CN112433422B - 一种光机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光机，包括：光源光路透镜组向光调制系统提供入射光，光调制系统对光源进行光处理后经投影光路透镜组出射，以投影至投影平面，光源光路透镜组模块、光调制系统模块和投影光路透镜组模块卧式布置，光源光路透镜组模块上具有一体成型的顶壁，顶壁为非金属材质，光源的接线端子设置在顶壁上；光源光路透镜组模块上具有朝向Z轴负向的第一敞口；光调制系统模块上具有朝向Z轴正向的第二敞口；其中，第一敞口在XOY平面的投影和第二敞口在XOY平面的投影不重叠；上盖板，上盖板为金属材质。由此，减少了光源光路透镜组模块发生短路的概率；而同时，上盖板为金属材质，可以对光调制系统模块进行散热。

Description

一种光机
技术领域
本发明涉及DLP投影技术领域，具体涉及一种光机。
背景技术
微型投影技术是一种新型的现代投影显示技术，它凭借实现设备的小型化，便携化而逐步渗入到人们的日常生活中，逐渐成为投影显示的一大重要发展潮流。数字光处理(Digital Light Processing，DLP)投影显示方式具有高亮度，高对比度，高分辨率的特点，与新型LED光源结合，实现小型化的便携式微型投影，满足人们对投影显示随身化与自由化的需求。
DLP投影仪的投影成像质量与光路及光学元器件的固定方式紧密相关。DLP投影仪中常采用三色(R、G、B)二极管(LED)作为光源，其中R、G、B二极管可经驱动而依序开关，再经照明系统将影像投射至目标投影平面(例如屏幕)上。例如，R、G、B二极管光源沿光路径依次经过准直系统、合光系统、反射镜、数字微镜组件(Digital Micro-mirror Device，DMD)成像系统、后组镜头、前组镜头，投射至目标平面上。可见，DLP投影仪属于光学精密设备，当光路中的某个环节出现误差时，会导致后续的光路传播偏差被放大，或者，光源利用率被降低，直接影响整个投影系统的能量利用率、投影均匀性、投影质量等。
为了追求DLP投影仪的微小型化发展，DLP光机尺寸越来越小，然而，由于光机紧凑、严密的结构，在尺寸变小的过程中，会导致散热性差，甚至出现短路等问题，也就是，造成光机工作可靠性下降，由此会导致光机的使用寿命降低。
因此，如何在光机小型化的前提下，确保光机工作的可靠性，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种光机，以在光机小型化的前提下，确保光机工作的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光机，包括：光源光路透镜组模块、光调制系统模块和投影光路透镜组模块，其中，光源光路透镜组向光调制系统提供入射光，光调制系统对光源进行光处理后经投影光路透镜组出射，以投影至投影平面，光源光路透镜组模块、光调制系统模块和投影光路透镜组模块卧式布置，且在以光源光路透镜组模块和光调制系统模块的衔接点为坐标原点的三维坐标系中，光路传播方向为：依次沿Y轴负向、X轴负向、Y轴正向经投影光路透镜组出射；光源光路透镜组模块上具有一体成型的顶壁，顶壁所在面垂直于Z轴，顶壁为非金属材质，光源的接线端子设置在顶壁上；光源光路透镜组模块上具有朝向Z轴负向的第一敞口，第一敞口用于安装光源光路透镜组；光调制系统模块上具有一体成型的底壁，底壁所在面垂直于Z轴；光调制系统模块上具有朝向Z轴正向的第二敞口，第二敞口用于安装光调制系统的光学器件；其中，第一敞口在XOY平面的投影和第二敞口在XOY平面的投影不重叠；光机还包括：上盖板，上盖板为金属材质，上盖板用于盖覆第二敞口。
可选地，上盖板具有朝向Z轴负向的折弯部；在上盖板盖覆第二敞口时，折弯部沿Z轴负向延伸至第二敞口内。
可选地，折弯部设置在上盖板上靠近投影镜头的一侧，且折弯部呈台阶状。
可选地，上盖板内还具有凹陷部，凹陷部包覆上盖板的几何中心附近预设区域。
可选地，光源光路透镜组模块上设有多个光源，多个光源分散设置在光源光路透镜组模块上非紧挨投影镜头的各个侧面上，其中，面向Y轴负向的光源数目多于面向其它方向的光源数目。
可选地，光源光路透镜组模块上设有多个接线端子，各个接线端子的接口靠近布置。
可选地，还包括：第一会聚透镜透镜和第二会聚透镜，分别设置在光源光路透镜组模块和光调制系统模块中，其中，第一会聚透镜将接收到的光沿Y轴负向会聚，第二会聚透镜将接收到的光沿X轴负向会聚。
可选地，还包括：反射镜，设置在光源光路透镜组模块中，第一会聚透镜和第二会聚透镜位于反射镜中轴线的两侧；反射镜用于将沿Y轴负向传播的光变向为沿X轴负向传播，以传播至第二会聚透镜。
可选地，光调制系统模块内还包括：分光棱镜组，位于光调制器和投影光路透镜组模块之间，且分光棱镜组的横截面平行于XOY平面，横截面为垂直于全反射面的截面。
可选地，光源光路透镜组模块的容纳腔和光调制系统模块的容纳腔一体成型。
【有益效果】
依据本发明实施例公开的一种用于DLP微型投影仪的光机，光源光路透镜组模块的腔和光调制系统模块卧式布置，并且，光路传播方向为：依次沿Y轴负向、X轴负向、Y轴正向到达投影镜头，整机结构紧凑。并且，第一敞口和第二敞口的朝向相反，在XOY平面的投影不重叠，从而能够减小各个模块之间的相互影响，一方面，便于光源光路透镜组模块和光调制系统模块独立散热；另一方面，可以减小因相互影响导致的光路传播误差被进一步扩大，从而提高了光路精度、能量利用率。此外，光源光路透镜组模块上沿Z轴正向具有顶壁，接线端子设置在非金属材质的顶壁上，由此，减少了光源光路透镜组模块发生短路的概率；而同时，上盖板为金属材质，可以对光调制系统模块进行散热。可见，在光机小型化的前提下，一方面，减少了光源光路透镜组模块短路概率，另一方面，又兼顾了光调制系统模块的散热需求，从而确保了光机工作的可靠性。
本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明实施例进行描述。图中：
图1为本实施例公开的一种光机的主视立体结构示意图；
图2为本实施例公开的一种光机的左视结构示意图；
图3为图2中A-A截面结构示意图；
图4为本实施例公开的一种光源光路透镜组模块和光调制系统模块俯视立体结构示意图；
图5为本实施例公开的一种光源光路透镜组模块和光调制系统模块仰视立体结构示意图；
图6为本实施例公开的一种光机的局部爆炸结构示意图；
图7A和图7B为本实施例公开的一种分光棱镜组示意图，其中，图7A为分光棱镜组结构示意图，图7B为分光棱镜组的横截面示意图。
具体实施方式
为了在光机小型化的前提下，确保光机工作的可靠性，本实施例公开了一种光机，请参考图1、图2和图3，其中，图1为本实施例公开的一种光机的主视立体结构示意图，图2为本实施例公开的一种光机的左视结构示意图，图3为图2中A-A截面结构示意图。
请参考图1、图2和图3，本实施例公开的光机包括：光源光路透镜组模块1、光调制系统模块2和投影光路透镜组模块3，其中，光源光路的透镜组向光调制系统提供入射光，光源可以是RGB发光二极管；光调制系统包括例如DMD芯片和与之配合的TIR棱镜等等，光调制系统对入射光进行光处理后经投影光路出射，以通过投影镜头投影至投影平面，投影光路的镜头组设置在投影光路透镜组模块3中。
在具体实施过程中，光源光路透镜组模块1、光调制系统模块2和投影光路透镜组模块3分别独立安装各自的光学器件，并且卧式布置，具体地，各个模块之间为非堆叠结构，从而使得光机有更多的散热空间。在具体实施例中，光源光路透镜组模块1的容纳腔和光调制系统模块2的容纳腔一体成型，由此，提高光源光路透镜组模块1和光调制系统模块2的连接强度，从而也增强了整机的强度。并且，由于光源光路透镜组模块1的容纳腔和光调制系统模块2的容纳腔一体成型，使得在定位光源光路透镜组等光学器件后，能够减少光路的传播误差，从而提高了光路的传播精度。
请参考图1和图3，在以光源光路透镜组模块1和光调制系统模块2的衔接中心点为坐标原点O的三维坐标系中，光路传播方向为：依次沿Y轴负向、X轴负向、Y轴正向经投影光路透镜组出射，其中，Y轴正向为平行于投影镜头出射光的出射方向。需要说明的是，引入三维坐标系是为了便于描述相对位置关系和光路传播方向，以便于本领域技术人员理解本申请的技术方案。
请参考图1和图4，其中，图4为本实施例公开的一种光源光路透镜组模块和光调制系统模块俯视立体结构示意图，本实施例中，光源光路透镜组模块1上具有一体成型的顶壁11，顶壁11为非金属材质，光源的接线端子设置在顶壁11上，由此，可以减小光源光路中的电学元器件短路的概率。在具体实施例中，顶壁11可以与光源光路透镜组模块1的腔体一体成型，以提高整机的强度。
请参考图5，为本实施例公开的一种光源光路透镜组模块和光调制系统模块仰视立体结构示意图，本实施例中，光源光路透镜组模块1上具有朝向Z轴负向的第一敞口12，第一敞口12用于安装光源光路透镜组，安装光源光路透镜组后的光源光路透镜组模块如图3的剖面图所示，光源光路透镜组可以包括例如准直透镜，在具体实施过程中，光源光路透镜组可以收集并传输RGB三色光源。
请参考图4和图5，光调制系统模块2上具有一体成型的底壁21，底壁21所在面垂直于Z轴，底壁21可以与光调制系统模块2的腔体一体成型，以增强光调制系统模块2的强度。本实施例中，光调制系统模块2上具有朝向Z轴正向的第二敞口22，第二敞口22用于安装光调制系统的光学器件。在具体实施例中，第一敞口12在XOY平面的投影和第二敞口22在XOY平面的投影不重叠。
请参考图6，为本实施例公开的一种光机的局部爆炸结构示意图，该光机还包括：上盖板23，本实施例中，上盖板23为金属材质，便于对位于光调制系统模块2内的光调制系统进行散热。
在可选的实施例中，上盖板23具有朝向Z轴负向的折弯部23a，该折弯部23a为金属材质，上盖板23用于盖覆第二敞口22，并且，在上盖板23盖覆第二敞口22时，折弯部23a沿Z轴负向延伸至第二敞口22内，由此，一方面，可以通过折弯部23a遮挡光路的杂光，防止杂光向投影镜头传输，从而提高了成像质量；另一方面，可以通过折弯部23a将位于光调制系统模块2内的光电装置的热量传导至上盖板23的表面，从而，对光调制系统模块2内的腔体进行散热。
请参考图6，在可选的实施例中，折弯部23a设置在上盖板23上靠近投影镜头的一侧，散热器位于光调制系统模块2的另一侧，也就是，光调制系统模块2的散热器和折弯部23a分别位于光调制系统模块2的两侧，从而，增加了光调制系统模块2的散热通道。
本实施例中，在上盖板盖覆第二敞口时，折弯部沿Z轴负向延伸至第二敞口内。由此，可以阻挡杂光，提高成像质量，并且弥补了避免短路时导致的散热面积小的不足，通过折弯部实现了对光调制系统模块进行补充导热并散热。
在具体实施例中，折弯部23a的内侧边呈台阶状，以防止折弯部23a遮挡有效的投影光路，从而改善了投影质量。
请参考图6，在可选的实施例中，上盖板23内还具有凹陷部23b，凹陷部23b包覆上盖板23的几何中心点附近预设区域，以加强上盖板23的强度，由此，加强了光机的整机强度，提高了光机的使用寿命。需要说明的是，在具体实施过程中，凹陷部23b的形状可以依据上盖板23的轮廓而定，一般而言，凹陷部23b的形状与上盖板23的轮廓大致相似。在可选的实施例中，凹陷部23b可以有多级，例如第一级凹陷部和第二级凹陷部，在具有多级凹陷部的实施例中，第一级凹陷部的形状与上盖板23的轮廓大致相似，第二级凹陷部的形状可以是规则的，也可以是不规则的。
请参考图3，在可选的实施例中，光源光路透镜组模块1上设有多个光源13，多个光源13分散设置在光源光路透镜组模块1上非紧挨投影镜头的各个侧面上。具体地，光源光路透镜组模块1上与投影镜头紧挨的侧面上未设置光源13，光源13分散设置在其它的各个侧面上，由此，可以使得光源分散散热，改善散热效果。
在可选的实施例中，面向Y轴负向的光源数目多于面向其它方向的光源数目。本实施例中，由于投影镜头的投影方向朝向Y轴正向，也就是，Y轴正向有足够的散热空间，使得在Y轴正向侧面的光源能够更好地散热，因此，面向Y轴负向的光源数目多于面向其它方向的光源数目，可以改善光源光路透镜组模块1的整体散热效果。在可选的实施例中，面向Y轴负向的光源13，至少有一个为红光二极管，以使热能更大的红光二极管更好地散热。
请参考图6，在可选的实施例中，光源光路透镜组模块1上设有多个接线端子15，多个接线端子15与多个光源一一对应，多个接线端子15中各个接线端子的接口位于光源光路透镜组模块1的顶壁上，且各个接线端子的接口靠近布置。一方面，可以充分利用顶盖的顶面空间，使得光机的整体结构紧凑，另一方面，由于各个连接端子的接口靠近布置，可以便于连接端子排线，避免排线时的走线混乱。
请参考图3，在可选的实施例中，还包括：第一会聚透镜14和第二会聚透镜24，分别设置在光源光路透镜组模块1和光调制系统模块2中，其中，第一会聚透镜14将接收到的光沿Y轴负向会聚，第二会聚透镜24将接收到的光沿X轴负向会聚。
相对于现有技术中处于同一模块中、单一的会聚光源方向的方案，本实施例可以使得光沿不同方向会聚，也就是，使得会聚光的热量分散，减小了会聚的热量集中在某一个模块所导致的模块变形，光路精度变差、整机使用寿命短的问题。
请参考图3，在可选的实施例中，还包括：反射镜16，反射镜16设置在光源光路透镜组模块1中，第一会聚透镜14和第二会聚透镜24位于反射镜16中轴线的两侧。本实施例中，反射镜用于将沿Y轴负向传播的光变向为沿X轴负向传播，以传播至第二会聚透镜24。也就是，对于分散在光源光路透镜组模块1和光调制系统模块2中的会聚透镜组，可以通过反射镜来衔接透镜的传播光路，从而使得在光源光路透镜组模块处理后的平行光能够通过反射镜平行反射至第二会聚透镜，继而，能够减小光路的传播误差。
请参考图3，在可选的实施例中，光调制系统模块2内还包括：分光棱镜组25，位于光调制器和投影光路透镜组模块3之间，且分光棱镜组的横截面平行于XOY平面，其中，分光棱镜组的横截面为垂直于全反射面的截面。
请参考图7A和图7B，为本实施例公开的一种分光棱镜组示意图，其中，图7A为分光棱镜组结构示意图，本实施例中，图7B为分光棱镜组的俯视示意图，本实施例中，分光棱镜组的横截面平行于XOY平面，使得沿X轴负向传播的光路能够被分光棱镜组全反射至光调制器(例如DMD)，而经DMD处理过的光信号能够沿Y轴正向传播至投影镜头，实现投影，也就是实现了光路传播方向有效的变化。
依据本发明实施例公开的一种光机，光源光路透镜组模块的腔和光调制系统模块卧式布置，并且，光路传播方向为：依次沿Y轴负向、X轴负向、Y轴正向到达投影镜头，整机结构紧凑。并且，第一敞口和第二敞口的朝向相反，在XOY平面的投影不重叠，从而能够减小各个模块之间的相互影响，一方面，便于光源光路透镜组模块和光调制系统模块独立散热；另一方面，可以减小因相互影响导致的光路传播误差被进一步扩大，从而提高了光路精度、能量利用率。此外，光源光路透镜组模块上沿Z轴正向具有顶壁，接线端子设置在非金属材质的顶壁上，由此，减少了光源光路透镜组模块发生短路的概率；而同时，上盖板为金属材质，可以对光调制系统模块进行散热。可见，在光机小型化的前提下，一方面，减少了光源光路透镜组模块短路概率，另一方面，又兼顾了光调制系统模块的散热需求，从而确保了光机工作的可靠性。
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种光机，用于微小型DLP投影仪，所述光机包括：光源光路透镜组模块(1)、光调制系统模块(2)和投影光路透镜组模块(3)，其中，光源光路透镜组向光调制系统提供入射光，光调制系统对光源进行光处理后经投影光路透镜组出射，以投影至投影平面，其特征在于：
所述光源光路透镜组模块(1)、所述光调制系统模块(2)和所述投影光路透镜组模块(3)卧式布置，且在以所述光源光路透镜组模块(1)和所述光调制系统模块(2)的衔接点为坐标原点(O)的三维坐标系中，光路传播方向为：依次沿Y轴负向、X轴负向、Y轴正向经所述投影光路透镜组出射；其中，所述光源光路透镜组模块(1)的容纳腔和所述光调制系统模块(2)的容纳腔一体成型；
所述光源光路透镜组模块(1)上设有多个光源(13)，所述多个光源(13)分散设置在所述光源光路透镜组模块(1)上非紧挨投影镜头的各个侧面上；其中，所述多个光源(13)为RGB发光二极管，所述光源光路透镜组模块(1)上具有一体成型的顶壁(11)，所述顶壁(11)与所述光源光路透镜组模块(1)的腔体一体成型，所述顶壁(11)所在面垂直于Z轴，所述顶壁(11)为非金属材质，所述光源的接线端子设置在所述顶壁(11)上；所述光源光路透镜组模块(1)上具有朝向Z轴负向的第一敞口(12)，所述第一敞口(12)用于安装所述光源光路透镜组；
所述光调制系统模块(2)上具有一体成型的底壁(21)，所述底壁(21)与所述光调制系统模块(2)的腔体一体成型，所述底壁(21)所在面垂直于Z轴；所述光调制系统模块(2)上具有朝向Z轴正向的第二敞口(22)，所述第二敞口(22)用于安装所述光调制系统的光学器件；其中，所述第一敞口(12)在XOY平面的投影和所述第二敞口(22)在XOY平面的投影不重叠；
所述光机还包括：上盖板(23)，所述上盖板(23)为金属材质，所述上盖板(23)用于盖覆所述第二敞口(22)。
2.如权利要求1所述的光机，其特征在于，所述上盖板(23)具有朝向Z轴负向的折弯部(23a)；在所述上盖板(23)盖覆所述第二敞口(22)时，所述折弯部(23a)沿Z轴负向延伸至所述第二敞口(22)内。
3.如权利要求2所述的光机，其特征在于，所述折弯部(23a)设置在所述上盖板(23)上靠近所述投影镜头的一侧，且所述折弯部(23a)呈台阶状。
4.如权利要求1所述的光机，其特征在于，所述上盖板(23)内还具有凹陷部(23b)，所述凹陷部(23b)包覆所述上盖板(23)的几何中心附近预设区域。
5.如权利要求1-4任意一项所述的光机，其特征在于，面向Y轴负向的光源数目多于面向其它方向的光源数目。
6.如权利要求5所述的光机，其特征在于，所述光源光路透镜组模块(1)上设有多个接线端子(15)，各个接线端子的接口靠近布置。
7.如权利要求1-4任意一项所述的光机，其特征在于，还包括：
第一会聚透镜(14)和第二会聚透镜(24)，分别设置在所述光源光路透镜组模块(1)和所述光调制系统模块(2)中，其中，所述第一会聚透镜(14)将接收到的光沿Y轴负向会聚，所述第二会聚透镜(24)将接收到的光沿X轴负向会聚。
8.如权利要求7所述的光机，其特征在于，还包括：
反射镜(16)，设置在所述光源光路透镜组模块(1)中，所述第一会聚透镜(14)和所述第二会聚透镜(24)位于所述反射镜(16)中轴线的两侧；所述反射镜用于将沿Y轴负向传播的光变向为沿X轴负向传播，以传播至所述第二会聚透镜(24)。
9.如权利要求1-4任意一项所述的光机，其特征在于，所述光调制系统模块(2)内还包括：
分光棱镜组(25)，位于光调制器和所述投影光路透镜组模块(3)之间，且所述分光棱镜组的横截面平行于XOY平面，所述横截面为垂直于全反射面的截面。
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