CN115113461A - 一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机及投影吸顶灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，高亮度投影光机的安装倾角为第一倾角，高亮度投影光机包括：RGB光源、合光均匀照明系统、DLP显示面板读出系统、投影物镜和离焦补偿机构，DLP显示面板读出系统包括DLP读出光学单元和DLP面板，DLP读出光学单元用于在DLP面板上形成照明光斑，DLP面板离轴偏置布置，离焦补偿机构用于将投影物镜倾斜安装在与投影光机法兰上，DLP面板法线与投影物镜的光轴形成第二倾角。当投影光机在投影吸顶灯里以一定的倾角投影时，使投影镜头光轴与显示面板法线形成倾角，以补偿倾角投影带来的屏幕画面上下的离焦，解决投影屏幕偏离理想成像面的问题。

Description

一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机及投影吸顶灯

技术领域

本发明属于投影吸顶灯领域，尤其涉及一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机及投影吸顶灯。

背景技术

当下室内装修时，通常会将投影仪和吸顶灯结合在一起，从而节约天花板的空间。如中国专利CN201720702267.4中公开了一种带投影仪的吸顶灯，包括灯体，灯体上设有LED灯，其技术要点为，灯体上设有可拆卸安装有投影仪，可以用作照明和投影仪，节省安装空间。

当投影光机以一定的倾角投影，且倾角大于15度时，投影的墙面与投影系统的光轴有一定的倾角，投影屏幕偏离理想成像面，使得投影屏幕的上方和下方容易出现模糊、图像不清晰等问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机及投影吸顶灯，在投影光机以一定的倾角投影时，使投影镜头光轴与显示面板法线形成倾角，以补偿倾角投影带来的屏幕画面上下的离焦，在投影墙上投影出往下偏置1米到2米的大屏幕图像，解决投影屏幕偏离理想成像面的问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，高亮度投影光机的安装倾角为第一倾角，高亮度投影光机包括：RGB光源、合光均匀照明系统、DLP显示面板读出系统、投影物镜和离焦补偿机构，DLP显示面板读出系统包括DLP读出光学单元和DLP面板，DLP读出光学单元用于在DLP面板上形成照明光斑，DLP面板离轴偏置布置，投影物镜通过离焦补偿机构固定安装在投影光机法兰上，DLP面板法线与投影物镜的光轴形成第二倾角。

作为上述技术方案的进一步描述：

投影物镜的离轴偏置量大于或等于120％，投影物镜的投射比小于或等于1.0∶1。

作为上述技术方案的进一步描述：

离焦补偿机构为楔形器件，楔形器件用于将DLP面板上各点与高亮度投影光机以第一倾角投影时相对应的屏幕上的点成物象清晰成像关系。

作为上述技术方案的进一步描述：

RGB光源包括若干个光源通道，一个光源通道对应设置有一个RGB光源模组，光源通道包括红光通道、绿光通道、蓝光通道和远程激发蓝光通道，红光通道处设置有红光模组，绿光通道处设置有绿光模组，蓝光通道处设置有蓝光模组，远程激发蓝光通道处设置有远程蓝光模组。

作为上述技术方案的进一步描述：

远程激发蓝光通道为激光光源通道。

作为上述技术方案的进一步描述：

红光通道为激光光源通道。

作为上述技术方案的进一步描述：

蓝光模组包括RGB发光光源芯片和准直镜。

作为上述技术方案的进一步描述：

合光均匀照明系统包括RGB三色合成系统、匀光器件和聚光镜，RGB三色合成系统包括第一合光镜和第二合光镜。

另一方面，本发明提供了一种投影吸顶灯，包括如上述的高亮度投影光机和吸顶灯模组，吸顶灯模组用于对高亮度投影光机下方的空间进行照明，吸顶灯模组包括灯体外壳、安装支架、灯罩、氛围灯、LED照明光源、光机连接架、转动马达和智能驱动控制电路单元，灯体外壳通过安装支架固定安装在建筑顶面上，氛围灯和LED照明光源固定安装在灯体外壳上，光机连接架可转动的安装在灯体外壳内，高亮度投影光机固定安装在光机连接架上，转动马达用于驱动光机连接架转动。

作为上述技术方案的进一步描述：

智能驱动控制电路单元用于调节输出到LED照明光源的电流，当投影吸顶灯用于投影时，智能驱动控制电路单元关闭LED照明光源并打开氛围灯，或者控制投影吸顶灯里LED照明光源的亮度降低。

作为上述技术方案的进一步描述：

LED照明光源包括冷色温光源和暖色温光源，智能驱动控制电路单元通过调整不同色温的LED照明光源的电流比例来实现投影吸顶灯的色温调节。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，RGB光源与合光均匀照明系统产生RGB合成的白光，照明DLP显示面板，经DLP读出光学单元和离轴偏置的短焦投影物镜后，屏幕上形成离轴偏置大屏幕显示画面。当投影光机以第一倾角投影，且倾角大于15度时，投影物镜通过离焦补偿机构以一定倾角安装在投影光机法兰上，DLP面板法线与投影物镜的光轴形成第二倾角，DLP面板上的各点与投影光机倾角投影时相对应的屏幕上的点成物象成像关系，屏幕上整个画面成像清晰。通过离焦补偿机构的设置，补偿投影光机在倾角投影时带来的上下屏幕区域离焦的现象，在投影墙上投影出往下偏置1米到2米的大屏幕图像，解决投影屏幕偏离理想成像面的问题。

2、本发明中，为了提高投影画面的亮度，实现投影光机的高亮度输出，RGB光源的光源通道中包括至少一个激光光源通道，实现高亮度输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机的结构示意图。

图2为一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机方案一的俯视角度结构示意图。

图3为一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机方案二的俯视角度结构示意图。

图4为一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机方案三的俯视角度结构示意图。

图5为一种投影吸顶灯的结构示意图。

图例说明：

1、DLP显示面板读出系统；11、DLP读出光学单元；12、DLP面板；2、投影物镜；3、离焦补偿机构；4、投影光机法兰；51、红光模组；52、蓝光模组；521、RGB发光光源芯片；522、准直镜；53、绿光模组；54、远程蓝光模组；55、远程激发蓝光通道；56、红光通道；6、合光均匀照明系统；61、RGB三色合成系统；611、第一合光镜；612、第二合光镜；62、匀光器件；63、聚光镜；7、屏幕；8、吸顶灯模组；81、灯体外壳；82、安装支架；83、灯罩；84、氛围灯；85、LED照明光源；86、光机连接架；87、转动马达。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

请参阅图1-4，一方面，本发明提供了一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，高亮度投影光机的安装倾角为第一倾角，高亮度投影光机包括：RGB光源、合光均匀照明系统、DLP显示面板读出系统1、投影物镜2和离焦补偿机构3，DLP显示面板读出系统1包括DLP读出光学单元11和DLP面板12，DLP读出光学单元11用于在DLP面板12上形成照明光斑，DLP面板12离轴偏置布置，投影物镜2通过离焦补偿机构3固定安装在投影光机法兰4上，DLP面板12法线与投影物镜2的光轴形成第二倾角。

DLP显示面板读出系统1用于在DLP面板12上显示被调制的高分辨率图像，然后经DLP读出光学单元11输出图像进入投影物镜2，其中DLP读出光学单元11通常是一个由两片三角棱镜胶合而成的TIR(total internal reflection，内全反射)棱镜膜组，胶合层是一个厚度5～10um的空气层，其中一个三角棱镜，引导合光均匀照明系统产生的光束，经TIR棱镜模组的胶合层内全反射后，在TIR棱镜模组底部出光后，在DLP面板12上形成均匀照明会聚光斑，照明光斑，经DLP面板上的阵列反射镜反射后，形成带有图像调制信息的读出光束，经双胶合的TIR棱镜模组(DLP读出光学单元11)，进入投影物镜2，DLP面板12是一个图像显示器，由阵列反射镜组成，可以由控制单元调制显示图像。

投影物镜2的离轴偏置量大于或等于120％，投影物镜2的投射比小于或等于1.0：1，而且投影物镜仍是直筒设计，成本低，以实现大偏置短焦投影。

离焦补偿机构3为楔形器件，楔形器件用于将DLP面板12上各点与高亮度投影光机以第一倾角θ1投影时相对应的屏幕7上的点成物象清晰成像关系。离焦补偿机构是一个带角度的楔形器件(楔形块体，DLP面板12上的各点可以穿过楔形块体并投影至屏幕7上)，设计楔形器件的角度等效于第二倾角θ2，使得在投影物镜成像时，DLP面板上的各点与高亮度投影光机以第一倾角θ1投影时相对应的屏幕7上的点成物象成像关系，整个画面成像清晰。

楔形器件的角度θ2与光机投影物镜的倾角θ1由下面公式得到初始值θ2，然后在光学系统设计软件优化楔形角度而得到：

β/D+1/D＝β/(D-β*d*sin(θ1))+1/(D+β*d*sin(θ2))，

其中，β是投影物镜的放大倍率，D是投影距离，d是DLP面板的高度尺寸。

离焦补偿机构3可以是一个带角度的楔形器件，楔形器件的角度等效于第二倾角，特定设计楔形器件的角度，使得在投影物镜2成像时，DLP面板12上的各点与光机以第一倾角投影时相对应的屏幕上的点成物象成像关系，整个画面成像清晰。通常在设计投影物镜2时，投影物镜的光轴与DLP面板12的法线和投影屏幕的法线重合，没有倾角，当光机倾斜安装时，光机的投影物镜光轴就与投影屏幕的法线形成第一倾角，当这个倾角大于15度时，屏幕的上方、中心和下方图案各点与相应的DLP面板的下方、中心和上方可能就不能同时达到物象成像关系，而产生离焦，通过调整投影物镜在光机法兰(与DLP面板平行)上的安装角度，将产生DLP面板与投影物镜光轴的倾角，形成第二倾角，来补偿第一倾角引起的屏幕上下方的离焦，使得在整个投影屏幕清晰成像。

RGB光源包括若干个光源通道，一个光源通道对应设置有一个RGB光源模组。光源通道包括红光通道56、绿光通道、蓝光通道和远程激发蓝光通道55，红光通道处设置有红光模组51，绿光通道处设置有绿光模组53，蓝光通道处设置有蓝光模组52，远程激发蓝光通道处设置有远程蓝光模组54。绿光模组53由绿色荧光片(图示没有标出)封装在蓝光芯片上，蓝光芯片出射的蓝光从底部激发绿色荧光片，发出绿色光束，进入绿光通道；远程蓝光模组54发出的光束，经远程激发蓝光通道55后，被第二合光镜612反射，再经绿光通道入射到绿光模组53上的绿色荧光片，从顶部远程激发绿色荧光片，激发产生的绿色光束由下方蓝光芯片的底部反射后，再经过绿色荧光片，从绿光模组53出射，进入绿光通道。在其中一个实施方式里，红光模组51、蓝光模组52、绿光模组53、远程激发蓝光模组54均为LED发光模组。远程激发蓝光模组54通过增加了对绿光荧光片的顶部远程激发来增强绿光通道的光强，从而提升光机的输出亮度。

远程激发蓝光通道55为激光光源通道，具体参见附图3，由激光蓝光光源模组和整形/准直光学镜组成，从远程激发激光光源通道产生的激光，经第二合光镜612反射和绿光通道后，从顶部远程激发绿光模组上的荧光片，利用激光光束的高光强密度来实现高亮度输出。

红光通道56为激光光源通道，具体参见附图4，由激光红光光源模组和整形/准直光学镜组成，利用激光光束的高光强密度来实现高亮度输出。

蓝光模组52包括RGB发光光源芯片521和准直镜522，形成准直光进入RGB合光均匀照明系统。红光模组51、绿光模组53和远程蓝光模组54的结构及功能同蓝光模组52。

合光均匀照明系统6包括RGB三色合成系统61、匀光器件62(照明光斑的匀化器)和聚光镜63，RGB三色合成系统61包括用于合成不同光谱的第一合光镜611和第二合光镜612。聚光镜63的光轴与合成照明光的光轴有一定的角度放置，使得合成照明光斑入射(通常有一定角度)到DLP面板时形成均匀照明光斑，聚光镜63的倾斜放置角度一般在光学系统设计软件里来优化得到。

合成均匀照明系统6用于将RGB光源中四组光路合成一路光，均匀照明DLP面板。其中RGB三色合成系统61至少由两个合光镜(滤光片)组成，具体为第一合光镜611和第二合光镜612，合光滤光片的功能是让45度角度入射的不同光谱光，一个光谱光反射而另一个光谱光透射，从而把两个光谱的光合成一路混合光。

具体参见附图2-4，图中，第一合光镜611把红光(透射)和蓝光(反射)合成一路光，第二合光镜612反射红光和蓝光，但透过绿光，从而合成了RGB三色光。其中第二合光镜612还可以反射第四路的远程激发光源，激发带荧光片的绿光光源。

另一方面，本发明提供了一种投影吸顶灯，参见附图5(图中箭头表示光照路线)，包括如上述的高亮度投影光机和吸顶灯模组8，吸顶灯模组8用于对高亮度投影光机下方的空间进行照明，吸顶灯模组8包括灯体外壳81、安装支架82、灯罩83、氛围灯84、LED照明光源85、光机连接架86、转动马达87和智能驱动控制电路单元，灯体外壳81通过安装支架82固定安装在建筑顶面上，氛围灯84和LED照明光源85固定安装在灯体外壳81上，光机连接架86可转动的安装在灯体外壳81内，高亮度投影光机固定安装在光机连接架86上，转动马达87用于驱动光机连接架86转动，从而带动光机连接架86上的高亮度投影光机，实现倾斜投影。智能驱动控制电路单元用于调节输出到LED照明光源85的电流。

智能驱动控制电路单元可以调节输出到LED照明光源85的电流，实现吸顶灯的亮度控制。当投影吸顶灯用于投影时，智能驱动控制电路单元可以关闭LED照明光源并打开氛围灯，或者控制吸顶灯里LED照明光源85到合适观看的亮度，实现亮度调节。

LED照明光源85包括冷色温光源和暖色温光源。LED照明光源85包括至少两种光谱的LED光源，通常一种是冷色温光源，色温在5000～6500K的高色温，另一种是暖色温光源，色温在2700～3500K低色温。当吸顶灯模组8需要调节色温时，智能驱动控制电路单元可以通过调整不同光谱LED光源的电流比例而实现色温的调节，在白天时发出高色温的光，而在晚上可以发出低色温的光

工作原理：RGB光源与合光均匀照明系统产生RGB合成的白光，照明DLP显示面板12，经DLP读出光学单元11和离轴偏置的短焦投影物镜2后，屏幕上形成离轴偏置大屏幕显示画面。当投影光机以第一倾角投影，且倾角大于15度时，投影物镜2通过离焦补偿机构3(截面呈带角度的楔形机构)以一定倾角(第一倾角)安装在投影光机法兰4上，DLP面板12法线与投影物镜2的光轴形成第二倾角，DLP面板12上的各点与投影光机倾角投影时相对应的屏幕上的点成物象成像关系，屏幕上整个画面成像清晰。通过离焦补偿机构3的设置，补偿投影光机在倾角投影时带来的上下屏幕区域离焦的现象，在投影墙上投影出往下偏置1米到2米的大屏幕图像，解决投影屏幕偏离理想成像面的问题。

投影光机在投影吸顶灯里投影离轴偏置画面到墙上时，智能驱动控制电路单元自动控制吸顶灯里LED照明光源85到合适观看的亮度(降低亮度)，或者关掉LED照明光源85，只打开氛围灯84。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，所述高亮度投影光机的安装倾角为第一倾角，其特征在于，所述高亮度投影光机包括：RGB光源、合光均匀照明系统、DLP显示面板读出系统(1)、投影物镜(2)和离焦补偿机构(3)，所述DLP显示面板读出系统(1)包括DLP读出光学单元(11)和DLP面板(12)，所述DLP读出光学单元(11)用于在所述DLP面板(12)上形成照明光斑，所述DLP面板(12)离轴偏置布置，所述投影物镜(2)通过所述离焦补偿机构(3)固定安装在所述投影光机法兰(4)上，所述DLP面板(12)法线与所述投影物镜(2)的光轴形成第二倾角。

2.根据权利要求1所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于，所述投影物镜(2)的离轴偏置量大于或等于120％，所述投影物镜(2)的投射比小于或等于1.0：1。

3.根据权利要求1所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于所述离焦补偿机构(3)为楔形器件，所述楔形器件用于将所述DLP面板(12)上各点与所述高亮度投影光机以第一倾角投影时相对应的屏幕(7)上的点成物象清晰成像关系。

4.根据权利要求1所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于，所述RGB光源包括若干个光源通道，一个所述光源通道对应设置有一个RGB光源模组，所述光源通道包括红光通道(56)、绿光通道、蓝光通道和远程激发蓝光通道(55)，所述红光通道处设置有红光模组(51)，所述绿光通道处设置有绿光模组(53)，所述蓝光通道处设置有蓝光模组(52)，所述远程激发蓝光通道处设置有远程蓝光模组(54)。

5.根据权利要求4所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于，所述远程激发蓝光通道(55)为激光光源通道。

6.根据权利要求4所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于，所述红光通道(56)为激光光源通道。

7.根据权利要求4所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于，所述蓝光模组(52)包括RGB发光光源芯片(521)和准直镜(522)。

8.根据权利要求1所述的一种倾角投影离焦补偿的高亮度投影光机，其特征在于，所述合光均匀照明系统(6)包括RGB三色合成系统(61)、匀光器件(62)和聚光镜(63)，所述RGB三色合成系统(61)包括第一合光镜(611)和第二合光镜(612)。

9.一种投影吸顶灯，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的高亮度投影光机和吸顶灯模组(8)，所述吸顶灯模组(8)用于对所述高亮度投影光机下方的空间进行照明，所述吸顶灯模组(8)包括灯体外壳(81)、安装支架(82)、灯罩(83)、氛围灯(84)、LED照明光源(85)、光机连接架(86)、转动马达(87)和智能驱动控制电路单元，所述灯体外壳(81)通过所述安装支架(82)固定安装在建筑顶面上，所述氛围灯(84)和所述LED照明光源(85)固定安装在所述灯体外壳(81)上，所述光机连接架(86)可转动的安装在所述灯体外壳(81)内，所述高亮度投影光机固定安装在所述光机连接架(86)上，所述转动马达(87)用于驱动所述光机连接架(86)转动。

10.根据权利要求9所述的一种投影吸顶灯，其特征在于，所述智能驱动控制电路单元用于调节输出到所述LED照明光源(85)的电流，当投影吸顶灯用于投影时，所述智能驱动控制电路单元关闭所述LED照明光源(85)并打开所述氛围灯(84)，或者控制投影吸顶灯里所述LED照明光源(85)的亮度降低。

11.根据权利要求10所述的一种投影吸顶灯，其特征在于，所述LED照明光源(85)包括冷色温光源和暖色温光源，所述智能驱动控制电路单元通过调整不同色温的所述LED照明光源(85)的电流比例来实现投影吸顶灯的色温调节。

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