复眼模块、光源装置和投影设备
【技术领域】
1.本发明涉及光源技术领域，尤其涉及一种复眼模块、光源装置和投影设备。


背景技术：

2.随着光源技术应用越来越广泛，以激光荧光为光源装置也应用越来越多，例如影院光源、工程机光源等。
3.相关技术的光源装置包括激光器和合光器件，合光器件将激光器产生的激光合光。
4.然而，目前的激光器数量较多，合光器件多，合光后光斑面积大，导致整个光源体积大，效率低。常用的匀光器件有方棒和复眼阵列。使用方棒匀光需要在方棒前后增加额外的透镜进行面角变换，且方棒本身较长，光源体积庞大，因此，对于数量较多的激光器光源往往使用复眼匀光。但是复眼匀光的方案中，由于激光器数量较多，光斑进入到复眼的区域较大，导致复眼小单元的数量较多，例如12个激光器时甚至可以达到三千到四千个的复眼小单元。复眼小单元个数的增加会导致复眼加工良率很低，成本急剧增加。由于激光的扩展量很小，为了能够获得好的匀光效果，在使用复眼匀光时每个复眼小单元的尺寸需要做得很小，因此当激光器数量较多时，复眼匀光器件的小单元数量增加，导致复眼良率较低，成本增加。如果单元较大的复眼器件减少单元的个数，则会导致匀光效果变差，且复眼厚度增加，达到一定厚度值之后复眼成型质量差，良率较低，成本增加。因此当光斑面积大时，难以在复眼的个数、厚度还有匀光均匀性之间作权衡。因此，需要尽可能地压缩拼接后的光斑大小，这会导致压缩光学器件较多，且空间体积大。如果通过增加正负透镜压缩倍率来使光斑面积变小，则会导致光斑角度过大，从而在复眼出光角度不变的前提下，容易出现旁瓣，能量利用效率降低。
5.因此，实有必要提供一种新的复眼模块、光源装置和设备来解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种匀光效果好、工艺可行性高且光源体积小的复眼模块、光源装置和投影设备。
7.为了实现上述目的，本发明提供一种复眼模块，包括多个复眼，所述多个复眼可依据预定需求进行组装配合以拼接形成具有特定光学功能的所述复眼模块。
8.更优的，所述复眼模块为多个相同的所述复眼拼接组成。
9.更优的，所述复眼模块为多个不同的所述复眼拼接组成，每一所述复眼的小单元的大小和曲率一致，不同的所述复眼的小单元的参数不一致。
10.更优的，所述复眼为单复眼或双复眼，所述复眼模块为多个所述单复眼或所述双复眼拼接形成。
11.本发明还提供一种光源装置，其包括如上中任意一项所述的复眼模块，该光源装置还包括：
12.发光器件组，用于发出多束光束，所述发光器件组包括多个发光器件，每一所述发光器件发出一束所述光束；
13.合光模块，用于将所述发光器件组发出的多束所述光束进行引导处理形成多个光斑；
14.所述复眼模块将经所述合光模块引导处理后的多个所述光斑进行匀光处理，所述复眼与所述光斑一一对应。
15.更优的，所述光束与所述光斑一一对应，或至少两束所述光束与一个所述光斑相对应。
16.更优的，所述发光器件为mcp激光器。
17.更优的，所述引导处理包括合光处理和压缩处理；每一所述发光器件发出的一束所述光束经所述合光模块进行合光处理形成一个所述光斑并进行压缩处理，或至少两个所述发光器件各自发出的一束所述光束共同经所述合光模块进行合光处理形成一个所述光斑并进行压缩处理。
18.更优的，所述合光模块包括：
19.合光器件，用于将所述发光器件组发出的多束所述光束合光形成多个所述光斑，并对多个所述光斑进行一个维度的压缩；
20.凹凸透镜组件，用于将所述合光器件压缩后的多个所述光斑进行压缩，并将压缩后的多个所述光斑发送至所述复眼模块。
21.更优的，所述合光的方式为插缝合光或者偏振合光。
22.更优的，所述发光器组件包括12个所述发光器件并形成2*6阵列排布，每两个所述发光器件各自发出的所述光束合光形成一个所述光斑。
23.更优的，所述发光器组件包括8个所述发光器件并形成2*4阵列排布，每两个所述发光器件各自发出的所述光束合光形成一个所述光斑。
24.更优的，所述光源装置包括荧光收集透镜及荧光轮，经过所述复眼模块匀光处理的所述光斑通过所述荧光收集透镜进入所述荧光轮以使所述荧光轮激发荧光；其中，多个所述发光器件在一个维度排列。
25.更优的，一个或多个所述发光器件和与所述发光器件对应的所述复眼可去除或增加以调节输出的流明
26.更优的，多个所述复眼出光强度呈阶梯状分布。
27.本发明提供一种投影设备，包括如上所述的光源装置。
28.与现有技术相比，本发明的复眼模块、光源装置和投影设备通过发光器件发出的光束经过合光模块引导处理形成光斑，光斑再经过复眼模块匀光。其中，多个复眼拼接形成复眼模块，多个复眼可依据预定需求进行组装配合以拼接形成具有特定光学功能的所述复眼模块。因此复眼覆盖区域较小，在保证匀光效果的前提下每个复眼的个数较少，可以降低生产制造成本；并在复眼个数受限制的情况下，从而使得复眼模块可以减少每块复眼内小单元的个数，减少复眼的厚度，提高对光束的匀光效果，降低光源装置成本，增加光源装置的工艺可行性。更优的，复眼与光斑一一对应，因此多个光斑不需要经过一维或者二维的压缩，可以减小光源装置的体积，从而使得光源装置紧凑，并提高复眼的匀光效果和加工工艺可行性，降低成本，可以用在高流明激光荧光光源，例如影院光源、工程机光源等。另外，本
发明的光源装置的一个应用中由于复眼与发光器件的对应关系，多个发光器件合光时可以不进行压缩直接拼接，或者仅在一个维度压缩，另一个维度通过密排发光器件即可，从而减少光学器件个数和光源的空间体积。本发明的光源装置的另一个应用中通过去除或增加发光器件和与发光器件对应的复眼以调节荧光轮激发荧光的流明，当需要兼容低流明输出时，可以只使用同一套光源，只需要将一定数量的发光器件和与其对应的复眼移除即可，对匀光效果不会有影响，从而减少制造和设计成本。本发明的光源装置的再一个应用中通过使用不同的复眼组成复眼模块即可，不需要对每个复眼进行单元大小变化的设计，减少制造和设计成本。
【附图说明】
29.为了更清楚地说明本发明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它的附图，
30.其中：
31.图1为本发明复眼模块的结构框图；
32.图2为本发明光源装置的结构框图；
33.图3为本发明光源装置的实施例一的光路示意图；
34.图4为本发明光源装置的实施例一的发光器件的排列示意图；
35.图5为本发明光源装置的实施例一的入射到复眼的光斑分布图；
36.图6为本发明光源装置的实施例一的复眼模组中的复眼及与其对应的激光器的示意图；
37.图7为本发明光源装置的实施例二的光路示意图；
38.图8为本发明光源装置的实施例二的发光器件的排列示意图；
39.图9为本发明光源装置的实施例二的复眼模块示意图；
40.图10为本发明光源装置的实施例二的复眼出光强度分布图；
41.图11为本发明光源装置的实施例二的复眼的角分布图；
42.图12为本发明光源装置的另一种的结构框图；
43.图13为本发明光源装置的其他一种的结构框图；
44.图14为本发明光源装置的再一种的结构框图。
【具体实施方式】
45.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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
46.请参图1所示，本发明提供一种复眼模块3。所述复眼模块3包括多个复眼31。所述复眼模块3由多个所述复眼31拼接形成。也就是说，所述复眼31为所述复眼模块3内的小单元。而组成复眼31的小单元为小透镜。
47.其中，所述复眼模块3为多个相同的所述复眼31拼接组成。相同的所述复眼31拼接可以使得制造工艺一致性好，工艺可行性高且可靠性高。当然，不限于此，多个复眼31可依据预定需求进行组装配合以拼接形成具有特定光学功能的所述复眼模块3，根据不同需求进行拼接所述复眼31即可，所述复眼模块3还可以为多个不同的所述复眼31拼接组成，每一所述复眼31的小单元的大小和曲率一致，不同的所述复眼31的小单元的参数不一致。该结构使得不同所述复眼31的出射角分布不一致，从而使得所述复眼模块3易于进行光学设计和应用，从而在不需要复杂工艺的情况下实现光学应用，从而使得所述复眼模块3应用的成本较低。
48.具体的，所述复眼31为单复眼或双复眼，所述复眼模块3为多个所述单复眼或所述双复眼拼接形成。由拼接形成所述复眼模块3的结构，使得所述复眼31覆盖区域较小，在保证匀光效果的前提下每个所述复眼31的小单元的个数较少，可以降低生产制造成本。并在所述复眼31小单元个数受限制的情况下，从而使得所述复眼模块3可以减少每个所述复眼31内小单元的个数，减少所述复眼31的厚度，提高对光束的匀光效果。
49.请参图2所示，本发明还提供一种光源装置100。所述光源装置100包括发光器件组1、合光模块2以及所述复眼模块3。
50.所述发光器件组1用于发出多束光束。具体的，所述发光器件组1包括多个发光器件11。每一所述发光器件11发出一束所述光束。
51.本实施方式中，所述发光器件11为激光器。当然，不限于此，所述发光器件11还可以为其他发光器件，例如led灯或卤素等。
52.所述合光模块2用于将所述发光器件组1发出的多束所述光束进行引导处理形成多个光斑。其中，所述光束与所述光斑一一对应，或至少两束所述光束与一个所述光斑相对应。所述引导处理包括合光处理和压缩处理。每一所述发光器件11发出的一束所述光束经所述合光模块2进行合光处理形成一个光斑并进行压缩处理，或至少两个所述发光器件11各自发出的一束所述光束共同经所述合光模块2进行合光处理形成一个所述光斑并进行压缩处理。
53.本实施方式中，所述合光模块2包括合光器件21和凹凸透镜组件22。所述合光器件21用于将所述发光器件组1发出的多束所述光束合光形成多个所述光斑，并对多个所述光斑进行一个维度的压缩。所述合光的方式为插缝合光或者偏振合光。所述凹凸透镜组件22用于将所述合光器件21压缩后的多个所述光斑进行进一步压缩，并将压缩后的多个所述光斑发送至所述复眼模块3。本实施方式中，所述发光器件11发出的多束所述光束通过所述合光器件21插缝合光后，所述凹凸透镜组件22的压缩后产生的所述光斑发送至所述复眼模块3。
54.复眼模块3，用于将经所述合光模块2引导处理后的多个所述光斑进行匀光处理。其中，所述复眼31与所述光斑一一对应。本实施方式中，两个所述激光器合成一个所述光斑，该光斑与一个所述复眼31对应。当然，不限于此，多个所述激光器合成一个所述光斑，该光斑与一个所述复眼31对应，所述光源装置100体积更小。因此多个光斑不需要经过一维或者二维的压缩，可以减小所述光源装置100的体积，从而使得所述光源装置100紧凑，并提高所述复眼31的匀光效果和加工工艺可行性，降低成本，可以用在高流明激光荧光光源，例如影院光源、工程机光源等。
55.本实施方式中，所述发光器件11数量为m。即m个所述激光器的合成的光斑个数对应相应的所述复眼31的个数组成的所述复眼模块3。多个所述激光器合光的光斑并不需要过多地压缩，只需要通过将所述激光器密排即可，节省所述光源装置100的空间体积。由于每个所述复眼31对应的光斑面积小，因此所述复眼模块3内的所述复眼31小单元的个数较少，良率高。且可以进一步减小所述复眼模块3的大小，提高匀光效果。所述复眼31出光角度θ与焦距f和单元半高h的关系为：tanθ＝h/f，为了增加所述复眼31匀光效果，f一般与厚度t一致。因此有tanθ＝h/t，所以在出光角度为定值时，减小所述复眼31可以缩减双复眼的厚度。因此，采用所述复眼模块3可以提高所述复眼31制造良率，减小所述复眼31加工成本，增加工艺可行性，复眼模块加工成本也会降低。
56.具体的，通过设置多个所述复眼31的具体结构，实现所述光源装置100的不同应用。
57.所述复眼模块3为多个相同的所述复眼31拼接组成。多个相同的所述复眼31拼接形成所述复眼模块3。该结构可以提高所述复眼31制造良率，减小所述复眼31加工成本，增加工艺可行性。当所述光源装置100需要使用较低流明照明时，只需要将对应的所述发光器件11和所述复眼31移除即可，由于所述复眼31是对角分布进行匀光，因此不会影响整体的匀光效果，所述光源装置100可以很好地兼容低流明，减少制造和设计成本。若使用方棒匀光，则在移除几个所述发光器件11之后会导致入光面不均匀，会影响整体的匀光效果。
58.当然，不限于此，所述复眼模块3为多个不同的所述复眼31拼接组成。具体的，每一所述复眼31的小单元的大小和曲率一致；不同的所述复眼31的小单元的参数不一致。当所述光源装置100需要获得不均匀照明的光斑，所述复眼模块3可以由不同的复眼组成，每个所述复眼31的小单元大小一致，不同的所述复眼31的小单元大小不同，由于每个光斑与所述复眼31对应，因此可以获得不同的角分布输出，不需要制作分布不均匀的所述复眼31，该结构设计简单，降低所述光源装置100成本。
59.以下通过两个实施例具体说明本发明的所述光源装置100结构和应用。
60.实施例一
61.请同时参图3-6所示，本实施例一提供一种光源装置110。所述光源装置110包括发光器件组111、合光器件121、凹透镜1221、凸透镜1222、反射镜1223以及复眼模块15。
62.本实施例一中所述发光器组件111包括12个所述发光器件并形成2*6阵列排布。具体为：十二个多芯片封装(mcp)的激光器组成所述发光器件组111，所述发光器件组111分别由激光器1111、激光器1112、激光器1113、激光器1114、激光器1115、激光器1116、激光器1117、激光器1118、激光器1119、激光器11110、激光器11111及激光器11112组成。其中，发光器件组111排列成2行6列式分布。本实施方式中，所述发光器件组111由12个蓝激光的激光器组成。当然，不限于此，其他颜色的激光器也是可以的。
63.合光器件121为阶梯镜，即包括反射镜1212和区域镀膜反射镜1211。
64.凹透镜1221、凸透镜1222及反射镜1223共同组成所述凹凸透镜组件122。
65.复眼模块15由六个所述复眼组成。每一所述复眼对应着插缝合光的两个激光器。
66.本实施例一中每两个所述发光器件各自发出的所述光束合光形成一个所述光斑。具体的，激光器1111与激光器1112为一组形成一个所述光斑；激光器1113与激光器1114为一组形成一个所述光斑；激光器1115与激光器1116为一组形成一个所述光斑；激光器1117
与激光器1118为一组形成一个所述光斑；激光器1119与激光器11110为一组形成一个所述光斑；激光器11111与激光器11112为一组形成一个所述光斑；每两激光器通过插缝合光或者偏振合光，合成一个大小几乎不变的光斑。具体为通过6个合光器件121合光，即通过6个阶梯镜进行合光。插缝合光后的六个光斑进行一个维度的压缩。再通过凹透镜1221和凸透镜1222共同组成所述凹凸透镜进一步压缩，再进入复眼模块15。其中，每两激光器压缩后的光斑进入复眼模块15的区域f131。本实施方式中，该光斑为两个mcp激光器进行压缩产生。区域f131为六个，且与12个激光器排列对应。整个光源装置110体积紧凑。
67.在另一个实施例中，当需要降低流明输出时，例如只需要10个激光器，只需要将两个激光器去除，例如激光器11111和激光器11112移除，同时将于其对应的复眼移除即可，无需对光源装置110有别的修改。
68.实施例二
69.请同时参图7-9所示，本实施例二提供一种光源装置210。实施例二结构和器件基本与实施例一相同，以下只列出实施例二与实施例一不同的特征。
70.本实施例二中所述发光器组件211包括8个所述发光器件并形成2*4阵列排布。具体为八个多芯片封装(mcp)的激光器组成所述发光器件组211，所述发光器件组211分别由激光器2111、激光器2112、激光器2113、激光器2114、激光器2115、激光器2116、激光器2117及激光器2118组成。其中，所述发光器件组211排列成2行4列式分布。本实施方式中，所述发光器件组211由8个蓝激光的激光器组成。
71.本实施例一中每两个所述发光器件各自发出的所述光束合光形成一个所述光斑。具体的，激光器2111与激光器2112为一组形成一个所述光斑；激光器2113与激光器2114为一组形成一个所述光斑；激光器2115与激光器2116为一组形成一个所述光斑；激光器2117与激光器2118为一组形成一个所述光斑。
72.四个合光器件221、凹透镜2221、凸透镜2222及反射镜2223共同组成所述合光模块。
73.合光器件221为阶梯镜，即包括反射镜2212和区域镀膜反射镜2211。
74.凹透镜2221、凸透镜2222及反射镜2223共同组成凹凸透镜组件222。
75.复眼模块23由四个不同的所述复眼231组成。每个所述复眼231小单元的大小和曲率一致，不同复眼小单元的参数不一致，即不同复眼的出射角分布不一致。
76.请同时参图10-11所示，本实施例二的光源装置210的光源效果为：所述复眼231出光强度呈阶梯状分布。
77.在其他一个实施例中，对于一些需要非均匀照明的应用，例如车灯等，使用该方案只需要替换复眼模块23里的所述复眼231即可，每个所述复眼231内小单元的参数仍然一致，可以使得降低复眼231的制作成本，提高工艺可行性。
78.请参图12所示，本发明还提供一种光源装置300，所述光源装置300与所述光源装置100基本相同，所述光源装置300与所述光源装置100不同的特征是：所述光源装置300还包括荧光收集透镜310和荧光轮320，经过所述复眼模块3匀光处理的所述光斑通过所述荧光收集透镜310进入所述荧光轮320以使所述荧光轮320激发荧光。其中，多个所述发光器件11在一个维度排列。本发明的所述光源装置300由于复眼31与发光器件11的一一对应关系，多个发光器件11合光时可以不进行压缩直接拼接，或者仅在一个维度压缩，另一个维度通
过密排发光器件11即可，从而减少光学器件个数和光源的空间体积。
79.请参图13所示，本发明还提供一种光源装置400，所述光源装置400与所述光源装置100基本相同，所述光源装置400与所述光源装置100不同的特征是：所述光源装置400还所述光源装置400包括荧光收集透镜410和荧光轮420，经过所述复眼模块3匀光处理的所述光斑通过所述荧光收集透镜410进入所述荧光轮420以使所述荧光轮420激发荧光。其中，一个或多个所述发光器件11和与所述发光器件11对应的所述复眼31可去除或增加以调节输出的流明。本发明的光源装置400通过去除或增加发光器件11和与发光器件11对应的复眼31以调节输出的流明，当需要兼容低流明输出时，可以只使用同一套光源，只需要将一定数量的发光器件11和与其对应的复眼31移除即可，对匀光效果不会有影响，从而减少制造和设计成本。
80.请参图14所示，本发明还提供一种光源装置500，所述光源装置500与所述光源装置100基本相同，所述光源装置500与所述光源装置100不同的特征是：所述光源装置500还包括收集透镜510和波长转换装置520，经过所述复眼模块3匀光处理的所述光斑通过所述收集透镜510进入所述波长转换装置520。其中，多个所述复眼31出光强度呈阶梯状分布。本发明的所述光源装置500通过使用不同的复眼31组成复眼模块3即可，不需要对每个复眼31进行单元大小变化的设计，减少制造和设计成本。具体应用为汽车大灯。
81.本发明还提供一种投影设备(图未示)，该投影设备包括所述光源装置100。
82.与现有技术相比，本发明的复眼模块、光源装置和投影设备通过发光器件发出的光束经过合光模块引导处理形成光斑，光斑再经过复眼模块匀光。其中，多个复眼拼接形成复眼模块，所述多个复眼可依据预定需求进行组装配合以拼接形成具有特定光学功能的所述复眼模块，因此复眼覆盖区域较小，在保证匀光效果的前提下每个复眼的个数较少，可以降低生产制造成本；并在复眼个数受限制的情况下，从而使得复眼模块可以减少每个复眼内小单元的个数，减少复眼的厚度，提高对光束的匀光效果，降低光源装置成本，增加光源装置的工艺可行性。更优的，复眼与光斑一一对应，因此多个光斑不需要经过一维或者二维的压缩，可以减小光源装置的体积，从而使得光源装置紧凑，并提高复眼的匀光效果和加工工艺可行性，降低成本，可以用在高流明激光荧光光源，例如影院光源、工程机光源等。另外，本发明的光源装置的一个应用中由于复眼与发光器件的对应关系，多个发光器件合光时可以不进行压缩直接拼接，或者仅在一个维度压缩，另一个维度通过密排发光器件即可，从而减少光学器件个数和光源的空间体积。本发明的光源装置的另一个应用中通过去除或增加发光器件和与发光器件对应的复眼以调节荧光轮激发荧光的流明，当需要兼容低流明输出时，可以只使用同一套光源，只需要将一定数量的发光器件和与其对应的复眼移除即可，对匀光效果不会有影响，从而减少制造和设计成本。本发明的光源装置的再一个应用中通过使用不同的复眼组成复眼模块即可，不需要对每个复眼进行单元大小变化的设计，减少制造和设计成本。
83.以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。