CN102331656A

CN102331656A - 一种数字光处理投影装置

Info

Publication number: CN102331656A
Application number: CN2010102259281A
Authority: CN
Inventors: 曲鲁杰; 高国欣; 金英兰
Original assignee: Butterfly Technology Shenzhen Ltd
Current assignee: Butterfly Technology Shenzhen Ltd
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-25

Abstract

一种数字光处理投影装置，包括照明装置，数字微镜器件，投影镜头及两个反射镜。其中，照明装置用于提供入射光线。数字微镜器件选择性的反射所述入射光线以产生影像光线。投影镜头设置于数字微镜器件的反射光路上，用于接收该数字微镜器件所反射出的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。两个反射镜相对设置于投影镜头的两侧，用于将照明装置的入射光线反射到数字微镜器件。本发明的数字光处理投影装置，通过两个反射镜相对设置于投影镜头的两侧的方式，拉开照明装置与数字微镜器件之间的距离，结构简单，紧凑，且，通过两个反射镜折叠光路，在保证入射主光线以预定的入射角入射到数字微镜器件的条件下，有效减小数字光处理投影装置的体积。

Description

一种数字光处理投影装置

技术领域

本发明涉及投影显示技术，尤其涉及一种数字光处理投影装置。

背景技术

近年来，投影技术已经广泛应用在电化教学、办公、商务以及广告娱乐等方面。其中一种投影技术是数字光处理(Digital Light Procession，DLP)技术，这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。它是基于美国德州仪器(TI)公司开发的数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)来完成可视数字信息显示的技术。具体说，就是DLP投影技术应用了数字微镜晶片(DMD)来作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。

DMD的本质是一个半导体光开关，集成了众多微小的方形反射镜片，微镜皆悬浮着并可向两侧倾斜，通过控制微镜的翻转状态(开和关两种状态，通常可表现为+12度或+10度为开，-12度或-10度为关)反射入射光而将影像显示在屏幕上，每个微镜的输出光强度取决于其处于开状态的时间长短，开状态时间越长，其输出的光强度就越大。为了使DMD达到较好的效果，要求入射到DMD光束的主光线必须与微镜的法线形成一个预定的夹角，这个夹角通常较小(12度或10度)，因此，在常用的DLP投影装置中采用传统的全内反射(Total InternalReflection，TIR)棱镜，将入射的照明光束和出射的成像光束相分离，将使整个DLP投影装置的结构过于松散，体积较大，不利于投影的微型化发展。

发明内容

有鉴于此，须提供一种结构简单、紧凑的数字光处理投影装置。

一种数字光处理投影装置，包括照明装置，数字微镜器件，投影镜头及两个反射镜。其中，照明装置用于提供入射光线。数字微镜器件选择性的反射所述入射光线以产生影像光线。投影镜头设置于所述数字微镜器件的反射光路上，用于接收该数字微镜器件所反射出的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。两个反射镜相对设置于所述投影镜头的两侧，用于将所述照明装置的入射光线反射到所述数字微镜器件。

本发明的数字光处理投影装置，由两个反射镜替代传统的全内反射棱镜，通过两个反射镜相对设置于投影镜头的两侧的方式，拉开照明装置与数字微镜器件之间的距离，结构简单，紧凑，通过两个反射镜折叠光路，在保证入射主光线以预定的入射角入射到数字微镜器件的条件下，有效减小数字光处理投影装置的体积。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明第一实施方式的数字光处理投影装置的平面结构示意图；

图2为图1中照明装置的第一实施方式的平面结构示意图；

图3为图1中照明装置的第二实施方式的平面结构示意图；

图4为本发明第二实施方式的数字光处理投影装置的平面结构示意图；

图5为本发明第三实施方式的数字光处理投影装置的平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1所示为本发明第一实施方式的数字光处理投影装置的平面结构示意图，其包括照明装置10，数字微镜器件20，投影镜头30及两个反射镜401、402。其中，照明装置10用于提供入射光线。两个反射镜401、402用于将照明装置10的入射光线反射到数字微镜器件20，即，将入射光线的方向和角度改变成数字微镜器件20工作所需的方向和角度。数字微镜器件20设置于该入射光线的传递路径上，用于选择性的反射入射光线以产生影像光线，即，用于接收并调变该入射光线，反射出影像光线。投影镜头30设置于数字微镜器件20的反射光路上，用于接收该数字微镜器件20所反射出的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。

本发明实施方式中，照明装置10出射的光通过两个反射镜401、402后聚焦到数字微镜器件20；采用聚焦照明的方式，光束的截取率较高。又，数字微镜器件20的转轴为90度，即，数字微镜器件20的工作方式是平面的方式。

当然，本发明其它实施方式中，数字微镜器件20的转轴还可以为45度，即，数字微镜器件20的工作方式是空间的方式。

通常，数字微镜器件20接收到的入射主光线与出射的主光线的夹角α为10°×2或者12°×2，本发明实施方式中，数字微镜器件20接收到的入射主光线与出射的主光线的夹角α满足以下条件：10°×2≤α≤15°×2；有利于开关转换时，避免产生杂光。

两个反射镜401、402相对设置于投影镜头30的两侧，有利于拉开照明装置10与数字微镜器件20之间的距离，通过折叠光路，在保证入射主光线以小角度入射角(例如：12度或10度)入射到数字微镜器件20的条件下，有效减小数字光处理投影装置的体积。

参阅图1，两个反射镜401、402均为平面反射镜。照明装置10输出的入射光线进入反射镜401，通过反射镜401的反射后，进入另一反射镜402，进入反射镜402的光线再次被反射朝向数字微镜器件20，由数字微镜器件20选择性的反射入射光线以产生影像光线，并输出至投影镜头30，由该投影镜头30将该影像光线投影成影像画面。

因此，本发明的数字光处理投影装置，由两个反射镜替代传统的全内反射棱镜，通过两个反射镜相对设置于投影镜头的两侧的方式，拉开照明装置与数字微镜器件之间的距离，结构简单，紧凑，通过两个反射镜折叠光路，在保证入射主光线以预定的入射角入射到数字微镜器件的条件下，有效减小数字光处理投影装置的体积。

图2所示为图1中照明装置的第一实施方式的平面结构示意图。该照明装置为三色照明装置，其包括红光光源模组10r、蓝光光源模组10b、绿光光源模组10g以及合色镜。其中，合色镜为交叉形合色镜11。

红光光源模组10r包括红光发光元件102r，以及用于收集并整形所接收到的红光光束的第一整形镜组103r。蓝光光源模组10b包括蓝光发光元件102b，以及用于收集并整形所接收到的蓝光光束的第二整形镜组103b。绿光光源模组10g包括绿光发光元件102g，以及用于收集并整形所接收到的绿光光束的第三整形镜组103g。本发明实施方式中，红光发光元件102r、蓝光发光元件102b以及绿光发光元件102g均为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片，用于发出180°的光。且，LED芯片连接有控制器(图中未示出)，用于控制芯片的时序发光。又，该LED芯片的数量可以为一个，也可以为以阵列方式排列的多个；采用多个LED芯片以阵列方式的排列，有利于提高整个照明装置的光通量，进而增加投影光束的光亮度。

此外，第一整形镜组103r、第二整形镜组103b以及第三整形镜组103g均包括两个顺序排列的正透镜，本发明实施方式中，为两个弯月形的正透镜，其材质为玻璃，顺序排列于发光元件102r、102b、102g与交叉形合色镜11之间。

本发明其它实施方式中，也可以采用平凸透镜或双凸透镜组成整形镜组，而正透镜的数量可以为一个，也可以为两个以上，这里不再赘述。

交叉形合色镜11设置于红光光源模组10r、蓝光光源模组10b以及绿光光源模组10g的出射光路的交汇处，用于合并红光光束、蓝光光束以及绿光光束为一束光。本发明实施方式中，交叉形合色镜11为平板状交叉形合色镜(X-mirror)，其包括配置成叉状的第一平板111，第二平板112以及第三平板113。且，第一平板111，第二平板112以及第三平板113表面均镀有薄膜(图中未标示)。

本发明其它实施方式中，交叉形合色镜11也可以采用四块平板组合成交叉形状，当然，交叉形合色镜11也可以使用棱镜状交叉形合色镜(X-cube)来代替，而红光光源模组10r、蓝光光源模组10b以及绿光光源模组10g则环绕于该棱镜状交叉形合色镜，这里不再赘述。

又，照明装置的出射光路上还设置有复眼透镜组12和积分透镜13。复眼透镜组12用于对所接收到的光进行均匀化及整形处理，其包括沿光路顺序平行排列的第一微透镜阵列121以及第二微透镜阵列122。其中，每个微透镜阵列均是多个相同或不同的微透镜的阵列组合。第一微透镜阵列121用于将光束分成多个子光束，聚焦在第二微透镜阵列122上。第二微透镜阵列122以及积分透镜13一起把对应的第一微透镜阵列121的微透镜成像在数字微镜器件20，不同子光束在数字微镜器件20上相互重叠，从而提供均匀的照明。又，该第一微透镜阵列121与第二微透镜阵列122可以通过透明实体(如平板玻璃)整合于一体，也可以分立。

本发明其它实施方式中，复眼透镜组12还可以是仅由多个相同或不同的微透镜粘合而成的一列微透镜阵列构成。如果投影装置对均匀性的要求不高，该复眼透镜组12还可以省略。

积分透镜13设置于复眼透镜组12与两个反射镜之间，用于整形并把复眼透镜组12的像成像在数字微镜器件20上。

图3所示为图1中照明装置的第二实施方式的平面结构示意图。该照明装置与第一实施方式的照明装置的结构基本相同，区别在于图3的合色镜11’包括两个二向色镜111’，112’，分别倾斜设置于各光源模组的光出射光路的交汇处。

详细说，第一二向色镜111’倾斜设置于红光光源模组10r、绿光光源模组10g的光出射光路的交汇处，用于透射红光光束，反射绿光光束。第二二向色镜112’倾斜设置于蓝光光源模组10b与复眼透镜组12之间，且平行于第一二向色镜111”，用于透射蓝光束，反射红光光束、绿光光束。

本发明其它实施方式中，各光源模组的位置也可以互换。

另外，第一二向色镜111”与第二二向色镜112’之间，以及第二二向色镜112’与复眼透镜组12之间分别设置有整形透镜14，用于减小出射光的发散角。

因此，本发明实施方式中，各光源模组出射的光束通过两二向色镜，合并成一束光，射入复眼透镜组。

图4所示为本发明第二实施方式的数字光处理投影装置的平面结构示意图。该数字光处理投影装置与第一实施方式的数字光处理投影装置的结构基本相同，区别在于图4的两个反射镜中的一个为凹面反射镜403，两个反射镜中的另一个为平面反射镜404；采用凹面反射镜403的结构，有利于进入到凹面反射镜403的光线能绕开投影镜头30，入射到平面反射镜404。

图5所示为本发明第三实施方式的数字光处理投影装置的平面结构示意图。该数字光处理投影装置与第一实施方式的数字光处理投影装置的结构基本相同，区别在于图5的两个反射镜中的一个为凹面反射镜405，两个反射镜中的另一个为凸面反射镜406。

因此，本发明的数字光处理投影装置，由两个反射镜替代传统的全内反射棱镜，通过两个反射镜相对设置于投影镜头的两侧的方式，拉开照明装置与数字微镜器件之间的距离，结构简单，紧凑，通过两个反射镜折叠光路，在保证入射主光线以预定的入射角入射到数字微镜器件的条件下，有效减小数字光处理投影装置的体积。另外，通过其中的复眼透镜组，提供均匀照明，提高投影显示质量。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，例如，红光发光元件、蓝光发光元件以及绿光发光元件为一个或者以阵列方式排列的多个激光芯片；或者照明装置包括高压汞灯，色轮以及整形镜组，其中，高压汞灯用于产生光。色轮用于将高压汞灯产生的光分成各种色光。整形镜组用于收集并整形所接收到的各种色光。凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均包含本发明的保护范围内。

Claims

1.一种数字光处理投影装置，包括：

照明装置，用于提供入射光线；

数字微镜器件，选择性的反射所述入射光线以产生影像光线；

投影镜头，设置于所述数字微镜器件的反射光路上，用于接收该数字微镜器件所反射出的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面；及

两个反射镜，用于将所述照明装置的入射光线反射到所述数字微镜器件；

其特征在于，所述两个反射镜相对设置于所述投影镜头的两侧。

2.根据权利要求1所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述两个反射镜均为平面反射镜。

3.根据权利要求1所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述两个反射镜中的一个为凹面反射镜，所述两个反射镜中的另一个为平面反射镜。

4.根据权利要求1所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述两个反射镜中的一个为凹面反射镜，所述两个反射镜中的另一个为凸面反射镜。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的数字光处理投影装置，其特征在于，数字微镜器件的转轴为90度或者45度。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述数字微镜器件接收到的入射主光线与出射的主光线的夹角α满足以下条件：10°×2≤α≤15°×2。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述照明装置出射的光通过两个反射镜后聚焦到所述数字微镜器件。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述照明装置为三色照明装置，其包括：

红光光源模组，其出射红光光束，包括红光发光元件以及用于收集并整形所接收到的红光光束的第一整形镜组；

蓝光光源模组，其出射蓝光光束，包括蓝光发光元件以及用于收集并整形所接收到的蓝光光束的第二整形镜组；

绿光光源模组，其出射绿光光束，包括绿光发光元件以及用于收集并整形所接收到的绿光光束的第三整形镜组；以及

合色镜，用于合并所述红光光束、蓝光光束以及绿光光束为一束光。

9.根据权利要求8所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述合色镜为交叉形合色镜，设置于所述红光光源模组、蓝光光源模组以及绿光光源模组的出射光路的交汇处。

10.根据权利要求9所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述交叉形合色镜为平板状交叉形合色镜或者棱镜状交叉形合色镜。

11.根据权利要求8所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述合色镜包括两个二向色镜，分别倾斜设置于各光源模组的光出射光路的交汇处。

12.根据权利要求8所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述红光发光元件、蓝光发光元件以及绿光发光元件为一个或者以阵列方式排列的多个发光二极管芯片，或者激光芯片。

13.根据权利要求1至4任意一项所述的数字光处理投影装置，其特征在于，所述照明装置包括：

高压汞灯，用于产生光；

色轮，用于将所述高压汞灯产生的光分成各种色光；及

整形镜组，用于收集并整形所接收到的各种色光。

14.根据权利要求1至4任意一项所述的数字光处理投影装置，其特征在于，还包括：

复眼透镜组，设置于所述照明装置的出射光路上，用于对所接收到的光进行均匀化及整形处理；以及

积分透镜，设置于所述复眼透镜组与两个反射镜之间。