CN113495418A - 光机系统及应用其的投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光机系统及应用其的投影设备，包括匀光组件、成像透镜组、TIR棱镜以及光路预处理透镜，匀光组件接收入射光并进行匀光处理后形成出射光并进行出射；成像透镜组设置于出射光的光路上，用于对出射光进行成像整形；TIR棱镜设置于被成像整形的出射光的光路上，用于对出射光进行整形，以形成照明光；光路预处理透镜，位于TIR棱镜前，以对进入TIR棱镜之前的出射光的光斑进行预处理，进而抵消出射光在经过TIR棱镜时TIR棱镜对出射光的光斑造成的拉伸变形。通过上述方式，本发明能够抵消出射光在经由TIR棱镜时的拉伸，进而减少出射光的形变。

Description

光机系统及应用其的投影设备
技术领域
本发明涉及投影领域，特别涉及一种光机系统及应用其的投影设备。
背景技术
投影机的光学引擎主要包括两大部分：照明光路和投影镜头。照明光路是投影显示光学引擎的重要组成部分，是将光能从光源传递到显示芯片的桥梁；投影镜头则是想显示芯片上的像投射到大屏幕上。
现有技术中，DLP(Digital Light Procession，数字光处理)光机照明系统用于发射矩形的出射光，该出射光用于投射至光阀上，为达到良好的投影效果，投射到光阀上的出射光所形成的光斑需要覆盖整个光阀。
如图1所示，为现有技术中的光机照明系统的出射光以边入射方式投射至光阀表面的示意图。其中，光阀A2B2C2D2为矩形，而出射光在光阀上A2B2C2D2上形成的光斑为A1B1C1D1，由于在光机照明系统中存在有TIR棱镜，出射光在经由该TIR棱镜时会出现一定的拉伸，从而导致出射光在光阀A2B2C2D2的光斑A1B1C1D并非一个规整的矩形，一方面，由于光斑A1B1C1D的形状上的形变会导致光亮度分布不均匀，进而使得投影画面不均匀。另一方面，为保证光阀A2B2C2D2的表面完全出射光被照射到，则光斑A1B1C1D的面积需要大于光阀A2B2C2D2，如果光斑A1B1C1D的面积相对于光阀的面积溢出太多，将会增加光阀A2B2C2D2的热负担。
发明内容
本发明提供一种光机系统及应用其的投影设备，以解决现有技术中出射光照射到光阀上时光斑形状不规整的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光机系统，所述光机系统包括：匀光组件，用于接收入射光并进行匀光处理后形成出射光并进行出射；成像透镜组，设置于所述出射光的光路上，用于对所述出射光进行成像整形；TIR棱镜，设置于被成像整形的所述出射光的光路上，用于对所述出射光进行整形，以形成照明光；光路预处理透镜，位于所述TIR棱镜前，以对进入所述TIR棱镜之前的所述出射光的光斑进行预处理，进而抵消所述出射光在经过所述TIR棱镜时所述TIR棱镜对所述出射光的光斑造成的拉伸变形。
根据本申请提供的一实施方式，所述光路预处理透镜设置于所述匀光组件与所述成像透镜组之间。
根据本申请提供的一实施方式，所述成像透镜组包括依次设置的第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜以及第四成像透镜。
根据本申请提供的一实施方式，所述光路预处理透镜设置于所述第三成像透镜与所述第四成像透镜之间。
根据本申请提供的一实施方式，所述光路预处理透镜设置于经由所述第三成像透镜的所述出射光的光阑位置。
根据本申请提供的一实施方式，光路预处理透镜具有至少一内凹的弓面。
根据本申请提供的一实施方式，所述光路预处理透镜为弯月柱面镜。
根据本申请提供的一实施方式，所述匀光组件包括方棒或复眼。
根据本申请提供的一实施方式，所述光机系统还包括有光阀，所述光阀设置于所述照明光的光路上。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种投影设备，所述投影设备包括光源与上述任一实施方式所述的光机系统，所述光源用于发射所述入射光。
有益效果：区别于现有技术，本申请提供的光机系统通过设置光路预处理透镜，通过光路预处理透镜对出射光进行一定的预处理，从而对出射光在经由TIR棱镜时的拉伸变形进行抵消，进而改善TIR棱镜对出射光进行拉伸产生的不利影响，使得出射光的光斑能够保持良好的形状，从而与光阀对应。一方面，通过抵消出射光由于拉伸产生的形变，可以使得光斑的亮度达到良好的均均匀性，进而使得投影画面也能达到良好的均匀性。另一方面，通过保持光斑良好的形状并与光阀相对应，可以减少光斑的大小，进而减少能量损耗，并减少光斑相对光阀的溢出，降低光阀的热负担。进而提高光机系统的光利用率，减小热负担。
附图说明
图1是现有技术中光斑入射光阀的一示意图；
图2是现有技术中入射光入射TIR棱镜后的光路图；
图3是现有技术中光斑入射光阀的另一示意图；
图4是本申请提供的光机系统的第一实施例的结构示意图；
图5是本申请提供的光机系统的第二实施例的结构示意图；
图6是本申请中光斑入射光阀的一示意图；
图7是本申请提供的光机系统的第三实施例的结构示意图；
图8是本申请提供的光机系统的第四实施例的结构示意图；
图9本申请提供的投影设备一实施例的结构示意图。
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，都属于本发明保护的范围。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。另外，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。
如图2所示，在现有的光机照明系统中，TIR棱镜是个必不可少的部件，TIR棱镜沿着出射光的方向展开后实际为一个光楔，如图2所示。出射光包括有上边缘视场的主光线301和下边缘视场的主光线302，TIR棱镜在展开后形成光楔303，光阀304平行于光楔303的出射面设置。由于光楔303的作用，因此上边缘视场于下边缘视场在光阀304上成像的点会被拉长，另外，入射光在经过光楔后会带入光程差，所以现有在使用TIR棱镜的和45度照明光阀的光机中，照明光斑都会产生形变，如图1和图3所示，导致照明光斑不再是矩形，为照明光斑可以覆盖整个光阀304，则照明光斑就需要做得更大，一方面会造成能量的浪费，另一方面增加了光阀304的热负担。
请一并参阅图4-图7，本申请提供一种光机系统10，该光机系统包括有匀光组件100、成像透镜组200、TIR棱镜300以及光路预处理透镜400。
其中，匀光组件100用于接收入射光后进行匀光处理形成出射光，并出射匀光处理后的出射光，成像透镜组200则设置于出射光的光路上，用于对出射光进行成像整形，具体包括对出射光进行角分布以及面分布上的整形，以使得出射光在经由成像透镜组200后，光斑可以形成预设的形状。
TIR棱镜300则设置于被成像透镜组200成像整形后的出射光的光路上，用于对出射光进行进一步整形，TIR棱镜300在展开后实际为光楔，可以对出射光进行一定角度的调整，进而形成矩形光。
在具体场景中，由于TIR棱镜300的光学结构，在对出射光进行整形时，还会对出射光进行拉伸，从而导致出射光会产生形变，从而使得整个出射光的光斑形成一个非规整的矩形。
光路预处理透镜400设置于出射光的光路上，具体位于TIR棱镜300之前，即设置于出射光在进入TIR棱镜300前的光路上，可以对进入TIR棱镜300之前的出射光的光斑进行预处理，进而抵消出射光在经过TIR棱镜300时TIR棱镜300对出射光的光斑造成的拉伸变形。
可选的，本申请中抵消并非指将由TIR棱镜300对出射光的光斑造成的拉伸变形的影响进行全部的消除。而是指将因TIR棱镜300对出射光的光斑造成的拉伸变形的至少部分进行抵消。从而可以减少TIR棱镜300对出射光的光斑造成的影响。
在可选实施例中，光路预处理透镜400对进入TIR棱镜300之前的出射光的光斑进行预处理具体可以是对该出射光在预设方向进行压缩，该预设方向即TIR棱镜300对出射光的光斑进行拉伸变形的方向。通过提前对出射光在预设方向上进行压缩，使得压缩过后的出射光在经由TIR棱镜300时，虽然依然会存在一定的拉伸，但是由于出射光已经在该拉伸的方向上预先进行压缩，因此可以对出射光在经过TIR棱镜300时TIR棱镜300对出射光的光斑造成的拉伸变形进行一定的抵消。从而改善出射光的由于拉伸而导致的形变，进而使得出射光的光斑在经由TIR棱镜300后，依然可以趋向于矩形。
在其他实施例中，出射光的光斑也可以趋向于其他形状，如圆形、椭圆等，具体以实际场景为准。
上述实施例中，通过设置光路预处理透镜400，由光路预处理透镜400对出射光进行预处理，从而对出射光在经由TIR棱镜300时的拉伸形变进行抵消，进而改善TIR棱镜300对出射光进行拉伸产生的不利影响，使得出射光的光斑能够保持良好的形状，从而与光阀对应。一方面，通过抵消出射光由于拉伸产生的形变，可以使得光斑的亮度达到良好的均均匀性，进而使得投影画面也能达到良好的均匀性。另一方面，通过保持光斑良好的形状并与光阀相匹配，可以减少光斑的大小，进而减少能量损耗，并减少光斑相对光阀的溢出，降低光阀的热负担。进而提高光机系统的光利用率，减小热负担。
如图4所示，在一实施例中，光路预处理透镜400可以设置于匀光组件10与成像透镜组200之间。出射光在经由光路预处理透镜400后，会在预设方向进行压缩，即在TIR棱镜300对出射光的拉伸方向上预先进行角分布的一维压缩，随后角分布的出射光在经由成像透镜组200后实现角面转换，进而形成被压缩的面分布，随后TIR棱镜300对被压缩的维度进行拉伸，进而使得出射光的光斑被整形为一个较为规范的预设图形，如矩形等。
如图5所示，成像透镜组200包括依次设置的第一成像透镜210、第二成像透镜220、第三成像透镜230以及第四成像透镜240，第一成像透镜210、第二成像透镜220、第三成像透镜230以及第四成像透镜240彼此配合对出射光进行成像整形，以使得出射光的光斑形成预设的形状。在其他实施例中，成像透镜组200也可以是领域其他的透镜组合，这里不再赘述。
如图5所示，在一具体实施例中，光路预处理透镜400也可以设置于经由第三成像透镜230的出射光的光阑位置，第三成像透镜230具体可以为汇聚透镜，对出射光具有一定的汇聚作用，光阑位置即该出射光直径最小的位置。
在另一具体实施例中，光路预处理透镜400可以设置于出射光较为平行时的位置，以达到最优的像差效果。
如图7所示，光路预处理透镜400具有至少一内凹的弓面410，因此可以对出射光进行一定的压缩，从而可以提前对出射光进行压缩，进而可以抵消所述出射光在经过TIR棱镜400时TIR棱镜400对出射光的光斑造成的拉伸变形。
在一具体实施例中，光路预处理透镜400具体可以为弯月柱面镜。
在一具体实施例中，匀光组件100包括方棒或复眼等匀光器件。
如图1所示，匀光组件100可以采用方棒，由于方棒可以使用于大流明，因此采用方棒可以适用于亮度需求度较高的场景。
如图7所示，在另一场景中，匀光组件100可以采用复眼，相对而言，复眼具有较小的体积，可以有效的减少整个光机系统10的体积。
如图8所示，光机系统10还包括有光阀500，该光阀500设置于照明光的光路上。即设置于从TIR棱镜300出射的照明光的光路上。
如图3与图6的对比图所示，图3为现有技术中出射光的光斑入射光阀的示意图，如图3所示，光斑相对光阀具有较高的溢出量，进而使得光阀的热负担较大。图6为本申请中出射光的光斑入射光阀的示意图，显然，本申请中的光斑几乎与光阀契合，相对光阀的光溢出量较少。
如图9所示，本申请还提供一种投影设备1，该投影设备1还包括有光源20以及上述任一实施例中的光机系统10。其中，该光源20用于发射入射光并通过匀光组件100进入光机系统10。
综上所述，本申请提供的光机系统通过设置光路预处理透镜，通过光路预处理透镜对出射光进行一定的压缩，从而对出射光在经由TIR棱镜时的拉伸进行抵消，进而改善TIR棱镜对出射光进行拉伸产生的不利影响，使得出射光的光斑能够保持良好的形状，从而与光阀对应。一方面，通过抵消出射光由于拉伸产生的形变，可以使得光斑的亮度达到良好的均均匀性，进而使得投影画面也能达到良好的均匀性。另一方面，通过保持光斑良好的形状并与光阀相对应，可以减少光斑的大小，进而减少能量损耗，并减少光斑相对光阀的溢出，降低光阀的热负担。进而提高光机系统的光利用率，减小热负担。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结果或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光机系统，其特征在于，所述光机系统包括：
匀光组件，用于接收入射光并进行匀光处理后形成出射光并进行出射；
成像透镜组，设置于所述出射光的光路上，用于对所述出射光进行成像整形；
TIR棱镜，设置于被成像整形的所述出射光的光路上，用于对所述出射光进行整形，以形成照明光；
光路预处理透镜，位于所述TIR棱镜前，以对进入所述TIR棱镜之前的所述出射光的光斑进行预处理，进而抵消所述出射光在经过所述TIR棱镜时所述TIR棱镜对所述出射光的光斑造成的拉伸变形。
2.根据权利要求1所述的光机系统，其特征在于，所述光路预处理透镜设置于所述匀光组件与所述成像透镜组之间。
3.根据权利要求1所述的光机系统，其特征在于，所述成像透镜组包括依次设置的第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜以及第四成像透镜。
4.根据权利要求3所述的光机系统，其特征在于，所述光路预处理透镜设置于所述第三成像透镜与所述第四成像透镜之间。
5.根据权利要求4所述的光机系统，其特征在于，所述光路预处理透镜设置于经由所述第三成像透镜的所述出射光的光阑位置。
6.根据权利要求1所述的光机系统，其特征在于，所述光路预处理透镜具有至少一内凹的弓面。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的光机系统，其特征在于，所述光路预处理透镜为弯月柱面镜。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的光机系统，其特征在于，所述匀光组件包括方棒或复眼。
9.根据权利要求1-5中任一所述的光机系统，其特征在于，所述光机系统还包括有光阀，所述光阀设置于所述照明光的光路上。
10.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括光源与权利要求1-9中任一项所述的光机系统，所述光源用于发射所述入射光。
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