一种投影机光学装置和投影机的制作方法

专利2022-05-10  2



1.本发明涉及投影显示系统领域,具体而言,涉及一种投影机光学装置和投影机。


背景技术:

2.长期以来人们对投影机的分类,通常是基于投影机最核心的器件之一即光阀的特征而习惯性去进行分类,如现在常见的dlp(digital light processing,数字光处理)投影机,lcd(liquid crystal display,液晶显示)投影机,lcos(liquid crystal on silicon,硅基液晶)投影机等。
3.现有方式中为了追求投影机大屏幕,高亮度的显示效果通常通过提高照明光源的功率来改变,然而这种方式投影机的发热量增大和光能利用率降低。


技术实现要素:

4.本发明的目的在于提供了一种投影机光学装置和投影机系统,其能够提高光能的利用率,从而提高投影机的显示亮度。
5.本发明的实施例可以这样实现:
6.第一方面,本发明提供一种投影机光学装置,包括第一偏振分光镜,第一lcos组件、第二lcos组件和第二偏振分光镜;所述第一偏振分光镜用于接收光源发射的光线,并将所述光线分解为相互垂直的第一光线和第二光线,其中,所述第一光线和所述第二光线中的其中一个为p极复合光线,另一个为s极复合光线;所述第一lcos组件设置于所述第一光线所述在的光路上,以使所述第一光线转化为第一图像光线,并使所述第一图像光线投射在所述第二偏振分光镜;所述第二lcos组件设置于所述第二光线所在的光路上,以使所述第二光线转化为第二图像光线,并使所述第二图像光线投射在所述第二偏振分光镜上;所述第二偏振分光镜用于将所述第一图像光线和所述第二图像光线复合形成复合图像光线。
7.在可选的实施方式中,所述第一lcos组件包括第三偏振分光镜和第一lcos器件,所述第二lcos组件包括第二lcos器件和第四偏振分光镜;所述第三偏振分光镜设置于所述第一光线的出射方向上,所述第一lcos器件设置于所述第三偏振分光镜的所述第一光线出射方向上,所述第三偏振分光镜用于接收所述第一光线,并将所述第一光线投射至所述第一lcos器件,所述第一lcos器件将所述第一光线转换成所述第一图像光线,并使所述第一图像光线经所述第三偏振分光镜投射给所述第二偏振分光镜;所述第四偏振分光镜设置于所述第二光线的出射方向上,所述第二lcos器件设置于所述第四偏振分光镜的所述第二光线出射方向上,所述第四偏振分光镜用于接收所述第二光线,并将所述第二光线投射至所述第二lcos器件,所述第二lcos器件将所述第二光线转换成所述第二图像光线,并使所述第二图像光线经所述第四偏振分光镜投射给所述第二偏振分光镜。
8.在可选的实施方式中,所述第一lcos组件包括与所述第一光线匹配的第一过滤件,所述第二lcos组件包括与所述第二光线匹配的第二过滤件;所述第一过滤件设置于所述第一偏振分光镜与所述第三偏振分光镜之间,所述第一过滤件用于过滤所述第一光线;
所述第二过滤件设置于所述第一偏振分光镜和所述第四偏振分光镜之间,所述第二过滤件用于过滤所述第二光线。
9.在可选的实施方式中,所述第一lcos组件包括与所述第一图像光线匹配的第三过滤件,所述第二lcos组件包括与所述第二图像光线匹配的第四过滤件;所述第三过滤件设置于所述第三偏振分光镜和所述第二偏振分光镜之间,用于过滤所述第一图像光线;所述第四过滤件设置于所述第四偏振分光镜和所述第二偏振分光镜之间,用于过滤所述第二图像光线。
10.在可选的实施方式中,所述第一过滤件、所述第二过滤件、所述第三过滤件和所述第四过滤件均为反射式单极光过滤膜。
11.在可选的实施方式中,所述投影机光学装置包括光斑适配件,所述光斑适配件设置于所述第一偏振分光镜的光入射方向上,用于接收光源的所述光线,并将所述光线与所述第一lcos器件和所述第二lcos器件配形后发射至所述第一偏振分光镜。
12.在可选的实施方式中,所述投影机光学装置包括光源,所述光源设置于所述光斑适配件的光入射方向上。
13.在可选的实施方式中,所述第一光线到所述第一lcos器件的光程与所述第二光线到所述第二lcos器件的光程相等,所述第一图像光线到所述第二偏振分光镜的光程与所述第二图像光线到所述第二偏振分光镜的光程相等。
14.在可选的实施方式中,所述投影机光学装置包括场镜和成像镜头,所述场镜设置于所述第二偏振分光镜的出射方向,所述成像镜头设置于所述场镜的光线出射方向,所述场镜用于接收所述复合图像光线,以使所述复合图像光线与所述成像镜头匹配。
15.第二方面,本发明提供一种投影机,包括壳体和前述实施方式中任一项所述的投影机光学装置,所述投影机光学装置安装于所述壳体内。
16.本发明实施例提供的一种光能投影机光学装置和投影机的有益效果包括:
17.本发明通过设置第一偏振分光镜将光源的光线分解为相互垂直的第一光线和第二光线,通过在第一光线所在的光路上设置第一lcos组件,利用第一lcos组件将第一光线转化为第一图像光线,并投射在第二偏振分光镜,通过在第二光线所在的光路上设置第二lcos组件,利用第二lcos组件将第二光线转化为第二图像光线,并投射在第二偏振分光镜上,最后利用第二偏振分光镜将第一图像光线和第二图像光线合成形成复合图像,从而将经第一偏振分光镜光线的第一光线和第二光线都进行了有效利用提高了光能利用率,增强了显示的亮度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,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相关的附图。
19.图1为本发明实施例中提供的一种投影机的结构示意图;
20.图2为本发明实施例提供的一种投影机光学装置的结构示意图;
21.图3为本发明实施例提供的一种投影机光学装置的一个显示周期的第一lcos器件
和第二lcos器件的控制时序图。
22.图标:100

投影机光学装置;110

第一偏振分光镜;130

第一lcos组件;131

第三偏振分光镜;133

第一lcos器件;135

第一过滤件;137

第三过滤件;150

第二lcos组件;151

第二lcos器件;153

第四偏振分光镜;155

第二过滤件;157

第四过滤件;170

第二偏振分光镜;190

光斑适配件;210

光源;230

场镜;250

成像镜头;300

投影机;310

壳体;311

安装孔。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
25.应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
27.此外,若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。
29.请参考图1,本实施例提供了一种投影机300,其能够提高光源的光能的利用率,使得投影机300的显示亮度增强。
30.该投影机300包括壳体310和投影机光学装置100,投影机光学装置100安装于壳体310内,投影机光学装置100用于提供投影图像光线。
31.在本实施例中,投影机300还包括屏幕(图未视),屏幕用于投影机光学装置100投影和显示图像。
32.如图2所示,在本实施例中,投影机光学装置100包括第一偏振分光镜110,第一lcos组件130、第二lcos组件150和第二偏振分光镜170。第一偏振分光镜110用于接收光源210发射的光线,并将光线分解为相互垂直的第一光线和第二光线,其中,第一光线和第二光线中的其中一个为p极复合光线,另一个为s极复合光线。第一lcos组件130设置于第一光线在的光路上,以使第一光线转化为第一图像光线,并使第一图像光线投射在第二偏振分光镜170。第二lcos组件150设置于第二光线的光路上,以使第二光线转化为第二图像光线,并使第二图像光线投射在第二偏振分光镜170上。第二偏振分光镜170用于将第一图像光线和第二图像光线合成形成复合图像。
33.需要说明的是,第一偏振分光镜110是利用光线以布鲁斯特角入射时p偏振光透射率为1而s偏振光透射率小于1的性质,达到使的p偏振分量完全透过,而绝大部分s偏振分量反射的一个光学元件。由于光具有波粒二象性,光源210产生的光线在经过第一偏振分光镜110时第一偏振分光镜110会使p极光穿过第一偏振分光镜110,而s极光不能穿过第一偏振分光镜110被反射从而将光源210的光线分解为相互垂直的第一光线和第二光线。由于光源210为复合光源210。该复合光源210的光线包括了红、绿和蓝三原色的光线使得复合光线在经过第一分光镜分解得到的第一光线和第二光线均包括红、绿蓝三原色。因此,分解得到的s极复合光线是包括s极的绿原色光、s极的红原色光和s极的蓝原色光,分解后的p极复合光包括了p极的绿原色光、p极的红原色光和p极的蓝原色光。第一lcos组件130和第二lcos组件150基于数据图像信息将第一图像调制转化为带有图像信息的第一图像光线和第二图像信息。由于第二偏振分光镜170具有透过性和反射性使得投射在第二偏振分光镜170不同方向上的第一图像光线和第二图像光线在第二偏振分光镜170的出射面上复合叠加得到全图像光线。
34.本实施例通过设置第一偏振分光镜110将光源210的光线分解为相互垂直的第一光线和第二光线,通过在第一光线所在的光路上设置第一lcos组件130,利用第一lcos组件130将第一光线转化为第一图像光线,并投射在第二偏振分光镜170,通过在第二光线所在的光路上设置第二lcos组件150,利用第二lcos组件150将第二光线转化为第二图像光线,并投射在第二偏振分光镜170上,最后利用第二偏振分光镜170将第一图像光线和第二图像光线合成形成复合图像,从而将经第一偏振分光镜110光线的第一光线和第二光线都进行了有效利用提高了光能利用率,增强了显示的亮度。
35.如图2所示,在本实施例中,第一光线为p极复合光线,第二光线为s极复合光线。
36.在本实施例中,第一lcos组件130包括第三偏振分光镜131和第一lcos器件133。第二lcos组件150包括第二lcos器件151和第四偏振分光镜153。第三偏振分光镜131设置于第一偏振分光镜110的第一光线的出射的一侧,第一lcos器件133设置于第三偏振分光镜131的第一光线出射的一侧,第三偏振分光镜131以使穿过第一偏振分光镜110的第一光线穿过第三偏振分光镜131并投射至第一lcos器件133。第一lcos器件133将第一光线转换成第一图像光线,并将第一图像光线反射给第三偏振分光镜131,第一图像再经第三偏振分光镜131反射给第二偏振分光镜170。第四偏振分光镜153设置于第一偏振分光镜110反射的第二光线的出射方向的一侧。第二lcos器件151设置于第四偏振分光镜153的第二光线的反射方向的一侧。由第一偏振分光镜110反射的第二光线再经过第四偏振分光镜153用反射而投射在第二lcos器件151。第二lcos器件151将第二光线转换成第二图像光线,并反射第二图像光线至第四偏振分光镜153。第二图像光线穿过第四偏振分光镜153投射在第二偏振分光镜170,使第二图像光线穿过第二偏振分光镜170与第一图像光线由第二偏振分光镜170的同一侧射出,从而实现了对第一图像光线和第二图像光线的复合。
37.需要说明的是:由于第一lcos器件133和第二lcos器件151是也称硅基液晶。第一lcos器件133和第二lcos器件151均包括依次玻璃基板、液晶层和硅层,硅层的表面形成反射镜,经第一lcos器件133正面射入的第一光线经过液晶层改变像素亮度和旋转偏振方向后形成第一图像光线。第一图像光线经液晶层传送至硅基层的表面,再经过硅基层的反射镜的反射由第一lcos器件133正面射出。由于第一光线经过液晶层的调制而改变了偏振方
向,使得射出的第一图像光线为s极光,从而在投射至第三偏振分光镜131时不能穿过第三偏振分光镜131,使得第一图像光线被第三偏振分光镜131反射给第二偏振分光镜170。经第二lcos器件151正面射入的第二光线经过液晶层改变像素亮度和旋转偏振方向后形成第二图像光线。第二图像光线经液晶层传送至硅基层的表面,再经过硅基层的反射镜的反射由第二lcos器件151正面射出。由于第二光线经过液晶层的调制而改变了偏振方向,使得射出的第二图像光线为p极光,从而在投射至第四偏振分光镜153时能穿过第四偏振分光镜153从而投射至给第二偏振分光镜170并穿过第二偏振分光镜170与第一图像光线复合。
38.通过让第一光线穿过第一偏振分光镜110和第三偏振分光镜131可以进一步过滤第一光线的s极复合光,通过让第二图像光线穿过第二偏振分光镜170和第四偏振分光镜153可以进一步过滤第二图现中的s极光,从而去除杂光,提高了显示的对比度。
39.请参照图3,图3为本发明实施例提供的一种投影机光学装置100的一个显示周期的第一lcos器件133和第二lcos器件151的控制时序图。在投影机300的一个显示周期内其显示亮度是第一lcos器件133射出的第一图像光线和第二lcos器件151射出的第二图像光线的亮度的叠加,从而提高了光能的利用率,使投影机300的显示亮度增强。
40.在本技术的另外一些实施例中,第一光线为s极复合光线,第二光线为p极复合光线。在第一光线为s极复合光线,第二光线为p极复合光线时,只需改变第一lcos器件133与第二lcos器件151的位置以使第一lcos器件133可以接收到第三偏振分光镜131反射的第一光线和第二lcos器件151可以接收到穿过第四偏振分光镜153的第二光线即可。
41.在本技术的一些实施例中,第一lcos器件133与第二lcos器件151也可以替换为dcos器件。
42.如图2所示,在本实施例中,第一偏振分光镜110、第二偏振分光镜170、第三偏振分光镜131和第四偏振分光镜153均为pbs棱镜。在本技术的另外一些实施例中,第一偏振分光镜110、第二偏振分光镜170、第三偏振分光镜131和第四偏振分光镜153也可以为偏振分光介质膜。或者第一偏振分光镜110、第二偏振分光镜170、第三偏振分光镜131和第四偏振分光镜153中一部分为pbs棱镜,另一部分为偏振分光介质膜。
43.在本实施例中,第一光线到第一lcos器件133的光程与第二光线到第二lcos器件151的光程相等,第一图像光线到第二偏振分光镜170的光程与第二图像光线到所述第二偏振分光镜170的光程相等。通过让第一光线与第二光线的光程相等,可以让第一lcos器件133和第二lcos器件151同时接收到相同的带有图像信息光线,使得第一lcos器件133和第二lcos器件151转换的第一图像光线和第二图像光线同步。让第一图像光线和第二图像光线的光程相等,保证了在第二偏振分光镜170复合的是同一画面的第一图像光线和第二图像光线。
44.在本实施例中,第一lcos组件130包括与第一光线匹配的第一过滤件135,第二lcos组件150包括与第二光线匹配的第二过滤件155。第一过滤件135设置于第一偏振分光镜110与第三偏振分光镜131之间,第一过滤件135用于过滤第一光线。第二过滤件155设置于第一偏振分光镜110和第四偏振分光镜153之间,第二过滤件155用于过滤第二光线。
45.通过设置第一过滤件135和第二过滤件155对第一光线和第二光线进行过滤可以提高进入第一lcos器件133和第二lcos器件151的光束更加纯正,可提高图像的对比度。
46.需要说明的是,第一过滤件135与第一光线匹配是指第一过滤件135可以让通过p
极光,而对s极光产生阻隔。第二过滤件155与第二光线匹配是指第二过滤件155可以让通过s极光,而对p极光产生阻隔。
47.如图2所示,在本实施例中,第一lcos组件130包括与第一图像光线匹配的第三过滤件137。第二lcos组件150包括与第二图像光线匹配的第四过滤件157。第三过滤件137设置于第三偏振分光镜131和第二偏振分光镜170之间,用于过滤第一图像光线。第四过滤件157设置于第四偏振分光镜153和第二偏振分光镜170之间,用于过滤第二图像光线。
48.通过设置第三过滤件137和第四过滤件157对第一图像光线和第二图像光线进行过滤,可以使投射给第二偏振分光镜170的光束更加纯正,可提高显示图像的对比度。
49.需要说明的是,第三过滤件137与第一图像光线匹配是指第三过滤件137可以让通过s极光,而对p极光产生阻隔。第四过滤件157与第二图像光线匹配是指第四过滤件157可以让通过p极光,而对s极光产生阻隔。
50.在本实施例中,第一过滤件135、第二过滤件155、第三过滤件137和第四过滤件157均为反射式单极光过滤膜。由于反射式单极光过滤膜可以将对过滤的光束进行反射,从而减少第一过滤件135、第二过滤件155、第三过滤件137和第四过滤件157热量的产生。同时,反射式单极光可以通过改变其角度以过滤p极光或s极光,使用更加方便。
51.如图2所示,在本实施例中,投影机光学装置100还包括光斑适配件190,光斑适配件190设置于第一偏振分光镜110的光入射方向上,用于接收光源210的光线,并将光线与第一lcos器件133和第二lcos器件151配形后发射至第一偏振分光镜110。光斑适配件190可以将光源210的光线转化为平行光线,从而可提高光能的利用率。同时,光斑适配件190也可以将光源210的光线的尺寸调整到与第一lcos器件133和第二lcos器件151适配,可以让更多的第一光线和第二光线进入第一lcos器件133和第二lcos器件151以提高光能的利用率。
52.在本实施例中,光斑适配件190为非球面导光镜。在本技术的另外一些实施例中,光斑适配件190也可以是导光柱。
53.在本实施例中,投影机光学装置100包括光源210,光源210设置于光斑适配件190的光入射方向上。光源210发射的光线为准直光线。
54.在本实施例中,投影机光学装置100包括场镜230和成像镜头250。场镜230设置于第二偏振分光镜170的出射方向。成像镜头250设置于场镜230的光线出射方向,场镜230用于接收复合图像光线,以使复合图像光线与成像镜头250匹配,使复合图像光线经成像镜头250投影在显示装置上。
55.如图2所示,在本实施例中,壳体310上设置有一安装孔311,成像镜头250安装于安装孔311内,以使图像可以投射在显示装置上。
56.本实施例提供的一种投影机光学装置100和投影机300的工作原理和有益效果包括:
57.本发明通过设置第一偏振分光镜110将光源210的光线分解为相互垂直的第一光线和第二光线,通过在第一光线所在的光路上设置第一lcos组件130,利用第一lcos组件130将第一光线转化为第一图像光线,并投射在第二偏振分光镜170,通过在第二光线所在的光路上设置第二lcos组件150,利用第二lcos组件150将第二光线转化为第二图像光线,并投射在第二偏振分光镜170上,最后利用第二偏振分光镜170将第一图像光线和第二图像光线合成形成复合图像,从而将经第一偏振分光镜110光线的第一光线和第二光线都进行
了有效利用提高了光能利用率,增强了显示的亮度。
58.以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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