CN114967298A - 激光投影组件和投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光投影组件和投影设备，激光投影组件包括：中心位于同一直线且依次间隔设置的扫描振镜、第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组，通过第一透镜组对激光光束的分散、第二透镜组对激光光束的汇集以及第三透镜组对激光光束的扩角，使得激光投影组件投射的激光光束以较大的角度入射至幕布从而形成尺寸较大的画面，无需增大投影距离；同时，由于激光光束不容易扩散，使得投影画面清晰度较高，也即激光投影组件能够同时满足投影画面尺寸大且清晰的要求。

Description

激光投影组件和投影设备

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种激光投影组件和投影设备。

背景技术

投影设备是一种可以将图像或者视频投射至幕布上的设备。通过投影设备可以更好的实现教学、办公等。

对于投影设备投射的画面，一般具有清晰度以及尺寸大的要求。

在要求投影设备投射的画面尺寸较大时，投影设备需要有较大的投影距离，而投影距离较大，会使得画面不清晰。而在要求投影设备投射的画面清晰时，需要缩短投影设备的投影距离，但投影距离的减小会使得画面尺寸较小。可见，投影设备不能兼顾投影画面的清晰度以及尺寸要求。

发明内容

本发明提供一种激光投影组件和投影设备，用以解决投影设备不能兼顾投影画面的清晰度以及尺寸要求的问题。

一方面，本发明提供一种激光投影组件，包括：

扫描振镜；

第一透镜组，与所述扫描振镜间隔设置，包括的多个透镜的中点与所述扫描振镜的中点位于同一直线，用于分散所述扫描振镜偏振的激光光束；

第二透镜组，与所述第一透镜组间隔设置，包括的各个透镜的中点与所述扫描振镜的中点位于同一直线，用于将所述第一透镜组透射的激光光束汇集；

第三透镜组，与所述第二透镜组间隔设置，包括的多个透镜的中点与所述扫描振镜的中点位于同一直线，用于增大所述第二透镜组汇集的激光光束的发射角度。

在一实施例中，所述第一透镜组包括依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜以及所述第四透镜为双凸透镜，所述第二透镜以及所述第三透镜为双凹透镜，所述扫描振镜偏振的激光光束依次穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜。

在一实施例中，所述第二透镜组包括间隔设置的第五透镜以及第六透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为弯月透镜，所述第六透镜的凸面相对所述第五透镜的凸面设置，且所述扫描振镜偏振的激光光束依次穿过所述第五透镜以及所述第六透镜。

在一实施例中，所述第三透镜组包括依次间隔设置的第七透镜、第八透镜以及第九透镜，所述第七透镜以及所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为双凹透镜，且所述扫描振镜偏振的激光光束依次穿过所述第七透镜、所述第八透镜以及所述第九透镜。

在一实施例中，所述激光投影组件还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第二透镜组以及所述第三透镜组之间，所述第二透镜组汇集的激光光束穿过所述孔径光阑的孔径。

在一实施例中，所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组中的透镜的直径均小于预设直径。

在一实施例中，所述扫描振镜、所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组构成的长度小于预设长度。

在一实施例中，所述激光投影组件还包括三个单色光源以及棱镜组，所述棱镜组相对所述扫描振镜设置，所述棱镜组用于将各个所述单色光源发射的单色激光光束聚合，并将聚合后的激光光束折射至所述扫描振镜。

另一方面，本发明还提供一种投影设备，所述投影设备设有如上所述的激光投影组件。

在一实施例中，所述投影设备为移动终端或者投影机。

本发明提供激光投影组件和投影设备，激光投影组件包括中心位于同一直线且依次间隔设置的扫描振镜、第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组，通过第一透镜组对激光光束的分散、第二透镜组对激光光束的汇集以及第三透镜组对激光光束的扩角，使得激光投影组件投射的激光光束以较大的角度入射至幕布从而形成尺寸较大的画面，无需增大投影距离；同时，由于激光光束不容易扩散，使得投影画面清晰度较高，也即激光投影组件能够同时满足投影画面尺寸大且清晰的要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明激光投影组件一实施例的结构示意图；

图2为本发明激光投影组件另一实施例的结构示意图；

图3为本发明激光投影组件的投影示意图；

图4为本发明激光投影组件又一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

110-扫描振镜；

120-第一透镜组，121-第一透镜，122-第二透镜，123-第三透镜，124-第四透镜；

130-第二透镜组，131-第五透镜，132-第六透镜；

140-第三透镜组，141-第七透镜，142-第八透镜，143-第九透镜；

150-孔径光阑；

160-光源，161-红色激光光源，162-绿色激光光源，163-蓝色激光光源；

170-棱镜组，171-第一棱镜；

172-第二棱镜，173-第三棱镜。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

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，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平” 、“顶”、“ 底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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发明的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或显示器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或显示器固有的其它步骤或单元。

本发明提供一种激光投影组件。

参照图1，激光投影组件100包括扫描振镜110、第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140，且扫描振镜110、第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140依次间隔设置，也即扫描振镜110偏振的光束依次经过第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140。

扫描振镜110可以是MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电***）扫描振镜。第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140均包括多个透镜，且各个透镜的中心与扫描振镜110的中心位于同一直线。

扫描振镜110偏振的是激光光束，扫描振镜110偏振的激光光束先入射至第一透镜组120。原本较为密集的激光光束经过第一透镜组120后，激光光束分散，且分散的激光光束之间趋于平行，也即第一透镜组用于分散扫描振镜110偏振的激光光束。此外，激光光束经过第一透镜组后，激光光束是接近远心状态，使得激光光束本身的准直性不会被破坏， 可以保证在较远距离投射时，投射画面的激光光斑的尺寸较小，即保证相邻的激光光斑互不干扰，保证了投影画面的分辨率和清晰度。

激光光束经过第一透镜组120后，入射至第二透镜组130。激光光束经过第二透镜组130后，会改变发射角度，使得扩散状态的激光光束汇集，也即第二透镜组130用于将第一透镜组120透射的激光光束进行汇集。

激光光束经过第二透镜组130后，入射至第三透镜组140。第三透镜组140用于增大第二透镜组130汇集的激光光束的发射角度。

扫描振镜110在高速扫描状态下，激光光束的扫描角较小，扫描角一般正负3°。经测试，激光光束经过第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140的作用，扫描振镜110的扫描角最大扩大为正负27°，可以实现更小的投射比（投影距离与投影画面宽度的比值）。

此外，激光投影组件100可以通过协调控制激光二极管的脉冲（激光光源从恒发状态调制为瞬时点亮，瞬时熄灭的状态）及MEMS二维振镜的高速扫描，在投影屏幕上形成一系列不连续，但又有一定间距的光点，利用视觉残留（刷新率超过60Hz，人眼即可看到流畅的画面，播放影片也无压力），实现和常规显示器的像素点一样的效果。在较大的投影距离范围内，可在墙面或者其他实体面上看到投影画面。也即，激光投影组件100投影的画面在墙面或者实体面上也有较好的清晰度。

另外，激光投影组件100在进行投影时，需要基于投影距离调整激光光斑，以保证画面的清晰度。而一个衍射斑的边缘与相邻衍射斑的中心正好重合时，两个物点恰好可分辨，此时有：

其中

为相邻两个光斑相对与投影仪所成的夹角，则

因此，当激光投影组件100的投影距离为0.4m时，取RGB三色中波长最短的蓝光460nm，基于上述公式可确定激光光斑的尺寸d不能超过0.22mm（包含光斑本身的尺寸及光源发光时间内MEMS扫描引起光斑移动形成的拖尾），激光光源的调制脉宽应小于光斑移动d距离的时间。实际应用中，激光的调制带宽至少应大于5MHz。

在激光投影组件100的投影距离为0.4m，投影画面15.6英寸，分辨率1280×720的画面时，则投影画面像素大小DD为

可以实现相邻两个像素点的清晰可辨并且分辨率达到1280×720，如果进一步减小激光调制脉宽并且提高MEMS扫描频率，分辨率会相应提高。

当激光投影组件100的投影距离为2m时，取RGB三色中波长最短的蓝光460nm，基于上述公式可确定激光光斑的尺寸d不能超过1.12mm。

在激光投影组件100的投影距离为2m，投影画面78英寸，分辨率1280×720的画面时，则投影画面像素大小DD为

可以实现相邻两个像素点的清晰可辨并且分辨率达到1280×720。

对此，激光投影组件100可以基于投影距离自动调整激光光束的光斑尺寸。在一示例中，激光投影组件100可设置测距模块（测距模块例如为红外测距模块），利用测距模块测得激光投影组件100与投影幕布之间的距离得到投影距离，再基于投影距离调整激光光斑。例如，投影距离为0.4m，则将激光光斑调整为小于0.22mm；投影距离为2m，则将激光光斑调整为小于1.12mm。

本实施例中，激光投影组件100的投影距离在0.4m处投影超过15.6英寸（一般电脑显示屏的尺寸）的画面，也可以在2m处投影约80英寸的画面，投射比<1.2，需要投影视场角≥52.7°。不仅能满足2-5人的小型会议讨论（画面小，距离近，内容分享更清晰），也可以满足20-30人的会议对大尺寸投影的要求。此外，在激光投影组件100扩大投影视场角的同时，并未引起激光光束的扩散，在较远距离投影时，投影画面的激光光斑仍可以保持较小的尺寸，以保证投影画面的分辨率和清晰度。

本实施例中，采用激光光束进行投影，激光光束的亮度高、色域广、均匀性好、对比度好、色彩饱和度高。同时，可以显示黑像素（调整激光脉冲占空比即可实现黑像素的投射）。

常规的投影仪运用的是传统成像***原理，各个屏幕的像元所发出的光线分别在一个平面上对应位置进行汇聚，形成画面。成像***往往有一定的景深要求，只有在较短的范围内才能保持一定的清晰度。投影距离的变化会直接影响到投影画面的清晰程度。每次使用都需要花费一定的时间进行对焦，调整清晰度，并且使用过程中因意外触碰会直接影响投影效果，从而耽误会议进度。本实施例提供的激光投影组件100的激光光束经二维扫描（扫描振镜）及扩角，依然保持较高的准直度，利用视觉残留，可直接形成的投影画面，可以较大的投影距离范围内时刻保持清晰，无线进行对焦。

此外，由于MEMS扫描振镜想要达到几十万Hz的扫描频率时，偏转角度往往小于±5°，直接通过MEMS投影不满足投射比的要求，需要通过一个透镜组来扩大扫描角度。如果只是单纯的加一个透镜或者几片透镜难以保证激光光束的准直度，导致在较远距离投影时，激光光斑扩散到无法分辨相邻光点的状态，致使投影画面模糊不清，会影响投影尺寸及分辨率，并且对激光脉冲调制与MEMS相匹配的工作将会变得非常复杂及困难。对此，本实施例通过第一透镜组120保持激光光束的准直度，再通过第二透镜组130进行激光光束的汇集，最后通过第三透镜组140的扩角，从而达到扩大扫描振镜110的偏转角度，且保证了投影画面的清晰度。

在本实施例中，激光投影组件100包括中心位于同一直线且依次间隔设置的扫描振镜、第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组，通过第一透镜组对激光光束的分散、第二透镜组对激光光束的汇集以及第三透镜组对激光光束的扩角，使得激光投影组件100投射的激光光束以较大的角度入射至幕布从而形成尺寸较大的画面，无需增大投影距离；同时，由于激光光束不容易扩散，使得投影画面清晰度较高，也即激光投影组件100能够同时满足投影画面尺寸大且清晰的要求。

参照图2，第一透镜组120包括依次间隔设置的第一透镜121、第二透镜122、第三透镜123以及第四透镜124。第一透镜121是双凸透镜，且光焦度为正；第二透镜122是双凹透镜，光焦度为负；第三透镜123是双凹透镜，光焦度为负；第四透镜124是双凸透镜，光焦度为正。扫描振镜110偏振的激光光束依次穿过第一透镜121、第二透镜122、第三透镜123以及第四透镜124。参照图3，各个入射角度的激光光束依次穿过第一透镜121、第二透镜122、第三透镜123以及第四透镜124后，原本较为密集的激光光束被分散，且分散的激光光束趋于平行。

进一步参照图2，第二透镜组130包括间隔设置的第五透镜131以及第六透镜132。第五透镜131是双凸透镜，光焦度为正；第六透镜132是弯月透镜，光焦度为正，弯月透镜的一面是凸面，另一面是凹面，第六透镜132的凸面相对第五透镜131的凸面设置，且扫描振镜110偏振的激光光束依次穿过第五透镜131以及第六透镜132，也即从第四透镜124透射的激光光束依次穿过第五透镜131以及第六透镜132。参照图3，激光光束通过第五透镜131以及第六透镜132进行汇集。

进一步参照图2，第三透镜组140包括依次间隔设置第七透镜141、第八透镜142以及第九透镜143。第七透镜141是双凸透镜，且光焦度为正；第八透镜142是双凸透镜，且光焦度为正；第九透镜143是双凹透镜，且光焦度为负。扫描振镜110偏振的激光光束依次穿过第七透镜141、第八透镜142以及第九透镜143。参照图3，从第六透镜132透视的激光光束汇集后，入射至第七透镜141，通过第七透镜141、第八透镜142以及第九透镜143将激光光束的发射角度增大了。

此外，参照图3，激光投影组件100还包括孔径光阑150，孔径光阑150位于第二透镜组130以及第三透镜组140之间，且第二透镜组130汇集的激光光束穿过孔径光阑150的孔径。通过孔径光阑150，可以避免杂光的干扰。

进一步的，第一透镜组120、第二透镜组130以及第二透镜组140中的透镜的直径均小于预设直径。预设直径为一个较小的值，例如，预设直径为7mm。此外，扫描振镜110、第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140的中点位于同一直线，扫描振镜110、第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140构成的长度小于预设长度。预设长度为一个较小的数值，例如，预设长度为50mm。因此，激光投影组件100的体积较小，可以放置于手机或者平板等便携式设备内，也即可以通过设置激光投影组件100的手机、平板进行投影。当然，激光投影组件100也可设置在投影机内。

在本实施例中，第一透镜组120、第二透镜组130以及第三透镜组140中的透镜的材质是玻璃材质，即便是激光投影组件100或者设置激光投影组件100的投影设备长时间使用，不会出现发热导致玻璃变形导致投影质量降低的情况出现。

参照图4，激光投影组件100还包括光源160，光源160包括三个单色光源，也即包括红色激光光源161、绿色激光光源162以及蓝色激光光源163。激光投影组件100还包括棱镜组170，棱镜组170相对扫描振镜110设置，且棱镜组170用于将各个单色光源发射的单色激光光束聚合，并将聚合后的激光光束折射至扫描振镜110。单色光源可以是激光二极管。

具体的，棱镜组170包括第一棱镜171、第二棱镜172以及第三棱镜173，蓝色激光光源163发射的蓝色激光光束入射至第三棱镜173的折射面、绿色激光光源162发射的蓝色激光光束入射至第二棱镜172的折射面、红色激光光源161发射的蓝色激光光束入射至第一棱镜171的折射面；三个棱镜的折射面对激光光束的折射角度相同，使得折射后的蓝色激光光束、红色激光光束以及绿色激光光束进行聚合。也即激光投影组件100可以调制RGB各色光的占比，从而合成所需的不同颜色的激光光束。

现有技术中投影仪中作为光源的灯泡的使用寿命一般在几千个小时，激光光源的使用寿命可以达到数万个小时，激光投影组件100的可靠性更好。

此外，本发明由于是激光细光束扫描，直接形成投影弧面画面，景深小。对投影表面要求度不高，不仅能适配常规的白墙，投影幕布等，也可以是粗糙的或者凹凸不平的表面，或者磨砂玻璃等。

本发明还提供一种投影设备。

投影设备包括激光投影组件，激光投影组件具体参照上述说明，在此不再进行赘述。投影设备可以是移动终端或者投影机。移动终端例如为手机或者平板。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种激光投影组件，其特征在于，包括：

扫描振镜；

第一透镜组，与所述扫描振镜间隔设置，包括的多个透镜的中点与所述扫描振镜的中点位于同一直线，用于分散所述扫描振镜偏振的激光光束；

第二透镜组，与所述第一透镜组间隔设置，包括的各个透镜的中点与所述扫描振镜的中点位于同一直线，用于将所述第一透镜组透射的激光光束汇集；

第三透镜组，与所述第二透镜组间隔设置，包括的多个透镜的中点与所述扫描振镜的中点位于同一直线，用于增大所述第二透镜组汇集的激光光束的发射角度。

2.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述第一透镜组包括依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜以及所述第四透镜为双凸透镜，所述第二透镜以及所述第三透镜为双凹透镜，所述扫描振镜偏振的激光光束依次穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜。

3.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述第二透镜组包括间隔设置的第五透镜以及第六透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为弯月透镜，所述第六透镜的凸面相对所述第五透镜的凸面设置，且所述扫描振镜偏振的激光光束依次穿过所述第五透镜以及所述第六透镜。

4.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述第三透镜组包括依次间隔设置的第七透镜、第八透镜以及第九透镜，所述第七透镜以及所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为双凹透镜，且所述扫描振镜偏振的激光光束依次穿过所述第七透镜、所述第八透镜以及所述第九透镜。

5.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述激光投影组件还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第二透镜组以及所述第三透镜组之间，所述第二透镜组汇集的激光光束穿过所述孔径光阑的孔径。

6.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组中的透镜的直径均小于预设直径。

7.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述扫描振镜、所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组构成的长度小于预设长度。

8.根据权利要求1所述的激光投影组件，其特征在于，所述激光投影组件还包括三个单色光源以及棱镜组，所述棱镜组相对所述扫描振镜设置，所述棱镜组用于将各个所述单色光源发射的单色激光光束聚合，并将聚合后的激光光束折射至所述扫描振镜。

9.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备设有如权利要求1-8任一项所述的激光投影组件。

10.根据权利要求9所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备为移动终端或者投影机。

Images