CN108375865A - 单片式液晶投影机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单片式液晶投影机，包括按照光路路径依次安装的光源、聚光镜、前菲涅尔透镜、透射式的LCD光阀、后菲涅尔透镜、全反射镜和投影镜头，LCD光阀的主光轴与全反射镜的法线相交呈小于45°且大于35°的入射角。本发明在保持投影镜头位置不发生变化的前提下，通过调整全反射镜的位置和安装角度，使全反射镜入射光轴即LCD光阀主光轴与全反射镜出射光轴即投影镜头主光轴的夹角变小，全反射镜长度变短，在投影机宽度基本维持不变的情况下，显著减小投影机的长度，同时可以减少投影机内部的无用空间，同等条件下机器体积更加小型化。本发明可进一步优化结构和缩小整体尺寸，降低包装、运输和存储成本，提高市场竞争力，推动单片投影机的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种单片式液晶投影机。
背景技术
单片式液晶投影机，即使用一片全彩液晶屏（LCD）为光阀，基于科勒照明系统，光路主要由光源、LCD、镜头等组成的投影系统，在上世纪80年代面世，俗称“单LCD投影机”或“1LCD投影机”等。
单LCD投影机光阀尺寸（对角线）一般在2～7inch范围，以非晶硅（a-si）屏，手机屏（多为LTPS，即低温多晶硅）为主，单LCD投影机以价廉物美，成熟稳定占据市场的最低端，是目前没有其它微显技术，在同等价位区间可以替代的一种存在形式。
目前市场上，根据光路结构的不同，单LCD投影机有两种结构形式：直投式和反射式，分别见图2和图3。
如图2所示，直投式在光阀和镜头之间没有反射镜，其特点是简单，效率高；如图3所示，反射式是在光阀A和镜头B之间插入一片全反射镜C，全反射镜C的法线和主光轴呈45°角布置，相比于直投式，效率略低（约低3%～6%，取决于反射膜的性能），对反射镜、镜头、光阀的安装精度要求也高些。
因在同等光路设计的产品上：1）直投式投影机外形体积最大，根据实际工程应用和产品三维堆叠，比反射式投影机外形体积大9%～20%以上；2）直投式投影机外观造型获得同样的认可，比反射式要难一些，尤其是在消费数码领域。同等光路设计，即意味着光源、聚光镜、菲镜、光阀、镜头的参数和尺寸都一样，从而使得投影机电源功率，散热系统等也非常类似或一致，投影机的内件几乎一致，直投式单LCD投影机因为外形原因，市场上已经很少见到。
现在国产单LCD投影机以出口为主，价格在30～130美元间。目前出口的产品，各厂家和跨境电商公司以阿里巴巴、亚马逊等电商平台为主要出货渠道，体积要求是市场最根本的诉求，因为运输、境外仓库等费用是一笔不小的成本开支，年创汇约数亿美元，呈增长趋势。如何缩小反射式单LCD投影机的体积是我们亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在镜头固定部分未遮挡光线的情况下，有效缩小产品体积的单片式液晶投影机。
本发明提供的这种单片式液晶投影机，包括按照光路路径依次安装的光源、聚光镜、前菲涅尔透镜、透射式的LCD光阀、后菲涅尔透镜、全反射镜和投影镜头，所述LCD光阀的主光轴与全反射镜的法线相交呈小于45°且大于35°的入射角。
本发明在保持投影镜头位置不发生变化的前提下，通过调整全反射镜的位置和安装角度，使全反射镜入射光轴即LCD光阀主光轴与全反射镜出射光轴即投影镜头主光轴的夹角变小，全反射镜长度变短，在投影机宽度基本维持不变的情况下，显著减小投影机的长度，同时可以减少投影机内部的无用空间，同等条件下机器体积更加小型化。本发明结构简单，产品布局更合理，可进一步优化结构和缩小整体尺寸，降低包装、运输和存储成本，提高市场竞争力，推动单片投影机的发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为现有技术中直投式单LCD投影机的结构示意图。
图3为现有技术中反射式单LCD投影机的结构示意图。
图中示出的标记及所对应的构件名称为：
1、光源；2、聚光镜；3、前菲涅尔透镜；4、LCD光阀；5、后菲涅尔透镜；6、全反射镜；7、投影镜头。
具体实施方式
从图1可以看出，本发明提供了一种单片式液晶投影机，包括按照光路路径依次安装的光源1、聚光镜2、前菲涅尔透镜3、透射式的LCD光阀4、后菲涅尔透镜5、全反射镜6和投影镜头7，光源1、聚光镜2、前菲涅尔透镜3、LCD光阀4和后菲涅尔透镜5的主光轴重合布置，LCD光阀4的主光轴与全反射镜6的法线相交呈入射角，入射角的角度a小于45°且大于35°，投影镜头7的主光轴与LCD光阀4经全反射镜6反射后的主光轴重合,投影镜头7的主光轴与全反射镜6的法线相交呈反射角，反射角等于入射角。
从图1至图3可以看出，在同等光路参数设计下，即光源1、聚光镜2、前菲涅尔透镜3、LCD光阀4、后菲涅尔透镜5、全反射镜6和投影镜头7的参数和尺寸都一样，各部件间的尺寸关系如下：
各图中的L6尺寸一样，即光源和LCD光阀间的距离一样；
各图中的L3尺寸一样，即后菲涅尔透镜和LCD光阀间的距离一样，这个距离是梯形校正的最佳工作距离，由镜头的失真参数决定允许的光学梯形校正角度，角度决定L3大小；
在图1中，设后菲涅尔透镜5与全反射镜6的最小距离为L10；在图3中，设后菲涅尔透镜与全反射镜的最小距离为L11；L10与L11的尺寸可以一样也可以接近，L10和L11可以略大于或者等于L3但不能小于L3；为防止浪费空间，L10和L11不能过多大于L3；
在图1中，成像系统镜头焦距为LCD光阀4与全反射镜6的距离L4和全反射镜6与投影镜头7的距离L5之和；在图3中，成像系统镜头焦距为LCD光阀与全反射镜的距离L8和全反射镜与投影镜头的距离L9之和；在图2中，成像系统镜头焦距为LCD光阀与投影镜头的距离L7；L7=L4+L5=L8+L9,即成像系统镜头焦距和工作距离一样，镜头参数一样。
投影机缩小体积的机理：
在图1中，设投影机长度为L1、投影机宽度为L2、全反射镜6的长度L12；在图3中，设投影机长度为L31、投影机宽度为L32、全反射镜6的长度L13；
图2的L6+L7为光路长度，决定了投影机最基本的尺寸；
图3是将图2长宽的一种更合理切割分配（体积缩小的同时造型容易靠往黄金分割）；
图1是在保持投影镜头7位置不发生变化的前提下，通过调整全反射镜6的位置和安装角度，使LCD光阀4的光轴与投影镜头7的光轴的夹角变小，类似于将图3长方形的长边L31，往长方形斜边（对角线）方向旋转，实现了图1长方形长边L1相对图3的L31显著缩短；且长方形短边L2和L32基本维持不变的功能。
图1全反射镜长度L12缩短原理，在图1、3中，全反射镜安装搭边余量一样，根据几何关系，如果是45°反射，则全反射镜切割到的光线包络大于全反射镜小于45°的包络，故图1的全反射镜长度L12小于图3的长度L13。
在35°~45°条件下反射，图1的L2和图3的L32长度基本不变（变量在0.7%左右）。
本发明在图3反射式单LCD投影机的基础上，可省9%~12%左右的体积，使产品更具有竞争力。
Claims (1)
1.一种单片式液晶投影机，包括按照光路路径依次安装的光源（1）、聚光镜（2）、前菲涅尔透镜（3）、透射式的LCD光阀（4）、后菲涅尔透镜（5）、全反射镜（6）和投影镜头（7），其特征在于：所述LCD光阀的主光轴与全反射镜的法线相交呈小于45°且大于35°的入射角。
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