CN218413186U - 投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种投影系统，包括照明组件、分光组件和调制组件，照明组件用于提供白光；分光组件设于照明组件的出射光路上，用于将白光分为第一色光、第二色光和第三色光；调制组件包括第一空间光调制器、第二空间光调制器、第三空间光调制器和预调制空间光调制器；分光组件还用于将第一色光引导至第一空间光调制器，将第二色光引导至第二空间光调制器，将第三色光引导至预调制空间光调制器进行预调制；第一色光的光路和第二色光的光路共轭；预调制空间光调制器用于根据第一色光或者第二色光的光斑均匀性对第三色光进行预调制，使得第一色光、第二色光和第三色光的光斑均匀性一致，进而使得投影图像的显示亮度更加均匀，避免出现“花脸”现象。

Description

投影系统

技术领域

本申请涉及光学系统技术领域，具体涉及一种投影系统。

背景技术

3DLP(Digital Light Processing，数字光处理)投影系统是一种常见的投影系统，3DLP投影系统的基本原理是通过分色镜将照明光源发出的白光分离为红、绿、蓝三色光，并分别入射至对应的三个光阀上，光阀根据输入的图像信号对入射光束进行调制，再通过合光棱镜将三个光阀发出的光束合并为一束合成光，合成光经由投影镜头投射到屏幕后，可在屏幕上形成投影图像。然而，在现有的3DLP投影系统中，红、绿、蓝三色光在调制前的光斑均匀性都不相同，最终导致投影图像的显示亮度不均匀，出现“花脸”现象，影响投影效果。

实用新型内容

本申请的目的在于提出一种投影系统，以解决上述问题。本申请通过以下技术方案来实现上述目的。

本申请实施例提供了一种投影系统，包括照明组件、分光组件和调制组件，照明组件用于提供白光；分光组件设于照明组件的出射光路上，用于将白光分为第一色光、第二色光和第三色光；调制组件包括第一空间光调制器、第二空间光调制器、第三空间光调制器和预调制空间光调制器，预调制空间光调制器设于分光组件和第三空间光调制器之间的光路上；分光组件还用于将第一色光引导至第一空间光调制器进行调制，将第二色光引导至第二空间光调制器进行调制，将第三色光引导至预调制空间光调制器进行预调制；第一色光的光路和第二色光的光路共轭；预调制空间光调制器用于根据第一色光或者第二色光的光斑均匀性对第三色光的光斑均匀性进行预调制后入射至第三空间光调制器。

本申请实施例提供的投影系统通过设置第一色光的光路和第二色光的光路共轭，保证第一色光和第二色光的光斑均匀性相同，再通过预调制空间光调制器根据第一色光或者第二色光的光斑均匀性对第三色光的光斑均匀性进行预调制，使得第一色光、第二色光和第三色光的光斑均匀性一致，进而使得投影图像的显示亮度更加均匀，避免出现“花脸”现象。

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是本申请实施例提供的投影系统的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的投影系统中合光棱镜和空间光调制器的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的投影系统的模块图。

图4是本申请另一实施例提供的投影系统的结构示意图。

图5是图4所示实施例提供的投影系统中起偏整形器的结构示意图。

图6是本申请又一实施例提供的投影系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在现有的3DLP投影系统中，红、绿、蓝三色光在调制前的光斑均匀性都不相同，最终导致投影图像的显示亮度不均匀，出现“花脸”现象，影响投影效果。

为了解决上述技术问题，发明人经过研究发现：红、绿、蓝三色光在调制前的光斑均匀性都不相同是因为红、绿、蓝三色光的光路不同、光程不相等等原因造成的。有鉴于此，发明人提出了一种投影系统，通过设置第一色光的光路和第二色光的光路共轭，保证第一色光和第二色光的光斑均匀性相同，再通过预调制空间光调制器根据第一色光或者第二色光的光斑均匀性对第三色光的光斑均匀性进行预调制后入射至第三空间光调制器，使得第一色光、第二色光和第三色光在调制前的光斑均匀性一致，进而使得投影图像的亮度更加均匀，避免出现“花脸”现象。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例提供的投影系统100包括照明组件110、分光组件130和调制组件150，照明组件110用于提供白光，分光组件130设于照明组件110的出射光路上，用于将白光分为第一色光111、第二色光112和第三色光113。调制组件150包括第一空间光调制器151、第二空间光调制器152、第三空间光调制器153和预调制空间光调制器154，预调制空间光调制器154设于分光组件130和第三空间光调制器153之间的光路上；分光组件130还用于将第一色光111引导至第一空间光调制器151进行调制，将第二色光112引导至第二空间光调制器152进行调制，将第三色光113引导至预调制空间光调制器154进行预调制。

第一色光111的光路和第二色光112的光路共轭，预调制空间光调制器154用于根据第一色光111或者第二色光112的光斑均匀性对第三色光113的光斑均匀性进行预调制后入射至第三空间光调制器153。其中，第一色光111的光路是指第一色光111由分光组件130到第一空间光调制器151的光路，第二色光112的光路是指第二色光112由分光组件130到第二空间光调制器152的光路。

本申请实施例提供的投影系统100通过设置第一色光111的光路和第二色光112的光路共轭，也即第一色光111的光路和第二色光112的光路沿分光组件130镜像设置，第一色光111的光程和第二色光112的光程相等，保证了第一色光111和第二色光112的光斑均匀性相同，再通过预调制空间光调制器154根据第一色光111或者第二色光112的光斑均匀性对第三色光113的光斑均匀性进行预调制，使得第一色光111、第二色光112和第三色光113的光斑均匀性一致，进而使得投影图像的亮度更加均匀，避免出现“花脸”现象。另外，预调制空间光调制器154也可以进行局部背光调节(Local Dimming)，也即根据第一色光111或者第二色光112对应的各个像素的明暗调节预调制空间光调制器154出射的光斑，从而提高系统的发光效率，并减少预调制空间光调制器154的热负载。

本实施例中，投影系统100还包括合光棱镜161和投影镜头162，合光棱镜161设于第一空间光调制器151、第二空间光调制器152和第三空间光调制器153之间，用于将第一空间光调制器151、第二空间光调制器152和第三空间光调制器153发出的光束合束为一束合成光。投影镜头162设于合光棱镜161的出射光路上，用于将合光棱镜161发出的合成光投射到屏幕上形成投影图像。

合光棱镜161可以是十字二向色合色棱镜(简称“X-cube”)，投影镜头162可以是由多片透镜组成的透镜组，且投影镜头162的孔径光阑可以放在投影镜头162外，例如放在整个透镜组的最前面，或者放在整个透镜组的最后面，这样能够实现投影镜头162的小型化和低成本化。

在一些实施例中，投影系统100还可以包括像素偏移装置163，像素偏移装置163设于合光棱镜161和投影镜头162之间的光路上，用于将合光棱镜161发出的合成光沿垂直于投影镜头162的光轴方向平移，并使得不同平移位置的合成光时序叠加，能够实现图像的微小位移，进而实现显示分辨率的提升。

在一些实施方式中，像素偏移装置163可以是采用XPR(像素偏移分辨率系统)技术的透明平板光学器件，透明平板光学器件可通过电流或电压控制转动角度。具体地，当像素偏移装置163的透明平板转动一定角度时，通过该透明平板的光经过两次折射后而整体平移，透明平板在转动位置处停留预定时间，然后转动到其他位置。在一个图像帧周期中，像素偏移装置163可以包括2个稳态或4个稳态，图像被相应的拆成2个子帧或4个子帧，人眼通过时间积分功能，对捕获的2个或4个图像进行叠加，从而在脑中形成高分辨率的图像。可以理解，像素偏移装置163还可以包括更多的稳态，从而实现更高的分辨率，本发明不对像素的倍增数量做限制。

在一些实施方式中，像素偏移装置163也可以是采用E-shift(像素拓展)技术的液晶双折射装置，其通过电压控制液晶分子的偏转角度，从而对通过该液晶双折射装置的光进行平移，从而实现整体像素偏移的作用，效果类似于上述机械转动的像素偏移装置163，此处不再赘述。

当像素偏移装置163使用XPR技术时，对入射光的偏振态没有要求。而当像素偏移装置163采用E-shift技术时，要求进入像素偏移装置163的光为同一偏振态的光。而在投影系统100中，为了使效率最大化，一般绿光会以P偏振态通过合光棱镜161，红光、蓝光会以S偏振态通过合光棱镜161，这是利用在倾斜入射时P偏振的高反射区的宽度总是小于S偏振，这样在合光棱镜161的RDM(反红膜)与BDM(反蓝膜)中P偏振光的透射区就能做得很宽，从而实现光谱几乎无损的通过合光棱镜161。

当像素偏移装置163采用E-shift技术时，有两种方法可以使得进入像素偏移装置163的光都为同一偏振态的光，其中一种方式是通过裁剪光谱，裁剪光谱具体可以在第一色光111、第二色光112和第三色光113的光路中各加入一片滤色片，例如在第一空间光调制器151和合光棱镜161之间的光路上、第二空间光调制器152和合光棱镜161之间的光路上，以及第三空间光调制器153和合光棱镜161之间的光路上分别设置有滤色片；或者，合光棱镜161具有滤光功能，从而可以通过合光棱镜161的滤光实现。另外一种方式是在合光棱镜161和像素偏移装置163之间的光路上加入COLOR SECLECTOR(分色器)，用于对特定波长的光转偏振态，例如将红光、蓝光转为P偏振态，或者将绿光转为S偏振态，从而使所有入射光都以同一种偏振态入射像素偏移装置163。

在一些实施例中，第一空间光调制器151、第二空间光调制器152、第三空间光调制器153和预调制空间光调制器154均为LTPS(Low Temperature Poly-Silicon，低温多晶硅)液晶光阀。LTPS液晶光阀也即采用LTPS工艺制成的透射式空间光调制器，其通过改变液晶取向并结合起偏器和检偏器，实现对光束的调制，且其成本较低，适于大规模生产应用。

本实施例中，投影系统100还包括第一起偏器171、第二起偏器172和第三起偏器173，第一起偏器171设于分光组件130和第一空间光调制器151之间的光路上，第一色光111经第一起偏器171起偏后以单一偏振态入射至第一空间光调制器151进行调制。第二起偏器172设于分光组件130和第二空间光调制器152之间的光路上，第二色光112经第二起偏器172起偏后以单一偏振态入射至第二空间光调制器152进行调制。第三起偏器173设于预调制空间光调制器154和第三空间光调制器153之间的光路上，第三色光113经第三起偏器173起偏后以单一偏振态入射至第三空间光调制器153进行调制。

投影系统100还可以包括第一检偏器(图中未示出)、第二检偏器(图中未示出)和第三检偏器(图中未示出)，第一检偏器设于第一空间光调制器151和合光棱镜161之间的光路上，且第一检偏器和第一空间光调制器151可以粘接为一体或者相互分离设置，用于对第一空间光调制器151出射的图像光进行偏振提纯，将调制光中符合偏振态要求的光束滤出至合光棱镜161。第二检偏器设于第二空间光调制器152和合光棱镜161之间的光路上，且第二检偏器和第二空间光调制器152可以粘接为一体或者相互分离设置，用于对第二空间光调制器152出射的调制光进行偏振提纯，将调制光中符合偏振态要求的光束滤出至合光棱镜161。第三检偏器设于第三空间光调制器153和合光棱镜161之间的光路上，且第三检偏器和第三空间光调制器153可以粘接为一体或者相互分离设置，用于对第三空间光调制器153出射的调制光进行偏振提纯，将调制光中符合偏振态要求的光束滤出至合光棱镜161。

请参阅图1和图2，本实施例中，第一空间光调制器151、第二空间光调制器152、第三空间光调制器153均为LTPS液晶光阀，第一空间光调制器151、第二空间光调制器152和第三空间光调制器153大致均为矩形板状结构，且均具有长度方向和宽度方向。第一空间光调制器151和第三空间光调制器153可以相对设置于第二空间光调制器152的宽度方向两侧，且第一空间光调制器151、第二空间光调制器152和第三空间光调制器153的长度方向一致。

合光棱镜161在第二空间光调制器152的出光方向上的长度适配于第一空间光调制器151和第三空间光调制器153的宽度，例如合光棱镜161在第二空间光调制器152的出光方向上的长度等于第一空间光调制器151和第三空间光调制器153的宽度，或者合光棱镜161在第二空间光调制器152的出光方向上的长度略小于或者略大于第一空间光调制器151和第三空间光调制器153的宽度。其中，第二空间光调制器152的出光方向垂直于第二空间光调制器152。

由此，合光棱镜161在第二空间光调制器152的出光方向上的长度仅需要匹配于第一空间光调制器151和第三空间光调制器153的宽度，而不需要匹配于第一空间光调制器151和第三空间光调制器153的长度，从而能够减小合光棱镜161在第二空间光调制器152出光方向上的长度以及投影镜头162的后截距，使得整个投影系统100更加紧凑。

可以理解的，在其他一些实施例中，第一空间光调制器151、第二空间光调制器152、第三空间光调制器153和预调制空间光调制器154也可以为基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术的反射型数字微镜器件(Digital Mirror Device，DMD)或者反射型LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶显示器)器件等。

在一些实施例中，预调制空间光调制器154的分辨率可以小于第三空间光调制器153，而第一空间光调制器151、第二空间光调制器152和第三空间光调制器153的分辨率相同。例如，第三空间光调制器153的分辨率为1920×1152像素，预调制空间光调制器154的分辨率为1280×768像素，这样不仅能够满足预调制的像素要求，且能够提到透过率，减轻预调制空间光调制器154的热负载。可以理解的，在其他一些实施方式中，预调制空间光调制器154的分辨率也可以等于第三空间光调制器153。

请参阅图1和图3，在一些实施例中，投影系统100还可以包括检测单元164和控制单元165，检测单元164用于检测第一色光111或者第二色光112的光斑均匀性并生成检测数据；控制单元165与检测单元164和预调制空间光调制器154电连接，用于根据检测数据获取预调制信号并发送至预调制空间光调制器154，预调制空间光调制器154用于根据预调制信号对第三色光113进行预调制。由此，第三色光113的整个预调制过程可以自动进行，无需人工操作，且可以根据第一色光111或者第二色光112的光斑均匀性实时输出预调制信号，使得预调制过程更加准确。

本实施例中，检测单元164可以为CCD(电荷耦合器件)相机，控制单元165通过分析CCD相机拍摄到的图像来计算光斑的均匀性，并根据光斑的均匀性计算获取预调制信号。

仍请参阅图1，在一些实施例中，分光组件130可以包括第一分光棱镜131、第一导光件132、第二导光件133和第二分光棱镜134，第一分光棱镜131设于照明组件110的出射光路上，用于将白光分为第一色光111和第四色光114，第一导光件132设于第一色光111的出射光路上，用于将第一色光111引导至第一空间光调制器151；第二导光件133和第二分光棱镜134依次设于第四色光114的出射光路上，第四色光114经第二导光件133入射至第二分光棱镜134并分光形成第二色光112和第三色光113，第二色光112入射至第二空间光调制器152，第三色光113入射至预调制空间光调制器154。由此，分光组件130能够将白光分为第一色光111、第二色光112和第三色光113，并将第一色光111引导至第一空间光调制器151进行调制，将第二色光112引导至第二空间光调制器152进行调制，将第三色光113引导至预调制空间光调制器154进行预调制。

其中，第二色光112由第四色光114分光形成，第四色光114经过的光路相当于第二色光112经过的光路，因此第四色光114的光路与第二色光112的光路部分重合，也即第四色光114与第二色光112由第一分光棱镜131的分光面到第二分光棱镜134的分光面的光路重合，上述实施例所指的第一色光111的光路和第二色光112的光路共轭，即为第一色光111的光路和第四色光114、第二色光112的总光路共轭。

本实施例中，第一分光棱镜131包括第一分光面1311以及关于第一分光面1311互为镜像的第一色光出光面(图中未标号)和第四色光出光面(图中未标号)，照明组件110发出的白光入射至第一分光面1311，并在第一分光面1311分光形成第一色光111和第四色光114，第一色光111经第一色光出光面出射，第四色光114经第四色光出光面出射。

第一导光件132包括第一光导管1321和光路折转件1322，第一光导管1321连接于第一色光出光面和光路折转件1322之间，用于将第一色光111引导至光路折转件1322，光路折转件1322用于将第一色光111引导至第一空间光调制器151；第二导光件133包括第二光导管1331，第二光导管1331连接于第四色光出光面和第二分光棱镜134之间，用于将第四色光114引导至第二分光棱镜134。

第二分光棱镜134包括第二分光面(图中未标号)，以及关于第二分光面互为镜像的第二色光出光面和第三色光出光面，第四色光114入射至第二分光面，并在第二分光面分光形成第二色光112和第三色光113，第二色光112经第二色光出光面出射，第三色光113经第三色光出光面出射。

其中，第一光导管1321和第二光导管1331关于第一分光面1311互为镜像，第二色光出光面和光路折转件1322的出光面关于第一分光面1311互为镜像，以使得第一色光111在分光组件130中的光路和第四色光114、第二色光112在分光组件130中的总光路共轭。

进一步地，第一空间光调制器151和第二空间光调制器152关于第一分光面1311互为镜像，以使得第一色光111由分光组件130到第一空间光调制器151的光路和第四色光114、第二色光112由分光组件130到第二空间光调制器152总的光路共轭。

本实施例中，第一分光棱镜131和第二分光棱镜134可以均为二向色分光棱镜，第一分光面1311位于第一分光棱镜131内，且第一分光面1311和照明组件110的光轴成45°夹角，第一色光出光面和第四色光出光面均与第一分光面1311成45°夹角，也即第一色光出光面和第四色光出光面相互垂直。第二分光面位于第二分光棱镜134内，第二分光面与第一分光面1311相互平行，且第二色光出光面和第三色光出光面均与第二分光面成45°夹角，也即第二色光出光面和第三色光出光面相互垂直。

作为一种示例，第一色光111为红光，第二色光112为绿光，第三色光113为蓝光，第四色光114为黄光。具体地，第一分光面1311镀有反黄透红膜，第二分光面镀有反绿透蓝膜，照明组件110发出的白光入射至反黄透红膜，并分光形成红光(第一色光111)和黄光(第四色光114)，黄光入射至反绿透蓝膜，并分光形成绿光(第二色光112)和蓝光(第三色光113)。

本实施例中，第一光导管1321和第二光导管1331可以均为空心导管，光路折转件1322为直角棱镜，直角棱镜的一个直角面连接于第一光导管1321以作为入光面，直角棱镜的另一个直角面朝向第一空间光调制器151以作为出光面，直角棱镜的斜面与第一光导管1321的光轴成45°夹角，用于将第一色光111偏转90°后入射至第一空间光调制器151。第一光导管1321的出射面形状可以与光路折转件1322的入射面形状一致且相互重合，如此能够形成光波导，在折转光路的同时维持光学扩展量。

光路折转件1322的入光面可以镀有第一光学多层干涉薄膜，光路折转件1322的出光面可以镀有第二光学多层干涉薄膜，第一光学多层干涉薄膜和第二光学多层干涉薄膜均用于透射入射角小于第一角度值且符合设定波长范围的光线，并反射入射角大于第二角度值且符合设定波长范围的光线；其中，第一角度值小于第二角度值，也即第一光学多层干涉薄膜和第二光学多层干涉薄膜可以实现对于特定谱宽的光线，透射小角度的入射光，反射大角度的入射光，能够避免被光路折转件1322的反射面反射的大角度光线再次透过光路折转件1322的入光面回到第一光导管1321，从而最大限度地避免光线逆向传输造成光浪费，提高光能量的利用率。

第一分光棱镜131可以包括第一直角棱镜和第二直角棱镜，第一直角棱镜和第二直角棱镜的斜面相互胶合形成第一分光面1311，第一直角棱镜和第二直角棱镜关于第一分光面1311互为镜像。第二分光棱镜134可以包括第三直角棱镜和第四直角棱镜，第三直角棱镜和第四直角棱镜的斜面相互胶合形成第二分光面，第三直角棱镜设有第二色光出光面，第四直角棱镜设有第三色光出光面。其中，第三直角棱镜和光路折转件1322关于第一分光面1311互为镜像，以使第二色光出光面和光路折转件1322的出光面关于第一分光面1311互为镜像。

本实施例中，投影系统100还可以包括第一反射件181和第二反射件182，第一反射件181和第二反射件182依次设于预调制空间光调制器154和第三空间光调制器153之间的光路上，预调制空间光调制器154出射的光束经第一反射件181和第二反射件182依次反射后入射至第三空间光调制器153，从而将预调制后的第三色光113引导至第三空间光调制器153。

第一反射件181和第二反射件182可以均为平面反射镜，且第一反射件181的反射面法线与预调制空间光调制器154的光轴成45°夹角，第二反射件182的反射面法线与第三空间光调制器153的光轴成45°夹角，且第一反射件181的反射面法线与第二反射件182的反射面法线成45°夹角，如此通过第一反射件181和第二反射件182的配合能够将第三色光113折转180°后入射至第三空间光调制器153。

在一些实施例中，第三色光为蓝光，调制组件150还包括预成像透镜155，预成像透镜155设于预调制空间光调制器154和第三空间光调制器153之间的光路上，例如设于第一反射件181和第二反射件182之间的光路上，用于对预调制空间光调制器154出射的光束进行预成像。

在其他一些实施例中，第三色光为非蓝光，例如第三色光为绿光，此时第三色光在通过预调制空间光调制器154预调制后可直接入射至第三空间光调制器153，而无需经过预成像透镜155进行预成像。

在一些实施例中，投影系统100还可以包括第一中继透镜183和第二中继透镜184，第一中继透镜183和第二中继透镜184依次设于预调制空间光调制器154和第三空间光调制器153之间的光路上，例如第一中继透镜183设于预调制空间光调制器154和第一反射件181之间的光路上，第二中继透镜184设于第二反射件182和第三空间光调制器153之间的光路上，以将预调制后的第三色光113中继至第三空间光调制器153。

在一些实施例中，投影系统100还可以包括第一场镜、第二场镜和第三场镜，第一场镜、第二场镜和第三场镜可以是凸透镜或者菲涅尔透镜，第一场镜设于分光组件130和第一空间光调制器151之间的光路上，例如设于光路折转件1322和第一起偏器171之间，或者设于第一起偏器171和第一空间光调制器151之间，用于将第一色光111会聚至第一空间光调制器151。第二场镜设于分光组件130和第二空间光调制器152之间的光路上，例如设于第二分光棱镜134和第二起偏器172之间，或者设于第二起偏器172和第二空间光调制器152之间，用于将第二色光112会聚至第二空间光调制器152。第三场镜设于分光组件130和第三空间光调制器153之间的光路上，例如设于第二中继透镜184和第三起偏器173之间，或者设于第三起偏器173和第三空间光调制器153之间，用于将第三色光113会聚至第三空间光调制器153。其中，第一场镜和第二场镜可以关于第一分光面1311互为镜像，确保第一色光111和第二色光112的光路共轭。

投影系统100利用第一场镜、第二场镜和第三场镜对光线的会聚作用，能够将远心光(平行光)会聚为会聚光(非远心光)，使得空间光调制器上不同视场的光有不同的主光线入射角，特别是在主光线入射角呈汇聚状态时，有利于减小合光棱镜161的体积，缩短投影镜头162的整体长度，并且可以降低投影镜头162的设计难度，从而减少投影镜头162的成本。

在一些实施例中，照明组件110包括照明光源115和收集装置116，照明光源115用于发出白光，收集装置116设于照明光源115的出射光路上，用于将白光收集成平行光后出射至分光组件130。

本实施例中，收集装置116可以包括锥形匀光器件1161和透镜1162，锥形匀光器件1161和透镜1162依次设于照明光源115的出射光路上，照明光源115发出的光束经锥形匀光器件1161和透镜1162进行准直后形成平行光。其中，锥形匀光器件1161可以为实心锥形导光棒或者空心锥形反射器，透镜1162可以是凸透镜或者菲涅尔透镜等。

锥形匀光器件1161朝向照明光源115的一侧设有入射面，朝向透镜的一侧设有出射面，且入射面的面积小于出射面的面积。照明光源115发出的光束经入射面入射到锥形匀光器件1161的内部之后，经锥形匀光器件1161的内侧壁反射后由出射面出射，使得出射光斑的面积大于入射光斑的面积，从而减小了光束的发散角。

本实施例中，照明光源115可以是LED灯(蓝光LED芯片上涂抹黄色荧光粉)、激光荧光光源(蓝激光激发黄荧光粉)或者是RGB三色激光混光。

当照明光源115为LED灯或者激光荧光光源时，投影系统100还可以包括激发光源，激发光源用于向照明光源115发出激发光，以激发照明光源115产生激发光，从而能够形成对照明光源115的双面激发，提高照明光源115的最大输出流明。例如，照明光源115通过蓝光激发黄荧光粉产生白光，激发光源可用于发出蓝光，蓝光照射到照明光源115的黄荧光粉上，形成对黄荧光粉的双面激发。

在一些实施例中，照明光源115为面光源，可以直接发出光束直径较宽的发散光，此时收集装置116可以为离散锥棒透镜阵列或者离散收集透镜阵列，例如收集装置116可以包括多个按照阵列排列的微透镜，这些微透镜能够与面光源的单个子光源或者分区一一对应，如此能够形成离散式多区域照明，进一步地缩小整个投影系统100的体积。

请参阅图4，在一些实施例中，收集装置116可以为收集透镜1163，照明光源115发出的光束经收集透镜1163整形成平行光。收集透镜1163可以为平凸透镜或者双凸透镜，且收集透镜1163的数量可以包括一个或者多个。例如，收集透镜1163的数量为两个，两个收集透镜1163沿照明光源115的出射光路依次设置。

在一些实施例中，投影系统100还可以包括起偏装置174，起偏装置174设于照明组件110和分光组件130之间的光路上，例如设于收集装置116和第一分光棱镜131之间，用于对收集装置116出射的白光进行起偏形成具有单一偏振态的白光，并入射至分光组件130，从而使得第四色光114能够以单一偏振态入射至预调制空间光调制器154。

其中，起偏装置174、第一起偏器171、第二起偏器172、第三起偏器173用于将光线起偏为同一偏振态的光线，相当于每一种色光都至少经过两次起偏，可以提高光线的偏振纯度，进而提高投影对比度。可以理解的，在其他一些实施例中，预调制空间光调制器154为反射型数字微镜器件或者反射型LCOS器件，投影系统100可以不通过起偏装置174进行起偏。

请一并参阅图4和图5，在一些实施例中，起偏装置174为起偏整形器175，起偏整形器175用于对收集装置116发出的白光进行整形，形成回收光和具有预设光斑形状且具有单一偏振态的图像光，图像光入射至分光组件130，回收光反射回到收集装置116，以提高光线的利用率。

作为一种示例，收集装置116出射的光斑形状为圆形，而第一空间光调制器151需要照明的区域为矩形，则图像光的预设光斑形状为适配于第一空间光调制器151的矩形，此时通过起偏装置174可以从圆形光斑中切出矩形光斑，形成具有矩形光斑的图像光以照射第一空间光调制器151，而不参与照明的回收光则反射回到收集装置116。当收集装置116包括锥形匀光器件1161(详见图1)时，回收光可以直接经锥形匀光器件1161进行回收再利用；而当收集装置116为收集透镜1163时，则回收光可透过收集透镜1163重新回到照明光源115，照明光源115能够将回收光反射回到收集透镜1163以继续参与光循环。

起偏整形器175可以为起偏整形膜，起偏整形器175设有第一区域1751和第二区域1752，第一区域1751围设于第二区域1752的外周，第二区域1752的形状适配于第一空间光调制器151的照明区域，例如当第一空间光调制器151的照明区域为矩形时，则第一区域1751为矩形。第一区域1751可以镀有反射膜，第二区域1752镀有偏振膜，收集装置116发出的光束经过起偏整形器175时，其中一部分光透过第二区域1752的偏振膜形成具有单一偏态且具有预设光斑形状的图像光，其余部分被第一区域1751的反射膜反射形成回收光。

进一步地，第二区域1752镀有的偏振膜可以为反射式偏光膜，例如反射式偏光增亮膜(DBEF，Dual-BrightnessEnhanceFilm)或者金属线栅等，通过反射式偏光膜，起偏整形器175能够用于将图像光分光为第一偏振光及与第一偏振光的偏振态相异的第二偏振光，其中，第一偏振光入射至分光组件130，第二偏振光反射回到收集装置116，进而实现第二偏振光的循环利用，进一步提高系统效率。

以第一空间光调制器151作为示例，图像光经反射式偏光膜分光为P偏振光及S偏振光，其中P偏振光照射至对应的第一空间光调制器151，S偏振光被反射回到收集装置116，并可以透过收集装置116回到照明光源115，当照明光源115为LED灯或者激光荧光时，则能够把S偏振光重新打散成自然光，再继续参与光循环。

请参阅图6，在一些实施例中，分光组件130包括分光棱镜141、第一导光组件142和第二导光组件143，分光棱镜141设于照明组件110的出射光路上，用于将白光分为第一色光111、第二色光112和第三色光113，第一导光组件142设于第一色光111的出射光路上，用于将第一色光111引导至第一空间光调制器151；第二导光组件143设于第二色光112的出射光路上，用于将第二色光112引导至第二空间光调制器152；预调制空间光调制器154设于第三色光113的出射光路上。由此，分光组件130能够将白光分为第一色光111、第二色光112和第三色光113，并将第一色光111、第二色光112和第三色光113分别引导至第一空间光调制器151、第二空间光调制器152和预调制空间光调制器154。

作为一种示例，第一色光111为红光，第二色光112为蓝光，第三色光113为绿光。具体地，分光棱镜141可以是由四块直角棱镜胶合而成的十字二向色分光棱镜，分光棱镜141镀有相互交叉的透绿透蓝反红膜层和透绿透红反蓝膜层，绿光直接透过分光棱镜141到达第三空间光调制器153，蓝光被分光棱镜141反射到第二导光组件143，红光被分光棱镜141反射到第一导光组件142。

本实施例中，分光棱镜141包括第一色光出光面和第二色光出光面，第一色光111经第一色光出光面出射，第二色光112经第二色光出光面出射。第一色光出光面和第二色光出光面关于分光棱镜141的对称面互为镜像，其中，分光棱镜141的中心位于分光棱镜141的对称面上，且分光棱镜141的对称面位于第一色光出光面和第二色光出光面之间，并与第一色光出光面和第二色光出光面相互平行。

第一导光组件142连接于第一色光出光面，第二导光组件143连接于第二色光出光面，第一导光组件142和第二导光组件143关于分光棱镜141的对称面互为镜像。由此，能够使得第一色光111在分光棱镜141和第一导光组件142中的光路与第二色光112在分光棱镜141和第二导光组件143中的光路关于分光棱镜141的对称面互为镜像，从而实现了第一色光111的光路和第二色光112的光路共轭。进一步地，第一空间光调制器151和第二空间光调制器152关于分光棱镜141的对称面互为镜像，以使得第一色光111在调制前的整个光路和第二色光112在调制前的整个光路共轭。

本实施例中，第一导光组件142包括依次连接的第一导光管1421、第一光路折转件1422、第二导光管1423和第二光路折转件1424，第一导光管1421连接于分光棱镜141的第一色光出光面；第二导光组件143包括依次连接的第三导光管1431、第三光路折转件1432、第四导光管1433和第四光路折转件1434，第三导光管1431连接于分光棱镜141的第二色光出光面。

其中，第一导光管1421和第三导光管1431关于分光棱镜141的对称面互为镜像，第一光路折转件1422和第三光路折转件1432关于分光棱镜141的对称面互为镜像，第二导光管1423和第四导光管1433关于分光棱镜141的对称面互为镜像，第二光路折转件1424和第四光路折转件1434关于分光棱镜141的对称面互为镜像。

第一光路折转件1422、第二光路折转件1424、第三光路折转件1432和第四光路折转件1434均可以为直角棱镜，第一光路折转件1422的两个直角面分别连接于第一导光管1421和第二导光管1423，第一色光111在第一光路折转件1422的斜面偏转90°后入射至第二导光管1423。第二光路折转件1424的一个直角面连接于第二导光管1423，另一个直角面朝向第一空间光调制器151，第一色光111在第二光路折转件1424的斜面偏转90°后入射至第一空间光调制器151。第三光路折转件1432的两个直角面分别连接于第三导光管1431和第四导光管1433，第二色光112在第三光路折转件1432的斜面偏转90°后入射至第四导光管1433。第四光路折转件1434的一个直角面连接于第四导光管1433，另一个直角面朝向第二空间光调制器152，第二色光112在第四光路折转件1434的斜面发生反射，并偏转90°后入射第二空间光调制器152。

本实施例中，预调制空间光调制器154可以设于第三起偏器173和第三空间光调制器153之间的光路上，第三色光113经第三起偏器173起偏后以单一偏振态入射预调制空间光调制器154进行预调制，预调制后的光线再入射第三空间光调制器153进行调制。这是因为，在图6所示的架构中，光源分出来的第一色光111与第二色光112由于其光导管中光路镜像，因此合光时不存在匀性的问题，而第三色光113的光路没有经过折转，其光斑均匀性与第一色光111与第二色光112的均匀性不同，通过加入预调制空间光调制器154，能够解决“花脸”问题，具体原理如前文所述，在此不再赘述。同时，由于加入了预调制空间光调制器154，在照明组件110和分光棱镜141之间无需设置设置起偏装置174(详见图4)，而是直接利用预调制空间光调制器154进行起偏即可，使得整个投影系统100更加简洁。也即，预调制空间光调制器154不仅可以解决第三色光113的非均匀问题，还可以对其进行起偏。当然，在一些实施方式中，照明组件110和分光棱镜141之间的光路上也可以设置有起偏装置174，用于对照明组件110出射的白光进行起偏后以单一偏振态入射至分光棱镜141。关于照明组件110、起偏装置174的详细结构可以参考图1和图4所示实施例的相关记载，此处不再赘述。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种投影系统，其特征在于，包括：

照明组件，用于提供白光；

分光组件，设于所述照明组件的出射光路上，用于将所述白光分为第一色光、第二色光和第三色光；以及

调制组件，包括第一空间光调制器、第二空间光调制器、第三空间光调制器和预调制空间光调制器，所述预调制空间光调制器设于所述分光组件和所述第三空间光调制器之间的光路上；所述分光组件还用于将所述第一色光引导至所述第一空间光调制器进行调制，将所述第二色光引导至所述第二空间光调制器进行调制，将所述第三色光引导至所述预调制空间光调制器进行预调制；

所述第一色光的光路和所述第二色光的光路共轭；所述预调制空间光调制器用于根据所述第一色光或者所述第二色光的光斑均匀性对所述第三色光的光斑均匀性进行预调制后入射至所述第三空间光调制器。

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检测单元和控制单元，所述检测单元用于检测所述第一色光或者所述第二色光的光斑均匀性并生成检测数据；所述控制单元用于根据所述检测数据获取预调制信号并发送至所述预调制空间光调制器，所述预调制空间光调制器用于根据所述预调制信号对所述第三色光进行预调制。

3.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述分光组件包括第一分光棱镜、第一导光件、第二导光件和第二分光棱镜，所述第一分光棱镜设于所述照明组件的出射光路上，用于将所述白光分为第四色光和所述第一色光；所述第一导光件设于所述第一色光的出射光路上，用于将所述第一色光引导至所述第一空间光调制器；所述第二导光件和所述第二分光棱镜依次设于所述第四色光的出射光路上，所述第四色光经所述第二导光件入射至所述第二分光棱镜并分光形成所述第二色光和所述第三色光，所述第二色光入射所述第二空间光调制器，所述第三色光入射所述预调制空间光调制器；所述第四色光的光路与所述第二色光的光路部分重合。

4.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述第一分光棱镜包括第一分光面和关于所述第一分光面互为镜像的第一色光出光面和第四色光出光面，所述白光在所述第一分光面分光形成所述第一色光和所述第四色光，所述第一色光经所述第一色光出光面出射，所述第四色光经所述第四色光出光面出射；

所述第一导光件包括第一光导管和光路折转件，所述第一光导管连接于所述第一色光出光面和所述光路折转件之间，所述光路折转件用于将所述第一色光引导至所述第一空间光调制器；所述第二导光件包括第二光导管，所述第二光导管连接于所述第四色光出光面和所述第二分光棱镜之间，所述第一光导管和所述第二光导管关于所述第一分光面互为镜像；所述第二分光棱镜具有第二色光出光面，所述第二色光出光面和所述光路折转件的出光面关于所述第一分光面互为镜像。

5.根据权利要求4所述的投影系统，其特征在于，所述第一空间光调制器和所述第二空间光调制器关于所述第一分光面互为镜像。

6.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述投影系统还包括第一反射件和第二反射件，所述第一反射件和所述第二反射件依次设于所述预调制空间光调制器和所述第三空间光调制器之间的光路上，所述预调制空间光调制器出射的光束经所述第一反射件和所述第二反射件依次反射后入射至所述第三空间光调制器。

7.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述调制组件还包括预成像透镜，所述预成像透镜设于所述预调制空间光调制器和所述第三空间光调制器之间的光路上，用于对所述预调制空间光调制器出射的光束进行预成像。

8.根据权利要求3-7任一项所述的投影系统，其特征在于，所述第一色光为红光，所述第二色光为绿光，所述第三色光为蓝光，所述第四色光为黄光。

9.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述分光组件包括分光棱镜、第一导光组件和第二导光组件，所述分光棱镜设于所述照明组件的光路上，用于将所述白光分为第一色光、第二色光和第三色光，所述第一导光组件设于所述第一色光的光路上，用于将所述第一色光引导至所述第一空间光调制器；所述第二导光组件设于所述第二色光的光路上，用于将所述第二色光引导至所述第二空间光调制器；所述预调制空间光调制器设于所述第三色光的光路上。

10.根据权利要求9所述的投影系统，其特征在于，所述第一色光为红光，所述第二色光为蓝光，所述第三色光为绿光。

11.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述预调制空间光调制器的分辨率小于所述第三空间光调制器。

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