光束偏移装置以及投影系统的制作方法

1.本技术涉及投影技术领域，具体涉及一种光束偏移装置以及投影系统。


背景技术：

2.当今许多电影院已不在使用传统的电影技术，如全画幅胶片，而采用了数字处理技术。一部数字电影可以通过以下几种途径传输：通过网络或者专用卫星网络，或者实体邮寄硬盘或者光盘如蓝光光盘。数字电影使用数字影像投影仪，而非传统电影投影系统。在数字影院，分辨率通常用水平分辨率表示，例如2k(2048*1080像素或者220万像素)或4k(4096*2160像素或者880万像素)。
3.数字光处理(digital light processing,dlp)技术是一种可应用于多种投影系统中的光线调控技术。dlp投影系统通常采用一束汇聚光线照射到一个可控多微镜表面，并集成透镜汇聚从微镜表面反射出来的光线，并且将反射光线投影到投影平面上，以进行成像。
4.微镜器件(micromirror device,dmd)芯片使dlp投影技术得到了重大的进步。除了高清电视的商业成功以外，dlp投影技术也广泛应用于高清显示、影院投影、商务以及个人投影系统。同时，dlp技术也应用于医学影像、照片洗印技术、生物技术、光刻、光谱仪、科研仪器等领域。
5.在dlp投影显示技术中，dmd是至关重要的光学元件，直接决定了图像的分辨率高低。而现今市场上，4k分辨率的显示系统已经逐步成为主流显示技术，更有8k产品的提出。但是4k分辨率的dmd芯片价格偏高，在许多场景下并不适用。
6.现有技术中，出现了通过像素拓展技术(extended pixel resolution，xpr)可以提高像素分辨率的偏转装置，而这类装置主要通过机械式的翻转改变扫描光束的入射角度的方式实现，但这种方式需要精确的控制翻转角度，偏转装置的稳态需要一定功率，器件功耗较大。此外，偏转装置在多种状态下来回翻转，并且频率较高，会造成一定噪音。并且由于片状装置在两种状态下翻转的力比较大，并且有两个峰值，会对整个系统导致一定的振动。偏转装置的来回多次翻转，每次冲击力比较大，导致结构稳定性较大。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于提供一种光束偏移装置以及投影系统，可以以较低的成本实现更高的分辨率效果，并且具有更高的结构稳定性。
8.本技术实施例提供了一种光束偏移装置，包括圆盘和驱动器，圆盘包括多个圆盘区域，所述圆盘区域被配置为以相对于扫描光束具有一定的倾斜角；所述驱动器连接于所述圆盘，所述驱动器用于驱动所述圆盘旋转，所述多个圆盘区域的折射率或厚度或区域倾角沿所述旋转方向递增/递减，所述多个圆盘区域在旋转周期内依次将所述扫描光束偏移预设偏移量。
9.在一些实施方式中，扫描光束在圆盘内折射后出射，且扫描光束入射至不同的圆
盘区域时，在不同的圆盘区域内的折射角不相等。
10.在一些实施方式中，所述多个圆盘区域的折射率沿所述旋转方向递增/递减。
11.在一些实施方式中，每个圆盘区域具有相等的厚度。
12.在一些实施方式中，所述多个圆盘区域的厚度沿所述旋转方向递增/递减。
13.在一些实施方式中，每个圆盘区域具有相同的折射率。
14.在一些实施方式中，圆盘区域反射扫描光束，且扫描光束入射至不同的圆盘区域时，在不同的圆盘区域内的反射角不相等。
15.在一些实施方式中，圆盘区域相对于驱动器的轴线方向倾斜设置，且不同的圆盘区域的入射面相对于驱动器的轴线方向的区域倾角沿所述旋转方向递增/递减。
16.在一些实施方式中，每个所述圆盘区域的厚度沿所述驱动器的径向逐渐增大。
17.第二方面，本技术实施例还提供一种投影系统，包括发光组件以及上述的光束偏移装置，发光组件用于产生扫描光束，圆盘区域被配置为相对于扫描光束具有一定的倾斜角，且用于将扫描光束引导至后续光路。
18.本技术提供的光束偏移装置，通过驱动器带动圆盘转动，使得不同的圆盘区域位于扫描光束的光路上，当扫描光束入射于相对其倾斜的圆盘区域时，受到不同圆盘区域的偏移角度不相同，会沿不同的光路出射，因此可以应用于投影系统中，实现像素扩展，提高显示分辨率。应用上述的光束偏移装置的投影系统，由于通过光束偏移装置就可以实现像素扩展，因此不需要使用高分辨率的dmd芯片，只需要使用相对低分辨率的dmd芯片，就能实现较高的分辨率效果，因此可以降低高分辨率投影系统的制造成本。
19.本技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本技术第一实施例提供的一种光束偏移装置的结构示意图；
22.图2是本技术第一实施例提供的一种光束偏移装置的一种使用状态图；
23.图3是本技术第一实施例提供的一种光束偏移装置的另一种使用状态图；
24.图4是本技术第二实施例提供的一种光束偏移装置的一种使用状态图；
25.图5是本技术第二实施例提供的一种光束偏移装置的另一种使用状态图；
26.图6是本技术第三实施例提供的一种光束偏移装置的一种使用状态图；
27.图7是本技术第三实施例提供的一种光束偏移装置的另一种使用状态图；
28.图8是本技术第四实施例提供的一种投影系统的结构示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本技术保护的范围。
30.现有技术中，为了实现更高的像素分辨率，需要使用具有更高分辨率的dmd芯片，而高分辨率的dmd芯片的成本高企，不利于推广。而像素偏移分辨率技术采用对像素的位移(如定向移动半个像素的距离)，实现比原本所采用的dmd芯片分辨率更高的显示图像，可以提高显示分辨率。因此，发明人提出了本技术实施例中的光束偏移装置和投影系统。下面将结合附图具体描述本技术的各实施例。
31.第一实施例
32.参阅图1，本实施例提供一种光束偏移装置100，光束偏移装置100包括圆盘110和驱动器120，其中驱动器120连接于圆盘110并用于驱动圆盘110转动。
33.具体的，本实施例中，圆盘110为大致的平面板状结构，圆盘110上可以包括多个圆盘区域111，其中圆盘区域111的个数可以是两个、三个或者三个以上的任意数量，且每个圆盘区域111的区域面积可以完全相等。至少两个圆盘区域111可以相邻设置，也可以彼此间隔设置。作为一种实施方式，每个圆盘区域111可以为大致的扇形，至少两个圆盘区域111可以拼接成圆形结构。例如：本实施例中，圆盘区域111为两个，两个圆盘区域111均为大致的半圆形。
34.每个圆盘区域111具有入射面114，入射面114用于接收扫描光束，并将扫描光束引导至后续光路。其中扫描光束是指由发光组件产生并出射的光线入射至dmd芯片后反射的光线。参阅图2，圆盘区域111被配置为相对于扫描光束具有一定的倾斜角，即圆盘区域111相对于扫描光束倾斜设置，即入射面114与扫描光束之间形成大于0
°
，小于90
°
的夹角，即扫描光束以非垂直的方式入射于入射面114，并经过入射面114的引导后传播至后续光路。
35.驱动器120用于驱动圆盘110转动，当圆盘110转动时，选择性地使得多个圆盘区域111中的一者位于扫描光束的光路上，此时位于扫描光束的光路上的圆盘区域111的入射面114接收扫描光束，并将扫描光束引导至后续光路。
36.驱动器120连接于圆盘110并沿圆盘110的厚度方向设置，其中圆盘110的厚度方向是指垂直于圆盘110所在平面的方向，也即是驱动器120的轴线垂直于圆盘110所在的平面。这种设置方式的好处在于：圆盘110在转动时，其与扫描光束的倾斜角不会发生变化，因此可以以固定的倾角设置，进而提高装置的稳定性，其中倾斜角是指入射面114与扫描光束之间形成的夹角。
37.在一些实施方式中，多个圆盘区域111的折射率或厚度沿所述旋转方向递增/递减。这样当扫描光束入射至不同的圆盘区域111时，形成的出射光线沿不同的光路出射至后续光路。即：当扫描光束入射至不同的圆盘区域111的入射面114时，入射面114引导扫描光束出射时的光路不重合。
38.具体的，作为一种实施方式，请一并参阅图2和图3，本实施例中，圆盘110为透明圆盘，圆盘110可以透过扫描光束，扫描光束入射至入射面114后，进入圆盘110并发生折射，并最终透过圆盘110出射。扫描光束在圆盘110内折射后出射形成出射光线，并且扫描光束与出射光线是相互平行的，且扫描光束入射至不同的圆盘区域111时，在不同的圆盘区域111内的折射角不相等。其中折射角的大小取决于圆盘区域111的折射率、圆盘110的厚度等因素。
39.本实施例中，请继续参阅图1，圆盘110包括两个圆盘区域111，分别为第一圆盘区
域112和第二圆盘区域113，第一圆盘区域112和第二圆盘区域113的折射率不相同，且沿圆盘110的旋转方向递减/递增。且第一圆盘区域112的入射面114与第二圆盘区域113的入射面114共面。其中第一圆盘区域112和第二圆盘区域113的折射率分别为n1和n2，且n1≠n2，并且n1和n2均大于n0(n0为扫描光束在空气中的折射率)，此时第一圆盘区域112和第二圆盘区域113可以由不同材质制成。并且，本实施例中，第一圆盘区域112和第二圆盘区域113的厚度均为t，即圆盘110为等厚度圆盘110，这种方式利于制备圆盘110。
40.图2示出了当扫描光束入射于第一圆盘区域112的入射面114的状态，参阅图2，扫描光束入射于第一圆盘区域112的入射面114时：
[0041][0042]
其中，δy1是指扫描光束l与出射光线之间的预设偏移量，s1为当扫描光束不发生折射时的出射光线(下同)，s2为发生折射后的实际的出射光线(下同)。θ1是第一圆盘区域112的入射面114相对于垂直于扫描光束的平面p之间的夹角，t是第一圆盘区域112的厚度。
[0043]
图3示出了当扫描光束入射于第二圆盘区域113的入射面114的状态，参阅图3，当扫描光束入射于第二圆盘区域113的入射面114时：
[0044][0045]
其中，δy2是指扫描光束与出射光线之间的预设偏移量，θ2是第二圆盘区域113的入射面114相对于垂直于扫描光束的平面p之间的夹角，t是第二圆盘区域113的厚度。
[0046]
当驱动器120带动圆盘110转动时，扫描光束周期性的入射于第一圆盘区域112和第二圆盘区域113，此时扫描光束会被反复偏折到δy1和δy2等两个位置，此时δy1和δy2的差值：
[0047][0048]
由于圆盘110以固定的倾角相对于扫描光束倾斜设置，因此θ1与θ2相等，像素偏移的总量可以根据需要调整折射率差值n
1-n2(取值可以是≥0的任意数值),厚度t以及角度θ1和θ2来实现。即：通过控制厚度t以及角度θ1和θ2来可以实现扫描光束偏移预设偏移量。
[0049]
在应用于投影系统时，由于扫描光束在第一圆盘区域112和第二圆盘区域113后的出射光线的偏移量不同，当圆盘110转动时，扫描光束周期性的入射于第一圆盘区域112和第二圆盘区域113上，在投影面形成的图像会出现两个图像的叠加，且两个图像之间具有偏移量差，由于用户的“视觉停留效应”，用户观看到的像是由两个具有预定像素偏移的图像光的叠加，形成像素偏移效果，进而可以提高像素分辨率。
[0050]
因此，本实施例中的光束偏移装置100可以实现扫描光束的精确定量偏移，进而提高分辨率，因而可以实现在使用低分辨率dmd芯片的前提下，仍然达到较高的分辨率效果。本实施例中的光束偏移装置100可以应用于各类型的投影系统中。由于本实施例中的光束偏移装置100在应用时，圆盘110只需沿一个方向(即驱动器120的轴线方向)转动，即可以实现精确的像素偏移，因此更易精确的安装、控制。同时由于只有一个运动自由度，因此驱动
光束偏移装置100的驱动机构的功耗更低、噪音更小。
[0051]
需要说明的是，在其他的一些实施方式中，当n1≠n2时，第一圆盘区域112与第二圆盘区域113的厚度也可以不想等，此时也可以实现对扫描光束的精确定量偏移。此外，尽管本实施例中示出的是圆盘110具有两个圆盘区域111的情形，但是应当理解，圆盘110也可以具有三个或三个以上的圆盘区域111，此时每个圆盘区域111的折射率均可以不相等，每个圆盘区域111的厚度可以相等也可以不相等。
[0052]
第二实施例
[0053]
参阅图4和图5，本实施例提供另一种光束偏移装置100，其与第一实施例中提供的光束偏移装置100的区别在于：本实施例中，多个圆盘区域的厚度沿所述旋转方向递增/递减，第一圆盘区域112的折射率和第二圆盘区域113的折射率相等，且第一圆盘区域112的厚度与第二圆盘区域113的厚度不想等，相同部分可以参阅第一实施例的内容，在此不再赘述。
[0054]
具体的，参阅图4，本实施例中，圆盘110包括第一圆盘区域112和第二圆盘区域113，其中第一圆盘区域112的厚度为t1，第二圆盘区域113的厚度为t2，且t1≠t2，且具体的，t1》t2。第一圆盘区域112和第二圆盘区域113可以由相同材质制成，以使得第一圆盘区域112的折射率和第二圆盘区域113的折射率均为n，n》n0。
[0055]
图4示出了当扫描光束入射于第一圆盘区域112的入射面114的状态，参阅图4，当扫描光束入射于第一圆盘区域112的入射面114时：
[0056][0057]
其中，δy1是指扫描光束与出射光线之间的预设偏移量，θ1是第一圆盘区域112的入射面114相对于垂直于扫描光束的平面p之间的夹角，t1是第一圆盘区域112的厚度。
[0058]
图5示出了当扫描光束入射于第二圆盘区域113的入射面114的状态，参阅图5，当扫描光束入射于第二圆盘区域113的入射面114时：
[0059][0060]
其中，δy2是指扫描光束与出射光线之间的预设偏移量，θ1是第二圆盘区域113的入射面114相对于垂直于扫描光束的平面p之间的夹角，t2是第二圆盘区域113的厚度。
[0061]
当驱动器120带动圆盘110转动时，扫描光束周期性的入射于第一圆盘区域112和第二圆盘区域113，此时扫描光束会被反复偏折到δy1和δy2等两个位置，此时δy1和δy2的差值：
[0062][0063]
由于圆盘110以固定的倾角相对于扫描光束倾斜设置，因此θ1保持不变，像素偏移的总量可以根据需要调整折射率差值t
1-t2(取值可以是≥0的任意数值),折射率n以及角度θ1来实现。
[0064]
在应用于投影系统时，由于扫描光束在第一圆盘区域112和第二圆盘区域113后的
出射光线的偏移量不同，当圆盘110转动时，扫描光束周期性的入射于第一圆盘区域112和第二圆盘区域113上，在投影面形成的图像会出现两个图像的叠加，且两个图像之间具有偏移量差，由于用户的“视觉停留效应”，用户观看到的像是由两个具有预定像素偏移的图像光的叠加，形成像素偏移效果，进而可以提高像素分辨率。
[0065]
因此，本实施例中的光束偏移装置100可以实现扫描光束的精确定量偏移，进而提高分辨率，因而可以实现在使用低分辨率dmd芯片的前提下，仍然达到较高的分辨率效果。本实施例中的光束偏移装置100可以应用于各类型的投影系统中。由于本实施例中的光束偏移装置100在应用时，圆盘110只需沿一个方向(即驱动器120的轴线方向)转动，即可以实现精确的像素偏移，因此更易精确的安装、控制。同时由于只有一个运动自由度，因此驱动光束偏移装置100的驱动机构的功耗更低、噪音更小。
[0066]
需要说明的是，本实施例中，第一圆盘区域112的折射率和第二圆盘区域113的折射率也可以不相同，此时根据确定的第一圆盘区域112的折射率和第二圆盘区域113的折射率，同时调节第一圆盘区域112的厚度t1以及第二圆盘区域113的厚度t2，同样可以根据确定的δy值，实现定量偏移。
[0067]
第三实施例
[0068]
参阅图6和图7，本实施例提供又一种光束偏移装置100，其与第一实施例中的光束偏移装置100的区别在于：本实施例中，多个圆盘区域111的区域倾角沿所述旋转方向递增/递减。入射面114同时作为反射面，用于反射扫描光束，且扫描光束入射至不同的圆盘区域111时，由于多个圆盘区域111在旋转方向上具有区域倾角，区域倾角为圆盘区域111上的入射面114与驱动器的轴线方向的夹角，多个圆盘区域111的区域倾角在旋转方向上是不相等(递增/递减)的，因此在不同的圆盘区域111内的反射角不相等。相同部分可以参阅第一实施例的相关内容，在此不再赘述。
[0069]
具体的，本实施例中，入射面114将扫描光束以反射的方式引导出射形成出射光线，当扫描光束入射至不同的圆盘区域111时，由于在不同的圆盘区域111内的反射角不相等，以使得当不同的圆盘区域111位于出射光线的光路上时，多个圆盘区域111在旋转周期内依次将扫描光束偏移预设偏移量。
[0070]
作为一种实施方式，参阅图6，本实施例中，圆盘110包括第一圆盘区域112和第二圆盘区域113，其中第一圆盘区域112的入射面114与垂直于扫描光束的平面p之间的夹角为θ1(与第一圆盘区域111的区域倾角互余)，第二圆盘区域113的入射面114与垂直于扫描光束的平面p之间的夹角为θ2(与第二圆盘区域112的区域倾角互余),其中θ1与θ2不相等。
[0071]
图6示出了当扫描光束入射于第一圆盘区域112的入射面114的状态，参阅图6，当扫描光束入射至第一圆盘区域112的入射面114时，出射光线的反射角为2θ1。图7示出了当扫描光束入射于第二圆盘区域113的入射面114的状态，参阅图7，当扫描光束入射至第一圆盘区域112的入射面114时，出射光线的反射角为2θ2。通过改变θ1和θ2的大小，并且选择合适的成像距离，使得两个成像点距离为特定距离，如半个像素的距离、一个像素的距离等。
[0072]
本实施例中，入射面114相对于驱动器120的轴线方向倾斜设置，且由于多个圆盘区域的区域倾角沿所述旋转方向递增/递减，因此不同的圆盘区域111的入射面114相对于驱动器120的轴线方向的倾角不相等，因此不同的圆盘区域111的入射面114不共面。使用时，扫描光束沿与驱动器120的轴线方向平行的方向入射至入射面114，这种实施方式，可以
使得整个像素偏移装置100在应用时，更方便布置。
[0073]
具体的，本实施例中，每个圆盘区域111的厚度沿驱动器120的径向逐渐增大，形成的入射面114朝向驱动器120倾斜，这样当扫描光束入射至入射面114时，出射光线朝向光束偏移装置100的中部出射。当然，可以理解的是，在其他的一些实施方式中，圆盘区域111的厚度也可以沿驱动器120的径向逐渐减小，此时，出射光线朝向光束偏移装置100的外侧出射。
[0074]
在应用于投影系统时，由于扫描光束在第一圆盘区域112和第二圆盘区域113后的出射光线的偏移量不同，当圆盘110转动时，扫描光束周期性的入射于第一圆盘区域112和第二圆盘区域113上，在投影面形成的图像会出现两个图像的叠加，且两个图像之间具有偏移量差，由于用户的“视觉停留效应”，用户观看到的像是由两个具有预定像素偏移的图像光的叠加，形成像素偏移效果，进而可以提高像素分辨率。
[0075]
本实施例中，通过对θ1和θ2的大小进行合理设置，即可以实现第一圆盘区域112和第二圆盘区域113之间的像素偏移，且彼此之间的像素偏移值例如可以是半个像素。由于本实施例中的光束偏移装置100在应用时，圆盘110只需沿一个方向(即驱动器120的轴线方向)转动，即可以实现精确的像素偏移，因此更易精确的安装、控制。同时由于只有一个运动自由度，因此驱动光束偏移装置100的驱动机构的功耗更低、噪音更小。
[0076]
第四实施例
[0077]
参阅图8，本实施例提供一种投影系统10，投影系统10包括发光组件20、光束偏移装置100以及芯片30，其中发光组件20用于产生扫描光束，发光组件可以是激光发光组件、可见光发光组件、led发光组件灯。扫描光束入射于芯片30并被反射形成扫描光束，其中芯片30可以是dmd芯片。光束偏移装置100的结构可以参阅第一实施例，其位于扫描光束的光路上，且入射面114用于接收扫描光束，且每个圆盘区域111均相对于扫描光束具有一定的倾斜角，扫描光束经圆盘110上的圆盘区域111引导至后续光路中。
[0078]
可以理解的是，投影系统10可以包含比图8中更多的零部件，例如机身、通信模块、接口等。同时，光束偏移装置100还可以由第二实施例或第三实施例中的光束偏移装置100替换。
[0079]
在应用时，由于扫描光束在第一圆盘区域112和第二圆盘区域113后的出射光线的偏移量不同，当圆盘110转动时，扫描光束周期性的入射于圆盘110的多个圆盘区域111上，例如周期性的入射于第一圆盘区域112和第二圆盘区域113上，在投影面形成的图像会出现两个图像的叠加，且两个图像之间具有偏移量差，由于用户的“视觉停留效应”，用户观看到的像是由两个具有预定像素偏移的图像光的叠加，形成像素偏移效果，进而可以提高像素分辨率。
[0080]
本实施例提供的投影系统10，由于使用了光束偏移装置100，使得整个投影系统10可以实现像素扩展效果，提高分辨率的同时，制造成本降低。同时由于光束偏移装置100只有一个运动自由度，因此因设置驱动机构40带来的噪音、功耗的增加量均较低。
[0081]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。