CN112068391B - 一种单片lcd投影方法、投影机及其光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片LCD投影方法、投影机及其光学系统，所述单片LCD投影机用光学系统，包括把光源汇聚、整形并转换成平行光的光整形组件，用于投射图像的镜头，及将来自所述单片LCD投影机的液晶屏的图像汇聚至镜头的光汇聚部件；所述光整形组件包括把光源汇聚、整形成为预定形状的第一聚光镜，再次汇聚并整形的第二聚光镜，以及后菲涅尔透镜；来自所述第二聚光镜的光经所述后菲涅尔透镜转换为平行光后投射至所述单片LCD投影机的液晶屏上，通过使用特定的光整形组件，可使得单片LCD投影机不但体积小巧，还可提升画面均匀度及亮度，提升单片LCD投影机的影像效果。

Description

一种单片LCD投影方法、投影机及其光学系统

技术领域

本发明涉及投影机技术领域，尤其是涉及一种单片LCD投影机的光学系统改良及投影方法。

背景技术

单片LCD投影机，是指使用一片全彩的、透射式的液晶屏(LCD)为屏，光线从照明组件发出，通过投影镜头将屏的图像放大投射于屏幕上的一种投影机产品。现有单片LCD投影机，根据光路结构的不同，具有直投式和反射式两种结构形式，其中直投式单LCD投影机，由于外形较大，携带、存储及使用均有诸多不便，另一种为反射式，如公开号为CN 109613788A的中国发明专利申请，其公开的单片LCD投影机虽然体积可以较小，但在投影的图像画面质量差，实用性差，亟需改进。此外，单片LCD投影机的投影亮度和均匀度的改善提升，是业界公认的难题，尤其在小型化产品上，需要兼顾考虑太多的因素，因此，更是难度大增。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为克服前述现有技术存在的图像画面质量差的技术问题，本发明提供一种单片LCD投影机用光学系统，包括包括把光源汇聚、整形并转换成平行光的光整形组件，用于投射图像的镜头，及将来自所述单片LCD投影机的液晶屏的图像汇聚至镜头的光汇聚部件；所述光整形组件包括把光源汇聚、整形成为预定形状的第一聚光镜，再次汇聚并整形的第二聚光镜，以及后菲涅尔透镜；来自所述第二聚光镜的光经所述后菲涅尔透镜转换为平行光后投射至所述单片LCD投影机的液晶屏上。

可选的，所述第一聚光镜是球面镜，其呈球面的一侧朝向所述单片LCD投影机的液晶屏，另一侧呈平面；所述第二聚光镜是柱面镜，位于所述第一聚光镜和所述单片LCD投影机的液晶屏之间，其呈平面的一侧朝向所述第一聚光镜，呈柱面的一侧朝向所述单片LCD投影机的液晶屏，且所述柱面镜的宽度和高度分别大于所述球面镜的宽度和高度。

可选的，还包括反射镜，所述反射镜倾斜设置，接收并反射来自所述第二聚光镜的光至所述后菲涅尔透镜。

可选的，所述反射镜以38～55度角倾斜设置，即所述光整形组件的光轴和所述后菲涅尔透镜的光轴均与所述反射镜的镜面成38～55度角。

可选的，所述光汇聚部件是前菲涅尔透镜，设于所述单片LCD投影机的液晶屏与所述镜头之间。

所述第一聚光镜和所述第二聚光镜以预定的间隔设置，且间隔可调。

本发明还提供一种单片LCD投影机，该单片LCD投影机包括光源、光学系统、液晶成像系统和电源，所述光学系统是如前文所述的光学系统；所述成像系统为前文所述的单片LCD投影机的液晶屏，所述液晶屏设于所述光整形组件和光汇聚部件之间。

优选的，所述光学系统满足如下条件：

2.3<L/Fh<3.3

3<L/fv<4

其中，L为后菲涅尔透镜到光源的距离，

Fh为所述光整形组件的水平焦距，

Fv为所述光整形组件的垂直焦距。

本发明还进一步提供一种单片LCD投影方法，采用权利要求7或8所述的单片LCD投影机，其特征在于，包括如下步骤：

光整形步骤，把光源汇聚、整形为预定形状；

光路调整步骤，将所述预定形状的做反射处理，并反射至后菲涅尔透镜；

光转换步骤，通过所述后菲涅尔透镜将所述预定形状的光转换为平行光；

均匀照亮液晶屏步骤，用所述平行光照亮单片LCD投影机的液晶屏；

光会聚步骤，将来自所述单片LCD投影机的液晶屏的带有图像信息的光汇聚至镜头；

投影步骤，通过所述镜头将图像投射出去，进行投影。

可选的，所述光整形步骤包括通过球面镜进行的一次整形和通过柱面镜进行的二次整形。

与现有技术相比，本申请的技术方案至少具有如下有益效果：通过使用特定的光整形组件，可使得单片LCD投影机不但体积小巧，还可提升画面均匀度及亮度，提升单片LCD投影机的影像效果。此外，通过倾斜设置的反射镜，可进一步缩小光学系统及包含该光学系统的单片LCD投影机的体积，并且，该特定的结构设计及布置方式，因可避免梯形校正等调节对光路改变的放大作用，故相对现有技术更有利于投影机的梯形校正等投影效果的调节。

附图说明

图1是本发明一个实施例的光学系统结构(部分)示意图，图中XZ方向视图。

图2是图1实施例的光学系统结构(部分)的YZ方向视图；

图3是本发明另一实施例的光学系统结构(部分)示意图。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种单片LCD投影机用光学系统，包括把光源1汇聚、整形并转换成平行光(本领域技术人员理解，这里所说的平行光并不绝对，近似或者说接近平行光的情况显然也应包含在内，后文提及的平行光同此)的光整形组件，单片LCD投影机用液晶屏5，用于投射图像的镜头，及将来自所述液晶屏5的图像汇聚至镜头的光汇聚部件；所述光整形组件包括把光源汇聚、整形成为预定形状的第一聚光镜2，再次汇聚并整形的第二聚光镜3，以及后菲涅尔透镜4；来自所述第二聚光镜3的光经所述后菲涅尔透镜4转换为平行光后投射至所述液晶屏5上。所述光整形组件通过其整形功能，可以将LED光源等投影机所需光源1的光进行适当的整形，一方面可以充分利用光源1的光，另一方面可以取得更均匀的投射效果。具体而言，在一个具体实施例中，所述第一聚光镜2 是球面镜，其呈球面的一侧朝向所述液晶屏，另一侧呈平面；所述第二聚光镜3 是柱面镜，位于所述第一聚光镜2和所述液晶屏5之间，其呈平面的一侧朝向所述第一聚光镜2，呈柱面的一侧朝向所述液晶屏5。通过球面镜2加柱面镜3的组合及其组合方式，且所述柱面镜3的宽度和高度分别大于所述球面镜2的宽度和高度，本实施例不但可以对光源1的光进行整形，还可以避免光损失，更充分的利用光源的光。

该单片LCD投影机用光学系统在使用中，其满足如下条件：

2.3<L/Fh<3.3

3<L/fv<4

其中，L为后菲涅尔透镜4到光源1的距离，

Fh为所述光整形组件的水平焦距，

Fv为所述光整形组件的垂直焦距。

所述光汇聚部件是前菲涅尔透镜，设于所述液晶屏5与所述镜头之间，用于将来自所述液晶屏5的平行光汇聚至所述镜头。

此外，所述第一聚光镜2和所述第二聚光镜3以预定的间隔设置的同时，还可设置为间隔可调，以在一定程度上满足不同用户的差异化需求。

在以上实施例的基础上，可进一步改进为，光学系统还包括反射镜6，如图 3所示，所述反射镜6倾斜设置，接收并反射来自所述第二聚光镜3的光至所述后菲涅尔透镜，如此，可以减小光学系统在所述液晶屏5之前的结构，且该设置方式对投影机的梯形调节更加有利，因为投影的梯形调节等并不涉及到这一部分的光路。优选的是，所述反射镜6以38～55度角倾斜设置，即所述光整形组件的光轴和所述后菲涅尔透镜的光轴均与所述反射镜6的镜面成38～55度角。

以上所述任一单片LCD投影机用光学系统，可与光源、液晶成像系统和电源等必要的部件结合，构成小体积的单片LCD投影机，并且可获得高质量的图像画面，因为，影响投影质量的调整参数包括镜片的曲率半径、厚度、折射率等，使用单一聚光镜情况下，即便聚光镜的水平方向及垂直方向的R值都不同，但因参数受到限制，均匀度改善受限，不明显，只能用牺牲亮度的方式来提高均匀度。而使用本实施例的光学系统，可使调整参数几乎增加一倍，因此可以做到提高均匀度的情况下兼顾亮度，或提高亮度的情况下兼顾均匀度。

以下是一个实施例的单片LCD投影机的相关参数设置：

其中，

L＝75

Fh＝26.29

Fv＝20.54

L/Fh＝2.85

L/Fv＝3.65

L为后菲涅尔透镜到光源的距离，

Fh为所述光整形组件的水平焦距，

Fv为所述光整形组件的垂直焦距。

经发明人测试对比可见，该实施例跟市面上其它大致相同尺寸的投影机相比，具有更高的显示亮度和均匀度，或至少在相同显示亮度下具有更好均匀度，在相同显示均匀度下具有更高的亮度。

以下是另一个实施例的单片LCD投影机的的相关参数设置：

其中，

L＝75

Fh＝27.37

Fv＝21.47

L/Fh＝2.74

L/Fv＝3.49

L为后菲涅尔透镜到光源的距离，

Fh为所述光整形组件的水平焦距，

Fv为所述光整形组件的垂直焦距。

同样的，该实施例跟市面上其它大致相同尺寸的投影机相比，具有更高的显示亮度和均匀度，或至少在相同显示亮度下具有更好均匀度，在相同显示均匀度具有更高的亮度。譬如，以3.5吋液晶屏为例，在液晶屏到LED光源距离为85mm 的条件下进行模拟测试，结果如下：

在屏幕周边亮度为中心亮度的50％时，本发明的光学系统比现有技术光学系统(一片聚光镜)的亮度效率多10％以上。

在屏幕亮度效率为50％的情况下，本发明的光学系统比现有技术光学系统 (一片聚光镜)的周边及中心亮度比率多12％以上。

以下是关于单片LCD投影方法的实施例。

该实施例的单片LCD投影方法，采用前文所述的任一单片LCD投影机，其包括如下步骤：

光整形步骤，把光源汇聚、整形为预定形状，具体可通过所述球面镜和所述柱面镜的组合透镜实现。

光路调整步骤，将所述预定形状的做反射处理，并反射至后菲涅尔透镜，具体可通过所述反射镜6倾斜设置的方式实现。

光转换步骤，通过所述后菲涅尔透镜将所述预定形状的光转换为平行光。

均匀照亮液晶屏步骤，用所述平行光照亮单片LCD投影机的液晶屏。

光会聚步骤，将来自所述单片LCD投影机的液晶屏的带有图像信息的光汇聚至镜头。

投影步骤，通过所述镜头将图像投射出去，进行投影。

优选的，所述光整形步骤包括通过球面镜进行的一次整形和通过柱面镜进行的二次整形，最终获得预定形状的光，所述预定形状是矩形、正方形等所需形状。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种单片LCD投影机，其特征在于，包括光源、光学系统、成像系统和电源，所述光学系统包括把光源汇聚、整形并转换成平行光的光整形组件，用于投射图像的镜头，及将来自所述单片LCD投影机的液晶屏的图像汇聚至镜头的光汇聚部件；所述光整形组件包括把光源汇聚、整形成为预定形状的第一聚光镜，再次汇聚并整形的第二聚光镜，以及后菲涅尔透镜；来自所述第二聚光镜的光经所述后菲涅尔透镜转换为平行光后投射至所述单片LCD投影机的液晶屏上，所述成像系统即为所述的单片LCD投影机的液晶屏，所述液晶屏设于所述光整形组件和光汇聚部件之间；

所述光学系统满足如下条件：

2.3 < L/Fh < 3.3

3 < L/Fv < 4

其中，L为后菲涅尔透镜到光源的距离，

Fh为所述光整形组件的水平焦距，

Fv为所述光整形组件的垂直焦距。

2.如权利要求1所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述第一聚光镜是球面镜，其呈球面的一侧朝向所述单片LCD投影机的液晶屏，另一侧呈平面；所述第二聚光镜是柱面镜，位于所述第一聚光镜和所述单片LCD投影机的液晶屏之间，其呈平面的一侧朝向所述第一聚光镜，呈柱面的一侧朝向所述单片LCD投影机的液晶屏，且所述柱面镜的宽度和高度分别大于所述球面镜的宽度和高度。

3.如权利要求2所述的单片LCD投影机，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜倾斜设置，接收并反射来自所述第二聚光镜的光至所述后菲涅尔透镜。

4.如权利要求3所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述反射镜以38～55度角倾斜设置，即所述光整形组件的光轴和所述后菲涅尔透镜的光轴均与所述反射镜的镜面成38～55度角。

5.如权利要求1所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述光汇聚部件是前菲涅尔透镜，设于所述单片LCD投影机的液晶屏与所述镜头之间。

6.如权利要求1-5任一项所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述第一聚光镜和所述第二聚光镜以预定的间隔设置，且间隔可调。

7.一种单片LCD投影方法，采用权利要求1-6任一所述的单片LCD投影机，其特征在于，包括如下步骤：

光整形步骤，把光源汇聚、整形为预定形状；

光路调整步骤，将所述预定形状的光做反射处理，并反射至后菲涅尔透镜；

光转换步骤，通过所述后菲涅尔透镜将所述预定形状的光转换为平行光；

均匀照亮液晶屏步骤，用所述平行光照亮单片LCD投影机的液晶屏；

光会聚步骤，将来自所述单片LCD投影机的液晶屏的带有图像信息的光汇聚至镜头；

投影步骤，通过所述镜头将图像投射出去，进行投影。

8.如权利要求7所述的单片LCD投影方法，其特征在于，所述光整形步骤包括通过球面镜进行的一次整形和通过柱面镜进行的二次整形。