CN104880898A

CN104880898A - 一种基于激光光源的dlp投影装置

Info

Publication number: CN104880898A
Application number: CN201510242111.8A
Authority: CN
Inventors: 徐舟
Original assignee: AVANZA Corp
Current assignee: AVANZA Corp
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2015-09-02

Abstract

本发明提供一种基于激光光源的DLP投影装置，包括：激光光源、光导管、球面镜构件、反射镜构件、双胶合镜片、TIR棱镜、DMD芯片和镜头，所述激光光源的出光口和镜头的出光口相互平行；其中，所述激光光源产生矩形或类矩形光斑的光线，通过光导管后依次射出至球面镜构件、反射镜构件和双胶合镜片，然后进入至TIR棱镜；光线经过TIR棱镜后，在TIR棱镜的胶合边界，形成全反射后进入DMD芯片表面反射重新进入至TIR棱镜，最后进入镜头，在荧幕上形成影像。本发明的出射光与入射光无任何夹角存在，整体结构高效且紧凑，成像在DMD芯片表面的光斑优化到更小，得到了较高的光机效率。

Description

一种基于激光光源的DLP投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，尤其涉及一种基于激光光源的DLP投影装置。

背景技术

DLP投影技术是由德州仪器公司研发的以数字微反射镜设备（DMD芯片）为主要光处理芯片的数字光处理系统；相对于LCD、LCOS及CRT等投影系统而言，DLP技术有较好的对比度，并且其光学系统比较简单，从而减少整个系统的尺寸和重量，其应用越来越广泛，发展前景非常好。

目前，DLP投影装置的光路架构主要分为3种，分别为：全内反射棱镜（total internal reflection prism）、非远心（non telecentric）及场镜（field lens）架构；而全内反射棱镜的架构，因其在画面均匀度，可控制投影至屏幕上的偏移值及其入射到DMD芯片上的过溢量最小等优点，在前投影和背投影上都被广泛的采用，尤其是在高端的工程类投影上，使用的最多；全内反射棱镜架构主要是利用一块由 Corning Incorporated 公司的Simon Magarill于1997年申请专利的全内反射棱镜和DMD芯片相搭配的光路架构，此架构在与UHP光源搭配时，由于其入射到DMD芯片角度的考量，光导管的入光口一般都会变成一个特定的角度，而并非与DMD芯片的平面在空间上平行，即若以DMD芯片平面为基准坐标点，那么光导管入光口平面会形成一个特定的夹角，这种夹角的存在在UHP光源的圆形光斑下，对整个系统的结构并无太大影响，但是在光导管将圆形光斑整形成方形光斑时，要得到一个较为均匀的方形光斑，光导管的效率就会相应的降低。

而在新一代的激光光源中，是由若干个半导体激光器形成矩形阵列后经过聚焦在荧光轮上激发荧光粉后再聚焦成一个与激光阵列相似的类矩形光斑，这样的类矩形光斑与光导管的尺寸较为接近，在效率上会大大优于圆形光斑，从而提升了整个光机的效率；但是，由于之前所讲的光导管入光口平面与DMD芯片的平面的夹角的存在，将使整个激光光源系统及其相应的散热系统在整机的机构系统中的排列摆放成为了一个很难调和的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种便于激光光源和散热系统的排列摆放，使得DMD芯片与光导管的入光口夹角为零，减小成像色差并提高效率的DLP投影装置。

对此，本发明提供一种基于激光光源的DLP投影装置，包括：激光光源、光导管、球面镜构件、反射镜构件、双胶合镜片、TIR棱镜、DMD芯片和镜头，所述激光光源的出光口和镜头的出光口相互平行；其中，所述激光光源产生矩形或类矩形光斑的光线，通过光导管后依次射出至球面镜构件、反射镜构件和双胶合镜片，然后进入至TIR棱镜；光线经过TIR 棱镜后，在TIR 棱镜的胶合边界，形成全反射后进入DMD芯片表面反射重新进入至TIR 棱镜，最后进入镜头，在荧幕上形成影像。

当激光光源产生的矩形或类矩形光斑从光导管进入时，由于光斑的形状和光导管截面的形状相似，避免了以前圆形光斑经过光导管积分后形成矩形光斑的光能量损失，从而使光导管的效率提高；在此基础上，所述激光光源的出光口和镜头的出光口相互平行，即入射光与出射光的光轴平行，避免了以往设计中的DMD芯片表面与光导管截面的夹角存在，有利于激光光源出射的矩形或类矩形光斑的效率提升，便于激光光源的阵和激光器散热系统排列整齐和方便，从而使整个DLP投影装置更为高效和紧凑。

本发明的进一步改进在于，所述球面镜构件包括第一球面镜、第二球面镜和第三球面镜，所述反射镜构件包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；所述光导管设置在激光光源的正上方，所述第一球面镜和第二球面镜依次设置在光导管的正上方；所述第一反射镜、双胶合镜片和第二反射镜设置于第二球面镜的上方，所述双胶合镜片设置在第一反射镜和第二反射镜的中间；所述第三反射镜设置在第二反射镜的下方，所述第三球面镜设置在第三反射镜和TIR棱镜的中间，所述DMD芯片设置在TIR棱镜的下方，所述镜头设置在TIR棱镜的上方。

本发明的进一步改进在于，光线在光导管内经过几次反射后，进入至第一球面镜，在通过第二球面镜；然后经过第一反射镜实现了光路转折，转折后的光线经过双胶合镜片，并通过第二反射镜和第三反射镜实现反射；反射后的光线通过第三球面镜射入至TIR 棱镜。

光导管出射的光线经过第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜和双胶合镜片的中继，经过第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射以及经过TIR棱镜的转折后，光导管出光口的截面会在DMD芯片表面成像成一个和DMD芯片形状相似的矩形光斑。

本发明的进一步改进在于，所述第一反射镜与光导管的截面成45度夹角。

本发明的进一步改进在于，所述第一反射镜与第二反射镜之间的夹角为90度。

本发明的进一步改进在于，所述双胶合镜片采用一组正负消色差双胶合透镜。由于单透镜不能校正球差，且单透镜的色差在光焦度一定时，玻璃的阿贝数越大，色差越小，通常情况下正透镜产生负色差，负透镜产生正色差，因此，本发明通过一组正负消色差双胶合透镜实现色差相互补偿，如此，本发明在引入一组正负消色差双胶合透镜后，与整个DLP投影装置的光路相互搭配，可以将DMD芯片表面的成像的光斑控制到一个较好的形状，像差和色差等都有了很好的矫正，使此光斑的过溢量在保证调整余量的情况下，可以尽可能的减小，并且边缘清晰锐利，从而使整体光效的提升。

本发明的进一步改进在于，所述DMD芯片表面所反射的光线与光导管的出光口相平行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够使得基于激光光源的DLP投影装置的结构设计和摆放更加高效和紧凑，光路平进平出，出射光与入射光无任何夹角存在，并且通过激光光源的矩形或类矩形光斑，以及双胶合镜片的使用，可以使成像在DMD芯片表面的光斑优化到更小，从而得到较高的光机效率。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一种实施例通过计算机仿真得到的DMD芯片表面的仿真效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种基于激光光源的DLP投影装置，包括：激光光源1、光导管2、球面镜构件、反射镜构件、双胶合镜片6、TIR棱镜10、DMD芯片11和镜头12，所述激光光源1的出光口和镜头12的出光口相互平行；其中，所述激光光源1产生矩形或类矩形光斑的光线，通过光导管2后依次射出至球面镜构件、反射镜构件和双胶合镜片6，然后进入至TIR棱镜10；光线经过TIR 棱镜后，在TIR 棱镜的胶合边界，形成全反射后进入DMD芯片11表面反射重新进入至TIR 棱镜，最后进入镜头12，在荧幕上形成影像；所述球面镜构件包括第一球面镜3、第二球面镜4和第三球面镜9，所述反射镜构件包括第一反射镜5、第二反射镜7和第三反射镜8；所述光导管2设置在激光光源1的正上方，所述第一球面镜3和第二球面镜4依次设置在光导管2的正上方；所述第一反射镜5、双胶合镜片6和第二反射镜7设置于第二球面镜4的上方，所述双胶合镜片6设置在第一反射镜5和第二反射镜7的中间；所述第三反射镜8设置在第二反射镜7的下方，所述第三球面镜9设置在第三反射镜8和TIR棱镜10的中间，所述DMD芯片11设置在TIR棱镜10的下方，所述镜头12设置在TIR棱镜10的上方。

图1中的箭头表示的是光线的走向示意，本例所述激光光源1产生的矩形或类矩形光斑的光线进入光导管2后，经过几次反射后，进入第一球面镜3，再通过第二球面镜4后，到达一个与光导管2的截面成45度夹角的第一反射镜5；光线经过第一反射镜5转折光路后，经过双胶合镜片6，经过一个与第一反射镜5成90度夹角的第二反射镜7，再经过一个和XYZ轴都存在夹角的三维角度的第三反射镜8；光线经过第三反射镜8反射后进入第三球面镜9，然后进入TIR 棱镜10，由于全反射现象，光线经过TIR 棱镜10后，在TIR 棱镜10的胶合边界，形成全反射，然后进入DMD芯片11表面反射，最后重新进入TIR 棱镜10，进入成像系统的镜头12，在荧幕上形成影像。

当激光光源1产生的矩形或类矩形光斑从光导管2进入时，由于光斑的形状和光导管2截面的形状相似，避免了以前圆形光斑经过光导管2积分后形成矩形光斑的光能量损失，从而使光导管2的效率提高；而且光导管2出射的光线经过第一球面镜3、第二球面镜4、第三球面镜9和双胶合镜片6的中继，经过第一反射镜5、第二反射镜7和第三反射镜8的反射以及经过TIR棱镜10的转折后，光导管2出光口的截面会在DMD芯片11 表面成像成一个和DMD芯片11形状相似的矩形光斑。

本例所述DMD芯片11表面所反射的光线与光导管2的出光口相平行，所述双胶合镜片6采用一组正负消色差双胶合透镜，由于单透镜不能校正球差，且单透镜的色差在光焦度一定时，玻璃的阿贝数越大，色差越小，通常情况下正透镜产生负色差，负透镜产生正色差，因此，本例通过一组正负消色差双胶合透镜实现色差相互补偿，如此，本例在引入一组正负消色差双胶合透镜后，与整个DLP投影装置的光路相互搭配，可以将DMD芯片11表面的成像的光斑控制到一个较好的形状，像差和色差等都有了很好的矫正，使此光斑的过溢量在保证调整余量的情况下，可以尽可能的减小，并且边缘清晰锐利，从而使整体光效的提升。

并且光线在经过几次角度变化后，DMD 芯片11表面的XYZ轴均与光导管2的出光口平行，使整个DLP投影装置的入射光与出射光的光轴平行，避免了以往设计中的DMD芯片11表面与光导管2截面的夹角存在，有利于激光光源1出射的矩形或类矩形光斑的效率提升，便于光源激光阵列及激光器散热系统的整齐和方便排列，从而使整个DLP投影装置更为高效和紧凑。

本例能够使得基于激光光源1的DLP投影装置的结构设计和摆放更加高效和紧凑，光路平进平出，出射光与入射光无任何夹角存在，并且通过激光光源1的矩形或类矩形光斑，以及双胶合镜片6的使用，可以使成像在DMD芯片11 表面的光斑优化到更小，从而得到较高的光机效率；采用了本例所述的基于激光光源的DLP投影装置后，通过计算机仿真软件得到的DMD芯片11表面的仿真效果示意图如图2所示，由图2可以看出，DMD芯片11表面的光斑能量均匀性较好，且形状规则，边缘较为锐利，利于提升整体光效。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，包括：激光光源、光导管、球面镜构件、反射镜构件、双胶合镜片、TIR棱镜、DMD芯片和镜头，所述激光光源的出光口和镜头的出光口相互平行；其中，所述激光光源产生矩形或类矩形光斑的光线，通过光导管后依次射出至球面镜构件、反射镜构件和双胶合镜片，然后进入至TIR棱镜；光线经过TIR 棱镜后，在TIR 棱镜的胶合边界，形成全反射后进入DMD芯片表面反射重新进入至TIR 棱镜，最后进入镜头，在荧幕上形成影像。

2.根据权利要求1所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述球面镜构件包括第一球面镜、第二球面镜和第三球面镜，所述反射镜构件包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；所述光导管设置在激光光源的正上方，所述第一球面镜和第二球面镜依次设置在光导管的正上方；所述第一反射镜、双胶合镜片和第二反射镜设置于第二球面镜的上方，所述双胶合镜片设置在第一反射镜和第二反射镜的中间；所述第三反射镜设置在第二反射镜的下方，所述第三球面镜设置在第三反射镜和TIR棱镜的中间，所述DMD芯片设置在TIR棱镜的下方，所述镜头设置在TIR棱镜的上方。

3.根据权利要求2所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，光线在光导管内经过几次反射后，进入至第一球面镜，在通过第二球面镜；然后经过第一反射镜实现了光路转折，转折后的光线经过双胶合镜片，并通过第二反射镜和第三反射镜实现反射；反射后的光线通过第三球面镜射入至TIR 棱镜。

4.根据权利要求2或3所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述第一反射镜与光导管的截面成45度夹角。

5.根据权利要求4所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述第一反射镜与第二反射镜之间的夹角为90度。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述双胶合镜片采用一组正负消色差双胶合透镜。

7.根据权利要求2或3所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述DMD芯片表面所反射的光线与光导管的出光口相平行。

8.根据权利要求7所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述双胶合镜片采用一组正负消色差双胶合透镜。

9.根据权利要求8所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述第一反射镜与光导管的截面成45度夹角。

10.根据权利要求9所述的基于激光光源的DLP投影装置，其特征在于，所述第一反射镜与第二反射镜之间的夹角为90度。