一種照明系統(tǒng)、投影機以及背投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及投影領(lǐng)域，具體涉及一種照明系統(tǒng)、投影機以及背投影系統(tǒng)。照明系統(tǒng)包括至少R、G、B三色LED光源，還包括至少三組準(zhǔn)直透鏡組、分色鏡、衰減陣列裝置、位于衰減陣列裝置之后的第一復(fù)眼透鏡陣列、位于第一復(fù)眼透鏡陣列之后的第二復(fù)眼透鏡陣列、位于第二復(fù)眼透鏡陣列之后的聚光透鏡組，R、G、B LED光源各對應(yīng)一組準(zhǔn)直透鏡組，各個光源發(fā)出的光經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡組后經(jīng)過分色鏡進行混光；混光經(jīng)過衰減陣列裝置使光線衰減得到若干個從四周向中心呈逐漸變暗的光束，若干個該光束經(jīng)第一復(fù)眼透鏡陣列、第二復(fù)眼透鏡陣列后分割為若干細光束，細光束再由聚光透鏡組在照明面上進行疊加。本發(fā)明可解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗角的問題。
【專利說明】一種照明系統(tǒng)、投影機以及背投影系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及投影領(lǐng)域，更具體地，涉及一種照明系統(tǒng)、投影機以及背投影系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，DLP(DigitalLightProcessing)投影顯示市場發(fā)展十分迅猛，在電力 行業(yè)、煤炭行業(yè)、交通部門、公安部門、會議中心、展覽中心等許多行業(yè)和場所發(fā)揮著重要的 作用。
[0003] 產(chǎn)品需要不斷地完善和優(yōu)化，DLP拼接墻作為較為成熟的產(chǎn)品，同樣也有需要改善 的地方。在實際應(yīng)用的DLP拼接墻中，普遍存在單元顯示中暗邊暗角的問題，并且這種現(xiàn)象 在單元屏幕尺寸越大、屏幕增益越高的情況下越明顯，直接影響了拼接顯示的一致性和完 整性。暗邊暗角問題的主要原因在于現(xiàn)有的投影機的照明光斑在設(shè)計時一般按照均勻性越 高越好，無限接近于百分百設(shè)計，忽略了投影機出射的光照在屏幕上后，由于進入屏幕的光 線的入射角度不同，實際的透射光和反射光的比例存在差異，特別是在短焦背投影顯示中， 投影距離較短，邊緣光線的入射角更是相對較大。入射角度越大，光線的反射率較高，光能 損耗越大，折射進屏幕的光線越少，邊緣光線由于入射角度較大，所以折射進屏幕的光線相 對中心區(qū)域要少，造成了視覺上單元顯示出現(xiàn)暗邊暗角的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種照明系統(tǒng)，應(yīng) 用于投影顯示領(lǐng)域可以解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗角的問題。
[0005] 本發(fā)明還提供一種投影機，應(yīng)用于投影顯示領(lǐng)域可以解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單 元顯示存在暗邊暗角的問題。
[0006] 本發(fā)明還提供一種背投影系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗 角的問題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種照明系統(tǒng)，包括至少R、G、B三色LED光源，還包括至少三組準(zhǔn)直透鏡組、分色鏡、衰 減陣列裝置、位于衰減陣列裝置之后的第一復(fù)眼透鏡陣列、位于第一復(fù)眼透鏡陣列之后的 第二復(fù)眼透鏡陣列、位于第二復(fù)眼透鏡陣列之后的聚光透鏡組，R、G、BLED光源各對應(yīng)一組 準(zhǔn)直透鏡組，各個光源發(fā)出的光經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡組后經(jīng)過分色鏡進行混光；混光經(jīng)過衰 減陣列裝置使光線衰減得到若干個從四周向中心呈逐漸變暗的光束，若干個該光束經(jīng)第一 復(fù)眼透鏡陣列、第二復(fù)眼透鏡陣列后再由聚光透鏡組在照明面上進行疊加。
[0008] 在本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，R、G、B三色LED光源經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡組對原始LED光束進行 擴束和準(zhǔn)直，達到減小發(fā)散角、提升平行度的目的；之后光束經(jīng)過分色鏡進行混光處理，混 合光束通過衰減陣列裝置對光束進行分割和衰減，得到若干個從四周向中心逐漸變暗的光 束，若干個該光束經(jīng)過第一復(fù)眼透鏡陣列、第二復(fù)眼透鏡陣列和聚光透鏡組后達到均勻的 目的，經(jīng)聚光透鏡組在照明面上疊加得到的光斑從四周向中心呈逐漸變暗的趨勢，從聚光 透鏡組出射后得到的光斑可以通過投影鏡頭投射到屏幕上，由于現(xiàn)有技術(shù)中投射角度較大 的屏幕邊緣區(qū)域相比投射角度較小的中心區(qū)域會產(chǎn)生相對大的光能損耗，而本專利申請得 到的光斑具有從四周向中心逐漸變暗的特點，能夠彌補投射角度帶來的光能損耗差異，使 得出射屏幕的亮度均勻性提升，解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗角的問題。
[0009] 一種投影機，包括電源系統(tǒng)、與電源系統(tǒng)連接的驅(qū)動控制系統(tǒng)和投影系統(tǒng)，包括上述所 述的照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)與電源系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)連接，照明系統(tǒng)中出射的光束進入投影 系統(tǒng)中。
[0010] 上述的照明系統(tǒng)能夠得到從四周向中心逐漸變暗的光斑，將該光斑應(yīng)用在投影機 中，然后通過投影機投射到投影屏幕中，能夠彌補投射角度帶來的光能損耗差異，使得出射 屏幕的亮度均勻性提升，解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗角的問題。
[0011] 一種背投影系統(tǒng)，包括背投影屏幕，還包括上述所述的投影機，投影機中出射的光 線投射至背投影屏幕上。上述的投影機中投射出來的光斑從四周向中心逐漸變暗，將該光 斑投射到投影屏幕中，能夠彌補投射角度帶來的光能損耗差異，使得出射屏幕的亮度均勻 性提升，解決現(xiàn)有投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗角的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明實施例1-3中照明面及DMD上的照度分布示意圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖4為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例2中偏振片陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖5為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例2中偏振片陣列中單元偏振片的放大示意 圖。
[0017] 圖6為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖7為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例3中衰減片陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖8為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例3中衰減片陣列中單元衰減片的放大示意 圖。
[0020] 其中，1為紅色LED光源1，2為準(zhǔn)直透鏡組，3為綠色LED光源，4為藍色LED光源， 5為偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，6為偏振片陣列，7為第一復(fù)眼透鏡陣列，8為第二復(fù)眼透鏡陣列，9為聚 光透鏡組，10為照明面，11為中繼透鏡組，12為DMD，13為分色鏡，14為衰減片陣列，15為衰 減陣列裝置，16為正方形光斑，17為光矢量振動方向。

【具體實施方式】
[0021] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制； 為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺 寸； 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0022] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對重要性或隱含所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定的"第一"、"第 二"的特征可以明示或隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說 明，"多個"的含義是兩個或兩個以上。
[0023] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"連 接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機 械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接，可以說兩個 元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明 的具體含義。
[0024] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。
[0025] 本發(fā)明提供一種照明系統(tǒng)、一種投影機和一種背投影系統(tǒng)，在保證照明光斑的相 對均勻的前提下，定向彌補不同范圍入射角度的光線能量損失，實現(xiàn)屏幕前亮度高均勻化， 徹底解決顯示暗邊暗角問題，具體通過如下實施例來說明。
[0026] 實施例1 如圖1所示，為本發(fā)明一種照明系統(tǒng)具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1，本具體實施 例一種照明系統(tǒng)具體包括至少R、G、B三色LED光源，在圖1所示結(jié)構(gòu)中包括了紅色LED光 源1、綠色LED光源3和藍色LED光源4各一個；還包括至少三組準(zhǔn)直透鏡組2、分色鏡13、 衰減陣列裝置15、位于衰減陣列裝置15之后的第一復(fù)眼透鏡陣列7、位于第一復(fù)眼透鏡陣 列7之后的第二復(fù)眼透鏡陣列8、位于第二復(fù)眼透鏡陣列8之后的聚光透鏡組9,紅色LED 光源1、綠色LED光源3和藍色LED光源4各對應(yīng)一組準(zhǔn)直透鏡組2,各個光源發(fā)出的光經(jīng) 各自的準(zhǔn)直透鏡組2后經(jīng)過分色鏡13進行混光；混光經(jīng)過衰減陣列裝置15使光線分割和 衰減得到從若干個四周向中心呈逐漸變暗的光束，若干個該光束經(jīng)第一復(fù)眼透鏡陣列7、第 二復(fù)眼透鏡陣列8后再由聚光透鏡組9在照明面10上進行疊加。
[0027] 其中，用于投影用的照明系統(tǒng)的光通常由RGB三色光源合光得到，因此，在本實施 例圖1所示的照明系統(tǒng)包括了紅色LED光源1、綠色LED光源3和藍色LED光源4。
[0028] 其中，準(zhǔn)直透鏡組2通常包括多個透鏡，光源發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡組2后得到 擴束和準(zhǔn)直，達到減小發(fā)散角、提升平行度的目的。如圖1所示，在本具體實施例中準(zhǔn)直透 鏡組3由三個透鏡組成。
[0029] 其中，第一復(fù)眼透鏡陣列7、第二復(fù)眼透鏡陣列8中各自包括一系列微透鏡，第一 復(fù)眼透鏡陣列7、第二復(fù)眼透鏡陣列8組合形成雙排復(fù)眼透鏡陣列對光束進行處理，可以獲 得高的光能利用率和大面積的均勻照明，其作用是將光束分割為若干細光束，再由聚光透 鏡組9在照明面上進行疊加，達到均勻的目的。
[0030] 具體工作時，紅色LED光源1、綠色LED光源3和藍色LED光源4分別發(fā)出紅色光、 綠色光和藍色光，紅色光、綠色光和藍色光分別經(jīng)過對應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡組2進行擴束和準(zhǔn)直， 準(zhǔn)直后的紅色光、綠色光和藍色光經(jīng)過分色鏡13進行混光處理后進入衰減陣列裝置15中， 通過衰減陣列裝置15對混合光束進行衰減處理，光束不同程度的衰減使得混合光束被分 割成若干個光束而且每個光束從四周向中心逐漸變暗，若干個該光束再經(jīng)過第一復(fù)眼透鏡 陣列7、第二復(fù)眼透鏡陣列8和聚光透鏡組9后達到照明面10,在照明面10上疊加得到的 光斑從四周向中心呈逐漸變暗的趨勢，將該光斑通過投影鏡頭投射到屏幕上，能夠彌補現(xiàn) 有技術(shù)中由于投射角度帶來的光能損耗差異，使得出射屏幕的亮度均勻性提升，解決現(xiàn)有 投影拼接顯示中單元顯示存在暗邊暗角的問題。
[0031] 在具體實施過程中，配合投影機結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，照明面10不一定是投影機中 DMD所在的位置，所以照明面10的光斑可以通過中繼透鏡組11進行成像投射，使目標(biāo)光斑 落到投影機的DMD12上，具體如圖1所示。
[0032] 如圖2所示，為圖1中照明面10和DMD上的照度分布示意圖，從圖2所示的照度 分布圖可以看出，整個光斑從四周向中心呈逐漸變暗的趨勢，將此光斑投射到屏幕時，投射 角度較大的邊緣區(qū)域相比角度較小的中心區(qū)域會產(chǎn)生相對大的光能損耗，本具體實施例的 光斑和投射角度帶來的損耗相互彌補，使得屏幕邊緣區(qū)域和中心區(qū)域由于光斑亮度漸變和 投射角度帶來的損耗剛好匹配，使出射屏幕整體的亮度和均勻性得到提升，解決暗邊暗角 的問題。其中，圖2所示的衰減光斑為正方形光斑17,在具體應(yīng)用中衰減光斑形狀的長寬 比例可以根據(jù)需要進行設(shè)計，如常用的是4 :3或者16 :9的光斑，光斑形狀的長寬比例通常 由衰減裝置16以及DMD12尺寸比例共同決定的。通常情況下，照明面10上的照度分布和 DMD12上是相同的。如果位置滿足要求，DMD12可以直接放在照明面10上。但是如果結(jié)構(gòu) 設(shè)計需求，DMD12需要放在遠一些的位置，就需要在二者之間加成像透鏡組（圖1的中繼透 鏡組11)，不影響照度分布的傳輸。在具體實施過程中，本具體實施例中的衰減陣列裝置15 具有對光線進行衰減的作用，而且其對光束的衰減是漸變的，經(jīng)過衰減陣列裝置后形成許 多個中間暗四周亮的、和第一復(fù)眼透鏡陣列相對應(yīng)的若干光束。在具體應(yīng)用中衰減陣列裝 置15可以通過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)加偏振片陣列的方式實現(xiàn)，也可以直接通過衰減片陣列來實 現(xiàn)，還可以采用能夠?qū)崿F(xiàn)衰減陣列裝置15的功能的其他裝置實現(xiàn)，在本發(fā)明中列舉通過偏 振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)加偏振片陣列的方式和衰減片陣列方式實現(xiàn)的實施例來具體說明衰減陣列裝 置15的構(gòu)成，具體見實施例2和實施例3。
[0033] 實施例2 在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例采用偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和偏振片陣列的方式實現(xiàn)實施例1 的衰減陣列裝置15,具體如圖3所示。
[0034] 如圖3所示，本具體實施例一種照明系統(tǒng)包括紅色LED光源1、綠色LED光源3和 藍色LED光源4各一個以及至少三組準(zhǔn)直透鏡組2、分色鏡13、第一復(fù)眼透鏡陣列7、第二復(fù) 眼透鏡陣列8、聚光透鏡組9,還包括作為衰減陣列裝置的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5和偏振片陣列6 ; 紅色LED光源1、綠色LED光源3和藍色LED光源4各對應(yīng)一組準(zhǔn)直透鏡組2,各個光 源發(fā)出的光經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡組2后經(jīng)過分色鏡13進行混光；混光經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5后 轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆獬錾?，之后再偏振片陣?進入第一復(fù)眼透鏡陣列7和第二復(fù)眼透鏡陣列8， 最后進入聚光透鏡組9中進行聚光； 其中，偏振片陣列6中包括多個具有相同偏振分布的偏振片，每個偏振片由內(nèi)到外具 有多種漸變的偏振方向，從外到內(nèi)偏振片的偏振方向和光線的偏振方向的夾角越大，每個 偏振片和第一復(fù)眼透鏡陣列7的每個微透鏡一一對應(yīng)且大小相同或相近，經(jīng)過偏振片陣列 6的光出射后進入第一復(fù)眼透鏡陣列7。
[0035] 在本具體實施例中，準(zhǔn)直透鏡組2通常包括多個透鏡，光源發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直 透鏡組2后得到擴束和準(zhǔn)直，達到減小發(fā)散角、提升平行度的目的。如圖3所示，在本具體 實施例中準(zhǔn)直透鏡組3由三個透鏡組成。
[0036] 從準(zhǔn)直透鏡組2出射的紅色光、綠色光和藍色光經(jīng)過分色鏡13進行混光處理，混 合光束再通過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5后轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆獬錾?，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5可以以最小的光能損 失達到混合光束轉(zhuǎn)換成偏振光的效果。
[0037] 偏振片陣列6中的每個偏振片和第一復(fù)眼透鏡陣列7中的每個微小透鏡一一對 應(yīng)，大小相同或相近，如圖4為實施例2的偏振片陣列6的示意圖，偏振片陣列6中的偏振 片具有相同的偏振分布，每個偏振片具有多種漸變的偏振方向，從偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5出射的 偏振光進入偏振片陣列6中得到衰減處理，由于每個偏振片具有多種漸變的偏振方向，進 入偏振片陣列6中的偏振光入射到各個偏振片中形成一束束中間暗四周亮的光束。理論上 偏振方向越多，偏振片的偏振分布越豐富，最終的顯示均勻性越好，但是考慮到成本、加工 工藝以及人眼可識別能力，每個偏振片至少需要5種以上的偏振分布。如圖5為本實施例 中單兀偏振片的放大不意圖，圖5所不的偏振片由內(nèi)到外有5種漸變的偏振方向，分布在4 個同心圓和1個外切矩形中。其中，偏振片最外層的偏振方向和光線的偏振方向相同，越往 里層，偏振片的偏振方向和光線的偏振方向的夾角越大，圖5所示的偏振片的偏振方向和 光線的偏振方向的夾角從外到內(nèi)依次是0°、5°、10°、15°、20°。
[0038] 偏振片的偏振方向和光線的偏振方向的夾角可以由馬呂斯定律計算得到，具體如 下：

【權(quán)利要求】
1. 一種照明系統(tǒng)，包括至少R、G、B三色LED光源，其特征在于，還包括至少三組準(zhǔn)直 透鏡組、分色鏡、衰減陣列裝置、位于衰減陣列裝置之后的第一復(fù)眼透鏡陣列、位于第一復(fù) 眼透鏡陣列之后的第二復(fù)眼透鏡陣列、位于第二復(fù)眼透鏡陣列之后的聚光透鏡組，R、G、B LED光源各對應(yīng)一組準(zhǔn)直透鏡組，各個光源發(fā)出的光經(jīng)各自的準(zhǔn)直透鏡組后經(jīng)過分色鏡進 行混光；混光經(jīng)過衰減陣列裝置使光線衰減得到若干個從四周向中心呈逐漸變暗的光束， 若干個該光束經(jīng)第一復(fù)眼透鏡陣列、第二復(fù)眼透鏡陣列后再由聚光透鏡組在照明面上進行 置加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述衰減陣列裝置包括偏振轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)和偏振片陣列，分色鏡出射的混合光束經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后進入偏振片陣列，偏振片陣 列中包括多個具有相同偏振分布的偏振片，每個偏振片由內(nèi)到外具有多種漸變的偏振方 向，從外到內(nèi)偏振片的偏振方向和光線的偏振方向的夾角越大，每個偏振片和第一復(fù)眼透 鏡陣列的每個微透鏡一一對應(yīng)且大小相同或相近，經(jīng)過偏振片陣列的光出射后進入第一復(fù) 眼透鏡陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，每個偏振片中由內(nèi)到外具有至少5種 漸變的偏振方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述衰減陣列裝置包括衰減片陣列， 分色鏡出射的混合光束經(jīng)過衰減片陣列后進入第一復(fù)眼透鏡陣列，衰減片陣列包括若干個 具有相同光衰分布的衰減片，每個衰減片由內(nèi)到外有多種逐漸減小的衰減率，每個衰減片 和第一復(fù)眼透鏡陣列中的每個微透鏡一一對應(yīng)且大小相同或相近。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，每個衰減片由內(nèi)到外具有至少5中漸 變的衰減率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，聚光透鏡組后還設(shè)置有中繼透鏡組 經(jīng)過聚光透鏡組后的光束通過中繼透鏡組進行成像投射。
7. -種投影機，包括電源系統(tǒng)、與電源系統(tǒng)連接的驅(qū)動控制系統(tǒng)和投影系統(tǒng)，其特征在 于，包括權(quán)利要求1-6任一項所述的照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)與電源系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)連接， 照明系統(tǒng)中出射的光束進入投影系統(tǒng)中。
8. -種背投影系統(tǒng)，包括背投影屏幕，其特征在于，還包括權(quán)利要求7所述的投影機， 投影機中出射的光線投射至背投影屏幕上。
【文檔編號】G03B21/20GK104516182SQ201410780469
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】王新星 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司