CN112904656A - 一种投影光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种投影光学系统。该投影光学系统中光源用于出射照明光束，照明光束包括多个子光束；分光合光装置包括分光面和合光面，分光面用于将每个子光束分成第一子光束和第二子光束，第一子光束和第二子光束自分光面出射后均经过奇数次反射后入射至合光面，其中，照明光束中任意一个子光束到分光面的入射角和该子光束对应的第一子光束和第二子光束到合光面的入射角相等或者基本相等。通过此种方式，能够减少照明光束在分光合光时的光能损失。

Description

一种投影光学系统

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种投影光学系统。

背景技术

在中低端影院放映机和高端工程投影机领域，用户对双片式光学引擎有很大的需求。与三片式的高端放映机相比较，双片式光学引擎在能够实现维持12bit的放映灰阶基础上，又可以减少成本；与单片式的工程投影机相比较，双片式光学引擎能够实现更高的亮度和灰阶。因此对于双片式光学引擎系统而言，只有实现较高的光学效率，才能体现出其优势。

本申请的发明人在长期的研发过程中发现，现有的技术中，双片式光学引擎中的入射光在分光合光过程有光谱的损失，光能量利用率较低。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种投影光学系统，能够减少分光合光时的光损失，从而能够提高投影光学系统的输出亮度。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：该投影光学系统包括：光源、分光合光装置、第一空间光调制器、第二空间光调制器；所述光源用于出射照明光束，所述照明光束包括多个子光束；所述分光合光装置包括分光面和合光面，多个所述子光束入射到所述分光面的入射角不同，所述分光面用于将每个所述子光束分成第一子光束和第二子光束，所述第一空间光调制器用于对自所述分光面出射的所述第一子光束进行调制，所述第二空间光调制器用于对自所述分光面出射的所述第二子光束进行调制，所述合光面用于将所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束和所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束合成出射光束，其中，所述第一子光束和所述第二子光束自所述分光面出射后均经过奇数次反射后入射至所述合光面；所述照明光束中任意一个所述子光束到所述分光面的入射角和所述子光束对应的所述第一子光束到所述合光面的入射角的差值小于预设的阈值，所述照明光束中任意一个所述子光束到所述分光面的入射角和所述子光束对应的所述第二子光束到所述合光面的入射角的差值小于所述预设的阈值。

其中，所述分光面和所述合光面位于同一平面上。

其中，所述第一空间光调制和所述第二空间光调制器均为反射型空间光调制器。

其中，所述分光合光装置包括第一引导组件和第二引导组件；所述第一引导组件用于将自所述分光面出射的所述第一子光束经M次反射后引导至所述第一空间光调制器，并将所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束经N次反射后引导至所述合光面，其中，M为大于等于1的正整数，N为大于等于1的正整数，M与N的和为大于等于2的偶数；所述第二引导组件用于将自所述分光面出射的所述第二子光束经X次反射后引导至所述第二空间光调制器，并将所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束经Y次反射后引导至所述合光面，其中，X为大于等于1的正整数，Y为大于等于1的正整数，X与Y的和为大于等于2的偶数。

其中，所述第一引导组件和第二引导组件相邻接，所述分光面和所述合光面位于所述第一引导组件和第二引导组件相邻接的平面上。

其中，所述第一引导组件包括相邻设置的第一棱镜和第二棱镜，所述第二引导组件包括相邻设置的第三棱镜和第四棱镜；所述第一棱镜和所述第三棱镜相邻接的表面为所述分光面，所述第二棱镜和所述第四棱镜相邻接的表面为所述合光面；所述第一棱镜和所述第二棱镜相邻接的表面为第一表面，所述第二棱镜还包括第二表面；所述三棱镜和所述第四棱镜相邻接的表面为第三表面，所述第四棱镜还包括第四表面；自所述分光面出射的所述第一子光束经所述第一表面反射后入射至所述第一空间光调制器，所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束经所述第二表面反射后入射至所述合光面；自所述分光面出射的所述第二子光束经所述第三表面反射后入射至所述第二空间光调制器，所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束经所述第四表面反射后入射至所述合光面。

其中，所述分光合光装置还包括第五棱镜，所述第五棱镜与所述第二棱镜相邻设置，所述第五棱镜用于引导所述出射光束出射。

其中，所述分光合光装置还包括分光件，所述分光件包括所述分光面，所述第一引导组件包括相邻设置的第六棱镜和第七棱镜，所述第二引导组件包括相邻设置的第八棱镜和第九棱镜；所述第六棱镜和所述第八棱镜相邻接的表面为所述合光面；所述第六棱镜和所述第七棱镜相邻接的表面为第五表面，所述第七棱镜还包括第六表面，所述八棱镜和所述第九棱镜相邻接的表面为第七表面，所述第九棱镜还包括第八表面；自所述分光面出射的所述第一子光束经所述第五表面反射后入射至所述第一空间光调制器，所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束经所述第六表面反射后入射至所述合光面；自所述分光面出射的所述第二子光束经所述第七表面反射后入射至所述第二空间光调制器，所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束经所述第八表面反射后入射至所述合光面。

其中，所述分光合光装置还包括第十棱镜，所述第十棱镜与所述第七棱镜相邻设置，所述第十棱镜用于引导出射光束出射。

其中，所述分光面根据波长特性将每个所述子光束分为所述第一子光束和所述第二子光束；所述合光面根据所述波长特性将所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束和所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束合成所述出射光束，所述第一子光束和所述第二子光束的波长范围不同。

其中，所述光源出射的照明光束为偏振光。

其中，所述照明光束的电场方向垂直于或者平行于所述分光面和所述合光面的法平面的方向。

本申请实施例的有益效果是：本投影光学系统中，光源发出照明光束，照明光束包括多个子光束，多个子光束入射到分光面的入射角不同，分光面将每个子光束分为第一子光束和第二子光束，以对照明光束进行分光，其中，第一子光束和第二子光束自分光面出射后均经过奇数次反射后入射至合光面，以使任意一个子光束在分光面的入射角与该子光束对应的第一子光束和第二子光束入射至合光面的入射角相等或者基本相等，通过此种方式，使得照明光束在合光和分光处的透过率相同或者大致相同，从而降低照明光束在分光、合光处的光能损失，在达到DCI-P3色域标准的情况下，可以加入更多的激光，从而可以提高本投影光学系统的输出亮度。

附图说明

图1是本申请投影光学系统第一实施例的结构示意图；

图2是本申请投影光学系统的色域坐标图；

图3是本申请投影光学系统第二实施例的结构示意图

图4是本申请投影光学系统第三实施例的结构示意图；

图5是本申请投影光学系统中分光面和合光面一实施例的镀膜曲线图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

请参阅图1，图1是本申请投影光学系统第一实施方式的结构示意图。本实施例的投影光学系统包括：光源10、分光合光装置30、第一空间光调制器41、第二空间光调制器42。

光源10用于发射照明光束，该照明光束包含时序的第一光和第二光。可选地，第一光包括第一基色光和第二基色光，例如第一光为黄光，第一基色光为红光、第二基色光为绿光；第二光包括第三基色光，例如，第三基色光为蓝光。第一光和第二光的合光包含三基色光。其中，光源10可以包括激发光源和波长转换装置，激发光源出射激发光，激发光源可以是激光二极管、发光二极管等固体光源，波长转换装置至少包括第一区段和第二区段，第一区段上设置有波长转换材料层，用于将激发光转换为受激光，第二区段为反射层或者透射层，用于反射或透射激发光。波长转换装置的第一区段和第二区段周期性地依次设置于激发光的传输路径上，从而波长转换装置时序地出射激发光和受激光，可选地，受激光为第一光，其为黄色荧光，激发光为第二光，其为蓝色激光。照明光束包括多个子光束。照明光束入射到分光合光装置30上时，有多个入射角，在本发明实施例中，将入射角相同的一小束光作为一个子光束。

分光合光装置30用于补偿照明光束的光程差、照明光束的全反射、分色以及图像光的合成。分光合光装置30包括分光面S1和合光面S2，多个子光束入射到分光面S1的入射角不同，分光面S1用于将每个子光束分成第一子光束和第二子光束。可选地，第一子光束包括第一基色光，第二子光束包括第二基色光，例如，第一子光束包括红光，第二子光束包括绿光。自分光面S1出射的第一子光束进入第一空间光调制器41，第一空间光调制器41用于对第一子光束进行调制；自分光面S1出射的第二子光束进入第二空间光调制器42，第二空间光调制器42对第二子光束进行调制。S2合光面用于将第一空间光调制器41调制后出射的第一子光束和第二空间光调制器42调制后出射的第二子光束合成出射光束，其中，第一子光束和第二子光束自分光面S1出射后均经过奇数次反射后入射至合光面S2。第一空间光调制器41和第二空间光调制器42相对合光面S2镜像对称。优选地，分光面S1和合光面S2位于同一平面上。

可选地，第一空间光调制器41和第二空间光调制器42可以为反射型空间光调制器，例如，数字微镜器件(Digtial Micromirror Devices，DMD)。在其他可替代的实施例中，第一空间光调制器41和第二空间光调制器42还可以是反射型的液晶面板。第一子光束和第二子光束分别经第一空间光调制器41和第二空间光调制器42反射后出射。

在一个实施例中，第一子光束从分光面S1出射后至少经过一次反射后入射至第一空间光调制器41，第二子光束从分光面S1出射后至少经过一次反射后入射至第二空间光调制器42。

在另一个实施例中，第一空间光调制器41调制后出射的携带有图像信息的第一子光束经过至少一次反射后入射至合光面S2，第二空间光调制器42调制后出射的携带有图像信息的第二子光束也经过至少一次反射后入射至合光面S2，合光面S2再将第一子光束和第二子光束合成出射光束。

在又一个实施例中，第一子光束从分光面S1出射后至少经过一次反射后入射至第一空间光调制器41，第二子光束从分光面S1出射后入射至少经过一次反射后至第二空间光调制器42。且第一空间光调制器41调制后出射的携带有图像信息的第一子光束经过至少一次反射后入射至合光面S2，第二空间光调制器42调制后出射的携带有图像信息的第二子光束也经过至少一次反射后入射至合光面S2，合光面S2再将第一子光束和第二子光束合成出射光束。

由于分光面S1和合光面S2通常为镀膜器件，其光线透过率特性与光线入射至分光面S1和合光面S2的角度紧密相关。入射角的差异容易导致光线的透过率特性不一致，从而损失较多的光。为了能够减少光损失，本实施例中，第一子光束和第二子光束自分光面S1出射后均经过奇数次反射后入射至合光面S2，照明光束中任意一个子光束到分光面S1的入射角和该子光束对应的第一子光束到合光面S2的入射角的差值小于预设的阈值，照明光束中任意一个子光束到分光面S1的入射角和子光束对应的第二子光束到合光面S2的入射角的差值也小于该预设的阈值。该预设的阈值可为0度，0.5度、1度、1.5度、2度等，具体可根据实际需求进行设置。选优地，该预设的阈值为0度，可以理解为，每个子光束在分光面S1的入射角与该子光束对应的第一子光束和第二子光束到合光面S2的入射角相等或者基本相等。

可以理解的是，本实施例中，多个子光束中包括有第一边缘光束b1和第二边缘光束b2，第一边缘光束b1在分光面S1的入射角小于第二边缘光束b2在分光面S1的入射角，即第一边缘光束b1在分光面S1对应小入射角，第二边缘光束b2在分光面S1对应大入射角。第一边缘光束b1在经过分光、调制、反射后，入射至合光面S2的入射角仍然对应为小入射角。第二边缘光束b2在经过分光、调制、反射后，入射至合光面S2的入射角仍然对应为大入射角。

通过使照明光束中每个子光束在分光面S1和合光面S2的入射角相等或者基本相等，能够使得任意子光束在分光面S1处和合光面S2处的透过率特性保持一致，从而减少光能量的损失，进而可以加入更多的激光，可以实现系统更高的输出亮度。

具体地，分光合光装置30包括第一引导组件和第二引导组件。在本实施例中，如图1所示，第一引导组件和第二引导组件相邻接，分光面S1和合光面S2位于第一引导组件和第二引导组件相邻接的平面上，即第一引导组件和第二引导组件相邻接的表面中，一部分设置有分光面S1，另一部分设置有合光面S2。

第一引导组件用于将自分光面S1出射的第一子光束引导至第一空间光调制器41，再将第一空间光调制器41调制后出射的第一子光束反射至合光面S2。第二引导组件用于将自分光面S1出射的第二子光束引导至第二空间光调制器42，再将第二空间光调制器42调制后出射的第二子光束反射至合光面S2，且各子光束从分光面S1到合光面S2的光程相等或相近。

其中，照明光束入射至分光面S1的入射角与光源10和分光合光装置30的相对位置有关。通过设置光源10和分光合光装置30之间的位置关系可以控制照明光束中任意子光束到分光面S1的入射角的大小。

本实施例中，分光面S1和合光面S2在同一平面上。为了能够使照明光束中任意一个子光束在分光面S1的入射角与该子光束对应的第一子光束和第二子光束到合光面S2的入射角相等或者基本相等，第一子光束和第二子光束自分光面出射后都经过奇数次反射后入射至合光面。

具体地，第一引导组件需将自分光面S1出射的第一子光束经M次反射后引导至第一空间光调制器41，再将第一空间光调制器41调制后出射的携带有图像信息的第一子光束经N次反射后引导至合光面S2。其中，M为大于等于1的正整数，N为大于等于1的正整数，M与N的和为大于等于2的偶数等。

第二引导组件需将自分光面S1出射的第二子光束经X次反射后引导至第二空间光调制器42，并将第二空间光调制器42调制后出射的携带有图像信息的第二子光束经Y次反射后引导至合光面S2。其中，X为大于等于1的正整数，Y为大于等于1的正整数，X与Y的和为大于等于2的偶数。

在一个具体的实施例中，第一引导组件包括相邻设置的第一棱镜31和第二棱镜32，第一棱镜31和第二棱镜32相邻接的表面为第一表面f1，第一表面f1对入射角大于第一阈值的光线全反射。第二棱镜32还包括第二表面f2，第二表面f2对入射角大于第二阈值的光线全反射。可选地，可以通过在第一棱镜31与第二棱镜32邻接的表面之间设置空气隙，使第一表面f1实现全反射功能，也可以在第一棱镜31与第二棱镜32邻接的表面之间涂覆折射率小于棱镜的粘合胶，使第一表面f1实现全反射功能。

第二引导组件包括相邻设置的第三棱镜33和第四棱镜34，第三棱镜33和第四棱镜34相邻接的表面为第三表面f3，第三表面f3对入射角大于第三阈值的光线全反射。第四棱镜34还包括第四表面f4，第四表面f4对入射角大于第四阈值的光线全反射。可选地，可以通过在第三棱镜33与第四棱镜34邻接的表面之间设置空气隙，使第三表面f3实现全反射功能，也可以在第三棱镜33与第四棱镜34邻接的表面之间涂覆折射率小于棱镜的粘合胶，使第三表面f3实现全反射功能。

第一棱镜31和第三棱镜33相邻接的表面为分光面S1，第二棱镜32和第四棱镜34相邻接的表面为合光面S2。

第一棱镜31将照明光束引导至分光面S1，分光面S1将每个子光束分为透射的第二子光束和反射的第一子光束。其中，第一子光束经第一表面f1反射后入射至第一空间光调制器41，第一空间光调制器41调制后出射的第一子光束被第一棱镜31和第二棱镜32引导至第二表面f2，并经第二表面f2反射后入射至合光面S2。第二子光束经第三表面f3反射后入射至第二空间光调制器42，第二空间光调制器42调制后出射的第二子光束被第三棱镜33和第四棱镜34引导至第四表面f4，并经第四表面f4反射后入射至合光面S2。合光面S2将第一子光束和第二子光束合成出射光束，出射光束经第二棱镜32引导后出射。

在本实施例中，第一子光束和第二子光束从分光面S1出射后，均经过了3次反射后入射至合光面S2。其中，照明光束中的任意一个子光束在分光面S1的入射角与该子光束对应的第一子光束和第二子光束到合光面S2的入射角相等或者基本相等。通过这种方式，使得照明光束在分光和合光处的透过率曲线基本一致，因此能够实现光能无损失。

进一步地，本实施例中，分光面S1设置于第一棱镜31和第三棱镜33相邻接的表面，用于根据波长特性将照明光束分为第一子光束和第二子光束，第一子光束和第二子光束的波长范围不同，如第一子光束为红光，第二子光束为绿光。该分光面S1可为分光片或者可将任意子光束分成第一子光束和第二子光束的其他光学元件，比如分光镀膜层。

合光面S2设置在第二棱镜32和第四棱镜34相邻接的表面，用于将调制后的第一子光束和第二子光束合成出射光束后出射。该合光面S2可以为波长合光片或者可将第一空间光调制器41出射的第一子光束和第二空间光调制器42出射的第二子光束合成出射光束后出射的其他光学元件，比如合光镀膜层。

第一棱镜31可以为包含上述分光面S1和第一表面f1的任意形状的棱镜，如四棱柱形状的棱镜、五棱柱形状的棱镜等。在一个具体的实施例中，第一棱镜31为形状为五棱柱的异形棱镜，具体地，第一棱镜包括依次连接的分光面S1、第一表面f1、与第一空间光调制器41平行的第二侧面312、与主光轴c垂直的第一侧面311、以及连接第一侧面311和分光面S1的第三侧面(图中未标示)，其中，第一侧面311和分光面S1相对设置，第一表面f1和第三侧面相对设置，第一侧面311和第二侧面312之间的夹角为钝角。

第二棱镜32可以为包含有第一表面f1、第二表面f2和合光面S2的任意形状的棱镜，比如三棱柱形状的棱镜、四棱柱形状的棱镜等。

第三棱镜33可以为包含上述分光面S1、第三表面f3的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第四棱镜34可以为包含第四表面f4、合光面S2的任意形状的棱镜，比如三棱柱形状的棱镜等。

进一步地，分光合光装置30还包括第五棱镜35，第五棱镜35与第二棱镜32相邻设置，第五棱镜35用于引导出射光束出射。第五棱镜35包括与第二棱镜32相邻接的第九表面，和与出射光束主光轴垂直的第十表面。该第五棱镜35可以为包含上述第九表面和第十表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。在本申请另一实施例中，也可以将第二棱镜32与第五棱镜35做成一体棱镜。

本申请的发明人在长期的研发过程中发现，现有的技术中，双片式光学引擎中的入射光在分光合光过程有光谱的损失，因此分出来的红荧光和绿荧光的颜色较好，与DCI-P3的标准的色坐标相接近，因此限制了红、绿激光加入的数量，使得整机虽然能够实现放映机的色域标准，但能够达到的亮度受到限制。在一个具体的实施例中，光源10发出的照明光束经过分光、合光实现光谱无损后，分出来的红荧光(red phosphor，RP)和绿荧光(greenphosphor，GP)的颜色会比较差，覆盖的色域范围较小，如图2所示，图中x和y是色度坐标。为了达到电影放映机的DCI-P3色域标准，就需要加入较多的红激光(red laser，RL)和绿激光(green laser，GL)才能满足，而激光特别是绿激光对流明的贡献较大。因此，本实施例的投影光学系统在实现相同的标准色域时，可以实现更高的输出亮度。

进一步地，投影光学系统还包括光学中继系统20，光学中继系统20位于光源10与分光合光装置30之间，可使照明光束聚集至预定的范围内。光学中继系统20用于对光源10出射的光线进行中继，得到用于入射至分光合光装置30的照明光束。

可选地，投影光学系统还包括投影物镜50，投影物镜50与合光面S2相对设置。合光面S2将调制后的第一子光束和第二子光束合成为出射光束后出射至投影物镜50。

区别于现有技术，本申请的投影光学系统中光源发出照明光束，照明光束包括多个子光束，多个子光束入射到分光面的入射角不同，分光面S1将每个子光束分为第一子光束和第二子光束，以对照明光束进行分光，其中，第一子光束和第二子光束自分光面S1出射后均经过奇数次反射后入射至合光面S2，以使任意一个子光束在分光面S1的入射角与该子光束对应的第一子光束和第二子光束入射至合光面S2的入射角相等或者基本相等，通过此种方式，使得照明光束在合光和分光处的透过率相同或者大致相同，从而降低照明光束在分光、合光处的光能损失，在达到DCI-P3色域标准的情况下，可以加入更多的激光，从而可以提高本投影光学系统的输出亮度。

实施例二

请参阅图3，图3是本申请投影光学系统第二实施例的结构示意图，区别于实施例一，本实施例中的分光合光装置30还包括分光件，分光件包括分光面S1，第一引导组件和第二引导组件相邻接的表面为合光面S2，其中，分光件和合光面在同一平面上。

本实施例中，分光件可为二向色片。分光件用于根据波长特性将照明光束分为第一子光束和第二子光束。第一引导组件和第二引导组件相邻接的表面为合光面S2。

第一引导组件用于将自分光面S1出射的第一子光束引导至第一空间光调制器41，再将第一空间光调制器41调制后出射的第一子光束引导至合光面S2。第二引导组件用于将自分光面S1出射的第二子光束引导至第二空间光调制器42，再将第二空间光调制器42调制后出射的第二子光束引导至合光面S2。

其中，照明光束入射至分光件的入射角与光源10和分光件的相对位置有关。通过设置光源10和分光件之间的位置关系可以控制照明光束中任意子光束到分光面S1的入射角的大小。

具体地，本实施例中，第一引导组件包括相邻设置的第六棱镜36和第七棱镜37，第六棱镜36和第七棱镜37相邻接的表面为第五表面f5，第五表面f5对入射角大于第五阈值的光线全反射。第七棱镜37还包括第六表面f6，第六表面f6对入射角大于第六阈值的光线全反射。可选地，可以通过在第六棱镜36与第七棱镜37邻接的表面之间设置空气隙，使第五表面f5实现全反射功能，也可以在第六棱镜36与第七棱镜37邻接的表面之间设置空气隙涂覆折射率小于棱镜的粘合胶，使第五表面f5实现全反射功能。

第二引导组件包括相邻设置的第八棱镜38和第九棱镜39，第八棱镜38和第九棱镜39相邻接的表面为第七表面f7，第七表面f7对入射角大于第七阈值的光线全反射。第九棱镜39还包括第八表面f8，第八表面f8对入射角大于第八阈值的光线全反射。可选地，可以通过在第八棱镜38与第九棱镜39邻接的表面之间设置空气隙，使第七表面f7实现全反射功能，也可以在第八棱镜38与第九棱镜39邻接的表面之间涂覆折射率小于棱镜的粘合胶，使第七表面f7实现全反射功能。

第六棱镜36和第八棱镜38相邻接的表面为所述合光面。

分光件将每个子光束分为透射的第二子光束和反射的第一子光束。其中，自分光面S1出射的第一子光束经第五表面f5反射后入射至第一空间光调制器41，第一空间光调制器41调制后出射的第一子光束被第六棱镜36和第七棱镜37引导至第六表面f6，并经第六表面f6反射后入射至合光面S2。自分光面S1出射的第二子光束经第七表面f7反射后入射至第二空间光调制器42，第二空间光调制器42调制后出射的第二子光束被第八棱镜38和第九棱镜39引导至第八表面f8，并经第八表面f8反射后入射至合光面S2。合光面S2将第一子光束和第二子光束合成出射光束，出射光束经第七棱镜37引导后出射。

在本实施例中，第一子光束和第二子光束均经过了3次反射后入射至合光面S2。其中，照明光束中的任意一个子光束在分光面S1的入射角与该子光束对应的第一子光束和第二子光束到合光面S2的入射角相等或者基本相等。通过这种方式，在镀膜时才能使分光面S1和合光面S2的镀膜特性一致，从而使得照明光束在分光和合光时的透过率曲线基本一致，因此能够实现光能无损失。

进一步地，本实施例中，合光面S2设置在第七棱镜37和第八棱镜38相邻接的表面，用于将调制后的第一子光束和第二子光束合成出射光束后出射。该合光面S2可以为波长合光片或者可将第一空间光调制器41出射的第一子光束和第二空间光调制器42出射的第二子光束合成出射光束后出射的其他光学元件，比如合光镀膜层。

第六棱镜36可以为包括第五表面f5的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第七棱镜37可以为包含有第五表面f5、第六表面f6和合光面S2的任意形状的棱镜，比如三棱柱形状的棱镜、四棱柱形状的棱镜等。

第八棱镜38可以为包含第七表面f7的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第九棱镜39可以为包含第八表面f8、合光面S2的任意形状的棱镜，比如三棱柱形状的棱镜等。

进一步地，本实施例中，分光合光装置30还包括第十棱镜310，第十棱镜310与第七棱镜37相邻设置，第十棱镜310用于引导出射光束出射。第十棱镜310包括与第七棱镜37相邻接的第十一表面，和与出射光束主光轴垂直的第十二表面。该第五棱镜35可以为包含上述第十一表面和第十二表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。在本申请另一实施例中，也可以将第七棱镜37与第十棱镜310做成一体棱镜。

对于本实施例的投影光学系统中的其他结构参阅上述实施例一中的附图及文字说明，在此不再赘述。

本实施例中，采用分光件中的分光面S1来对照明光束进行分光，且本实施例中也使任意子光束到分光面S1的入射角和该子光束对应的第一子光束和第二子光束到合光面S2的入射角相等或者基本相等。因此能够使得照明光束在分光和合光处的透过率曲线基本一致，进而减小了分光合光后的光能损失。

实施例三

请参阅图4，图4是本申请投影光学系统第三实施例的结构示意图，在第一实施例的基础上，本实施例中的光源10可以设置为偏振照明光源，光源10出射的照明光束为偏振光。优选地，照明光束为线偏振光。本实施例的投影光学系统对偏振照明光的分光、合光时，也能够实现光效的无损化。

在介质材料中，由于S光和P光两种偏振态的透过率不同，因此介质膜层对于S光和P光的透过率曲线有所差异，即使入射角度保持一致，但透过率曲线也是彼此分离的。比如图5所示，P25为P光入射角为25度时的透过率曲线，S25为S光入射角为25度时的透过率曲线；P13为P光入射角为13度时的透过率曲线，S13为S光入射角为13度时的透过率曲线；P1为P光入射角为1度时的透过率曲线，S1为S光入射角为1度时的透过率曲线。从图中可以看出当入射角相同时P光和S光的透过率曲线仍然存在分离，但是随着入射角的减小，P光和S光的透过率曲线的分离度降低。

本实施例中，在光源10采用偏振照明光源10的条件下，其发射的偏振的照明光束在分光合光装置30中在同一个平面内(垂直或平行于电场方向)进行透射、分光、全反射和合光，偏振照明光源发出的照明光束的电场方向垂直于或者平行于分光面S1和合光面S2的法平面的方向，因此分光、合光时其偏振态不发生变化。在利用分光合光装置30进行分光和合光时，其偏振态、入射角都能够保持一致，因此能够实现偏振照明光的无损分光合光。

对于投影光学系统中的其他具体结构请参阅上述实施例一中的附图及文字说明，在此不再赘述。

本实施例中采用偏振照明光源，能够实现分光与合光的无损化以及较高的3D效率。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种投影光学系统，其特征在于，所述投影光学系统包括：光源、分光合光装置、第一空间光调制器、第二空间光调制器；

所述光源用于出射照明光束，所述照明光束包括多个子光束；

所述分光合光装置包括分光面和合光面，多个所述子光束入射到所述分光面的入射角不同，所述分光面用于将每个所述子光束分成第一子光束和第二子光束，所述第一空间光调制器用于对自所述分光面出射的所述第一子光束进行调制，所述第二空间光调制器用于对自所述分光面出射的所述第二子光束进行调制，所述合光面用于将所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束和所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束合成出射光束，其中，所述第一子光束和所述第二子光束自所述分光面出射后均经过奇数次反射后入射至所述合光面；

所述照明光束中任意一个所述子光束到所述分光面的入射角和所述子光束对应的所述第一子光束到所述合光面的入射角的差值小于预设的阈值，所述照明光束中任意一个所述子光束到所述分光面的入射角和所述子光束对应的所述第二子光束到所述合光面的入射角的差值小于所述预设的阈值。

2.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述分光面和所述合光面位于同一平面上。

3.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述第一空间光调制和所述第二空间光调制器均为反射型空间光调制器。

4.根据权利要求3所述的投影光学系统，其特征在于，所述分光合光装置包括第一引导组件和第二引导组件；

所述第一引导组件用于将自所述分光面出射的所述第一子光束经M次反射后引导至所述第一空间光调制器，并将所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束经N次反射后引导至所述合光面，其中，M为大于等于1的正整数，N为大于等于1的正整数，M与N的和为大于等于2的偶数；

所述第二引导组件用于将自所述分光面出射的所述第二子光束经X次反射后引导至所述第二空间光调制器，并将所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束经Y次反射后引导至所述合光面，其中，X为大于等于1的正整数，Y为大于等于1的正整数，X与Y的和为大于等于2的偶数。

5.根据权利要求4所述的投影光学系统，其特征在于，所述第一引导组件和所述第二引导组件相邻接，所述分光面和所述合光面位于所述第一引导组件和第二引导组件相邻接的平面上。

6.根据权利要求5所述的投影光学系统，其特征在于，所述第一引导组件包括相邻设置的第一棱镜和第二棱镜，所述第二引导组件包括相邻设置的第三棱镜和第四棱镜；所述第一棱镜和所述第三棱镜相邻接的表面为所述分光面，所述第二棱镜和所述第四棱镜相邻接的表面为所述合光面；

所述第一棱镜和所述第二棱镜相邻接的表面为第一表面，所述第二棱镜还包括第二表面；所述三棱镜和所述第四棱镜相邻接的表面为第三表面，所述第四棱镜还包括第四表面；

自所述分光面出射的所述第一子光束经所述第一表面反射后入射至所述第一空间光调制器，所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束经所述第二表面反射后入射至所述合光面；自所述分光面出射的所述第二子光束经所述第三表面反射后入射至所述第二空间光调制器，所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束经所述第四表面反射后入射至所述合光面。

7.根据权利要求6所述的投影光学系统，其特征在于，所述分光合光装置还包括第五棱镜，所述第五棱镜与所述第二棱镜相邻设置，所述第五棱镜用于引导所述出射光束出射。

8.根据权利要求5所述的投影光学系统，其特征在于，所述分光合光装置还包括分光件，所述分光件包括所述分光面，所述第一引导组件包括相邻设置的第六棱镜和第七棱镜，所述第二引导组件包括相邻设置的第八棱镜和第九棱镜；所述第六棱镜和所述第八棱镜相邻接的表面为所述合光面；

所述第六棱镜和所述第七棱镜相邻接的表面为第五表面，所述第七棱镜还包括第六表面，所述八棱镜和所述第九棱镜相邻接的表面为第七表面，所述第九棱镜还包括第八表面；

自所述分光面出射的所述第一子光束经所述第五表面反射后入射至所述第一空间光调制器，所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束经所述第六表面反射后入射至所述合光面；自所述分光面出射的所述第二子光束经所述第七表面反射后入射至所述第二空间光调制器，所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束经所述第八表面反射后入射至所述合光面。

9.根据权利要求8所述的投影光学系统，其特征在于，所述分光合光装置还包括第十棱镜，所述第十棱镜与所述第七棱镜相邻设置，所述第十棱镜用于引导出射光束出射。

10.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述分光面根据波长特性将每个所述子光束分为所述第一子光束和所述第二子光束；所述合光面根据所述波长特性将所述第一空间光调制器调制后出射的所述第一子光束和所述第二空间光调制器调制后出射的所述第二子光束合成所述出射光束，所述第一子光束和所述第二子光束的波长范围不同。

11.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源出射的照明光束为偏振光。

12.根据权利要求11所述的投影光学系统，其特征在于，所述照明光束的电场方向垂直于或者平行于所述分光面和所述合光面的法平面的方向。

Images