CN101655607B - 光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种光学系统，其包括三个光源，三个聚光透镜组，一双分光镜，一匀光镜，一中继透镜组，一TIR棱镜系统，一数字微镜装置及一镜头。所述双分光镜由第一单分光镜及第二单分光镜交叉组合而成，用于将经过聚光透镜组的光束进行反射或透射。所述三个光源发出的光束分别经过与其对应的聚光透镜组，被双分光镜透射或反射后，在匀光镜上汇聚成平行光束，然后光束依次经过所述中继透镜组，TIR棱镜系统，数字微镜装置，接着被数字微镜装置再次反射入TIR棱镜系统中，最后进入镜头。本发明的光学系统利用双分光镜使光路发生弯折，从而可将光源的位置调整，使光学系统中沿镜头轴向排列的光学元件减少。

Description

光学系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种应用于投影机的光学系统。
背景技术
如图1所示，目前LED投影机的光学系统100包括沿光路依次设置的三个LED光源110，三个聚光透镜组120，两个单分光镜130，一匀光镜140，一中继透镜组150，一反射镜160，一TIR棱镜系统170，一数字微镜装置180及一镜头190。由于采用的是两个单分光镜130。所述两个单分光镜130平行设置，且均与水平面成一定角度倾斜。所述中继透镜组150包括相互垂直设置的第一中继透镜151及第二中继透镜152。其中一个LED光源110，两个单分光镜130，匀光镜140，第一中继透镜151及反射镜160沿X轴方向根据光路依次排开。另外两个LED光源110沿Y轴方向平行设置，且分别位于所述两个单分光镜130的同一侧。这样就对LED投影机的镜头190的轴向长度产生了很大的制约，即只能采用轴向长度较长的镜头。但轴向长度较长的镜头价格比较贵，因此会增加投影机的成本。而轴向长度较短的镜头价格就相对比较便宜。因此在不影响光效率的前提下，如何进行新的光学系统的设计来改变LED光源的摆放位置，缩短镜头的轴向长度，使轴向长度短的镜头也可以应用于投影机中变成了很重要的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可缩短镜头轴向长度的光学系统。
一种光学系统，其包括三个光源，三个聚光透镜组，一双分光镜，一匀光镜，一中继透镜组，一TIR棱镜系统，一数字微镜装置及一镜头。所述双分光镜由第一单分光镜及第二单分光镜交叉组合而成，用于将经过聚光透镜组的光束进行反射或透射。所述三个光源发出的光束分别经过与其对应的聚光透镜组，被双分光镜透射或反射后，在匀光镜上汇聚成平行光束，然后光束依次经过所述中继透镜组，TIR棱镜系统，数字微镜装置，接着被数字微镜装置再次反射入TIR棱镜系统中，最后进入镜头。
本发明的光学系统利用双分光镜使光路发生弯折，可将光源的位置调整，使沿镜头的光轴方向排列的光学元件减少，因此可缩短镜头的轴向长度。
附图说明
图1是现有的光学系统的示意图；
图2是本发明第一实施方式提供的光学系统的示意图；
图3是本发明第二实施方式提供的光学系统的示意图；
图4是本发明第三实施方式提供的光学系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图2，为本发明第一实施方式提供的光学系统200的示意图。所述光学系统200包括沿光路依次设置的第一光源211，第二光源212，第三光源213，三个聚光透镜组220，一双分光镜(Diachronic mirror)230，一匀光镜240，一中继透镜组250，一TIR棱镜系统260，一数字微镜装置270，及一镜头280。
所述第一光源211发出红光，所述第二光源212发出绿光，所述第三光源213发出蓝光。在本实施方式中，所述第一光源211，第二光源212及第三光源213均为LED光源。
所述三个聚光透镜组220分别设置于所述第一光源211，第二光源212，第三光源213的出射光路上，分别用于汇聚所述第一光源211，第二光源212，第三光源213所发出的光束，并使光束变成平行光束。
所述双分光镜230用于对经过聚光透镜组220的光束进行有选择的反射及透射。所述双分光镜230是由第一单分光镜231及第二单分光镜232交叉组合而成。在本实施方式中，所述第一单分光镜231为红色分光镜，所述第二单分光镜232为绿色分光镜。可以理解，所述双分光镜230具有分光的特性，且其分光特性是由其表面所镀的膜层来决定的，可根据不同需要来选择合适的膜层，从而可实现双分光镜230对光的反射及透射。本实施方式中，所采用的第一单分光镜231可反射红光，而让绿光及蓝光穿透。第二单分光镜232可反射绿光，而让红光及蓝光穿透。所述双分光镜230具有沿X轴方向相对的第一侧201及第二侧202，沿Y轴方向相对的第三侧203及第四侧204。所述第一光源211及第二光源212分别位于所述双分光镜230的第一侧201及第二侧202，所述第三光源213位于所述双分光镜230的第三侧203。因此，所述第一光源211发出的红光一部分透射过第二单分光镜232，在第一单分光镜231表面反射到匀光镜240中，另一部分红光直接在第一单分光镜231表面反射进入匀光镜240中；第二光源212发出的绿光一部分透射过第一单分光镜231，在第二单分光镜232表面反射到匀光镜240中，一部分绿光直接在第二单分光镜232表面反射进入匀光镜240中；所述第三光源213所发出的蓝光可直接穿透所述双分光镜230进入匀光镜240中。
所述匀光镜240用于将经过双分光镜230透射或反射的光束均匀化，在匀光镜240的出光面241形成一个以一定频率变换色彩的具有均匀光亮度的矩形区域，该出光面241是一个均匀的平面光源。所述匀光镜240位于所述双分光镜230的第四侧204。且所述匀光镜240位于所述双分光镜230的出射光路上。
所述中继透镜组250包括第一中继透镜251及第二中继透镜252，且所述第二中继透镜252平行设置在所述第一中继透镜251的出射光路上。所述中继透镜组250用于接收并汇聚从所述匀光镜240射出的光束。可以理解，第一光源211，第二光源212及第三光源213发出的光束在传递过程中，肯定会有少量的光束会发散，所述中继透镜组250可将光束进行汇聚，使光束变成平行光束发射出去。
所述TIR棱镜系统260由两块棱镜组成。所述TIR棱镜系统260可使进入其内部的光束不断的发生反射及折射，从而改变光束的方向。当从中继透镜组250射出的光束进入所述TIR棱镜系统260之后，光束的方向就被改变成数字微镜装置270工作所需的方向和角度。且当从数字微镜装置270中射出的光束再次进入所述TIR棱镜系统260之后，光束的方向就被改变，使光束可进入所述镜头280中。
所述数字微镜装置270为一微镜反射阵列，这些微镜受图像信号的控制，各微镜独立翻转，分别处于开或关状态，形成一个图像源，其中开状态的微镜将从TIR棱镜系统260射出的光束反射回TIR棱镜系统260，并经过所述TIR棱镜系统260被反射入镜头280。
所述镜头280位于先经过数字微镜装置270再经过TIR棱镜系统260的光束的出射光路中，用于接收从TIR棱镜系统260中射出的光线，然后在屏幕(未图示)上成像。所述镜头280包括一进光面281。
光束的传递过程如下所述：所述第一光源211，第二光源212及第三光源213发出的光束，分别经过聚光透镜组220变成平行光束，然后通过所述双分光镜230进入匀光镜240，从匀光镜240射出的光束经过中继透镜组250汇聚，进入TIR棱镜系统260，然后进入数字微镜装置270中，接着又被数字微镜装置270中的处于开状态的微镜反射回TIR棱镜系统260，最后光束进入镜头280中，将图像投影在屏幕(未图示)上。
可以理解，在本实施方式中，所述第三光源213，与第三光源213对应的聚光透镜组220，双分光镜230，匀光镜240，中继透镜组250，TIR棱镜系统260及数字微镜装置270依光路沿Y轴方向呈直线排列在所述镜头280的进光面281一侧。第一光源211及第二光源212位于所述双分光镜230的沿X轴方向的相对的第一侧201及第二侧202，因此所述光学系统200的沿X轴方向排列的光学元件只有第一光源211、与第一光源211对应的聚光透镜组220、双分光镜230、与第二光源212对应的聚光透镜组220及第二光源212，所以可缩短镜头280的轴向长度。
请参阅图3，为本发明第二实施方式提供的光学系统300的示意图，所述光学系统300与第一实施方式的光学系统200的主要区别在于，增加了一个第三单分光镜390，且第一光源311、第二光源312及第三光源313的位置发生了变化。所述第三单分光镜390为蓝色分光镜，且所述第三单分光镜390可让蓝光透过，反射红光及绿光。所述第一光源311及第二光源312沿Y轴方向排列在所述双分光镜330的相对的第一侧301及第二侧302。所述第三光源313与所述第二光源312沿Y轴方向平行设置。所述匀光镜340的进光面341与所述第三光源313的发光面314平行设置。所述第三单分光镜390位于所述第三光源313与所述匀光镜340之间，且沿X轴方向排列在所述双分光镜330的第三侧303。所述第三单分光镜390靠近所述第三光源313的一端朝双分光镜330靠近。所述第一中继透镜351，第二中继透镜352，TIR棱镜系统360及数字微镜装置370沿Y轴依次排列在所述匀光镜340的出射光路上。
本实施方式中光束的传递过程与第一实施方式不同的地方在于，光束在进入匀光镜340之前，其在双分光镜330及第三单分光镜390中的光路不同，第一光源311及第二光源312发出的光束经过双分光镜330之后，被透射或反射到第三单分光镜390上，然后进入匀光镜340中；第三光源313发出的光束直接穿过第三单分光镜390进入匀光镜340中。
可以理解，本实施方式中，所述光学系统300沿X轴方向排列的光学元件只有双分光镜330及第三单分光镜390，可缩短镜头380的轴向长度。
请参阅图4，为本发明第三实施方式提供的光学系统400的示意图，本实施方式的光学系统400与第二实施方式的光学系统300的主要区别在于，又增加了一个反射镜500，且第一光源411、第二光源412及第三光源413的位置发生了变化。所述第一光源411及第二光源412沿X轴方向排列在所述双分光镜430的相对的第一侧401及第二侧402，所述第三光源413与第一光源411沿X轴方向平行设置。所述第一中继透镜451与第二中继透镜452垂直放置。所述第一中继透镜451位于匀光镜440与反射镜500之间，所述第二中继透镜452位于反射镜500与TIR棱镜系统460之间。且所述反射镜500的一端靠近第一中继透镜451，另一端靠近第二中继透镜452。所述第二中继透镜452，TIR棱镜系统460，数字微镜装置470沿Y轴方向依次排列在所述反射镜500的出射光路中。
本实施方式的光学系统400的光束传递过程与第二实施方式的光束传递过程不同的地方在于，从匀光镜440射出的光束，先经过第一中继透镜451到达所述反射镜500上，并在反射镜500的表面发生反射，使光路发生弯折，然后才进入第二中继透镜452中。
可以理解，本实施方式中，所述光学系统400的沿X轴方向排列的光学元件排列成两层，其中沿X轴方向排列光学元件最多的一层包括第三光源413，与第三光源413对应的聚光透镜组420，单分光镜490，匀光镜440，第一中继透镜451及反射镜500，比现有技术中的沿X轴方向排列的光学元件少，因此可适当缩短镜头的轴向长度。
本发明的光学系统利用双分光镜使光路发生弯折，可将光源的位置调整，从而使沿镜头的光轴方向排列的光学元件减少，可缩短镜头的轴向长度。
可以理解，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种光学系统，其包括第一光源、第二光源、第三光源，与第一、第二、第三光源分别对应的三个聚光透镜组，一双分光镜，一第三单分光镜，一匀光镜，一中继透镜组，一TIR棱镜系统，一数字微镜装置及一镜头，所述第一、第二、第三光源发出的光束分别经过与其对应的聚光透镜组，在匀光镜上汇聚成平行光束，然后光束依次经过所述中继透镜组，TIR棱镜系统，数字微镜装置，接着被数字微镜装置再次反射入TIR棱镜系统中，最后进入镜头；其特征在于，所述双分光镜由第一单分光镜及第二单分光镜交叉组合而成，用于将经过聚光透镜组的光束进行反射或透射；所述双分光镜包括相对的第一侧及第二侧，及与第一侧相邻接的第三侧及第四侧，所述第一光源及第二光源分别设置在所述双分光镜的第一侧及第二侧，所述第三单分光镜位于所述双分光镜的第三侧且与水平面成一定角度设置，所述第三光源及匀光镜分别位于所述第三单分光镜的相对两侧，所述第三单分光镜邻近所述第三光源的一端朝所述双分光镜靠近；所述第三单分光镜可透射与其所对应的光源发出的光的颜色相同的光，而反射其他颜色的光。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一单分光镜及第二单分光镜均可反射与其所对应的光源发出的光的颜色相同的光，并透射其他颜色的光。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光源，第二光源及第三光源分别发出红光，绿光及蓝光。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括一反射镜，所述中继透镜组包括第一中继透镜及第二中继透镜，所述第一中继透镜与所述第二中继透镜垂直放置，所述第一中继透镜位于匀光镜及反射镜之间，所述第二中继透镜位于反射镜与TIR棱镜系统之间，所述反射镜的一端靠近第一中继透镜，另一端靠近第二中继透镜。
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