CN216772179U - 投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种投影设备，包括多个光源装置、空间光调制器以及多个投影镜头，每个光源装置包括单色光源以及准直装置，单色光源包括多个离散的光发生装置，每个光发生装置出射的光线经准直装置后形成相互平行出射的激发光。空间光调制器包括多个液晶区域，每个液晶区域接收一个光源装置出射的激发光，并调制后透射形成调制光。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。

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。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。

对于单光阀器件的投影系统，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系统，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系统，这类投影系统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系统，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。

近年来出现了采用单片式彩色液晶的投影系统，将彩色液晶面板上的每组红、绿、蓝三个子像素作为一个整体的显示单元，形成彩色显示图像。由于在同一时刻下，彩色液晶面板会同时显示红、绿、蓝三种颜色的像素，因此原理上避免了“彩虹效应”；并且，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，但目前的采用单片式彩色液晶的投影系统的尺寸仍然较大，不利于投影设备的小型化。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种投影设备，以减小投影设备的体积。

第一方面，本申请实施例提供了一种投影设备，包括多个光源装置、空间光调制器以及多个投影镜头，每个光源装置包括单色光源以及准直装置，单色光源包括多个离散的光发生装置，每个光发生装置出射的光线经准直装置后形成相互平行出射的激发光。空间光调制器包括多个液晶区域，每个液晶区域接收一个光源装置出射的激发光，并调制后透射形成调制光。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，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，准直装置包括多个透镜，多个透镜形成透镜阵列。

在一些实施方式中，透镜为单面透镜或双面透镜或球面透镜。

在一些实施方式中，相邻的光发生装置之间设置有吸光材料，光源装置还包括反射偏振片，反射偏振片用于透过指定偏振态的光线，反射偏振片设置于激发光的光路上，并用于将非指定偏振态的光线朝向准直装置反射。

在一些实施方式中，空间光调制器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。

在一些实施方式中，空间光调制器包括基底以及形成于基底的多个液晶区域，多个液晶区域间隔设置。

在一些实施方式中，投影设备还包括检偏器，检偏器设置于调制光的光路上，并位于空间光调制器与投影镜头之间。

在一些实施方式中，检偏器与空间光调制器间隔设置。

在一些实施方式中，检偏器与液晶面板的出光面邻接。

本申请提供的投影设备，采用的光源装置中，单色光源出射的单色光直接经准直装置进行准直化，进而获得均匀、准直的平行光源，整个光源装置的体积较小，进而有利于降低整体投影设备的体积。同时，采用多个独立的投影镜头对单色光进行投影叠加显示，进而获得彩色图像，无论是投影镜头或者空间光调制器，在厚度尺寸上均较小，而且光源装置100、空间光调制器200以及投影镜头300之间的光路不需要在增加额外的光引导元件，进一步减小投影设备的体积。

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是本申请实施例提供的一种投影设备的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的一种投影设备中一种光源装置的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的一种投影设备中另一种光源装置的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的另一种投影设备的结构示意图。

图5是本申请实施例提供的投影设备在投影面的图像示意图。

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。

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系统中这种方案仍然存在以下问题：

(1)照明光将采用白色光源，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，最终导致整个投影系统尺寸较大；

(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。

对于微型投影设备来说，在保证一定应用亮度的情况下，小尺寸带来的便携性、低成本都是非常重要的。单片式彩色液晶面板虽然有低成本的优势，但是由于LCD面板尺寸较大，为保证输出亮度，后续的投影镜头组的口径和长度都会比较大，导致整个投影系统在长宽高三个维度的尺寸上，都很大。

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。

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包括多个光源装置100、空间光调制器200以及多个投影镜头300，光源装置100出射激发光，激发光入射于空间光调制器200并被空间光调制器200调制后形成调制光出射，并经由投影镜头300投射到投影面进行显示。

其中本实施例中，多个是指3个或3个以上。本实施例中，光源装置100为3个，3个光源装置100可以并排设置，每个光源装置100用于产生一种单色光线。可以理解的是，光源装置100的数量不仅限于3个，例如光源装置100也可以是4个、5个或更多个，在此不做限定。同时，多个光源装置100也可以呈阵列方式设置，例如当光源装置100为4个时，4个光源装置100可以呈2×2的阵列式方式排布。

如图2所示，每个光源装置100包括单色光源以及准直装置104，单色光源包括多个离散的光发生装置102，多个光发生装置102之间可以间隔设置上，其中光发生装置102可以是LED、MiNi LED、Micro LED、LD等各类型的光发生装置102。多个光发生装置102可以并排设置在一基底101上，且两个相邻的光发生装置102之间可以保持相同的间距，这样光源出射的光线点阵可以更为均匀，当然，相邻的光发生装置102之间的间距也可以并不完全保持相同，此时可以通过调整每个光发生装置102的输出功率等方式使得光源出射特定光强分布的光。

准直装置104用于对光发生装装置出射的光线进行匀化、准直，每个光发生装置102出射的光线经准直装置104后形成相互平行出射的激发光，准直装置104例如可以包括多个透镜，多个透镜形成透镜阵列，透镜阵列位于光发生装置102出射的光线的路径上，且透镜阵列可以与多个光发生装置102一一对应设置。透镜可以是单面透镜或双面透镜或球面透镜，当透镜为球面透镜时，透镜可以采用高折射材料进行制备，在此均不作限定。本实施例中，准直装置104由多个双面透镜过程透镜阵列形成。

具体而言，本实施例中，3个光源装置100包括第一光源装置110、第二光源装置120以及第三光源装置130，第一光源装置110可以用于出射红色光、第二光源装置120可以用于出射绿色光，第三光源装置130可以用于出射蓝色光。

由于光发生装置102出射的光线有部分会在被准直装置104准直的过程中，出现漫反射等情形，因此光利用率会有所降低。为了提高光效，在一些实施方式中，参阅图3，光源装置100还可以包括反射偏振片105，反射偏振片105设置于准直装置104出射的激发光的光路上，反射偏振片105可以透光指定偏振态的激发光，并将非指定偏振态的激发光朝向准直装置104方向反射，进而使得这部分光线被准直装置104重新匀化、起偏，重新起偏的光线可以再次朝向反射偏振片105方向出射，满足指定偏振态的激发光会透过反射偏振片105进入后续光路得到利用，同时可以在相邻的光发生装置102之间设置吸光材料103，吸光材料103可以将被反射偏振片105反射回准直装置104，但未被准直装置104重新起偏的光线吸收，避免这部分光线在光源处形成漏光现象。其中指定偏振态例如可以是P偏振态，此时非指定偏振态可以是S偏振态；指定偏振态也可以是S偏振态，此时非指定偏振态可以是P偏振态。

上述的光源装置100，在光发生装置102出射形成光线后，即被准直装置104进行匀化、准直，形成平行光，因此整个光源装置100的体积较小，尤其是光源装置100在厚度方向的尺寸较小，有利于整个投影设备10的小型化。需要说明的是，此处的“厚度方向”是指经准直装置104准直后的光线的出射方向。

空间光调制器200包括多个液晶区域210，每个液晶区域210接收一个光源装置100出射的激发光，并调制后透射形成调制光，由于每个光源装置100出射的激发光均为单色光，且颜色不相同。因此每个液晶区域210在进行调制时形成的调制光的颜色也不相同。液晶区域210的数量与光源装置100的数量相同，且一一对应设置，本实施例中，液晶区域210为3个。

作为一种实施方式，空间光调制器200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210，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个光源装置100设置，使得光源装置100出射的激发光能直接入射至液晶区域210。

作为另一种实施方式，空间光调制器200包括基底(未图示)以及形成于基底的多个液晶区域210，多个液晶区域210间隔设置，即空间光调制器200为一整体的液晶面板，每个液晶区域210对应于一个光源装置100设置，使得光源装置100出射的激发光能直接入射至液晶区域210。

其中，为了进一步减小投影设备10的体积，从光源装置100出射的激发光可以以垂直于液晶区域210所在平面的方式入射于液晶区域210，这样不需要额外的光元件引导激发光，因此光源装置100与空间光调制器200之间的间距可以缩短，进而实现进一步的减小投影设备10的厚度方向的尺寸的目的。

投影镜头300的数量与光源装置100的数量以及液晶区域210的数量相同，每个投影镜头300接收一个液晶区域210出射的调制光，并出射图像光，且多个投影镜头300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300的数量为三个，且每个投影镜头300位于空间光调制器200的远离光源装置100的一侧，每个投影镜头300与一个液晶区域210对应设置，且每个投影镜头300的光轴与与其对应的液晶区域210可以相互垂直。

本实施例中的多个投影镜头300采用相同的结构，这样在进行安装调试投影镜头300的位置时，可以降低成本，降低安装难度，提高良率。其中，投影镜头300可以包括一个或多个透镜，透镜可以是凹透镜、凸透镜等，在此不做具体限定。

本实施例中，每个投影镜头300的光轴X与对应的液晶区域210出射的调制光的光轴同轴设置，也即是投影镜头300与与之对应的液晶区域210是完全对应的，投影镜头300不设置偏移量，此处的偏移是指沿垂直于投影镜头300的光轴方向(也即投影设备10的厚度方向)的方向Y上的偏移。这样设置的好处在于：由于投影镜头300不设置偏移量，相邻的投影镜头300之间不会形成干涉，因此不需要对投影镜头300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300也可以在沿垂直于投影镜头300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，参阅图4，为了进一步地对空间光调制器200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220，检偏器220设置于调制光的光路上，并位于空间光调制器200与投影镜头300之间。检偏器220可以供指定偏振态的光线通过，进而对入射至投影镜头300的调制光的偏振状态进行选择。检偏器220可以与空间光调制器200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220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300的表面。

本实施例提供的投影设备10的工作原理是：光发生装置102产生单色光，单色光进入准直装置104后被匀化、准直形成平行的激发光，激发光直接入射至空间光调制器200，并被空间光调制器200调制偏振态后，形成调制光出射，调制光进入投影镜头300后被投射形成图像光，多个投影镜头300形成的图像光在投影面上叠加形成图像。

在多个投影镜头300形成的图像光在投影面上叠加形成图像的过程中，如图5所示，由于本实施例中的投影镜头300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300形成的图像区域的像素并不完全重合，会形成图像的偏移，且相邻的两个投影镜头300的像素可以具有预定的偏移量，此时只需适当牺牲三个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示计算：

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，采用的光源装置100中，单色光源出射的单色光直接经准直装置104进行准直化，进而获得均匀、准直的平行光源，整个光源装置100的体积较小，进而有利于降低整体投影设备10的体积。同时，采用多个独立的投影镜头300对单色光进行投影叠加显示，进而获得彩色图像，无论是投影镜头300或者空间光调制器200，在厚度尺寸上均较小，而且光源装置100、空间光调制器200以及投影镜头300之间的光路不需要在增加额外的光引导元件，进一步减小投影设备10的体积。

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 (10)

1.一种投影设备，其特征在于，包括：

多个光源装置，每个所述光源装置包括单色光源以及准直装置，所述单色光源包括多个离散的光发生装置，每个所述光发生装置出射的光线经所述准直装置后形成相互平行出射的激发光；

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个所述光源装置出射的所述激发光，并调制后透射形成调制光；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，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。

3.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述准直装置包括多个透镜，所述多个透镜形成透镜阵列。

4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述透镜为单面透镜或双面透镜或球面透镜。

5.根据权利要求1-4任一项所述的投影设备，其特征在于，相邻的所述光发生装置之间设置有吸光材料，所述光源装置还包括反射偏振片，所述反射偏振片用于透过指定偏振态的光线，所述反射偏振片设置于所述激发光的光路上，并用于将非指定偏振态的光线朝向所述准直装置反射。

6.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述空间光调制器包括多个独立的液晶面板，每个所述液晶面板作为一个所述液晶区域。

7.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述空间光调制器包括基底以及形成于所述基底的多个所述液晶区域，多个所述液晶区域间隔设置。

8.根据权利要求6或7所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括检偏器，所述检偏器设置于所述调制光的光路上，并位于所述空间光调制器与所述投影镜头之间。

9.根据权利要求8所述的投影设备，其特征在于，所述检偏器与所述空间光调制器间隔设置。

10.根据权利要求8所述的投影设备，其特征在于，所述检偏器与所述空间光调制器的出光面邻接。

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