CN107870502B - 光机照明系统及激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光机照明系统及激光投影设备，其中，光机照明系统包括光导管和透镜组，以及管体，管体内设有球窝；球体，球体上设有连接通孔，球体设置在球窝中，球体与球窝球面接触并与球窝之间具有球面转动自由度；光导管，光导管穿设在连接通孔内，并与球体固定连接；调节系统，包括在同一方向上相对设置的伸缩装置和弹性件，伸缩装置和弹性件沿管体的径向设置在管体上，一方面可以利用调节结构在对光导管的位置进行调节，改善匀光效果。另一方面，第一壳体和第二壳体的各一端用于形成球窝结构，使得即使在对光导管调节时，第一壳体和第二壳体的连接关系保持不变，从而保证光导管和透镜组相对结构位置连接的稳定性。

Description

光机照明系统及激光投影设备

技术领域

本发明涉及投影设备领域，尤其涉及一种光机照明系统和激光投影设备。

背景技术

在DLP（Digtal Light Procession，数字光处理）投影中，DMD（DigtalMicromirror Device，数字微镜元件）是光机中的核心器件，用于将前端照明系统输出的照明光束经过千万个微小反射镜的反射，进入投影镜头成像。其中，前端照明系统接收的是投影光源发出的光束，在产品设计时，光源和光机部分通常分别设计，再进行组装。光机的照明系统通常包括匀光部件和透镜组，匀光部件可以是光导管或复眼透镜，透镜组通常是会聚透镜或者反射镜，用于将匀光部件发出的光斑进一步处理使符合DMD光阀的入射要求。图1示出了一种远心照明系统的照明光路结构，包括光导管01，通常为矩形光棒，用于对光源出射的一定角度范围内的光束利用多次反射的原理进行匀化，匀化后的光束通常还具有一定的发散角度，还会通过透镜组02，04，进行会聚压缩，形成近似平行的光束，入射至TIR全反射棱镜06，经全反射棱镜06中的一片棱镜反射后入射DMD光阀05的表面。有时，还包括镜组03，为空间反射镜组，用于对光路进行方向转折并进行光路体积压缩。

如果DMD光阀表面的入射光斑角度不符合要求，或者照度不均匀，甚至暗带现象，都会将这种缺陷在投影成像时放大显示出来，从而造成投影成像质量的下降。

因此，在对DMD光阀的照明系统设计时要避免上述问题，一方面需要提高镜片的设计精度，同时各种光学镜片的装配精度和稳定性也需要保证。但是在实际生产过程中，镜片的加工和装配精度都难以达到理论的设计值，因此为了实现光路的正常作用，一方面期望光路中镜片结构具有可调节性，另一方面，在调节的同时，与相邻镜片组件的结构关系尽可能小的受到影响，从而既满足微调且结构位置关系稳定的目的。

发明内容

本发明提供一种光机照明系统，解决了现有技术中兼顾光机照明系统的可调性和结构连接稳定性的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种光机照明系统，包括：

基于上述，本发明提供的光机照明系统，光导管和透镜组分别设置于管体结构的第一壳体和第二壳体内，第一壳体的一端和第二壳体的一端共同形成球窝结构，光导管穿设在球体结构的连接通孔中，球体结构设置在球窝中，一方面可以利用调节结构在对光导管的位置进行调节，且进行调节时，光导管能够带动球体在球窝中转动，使光导管以球体为中心相对于管体转动，实现光导管与管体相对位置的调节，从而调节光导管在光路中的位置，改善匀光效果。另一方面，第一壳体和第二壳体的各一端用于形成球窝结构，使得即使在对光导管调节时，第一壳体和第二壳体的连接关系保持不变，从而保证光导管和透镜组相对结构位置连接的稳定性。

本发明技术方案中，光机照明系统的调节结构和连接结构共用，可同时实现照明光路调节以及照明系统中光学部件结构连接的稳定性，利于实现光机照明系统的一体化，提高匀光效果。

附图说明

图1为现有技术的一种光机照明系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供一种光机照明系统的轴向剖面图；

图3为本发明实施例提供一种光机照明系统的结构分解图；

图4为本发明实施例提供一种光机照明系统的部分结构分解图；

图5为本发明实施例提供一种光机照明系统的径向剖面图；

图6为本发明实施例提供一种激光投影设备示意图。

附图标记：

101：管体； 102：球窝； 103：球体；

104：连接通孔； 105：光导管； 106：调节结构；

107：伸缩装置； 108：弹性件； 109：连接板；

110：条形孔； 111：防护套； 112：第一壳体；

113：第二壳体； 114：透镜组。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，本发明实施例提供一种光机照明系统，包括：管体101，管体101，光导管105和透镜组114。其中，管体101包括第一壳体112和第二壳体113，光导管105一端或者两端设置于第一壳体112内，透镜组114部分镜片或者全部镜片设置于第二壳体113内，从而光导管105和透镜组114共同固定于同一管体结构中。

管体101内设有球窝102，具体地，第一壳体112的第一端与第二壳体113的第一端拼合构成该球窝结构；以及球体103，球体103上设有连接通孔104，球体103设置在球窝102中，球体103与球窝102球面接触并与球窝102之间具有球面转动自由度；光导管105穿设在连接通孔104内，并与球体103固定连接。

以及，为了实现光机照明系统的可调节性，还包括调节结构106，具体地，包括在同一方向上相对设置的伸缩装置107和弹性件108，伸缩装置107和弹性件108沿管体101的径向设置在管体101上，伸缩装置107和弹性件108位于光导管105的端部和球体103之间，光导管105夹设在伸缩装置107和弹性件108之间，伸缩装置107能够沿管体101的径向伸缩以驱动光导管105以球体103为中心相对于管体101转动。具体地，当光导管105的出光端穿设与连接通孔104内时，伸缩装置107和弹性件108位于光导管105的入光端和球体102之间，从而可以通过调节结构106实现对光导管105的一端进行施加力时，光导管105的另一端可以进行转动，且空间位置相对于管体101保持不动。

透镜组114可以包括光机照明系统光路中的部分镜片或者全部镜片，当选取部分镜片时，优选地这些镜片靠近光导管出光面设置，且对光路传输方向的改变较为关键，从而将这些镜片固定设置在管体101内，透镜组114用于接收光导管105的出光端所发出的光束，以控制光束的传播路径和会聚位置。其中，透镜组114可以是数字微镜器件（DigitalMicromirror Device，DMD）光阀照明系统光路的至少部分镜片，从而使光导管105和照明系统光路从结构上连接在一起，利于使光导管105与照明系统其他光学部件之间的光路和结构连接稳定性，避免出现光学不良。

在图2中仅示例性画出部分光学镜片，本领域技术人员能够理解，可以根据照明光路的需要，将管体101，具体是第二壳体113的长度加长，并在内部设置光学镜片容置槽，从而可以安装容纳更多光学镜片，便于固定光学镜片之间的相对位置。

在本实施例中，本实施例中，优选的，管体101包括第一壳体112和第二壳体113，第一壳体112的第一端与第二壳体113的第一端螺纹连接并拼合构成球窝102。由此，能够方便的将球体103安装在球窝102内，降低光机照明系统的组装难度。当然，管体101也可以是一体结构，且球窝102形成在一体结构的管体101中。

第一壳体112的第一端与第二壳体113的第一端能够旋紧以将球体103夹持定位，在具体实施中，该第一壳体112和第二壳体113相连接的两端可通过螺纹连接或者套接或者卡接拼合构成球窝102结构，在本实施例中，根据加工方便，且保证连接结构的密封性，可选用螺纹连接方式。由此，在对光导管105的位置调节完毕后，可将第一端与第二壳体113的第一端旋紧，从而使球窝102能够对球体103进行夹持定位，增加了光导管105与管体101的定位效果。

在本发明实施例提供的技术方案中，光导管105和透镜组114分别设置于管体101结构的第一壳体112和第二壳体113内，第一壳体112的一端和第二壳体113的一端共同形成球窝结构102，光导管105穿设在球体结构103的连接通孔104中，球体结构103设置在球窝102中，一方面可以利用调节结构106在对光导管106的位置进行调节，实现了光机照明系统的可调节性，且进行调节时，光导管105能够带动球体103在球窝102中转动，使光导管105以球体102为中心相对于管体101转动，实现光导管105与管体101相对位置的调节，从而调节光导管在光路中的位置，改善匀光效果。另一方面，第一壳体112和第二壳体113的各一端用于形成球窝结构102，使得即使在对光导管105调节时，第一壳体112和第二壳体113的连接关系保持不变，从而保证光导管105和透镜组114相对结构位置连接的稳定性。

即，该光机照明系统的调节结构和连接结构共用，可同时实现照明光路调节以及照明系统中光学部件结构连接的稳定性，利于实现光机照明系统的一体化，提高匀光效果。

以及，本实施例中，由于光导管105夹设在伸缩装置107和弹性件108之间，因此在伸缩装置107的压力和弹性件108的弹性力的作用下，光导管105能够相对于管体101定位，在需要对光导管105的位置进行调节时，可使伸缩装置107沿管体101的径向伸缩，从而在伸缩装置107的压力和弹性件108的弹性力作用下，光导管105能够带动球体103在球窝102中转动，从而使光导管105以球体103为中心相对于管体101转动，实现光导管105与管体101相对位置的调节，当光机照明系统设置在光路中时，通过调节光导管105与管体101的相对位置即可调节光导管105在光路中的位置，改善和保证光导管及整个照明系统的匀光效果。由于光导管105通过球体103与管体101转动连接，且光导管105通过伸缩装置107和弹性件108的夹持作用而相对于管体101定位，因此，光导管105与管体101的连接较为稳定，由于光导管105能够通过以球体103为中心相对于管体101的转动来实现位置的调节，因此，在位置调节过程中，光导管不会产生整体的移动，光导管105的位置调节稳定性较好，从而利于提高光导管105位置调节的准确性和可靠性。另外，由于光导管105通过球体103与管体101转动连接，当光机照明系统受到机械振动而使光导管105的位置发生偏移时，在弹性件108的弹性作用下，光导管105能够以球体103为中心相对于管体101旋转而实现复位，保证了光导管105的匀光效果。

本实施例中，优选的，光导管105的出光端穿设在连接通孔104内，伸缩装置107和弹性件108位于光导管105的入光端和球体103之间。由此，当光机照明系统设置在光路中时，照明光源所发出的光束会通过光导管105的入光端进入光导管105进行匀光，经过匀光的光束会由光导管105的出光端射出，并射向其他光学器件。由于光导管105的出光端穿设在连接通孔104内，因此，在对光导管105进行位置调节时，可根据光束的位置调节光导管105的入光端的位置，而光导管105的出光端的位置基本不变，从而在完成光导管105的位置调整后，无需对光路中的其他光学器件的位置进行调整，降低了操作难度。

请参考图3，本实施例中，优选的，管体101外表面上设有连接板109，连接板109上开设有条形孔110，条形孔110沿管体101的轴向延伸。当光机照明系统与投影设备主体连接时，管体101可通过在条形孔110中穿设螺栓并将螺栓与投影设备主体螺接的方式与投影设备主体连接，由于条形孔110沿管体101的轴向延伸，因此，可通过螺栓在条形孔110中的滑动使管体101沿轴向移动，以在管体101的轴向上调节光导管105的位置。由此使光导管105能够进行前、后、左、右、上、下等六个自由度的调节。

请参考图4，本实施例中，优选的，光机照明系统还包括防护套111，防护套111套设在光导管105上并与光导管105固定连接，防护套111穿设在连接通孔104内，并与球体103固定连接，防护套111夹设在伸缩装置107和弹性件108之间。由此，防护套111能够对光导管105起到防护作用，使光导管105不与球体103、伸缩装置107和弹性件108直接接触，防止球体103、伸缩装置107和弹性件108对光导管105造成损伤，影响匀光效果。

请参考图5，本实施例中，优选的，弹性件108为锥形弹簧，锥形弹簧的第一端的直径大于锥形弹簧的第二端的直径，锥形弹簧的第二端与管体101连接，锥形弹簧的第一端与防护套111相接触。由此，可增加锥形弹簧与防护套111的接触面积，从而减小对于保护套的压强，防止对防护套111造成损坏，且锥形弹簧在被压缩时不易发生晃动，也不易出现卡死光导管105造成无法调节、无法复位的问题。另外，弹性件108也可为压簧、片簧、橡胶件等。

本实施例中，优选的，伸缩装置107为调节螺栓，调节螺栓穿设在管体101的螺栓孔内。通过旋转调节螺栓能够使调节螺栓沿管体101的径向伸缩，从而使调节螺栓对光导管105施力，调节光导管105与管体101的相对位置。由此，使伸缩装置107结构简单、调节操作简便可靠。当然，伸缩装置107也可为电动伸缩装置107、液压伸缩装置107等。

本实施例中，优选的，调节结构106为两个，两个调节结构106的设置方向相垂直。由此，在安装过程中只需将其中一个调节结构106沿水平方向或竖直方向设置，即可实现光导管105在水平方向和竖直方向上沿管体101的径向的位置调节。

以及，本发明实施例还提供了一种激光投影设备，如图6所示，包括激光光源601，光机602，投影镜头603。

具体地，激光光源601为光机602提供照明，光机602对照明光束进行调制，并输出至投影镜头503进行成像，具体地投射至投影介质604（比如屏幕或者墙体等）形成投影画面。其中，光机602包括上述实施例方案的光机照明系统。

综上所述，本发明实施例的技术方案，实现了光机照明系统的可调节性，具体是对光导管的可调节，同时将调节结构和照明系统中光导管和透镜组的连接结构共同，从而在对光导管调节时也不会改变光导管相对于管体的空间位置或者相对于后面透镜组的相对位置，仅调节光导管前端来改变入光方式及匀光效率，实现调节的同时保证了照明系统结构连接的稳定性或可靠性，利于光机照明系统的一体化设计，并便于激光投影产品的模块化设计。

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。

Claims (9)

1.一种光机照明系统，包括光导管和透镜组，所述透镜组接收所述光导管发出的光束，其特征在于，还包括：

管体，包括第一壳体和第二壳体，所述光导管至少一端设置于所述第一壳体内，所述透镜组至少部分镜片设置于所述第二壳体内；

以及，所述管体内设有球窝，所述第一壳体的第一端与所述第二壳体的第一端通过螺纹连接或者套接拼合构成所述球窝；

球体，所述球体上设有连接通孔，所述球体设置在所述球窝中，所述球体与所述球窝球面接触并与所述球窝之间具有球面转动自由度；所述光导管穿设在所述连接通孔内，并与所述球体固定连接；

以及，调节结构，包括在同一方向上相对设置的伸缩装置和弹性件，所述伸缩装置和弹性件沿所述管体的径向设置在所述管体上。

2.根据权利要求1所述的光机照明系统，其特征在于，所述第一壳体的第一端与所述第二壳体的第一端能够旋紧以将所述球体夹持定位。

3.根据权利要求1所述的光机照明系统，其特征在于，

所述光导管的出光端穿设在所述连接通孔内。

4.根据权利要求1或3所述的光机照明系统，其特征在于，

所述伸缩装置和弹性件位于所述光导管的入光端和所述球体之间，

所述光导管夹设在所述伸缩装置和弹性件之间，所述伸缩装置能够沿所述管体的径向伸缩以驱动所述光导管以所述球体为中心相对于所述管体转动。

5.根据权利要求1所述的光机照明系统，其特征在于，所述管体外表面上设有连接板，所述连接板上开设有条形孔，所述条形孔沿所述管体的轴向延伸。

6.根据权利要求1所述的光机照明系统，其特征在于，还包括防护套，所述防护套套设在所述光导管上并与所述光导管固定连接，所述防护套穿设在所述连接通孔内，并与所述球体固定连接，所述防护套夹设在所述伸缩装置和弹性件之间。

7.根据权利要求6所述的光机照明系统，其特征在于，所述弹性件为锥形弹簧，所述锥形弹簧的第一端的直径大于所述锥形弹簧的第二端的直径，所述锥形弹簧的第二端与所述管体连接，所述锥形弹簧的第一端与所述防护套相接触。

8.根据权利要求4所述的光机照明系统，其特征在于，所述伸缩装置为调节螺栓，所述调节螺栓穿设在所述管体的螺栓孔内。

9.一种激光投影设备，包括激光光源，光机，及投影镜头，所述激光光源为光机提供照明光束，所述光机调制所述照明光束并投射入所述投影镜头成像显示，其特征在于，所述光机包括权利要求1-8任一所述的光机照明系统。