WO2021093656A1 - 投影系统 - Google Patents

Abstract

一种投影系统（1），包括光源装置（10）、空间光调制器（20）和检偏器（30）。其中，光源装置（10）用于发射具有预定偏振方向的线偏振的照明光（R1）。空间光调制器（20）用于接收照明光（R1），并将照明光（R1）调制为图像光（R10），图像光（R10）为线偏振光且与照明光（R1）的偏振方向相同。检偏器（30）设置于图像光（R10）的传输路径上，并用于使预定偏振方向的光通过。投影系统（1）通过设置检偏器（30），使预定偏振方向的光通过，能够在不影响投影系统投影画面的亮度的基础上，提升了投影画面对比度。

Description

投影系统 技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种投影系统。

背景技术

在投影机的光机系统中，照明系统提供经过整形的、均匀的照明光束照射空间光调制器，照明光束具有一定的光锥角度，光锥角度通常与投影镜头相匹配。空间光调制器是一种光电器件，其接收视频源或图像源解码产生的RGB图像信号，对入射其表面的照明光束进行调制，输出图像光束，最终经过镜头成像至屏幕，还原图像和视频被人眼所接收。而照明光经过空间光调制器未被调制成图像光的为非图像光，非图像光通常在光机系统中被吸收。

空间光调制器由千万数量级的微小的像素组成，这些像素间隔形成闪耀光栅，当照明光照射空间光调制器的像素单元时，在其透射或反射光轴之外，会产生多级衍射光束，该衍射光束经过多个角度发散。以DMD为例，照明光经过DMD调制后产生的图像光被镜头所收集，而非图像光则与图像光在空间上进行区分，反射的非图像光则无法进入镜头。

然而，由于DMD的衍射效应，反射后的非图像光有部分衍射光线会进入镜头的光圈内，进而通过镜头投射到屏幕上，使投影画面产生噪声影响画面的对比度，使放映画面的暗场细节劣化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种投影系统，以解决上述问题。

本实用新型实施例通过以下技术方案来实现上述目的。

本实用新型提供一种投影系统，包括光源装置、空间光调制器和检偏器。其中，光源装置用于发射具有预定偏振方向的线偏振的照明光；空间光调制器用于接收照明光，并将接收的照明光调制为图像光，图像光为线偏振光且与照明光的偏振方向相同；以及检偏器设置于图像光的传输路径上，并用于使预定偏振方向的光通过。

在一种实施方式中，投影系统还包括投影镜头，投影镜头位于空间光调制器和检偏器之间，或者，检偏器位于空间光调制器和投影镜头之间。

在一种实施方式中，光源装置包括光源组件以及偏振转换器件，光源组件用于发出光源光，光源光经偏振转换器件转换形成照明光。

在一种实施方式中，光源组件包括激发光源和波长转换装置，激发光源用于发出激发光，波长转换装置接收激发光并将接收的激发光转换为荧光，光源光包括荧光。

在一种实施方式中，光源组件还包括至少一个补充光源和合光件，合光件用于将荧光和至少一个补充光源发出的光线进行合光以形成光源光。

在一种实施方式中，补充光源包括红色激光光源和/或绿色激光光源。

在一种实施方式中，光源组件还包括对光源光进行匀光的匀光件，匀光件位于合光件和偏振转换器件之间。

在一种实施方式中，光源装置还包括全反射棱镜，照明光经过全反射棱镜的反射后入射至空间光调制器。

在一种实施方式中，光源装置还包括中继组件，中继组件用于会聚照明光， 照明光经过中继组件的会聚后入射至全反射棱镜。

在一种实施方式中，空间光调制器为DMD调制器。

相较于现有技术，本实用新型提供的投影系统通过设置检偏器，使预定偏振方向的光通过，在不影响投影系统投影画面的亮度的基础上，提升了投影画面对比度。

本实用新型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是本实用新型实施例提供的一种投影系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的一种投影系统的空间光调制器的工作原理图。

图3是本实用新型实施例提供的一种投影系统的图像光及其衍射光的光路图。

图4是本实用新型实施例提供的一种投影系统的非图像光及其衍射光的光路图。

图5是本实用新型实施例提供的另一种投影系统的结构示意图。

图6是本实用新型实施例提供的又一种投影系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型实施例，下面将参照相关附图对本实用新型实施例 进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供一种投影系统1，包括光源装置10、空间光调制器20和检偏器30。其中，光源装置10用于发射具有预定偏振方向的线偏振的照明光R1。空间光调制器20用于接收照明光R1，并将照明光R1调制为图像光R10，图像光R10为线偏振光且与照明光R1的偏振方向相同。检偏器30设置于图像光R10的传输路径上，并用于使预定偏振方向的光通过。

具体地，本实施例提供的投影系统1可以适用于影院放映机、工程机及高端家用影院。

请参阅图2，在本实施例中，空间光调制器20为DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)调制器。空间光调制器20由千万数量级的微小的像素单元组成，这些像素间隔形成闪耀光栅，线偏振的照明光R1照射像素单元时，会产生多级衍射光束，并朝向多个角度的发散。当空间光调制器20处于On-state时，线偏振的照明光R1的电场方向与空间光调制器20的像素微镜21表面相互垂直或平行，此时在像素微镜21的表面反射出图像光R10，并且图像光R10保持与线偏振的照明光R1相同的线偏振态；而当空间光调制器20处于Off-state时，空间光调制器20的像素微镜21进行翻转，则线偏振的照明光R1的电场方向与空间光调制器20的像素微镜21表面不垂直或不平行，此时在像素微镜21 的表面反射出非图像光R20及其衍射光R20’，并且反射的非图像光R20及其衍射光R20’的偏振态发生改变。

在一些其他的实施方式中，空间光调制器20还可以是Lcos(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)调制器。

请参阅图3和图4，空间光调制器20对线偏振的照明光R1进行调制并出射用于显示图像的图像光R10和不用于显示图像的非图像光R20。由于空间光调制器20的衍射作用，图像光R10和非图像光R20都会产生衍射光，由于图像光R10的衍射光R10’与图像光R10之间具有较大夹角，图像光R10的衍射光R10’分布在图像光R10的周围，在光机系统中被吸收，因此图像光R10的衍射光R10’无法进入检偏器30。空间光调制器20调制线偏振的照明光R1产生的非图像光R20与图像光R10之间具有夹角，非图像光R20与图像光R10会在空间上进行区分。但是非图像光R20的衍射光R20’与非图像光R20之间也具有夹角，使得在非图像光R20周围分布的非图像光R20的衍射光R20’会有部分入射至检偏器30。

请继续参阅图1，空间光调制器20用于接收来自于光源装置10的线偏振的照明光R1并出射图像光束。图像光束中包括图像光R10和非图像光R20的衍射光R20’，其中，非图像光R20的衍射光R20’包括与图像光R10偏振方向相同的第二非图像衍射光R22’和与图像光R10偏振方向不同的第一非图像衍射光R21’。由于第二非图像衍射光R22’和图像光R10偏振方向相同，使得第二非图像衍射光R22’可以和图像光R10透过检偏器30而最终出射成像，而第一非图像衍射光R21’由于偏振方向与图像光R10的不同，从而使得第一非图像衍射光R21’被检偏器30过滤，因此不能最终从投影系统1中出射。

投影系统1还包括投影镜头40，投影镜头40位于图像光R10的传输路径上，投影镜头40用于将入射至投影镜头40的光线所形成的图像放大，并将放大的图像投影到投影面上，例如投影屏幕或墙面上。

投影镜头40可以包括多个透镜，多个透镜之间可以是相互间隔设置或者胶合，透镜之间的具体设置可以根据实际情况进行选择。

检偏器30位于图像光R10的传输路径上，用于使预定偏振方向的光通过。检偏器30可以为一个偏光片，并且可以让偏振方向与检偏器30的透振方向相同的光通过，而吸收其它偏振方向的光。在本实施例中，图像光R10和第二非图像衍射光R22’的偏振方向与检偏器30的透振方向相同，而第二非图像衍射光R21’的偏振方向与检偏器30的透振方向不同，因此检偏器30可以用于透过图像光R10和第二非图像衍射光R22’，还用于过滤图像光束中的第一非图像衍射光R21’。

在本实施例中，检偏器30位于空间光调制器20和投影镜头40之间。本实施例的投影系统1的原理为：光源装置10发射线偏振的照明光R1入射至空间光调制器20，空间光调制器20接收图像信号对入射其表面的线偏振的照明光R1进行调制，输出图像光R10和非图像光R20，其中图像光R10沿投影镜头40的光轴方向传播。与此同时，部分非图像光R20的衍射光R20’也沿着投影镜头40的光轴方向传播。由于检偏器30位于空间光调制器20与投影镜头40之间，检偏器30可以对偏振方向与图像光R10不同的第一非图像衍射光R21’进行过滤，使得最终入射至投影镜头40的只有图像光R10和第二非图像衍射光R22’。由于图像光R10的偏振方向与检偏器30的透振方向相同，使得图像光R10能够全部透过检偏器30而不被吸收，因此不会对投影系统1投影画面的亮度有影响，而 且由于第一非图像衍射光R21’被过滤，使得投影系统1的投影画面的对比度得到提升。

请参阅图5，在一些其他的实施方式中，投影镜头40还可以位于空间光调制器20和检偏器30之间，也就是说，检偏器30位于图像光R10的传输路径上的投影镜头40的后方。与检偏器30位于空间光调制器20和投影镜头40之间相似，将投影镜头40设置在空间光调制器20和检偏器30之间，也可以在不影响投影系统1投影画面的亮度的基础上，提升投影画面对比度。由于检偏器30通常为金属镀膜器件，对与其透振方向不一致的光能具有一定的吸收作用，因此对第一非图像衍射光R21’有一定的吸收作用。将检偏器30设置于图像光R10的传输路径上的投影镜头40的后方，减少了入射至检偏器30的第一非图像衍射光R21’，提升了检偏器30的寿命和可靠性，并且便于检偏器30的拆卸与更换。

请参阅图6，在本实施例中，光源装置10用于发射线偏振的照明光R1，并且线偏振的照明光R1与图像光束之间形成夹角，即线偏振的照明光R1呈一定的倾斜角直接入射至空间光调制器20的表面。

具体地，光源装置10包括光源组件11以及偏振转换器件13，光源组件11用于发出光源光，光源光经偏振转换器件13转换形成线偏振的照明光R1。在本实施例中，偏振转换器件13的功能类似起偏器，且偏振转换器件13的透振方向与检偏器30的透振方向相同，偏振转换器件13将光源光转换成线偏振照明光R1，只有与线偏振的照明光R1偏振方向相同的光束才能透过检偏器30并最终从投影系统1出射。

在其他的一些实施方式中，光源组件11包括激发光源1125和波长转换装置1126，其中，激发光源1125用于发出激发光，波长转换装置1126接收激发光源 1125发出的激发光，并将接收的激发光转换为荧光，光源光包括荧光。在本实施方式中，激发光源1125可以是单个激光器或者激光器阵列，其出射蓝色激光。波长转换装置1126可以是色轮，色轮在激发光的传输路径上周期性转动，以使不同的区域周期性地被激发光照射，从而提高波长转换材料的寿命。

在一些实施方式中，光源组件11还包括至少一个补充光源112和合光件116。在本实施方式中，补充光源112为激光，补充光源112包括红色激光光源和/或绿色激光光源。光源组件11还可以包括准直透镜，准直透镜在激光入射至合光件116之前对激光进行准直。光源组件11还可以包括会聚透镜，对补充光源112出射的光线进行会聚后再入射至合光件116。在其他实施方式中，补充光源112可以是卤素灯、金属卤化物灯、氝灯或者LED的一种或多种。

合光件116用于将荧光和补充光源112发出的光线进行合光形成光源光，其设置在荧光和补充光源112发出的光线传输路径的交汇处。通过设置合光件116，可以将从各个角度发出的光线进行汇合，使补充光源112的安装位置更加多样化，为安装更多补充光源112提供了条件。通过设置补充光源112可以对波长转换装置发出的荧光的颜色进行修正，提高投影系统1的色域，使投影系统1能够用于更多的场合。

在本实施方式中，补充光源112包括第一光源1122和第二光源1124，第一光源1122与激发光源1125位于合光件116的两侧，第一光源1122和第二光源1124位于合光件116的同侧，第一光源1122和第二光源1124均为激光器。第一光源1122和第二光源1124均可以是红色激光光源或绿色激光光源。

合光原理如下：

第一光源1122发出的光线与合光件116的夹角为45°，第二光源1124发出 的光线与第一光源1122发出的光线相互平行且方向相同，发出的光线与第一光源1122发出的光线的方向相互垂直。激发光源1125发出的激发光与合光件116的夹角为45°，经过合光件116的反射后入射至波长转换装置1126，并经波长转换装置1126的转换形成荧光。合光件116可以对入射的第一光源1122发出的光线和第二光源1124发出的光线进行反射，并对荧光进行透射，三种光线在经过合光件116后在同一方向上合光并形成光源光。

在一些其他的实施方式中，光源组件11还包括对光源光进行匀光的匀光件118，匀光件118位于合光件116和偏振转换器件13之间。匀光件118可以是复眼透镜或者匀光棒。

在一些其他的实施方式中，光源装置10还包括全反射棱镜15，线偏振的照明光R1经过全反射棱镜15的反射后入射至空间光调制器20。全反射棱镜15还位于空间光调制器20和检偏器30之间，空间光调制器20出射的图像光R10透过全反射棱镜15并进入投影镜头40，空间光调制器20出射的非图像光R20被全反射棱镜15全反射而不能进入投影镜头40。通过设置全反射棱镜15可以改变光路，使光源组件11的安装位置更加灵活，还可以反射非图像光R20，进一步提升投影系统1的投影画面的对比度。

在一些其他的实施方式中，光源装置10还包括中继组件17，中继组件17用于会聚线偏振的照明光R1，线偏振的照明光R1经过中继组件17的会聚后入射至全反射棱镜15。中继组件17可以改变光路并且可以使光斑更好的聚焦到全反射棱镜15，便于全反射棱镜15的接收，使线偏振的照明光R1尽可能地入射至空间光调制器20。

具体地，中继组件17包括第一凸透镜172、第二凸透镜174和反射件176， 第一凸透镜172与第二凸透镜174的光轴相交成钝角，反射件176位于第一凸透镜172与第二凸透镜174之间，反射件176的设置可以使光路折叠，缩短线偏振的照明光R1在同一方向上的传输距离，从而减少投影系统1的体积。光源装置10发出的线偏振的照明光R1，依次经第一凸透镜172、反射件176以及第二凸透镜174后入射至全反射棱镜15。在本实施方式中，第一凸透镜172为双凸透镜，第二凸透镜174为凹凸透镜。

在一些其他的实施方式中，第一凸透镜172和第二凸透镜174都可以为双凸透镜、平凸透镜和凹凸透镜的任意一种，满足对线偏振的照明光R1的会聚即可。中继组件17包括的透镜的数量不做限定，可以是两个、三个或者四个以上。

请继续参阅图6，以下以一个具体的示例对投影系统1的工作原理进行说明：

第一光源1122、第二光源1124和激发光源1125出射的光线经过合光件116的合光后形成光源光，光源光经过匀光件118的匀光作用后入射至偏振转换器件13，光源光经过偏振转换器13的转换作用后形成线偏振的照明光R1并入射至中继组件17。线偏振的照明光R1经过中继组件17的会聚之后入射至全反射棱镜15，全反射棱镜15将线偏振的照明光R1反射至空间光调制器20。

空间光调制器20对线偏振的照明光R1进行调制并出射图像光R10和非图像光R20，图像光R10可以透过全反射棱镜15并入射至检偏器30，非图像光R20和一部分非图像光的衍射光R20’由于全反射棱镜15的全反射作用而不会直接入射至检偏器30。由于空间光调制器20的衍射作用，另一部分非图像光的衍射光R20’(第一非图像衍射光R21’)会入射至检偏器30。

由于第一非图像衍射光R21’的偏振方向与检偏器30的透振方向不同，因此无法通过检偏器30，也就无法入射至投影镜头40。最终入射至投影镜头40的 只有偏振方向与检偏器30的透振方向相同的图像光R10和第二非图像衍射光R22’。由于图像光R10的偏振方向与检偏器30的透振方向相同，使得图像光R10能够全部透过检偏器30而不被吸收，因此不会对投影系统1投影画面的亮度有影响，而由于第一非图像衍射光R21’被过滤，使得投影系统1的投影画面的对比度得到提升。

综上，本实用新型提供的投影系统1通过设置检偏器30，使预定偏振方向的光通过，在不影响投影系统1投影画面的亮度的基础上，提升了投影画面对比度。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1. 一种投影系统，其特征在于，包括：

   光源装置，用于发射具有预定偏振方向的线偏振的照明光；

   空间光调制器，用于接收所述照明光，并将接收的所述照明光调制为图像光，所述图像光为线偏振光且与所述照明光的偏振方向相同；以及

   检偏器，设置于所述图像光的传输路径上，用于使预定偏振方向的光通过。
2. 根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述投影系统还包括投影镜头，所述投影镜头位于所述空间光调制器和所述检偏器之间，或者，所述检偏器位于所述空间光调制器和所述投影镜头之间。
3. 根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述光源装置包括光源组件以及偏振转换器件，所述光源组件用于发出光源光，所述光源光经所述偏振转换器件转换形成所述照明光。
4. 根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述光源组件包括激发光源和波长转换装置，所述激发光源用于发出激发光，所述波长转换装置接收所述激发光并将接收的所述激发光转换为荧光，所述光源光包括所述荧光。
5. 根据权利要求4所述的投影系统，其特征在于，所述光源组件还包括至少一个补充光源和合光件，所述合光件用于将所述荧光和所述至少一个补充光源发出的光线进行合光以形成所述光源光。
6. 根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述补充光源包括红色激光光源和/或绿色激光光源。
7. 根据权利要求4所述的投影系统，其特征在于，所述光源组件还包括对所述光源光进行匀光的匀光件，所述匀光件位于所述合光件和所述偏振转换器件之间。
8. 根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述光源装置还包括全反射棱镜，所述照明光经过所述全反射棱镜的反射后入射至所述空间光调制器。
9. 根据权利要求8所述的投影系统，其特征在于，所述光源装置还包括中继组件，所述中继组件用于会聚所述照明光，所述照明光经过所述中继组件的会聚后入射至所述全反射棱镜。
10. 根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述空间光调制器为DMD调制器。

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