CN103852963A - 球形显示亮度增强投影*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种球形显示亮度增强投影***，涉及光学投影领域，特别是投影仪向球幕投影形成的球形显示的能增强球形显示亮度的投影***。本发明解决了现有采用鱼眼镜头的球形投影中球形显示亮度损失的问题。本发明的技术方案要点为：能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***包括光源、分光装置、投影显示装置，所述光源包括灯和灯杯，还包括亮度增强结构，所述亮度增强结构使投影显示装置显示圆形光斑。本发明主要用于球幕投影。

Description

球形显示亮度增强投影***

技术领域：

本发明涉及光学投影领域，特别是投影仪向球幕投影形成的球形显示的能增强球形显示亮度的投影***。 

背景技术：

现有投影仪主要采用单片DLP技术和三片LCD技术，他们的投射光斑均为方形光斑。而球形显示***中，球幕镜头采用投影用鱼眼镜头，顶点为球心，其投射到球幕上所成的像（投影面）是球面，针对球面的每一个圆形截面来说，只有当该圆形是方形光斑的内切圆时才能达到投射光的最大利用率，而在内切圆以外的方形光斑部分，由于不能是成像区域，因此被白白损失掉了，实际上亮度和像素都损失了。该最大利用率仅为全部投射光的59%。 

发明内容：

本发明解决现有采用鱼眼镜头的球形投影中球形显示亮度损失的问题，提供了能增强球形显示亮度的投影***。 

本发明的技术方案是这样的： 

能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***包括光源、分光装置、投影显示装置，所述光源包括灯和灯杯，还包括亮度增强结构，所述亮度增强结构使投影显示装置显示圆形光斑。 

所述亮度增强结构为光棒，所述光棒沿光前进方向具有中心轴，所述光棒各横断面为以所述中心轴穿过该横断面的点为圆心的圆，沿光前进的方向，在后的横断面半径大于等于在前的横断面半径。 

所述亮度增强结构为位于投影仪的色轮与成像器件芯片之间作为匀光器件的圆柱光棒，所述圆柱光棒替换原有的长方体形光棒。 

所述圆柱光棒为沿光前进方向前端比后端直径略小的带一定锥度的光棒。 

所述投影***为复眼透镜作为匀光器件的LCD投影***，所述复眼透镜的每个复眼形状为圆形，所述灯杯为椭球面的曲面，以替换抛物面曲面。 

能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***为LCD投影***，包括光源、分光装置、投影显示装置，其特征在于所述光源为发出圆形光斑的光源。 

所述发出圆形光斑的光源为激光光源。 

技术效果： 

本发明由于将现有投影仪投射的方形光斑通过改变投影仪的结构使其变为圆形光斑，从而可以使其刚好照在球幕镜头成像区域内可以消除不能成像区域造成的光通量的损失，从而可以大大提高光源的利用效率，使球形显示的亮度得到大大增强，光能量得到充分利用。 

对于采用长方体形光棒作为匀光器件的投影仪，在所述投影仪的色轮与成像器件芯片之间设置作为匀光器件的圆柱光棒，对于单片DLP投影仪，是在DLP投影仪与DMD板光路***之间设置，这样不但同样能起到匀光作用，同时也能使从圆柱光棒出来的光成为投影为圆形光斑的光。特别是，对于非等距离投影，当圆柱光棒具有一定的锥度时，可以缩小出光光斑直径，从而使光投影到球幕后，球幕顶点附近区域（距离球幕镜头最远端）光增强，边缘处（靠近球幕镜头处）减弱，这是因为对于球幕镜头位于球底的投影方式来说，由于光能量不均匀（上面暗，下面亮），则光斑的缩小正好可以改变能量不均匀的状况，使亮度变得在整个球面上相对都比较均匀。 

附图说明：

图1是球幕镜头位于球幕底部投影的示意图； 

图2是球形显示亮度增强投影***的示意图； 

图3是现有技术和采用亮度增强投影***的光能量分布对比的示意图。 

1—球形显示亮度增强投影***，11—光源，12—聚光镜，13—色轮，14—亮度增强装置，15—中继镜片，16—DMD，17—投影镜头2—球幕 

111—投影范围，112—现有技术光能分布图，113—亮度增强光能分布图 

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

实施例1： 

如图1所示，为球形显示亮度增强投影***1位于球幕2底部投影的示意图。所述投影镜头17位于球幕2底部中心位置，所述投影镜头17投影范围111覆盖所述整个球幕2，影像投射到球幕2上使球幕2没有放映盲区。优选地，所述投影光线能够恰好布满整个球幕2，此时在获得最佳观影效果的同时，利用光源11效率最高。 

如图2所示，为球形显示亮度增强投影***的示意图。 

所述球形显示亮度增强投影***在光的前进方向上依次包括光源11、聚光镜12、色轮13、亮度增强装置14、中继镜片15、DMD16、投影镜头17。 

本发明提出了一种能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***包括光源11、分光装置、投影显示装置，所述光源11包括灯和灯杯，其特征在于还包括亮度增强结构，所述亮度增强结构使投影显示装置显示圆形光斑。例如，所述亮度增强结构为光棒，所述光棒的出射光形成圆形光斑。 

如图3所示，为现有技术和采用亮度增强投影***的光能量分布对比的示意图。现有技 术光能分布112中的圆形区域为与球幕2适配的光斑范围，而为保证球幕2影像无盲区，实际的现有方形光斑超出所述与球幕2适配的圆形光斑范围，方形光斑边角的光线没有被投射到球幕2上，造成光能的浪费。在亮度增强光能分布113中，所述投影***中的方形光斑被改变为圆形光斑，能量相同的光被变形聚拢到与球幕2适配的光斑范围内，影像投射到球幕2上恰好能够布满球幕2，相对于现有的方形光斑，圆形光斑增强了影像的光强度，光能被高效利用。 

实施例2： 

在实施例1的基础上，本实施例的所述亮度增强结构为位于投影仪的色轮13与成像器件芯片之间作为匀光器件的圆柱光棒，所述圆柱光棒替换原有的长方体形光棒。 

如图2所示，为球形显示亮度增强投影***的示意图。 

所述球形显示亮度增强投影***在光的前进方向上依次包括光源11、聚光镜12、色轮13、亮度增强装置14、中继镜片15、DMD16、投影镜头17。 

所述光源11可采用卤钨白炽灯、高强度气体放电灯（短弧氙灯、镝灯、双端金卤灯、超高压汞灯）、白光LED、RGB分色LED。所述光源11经过聚光后形成圆形光斑。优选地，所述光源11选用LED。LED不仅具有低功耗、低驱动电压、寿命长(理论寿命10万小时以上)、响应速度快(纳秒级)、耐振动和冲击及无污染等特点,而且具有清晰的全色域.可调制的白点.大面积的模糊区。所述光源11可采用单个发光体，例如单个LED，也可以使用发光体阵列，例如LED阵列。 

本发明的光源11的灯杯采用椭球冷反光碗。要想把发散的多个LED光直接聚到一起是很难的，必须先把各个LED发出的光汇聚成平行光，然后排成阵列再整体汇集到LCD屏幕上。为了能使接近半球面的发散光能汇聚成平行光或小角度的发散光束，必须设计一种反射器，使得LED发出的光能高效合理的汇聚，以提高光利用率。但由光反射原理可知，这种反射器不能靠一种简单的平面或球面反射镜来实现，而是一个复合的椭球面。同时可以想象我们不可能把LED所有发出的光均汇聚成平行光，所以应该根据***的结构要求使光汇聚成一个小角度的发散光。设计的方法是首先建立一个旋转对称的椭球面,其方程如下 

其中a=b,0≤z≤c。通过特殊点值的方法可以解得方程，然后再结合软件模拟效果进行修正便可设计出合适的光杯。 

所述亮度增强装置14为圆柱光棒，将光源11放于椭球冷反光碗的近端焦点上，将圆柱光棒的光线入射端中心放于椭球冷反光碗的远端焦点上。所述圆柱光棒沿椭球冷反光碗的长轴方向设置。所述光棒可以为实心圆柱光棒或空心圆柱光棒。 

光棒后放置中继镜，可以使方棒输出光斑与液晶器件大小及投影物镜相对孔径匹配。 

DMD16可以选用现有的美国德克萨斯仪器公司相应产品。 

所述投影镜头17采用鱼眼镜头。 

实施例3： 

在实施例2的基础上，设置圆柱光棒为沿光前进方向前端比后端直径略小的带一定锥度的光棒。例如，所述光棒可以为实心圆台光棒或空心圆台光棒。 

实施例4： 

在实施例1的基础上，所述投影***为复眼透镜作为匀光器件的LCD投影***，所述亮度增强结构为椭球面的灯杯曲面，以替换抛物面灯杯曲面。所述复眼透镜的每个复眼的形状为圆形。 

实施例5： 

本实施例提出一种能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***为LCD投影***，包括光源11、分光装置、投影显示装置，所述光源11为发出圆形光斑的光源。例如，所述发出圆形光斑的光源为激光光源。 

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。 

Claims (7)

1.能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***包括光源、分光装置、投影显示装置，所述光源包括灯和灯杯，其特征在于，还包括亮度增强结构，所述亮度增强结构使投影显示装置显示圆形光斑。

2.根据权利要求1所述的能增强球形显示亮度投影***，其特征在于，所述亮度增强结构为光棒，所述光棒沿光前进方向具有中心轴，所述光棒各横断面为以所述中心轴穿过该横断面的点为圆心的圆，沿光前进的方向，在后的横断面半径大于等于在前的横断面半径。

3.根据权利要求1所述的能增强球形显示亮度投影***，其特征在于，所述亮度增强结构为位于投影仪的色轮与成像器件芯片之间作为匀光器件的圆柱光棒，所述圆柱光棒替换原有的长方体形光棒。

4.根据权利要求3所述的能增强球形显示亮度的投影***，其特征在于，所述圆柱光棒为沿光前进方向前端比后端直径略小的带一定锥度的光棒。

5.根据权利要求1所述的能增强球形显示亮度的投影***，其特征在于，所述投影***为复眼透镜作为匀光器件的LCD投影***，所述灯杯为椭球面的曲面，以替换抛物面曲面。

6.能增强球形显示亮度的投影***，所述投影***为LCD投影***，包括光源、分光装置、投影显示装置，其特征在于，所述光源为发出圆形光斑的光源。

7.根据权利要求6所述的能增强球形显示亮度的投影***，其特征在于，所述发出圆形光斑的光源为激光光源。

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