CN216696963U - 一种投影系统和投影仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型例提供一种投影系统和投影仪，包括照明单元、偏振分光棱镜、线偏振片、半波片和反射式显示单元；照明单元和偏振分光棱镜沿第一方向依次设置，反射式显示单元、半波片、线偏振片和偏振分光棱镜沿第二方向依次设置；照明单元提供的照明光线经偏振分光棱镜反射后，通过线偏振片和半波片后入射至反射式显示单元；然后，反射式显示单元输出带有图像信息的图像光线，图像光线经半波片和线偏振片后入射至偏振分光棱镜；最后图像光线经偏振分光棱镜透射输出。在该投影系统中，通过线偏振片和半波片对入射至反射式显示单元的光线、以及对反射式显示单元出射的光线进行调制，可以提高投影画面的对比度，并且系统重量和成本较低。

Description

一种投影系统和投影仪

技术领域

本实用新型实施例涉及投影技术领域，特别涉及一种投影系统和投影仪。

背景技术

近年来，投影机逐渐由专业型应用向超大屏幕高分辨率工程投影和向微型化、高度集成化、便携式方向发展，广泛的融入到生产，教学，影院，家庭各个领域中，成为主流的显示技术。

在目前的投影系统中，通常采用如图1所示的光路，照明单元10产生的照明光束通过偏振分光棱镜20反射至反射式显示单元30，然后反射式显示单元30接收该照明光线后产生带有图像信息的光线，该光线经偏振分光棱镜20后透射出射，然而，在这种投影系统中，投影画面对比度较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种投影系统和投影仪，能提高投影画面的对比度。

第一方面，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种投影系统，包括：照明单元、偏振分光棱镜、线偏振片、半波片和反射式显示单元；所述照明单元和所述偏振分光棱镜沿第一方向依次设置，所述反射式显示单元、所述半波片、所述线偏振片和所述偏振分光棱镜沿第二方向依次设置；其中，所述照明单元用于提供照明光线；所述偏振分光棱镜用于通过所述偏振分光棱镜的第一端接收所述照明光线，并反射所述照明光线至所述偏振分光棱镜的第二端，以及通过所述偏振分光棱镜的第二端将所述照明光线输出至所述线偏振片；所述照明光线经所述线偏振片和所述半波片后入射至所述反射式显示单元；所述反射式显示单元用于接收所述照明光线，并输出带有图像信息的图像光线；所述图像光线经所述半波片和所述线偏振片后入射至所述偏振分光棱镜的第二端；所述偏振分光棱镜还用于通过所述偏振分光棱镜的第二端接收所述图像光线，并透射所述照明光线至所述偏振分光棱镜的第三端输出。

在一些实施例中，所述线偏振片为45°线偏振片。

在一些实施例中，所述照明光线入射至所述反射式显示单元时的入射角度θ具有以下关系：d*sinθ＝λ；其中，d是所述反射式显示单元的像素大小，λ是所述照明光线中的最短波长。

在一些实施例中，所述反射式显示单元为LCOS或DMD。

在一些实施例中，所述投影系统还包括投影镜头；所述反射式显示单元、所述半波片、所述线偏振片、所述偏振分光棱镜和所述投影镜头沿所述第二方向依次设置。

在一些实施例中，所述偏振分光棱镜为镀膜式偏振分光棱镜或线栅式偏振分光棱镜。

在一些实施例中，所述照明单元包括光源、准直模块和匀光扩散模块；所述光源、所述准直模块和所述匀光扩散模块和所述偏振分光棱镜沿所述第一方向依次设置。

在一些实施例中，所述准直模块包括准直透镜。

在一些实施例中，所述匀光扩散模块包括微透镜阵列、扩散片和导光管中的至少一种。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种投影仪，该投影仪包括如第一方面任意一项所述的投影系统。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型例提供一种投影系统和投影仪，包括照明单元、偏振分光棱镜、线偏振片、半波片和反射式显示单元；照明单元和偏振分光棱镜沿第一方向依次设置，反射式显示单元、半波片、线偏振片和偏振分光棱镜沿第二方向依次设置；其中，照明单元提供的照明光线经偏振分光棱镜反射至线偏振片，经线偏振片和半波片后入射至反射式显示单元；然后，反射式显示单元接收照明光线后输出带有图像信息的图像光线，图像光线经半波片和线偏振片后入射至偏振分光棱镜，最后图像光线经偏振分光棱镜透射输出。在该投影系统中，通过线偏振片和半波片对入射至反射式显示单元的光线、以及对反射式显示单元出射的光线进行调制，可以提高投影画面的对比度，并且系统简单，重量和成本较低，有利于后续实际生产。

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是现有技术中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结构示意图；

图3是图2的光路图；

图4是本实用新型实施例提供的一种在反射式显示单元上的光路示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种在反射式显示单元上的光路示意图；

图6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。

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系统，请参阅图2，该投影系统包括：照明单元10、偏振分光棱镜20、反射式显示单元30、线偏振片40和半波片50。照明单元10和偏振分光棱镜20沿第一方向依次设置，反射式显示单元30、半波片50、线偏振片40和偏振分光棱镜20沿第二方向依次设置。其中，请参阅图3，照明单元10用于提供照明光线L1；偏振分光棱镜20用于通过偏振分光棱镜20的第一端接收照明光线L1，并反射照明光线L1至偏振分光棱镜20的第二端，以及通过偏振分光棱镜20的第二端将照明光线L1输出至线偏振片40；照明光线L1经线偏振片40和半波片50后入射至反射式显示单元30；反射式显示单元30用于接收照明光线L1，并输出带有图像信息的图像光线L2；图像光线L2经半波片50和线偏振片40后入射至偏振分光棱镜20的第二端；偏振分光棱镜20还用于通过偏振分光棱镜20的第二端接收图像光线L2，并透射照明光线L1至偏振分光棱镜20的第三端输出。

示例性的，第一方向可与第二方向垂直。在该投影系统中，请继续参阅图3，首先，照明单元10发出的照明光线L1经偏振分光棱镜20的第一端入射至偏振分光棱镜20；然后，照明光线L1被偏振分光棱镜20反射至偏振分光棱镜20的第二端输出至线偏振片40；接着，通过线偏振片40变为线偏振光后，再通过半波片50旋转偏振方向后，该照明光线L1入射至反射式显示单元30；再然后，反射式显示单元30接收到经线偏振片40和半波片50调制后的照明光线L1后，产生带有图像信息的图像光线L2；再接着，该图像光线L2通过半波片50旋转偏振方向后，再通过线偏振片40和偏振分光棱镜20的第二端入射至偏振分光棱镜20；最后，该图像光线L2被偏振分光棱镜20透射至偏振分光棱镜20的第三端出射。

在该投影系统中，通过线偏振片40和半波片50对入射至反射式显示单元30的光线、以及对反射式显示单元30出射的光线进行调制，可以提高投影画面的对比度，并且系统简单，且重量和成本较低，有利于后续实际生产。

在其中一些实施例中，线偏振片为45°线偏振片。那么，在该投影系统中，通过线偏振片将偏振分光棱镜出射的照明光线变成45°线偏振光。

在其中一些实施例中，反射式显示单元为LCOS或DMD。其中，LCOS由于液晶具有光学双折射性、介电各向异性等特殊性质，可对入射光波的振幅、相位、偏振等各项参数进行调制，通过选择液晶的排列方式，可实现光强和波前调制等功能。示例性的，在投影系统中选择空间光调制型LCOS芯片作为反射式显示单元，其中，空间光调制型LCOS芯片基于空间光调制器对照明光线进行调制，输出带有图像信息的图像光线。

在其中一些实施例中，照明光线入射至反射式显示单元时的入射角度θ具有以下关系：

d*sinθ＝λ；

其中，d是反射式显示单元30的像素大小，λ是照明光线L1中的最短波长。

具体的，请参阅图4，当采用空间光调制型LCOS芯片作为反射式显示单元30时，通常在空间光调制型LCOS芯片上设置有数字光栅31，通过数字光栅31的衍射来实现光束的偏转，实现图像光线的输出，然而当照明光线L1入射至空间光调制型LCOS芯片时，如图4所示，由于光栅的衍射效应，会出现不同级次的反射光线，在图4中，+1级光线L21和-1级光线L22为所需的图像光线，可用于后续进行投影，而0级光线L0则会带来光学噪声，影响最终的投影质量。

而当照明光线L1入射至反射式显示单元30时，以入射角度θ进行入射时，请参阅图5，该照明光线L1同样会出现不同级次的反射光线，但此时，0级光线L0将不会混杂在1级光线L2中，后续只有1级光线L2能重新通过半波片50和线偏振片40到达偏振分光棱镜20，而0级光线L0则在调制范围之外，从而可以降低光学噪声，提高投影系统的投影质量。其中，N为反射式显示单元30表面的法线。

在其中一些实施例中，请参阅图6，投影系统还包括投影镜头60；其中，反射式显示单元30、半波片50、线偏振片40、偏振分光棱镜20和投影镜头60沿第二方向依次设置。具体的，投影镜头包括至少一个整形透镜，通过设置整形透镜，可对偏振分光棱镜出射的图像光线进行整形，从而使图像光线进行投影成像。

在其中一些实施例中，偏振分光棱镜为镀膜式偏振分光棱镜或线栅式偏振分光棱镜。具体的，偏振分光棱镜由两个对称的三角棱镜组成，例如由两个对称的直角棱镜组成，组成后在偏振分光棱镜内部有一分光面，该偏振分光棱镜的分光面能透射P偏振态的光线、以及反射S偏振态的光线。其中，对于镀膜式偏振分光棱镜，其在偏振分光棱镜的分光面上镀设有偏振分光膜。对于线栅式偏振分光棱镜，其在偏振分光棱镜的分光面上贴合有金属线栅或者刻蚀有玻璃线栅。

在其中一些实施例中，照明单元包括光源、准直模块和匀光扩散模块；光源、准直模块和匀光扩散模块和偏振分光棱镜沿第一方向依次设置。在该照明单元中，光源发出具有S偏振态的照明光线，准直模块可对照明光线进行准直，接着，匀光扩散模块可对照明光线进行匀光扩散，增大照明光线的照明面积，提高照明光线的均匀性。具体的，光源可以为LED光源或者是其他一切合适的可用于提供照明光线的光源。

在其中一些实施例中，照明单元还包括偏振片。该偏振片设于光源和偏振分光棱镜之间，该偏振片可用于改变照明光线的偏振态，使经过该偏振片的照明光线的偏振态为S偏振态。

在其中一些实施例中，准直模块包括准直透镜。该准直透镜设于光源和匀光扩散模块之间，可用于对照明光线进行准直。实际应用中，准直模块所使用的器件可根据实际需要进行设置，在此不许拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，匀光扩散模块包括微透镜阵列、扩散片和导光管中的至少一种。其中，微透镜阵列可以为复眼透镜。实际应用中，匀光扩散模块所使用的器件可根据实际需要进行设置，在此不许拘泥于本实施例中的限定。

下面结合图2所示的实施例详细阐述本实用新型实施例提供的投影系统的工作过程。在图2所示的实施例中，选用45°线偏振片作为线偏振片，空间光调制型LCOS芯片作为反射式显示单元。

请参阅图3，在该投影系统中，首先，照明单元10发出S偏振态形式的照明光线L1，该S偏振态的照明光线L1经偏振分光棱镜20的第一端入射至偏振分光棱镜20；然后，S偏振态的照明光线L1被偏振分光棱镜20反射至偏振分光棱镜20的第二端出射，并到达45°线偏振片；接着，通过45°线偏振片后，该照明光线L1变为45°线偏振光后，该照明光线L1再通过半波片50调整偏振方向后，可适配空间光调制型LCOS芯片；再然后，空间光调制型LCOS芯片接收到该照明光线L1后，输出图像光线L2，该图像光线L2同样通过半波片50进行调整偏振方向，然后再通过45°线偏振片到达偏振分光棱镜20，此时，图像光线L2的偏振态已经变为P偏振态；最后，该P偏振态的图像光线L2被偏振分光棱镜20透射至偏振分光棱镜20的第三端出射。

在该投影系统中，通过45°线偏振片和半波片对入射至空间光调制型LCOS芯片的光线、以及对空间光调制型LCOS芯片出射的光线进行调制，可以提高投影画面的对比度，并且系统简单，重量和成本较低，有利于后续实际生产。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种投影仪，该投影仪包括如第一方面任意一项所述的投影系统。在该投影系统中，通过线偏振片和半波片对入射至反射式显示单元的光线、以及对反射式显示单元出射的光线进行调制，可以提高投影画面的对比度，并且系统简单，重量和成本较低，有利于后续实际生产。

本实用新型例提供一种投影系统和投影仪，包括照明单元、偏振分光棱镜、线偏振片、半波片和反射式显示单元；照明单元和偏振分光棱镜沿第一方向依次设置，反射式显示单元、半波片、线偏振片和偏振分光棱镜沿第二方向依次设置；其中，照明单元提供的照明光线经偏振分光棱镜反射至线偏振片，经线偏振片和半波片后入射至反射式显示单元；然后，反射式显示单元接收照明光线后输出带有图像信息的图像光线，图像光线经半波片和线偏振片后入射至偏振分光棱镜，最后图像光线经偏振分光棱镜透射输出。在该投影系统中，通过线偏振片和半波片对入射至反射式显示单元的光线、以及对反射式显示单元出射的光线进行调制，可以提高投影画面的对比度，并且系统简单，重量和成本较低，有利于后续实际生产。

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)

1.一种投影系统，其特征在于，包括：照明单元、偏振分光棱镜、线偏振片、半波片和反射式显示单元；

所述照明单元和所述偏振分光棱镜沿第一方向依次设置，所述反射式显示单元、所述半波片、所述线偏振片和所述偏振分光棱镜沿第二方向依次设置；

其中，所述照明单元用于提供照明光线；

所述偏振分光棱镜用于通过所述偏振分光棱镜的第一端接收所述照明光线，并反射所述照明光线至所述偏振分光棱镜的第二端，以及通过所述偏振分光棱镜的第二端将所述照明光线输出至所述线偏振片；

所述照明光线经所述线偏振片和所述半波片后入射至所述反射式显示单元；

所述反射式显示单元用于接收所述照明光线，并输出带有图像信息的图像光线；

所述图像光线经所述半波片和所述线偏振片后入射至所述偏振分光棱镜的第二端；

所述偏振分光棱镜还用于通过所述偏振分光棱镜的第二端接收所述图像光线，并透射所述照明光线至所述偏振分光棱镜的第三端输出。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述线偏振片为45°线偏振片。

3.根据权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述照明光线入射至所述反射式显示单元时的入射角度θ具有以下关系：

d*sinθ＝λ；

其中，d是所述反射式显示单元的像素大小，λ是所述照明光线中的最短波长。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的投影系统，其特征在于，所述反射式显示单元为LCOS或DMD。

5.根据权利要求4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；

所述反射式显示单元、所述半波片、所述线偏振片、所述偏振分光棱镜和所述投影镜头沿所述第二方向依次设置。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的投影系统，其特征在于，所述偏振分光棱镜为镀膜式偏振分光棱镜或线栅式偏振分光棱镜。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的投影系统，其特征在于，所述照明单元包括光源、准直模块和匀光扩散模块；

所述光源、所述准直模块和所述匀光扩散模块和所述偏振分光棱镜沿所述第一方向依次设置。

8.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述准直模块包括准直透镜。

9.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述匀光扩散模块包括微透镜阵列、扩散片和导光管中的至少一种。

10.一种投影仪，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的投影系统。

Images