CN105739228A - 一种单光源多画面投影装置 - Google Patents

Abstract

一种单光源多画面投影装置，包含两个滤光区一一对应的滤色轮，单一光源发出的白光先后经过两个滤色轮的对应滤光区选择性分离出不同的基色光，经过两次分离后形成三路投影光；一个周期时段内，随着滤色轮旋转一周，每路投影光同时在三基色间循环一个周期；经过成像装置对三基色的投影光进行调制，每路投影光每个周期可通过投影镜头在屏幕上投射一帧完整的图像。所述投影装置可实现三画面同时投射，还可实现画面拼接。本发明的投影装置使用一个光源投射出两个或者三个图像，也可以拼接为巨幅图像，光线被充分利用，节约了能源。

Description

一种单光源多画面投影装置

技术领域

本发明属于投影显示技术领域，特别涉及一种使用单光源投射多个图像的投影装置。

背景技术

多画面的投影显示技术目前在很多场合被运用，例如在一些展会需要投射多个画面，通常的做法是一个画面由一个投影机来投射；或者在某些场合需要显示巨幅画面，通常是由多个投影机投射的画面拼接而成。

现有的使用白光投影光源的投影机在屏幕上显示图像，需要利用滤色轮来滤出红、绿、蓝三色光，但滤色轮对入射光线的损耗比较大，如想得到红色，那其它部分的光线就会被浪费掉，同样对绿色和蓝色也是这样，这样光线的利用效率只有三分之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述单光源投影机光线利用效率不足的问题，提供一种单光源多画面投影装置，可使用一个白光投影光源投射出两个或者三个图像。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种单光源多画面投影装置，包括白光投影光源、光束整形系统、成像装置和投影镜头，还包括两个滤色轮，分别为第一滤色轮和第二滤色轮，其中：

每个滤色轮由三个滤光区组成，入射光束随滤色轮旋转依次扫过所述三个滤光区并自入射的滤光区出射；出射光束为两路，第一路出射光为滤出的基色光，第二路出射光为滤除第一路出射光后的剩余色光，三个滤光区的第一路出射光分别为红、蓝、绿三基色光，第一滤色轮的滤光区分别与第二滤色轮的滤光区一一对应分为三组，同组滤光区的第一路出射光为不同的基色光；所述白光投影光源发出的白光先入射至第一滤色轮，第一滤色轮的第二路出射光再入射至第二滤色轮，任一时刻入射第一滤色轮和第二滤色轮的光束均落在同组的滤光区内；将第一滤色轮的第一路出射光、第二滤色轮的第一路出射光和第二路出射光任意两条或全部三条的光路中设置成像装置和投影镜头。

优选地，所述第一滤色轮和第二滤色轮的第一路出射光为透射光，第二路出射光为反射光，三个滤光区分别透射红光、蓝光和绿光并反射其它色光。

另一优选地，所述第一滤色轮和第二滤色轮的第一路出射光为反射光，第二路出射光为透射光，三个滤光区分别反射红光、蓝光和绿光并透射其它色光。

作为前述全部技术方案的优选，所述第一滤色轮和第二滤色轮与入射光路成45°角且入射面共面。

作为前述全部技术方案的优选，所述滤色轮的三个滤光区为等分的扇形。

作为前述全部技术方案的优选，所述滤色轮的旋转周期不超过100ms。

作为前述全部技术方案的优选，所述成像装置为LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶)、LCoS(LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶)、DMD(DigitalMicromirrorDevice，数字微镜装置)或GLV(GratingLightValve，光栅光阀)。

作为前述全部技术方案的优选，多路所述投影光经成像装置和投影镜头投射出的多个图像在屏幕上形成拼接。如三路投影光分别投影时，可调整光路使屏幕上的投射图像横向排成一行且图像边缘正好重合，拼接出更大的画面。

本发明技术方案将单一白光光源发出的入射光先后经过两个滤色轮的对应滤光区，两个对应的滤光区可选择性分离不同的基色光，入射光通过两次分离后形成三束光，该三束光均可作为投影光；一个周期时段内，滤色轮旋转一周，每路投影光同时在三基色间完成一个循环；经过成像装置对三基色的投影光进行调制，每路投影光每个周期可通过投影镜头在屏幕上投射一帧完整的图像，本发明投影装置可实现三画面同时投射。

本发明技术方案使用一个光源投射出两个或者三个图像，也可以拼接为巨幅图像，光线被充分利用，节约了能源。

附图说明

图1为实施例1单光源多画面投影装置结构示意图；

图2a为实施例1第一滤色轮滤光区结构示意图；

图2b为实施例1第二滤色轮滤光区结构示意图；

图3为实施例4单光源多画面投影装置结构示意图；

图4为实施例4多幅投射图像拼接示意图。

其中：

1：第一滤色轮；2：第二滤色轮；31、32、33：成像装置；41、42、43：投影镜头；5：反射镜；

L0：入射光线；L1、L2、L3：反射光；L1′、L2′：透射光；

P1、P2、P3：投射图像；P0：拼接图像；

Z1、Z2、Z3、Z1′、Z2′、Z3′：滤光区。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。

实施例1：

图1所示是本实施例单光源多画面投影装置的结构，包括白光投影光源、光束整形系统(白光投影光源和光束整形系统在图中未画出)、第一滤色轮1和第二滤色轮2，还包括成像装置31、32、33，以及配合成像装置的投影镜头41、42、43；第一滤色轮1的第一路出射光为反射光L1，第二路出射光为透射光L1′，第二滤色轮2的第一路出射光为反射光L2，第二路出射光为透射光L2′。

由白光投影光源发出并经过光束整形系统后的入射光线L0首先入射到第一滤色轮1上，第一滤色轮1设置为与入射光路呈45°夹角，使反射光L1与入射光路垂直，根据需要也可以将夹角设置为其它角度；第一滤色轮1的透射光L1′光路中设置第二滤色轮2，透射光L1′成为第二滤色轮2的入射光，本实施例中设置第二滤色轮2与入射光路同样呈45°交角，且入射面与第一滤色轮1的入射面重合；第二滤色轮2出射的光线为反射光L2和透射光L2′；在反射光L1光路中设置成像装置31和投影镜头41，反射光L2光路中设置成像装置32和投影镜头42，透射光L2′光路中设置成像装置33和投影镜头43。

第一滤色轮1等分为三个扇形滤光区，分别是滤光区Z1、滤光区Z2和滤光区Z3，其分区方式如图2a所示，其中：滤光区Z1对红光反射，对其它光透射，滤光区Z2对绿光反射，对其它光透射，滤光区Z3对蓝光反射，对其它光透射；如图2b，第二滤色轮2与第一滤色轮1分区方式相同，也等分为三个扇形滤光区，分别是滤光区Z1′、滤光区Z2′和滤光区Z3′，其中：滤光区Z1′对蓝光反射，对其它光透射，滤光区Z2′对红光反射，对其它光透射，滤光区Z3′对绿光反射，对其它光透射。

设置滤光区Z1和滤光区Z1′、滤光区Z2和滤光区Z2′、滤光区Z3和滤光区Z3′为同组的

滤光区，设置第一滤色轮1和第二滤色轮2同步旋转，使任一时刻二滤色轮位于各自入射光路中的一对滤光区均为同组的滤光区，具体工作过程如下：

将滤色轮转动的一个周期分为时间段T1、T2和T3；在时间段T1，入射光线入L0入射到第一滤色轮1的滤光区Z1上，反射光L1为红光，作为投影光入射到成像装置31中成像，所成的像由投影镜头41投射到屏幕上成为投射图像P1；同时，通过第一滤色轮1滤光区Z1的透射光L1′入射到第二滤色轮2上滤光区Z1的对应滤光区Z1′上，滤光区Z1′对蓝光反射，对剩余的绿光透射，反射光L2为蓝光，透射光L2′为绿光；反射光L2作为投影光入射到成像装置32，所成的像由投影镜头42投射到屏幕上成为投射图像P2；透射光L2′作为投影光入射到成像装置33上，所成的像由投影镜头43投射到屏幕上成为投射图像P3；

在时间段T2，滤色轮转过一个角度，入射光线L0入射到第一滤色轮1的滤光区Z2上，滤光区Z2对绿光反射，对其它光透射，反射光L1为绿光；此时透射光L1′入射到第二滤色轮2的对应滤光区Z2′上，滤光区Z2′对红光反射，对剩余的蓝光透射，反射光L2为红光，透射光L2′为蓝光；所述反射光L1、反射光L2和透射光L2′分别通过各自光路中的成像装置和投影镜头生成投射图像；

在时间段T3，滤色轮转过一个角度，入射光线L0入射到第一滤色轮1的滤光区Z3上，滤光区Z3对蓝光反射，对其它光透射，反射光L1为蓝光；此时透射光L1′入射到第二滤色轮2的对应滤光区Z3′上，滤光区Z3′对绿光反射，对剩余的红光透射，反射光L2为绿光，透射光L2′为红光；所述反射光L1、反射光L2和透射光L2′分别通过各自光路中的成像装置和投影镜头生成投射图像；

时间段T1至T3的总时长不超过100ms，即第一滤色轮1和第二滤色轮2转速不小于10r/s，每个投射图像的每一帧画面都是在上述总时长内由三基色光分别投射而成。

本实施例成像装置可选择LCD、LCoS、DMD或GLV。

本实施例滤色轮各滤光区膜层结构为：

滤光区Z1和Z2′对波段为605～780nm的红光反射，对其它光透射的膜系为：

其中：n_H＝2.2，n_H'＝1.8，n_L＝1.46，n_A＝1.0，n_g＝1.52，λ₀＝680nm，n_H是膜层H的折射率，n_H'是膜层H'的折射率，n_L是膜层L的折射率，n_A是空气层A的折射率，n_g是玻璃层G的折射率，λ₀是控制波长，膜层H、H'和膜层L的膜厚为λ₀/4，膜层G和膜层A的膜厚不作限定；

式1中，膜层的膜厚为λ₀/8，膜层依次包括和7个膜层

滤光区Z2和Z3′对波段为510～580nm的绿光反射，对其它光透射的膜系为：

G|(H'L)²(HL)⁸(H'L)²L'|A(式2)

其中：n_H＝2.2，n_H'＝1.9，n_L＝1.63，n_L'＝1.46，n_A＝1.0，n_g＝1.52，λ₀＝546nm，n_H是膜层H的折射率，n_H'是膜层H'的折射率，n_L是膜层L的折射率，n_L'是膜层L′的折射率，n_A是空气层A的折射率，n_g是玻璃层G的折射率，λ₀是控制波长，膜层H、H'和膜层L的膜厚为λ₀/4，膜层G和膜层A的膜厚不作限定。

式2中，膜层依次包括2个H'L，8个HL，2个H'L和1个L'。

滤光区Z3和Z1′对波段为380～585nm的蓝光反射，对其它光透射的膜系为：

其中：n_H＝2.2，n_L＝1.46，n_A＝1.0，n_g＝1.52，λ₀＝440nm，n_H是膜层H的折射率，n_L是膜层L的折射率，n_A是空气层A的折射率，n_g是玻璃层G的折射率，λ₀控制波长，膜层H和膜层L的膜厚为λ₀/4，膜层G和膜层A的膜厚不作限定；

式3中，膜层依次包括8个

实施例2：

本实施例投影装置结构与实施例1基本相同，区别在于，第二滤色轮2的三个扇形滤光区中，滤光区Z1′对绿光反射，对其它光透射，滤光区Z2′对蓝光反射，对其它光透射，滤光区Z3′对红光反射，对其它光透射。工作原理参照实施例1。

还可以根据需要调整第一滤色轮1和第二滤色轮2与入射光路的夹角及入射面的方向，改变滤色轮出射的投影光方向，从而改变投影装置投射各个图像的方向。也可以将

实施例3：

本实施例投影装置结构与实施例1基本相同，区别在于，第二滤色轮2的三个扇形滤光区中，滤光区Z1′对蓝光透射，对其它光反射，滤光区Z2′对红光透射，对其它光反射，滤光区Z3′对绿光透射，对其它光反射；因此，第二滤色轮2的第一路出射光为透射光L2′，第二路出射光为反射光L2。参照实施例1所述时间段，在时间段T1，第二滤色轮2出射的透射光L2′为蓝光，反射光L2为绿光；在时间段T2，透射光L2′为红光，反射光L2为蓝光；透射光L2′为绿光，反射光L2为红光。工作原理与实施例1基本相同。

实施例4：

如图3所示是本实施例投影装置的结构，基本结构与实施例1相同，区别在于，调整了第二滤色轮2反射光路方向，使反射光L2与反射光L1位于同侧，并在第二滤色轮2透射光路中加入反射镜5，透射光L2′经反射镜5形成反射光L3，调整第一滤色轮1、第二滤色轮2和反射镜5与入射光路的角度，使反射光L1、L2和L3分别对应的屏幕上的投射图像P1、P2和P3边缘正好重合，拼合成更大幅的拼接图像P0，效果如图4所示。根据需要还可以设置为其它的拼合方式。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种单光源多画面投影装置，包括白光投影光源、光束整形系统、成像装置和投影镜头，其特征在于：还包括两个滤色轮，分别为第一滤色轮(1)和第二滤色轮(2)，其中：

每个滤色轮由三个滤光区组成，入射光束随滤色轮旋转依次扫过所述三个滤光区并自入射的滤光区出射；出射光束为两路，第一路出射光为滤出的基色光，第二路出射光为滤除第一路出射光后的剩余色光，三个滤光区的第一路出射光分别为红、蓝、绿三基色光，第一滤色轮(1)的滤光区分别与第二滤色轮(2)的滤光区一一对应分为三组，同组滤光区的第一路出射光为不同的基色光；所述白光投影光源发出的白光先入射至第一滤色轮(1)，第一滤色轮(1)的第二路出射光再入射至第二滤色轮(2)，任一时刻入射第一滤色轮(1)和第二滤色轮(2)的光束均落在同组的滤光区内；将第一滤色轮(1)的第一路出射光、第二滤色轮(2)的第一路出射光和第二路出射光任意两条或全部三条的光路中设置成像装置和投影镜头。

2.根据权利要求1所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：所述第一滤色轮(1)和第二滤色轮(2)的第一路出射光为透射光，第二路出射光为反射光，三个滤光区分别透射红光、蓝光和绿光并反射其它色光。

3.根据权利要求1所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：所述第一滤色轮(1)和第二滤色轮(2)的第一路出射光为反射光，第二路出射光为透射光，三个滤光区分别反射红光、蓝光和绿光并透射其它色光。

4.根据权利要求1至3任一项所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：所述第一滤色轮(1)和第二滤色轮(2)与入射光路成45°角且入射面共面。

5.根据权利要求1至3任一项所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：所述滤色轮的三个滤光区为等分的扇形。

6.根据权利要求1至3任一项所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：所述滤色轮的旋转周期不超过100ms。

7.根据权利要求1至3任一项所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：所述成像装置为LCD、LCoS、DMD或GLV。

8.根据权利要求1至3任一项所述的单光源多画面投影装置，其特征在于：多路所述投影光经成像装置和投影镜头投射出的多个图像在屏幕上形成拼接。