投影仪的制作方法

1.本发明涉及投影仪技术领域，具体提供一种投影仪。


背景技术：

2.在不牺牲亮度、像素密度和不大幅增加成本的前提下，将投影仪小型化甚至微型化有着广泛的市场需求。但是目前的投影仪很难做到在保证小型化的同时保证产品的性能，很容易在投影仪的使用过程中不满足色彩显示的需求。
3.相应地，本领域需要一种新的投影仪来解决现有的投影仪不能做到体积小、亮度高且满足色彩需求的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有的投影仪不能做到体积小、亮度高且满足色彩需求的问题。
5.在第一方面，本发明提供一种投影仪，包括激光混色器和激光器，所述激光器包括三色激光，所述激光混色器设置为能实现激光折射的透镜，所述三色激光设置为通过所述激光混色器折射后的出射点重合，并且出射角相等。
6.在上述投影仪的优选技术方案中，所述投影仪还包括ecu、信号调制器和偏光镜，所述激光混色器设置在所述激光器与所述偏光镜之间
7.在上述投影仪的优选技术方案中，所述偏光镜包括横向偏光镜和纵向偏光镜；
8.所述横向偏光镜绕平行于z向的第一旋转轴可自转地设置，所述纵向偏光镜绕平行于z向的第二旋转轴可自转地设置；平行于y向并经过所述横向偏光镜的中心的第一连线与平行于x向并经过所述纵向偏光镜的中心的第二连线具有交点a，所述激光器发射的激光经过所述激光混色器后平行于z向并经过所述交点a；其中，所述x向、所述y向和所述z向彼此垂直；其中，所述投影仪设置成当所述激光器的光束经过所述激光混色器后在朝向交点a的方向射出时，先经由所述横向偏光镜的折射朝x向发生偏转，再经由所述纵向偏光镜的折射朝y向发生偏转。
9.在上述投影仪的优选技术方案中，所述光束进入所述横向偏光镜或所述纵向偏光镜的入射角为θ，出射角为α，所述偏光镜旋转经过的弧长为x，所述偏光镜的折射率为k，所述偏光镜在待投射区域上的偏转距离为nx，所述n为偏转系数，所述n为规定值，所述偏光镜距离所述待投射区域的距离为d，所述横向偏光镜的曲面与所述纵向偏光镜的曲面设计均同时满足公式sinα/sinθ＝k，tan(α-θ)＝nx/d。
10.在上述投影仪的优选技术方案中，所述横向偏光镜和所述纵向偏光镜设置为环形结构，所述横向偏光镜上设置有横向偏光镜支架，所述横向偏光镜支架与所述横向偏光镜的环形内侧连接；所述纵向偏光镜上设置有纵向偏光镜支架，所述纵向偏光镜支架与所述纵向偏光镜的环形内侧连接；所述横向偏光镜支架和所述纵向偏光镜支架与电机驱动连接。
11.在上述投影仪的优选技术方案中，所述横向偏光镜支架与所述纵向偏光镜支架上均设置有质量调节块，以使所述横向偏光镜的质心在所述第一旋转轴位置处，所述纵向偏光镜的质心在所述第二旋转轴位置处。
12.在上述投影仪的优选技术方案中，所述三色激光包括红色、绿色、蓝色。
13.在上述投影仪的优选技术方案中，所述激光混色器的截面为三角形。
14.在上述投影仪的优选技术方案中，所述激光混色器设置为折射率大于1的透明材料。
15.在上述投影仪的优选技术方案中，所述激光混色器的材质设置为玻璃或树脂。
16.本领域技术人员能够理解的是，本发明的技术方案中的投影仪包括激光混色器和激光器，激光器包括三色激光，三色激光包括红色激光、绿色激光和蓝色激光，激光混色器设置为能实现激光折射的透镜，三色激光设置为通过激光混色器折射后的出射点重合，并且出射角相等，投影仪还包括ecu、信号调制器和偏光镜，激光混色器设置在激光器与偏光镜之间。
17.在采用上述技术方案的情况下，本发明能够通过在投影仪中设置三色激光，通过这三色激光的叠加设置最终实现彩色显示的效果，将激光混色器设置在激光器与偏光镜之间，使这三色激光在激光混色器内从不同入射角入射，但是从相同的出射点与出射角射出，方便后续对三色激光的控制参数的计算，从而达到更好的控制效果。
附图说明
18.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
19.图1是本发明的投影仪的激光光束穿过激光混色器的路径图；
20.图2是本发明的投影仪的横向偏光镜、纵向偏光镜、横向偏光镜支架与纵向偏光镜支架的连接示意图；
21.图3是本发明的投影仪的横向偏光镜、纵向偏光镜、横向偏光镜支架与纵向偏光镜支架连接的主视图3-1、左视图3-2与俯视图3-3；
22.图4是将偏光镜径向展开成360
°
平面后激光在偏光镜内的折射原理图。
23.图5是在横向偏光镜与纵向偏光镜的叠加之下激光的扫描过程图。
24.附图标记列表：
25.1、偏光镜；11、横向偏光镜；111横向偏光镜支架；1111、第一质量调节块；112、第一旋转轴；113、第一连线；12、纵向偏光镜；121、纵向偏光镜支架；1211、第二质量调节块；122、第二旋转轴；123、第二连线；2、激光器；21、第三连线；3、待投射区域；4、电机；5、激光混色器；a、交点；θ、入射角；α、出射角；x、弧长；n、偏转系数；nx、偏光镜在待投射区域上的偏转距离；d、偏光镜与待投射区域之间的距离；δ、偏光镜偏转角度；λ、出射角；γb、蓝色激光的入射角；γg、绿色激光的入射角；γr、红色激光的入射角；ω、激光混色器夹角；r、红色激光；g、绿色激光；b、蓝色激光；n、出射点。
具体实施方式
26.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技
术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
27.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1-5所示，为解决现有的投影仪不能做到体积小、亮度高且满足色彩需求的问题，本发明的投影仪包括偏光镜1、激光器2、激光混色器5、信号调制器(图中未示出)和ecu(图中未示出)，激光混色器5设置在激光器2与偏光镜1之间，激光器2包括三色激光，优选地，三色激光为红色激光r、绿色激光g和蓝色激光b，激光混色器5设置为能实现激光折射的透镜，优选地，如图1所示，将激光混色器5的截面设置为三角形，激光混色器5为折射率大于1的透明材料，此透明材料优选为玻璃或者树脂，三色激光设置为通过激光混色器5折射后的出射点n重合(如图1所示)，并且出射角λ相等。如图2、图3所示，偏光镜1包括横向偏光镜11和纵向偏光镜12，横向偏光镜11绕平行于z向的第一旋转轴112可自转地设置，纵向偏光镜12绕平行于z向的第二旋转轴122可自转地设置，平行于y向并经过横向偏光镜11的中心的第一连线113与平行于x向并经过纵向偏光镜12的中心的第二连线123具有交点a，如图3所示，激光器2发射的激光经过激光混色器5之后平行于z向并经过交点a，此时激光光线方向如图3中所示的第三连线21的方向，其中，x向、y向和z向彼此垂直，其中，投影仪设置成当激光器2的光束经过激光混色器5后在朝向交点a的方向射出时，先经由横向偏光镜11的折射朝x向发生偏转，再经由纵向偏光镜12的折射朝y向发生偏转。
30.优选地，横向偏光镜11与纵向偏光镜12的最外圈均设置为圆形，如图4所示，激光器2发出的离散的激光经过激光混色器5后进入横向偏光镜11或纵向偏光镜12的入射角为θ，由于横向偏光镜11与纵向偏光镜12原理相同，以下以偏光镜1进行描述，出射角为α，偏光镜1旋转经过的弧长为x，偏光镜1的折射率为k，偏光镜1在待投射区域3上的偏转距离为nx，n为偏转系数，另外，n为规定值，偏光镜1距离待投射区域3的距离为d，横向偏光镜11的曲面与纵向偏光镜12的曲面设计均同时满足公式sinα/sinθ＝k，tan(α-θ)＝nx/d，通过上述公式得到横向偏光镜11与纵向偏光镜12的曲面的曲率，最终实现对横向偏光镜11与纵向偏光镜12的曲面的设计，通过上述公式设计得到的横向偏光镜11与纵向偏光镜12的xz向的截面均为楔形，同时，横向偏光镜11与纵向偏光镜12均为对称结构，优选地，待投射区域3设置为屏幕。
31.优选地，横向偏光镜11和纵向偏光镜12设置为环形结构，如图2所示，横向偏光镜11上设置有横向偏光镜支架111，横向偏光镜支架111与横向偏光镜11的环形内侧连接，纵向偏光镜12上设置有纵向偏光镜支架121，纵向偏光镜支架121与纵向偏光镜12的环形内侧连接，横向偏光镜支架111与纵向偏光镜支架121均与电机4驱动连接，也可以是一个电机4
结合传动系统实现同时驱动两个偏光镜，横向偏光镜支架111与纵向偏光镜支架121上均设置有质量调节块，以使横向偏光镜11的质心在第一旋转轴112位置处，纵向偏光镜12的质心在第二旋转轴122位置处。
32.上述设置方式的优点在于：本发明的投影仪可以利用离散的激光束在纵向偏光镜12与横向偏光镜11的偏转下，实现扫描屏幕成像的投影，即能够对图5中的像素点进行逐一扫描，最终实现呈像。通过激光器2发射的激光作为光源，与现有的led灯相比，激光的能量更高，亮度更高，通过横向偏光镜11与纵向偏光镜12的叠加设置并通过扫描屏幕成像的方法，与光源投影在胶片上或者液晶显像屏相比，激光被吸收的能量较少，因此本发明的投影仪的亮度较高。
33.本发明将激光混色器5设置在激光器2与偏光镜1之间，通过设置激光混色器5对红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b事先进行混色，从而能够更精确地计算控制参数，由于红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b的频率不同，所以其通过激光混色器5的折射率也就不同，偏光镜1的折射率表示为k，则蓝色激光的折射率kb＞绿色激光的折射率kg＞红色激光的折射率kr，因此如图1所示，当激光混色器5和激光器2设置成如图中所示的位置摆放时，蓝色激光的入射角γb＞绿色激光的入射角γg＞红色激光的入射角γr，此时红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b的出射角λ和出射点n相等，从同一位置射入到偏光镜1上的三色激光与从不同位置射入到偏光镜1上的激光相比，ecu对三色激光的控制参数更容易精确算出，另外，由于三色激光的折射率不同，当激光混色器的夹角ω越大，三色激光的入射角γ差别也就越大，在一定情况下，增加激光混色器5的夹角ω更利于对激光器2的控制，反之，减小激光混色器5的夹角ω则相应的红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b三色激光之间的夹角减小，这种情况需要更小巧的激光器2实现上述效果。
34.横向偏光镜11绕平行于z向的第一旋转轴112自转，纵向偏光镜12绕平行于z向的第二旋转轴122自转，横向偏光镜11与纵向偏光镜12在交点a处的区域叠加，并且在横向偏光镜11与纵向偏光镜12在各自的自转的过程中始终在交点a处叠加，激光器2发射的激光经过激光混色器5之后平行于z向并经过交点a，投影仪设置成当激光器2的光束发出并从激光混色器5出射之后在朝向交点a的方向射出时，先经由横向偏光镜11的折射朝x向发生偏转，再经由纵向偏光镜12的折射朝y向发生偏转，而在x向或y向的偏转角度与横向偏光镜11与纵向偏光镜12的曲率有关，横向偏光镜11的曲率通过sinα/sinθ＝k，tan(α-θ)＝nx/d计算得出，出射角α。入射角θ为变量，偏光镜1的折射率k为常数，偏光镜1与待投射区域3的距离d为一常数，而偏转系数n为可以规定的值，此时偏光镜1的每一个偏转弧长均对应唯一的出射角α与唯一的入射角θ，横向偏光镜11与纵向偏光镜12均适用于上述公式，最终通过上述公式得出横向偏光镜11与纵向偏光镜12的曲率，如果重新设置了距离d等参数，只需要更换合适曲率的偏光镜1即可，如图4所示，因为偏光镜1偏转角度δ与偏光镜1偏转的弧长x成正比，当令偏转系数n为常数时，偏光镜1偏转角度δ进而正比于偏光镜1在待投射区域3上的偏转距离nx，通过上述设置，当激光器2以固定的频率发射离散的某一颜色的激光时，激光同样以均匀的速率对待投射区域3进行扫描，此时纵、横方向上任意两个相邻像素之间的距离相等且不会随时间改变，另外，如图5所示，横向偏光镜11偏转的频率与纵向偏光镜12偏转频率不一致，激光器2发射的激光在纵向偏光镜12和横向偏光镜11的联合偏转下对投影屏幕进行逐行扫描，激光通过横向偏光镜11从左到右扫描一行时，纵向偏光镜12从上到下扫
描一格，为了方便理解将图5中的每一像素格用数字表示，横向用x表示，纵向用y表示，此时的工作过程即为激光在横向偏光镜11作用下从左至右扫描，扫描顺序为1到30，此时在纵向偏光镜12下只扫描了1-30的这一行，也就是纵向上只停在了这一行，激光通过横向偏光镜11将第一行扫描完成之后继续从左至右扫描，此时激光通过纵向偏光镜12向下移动一行，即在纵向偏光镜12作用下激光扫描在第二行，在横向偏光镜11的作用下激光从左至右扫描31-60，以此类推，即激光在横向偏光镜下从左到右扫描了一行时，激光在纵向偏光镜下只扫描了这一行。
35.横向偏光镜11与纵向偏光镜12均设置为环形，并且横向偏光镜11与纵向偏光镜12的外圈为圆形，横向偏光镜11环形区域内部设置有横向偏光镜支架111，横向偏光镜支架111的中心位置设置有电机4，第一旋转轴112即穿过横向偏光镜支架111的中心，通过电机4带动横向偏光镜支架111从而带动横向偏光镜11工作，由于横向偏光镜11的薄厚不均，横向偏光镜11为楔形，所以横向偏光镜11与横向偏光镜支架111安装在一起之后的质心并不在横向偏光镜11的外圈的圆心也就是横向偏光镜支架111的中心，因此需要在横向偏光镜支架111上设置第一质量调节块1111，从而使横向偏光镜11与横向偏光镜支架111的质心位于横向偏光镜11的中心，从而使电机4在带动横向偏光镜11旋转时不产生偏心力，纵向偏光镜12环形区域内设置有纵向偏光镜支架121，且纵向偏光镜支架121的中心同样设置有电机4，第二旋转轴122穿过纵向偏光镜支架121的中心，且纵向偏光镜支架121上设置有第二质量调节块1211，其原理与横向偏光镜11相同。
36.投影仪内还设置有信号调制器，信号调节器负责将即将投影的一帧图像解算成一组控制信号，如像素1控制信号可以表示成(亮度b1，色彩c1)，素2控制信号可以表示成(亮度b2，色彩c2)。投影仪内还设置有ecu，ecu接收信号调制器的控制信号，根据信号调制器的信号控制激光器2的启停、功率和颜色，从而控制激光器2发射离散的激光，此时任意像素点(x，y)的控制信号可以表示成f(t，b，c)，其中，t表示发出激光的时间，而亮度b、色彩c均由信号调制器供给。本发明的激光为红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b三种，这三色激光任意像素点的控制信号可以进一步表示成f(t
红
，t
绿
，t
蓝
，b
红
，b
绿
，b
蓝
，c
红
，c
绿
，c
蓝
)。激光的发出时间t由纵向偏光镜12和横向偏光镜11的旋转频率、某一像素点的位置和投影扫描的起始相位决定。
37.综上所述，本发明的投影仪以离散的激光作为光源，利用离散的激光束在纵向偏光镜12与横向偏光镜11的偏转下，实现扫描屏幕成像的投影装置。通过将激光作为光源，能量更高，亮度更高。本发明将激光混色器5设置在激光器2与偏光镜11之间，通过设置激光混色器5对红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b事先进行混色，从而使红色激光r、绿色激光g、蓝色激光b的出射角λ和出射点n相等，从同一位置射入到偏光镜1上的三色激光的控制参数更容易精确算出。横向偏光镜11与纵向偏光镜12在各自的自转的过程中始终在交点a处叠加，激光器2的光束发出并从激光混色器5出射之后在朝向交点a的方向射出时，先经由横向偏光镜11的折射朝x向发生偏转，再经由纵向偏光镜12的折射朝y向发生偏转，而在x向或y向的偏转角度与横向偏光镜11与纵向偏光镜12的曲率有关，横向偏光镜11与纵向偏光镜的曲率均通过sinα/sinθ＝k，tan(α-θ)＝nx/d计算得出，偏转系数n为可以规定的值即为常数，此时，偏光镜1的偏转角度δ与偏光镜1偏转的弧长x成正比进而与偏光镜1在待投射区域3上的偏转距离nx成正比，通过上述设置，当激光器2以固定的频率发射离散的某一颜色的激光
时，激光同样以均匀的速率对待投射区域3进行扫描。
38.横向偏光镜11与纵向偏光镜12的外圈为圆形，横向偏光镜11环形区域内部设置有横向偏光镜支架111，横向偏光镜支架111的中心位置设置有电机4，在横向偏光镜支架111上设置第一质量调节块1111，使横向偏光镜11与横向偏光镜支架111的质心位于横向偏光镜11的中心，从而使电机4在带动横向偏光镜11旋转时不产生偏心力，纵向偏光镜12环形区域内设置有纵向偏光镜支架121，且纵向偏光镜支架121的中心同样设置有电机4和第二质量调节块1211，其原理与横向偏光镜11相同。
39.投影仪内还设置有信号调制器和ecu，信号调节器负责将即将投影的一帧图像解算成一组控制信号，ecu接收信号调制器的控制信号，根据信号调制器的信号控制激光器2的启停、功率和颜色。
40.需要说明的是，上述实施方式仅仅用来阐述本发明的原理，并非旨在与限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员能够对上述结构进行调整，以便本发明能够应用于更加具体的应用场景。
41.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。