CN115712222A - 投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种投影设备，包括光源、匀光件、反射式偏振选择器、空间光调制器以及多个投影镜头，光源用于出射入射光。反射式偏振选择器用于接收非成像方式匀光后的入射光，且透过第一偏振态光，空间光调制器的液晶区域接收一种颜色的所述第一偏振态光，并调制后形成调制光，每个投影镜头接收调制光，并出射图像光，且多个投影镜头出射的图像光在投影面叠加形成图像。本申请实施例通过设置匀光件，在光源出射的入射光出射后，即对入射光进行匀化处理，将匀光后的光线直接入射空间光调制器进行照明，使得整个照明系统的体积大幅度降低，光学元件数量减少。

Description

投影设备

技术领域

本申请涉及投影技术领域，具体涉及一种投影设备。

背景技术

投影设备主要包括照明系统、光机系统、投影镜头、投影屏幕等主要部分。光机系统中空间光调制器(SLM)，也可以称为“光阀”，是至关重要的器件。光阀通常是像素化的平面设备，其每个像素可以通过透射或者反射的方式对入射入射光进行独立地调控，进而调控每个像素的光通量，形成显示图像。目前，投影设备中主要应用的空间光调制器有三种，基于MEMS技术的反射型数字微镜器件DMD(Digital Mirror Device)，反射型器件LCoS(Liquid Crystal on Silicon)，以及透射型器件LCD(Liquid Crystal Display)显示芯片。

近年来出现了采用单片式彩色液晶的投影设备，但这类设备。整个入射光系统尺寸较大，同时由于光程较长，经过的光学元件较多，会带来光效的问题，以及偏振效率的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种投影设备，以减小设备尺寸。

第一方面，本申请实施例提供了一种投影设备，包括光源、匀光件、反射式偏振选择器、空间光调制器以及多个投影镜头，光源用于出射入射光，匀光件用于对入射光进行非成像匀光。反射式偏振选择器用于接收匀光后的入射光，且透过第一偏振态光，并朝向匀光件反射第二偏振态光，空间光调制器包括多个液晶区域，每个液晶区域接收一种颜色的第一偏振态光，并调制后形成调制光，每个投影镜头接收一个液晶区域出射的调制光，并出射图像光，且多个投影镜头出射的图像光在投影面叠加形成图像。

在一些实施方式中，光源具有散射表面，散射表面朝向匀光件，散射表面接收被反射的第二偏振态光，以使被反射的第二偏振态光再次起偏。

在一些实施方式中，光源为白光光源并用于出射白色入射光，投影设备还包括波长分光元件，波长分光元件用于将第一偏振态光分离成多种基色光，每种基色光被引导至一个液晶区域。

在一些实施方式中，波长分光元件包括分光棱镜、第一光引导件以及第二光引导件，分光棱镜用于接收第一偏振态光，并分离第一偏振态光为第一基色光、第二基色光以及第三基色光，第三基色光透过分光棱镜进入一个液晶区域。第一光引导件用于引导第一基色光至一个液晶区域。第二光引导件用于引导第二基色光至一个液晶区域。

在一些实施方式中，第一光引导件和第二光引导件均为反射棱镜。

在一些实施方式中，分光棱镜与第一光引导件之间设置有第一真空区域，分光棱镜与第二光引导件之间设置有第二真空区域。

在一些实施方式中，分光棱镜与第一光引导件之间，以及分光棱镜与第二光引导件之间均设置有折射材料，折射材料的折射率大于波长分光元件的折射率。

在一些实施方式中，投影设备还包括吸收偏振件，吸收偏振件设置于反射式偏振选择器以及波长分光元件之间，吸收偏振件用于透过第一偏振态光。

在一些实施方式中，匀光件包括匀光体和第一透镜，匀光体用于对入射光进行非成像匀光，第一透镜设置于匀化体与反射式偏振选择器之间。

在一些实施方式中，投影设备还包括多个第二透镜，每个第二透镜设置于一种基色光的出射光路上，并位于波长分光元件与空间光调制器之间。

在一些实施方式中，第二透镜为菲涅尔透镜或非球面透镜或球面透镜。

在一些实施方式中，投影设备还包括检偏器，调制光从空间光调制器出射后直接入射至检偏器，经检偏器检偏后入射至投影镜头。

在一些实施方式中，每个投影镜头的光轴与对应的液晶区域出射的调制光的光轴同轴设置。

在一些实施方式中，空间光调制器为低温多晶硅液晶显示器。

在一些实施方式中，光源包括多个单色光源，每个单色光源出射一种基色光，匀光件包括多个收集匀光机构，多个收集匀光机构与多个单色光源一一对应设置。

在一些实施方式中，每个单色光源由多个离散的发光装置构成，收集匀光机构包括多个透镜阵列或者多个离散的锥棒，每个发光装置与一个锥棒或者一个透镜阵列对应设置。

本申请提供的投影设备，通过设置匀光件，在光源出射的入射光出射后，即对入射光进行匀化处理，将匀光后的光线直接入射空间光调制器进行照明，使得整个照明系统的体积大幅度降低，光学元件数量减少，成本也得到降低。同时，反射偏振片可以将第二偏振态光反射并循环匀光起偏，因此可以提高光效。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1是本申请第一实施例提供的一种投影设备的结构示意图。

图2是本申请第一实施例提供的另一种投影设备的结构示意图。

图3是本申请第一实施例提供的一种投影设备中的空间光调制器的液晶区域分布示意图。

图4是本申请第一实施例提供的另一种投影设备中的空间光调制器的液晶区域分布示意图。

图5是本申请第一实施例提供的一种投影设备的投影界面示意图。

图6是本申请第一实施例提供的一种投影设备中检偏器的结构示意图。

图7是本申请第二实施例提供的一种投影设备的结构示意图。

图8是本申请第三实施例提供的一种投影设备的结构示意图。

图9是本申请第三实施例提供的一种投影设备中光源的排布结构示意图。

图10是本申请第二实施例提供的另一种投影设备的结构示意图。

图11是本申请第三实施例提供的一种投影设备中光源的排布结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

对于单光阀器件的投影设备，具有结构简单、系统尺寸较小的优点。但单光阀器件由于是通过时序方式控制光线进行显示，因此会存在“彩虹效应”。目前的单光阀器件的投影设备，存在以下缺陷：1)若使用白光光源，在任意时刻均只有红、蓝、绿中的一种单色光被利用，光学效率低；2)若使用彩色光光源，又需要多个彩色光源能够进行快速切换，即需要光阀器件的刷新率足够快。因此出现了一些三片式光阀器件的投影设备，这类投影设备可以从根本上解决彩虹效应的问题。但是三片式光阀器件的投影设备，存在光路系统复杂、硬件成本高、系统体积大等问题。此外，由于要通过对三个单色图像的合光处理进行单彩色图像的显示，对三片光阀各自的亮度均匀性以及之间的装配工精度要求很高，进一步提高了生产成本。

单片彩色液晶板作为光阀器件应用于投影设备在原理上避免了“彩虹效应”；并且，且得益于彩色液晶面板的广泛应用，其成本得到大幅度降低，具有极高的成本优势。

但是，单片彩色液晶板作为光阀器件应用在投影设备中这种方案仍然存在以下问题：

(1)入射光将采用白色光源，通过彩色液晶板上层的彩色滤光膜形成不同颜色的子像素。由于彩色滤光膜只让特定颜色的光透过，其他波长的光将全部被吸收，会造成大量的光能量损失(60％以上)。同时被吸收光将转换为热量，使彩色液晶面板的温度升高，进一步影响显示效果和显示芯片的寿命；

(2)LCD面板的制造有LTPS(低温多晶硅)和HTPS(高温多晶硅)两种工艺，其中HTPS工艺精度较高，液晶像素尺寸可以达到10um以下，但是对工艺要求高，因此成本较高。彩色液晶面板通常采用的是LTPS工艺。LTPS工艺的成本虽然较低，但是精度较低，像素尺寸较大(通常在25um以上)。在同样分辨率的情况下，采用LTPS工艺的整个LCD面板尺寸较大，使得后续的镜头尺寸大，最终导致整个投影设备尺寸较大；

(3)彩色液晶板上的彩色像素是相互分离的，虽然在电视、电脑显示器或者手机屏幕显示中，考虑到人眼角分辨率限制以及观察距离，观察者无法分辨出空间上的彩色分离。但是在投影显示中，由于投影的尺寸通常远大于实体显示屏幕，会导致彩色像素分离的现象更加明显，影响观看效果。

由于使用液晶面板作为空间光调制器，需要为液晶面板提供单色光源，现有的单色光源设备成本高昂，不利于推广应用。也有部分投影设备采用白光进行波长分光处理后作为单色光源，但这类单色光源在后续光路中利用时，会进行偏振态调制，部分偏振态的光线无法被利用，造成光效率低下。目前的使用白光光源的方案中，需要通过偏振分光棱镜进行分光处理，由于分光棱镜对入射光的扩展量的要求，其高效率和小尺寸无法兼得。此外，由于这种方式需要将分光棱镜出来的光成像到积分棒入口处，然后经过积分棒匀光，再将其出口处的均匀偏振光进行成像，照明在液晶面板上。整个入射光系统尺寸较大，同时由于光程较长，经过的光学元件较多，会带来光效的问题，以及偏振效率的问题。

基于此，本申请的发明人提出了本申请实施例中的投影设备，以改善目前的投影设备体积过大的缺陷。下面将结合附图具体描述本申请的各实施例。

第一实施例

参阅图1，图1示出了一种投影设备10的结构示意图，投影设备10包括光源600、匀光件700、反射式偏振选择器100、波长分光元件200、空间光调制器300以及多个投影镜头400，光源600用于出射入射光，匀光件700用于对入射光进行匀化处理，以对入射光进行非成像匀光，进而维持了入射光的光学扩展量，满足后续光学器件对入射光束的扩展量要求。

其中入射光入射于反射式偏振选择器100后被分离形成第一偏振态光和第二偏振态光，第一偏振态光可以透过反射式偏振选择器100，透过反射式偏振选择器100后的第一偏振态光进入波长分光元件200，第二偏振态光被反射式偏振选择器100朝向匀光件700的方向反射，被反射的第二偏振态光在进入匀光件700后会被重新匀光、起偏，实现循环利用的效果。第一偏振态光被波长分光元件200分光后，形成多种基色光，多种基色光进入空间光调制器300分别进行调制，空间光调制器300具有包括多个液晶区域310，进入液晶区域310的基色光被液晶区域调制后形成调制光出射，并经由投影镜头400投射到投影面进行显示。

具体的，光源600可以采用白光光源600，即出射的入射光为白光，例如使用白光LED作为光源600，这样光源600成本可以得到降低。需要说明的是，光源600出射的入射光为非偏振光。

匀光件700用于匀化入射光并对入射光进行非成像匀光，使得入射光在进入反射式偏振选择器100时，保持较为适宜的光学扩展量。本实施例中，匀光件700包括匀光体710以及第一透镜720，所述匀光体710靠近光源600设置，并在接收入射光后对入射光进行匀光处理，基于光学扩展量维持的原理以非成像的方式将入射光传递至匀光件的出光口，并朝向第一透镜720方向出射，在透过第一透镜720后进入反射式偏振选择器100。第一透镜720可以是菲涅尔透镜或非球面透镜或球面透镜等，在此不做具体限定，第一透镜720可以起到对匀光后的入射光的汇聚作用，使得在光线进入反射式偏振选择器100时的光轴方向大致与反射式偏振选择器100相互垂直。

反射式偏振选择器100用于接收被匀化后的入射光，并将入射光分离成第一偏振态光以及第二偏振态光，第一偏振态光例如可以是P偏振光，此时第二偏振态光为S偏振光，第一偏振态光也可以是S偏振光，此时，第二偏振态光为P偏振光。如图1所示，反射式偏振选择器100将入射光分离成第一偏振态光和第二偏振态光后，第一偏振态光透过反射式偏振选择器100后进入波长分光元件200，第二偏振态光被朝向匀光件700方向发射。本实施例中，以入射光的出射方向为X，第一偏振态光在透过反射式偏振选择器100后继续沿方向X出射，第二偏振态光沿方向Y被反射，其中方向X与方向Y相反。

当被反射的第二偏振态光透过第一透镜720重新进入匀光体710时，可以被再次匀化、且继续朝光源600方向传播。在一些实施方式中，光源600可以具有一散射表面，散射表面可以为一粗糙表面形成，散射表面可以对光线起到散射的作用，当第二偏振态光被反射至散射表面时，散射表面对第二偏振态光进行散射反射，使得第二偏振态光重新起偏，并可以再次进入匀光件700中进行匀化，匀化后再次通过反射式偏振选择器100，如此循环，进而提高光线的利用率。以使被反射的所述第二偏振态光再次被匀化、起偏处理，重新起偏后再次进入反射式偏振选择器100，满足第一偏振态的光线会重新透过反射式偏振选择器100，这样光线的利用率得到提高。

为了提高进入波长分光元件200的第一偏振态光的纯度，参阅图2，在一些实施方式中，投影设备还可以包括吸收偏振件110，所述吸收偏振件110设置于所述反射式偏振选择器100以及所述波长分光元件200之间，所述吸收偏振件110用于透过所述第一偏振态光，并且吸收偏振件110可以将第二偏振态光进行吸收，进而实现对进入波长分光元件200的第一偏振态光的提纯效果。

波长分光元件200用于接收第一偏振态光，并分离第一偏振态光为基色光，此处的基色光是指组成第一偏振态光的基色光，例如入射光为白光，则分离得到的基色光为红光、蓝光和绿光；若入射光为黄光，则分离得到的基色光为红光和绿光。在此不对分离得到的基色光的颜色或数量做限定。本实施例中，由于入射光为白光，因此分离得到的第一偏振态光在分离后形成三种基色光，分别为红光、蓝光以及绿光。被分离的多种基色光沿不同的光路入射至空间光调制器300中。

具体的，本实施例中，波长分光元件200包括分光棱镜210、第一光引导件220以及第二光引导件230，分光棱镜210用于接收所述第一偏振态光，并分离所述第一偏振态光为第一基色光、第二基色光以及第三基色光，第一基色光、第二基色光以及第三基色光的波长不同。且第一基色光、第二基色光以及第三基色光沿不同的方向出射，以使第一基色光、第二基色光以及第三基色光被引导至空间光调制器300的不同区域。

本实施例中，第三基色光直接透过分光棱镜210后直接进入空间光调制器，第一基色光和第二基色光分别被朝向不同的方向反射，使得第一基色光、第二基色光以及第三基色光彼此分离。具体地，本实施例中，第三基色光透过分光棱镜210后继续沿方向X出射，第一基色光被朝向方向Z1反射，第二基色光被朝向方向Z2方向反射，其中方向Z1与方向Z2相反，且方向Z1和方向Z2均与方向X相互垂直。

所述第一光引导件220用于引导所述第一基色光至空间光调制器300的一个液晶区域310，所述第二光引导件230用于引导所述第二基色光至空间光调制器300的一个所述液晶区域310。第一光引导件220以及第二光引导件230可以是反射镜、棱镜或者其他光学元件。本实施例中，第一光引导件220与分光棱镜210并排设置，且将第一基色光沿方向X反射，第二光引导件230分光棱镜210并排设置，且将第二基色光沿方向X反射。这样第一基色光、第二基色光以及第三基色光均朝向方向X传播并进入空间光调制器300。需要说明的是，第一基色光可以是红光、蓝光或绿光，第二基色光也可以是红光、蓝光或绿光，第三基色光也可以是红光、蓝光或绿光，且第一基色光、第二基色光以及第三基色光为不同颜色、波长的光线。本实施例中，第一基色光为蓝光、第二基色光为红光、第三基色光为绿光。

作为一种方式，所述第一光引导件220和所述第二光引导件230均可以为反射棱镜，且进一步地可以为45°反射棱镜。第一光引导件220和第二光引导件230的反射角均可以是45°，这样可以使得第一基色光和第二基色光被反射的角度为90°。

在一种实施方式中，第一光引导件220和第二光引导件230分别位于分光棱镜210的相对的两侧，第一基色光和第二基色光以与第三基色光大致相互平行的方式被引导至空间光调制器300。这种布置方式，可以使得整个波长分光元件200的布局更为紧凑，减小波长分光元件200的整体体积。

当第一基色光从分光棱镜210进入第一光引导件220时，部分的第一基色光在第一光引导件220的反射面上，会被朝向分光棱镜210的方向反射，无法直接沿方向X出射进入空间光调制器300。因此为了减小这部分光线的损失，提高光的利用率，作为一种方式，所述分光棱镜210与所述第一光引导件220之间设置有第一真空区域240，这样，当被第一光引导件220反射至分光棱镜210方向的光线到达第一光引导件220的界面时会发生全反射现象，进而重新回到第一光引导件220中，再次被反射至空间光调制器300方向，加以利用，这样既提高了光效利用率，同时也能提高第一基色光进入空间光调制器300时的均匀性。

同样的，当第二基色光从分光棱镜210进入第二光引导件230时，部分的第二基色光在第二光引导件230的反射面上，会被朝向分光棱镜210的方向反射，无法直接沿方向X出射进入空间光调制器300。因此为了减小这部分光线的损失，提高光的利用率，作为一种方式，所述分光棱镜210与所述第二光引导件230之间设置有第二真空区域250，这样，当被第二光引导件230反射至分光棱镜210方向的光线到达第二光引导件230的界面时会发生全反射现象，进而重新回到第二光引导件230中，再次被反射至空间光调制器300方向，加以利用，这样即提高了光效利用率，同时也能提高第二基色光进入空间光调制器300时的均匀性。

在另一种实施方式中，可以不设置第一真空区域240和第二真空区域250，此时可以在分光棱镜与第一光引导件之间，以及分光棱镜与第二光引导件之间均设置有折射材料，折射材料的折射率大于波长分光元件的折射率，折射材料可以具有高折射率，例如折射率大于等于2，通过设置高折射率材料，可以使得光线经过两者之间的界面时，可以发生全反射，进而对光线进行角度修正，避免光线在传播过程中向周围逸散，损失光能量，提高光效。

在波长分光元件200将第一偏振态光分离成第一基色光、第二基色光以及第三基色光之后，第一基色光、第二基色光以及第三基色光进入空间光调制器300的不同的液晶区域310。为了增强第一基色光、第二基色光以及第三基色光的汇聚度，投影设备10还包括多个第二透镜260，每个所述第二透镜260设置于一种基色光的出射光路上，并位于所述波长分光元件与所述空间光调制器之间。所述第二透镜260可以是菲涅尔透镜或非球面透镜或球面透镜。当第一基色光、第二基色光以及第三基色光透过第二透镜260时，光线被汇聚，一方面使得第一基色光、第二基色光以及第三基色光更为均匀，同时可以减小后续的空间光调制器300以及投影镜头400的尺寸。

空间光调制器300为液晶面板(LCD)，包括多个液晶区域310，每个液晶区域310接收一种颜色的基色光并调制后透射形成调制光。因此每个液晶区域310在进行调制时形成的调制光的颜色也不相同。液晶区域310的数量与基色光的数量相同，且一一对应设置，本实施例中，液晶区域310为3个，3个液晶区域310分别与第一基色光、第二基色光以及第三基色光对应设置，第一基色光、第二基色光以及第三基色光分别被引导至不同的液晶区域310。需要说明的是，在一种实施方式中，如图3所示，空间光调制器300的多个液晶区域310可以沿液晶面板的长边方向并排设置，此时，投影设备10可以实现超薄设计，并且可以实现比例为16：9的全彩显示画面(具体分辨率可以是480p、720p、1080p、2k、4k等任意分辨率和任意画面比例)，为了提高显示效果，在长边方向上，可以预留一定的像素富余。在另一种实施方式中，如图4所示，多个液晶区域310也可以沿液晶面板的短边方向(也即是投影设备10的厚度方向)并排设置，此时，为了提高显示效果，可以保证在短边方向上的像素具有一定的像素富余。

本实施例中，空间光调制器300可以是低温多晶硅液晶显示器(LTPS-LCD)，其中低温多晶硅液晶显示器由于制程温度低，因此生产成本更低。当然，可以理解的是，空间光调制器300也可以是高温多晶硅液晶显示器(HTPS-LCD)。

作为一种实施方式，空间光调制器300可以包括多个独立的液晶面板，每个液晶面板作为一个液晶区域310，此时多个液晶面板之间可以间隔设置，且每个液晶面板对应于一种基色光设置，使得第一基色光、第二基色光以及第三基色光能直接入射至液晶区域310。

作为另一种实施方式，空间光调制器300包括基底以及形成于基底的多个液晶区域310，多个液晶区域310间隔设置，即空间光调制器300为一整体的液晶面板，每个液晶区域310对应于一种基色光设置，使得第一基色光、第二基色光以及第三基色光能直接入射至液晶区域310。

作为一种实施方式，第一基色光、第二基色光以及第三基色光可以在分别被分光棱镜、第一光引导件以及第二光引导件引导后，直接以垂直于对应的液晶区域310的方式入射至空间光调制器300，这样不需要额外的光元件引导第一基色光、第二基色光以及第三基色光，进而缩短整个投影设备10在X方向的厚度。

投影镜头400的数量与液晶区域310的数量相同，每个投影镜头400接收一个液晶区域310出射的调制光，并出射图像光，且多个投影镜头400出射的图像光在投影面叠加形成图像。本实施例中，投影镜头400的数量为三个，且每个投影镜头400与一个液晶区域310对应设置。

本实施例中的多个投影镜头400采用相同的结构，这样在进行安装调试投影镜头400的位置时，可以降低成本，降低安装难度，提高良率。

本实施例中，每个投影镜头400的光轴与对应的液晶区域310出射的调制光的光轴同轴设置，也即是投影镜头400与与之对应的液晶区域310是完全对应的，投影镜头400不设置偏移量，此处的偏移是指沿垂直于投影镜头400的光轴方向(也即投影设备10的厚度方向X)的方向(如图4中所示的Z1、Z2方向)上的偏移。这样设置的好处在于：由于投影镜头400不设置偏移量，相邻的投影镜头400之间不会形成干涉，因此不需要对镜头沿厚度方向做拉长设置，因此可以降低投影设备10的厚度方向的尺寸。可以理解的是，在其他的一些实施方式中，投影镜头400也可以在沿垂直于投影镜头400的光轴方向上适当偏移，这样可以减小边缘像素的损失。

在一些实施方式中，请一并参阅图1、图5和图6，为了进一步地对空间光调制器300调制后的调制光的偏振态进行选择，投影设备10还可以包括检偏器500，检偏器500设置于调制光的光路上，并位于空间光调制器300与投影镜头400之间。检偏器500可以供指定偏振态的光线通过，进而对入射至投影镜头400的调制光的偏振状态进行选择。检偏器500可以与空间光调制器300间隔设置。进一步地，为了进一步缩小投影设备10的厚度尺寸，可以将检偏器500与液晶面板的出光面邻接设置，如直接贴设于液晶面板的出光面，液晶面板的出光面是指液晶面板的朝向投影镜头400的表面。

检偏器500可以包括三个区域相同的检偏器件，三个检偏器件并排设置，如图6所示，三个检偏器件分别为第一检偏器件510、第二检偏器件520以及第三检偏器件530，第一检偏器件510、第二检偏器件520以及第三检偏器件530分别对应于第一基色光、第二基色光以及第三基色光的光路设置。其中，第三检偏器件530位于第一检偏器件510以及第二检偏器件520之间，第一检偏器件510和第二检偏器件520分别位于第三检偏器件530的两侧。作为一种实施方式，第一检偏器件510的偏振方向和第二检偏器件520的偏振方向相同，第一检偏器件510的偏振方向以及第二检偏器件520的偏振方向均与第三检偏器件530的偏振方向正交。

在另外的一些实施方式中，第一检偏器件510的偏振方向、第二检偏器件520的偏振方向以及第三检偏器件530的偏振方向可以均相同。

本实施例中，由于波长分光元件200将第一偏振态光分离形成了基色光，因此空间光调制器300调制入射光后形成的调制光从液晶区域310出射后直接入射至检偏器500上，空间光调制器300与检偏器500之间无需设置滤光膜片，这样可以降低设备成本，同时进一步压缩投影设备10在厚度方向上的尺寸。此外，由于不需要设置滤光膜片，因此所有光线均可以完全透过，进一步地提升投影设备10的投影显示亮度。

本实施例提供的投影设备10的工作原理是：

入射光入射于反射式偏振选择器100被分离成第一偏振态光和第二偏振态光，第一偏振态光进入波长分光元件200后被分离成基色光，第二偏振态光与基色光均进入空间光调制器300被调制成调制光，并经由一个独立的投影镜头400投射在投影面，叠加形成图像。因此光源600仅需使用白光光源600，可以降低光源600成本，同时入射光中被分离得到的第一偏振态光和第二偏振态光均可以被利用，可以提高光的利用率。

如图5所示，在多个投影镜头400形成的图像光在投影面上叠加形成图像的过程中，由于本实施例中的投影镜头400未进行偏移，因此在投影面形成的图像区域中，多个投影镜头400形成的图像区域的像素并不完全重合，会形成图像的偏移，此时只需适当牺牲三个投影镜头400的显示区域的边缘像素，就可以使得在有效区域内显示目标的图像信息。每个区域需要牺牲的像素数可以采用如下公式计算：

每个投影区域需要牺牲的像素数＝(相邻两个投影区域的中心距离×2)/单个投影区域的投影宽度×每个投影区域的总像素数

由上式可见，投影画面的尺寸越大，需要牺牲的像素数量就会减少。虽然损失了部分像素，但采用这种方式，可以使得投影设备10的镜头组尺寸减小，整个投影设备10的尺寸减小。

本实施例提供的投影设备10，在入射光从光源600出射直到进入空间光调制器的过程中，对光线进行偏振态选择、波长分光处理的过程中，都伴随着对光线的匀化处理，一方面匀光效果更好，另一方面不需要单独设置相比于匀光件700体积庞大的匀光系统，进而减小投影设备的体积。同时可以直接使用白光作为入射光源600，因此可以降低光源600成本，此外，通过反射式偏振选择器100将第二偏振态光重新反射后，重新散射起偏，可以提高光线的利用率。

第二实施例

本实施例提供一种投影设备10，与第一实施例不同的地方在于光源和匀光件700不同，相同部分可参阅第一实施例的相关内容，在此不再赘述。

具体地，如图7所示，光源包括多个单色光源，每个单色光源出射一种基色光，也即是出射一种单色入射光，由于本实施例中，使用单色光源，因此不需要进行波长分光，此时不需要设置波长分光元件200。

示例性地，本实施例中，单色光源为3个，分别为红色光源610、蓝色光源620以及绿色光源630，匀光件700包括多个收集匀光机构701，多个收集匀光机构701与多个单色光源一一对应设置，每个收集匀光机构701用于收集匀化一个单色光源发出的单色入射光。其中单色光源可以是LED光源，激光光源等，在此不做限定，并且单色光源发出的单色入射光可以是非偏振光。

每个收集匀光机构701可以包括匀光体710和第一透镜720，匀光体710靠近单色光源设置，并在接收单色入射光后对入射光进行匀光处理，基于光学扩展量维持的原理以非成像的方式将入射光传递至匀光件的出光口，并朝向第一透镜720方向出射，在透过第一透镜720后进入反射式偏振选择器100。第一透镜720可以是菲涅尔透镜或非球面透镜或球面透镜等，在此不做具体限定，第一透镜720可以起到对匀光后的入射光的汇聚作用，使得在光线进入反射式偏振选择器100时的光轴方向大致与反射式偏振选择器100相互垂直。

本实施例中，由于采用的是三个分离的单色光源，而不是从白光光源中分光产生的三色光源，所采用的三基色光源可以有光谱上的交叠，有利于提高系统亮度。同时无需设置波长分光元件，因此可以进一步地降低整个投影设备10的体积。

第三实施例

如图8所示，本实施例提供一种投影设备10，与第二实施例的区别在于本实施例中的光源不同，相同部分请参阅前述各实施例的相关内容，在此不再赘述。

具体地，本实施例中，每个单色光源由多个离散的发光装置601构成，多个是指两个或两个以上，多个离散的发光装置601可以以任意的方式排布，例如以如图9所示的方式，以矩形阵列方式进行排布，或者在其他实施方式中，也可以以圆形阵列方式进行排布等。

收集匀光机构701包括多个离散的锥棒711，每个发光装置601与一个锥棒711对应设置，同样的，由于每个收集匀光机构701与一个发光装置601对应设置，因此，多个收集匀光机构701的排布方式与多个离散的发光装置601的排布方式相同。进一步地，每个收集匀光机构701也可以包括一第一透镜720，第一透镜720用于汇聚光线，离散的锥棒711作为收集匀光机构701作为匀光件700，可以使得匀光件700的长度(即X方向的尺寸)大幅度减小，进而相较于前述实施例，可以进一步地降低整个投影设备10的尺寸。

在另一种实施方式中，如图10所示，收集匀光机构701也可以包括多个透镜阵列，每个发光装置601与一个透镜阵列对应设置，同样的，由于每个收集匀光机构701与一个发光装置601对应设置，因此，多个收集匀光机构701的排布方式与多个离散的发光装置601的排布方式相同，每个透镜阵列可以包括多个透镜。

此时，如图11所示，多个离散的发光装置601还可以按照蜂窝状(六边形)方式进行排列，对应的，多个透镜阵列也可以按照此方式进行排列布置。此外，多个离散的发光装置601也可以按照三角形、正方形等方式阵列排布，以获得紧密的光源分布，保证光学扩展量的维持效率，提高亮度。

本实施例中，由于不是从白光光源中分光产生的单色光源，所采用的三基色光源可以有光谱上的交叠，有利于提高系统亮度。同时通过反射式偏振选择器101进行循环式的起偏，以较高的光效获得偏振入射光源，提高了光线的利用率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种投影设备，其特征在于，包括：

光源，用于出射入射光；

匀光件，所述匀光件用于对所述入射光进行非成像匀光；

反射式偏振选择器，用于接收匀光后的入射光，且透过第一偏振态光，并朝向所述匀光件反射第二偏振态光；

空间光调制器，所述空间光调制器包括多个液晶区域，每个液晶区域接收一种颜色的所述第一偏振态光，并调制后形成调制光；以及

多个投影镜头，每个所述投影镜头接收一个所述液晶区域出射的调制光，并出射图像光，且所述多个投影镜头出射的图像光在投影面叠加形成图像。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述光源具有散射表面，所述散射表面朝向所述匀光件，所述散射表面接收被反射的所述第二偏振态光，以使被反射的所述第二偏振态光再次起偏。

3.根据权利要求1或2所述的投影设备，其特征在于，所述光源为白光光源并用于出射白色入射光，所述投影设备还包括波长分光元件，所述波长分光元件用于将所述第一偏振态光分离成多种基色光，每种基色光被引导至一个所述液晶区域。

4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述波长分光元件包括：

分光棱镜，用于接收所述第一偏振态光，并分离所述第一偏振态光为第一基色光、第二基色光以及第三基色光，所述第三基色光透过所述分光棱镜进入一个所述液晶区域；

第一光引导件，所述第一光引导件用于引导所述第一基色光至一个所述液晶区域；以及

第二光引导件，所述第二光引导件用于引导所述第二基色光至一个所述液晶区域。

5.根据权利要求4所述的投影设备，其特征在于，所述第一光引导件和所述第二光引导件均为反射棱镜。

6.根据权利要求5所述的投影设备，其特征在于，所述分光棱镜与所述第一光引导件之间设置有第一真空区域，所述分光棱镜与所述第二光引导件之间设置有第二真空区域。

7.根据权利要求5所述的投影设备，其特征在于，所述分光棱镜与所述第一光引导件之间，以及所述分光棱镜与所述第二光引导件之间均设置有折射材料，所述折射材料的折射率大于所述波长分光元件的折射率。

8.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括吸收偏振件，所述吸收偏振件设置于所述反射式偏振选择器以及所述波长分光元件之间，所述吸收偏振件用于透过所述第一偏振态光。

9.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述匀光件包括匀光体和第一透镜，所述匀光体用于对入射光进行非成像匀光，所述第一透镜设置于所述匀化体与所述反射式偏振选择器之间。

10.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括多个第二透镜，每个所述第二透镜设置于一种基色光的出射光路上，并位于所述波长分光元件与所述空间光调制器之间。

11.根据权利要求10所述的投影设备，其特征在于，所述第二透镜为菲涅尔透镜或非球面透镜或球面透镜。

12.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括检偏器，所述调制光从所述空间光调制器出射后直接入射至所述检偏器，经所述检偏器检偏后入射至所述投影镜头。

13.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，每个所述投影镜头的光轴与对应的所述液晶区域出射的调制光的光轴同轴设置。

14.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述空间光调制器为低温多晶硅液晶显示器。

15.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述光源包括多个单色光源，每个所述单色光源出射一种基色光，所述匀光件包括多个收集匀光机构，多个收集匀光机构与多个所述单色光源一一对应设置。

16.根据权利要求15所述的投影设备，其特征在于，每个单色光源由多个离散的发光装置构成，所述收集匀光机构包括多个透镜阵列或者多个离散的锥棒，每个所述发光装置与一个所述锥棒或者一个所述透镜阵列对应设置。

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