CN110244506A - 楔形激光投影光通装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光显示装备领域，尤其是一种有效解决传统技术中投影显示白场彩边问题的楔形激光投影光通装置，包括沿光的传导顺序依次布置的整形透镜组、TIR棱镜和光阀，包括楔形光通，楔形光通设置于整形透镜组与光源之间，楔形光通靠近整形透镜组一侧的出光口所在平面与楔形光通内光线传导方向之间为斜交，光线由出光口到TIR棱镜的反射面之间的上光程和下光程相等。本发明将光通改为楔形光通，从而将传统光通平齐出光口改变为楔形出光口，增大光通出光口上边缘的上光程，使出光口上下边缘的光程趋于平衡，从而改善了光斑成像至光阀表面的像差，对现有光引擎系统改动较小，同时也防止了光线溢出对光阀造成永久性损伤。尤其适用于激光投影结构之中。

Description

楔形激光投影光通装置
技术领域
本发明涉及激光显示装备领域，尤其是一种楔形激光投影光通装置。
背景技术
近年来，由于激光在显示领域的出色表现，使得激光显示已逐渐成为显示技术的发展方向，激光显示的普及将为视频显示领域带来一场革命。激光显示涵盖了许多领域的先进技术，只要掌握其产业化的关键核心技术，就能成为下一代显示技术的领头羊，同时可以促进其他相关产业的发展，对许多相关领域影响深远。
激光显示是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、绚丽的色彩，提供更具震撼的表现能力，与自然光色域相比较，传统显示设备只能再现人眼所见颜色的30％，而目前激光显示方式可覆盖90％，这一巨大的潜力让我们对激光显示技术的未来充满期待，因此激光显示被称为“人类视觉史上的革命”。
目前，针对高端激光投影机，Texas Instruments(以下简称TI)推出0.66″DMD显示芯片，由于其具备高分辨率，同时支持4K显示，极大提升了激光投影的显示效果，致使越来越多的厂商将重点集中于0.66″显示平台光学引擎研发。但由于新推出的0.66″DMD显示芯片微镜偏转角度为17°，对入射至光阀的入射光角度要求相应提高，若继续采用传统光学系统架构，将会带来光源像存在较大像差，大大影响显示效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效解决传统技术中投影显示白场彩边问题的楔形激光投影光通装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：楔形激光投影光通装置，包括沿光的传导顺序依次布置的整形透镜组、TIR棱镜和光阀，包括楔形光通，所述楔形光通设置于整形透镜组与光源之间，楔形光通靠近整形透镜组一侧的出光口所在平面与楔形光通内光线传导方向之间为斜交，其中，光线由出光口到TIR棱镜的反射面之间的上光程和下光程相等。
进一步的是，所述出光口为楔形形状的光管。
进一步的是，所述光管内设置有高反射膜层。
进一步的是，整形透镜组为由两个或两个以上透镜组成的望远透镜组结构。
进一步的是，所述TIR棱镜由胶合的两个棱镜组成，棱镜间设置有空气间隙。
进一步的是，光阀表面集成设置有微反射镜。
进一步的是，包括微机电控装置，所述光阀与微机电控装置连通。
本发明的有益效果是：本发明巧妙的对光通的出光口进行改进，即将光通改为楔形光通，从而将传统光通平齐出光口改变为楔形出光口，增大光通出光口上边缘的上光程，使出光口上下边缘的光程趋于平衡，从而改善了光斑成像至光阀表面的像差，对现有光引擎系统改动较小，同时也防止了光线溢出对光阀造成永久性损伤。本发明尤其适用于激光投影结构之中。
附图说明
图1是本发明的楔形光通的示意图。
图2是采用传统光通激光投影照明系统示意图。
图3是采用楔形光通激光投影照明系统示意图。
图中标记为：楔形光通10、光源11、出光口12、整形透镜组20、光阀30、上光程31、下光程32、TIR棱镜40、反射面41。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1、图2、图3所示的楔形激光投影光通装置，包括沿光的传导顺序依次布置的整形透镜组20、TIR棱镜40和光阀30，包括楔形光通10，所述楔形光通10设置于整形透镜组20与光源11之间，楔形光通10靠近整形透镜组20一侧的出光口12所在平面与楔形光通10内光线传导方向之间为斜交，其中，光线由出光口12到TIR棱镜(40)的反射面41之间的上光程31和下光程32相等。
在本发明中，楔形光通10靠近整形透镜组20一侧的出光口12所在平面与楔形光通10内光线传导方向之间为斜交，这里的“斜交”，如图3所示，要求出光口12所在平面与楔形光通10侧边之间为非垂直的相交，这样的结构也才能保证后期的上光程31和下光程32相等。
图2是采用传统光通激光投影照明系统原理图，光源11的光束穿过传统的光通，经过整形透镜组80的放大，光束由TIR棱镜40反射至光阀30，在光阀30表面呈现尺寸与光阀30有效区域尺寸相差不大的矩形光斑，由原理图并根据数学代换可知，光通出光口上下边缘光程差可等效为：
Δ＝(CD-AB)×n1
其中Δ为光程差，n1为棱镜折射率。
而：
CD＝a+a×tan17°；
AB＝a/cos17°；
其中a为光通宽度，而17°为固定值，光阀设计要求为光束17°入射(如TexasInstruments 0.66″芯片)。
可知：
CD-AB＞0
所以，光通上边缘光程小于下边缘光程，导致矩形光斑上下差异较大，表现为矩形光斑下边缘像散较宽，白场画面出现彩色亮带，影响画面显示。
图3为采用楔形光通10的激光投影照明系统原理图，其原理为减小光通上边缘物理尺寸，从而增大上边缘光束光程。
更具体地，由以上推导：
Δ＝(CD-AB)×n1≈0.26a n1
故，楔形光通斜面斜度为：
Φ＝arctan(b/L)
其中b为光通纵向宽度，L为光通上边缘较小尺寸；
而：
L＝Δ/n＝0.26a n1/n；
其中n为空气折射率。
在实际使用时，所述光源11为激光激发荧光粉后经过滤色轮的混色光，混色光进入楔形光通10，用于将激光光源系统发出的圆形光斑改变为方形光斑，同时对光斑进行匀光；通过楔形光通10的光束经过整形透镜组20入射至TIR棱镜40，TIR棱镜40可将入射光反射至光阀30表面，传统激光光源照明方案中，楔形光通10出光口上下边缘平齐，来自出光口上下边缘的光线到达光阀30表面的光程不一致，导致汇聚于光阀30表面的矩形光斑像散较大，导致画面彩边，影响画面显示，而本方案中采用楔形光通10，通过光通物理尺寸平衡光程差，以改善相差，消除彩边现象。其中，TIR棱镜即为“全内反射”棱镜。
一般的，优选所述出光口12为楔形形状的光管，其楔形斜度根据系统而定。还可以选择在光管内设置高反射膜层，其原理与光纤相同，光束可在光管内进行多次反射，最终由出光口12出射。
为了进一步优化本装置，可以做如下改进：优选整形透镜组20为由两个或两个以上透镜组成的望远透镜组结构，对光棒出光口光斑实现一定比例的放大作用，以匹配光阀30尺寸。优选所述TIR棱镜40由胶合的棱镜组成，棱镜间存在微小空气间隙。当来自于整形透镜组20的光束到达棱镜斜面，由于棱镜折射率大于空气折射率，故光束在棱镜斜面发生全反射，使得光束照射光阀30。优选所述光阀30表面集成上百万的微反射镜，基于微机电控制实现光的调制，在光阀表面呈现相应图案。
本发明很好的解决了光斑投影画面像散较大，影响画面显示的问题，本装置使出光口上下边缘的光程趋于平衡，从而改善了光斑成像至光阀表面的像差，减弱像散，成功的提高激光光源系统稳定性的目的，市场推广前景十分广阔。

Claims (7)

1.楔形激光投影光通装置，包括沿光的传导顺序依次布置的整形透镜组(20)、TIR棱镜(40)和光阀(30)，其特征在于：包括楔形光通(10)，所述楔形光通(10)设置于整形透镜组(20)与光源(11)之间，楔形光通(10)靠近整形透镜组(20)一侧的出光口(12)所在平面与楔形光通(10)内光线传导方向之间为斜交，其中，光线由出光口(12)到TIR棱镜(40)的反射面(41)之间的上光程(31)和下光程(32)相等。
2.如权利要求1所述的楔形激光投影光通装置，其特征在于：所述出光口(12)为楔形形状的光管。
3.如权利要求2所述的楔形激光投影光通装置，其特征在于：所述光管内设置有高反射膜层。
4.如权利要求1、2或3所述的楔形激光投影光通装置，其特征在于：整形透镜组(20)为由两个或两个以上透镜组成的望远透镜组结构。
5.如权利要求1、2或3所述的楔形激光投影光通装置，其特征在于：所述TIR棱镜(40)由胶合的两个棱镜组成，棱镜间设置有空气间隙。
6.如权利要求1、2或3所述的楔形激光投影光通装置，其特征在于：光阀(30)表面集成设置有微反射镜。
7.如权利要求6所述的楔形激光投影光通装置，其特征在于：包括微机电控装置，所述光阀(30)与微机电控装置连通。
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