折返結合式投影機的製作方法

2023-04-30 19:16:26 2

專利名稱：折返結合式投影機的製作方法
技術領域：
本發明涉及投影技術領域，尤其涉及ー種折返結合式投影機。
背景技術：
投影機的投影顯示系統主要由光源、照明系統和投影鏡頭組成。光源發出的光經過照明系統後，照明系統將圓形光斑調製成矩形光斑，並提高光斑的均勻性，然後經過成像器件調製後由投影鏡頭投射到屏幕上。投影顯示系統的性能指標主要包括輸出光通量、亮度均勻性、對比度、清晰度和解析度等方面。其中清晰度和解析度等性能主要由投影鏡頭決定，投影鏡頭是以成像質量好壞作為系統的主要評價標準。投影鏡頭是整個投影光學系統中最重要的組成部分之一，它的性能、大小、重量等對整個系統都有很大的影響。投影鏡頭的整體發展趨勢是短焦距、大視場角、大相對孔徑和高清晰度，這就對投影鏡頭的設計提出了更高的要求，造成了投影鏡頭的設計和生產的難度在不斷提高。通常情況下，折射投影鏡頭由透射式鏡片設計而成，系統沿光軸旋轉對稱。然而，折射投影鏡頭很難實現超短焦和廣角顯示，因為隨著視場角和F數的増大，會造成各種色差、軸外像差、畸變的急劇變化，並且很難同時得以校正。目前短焦投影機得到了越來越多的關注，短焦投影機能在短距離內(1-1.5米)可以投射出120英寸左右的畫面。由於投影距離較短，投影機可以接近靠牆放置，即可輕鬆投出畫面。短焦投影機大多採用廣角式魚眼鏡頭直接投影，它是ー種特殊的超廣角鏡頭，這種鏡頭前部凸出，與魚的眼睛頗為相似。用在投影機上可以使投影距離縮短，投射畫面變大，但是它的缺點是容易產生畸變。例如中國專利文獻CN 201993530U公開了ー種「觸摸式內投球立體成像系統」，其包括密閉式球體模型、安裝在密閉式球體模型底部開ロ處的投影機、球形成像裝置、球形觸控螢幕、安裝在投影機的投影鏡頭上的廣角魚眼鏡頭和對通過球形觸控螢幕所輸入的圖像切換信息進行自動識別並通過控制投影機對球形成像裝置上所顯示立體圖像進行同步切換的控制主機，廣角魚眼鏡頭布設在所述密閉式球體模型內側底部且其與投影機組成對球形成像裝置進行整體投影的投影設備，球形成像裝置與球形觸控螢幕組成一個手動切換式球形顯示屏幕。其雖然具有投影距離短、投射畫面大的優點，但是其投影出來的畫面容易產生畸變。

發明內容
本發明的目的在於解決上述問題，提供ー種折返結合式投影機，其具有結構簡単、操作簡便、超短距離聚焦、成像質量較好、畫面無畸變以及能夠實現大視場、短投影距的大屏幕顯示的優點。為達此目的，本發明採用以下技術方案ー種折返結合式投影機，包括光機部分和在其一側設置的折射投影鏡頭，所述光機部分包括依次設置的光源、照明系統、分色系統、空間光調製器以及合色系統，且所述光機部分還包括用於提供電能的驅動電路以及用於散熱的散熱系統，所述折射投影鏡頭採用多組鏡片組成，以使所述光機部分的光束透射在所述折射投影鏡頭上吋，能實現偏軸照射，所述折射投影鏡頭的ー側、背對所述光機部分設置自由曲面反射鏡，以使從所述折射投影鏡頭透射出來的光束反射到屏幕上，並且使該光束在屏幕上的成像亮度高且不變形。通過在折射投影鏡頭前放置ー個自由曲面反射鏡，折射投影鏡頭將影像投射在自由曲面反射鏡上，再由自由曲面反射鏡反射到屏幕上實現光路射出的角度轉移，這樣的設置能使投影機在超短距離聚焦，同時自由曲面反射鏡具有更多的自由度，其表面光滑有質，能減少光損和畫面畸變，使反射的圖像亮度高和不變形，從而大大提高成像系統的像質，且此折射投影鏡頭具有焦距更小，能夠解決現有的魚眼鏡頭透射出的畫面畸變的問題。優選的，所述折射投影鏡頭採用超廣角設計，投影距離與畫面橫邊的投射比為0.3:1。通過對摺射投影鏡頭採用超廣角設計，並且使投影距離與畫面橫邊的投射比為
0.3:1,即投影距離為I米時可以投射150英寸，如果採用此折射投影鏡頭製成的1080P光學引擎及投影系統，可以使1080P全高清投影機像電視機一樣靠牆放在電視柜上就可以輕 松投出90 100英寸的大畫面，完全可以取代價格昂貴、能耗高且尺寸大的電視機，在狹小的空間即可實現大屏幕的顯示，這樣既節省空間又能享受家庭影院的效果。優選的，所述折射投影鏡頭出來的投影光束到自由曲面反射鏡的光路偏軸角為15° -20°，折射投影鏡頭到自由曲面反射鏡反射曲面的距離為18-20CM。優選的，所述折射投影鏡頭採用十三組鏡片組成。優選的，所述自由曲面反射鏡的曲面開ロ為13cm14cm,凹面深度為10mm—20mm,曲面傾斜角度為15。一20。。優選的，所述光機部分的最高支持RGB解析度達1920X 1080。優選的，所述光源為超高壓水銀汞燈。由於超高壓水銀汞燈的工作壓カ設定在200大氣壓以上，光源尺寸向直徑方向收縮，在實用的光源燈電壓下可以實現短弧光化，其光源接近於點光源，便於光學系統的設計，同時，在其分光中採用増大連續發光成分的方式，能夠改善顔色效果，非常符合投影機使用。優選的，所述折射投影鏡頭的總長度為18cm。優選的，所述折射投影鏡頭由凹凸鏡鏡片組成。進ー步的，經過所述自由曲面反射鏡後的反射光束經由投影機上部設置的12X8CM的方框射出。本發明的有益效果為通過在折射投影鏡頭前放置ー個自由曲面反射鏡，折射投影鏡頭將影像投射在自由曲面反射鏡上，再由自由曲面反射鏡反射到屏幕上實現光路射出的角度轉移，這樣的設置能使投影機在超短距離聚焦，同時自由曲面反射鏡具有更多的自由度，其表面光滑有質，能減少光損和畫面畸變，使反射的圖像亮度高和不變形，從而大大提高成像系統的像質，井能解決現有的魚眼鏡頭透射出的畫面畸變的問題；通過對摺射投影鏡頭採用超廣角設計，並且使投影距離與畫面橫邊的投射比為O. 3:1，即投影距離為I米時可以投射150英寸，如果採用此折射投影鏡頭製成的1080P光學引擎及投影系統，可以使1080P全高清投影機像電視機一樣靠牆放在電視柜上就可以輕鬆投出90 100英寸的大畫面，完全可以取代價格昂貴、能耗高且尺寸大的電視機，在狹小的空間即可實現大屏幕的顯示，這樣既節省空間又能享受家庭影院的效果，對比現有技術，此折返結合式投影機具有結構簡單、操作簡便、超短距離聚焦、成像質量較好、畫面無畸變以及能夠實現大視場、短投影距的大屏幕顯示的優點。


圖I為本發明所述的折返結合式投影機的結構示意圖；圖2為圖I的組成結構原理示意圖。圖中I、光機部分；2、折射投影鏡頭；3、自由曲面反射鏡；4、屏幕。
具體實施例方式如圖I和2所示，本發明所述的折返結合式投影機包括光機部分I和在其ー側設 置的折射投影鏡頭2，光機部分I包括依次設置的光源、照明系統、分色系統、空間光調製器以及合色系統，且光機部分I還包括用於提供電能的驅動電路以及用於散熱的散熱系統，折射投影鏡頭2採用多組鏡片組成，以使光機部分I的光束透射在折射投影鏡頭2上吋，能實現偏軸照射，折射投影鏡頭2的ー側、背對光機部分I設置自由曲面反射鏡3，以使從折射投影鏡頭2透射出來的光束反射到屏幕4上，並且使該光束在屏幕4上的成像亮度高且不變形。通過在折射投影鏡頭2前放置ー個自由曲面反射鏡3，折射投影鏡頭2將影像投射在自由曲面反射鏡3上，再由自由曲面反射鏡3反射到屏幕4上實現光路射出的角度轉移，這樣的設置能使投影機在超短距離聚焦，同時自由曲面反射鏡3具有更多的自由度，其表面光滑有質，能減少光損和畫面崎變，使反射的圖像売度聞和不變形，從而大大提聞成像系統的像質，井能解決現有的魚眼鏡頭透射出的畫面畸變的問題。在具體實施時，折射投影鏡頭2採用十三組鏡片組成，每組鏡片均採用凹凸鏡鏡片製成，折射投影鏡頭2的總長度為18cm，折射投影鏡頭2採用超廣角設計，投影距離與畫面橫邊的投射比為O. 3:1 ;所述折射投影鏡頭出來的投影光束到自由曲面反射鏡的光路偏軸角為15° -20°，折射投影鏡頭到自由曲面反射鏡反射曲面的距離為18-20CM。通過對摺射投影鏡頭2採用超廣角設計，並且使投影距離與畫面橫邊的投射比為O. 3:1，即投影距離為I米時可以投射150英寸，如果採用此折射投影鏡頭2製成的1080P光學引擎及投影系統，可以使1080P全高清投影機像電視機一樣靠牆放在電視柜上就可以輕鬆投出90 100英寸的大畫面，完全可以取代價格昂貴、能耗高且尺寸大的電視機，在狹小的空間即可實現大屏幕的顯示，這樣既節省空間又能享受家庭影院的效果；在狹小的會議室也能有效利用空間，防止演講者遮擋投影光線，既不影響聽講者觀看畫面，又不會因為投影光線射入演講者眼睛而導致眩目。且在實際應用時，此折射投影鏡頭2的機加工要求較高，這樣才能獲得更好的投射光束，因此每組折射投影鏡頭2的凹凸鏡鏡片需要經過粗磨、精磨、拋光、鍍膜，超精密塑料非球面鏡片都要靠注塑加工，這樣才能達到精度要求。同時自由曲面反射鏡3的曲面開ロ為13cm---14cm,凹面深度為IOmm—20mm,曲面
傾斜角度為15° —20°，自由曲面反射鏡3在設計上需要較多的自由度，因而才能更好的校正球差、畸變等各種像差，獲得更好的成像質量，所以對自由曲面反射鏡3的面形和光潔度的要求較高，需要在超精密銑磨床上加工。光機部分的最高支持RGB解析度達1920X 1080。
同時本實施例中光源選用超高壓水銀汞燈，這是由於超高壓水銀汞燈的工作壓カ設定在200大氣壓以上，光源尺寸向直徑方向收縮，在實用的光源燈電壓下可以實現短弧光化，其光源接近於點光源，便於光學系統的設計，同時，在其分光中採用増大連續發光成分的方式，能夠改善顔色效果，非常符合投影機使用。工作原理如圖2所示光源為整個系統提供足夠的光通量，光束經過照明系統，並將光束轉化為均勻和形狀合適的照明光斑，照明光斑再進入分色系統，此分色系統將白光分為依時間或空間順序排列的紅、綠、藍三単色光，分出的三単色光經過空間調製器進行調製，並經過特定的光學元件形成相應的圖像顯示，然後再利用合色系統將單色光路合併為同一光路，再由折射投影鏡頭2放大投影並校正主要像差，然後用自由曲面反射鏡3校正立軸畸變等像差並轉折光路，最終將圖像成像在屏幕4上。以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式
，這些方式都將落入 本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種折返結合式投影機，包括光機部分和在其一側設置的折射投影鏡頭，所述光機部分包括依次設置的光源、照明系統、分色系統、空間光調製器以及合色系統，且所述光機部分還包括用於提供電能的驅動電路以及用於散熱的散熱系統，其特徵在於，所述折射投影鏡頭採用多組鏡片組成，以使所述光機部分的光束透射在所述折射投影鏡頭上時，能實現偏軸照射，所述折射投影鏡頭的一側、背對所述光機部分設置自由曲面反射鏡，以使從所述折射投影鏡頭透射出來的光束反射到屏幕上，並且使該光束在屏幕上的成像亮度高且不變形。
2.根據權利要求I所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述折射投影鏡頭採用超廣角設計，投影距離與畫面橫邊的投射比為0. 3: I。
3.根據權利要求I所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述折射投影鏡頭出來的投影光束到自由曲面反射鏡的光路偏軸角為15° -20°，折射投影鏡頭到自由曲面反射鏡反射曲面的距離為18—20CM。
4.根據權利要求I所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述折射投影鏡頭採用十三組鏡片組成。
5.根據權利要求I所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述自由曲面反射鏡的曲面開口為13cm---14cm,凹面深度為IOmm—20mm,曲面傾斜角度為15° —20°。
6.根據權利要求I所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述光機部分的最高支持RGB 解析度為 1920X1080。
7.根據權利要求I所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述光源為超高壓汞燈。
8.根據權利要求4所述的折返結合式投影機，其特徵在於，所述折射投影鏡頭的總長度為18cm。
9.根據權利要求I至8所述的任一折返結合式投影機，其特徵在於，所述折射投影鏡頭由凹凸鏡鏡片組成。
10.根據權利要求I至8所述的任一折返結合式投影機，其特徵在於，經過所述自由曲面反射鏡後的反射光束經由投影機上部設置的12X8CM的方框射出。
全文摘要
本發明公開了一種折返結合式投影機，包括光機部分和在其一側設置的折射投影鏡頭，光機部分包括依次設置的光源、照明系統、分色系統、空間光調製器以及合色系統，折射投影鏡頭採用多組鏡片組成，折射投影鏡頭的一側、背對光機部分設置自由曲面反射鏡。通過在折射投影鏡頭前放置一個自由曲面反射鏡，折射投影鏡頭將影像投射在自由曲面反射鏡上，再由自由曲面反射鏡反射到屏幕上實現光路射出的角度轉移，這樣的設置能使投影機在超短距離聚焦，同時自由曲面反射鏡具有更多的自由度，其表面光滑有質，能減少光損和畫面畸變，使反射的圖像亮度高和不變形，從而大大提高成像系統的像質。
文檔編號G03B21/14GK102749795SQ20121022676
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者王洪鋒, 程靜 申請人:北京紐曼騰飛科技有限公司