CN110347008A - 一种投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影装置。该装置包括照明光源、反射棱镜、DMD模块和可转动透镜，所述照明光源、所述反射棱镜和所述可转动透镜顺次设置，所述照明光源出射的光经由所述反射棱镜和所述DMD模块耦合后，入射至所述可转动透镜并透射所述可转动透镜，所述可转动透镜被配置为在所述DMD模块为打开的条件下，能绕第一轴往复转动，以及延迟设定时长绕第二轴往复转动，以使单个像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向进行扩展。

Description

一种投影装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种投影装置。

背景技术

DLP投影显示设备通常包括照明光源、TIR棱镜、DMD模块和投影镜头。照明光源用于出射光。TIR棱镜接收来自照明光源的光束，经折射后出射至DMD模块。DMD模块用于将来自TIR棱镜的光束并反射回至TIR棱镜。TIR棱镜对光束进行光路转换后，将光束入射至投影镜头。光束经投影镜头放大后投影成像。

然而，现有的DLP投影显示设备的像素取决于DMD模块的微反射镜的尺寸。在通常情况下，微反射镜的尺寸是固定的。DLP投影显示设备的像素无法提升，造成投影成像效果差，无法满足人们对于投影图像的高清晰观感的要求。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种投影装置的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种投影装置。该装置包括照明光源、反射棱镜、DMD模块和可转动透镜，所述照明光源、所述反射棱镜和所述可转动透镜顺次设置，所述照明光源出射的光经由所述反射棱镜和所述DMD模块耦合后，入射至所述可转动透镜并透射所述可转动透镜，所述可转动透镜被配置为在所述DMD模块为打开的条件下，能绕第一轴往复转动，以及延迟设定时长绕第二轴往复转动，以使单个像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向进行扩展。

可选地，所述第一轴和所述第二轴垂直。

可选地，所述可转动透镜绕所述第一轴转动的周期为所述DMD模块的打开时长，所述可转动透镜绕所述第一轴转动的周期与绕所述第二轴转动的周期相同，所述可转动透镜绕所述第二轴转动相对于绕所述第一轴转动的延迟时长为自身周期的四分之一。

可选地，单个所述像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向进行扩展的距离为半个像素。

可选地，还包括投影镜头，其中，所述可转动透镜的镜体包括入射面和出射面，所述入射面用于接收来自所述TIR棱镜的光，所述出射面用于向所述投影镜头出射光，所述入射面与所述出射面平行。

可选地，所述可转动透镜的镜体为平板玻璃。

可选地，单个像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向中的至少一个的扩展的距离计为Δy，

其中，d为入射面和出射面之间的距离；θ为可转动透镜相对于初始位置转动的角度；n为可转动透镜的折射率。

可选地，所述照明光源为激光光源或者LED光源。

可选地，所述可转动透镜绕所述第一轴和所述第二轴做往复转动的总时长小于或等于人眼延时效应的时长。

可选地，所述可转动透镜绕第一轴做往复转动的角度和绕第二轴做往复转动的角度相同。

可选地，所述反射棱镜为TIR棱镜或者ITIR棱镜。

根据本公开的一个实施例，利用人眼的延时效应，一个像素被扩展成多个像素，从而达到了扩展像素分辨率的效果，进而有效地提升了投影图像的分辨率。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开的一个实施例的投影装置的结构示意图。

图2是根据本公开的一个实施例的另一种投影装置的结构示意图。

图3是根据本公开的一个实施例的一个像素与MEMS平板玻璃绕一个轴转动的示意图。

图4是根据本公开的一个实施例的一个像素经过MEMS平板玻璃进行偏移的示意图。

图5是根据本公开的一个实施例的一个像素与MEMS平板玻璃绕两个轴转动的示意图。

图6是根据本公开的一个实施例的像素扩展的流程图。

图7是根据本公开的一个实施例的DMD模块与MEMS平板玻璃的时序匹配的示意图。

附图标记说明：

1：照明光源；2：TIR棱镜；2a：ITIR棱镜；3：DMD模块；4：MEMS平板玻璃；5：投影镜头；6：投影图像。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本公开的一个实施例，提供了一种投影装置。如图1-2所示，该装置包括照明光源1、反射棱镜、DMD(数字微反射镜)模块3、可转动透镜和投影镜头5。

反射棱镜为TIR棱镜2(全内反射棱镜)或者ITIR棱镜2a(内全反射棱镜)。如图1所示，ITIR棱镜2a将照明光源1入射到DMD模块3上成像后的光线全反射到反射振镜4上。如图2所示，TIR棱镜2将照明光源1入射的光线进行全反射，然后光线再经过DMD模块3成像。成像后的光线透射TIR棱镜2后照射到反射振镜4上。

下面以ITIR棱镜为例进行说明。照明光源1、ITIR棱镜2a和可转动透镜顺次设置。例如，照明光源1可以是但不局限于激光光源或者LED光源。照明光源1发出的光为RGB光。照明光源1出射的光经由ITIR棱镜2a和DMD模块3耦合后。入射至可转动透镜并透射可转动透镜。光经过可转动透镜后入射至投影镜头5。经由投影镜头5放大后，光在投影面上形成投影图像6。

例如，在进行耦合时，ITIR棱镜2a接收照明光源1出射的照明光束，并且对照明光束进行光路转换，以使照明光束入射至DMD模块3。照明光束经DMD模块3反射后，再次入射至ITIR棱镜2a。ITIR棱镜2a接收DMD模块3根据照明光束输出的投影光束，并且对投影光束进行光路转换后出射至可转动透镜。

DMD模块3包括多个可转动的微反射镜。微反射镜的尺寸决定了投影模组的像素的尺寸。每个微反射镜能够对光进行反射。DMD模块3包括打开、关闭两个状态。在打开时，DMD模块3对来自ITIR棱镜2a的照明光束进行反射。在关闭状态时，DMD模块3发生转动，从而不会反射照明光束。多个微反射镜的打开、关闭的状态相同或者不同。

可转动透镜包括镜体和驱动装置。驱动装置用于驱动镜体绕第一轴和第二轴转动。镜体包括入射面和出射面。投影光束透射镜体，并在镜体的入射面和出射面上发生折射。

例如，如图3-4所示，入射面用于接收来自ITIR棱镜2a的光，出射面用于向投影镜头5出射光。入射面与出射面平行。投影光束从入射面入射到镜体。该镜体的结构简单，在转动时，像素偏移量的计算容易。这使得偏移量的控制更加容易。

当然，在其他示例中，入射面和出射面是不平行的。这样同样能够起到使像素偏移的作用。

如图5所示，可转动透镜被配置为在DMD模块3为打开的条件下，能绕第一轴往复转动，以及延迟设定时长绕第二轴往复转动，以使单个像素在垂直于第一轴和垂直于第二轴方向进行扩展。例如，往复转动是指可转动透镜相对于第一轴或第二轴单侧转动设定角度，再返回相对于各自轴的初始位置。

例如，如图5所示，第一轴为x轴。第二轴为y轴。可转动透镜为MEMS平板玻璃4。MEMS平板玻璃4包括MEMS装置和平板玻璃。MEMS装置为驱动装置。平板玻璃为镜体。例如，平板玻璃为矩形、圆形、椭圆形等。MEMS装置驱动平板玻璃绕x轴、y轴转动。当然，镜体的材质不限于玻璃，还可以是塑料等。

以矩形的平板玻璃为例。x轴、y轴分别经过平板玻璃相邻的两条边的中垂线。这使得平板玻璃绕x轴、y轴的转动能更均衡。平板玻璃对投影光束的扩展作用更均衡。

如图3、5、6所示，MEMS平板玻璃4先绕x轴向一侧转动。投影图像6上的像素垂直于x轴发生偏移。此时，由于人眼的延时效应，故一个像素扩展为两个像素。两个像素之间的距离应使得人眼能将两个像素区分开。

例如，单个像素在垂直于第一轴和垂直于第二轴方向进行扩展的距离为半个像素。该扩展的距离即偏移量。当偏移量为半个像素时，该像素距离邻近的像素的距离也为半个像素。人眼能够将偏移的像素与原像素和邻近的另一个像素区分开，而不会认为与其他像素是重合的。

当然，扩展的距离不局限于半个像素，可以是距离原像素稍近或者稍远的距离，只要人眼能够将偏移的像素与其他像素区分开即可。

然后，延迟设定时长后再绕y轴转动向一侧转动。像素垂直于y轴发生偏移。此时，由于人眼的延时效应，故又扩展出一个像素。需要说明的是，像素偏移半个像素的距离，即扩展出一个像素。

接下来，MEMS平板玻璃4绕x轴回复至初始位置。此时，绕y轴的转动仍位于偏离初始位置的位置，故又扩展一个像素。

最后，MEMS平板玻璃4绕y轴回复至初始位置。由于人眼的延时效应，人能看到四个像素，而不是一个像素。

在本公开实施例中，可转动透镜绕第一轴和第二轴转动，从而对投影光束进行快速扫描。像素点入射到可转动透镜。随着可转动透镜在绕第一轴和第二轴的快速扫描，并经可转动透镜透射后，投影光束在垂直于第一轴方向和垂直于第二轴方向快速移动。利用人眼的延时效应，一个像素被扩展成多个像素，从而达到了扩展像素分辨率的效果，进而有效地提升了投影图像6的分辨率。

可转动透镜绕第一轴和第二轴做往复转动的总时长小于或等于人眼延时效应的时长。这样，在人眼的延迟效应时间内，人能够看到由一个像素扩展成的多个像素。

在其他示例中，通过设置可转动透镜的转动方式，投影装置可以由一个像素扩展为2个、3个、5个或更多个像素。

在一个例子中，第一轴和第二轴垂直。相比于两个轴不垂直的情况，在可转动透镜进行转动时，两个轴垂直的设置方式使得相邻的两个像素之间的距离更大，多个像素更容易区分开，而不是重合在一起。

在一个例子中，如图7所示，可转动透镜绕第一轴转动的周期为DMD模块3的打开时长。可转动透镜绕第一轴转动的周期与绕第二轴转动的周期相同。

在通常情况下，DMD模块3经历一次高电平和低电平为一个周期。在高电平时，DMD模块3为打开状态；在低电平时，DMD模块3为关闭状态。打开状态和关闭状态的时长相等。

以可转动透镜绕第一轴转(例如，x轴)动为例。在处于高电平时，MEMS平板玻璃4绕x轴转动θ角度(例如，相对于初始位置)；在处于低电平时，MEMS平板玻璃4绕x轴转动-θ角度(例如，相对于初始位置)。在初始位置时，投影光束与入射面垂直。

优选地，可转动透镜绕第一轴做往复转动的角度和绕第二轴做往复转动的角度相同。即，在处于高电平时，MEMS平板玻璃4绕y轴转动θ角度(例如，相对于初始位置)；在处于低电平时，MEMS平板玻璃4相对于y轴转动-θ角度(例如，相对于初始位置)。通过这种方式，四个像素的连线为正方形，能够保证图像在平面内扩展更均匀。

在该例子中，可转动透镜绕第一轴转动的周期以及绕第二轴转动的周期为DMD模块3周期的二分之一。可转动透镜绕所述第一轴做往复转动的起始时刻与所述DMD模块3的打开时刻相同。可转动透镜绕第二轴转动相对于绕第一轴转动的延迟时长为自身周期的四分之一。这使得可转动透镜的转动、停止与DMD模块的打开、关闭同步。

在该例子中，如图4所示，单个像素在垂直于第一轴和垂直于第二轴方向中的至少一个的扩展的距离计为Δy。由图4可以得出：

Δy＝d×(tanθ-tanα)×cosθ

根据折射定律：1×sinθ＝n×sinα

最终得到：

其中，d为入射面和出射面之间的距离；α为入射光的折射角；θ为可转动透镜相对于初始位置转动的角度；n为可转动透镜的折射率。

在一个例子中，DMD模块3的一个像素的尺寸为5.4μm。半个像素的储存为2.7μm。即，Δy＝2.7μm。在通常情况下，d和n是已知的。可以根据上述公式计算出θ。

如图6-7所示，该投影装置的工作过程如下：

S1、在开始时，DMD模块3为高电平，即DMD模块3为打开的状态。MEMS平板玻璃4绕x轴的转动处于高电平，即MEMS平板玻璃绕x轴转动θ角度(相对于初始位置)。此时，由于人眼的延时效应，故使得像素向上平移半个像素。

S2、在延迟四分之一周期后，MEMS平板玻璃4绕y轴的转动开始，并处于高电平，即MEMS平板玻璃在绕绕x轴转动θ角度的基础上，继续绕y轴转动θ角度(相对于初始位置)。由于x轴与y轴垂直，故投影装置在扩展的像素基础上，再向右平移半个像素。

S3、在经过绕x转动的半个周期后，MEMS平板玻璃4绕y轴的转动以及DMD模块3仍为高电平。MEMS平板玻璃4保持绕y轴转动θ角度(相对于初始位置)。而MEMS平板玻璃4绕x轴的转动处于低电平，即转动角度为-θ，以使MEMS平板玻璃4到达绕x轴转动的初始位置。在上述基础上，像素向下平移半个像素。

S4、在经过绕x转动的四分之三个周期后，DMD模块3仍为高电平。MEMS平板玻璃4绕y轴的转动以及绕x轴的转动均为低电平。MEMS平板玻璃4绕y轴转动-θ角度，以使MEMS平板玻璃4到达绕y轴转动的初始位置，从而使得像素向左平移半个像素。

当DMD模块3处于低电平时，MEMS平板玻璃4不做转动。由于人眼的延时效应，人能看到四个像素。

图6中所示的像素扩展为在第一象限内沿顺时针方向进行的扩展。在其他示例中，当MEMS平板玻璃4的转动方向发生变化时，还可以是在第二、三、四象限内进行的扩展。扩展的方向也可以是逆时针方向。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种投影装置，其中，包括照明光源、反射棱镜、DMD模块和可转动透镜，所述照明光源、所述反射棱镜和所述可转动透镜顺次设置，所述照明光源出射的光经由所述反射棱镜和所述DMD模块耦合后，入射至所述可转动透镜并透射所述可转动透镜，所述可转动透镜被配置为在所述DMD模块为打开的条件下，能绕第一轴往复转动，以及延迟设定时长绕第二轴往复转动，以使单个像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向进行扩展。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述第一轴和所述第二轴垂直。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述可转动透镜绕所述第一轴转动的周期为所述DMD模块的打开时长，所述可转动透镜绕所述第一轴转动的周期与绕所述第二轴转动的周期相同，所述可转动透镜绕所述第二轴转动相对于绕所述第一轴转动的延迟时长为自身周期的四分之一。

4.根据权利要求1所述的投影装置，其中，单个所述像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向进行扩展的距离为半个像素。

5.根据权利要求1所述的投影装置，还包括投影镜头，其中，所述可转动透镜的镜体包括入射面和出射面，所述入射面用于接收来自所述TIR棱镜的光，所述出射面用于向所述投影镜头出射光，所述入射面与所述出射面平行。

6.根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述可转动透镜的镜体为平板玻璃。

7.根据权利要求5或6所述的投影装置，其中，单个像素在垂直于所述第一轴和垂直于所述第二轴方向中的至少一个的扩展的距离计为Δy，

其中，d为入射面和出射面之间的距离；θ为可转动透镜相对于初始位置转动的角度；n为可转动透镜的折射率。

8.根据权利要求1-6中的任意一项所述的投影装置，其中，所述照明光源为激光光源或者LED光源。

9.根据权利要求1-6中的任意一项所述的投影装置，其中，所述可转动透镜绕所述第一轴和所述第二轴做往复转动的总时长小于或等于人眼延时效应的时长。

10.根据权利要求1-6中的任意一项所述的投影装置，其中，所述可转动透镜绕第一轴做往复转动的角度和绕第二轴做往复转动的角度相同。

11.根据权利要求1-6中的任意一项所述的投影装置，其中，所述反射棱镜为TIR棱镜或者TIIR棱镜。