CN103048862A - Dlp微型摄影机及其投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DLP微型投影机和投影方法，将投影机供光装置的光源设为在同一平面呈直线排列的三种色光的LED芯片，再设置一个准直透镜组，使该准直透镜组的中心光轴与位于中部的LED芯片的中心光轴重合，然后沿准直镜头组的光路依序设置两个反射不同色光的分光镜片和一个反射镜片，使由光源发出的三种色光可以相互平行的入射到后续的光学部件中。本发明所述的DLP微型投影机和投影方法不仅可以减小投影机的尺寸，还能解决解决因投影机尺寸减小所可能带来的光传导效率降低的问题。

Description

DLP微型摄影机及其投影方法
技术领域
本发明涉及数字投影显示技术领域，更具体的说是涉及一种DLP微型投影机及其投影方法。 
背景技术
DMD(Digital Micromirror Device)是美国TI公司开发的光线调制器件，其透过控制反射率极高的微型反射镜阵列，配合投影光学系统能投射出由三原色(RGB)构成的画面，使用此器件的投影机一般称为DLP(Digital Light Projector)投影机。该技术比传统的LCD投影机在流明亮度、视频影像显示及对比度方面都显示出很大的优越性。一个DLP为基础的投影系统包括信号接收及处理功能、DLP投影光机模组并支持全数字方法。DLP投影光机模组的元素包括一个光源、一个冷却系统、信号调制DMD器件及投影光学元件。一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关。成千上万个微小的方形镜片，被建造在静态随机存取内存上方的铰链结构上而组成DMD。每一个镜片可以通断一个象素的光。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜，+10度为“开”。-10度为“关”，当镜片不工作时，它们处于0度“停泊”状态。 
目前的DLP投影机模组要应用在手持式电子设备中，就要在保持具有高的光输出的条件下实现小尺寸，为了实现合适的尺寸除了对投影光路的设计要简洁高效外，对于供光装置中的光路和散热结构也需要进行详细设计，同时也要考虑整体光机的生产成本，以满足手提式电子设备的应用。 
发明内容
为满足投影机在手持式电子设备中的应用，本发明的目的之一在于 提供一种基于DMD器件的DLP微型投影机，以便减小其尺寸大小；本发明另一目的在于提供一种投影方法，以解决因投影机尺寸减小所可能带来的光传导效率降低的问题。 
本发明是采用如下技术方案来实现上述目的：一种DLP微型投影机，包括供光装置、光路转换装置、DLP光调制器和投影镜头装置，该供光装置包括有依序设置的LED光源、准直透镜组和分光镜片组； 
该LED光源为设置在同一平面呈直线排列的第一色LED芯片、第二色LED芯片和第三色LED芯片，该第一色LED芯片、第二色LED芯片和第三色LED芯片色光相异且依序排列； 
该准直透镜组的中心光轴与第一色LED芯片、第二色LED芯片或第三色LED芯片的中心光轴重合，用以接收来自LED光源的自然光并将光线均匀化； 
该分光镜片组包括依序设置的第一反射镜、第一分色镜和第二分色镜，该第一反射镜与LED光源所在平面的夹角为第一夹角，该第一分色镜与LED光源所在平面的夹角为第二夹角，该第二分色镜与LED光源所在平面的夹角为第三夹角，该第一夹角大于第二夹角大于第三夹角，该第一分色镜和第二分色镜均反射一种色光并透射另两种色光，且第一分色镜和第二分色镜反射的色光颜色相异，用以实现将不同位置的第一色LED芯片、第二色LED芯片和第三色LED芯片所发出的光都以相同的角度反射到光路转换装置中。 
作为上述方案的进一步说明： 
优选地，所述准直透镜组的中心光轴与第二色LED芯片的中心光轴重合。 
优选地，所述第二夹角为45°，该第一反射镜与第一分色镜以及第二分色镜与第一分色镜的夹角小于45°，更优选的是小于30°。 
优选地，所述准直透镜组接受LED光源发出的自然光后发出的光线为发散度小于20°的近似平行光，更优选的是发散度小于15°。 
优选地，所述光路转换装置包括沿光路依序设置的复眼透镜组、第二反射镜、会聚透镜及棱镜，用于接受来自供光装置的光并将其均匀引导到DLP光调制器上。 
优选地，所述投影镜头装置包括沿光路依序设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，该第二透镜和第三透镜为非球面塑料透镜，该第一透镜为塑料透镜。 
优选地，所述光路转换装置中复眼透镜组的中心光轴与投影镜头组的中心光轴的夹角小于60°，更优选的是小于45°。 
优选地，所述DLP光调制器为DMD。 
优选地，所述第二反射镜设有角度调节装置。 
一种投影方法，将投影机供光装置的光源设为在同一平面呈直线排列的三种色光的LED芯片，再设置一个准直透镜组，使该准直透镜组的中心光轴与位于中部的LED芯片的中心光轴重合，然后沿准直镜头组的光路依序设置两个反射不同色光的分光镜片和一个反射镜片，使由光源发出的三种色光可以相互平行的入射到后续的光学部件中，其中分光镜和反射镜的安置角度可以由本领域技术人员根据准直镜头参数计算获得。 
本发明采用以上技术方案所能达到的有益效果是： 
1.本发明所述的DLP微型投影机，因其供光装置的特有结构，可大大减小供光装置的尺寸，若再将复眼透镜组的中心光轴与投影镜头组的中心光轴设置成平行状态，则可大大减小DLP微型投影机的整体尺寸。 
2.本发明所述DLP微型投影机的投影镜头组因采用塑料镜片，且其中两个透镜为非球面镜片，不仅减小了投影镜头的长度，大大降低了镜头的成本，也减轻了投影镜头的重量。 
3.本发明所述的投影方法，有效解决了因投影机尺寸减小多可能带来的光传导效率降低的问题。 
附图说明
图1是本发明所述的DLP微型投影机的结构简图。 
附图标记说明： 
1-LED光源，2-第一准直透镜，3-第二准直透镜，4-第二分色镜，5-第一分色镜，6-第一反射镜，7-复眼阵列透镜，8-第四透镜，9-会聚透镜，10-第三透镜，11-第二透镜，12-第一透镜，13-棱镜，14-DMD，15-第二反射镜。 
具体实施方式
为进一步阐述本发明的结构和功能，以下结合附图和优选的实施例对本发明作详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。 
本发明所述的投影方法，是将投影机供光装置的光源设为在同一平面呈直线排列的三种色光的LED芯片，再设置一个准直透镜组，使该准直透镜组的中心光轴与位于中部的LED芯片的中心光轴重合，然后沿准直镜头组的光路依序设置两个反射不同色光的分光镜片和一个反射镜片，使由光源发出的三种色光可以相互平行的入射到后续的光学部件中，这样既可以缩小投影机的尺寸，又有效解决了因投影机尺寸减小多可能带来的光传导效率降低的问题。 
以下结合投影机的结构作进一步说明，图1是本发明所述的DLP微型投影机的结构简图，如图中所示，该DLP微型投影机包括供光装置、光路转换装置、DMD14和投影镜头装置。 
供光装置包括有由下至上依序设置的LED光源1、准直透镜组和分光镜片组，该LED光源1为设置在水平面上呈直线排列的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片，该红光LED芯片和蓝光LED芯片对称设置在该绿光LED芯片的两侧。 
准直透镜组包括由下至上排列且中心光轴重合的第一准直透镜2和第二准直透镜3，该准直透镜组的中心光轴与绿光LED芯片的中心光轴 重合，且要求该准直透镜组透射光的发散度小于15°，用以接收来自LED光源1的自然光并将光线均匀化为近似平行光，该准直透镜组的具体参数可由本领域技术人员更具设计要求计算得出。 
分光镜片组包括由上至下依序设置的第一反射镜6、第一分色镜5和第二分色镜4，其中，第二分色镜4反射红光而透射绿光和蓝光，第一分色镜5反射绿光而透射红光和蓝光。该第一反射镜6与LED光源1所在平面的夹角为第一夹角，该第一分色镜5与LED光源1所在平面的夹角为第二夹角，该第二分色镜4与LED光源1所在平面的夹角为第三夹角，为使投影机整体尺寸最小，可将第二夹角设为45°，而第一夹角和第三夹角的大小可由本领域技术人员根据准直透镜组的参数计算得到，用以实现将绿光LED芯片以及对称设置在它两侧的红光LED芯片、蓝光LED芯片所发出的光都以相同的角度反射到光路转换装置中。 
光路转换装置包括沿光路依序设置的复眼透镜组、第二反射镜15、会聚透镜9及棱镜13，用于接受来自供光装置的光并将其均匀引导到DLP光调制器上，该复眼透镜组包括中心光轴重合的复眼阵列透镜7和第四透镜8，且该复眼透镜组的中心光轴与分光镜片组的反射光平行，该第二反射镜15设有角度调节装置，用以微调反射光的角度，该会聚透镜9和棱镜13接受第二反射镜15的反射光并将其引导到DMD14上。本发明所述的光路转换装置替换了常用的光棒设计，减小了光路转换装置的尺寸。 
投影镜头装置用以接受经过DMD14调制的光并投影成像，它使用远心光路设计以增大投影镜头装置的光学孔径。该投影镜头装置包括沿光路依序设置的第一透镜12、第二透镜11和第三透镜10，其中该第二透镜11和第三透镜10为非球面塑料透镜，这样可以减小镜头长度，而且该第一透镜12、第二透镜11和第三透镜10均为塑料材质的透镜，采用注塑工艺成型，这样既能大大降低成本也能减轻镜头重量。为进一步减小投影机的尺寸，可将投影镜头装置的中心光轴设为与复眼透镜组的中心光轴平行。 
本发明上述实施例和附图所示仅为本发明较佳实施例之一，并不能 以此局限本发明，在不脱离本发明精髓的条件下，本领域技术人员所做的任何变动，都属本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种DLP微型投影机，包括供光装置、光路转换装置、DLP光调制器和投影镜头装置，其特征在于，该供光装置包括有依序设置的LED光源、准直透镜组和分光镜片组；
该LED光源为设置在同一平面呈直线排列的第一色LED芯片、第二色LED芯片和第三色LED芯片，该第一色LED芯片、第二色LED芯片和第三色LED芯片色光相异且依序排列；
该准直透镜组的中心光轴与第一色LED芯片、第二色LED芯片或第三色LED芯片的中心光轴重合，用以接收来自LED光源的自然光并将光线均匀化；
该分光镜片组包括依序设置的第一反射镜、第一分色镜和第二分色镜，该第一反射镜与LED光源所在平面的夹角为第一夹角，该第一分色镜与LED光源所在平面的夹角为第二夹角，该第二分色镜与LED光源所在平面的夹角为第三夹角，该第一夹角大于第二夹角大于第三夹角，该第一分色镜和第二分色镜均反射一种色光并透射另两种色光，且第一分色镜和第二分色镜反射的色光颜色相异，用以实现将不同位置的第一色LED芯片、第二色LED芯片和第三色LED芯片所发出的光都以相同的角度反射到光路转换装置中。
2.根据权利要求1所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述准直透镜组的中心光轴与第二色LED芯片的中心光轴重合。
3.根据权利要求1或2所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述第二夹角为45°，该第一反射镜与第一分色镜以及第二分色镜与第一分色镜的夹角小于45°，更优选的是小于30°。
4.根据权利要求1所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述准直透镜组接受LED光源发出的自然光后发出的光线为发散度小于20°的近似平行光，更优选的是发散度小于15°。
5.根据权利要求1所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述光路转换装置包括沿光路依序设置的复眼透镜组、第二反射镜、会聚透镜及棱镜，用于接受来自供光装置的光并将其均匀引导到DLP光调制器上。
6.根据权利要求1或5所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述投影镜头装置包括沿光路依序设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，该第二透镜和第三透镜为非球面塑料透镜，该第一透镜为塑料透镜。
7.根据权利要求6所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述光路转换装置中复眼透镜组的中心光轴与投影镜头组的中心光轴的夹角小于60°，更优选的是小于45°。
8.根据权利要求1或5所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述DLP光调制器为DMD。
9.根据权利要求5所述的DLP微型投影机，其特征在于，所述第二反射镜设有角度调节装置。
10.一种投影方法，其特征在于，将投影机供光装置的光源设为在同一平面呈直线排列的三种色光的LED芯片，再设置一个准直透镜组，使该准直透镜组的中心光轴与位于中部的LED芯片的中心光轴重合，然后沿准直镜头组的光路依序设置两个反射不同色光的分光镜片和一个反射镜片，使由光源发出的三种色光可以相互平行的入射到后续的光学部件中。
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