CN114384750B - 一种投影装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及投影技术领域，公开了一种投影装置，可以提高投影成像的亮度。投影装置部分包括：所述投影装置包括水银球泡灯、色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头；所述水银球泡灯发出的目标光线经过所述色轮发出目标交替光，所述目标交替光包括五单色光，所述五单色光包括红光、绿光、蓝光、黄光和白光，所述五单色光经过所述偏振光转换器后，所述五单色光中各交替光束转换为S偏振光；转换出的各所述S偏振光进入所述均光棒均匀处理以射出均匀光斑，所述均匀光斑通过所述凸透镜成像到所述第一菲涅尔透镜处后照射入LCD面板，通过所述投射镜头进行投影。

Description

一种投影装置

技术领域

本申请属于投影技术领域，具体涉及一种投影装置。

背景技术

投影显示技术是目前实现大屏幕显示的有效方式，投影显示指的是将显示器产生的图像经过光学系统投影到屏幕上产生图像的方式。目前主流的投影仪类型包括3LCD式投影仪和单片LCD投影仪。

传统上的单片LCD投影仪，通过控制电路将R\G\B数据信号和场同步等控制信号加载到一片LCD面板上，利用LED光源经过该LCD面板的彩色图像，通过投射镜头投影到大屏幕上。然而现有单片LCD投影仪中，包括水银球泡灯和LED光源，由于LCD面板的透光率和LED色源局限，传统的方式会导致LCD面板的透光率较低，导致最后投影成像不够亮。

发明内容

本申请涉及投影技术领域，公开了一种投影装置，用于解决传统投影方案中投影成像不够亮的技术问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种投影装置，所述投影装置包括水银球泡灯、色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头，所述色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头依次排布设置；所述水银球泡灯发出的目标光线经过所述色轮发出目标交替光，所述目标交替光包括五单色光，所述五单色光包括红光、绿光、蓝光、黄光和白光，所述五单色光经过所述偏振光转换器后，所述五单色光中各交替光束转换为S偏振光；转换出的各所述S偏振光进入所述均光棒均匀处理以射出均匀光斑，所述均匀光斑通过所述凸透镜成像到所述第一菲涅尔透镜处后照射入LCD面板，通过所述投射镜头进行投影。

在一实施方式中，所述投影装置还包括第二菲涅尔透镜、第一偏振光板和第二偏振光板；所述第一偏振光板位于所述第一菲涅尔透镜与所述LCD面板之间，所述第二偏振光板和所述第二菲涅尔透镜依次排列且位于所述LCD面板与所述投射镜头之间，其中，所述第二偏振光板贴于所述LCD面板的一面，所述第一偏振光板贴于所述LCD面板的一面，所述第一菲涅尔透镜的一面为平透面，所述第一菲涅尔透镜的另一面为螺纹透面，所述第一菲涅尔透镜的平透面朝向所述凸透镜，所述第一菲涅尔透镜的螺纹透面朝向所述第一偏振光板；所述第二菲涅尔透镜的一面为平透面，所述第二菲涅尔透镜的另一面为螺纹透面，所述第二菲涅尔透镜的平透面朝向所述第二偏振光板，所述第二菲涅尔透镜的螺纹透面朝向所述投射镜头；

所述均匀光斑通过所述凸透镜成像到所述第一菲涅尔透镜处后，依次经过所述第一偏振光板、所述LCD面板、所述第二偏振光板和所述第二菲涅尔透镜形成投影光束。

在一实施方式中，所述投影装置还包括聚光透镜和球面镜，其中，所述水银球泡灯位于所述聚光透镜与所述球面镜之间，所述聚光透镜位于所述水银球泡灯与所述色轮之间，所述球面镜、聚光透镜和所述水银球泡灯的轴心位于同一直线上。

在一实施方式中，所述水银球泡灯、色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头的轴心位于同一直线上。

在一实施方式中，所述偏振光转换器包括偏振分光片、反光镜和双折射晶体片，其中，所述五单色光的交替光射入所述偏振分光片且所述五单色光的交替光与所述偏振分光片形成的锐角夹角为45度，所述偏振分光片与所述反光镜的镜面相对且平行设置，所述五单色光的交替光入射所述偏振分光片后，S偏振态的光从所述偏振分光片透射形成其中一部分的S偏振光，P偏振态的光从所述偏振分光片分光并射入所述反光镜，所述P偏振态的光经过所述反光镜反射，以射入设置于所述偏振分光片和反光镜之间的双折射晶体片，所述P偏振态经过所述双折射晶体片转换为另一部分的S偏振光，所述一部分的S偏振光和所述另一部分的S偏振光均射入所述均光棒。

在一实施方式中，所述双折射晶体片的一面朝向所述反光镜，所述双折射晶体片的另一面朝向所述偏振分光片，且所述双折射晶体片的第一边缘端和第二边缘端分别与反光镜的其中一边缘端、偏振分光片的其中一边缘端固接。

在一实施方式中，所述双折射晶体片的一面朝向所述反光镜，所述双折射晶体片的另一面朝向所述偏振分光片，且所述双折射晶体片的第一边缘端和第二边缘端分别与反光镜的其中一边缘端、偏振分光片的其中一边缘端固接。

在一实施方式中，所述投影装置还包括分色镜，其中，所述分色镜位于所述第一菲涅尔透镜与所述凸透镜之间，所述分色镜用于将所述凸透镜发出的汇聚光分离为多个光束并以不同的角度射入所述第一菲涅尔透镜。

在本申请提供的其中一个方案中，采用了水银球泡灯，通过色轮对水银球泡灯的辐射光转变为五种交替的单色光，并通过将五种交替的单色光均通过偏振光转换器以将经过的单色光全部转换为S偏振光，可以减少偏部分振光的丢失，提升了光的转换率，提高亮度，而且上述操作转换为五单色光，可利用黄光和白光进行光补偿或者调整色温，能减少由于增加黄光和白光影响到投影的色彩饱和度，而且水银球泡灯自身亮度足够，使得最终的投影亮度足够亮。

附图说明

图1是本申请一实施例中一种投影装置的一个结构示意图；

图2是本申请中色轮的一个结构示意图；

图3是本申请一实施例中偏振光转换器的一个结构示意图；

说明书附图中的附图标记如下：

1-水银球泡灯；2-色轮；3-偏振光转换器；4-均光棒；5-凸透镜；6-第一菲涅尔透镜；7-第一偏振光板；8-LCD面板；9-第二偏振光板；10-第二菲涅尔透镜；11-投射镜头；31-反光镜；32-双折射晶体片；33-偏振分光片。

具体实施方式

为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一实施例中，如图1所示，提供了一种投影装置，所述投影装置包括水银球泡灯1、色轮2、偏振光转换器3、均光棒4、凸透镜5、第一菲涅尔透镜6、LCD面板8和投射镜头11；其中，水银球泡灯1、色轮2、偏振光转换器3、均光棒4、凸透镜5、第一菲涅尔透镜6、LCD面板8和投射镜头11依次排布。如图2所示，图2为色轮的一个结构示意图，所述水银球泡灯1作为光源将光束汇聚形成目标光线，该目标光线经过所述色轮2发出目标交替光，可不必增加多余的汇聚透镜，减小整体结构大小，所述目标交替光包括五单色光，所述五单色光包括红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)、黄光(Y)和白光(W)。在一实施例中，该投影装置还包括聚光透镜(图中未示出)和球面镜(图中未示出)，其中，所述水银球泡灯1位于所述聚光透镜与所述球面镜之间，所述聚光透镜位于所述水银球泡灯1与所述色轮2之间，所述球面镜、聚光透镜和所述水银球泡灯1的轴心位于同一直线上。也就是说，球面镜在水银球泡灯1的对面，水银球泡灯1用于产生辐射光，部分经过球面镜反射回来，可进一步增加水银球泡灯1的亮度，聚光透镜用于将该水银球泡灯1发出的辐射光和球面镜的反射光汇聚得到汇聚光，也经过该聚光透镜的汇聚成平行光，即上述目标光束，可以减少水银球泡灯发出的光散射，又进一步提高光利用率。该汇聚成的平行光经过色轮2会转换为红、绿、蓝、黄和白五种颜色的交替光，也即转换为五单色光。

所述五单色光经过所述偏振光转换器3后，所述五单色光中的各交替光束会转换为垂直偏振光(S polarizing light，S偏振光)。需要说明的是，任何一种光的偏振状态都可以表示为平行偏振光(P polarizing light，P偏振光)和S偏振光的矢量合，P偏振光和S偏振光都是参考穿透光学元件的入射平面定义的，当光线以射入穿透光学元件的表面，如果光线的偏振矢量在这个入射平面，则该偏振矢量为P偏振光，如果光线的偏振矢量垂直于入射平面，则该偏振矢量为S偏振光。在该实施例中，包含P偏振光分量和S偏振光分量的单色交替光水平射入偏振光转换器3后，入射的S偏振态的光透射为S偏振光，入射的P偏振态的光被转换为S偏振光，形成两束S偏振光。在该实施例中，通过色轮2对水银球泡灯1的辐射光转变为五种交替的单色光，并通过将五种交替的单色光均通过偏振光转换器3以将经过的单色光全部转换为S偏振光，可以减少偏部分振光的丢失，提升了光的转换率，上述操作转换为五单色光，是利用白光和进行光补偿或者利用黄光调整色温，可以使得最终的投影亮度和色域范围有所增加，能减少由于增加白光影响到投影的色彩饱和度，而且水银球泡灯自身亮度足够，使得最终的投影亮度足够亮。

在一实施例中，请参阅图3所示，图3为五单色光经过偏振光转换器3转换为S偏振光的一个光路转换示意图，其中，从色轮2出来的各单色交替光，经过偏振光转换器3后全部转换为S偏振光。其中，该偏振光转换器3包括偏振分光片33、反光镜31和双折射晶体片32，所述五单色光的交替光射入所述偏振分光片33且所述五单色光的交替光与所述偏振分光片33形成的锐角夹角为45度，所述偏振分光片33与所述反光镜31的镜面相对且平行设置，所述五单色光的交替光入射所述偏振分光片33后，S偏振态的光从所述偏振分光片33透射形成其中一部分的S偏振光，P偏振态的光从所述偏振分光片33分光并射入所述反光镜31，所述P偏振态的光经过所述反光镜31反射，以射入设置于所述偏振分光片33和反光镜31之间的双折射晶体片32，所述P偏振态的光经过所述双折射晶体片32转换为另一部分的S偏振光，这样，转换出的所有S偏振光射入均光棒4进行均光处理。

在一实施例中，所述双折射晶体片32的一面朝向所述反光镜31，所述双折射晶体片32的另一面朝向所述均光棒4，且所述双折射晶体片32的第一边缘端和第二边缘端分别与反光镜31的其中一边缘端、偏振分光片33的其中一边缘端固接，所述第一边缘端和第二边缘端为对称边缘端。在该实施例中，所述五单色光的交替光入射所述偏振分光片33后，S偏振态的光从所述偏振分光片33透射形成其中一部分的S偏振光，P偏振态的光从所述偏振分光片33分光并射入与该偏振分光片33平行设置的反光镜31，由于该偏振分光片33与反光镜31平行设置，入射的P偏振态的光与入射方向垂直，从反光镜31反射至所述双折射晶体片32，经过所述双折射晶体片32转换得到为另一部分的S偏振光。

在一实施例中，所述双折射晶体片32的一面朝向所述反光镜31，所述双折射晶体片32的另一面朝向所述偏振分光片33，且所述双折射晶体片32的第一边缘端和第二边缘端分别与反光镜31的其中一边缘端、偏振分光片33的其中一边缘端固接。在该实施例中，所述五单色光的交替光入射所述偏振分光片33后，S偏振态的光从所述偏振分光片33透射形成其中一部分的S偏振光，P偏振态的光从所述偏振分光片33分光并射入与该偏振分光片33相对设置的所述双折射晶体片32转换为另一部分的S偏振光且射入所述双折射晶体片32另一面相对设置的反光镜31，从而该另一部分的S偏振光从反光镜31反射成与透射出的S偏振光平行的S偏振光。

转换出的各所述S偏振光进入所述均光棒4均匀处理以射出均匀光斑。可以理解，可将转换出的各所述S偏振光聚焦射入到所述均光棒4的入射口，可能存在发散角度的光线，通过使均光棒4收集到五单色光对应的S偏振光并均匀处理，使得入射到均光棒4的S偏振光得到多次反射均匀传播，使得光束分布均匀，得到发散性较好的均匀光斑，得到比较好的均光效果，后续能够均匀成像。其中，在一实施例中，所述均光棒4的出射口贴合于凸透镜5的平面，凸透镜5的凸面朝向所述第一菲涅尔透镜6，避免由于设置均光棒占据过多空间，所述均匀光斑通过所述凸透镜5成像到所述第一菲涅尔透镜6处后照射入LCD面板8，也就是说，凸透镜5的出光面正对着第一菲涅尔透镜6的进光面，经第一菲涅尔透镜6后形成高亮度、艳丽的光束照射在LCD面板8上，最后通过所述投射镜头11进行投影，例如将LCD面板的显示画面投影至投影幕布、投影面板(墙等)上。

在一实施例中，所述水银球泡灯1、色轮2、偏振光转换器3、均光棒4、凸透镜5、第一菲涅尔透镜6、LCD面板8和投射镜头11的轴心位于同一直线上。也即所述水银球泡灯1的轴心、色轮2的轴心、偏振光转换器3的轴心、均光棒4的轴心、几个透镜的轴心、LCD面板8的轴心和投射镜头11的轴心位于同一直线上，以形成所需的光入射角度，减少光的散射，形成更佳的投影结果。

在一实施例中，所述均匀光斑利用阿贝原理成像原理，通过所述凸透镜5成像到所述第一菲涅尔透镜6处后照射入LCD面板8。需要说明的是，在传统的方案中，通常会采用诸如棱镜单元的方式的合光单元对LED光源1分离出的三原色光后续进程合光处理，然而无疑需要在投影装置增加额外的合光单元(如棱镜单元)，增加了投影装置的系统成本，而在本申请中，利用阿贝原理成像通过所述凸透镜5成像到所述第一菲涅尔透镜6处后照射入LCD面板8进行成像，是一种创新设计，减少了采用棱镜单元或者其他的合光单元设计，极大了降低了投影装置的整体成本，而是巧妙的利用了阿贝原理成像原理，会使整体结构也更小，有利于提供一种小型化的投影装置。

这里还需要说明的是，本发明与传统方案的区别还包括：因为需要通过利用阿贝原理成像通过所述凸透镜5成像到所述第一菲涅尔透镜6处后照射入LCD面板8进行成像，因此，为避免偏振光转换器3影响成像，本发明中将偏振光转换器3布置于色轮后，这样均光帮4射出的均匀光斑能够通过所述凸透镜5成像到所述第一菲涅尔透镜6处。

在一实施例中，所述投影装置还包括第二菲涅尔透镜10、第一偏振光板7和第二偏振光板9；所述第一偏振光板7作为入射偏振光板位于所述第一菲涅尔透镜6与所述LCD面板8之间，所述第二偏振光板9和所述第二菲涅尔透镜10依次排列且位于所述LCD面板8与所述投射镜头11之间，其中，所述第二偏振光板9贴于所述LCD面板8的一面；所述第一个菲涅尔透镜6的一面为平透面，所述第一菲涅尔透镜6的另一面为螺纹透面，所述第一菲涅尔透镜6的平透面朝向所述凸透镜，所述第一菲涅尔透镜6的螺纹透面朝向所述第一偏振光板7；所述第二菲涅尔透镜10的一面为平透面，所述第二菲涅尔透镜10的另一面为螺纹透面，所述第二菲涅尔透镜10的平透面朝向所述第二偏振光板9，所述第二菲涅尔透镜10的螺纹透面朝向所述投射镜头11；所述第一偏振光板7贴于所述LCD面板8的一面；所述均匀光斑通过所述凸透镜5成像到所述第一菲涅尔透镜6处后，依次经过所述第一偏振光板7、所述LCD面板8、所述第二偏振光板9和所述第二菲涅尔透镜10形成投影光束，最后通过投射镜头进行投影。在该实施例中，第一偏振光板7作为入射偏振光板，第二偏振光板9作为出射偏振光板，通过第一偏振光板7和第二偏振光板9前后设于LCD面板，最后利用第二菲涅尔透镜10将投影光均匀散射在投射镜头11，使得投影画面可以均匀的投影出来。

在一实施例中，所述投影装置还包括分色镜(图中未示出)，其中，所述分色镜位于所述第一菲涅尔透镜6与所述凸透镜5之间，所述分色镜用于将所述凸透镜5发出的汇聚光分离为多个光束并以不同的角度射入所述第一菲涅尔透镜6。这样，可以根据彩色图像显示所需的波长范围将所述凸透镜5发出的光分离成所需的光束射入所述第一菲涅尔透镜6，以提高后续的成像显示质量。

在一实施例中，所述投影装置还包括控制单元(图中未示出)，控制单元用于所述色轮2在一个周期内以某种间隔顺序交替输出上述五单色光。在一实施例中，所述控制单元用于接收显示控制信号，所述显示控制信号包括色彩信号和同步信号，并根据所述所述同步信号控制所述色轮2按照某种交替顺序产生所述五单色光，并根据所述色彩信号控制所述LCD面板对照射入所述LCD面板的光束进行对应的调整。

需要说明的是，上述投影装置还可以包括电源、开关或者控制电路等模块，在此不一一说明。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括水银球泡灯、色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头，所述色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头依次排布设置；所述水银球泡灯发出的目标光线经过所述色轮发出目标交替光，所述目标交替光包括五单色光，所述五单色光包括红光、绿光、蓝光、黄光和白光，所述五单色光经过所述偏振光转换器后，所述五单色光中各交替光束转换为S偏振光；转换出的各所述S偏振光进入所述均光棒均匀处理以射出均匀光斑，所述均匀光斑通过所述凸透镜成像到所述第一菲涅尔透镜处后照射入LCD面板，通过所述投射镜头进行投影；

所述投影装置还包括分色镜，其中，所述分色镜位于所述第一菲涅尔透镜与所述凸透镜之间，所述分色镜用于将所述凸透镜发出的汇聚光分离为多个光束并以不同的角度射入所述第一菲涅尔透镜；

所述投影装置还包括聚光透镜和球面镜，其中，所述水银球泡灯位于所述聚光透镜与所述球面镜之间，所述聚光透镜位于所述水银球泡灯与所述色轮之间，所述球面镜、聚光透镜和所述水银球泡灯的轴心位于同一直线上；

所述均匀光斑利用阿贝原理成像原理，通过所述凸透镜成像到所述第一菲涅尔透镜处后照射入LCD面板，所述偏振光转换器布置于所述色轮后；

所述投影装置还包括第二菲涅尔透镜、第一偏振光板和第二偏振光板；所述第一偏振光板位于所述第一菲涅尔透镜与所述LCD面板之间，所述第二偏振光板和所述第二菲涅尔透镜依次排列且位于所述LCD面板与所述投射镜头之间，其中，所述第二偏振光板贴于所述LCD面板的一面，所述第一偏振光板贴于所述LCD面板的一面，所述第一菲涅尔透镜的一面为平透面，所述第一菲涅尔透镜的另一面为螺纹透面，所述第一菲涅尔透镜的平透面朝向所述凸透镜，所述第一菲涅尔透镜的螺纹透面朝向所述第一偏振光板；所述第二菲涅尔透镜的一面为平透面，所述第二菲涅尔透镜的另一面为螺纹透面，所述第二菲涅尔透镜的平透面朝向所述第二偏振光板，所述第二菲涅尔透镜的螺纹透面朝向所述投射镜头；

所述均匀光斑通过所述凸透镜成像到所述第一菲涅尔透镜处后，依次经过所述第一偏振光板、所述LCD面板、所述第二偏振光板和所述第二菲涅尔透镜形成投影光束；

所述偏振光转换器包括偏振分光片、反光镜和双折射晶体片，其中，所述五单色光的交替光射入所述偏振分光片且所述五单色光的交替光与所述偏振分光片形成的锐角夹角为45度，所述偏振分光片与所述反光镜的镜面相对且平行设置，所述五单色光的交替光入射所述偏振分光片后，S偏振态的光从所述偏振分光片透射形成其中一部分的S偏振光，P偏振态的光从所述偏振分光片分光并射入所述反光镜，所述P偏振态的光经过所述反光镜反射，以射入设置于所述偏振分光片和反光镜之间的双折射晶体片，所述P偏振态的光经过所述双折射晶体片转换为另一部分的S偏振光，所述一部分的S偏振光和所述另一部分的S偏振光均射入所述均光棒。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述水银球泡灯、色轮、偏振光转换器、均光棒、凸透镜、第一菲涅尔透镜、LCD面板和投射镜头的轴心位于同一直线上。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述双折射晶体片的一面朝向所述反光镜，所述双折射晶体片的另一面朝向所述偏振分光片，且所述双折射晶体片的第一边缘端和第二边缘端分别与反光镜的其中一边缘端、偏振分光片的其中一边缘端固接。