CN113867090B - 投影设备及其光源装置 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种投影设备及其光源装置，其中光源装置包括激光模组、光学阵列组。激光模组包括模组载体以及多个激光发射器，多个激光发射器阵列设置于模组载体上；光学阵列组包括沿光轴方向依次设置于激光模组的一侧的多个光学阵列和多个透光层，光学阵列包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的光学单元，光学单元与所述激光发射器对应设置；各激光发射器射出的激光穿过所述透光层以及各自对应的多个光学单元。本公开通过设置多个光学阵列，每个光学阵列均包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的光学单元，光学单元与激光阵列中的激光发射器对应设置，减少了大尺寸透镜元件的使用，从而解决了现有技术中透镜元件尺寸过大导致空间浪费的问题。
Description
技术领域
本公开涉及显示领域，具体涉及一种投影设备及其光源装置。
背景技术
现有的激光投影设计思路很多都是沿用了传统的灯泡机与LED光源投影的设计思路。故目前激光投影方案主要是使用传统透镜对多束激光进行光斑大小和传输角度的控制。在该投影方案下，为保证对激光的处理效果，透镜尺寸与激光光斑尺寸往往不只相差1个数量级以上，导致投影设备整体体积过大，造成了严重的空间浪费。
发明内容
本公开实施例提供一种投影设备及其光源装置，可以解决现有技术中透镜尺寸过大导致投影设备整体体积过大，造成了严重的空间浪费的技术问题。
本公开实施例提供一种光源装置，包括激光模组和光学阵列组。激光模组包括阵列设置的多个激光发射器；光学阵列组，包括沿光轴方向依次设置于所述激光模组的一侧的多个光学阵列，每个所述光学阵列包括多个沿垂直光轴的方向上阵列设置的光学单元，每个所述光学单元与所述激光发射器对应设置；各所述激光发射器射出的激光穿过各自对应的多个光学单元。
可选地，所述多个光学阵列组包括：
第一光学阵列，包括多个准直透镜单元，每个所述准直透镜单元均与所述激光发射器对应设置；
所述光源装置还包括至少一个透光层，所述至少一个透光层包括：
第一变折射率透光层，沿光轴方向设置于所述第一光学阵列出光一侧。
可选地，所述至少一个透光层还包括：
扩散透光层，沿光轴方向设置于所述第一变折射率透光层出光一侧。
可选地，所述多个光学阵列还包括：
第二光学阵列，沿光轴方向设置于所述扩散透光层出光一侧，所述第二光学阵列包括多个匀光单元，每个所述匀光单元均与所述激光发射器对应设置。
可选地，所述光源装置还包括：
收光元件，沿光轴方向设置于所述光学阵列组出光一侧。
可选地，所述至少一个透光层还包括第二变折射率透光层，所述多个光学阵列还包括第三光学阵列和第四光学阵列，所述第三光学阵列、所述第二变折射率透光层和所述第四光学阵列在所述第一变折射率透光层背向所述激光模组的一侧依次设置；其中，所述第三光学阵列包括多个光斑压缩单元，每个所述光斑压缩单元与所述激光发射器对应设置；所述第四光学阵列包括多个收光单元，每个所述收光单元均与所述激光发射器对应设置。
可选地，所述光斑压缩单元沿光轴方向设置有多层。
可选地，所述第三光学阵列位于所述第一变折射率透光层和所述扩散透光层之间。
可选地，在光轴方向上，多个所述光学阵列的光学单元与相邻的部分所述透光层集成为单元组件，多个所述单元组件与多个所述激光发射器对应阵列设置，两相邻的单元组件彼此相连，形成光学阵列模组。
另一方面，本公开提供一种投影装置，包括如上所述的光源装置、棱镜组、空间光调制器以及镜头组件，所述激光模组发射出的激光穿过所述光学阵列组后，再经过所述棱镜组折射，后再经所述空间光调制器反射，穿出所述镜头组件。
本公开实施例中，通过设置多个光学阵列，每个光学阵列均包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的光学单元，光学单元与激光阵列中的激光发射器对应设置，减少了大尺寸透镜元件的使用，从而解决了现有技术中透镜元件尺寸过大导致空间浪费的问题。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本公开实施例提供的投影设备的结构示意图。
图2是本公开实施例提供的光学阵列的结构示意图。
图3是本公开一实施例提供的投影设备的结构示意图。
图4是本公开另一实施例提供的投影设备的结构示意图。
图5是本公开实施例提供的光斑压缩单元的结构示意图。
图6是本公开又一实施例提供的投影设备的结构示意图。
附图标记说明：
光源装置10、棱镜组20、空间光调制器30、镜头组件40、激光模组100、光学阵列组200、空间光调制器模组载体110、激光发射器120、光学单元201、光学载体202、第一光学阵列210、第一变折射率透光层220、扩散透光层230、第二光学阵列240、第三光学阵列250、第二变折射率透光层260、第四光学阵列270、准直透镜单元211、匀光单元241、光斑压缩单元251、收光单元271、收光元件280、第一块状单元203、第二块状单元204、单元组件209。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
本公开实施例提供一种投影设备及其光源装置以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
本公开提供一种投影设备，其可以适应于家庭、教育、工作以及户外等场景的使用。请参阅图1，上述投影设备包括沿光轴方向依次设置的光源装置10、棱镜组20、空间光调制器30、镜头组件40。
其中，请结合参阅图3，光源装置10包括激光模组100和光学阵列组200。激光模组100包括模组载体110以及多个激光发射器120。多个激光发射器120阵列设置于模组载体上。激光发射器120为投影设备的光源，所有激光发射器120发出的激光共同构成投影设备的投影光线。在本公开的一些实施例中，相邻的两激光发射器120所发出的激光的波长各不相同，以对应不同的颜色，形成红色激光、绿色激光以及蓝色激光。上述发红色激光的激光发射器120、发绿色激光的激光发射器120以及发蓝色激光的激光发射器120交错排列，共同构成一个像素点。
请结合参阅图2，光学阵列组200包括沿光轴方向依次设置于所述激光模组100的一侧的多个光学阵列和至少一个透光层，光学阵列包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的光学单元201。本实施例中，光学单元201与激光发射器120对应设置，其可以是一一对应设置，也可以是一个光学单元201对应多个激光发射器120设置，还可以是一个激光发射器120对应多个光学单元201设置。空间光调制器30设置于棱镜组20与光学阵列相邻的一侧，镜头组件40设置于棱镜组20的背离空间光调制器30的一侧。在其他实施例中，空间光调制器30也可以设置在棱镜组20背向所述光学阵列组200的一侧，光学阵列组200、激光模组100、空间光调制器30和镜头组件40分别与棱镜组20的相对位置可以根据具体光路设置，本申请对此不作限定。
在本实施例中，光学单元201不一定沿垂直光轴的平面阵列设置，可以是沿垂直光轴的曲面阵列设置，或者是沿关于光轴对称的折线面阵列设置。
各激光发射器120射出的激光穿过透光层以及各自对应的多个光学单元，经过光学单元以及透光层处理后，再经过棱镜组20折射，后再经空间光调制器30反射，穿出镜头组件40。
本实施例设置多个光学阵列，每个光学阵列均包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的光学单元201，光学单元201与激光阵列中的激光发射器120对应设置，减少了大尺寸透镜元件的使用，从而解决了现有技术中透镜元件尺寸过大导致空间浪费的问题。
空间光调制器30可以有多个，其可以是数字微镜器件(Digital MicromirrorDevice,DMD)、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)器件以及其它液晶显示(Liquid Crystal Display,LCD)器件，本公开在此不做限定。
棱镜组20可以是偏振分光(polarization beam splitter,PBS)棱镜，也可以是全反射(Total internal reflection,TIR)棱镜等，本公开在此不做限定。
其中，请结合参阅图3、图4和图6组成上述的光学阵列组200的多个光学阵列和至少一个透光层包括沿光轴方向依次设置的第一光学阵列210、第一变折射率透光层220、扩散透光层230和第二光学阵列240。
其中，第一光学阵列210包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的准直透镜单元211，在本实施例中准直透镜单元211为采用快慢轴准直透镜的快慢轴准直透镜单元211，在其它实施例中，也可以为采用其它类型准直透镜的准直透镜单元211。第一变折射率透光层220沿光轴方向设置于第一光学阵列210出光一侧，为一层面积与第一光学阵列210相近的透光板。扩散透光层230沿光轴方向设置于第一变折射率透光层220出光一侧，为一层面积与第一光学阵列210相近的透光板。第二光学阵列240沿光轴方向设置于所述扩散透光层230背离所述激光模组100的一侧，第二光学阵列240包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的匀光单元241。
准直透镜单元211、匀光单元241与激光发射器120为一一对应关系。激光发射器120发出的激光先穿过对应的准直透镜单元211和第一变折射率透光层220，成为准直激光光束，再通过扩散透光层230以及对应的匀光单元241，以使激光匀化扩散。匀化扩散后的激光再经过收光处理，形成与空间光调制器30大小匹配的面光源。然后，该面光源经过棱镜组20折射后进入空间光调制器30，经过空间光调制器30成像处理后，反射穿出镜头组件40。
其中，第一变折射率透光层220的折射率可以略高于准直透镜单元211的折射率，也可以略低于准直透镜单元211的折射率，以保证激光光束进入第一变折射率透光层220时发生折射，以保证射出来的激光光束成为准直激光光束。
在其它实施例中使激光匀化扩散的功能可以单依靠扩散透光层230来完成，第二光学阵列240作为辅助扩散透光层230匀化扩散激光光束的光学阵列，需紧邻扩散透光层230设置。
在本公开中，对激光进行收光处理的方式有多种，下面将举例说明。
在本公开的一些实施例中，请结合参阅图3，对激光进行收光处理的方式使依靠收光元件280来完成。在本实施例中，该投影设备包括收光元件280，沿光轴方向设置于所述光学阵列组200出光一侧。该收光元件280包括多个透镜，用以调节面光源的面积。经过扩散透光层230以及匀光单元241匀化扩散的激光穿过收光元件280，经过收光元件280的收光处理，形成与空间光调制器30大小匹配的面光源。
在本公开的另一些实施例中，请结合参阅图4，上述的光学阵列还包括第三光学阵列250，上述的透光层还包括第二变折射率透光层260和第四光学阵列270。第三光学阵列250、第二变折射率透光层260和第四光学阵列270沿光轴方向依次设置。
其中，第四光学阵列270沿光轴方向设置于第一变折射率透光层220远离激光模组100的一端，第四光学阵列270包括多个收光单元271，每个收光单元271均与激光发射器120对应设置。第二变折射率透光层260沿光轴方向设置于第四光学阵列270朝向激光发射器120的一侧，第三光学阵列250沿光轴方向设置于第四光学阵列270与第一变折射率透光层220之间，其包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的光斑压缩单元251，每个光斑压缩单元与所激光发射器120对应设置，每个收光单元271与所述光斑压缩单元251的射出光对应设置。
在本公开的一个实施例中，第三光学阵列250设置于第一变折射率透光层220和扩散透光层230之间。第二变折射率透光层260设置于第二光学阵列240出光一侧，第四光学阵列270设置于第二变折射率透光层260出光一侧。
激光发射器120发出的激光先穿过对应的准直透镜单元211和第一变折射率透光层220，成为准直激光光束。多束准直激光光束穿过光斑压缩单元251，形成间隔更小的准直激光光束，完成第一次收光处理，然后该准直激光再通过扩散透光层230以及对应的匀光单元241，完成匀化扩散。匀化扩散后的激光光束再经过第二变折射率透光层260和对应的收光单元271的第二次收光处理，形成与空间光调制器30大小匹配的面光源。然后，该面光源经过棱镜组20折射后进入空间光调制器30，经过空间光调制器30成像处理后，反射穿出镜头组件40。
第二变折射率透光层260为配合第四光学阵列270做收光处理的透光层，故需要与第四光学阵列270紧邻设置。同时，第二变折射率透光层260的折射率可以略高于扩散透光层230以及对应的匀光单元241的折射率，也可以略低于扩散透光层230以及对应的匀光单元241的折射率，以保证激光光束进入第二变折射率透光层260时发生折射。
同时，请结合参阅图5，光斑压缩单元251由多个棱镜组成，两束平行准直激光射入光斑压缩单元251后，经过光斑压缩单元251的折射，变为两束距离更近的平行准直激光。故当激光阵列有多排时，就需要经过多层处理，故在本施例中，光斑压缩单元251沿光轴方向设置有多层，以将多排激光均压缩在一起。
例如，当需要压缩三排激光时，就需要设置至少两层光斑压缩阵列，分别将位于两侧的激光向位于中间的激光压缩。
在本公开的实施例中，第三光学阵列250可以设置于第四光学阵列270之前的任意位置，本公开在此不做限定。当第三光学阵列250设置于第一变折射率透光层220和扩散透光层230之间时，可以提高压缩激光的效率。
在本公开的一些实施例中，上述的光学阵列均可以一体成型，其可以选择玻璃、透明塑料等透明材料，注入模具后铸造成型。当模具中光学单元201对应的开口达到最大时，该光学阵列仅包括紧密相连沿垂直光轴的平面阵列设置的光学单元201。当模具中光学单元201对应的开口达到较小时，该光学阵列包括光学载体202以及阵列排布于光学载体202上的光学单元201。
在本公开的其它实施例中，在光轴方向上，上述的多个光学阵列的光学单元与相邻的部分透光层集成为单元组件209，单元组件209与激光发射器120对应阵列设置，两相邻的单元组件209彼此相连，形成光学阵列模组。
在一个具体的实施例中，请结合参阅图6，上述的光学阵列(除第三光学阵列250外)还可以由多个独立的块状单元组成，为第一块状单元203。每个第一块状单元203中均包括一个光学单元201。第一块状单元203与激光发射器120对应阵列设置，每个第一块状单元203与相邻的第一块状单元203粘接连接形成一块光学阵列。
同时在本公开的其它实施例中，上述的透光层也可以由多个独立的块状单元组成，为第二块状单元204。每个第二块状单元204均为一个透光块。第二块状单元204与第一块状单元203对应设置。每个块状单元沿光轴方向与相邻的块状单元粘接连接，形成单元组件209。单元组件209与激光发射器120对应阵列设置，每个单元组件209与相邻的单元组件209粘接连接形成光学阵列模组。
若该投影设备依靠第三光学阵列250进行收光处理，则当第三光学阵列250位于第二光学阵列240和第二变折射率透光层260之间时，位于第三光学阵列250之前的第一光学阵列210、第一变折射率透光层220、扩散透光层230和第二光学阵列240均由多个独立的块状单元组成，且其由多块状单元沿光轴方向依次粘接，形成前述的单元组件209。而当第三光学阵列250位于第一变折射率透光层220和扩散透光层230之间时，构成第一光学阵列210和第一变折射率透光层220的块状单元沿光轴方向依次连接形成第一单元组件209，构成扩散透光层230、第二光学阵列240、第二变折射率透光层260以及第四光学阵列270的块状单元沿光轴方向依次粘接形成第二单元组件209。
以上对本公开实施例所提供的一种投影设备及其光源装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开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公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
Claims (6)
1.一种光源装置，其特征在于，包括
激光模组，包括阵列设置的多个激光发射器；
光学阵列组，包括沿光轴方向依次设置于所述激光模组的一侧的多个光学阵列，每个所述光学阵列包括多个沿垂直光轴的方向上阵列设置的光学单元，每个所述光学单元与所述激光发射器对应设置；其中，所述多个光学阵列包括第一光学阵列和第二光学阵列，所述第一光学阵列包括多个准直透镜单元，每个所述准直透镜单元均与所述激光发射器对应设置；所述第二光学阵列包括多个沿垂直光轴的平面阵列设置的匀光单元；所述准直透镜单元、所述匀光单元与所述激光发射器为一一对应关系；
至少一个透光层，所述至少一个透光层包括第一变折射率透光层和扩散透光层，所述第一变折射率透光层沿光轴方向设置于所述第一光学阵列出光一侧，所述扩散透光层沿光轴方向设置于所述第一变折射率透光层出光一侧，所述扩散透光层为一层面积与所述第一光学阵列相近的透光板；其中，所述第一变折射率透光层的折射率略高于所述准直透镜单元的折射率，或者，所述第一变折射率透光层的折射率略低于所述准直透镜单元的折射率；所述第二光学阵列沿光轴方向设置于所述扩散透光层出光一侧；各所述激光发射器射出的激光穿过各自对应的多个光学单元；
所述至少一个透光层还包括第二变折射率透光层，所述多个光学阵列还包括第三光学阵列和第四光学阵列，所述第三光学阵列设置于所述第一变折射率透光层和所述扩散透光层之间；所述第二变折射率透光层设置于所述第二光学阵列出光一侧，所述第四光学阵列设置于所述第二变折射率透光层出光一侧；
其中，所述第三光学阵列包括多个光斑压缩单元，每个所述光斑压缩单元与所述激光发射器对应设置；所述第四光学阵列包括多个收光单元，每个所述收光单元均与所述激光发射器对应设置。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括：
收光元件，沿光轴方向设置于所述光学阵列组出光一侧。
3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述光斑压缩单元沿光轴方向设置有多层。
4.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述至少一个透光层还包括扩散透光层，所述扩散透光层沿光轴方向设置于所述第一变折射率透光层出光一侧，所述第三光学阵列位于所述第一变折射率透光层和所述扩散透光层之间。
5.如权利要求1至4任意一项所述的光源装置，其特征在于，在光轴方向上，多个所述光学阵列的光学单元与相邻的部分所述透光层集成为单元组件，多个所述单元组件与多个所述激光发射器对应阵列设置，两相邻的单元组件彼此相连，形成光学阵列模组。
6.一种投影设备，其特征在于，包括棱镜组、空间光调制器、镜头组件以及如权利要求1至5任意一项所述的光源装置，所述激光模组发射出的激光穿过所述光学阵列组后，经过所述棱镜组，后再经所述空间光调制器调制从所述镜头组件出射。
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