CN216696962U - 投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种投影系统，包括空间光调制器、全内反射棱镜和扩展像素致动器，全内反射棱镜设置于空间光调制器的出射光路上，扩展像素致动器包括透光元件和驱动装置，透光元件设置于全内反射棱镜和空间光调制器之间的光路上，驱动装置连接于透光元件，用于驱动透光元件移动。本申请提供的投影系统，透光元件的尺寸能够大幅减小，降低了扩展像素致动器的功耗，且能够使得镜头的后截距更短，减小了镜头的设计难度。

Description

投影系统

技术领域

本申请涉及投影设备技术领域，尤其涉及一种投影系统。

背景技术

投影系统的像素分辨率可能受到空间光调制器的限制，为了提高投影系统的像素分辨率，相关技术提供了一种投影系统，该投影系统在投影路径中设置了扩散像素致动器，用于将空间光调制器生成的图像光移位，能够实现图像的微小位移，进而实现像素分辨率的提升。

在该投影系统中，扩展像素致动器放置于镜头和全内反射棱镜(简称TIR棱镜)之间，由于空间光调制器的照明光具有一定的角度，当图像光经过全内反射棱镜传播一定距离后，光线发散，扩展像素致动器上的透光元件为了使得所有光线通过，其面积要远大于空间光调制器面板的面积，因此需要扩展像素致动器有更大的通光口径和更大的透光元件，而扩展像素致动器的功耗与透光元件的面积为正相关关系，透光元件面积越大，其功耗越大。

同时，由于扩展像素致动器在其厚度方向上会占据一定空间，从而增大镜头到空间光调制器表面的距离，这一段距离被称为镜头的后截距，过大的后截距会增加镜头的设计难度，在一定的镜头性能要求下，后截距越长，镜头的所需的口径越大，所需要的镜片片数也会越多，导致镜头的成本升高。

实用新型内容

本申请实施方式提出了一种投影系统，以解决上述技术问题。

本申请实施方式通过以下技术方案来实现上述目的。

本申请实施方式提供一种投影系统，包括空间光调制器、全内反射棱镜和扩展像素致动器，全内反射棱镜设置于空间光调制器的出射光路上；扩展像素致动器包括透光元件和驱动装置，透光元件设置于全内反射棱镜和空间光调制器之间的光路上，驱动装置连接于透光元件，用于驱动透光元件移动。

在一种实施方式中，透光元件与全内反射棱镜间隔，驱动装置位于透光元件和全内反射棱镜之间；投影系统还包括棱镜，棱镜设置于全内反射棱镜和透光元件之间。

在一种实施方式中，棱镜与全内反射棱镜相互贴合。

在一种实施方式中，棱镜的折射率大于或等于全内反射棱镜的折射率。

在一种实施方式中，驱动装置包括电路板、弹片和驱动器，电路板位于透光元件朝向全内反射棱镜的一侧，电路板设有对应于透光元件的通孔，通孔与透光元件位置对应，棱镜设置于通孔；弹片连接于电路板和透光元件之间，驱动器连接于弹片和电路板之间，用于通过弹片带动透光元件移动。

在一种实施方式中，空间光调制器包括出光面，通孔的面积大于出光面的面积。

在一种实施方式中，驱动装置设于透光元件背离全内反射棱镜的一侧，透光元件和驱动装置共同限定形成位于驱动装置内的安装空间，空间光调制器至少部分位于安装空间内。

在一种实施方式中，透光元件移动距离为d1，透光元件与全内反射棱镜之间的距离为d2，其中，d2＞d1。

在一种实施方式中，驱动装置包括电路板、弹片和驱动器，电路板与透光元件相对设置，且电路板设有通孔，通孔与透光元件位置对应，空间光调制器至少部分设置于通孔；弹片连接于电路板和透光元件之间，驱动器连接于弹片和电路板之间，用于通过弹片带动透光元件移动。

在一种实施方式中，空间光调制器包括出光面，透光元件的面积大于出光面的面积。

本申请提供的投影系统，将透光元件设置于全内反射棱镜和空间光调制器之间的光路上，使得透光元件更加靠近空间光调制器，从而使得透光元件的尺寸稍大于空间光调制器的尺寸就可以保证空间光调制器出射的图像光全部通过透光元件，因此透光元件的尺寸可以大幅减小，从而降低扩展像素致动器的功耗；同时，扩展像素制动器的整体尺寸可以随着透光元件尺寸的减小而减小，从而使得镜头的后截距可以更短，减小了镜头的设计难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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方式，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为相关技术提供的扩展像素致动器的工作原理示意图。

图2为相关技术提供的投影装置的剖切示意图。

图3为本申请实施方式提供的投影装置的剖切示意图。

图4为本申请实施方式提供的另一投影装置的剖切示意图。

图5为本申请实施方式提供的又一投影装置的剖切示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1和图2，相关技术提供了一种投影系统，将扩展像素制动器5被放置在镜头6和全内反射棱镜之7间，扩展像素制动器5用于将空间光调制器8生成的图像光移位，能够实现图像的微小位移，进而实现像素分辨率的提升。

扩展像素制动器5包括透光元件1，透光元件1为折射率为n的透明平板，透明平板可以为透明塑料平板或者其他折射率大于空气的透明材质。透明平板装配在第一轴上面，可以沿一个方向实现倾斜，同时存在另一个正交方向的轴，可以实现另一个方向的倾斜。空间光调制器出射的光线2射向透光元件1，透光元件1沿着与光线2垂直的方向偏转了角度θ，并且透光元件1的厚度为t。光线2穿过透光元件1后，根据折射定律，原本按照方向3前进的光线，由于透光元件1的折射，导致沿着方向4前进，以此实现了光线位移，位移量为△y。

在这种情况下，光线101被偏折的位移量△y可以用以下公式表示：

因此，适当地调整n、θ以及t的数值，可以实现像素的定量偏移。

在该相关技术中，扩展像素制动器5被放置在镜头6和全内反射棱镜7之间，由于扩展像素制动器5在其厚度方向上会占据一定空间，从而增大镜头6到空间光调制器8表面的距离，这一段距离被称为镜头6的后截距，过大的后截距会增加镜头6的设计难度，在一定的镜头性能要求下，后截距越长，镜头6的所需的口径越大，所需要的镜片片数也会越多，导致镜头6的成本升高。除此之外，扩展像素制动器5放置于全内反射棱镜7后，需要扩展像素制动器5有更大的通光口径和更大的透明平板作为透光元件。这是因为空间光调制器8的照明光具有一定的角度，如图2所示的光线可以看出，当图像光经过全内反射棱镜7传播一定距离后，光线发散，扩展像素制动器5上的透光元件1为了使得所有光线通过，其面积要远大于空间光调制器5的面积，扩展像素制动器5的功耗与其上抖动的透光元件1的面积为正相关关系，透光元件1的面积越大，其功耗越大。

有鉴于此，发明人经过不断研究，现提供一种投影系统，将扩展像素致动器设置于空间光调制器和全内反射棱镜的之间光路上，这样的布局，可以使投影系统结构紧凑，大幅减小透光元件的尺寸，从而降低扩展像素致动器的功耗，同时镜头的后截距减小，降低了镜头的设计难度。

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图3，本申请实施方式提供一种投影系统10，包括空间光调制器300、全内反射棱镜400和扩展像素致动器200，全内反射棱镜400设置于空间光调制器300的出射光路上；扩展像素致动器200包括透光元件210和驱动装置220，透光元件210设置于全内反射棱镜400和空间光调制器300之间的光路上，驱动装置220连接于透光元件210，用于驱动透光元件210移动，以将空间光调制器300出射的图像光沿垂直于光轴的方向平移，并使得不同平移位置的图像光时序叠加，能够实现图像的微小位移，进而实现显示分辨率的提升。

投影系统10还包括光源和镜头100，空间光调制器300设置于光源的光路上，光源发出均匀的照明光照射到空间光调制器300，空间光调制器300用于对照明光进行调制后形成图像光，图像光经过扩展像素致动器200和全内反射棱镜400后经镜头100投影出图像。

本申请提供的投影系统10，将透光元件210设置于全内反射棱镜400和空间光调制器300之间的光路上，使得透光元件210更加靠近空间光调制器300，从而使得透光元件210的尺寸稍大于空间光调制器300的尺寸就可以保证空间光调制器300出射的图像光全部通过透光元件210，因此透光元件210的尺寸可以大幅减小，从而降低扩展像素致动器200的功耗；同时，扩展像素制动器200的整体尺寸可以随着透光元件210尺寸的减小而减小，从而使得镜头100的后截距可以更短，减小了镜头100的设计难度。

在本实施方式中，空间光调制器300可以是数字微镜器件(Digtial MicromirrorDevices，DMD)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)或液晶附硅(Liquid Crystalon Silicon，LCoS)。透光元件210为平板状，透光元件210可以为透明塑料平板，在其他实施方式中，透光元件210也可以为其他材质制成，例如蓝宝石或者其他折射率大于空气的透明材质。

在本实施方式中，驱动装置220叠置于透光元件210朝向全内反射棱镜400的一侧，全内反射棱镜400可以贴近驱动装置220设置。透光元件210可以贴近空间光调制器300设置，例如透光元件210与空间光调制器300之间的距离略大于透光元件210的移动距离，不对透光元件210的移动造成干涉即可。

请参阅图4，在一种实施方式中，透光元件210与全内反射棱镜400间隔，驱动装置220位于透光元件210和全内反射棱镜400之间；投影系统10还包括棱镜600，棱镜600设置于全内反射棱镜400和透光元件210之间。

由于棱镜600的折射率大于空气的折射率，假设棱镜600的折射率为n，空气折射率为1，光线通过同样距离d的棱镜600和空气相比，其走过的光程相差为：

因此，棱镜600的设置可以填补驱动装置220中间的空气间隙，进一步减小空间光调制器300到镜头100的光程，也即缩短镜头100的后截距。

在一种实施方式中，棱镜600与全内反射棱镜400相互贴合，使得两者之间不存在空气间隙，同时可以起到固定棱镜600的作用。

全内反射棱镜400可以包括两块三角棱镜，两块三角棱镜的斜面相互胶合形成反射面，其中一块三角棱镜的底面401朝向空间光调制器300，棱镜600贴合于该三角棱镜的底面401上。棱镜600与全内反射棱镜400可以通过胶合的方式贴合，在其他实施方式中，棱镜600与全内反射棱镜400也可以借助额外的装置连接棱镜600与全内反射棱镜400并使棱镜600与全内反射棱镜400贴合。

在一种实施方式中，棱镜600的折射率大于或等于全内反射棱镜400的折射率，随着棱镜600的折射率的增大，光线通过同样距离的棱镜600和空气相比，其走过的光程越大，空间光调制器300到镜头100的光程越小。优选地，棱镜600的折射率可以等于全内反射棱镜400的折射率。

在其他实施方式中，棱镜600的折射率大于空气的折射率且小于全内反射棱镜400的折射率。在此折射率区间内，仍可实现缩短空间光调制器300到镜头100的光程的效果。

仍请参阅图4，在一种实施方式中，驱动装置220包括电路板221、弹片222和驱动器223，电路板221位于透光元件210朝向全内反射棱镜400的一侧，电路板221设有对应于透光元件210的通孔2210，通孔2210与透光元件210位置对应，棱镜600设置于通孔2210，空间光调制器300出射的图像光经通孔2210入射至全内反射棱镜400；弹片222连接于电路板221和透光元件210之间，驱动器223连接于弹片222和电路板221之间，用于通过弹片222带动透光元件210移动。在本实施方式中，通过将棱镜600设置于通孔2210，充分利用了驱动装置220的内部空间来放置棱镜600，进一步缩短了全内反射棱镜400与透光元件210之间的距离，从而减小镜头100的后截距。

本实施方式中，透光元件210为平板状，弹片222叠置于透光元件背离空间光调制器300的表面，并可通过弹性固定结构连接于电路板221，电路板221可与透光元件210相互平行。

在一种实施方式中，驱动器223可以包括线圈2231和磁铁2232，线圈2231设置于电路板221，磁铁2232设置于弹片222。电路板221用于为线圈2231传输电流，线圈2231通电时产生磁力与磁铁2232相互作用，从而通过弹片222带动透光元件210移动。透光元件210可以沿垂直于光轴的方向移动，或者沿平行于光轴的方向移动。

在一种实施方式中，空间光调制器300包括出光面301，通孔2210的面积大于出光面301的面积，使得由空间光调制器300出射的图像光可以完全通过驱动装置220。其中，出光面301即为空间光调制器300出射图像光的表面，具体的，当空间光调制器300为DMD时，出光面301可以是由呈阵列排列的微反射单元的反射面组成。进一步地，透光元件210的面积大于出光面301，使得空间光调制器300出射的图像光可以全部通过透光元件210。

请参阅图5，在一种实施方式中，驱动装置220设于透光元件210背离全内反射棱镜400的一侧，透光元件210和驱动装置220共同限定形成位于驱动装置220内的安装空间230，安装空间230位于透光元件210背离全内反射棱镜400的一侧，空间光调制器300至少部分位于安装空间230内。由此，可以充分利用驱动装置220的内部空间，使得投影系统10的结构更加紧凑，减短镜头100的后截距。

在一种实施方式中，透光元件210移动距离为d1，透光元件210与全内反射棱镜400之间的距离为d2，其中，d2＞d1。其中，移动距离d1是指透光元件210沿光轴方向的移动距离。由此，全内反射棱镜400不会阻碍透光元件210的移动，扩展像素致动器200可以正常工作。

在一种实施方式中，驱动装置220包括电路板221、弹片222和驱动器223，电路板221与透光元件210相对设置，且电路板221设有通孔2210，通孔2210与透光元件210位置对应，空间光调制器300至少部分设置于通孔2210；弹片222连接于电路板221和透光元件210之间，驱动器223连接于弹片222和电路板221之间，用于通过弹片222带动透光元件210移动。本实施方式将空间光调制器300设置于通孔2210，一方面使得空间光调制器300出射的图像光可以完全通过驱动装置220，同时也能够利用驱动装置220的内部空间来放置空间光调制器300，进一步增加投影系统10的紧凑性，，减小镜头100的后截距。

本实施方式中，透光元件210为平板状，弹片222叠置于透光元件210背离全内反射棱镜400的表面，并可通过弹性固定结构连接于电路板221，电路板221可与透光元件210相互平行。空间光调制器300至少部分设置于通孔2210，可以是指空间光调制器300凸出的部分设置于通孔2210。

当然，在一些实施方式中，空间光调制器300可以全部设置于通孔2210，此时空间光调制器300可与电路板221平齐，或者相对电路板221朝向透光元件210缩进，以避免凸出于电路板221外，具体可以根据空间光调制器300的体积大小进行设定，在此并不具体限定。

本实施方式中，驱动器223可以包括线圈2231和磁铁2232，线圈2231设置于电路板221，磁铁2232设置于弹片222。关于线圈2231和磁铁2232的具体结构参考上述实施例的相关记载，在此不再赘述。

综上，本申请提供的投影系统10，将透光元件210设置于全内反射棱镜400和空间光调制器300之间的光路上，使得透光元件210更加靠近空间光调制器300，从而使得透光元件210的尺寸稍大于空间光调制器300的尺寸就可以保证空间光调制器300出射的图像光全部通过透光元件210，因此透光元件210的尺寸可以大幅减小，从而降低扩展像素致动器200的功耗；同时，扩展像素制动器200的整体尺寸可以随着透光元件210尺寸的减小而减小，从而使得镜头100的后截距可以更短，减小了镜头100的设计难度。

此外，术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本申请中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种投影系统，其特征在于，包括：

空间光调制器；

全内反射棱镜，设置于所述空间光调制器的出射光路上；

扩展像素致动器，包括透光元件和驱动装置，所述透光元件设置于所述全内反射棱镜和所述空间光调制器之间的光路上，所述驱动装置连接于所述透光元件，用于驱动所述透光元件移动。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述透光元件与所述全内反射棱镜间隔，所述驱动装置位于所述透光元件和全内反射棱镜之间；所述投影系统还包括棱镜，所述棱镜设置于所述全内反射棱镜和所述透光元件之间。

3.根据权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述棱镜与所述全内反射棱镜相互贴合。

4.根据权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述棱镜的折射率大于或等于所述全内反射棱镜的折射率。

5.根据权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述驱动装置包括电路板、弹片和驱动器，所述电路板位于所述透光元件朝向所述全内反射棱镜的一侧，所述电路板设有通孔，所述通孔与所述透光元件位置对应，所述棱镜设置于所述通孔；所述弹片连接于所述电路板和所述透光元件之间，所述驱动器连接于所述弹片和所述电路板之间，用于通过所述弹片带动所述透光元件移动。

6.根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述空间光调制器包括出光面，所述通孔的面积大于所述出光面的面积。

7.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述驱动装置设于所述透光元件背离所述全内反射棱镜的一侧，所述透光元件和所述驱动装置共同限定形成位于所述驱动装置内的安装空间，所述空间光调制器至少部分位于所述安装空间内。

8.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述透光元件的移动距离为d1，所述透光元件与所述全内反射棱镜之间的距离为d2，其中，d2＞d1。

9.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述驱动装置包括电路板、弹片和驱动器，所述电路板与所述透光元件相对设置，且所述电路板设有通孔，所述通孔与所述透光元件位置对应，所述空间光调制器至少部分设置于所述通孔；所述弹片连接于所述电路板和所述透光元件之间，所述驱动器连接于所述弹片和所述电路板之间，用于通过所述弹片带动所述透光元件移动。

10.根据权利要求1-9任一项所述的投影系统，其特征在于，所述空间光调制器包括出光面，所述透光元件的面积大于所述出光面的面积。

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