投影照明系统以及投影设备

技术领域

本申请实施例涉及投影显示技术领域，更具体地，本申请实施例涉及一种投影照明系统以及投影设备。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是半导体技术的推动，便携式的电子设备被不断的设计制造出来。便携式电子设备功能的提升，使得用户对人机界面的显示器件的要求越来越向着微型、大屏幕以及高分辨率方向发展。近年来投影机技术发展迅猛，DLP、LCOS等产品纷纷推出了性能高、尺寸小且重量轻的便携式的投影机。

投影机主要包括照明系统和成像系统两部分。在照明系统的设计中，目前常采用平面式的光学架构，即光路仅在二维平面内折返传播，镜片之间的摆布位置也限制于二维平面。由于传统平面式光学架构镜片分布二维平面内，因此光机在外形尺寸上常表现出长宽尺寸较大的特点，限制了在一些场景中的应用。

发明内容

本申请的目的是提供一种投影照明系统以及投影设备的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种投影照明系统。所述投影照明系统包括：

第一光源，用于发射第一光束；

第一准直单元，与所述第一光源在第一方向相对设置；

第一转折部件，与所述第一准直单元在第一方向相对设置，所述第一转折光束处理组件，设置在所述第三方向上，所述光束处理组件对从所述第二转折部件出射的光束进行处理并出射处理后的光束；

其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向彼此相互垂直。

第二转折部件，设置在所述第二方向上，所述第二转折部件用于接收从所述第一转折部件出射的光束，并使其接收到的光束沿着第三方向传播；

光束处理组件，设置在所述第三方向上，所述光束处理组件对从所述第二转折部件出射的光束进行处理并出射处理后的光束；

其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向彼此相互垂直。

可选地，所述光束处理组件包括：

匀光单元，设置在所述第三方向上，所述匀光单元用于接收从所述第二转折部件出射的光束；

中继单元，所述中继单元用于接收从所述匀光单元出射的光束。

棱镜单元，所述棱镜单元用于接收从所述中继单元出射的光束，并将光束以预定角度出射。

可选地，所述投影照明系统还包括：

第二光源，用于发射第二光束；

第二准直单元，与所述第二光源在所述第一方向相对设置；

第三转折部件，与所述第二准直单元在第一方向相对设置，所述第三转折部件以使所述第二光束沿着第二方向传播；

所述第一转折部件和所述第三转折部件在所述第二方向相对设置，所述第一转折部件以透射所述第二光束，以使所述第二转折部件接收所述第二光束，并使得所述第二光束沿着所述第三方向传播。

可选地，所述投影照明系统还包括：

第三光源，用于发射第三光束；

第三准直单元，所述第三准直单元和所述第三光源在所述第二方向相对设置；

所述第三转折部件和所述第一转折部件依次透射所述第三光束，以使所述第二转折部件接收所述第三光束，并使得所述第三光束沿着所述第三方向传播。

可选地，所述投影照明系统还包括汇聚元件，所述汇聚元件位于所述第三转折部件和所述第一转折部件之间，所述汇聚元件以汇聚所述第二光束和所述第三光束。

可选地，所述投影照明系统还包括合光元件，所述合光元件位于所述第一转折部件和所述第二转折部件之间。

可选地，所述第一准直透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜相对于所述第二透镜较靠近所述第一光源设置，所述第一透镜为球面透镜，所述第二透镜为非球面透镜。

可选地，所述中继单元包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜和所述第四透镜均为球面透镜。

可选地，所述汇聚元件为球面透镜。

可选地，所述合光元件为非球面透镜。

第二方面，提供了一种投影设备。所述投影设备包括第一方面所述的投影照明系统，以及空间光调制器和投影镜头；

所述空间光调制器用于接收并调制从所述光束处理组件出射的光束，并输出投影图案至所述投影镜头。

可选地，所述空间光调制器和所述投影镜头排布在所述第二方向上。

本申请的有益效果为：

根据本申请实施例提供的投影照明系统，通过将投影照明系统中的各个光学部件合理地排布在第一方向、第二方向和第三方向上，使得投影照明系统的结构更为紧凑。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1所示为本申请实施例提供的投影设备的结构图一。

图2所示为图1的一个视角的结构图。

图3所示为图1的另一个视角的结构图。

图4所示为本申请实施例提供的投影设备的结构图二。

图5所示为本申请实施例提供的投影设备的结构图三。

图6所示为本申请实施例提供的投影设备的结构图四。

图7所示为图4结构对应的DMD面辐照图。

图8所示为图5结构对应的DMD面辐照图。

图9所示为图6结构对应的DMD面辐照图。

附图标记说明：

10、第一光源；11、第一准直单元；110、第一透镜；111、第二透镜；12、第一转折部件；13、第二转折部件；14、匀光单元；15、中继单元；151、第三透镜；152、第四透镜；16、棱镜单元；17、合光元件；

20、第二光源；21、第二准直单元；210、第五透镜；211、第六透镜；22、第三转折部件；23、汇聚元件；

30、第三光源；31、第三准直单元；310、第七透镜；311、第八透镜。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图，对本申请实施例提供的投影照明系统和投影设备进行详细说明。

参照图1-图6，投影照明系统主要包括：第一光源10、第一准直单元11、第一转折部件12、第二转折部件13和光束处理组件。

其中第一光源10用于发射第一光束，从第一光源10出射的第一光束沿第一方向传播。

第一准直单元11与第一光源10在第一方向相对设置。具体地，第一准直单元11用于接收从第一光源10出射的第一光束，并对第一光束进行准直处理。

第一转折部件12与第一准直单元11在第一方向相对设置，第一转折部件12以使第一光束沿着第二方向传播。具体地，第一转折部件12用于接收从第一准直单元11出射的第一光束，并改变第一光束的传播方向。

第二转折部件13设置在所述第二方向上，第二转折部件13用于接收从所述第一转折部件12出射的光束，并使其接收到的光束沿着第三方向传播。

光束处理组件，设置在所述第三方向上，所述光束处理组件对从所述第二转折部件13出射的光束进行处理并出射处理后的光束。其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向彼此相互垂直。

在本申请实施例中，对投影照明系统中光学部件的排布方式进行改进，使得第一光源10、第一准直单元11、第一转折部件12、第二转折部件13和光束处理组件并非在一个平面内进行排布，而是在一个三维空间内进行排布。具体地，对第一光源10、第一准直单元11、第一转折部件12、第二转折部件13和光束处理组件的排布方式进行改进后，投影照明系统为立体式投影照明系统，使得投影照明系统的结构更加紧凑。

具体地，第一光源10、第一准直单元11和第一转折部件12排布在第一方向上，其中第一转折部件12作为了光学部件排布的转折元件，第一转折部件12也是排布在第二方向的。因此第一转折部件12和第二转折部件13排布在第二方向上。第二转折部件13作为了光学部件排布的另一个转折元件，第二转折部件13也是排布在第三方向上。因此第二转折部件13和光束处理组件是排布在第三方向上。这样在一个三维空间内，第一方向、第二方向和第三方向均排布有光学部件，使得投影照明系统的结构排布更加集中和紧凑。可以理解为：本申请实施例提供的投影照明系统中光学部件的排布不会在同一个方向排布过多的光学部件，使得光学部件的一个方向的长度尺寸较长。本申请根据投影照明系统中光学部件的数量和类型，合理地将光学部件分布在三个彼此相互垂直的方向上，使得投影照明系统的长度尺寸、宽度尺寸和高度尺寸均限定在合理的范围内，投影照明系统的结构更为紧凑，能够适应一些特殊应用场景。例如投影照明系统应用于投影设备中，可以通过调整投影照明系统的长度尺寸，宽度尺寸和高度尺寸，使得投影照明系统适用于投影设备中不规则的内部空间。

其中第一准直单元11对第一光源10出射的第一光束进行准直处理，第一准直单元11和第一光源10相对设置在同一方向上，避免这两个部件之间出现转折现象，可以使得投影照明系统的结构紧凑。

其中第一转折部件12可以为分光元件，反射元件或者具有半透半反作用的滤光片。第一转折部件12作为了第一方向排布的光学部件和第二方向排布的光学部件的转折部件，第一转折部件12改变了第一光束的传播方向。

其中第二转折部件13可以为分光元件，反射元件等。第二转折部件13作为了第二方向排布的光学部件和第三方向排布的光学部件的转折部件，第一转折部件12进一步改变了第一光束的传播方向。

其中第一转折部件12和第二转折部件13用于改变光束的传播方向，第一转折部件12和第二转折部件13集中排布在同一方向(具体地排布在第二方向)上，这两个部件之间避免排布了过多的光学部件，使得第一光束的传播可以被连续地发生转折，投影照明系统的结构更为紧凑。

其中光束处理组件用于对光束进行处理，光束处理组件集中排布在第三方向上。

因此本申请实施例，根据投影照明系统中各个光学部件的种类、功能和数量对光学部件进行合理排布，使得投影照明系统的结构更为紧凑。

因此在本申请实施例中，提供了一种投影照明系统，通过将投影照明系统中的各个光学部件合理地排布在第一方向、第二方向和第三方向上，使得投影照明系统的结构更为紧凑。

需要说明的是，本申请实施例的光源包括了至少一个光源，在投影照明系统包括一个光源的情况下，投射出单一颜色的画面。在投影照明系统包括多个光源的情况下，投射出彩色画面。

在一个实施例中，参照图1-图6，所述光束处理组件包括：匀光单元14、中继单元15和棱镜单元16。

其中匀光单元14位于所述第三方向上，并对其接收的光束进行匀光处理，使得投影照明系统实现均匀照明。例如匀光单元14为复眼透镜。

中继单元15用于接收从所述匀光单元14出射的光束，并对其接收到的光束进行整形处理，例如可以对光束的光斑形状进行整形。

棱镜单元16用于接收从所述中继单元15出射的光束，并将光束以预定角度出射。例如从中继单元15出射的光束经过棱镜单元16偏折处理，使得光束能够准确地投射至空间光调制器。

在该实施例中，通过匀光单元14、中继单元15和棱镜单元16对光束进行处理，使得光束以合理的光斑尺寸和预设的投射角度继续传播，实现投影。

其中中继单元15和棱镜单元16可以排布在第一方向、第二方向或者第三方向上，根据投影镜头的实际安装位置来决定。其中可选地，中继单元15和棱镜单元16排布在第三方向上，减少转折元件的使用，使得投影照明系统的结构排布更加集中和紧凑。

在一个实施例中，参照图1-图6，所述投影照明系统还包括：

第二光源20，用于发射第二光束；

第二准直单元21，与所述第二光源20在所述第一方向相对设置；

第三转折部件22，与所述第二准直单元21在第一方向相对设置，所述第三转折部件22以使所述第二光束沿着第二方向传播；

所述第一转折部件12和所述第三转折部件22在所述第二方向相对设置，所述第一转折部件12以透射所述第二光束，以使所述第二转折部件13接收所述第二光束，并使得所述第二光束沿着所述第三方向传播。

在该实施例中，投影照明系统还包括了第二光源20，第一光源10和第二光源20并排设置在第二方向上。第二准直单元21和第一准直单元11并排设置在第二方向上。

其中第二准直单元21对第二光源20出射的第二光束进行准直处理，第二准直单元21和第二光源20相对设置在同一方向(具体地，两者相对设置在第一方向)上，避免这两个部件之间出现转折现象，可以使得投影照明系统的结构紧凑。

第三转折部件22可以为分光元件，反射元件或者具有半透半反作用的滤光片。第三转折部件22作为了第一方向排布的光学部件和第二方向排布的光学部件的转折部件，第三转折部件22改变了第二光束的传播方向。

第一转折部件12和第三转折部件22在第二方向上设置，第三转折部件22相对于第一转折部件12比较远离第二转折部件13设置，第一转折部件12起到了反射第一光束，并透射第二光束的作用。例如第一转折部件12可以是滤光片。第一光源10为出射红光的光源，第二光源20为出射绿光的光源，第一转折部件12可以是反红透绿的滤光片。

在该实施例中，第二光源20、第二准直单元21、第三转折部件22、第一转折部件12、第二转折部件13和光束处理组件合理地分布在第一方向、第二方向和第三方向上，使得整个投影照明系统的架构更为紧凑。

在一个实施例中，参照图1-图6，所述投影照明系统还包括：

第三光源30，用于发射第三光束；

第三准直单元31，所述第三准直单元31和所述第三光源30在所述第二方向相对设置。

所述第三转折部件22和所述第一转折部件12依次透射所述第三光束，以使所述第二转折部件13接收所述第三光束，并使得所述第三光束沿着所述第三方向传播。

在该实施例中，投影照明系统还包括了第三光源30，其中为了节省转折部件的使用，以及整个投影照明系统的架构更为合理，第三光源30和第三准直单元31相对设置在第二方向上。第三转折部件22和第一转折部件12均起到了透射第三光束的作用。

例如第一光源10为出射红光的光源，第二光源20为出射绿光的光源，第三光源30为出射蓝光的光源。

其中第三转折部件22为透蓝反绿的滤光片；第一转折部件12为透蓝透绿反红的滤光片，第二转折部件13为反射镜，第二转折部件13对所有到达其的光束具有反射作用。

在一个实施例中，参照图1-图6，所述投影照明系统还包括汇聚元件23，所述汇聚元件23位于所述第三转折部件22和所述第一转折部件12之间，所述汇聚元件23以汇聚所述第二光束和所述第三光束。

例如第三光束和第二光束到达光束处理组件的光程较长，在第三光束的第二光束的传播过程中，第三光束和第二光束的光斑会扩展的较大，为了使得第三光束和第二光束的光斑尺寸在传播过程中较为合理，在第三转折部件22和第一转折部件12设置汇聚元件23，对第三光束和第二光束具有汇聚作用，以起到约束第三光束和第二光束的光斑尺寸的作用。

在一个实施例中，参照图1-图6，所述投影照明系统还包括合光元件17，所述合光元件17位于所述第一转折部件12和所述第二转折部件13之间。

具体地，为了保证入射匀光单元14的光束的光斑尺寸及入射角度，使用合光元件17对光束进行处理。具体地，合光元件17对第一光束、第二光束和第三光束进行处理，使得最终处理的后的光斑尺寸合理。

在一个实施例中，所述第一准直单元11包括第一透镜110和第二透镜111，所述第一透镜110相对于所述第二透镜111较靠近所述第一光源10设置，所述第一透镜110为球面透镜，所述第二透镜111为非球面透镜。

具体地，第一透镜110为玻璃球面透镜，第二透镜111为塑胶偶次非球面透镜。由于第一透镜110相对于第二透镜111更靠近第一光源10设置，第一透镜110的材质为耐高温的玻璃材质。

第一准直单元11包括一个球面透镜和一个非球面透镜，在准直光束的基础上，还可以改善光束质量，提升投影效果。可选地，第一准直单元11可以为双胶合透镜。

其中第二准直单元21的架构和第一准直单元11的架构相同，例如第二准直单元21包括第五透镜210和第六透镜211，第五透镜210相对于第六透镜211更靠近第二光源20设置，第五透镜210为玻璃球面透镜，第六透镜211为塑胶偶次非球面透镜。

其中第三准直单元31的架构和第一准直单元11的架构相同，例如第三准直透镜包括第七透镜310和第八透镜311，第七透镜310相对于第八透镜311更靠近第三光源30设置，第七透镜310为玻璃球面透镜，第八透镜311为塑胶偶次非球面透镜。

在一个实施例中，所述中继单元15包括第三透镜151和第四透镜152，所述第三透镜151和所述第四透镜152均为球面透镜。

具体地，中继单元15包括两个透镜，两个透镜包括第三透镜151和第四透镜152。第三透镜151和第四透镜152均为玻璃球面透镜，且第三透镜151和第四透镜152的材质相同。

在一个实施例中，所述汇聚元件23为球面透镜。

具体地，汇聚元件23为一个玻璃球面透镜，该玻璃球面透镜使光束汇聚。

在一个实施例中，所述合光元件17为非球面透镜。

具体地，为了保证入射匀光单元14(复眼透镜)光束的光斑尺寸及入射角度，使用合光元件17对光束进行处理，合光元件17为塑胶偶次非球面镜片。

第二方面，提供了一种投影设备。所述投影设备包括如上述所述的投影照明系统，以及空间光调制器和投影镜头；

所述空间光调制器用于接收并调制从所述棱镜单元16出射的光束，并输出投影图案至所述投影镜头。例如投影设备为DLP投影光机。

具体地，棱镜单元16采用RTIR结构，光束经棱镜单元16偏折进入DMD，经DMD面反射后在棱镜表面发生全反射，入射至投影镜头。

其中该投影照明系统适配的DMD尺寸为0.23英寸，在保证光机小体积的前提下，可实现更高分辨率成像。具体地，DMD尺寸为0.23英寸，DMD可以包含更多的像素单元，提升成像分辨率。

在一个具体的实施例中，第一光源10、第二光源20和第三光源30的发光面尺寸均为1.03mm*1.03mm，所适配0.23英寸DMD有效面的尺寸为5.184mm*2.916mm。

在一个实施例中，所述空间光调制器和所述投影镜头排布在所述第二方向上。在该实施例中，对空间光调制器和投影镜头的排布进行限定，使得投射设备的结构更为紧凑。

在一个具体的实施例中，第一光源10为R光，第二光源20为G光，第三光源30为B光。第三转折部件22为透蓝反绿的滤光片；第一转折部件12为透蓝透绿反红的滤光片，第二转折部件13为反射镜，第二转折部件13对所有到达其的光束具有反射作用。

参照图4，投影照明系统体积为33.5mm*16mm*38mm，R光束和G光束自光源朝向第一方向发出，B光束自光源向第二方向方向发出。

R光束发出后沿第一方向传输，经第一转折部件12反射后沿第二方向方向进入合光元件17；

G光束发出后沿第一方向传输，经第三转折部件22反射后沿第二方向传输抵达合光元件17；

B光束发出后沿第二光线方向传输进入合光元件17。三路光束经合光元件17后完成合光，合光后的光束沿第二方向方向进入反射镜，经反射镜反射后沿第三方向进入匀光单元14(复眼)。经中继单元15、棱镜单元16后，最终沿第二方向出射照明系统并进入镜头。

其中投影照明系统中，各个镜片的参数如表1所示。

表1：

其中图7为该实施例光线追迹后DMD面辐照图，所设计的投影照明系统具有良好的光学性能，在DMD面具有较高的照明几何效率、良好的面照度均匀性。

在一个具体的实施例中，第一光源10为R光，第二光源20为G光，第三光源30为B光。第三转折部件22为透蓝反绿的滤光片；第一转折部件12为透蓝透绿反红的滤光片，第二转折部件13为反射镜，第二转折部件13对所有到达其的光束具有反射作用。

参照图5，投影照明系统体积为33.5mm*16mm*38mm，R光束和G光束自光源朝向第一方向(-方向)发出，B光束自光源向第二方向方向发出。箭头所指为+方向。

R光束发出后沿第一方向(-方向)传输，经第一转折部件12反射后沿第二方向方向进入合光元件17；

G光束发出后沿第一方向(-方向)传输，经第三转折部件22反射后沿第二方向传输抵达合光元件17；

B光束发出后沿第二光线方向传输进入合光元件17。三路光束经合光元件17后完成合光，合光后的光束沿第二方向方向进入反射镜，经反射镜反射后沿第三方向进入匀光单元14(复眼)。经中继单元15、棱镜单元16后，最终沿第二方向出射照明系统并进入镜头。

其中图8为该实施例光线追迹后DMD面辐照图，所设计的投影照明系统具有良好的光学性能，在DMD面具有较高的照明几何效率、良好的面照度均匀性。

在一个具体的实施例中，第一光源10为R光，第二光源20为G光，第三光源30为B光。第三转折部件22为透蓝反绿的滤光片；第一转折部件12为透蓝透绿反红的滤光片，第二转折部件13为反射镜，第二转折部件13对所有到达其的光束具有反射作用。

参照图6，投影照明系统体积为33.5mm*38.8mm*15.2mm，R光束和G光束自光源朝向第一方向发出，B光束自光源向第二方向方向发出。

R光束发出后沿第一方向传输，经第一转折部件12反射后沿第二方向方向进入合光元件17；

G光束发出后沿第一方向传输，经第三转折部件22反射后沿第二方向传输抵达合光元件17；

B光束发出后沿第二光线方向传输进入合光元件17。三路光束经合光元件17后完成合光，合光后的光束沿第二方向方向进入反射镜，经反射镜反射后沿第三方向进入匀光单元14(复眼)。经中继单元15、棱镜单元16后，最终沿第二方向出射照明系统并进入镜头。

其中图9为该实施例光线追迹后DMD面辐照图，所设计的投影照明系统具有良好的光学性能，在DMD面具有较高的照明几何效率、良好的面照度均匀性。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。