CN109597274A - 一种光源直接成像光学投影装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光源直接成像光学投影装置及其方法，包括光源箱体、矩阵点光源装置、投影系统、投影银幕和银幕支架；其中光源箱体固定和支撑矩阵点光源装置；矩阵点光源装置设有呈矩阵式紧密排布的若干发光源像素点组成的成像面板，并借助计算机通过影像信息处理工具解析成像出产品原线路设计图并针对涉及到的发光源像素点配电发光，形成点光源图像；投影系统由若干块物镜组成，物镜把点光源图像按投影比例放大，再被映射到投影银幕上。本装置可根据图像需要进行发光，光源利用率高，能耗低，且无需LCD或DMD成像单元，在减少原件构成的同时降低装置体积和生产成本。

Description

一种光源直接成像光学投影装置及其方法

技术领域

本发明涉及投影技术领域，具体涉及一种光源直接成像光学投影装置及其方法。

背景技术

光学投影行业包括家庭投影、办公教育投影、影院投影、手机投影及智能穿戴设备投影等方面，其主要由光源、成像单元和光学系统组成，而根据成像单元的成像方式不同可分为LCD和DLP两种。

LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)投影仪可分成液晶板投影仪和液晶光阀投影仪，前者是投影仪市场上的主要产品。液晶是介于液体和固体之间的物质，本身不发光，工作温度为-55℃～+66℃。LCD投影仪利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元投影仪的透光率或反射率，从而影响其光学性质，以产生具有不同灰度层次及颜色的图像。LCD投影仪中的光源是金属卤素灯或冷光源，发出明亮的白光，经过光路系统中的分光镜，将白光分解为RGB(红色、绿色、蓝色)三原色光线。RGB三原色光线在精确的位置上穿过液晶体，通过液晶体控制每种光线的通过量来合成各种颜色，从而在屏幕上投影组成了与源图像一致的色彩斑斓的图像。由于LCD投影仪的色彩还原较好、分辨率可达SXGA标准，且其具有体积小、重量轻、便携性高和价格较低等优势，因此已发展为投影市场上的主流产品。

DLP((Digital Light Processing，数字光处理)是以DMD(Digital MicromirrorDevice，数字微反射器)作为光阀成像器件，DLP投影仪的技术是反射式投影技术，在对比度和均匀性都非常出色，图像清晰度高、画面均匀、色彩锐利，并且图像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久弥新。一个DLP电脑板由模数解码器、内存芯片、一个影象处理器及多个数字信号处理器(DSP)组成，文字图象经DLP电脑板产生数字信号，经过处理，数字信号转到DLP系统的心脏—DMD，而光束通过一高速旋转的三色透镜后，被投射在DMD上，然后通过光学透镜投射在大屏幕上完成图像投影。一片DMD是由许多个微小的正方形反射物镜(简称微镜)按行列紧密排列在一起贴在一块硅晶片的电子节点上形成的，每一个微镜都对应着生成图像的一个像素。因此，DMD装置的微镜数目决定了DLP投影仪的物理分辨率，例如一台投影仪的分辨率为600x800，即DMD装置上的微镜数目为600x800＝480000个。DMD数字信号的红，绿，蓝顺序旋转，小镜子根据像素的位置及色彩的多少被打开或关闭，此时DLP可以看作是只有一个光源和一组投影镜头组成的简单光路系统，镜头放大了DMD的反射影像并直接投射在屏幕上，这样一幅生动、明亮的演示效果就展现在我们面前了。

目前投影技术存在以下问题：

1).LCD投影光源利用率在30％～40％，光源利用率低，大部分被成像单元消耗，所以能耗高，特别微小成像亮度对比度差，造成画质差。

2).DLP投影使用DMD反射成像，但各微镜处于机械动作状态，寿命短，镜片反射也有衰减。

3).光源和成像单元分开，增大设备占用体积，造成微小投影设备制造困难，如手机投影和智能穿戴设备投影。

发明内容

本发明设计目的是：针对现有投影技术均需要成像单元、且光源利用率低的问题，本发明提出一种光源直接成像光学投影装置及其方法，其中矩阵点光源装置可根据图像需要进行发光，光源能量几乎全部用于投影系统投影，不需要显示的光源部分不点灯，尽可能减少能量消耗。光源功率大大降低，在减少原件构成的同时降低散射系统所占空间。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光源直接成像光学投影装置，包括光源箱体、矩阵点光源装置、投影系统、投影银幕和银幕支架；

所述光源箱体用于固定和支撑所述矩阵点光源装置；

所述矩阵点光源装置设有呈矩阵式紧密排布的若干发光源像素点组成的成像面板，所述发光源像素点均准直发光，所述成像面板制作为平面或曲面，并借助计算机通过影像信息处理工具解析成像出产品原线路设计图并针对涉及到的发光源像素点同时或逐一配电发光，根据图像信息显示并发光形成点光源图像；

所述投影系统由若干块物镜组成，优选但不限于凸透镜，其设计两种光路，包含长焦距和短焦距，所述物镜把所述矩阵点光源装置呈现的点光源图像(显示画面)按投影比例放大，再被映射到所述投影银幕上，并且物镜按照特定光学成像精度补偿各种光学误差；

所述投影银幕用于成像点光源图像，所述投影银幕贴附在所述银幕支架上。

技术原理：通过分析图像信息，在所述发光源像素点的照射下形成点光源图像并呈现在所述成像面板上，通过投影系统将所述点光源图像投射在所述投影银幕上，成像出需要的投影画面。

优选的，所述光源箱体设计有光强探测器和CCD影像检测器。

优选的，所述发光源像素点可以是激光半导体发光源或LED发光源。激光半导体发光源组成发光源像素点成像具有优越的光线相干性，更利于传播和聚焦；LED发光源最小可以到9um(Micro LED)，也就是像素可以接近9um。

优选的，每个所述发光源像素点形状可以是任何形状，优选正六边形，正六边形发光源像素点组成的成像面板呈蜂窝状。

优选的，所述发光源像素点的光源底部及顶部配合进行光学聚光准直封装，底部选用凹面镜，顶部使用凸透镜或菲尼尔透镜用来光学投影。

优选的，所述发光源像素点之间可以适当填充导光材料，减少成像黑区，提高成像曲线平滑度。

优选的，所述影像信息处理工具可选用Adobe Photoshop、Dreamweaver、ExifShow、ACDSee、Turbo Photo等处理工具。

另外，提供一种光源直接成像光学投影方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：将投影银幕贴附在银幕支架上，并调整该投影装置与投影银幕之间距离；

步骤S2：通过CCD影像检测器检测投影毛边情况并调整光源箱体的水平度与竖直度；

步骤S3：计算机通过影像信息处理工具分析预实施投影的原线路设计图，将成像信息呈现于成像面板上；

步骤S4：开启矩阵点光源装置，对涉及到的发光源像素点同时配电发光以形成点光源图像；

步骤S5：通过物镜准确的将矩阵点光源装置呈现的点光源图像按投影比例放大并映射到投影银幕上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该光源直接成像光学投影装置，光源寿命长，能耗低，无需LCD或DMD成像单元，特别是DMD成像单元为国外垄断专利，该装置大大减小体积、能耗及成本，并且LED光源利用率高，像素点发光照度高，容易获得高亮度，高对比度的中微小投影设备，为手机和智能穿戴设备提供优质的投影效果。

2.由于像素亮度及对比度提高，对于三维成像的真实感提供可能。

3.为家庭投影、办公投影替代现有电视及显示器提供可能，更重要的是提供优质穿戴投影，替代手机浏览功能。

附图说明

图1为本发明实施例光源直接成像光学投影装置的工作示意图；

图2为本发明实施例发光源像素点的光源准直封装结构示意图；

图中：1光源箱体、2矩阵点光源装置、3投影系统、4投影银幕、5银幕支架、6配电线、7激光半导体发光源、8凹面镜、9凸透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案，请参阅图1和图2，一种光源直接成像光学投影装置，包括光源箱体1、矩阵点光源装置2、投影系统3、投影银幕4和银幕支架5。

光源箱体1内设有光强探测器和CCD影像检测器，光源箱体1用于固定和支撑矩阵点光源装置2，同时承载散热等温度控制，保证光源能量及稳定性。

矩阵点光源装置2设有呈矩阵式紧密排布的若干发光源像素点组成的成像面板，成像面板制作为平面或曲面，并借助Adobe Photoshop影像信息处理工具解析成像出产品原线路设计图并针对涉及到的发光源像素点，由配电线6同时配电发光，根据图像信息显示并发光形成点光源图像，具备发光性能同一性。

投影系统3由3块高精度光学凸透镜9组成，其设计有两种光路，包含长焦距和短焦距，该凸透镜9把矩阵点光源装置2呈现的点光源图像按投影比例放大，再被映射到投影银幕4上，并且凸透镜9还要补偿各种光学误差。

投影银幕4用于成像点光源图像，投影银幕4贴附在银幕支架5上。

技术原理：通过分析图像信息，在发光源像素点的照射下形成点光源图像并呈现在成像面板上，通过投影系统将点光源图像投射在投影银幕上，成像出需要的投影画面。

进一步地，发光源像素点可选用激光半导体发光源7。

进一步地，每个发光源像素点形状为正六边形，正六边形发光源像素点组成的矩阵点光源装置呈蜂窝状，具有成像细腻柔和、色彩融合圆滑、清晰度高的特点。

进一步地，发光源像素点的光源底部及顶部配合进行光学聚光准直封装，底部选用凹面镜8，顶部使用凸透镜9。

进一步地，发光源像素点之间可以适当填充导光材料，减少成像黑区，提高成像曲线平滑度。

该装置的光源直接成像光学投影方法，其包括以下步骤：

步骤S1：将投影银幕4贴附在银幕支架5上，并调整该投影装置与投影银幕4之间距离；

步骤S2：通过CCD影像检测器检测投影毛边情况并调整光源箱体1的水平度与竖直度；

步骤S3：计算机通过影像信息处理工具分析预实施投影的原线路设计图，将成像信息呈现于成像面板上；

步骤S4：开启矩阵点光源装置2，对涉及到的发光源像素点同时配电发光以形成点光源图像；

步骤S5：通过凸透镜9准确的将矩阵点光源装置呈现的点光源图像按投影比例放大并映射到投影银幕4上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种光源直接成像光学投影装置，其特征在于：包括光源箱体、矩阵点光源装置、投影系统、投影银幕和银幕支架；

所述光源箱体用于固定和支撑所述矩阵点光源装置；

所述矩阵点光源装置设有呈矩阵式紧密排布的若干发光源像素点组成的成像面板，所述发光源像素点均准直发光，所述成像面板制作为平面或曲面，并借助计算机通过影像信息处理工具解析成像出产品原线路设计图并针对涉及到的发光源像素点同时或逐一配电发光，根据图像信息显示并发光形成点光源图像；

所述投影系统由若干块物镜组成，所述物镜把所述矩阵点光源装置呈现的点光源图像(显示画面)按投影比例放大，再被映射到所述投影银幕上，并且物镜按照特定光学成像精度补偿各种光学误差；

所述投影银幕用于成像点光源图像，所述投影银幕贴附在所述银幕支架上。

2.根据权利要求1所述的光源直接成像光学投影装置，其特征在于：所述光源箱体设计有光强探测器和CCD影像检测器。

3.根据权利要求1所述的光源直接成像光学投影装置，其特征在于：所述发光源像素点可以是激光半导体发光源或LED发光源。

4.根据权利要求1或3所述的光源直接成像光学投影装置，其特征在于：每个所述发光源像素点形状可以是任何形状，优选正六边形，正六边形发光源像素点组成的成像面板呈蜂窝状。

5.根据权利要求1或3所述的光源直接成像光学投影装置，其特征在于：所述发光源像素点的光源底部及顶部配合进行光学聚光准直封装，底部选用凹面镜，顶部使用凸透镜或菲尼尔透镜用来光学投影。

6.根据权利要求1或3所述的光源直接成像光学投影装置，其特征在于：所述发光源像素点之间可以适当填充导光材料，减少成像黑区，提高成像曲线平滑度。

7.根据权利要求1所述的光源直接成像光学投影装置，其特征在于：所述影像信息处理工具可选用Adobe Photoshop、Dreamweaver、ExifShow、ACDSee、Turbo Photo等处理工具。

8.根据权利要求1～7中任一所述的光源直接成像光学投影装置，提供一种光源直接成像光学投影方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤S1：将投影银幕贴附在银幕支架上，并调整该投影装置与投影银幕之间距离；

步骤S2：通过CCD影像检测器检测投影毛边情况并调整光源箱体的水平度与竖直度；

步骤S3：计算机通过影像信息处理工具分析预实施投影的原线路设计图，将成像信息呈现于成像面板上；

步骤S4：开启矩阵点光源装置，对涉及到的发光源像素点同时配电发光以形成点光源图像；

步骤S5：通过物镜准确的将矩阵点光源装置呈现的点光源图像按投影比例放大并映射到投影银幕上。