CN109388004B - 投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种投影系统，所述投影系统包括光源装置、匀光系统、光调制系统以及光回收系统。所述光源装置用于发射第一、第二和第三基色光。所述匀光系统将所述第一、第二和第三基色光进行均匀化并出射。所述光调制系统依据待显示图像的图像数据调制自所述匀光系统出射的均匀化的光，并形成用于显示图像的图像光和不用于显示图像的非图像光。所述光回收系统将所述非图像光引导至所述匀光系统，使所述非图像光经由所述匀光系统进行均匀化后出射。本发明利用光回收系统将非图像光重新引导至匀光系统的光入射面，使其与光源装置发出的基色光一同经匀光系统的均匀化后再次进入光调制系统，有效提高了光利用率以及显示图像的亮度和对比度。

Description

投影系统

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种投影系统。

背景技术

现有投影系统被广泛地应用在影院、教育、电视等领域，投影系统按照其采用光调制器的种类可以分为DMD(Digital Micromirror Device)、LCOS(Liquid Crystal onSilicon)、LCD(Liquid Crystal Display)等，按照光调制器的数量可分为单片式、双片式和三片式系统。为了保证投影得到的图像的各像素点的亮度与图像数据中包含的各像素点的灰度值是成比例的，目前的投影系统的光源发射光的光强度一般保持不变。在投影过程中，投影系统利用光调制器调制光源而产生图像光以及非图像光，并将图像光投影以得到待显示的图像。然而，非图像光的损耗导致光能利用率较低。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种可回收非图像光的投影系统，能够实现非图像光的回收利用，以提高光利用率。

本发明实施例提供一种投影系统，所述投影系统包括：

光源装置，包括用于发射第一基色光的第一光源、用于发射第二基色光的第二光源以及用于发射第三基色光的第三光源；

匀光系统，用于将所述第一基色光、第二基色光和第三基色光进行均匀化并出射；

光调制系统，用于依据待显示图像的图像数据调制自所述匀光系统出射的均匀化的光，并形成用于显示图像的图像光和不用于显示图像的非图像光；

光回收系统，用于将所述非图像光引导至所述匀光系统，使所述非图像光经由所述匀光系统进行均匀化后出射。

进一步地，所述投影系统还包括控制装置，所述控制装置用于根据所述图像数据控制自所述光调制系统出射的所述非图像光到达所述匀光系统的光通量，并依据所述非图像光的光通量来调节所述光源装置发射的基色光的光强度，使所述光源装置发射的基色光到达所述匀光系统的光通量与所述非图像光到达所述匀光系统的光通量的总和大致保持不变。

进一步地，所述待显示图像的图像数据包括三基色的图像数据；

所述光调制系统用于在一帧调制周期内依据第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光以产生第一基色的图像光和非图像光，依据第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光以产生第二基色的图像光和非图像光，以及依据第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光以产生第三基色的图像光和非图像光。

进一步地，所述光调制系统包括第一光调制器、第二光调制器以及第三光调制器，所述第一光调制器用于在一帧调制周期内依据所述第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光，所述第二光调制器用于在一帧调制周期内依据所述第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光，所述第三光调制器用于在一帧调制周期内依据所述第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光。

进一步地，所述控制装置还用于产生光源控制信号和调制控制信号，所述光源控制信号用于控制所述第一光源、第二光源和第三光源发光的时序；

所述光调制系统包括一个光调制器，所述调制控制信号用于控制所述光调制器在一帧调制周期内依据相应基色的子帧图像数据分时调制自所述匀光系统出射的第一基色光、第二基色光以及第三基色光。

进一步地，所述调制控制信号具体用于控制所述光调制器在一帧调制周期的第一时段依据所述第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光，在一帧调制周期的第二时段依据所述第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光，以及在一帧调制周期的第三时段依据所述第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光。

进一步地，所述光回收系统包括三个光回收模块，三个所述光回收模块与所述第一光调制器、第二光调制器、第三光调制器一一对应，所述光回收模块用于将对应的所述光调制器调制产生的非图像光引导至所述匀光系统。

进一步地，所述光回收系统包括一个光回收模块，所述光回收模块用于将所述光调制器调制产生的非图像光引导至所述匀光系统。

进一步地，所述光回收模块包括由多个反射镜组成的反射镜组，所述反射镜组用于将所述非图像光在入射到所述匀光系统的光入射面之前转变为与入射到所述匀光系统的基色光平行的光；或者

所述反射镜组用于控制所述非图像光在所述匀光系统的光入射面的入射角度，使得入射到所述匀光系统的所述非图像光和基色光在所述匀光系统的光入射面的入射角度分布连续。

进一步地，所述图像光为具有第一偏振态的光，所述非图像光为具有第二偏振态的光，所述第一偏振态与所述第二偏振态为偏振方向不同的两种偏振态；入射至所述光调制器的基色光为第三偏振态的光，所述第三偏振态与所述第一偏振态或所述第二偏振态相同；

所述光调制器为透射式液晶光阀，包括用于调节入射到所述光调制器的光的偏振态的液晶层、以及相对的入射面和出射面，入射至所述光调制器的光沿垂直于所述光调制器的入射面的方向入射，经所述光调制器调制后产生所述图像光和所述非图像光；所述图像光与所述非图像光从所述光调制器的出射面沿同一方向出射。

进一步地，所述投影系统还包括光引导装置，所述光引导装置包括偏振分光元件，所述偏振分光元件用于透射第一偏振态和第二偏振态之一的偏振态的光，并反射另一偏振态的光；所述偏振分光元件将所述光调制器出射的图像光和非图像光分别引导向不同的方向。

进一步地，所述光调制器为数字微镜设备，包括多个微镜单元，所述数字微镜设备的处于开状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述图像光，所述数字微镜设备的处于关状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述非图像光，所述图像光与所述非图像光从所述数字微镜设备中沿不同方向出射。

进一步地，所述投影系统还包括光引导装置，所述光引导装置包括合光装置，所述合光装置用于将所述第一光调制器、第二光调制器以及第三光调制器调制产生的图像光合为一束光后出射。

进一步地，所述投影系统还包括光引导装置，所述光引导装置包括合光装置，所述合光装置用于将所述第一光源、第二光源与第三光源发射的光引导至所述匀光系统。

进一步地，所述合光装置包括第一合光元件和第二合光元件，所述第一合光元件用于将所述第一光源、第二光源和第三光源中的其中两个光源发射的光引导至第一光路，使其沿所述第一光路入射至所述第二合光元件；所述第二合光元件用于将所述第一光源、第二光源和第三光源中的另一个光源发射的光以及自所述第一光路入射的光引导至第二光路，使其沿所述第二光路入射至所述匀光系统。

进一步地，所述匀光系统至少包括匀光装置，所述匀光装置包括光入射面，用于接收所述第一基色光、第二基色光和第三基色光以及所述非图像光，并对其进行匀光，使其均匀化。

进一步地，所述匀光系统包括三个所述匀光装置，三个所述匀光装置与所述第一光源、第二光源、第三光源一一对应，所述匀光装置用于接收对应的光源发射的基色光以及相应基色的非图像光，并对接收到的光进行匀光。

本发明利用光回收系统将光调制系统出射的非图像光重新引导至匀光系统的光入射面，使其与光源发出的基色光一同经匀光系统的均匀化后再次进入光调制系统，有效的实现了非图像光的回收利用，提高了光利用率，提高了显示图像的亮度和对比度。

附图说明

图1是本发明的一种投影系统的方框结构示意图。

图2是本发明第一实施方式的投影系统的结构示意图。

图3是本发明第二实施方式的投影系统的结构示意图。

图4是本发明第三实施方式的投影系统的结构示意图。

图5是本发明第四实施方式的投影系统的结构示意图。

图6是本发明第五实施方式的投影系统的结构示意图。

图7是本发明第六实施方式的投影系统的结构示意图。

图8是本发明的一种投影方法的流程示意图。

主要元件符号说明

投影系统 10、100、200、300、400、500、600

控制装置 11、110、210、311、411、511、611

光源装置 12

第一光源 101R、201R、301R、401R、501R、601R

第二光源 101G、201G、301G、401G、501G、601G

第三光源 101B、201B、301B、401B、501B、601B

匀光系统 13

匀光装置 102、202、305、405、505、605

中继透镜 103、203、306、404、406、504、506、604、606

光调制系统 14

第一光调制器 104R、205R

第二光调制器 104G、205G

第三光调制器 104B、205B

光调制器 307、408、507、608

偏振分光元件 105、308、508

光回收系统 16

反射镜 106、204、206、309、407、409、509、607、609

合光装置 107、207、502、602

第一合光元件 302、402

第二合光元件 303、403

投影镜头 18、108、208、310、410、510、610

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，是本发明的一种投影系统10的方框结构示意图。所述投影系统10包括光源装置12、匀光系统13、光调制系统14、光回收系统16以及投影镜头18。其中，所述光源装置12发出的光经过所述匀光系统13进行均匀化后出射。所述光调制系统14用于依据待显示图像的图像数据调制自所述匀光系统13出射的均匀化的光，并形成用于显示图像的图像光和不用于显示图像的非图像光。

其中，所述图像光进入后续光路，例如投影镜头18等。所述投影镜头18设置于所述图像光的出射光路上，用于将所述图像光投影至预定区域，从而产生所述待显示图像。

所述光回收系统16用于将所述非图像光引导至所述匀光系统13，使所述非图像光经由所述匀光系统13进行均匀化后出射，并与所述光源装置12发射的新的光一同进入所述光调制系统14中再次被调制。在理想情况下，非图像光经多次循环，按照图像数据等比例的被分配到图像光的输出通道，从而增强了图像光的亮度。

在本发明中，所述光源装置12包括用于发射第一基色光的第一光源、用于发射第二基色光的第二光源以及用于发射第三基色光的第三光源。所述匀光系统13用于将所述第一基色光、第二基色光和第三基色光进行均匀化并出射。

在本发明中，所述投影系统10还包括控制装置11，所述控制装置11用于根据所述图像数据控制自所述光调制系统14出射的所述非图像光到达所述匀光系统13的光通量，并依据所述非图像光的光通量来调节所述光源装置12发射的基色光的光强度，使所述光源装置12发射的基色光到达所述匀光系统13的光通量与所述非图像光到达所述匀光系统13的光通量的总和大致保持不变。

在本发明中，所述待显示图像的图像数据包括三基色的图像数据。所述光调制系统14用于在一帧调制周期内依据第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统13出射的第一基色光以产生第一基色的图像光和非图像光，依据第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统13出射的第二基色光以产生第二基色的图像光和非图像光，以及依据第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统13出射的第三基色光以产生第三基色的图像光和非图像光。

在投影、显示领域，光调制器主要分为两类，一类是以DMD(数字微镜设备)为代表的不限制入射光偏振态的光调制器，一类是以LCD(液晶光阀)和LCOS(反射式液晶光阀)为代表的限制入射光为偏振光的光调制器。

在本发明中，对应数字微镜设备的技术方案利用微镜的开状态和关状态偏转方向不同的特性，将图像光和非图像光分别反射向不同的方向，再由光回收系统16将其中的非图像光引导至匀光系统13的光入射面，从而实现非图像光的回收利用。

在本发明中，对应液晶光阀和反射式液晶光阀的技术方案利用光的偏振特性，将光调制系统14出射的图像光与非图像光分成两种不同的偏振态，并利用光引导装置将图像光与非图像光分别引导向不同的方向，将其中的非图像光重新引导至匀光系统13的入射端，相对于其他方案具有明显的优势——可以很容易的利用偏振态的不同将图像光与非图像光区分开(如利用偏振分光片)。即使在图像光与非图像光沿同一方向呈一束光的形式出射，仍然可以用偏振分光装置将其分为方向不同的两束光。而如上述数字微镜设备的技术方案中，微镜的偏转角度仅有±12°，也即对应开状态的图像光和对应关状态的非图像光最多有24°的夹角，难以在短传播距离上将其分开。因此，相对于本发明数字微镜设备为代表的方案，利用图像光与非图像光偏振态不同特性的技术方案更具有实用性，适用于更多的应用环境。

本发明所指的光源，既包括光源为单独的发光元件(如半导体发光元件、半导体发光元件阵列、灯泡光源等)的情况，也包括光源为发光元件与其他光学元件组合得到的发光模组的情况(例如，发光元件与透镜组合的发光模组、发光元件与偏振转换元件的发光模组)。可以将本发明所述的光源看作一个出射基色光的“黑盒子”，“黑盒子”中可以包含任何种类的光学元件。

本发明所指的图像光，是指对应于投影系统的显示图像的光，相当于一般的投影系统中的进入显示屏幕的光；非图像光指本发明用于回收利用的光，相当于一般的投影系统中被过滤掉的、不进入显示屏幕的光。

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

第一实施方式

请参阅图2，是本发明第一实施方式的投影系统100的结构示意图。所述投影系统100包括控制装置110、光源装置、匀光系统、光调制系统、光回收系统以及光引导装置。

<光源装置>

其中，所述光源装置包括用于发射第一基色光(例如红色激光)的第一光源101R、用于发射第二基色光(例如绿色激光)的第二光源101G、用于发射第三基色光(例如蓝色激光)的第三光源101B。

在所述第一实施方式中，所述第一光源101R、第二光源101G、第三光源101B均为激光光源，如激光二极管光源、激光二极管阵列光源或激光器光源。所述光源具有光学扩展量小的特点，使得其发出的光在进入匀光系统时具有较小的光斑和较小的光发散角，并使得光经过一系列光学元件入射到光调制系统时保持较小的光学扩展量，避免了大量的光因发散角大而无法被利用，提高了光利用率。如果采用其他光源，如灯泡光源、LED光源，其光学扩展量远大于激光光源的光学扩展量，为使入射到匀光系统的光斑满足入射面的大小，将会扩大光的发散角，这将使得大量的光无法被光调制系统利用而在光调制系统的有效光学面之外被吸收转换成热量。在所述第一实施方式中，将光源发出的光与非图像光通过几何合光的方式合成一束光，本就增大了匀光系统的截面积，使得光学扩展量扩大，如果使用光学扩展量大的光源，将进一步减小光利用率。而所述第一实施方式采用小光学扩展量的激光光源，即使将回收利用的非图像光与光源发出的光几何合光，仍能保证入射到光调制系统的光具有较小的光学扩展量。

当然，在对光利用率要求不高的环境下，也可以采用灯泡或LED光源作为投影系统的光源。在本发明的光回收技术方案下，即使采用该类光源，也能够相对于不采用本发明的技术方案具有更高的光利用率。

<匀光系统>

所述匀光系统至少包括匀光装置102，所述匀光装置102包括光入射面，用于接收所述第一基色光、第二基色光和第三基色光以及所述非图像光，并对其进行匀光，使其均匀化，以按照预设形状的光斑进入所述光调制系统。

在所述第一实施方式中，所述匀光系统包括三个所述匀光装置102，三个所述匀光装置102与所述第一光源101R、第二光源101G、第三光源101B一一对应，所述匀光装置102用于接收对应的光源发射的基色光以及相应基色的非图像光，并对接收到的光进行匀光。

在所述第一实施方式中，所述匀光装置102可选用复眼透镜对,该复眼透镜对的入射面包括互相不重叠的第一区域和第二区域，光源发射的基色光从第一区域入射进入复眼透镜对，而非图像光从第二区域入射进入复眼透镜对。由于第一区域与第二区域互相不重叠，该技术方案可以适用于光源发射的基色光与非图像光波长相同、偏振态相同的情形。这是由于所述第一实施方式中的光源发射的基色光和非图像光的波长相同、偏振态相同，不能通过波长合光或偏振合光的方式合光。

当然，这种几何合光的方式也同样可以适用于光源发射的基色光与非图像光的偏振态不同的情形，甚至适用于光源发射的基色光与非图像光为非偏振光的情形，只要保证合光后的光在入射到光调制器之前变成单一偏振态的光即可。具体地，可以通过在匀光装置102与光调制系统之间的光路上设置一偏振转换元件即可，该偏振转换元件用于将匀光装置102的出射光在入射到光调制系统之前转换为第三偏振态的光。

在所述第一实施方式中，第一区域和第二区域在匀光装置102的光入射面并排排列。在其他实施方式中，第一区域和第二区域也可以依照其他的排列方式。例如，将第二区域设置于第一区域的周围，第一区域与第二区域呈“回”字型分布，使得第一区域位于匀光装置102的中央，该分布方式可以避免光源发射的基色光从匀光装置102出射后具有一定的偏转角，进而便于后续光学器件的角度摆放，而且具有更好的均匀性。本实施方式既可以利用中间带通孔的反射片(如回字型反射片，中间的口是通孔)将非图像光反射到第二区域，同时使光源发射的基色光透过；还可以利用半透半反的分光片将非图像光分成波长、偏振态相同的两束光，分别引导至第一区域上下两侧的第二区域。此外，第一区域和第二区域还可以是“目”字型排布，使得第一区域位于第二区域中央，第二区域分成两部分位于第一区域的上下(或左右)。

在所述第一实施方式中，第一区域与第二区域的面积比为1:1～1:5。在匀光装置102的截面积不变的情况下，第一区域面积小于第二区域面积能够使得投影系统具有更高的光利用率。这是由于第一区域与第二区域在原理上是光学扩展量合光，对于相同的非图像光，第二区域面积越大，非图像光对应的发散角越小，第二区域面积越小，非图像光对应的发散角越大，而过大的发散角的光是无法被利用的，因此第二区域所占的比例决定了光回收利用的效率。此外，受限于投影系统的体积，匀光装置102的体积不能过大，因此第一区域的大小也要满足光源出射光的光学扩展量要求，第一区域不能无限减小，否则光源发射的基色光的发散角也会扩大到使光源发射的基色光的利用率下降。

可以理解，在其他实施方式中，所述匀光装置102也可选用匀光棒或积分棒。

在所述第一实施方式中，所述匀光系统至少还包括中继透镜103，所述中继透镜103设置于所述匀光装置102与所述光调制系统之间的光路上，用于将所述匀光装置102的出射光在入射至所述光调制系统之前进行聚焦、匀光或整形。

可以理解，本发明保护的技术方案不限于所述第一实施方式中数量或种类的中继透镜，所述中继透镜103可以是凸透镜或凹透镜。

<光调制系统>

所述光调制系统包括第一光调制器104R、第二光调制器104G以及第三光调制器104B，所述第一光调制器104R用于在一帧调制周期内依据所述第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光，所述第二光调制器104G用于在一帧调制周期内依据所述第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光，所述第三光调制器104B用于在一帧调制周期内依据所述第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光。

在所述第一实施方式中，所述第一光调制器104R、第二光调制器104G、第三光调制器104B分别为透射式液晶光阀，包括用于调节入射到所述光调制器的光的偏振态的液晶层、以及相对的入射面和出射面，入射至所述光调制器的光沿垂直于所述光调制器的入射面的方向入射，经所述光调制器调制后产生所述图像光和所述非图像光。所述图像光与所述非图像光从所述光调制器的出射面沿同一方向出射。

在所述第一实施方式中，所述图像光为具有第一偏振态的光(如P光，但不限于此)，所述非图像光为具有第二偏振态的光(如S光，但不限于此)，所述第一偏振态与所述第二偏振态为偏振方向不同的两种偏振态。光调制器出射的图像光与非图像光分别被引导至不同的方向。如上所述，图像光与非图像光的偏振态不同，使得两者便于分光，更具有实用性，适用于更多的应用环境。

在所述第一实施方式中，入射至所述光调制器的基色光为单一偏振态的第三偏振态的光。由于光调制器对入射光的偏振态产生作用，假若入射至光调制器的光有多种偏振态，则无法根据出射光的偏振态区分出作为图像组成部分的图像光。该技术方案避免了额外增加其他偏振转换装置，使得光源装置发出的光和非图像光经匀光系统均匀化后能直接被光调制器利用，简化了结构。

在所述第一实施方式中，所述第三偏振态与所述第二偏振态相同，即被改变偏振态的光成为第一偏振态的图像光，而其余部分未改变偏振态的光成为第二偏振态的非图像光。该调制方式可以通过改变施加到光调制器104R、104G、104B的电压来改变液晶层内液晶分子的排列方向实现，可以参照LCD的工作原理，此处不再赘述。

在其他实施方式中，所述第三偏振态也可以与所述第一偏振态相同，即被改变偏振态的光作为第二偏振态的非图像光，而未被改变偏振态的光作为图像光。该技术方案可以在所述第一实施方式的基础上通过将图像信号转换为反色图像信号，并输入到光调制器来实现；也可以通过在所述第一实施方式的基础上在光调制器中增加二分之一波片来实现；还可以通过采用其他种类的透射式液晶光阀实现，此处不再详细说明。

可以理解，所述第三偏振态也可以与所述第一偏振态和所述第二偏振态均不同，例如所述第三偏振态为椭圆偏振光。

<光引导装置>

在所述第一实施方式中，所述光引导装置包括偏振分光元件105，所述偏振分光元件105用于透射第一偏振态和第二偏振态之一的偏振态的光，并反射另一偏振态的光。所述偏振分光元件105将所述光调制器出射的图像光和非图像光分别引导向不同的方向。

所述光引导装置还包括合光装置107，所述合光装置107设置在所述光调制系统的出射光路上，用于将所述第一光调制器104R、第二光调制器104G以及第三光调制器104B调制产生的图像光合为一束光后出射，例如出射至投影镜头108。

<光回收系统>

在所述第一实施方式中，所述光回收系统包括三个光回收模块，三个所述光回收模块与所述第一光调制器104R、第二光调制器104G、第三光调制器104B一一对应，所述光回收模块用于将对应的所述光调制器调制产生的非图像光引导至所述匀光系统。

在所述第一实施方式中，每一所述光回收模块包括由多个反射镜106组成的反射镜组，所述反射镜组用于将所述非图像光在入射到所述匀光系统的光入射面之前转变为与入射到所述匀光系统的基色光平行的光。或者，所述反射镜组用于控制所述非图像光在所述匀光系统的光入射面的入射角度，使得入射到所述匀光系统的所述非图像光和基色光在所述匀光系统的光入射面的入射角度分布连续。

可以理解，本发明保护的技术方案不限于实施例中数量或种类的反射镜，只要能够实现将所述非图像光引导至匀光装置102的光入射面、使其经匀光装置102后再次进入光调制系统的功能即可。所述反射镜106可以是平面反射镜或曲面反射镜。

第二实施方式

请参阅图3，是本发明第二实施方式的投影系统200的结构示意图。第二实施方式的投影系统200与第一实施方式的投影系统100的主要区别在于：第二实施方式中的第一光调制器205R、第二光调制器205G、第三光调制器205B分别为数字微镜设备，所述数字微镜设备包括多个微镜单元，所述数字微镜设备的处于开状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述图像光，所述数字微镜设备的处于关状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述非图像光，所述图像光与所述非图像光从所述数字微镜设备中沿不同方向出射。

如上所述，数字微镜设备是利用微镜的开状态和关状态偏转方向不同的特性，将图像光和非图像光分别反射向不同的方向，因此，在所述第二实施方式中无需使用偏振分光元件来将所述光调制器出射的图像光和非图像光分别引导向不同的方向。

需要说明的是，在本发明实施例的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第二实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

第三实施方式

请参阅图4，是本发明第三实施方式的投影系统300的结构示意图。第三实施方式的投影系统300与第一实施方式的投影系统100的主要区别在于：光源装置的发光方式以及三基色光的合光方式不同，使得与之对应的匀光系统、光调制系统、光回收系统的结构在数量上也有所不同。

具体地，在所述第三实施方式中，合光装置设置在光源装置与匀光系统之间的光路上，所述合光装置用于将第一光源301R、第二光源301G和第三光源301B发射的光引导至所述匀光系统。

在所述第三实施方式中，所述合光装置包括第一合光元件302和第二合光元件303，所述第一合光元件302用于将所述第一光源301R、第二光源301G和第三光源301B中的其中两个光源发射的光引导至第一光路，使其沿所述第一光路入射至所述第二合光元件303。所述第二合光元件303用于将所述第一光源301R、第二光源301G和第三光源301B中的另一个光源发射的光以及自所述第一光路入射的光引导至第二光路，使其沿所述第二光路入射至所述匀光系统。

其中，所述第一光源301R、第二光源301G和第三光源301B中的其中两个光源发射的光分别从不同方向入射至所述第一合光元件302，所述第一光源301R、第二光源301G和第三光源301B中的另一个光源发射的光以及自所述第一光路入射的光分别从不同方向入射至所述第二合光元件303。

在所述第三实施方式中，光引导装置还包括中继透镜304，所述中继透镜304设置于所述合光装置与所述匀光系统之间的光路上，用于将所述合光装置的出射光在入射至所述匀光系统之前进行聚焦、匀光或整形。

在所述第三实施方式中，所述匀光系统包括一个匀光装置305，所述光调制系统包括一个光调制器307，所述光回收系统包括一个光回收模块，所述光回收模块用于将所述光调制器307调制产生的非图像光引导至所述匀光装置305。

在所述第三实施方式中，控制装置311用于产生光源控制信号和调制控制信号，所述光源控制信号用于控制所述第一光源301R、第二光源301G和第三光源301B发光的时序。

所述调制控制信号用于控制所述光调制器307在一帧调制周期内依据相应基色的子帧图像数据分时调制自所述匀光系统出射的第一基色光、第二基色光以及第三基色光。

具体地，所述调制控制信号用于控制所述光调制器在一帧调制周期的第一时段依据所述第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光，在一帧调制周期的第二时段依据所述第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光，以及在一帧调制周期的第三时段依据所述第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光。

需要说明的是，在本发明实施例的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第三实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

第四实施方式

请参阅图5，是本发明第四实施方式的投影系统400的结构示意图。第四实施方式的投影系统400与第三实施方式的投影系统300的主要区别在于：第四实施方式中的光调制器408为数字微镜设备，所述数字微镜设备包括多个微镜单元，所述数字微镜设备的处于开状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述图像光，所述数字微镜设备的处于关状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述非图像光，所述图像光与所述非图像光从所述数字微镜设备中沿不同方向出射。

如上所述，数字微镜设备是利用微镜的开状态和关状态偏转方向不同的特性，将图像光和非图像光分别反射向不同的方向，因此，在所述第四实施方式中无需使用偏振分光元件来将所述光调制器408出射的图像光和非图像光分别引导向不同的方向。

需要说明的是，在本发明实施例的精神或基本特征的范围内，适用于第一、二、三实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第四实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

第五实施方式

请参阅图6，是本发明第五实施方式的投影系统500的结构示意图。第五实施方式的投影系统500与第三实施方式的投影系统300的主要区别在于合光装置的不同，第五实施方式中合光装置包括一个合光元件，第一光源501R、第二光源501G和第三光源501B发射的光分别从不同方向入射至所述合光元件。

需要说明的是，在本发明实施例的精神或基本特征的范围内，适用于第一、三实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第五实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

第六实施方式

请参阅图7，是本发明第六实施方式的投影系统600的结构示意图。第六实施方式的投影系统600与第四实施方式的投影系统400的主要区别在于合光装置的不同，第六实施方式中合光装置包括一个合光元件，第一光源601R、第二光源601G和第三光源601B发射的光分别从不同方向入射至所述合光元件。

需要说明的是，在本发明实施例的精神或基本特征的范围内，适用于第一、二、四实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第六实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

在本发明中，投影系统可以为电视机设备、投影机设备、拼墙设备、舞台电脑灯设备、图像投影灯设备等任何投影或显示出单色或多色图像的设备。

由于本发明通过将非图像调制光重新分配到图像光对应的显示图像中，因此相较于不采用本发明的方案，本发明的显示图像亮度提高。

本说明书中各个实施方式采用递进的方式描述，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处，各个实施方式之间相同相似部分互相参见即可。

本发明利用光回收系统将光调制系统出射的非图像光重新引导至匀光系统的光入射面，使其与光源发出的基色光一同经匀光系统的均匀化后再次进入光调制系统，有效的实现了非图像光的回收利用，提高了光利用率，提高了显示图像的亮度和对比度。本发明利用匀光装置本身的较大光学扩展量接收程度的特性，除了满足了光源发出的较小的光学扩展量，还留有足够的光学扩展量余量供非图像光回收利用，使得光回收效率大大提高。

请参阅图8，本发明还提供一种应用于上述投影系统10、100、200、300、400、500或600的投影方法，所述投影方法包括如下步骤：

步骤801，控制光源装置发射第一基色光、第二基色光和第三基色光。

步骤802，利用匀光系统将所述第一基色光、第二基色光和第三基色光进行均匀化并出射。

步骤803，利用光调制系统依据待显示图像的图像数据调制自所述匀光系统出射的均匀化的光，并形成用于显示图像的图像光和不用于显示图像的非图像光。

在本实施方式中，所述待显示图像的图像数据包括三基色的图像数据。

所述步骤803具体包括：

在一帧调制周期内依据第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光以产生第一基色的图像光和非图像光，依据第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光以产生第二基色的图像光和非图像光，以及依据第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光以产生第三基色的图像光和非图像光。

步骤804，利用光回收系统将所述非图像光引导至所述匀光系统，使所述非图像光经由所述匀光系统进行均匀化后出射。

步骤805，将所述图像光投影至预定区域，以产生所述待显示图像。

在本发明中，所述投影方法还包括：根据所述图像数据控制所述非图像光到达所述匀光系统的光通量，并依据所述非图像光的光通量来调节所述光源装置发射的基色光的光强度，使所述光源装置发射的基色光到达所述匀光系统的光通量与所述非图像光到达所述匀光系统的光通量的总和大致保持不变。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种投影系统，其特征在于：所述投影系统包括：

光源装置，包括用于发射第一基色光的第一光源、用于发射第二基色光的第二光源以及用于发射第三基色光的第三光源；

匀光系统，用于将所述第一基色光、第二基色光和第三基色光进行均匀化并出射；

光调制系统，用于依据待显示图像的图像数据调制自所述匀光系统出射的均匀化的光，并形成用于显示图像的图像光和不用于显示图像的非图像光；

光回收系统，用于将所述非图像光引导至所述匀光系统，使所述非图像光经由所述匀光系统进行均匀化后出射；

控制装置，所述控制装置依据非图像光到达所述匀光系统的光通量来调节所述光源装置发射的基色光的光强度。

2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于：所述控制装置用于根据所述图像数据控制自所述光调制系统出射的所述非图像光到达所述匀光系统的光通量，并依据所述非图像光的光通量来调节所述光源装置发射的基色光的光强度，使所述光源装置发射的基色光到达所述匀光系统的光通量与所述非图像光到达所述匀光系统的光通量的总和大致保持不变；所述待显示图像的图像数据包括三基色的图像数据。

3.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于：所述待显示图像的图像数据包括三基色的图像数据；

所述光调制系统用于在一帧调制周期内依据第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光以产生第一基色的图像光和非图像光，依据第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光以产生第二基色的图像光和非图像光，以及依据第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光以产生第三基色的图像光和非图像光。

4.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于：所述光调制系统包括第一光调制器、第二光调制器以及第三光调制器，所述第一光调制器用于在一帧调制周期内依据所述第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光，所述第二光调制器用于在一帧调制周期内依据所述第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光，所述第三光调制器用于在一帧调制周期内依据所述第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光。

5.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于：所述控制装置还用于产生光源控制信号和调制控制信号，所述光源控制信号用于控制所述第一光源、第二光源和第三光源发光的时序；

所述光调制系统包括一个光调制器，所述调制控制信号用于控制所述光调制器在一帧调制周期内依据相应基色的子帧图像数据分时调制自所述匀光系统出射的第一基色光、第二基色光以及第三基色光。

6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于：所述调制控制信号具体用于控制所述光调制器在一帧调制周期的第一时段依据所述第一基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第一基色光，在一帧调制周期的第二时段依据所述第二基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第二基色光，以及在一帧调制周期的第三时段依据所述第三基色的子帧图像数据调制自所述匀光系统出射的第三基色光。

7.如权利要求4所述的投影系统，其特征在于：所述光回收系统包括三个光回收模块，三个所述光回收模块与所述第一光调制器、第二光调制器、第三光调制器一一对应，所述光回收模块用于将对应的所述光调制器调制产生的非图像光引导至所述匀光系统。

8.如权利要求6所述的投影系统，其特征在于：所述光回收系统包括一个光回收模块，所述光回收模块用于将所述光调制器调制产生的非图像光引导至所述匀光系统。

9.如权利要求7或8所述的投影系统，其特征在于：所述光回收模块包括由多个反射镜组成的反射镜组，所述反射镜组用于将所述非图像光在入射到所述匀光系统的光入射面之前转变为与入射到所述匀光系统的基色光平行的光；或者

所述反射镜组用于控制所述非图像光在所述匀光系统的光入射面的入射角度，使得入射到所述匀光系统的所述非图像光和基色光在所述匀光系统的光入射面的入射角度分布连续。

10.如权利要求4或6所述的投影系统，其特征在于：所述图像光为具有第一偏振态的光，所述非图像光为具有第二偏振态的光，所述第一偏振态与所述第二偏振态为偏振方向不同的两种偏振态；入射至所述光调制器的基色光为第三偏振态的光，所述第三偏振态与所述第一偏振态或所述第二偏振态相同;

所述光调制器为透射式液晶光阀，包括用于调节入射到所述光调制器的光的偏振态的液晶层、以及相对的入射面和出射面，入射至所述光调制器的光沿垂直于所述光调制器的入射面的方向入射，经所述光调制器调制后产生所述图像光和所述非图像光；所述图像光与所述非图像光从所述光调制器的出射面沿同一方向出射。

11.如权利要求10所述的投影系统，其特征在于：所述投影系统还包括光引导装置，所述光引导装置包括偏振分光元件，所述偏振分光元件用于透射第一偏振态和第二偏振态之一的偏振态的光，并反射另一偏振态的光；所述偏振分光元件将所述光调制器出射的图像光和非图像光分别引导向不同的方向。

12.根据权利要求4或6所述的投影系统，其特征在于：所述光调制器为数字微镜设备，包括多个微镜单元，所述数字微镜设备的处于开状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述图像光，所述数字微镜设备的处于关状态的微镜单元将至少部分入射至所述数字微镜设备的光反射形成所述非图像光，所述图像光与所述非图像光从所述数字微镜设备中沿不同方向出射。

13.如权利要求4所述的投影系统，其特征在于：所述投影系统还包括光引导装置，所述光引导装置包括合光装置，所述合光装置用于将所述第一光调制器、第二光调制器以及第三光调制器调制产生的图像光合为一束光后出射。

14.如权利要求6所述的投影系统，其特征在于：所述投影系统还包括光引导装置，所述光引导装置包括合光装置，所述合光装置用于将所述第一光源、第二光源与第三光源发射的光引导至所述匀光系统。

15.如权利要求14所述的投影系统，其特征在于：所述合光装置包括第一合光元件和第二合光元件，所述第一合光元件用于将所述第一光源、第二光源和第三光源中的其中两个光源发射的光引导至第一光路，使其沿所述第一光路入射至所述第二合光元件；所述第二合光元件用于将所述第一光源、第二光源和第三光源中的另一个光源发射的光以及自所述第一光路入射的光引导至第二光路，使其沿所述第二光路入射至所述匀光系统。

16.如权利要求4或6所述的投影系统，其特征在于：所述匀光系统至少包括匀光装置，所述匀光装置包括光入射面，用于接收所述第一基色光、第二基色光和第三基色光以及所述非图像光，并对其进行匀光，使其均匀化。

17.如权利要求16所述的投影系统，其特征在于：所述匀光系统包括三个所述匀光装置，三个所述匀光装置与所述第一光源、第二光源、第三光源一一对应，所述匀光装置用于接收对应的光源发射的基色光以及相应基色的非图像光，并对接收到的光进行匀光。