像***，从而实现投影设备的投影。

其中，每个激光器组件的颜色不同，也即是每个激光器组件均为单色激光器组件，这样每个激光器组件可以输出一组单色光束，由于每组光束的单色性高，颜色纯度高，因此无需在激光器组件的出光侧增加滤色轮。至少三组光束可以包括至少一组蓝光光束、至少一组绿光光束和至少一组红光光束。

本发明实施例中，控制不同颜色的至少三个激光器组件开启，以使至少三个激光器组件输出不同颜色的至少三组光束并出射至透镜组件，通过透镜组件对至少三组光束进行调整，之后通过第一平凸透镜和楔形棱镜对调整后的光束依次进行折射，并将折射后的光束从楔形棱镜的第一出光侧出射至DMD，在经DMD进行反射后穿过楔形棱镜的第二侧面并出射至楔形棱镜的第一侧面。经DMD反射后出射至楔形棱镜的第一侧面的光束可以发生全反射，进而从楔形棱镜的第二出光侧出射至成像***，实现投影设备的投影。由于单色激光器组件的单色性高，颜色纯度高，因此无需在光源装置后续连接的光机中增加滤色轮，且通过颜色不同的至少三个激光器组件作为光源，避免采用荧光轮对激光器组件出射的光束进行荧光反射，减少了光源***中器件的数量，从而减小了光源***的尺寸大小。另外，由于可以在透镜组件、第一平凸透镜、楔形棱镜和DMD的共同作用下实现对投影设备照明，减少了照明光学***中楔形棱镜的数量，从而减小了照明光学***的尺寸大小，实现了投影设备的小型化。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种投影设备，包括光源***、照明光学***和成像***，其特征在于，所述光源***包括不同颜色的至少三个激光器组件，所述照明光学***包括数字微镜器件DMD、透镜组件和折射全反射RTIR组件；

所述透镜组件位于所述至少三个激光器组件的出光侧，所述折射全反射RTIR组件包括第一平凸透镜和楔形棱镜，所述第一平凸透镜的平面与所述楔形棱镜的第一侧面胶合，所述第一平凸透镜的中心线与所述透镜组件的中心线之间形成预设夹角，所述数字微镜器件DMD位于所述楔形棱镜的第一出光侧，所述楔形棱镜的第一出光侧是指所述楔形棱镜的第二侧面所在的一侧；

所述至少三个激光器组件用于输出不同颜色的至少三组光束，并将输出的至少三组光束出射至所述透镜组件，所述透镜组件用于对所述至少三个激光器组件出射的光束进行调整，并将调整后的光束出射至所述第一平凸透镜的凸面，所述第一平凸透镜用于对所述透镜组件调整后的光束进行折射，并将折射后的光束出射至所述楔形棱镜的第一侧面，所述楔形棱镜用于对所述第一平凸透镜折射后的光束再次折射，并将再次折射后的光束从所述楔形棱镜的第一出光侧出射至所述数字微镜器件DMD，且出射至所述数字微镜器件DMD的光束在所述数字微镜器件DMD所在的平面上形成的光斑能够覆盖所述数字微镜器件DMD，所述数字微镜器件DMD用于对所述楔形棱镜折射后的光束进行反射，并将反射后的光束穿过所述楔形棱镜的第二侧面出射至所述楔形棱镜的第一侧面，所述楔形棱镜还用于对所述数字微镜器件DMD反射的光束进行全反射，并将全反射后的光束从所述楔形棱镜的第二出光侧出射至成像***，所述楔形棱镜的第二出光侧是指所述楔形棱镜的第三侧面所在的一侧。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述光源***还包括与所述至少三个激光器组件一一对应的至少三个激光聚焦组件，以及锥形反射体和光束整形组件；

每个激光聚焦组件位于对应的激光器组件的出光侧，所述锥形反射***于所述至少三个激光聚焦组件的出射光束的主光轴的交点位置，所述锥形反射体的侧面设置有激光反射区，且所述锥形反射体的顶点朝向所述光束整形组件，所述光束整形组件的中心线与所述至少三个激光器组件所在的平面垂直，所述透镜组件位于所述光束整形组件的出光侧；

每个激光聚焦组件用于对对应的激光器组件出射的光束进行聚焦，并将聚焦后的光束出射至所述锥形反射体的激光反射区，所述锥形反射体用于对每个激光聚焦组件聚焦后的光束进行反射，所述光束整形组件用于对所述锥形反射体反射后的光束进行整形，并将整形后的光束出射至所述透镜组件。

3.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，每个激光聚焦组件包括凸面反射镜和至少一个凹面反射镜；

所述凸面反射镜位于对应的激光器组件的出光侧，且所述凸面反射镜的凸面朝向对应的激光器组件，所述至少一个凹面反射镜位于对应的激光器组件的侧方，且每个凹面反射镜的凹面朝向所述凸面反射镜的凸面；

所述凸面反射镜用于对对应的激光器组件出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述至少一个凹面反射镜，所述至少一个凹面反射镜用于对所述凸面反射镜发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述锥形反射体。

4.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，每个激光聚焦组件包括第一双凸透镜、第一双凹透镜、第二双凸透镜和第二平凸透镜；

所述第一双凸透镜、所述第一双凹透镜、所述第二双凸透镜和所述第二平凸透镜依次位于对应的激光器组件的出光侧，所述第一双凸透镜的中心线、所述第一双凹透镜的中心线、所述第二双凸透镜的中心线、所述第二平凸透镜的中心线和对应的激光器组件出射的光束的主光轴重合，相比于所述第一双凸透镜，所述第二平凸透镜靠近所述锥形反射体，且所述第二平凸透镜的平面朝向所述锥形反射体；

所述第一双凸透镜用于对对应的激光器组件出射的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述第一双凹透镜，所述第一双凹透镜用于对所述第一双凸透镜汇聚后的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述第二双凸透镜，所述第二双凸透镜和所述第二平凸透镜依次用于对所述第一双凹透镜发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述锥形反射体。

5.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述光束整形组件包括第一凹凸透镜、第三双凸透镜和第二凹凸透镜；

所述第一凹凸透镜、所述第三双凸透镜和所述第二凹凸透镜依次位于所述锥形反射体的出光侧，所述第一凹凸透镜的中心线、所述第三双凸透镜的中心线、所述第二凹凸透镜的中心线和所述锥形反射体反射的光束的主光轴重合，相比于所述第二凹凸透镜，所述第一凹凸透镜靠近所述锥形反射体，且所述第一凹凸透镜的凹面朝向所述锥形反射体，所述第二凹凸透镜的凸面朝向所述第三双凸透镜；

所述第一凹凸透镜用于对所述锥形反射体反射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述第三双凸透镜，所述第三双凸透镜和所述第二凹凸透镜依次用于对所述第一凹凸透镜发散的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述透镜组件。

6.如权利要求1-5任一所述的投影设备，其特征在于，所述第一平凸透镜位于所述透镜组件的出光侧，所述第一平凸透镜的凸面朝向所述透镜组件。

7.如权利要求1-5任一所述的投影设备，其特征在于，所述第一平凸透镜的凸面背向所述透镜组件，所述照明光学***还包括平面反射镜，所述平面反射镜用于将所述透镜组件出射的光束的方向调整至朝向所述第一平凸透镜的凸面的方向。

8.如权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述透镜组件包括：第三凹凸透镜和第四双凸透镜；

所述第三凹凸透镜的中心线与所述第四双凸透镜的中心线重合，所述第三凹凸透镜的凹面朝向所述光源***，且所述第三凹凸透镜位于所述第四双凸透镜与所述光源***之间；

所述第三凹凸透镜用于对所述光源***出射的光束进行发散，并将发散后的光束出射至所述第四双凸透镜，所述第四双凸透镜用于对所述第三凹凸透镜发散后的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述第一平凸透镜的凸面。

9.如权利要求8所述的投影设备，其特征在于，所述照明光学***还包括矩形光导管；

所述矩形光导管的中心线与所述第三凹凸透镜的中心线重合，且位于所述光源***和所述第三凹凸透镜之间，所述矩形光导管用于对所述光源***出射的光束进行整形，并将整形后的光束出射至所述第三凹凸透镜的凹面，所述矩形光导管的尺寸与所述数字微镜器件DMD的尺寸呈预设比例。

10.如权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述透镜组件包括：复眼透镜和第五双凸透镜；

所述复眼透镜的中心线与所述第五双凸透镜的中心线重合，所述复眼透镜位于所述第五双凸透镜与所述光源***之间，所述复眼透镜用于对所述光源***出射的光束进行均化和发散，并将均化和发散后的光束出射至所述第五双凸透镜，所述第五双凸透镜用于对所述复眼透镜均化和发散后的光束进行汇聚，并将汇聚后的光束出射至所述第一平凸透镜的凸面。

11.如权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述第一平凸透镜折射后的光束在所述楔形棱镜的第一侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第一侧面内，所述楔形棱镜折射后的光束在所述楔形棱镜的第二侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第二侧面内，所述数字微镜器件DMD反射后的光束在所述楔形棱镜的第一侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第一侧面内，所述楔形棱镜全反射后的光束在所述楔形棱镜的第三侧面所在的平面内形成的光斑包含在所述楔形棱镜的第三侧面内。

12.如权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述透镜组件的中心线与所述光源***出射的光束的主光轴重合。

13.一种投影设备的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至12任一所述的投影设备，所述方法包括：

控制不同颜色的所述至少三个激光器组件开启，以使所述至少三个激光器组件输出不同颜色的至少三组光束，所述至少三组光束依次通过所述透镜组件、所述第一平凸透镜、所述楔形棱镜、所述数字微镜器件DMD、所述楔形棱镜和所述成像***以进行投影。

Images