CN104898270B - Dmd光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 - Google Patents

Abstract

DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法属于DMD系统光源位置的定位技术领域，该装置通过给DMD光学系统中的外部光源增加半反半透镜和若干圆孔遮挡板等部件使其成为光能单向输出的紫光准直光源，以作为DMD光学系统光源位置的定位辅助装置。此外，本发明还给出了通过该紫光准直光源与二向色镜、DMD空间光调制器以及全反射镜的配合调整，进一步实现对紫光准直光源所输出的调校出射光束的自准直过程的具体方法，从而最终完成对DMD光学系统中光源姿态的校准过程的标准化，实现使光源按照给定的倾角规律地投射到DMD镜面上，并促进DMD光学系统对光能传递效率的提升和对投影图像品质的改善。

Description

DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法

技术领域

本发明属于DMD系统光源位置的定位技术领域，具体涉及一种DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法。

背景技术

数字微镜阵列(Digital Mirror Detector，DMD)具有较高的分辨率、对比度、灰度等级和响应速度等优点，应用DMD数字微镜阵列的光学系统可作为高清电视、数字影院等场合的投影装置，其在数字相机、快速原型制造系统、数字图像处理联合变换相关器、压缩成像、数字光刻以及成像光谱等诸多领域均都得到了成功的应用。

利用数字微镜阵列中的每一个微镜均可在电极的作用下向预期的方向偏转的重要特性制成的DMD空间光调制器2，其由微镜阵列按统一方向偏转时能形成一个整体的DMD镜面2-1。在未加电压的初始状态下，其DMD镜面2-1与DMD空间光调制器2的基座2-2平行，是倾角为0°的初始状态。当DMD空间光调制器2通过电极向微镜阵列施加可控的电压时，其DMD镜面2-1的角度可以实现绕其转轴在±α角的锐角范围内偏转，因此DMD空间光调制器2还可以近似为一种二维光栅。

如图1至图2所示，当其它外部光源，例如紫色激光器4所发出的激光投射在DMD镜面2-1表面并反射时，通过控制DMD空间光调制器2的电极，即可改变DMD镜面2-1的倾角，从而实现对反射后的出射光的方向选择和控制，并且，根据反射原理可知，当DMD空间光调制器2的DMD镜面2-1逆时针旋转α度角时，其镜面的法线随之做出同样的变化，因此，只有当紫光激光器4按照与DMD空间光调制器的基座2-2呈90°-2α倾角入射到DMD镜面2-1时，才能够使DMD空间光调制器2对光能的传递效率处于最佳状态。

然而，在现有DMD空间光调制器2的使用方法中，并不包含对外部光源姿态的校准过程，紫光激光器4只能随机地按某个倾角直接将紫色激光束投射到DMD镜面2-1上，由此造成光能传递效率的下降和投影图像品质的损失。

发明内容

为了解决现有DMD空间光调制器应用时，缺少对其外部光源位置和姿态的校准和定位方法，DMD空间光调制器的外部光源只能随机地按某个倾角直接将紫色激光束投射到DMD镜面上，由此导致光能传递效率的下降并造成投影图像品质损失的技术问题，本发明提供一种DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

DMD光学系统光源位置的定位辅助装置，其包括DMD空间光调制器、紫光激光器和二向色镜，二向色镜位于紫光激光器的出射光轴上，但二向色镜的法线与紫光激光器的出射光轴并不重合；DMD空间光调制器作为紫光激光的接收和再反射器件，其用于接收和再次反射经二向色镜前端面反射后的紫光激光；DMD空间光调制器包括基座和由倾角可调的微镜阵列组成的DMD镜面，在未通电状态下，DMD镜面的法线与基座端面垂直，此时DMD镜面的倾角为0°；

其特征在于：该定位辅助装置还包括自准直仪、全反射镜、第一圆孔遮挡板、第二圆孔遮挡板、第三圆孔遮挡板和半反半透镜；所述第一圆孔遮挡板与紫光激光器的出射端同轴连接，第二圆孔遮挡板和第三圆孔遮挡板顺次同轴布置于紫光激光器的出射光轴上，半反半透镜也布置在紫光激光器的光路上并且位于第一圆孔遮挡板和第二圆孔遮挡板二者之间，半反半透镜的反射面位于第二圆孔遮挡板所在的一侧；所述紫光激光器、第一圆孔遮挡板、半反半透镜、第二圆孔遮挡板和第三圆孔遮挡板共同形成紫光准直光源；

所述紫光准直光源出射的紫光激光经二向色镜的前端面反射后，能投射到DMD空间光调制器的DMD镜面上；

所述全反射镜的前端面为全反射镜面，其后端面是平面度较高的光滑反射面；

所述自准直仪的光平面与DMD空间光调制器在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面垂直；全反射镜位于自准直仪和DMD空间光调制器之间，其全反射镜面与DMD空间光调制器在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面相对且平行。

利用上述定位辅助装置对DMD光学系统光源位置装调的方法包括如下步骤：

步骤一：使DMD镜面处于倾角为0°的未通电状态；

步骤二：临时固定自准直仪并用自准直仪对DMD空间光调制器的姿态进行调整和准直，使自准直仪的光平面与DMD空间光调制器在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面端面垂直，然后，将DMD空间光调制器的基座固定，最后关闭自准直仪；

步骤三：将全反射镜放置于自准直仪和DMD空间光调制器之间，并使全反射镜的全反射镜面朝向DMD空间光调制器所在的方向；

步骤四：用自准直仪从全反射镜的后端面对全反射镜进行准直，并使自准直仪的光平面与光滑反射面垂直；

步骤五：临时性地将第一圆孔遮挡板与紫光激光器的出射端同轴固连，开启紫光激光器并使其出射的紫光穿过第一圆孔遮挡板上的通孔；

步骤六：顺次将第二圆孔遮挡板和第三圆孔遮挡板均同轴布置于紫光激光器的出射光轴上，并使开启紫光激光器出射的紫光顺次穿过第二圆孔遮挡板和第三圆孔遮挡板上的通孔；

步骤七：将半反半透镜布置在第一圆孔遮挡板和第二圆孔遮挡板之间的紫光激光器出射光轴上，并使半反半透镜的反射面朝向第二圆孔遮挡板所在的一侧；

步骤八：分别固定步骤五至步骤七所述紫光激光器、第一圆孔遮挡板、半反半透镜、第二圆孔遮挡板和第三圆孔遮挡板的相对位置，使它们共同形成紫光准直光源；然后，关闭紫光激光器；

步骤九：接通DMD空间光调制器的电源，并使其DMD镜面逆时针偏转α角，成为DMD镜面倾角为α角的状态；

步骤十：将二向色镜和步骤八所述的紫光准直光源分别布置在步骤二所述自准直仪的光平面的两侧，并再次开启紫光激光器，使紫光准直光源向二向色镜投射出紫色激光；

步骤十一：分别调整紫光准直光源和二向色镜的倾角，使得如步骤十所述的紫色激光顺次经二向色镜和步骤九所述倾角为α状态下的DMD镜面反射，并最终投射到步骤四所述的全反射镜的前端面上；此时，入射全反射镜面的整条紫色激光光路可称为调校入射光束；

步骤十二：进一步微调紫光准直光源和二向色镜的倾角，并使步骤十一所述的紫色激光在经全反射镜面反射后，能逆向沿着为调校入射光束的光路原路返回，形成调校出射光束；该调校出射光束最终投射到半反半透镜前端的反射面上，并形成一个光斑；

步骤十三：进一步微调步骤十二所述光准直光源和二向色镜的倾角，当半反半透镜前端的反射面上的光斑最终与由半反半透镜后端投射出的紫色激光光束完全重合后；分别固定当前倾角姿态下的紫光激光器和二向色镜；

步骤十四：顺次移除自准直仪、全反射镜、第一圆孔遮挡板、第二圆孔遮挡板、第三圆孔遮挡板和半反半透镜，即完成了对DMD光学系统光源位置装调的整个过程。

本发明的有益效果是：本发明通过给DMD光学系统中的外部光源增加半反半透镜和若干圆孔遮挡板等部件使其成为光能单向输出的紫光准直光源，以作为DMD光学系统光源位置的定位辅助装置。此外，本发明还给出了通过该紫光准直光源与二向色镜、DMD空间光调制器以及全反射镜的配合调整，进一步实现对紫光准直光源所输出的调校出射光束的自准直过程的具体方法，从而最终完成对DMD光学系统中光源姿态的校准过程的标准化，实现使光源按照给定的倾角规律地投射到DMD镜面上，并促进DMD光学系统对光能传递效率的提升和对投影图像品质的改善。

附图说明

图1是现有基座倾角为0°的初始状态下的DMD空间光调制器光路示意图；

图2是现有基座倾角为α的初始状态下的DMD空间光调制器光路示意图；

图3是本发明紫光准直光源示意图；

图4是本发明用自准直仪对DMD空间光调制器的基座进行姿态校准的准直原理示意图；

图5是本发明用自准直仪对全反射镜后端面的光滑反射面进行姿态校准的准直原理示意图；

图6是本发明紫光准直光源与二向色镜共同形成调校入射光束的光路示意图；

图7是本发明DMD光学系统光源位置的定位辅助装置的应用示意图；

图8是去除本发明的DMD光学系统光源位置的定位辅助装置之后的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图3至图8所示，以DMD镜面2-1为倾角α偏转12°的状态为例，则只有当紫光激光器4按照与DMD空间光调制器的基座2-2所呈90°-2α倾角是66°度时，以该66°角倾入射到DMD镜面2-1时，才能够使DMD空间光调制器2对光能的传递效率处于最佳状态。则此时，应用本发明的如下装置和方法即可实现使紫光激光器4能以66°角倾入射DMD镜面2-1的光路校准过程。

本发明的DMD光学系统光源位置的定位辅助装置包括DMD空间光调制器2、紫光激光器4和二向色镜9，二向色镜9位于紫光激光器4的出射光轴上，但二向色镜9的法线与紫光激光器4的出射光轴并不重合；DMD空间光调制器2作为紫光激光的接收和再反射器件，其用于接收和再次反射经二向色镜9前端面反射后的紫光激光。DMD空间光调制器2包括基座2-2和由倾角可调的微镜阵列组成的DMD镜面2-1，在未通电状态下的状态下，DMD镜面的法线与基座2-2端面垂直，此时DMD镜面的倾角为0°。

该装置还包括自准直仪1、全反射镜3、第一圆孔遮挡板5、第二圆孔遮挡板7、第三圆孔遮挡板8和半反半透镜6；所述第一圆孔遮挡板5与紫光激光器4的出射端同轴连接，第二圆孔遮挡板7和第三圆孔遮挡板8顺次同轴布置于紫光激光器4的出射光轴上，半反半透镜6也布置在紫光激光器4的光路上并且位于第一圆孔遮挡板5和第二圆孔遮挡板7二者之间，半反半透镜6的反射面位于第二圆孔遮挡板7所在的一侧；所述紫光激光器4、第一圆孔遮挡板5、半反半透镜6、第二圆孔遮挡板7和第三圆孔遮挡板8共同形成紫光准直光源10。

所述紫光准直光源10出射的紫光激光经二向色镜9的前端面反射后，能投射到DMD空间光调制器2的DMD镜面2-1上。

所述全反射镜3的前端面为全反射镜面3-1，其后端面是平面度较高的光滑反射面3-2。

所述自准直仪1的光平面与DMD空间光调制器2在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面2-1垂直；全反射镜3位于自准直仪1和DMD空间光调制器2之间，其全反射镜面3-1与DMD空间光调制器2在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面2-1相对且平行。

利用前述定位辅助装置对DMD光学系统光源位置装调的方法，包括如下步骤：

步骤一：使DMD镜面2-1处于倾角为0°的未通电状态；

步骤二：临时固定自准直仪1并用自准直仪1对DMD空间光调制器2的姿态进行调整和准直，使自准直仪1的光平面与DMD空间光调制器2在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面2-1端面垂直，然后，将DMD空间光调制器2的基座2-2固定；

步骤三：将全反射镜3放置于自准直仪1和DMD空间光调制器2之间，并使全反射镜3的全反射镜面3-1朝向DMD空间光调制器2所在的方向；

步骤四：用自准直仪1从全反射镜3的后端面对全反射镜3进行准直，并使自准直仪1的光平面与光滑反射面3-2垂直，以确保全反射镜3与DMD空间光调制器2平行；

步骤五：临时性地将第一圆孔遮挡板5与紫光激光器4的出射端同轴固连，开启紫光激光器4并使其出射的紫光穿过第一圆孔遮挡板5上的通孔；

步骤六：顺次将第二圆孔遮挡板7和第三圆孔遮挡板8均同轴布置于紫光激光器4的出射光轴上，并使开启紫光激光器4出射的紫光顺次穿过第二圆孔遮挡板7和第三圆孔遮挡板8上的通孔；

步骤七：将半反半透镜6布置在第一圆孔遮挡板5和第二圆孔遮挡板7之间的紫光激光器4出射光轴上，并使半反半透镜6的反射面6-1朝向第二圆孔遮挡板7所在的一侧；此时，由半反半透镜6后端投射出的紫光激光完全从半反半透镜6中透射。

步骤八：分别固定步骤五至步骤七所述紫光激光器4、第一圆孔遮挡板5、半反半透镜6、第二圆孔遮挡板7和第三圆孔遮挡板8的相对位置，使它们共同形成紫光准直光源10；然后，关闭紫光激光器4；

步骤九：接通DMD空间光调制器2的电源，并使其DMD镜面2-1逆时针偏转12°角，成为DMD镜面2-1倾角为12°的状态；

步骤十：将二向色镜9和步骤八所述的紫光准直光源10分别布置在步骤二所述自准直仪1的光平面的两侧，并再次开启紫光激光器4，使紫光准直光源10向二向色镜9投射出紫色激光；

步骤十一：分别调整紫光准直光源10和二向色镜9的倾角，使得如步骤十所述的紫色激光顺次经二向色镜9和步骤九所述倾角为12°状态下的DMD镜面2-1反射，并最终投射到步骤四所述的全反射镜3的前端面上；此时，入射全反射镜面3-1的整条紫色激光光路作为调校入射光束；

步骤十二：进一步微调紫光准直光源10和二向色镜9的倾角，并使步骤十一所述的紫色激光在经全反射镜面3-1反射后，能逆向沿着为调校入射光束的光路原路返回，形成调校出射光束；该调校出射光束最终投射到半反半透镜6前端的反射面6-1上，并形成一个光斑；形成光斑后的调校出射光束由半反半透镜6前端的反射面6-1反射，无法再回到紫光激光器4内。

步骤十三：进一步微调步骤十二所述光准直光源10和二向色镜9的倾角，当半反半透镜6前端的反射面6-1上的光斑最终与由半反半透镜6后端投射出的紫色激光光束完全重合后；分别固定当前倾角姿态下的紫光激光器4和二向色镜9；

步骤十四：顺次移除自准直仪1、全反射镜3、第一圆孔遮挡板5、第二圆孔遮挡板7、第三圆孔遮挡板8和半反半透镜6，即完成了利用权利要求1所述的定位辅助装置对DMD光学系统光源位置装调的整个过程。

Claims (2)

1.DMD光学系统光源位置的定位辅助装置，其包括DMD空间光调制器(2)、紫光激光器(4)和二向色镜(9)，二向色镜(9)位于紫光激光器(4)的出射光轴上，但二向色镜(9)的法线与紫光激光器(4)的出射光轴并不重合；DMD空间光调制器(2)作为紫光激光的接收和再反射器件，其用于接收和再次反射经二向色镜(9)前端面反射后的紫光激光；DMD空间光调制器(2)包括基座(2-2)和由倾角可调的微镜阵列组成的DMD镜面(2-1)，在未通电状态下，DMD镜面的法线与基座(2-2)端面垂直，此时DMD镜面的倾角为0°；

其特征在于：该定位辅助装置还包括自准直仪(1)、全反射镜(3)、第一圆孔遮挡板(5)、第二圆孔遮挡板(7)、第三圆孔遮挡板(8)和半反半透镜(6)；所述第一圆孔遮挡板(5)与紫光激光器(4)的出射端同轴连接，第二圆孔遮挡板(7)和第三圆孔遮挡板(8)顺次同轴布置于紫光激光器(4)的出射光轴上，半反半透镜(6)也布置在紫光激光器(4)的光路上并且位于第一圆孔遮挡板(5)和第二圆孔遮挡板(7)二者之间，半反半透镜(6)的反射面位于第二圆孔遮挡板(7)所在的一侧；所述紫光激光器(4)、第一圆孔遮挡板(5)、半反半透镜(6)、第二圆孔遮挡板(7)和第三圆孔遮挡板(8)共同形成紫光准直光源(10)；

所述紫光准直光源(10)出射的紫光激光经二向色镜(9)的前端面反射后，能投射到DMD空间光调制器(2)的DMD镜面(2-1)上；

所述全反射镜(3)的前端面为全反射镜面(3-1)，其后端面是平面度较高的光滑反射面(3-2)；

所述自准直仪(1)的光平面与DMD空间光调制器(2)在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面(2-1)垂直；全反射镜(3)位于自准直仪(1)和DMD空间光调制器(2)之间，其全反射镜面(3-1)与DMD空间光调制器(2)在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面(2-1)相对且平行。

2.利用权利要求1所述的定位辅助装置对DMD光学系统光源位置装调的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：使DMD镜面(2-1)处于倾角为0°的未通电状态；

步骤二：临时固定自准直仪(1)并用自准直仪(1)对DMD空间光调制器(2)的姿态进行调整和准直，使自准直仪(1)的光平面与DMD空间光调制器(2)在未通电且镜面倾角为0°状态下的DMD镜面(2-1)端面垂直，然后，将DMD空间光调制器(2)的基座(2-2)固定，最后关闭自准直仪(1)；

步骤三：将全反射镜(3)放置于自准直仪(1)和DMD空间光调制器(2)之间，并使全反射镜(3)的全反射镜面(3-1)朝向DMD空间光调制器(2)所在的方向；

步骤四：用自准直仪(1)从全反射镜(3)的后端面对全反射镜(3)进行准直，并使自准直仪(1)的光平面与光滑反射面(3-2)垂直；

步骤五：临时性地将第一圆孔遮挡板(5)与紫光激光器(4)的出射端同轴固连，开启紫光激光器(4)并使其出射的紫光穿过第一圆孔遮挡板(5)上的通孔；

步骤六：顺次将第二圆孔遮挡板(7)和第三圆孔遮挡板(8)均同轴布置于紫光激光器(4)的出射光轴上，并使开启紫光激光器(4)出射的紫光顺次穿过第二圆孔遮挡板(7)和第三圆孔遮挡板(8)上的通孔；

步骤七：将半反半透镜(6)布置在第一圆孔遮挡板(5)和第二圆孔遮挡板(7)之间的紫光激光器(4)出射光轴上，并使半反半透镜(6)的反射面(6-1)朝向第二圆孔遮挡板(7)所在的一侧；

步骤八：分别固定步骤五至步骤七所述紫光激光器(4)、第一圆孔遮挡板(5)、半反半透镜(6)、第二圆孔遮挡板(7)和第三圆孔遮挡板(8)的相对位置，使它们共同形成紫光准直光源(10)；然后，关闭紫光激光器(4)；

步骤九：接通DMD空间光调制器(2)的电源，并使其DMD镜面(2-1)逆时针偏转α角，成为DMD镜面(2-1)倾角为α角的状态；

步骤十：将二向色镜(9)和步骤八所述的紫光准直光源(10)分别布置在步骤二所述自准直仪(1)的光平面的两侧，并再次开启紫光激光器(4)，使紫光准直光源(10)向二向色镜(9)投射出紫色激光；

步骤十一：分别调整紫光准直光源(10)和二向色镜(9)的倾角，使得如步骤十所述的紫色激光顺次经二向色镜(9)和步骤九所述倾角为α状态下的DMD镜面(2-1)反射，并最终投射到步骤四所述的全反射镜(3)的前端面上；此时，入射全反射镜面(3-1)的整条紫色激光光路可称为调校入射光束；

步骤十二：进一步微调紫光准直光源(10)和二向色镜(9)的倾角，并使步骤十一所述的紫色激光在经全反射镜面(3-1)反射后，能逆向沿着为调校入射光束的光路原路返回，形成调校出射光束；该调校出射光束最终投射到半反半透镜(6)前端的反射面(6-1)上，并形成一个光斑；

步骤十三：进一步微调步骤十二所述光准直光源(10)和二向色镜(9)的倾角，当半反半透镜(6)前端的反射面(6-1)上的光斑最终与由半反半透镜(6)后端投射出的紫色激光光束完全重合后；分别固定当前倾角姿态下的紫光激光器(4)和二向色镜(9)；

步骤十四：顺次移除自准直仪(1)、全反射镜(3)、第一圆孔遮挡板(5)、第二圆孔遮挡板(7)、第三圆孔遮挡板(8)和半反半透镜(6)，即完成了对DMD光学系统光源位置装调的整个过程。