CN105403985B - Dlp投影机用小型化tir棱镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，所述棱镜系统包括靠近DMD芯片设置的第一TIR棱镜和与所述第一TIR棱镜贴合的第二TIR棱镜，所述第二TIR棱镜包括第一面CD、第二面DE和第三面CE，其中第三面CE与所述第一TIR棱镜贴合，第二面DE为出射面，其特征在于，所述棱镜系统还包括楔形玻璃，所述楔形玻璃通过光学粘接胶粘贴在第一面CD上，第一面CD面到楔形玻璃的斜边的角度为其中为正值；所述第二TIR棱镜的折射率n1＜光学粘接胶的折射率n2＜楔形玻璃的折射率n3。本发明即不让非成像光线进入投影镜头而影响成像质量，又减小了TIR棱镜的尺寸。

Description

DLP投影机用小型化TIR棱镜系统
技术领域
本发明涉及投影机领域，具体为一种DLP投影机用小型化TIR棱镜系统。
背景技术
投影机光学系统的工作原理如图1所示，光源灯泡1产生的白光经过色轮2分成红绿蓝三基色光，通过集光棒3将能量分布形式为正态分布的光源的光均匀化，然后经过中继光学系统4、反射镜5和TIR棱镜系统6将均匀化后的光照射到显示部件DMD芯片7上，经过DMD芯片7的调制将成像光线反射进入投影镜头8，再通过投影镜头8投影到屏幕上，而非成像光线经过DMD的调制反射到投影镜头8之外。
TIR棱镜系统6包括两个相互贴合的第一TIR棱镜60和第二TIR棱镜61，其中第二TIR棱镜61包括第一面CD、第二面DE和第三面CE，其中第三面CE与所述第一TIR棱镜60贴合，第二面DE为出射面，第一面CD与第三面CE的夹角为α。
根据光线的反射原理可知，非成像光线如果照射到第一面CD上，一定会发生全反射，非成像光线经过第一面CD全反射后就会部分或者是全部进入到投影镜头8中，如图2所示。而在光学设计时非成像光线不能进到投影镜头8里，否者将成为杂散光，影响投影镜头8的成像质量，所以在设计TIR棱镜时会根据非成像光线的区域将α角变大，同时第二面DE增高，使非成像光线照射不到第一面CD上，这样光线在传播出第二TIR棱镜61时就一定不会进入到投影镜头8中。但是如果通过增大α角的方式使非成像光线不照射到第一面CD上，那么第二TIR棱镜61的竖向尺寸就会加大，如图2中虚线部分所示，这样就会导致投影机的整体高度变高。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种即不让非成像光线进入投影镜头，又减小了TIR棱镜的尺寸的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统。
本发明的技术手段如下：
一种DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，所述棱镜系统包括靠近DMD芯片设置的第一TIR棱镜和与所述第一TIR棱镜贴合的第二TIR棱镜，所述第二TIR棱镜包括第一面CD、第二面DE和第三面CE，其中第三面CE与所述第一TIR棱镜贴合，第二面DE为出射面，第一面CD为与第二面DE邻接且与第三面CE相对的面，其特征在于，所述棱镜系统还包括楔形玻璃，所述楔形玻璃通过光学粘接胶粘贴在第一面CD上，第一面CD面到楔形玻璃的斜边的角度为其中为正值；所述第二TIR棱镜的折射率n1＜光学粘接胶的折射率n2＜楔形玻璃的折射率n3。
进一步地，所述第一TIR棱镜和第二TIR棱镜采用的材料为K9玻璃，其折射率n1＝1.5168。
进一步地，所述光学粘接胶的折射率n2＝1.53。
进一步地，所述楔形玻璃采用H-ZF73玻璃，其折射率n3＝1.959。
更进一步地，所述楔形玻璃设置在第一面CD的左部，完全覆盖非成像光线。
与现有技术比较，本发明所述的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统具有以下有益效果：由于光学粘接胶的折射率n2大于第二TIR棱镜的折射率n1，照射到第一面CD面的非成像光线不会发生全发射，而是透射进入光学粘接胶，然后再透射进入楔形玻璃，从楔形玻璃的斜面透射出去，使非成像光线不会进入投影镜头，同时，可以减小第二TIR棱镜竖直方向上的尺寸，满足TIR棱镜系统小型化的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术投影机原理示意图；
图2为现有技术第二TIR棱镜变短后光线传播示意图；
图3为本发明实施例示意图；
图4为图3中K部放大图。
图中：1、灯泡，2、色轮，3、集光棒，4、中继光学系统，5、反射镜，6、TIR棱镜系统，60、第一TIR棱镜，61、第二TIR棱镜，7、DMD芯片，8、投影镜头，9、光学粘接胶，10、楔形玻璃，100、斜边。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
如图3和图4所示的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，包括靠近DMD芯片7设置的第一TIR棱镜60和与第一TIR棱镜60贴合的第二TIR棱镜61，第二TIR棱镜61包括第一面CD、第二面DE和第三面CE，其中第三面CE与第一TIR棱镜60贴合，第二面DE为出射面，第一面CD为与第二面DE邻接且与第三面CE相对的面，棱镜系统还包括楔形玻璃10，楔形玻璃10通过光学粘接胶9粘贴在第一面CD上。楔形玻璃10具有倾斜向上的斜边100，第一面CD面到楔形玻璃10的斜边100的角度为其中为正值。
第二TIR棱镜61的折射率n1＜光学粘接胶9的折射率n2＜楔形玻璃10的折射率n3。其中n1和n2应尽量接近，n3的值应越大越好，以使n2与n3的差值最大，进而使γ尽量大，使楔形玻璃10的楔角(即第一面CD面到楔形玻璃10的斜边100的角度)最小。
作为本发明的一个优选实施方式，第一TIR棱镜60和第二TIR棱镜61采用的材料为K9玻璃，其折射率n1＝1.5168。
作为本发明的一个优选实施方式，光学粘接胶9的折射率n2＝1.53。
楔形玻璃可采用H-ZF73和H-ZLaF90等折射率较高的玻璃。作为本发明的又一优选实施方式，楔形玻璃10采用H-ZF73玻璃，其折射率n3＝1.959。
作为本发明的另一优选实施方式，楔形玻璃10设置在第一面CD的左部，应能够完全覆盖非成像光线。
光学粘接胶9的涂抹范围以及楔形玻璃10的覆盖区域应大于非成像光线在第一面CD上的区域。
光线从光密(高折射率)介质向光疏(低折射率)介质传播时，当入射角C为：sin(C)≥n/n’时，在入射面上发生全反射，其中n为光疏介质折射率，n’为光密介质折射率。
下面以一个具体的实施例说明本发明的设计方法：
1)DMD芯片7的偏转角度为17°。
2)第一TIR棱镜60和第二TIR棱镜61采用K9玻璃，其折射率n1＝1.5168。
3)光学粘接胶9的折射率n2＝1.53。
4)楔形玻璃10材质采用H-ZF73玻璃，折射率n3＝1.959。
根据以上条件了得出：5)非成像光线入射到第一面CD的角度β＝141.7°。
6)非成像光线射出光学粘接胶9的角度γ＝52.2°
7)由于和楔形玻璃10相邻的介质是空气，则楔形玻璃10的全反射角为30.71°。
根据以上条件可得出，当α≥64.03°时，就会在第一面CD上发生全反射，就会产生杂散光进入投影镜头8。常规的对策是使α角变得很大，从而使非成像光线与第一面CD不接触或者少接触，随着α角的增大TIR棱镜的体积也随之增大。
本发明采用在第一面CD上通过光学粘接胶9粘贴楔形玻璃10，使在第一面CD上发生全发射的非成像光线折射而不发生全反射，因为光学粘接胶9的折射率大于第二TIR棱镜61的折射率，所以在第一面CD上不会全反射而是折射进入光学粘接胶9，然后光线入射到比光学粘接胶9折射率更大的楔形玻璃10中，楔形玻璃10外面就是空气，折射率n＝1.0，楔形玻璃10的全反射角为30.71°，必须保证非成像光线入射到楔形玻璃10出射面的角度小于30.71°，这样才会使光线直接射出出楔形玻璃10而不发生全反射而形成杂散光，则这时的θ角必须小于120.71°，根据此条件可以计算出楔形玻璃10的楔角要大于180°-120.71°-52.2°＝7.11°。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，所述棱镜系统包括靠近DMD芯片设置的第一TIR棱镜和与所述第一TIR棱镜贴合的第二TIR棱镜，所述第二TIR棱镜包括第一面CD、第二面DE和第三面CE，其中第三面CE与所述第一TIR棱镜贴合，第二面DE为出射面，第一面CD为与第二面DE邻接且与第三面CE相对的面，其特征在于，所述棱镜系统还包括楔形玻璃，所述楔形玻璃通过光学粘接胶粘贴在第一面CD上，第一面CD面到楔形玻璃的斜边的角度为，其中为正值；所述第二TIR棱镜的折射率n1＜光学粘接胶的折射率n2＜楔形玻璃的折射率n3。
2.根据权利要求1所述的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，其特征在于，所述第一TIR棱镜和第二TIR棱镜采用的材料为K9玻璃，其折射率n1＝1.5168。
3.根据权利要求2所述的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，其特征在于，所述光学粘接胶的折射率n2＝1.53。
4.根据权利要求3所述的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，其特征在于，所述楔形玻璃采用H-ZF73玻璃，其折射率n3＝1.959。
5.根据权利要求1-4任一项所述的DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，其特征在于，所述楔形玻璃设置在第一面CD的左部，完全覆盖非成像光线。
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