CN102749795A - 折返结合式投影机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种折返结合式投影机，包括光机部分和在其一侧设置的折射投影镜头，光机部分包括依次设置的光源、照明系统、分色系统、空间光调制器以及合色系统，折射投影镜头采用多组镜片组成，折射投影镜头的一侧、背对光机部分设置自由曲面反射镜。通过在折射投影镜头前放置一个自由曲面反射镜，折射投影镜头将影像投射在自由曲面反射镜上，再由自由曲面反射镜反射到屏幕上实现光路射出的角度转移，这样的设置能使投影机在超短距离聚焦，同时自由曲面反射镜具有更多的自由度，其表面光滑有质，能减少光损和画面畸变，使反射的图像亮度高和不变形，从而大大提高成像系统的像质。
Description
技术领域
本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种折返结合式投影机。
背景技术
投影机的投影显示系统主要由光源、照明系统和投影镜头组成。光源发出的光经过照明系统后，照明系统将圆形光斑调制成矩形光斑，并提高光斑的均匀性，然后经过成像器件调制后由投影镜头投射到屏幕上。投影显示系统的性能指标主要包括输出光通量、亮度均匀性、对比度、清晰度和分辨率等方面。其中清晰度和分辨率等性能主要由投影镜头决定，投影镜头是以成像质量好坏作为系统的主要评价标准。
投影镜头是整个投影光学系统中最重要的组成部分之一，它的性能、大小、重量等对整个系统都有很大的影响。投影镜头的整体发展趋势是短焦距、大视场角、大相对孔径和高清晰度，这就对投影镜头的设计提出了更高的要求，造成了投影镜头的设计和生产的难度在不断提高。通常情况下，折射投影镜头由透射式镜片设计而成，系统沿光轴旋转对称。然而，折射投影镜头很难实现超短焦和广角显示，因为随着视场角和F数的增大，会造成各种色差、轴外像差、畸变的急剧变化，并且很难同时得以校正。
目前短焦投影机得到了越来越多的关注，短焦投影机能在短距离内（1-1.5米）可以投射出120英寸左右的画面。由于投影距离较短，投影机可以接近靠墙放置，即可轻松投出画面。短焦投影机大多采用广角式鱼眼镜头直接投影，它是一种特殊的超广角镜头，这种镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似。用在投影机上可以使投影距离缩短，投射画面变大，但是它的缺点是容易产生畸变。
例如中国专利文献CN 201993530U公开了一种“触摸式内投球立体成像系统”，其包括密闭式球体模型、安装在密闭式球体模型底部开口处的投影机、球形成像装置、球形触摸屏、安装在投影机的投影镜头上的广角鱼眼镜头和对通过球形触摸屏所输入的图像切换信息进行自动识别并通过控制投影机对球形成像装置上所显示立体图像进行同步切换的控制主机，广角鱼眼镜头布设在所述密闭式球体模型内侧底部且其与投影机组成对球形成像装置进行整体投影的投影设备，球形成像装置与球形触摸屏组成一个手动切换式球形显示屏幕。其虽然具有投影距离短、投射画面大的优点，但是其投影出来的画面容易产生畸变。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种折返结合式投影机，其具有结构简单、操作简便、超短距离聚焦、成像质量较好、画面无畸变以及能够实现大视场、短投影距的大屏幕显示的优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种折返结合式投影机，包括光机部分和在其一侧设置的折射投影镜头，所述光机部分包括依次设置的光源、照明系统、分色系统、空间光调制器以及合色系统，且所述光机部分还包括用于提供电能的驱动电路以及用于散热的散热系统，所述折射投影镜头采用多组镜片组成，以使所述光机部分的光束透射在所述折射投影镜头上时，能实现偏轴照射，所述折射投影镜头的一侧、背对所述光机部分设置自由曲面反射镜，以使从所述折射投影镜头透射出来的光束反射到屏幕上，并且使该光束在屏幕上的成像亮度高且不变形。通过在折射投影镜头前放置一个自由曲面反射镜，折射投影镜头将影像投射在自由曲面反射镜上，再由自由曲面反射镜反射到屏幕上实现光路射出的角度转移，这样的设置能使投影机在超短距离聚焦，同时自由曲面反射镜具有更多的自由度，其表面光滑有质，能减少光损和画面畸变，使反射的图像亮度高和不变形，从而大大提高成像系统的像质，且此折射投影镜头具有焦距更小，能够解决现有的鱼眼镜头透射出的画面畸变的问题。
优选的，所述折射投影镜头采用超广角设计，投影距离与画面横边的投射比为0.3:1。通过对折射投影镜头采用超广角设计，并且使投影距离与画面横边的投射比为0.3:1，即投影距离为1米时可以投射150英寸，如果采用此折射投影镜头制成的1080P光学引擎及投影系统，可以使1080P全高清投影机像电视机一样靠墙放在电视柜上就可以轻松投出90～100英寸的大画面，完全可以取代价格昂贵、能耗高且尺寸大的电视机，在狭小的空间即可实现大屏幕的显示，这样既节省空间又能享受家庭影院的效果。
优选的，所述折射投影镜头出来的投影光束到自由曲面反射镜的光路偏轴角为15°--20°，折射投影镜头到自由曲面反射镜反射曲面的距离为18--20CM。
优选的，所述折射投影镜头采用十三组镜片组成。
优选的，所述自由曲面反射镜的曲面开口为13cm---14cm，凹面深度为10mm--20mm，曲面倾斜角度为15°--20°。
优选的，所述光机部分的最高支持RGB解析度达1920×1080。
优选的，所述光源为超高压水银汞灯。由于超高压水银汞灯的工作压力设定在200大气压以上，光源尺寸向直径方向收缩，在实用的光源灯电压下可以实现短弧光化，其光源接近于点光源，便于光学系统的设计，同时，在其分光中采用增大连续发光成分的方式，能够改善颜色效果，非常符合投影机使用。
优选的，所述折射投影镜头的总长度为18cm。
优选的，所述折射投影镜头由凹凸镜镜片组成。
进一步的，经过所述自由曲面反射镜后的反射光束经由投影机上部设置的12×8CM的方框射出。
本发明的有益效果为：通过在折射投影镜头前放置一个自由曲面反射镜，折射投影镜头将影像投射在自由曲面反射镜上，再由自由曲面反射镜反射到屏幕上实现光路射出的角度转移，这样的设置能使投影机在超短距离聚焦，同时自由曲面反射镜具有更多的自由度，其表面光滑有质，能减少光损和画面畸变，使反射的图像亮度高和不变形，从而大大提高成像系统的像质，并能解决现有的鱼眼镜头透射出的画面畸变的问题；通过对折射投影镜头采用超广角设计，并且使投影距离与画面横边的投射比为0.3:1，即投影距离为1米时可以投射150英寸，如果采用此折射投影镜头制成的1080P光学引擎及投影系统，可以使1080P全高清投影机像电视机一样靠墙放在电视柜上就可以轻松投出90～100英寸的大画面，完全可以取代价格昂贵、能耗高且尺寸大的电视机，在狭小的空间即可实现大屏幕的显示，这样既节省空间又能享受家庭影院的效果，对比现有技术，此折返结合式投影机具有结构简单、操作简便、超短距离聚焦、成像质量较好、画面无畸变以及能够实现大视场、短投影距的大屏幕显示的优点。
附图说明
图1为本发明所述的折返结合式投影机的结构示意图；
图2为图1的组成结构原理示意图。
图中：
1、光机部分；2、折射投影镜头；3、自由曲面反射镜；4、屏幕。
具体实施方式
如图1和2所示，本发明所述的折返结合式投影机包括光机部分1和在其一侧设置的折射投影镜头2，光机部分1包括依次设置的光源、照明系统、分色系统、空间光调制器以及合色系统，且光机部分1还包括用于提供电能的驱动电路以及用于散热的散热系统，折射投影镜头2采用多组镜片组成，以使光机部分1的光束透射在折射投影镜头2上时，能实现偏轴照射，折射投影镜头2的一侧、背对光机部分1设置自由曲面反射镜3，以使从折射投影镜头2透射出来的光束反射到屏幕4上，并且使该光束在屏幕4上的成像亮度高且不变形。通过在折射投影镜头2前放置一个自由曲面反射镜3，折射投影镜头2将影像投射在自由曲面反射镜3上，再由自由曲面反射镜3反射到屏幕4上实现光路射出的角度转移，这样的设置能使投影机在超短距离聚焦，同时自由曲面反射镜3具有更多的自由度，其表面光滑有质，能减少光损和画面畸变，使反射的图像亮度高和不变形，从而大大提高成像系统的像质，并能解决现有的鱼眼镜头透射出的画面畸变的问题。
在具体实施时，折射投影镜头2采用十三组镜片组成，每组镜片均采用凹凸镜镜片制成，折射投影镜头2的总长度为18cm，折射投影镜头2采用超广角设计，投影距离与画面横边的投射比为0.3:1；所述折射投影镜头出来的投影光束到自由曲面反射镜的光路偏轴角为15°--20°，折射投影镜头到自由曲面反射镜反射曲面的距离为18--20CM。通过对折射投影镜头2采用超广角设计，并且使投影距离与画面横边的投射比为0.3:1，即投影距离为1米时可以投射150英寸，如果采用此折射投影镜头2制成的1080P光学引擎及投影系统，可以使1080P全高清投影机像电视机一样靠墙放在电视柜上就可以轻松投出90～100英寸的大画面，完全可以取代价格昂贵、能耗高且尺寸大的电视机，在狭小的空间即可实现大屏幕的显示，这样既节省空间又能享受家庭影院的效果；在狭小的会议室也能有效利用空间，防止演讲者遮挡投影光线，既不影响听讲者观看画面，又不会因为投影光线射入演讲者眼睛而导致眩目。且在实际应用时，此折射投影镜头2的机加工要求较高，这样才能获得更好的投射光束，因此每组折射投影镜头2的凹凸镜镜片需要经过粗磨、精磨、抛光、镀膜，超精密塑料非球面镜片都要靠注塑加工，这样才能达到精度要求。
同时自由曲面反射镜3的曲面开口为13cm---14cm，凹面深度为10mm--20mm，曲面倾斜角度为15°--20°，自由曲面反射镜3在设计上需要较多的自由度，因而才能更好的校正球差、畸变等各种像差，获得更好的成像质量，所以对自由曲面反射镜3的面形和光洁度的要求较高，需要在超精密铣磨床上加工。
光机部分的最高支持RGB解析度达1920×1080。
同时本实施例中光源选用超高压水银汞灯，这是由于超高压水银汞灯的工作压力设定在200大气压以上，光源尺寸向直径方向收缩，在实用的光源灯电压下可以实现短弧光化，其光源接近于点光源，便于光学系统的设计，同时，在其分光中采用增大连续发光成分的方式，能够改善颜色效果，非常符合投影机使用。
工作原理如图2所示：光源为整个系统提供足够的光通量，光束经过照明系统，并将光束转化为均匀和形状合适的照明光斑，照明光斑再进入分色系统，此分色系统将白光分为依时间或空间顺序排列的红、绿、蓝三单色光，分出的三单色光经过空间调制器进行调制，并经过特定的光学元件形成相应的图像显示，然后再利用合色系统将单色光路合并为同一光路，再由折射投影镜头2放大投影并校正主要像差，然后用自由曲面反射镜3校正立轴畸变等像差并转折光路，最终将图像成像在屏幕4上。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种折返结合式投影机，包括光机部分和在其一侧设置的折射投影镜头，所述光机部分包括依次设置的光源、照明系统、分色系统、空间光调制器以及合色系统，且所述光机部分还包括用于提供电能的驱动电路以及用于散热的散热系统，其特征在于，所述折射投影镜头采用多组镜片组成，以使所述光机部分的光束透射在所述折射投影镜头上时，能实现偏轴照射，所述折射投影镜头的一侧、背对所述光机部分设置自由曲面反射镜，以使从所述折射投影镜头透射出来的光束反射到屏幕上，并且使该光束在屏幕上的成像亮度高且不变形。
2.根据权利要求1所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述折射投影镜头采用超广角设计，投影距离与画面横边的投射比为0.3:1。
3.根据权利要求1所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述折射投影镜头出来的投影光束到自由曲面反射镜的光路偏轴角为15°--20°，折射投影镜头到自由曲面反射镜反射曲面的距离为18--20CM。
4.根据权利要求1所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述折射投影镜头采用十三组镜片组成。
5.根据权利要求1所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述自由曲面反射镜的曲面开口为13cm---14cm，凹面深度为10mm--20mm，曲面倾斜角度为15°--20°。
6.根据权利要求1所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述光机部分的最高支持RGB解析度为1920×1080。
7.根据权利要求1所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述光源为超高压汞灯。
8.根据权利要求4所述的折返结合式投影机，其特征在于，所述折射投影镜头的总长度为18cm。
9.根据权利要求1至8所述的任一折返结合式投影机，其特征在于，所述折射投影镜头由凹凸镜镜片组成。
10.根据权利要求1至8所述的任一折返结合式投影机，其特征在于，经过所述自由曲面反射镜后的反射光束经由投影机上部设置的12×8CM的方框射出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121024 |