CN105259732B - 一种光束合光系统及其投影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光束合光系统及其在投影装置中的应用，所述光束合光系统,包括：入射方向不同的第一光束和第二光束；以及对第一光束和第二光束进行反射并使得经反射后的光束沿同一方向传播的合光装置；所述合光装置包括：对第一光束进行反射的第一反射面，以及对第二光束进行反射的第二反射面；该光束合光系统采用合光装置对来自入射方向不同的两束光束进行合光，使两束光束汇聚成同一方向的光束，大大增强了光束的光照强度，进而在保证尺寸和重量满足条件的前提下，提高了采用该合光系统的投影装置的性能，可给用户带来更好的视觉享受。
Description
技术领域
本发明涉及数字投影显示技术领域，更具体地说，涉及一种光束合光系统及其投影装置。
背景技术
随着科学技术的发展，特别是半导体技术的推动，便携式的电子设备被不断的设计制造出来。便携式电子设备功能的提升，使得用户对人机界面的显示器件的要求越来越向着微型、大屏幕以及高分辨率方向发展。在广大用户强烈需求的促使下，近年来投影机技术发展迅猛，DLP、LCOS等产品纷纷推出了性能高、尺寸小且重量轻的便携式的投影机。
投影机中的投影模组照明光路的功能在于尽可能多地将光束发出的大角度分布、形状不一、亮度不等的照明光线，转换为照射到显示芯片有效区域的均匀光斑，实现均匀、明亮的投影显示画面。投影模组要得到更好地应用，带给用户更好的视觉享受，就要在保持投影光路设计简洁高效、满足尺寸小、光损耗低等前提下，增强光照强度使具有高的光输出的前提下，这也成为本领域技术人员有待解决的技术问题之一。
现有常规的投影机，通常是先将一组三基色光源进行合光会聚成平行光束后，再通过反射镜片等装置改变光束方向使光束入射到显示芯片；目前，为了增强光照强度，提高投影机的性能，研究采用两组三基色光源作为光源装置，如果还采用上述的反射镜片等装置来改变两组三基色光源光束方向使光束入射到显示芯片，则光程较大，不利于减小投影机的体积和重量。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单合理，布局紧凑，利用合光装置对两束光束进行合光，增强光照强度的光束合光系统及其投影装置；利用该光学系统投影装置的投影性能得到大大的提高。
为实现上述目的，本发明提供了一种光束合光系统，包括：入射方向不同的第一光束和第二光束；以及对第一光束和第二光束进行反射并使得经反射后的光束沿同一方向传播的合光装置；其中，所述合光装置包括：对第一光束进行反射的第一反射面，以及对第二光束进行反射的第二反射面。
优选地，上述技术方案中，所述第一反射面和第二反射面镀有金属的反射膜或者多层介质膜组成的高反射膜系。
优选地，上述技术方案中，所述第一光束可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束；所述第二光束也可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束，可以根据实际需要设置
优选地，上述技术方案中，所述合光装置包括齿形结构，所述齿形结构包括两个或多个反射面，所述第一反射面和第二反射面分别设置在齿形结构的反射面上，第一反射面和第二反射面的夹角为钝角。
优选地，上述技术方案中，所述合光装置包括一个第一反射面和一个第二反射面，所述齿形结构包括两个相邻的反射面，所述第一反射面和第二反射面分别设置在齿形结构的两个相邻的反射面上。
优选地，上述技术方案中，所述齿形结构可以包括三角棱镜或者设置为三角棱镜的一部分，或者由两片或多片夹角为钝角的反射镜片组成。
优选地，上述技术方案中，所述合光装置包括多个第一反射面和多个第二反射面，所述齿形结构包括多个相邻的反射面，所述多个第一反射面和多个第二反射面分别设置在齿形结构的相邻的反射面上。这样可以根据入射光束大小设置齿形结构反射面的个数，可以对入射光束全面反射，反射效果好。
为实现上述目的，本发明还提供了一种投影装置，包括：用于产生第一光束的第一光源装置；用于产生第二光束的第二光源装置；上述所述的合光系统；光束整形导引装置，用于将来自合光系统的光束进行整形并导引到显示芯片；显示芯片；以及投影镜头。
优选地，上述技术方案中，所述第一光源装置和第二光源装置均采用二向色分光镜片组对三色LED光源产生的光束进行合光，产生不同向的第一光束和第二光束；第一光束和第二光束均为同向的三色LED光束。
优选地，上述技术方案中，所述投影装置可具有一个或多个合光系统；第一光源装置和第二光源装置中也可包括一个或多个合光系统，利用合光系统来对单色LED光束或者同向的双色LED光束进行合光。
优选地，上述技术方案中，所述显示芯片为DMD或者LCOS或者LCD。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供了一种光束合光系统及其投影装置，所述光束合光系统，包括：入射方向不同的第一光束和第二光束；以及对第一光束和第二光束进行反射并使得经反射后的光束沿同一方向传播的合光装置；所述合光装置包括：对第一光束进行反射的第一反射面，以及对第二光束进行反射的第二反射面；该光束合光系统采用齿形合光装置对来自入射方向不同的两束光束进行合光，使两束光束汇聚成同一方向的光束，大大增强了光束的光照强度，进而在保证尺寸和重量满足条件的前提下，提高了采用该合光系统的投影装置的性能，可给用户带来更好的视觉享受。
附图说明
图1是本发明光束合光系统的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明光束合光系统的第一实施例中锯齿形透镜的截面示意图；
图3是本发明光束合光系统的第二实施例的结构示意图；
图4是本发明的投影装置第一实施例的结构示意图；
图5是本发明的投影装置第二实施例的结构示意图；
图6本发明的投影装置第二实施例的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
参阅图1和图2；图1是本发明光束合光系统的第一实施例的结构示意图；图2是本发明光束合光系统的第一实施例中合光装置的截面示意图，本实施例中，该合光装置为锯齿形透镜。如图1和图2所示，根据本发明具体实施方式的一种光束合光系统，包括：入射方向不同的第一光束11和第二光束12以及合光装置13；其中，合光装置13，包括：第一反射面S1和第二反射面S2，第一反射面S1对第一光束11进行反射，第二反射面S2对第二光束12进行反射，经反射后第一光束11和第二光束12可合成一束沿同一方向传播的光束。
在本实施方式中，所述合光装置13包括：多个第一反射面S1和多个第二反射面S2，所述齿形结构包括多个相邻的反射面，所述多个第一反射面S1和多个第二反射面S2分别设置在齿形结构的相邻的反射面上。
本实施例中合光装置13为包括齿形结构的锯齿形透镜，齿形结构设置有两个第一反射面S1和两个第二反射面S2，锯齿形透镜具有底面L(图2中虚线L’与底面L平行)，锯齿形透镜底面L与经反射面反射后的光束正交设置，所述第一反射面S1和第二反射面S2分别相互间隔设置在齿形结构的相邻面上，第一反射面和第二反射面的夹角为钝角。锯齿形透镜可以由两个或多个三角棱镜组成，两个或多个三角棱镜可以相互接触相邻或者不接触相邻；或者由多片夹角为钝角的反射镜片组成，多片夹角为钝角的反射镜片可以相互接触相邻或者不接触相邻。所述齿形结构的结构可以对称，也可以不对称；优选齿形结构的结构对称。当然可以根据需要将齿形结构的相邻的面之间的角度设置成不同角度。所述齿形结构可以是一个具有多个反射面的整体结构，也可以用相邻的两个或多个齿形结构的一部分来拼接成一个完成的齿形结构，相邻的两个齿形结构的一部分可以接触相邻，也可以不接触相邻。值得注意的是，齿形结构的第一反射面S1和第二反射面S2的个数由入射光束大小决定，需保证锯齿形透镜可完全接收入射光束；可以根据所需的第一反射面S1和第二反射面S2的个数设置齿形结构的反射面的个数，还可以根据需要设置仅仅包含一个第一反射面S1的部分齿形结构，或者仅仅包含第二反射面S2的部分齿形结构。齿形结构上设置的第一反射面S1和第二反射面S2的个数可以相同也可以不同，角度可以相同也可以不同。根据实际的入射光束来调整个数和角度。第一反射面S1和第二反射面S2之间可以相邻，也可以不相邻。比如可以将第一反射面S1和第二反射面S2交替设置在齿形结构的相邻反射面上，也可以同时将两个或多个第一反射面S1设置在相邻位置，同时将两个或多个第二反射面S2设置在相邻位置，等等，根据实际情况设置。
第一反射面S1和第二反射面S2的夹角α为钝角，可保证第一反射面S1和第二反射面S2更为有效地反射第一光束11和第二光束12；另外，所述第一反射面S1和第二反射面S2镀有金属的反射膜或者多层介质膜组成的高反射膜系；夹角α设置为钝角也可使反射膜或反射涂层的加工过程更为简单均匀，进而保证了第一反射面S1和第二反射面S2的反射性能。
在本实施方式中，所述第一光束11和第二光束12均可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束；第一光束11和第二光束12可为平行光束也可以为不平行光束；但是经合光装置13合光后可汇成一束平行光束入射到其他装置，大大增强了光束的光照强度。
在本实施方式中，其中第一反射面S1和第二反射面S2与锯齿形透镜底面L的夹角分别为角β和角γ，角β和角γ的角度可以相等也可以不相等；第一光束11入射方向的与锯齿形透镜底面L的夹角与角β负相关，即角β增大则第一光束11入射方向与锯齿形透镜底面L的夹角则变小；同理，第二光束12入射方向的与锯齿形透镜底面L的夹角与角γ负相关，即角γ减小则第二光束12入射方向与锯齿形透镜底面L的夹角则变大。
图3是本发明光束合光系统的第二实施例的结构示意图；由图3所示，与第一实施例相比，第二实施例不同点主要在于：所述合光装置包括：一个第一反射面S3和一个第二反射面S4，所述齿形结构33包括两个相邻的反射面，所述第一反射面S3和第二反射面S4分别设置在齿形结构33的两个相邻的面上，第一反射面S3对第一光束31进行反射，第二反射面S4对第二光束32进行反射，经反射后第一光束31和第二光束32可合光成同一平行光束；所述齿形结构33可以是一个具有两个反射面的整体结构，也可以用相邻的两个齿形结构的一部分来代替一个完成的齿形结构，相邻的两个齿形结构的一部分可以接触相邻，也可以不接触相邻，其中一个齿形结构的一部分设置有第一反射面S3，另一个齿形结构的一部分设置有第二反射面S4。
本实施例中，所述齿形结构33可以为具有第一反射面S3和第二反射面S4的三角棱镜或者两片夹角为钝角的反射镜片组成；与第一实施例相同的是，所述第一反射面S3和第二反射面S4镀有金属的反射膜或者多层介质膜组成的高反射膜系；夹角α设置为钝角。
在本实施方式中，所述第一光束31可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束；第二光束32可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束；第一光束31和第二光束32可为平行光束也可以为不平行光束；但是经单个齿形结构33合光后可汇成一束平行光束入射到其他装置，大大增强了光束的光照强度。
图4是本发明的投影装置第一实施例的结构示意图；如图4所示，根据本发明具体实施方式的投影装置的具体结构包括：用于产生第一光束的第一光源装置41；用于产生第二光束的第二光源装置42；第一实施例所述的合光系统43；光束导引装置44，用于将来自合光系统的光束进行整形并导引到显示芯片；显示芯片45；以及投影镜头46。
其中，第一光源装置41用于产生第一光束，第二光源装置42用于产生第二光束；第一光源装置41和第二光源装置42均采用二向色分光镜片组来对三色LED光源产生的光束进行合光；三基色LED光源经准直透镜组准直后，一色LED光束经二向色分光镜片组透射，另外二色LED光束经二向色分光镜片组反射后汇聚成同向的第一光束或者第二光束，再经复眼透镜和中继透镜均匀化后入射到合光系统43；在合光系统43的作用下，不同向的第一光束和第二光束汇聚成同向光束进入光束导引装置44；所述光束导引装置44由自由曲面棱镜和直角棱镜组成；光束导引装置44，将来自合光系统43的光束进行整形并导引到显示芯片45；当显示芯片45为开时，投影光束进入投影镜头46并进行投影显示。在本实施方式中，显示芯片45的入光面与合光系统43中的锯齿形透镜的底面L正交；由于合光系统43的作用，投影光束的光照强度较大，大大挺高了投影装置的投影性能以及显示效果，可给用户带来更好的视觉享受。
在本实施方式中，所述显示芯片45可以为DMD或者LCOS或者LCD。
图5是本发明的投影装置第二实施例的结构示意图；图6本发明的投影装置第二实施例的局部结构示意图。如图5和图6所示，该第二实施例与第一实施例的不同处在于，显示芯片55所摆放的角度与第一实施例不同，进而光束导引装置54的角度也有所不同；所述光束导引装置54可以由直角棱镜组构成，其与显示芯片55之间的光路走向如图6所示；本实施例中，显示芯片55的入光面依然与合光系统53中的锯齿形透镜的底面L正交，但是所摆放的位置有所不同，显示芯片55的入光面和第一实施例中的显示芯片45的入光面成正交关系(本图示由于角度问题没有示出)。
值得注意的是，本发明中，并不限定光束整形导引装置的具体结构，可将出自合光系统的光束合理的导入显示芯片的装置均属于本发明的保护范围。本发明所保护的投影装置结构也并不限于上述的方式，所述投影装置可具有一个或多个合光系统，优选1至4个合光系统；第一光源装置和第二光源装置中也可利用合光系统来对单色LED光束或者双色LED光束进行合光。
综上所述，本发明提供了一种光束合光系统及其投影装置，所述光束合光系统,包括入射方向不同的第一光束和第二光束；以及对第一光束和第二光束进行反射并使得经反射后的光束沿同一方向传播的合光装置；其中，所述合光装置包括：对第一光束进行反射的第一反射面，以及对第二光束进行反射的第二反射面。
该光束合光系统采用合光装置对来自入射方向不同的两束光束进行合光，使两束光束汇聚成同一方向的光束，大大增强了光束的光照强度，进而在保证尺寸和重量满足条件的前提下，提高了采用该合光系统的投影装置的性能，可给用户带来更好的视觉享受。
合光装置不一定设置成齿形结构，比如可以包括一个或多个相邻设置的梯形结构，第一反射面和第二反射面可以设置在梯形结构的两侧；或者合光装置可以为包括两侧呈阶梯形设置的结构，等等。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (8)
1.一种光束合光系统,其特征在于，包括：
入射方向不同的第一光束和第二光束；
以及对第一光束和第二光束进行反射并使得经反射后的光束沿同一方向传播的合光装置；
其中，所述合光装置包括：对第一光束进行反射的第一反射面，以及对第二光束进行反射的第二反射面；
所述合光装置包括齿形结构，所述齿形结构包括两个或多个反射面，所述第一反射面和第二反射面分别设置在齿形结构的反射面上，第一反射面和第二反射面的夹角为钝角；
所述合光装置包括多个第一反射面和多个第二反射面，所述齿形结构包括多个相邻的反射面，所述多个第一反射面和多个第二反射面分别设置在齿形结构的相邻反射面上；
所述齿形结构的第一反射面和第二反射面的个数分别由第一光束和第二光束的大小决定，使得锯齿形结构完全接收入射光束；
所述合光装置设置为包括齿形结构的锯齿形透镜，所述锯齿形透镜包括底面；所述第一反射面和第二反射面与锯齿形透镜底面的夹角不相等；
第一光束入射方向与锯齿形透镜底面的夹角,以及第一反射面和锯齿形透镜底面的夹角负相关，即第一光束入射方向与锯齿形透镜底面的夹角增大则第一光束入射方向与锯齿形透镜底面的夹角则变小；
第二光束入射方向与锯齿形透镜底面的夹角，以及第二反射面和锯齿形透镜底面的夹角负相关，即第二光束入射方向与锯齿形透镜底面的夹角减小则第二光束入射方向与锯齿形透镜底面的夹角则变大。
2.根据权利要求1所述的光束合光系统，所述第一光束可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束；所述第二光束也可以是单色LED光束或者同向的双色LED光束或者同向的三色LED光束。
3.根据权利要求1所述的光束合光系统，所述第一反射面和第二反射面交替设置在齿形结构的相邻反射面上。
4.根据权利要求1所述的光束合光系统，所述两个或多个第一反射面设置在相邻的反射面上，同时两个或多个第二反射面设置在相邻反射面。
5.根据权利要求1所述的光束合光系统，所述齿形结构的第一反射面和第二反射面的个数不同。
6.一种投影装置，其特征在于，包括：用于产生第一光束的第一光源装置；用于产生第二光束的第二光源装置；上述权利要求1-5任意一项所述的合光系统；光束整形导引装置，用于将来自合光系统的光束进行整形并导引到显示芯片；显示芯片；以及投影镜头。
7.根据权利要求6所述的投影装置，所述第一光源装置和第二光源装置均采用二向色分光镜片组对三色LED光源产生的光束进行合光，产生不同向的第一光束和第二光束；第一光束和第二光束均为同向的三色LED光束。
8.根据权利要求6所述的投影装置，所述投影装置可具有一个或多个合光系统；第一光源装置和第二光源装置中也可包括一个或多个合光系统，利用合光系统来对单色LED光束或者同向的双色LED光束进行合光。
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