CN115933299A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

本申请保护一种投影系统，包括：包括多个光源模组的光源模块，用于发出第一光束、第二光束以及第三光束；包括多个液晶调制模组的液晶调制模块，设置在光源模块的出射光路上，用于将第一光束、第二光束以及第三光束调制为第一图像光、第二图像光以及第三图像光；合光模块，设置在多个液晶调制模组的出射光路上，用于将第一图像光、第二图像光以及第三图像光进行合光产生彩色图像光；光束会聚组件，设置在光源模块和合光模块之间，用于对光束进行会聚或部分会聚以实现非远心照明；以及投影镜头，设置在合光模块的出射光路上，用于将图像光成像以显示图像；其中，多个液晶调制模组与合光模块采用短边合光以减小透镜镜头的后截距，由此，减小了投影系统的体积。

Description

投影装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种投影装置。

背景技术

随着信息化技术的提高，人们对于视觉欣赏的要求越来越高。“视觉冲击力” 成为人们评判显示性能的一个标准。视觉冲击力不仅来自于清晰地画面，还来自 于超大尺寸的画面。为了满足这种诉求，大屏显示应运而生。以客厅为例，近年 来的市场销量表明，液晶电视尺寸具有逐渐增大的趋势。然而，信息时代的来临 导致了时间碎片化，客厅不再是视频娱乐的唯一场所，而且由于液晶电视的体积 大、重量大，其无法实现随时随地的应用。另一方面，虽然手机屏幕在尺寸方面 已经有了长足的进步，甚至出现了更大尺寸的专为娱乐而生的智能平板，但是受 限于其显示方式，难以实现真正的大屏显示。因此，要实现灵活的大屏显示，目 前唯有投影的技术路线。

投影显示系统主要包括照明系统、光机系统、投影镜头等主要部分。光机系 统中空间光调制器，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照明光进行独立地 调控，进而调控每个像素的光通量，形成显示图像。投影显示系统按照空间光调 制器的类型，大致可分为反射型的DMD(Digital Micro-Mirror Device，数字微镜 器件)投影、透射型的LCD(LiquidCrystal Display)投影和反射型的LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)投影。按照空间光调制器的数量进行分类，又可 以分为单片式投影、双片式投影和三片式投影。

众所周知，显示的核心原理是采用红、绿、蓝三基色显示原理，即需要通过 光阀分别显示红、绿、蓝三基色的图像显示信息，再通过时间积分(一般是单片 式投影)或者空间积分(一般是三片式投影)的方式将三个单色的图像组合，使 人眼观察到形单一的彩色图像信息。然而，利用时间积分的方式容易受到“彩虹 效应”的限制，因此，这种方式并非实现大屏显示的最优方案。

三片式投影可以从根本上解决彩虹效应的问题。但是三片式投影的方案，存 在光路系统复杂、硬件成本高、系统体积大等问题，因此，如何从根本上解决三 片式投影的光路复杂、成本高以及体积大等缺点是本领域技术人员亟待解决的问 题。

发明内容

针对上述现有技术的上述缺陷，本申请提供一种光路简单、成本低且体积小 的投影装置，包括光源模块，包括多个光源模组，所述多个光源模组用于发出第 一光束、第二光束以及第三光束；液晶调制模块，包括多个液晶调制模组，设置 在所述光源模块的出射光路上，所述多个液晶调制模组用于分别将所述多个光源 模组出射的所述第一光束、所述第二光束以及所述第三光束调制为第一图像光、 第二图像光以及第三图像光；合光模块，设置在所述多个液晶调制模组的出射光 路上，用于将所述第一图像光、所述第二图像光以及所述第三图像光进行合光以 产生彩色的图像光；光束会聚组件，所述光束会聚组件设置在所述光源模块和所 述合光模块之间，用于对光束进行会聚或部分会聚以实现非远心照明；以及投影 镜头，设置在所述合光模块的出射光路上，用于将所述图像光成像到预设投影平面或者屏幕上以显示图像；其中，所述多个液晶调制模组与所述合光模块采用短 边合光以减小所述透镜镜头的后截距。

在一些实施例中，所述光源模块包括第一光源模组、第二光源模组和第三光 源模组；所述液晶调制模块包括第一液晶调制模组、第二液晶调制模组以及第三 液晶调制模组，所述第二液晶调制模组沿第一方向设置在所述第二光源模组的出 射光路上，所述第一液晶调制模组沿与所述第一方向垂直的第二方向设置在所述 第一光源模组的出射光路上，所述第三液晶调制模组沿第二方向的相反方向设置 在所述第三光源模组的出射光路上；所述合光模块沿所述第一方向设置在所述液 晶调制模块的所述第二液晶调制模组的出射光路上。

在一些实施例中，所述液晶调制模块包括起偏器、调制面板和检偏器，所述 起偏器用于将所述光源模块发出的光束进行起偏，以使得光束的偏振态与所述调 制面板的液晶方向平行，所述检偏器用于将所述调制面板调制后的光束进行检偏 以被人眼识别。

在一些实施例中，所述调制面板为LTP-LCD。

在一些实施例中，所述第一液晶调制模组、第二液晶调制模组以及第三液晶 调制模组分别包括第一调制面板、第二调制面板以及第三调制面板，所述第二调 制面板的长边方向垂直于第一方向，平行于所述第一调制面板和第三调制面板的 长边方向，且垂直于所述合光模块的短边方向。

在一些实施例中，所述光源模组的所述第一光源模组、第二光源模组和第三 光源模组均包括发光单元、光收集单元、准直透镜，所述发光单元用于发出光束， 所述光收集单元用于对所述发光单元出射的光束进行收集，所述准直透镜用于将 光收集单元出射的光束进行准直。

在一些实施例中，所述光源模组还包括补充第二光源模组，所述补充第二光 源模组沿第二方向设置，包括沿第二方向的补充第二发光单元；其中，所述第一 光源模组沿第二方向设置，所述第二光源模组沿第一方向设置，所述第三光源模 组沿与第二方向相反的方向设置，所述补充第二光源模组出射的补充光与所述第 二光源模组发出的第二光束合光后照射至所述第二液晶调制模组。

在一些实施例中，所述第二光源模组设置的第二发光单元及所述补充第二发 光单元的共同出射路径上设置有补充合光单元，所述补充合光单元用于将所述补 充第二发光单元发出的补充光束反射至所述第二发光单元，并透射所述第二发光 单元出射的第二光束。

在一些实施例中，所述第二发光单元的反射面上涂布有受激激发出所述第二 光束的荧光粉，所述补充光束为蓝激光。

在一些实施例中，所述第一光源模组沿第一方向设置，所述第二光源模组沿 第一方向设置，所述第三光源模组也沿第一方向设置，所述第一光源模组出射的 第一光束经过第一折转组件折转后沿第二方向入射至所述第一液晶调制模组，所 述第三光源模组出射的光束经过所述第三折转组件折转后沿第二方向相反的方 向入射至所述第三液晶调制模组。

在一些实施例中，所述第一折转组件包括第一光回收组件、第一光传输装置 以及第一折转元件，用于将第一光束的传输方向由第一方向调整为第二方向；所 述第三折转组件包括第三光回收组件、第三光传输装置以及第三折转元件，用于 将第三光束的传输方向由第一方向调整为第二方向的相反方向。

在一些实施例中，所述第一折转元件和所述第三折转元件为空心结构或实心 直角棱镜。

在一些实施例中，所述光收集单元为锥形反射器，用于将所述发光单元出射 的光束以非成像的方式收集。

在一些实施例中，所述光收集单元为第二透镜，用于将第二发光组件出射的 光线进行收集，并在所述准直透镜的准直作用下出射准直的第一光束。

在一些实施例中，所述第二透镜为收集透镜；所述起偏器用于实现光斑整形 和光线回收，包括圆光斑面分布、第一区域和第二区域，其中，所述圆光斑面分 布为光束传输至调制面板时的光斑形状，所述第一区域为与调制面板形状适配且 内接于所述圆光斑面分布的矩形区域，且所述第一区域设置为光循环膜层，用于 对矩形区域的光斑做偏振光循环；以及所述第二区域设置在所述圆光斑面分布中 除第一区域以外的边缘部分，所述第二区域设置为镜面反射膜层，用于回收边缘 光斑。

在一些实施例中，所述第二透镜为自由曲面透镜，用于使光束的面分布为大 于调制面板照明区域的圆矩形，所述准直透镜为菲涅尔透镜；所述起偏器用于实 现光斑整形和光线回收，包括圆矩形光斑面分布、第一区域和第二区域，其中， 所述圆矩形光斑面分布为光束传输至调制面板时的光斑形状，所述第一区域为与 调制面板形状适配且内接于所述圆矩形光斑面分布的矩形区域，且所述第一区域 设置为光循环膜层，用于对矩形区域的光斑做偏振光循环；以及所述第二区域设 置在所述圆矩形光斑面分布中除第一区域以外的边缘部分，所述第二区域设置为 镜面反射膜层，用于回收边缘光斑。

在一些实施例中，所述投影镜头为非远心超短焦镜头，包括反射镜和反光杯， 用于对合光模块出射的照明光进行偏折。

与现有技术相比，由于采用短边合光的合光方案，能够充分利用合光模块本 身的合光结构，且大大减小了液晶调制模块到投影镜头的后截距，减小了整个投 影装置的体积，由于在合光模块前添加了光束会聚组件使照明光在射入合光模块 时被整形为沿主光轴收缩会聚或者部分会聚的非远心光束，使得照明光到达镜头 时的有效照明区域面积大大减小，从而降低了镜头直径，大大减小了整个照明系 统的体积。

附图说明

图1为投影装置的基本光学架构示意图；

图2为本申请的投影装置的实施例一的结构示意图；

图3为长边合光以及本申请的短边合光的结构示意图；

图4为本申请的实施例二的投影装置110的结构示意图；

图5为本申请的实施例三的投影装置120的结构示意图；

图6为本申请的实施例四的投影装置130的结构示意图；

图7为本申请的实施例五的投影装置140的结构示意图；

图8为本申请的实施例五的起偏器241g的结构示意图；

图9为本申请的实施例六的投影装置150的结构示意图；

图10为本申请的实施例六的起偏器251g的结构示意图；

图11为本申请的实施例七的投影装置160的结构示意图；

图12为本申请的实施例八的投影装置170的结构示意图；

具体实施方式

显示领域中，由于DMD以及LCOS各自的制作工艺复杂、成本较高，且二 者均为反射式器件，应用到三片式投影中会造成光路更加复杂，体积难以进一步 缩小的问题，因此，三片式LCD的投影架构一直是三片式中较为常用的投影方 案，然而，传统三片式LCD的投影架构依然存在成本高、体积大的问题。

目前，LCD面板根据低温多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon，LTPS)和 高温多晶硅(High Temperature Poly-Silicon，HTPS)两种工艺被分为HLTP-LCD 以及LTP-LCD两种，其中HTPS工艺精度较高，核心的HTPS工艺大多掌握在 国外友商手中，液晶像素尺寸可以达到10um以下，且做到较高的开口率及分辨 率，能够符合投影机对光阀的尺寸要求，但是HTPS对制备工艺的要求极高，因 此成本较高，同时，该面板要求光源的扩展量足够小，一般采用灯泡或者激光作 为光源，导致其光机体积较大。

而采用LTPS制备的LTP-LCD面板，也称彩色调制面板，由于工艺简单， 成本较低，在国内即具备较高的产能。但是，正式由于工艺简单，其精度较低， 像素尺寸通常在25um以上，面板较大，也即一定分辨率的情况下，整个LTP-LCD 面板尺寸较大，后续的镜头尺寸大，最终导致整个投影装置尺寸较大，因此， LTP-LCD一般被应用到单片式投影中，而从未被应用到三片式投影中。

因此，本申请提出一种新的投影架构，采用非成像方式照明三片LTP-LCD 以及短边合光的方案，降低了对入射光源光学扩展量较小的要求，从技术层面解 决了LTP-LCD面板尺寸大带来的三片式投影架构技术缺陷、克服了LTP-LCD的 面板尺寸大故而不被应用到三片式投影架构中的技术偏见，解决了传统三片式 HLTP-LCD架构下的成本较高、不易量产、体积较大，难以适配商教、家用等平 民化的投影应用场景的问题，也真正将能够量产的大面板LTP-LCD应用到三片 式投影架构，加快投影显示行业的中低端投影产品的快速产业化。可以理解的， 本申请的投影装置除了能够用于传统投影行业中的商务机、教育机等投影机，还 由于该架构形态简单、功能强大，可以更优的应用于微形投影仪、手机集成投影等，具备十分广阔的应用前景。

请参见图1，为本申请的投影装置的基本光学架构示意图，投影装置包括光 源模块10、液晶调制模块20、合光模块30和投影镜头40。光源模块10包括多 个光源模组，能够分别发出第一光束、第二光束以及第三光束，第一光束、第二 光束以及第三光束分别为红光、绿光或者蓝光；液晶调制模块20包括多个液晶 调制模组，并设置在光源模块10的出射光路上，用于将第一光束、第二光束以 及第三光束等光束分别调制为第一图像光、第二图像光以及第三图像光，其中， 第一光束、第二光束以及第三光束从光源模块10出射后分别以非成像的方式入 射至液晶调制模块20的多个液晶调制模组中，大大降低了光源模块10到显示模 块20的元件数量及距离，可以有效减小照明系统的体积；合光模块设置在多个 液晶调制模组的出射光路上，用于对经过多个液晶调制模组调制后的第一图像光、 第二图像光以及第三图像光进行合光以产生彩色的图像光；投影镜头40设置在 合光模块的出射光路上，用于将图像光成像到预设投影平面或者屏幕上，以显示 图像。其中，以图像光入射至投影镜头的方向为第一方向为例，液晶调制模块 20的多个液晶调制模组与合光模块采用短边合光(后文将详述何为短边合光) 的方式进行合光，此种方式能够减小合光模块30在第一方向上的体积，也有效 减小了投影镜头40的后截距，从而大大缩小了整个投影装置的体积。

下面结合附图和实施方式对本申请实施例进行详细说明。

请参见图2，为本申请的投影装置的实施例一的结构示意图。投影装置100 包括光源模块10、液晶调制模块20、合光模块30和投影镜头40，其中，光源 模块10包括第一光源模组10r、第二光源模组10g以及第三光源模组10b，分别 用于发出第一光束、第二光束以及第三光束，在一些实施例中，第一光束为红光， 第二光束为绿光，第三光束为蓝光，光源模块10可以是采用激光器或者LED， 也可以采用激光荧光的方案，本申请对光源模块10的具体类型不做限定；液晶 调制模块20包括第一液晶调制模组20r、第二液晶调制模组20g和第三液晶调制 模组20b，别用于对提供非成像方式照射到液晶调制模块20的第一光束、第二 光束以及第三光束进行调制，其中，在一些实施例中，第一液晶调制模组20r、 第二液晶调制模组20g和第三液晶调制模组20b均采用LTP-LCD模组，从而能 够提供较大的调制面积，降低对入射到液晶调制模块20上的光束的扩展量的要 求；经过第一液晶调制模组20r、第二液晶调制模组20g和第三液晶调制模组20b 调制后的第一光束、第二光束以及第三光束分别表示为第一图像光、第二图像光 以及第三图像光，第一图像光、第二图像光以及第三图像光分别入射至合光模块 30后被合为彩色图像光，并经投影镜头40成像到预设投影平面上。

第一光源模组10r、第二光源模组10g以及第三光源模组10b，分别用于发 出第一光束、第二光束以及第三光束。其中，第一光源模组10r沿与第一方向垂 直的第二方向入射合光模块30，第二光源模组10g沿第一方向入射至合光模块 30，第三光源模组10b沿第二方向相反的方向入射至合光模块30。在本实施例 中，由于第一光源模组10r、第二光源模组10g以及第三光源模组10b的组成元 件相同，仅仅是与合光模块30的相对位置不同，因此，以第二光源模组10g为 例，第二光源模组10g包括沿第一方向依次设置的第二发光单元101g、光收集 单元以及准直透镜103g。在本实施例中，第二发光单元101g为绿色激光器，用于发出绿光。

在本实施例中，光收集单元为锥形反射器102g，锥形反射器102g的面积较 小的一端为入射面，面积较大的一端为出射面，以使第二发光单元101g发射的 绿光经入射面入射到锥形反射器内部之后，经锥形反射器的侧壁反射后由出射面 出射或直接出射，使得出射光斑的面积大于入射光斑的面积，从而减小了光束的 发散角，从而以非成像的方式将第二光束照射到第二液晶调制模组上。本实施例 中的锥形反射器102g为实心锥形导光棒，光束通过全反射的方式在锥形反射器 102g的侧面反射。在本申请的其他实施方式中，锥形反射器102g也可以为由反 射板/反射面构成的空心锥形反射器，此处不再赘述。

本实施例的锥形反射器102g的出射光照射到准直透镜103g上，从而对第二 光束进行准直，使其顺利进入光路下游的光学元件。可以理解，在本申请的其他 实施方式中，也可以不设置准直透镜，例如，当来自上游光路的第二光束满足小 发散角的情况下。

在一些实施例中，在上述锥形反射器102g与准直透镜103g之间，或者在准 直透镜103g之后，还可以设置一光回收组件(图未示)，此时，以锥形反射器 102g与准直透镜103g之间为例，若第二发光单元102g出射的为非偏振绿光， 则部分光透射光回收组件后以单一偏振态继续出射，部分光被光回收组件反射后 回到锥形反射器102g内，在锥形反射器102g内来回反射，重新经锥形反射器 102g的出射面出射而到达光回收组件，也即，所述光回收组件用于根据第二发 光单元出射的光线的偏振态，选择性的透过某一单一偏振态，而将另一偏振态的 光线进行回收，从而提高了对第一光束的利用率。可以理解，若第二发光单元102g采用的是LED或者激光荧光，则上述结构能把从光回收组件返回来的偏振 光重新打散成自然光，再继续参与光循环。在一些实施例中，为了使得回收后的 第一光束能够减少回收次数，还可以在锥形反射器内设置如1/4波片(图未示) 的结构，对光束的偏振态进行改变。在本申请中，光回收组件可以是例如线栅偏 振片的装置。同理，第一光源模组10r包括沿第二方向依次设置的第一发光单元 101r、锥形反射器102r以及准直透镜103a，第一发光单元101a为红光激光器； 第三光源模组10b包括沿第二方向依相反方向次设置的第三发光单元101a、锥 形反射器102b以及准直透镜103b，第三发光单元101b为红光激光器，具体原理 与第二光源装置10g类似，在此不再赘述。

继续参见图2，继续以第二光源模组10g为例，来自第二光源模组10g的第 一光束入射到第二液晶调制模组20g，第二液晶调制模组20g包括起偏器201g 以及第二调制面板202g，起偏器201g用于将控制第二光束的偏振态，使得第二 光束的偏振态与第二调制面板202g的液晶方向平行，从而使得第二调制面板 202g能够对第二光束进行调制，生成第二照明光，在本实施例中，第二调制面 板202g包含了设置在其后表面的检偏器(图未示)，检偏器用于将第二调制面板 202g调制后的第二照明光进行检偏，从而能够被人眼识别，可以理解，在一些 实施例中，检偏器也可以与第二调制面板202g分离设置，避免了两者直接的热接触，从而避免第二调制面板202g产生的热量造成检偏器的老化、损坏。经第 二调制面板202g调制后产生的第二照明光沿第一方向照射至合光模块30，同理， 经第一调制面板202a调制后产生的第一照明光沿第二方向照射至合光模块30，

请一并参见图3，为长边合光以及本申请的短边合光的结构示意图。可以理解， 为实现较优的显示效果，LTP-LCD面板的标准长宽比一般为16∶9，16∶10，4∶3，因 此，LTP-LCD面板并未是正方形，而是存在长边和短边。同时，三片式投影中，除 调制颜色不同以外，三个面板的规格应该一致。如图3(r)所示的长边合光方式中， 绿光面板的长边方向平行于第一方向，且分别垂直于红光面板、蓝光面板的长边方 向，此时，绿光面板到投影镜头40的距离，也即，投影镜头40的后截距至少等于 红光面板和蓝光面板的长边长度。而如图3(g)所示的短边合光方案中，第二调制 面板202g的长边方向垂直于第一方向，且平行于第一调制面板202a和第三调制面 板202b的长边方向，使得第一调制面板202a到投影镜头40的后截距至少等于第一 调制面板202a和第三调制面板202b的短边长度，由于LTP-LCD面板的短边一定小 于长边，因此，本申请的短边合光方案能够有效降低传统长边合光方案的后截距，进而减小投影装置的体积。

请继续参见图3，合光模块30用于将第一照明光、第二照明光以及第三照 明光进行合光，可以理解，采用上述短边合光的方案时，合光模块30可采用 X-cube合光棱镜，其中，合光棱镜包括第一镀膜面(图未示)和与之垂直的第 二镀膜面，第一镀膜面与第二镀膜面沿顺时针方向依次被分为第一段镀膜311、 第二段镀膜312、第三段镀膜313以及第四段镀膜314，第一段镀膜311为透绿 反红膜，第二段镀膜312为透红绿反蓝膜，第三段镀膜313为透蓝绿反红膜，第 四段膜314为透绿反蓝膜。

同时，合光棱镜的长边方向与第二调制面板202g的长边方向平行，且合光 棱镜的长边长度大于等于第二调制面板202g的长边方向，合光棱镜的短边方向 与第二调制面板202g的短边方向平行，且合光棱镜的短边长度大于等于第二调 制面板202g的短边方向，沿与第一方向、第二方向均垂直的方向投影时，合光 模块30呈“X”形状，其中，“X”形状即为第一镀膜面和第二镀膜面的投影线。通 过这样的设置，能够将第一照明光、第三照明光分别反射到第一方向并与第二照 明光进行合光后产生彩色的照明光。

投影镜头40设置在合光模块30的出射光路上，用于将彩色图像投射至预定 位置，形成可供观众观看的图像。本实施例中，投影镜头40由多个透镜组成。 可以理解，本领域技术人员可根据投影场景需求对产品镜头进行设计，投影镜头 还可以包括反射曲面等光学结构，此处暂不赘述。

在一些实施例中，还可以在合光模块30和投影镜头40之间设置一像素扩展 模块50，像素扩展模块50用于使彩色图像的光束沿垂直于光轴的方向平移，使 得不同平移位置的彩色图像时序叠加，以提高最终投影的显示分辨率。像素扩展 模块50可以是通过电流或电压控制转动角度的透明平板光学器件(XPR： Expanded Pixel Resolution)，当像素扩展模块50的透明平板转动一定角度时，通 过该透明平板的光经过两次折射后而整体平移，透明平板在转动位置处停留预定 时间，然后转动到其他位置。在一个图像帧周期中，像素扩展模块50可以包括 2个稳态或4个稳态，图像被响应的拆成2个子帧或4个子帧，人眼通过时间积 分功能，对捕获的2个或4个图像进行叠加，在脑中形成高分辨率的图像，从而 实现4K或者1080P的高分辨率投影显示。可以理解，像素偏移装置还可以包括 更多的稳态，从而实现更高的分辨率，本申请不对像素的倍增数量做限制。

在其他实施方式中，像素偏移装置还可以是液晶双折射装置，通过电压控制 液晶分子的偏转角度，从而对通过该液晶双折射(E-shift)装置的光进行平移， 从而实现整体像素偏移的作用，效果类似于上述机械转动的像素偏移装置，此处 不再赘述。

可以理解，上述方案中，由于光源模块10采用了非成像方式照射液晶调制 模块20，使得光源模块10到液晶调制模块20的距离较小，有效降低了照明系 统的尺寸，同时，由于采用短边合光的合光方案，能够充分利用合光模块30本 身的合光结构，且大大减小了第一调制面板202a到投影镜头40的后截距，减小 了整个投影装置的体积。然而，由于合光模块30出射的彩色照明光依然是远心 照明光从而照射镜头，由于镜头通常有100％以上的偏移(offset)，因此对于远 心照明系统，镜头直径d需要满足

其中，L为面板有效照明区 域长度，W为面板有效照明区域宽度，这会使得镜头尺寸依然不够小、成本高，从而限制了整个投影装置的进一步小型化。为此，本申请还提出了体积被进一步 减小的更优方案。

具体的，请参见图4所示的本申请的实施例二的投影装置110的结构示意图， 图4所示实际上是图2所示的实施例一的变形实施例，因此，元件及编号与图2相同的部分，请参照实施例一中的描述。本实施例与实施例一的区别在于，本 实施例中，投影装置中增加了一光束会聚组件。光束会聚组件可以设置在光源模 块的准直透镜到合光模块的之间的任意位置，用于对照明光束进行会聚或部分会 聚，在本实施例中，光束会聚组件设置在液晶调制模块的起偏器与调制面板之间。 请继续参见图4，以第二光源模组11g到合光模块30之间的光路设置为例，第 二光束会聚组件213g设置在第二液晶调制模组21g的起偏器211g和第二调制面 板212g之间，从而将第二光源模组11g出射的准直后的绿色平行光整形为沿第一方向的主光轴会聚或者部分会聚的光束照射到合光模块中，也即，实现了非远 心照明的方式照射面板和合光模块，优选的，第二光束会聚组件213g可以贴附 在起偏器211g和第二调制面板212g上。同理，第一光源模组10a和第三光源模 组10b也以相同的方式，即，分别在对应位置设置第一光束会聚组件213r、第三 光束会聚组件213b，从而实现非远心照明合光模块30，从而进一步减小了光源 模块沿第一方向、第二方向以及第二方向相反方向到合光模块的距离，降低了整 个照明系统的体积。

在一些实施例中，光束会聚组件可以是场镜、菲涅尔透镜或者自由曲面透镜， 当然，不限于此，只要能够使得第一光束会聚或者部分会聚的光学元件均可。

本实施例中，由于在合光模块前添加了光束会聚组件使照明光在射入合光模 块30时被整形为沿主光轴收缩会聚或者部分会聚的非远心光束，使得照明光到 达镜头时的有效照明区域面积大大减小，从而降低了镜头直径，大大减小了整个 照明系统的体积。

在实施例二的方案中，第一光源模组11r、第二光源模组11g、第三光源模 组11b分别出射第一光束、第二光束以及第三光束后，经过第一光束会聚组件 213r、第一光束会聚组件213g、第三光束会聚组件213b的会聚作用后，经过合 光模块合光并经镜头投射出去。但是，该装置中，当采用LED作为发光组件时， 由于第二发光组件111g存在转化效率较低的问题，因此，同等情况下，第二光 源模组出射的第二光束会明显弱于第一光源模组及第三光源模组。为此，本申请 还针对本问题进一步改进了第二光源模组的光路设置。

具体的，请参见图7所示的本申请的实施例三的投影装置120的结构示意图， 本实施例与图4所示的实施例类似，区别在于：本实施例中光源模块还包括补充 第二光源模组12b1，补充第二光源模组12b1沿第二方向设置，且其与第二光源 模组12g的结构(沿第一方向依次设置的第二发光单元121g、光收集单元122g 以及准直透镜123g)基本一致，包括补充第二发光单元(图中未标识)、光收集 单元(图中未标识)以及准直透镜(图中未标识)，区别仅在于补充第二光源模 组的补充第二发光单元发出的是蓝激光，以及第二发光单元121g的外侧面为反 射面且涂布有绿色发光材料，如绿色荧光粉。且第二光源模组12g及补充第二光 源模组12b1的共同出射路径上设置有一补充合光单元320g，补充合光单元320g上设置有用于将蓝激光反射、红绿荧光透射的膜层，用于将补充第二光源模组 12b1发出的蓝激光反射至第二发光组件121g的绿色荧光粉上，激发出绿荧光， 从而配合第二发光组件共同发出亮度较高的绿色光，也即，通过额外设置的补充 第二光源模组12b1，能够对第二发光单元121g上的绿荧光粉进行双面激发，有 助于提升受激光的激发效率，进而提升光效率，可选的，所述第三光源模组的对 应位置也可以设置相应的补充光源模组，只需要件第三光源模组中的第三发光单 元设置为涂布有红色荧光粉的发光单元，且补充合光单元设置为反蓝透红即可， 其原理与第二光源模组补充绿光的原理一致，在此不再赘述。

可选的，补充合光单元320g也可以设置为一个区域膜片(图未示)，包括中 间区域和边缘区域，中间区域用于反射补充第二光源模组发出的光学扩展量较小 的蓝激光到第二发光组件上，边缘区域用于透射第二发光组件上发出的绿光以及 蓝激光激发第二发光组件上的绿色荧光粉产生的绿荧光。通过这样的方式，能够 进一步提高双面激发的绿光转化和利用效率。

进一步的，为了进一步缩小实施例二的光路结构示意图，本申请还提出了实 施例四，请参见图8所示的本申请的实施例四的投影装置130的结构示意图，本 实施例与图4所示的实施例类似，区别在于：本实施例的第一光源模组和第三光 源模组均沿第一方向设置，但第一液晶调制模组23r(包括起偏器231r和第一调 制面板232r)以及第一光束会聚组件233r依然沿第二方向设置，第三液晶调制 模组23b(包括起偏器231b和第三调制面板232b)以及第三光束会聚组件233b 依然沿第二方向的相反方向设置，在第一光源模组与第一液晶调制模组23r之间， 还设置有第一折转组件，第一折转组件包括第一光回收组件631r、第一光传输装 置632r以及第一折转元件633r，用于将第一光束的传输方向由第一方向调整为 第二方向，通过这样的设置，由于改变了第一光束的传输方向，能够压缩沿第二方向上装置的长度。

具体的，第一光回收组件631用于透射第一光源模组发出的第一光束的第一 偏振态的光并反射与第一偏振态垂直的第二偏振态的光，从而进一步实现光回收 利用，可选的，第一光回收组件631可以采用反射式偏振增透膜(DBEF，dual brightness enhancementfilm)；在第一光回收组件631的出射方向设置有第一光传 输装置632r，用于将第一光束无损的传输至第一折转元件633r，在一些实施例 中，第一光传输装置可以采用、空心导光器件、方棒或锥棒等；第一折转元件 633r可以采用实心直角棱镜，用于将沿第一方向传输的第一光束的传输方向折转 为沿第二方向传输，从而压缩了沿投影装置沿第二方向的体积。

进一步的，第一折转元件633r采用空心结构时，其包括一入射面、反射面 和出射面，入光面和出光面可以采用镀膜的玻璃片、石英片或塑料，其形状可以 为直平面、曲面或者由多个直平面组成的锯齿面，二者的放置位置可以相互垂直， 以满足对不同光线的透射、反射要求。

第一折转元件633r的反射面与第一方向的夹角可以为-90°-0°之间的任一角 度，以实现光线向任一方向的折转。优选的，当反射面与第一方向夹角为-45°时， 光线折转90°，从而使得第一光束的方向被折转为第二方向，通过这样的设置， 可实现直角棱镜的功能。

同理，在第三光源模组与第三液晶调制模组23b之间，还设置有第三折转组 件，其包括第三光回收组件631b、第三光传输装置632b以及第三折转元件633b， 用于将第三光束的传输方向由第一方向调整为第二方向的相反方向，通过这样的 设置，由于改变了第一光束的传输方向，能够压缩沿第二方向相反方向上装置的 长度。同时，第三折转元件633b的反射面与第一方向的夹角可以为0°-90°之间 的任一角度。其余设置与第一光源模组到合光模块之间的设置基本一致，在此不 再赘述。

通过沿第一方向传输的第一光束的传输方向折转为沿第二方向传输以及将 第三光束的传输方向由第一方向调整为第二方向的相反方向，能够充分利用第二 光源模组到合光装置处的沿第一方向的空间，减小了第一光源模组和第三光源模 组排布时造成的沿第二方向体积过大的问题，同时，由于折转组件包含了光回收 组件、光传输装置以及折转元件，能够将第一光束高效、无损的传输至液晶调制 模组，在减小了装置体积的前提下，有效提升了光利用效率。

请参见图9所示的本申请的实施例五的投影装置140的结构示意图，本实施 例与图4所示的实施例类似，区别在于：本实施例的光收集单元采用了第二透镜 142g，第二透镜142g为收集透镜，用于将第二发光组件出射的光线进行收集， 并在准直透镜的准直作用下出射准直的第一光束，由于第二透镜142g和准直透 镜出射的第一光束的面分布为圆形，而调制面板需要的照明的部分为矩形，因此 需要从圆光斑中切出矩形，而本申请通过设置了特殊形状的起偏器241g实现了 光斑整形和光线回收。如图10所示，起偏器241g包括圆光斑面分布2411g、第 一区域2412g以及第二区域2413g。优选的，圆光斑面分布2411g即为第一光束 传输至调制面板时的光斑形状，第一区域2412g为与调制面板形状适配且内接于 圆光斑的矩形区域，且2412g设置为光循环膜层，用于对第一光束的矩形区域光 斑做偏振光循环，例如采用上述提及的DBEF，从而最大化的提高系统效率，第 二区域2413g设置在起偏器241g的圆光斑面分布2412g除第一区域以外的边缘 部分，第二区域2413g可以采用镜面反射膜层，从而使得圆光斑中不参与照明的 边缘光斑部分会被反射回第二透镜142g重新利用，进一步提高了光利用效率。

通过这样的设置，能够将第一光束分为用于照射到调制面板上的矩形光斑以 及被反射回收的边缘光斑，从而从空间上以及偏振维度上分别针对不同区域、不 同偏振特性的光进行回收和再利用，最大限度保证了光源模块出射的光的光利用 效率。

请参见图11所示的本申请的实施例六的投影装置150的结构示意图，本实 施例与图9所示的实施例类似，区别在于：本实施例中，第二透镜为自由曲面透 镜，优选为XY多项式透镜，准直透镜153g采用菲涅尔透镜，使用自由曲面透 镜作为第二透镜可以使出射光的面分布为略大于调制面板照明区域的圆矩形，从 而与面板需要的照明部分相吻合。因此，起偏器251g被设置为如图12所示的结 构，包括圆矩形光斑面分布2511g、第一区域2512g以及第二区域2513g。优选 的，圆矩形光斑面分布2511g即为第一光束传输至调制面板时的光斑形状，第一 区域2512g为与调制面板形状适配且内接于圆矩形光斑的矩形区域，且2512g设置为光循环膜层，用于对第一光束的矩形区域光斑做偏振光循环，例如采用上 述提及的DBEF，从而最大化的提高系统效率，第二区域2513g设置在起偏器251g 的圆矩形光斑面分布2512g除第一区域以外的边缘部分，第二区域2513g可以采 用镜面反射膜层，从而使得圆光斑中不参与照明的边缘光斑部分会被反射回第二 透镜重新利用，进一步提高了光利用效率。由于采用了自由曲面透镜与菲涅尔透

请参见图11所示的本申请的实施例七的投影装置160的结构示意图，本实施例 与图4所示的实施例类似，区别在于：本实施例还在图4所示的实施例二的基础上 设置了超短焦镜头，包括反射镜462和反光杯461，用于对照明光束进行偏折，从 而避免镜头过长而使系统尺寸变大。这种投影装置将光线折叠后可增加空间利用率， 减小投影装置体积，有效解决了采用直投镜头的照明系统体积大、成本高等问题， 同时采用超短焦镜头可以使相同透射比的情况下投影装置到投影面的距离小于使用 直投镜头的光机，减小用户使用时投影装置占用的空间，提升用户体验。

请参见图12所示的本申请的实施例八的投影装置170的结构示意图，本实施例 与图9以及图11所示的实施例类似，区别在于：本实施例还在图9所示的实施例四 的基础上设置了超短焦镜头472及471，相较于实施例七，本实施例的结构布局能 够进一步利用第二光源模组沿第一方向到镜头处的空间，更进一步的减小投影装置 的体积。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利 用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用 在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种投影装置，其特征在于，包括：

光源模块，包括多个光源模组，所述多个光源模组用于发出第一光束、第二光束以及第三光束；

液晶调制模块，包括多个液晶调制模组，设置在所述光源模块的出射光路上，所述多个液晶调制模组用于分别将所述多个光源模组出射的所述第一光束、所述第二光束以及所述第三光束调制为第一图像光、第二图像光以及第三图像光；

合光模块，设置在所述多个液晶调制模组的出射光路上，用于将所述第一图像光、所述第二图像光以及所述第三图像光进行合光以产生彩色的图像光；

光束会聚组件，所述光束会聚组件设置在所述光源模块和所述合光模块之间，用于对光束进行会聚或部分会聚以实现非远心照明；以及

投影镜头，设置在所述合光模块的出射光路上，用于将所述图像光成像到预设投影平面或者屏幕上以显示图像；其中，

所述多个液晶调制模组与所述合光模块采用短边合光以减小所述透镜镜头的后截距。

2.一种如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，

所述光源模块包括第一光源模组、第二光源模组和第三光源模组；

所述液晶调制模块包括第一液晶调制模组、第二液晶调制模组以及第三液晶调制模组，所述第二液晶调制模组沿第一方向设置在所述第二光源模组的出射光路上，所述第一液晶调制模组沿与所述第一方向垂直的第二方向设置在所述第一光源模组的出射光路上，所述第三液晶调制模组沿第二方向的相反方向设置在所述第三光源模组的出射光路上；

所述合光模块沿所述第一方向设置在所述液晶调制模块的所述第二液晶调制模组的出射光路上。

3.一种如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，

所述液晶调制模块包括起偏器、调制面板和检偏器，所述起偏器用于将所述光源模块发出的光束进行起偏，以使得光束的偏振态与所述调制面板的液晶方向平行，所述检偏器用于将所述调制面板调制后的光束进行检偏以被人眼识别。

4.一种如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述调制面板为LTP-LCD。

5.一种如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，

所述第一液晶调制模组、第二液晶调制模组以及第三液晶调制模组分别包括第一调制面板、第二调制面板以及第三调制面板，所述第二调制面板的长边方向垂直于第一方向，平行于所述第一调制面板和第三调制面板的长边方向，且垂直于所述合光模块的短边方向。

6.一种如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，

所述光源模组的所述第一光源模组、第二光源模组和第三光源模组均包括发光单元、光收集单元、准直透镜，所述发光单元用于发出光束，所述光收集单元用于对所述发光单元出射的光束进行收集，所述准直透镜用于将光收集单元出射的光束进行准直。

7.一种如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，

所述光源模组还包括补充第二光源模组，所述补充第二光源模组沿第二方向设置，包括沿第二方向的补充第二发光单元；其中，

所述第一光源模组沿第二方向设置，所述第二光源模组沿第一方向设置，所述第三光源模组沿与第二方向相反的方向设置，所述补充第二光源模组出射的补充光与所述第二光源模组发出的第二光束合光后照射至所述第二液晶调制模组。

8.一种如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，

所述第二光源模组设置的第二发光单元及所述补充第二发光单元的共同出射路径上设置有补充合光单元，所述补充合光单元用于将所述补充第二发光单元发出的补充光束反射至所述第二发光单元，并透射所述第二发光单元出射的第二光束。

9.一种如权利要求8所述的投影装置，其特征在于，

所述第二发光单元的反射面上涂布有受激激发出所述第二光束的荧光粉，所述补充光束为蓝激光。

10.一种如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，

所述第一光源模组沿第一方向设置，所述第二光源模组沿第一方向设置，所述第三光源模组也沿第一方向设置，所述第一光源模组出射的第一光束经过第一折转组件折转后沿第二方向入射至所述第一液晶调制模组，所述第三光源模组出射的光束经过所述第三折转组件折转后沿第二方向相反的方向入射至所述第三液晶调制模组。

11.一种如权利要求10所述的投影装置，其特征在于，

所述第一折转组件包括第一光回收组件、第一光传输装置以及第一折转元件，用于将第一光束的传输方向由第一方向调整为第二方向；

所述第三折转组件包括第三光回收组件、第三光传输装置以及第三折转元件，用于将第三光束的传输方向由第一方向调整为第二方向的相反方向。

12.一种如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第一折转元件和所述第三折转元件为空心结构或实心直角棱镜。

13.一种如权利要求6-12所述的投影装置，其特征在于，所述光收集单元为锥形反射器，用于将所述发光单元出射的光束以非成像的方式收集。

14.一种如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，所述光收集单元为第二透镜，用于将第二发光组件出射的光线进行收集，并在所述准直透镜的准直作用下出射准直的第一光束。

15.一种如权利要求14所述的投影装置，其特征在于，

所述第二透镜为收集透镜；

所述起偏器用于实现光斑整形和光线回收，包括圆光斑面分布、第一区域和第二区域，其中，所述圆光斑面分布为光束传输至调制面板时的光斑形状，所述第一区域为与调制面板形状适配且内接于所述圆光斑面分布的矩形区域，且所述第一区域设置为光循环膜层，用于对矩形区域的光斑做偏振光循环；以及

所述第二区域设置在所述圆光斑面分布中除第一区域以外的边缘部分，所述第二区域设置为镜面反射膜层，用于回收边缘光斑。

16.一种如权利要求14所述的投影装置，其特征在于，

所述第二透镜为自由曲面透镜，用于使光束的面分布为大于调制面板照明区域的圆矩形，所述准直透镜为菲涅尔透镜；

所述起偏器用于实现光斑整形和光线回收，包括圆矩形光斑面分布、第一区域和第二区域，其中，所述圆矩形光斑面分布为光束传输至调制面板时的光斑形状，所述第一区域为与调制面板形状适配且内接于所述圆矩形光斑面分布的矩形区域，且所述第一区域设置为光循环膜层，用于对矩形区域的光斑做偏振光循环；以及

所述第二区域设置在所述圆矩形光斑面分布中除第一区域以外的边缘部分，所述第二区域设置为镜面反射膜层，用于回收边缘光斑。

17.一种如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影镜头为非远心超短焦镜头，包括反射镜和反光杯，用于对合光模块出射的照明光进行偏折。

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