CN107682680A - 基于dlp系统的集光装置及光学组件的设置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于DLP系统的集光装置。所述集光装置，包括：LED光源、光学组件和DMD芯片；所述LED光源的发光区域垂直于所述光学组件的光轴；所述光学组件的光轴经过所述LED光源的发光区域的几何中心；所述LED光源发射光线的光轴与所述光学组件的光轴重合；经过所述光学组件光轴的光线经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到所述DMD芯片上的微镜的几何中心；所述LED光源发射的光线经过所述光学组件聚焦后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。能够在LED光源采集到更多的光能，减少光能的损失，极大地提高了光能的利用率。

Description

基于DLP系统的集光装置及光学组件的设置方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于DLP系统的集光装置及光学组件的设置方法。
背景技术
在快速发展的增材制造系统中，有一类是利用光敏树脂在紫外光的照射下发生聚合反应，层层固化从而堆叠成型的原理制造而成。这类系统中有的采用紫外激光扫描来固化树脂，有的采用紫外光DLP投影固化树脂，DLP投影固化树脂成型速度远远快于激光扫描固化成型，近年来引起越来越广泛的关注。DLP投影的核心部件为数字化微镜芯片，光源发出的紫外光照射到DMD芯片上，DMD将携带图片信息的光线反射至镜头中成像，对树脂固化成型。树脂对光的强度和波长敏感，直接影响成型质量和成型速度。现有的机器中，大多数采用高压汞灯或者紫外光阵列光源，为了提高树脂的成型质量和速度，必须对光源发出来的光做收集处理，现有的较为流行的解决方案有反光罩收集和准直透镜准直，或者两者结合使用。
采用反光罩收集光能，将发光角度较大的光能收集回来，那些贴近光轴角度较小的光能不可避免的被损失，反光罩虽然收集回来大量光能，但是所形成的光斑偏大，而且光的偏转角也偏大，对后期的利用提出严格的要求。
采用准直透镜的方法，只是利用了偏转角较小的光能，大部分光能被损失了，而且准直后的光斑也比较大，在后期利用时虽然对距离没有什么要求，但是会再次散失掉大部分能量。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种基于DLP系统的集光装置及光学组件的设置方法，能够在LED光源采集到更多的光能，减少光能的损失，极大地提高了光能的利用率。
第一方面，本发明提供的一种基于DLP系统的集光装置，包括：LED光源、光学组件和DMD芯片；
所述LED光源的发光区域垂直于所述光学组件的光轴；
所述光学组件的光轴经过所述LED光源的发光区域的几何中心；
所述LED光源发射光线的光轴与所述光学组件的光轴重合；经过所述光学组件光轴的光线经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到所述DMD芯片上的微镜的几何中心；
所述LED光源发射的光线经过所述光学组件聚焦后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。
可选的，所述集光装置，还包括：至少一个反射镜；
所述光学组件的光轴和所述DMD芯片入射光线的光轴都通过所述反射镜的几何中心；
所述LED光源发射的沿着光轴的光线，经过所述光学组件后，入射到所述反射镜的几何中心，经所述反射镜反射后，再经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到DMD芯片上的微镜的几何中心；
所述LED光源发射的光线经过所述光学组件聚焦后，入射到所述反射镜，经所述反射镜发射后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。
可选的，所述光学组件由至少一个透镜组成。
可选的，所述光学组件中所有透镜的光轴互相重合；
所述LED光源发射的光线依次经过所述光学组件中的每一个透镜，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上。
可选的，所述透镜采用双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜中的一种或多种。
第二方面，本发明提供的一种基于DLP系统的集光装置中的光学组件的设置方法，包括：
根据DMD芯片上微镜的指定面积、LED光源的发光面积和所述LED光源的几何中心至所述DMD芯片上微镜几何中心沿光轴的距离，计算光学组件的焦距；
根据所述DMD芯片的所需光强，确定所述光学组件的通光孔径；
根据所述通光孔径和所述焦距，确定所述光学组件的设置参数。
可选的，所述计算光学组件的焦距的具体过程为：
根据DMD芯片上微镜的指定面积和LED光源的发光面积，计算出光学组件的放大率；
根据所述放大率和所述LED光源的几何中心至所述DMD芯片上微镜几何中心沿光轴的距离，计算出所述光学组件的像距和物距；
根据所述像距和物距，计算出所述光学组件的焦距。
由以上技术方案可知，本发明提供一种基于DLP系统的集光装置，所述集光装置通过利用成像的方法，将LED光源的像成在DMD芯片的微镜上，进而照亮DMD芯片的微镜；由于所述光学组件有聚光作用，因此，能够在LED光源采集到更多的光能，减少光能的损失，极大地提高了光能的利用率。
本发明提供的一种基于DLP系统的集光装置的光学组件的设置方法，通过确定光学组件的设置参数，能够在DMD芯片上的微镜上得到指定面积大小的，具有一定亮度的LED光源的像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了本发明第一实施例提供一种基于DLP系统的集光装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本发明提供了一种基于DLP系统的集光装置及光学组件的设置方法。下面结合附图对本发明的实施例进行说明。
图1示出了本发明第一实施例所提供的一种基于DLP系统的集光装置的示意图。如图1所示，本发明第一实施例提供的一种基于DLP系统的集光装置，包括：LED光源、光学组件和DMD芯片；所述LED光源的发光区域垂直于所述光学组件的光轴；所述光学组件的光轴经过所述LED光源的发光区域的几何中心；所述LED光源发射光线的光轴与所述光学组件的光轴重合；经过所述光学组件光轴的光线经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到所述DMD芯片上的微镜的几何中心；所述LED光源发射的光线经过所述光学组件聚焦后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。
在本发明中，DLP(Digital Light Processing)系统是指3D打印技术光学投影系统。
DMD(Digital Light Processing)芯片是指数字化微镜芯片。
其中，DMD芯片上的微镜为旋转微镜。
其中，指定面积是指需要照亮DMD芯片上微镜的面积。
附图1中，LED光源的光轴是指LED光源发射光线的光轴。
LED光源发射的光线可以经过光学组件聚焦后，照射到DMD芯片的微镜上，在DMD芯片的微镜上形成LED光源的像。通过利用成像的方法，将LED光源的像成在DMD芯片的微镜上，进而照亮DMD芯片的微镜；由于所述光学组件有聚光作用，因此，能够在LED光源采集到更多的光能，减少光能的损失，极大地提高了光能的利用率。
通过对LED光源、光学组件和DMD芯片位置的限定，能够保证光路中光线的正常传输；同时，通过上述设定，能够在DMD芯片的微镜上的指定面积上形成LED光源的像，进而照亮微镜指定面积的区域。
在本发明提供的一个具体实施例中，所述集光装置，还可以包括：至少一个反射镜；所述光学组件的光轴和所述DMD芯片入射光线的光轴都通过所述反射镜的几何中心；所述LED光源发射的沿着光轴的光线，经过所述光学组件后，入射到所述反射镜的几何中心，经所述反射镜反射后，再经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到DMD芯片上的微镜的几何中心；所述LED光源发射的光线经过所述光学组件的发散和/或聚焦，入射到所述反射镜，经所述反射镜发射后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。
其中，可以设置一个反射镜，也可以设置多个反射镜，只要与光学组件结合，能够使光源的像照亮DMD芯片即可。
反射镜的几何中心是指反射镜反射面的几何中心。
当集光装置中设置有反射镜时，每一个反射镜的入射光线的光轴都必须经过该反射镜反射面的几何中心，最后一个反射镜的反射光线的光轴需要与DMD芯片的入射光线的光轴重合，这样，能够最大限度地反射更多的光线入射到DMD芯片，进而提高光能利用率。
因此，在本发明中，需要确定反射镜的位置。在确定反射镜位置时，可以根据整个投影光路的结构，确定出LED光源与DMD芯片的空间相对位置，计算出反射镜的位置，并且使得LED光源发出光的光轴和入射至DMD芯片上光线的光轴都通过反射镜的几何中心。
在本发明中，所述光学组件由至少一个透镜组成。
可以采用一个透镜，也可以采用多个透镜，只要满足成像大小即可。例如，如图1所示，光学组件由三个平凸透镜组成。
其中，光学组件也可以采用任何带有屈光度的光学元件。
在本发明中，所述光学组件中所有透镜的光轴互相重合；所述LED光源发射的光线依次经过所述光学组件中的每一个透镜，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上。
如图1所示，三个平凸透镜的光轴相互重合设置。
其中，所述透镜可以采用双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜等中的一种或多种。
在本发明中，由于对DMD芯片上的LED光源像的大小和光强有一定要求，因此，需要根据整个投影光路的结构，计算光学组件的具体设置参数。在上述的第一实施例中，提供了一种基于DLP系统的集光装置，与之相关的，本申请还提供一种基于DLP系统的集光装置中的光学组件的设置方法。
本发明第二实施例提供了一种基于DLP系统的集光装置中的光学组件的设置方法，包括：根据DMD芯片上微镜的指定面积、LED光源的发光面积和所述LED光源的几何中心至所述DMD芯片上微镜几何中心沿光轴的距离，计算光学组件的焦距；根据所述DMD芯片的所需光强，确定所述光学组件的通光孔径；根据所述通光孔径和所述焦距，确定所述光学组件的设置参数。
在本发明中，所述计算所述光学组件的焦距的具体过程为：
根据DMD芯片上微镜的指定面积和LED光源的发光面积，计算出光学组件的放大率；根据所述放大率和所述LED光源的几何中心至所述DMD芯片上微镜几何中心沿光轴的距离，计算出所述光学组件的像距和物距；根据所述像距和物距，计算出所述光学组件的焦距。
在根据所述通光孔径和所述焦距，确定所述光学组件的设置参数的过程为：
根据所述焦距，计算出光学组件中每一个光学元件应该具有的焦距、厚度和相互之间的距离。
根据DMD芯片的所需光强，确定光学组件的通光孔径；根据通光孔径以及光学组件中每一个光学元件应该具有的焦距、厚度和相互之间的距离，确定出光学组件的直径。
通过确定光学组件的设置参数，能够在DMD芯片上的微镜上得到指定面积大小的，具有一定亮度的LED光源的像。
以上，为本发明第二实施例提供的一种基于DLP系统的集光装置中的光学组件的设置方法的实施例说明。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种基于DLP系统的集光装置，其特征在于，包括：LED光源、光学组件和DMD芯片；
所述LED光源的发光区域垂直于所述光学组件的光轴；
所述光学组件的光轴经过所述LED光源的发光区域的几何中心；
所述LED光源发射光线的光轴与所述光学组件的光轴重合；经过所述光学组件光轴的光线经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到所述DMD芯片上的微镜的几何中心；
所述LED光源发射的光线经过所述光学组件聚焦后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。
2.根据权利要求1所述的基于DLP系统的集光装置，其特征在于，还包括：至少一个反射镜；
所述光学组件的光轴和所述DMD芯片入射光线的光轴都通过所述反射镜的几何中心；
所述LED光源发射的沿着光轴的光线，经过所述光学组件后，入射到所述反射镜的几何中心，经所述反射镜反射后，再经过所述DMD芯片入射光线的光轴入射到DMD芯片上的微镜的几何中心；
所述LED光源发射的光线经过所述光学组件聚焦后，入射到所述反射镜，经所述反射镜发射后，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上，使所述指定面积上形成所述LED光源的像。
3.根据权利要求1所述的基于DLP系统的集光装置，其特征在于，所述光学组件由至少一个透镜组成。
4.根据权利要求3所述的基于DLP系统的集光装置，其特征在于，所述光学组件中所有透镜的光轴互相重合；
所述LED光源发射的光线依次经过所述光学组件中的每一个透镜，照射到所述DMD芯片上的微镜的指定面积上。
5.根据权利要求3所述的基于DLP系统的集光装置，其特征在于，所述透镜采用双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜中的一种或多种。
6.一种权利要求1至权利要求5任意一项所述的集光装置中的光学组件的设置方法，其特征在于，包括：
根据DMD芯片上微镜的指定面积、LED光源的发光面积和所述LED光源的几何中心至所述DMD芯片上微镜几何中心沿光轴的距离，计算光学组件的焦距；
根据所述DMD芯片的所需光强，确定所述光学组件的通光孔径；
根据所述通光孔径和所述焦距，确定所述光学组件的设置参数。
7.根据权利要求6所述的设置方法，其特征在于，所述计算光学组件的焦距的具体过程为：
根据DMD芯片上微镜的指定面积和LED光源的发光面积，计算出光学组件的放大率；
根据所述放大率和所述LED光源的几何中心至所述DMD芯片上微镜几何中心沿光轴的距离，计算出所述光学组件的像距和物距；
根据所述像距和物距，计算出所述光学组件的焦距。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180209

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