[发明专利]一种高对比度、高光能利用率的DLP投影系统

说明书

本发明公开了一种高对比度、高光能利用率的DLP投影系统，包括：导光棒、DMD和投影镜头；导光棒内依次整合有LD面光源、复合抛物面聚光器、GIRN透镜和光分离器；DLP投影系统还包括与导光棒连通的光源重复收集装置。本发明公开的DLP投影系统，能够有效减少DMD工作时平稳状态和Off状态的杂散光，因此有效提高对比度、光能利用率，并对激光散斑实现有效控制，并且光路简单、使用的元器件少、体积小、成本低。

技术领域

本发明涉及激光投影的技术领域，尤其涉及一种高对比度、高光能利用率的DLP投影系统。

背景技术

近年来，随着人们对投影仪投射出的图像质量要求越来越高，传统的光源已经不能满足人们的需要，在投影仪光源的选择上，人们已经将注意力投向了激光照明领域。与传统光源相比，激光投影仪具有广色域、高对比度、高亮度等优点，被业界普遍看好有望成为下一代数字投影显示系统的主流照明光源。

DLP是一种用于全数字投影显示系统的技术，该系统基于美国德州仪器公司(TI)开发的数字微镜设备(DMD)，它是一种基于半导体基底的快速反射式数字光开关，它既是一种微电机系统(MEMS)，也是一种空间光调制器(SLM)。把DMD称为MEMS是因为它是由成千上万个可移动翻转的微小反射镜构成的，这些微反射镜是通过CMOS电路控制的。数字微镜在两个角度快速的翻转，对应两种工作状态。当微镜翻转到+12°时，此时处于“On”态；当微镜翻转到－12°时，此时处于“Off态”；“Flat”指的是微镜处于平板态，此时没有控制信号加载到微镜上，投影镜头的光轴垂直于微镜的表面。与其它显示系统相比，DLP投影系统具有更高的光学效率和更小的系统尺寸，具有广泛的应用前景。然而，DLP投影机受到对比度、光利用率、激光散斑等几个因素的影响。在这里，我们感兴趣的是如何增加对比度，作为不受控制的光的影响。进入图像系统的不受控光是由散射光引起的。为了达到更高的光学效率，成像系统的瞳孔需要收集更多的光线。在DLP投影系统中通常采用较小的F数成像系统来提高光学效率。但是这种方案存在缺陷：更多的光线进入图像系统也意味着更多的非受控光线进入图像系统。这种现象导致对比度下降，图像质量恶化。

在成像系统中增加非对称孔径是提高DLP投影系统对比度和保持光学效率的常用方法。非对称孔径能够切断从照明系统通过成像系统孔径的非受控光线。但是该方案存在以下缺陷：(1)很难将透镜与非对称光圈对齐，这一问题会增加制造成本。(2)非对称光阑将非受控光阑截断，DLP投影系统的对比度降低，因为多余的散射光可能通过成像系统内的多次反射而冲击到屏幕上。

在2011年出版的《激光与光电子学进展》刊物中，芮大为等人发表了《基于渐变折射率透镜的激光投影仪照明光路设计》，公开了一种利用渐变折射率(GRIN)透镜和激光的DLP投影仪照明光路，该设计以半导体激光二极管发出的光作为照明光源，装置组成为：红绿蓝(RGB)激光光源、单级GRIN透镜阵列、二向色镜、反射镜、DMD、吸收体和投影透镜。该方案以单级透镜系统取代传统的聚光、匀光等结构复杂的光学组件，提高了光能利用率降低了光学体积。得到了提高光效和减小体积的目的。但是该方案存在以下缺陷：(1)由于激光的相干性，显示图像中会出现散斑，从而影响了显示效果；(2)激光要通过三组二向色镜，在每个二向色镜上，光能都会有损耗，二向色镜的成本较高，对入射光的入射角度要求严格，在生产或运输的过程中，不能由于元器件位置的变化导致入射光入射到二向色镜的角度发生改变，整体的安装难度较大；(3)在DMD工作时平稳状态和Off状态的光以杂散光的形式依然进入图像系统，造成了对比度的降低，而且整个系统光能利用率低，结构复杂。

可见，现有的激光投影系统的方案无法使DMD工作时平稳状态和Off状态的杂散光远离图像系统，激光散斑无法有效的抑制，而且存在对光能的利用率低、结构复杂、元器件较多、体积较大、成本较高、散热困难等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种新型的DLP投影系统，能够有效减少DMD工作时平稳状态和Off状态的杂散光，因此有效提高对比度、光能利用率，并对激光散斑实现有效控制，并且光路简单、使用的元器件少、体积小、成本低。