CN112584111A - 一种高对比度投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高对比度投影装置，其包括：光调制器、棱镜组件以及镜头，其中：所述棱镜组件，用于将入射光引导至所述光调制器上；所述光调制器，用于调制所述棱镜组件引导的所述入射光，并将调制获得的出射光经由所述棱镜组件透射至所述镜头；所述镜头，用于将所述出射光投影至屏幕以形成图像；以及所述光调制器与所述棱镜组件之间设置有介质材料层。通过在棱镜组件与光调制器之间增加介质材料层，使得棱镜组件与光调制器的玻璃界面处的反射光减少，从而在不影响显示图像输出亮度的情况下，降低了图像暗场的亮度，提升了图像的对比度。

Description

一种高对比度投影装置

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，更具体地涉及一种高对比度投影装置。

背景技术

数字微镜器件(DMD-Digital Micro-Mirror Device)是光开关的一种，其利用旋转反射镜实现光开关的开合。近年来DMD的应用越来越广泛，已经广泛应用于投影显示、数字曝光、数字3D打印等领域。

现有的DMD投影系统，由于玻璃界面的存在，无论镀膜质量如何提高，都会造成部分入射光被反射进入镜头的现象，造成屏幕上显示的图像的对比度的降低。

因此，需要提出一种新的具有高对比度的投影装置。

发明内容

为了解决上述问题而提出了本发明。本发明提出了一种高对比度投影装置，其通过在棱镜与DMD之间设置折射率与二者相匹配的介质材料层，从而减少棱镜表面与DMD表面的反射光，从而能够在不影响图像输入亮度的情况下，提升显示图像的对比度。下面简要描述本发明提出的高对比度投影装置，更多细节将在后续结合附图在具体实施方式中加以描述。

根据本发明一方面，提供了一种高对比度投影装置，其包括：光调制器、棱镜以及镜头，其中：

所述棱镜，用于将入射光引导至所述光调制器上；

所述光调制器，用于调制所述棱镜引导的所述入射光，并将调制获得的出射光经由所述棱镜透射至所述镜头；

所述镜头，用于将所述出射光投影至屏幕以形成图像；以及

所述光调制器与所述棱镜之间设置有介质材料层。

进一步地，所述介质材料层对所述入射光透过率大于90％。

进一步地，所述光调制器面向所述棱镜的面为光调制器第一表面，所述棱镜面向所述光调制器的面为棱镜第一表面，其中将所述介质材料层贴合设置于所述光调制器第一表面与所述棱镜第一表面之间。

进一步地，所述介质材料层的折射率介于所述光调制器第一表面的折射率与所述棱镜第一表面的折射率之间。

进一步地，所述介质材料层包括玻璃材料。

进一步地，通过光学胶将所述玻璃材料固定至所述光调制器第一表面与所述棱镜第一表面之间，使得所述玻璃材料分别与所述光调制器第一表面、所述棱镜第一表面完全接触。

进一步地，所述光学胶的折射率≥1.3且≤1.7。

进一步地，所述介质材料层包括设置于所述光调制器第一表面与所述棱镜第一表面之间的密封结构，且所述密封结构内填充有光学介质。

进一步地，所述光学介质的折射率介于所述光调制器第一表面的折射率与所述棱镜第一表面的折射率之间。

进一步地，所述光学介质包括光学胶或者折射率匹配膏。

根据本发明的高对比度投影装置，通过在棱镜与DMD之间增加介质材料层，使得棱镜面向DMD的面处与DMD面向棱镜的面处的反射光减少，从而在不影响显示图像输出亮度的情况下，降低了图像暗场的亮度，提升了图像的对比度。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示出了现有的激光显示系统的示意图；

图2示出了现有的DMD投影示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的高对比度投影装置的示意图；以及

图4示出了根据本发明另一实施例的高对比度投影装置的示意图。

附图标记：

10：光源

11：聚光镜

12：色轮

13：匀光镜

14：DMD调制装置

15：投影镜头

20：入射光束

23：出射光束

21：反射光束

22：反射光束

24：调制光束

100：光调制器

200：棱镜组件

300：镜头

400：介质材料层

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

下面参考图1来对现有的激光显示系统作简单描述，其中图1示出了现有的激光显示系统的示意图。

如图1所示，现有的激光显示系统包括光源10、聚光镜11、色轮12、匀光镜13、DMD调制装置14以及投影镜头15等；

上述的激光显示系统的工作原理如下：光源10发射出光线，该光线经过聚光镜11汇聚后入射至色轮12上，色轮12上对应的荧光粉区在入射光线的作用下发射出相应颜色的出射光线，之后，通过匀光镜13将色轮12射出的出射光线转换为亮度均匀的光线后入射至DMD调制装置14，DMD调制装置接收并调制其亮度均匀的光线，并将调制后的光线反射至投影镜头15，从而通过投影镜头15形成对应的图像以进行显示。

下面参考图2来对现有的DMD投影作简单描述，图2示出了现有的DMD投影示意图。

图2示出了现有DLP投影系统中的DMD投影示意图。具体地，该投影系统主要包括：DMD 100、棱镜组件200以及镜头300；该系统的投影原理如下：20为入射光束，该入射光束入射到棱镜组件200(例如，两块三角棱镜的胶合面)的全反射面上，通过棱镜组件200的反射形成出射光束23，出射光束23再入射到DMD上并照亮DMD面，然后DMD对出射光束23进行调制，以便使有效的调制光束24被反射出DMD，并入射到镜头300，从而通过镜头300在屏幕上形成图像并显示。

现有技术中，入射光束20会在棱镜组件200的面A与DMD的面B两个面上发生部分反射，分别形成反射光束21与22，这两束反射光束没有经过DMD的调制，始终存在。当投影镜头的F数过小时，会造成反射光束21与22经过镜头300投射到屏幕上，造成图像对比度的下降，且造成画质下降。

为了降低反射光束21与22的影响，通常采用提高镜头的F数或是采用局部采用遮光的方式来达到消除反射光束21与22的影响，然而，这两种方法都会影响图像亮度的输出。因此，需要提出一种在不影响图像亮度输出的情况下提高图像对比度的投影装置。

下面将参照图3-图4对本发明的高对比度投影装置进行详细描述；其中，图3示出了根据本发明一实施例的高对比度投影装置的示意图；以及图4示出了根据本发明另一实施例的高对比度投影装置的示意图。

本发明的实施例的高对比度投影装置，其包括：光调制器、棱镜组件以及镜头，其中：

棱镜组件，用于将入射光反射至所述光调制器上；

光调制器，用于调制所述棱镜反射的所述入射光，并将调制获得的出射光经由所述棱镜组件透射至所述镜头；

镜头，用于将所述出射光投影至屏幕以形成图像；以及

光调制器与所述棱镜组件之间设置有介质材料层。

其中，光调制器可以包括数字微镜器件，数字微镜器件(DMD-Digital Micro-Mirror Device)是数字光处理(DLP-Digital Light Processing)的基础，一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关，50～130万个微镜片聚集在CMOS硅基片上。

一个单DMD投影系统中，需要用一个色轮来产生全彩色投影图像。色轮由红、绿、蓝滤波系统组成，它以60Hz的频率转动。在这种结构中，DLP工作在顺序颜色模式。输入信号被转化为RGB数据，数据按顺序写入DMD的SRAM，白光光源通过聚焦透镜聚集在色轮上，通过色轮的光线然后成像在DMD的表面。当色轮旋转时，红、绿、蓝光顺序地射在DMD上。色轮和视频图像是顺序进行的，所以当红光射到DMD上时，镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”，绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。通过投影透镜，在DMD表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上进行显示。

实施例一

图3示出了根据本发明一实施例的高对比度投影装置的示意图，具体地：

如图3所示，本发明该实施例的高对比度投影装置，其包括：光调制器100、棱镜组件200以及镜头300；

示例性地，棱镜组件200可以包括两个棱镜，且棱镜可以为三角形，两个棱镜胶合在一起构成棱镜组件。

其中，将棱镜组件200面向光调制器100的面作为棱镜200的第一表面，简称为面A；并且将光调制器100面向棱镜组件200的面作为光调制器100的第一表面，简称为面B。

如图3所示，入射的光束20通过棱镜组件200折射后射出出射光束23，出射光束23会在棱镜组件200的面A与DMD 100的面B两个面上发生部分反射，分别形成反射光束21与22，这两束反射光束没有经过DMD 100的调制，出射光束23经过DMD 100的调制射出光束24，调制光束24经由镜头300而投影至屏幕生成图像显示。

示例性地，棱镜组件的材质可以包括BAK4、BK7等，此处不做限制，本领域技术人员所熟知的其他适合的材质均可应用与此。

示例性地，在面A与面B之间设置介质材料层400，该介质材料层400的折射率与棱镜组件面A材料的折射率以及DMD面B材料的折射率相匹配，也就是说，相对于空气介质，该介质材料层400的折射率更加接近棱镜组件面A材料的折射率以及DMD面B材料的折射率。

具体地，可以设置该介质材料层400的折射率大于空气的折射率，例如可以选择介质材料层400的折射率大于1，从而可以降低因折射率差导致的界面反射，降低反射光束21与22的比例，提升显示图像的对比度。

优选地，可以设置介质材料层400的折射率介于光调制器面B的折射率与棱镜组件面A的折射率之间；例如，当棱镜组件面A的折射率小于光调制器面B的折射率时，设置介质材料层400的折射率大于棱镜组件面A的折射率且小于光调制器面B的折射率；当棱镜组件面A的折射率大于光调制器面B的折射率时，设置介质材料层400的折射率大于光调制器面B的折射率且小于棱镜组件面A的折射率。

示例性地，棱镜组件的玻璃材质为BK7，其折射率为1.5168，DMD采用的玻璃的材质为corning7056，其折射率为1.487，则选择介质材料层400的折射率的范围为1.487-1.5168，即低于棱镜组件的折射率，高于DMD的折射率。

示例性地，棱镜组件的玻璃材质为BK7，其折射率为1.5168，DMD玻璃的材质为D1748，其折射率为1.717，则选择介质材料层400的折射率的范围为1.5168-1.717，即高于棱镜组件的折射率，低于DMD的折射率。

示例性地，将上述介质材料层400完全贴合地设置于光调制器面B与棱镜组件面A之间，这样可以使光调制器面B与棱镜组件面A之间通过介质材料层完全接触，从而达到完全不存空气的效果，进而减少空气与光调制器面B以及棱镜组件面A的折射率差异过大而对入射光产生的反射影响。

示例性地，介质材料层400可以包括玻璃材料，并且为了达到无空气的完全接触，可以在玻璃材料的上下两面均涂有对应折射率的光学胶，也就是使得玻璃材料上涂的光学胶的折射率接近玻璃材料的折射率，使得光的反射率低；

具体地，可以选择光学胶的折射率为≥1.3且≤1.7。

实施例一的高对比度投影装置，通过在棱镜组件面A和光调制器面B之间设置折射率匹配的介质材料层，可以降低因折射率差导致的界面反射，大幅降低反射光束21与22的比例，约降低到现有技术中的反射光束21与22的10％以下，从而很好地提升图像的对比度。

实施例二

图4示出了根据本发明另一实施例的高对比度投影装置的示意图，具体地：

如图4所示，本发明该实施例的高对比度投影装置，其包括：光调制器100、棱镜组件200以及镜头300(图中未示出)；

本实施例的高对比度投影装置与实施例一中的高对比度投影装置的主要区别在于介质材料层，下面参考图4对本实施例的高对比度投影装置的介质材料层作详细描述：

如图4所示，本实施例的高对比度投影装置的介质材料层200包括密封结构，图中粗线条的实线即表示密封结构，该密封结构可以是具有密封功能形状为矩形的隔离物；其中，隔离物的形状还可以采用椭圆形、多边形等其他适合的形状，此处不作限制。

示例性地，该密封结构可以采用防水胶条、密封胶等制作完成，本领域技术人员所熟知的其他具有密封功能的其他适合的材料均可应用与此，对此不作限定。

示例性地，将密封结构设置于光调制器面B与棱镜组件面A之间，且该密封结构靠近光调制器的边缘设置；密封结构与光调制器面B与棱镜组件面A完全接触，从而形成密闭空腔；然后在密闭空腔中填充光学介质，具体地，该光学介质的折射率与光调制器面B以及棱镜组件面A的折射率相匹配。

示例性地，上述光学介质的折射率可以介于光调制器面B的折射率与棱镜组件面A的折射率之间；其中，光学介质可以包括光学胶或折射率匹配膏等。

实施例二中的高对比度投影装置的其他结构以及工作原理均与实施例一种的高对比度投影装置相同，在此不再赘述。

实施例二的高对比度投影装置，通过在棱镜组件面A和光调制器面B之间设置折射率匹配的介质材料层，可以降低因折射率差导致的界面反射，大幅降低反射光束21与22的比例，约降低到现有技术中的反射光束21与22的10％以下，从而很好地提升图像的对比度。

基于上面的描述，根据本发明实施例的高对比度投影装置，通过在棱镜组件与DMD之间增加介质材料层，使得棱镜面向DMD的面处与DMD面向棱镜的面处的反射光减少，从而在不影响显示图像输出亮度的情况下，降低了图像暗场的亮度，提升了图像的对比度。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的物品分析设备中的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高对比度投影装置，其特征在于，包括：光调制器、棱镜组件以及镜头，其中：

所述棱镜组件，用于将入射光引导至所述光调制器上；

所述光调制器，用于调制所述棱镜组件引导的所述入射光，并将调制获得的出射光经由所述棱镜组件透射至所述镜头；

所述镜头，用于将所述出射光投影至屏幕以形成图像；以及

所述光调制器与所述棱镜组件之间设置有介质材料层。

2.如权利要求1所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述介质材料层对所述入射光透过率大于90％。

3.如权利要求1或2所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述光调制器面向所述棱镜组件的面为光调制器第一表面，所述棱镜组件面向所述光调制器的面为棱镜组件第一表面，其中将所述介质材料层贴合设置于所述光调制器第一表面与所述棱镜组件第一表面之间。

4.如权利要求3所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述介质材料层的折射率介于所述光调制器第一表面的折射率与所述棱镜组件第一表面的折射率之间。

5.如权利要求4所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述介质材料层包括玻璃材料。

6.如权利要求5所述的高对比度投影装置，其特征在于，通过光学胶将所述玻璃材料固定至所述光调制器第一表面与所述棱镜组件第一表面之间，使得所述玻璃材料分别与所述光调制器第一表面、所述棱镜组件第一表面完全接触。

7.如权利要求6所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述光学胶的折射率≥1.3且≤1.7。

8.如权利要求4所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述介质材料层包括设置于所述光调制器第一表面与所述棱镜组件第一表面之间的密封结构，且所述密封结构内填充有光学介质。

9.如权利要求8所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述光学介质的折射率介于所述光调制器第一表面的折射率与所述棱镜组件第一表面的折射率之间。

10.如权利要求9所述的高对比度投影装置，其特征在于，所述光学介质包括光学胶或者折射率匹配膏。

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