透镜组、光斑生成装置及投影仪

技术领域

本公开涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种透镜组、光斑生成装置及投影仪。

背景技术

复眼透镜由一系列小透镜组合形成，其作用在于将准直光源分割为多个细光束光源，并通过中继系统在被照明面进行叠加从而获得高的光能利用率和均匀照明，该技术方案在微显示器及投影显示领域具有广阔的应用前景。

在投影显示领域，通常使用双排二维复眼透镜阵列实现均匀照明，当需要获得更好的均匀光斑时，需要将二维复眼透镜阵列数量增多、pitch(节距)减小，此时工艺会变得复杂，良率大大降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种透镜组、光斑生成装置及投影仪。

第一方面，本公开提供了一种透镜组，所述透镜组包括：

沿光线的传输方向依次设置的正交型复眼透镜和中继光路；

所述光线依次穿过所述正交型复眼透镜和所述中继光路，形成光斑；

所述正交型复眼透镜用于将所述光线分割为多个子光束，所述中继光路用于对所述多个子光束进行叠加，且所述中继光路摄远比率小于或等于预设的比率阈值。

可选地，所述比值阈值为1。

可选地，所述正交型复眼透镜包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面的阵列方向与所述第二表面的阵列方向相互垂直；

其中，所述第一表面为背离所述中继光路的一面，所述第二表面为朝向所述中继光路的一面。

可选地，所述第一表面的阵列数量为M，所述第二表面的阵列数量为N，M和N均大于或等于预设的数量阈值。

可选地，所述第一表面的阵列节距和所述第二表面的阵列节距不等，所述光斑为矩形光斑。

可选地，所述第一表面的阵列节距和所述第二表面的阵列节距相等，所述光斑为方形光斑。

可选地，所述光斑的均匀性大于或等于80％。

可选地，所述中继光路的焦距为30mm，所述中继光路沿所述预设方向的长度为18mm。

第二方面，本公开还提供了一种光斑生成装置，所述光斑生成装置包括如第一方面中任一项所述的透镜组。

第三方面，本公开还提供了一种投影仪，所述投影仪包括如第一方面中任一项所述的透镜组，或者包括如第二方面所述的光斑生成装置。

本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开涉及一种透镜组、光斑生成装置及投影仪；所述透镜组包括：沿光线的传输方向依次设置的正交型复眼透镜和中继光路；光线依次穿过正交型复眼透镜和中继光路，形成光斑；正交型复眼透镜用于将光线分割为多个子光束，中继光路用于对多个子光束进行叠加，且中继光路摄远比率小于或等于预设的比率阈值。基于上述装置，本公开通过将正交型复眼透镜和低摄远比率的中继光路组成透镜组，相比于传统的复用多个一维复眼透镜和摄远比率较高的中继透镜，减少了光学元件的数量，降低了成本，缩短了中继光路的长度，进而实现了缩短透镜组的整体体积。

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，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种透镜组结构示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种透镜组结构示意图；

图3为本公开实施例提供的光斑示意图及光斑均匀性数据示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合附图对本公开实施例提供的一种透镜组、光斑生成装置及投影仪做出示例性说明。

复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，其作用在于将准直光源分割为多个细光束光源，并通过中继系统在被照明面进行叠加从而获得高的光能利用率和均匀照明。

在投影显示领域，通常使用双排二维复眼透镜阵列实现均匀照明，当需要获得更好的均匀光斑时，需要将二维复眼透镜阵列数量增多、pitch(节距)减小，此时工艺会变得复杂、良率大大降低。

在当前的工艺条件下，为了获得较小的picth比较容易制造的是一维复眼透镜，此时可获得500um以下的pitch大小，但这只能实现一个方向上的均匀照明，若想获得矩形均匀光斑则需要复用至少两个一维复眼透镜，这样变增加了光学系统的元件数量，降低了产品的一致性，提高了成本。

目前最常见的中继系统是由一个或多个凸透镜组成，其光学总长大于等于中继系统的焦距；虽然可以通过折叠光路使得中继系统变得紧凑，但是光学总长并没有缩短。

基于上述问题，本公开实施例提出了一种透镜组、光斑生成装置及投影仪。

图1为本公开实施例提供的一种透镜组结构示意图，透镜组包括：

沿光线的传输方向依次设置的正交型复眼透镜11和中继光路12；

光线依次穿过正交型复眼透镜11和中继光路12，形成光斑；

正交型复眼透镜11用于将光线分割为多个子光束，中继光路12用于对多个子光束进行叠加，且中继光路12摄远比率小于或等于预设的比率阈值。

在一些实施例中，比值阈值为1。

参阅图1，图1为YZ轴对应平面的侧视图；图2为本公开实施例提供的另一种透镜组结构示意图，图2为XZ轴对应平面的侧视图，即预设方向为Z轴对应的方向，图1和图2中，光线由左至右穿过透镜组。其中，X轴、Y轴和Z轴表示空间直角坐标系对应的三个轴，X轴、Y轴和Z轴相互垂直。

具体地，摄远比率为中继光路12沿预设方向的长度与中继光路12的焦距的比值，图1和图2中的L表示中继光路的长度。光线可以是准直光线。在传统的方案中，中继光路12的摄远比率大于1，即在同样的焦距的情况下，中继光路12的长度更大，导致中继光路12冗长，体积过大。本方案中采用低摄远比率的中继光路12，缩小了透镜组的整体体积。另外，传统方案中一般复用多个一维透镜对光线进行分割，增加光学元件的数量的同时也增加成本，本方案中采用了正交型复眼透镜11，仅通过单个光学元件即可完成对光线的分割，减少了光学元件的数量。

在一些实施例中，正交型复眼透镜11包括相对的第一表面111和第二表面112，第一表面111的阵列方向与第二表面112的阵列方向相互垂直；

其中，第一表面111为背离中继光路12的一面，第二表面112为朝向中继光路12的一面。

具体地，正交型复眼透镜包括第一表面111和第二表面112，即前表面和后表面，第一表面111中的小透镜的阵列方向与第二表面112中的小透镜的阵列方向相互垂直，准直光线在穿过正交型复眼透镜11时，首先被第一表面111沿其阵列方向分割为多个子光束，然后到达第二表面112，穿过第二表面112后继续被第二表面112沿其阵列方向分割为多个子光束。

通过上述正交型复眼透镜11，可以通过该单一光学元件将光线分割为多个子光束，减少光学元件的数量。

在一些实施例中，第一表面111的阵列数量为M，第二表面112的阵列数量为N，M和N均大于或等于预设的数量阈值。

具体地，第一表面111的阵列数量可以是M，第二表面112的阵列数量为N。当第一表面11的这列数量为M，第二表面112的阵列数量为N时，光线被分割为M×N个子光束。M和N可以相等也可以不等。

M和N可以大于或等于一预设的数量阈值，该阈值可以基于本领域技术人员的需求自由确定，即M和N的值越大，光斑的均匀性越好。

在一些实施例中，第一表面111的阵列节距和第二表面112的阵列节距不等，光斑为矩形光斑。

具体地，第一表面111的阵列节距和第二表面112的阵列节距是可以调整的，即在实际场景中，可以基于实际需求制作不同的阵列节距的正交型复眼透镜，当第一表面111的阵列节距和第二表面112的阵列节距不等时，最终形成的光斑为矩形光斑。

在一些实施例中，第一表面111的阵列节距和第二表面112的阵列节距相等，光斑为方形光斑。

具体地，当第一表面111的阵列节距和第二表面112的阵列节距相等时，最终形成的光斑为正方形光斑。

基于上述设置，可以基于实际需求设定不同的阵列节距，以产生不同形状的光斑。

继续参阅图1和图2，在一些实施例中，中继光路12包括沿预设方向依次设置的第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123；

第一透镜121靠近正交型复眼透镜11的第三表面1211为凸面，远离正交型复眼透镜11的第四表面1212为平面；

第二透镜122靠近第一透镜121的第五表面1221为凹面，远离第一透镜121的第六表面1222为凹面；

第三透镜123靠近第二透镜122的第七表面1231为平面，远离第二透镜122的第八表面1232为凸面。

具体地，第一透镜121可以是凸平透镜，第二透镜122可以是双凹透镜，第三透镜123可以是平凸透镜；作为一种可能的实施方式，通过第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的作用，可以对分割出的多个子光束进行充分叠加。

如下表1为第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123可以作为一种实现方式的透镜参数：

其中，第四表面1212和第七表面1231为平面，因此曲率半径标示为Inf。

第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的透镜参数表

在一些实施例中，本领域技术人员也可以基于实际需求设置其他类型的中继光路，例如在中继光路12中增加新的透镜或减少其中某个透镜，但是不论基于何种改变，均应落在本公开的保护范围之内。

在一些实施例中，中继光路12的焦距为30mm，中继光路12沿预设方向的长度为18mm。

具体地，作为一种可能的实现方式，中继光路12的焦距可以是30mm，中继光路12的长度为18mm，即摄远比率为0.6，基于上述设置，可以在保持同等焦距的前提下，缩短中继光路的长度，进而减小中继光路的体积。本领域技术人员可以基于实际需求调整中继光路12的参数，例如焦距为20mm，长度为16mm，即摄远比率为0.8等等。

在一些实施例中，光斑的均匀性大于或等于80％。

在采用上述方案的前提下，本公开实施例在缩小透镜组体积、减小光学元件的前提下，生成均匀性较佳的光斑，图3为本公开实施例提供的光斑示意图及光斑均匀性数据示意图，图3中的左图(a)为光斑示意图，图3中的右图(b)为光斑均匀性数据示意图，本公开实施例可以生成均匀性95％以上的矩形或方形光斑。

本公开实施例还提供了一种光斑生成装置，光斑生成装置包括如上述透镜组实施例中任一项的透镜组。

本公开实施例提供的光斑生成装置包括上述透镜组，因此也可以实现与上述透镜组实施例相同或至少类似的技术效果，在此不再赘述。

本公开实施例还提供了一种投影仪，投影仪包括如上述透镜组实施例中任一项的透镜组，或者包括如上述光斑生成装置实施例中的光斑生成装置。

本公开实施例提供的投影仪包括上述透镜组，因此也可以实现与上述透镜组实施例相同或至少类似的技术效果，在此不再赘述。

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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。