CN111856849B - 投影设备、投影系统及激光电视 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影设备、投影系统及激光电视，涉及投影技术领域，用于改善投影屏幕周边显示暗影的问题，同时可以增强投影屏幕的周边显示画面的亮度，提高画面质量。该投影设备包括壳体及设于壳体内的投影光机，壳体上设有开口，开口内设有透光板，投影光机投射出的影像光束通过透光板射出至壳体外；透光板包括位于中央的第一透光区域和位于周边的第二透光区域，第二透光区域设有棱镜微结构，影像光束中射向第二透光区域的光线，经棱镜微结构折射后向第一透光区域所在的一侧偏折。本发明提供的投影设备，使原本形成屏幕周边暗影的杂散光线可以投射在显示画面内。

Description

投影设备、投影系统及激光电视

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种投影设备、投影系统及激光电视。

背景技术

相关技术中，投影系统主要包括投影光机和投影屏幕，其中，投影光机一般包括激光光源、数字微镜元件(Digital Micromirror Device，以下简称DMD光阀)、及投影镜头，激光光源可以提供照明光束，DMD光阀可以对照明光束进行调制后形成影像光束，投影镜头可以接收影像光束并校正放大后投射至投影屏幕成像。

上述相关技术中，为了保证DMD光阀的有效光接收区域被光线填满，光能量密度分布均匀，往往设置DMD光阀表面接收到的光斑面积大于DMD光阀表面的有效光接收区域，参见图1，这将导致影像光束在投射至投影屏幕10后，会在投影屏幕10的有效显示范围102的周侧形成一圈暗影104，不仅影响显示效果，还造成系统效率损失。此外，在超短焦镜头设计中，由于镜头对边缘大角度光线的处理能力相对低于距离光轴较近的光束部分，导致系统的相对照度较低，参见图2，投影屏幕显示画面周边的相对照度小于0.7，投影屏幕显示画面周边的亮度比较低，对画面质量造成了影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影设备、投影系统及激光电视，用于改善投影屏幕周边显示暗影的问题，同时可以增强投影屏幕的周边显示画面的亮度，提高画面质量。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种投影设备，该投影设备包括壳体及设于壳体内的投影光机，壳体上设有开口，开口内设有透光板，投影光机投射出的影像光束通过透光板射出至壳体外；透光板包括位于中央的第一透光区域和位于周边的第二透光区域，第二透光区域设有棱镜微结构，影像光束中射向第二透光区域的光线，经棱镜微结构折射后向第一透光区域所在的一侧偏折。

可选地，棱镜微结构包括至少一个棱镜条，至少一个棱镜条自第二透光区域远离第一透光区域的一端至靠近第一透光区域的一端排列。

可选地，第二透光区域呈环状；其中，每个棱镜条沿第二透光区域的周向方向延伸形成闭环；或者，每个棱镜条包括多个子棱镜段，每个棱镜条中的多个子棱镜段沿第二透光区域的周向方向依次间隔排列。

可选地，棱镜条的入光面包括平面或弧面。

可选地，棱镜条的横截面呈三角形。

可选地，棱镜微结构设置于第二透光区域面向投影光机的表面上。

可选地，透光板的材质与棱镜微结构的材质相同。

可选地，透光板为玻璃板。

可选地，投影光机包括激光光源、数字微镜元件及投影镜头；其中，激光光源用于提供照明光束，数字微镜元件用于对照明光束进行调制后形成影像光束，投影镜头用于接收影像光束并校正放大后通过透光板射出至壳体外。

可选地，投影镜头包括沿光路方向依次设置的折射镜和反射镜。

基于上述投影设备的技术方案，本发明的第二方面提供了一种投影系统，该投影系统包括：投影屏幕；如上述任一项技术方案中的投影设备，通过投影设备的透光板射出至壳体外的影像光束落在投影屏幕上，以在投影屏幕上形成图像。

基于上述投影系统的技术方案，本发明的第三方面提供了一种激光电视，该激光电视包括：如上述任一项技术方案中的投影系统。

与现有技术相比，本发明提供的投影设备及投影系统具有如下有益效果：

本发明提供的投影设备，在投影光机外设置有壳体，壳体上设有开口，开口内设有透光板，使得投影光机投射出的影像光束可以通过透光板射出至壳体外，例如投射在投影屏幕上。该透光区包括位于中央的第一透光区域和位于周边的第二透光区域，通过在第二透光区域内设置棱镜微结构，使影像光束在穿过透光板时，影像光束中原本射向第二透光区域的光线，可以经棱镜微结构折射后向第一透光区域所在的一侧偏折，使原本形成屏幕周边暗影的杂散光线可以投射在显示画面周边，一方面改善了在投影屏幕周边显示暗影的问题，另一方面增强了投影屏幕的周边显示画面的亮度，具有较好的亮度补偿效果，提高了画面质量，进而有效的利用了这部分能量，提升了系统效率。

本发明提供的投影系统及激光电视所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的投影设备所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据相关技术提供的投影屏幕显示及周边暗影区域的结构示意图；

图2示出了根据相关技术提供的投影屏幕的相对照度曲线图；

图3示出了根据本发明一个实施例提供的壳体的结构示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例提供的投影设备的结构示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例提供的壳体开口处的光形图；

图6示出了根据本发明一个实施例提供的透光板的结构示意图；

图7示出了根据本发明另一个实施例提供的透光板的结构示意图；

图8示出了根据本发明再一个实施例提供的透光板的结构示意图；

图9示出了根据本发明一个实施例提供的透光板及棱镜条的截面示意图；

图10示出了根据本发明另一个实施例提供的投影设备的结构示意图；

图11示出了根据本发明一个实施例提供的透光板及棱镜条的光线折射示意图；

图12示出了根据本发明另一个实施例提供的透光板及棱镜条的截面示意图；

图13示出了根据本发明另一个实施例提供的透光板及棱镜条的光线折射示意图；

图14示出了根据本发明另一个实施例提供的透光板及棱镜条的光线折射示意图。

附图标记：

10-投影屏幕， 102-有效显示范围， 104-暗影，

20-壳体， 202-透光板， 204-棱镜微结构，

206-第一透光区域， 208-第二透光区域， 210-棱镜条，

212-子棱镜段， 30-投影光机， 302-激光光源，

304-数字微镜元件， 306-投影镜头， 308-折射镜，

310-反射镜。

具体实施方式

为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明的实施例提供的投影设备、投影系统及激光电视进行详细描述。

参见图3至图8，本发明的一些实施例提供了一种投影设备，该投影设备包括壳体20及设于壳体20内的投影光机30，壳体20上设有开口，开口内设有透光板202，投影光机30投射出的影像光束通过透光板202射出至壳体20外；透光板202包括位于中央的第一透光区域206和位于周边的第二透光区域208，第二透光区域208设有棱镜微结构204，影像光束中射向第二透光区域208的光线，经棱镜微结构204折射后向第一透光区域206所在的一侧偏折。其中，透光板202的形状不局限于图3中所示出的方形，其也可以是圆形或椭圆形等，具体可以根据需要制成相应的形状。

本发明提供的投影设备，在投影光机30外设置有壳体20，壳体20上设有开口，开口内设有透光板202，使得投影光机30投射出的影像光束可以通过透光板202射出至壳体20外，例如投射在投影屏幕上。该透光区包括位于中央的第一透光区域206和位于周边的第二透光区域208，通过在第二透光区域208内设置棱镜微结构204，使影像光束在穿过透光板202时，影像光束中原本射向第二透光区域208的光线，可以经棱镜微结构204折射后向第一透光区域206所在的一侧偏折，使原本形成屏幕周边暗影的杂散光线可以投射在显示画面周边，一方面改善了在投影屏幕周边显示暗影的问题，另一方面增强了投影屏幕的周边显示画面的亮度，具有较好的亮度补偿效果，提高了画面质量，进而有效的利用了这部分能量，提升了系统效率。

值得指出的是，如图5所示，壳体20的开口处的周边光线A是形成屏幕周边暗影的光线，壳体20的开口处的中央光线B是形成有效显示画面的光线，通过设置透光板202，且在透光板202的第二透光区域208设置棱镜微结构204，使周边光线A能够向内侧折射，进而使周边光线A能够投射至屏幕的有效显示范围内，实现增强屏幕有效显示画面的亮度，具有较好的亮度补偿效果。

在一些实施例中，参见图6和图7，棱镜微结构204包括至少一个棱镜条210，至少一个棱镜条210自第二透光区域208远离第一透光区域206的一端至靠近第一透光区域206的一端排列。

本方案中，棱镜微结构204包括至少一个棱镜条210，通过至少一个棱镜条210自第二透光区域208远离第一透光区域206的一端至第二透光区域208靠近第一透光区域206的一端排列，有利于进一步提高对显示画面的亮度补偿效果，不易出现显示画面亮度不均现象，而且能够较好的改善屏幕周边显示暗影的问题。

示例性的，在棱镜条210的数量为多个时，可以设置多个棱镜条210尽量互相平行，这有利于使射向第二透光区域208的光线均匀的向第一透光区域206所在的一侧折射，能够进一步改善显示画面亮度不均现象。

其中，透光板202可以仅由第一透光区域206和第二透光区域208拼接而成(参见图6)，也可以设置第一透光区域206和第二透光区域208仅为该透光板202的一部分(参见图7)。

在一些实施例中，参见图6和图8，第二透光区域208呈环状；其中，每个棱镜条210沿第二透光区域208的周向方向延伸形成闭环(参见图6)；或者，每个棱镜条210包括多个子棱镜段212，每个棱镜条210中的多个子棱镜段212沿第二透光区域208的周向方向依次间隔排列(参见图8)。

本方案中，第二透光区域208呈环状，通过在呈环状的第二透光区域208内布置棱镜微结构204，有利于更全面的改善屏幕周边显示暗影的问题。其中，棱镜微结构204的形状可以有多种，包括但不限于至少一个棱镜条210的形式，通过将每个棱镜条210沿第二透光区域208的周向方向延伸形成闭环，能够更全面的改善屏幕周边显示暗影的问题，通过每个棱镜条210中的多个子棱镜段212沿第二透光区域208的周向方向依次间隔排列，便于将棱镜条210加工在透光板202上。

示例性的，将棱镜微结构204加工在透光板202上的方式有多种，例如以覆膜的方式贴附在透光板202上，或者在生产时，直接加工为一体成型的透光板202与棱镜微结构204。

在一些实施例中，参见图4，棱镜微结构204设置于第二透光区域208面向投影光机30的表面上。

在本实施例中，通过将棱镜微结构204设置于第二透光区域208面向投影光机30的表面上，使得透光板202朝向外壳外部的表面平整，进而使整个投影设备外观整齐，用户在拿放时不易被划伤，若将棱镜微结构204设置于透光板202朝向外壳外部的表面，则容易在拿放或者擦拭透光板202外侧表面时划伤人手，提高了安全性。

在一些实施例中，透光板202的材质与棱镜微结构204的材质相同。例如，透光板202与棱镜微结构204的材质均为玻璃，具有材料便宜、透明透光性好等优点，实用性较高。

在该实施例中，通过设置透光板202与棱镜微结构204的材质相同，使光线从棱镜微结构204进入透光板202后不会发生二次折射，且加工简单，便于批量化制造。

在一些实施例中，参见图9至图14，棱镜条的入光面包括平面或弧面。其中，棱镜条的入光面是指棱镜条上接收影像光束的表面。在一种可能的设计中，棱镜条210的横截面呈三角形。需要说明的是，棱镜条210的截面形状也可以是其他规则形状或不规则形状，其能够实现使接收到的影像光束的光线向屏幕内侧折射即可。

示例性的，参见图9至图11，棱镜条210的入光面为弧面。根据公式α＝arcsin(H/R)，由于α＝i′+θ，H可根据入射点的位置测量得到，因此，可以计算出曲率半径R，进而能够确定该弧面弯曲程度。

示例性的，参见图12和图13，在棱镜条210的截面为三角形时，假设透光板202与棱镜微结构204的折射率均为n′，空气的折射率为n。根据图13可以得知，n×sin(i)＝n′×sin(i′)、n′×sin(θ)＝n×sin(i″)且θ＝i′+α。参见图14，△h为增加棱镜微结构后光线在屏幕上的偏转距离，

Δh＝L×[cot(γ+i)-cot(γ-α+i″)]，

因此，可知，α值越大则△h越大；入射角度i越大△h也越大。所以针对不同入射角度，要设计不同的棱镜角度α，同样要依据暗影宽度设计不同的角度α。

也即,α与以下几个因素有关:

(1)与光线入射到透光板上的角度i有关。即，在△h不变时，α与i呈反相关。

(2)与折射率n′有关。即，在i和△h不变时，α与n′呈反相关。

(3)与透光板到屏幕的距离L有关。即，在i和△h不变时，α与L呈反相关。

在一些实施例中，参见图4，投影光机30包括激光光源302、数字微镜元件304及投影镜头306；其中，激光光源302用于提供照明光束，数字微镜元件304用于对照明光束进行调制后形成影像光束，投影镜头306用于接收影像光束并校正放大后通过透光板202射出至壳体20外。

值得指出的是，数字微镜元件304为DMD光阀，为了保证DMD光阀的有效光接收区域被光线填满，光能量密度分布均匀，往往设置DMD光阀表面接收到的光斑区域大于DMD光阀表面的有效光接收区域，这将导致影像光束在投射至屏幕后，会在屏幕的有效显示范围的周侧形成一圈暗影。其中，假设光斑区域的边界与有效光接收区域的边界之间的距离为d，投影镜头306的放大倍率为β，则投影在屏幕上的周边暗影区域的宽度H＝d×β。为了有效解决屏幕周边显示暗影的问题，透光板202增加棱镜微结构204后光线在屏幕上的偏转距离△h应满足：△h≥H。

参见图14，由于Δh＝L×[cot(γ+i)-cot(γ-α+i″)]，因此，α还与d和β有关。即，d值越大则α越大；β值越大则α越大。

在一些实施例中，参见图4和图10，投影镜头306包括沿光路方向依次设置的折射镜308和反射镜310。

本方案中，通过同时设置折射镜308和反射镜310，能够利用较短的布置距离，达到更大的放大倍率，实用性较高。

另一方面，本发明的提供了一种投影系统，该投影系统包括：投影屏幕；如上述任一项技术方案中的投影设备，通过投影设备的透光板202射出至壳体20外的影像光束落在投影屏幕上，以在投影屏幕上形成图像。

本发明提供的投影系统，投影设备的透光板202射出至壳体20外的影像光束落在投影屏幕上，在投影屏幕上形成图像，由于该透光区包括位于中央的第一透光区域206和位于周边的第二透光区域208，在第二透光区域208内设置有棱镜微结构204，使影像光束在穿过透光板202时，影像光束中原本射向第二透光区域208的光线，可以经棱镜微结构204折射后向第一透光区域206所在的一侧偏折，使原本形成屏幕周边暗影的杂散光线可以投射在显示画面周边，一方面改善了在投影屏幕的图像周侧显示暗影的问题，另一方面增强了投影屏幕的周边图像的亮度，具有较好的亮度补偿效果，提高了画面质量，进而有效的利用了这部分能量，提升了系统效率。

再一方面，本发明的提供了一种激光电视，该激光电视包括：如上述任一项技术方案中的投影系统。

本发明提供的激光电视，在显示图像时，图像的周侧不易显示出暗影，而且增强周边图像的亮度，具有较好的亮度补偿效果，提高了画面质量，进而有效的利用了这部分能量，提升了系统效率。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括壳体及设于所述壳体内的投影光机，所述壳体上设有开口，所述开口内设有透光板，所述投影光机投射出的影像光束通过所述透光板射出至所述壳体外；

所述透光板包括位于中央的第一透光区域和位于周边的第二透光区域，所述第二透光区域设有棱镜微结构，所述影像光束中射向所述第二透光区域的光线，经所述棱镜微结构折射后向所述第一透光区域所在的一侧偏折。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述棱镜微结构包括至少一个棱镜条，所述至少一个棱镜条自所述第二透光区域远离所述第一透光区域的一端至靠近所述第一透光区域的一端排列。

3.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述第二透光区域呈环状；其中，

每个所述棱镜条沿所述第二透光区域的周向方向延伸形成闭环；或者，每个所述棱镜条包括多个子棱镜段，每个所述棱镜条中的多个子棱镜段沿所述第二透光区域的周向方向依次间隔排列。

4.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述棱镜条的入光面包括平面或弧面。

5.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述棱镜条的横截面呈三角形。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的投影设备，其特征在于，所述棱镜微结构设置于所述第二透光区域面向所述投影光机的表面上。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的投影设备，其特征在于，所述透光板的材质与所述棱镜微结构的材质相同。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的投影设备，其特征在于，所述透光板为玻璃板。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的投影设备，其特征在于，所述投影光机包括激光光源、数字微镜元件及投影镜头；其中，

所述激光光源用于提供照明光束，所述数字微镜元件用于对照明光束进行调制后形成影像光束，所述投影镜头用于接收影像光束并校正放大后通过所述透光板射出至所述壳体外。

10.根据权利要求9所述的投影设备，其特征在于，所述投影镜头包括沿光路方向依次设置的折射镜和反射镜。

11.一种投影系统，其特征在于，所述投影系统包括：

投影屏幕；

如权利要求1-10中任一项所述的投影设备，通过所述投影设备的透光板射出至所述壳体外的影像光束落在所述投影屏幕上，以在所述投影屏幕上形成图像。

12.一种激光电视，其特征在于，包括如权利要求11所述的投影系统。

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