一种照明光路及激光投影设备
技术领域
本发明涉及光源处理技术领域，尤其涉及一种照明光路及激光投影设备。
背景技术
激光显示投影技术是一种新兴的投影显示技术，相对于LED投影设备，激光投影设备具有更高的亮度和寿命。但是现有的激光投影设备的体积较大，如激光显示投影设备中的匀光元件为复眼透镜，为了保证对照射在复眼透镜上整个光斑的滤色效果，需要半个滤色轮至少要遮挡整个复眼透镜，使得需要采用的滤色轮尺寸较大，激光显示投影设备的照明光路沿垂直于光轴的尺寸较大，限制了激光投影设备的应用。
发明内容
本发明提供的一种照明光路及激光投影设备，用于解决现有激光投影设备的照明光路沿垂直于光轴方向的尺寸较大的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种照明光路，包括光源、以及沿光源出光方向依次设置的滤色轮、光导管和复眼透镜，所述光导管沿轴向第一端的面积小于第二端的面积，所述滤色轮设置在所述光导管的第一端一侧，所述复眼透镜设置在所述光导管的第二端一侧、且所述复眼透镜的面积大于或等于所述光导管的第二端的面积，所述滤色轮的半径大于所述光导管的第一端在平行于所述滤色轮的径向两点间的最大间距、且小于所述复眼透镜在平行于所述滤色轮的径向两点间的最大间距。
第二方面，本发明提供了一种激光投影设备，包括上述技术方案所述的照明光路。
相较于现有技术，本发明提供的照明光路及激光投影设备，采用光导管和复眼透镜进行匀光，通过增设光导管，可提高照明光路的匀光效果；并且当将滤色轮设置在光导管沿轴向的第一端一侧、且复眼透镜设置在光导管沿轴向的第二端一侧时，设计滤色轮的尺寸只需保证半个滤色轮能够完全遮挡光导管的第一端，即可实现对进入光导管第一端的光线均进行滤色，相较于现有技术中半个滤色轮至少要遮挡整个复眼透镜，因本发明实施例中光导管沿轴向第一端的面积小于第二端的面积，且复眼透镜的面积大于或等于光导管第二端的面积，即光导管的第一端面积小于复眼透镜的面积，所以，本发明的照明光路可采用的滤色轮的半径满足大于光导管的第一端在平行于滤色轮的径向两点间的最大间距、且小于复眼透镜在平行于滤色轮的径向两点间的最大间距即可，滤色轮半径较小，缩小了滤色轮的体积，从而减小了照明光路及激光投影设备沿垂直于光轴方向上的尺寸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，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为本发明实施例照明光路中复眼透镜为双复眼透镜的结构示意图；
图2为本发明实施例照明光路中复眼透镜包括两个单复眼透镜的结构示意图；
图3为本发明实施例照明光路的结构示意图；
图4为本发明实施例照明光路的光程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以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，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
一种照明光路包括光源、以及沿光源出射方向依次设置的滤色轮、光导管和透镜组件，光导管入光面的面积小于出光面的面积，滤色轮设置在光导管的入光面一侧，从光源射出的光束角较大的光线，进入光导管内的反射后，出射光线的光束角较小，实现对光线的匀光和准直。
参照图1～4，本发明实施例的照明光路包括光源、以及沿光源出光方向依次设置的滤色轮、光导管1和复眼透镜2，该光导管1沿轴向第一端11的面积小于第二端12的面积，滤色轮设置在光导管1的第一端11一侧，复眼透镜2设置在光导管1的第二端12一侧、且复眼透镜2的面积大于或等于光导管1的第二端12的面积，滤色轮的半径大于光导管1的第一端11在平行于滤色轮的径向两点间的最大间距、且小于复眼透镜2在平行于滤色轮的径向两点间的最大间距。
相较于现有技术，本发明提供的照明光路，采用光导管1和复眼透镜2进行匀光，通过增设光导管1，可提高照明光路的匀光效果；并且当将滤色轮设置在光导管1沿轴向的第一端11一侧、且复眼透镜2设置在光导管1沿轴向的第二端12一侧时，设计滤色轮的尺寸只需保证半个滤色轮能够完全遮挡光导管1的第一端11，即可实现对进入光导管1第一端11的光线均进行滤色，相较于现有技术中半个滤色轮至少要遮挡整个复眼透镜2，因本发明实施例中光导管1沿轴向第一端11的面积小于第二端12的面积，且复眼透镜2的面积大于或等于光导管1第二端12的面积，即光导管1的第一端11面积小于复眼透镜2的面积，所以，本发明的照明光路可采用的滤色轮的半径满足大于光导管1的第一端11在平行于滤色轮的径向两点间的最大间距、且小于复眼透镜2在平行于滤色轮的径向两点间的最大间距即可，滤色轮半径较小，缩小了滤色轮的体积，从而减小了照明光路沿垂直于光轴方向上的尺寸。
此外，相较于上述仅采用光导管1进行匀光的照明光路，光导管1需要保证光线在进入光导管1后能够多次进行反射，光导管1的长度较长，而本发明实施例中将光导管1和复眼透镜2结合进行匀光，光线在进入光导管1后可仅反射一次就射出，经复眼二次匀光后，即可保证匀光效果较好，故本发明实施例中可采用长度较短的光导管1，缩短了照明光路沿光轴方向的长度。
可选地，上述光导管1为锥形光导管，锥形光导管的第一端和第二端均为长方形；或者光导管1为异形光导管，异性光导管的第一端11为圆形，第二端12为矩形。因后者的加工难度大、成本高，故本发实施例采用的光导管1为锥形光导管。此外，上述光导管1可采用实心光导管，也可采用空心光导管。因空心光导管的成本较低，故本发明实施例的光导管1采用空心光导管。
以光束进入光导管1第一端11的光束角为28°，从光导管1第二端12射出的光束角为8°，光导管1为锥形光导管，光导管1的第一端11和第二端12均为长方形为例，光导管1的第一端11上的长边为2x，光导管1的第一端11上的短边为2y，光导管1的第二端12上的长边为2X，光导管1的第二端12上的短边为2Y，根据光学扩展量公式：2x·sin28°＝2X·sin8°，2y·sin28°＝2Y·sin8°，可以推导出：
因此，若上述仅采用光导管进行匀光的照明光路和采用本发明实施例的照明光路中滤色轮的半径均为r，则对于现有技术中仅采用复眼透镜进行匀光的照明光路中滤色轮的半径应为3.4r以上。对于仅采用光导管1进行匀光的照明光路，在设计所采用的光导管1长度至少要保证光线进入后能够反射3次以上，本发明实施例中的光导管1中长度仅需保证光线进入后能够反射一次即可，因此，相较于现有技术，采用本发明实施例的照明光路中滤色轮的半径可缩小2.4r；相较于上述仅采用光导管1进行匀光的照明光路，采用本发明实施例的照明光路中光导管1的长度可缩短2/3。
在一些实施例中，上述复眼透镜2为双复眼透镜；在另一些实施例中，上述复眼透镜2包括两个单复眼透镜，两个单复眼透镜的平面相对设置，两个单复眼透镜可相互贴合，也可间隔设置。上述两个方案，均可保证对照明光路的匀光效果较好，具有高均匀性。
可选地，上述光导管1的轴线可与复眼透镜2的中心线重合，或者光导管1的轴线可与复眼透镜2的中心线不重合。为保证匀光效果，后者的方案中复眼透镜2会在光导管1径向一侧的宽度较大，使得复眼透镜2的尺寸较大，增大了照明光路的体积。因此，本发明实施例中光导管1的轴线与复眼透镜2的中心线重合。
因光导管1与复眼透镜2之间的间距S过大，会导致照明光路沿光导管1轴向的长度较大，而光导管1与复眼透镜2之间的间距S过小，如光导管1与复眼透镜2之间的间距S小于3mm，光导管1与复眼透镜2容易产生干涉。因此，本发明实施例中光导管1与复眼透镜2之间的间距S为3mm以上，如S为3mm、4mm、5mm。
同理，若光导管1沿轴向的长度L1过大，照明光路沿光导管1轴向的长度过大，增大了照明光路的体积；若光导管1沿轴向的长度L1过小，光导管1的匀光效果较差。因此，本发明实施例中的光导管1沿轴向的长度L1的取值范围为15～20mm，如L1为15mm、17mm、19mm、20mm。
对于上述复眼透镜2为双复眼透镜的方案，若双复眼透镜的厚度T1过大，如双复眼透镜的厚度T1大于8mm，增加了照明光路在双复眼透镜的厚度方向的尺寸；若双复眼透镜的厚度T1过小，如双复眼透镜的厚度T1小于5mm，匀光效果较差。因此，上述双复眼透镜的厚度T1的取值范围为5～8mm，如T1为5mm、6mm、7mm、8mm。
同理，对于上述复眼透镜2包括两个单复眼透镜，且两个单复眼透镜的平面相对设置的方案，上述两个单复眼透镜的厚度可相同，也可不同；两个单复眼透镜的形状和大小可相同，也可不同，如两个单复眼透镜的形状和厚度相同，每个单复眼透镜的厚度T2为2mm以上。
基于上述实施例，复眼透镜2的截面可为长方形。若复眼透镜2中复眼的数量过多，影响复眼透镜2的透射率；若复眼透镜2中复眼的数量过少，复眼透镜2的匀光性较差。因此，本发明实施例中复眼透镜2中复眼的数量为7*9。
为了避免照明光路沿光导管1的轴向尺寸过大，照明光路还包括反射镜3，反射镜3设置在复眼透镜2的出光侧，通过反射镜3改变了光线的传递方向，从而缩小照明光路沿光导管1轴向的尺寸。
上述照明光路还包括凸透镜4，凸透镜4设置在复眼透镜2的出光侧，凸透镜4可用于校正畸变。上述凸透镜4有两个，两个凸透镜4分别设置在反射镜3的入光侧和出光侧，使得校正畸变的效果较好。
可选地，上述两个凸透镜4均为球面凸透镜；或者一个凸透镜4为球面凸透镜，另一个凸透镜4为非球面凸透镜，图3中设置在反射镜3出光侧的凸透镜4为非球面凸透镜。上述两种方案对相差的校正效果均较好，前者的成本较低，后者的非球面凸透镜可以校正球差。
进一步地，为了补偿光束在传递过程中的光程差，照明光路还包括棱镜5，将棱镜5设置在反射镜3的出光侧。并且上述棱镜5可采用TIR(Total Internal Reflection，全内反射)棱镜，从棱镜5出来的光线照射在DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜晶片)芯片上产生的光斑更锐利，不容易产生暗带。并且对于设有两个凸透镜4的方案，将棱镜5设置在位于反射镜3出光侧的凸透镜4与DMD芯片之间。
本发明实施例还包括一种激光投影设备，包括上述实施例所述的照明光路，由于在本实施例的激光投影设备内安装的照明光路与上述的各实施例中提供的照明光路相同，因此二者能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果，光导管1的长度较小、且滤色轮的半径也较小，使得激光投影设备的体积较小，应用范围更广。
进一步地，上述激光投影设备还包括镜头和数字微镜晶片6，该数字微镜晶片6位于复眼透镜2的出光侧与镜头之间，数字微镜晶片6设有保护玻璃7；复眼透镜2中的每个复眼均为长方形，且复眼透镜2的截面也为长方形或平行四边形，复眼的长度2a和复眼的宽度2b分别满足：
其中，θ为光导管1的出光侧的光束角，m为复眼透镜2中每行复眼的数量，n为复眼透镜2中每列复眼的数量，L为数字微镜晶片6的长度的一半，W为数字微镜晶片6的宽度的一半，z为数字微镜晶片6的单边预留尺寸，F为镜头的焦距，#为镜头的通光口径，F/#为镜头的光圈数。
以光导管1的出光侧的光束角θ为8°为例，复眼透镜2采用7*9，即复眼透镜2中每行复眼的数量m为9，复眼透镜2中每列复眼的数量n为7，镜头的光圈数F/#为2，数字微镜晶片6为0.47DMD，即数字微镜晶片6的长度的一半L为5.184mm，数字微镜晶片6的宽度的一半W为2.916，单边预留尺寸z为0.4mm，通过上述公式计算可得，复眼透镜2中的单个复眼的长度2a为2.85mm，单个复眼的宽度2b为1.7mm。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
