CN108490719A - 一种应用于投影装置中的光学组件及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于投影装置中的光学组件和投影装置，所述光学组件包括DMD芯片、TIR棱镜以及反射组件；TIR棱镜设置于所述DMD芯片上方，光线在进入TIR棱镜后，在TIR棱镜的胶合边界形成全反射后进入DMD芯片表面反射重新进入至TIR棱镜；在DMD芯片表面反射的光线包括第一出射光线和第二出射光线，第一出射光线进入TIR棱镜后射入到所述镜头以在荧幕上形成影像；反射组件设置于所述TIR棱镜的上方，且与TIR棱镜间隔预设距离，位于第二出射光线的出射路径上；反射组件用于减少射入到镜头中的第二出射光线。通过在TIR棱镜的上方增设反射组件，减少了从TIR棱镜处射出的第二出射光线摄入到镜头内的数量，减少了该第二出射光线对成像的影响。

Description

一种应用于投影装置中的光学组件及投影装置

技术领域

本发明涉及电子设备的投影装置技术领域，尤其涉及一种应用于投影装置中的光学组件及投影装置。

背景技术

DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜设备)照明系统用于将前端投影光源提供的时序性的三基色光引导至DMD入光面，DMD驱动控制部件根据投影图像信号内容控制DMD众多的反射镜镜片发生反射，通过对DMD反射镜的旋转角度及方向控制，实现正向出光和或者以一定角度出射。

从DMD芯片处以一定角度出射的光线如不加以处理，不但会导致系统的对比度降低，还会增加系统杂散光，降低系统的可靠性以及对画面质量产生影响。另外，该光线如不加以处理，还容易导致后群温度过高，对镜头性能也带来一定的影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种应用于投影装置中的光学组件和投影装置，旨在解决投影装置内的杂散光线对成像的不良影响。

为实现上述目的，本发明提出的应用于投影装置中的光学组件，所述投影装置包括壳体、镜头、设置于所述壳体内的光源以及光学组件，所述光学组件包括 DMD芯片、TIR棱镜以及反射组件；其中：

所述光源用于发射光线；

所述镜头用于接收光线以成像；

所述TIR棱镜设置于所述DMD芯片上方，用于将进入TIR棱镜的光线，在 TIR棱镜的胶合边界形成全反射后进入DMD芯片表面反射重新进入至TIR棱镜；

所述DMD芯片用于接收从所述TIR棱镜射入的光线，并将该光线反射回 TIR棱镜；

所述反射组件设置于所述TIR棱镜的上方，且与所述TIR棱镜间隔预设距离，并位于从所述TIR棱镜射出的第二出射光线的出射路径上；所述反射组件用于减少射入到所述镜头中的第二出射光线。

优选地，所述反射组件包括支架和光线调节组件，其中：

所述支架用于将所述反射组件固定在所述壳体上；

所述光线调节组件安装在所述支架面向所述TIR棱镜的一面上，所述光线调节组件用于减少射入到所述镜头中的第二出射光线。

优选地，所述光线调节组件为反射镜；

所述支架倾斜预设角度固定于所述壳体上，以用于将从所述TIR棱镜处射出的第二出射光线反射到TIR棱镜之外。

优选地，所述支架倾斜的预设角度α满足以下公式：α1≥(arctg(D1/H1))/2-θ/2，D1＝D0-H1tg(θ)其中：

θ为第二出射光线的从TIR棱镜表面出射的临界光线的出射角；

H1为第二出射光线的临界光线射入到所述反射镜处的交点到所述TIR棱镜表面的距离；

D0为第二出射光线的临界光线在所述TIR棱镜的出射点到所述TIR棱镜的边缘的距离。

优选地，所述支架倾斜的预设角度α满足以下公式：α2≥(arctg(D2/H1))/2-θ/2，2D2＝D1-Hctg(e)，其中：

θ为第二出射光线的从TIR棱镜表面出射的临界光线的出射角；

H1为第二出射光线的临界光线射入到所述反射镜处的交点到所述TIR棱镜表面的距离；

D2第二出射光线的经反射镜反射后满足使该第二出射光线避免照射到TIR 棱镜的胶合位置的临界光线与TIR出光面交点到第二出射光线的临界光线与TIR 出光面交点间的距离。

TIR棱镜面向反射镜的上表面到TIR棱镜的胶合边界处的高度值。

优选地，所述光线调节组件为吸光层，其中：

所述吸光层涂覆在所述支架面向所述TIR棱镜的一面，用以将从所述TIR 棱镜射出的第二出射光线吸收。

优选地，所述光线调节组件为吸收件，其中：

所述吸收件用于将从所述TIR棱镜出射的第二出射光线锁定在其内；

所述支架上开设有用于安装所述吸收件的容纳腔。

优选地，所述支架上设置有散热组件，用以将吸收的第二出射光线产生的热量散发出去。

优选地，所述壳体上设置有散热组件，用以将出射到所述壳体上的光线产生的热量发散出去。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种投影装置，所述投影装置包括如上所述的光学组件。

本发明技术方案中，所述光学组件应用于投影装置中，所述投影装置包括壳体、镜头、设置于所述壳体内的光源以及光学组件，所述光学组件包括DMD芯片、TIR棱镜以及反射组件；所述TIR棱镜设置于所述DMD芯片上方，光线在进入TIR棱镜后，在TIR棱镜的胶合边界形成全反射后进入DMD芯片表面反射重新进入至TIR棱镜；在所述DMD芯片表面反射的光线包括第一出射光线和第二出射光线，所述第一出射光线进入TIR棱镜后射入到所述镜头以在荧幕上形成影像；所述反射组件设置于所述TIR棱镜的上方，且与所述TIR棱镜间隔预设距离，位于所述第二出射光线的出射路径上；所述反射组件用于减少射入到所述镜头中的第二出射光线。通过在TIR棱镜的上方增设反射组件，减少了从TIR 棱镜处射出的第二出射光线摄入到镜头内的数量，减少了该第二出射光线对成像的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例光学组件的结构示意图；

图2为本发明一实施例的不同视场下第二出射光线的走向图；

图3为本发明一实施例的同一视场下不同角度第二出射光线的临界光线的走向图；

图4为本发明一实施例中第二出射光线的光路图；

图5为本发明另一实施例光学组件的结构示意图；

图6为图5中另一视角的结构示意图。

图例说明：10-壳体；20-TIR棱镜；30-反射组件；40-DMD模块；41-DMD 模块的coverglass；42-DMD模块的array面；31-反射镜；32-支架；33-吸收件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……) 仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种应用于投影装置中的光学组件，旨在解决在DMD芯片中以一定角度出射的光线对画面质量以及整个投影系统的可靠性造成影响的问题。

请参照图1至图6，在本发明一实施例中，光学组件应用于投影装置中，投影装置包括壳体10、镜头(图未示)、设置于壳体内的光源(图未示)以及光学组件，光学组件包括DMD芯片40、TIR棱镜20以及反射组件；其中：

光源用于发射光线；

镜头用于接收光线在荧幕上形成影像；

TIR(Total Internal Reflection，全内反射)棱镜20设置于DMD芯片40上方，用于将进入TIR棱镜20的光线，在TIR棱镜20的胶合边界形成全反射后进入DMD芯片40表面反射重新进入至TIR棱镜20；

DMD芯片40用于接收从TIR棱镜20射入的光线，并将该光线反射回TIR 棱镜20；反射至TIR棱镜的光线包括第一出射光线和第二出射光线，第一出射光线进入TIR棱镜后射入到所述镜头以在荧幕上形成影像；第二出射光线指 DMD呈on状态时反射出射的光，此部分光线经TIR棱镜后入射到镜头并在荧幕上形成影像；

反射组件设置于所述TIR棱镜20的上方，且与TIR棱镜20间隔预设距离，并位于第二出射光线的出射路径上；反射组件用于减少射入到镜头中的第二出射光线。

采用本发明的光学组件，通过反射组件30对从DMD芯片处出射的第二出射光线进行处理，进而减少了该第二出射光线入射到镜头处，降低了第二出射光线对成像的不良影响，以及解决了第二出射光线入射到镜头处使其温度升高而对整个系统的可靠性造成影响的问题。

其中，投影装置为DLP(Digital Light Procession)投影装置。

本实施例中，该光学组件应用于DLP投影装置中，DLP投影装置包括壳体10、镜头设置于壳体10内的光源以及光学组件，光学组件进一步包括DMD芯片、TIR棱镜20以及反射组件30。当然DLP投影装置中的其他部件为本领域中公知技术，在此不再一一赘述。其中，TIR棱镜20设置与DMD芯片上方，光源处的光线在进入到TIR棱镜20后，在TIR棱镜20的胶合边界形成全反射后进入到DMD芯片表面，在DMD芯片表面反射后重新进入到TIR棱镜20中。此时，从DMD芯片的表面反射出的光线包括两种光线，一种是垂直DMD芯片直接射出的第一出射光线，该第一出射光线在垂直DMD芯片射出后直接经过 TIR棱镜20摄入到镜头内，并在荧幕上形成影像，因此，第一出射光线是整个投影装置中成像时真正需要的光线。但是，从DMD芯片中出射的光线还有一部分是从DMD芯片表面侧向射出的，即与DMD芯片的法线呈一定的角度，此即第二出射光线。第二出射光线并不是投影装置成像时所需的光线，因此，当第二出射光线进入到镜头时，将使投影装置的对比对下降以及带来其他不良影响。本实施例在TIR棱镜20的上方设置一反射组件30，并且该反射组件30设置在第二出射光线的出射路径上，用于当有第二出射光线从TIR棱镜20的表面射出时，将第二出射光线反射出去或者将第二出射光线吸收掉，进而防止第二出射光线摄入到镜头内。

需要说明的是，本实施例中并不限定反射组件30处理第二出射光线的方式，只要满足能将第二出射光线处理掉，使其不会再进入到镜头中即可。

同时需要说明的是，反射组件30的设置不能阻挡第一出射光线的出射，因此，该反射组件30设置在第二出射光线的出射路径上。

在另一实施例中，反射组件30包括用于将反射组件30固定在壳体10上的支架32以及安装在支架32面向TIR棱镜20的一面上的光线调节组件，光线调节组件用于减少射入到所述镜头中的第二出射光线。光线调节组件可以是可将第二出射光线反射出去的反射镜31，也可以是可将第二出射光线吸收掉的吸收部件，或者也可以是可将第二出射光线束缚在光线调节组件内的部件，在此不做具体限定。

进一步地，支架倾斜的预设角度α满足以下公式(1)：

α1≥(arctg(D1/H1))/2-θ/2，D1＝D0-H1tg(θ)；

其中θ为第二出射光线的从TIR棱镜表面出射的临界光线的出射角，H1 为第二出射光线的临界光线射入到所述反射镜处的交点到所述TIR棱镜表面的距离；D1为第二出射光线的临界光线在TIR棱镜的出射点到TIR棱镜的边缘的距离。

本实施例中，更加严格的限定了第二出射光线的光路行程，在本实施例中，通过公式(1)的限定，限定了第二出射光线经反射镜反射后的能够射入到TIR 棱镜上的临界值。当满足公式(1)这一关系式时，即表明第二出射光线从反射镜处反射出去的光线都能射到TIR棱镜之外。

对于DLP投影装置的第二出射光线，如下图2所示，为不同视场下主光线对应的第二出射光线的走向图。本实施例中提到的第二出射光线的方向角θ，是指第二出射光线的边缘临界光线对应的出射角度，此出射角度θ是指出射至 TIR-OUT后的角度，而此角度对应于DMD芯片的array面的角度，可以根据 DMD芯片的array面与coverglass面、coverglass厚度、coverglass与TIR棱镜下表面间距、TIR棱镜厚度，以及coverglass、TIR棱镜材质，依照折射率公式进行计算，在此不做赘述。

第二出射光线的边缘光线如图3所示，为DMD芯片最接近入光端的边缘发出的第二出射光线，且考虑系统的F#，为DMD芯片端点入射光束的边缘光线， F#＝1/2*sin(c)。

进一步地，光线调节组件为反射镜31，支架32倾斜预设角度固定于壳体10 上，以用于将从TIR棱镜20处射出的第二出射光线反射到TIR棱镜20之外。其中，支架32需以预设角度倾斜固定在壳体10上。当支架32平行设置于TIR 棱镜20时，此时从TIR棱镜20出射的第二出射光线将反射至TIR棱镜20胶点位置，由于TIR棱镜20是由第一棱镜与第二棱镜胶合成一体组成，当第二光线被反射镜31反射回TIR棱镜20射到胶点位置时，由于长时间被光照，则将导致胶点失效，使第一棱镜与第二棱镜脱落，进而使TIR棱镜20出现可靠性问题。因此本实施例中，将所述支架32倾斜固定在所述壳体10上，支架32在壳体10 上的安装结构可通过在壳体10上开设安装孔，通过安装件将支架32与壳体10 固定在一体。在将支架32倾斜设置与壳体10上后，从TIR棱镜20上出射的第二出射光线一部分出射到TIR棱镜20之外，一部分射到TIR棱镜20内的胶点之外的地方，极少部分摄入到TIR棱镜20胶点处的位置。由此减少了胶点处收到的光照，提高了TIR棱镜20的可靠性。

进一步地，所述支架倾斜的预设角度α满足以下公式(2)：

α2≥(arctg(D2/H1))/2-θ/2；

其中θ为第二出射光线的临界光线的入射角，H1为第二出射光线的临界光线射入到反射镜处的交点到TIR棱镜表面的距离；D2第二出射光线的经反射镜反射后满足使该第二出射光线避免照射到TIR棱镜的胶合位置的临界光线与TIR 出光面交点到第二出射光线的临界光线与TIR出光面交点间的距离。TIR棱镜面向反射镜的上表面到TIR棱镜的胶合边界处的高度值。

参见图2、图3和图4，本实施例中，为了保证第二出射光线经反射镜反射后，不会射入到所述TIR棱镜32胶合的位置。避免第二出射光线摄入到TIR棱镜的胶合位置而造成该位置由于受到光照，而使该处出现脱胶的现象，使TIR 棱镜失效。为了满足上述的需求，所述支架倾斜的预设角度α以及第二出射光线从TIR棱镜出射的出射角度θ之间的关系如公式(2)所示。其中，设定第二出射光线从TIR棱镜出射的出射角度θ是固定不变的，且TIR尺寸不变时，满足 2D2＝D1-Hctg(e)。H表示的是TIR棱镜面向反射镜的上表面到TIR棱镜的胶合边界处的高度值，e为TIR-OUT的边缘角度。

以上计算，主要是对光线调节组件件的反射角度的计算，若固定反射角度α，则上述公式(1)和公式(2)可以转变为对TIR尺寸的限制，这两方面是互相相关和制约的，但计算方法一致。

在另一优选实施例中，光线调节组件为吸光层，支架32面向TIR棱镜20 的一面涂覆有吸光层，用以将从TIR棱镜20射出的第二出射光线吸收。本实施例中，光线调节组件为吸光层，该吸光层覆盖在支架32面向TIR棱镜20的一面上，该吸光层采用可吸收光线的材料涂覆在所述支架32的表面，一般选用黑色的吸光材料。当然也可以是其他颜色的吸光材料，如红色、褐色等吸光材料。其中，需要说明的是，该吸光层还可以直接涂覆在反射镜31的表面。

此外，在其他实施例中，光线调节组件为吸收件33，吸收件33用于将从所述TIR棱镜20出射的第二出射光线锁定在其内，支架32上开设有用于安装所述吸收件33的容纳腔(未标示)。本实施例中，光线调节组件为吸收件33，该吸收件33是用于将从TIR棱镜20处出射的第二出射光线锁定在其内。原理近似于黑体原理，通过使第二出射光线在吸收件33内发生多次反射，使得大部分第二出射光线被限制在腔体中，此时，第二出射光线则无法从吸收件33内出射出去，进而减小了第二出射光线射入到镜头上的数量，降低了其对成像的不良影响，提高了装置的可靠性。其中，容纳腔开设在所述支架32上，其形状可为方形或者圆形或者其他形状，该容纳腔是穿透所述支架32的通腔，通过该容纳腔将吸收件33安装在其内，并且吸收件33与容纳腔为过盈配合，使吸收件33稳固的固定在容纳腔内。

进一步地，在所述壳体10以及所述支架32上均设置有散热组件，所述散热组件用于将吸收的光线所带来的热量散发出去。所述散热组件可以是在在所述壳体10或所述支架32上设置金属件，以通过金属件加快热量的传递。或者在所述壳体10或者所述支架32上设置较小的散热孔，增大接触面积，使热量扩散。当然也还可以是其他的结构，具体以能实现散热为准。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种投影装置，所述投影装置包括如上实施例所述的光学组件。由于本实施例中的投影装置采用了如上实施例所述的光学组件，因此具体上述实施例中的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接 /间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述投影装置包括壳体、镜头、设置于所述壳体内的光源以及光学组件，所述光学组件包括DMD模块、TIR棱镜以及反射组件；其中：

所述光源用于发射光线；

所述镜头用于接收光线在荧幕上形成影像；

所述TIR棱镜设置于所述DMD模块上方，用于将进入TIR棱镜的光线，在TIR棱镜的胶合边界形成全反射后进入DMD模块表面反射重新进入至TIR棱镜；

所述DMD模块用于接收从所述TIR棱镜射入的光线，并将该光线反射回TIR棱镜；

所述反射组件设置于所述TIR棱镜的上方，且与所述TIR棱镜间隔预设距离，并位于从所述TIR棱镜射出的第二出射光线的出射路径上；所述反射组件用于减少射入到所述镜头中的第二出射光线。

2.如权利要求1所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述反射组件包括支架和光线调节组件，其中：

所述支架用于将所述反射组件固定在所述壳体上；

所述光线调节组件安装在所述支架面向所述TIR棱镜的一面上，所述光线调节组件用于减少射入到所述镜头中的第二出射光线。

3.如权利要求2所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述光线调节组件为反射镜；

所述支架倾斜预设角度固定于所述壳体上，以用于将从所述TIR棱镜处射出的第二出射光线反射到TIR棱镜之外。

4.如权利要求3所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述支架倾斜的预设角度α满足以下公式：α1≥(arctg(D1/H1))/2-θ/2，D1＝D0-H1tg(θ)，其中：

θ为第二出射光线的从TIR棱镜表面出射的临界光线的出射角；

H1为第二出射光线的临界光线射入到所述反射镜处的交点到所述TIR棱镜表面的距离；

D0为第二出射光线的临界光线在所述TIR棱镜的出射点到所述TIR棱镜的边缘的距离。

5.如权利要求3所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述支架倾斜的预设角度α满足以下公式：α2≥(arctg(D2/H1))/2-θ/2，2D2＝D1-Hctg(e)其中：

θ为第二出射光线的从TIR棱镜表面出射的临界光线的出射角；

H1为第二出射光线的临界光线射入到所述反射镜处的交点到所述TIR棱镜表面的距离；

D2为第二出射光线的经反射镜反射后满足使该第二出射光线避免照射到TIR棱镜的胶合位置的临界光线与TIR出光面交点到第二出射光线的临界光线与TIR出光面交点间的距离。

TIR棱镜面向反射镜的上表面到TIR棱镜的胶合边界处的高度值。

6.如权利要求2所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述光线调节组件为吸光层，其中：

所述吸光层涂覆在所述支架面向所述TIR棱镜的一面，用以将从所述TIR棱镜射出的第二出射光线吸收。

7.如权利要求2所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述光线调节组件为吸收件，其中：

所述吸收件用于将从所述TIR棱镜出射的第二出射光线锁定在其内；

所述支架上开设有用于安装所述吸收件的容纳腔。

8.如权利要求2所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述支架上设置有散热组件，用以将吸收的第二出射光线产生的热量散发出去。

9.如权利要求1～8任一项所述的应用于投影装置中的光学组件，其特征在于，所述壳体上设置有散热组件，用以将出射到所述壳体上的光线产生的热量发散出去。

10.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括如权利要求1～9任一项所述的应用于投影装置中的光学组件。