CN220455659U - 一种投影***和投影设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种投影***和投影设备，包括照明模块、第一反射模块、光处理模块、第二反射模块和投影镜头。投影镜头包括至少两个透镜，照明模块设于第一反射模块的入光侧，光处理模块设于第一反射模块的出光侧与第二反射模块的入光侧之间，至少两个透镜依次设于第二反射模块的出光侧。该投影***中通过第一反射模块和第二反射模块对光路进行折叠，提高光路的紧凑程度，从而可降低投影***的整体体积。

Description

一种投影***和投影设备

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种投影***和投影设备。

背景技术

随着科技的进步，利用投影仪进行简报、视讯或者观赏节目的人越来越多。投影仪，又称投影机，是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，可以通过不同的接口同计算机、VCD、DVD、BD、游戏机、DV等相连接播放相应的视频信号。投影仪广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所，根据工作方式不同，有CRT、LCD、DLP、3LCD等不同类型。

在现有单片式LCD投影机中，光路通常较为复杂，其光路总长较长，造成投影机体积增大。

实用新型内容

本实用新型提供一种投影***和投影设备，其采用两个反射模块对光路进行折叠，可有效降低投影机的体积。

本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种投影***，包括：照明模块、第一反射模块、光处理模块、第二反射模块和投影镜头。所述投影镜头包括至少两个透镜，所述照明模块设于所述第一反射模块的入光侧，所述光处理模块设于所述第一反射模块的出光侧与所述第二反射模块的入光侧之间，所述至少两个透镜依次设于所述第二反射模块的出光侧。其中，所述照明模块用于提供照明光束；所述第一反射模块用于将所述照明光束反射至所述光处理模块；所述光处理模块用于接收所述照明光束并产生带有图像信息的图像光束，并将所述图像光束出射至所述第二反射模块，以及用于对所述图像光束进行整形；所述第二反射模块用于反射所述图像光束至所述投影镜头；所述至少两个透镜用于依次对所述图像光束进行整形。

在一些实施例中，所述光处理模块包括第一菲涅尔透镜、显示器件和第二菲涅尔透镜。所述第一菲涅尔透镜、所述显示器件和所述第二菲涅尔透镜依次设于所述第一反射模块的出光侧和所述第二反射模块的入光侧之间。

在一些实施例中，所述显示器件包括LCD；所述第一菲涅尔透镜、所述LCD和所述第二菲涅尔透镜依次设于所述第一反射模块的出光侧和所述第二反射模块的入光侧之间。

在一些实施例中，所述光处理模块还包括偏振分光器件；所述偏振分光器件设于所述第一菲涅尔透镜和所述LCD之间，所述偏振分光器件用于透射第一偏振态的光束。

在一些实施例中，所述偏振分光器件包括反射型偏振膜、吸收型偏振膜和玻璃基板；所述反射型偏振膜贴设于所述吸收型偏振膜的第一侧，所述吸收型偏振膜的第二侧贴设于所述玻璃基板的第一侧，所述反射型偏振膜、所述吸收型偏振膜和所述玻璃基板依次设于所述第一菲涅尔透镜和所述LCD之间；所述反射型偏振膜用于透射所述第一偏振态的光束、以及反射第二偏振态的光束，所述吸收型偏振膜用于透射所述第一偏振态的光束、以及吸收所述第二偏振态的光束。

在一些实施例中，所述至少两个透镜包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜依次设于所述第二反射模块的出光侧。

在一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜均为正透镜，所述第三透镜为负透镜。

在一些实施例中，所述第一透镜的入光面和出光面均为凸面；所述第二透镜的入光面为凸面，所述第二透镜的出光面为凹面；所述第三透镜的入光面和出光面均为凹面；所述第四透镜的入光面为平面，所述第四透镜的出光面为凸面。

在一些实施例中，所述照明模块包括光源和双曲面聚光透镜；所述双曲面聚光透镜的入光侧设于所述光源的出光侧，所述第一反射模块的入光侧设于所述双曲面聚光透镜的出光侧。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种投影设备，该投影设备包括如第一方面任意一项实施例所述的投影***。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种投影***和投影设备，包括照明模块、第一反射模块、光处理模块、第二反射模块和投影镜头。投影镜头包括至少两个透镜，照明模块设于第一反射模块的入光侧，光处理模块设于第一反射模块的出光侧与第二反射模块的入光侧之间，至少两个透镜依次设于第二反射模块的出光侧。在该投影***中，照明模块发出的照明光束经第一反射模块反射至光处理模块；接着，光处理模块产生图像光束，图像光束经第二反射模块反射至投影镜头；再然后，图像光束经投影镜头出射。该投影***中通过第一反射模块和第二反射模块对光路进行折叠，提高光路的紧凑程度，从而可降低投影***的整体体积。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种投影***的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种投影镜头的结构示意图；

图3是图2所示的投影镜头的调制传递函数曲线图；

图4是图2所示的投影镜头的场曲与畸变图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对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。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本实用新型实施例提供一种投影***，请结合参阅图1和图2，该投影***包括：照明模块10、第一反射模块20、光处理模块30、第二反射模块40和投影镜头50。

投影镜头50包括至少两个透镜，照明模块10设于第一反射模块20的入光侧，光处理模块30设于第一反射模块20的出光侧与第二反射模块40的入光侧之间，至少两个透镜依次设于第二反射模块40的出光侧。

其中，照明模块10用于提供照明光束。第一反射模块20用于将照明光束反射至光处理模块30。光处理模块30用于接收照明光束并产生带有图像信息的图像光束，并将图像光束出射至第二反射模块40，以及用于对图像光束进行整形。第二反射模块40用于反射图像光束至投影镜头50。至少两个透镜用于依次对图像光束进行整形。

在其中一种具体的实施例中，照明模块10和第一反射模块20依次沿第一方向设置，第一反射模块20、光处理模块30和第二反射模块40依次沿第二方向设置，第二反射模块40和投影镜头50依次沿第三方向设置，第二方向不平行于第一方向，第二方向不平行于第三方向。其中，第一方向和第三方向可以平行、但互为相反，为了使结构更为紧凑，第一方向可垂直于第二方向，第二方向可垂直于第三方向，如在图1中，第一方向为水平向左的方向，第二方向为竖直向上的方向，第三方向为水平向右的方向。

显示器件32可以是硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)、数字光处理芯片(Digital Light Processing，DLP)或者微型发光二极管(Micro-Light EmittingDiode，Micro-LED)、有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)等投影芯片，用于接收照明光线，并将照明光线调制为图像光线后输出，具体可根据实际需要进行选择。在本文中的描述选用LCD作为显示器件32，LCD在接收到照明光束后，会产生第一偏振态的图像光束。

在该投影***中，照明模块10发出的照明光束经第一反射模块20反射至光处理模块30；接着，光处理模块30产生图像光束，且将图像光束出射至第二反射模块40；然后，第二反射模块40反射图像光束至投影镜头50；再然后，图像光束经投影镜头50出射。

可见，在该投影***中，整体光路排布较为规则，且使用第一反射模块20和第二反射模块40对光路进行折叠，提高光路的紧凑程度，从而可降低投影***的整体体积，后续应用于投影设备时，可降低投影设备的体积。

在其中一些实施例中，请参阅图1，光处理模块30包括第一菲涅尔透镜31、显示器件32和第二菲涅尔透镜33。第一菲涅尔透镜31、显示器件32和第二菲涅尔透镜33依次设于第一反射模块20的出光侧和第二反射模块40的入光侧之间。

在本实施例中，第一菲涅尔透镜31用于对照明光束进行准直，显示器件32用于接收照明光束，并产生图像光束，第二菲涅尔透镜33用于与投影镜头50一起对图像光束进行整形，使图像光束放大成像。实际应用中，也可以使用其他的准直器件对照明光束进行准直。

在其中一些实施例中，请参阅图1，显示器件32包括LCD。第一菲涅尔透镜31、LCD和第二菲涅尔透镜33依次设于第一反射模块20的出光侧与第二反射模块40的入光侧之间。LCD可接收照明光束并发出图像光束，其尺寸可以为5英寸，分辨率可以为1080P。

在其中一些实施例中，请参阅图1，显示器件32还包括偏振分光器件34；偏振分光器件34设于LCD和第一菲涅尔透镜31之间，偏振分光器件34用于透射第一偏振态的光束。

照明光束通常为自然光，属于非偏振光，而LCD为偏振光照明器件，其仅需要第一偏振态的光束进行照明，若无偏振分光器件34，照明光束中在LCD上会有一半的光能量(第二偏振态的光束)将被浪费，且照明光束中的第二偏振态的光束经LCD吸收后，会导致LCD温度升高造成寿命减少甚至出现高温损坏。而在本实施例中，照明光束经第一反射模块20反射后，经偏振分光器件34后出射至LCD，由于该偏振分光器件34具有偏振分光能力，其可反射第二偏振态的光，并透射第一偏振态的光至LCD，这样，可提高入射至LCD的照明光束的偏振度，提高LCD的显示对比度，并减少入射至LCD的第二偏振态的光，可降低LCD的温度，提高使用寿命。其中，第一偏振态的光可以为垂直线偏振光、第二偏振态的光可以为水平线偏振光，实际应用中，第一偏振态的光可以为水平线偏振光、第二偏振态的光可以为垂直线偏振光。

在其中一些实施例中，偏振分光器件34包括反射型偏振膜和吸收型偏振膜。反射型偏振膜和吸收型偏振膜依次设于LCD和第一菲涅尔透镜40之间。其中，反射型偏振膜用于透射第一偏振态的光束、以及反射第二偏振态的光束，吸收型偏振膜用于透射第一偏振态的光束、以及吸收第二偏振态的光束。

在实际应用中，反射型偏振膜对第二偏振态的光束的反射率并非100％，仍然存在少量的第二偏振态的光束经反射型偏振膜透射，而在本实施例中，通过设置吸收型偏振膜，可将经反射型偏振膜透射的第二偏振态的光束吸收，进一步减少进入LCD的第二偏振态的光束，可进一步提高照明光束的偏振度。可以理解的是，吸收型偏振膜的透过轴与反射型偏振膜的透过轴设置方向相同。

在其中一些实施例中，偏振分光器件34还包括玻璃基板；反射型偏振膜贴设于吸收型偏振膜的第一侧，吸收型偏振膜的第二侧贴设于玻璃基板的第一侧，反射型偏振膜、吸收型偏振膜和玻璃基板依次设于第一菲涅尔透镜31和LCD之间。在本实施例中，通过设置玻璃基板，可方便在光路中设置反射型偏振膜和吸收型偏振膜。

在其中一些实施例中，请参阅图2，至少两个透镜包括第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54。第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54依次设于第二反射模块40的出光侧，在本实施例中，图像光束经第二反射模块40反射后，依次经第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54整形后出射。

在其中一些实施例中，第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54均为球面透镜。其中，第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54的材质可为光学玻璃。在本实施例中，令第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54均为球面透镜，方便镜头加工。

在其中一些实施例中，第一透镜51、第二透镜52和第四透镜54均为正透镜、可聚焦光线，第三透镜53为负透镜、可发散光线。

在其中一种具体的实施例中，请参阅图2，第一透镜51的入光面S1和出光面S2均为凸面；第二透镜52的入光面S3为凸面，第二透镜52的出光面S4为凹面；第三透镜53的入光面S5和出光面S6均为凹面；第四透镜54的入光面S7为平面，第四透镜54的出光面S8为凸面。其中，透镜的入光面为靠近第一反射模块40的表面，出光面为远离第一反射模块40的表面。

具体的，请参阅图2，各透镜的表面参数可为如下所述：第一透镜51的中心厚度为6.5mm，入光面S1的曲率半径为460.8mm，出光面S2的曲率半径为-134.6mm，材质为冕牌玻璃H-ZK11，其折射率为1.54，阿贝数为55.5。第二透镜52的中心厚度为9.9mm，入光面S3的曲率半径为56.7mm，出光面S4的曲率半径为83.2mm，材质为冕牌玻璃H-ZK11，其折射率为1.54，阿贝数为55.5。第三透镜53的中心厚度为6.0mm，入光面S5的曲率半径为-74.9mm，出光面S6的曲率半径为95.1mm，材质为冕牌玻璃H-ZF1，其折射率为1.65，阿贝数为33.8。第四透镜54的中心厚度为11.0mm，入光面S7的曲率半径为无穷大(平面)，出光面S8的曲率半径为-57.8mm，材质为冕牌玻璃H-ZK11，其折射率为1.54，阿贝数为55.5。第一透镜51、第二透镜52和第四透镜54为正透镜，第三透镜53为负透镜。

其中，请参阅图3，图3为图2所示投影镜头50的调制传递函数曲线图，其可综合反映投影镜头50的成像质量，曲线形状越平滑，且相对X轴高度越高，证明***的成像质量越好。而从图3中可以看出，MTF曲线较为平滑，且全视场在空间频率为7lp/mm处的调制传递函数值(OTF模值)均大于0.15，可见，本实施例中的投影镜头50的像差得到良好的校正，成像质量优良。

图4为图2所示目投影镜头50的场曲与畸变图，其中图4中的(a)为场曲曲线，图4中的(b)为畸变曲线。场曲是物平面形成曲面像的一种像差，以子午场曲和弧矢场曲来表征，二者过大会严重影响投影镜头50的轴外光线成像质量。从图4可以看到，场曲在2mm范围内，即投影镜头50的场曲被校正到较小的范围内。同时当***的畸变小于4％时，人眼很难察觉，从图4可以看出，该投影镜头50的最大畸变小于4％，即本实施例中的投影镜头50场曲和畸变小，成像效果好。

由以上数据可知，本实施例提供的投影镜头50不仅结构简单、尺寸较小，而且像差校正较好，成像质量优良。

在该投影镜头50中，通过合理安排四片透镜的正负焦距、折射率以及阿贝数，使得光线依次通过正负透镜发生不同程度的汇聚和发散后，可以达到小于等于1.2的投射比，光圈数可达到2.5，满足单片LCD投影仪的小型化和大画面的需求，同时还能实现1080P高清成像。相比于采用三片玻璃透镜构成投影镜头50的投影***，在本实施例中，采用四片球面透镜作为投影镜头50适配5英寸及分辨率为1080P的LCD，可提高解析力、光圈，减少投射比，匹配LCD高清显示要求，如达到1080P及以上，且提高输出光通量，如大于500流明。即本实施例提出的投影***具有高解析力、大光圈、投射比小的特点，可以实现在更短的距离投射出更大的画面，且可实现1080P高清显示。

在其中一些实施例中，第一反射模块20包括第一反射镜，第二反射模块40包括第二反射镜。反射镜包括基板和反射膜层，其中基板可以采用玻璃材质，也可以采用塑胶材质，反射膜层可为介质反射膜或金属反射膜，其可蒸镀或磁控溅射方式镀设于基板上，或通过背胶粘贴在基板上。实际应用中，反射镜的具体材质可根据实际需要进行选取。

在其中一些实施例中，请参阅图1，照明模块10包括光源11和双曲面聚光透镜12。双曲面聚光透镜12的入光侧设于光源11的出光侧，第一反射模块20的入光侧设于双曲面聚光透镜12的出光侧。

具体的，光源11可采用LED，双曲面聚光透镜12为平凸结构的单透镜，其平面邻近LED设置，其凸面为双曲面、且邻近第一反射模块20设置。LED可以是白光光源11或者三色光源11，可以直接输出白光，或者输出三原色光，三原色光经导光板中混合成白光，例如，可以是三色点光源11，通过三个一字排列的R、G、B灯珠实现三原色光的输出，具体可根据实际需要进行选择。

在该照明模块10中，LED发出的照明光束经双曲面聚光透镜12聚焦后，可整形成矩形光斑。相比于采用旋转对称的非球面透镜、抛物线型或多面体锥型反光杯(反光碗)作为聚光透镜对LED光源11进行汇聚，本实施例中采用双曲面聚光透镜12，可提高聚光效果，且可将照明光束的光斑形状整形成矩形光斑，后续可与LCD的形状相匹配，可提高光源11的能量利用率，并提高照明均匀性，提高用户观看体验，从而提高投影机的输出光通量，如大于500流明，以及提高投影画面的亮度均匀性，如高于75％。

第二方面，本实用新型实施例提供一种投影设备，该投影设备包括如第一方面任意一项实施例所述的投影***。在本实施例中，投影***具有如第一方面任意一项实施例所述的投影***相同的结构与功能，在此不再赘述。投影设备可以是投影仪。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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例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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种投影***，其特征在于，包括：照明模块、第一反射模块、光处理模块、第二反射模块和投影镜头；

所述投影镜头包括至少两个透镜，所述照明模块设于所述第一反射模块的入光侧，所述光处理模块设于所述第一反射模块的出光侧与所述第二反射模块的入光侧之间，所述至少两个透镜依次设于所述第二反射模块的出光侧；

其中，所述照明模块用于提供照明光束；

所述第一反射模块用于将所述照明光束反射至所述光处理模块；

所述光处理模块用于接收所述照明光束并产生带有图像信息的图像光束，并将所述图像光束出射至所述第二反射模块，以及用于对所述图像光束进行整形；

所述第二反射模块用于反射所述图像光束至所述投影镜头；

所述至少两个透镜用于依次对所述图像光束进行整形。

2.根据权利要求1所述的投影***，其特征在于，所述光处理模块包括第一菲涅尔透镜、显示器件和第二菲涅尔透镜；

所述第一菲涅尔透镜、所述显示器件和所述第二菲涅尔透镜依次设于所述第一反射模块的出光侧和所述第二反射模块的入光侧之间。

3.根据权利要求2所述的投影***，其特征在于，所述显示器件包括LCD；

所述第一菲涅尔透镜、所述LCD和所述第二菲涅尔透镜依次设于所述第一反射模块的出光侧和所述第二反射模块的入光侧之间。

4.根据权利要求3所述的投影***，其特征在于，所述光处理模块还包括偏振分光器件；

所述偏振分光器件设于所述第一菲涅尔透镜和所述LCD之间，所述偏振分光器件用于透射第一偏振态的光束。

5.根据权利要求4所述的投影***，其特征在于，所述偏振分光器件包括反射型偏振膜、吸收型偏振膜和玻璃基板；

所述反射型偏振膜贴设于所述吸收型偏振膜的第一侧，所述吸收型偏振膜的第二侧贴设于所述玻璃基板的第一侧，所述反射型偏振膜、所述吸收型偏振膜和所述玻璃基板依次设于所述第一菲涅尔透镜和所述LCD之间；

所述反射型偏振膜用于透射所述第一偏振态的光束、以及反射第二偏振态的光束，所述吸收型偏振膜用于透射所述第一偏振态的光束、以及吸收所述第二偏振态的光束。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的投影***，其特征在于，所述至少两个透镜包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜依次设于所述第二反射模块的出光侧。

7.根据权利要求6所述的投影***，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜均为正透镜，所述第三透镜为负透镜。

8.根据权利要求7所述的投影***，其特征在于，

所述第一透镜的入光面和出光面均为凸面；

所述第二透镜的入光面为凸面，所述第二透镜的出光面为凹面；

所述第三透镜的入光面和出光面均为凹面；

所述第四透镜的入光面为平面，所述第四透镜的出光面为凸面。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的投影***，其特征在于，所述照明模块包括光源和双曲面聚光透镜；

所述双曲面聚光透镜的入光侧设于所述光源的出光侧，所述第一反射模块的入光侧设于所述双曲面聚光透镜的出光侧。

10.一种投影设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的投影***。