CN113687502A - 一种新的tir胶合棱镜、制备方法及投影光机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的TIR胶合棱镜、制备方法及高对比度投影光机系统，其中，新的TIR胶合棱镜包括：TIR胶合棱镜本体，TIR胶合棱镜本体包括含照明光入射面、照明光出光面、投影光束入射面以及投影光束出光面；带空隙间隙的胶合层，带空隙间隙的胶合层设于投影光束入射面和投影光束出光面之间。本发明提供的新的TIR胶合棱镜、制备方法及高对比度投影光机系统，在数字处理器微显示面板反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层，使得“ON”态光束照样透过，但是“OFF”态和“Flat”态的光束将在此带空隙间隙的胶合层实现全反射，从TIR胶合棱镜本体的入射光离开，而不进入投影物镜，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

Description

一种新的TIR胶合棱镜、制备方法及投影光机系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种新的TIR胶合棱镜、制备方法及投影光机系统。

背景技术

与LCD液晶显示和Mini/Micro LED显示屏相比，微显示投影显示技术由于其便携、大屏幕显示的优点，特别是进来高功率密度LED光源亮度的发展，受到快速发展。近几年“宅经济”的发展使得微投影仪特别受到青睐，被年轻一族追捧成为集娱乐、家用电视、教育和办公为一体的首选显示设备。随着核心投影光引擎亮度的进一步提升，基于微显示器的投影显示开始进入家庭影院和高端影像显示等的应用，这些应用对投影光机的对比度提出了更高的要求。

微显示面板的投影技术在工业应用，如3D打印、3D扫描和无掩膜PCB等领域也都有越来要多的应用需求。随着高功率密度光源技术的发展，投影光引擎的输出功率取得突破，有望使得3D打印设备进入高端制造的产线批量生产，不仅仅由于功率低而只用于打样或者模型。但是输出功率的提高对投影光机系统的对比度提出了更高的要求，以避免暗场紫外曝光的问题影响打印精度。

与LCD液晶显示和Mini/Micro LED两个点阵控制的显示技术相比，基于微显示面板的面投影投影显示技术的缺点是对比度比较低，尽管在微显示投影显示中，基于数字处理器(DLP)的MEMs微镜显示面板技术相对于微显示LCOS(液晶硅基)和微显示LCD面板技术有对比度高的优势，得益于MEMs微镜的偏转把”OFF”态和“Flat”态的光束从“ON”态光束分离出来。在DLP投影光机系统中，一般采用TIR(全反射)或RTIR棱镜把DLP面板的反射读出光束从照明光束分离出来，再从DLP面板反射的“ON”态光束进入投影物镜而到达屏幕，但是”OFF”态和“Flat”态的光束从“ON”态光束只是角度上有分离，会从TIR或RTIR的出光面出来，容易进入投影物镜到达屏幕，从而影响对比。基于DLP面板的微显示投影光机的对比度在1000：1以内，很难满足高亮度3D打印光固化设备的要求，也满足不了家庭影院和高端影视显示对显示图像对比度的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的TIR胶合棱镜，以解决现有的TIR胶合棱镜的状态光束容易进入投影物镜到达屏幕，从而影响对比的问题。

本发明提供了一种新的TIR胶合棱镜，包括：

TIR胶合棱镜本体，所述TIR胶合棱镜本体包括含照明光入射面、照明光出光面、投影光束入射面以及投影光束出光面；

带空隙间隙的胶合层，所述带空隙间隙的胶合层设于所述投影光束入射面和投影光束出光面之间；

其中，照明光束离开所述TIR胶合棱镜本体后，被镜面反射后成为投影光束进入所述TIR胶合棱镜本体，所述投影光束入射到所述带空气间隙胶合层时，如果入射角度大于临界角arcsin(1/n)，将会在所述带空隙间隙的胶合层发生内部全发射，而不从所述投影光束出光面离开所述TIR胶合棱镜本体。

进一步地，所述TIR胶合棱镜本体为45度直角棱镜；

所述的照明光束出光面与所述投影光束入射面为同一个面；

所述照明光束从所述照明光束入射面折射进入所述TIR胶合棱镜本体；从所述照明光束出光面折射后以一定倾角离开所述TIR胶合棱镜本体；所述照明光束经镜面反射后成为所述投影光束；

所述投影光束的中心光轴光束垂直入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体，将在所述照明光束入射面以45度角反射的光束将直接穿过所述带空隙间隙的胶合层，所述投影光束将经过所述投影光束出光面离开所述TIR胶合棱镜本体，进入投影系统。

进一步地，所述投影光束的中心光轴光束以第一预设角度入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体，将在所述照明光束入射面以大于45度角反射而达到所述带空隙间隙的胶合层，如果所述投影光束在所述带空隙间隙的胶合层的入射角超过arcsin(1/n)会被全反射而从所述TIR胶合棱镜本体的斜面离开，不进入投影系统。

进一步地，所述投影光束的中心光轴光束以第二预设角度入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体，将在所述投影光束出光面全反射后，经过所述带空隙间隙的胶合层，而从所述TIR胶合棱镜本体的斜面离开，不进入投影系统。

进一步地，还包括设于所述TIR胶合棱镜本体一侧的转向光棱镜，所述转向光棱镜为钝角棱镜，其中一个腰为所述照明光入射面，另一个腰为所述照明光出光面，所述转向光棱镜的底部斜面与所述TIR胶合棱镜本体的长直角面带空隙层贴合，所述照明光束经转向光棱镜底部斜面反射后，从照明光出光面离开，经转向光棱镜外的镜面反射后成为投影光束返回所述转向光棱镜，到达TIR胶合棱镜本体内的所述带空隙间隙的胶合层；如果所述投影光束入射所述带空隙间隙的胶合层的角度小于arcsin(1/n)，将穿过所述带空隙间隙的胶合层从投影光束出光面离开而进入投影系统；如果所述投影光束入射所述带空隙间隙的胶合层的角度大于arcsin(1/n)，将会在所述带空隙间隙的胶合层界面全反射，而从所述TIR胶合棱镜本体的另一个面离开，不进入投影系统。

本发明还提供了一种新的TIR胶合棱镜的制备方法，用于制备如上述中任一项所述的新的TIR胶合棱镜，所述方法包括：

根据设计尺寸抛光TIR棱镜；

按预设的尺寸截去TIR棱镜的一个角，以获得一个四边形棱镜和一个三角棱镜；

抛光所述四边形棱镜和所述三角棱镜的切割面；

胶合所述四边形棱镜和所述三角棱镜成为所述新的TIR胶合棱镜，其中所述四边形棱镜和所述三角棱镜的胶合面内含有5～20um的均匀厚度的空气间隙层，以形成带空隙间隙的胶合层。

进一步地，所述四边形棱镜和所述三角棱镜具有相同的折射率，折射率在1.4～2.0之间。

本发明还提供了一种高对比度投影光机系统，包括：

均匀照明系统，所述均匀照明系统包括至少一个光源和一个匀光器，所述光源用于发射第一光谱光，所述均光器用于产生均匀的照明光束；

聚光透镜；

上述中任一种所述的新的TIR胶合棱镜，所述新的TIR胶合棱镜在投影光束入射面和投影光束出光面之间设有带空隙间隙的胶合层，所述带空隙间隙的胶合层面大于临界角arcsin(1/n)的光束实现内部全反射；

数字处理器微显示面板，所述数字处理器微显示面板通过旋转MEMs微镜产生”ON”和“OFF”态的光束；和

投影物镜；

其中，所述均匀照明光束经过所述聚光透镜、所述新的TIR胶合棱镜后斜入射并均匀照明所述数字处理器微显示面板；当所述数字处理器微显示面板在”ON”态时，经所述MEMs微镜反射的投影光束与所述数字处理器微显示面板垂直，从所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，然后透过所述带空隙间隙的胶合层，从所述投影光出光面离开后进入所述投影物镜，投影到屏幕上；当数字处理器微显示面板在”OFF”态，或所述MEMs微镜不旋转时的”Flat”态时，所述MEMs微镜反射的投影光束，斜入射所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，在所述带空隙间隙的胶合层经全反射后不从所述投影光出光面离开所述新的TIR胶合棱镜，而不进入所述投影物镜，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

进一步地，所述新的TIR胶合棱镜为45度直角TIR胶合棱镜，所述均匀照明光束从所述新的TIR胶合棱镜的输入面，即45度直角棱镜的斜面折射进入所述新的TIR胶合棱镜，从所述新的TIR胶合棱镜的底部直角边斜角度出光照明所述数字处理器微显示面板，从所述MEMs微镜反射的投射光束，从所述新的TIR胶合棱镜的底部直角边入射后，在所述新的TIR胶合棱镜的斜面反射，到达所述带空隙间隙的胶合层；其中所述带空隙间隙的胶合层的锐角和位置可根据所述数字处理器微显示面板的所述MEMs微镜的旋转角度来设计，使得从所述MEMs微镜反射的”ON”态光束经所述新的TIR胶合棱镜的斜面内反射后会穿过所述带空隙间隙的胶合层，而进入所述投影物镜；而在所述MEMs微镜反射的”OFF”态和”Flat”态的光束经所述新的TIR胶合棱镜的斜面内反射后会在所述带空隙间隙的胶合层反射后从所述新的TIR胶合棱镜的斜面出光，而不进入所述投影物镜。

进一步地，所述聚光透镜的光轴与所述均匀照明光束的中心轴有倾斜设置，并且所述聚光透镜有一定偏心，以校正所述均匀照明光束斜入射所述数字处理器微显示面板造成的照明光斑梯形变形，使得照明光斑的形状匹配并均匀照明所述数字处理器微显示面板。

进一步地，所述第一光谱由紫外LED光源发射，峰值中心波长范围270nm～415nm；所述投影光机系统可用于面投影紫外光固化3D打印设备。

进一步地，所述第一光谱由红外光纤激光器发射，峰值中心波长范围800nm～1200nm；所述投影光机系统可用于面投影红外光烧结3D打印设备。

进一步地，还至少包括第二光谱光源，第三光谱光源，和至少一个二向色板；其中第一光谱、第二光谱、第三光谱光被至少一个二向色板合成成为共轴混合均匀照明光束。

进一步地，所述第一光谱、第二光谱、第三光谱分别为红光、绿光和蓝光，合成混合光谱光为白光均匀光束。

进一步地，还包括转向光棱镜，所述转向光棱镜为钝角棱镜，所述转向光棱镜的底部斜面与所述TIR胶合棱镜本体的长直角面带空隙层贴合，照明光束经转向光棱镜反射后离开，倾斜入射到镜面反射后成为投影光束，返回转向光棱镜而进入所述TIR胶合棱镜本体内。

进一步地，所述的均匀照明光束经过所述的聚光透镜、所述转向光棱镜后斜入射并均匀照明所述数字处理器微显示面板，当数字处理器微显示面板在”OFF”态，或所述MEMs微镜不旋转时的”Flat”态时，所述MEMs微镜反射的投影光束，斜入射所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，在所述带空隙间隙的胶合层经全反射后不从所述投影光出光面离开所述新的TIR胶合棱镜，而不进入所述投影物镜，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

本发明提供的新的TIR胶合棱镜、制备方法及高对比度投影光机系统，在数字处理器微显示面板反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层，使得“ON”态光束照样透过，但是”OFF”态和“Flat”态的光束将在此带空隙间隙的胶合层实现全反射，从TIR胶合棱镜本体的入射光离开，而不进入投影物镜，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的新的TIR胶合棱镜的结构示意图；

图2为图1中的新的TIR胶合棱镜在“ON”状态下的光束示意图；

图3为图1中的新的TIR胶合棱镜在“Flat”状态的光束示意图；

图4为图1中的新的TIR胶合棱镜在“OFF”状态的光束示意图；

图5为本发明第二实施例中的新的TIR胶合棱镜的制备方法的流程图；

图6为本发明第三实施例提供的高对比度投影光机系统的结构示意图；

图7为三色基于新的TIR胶合棱镜的高对比度投影光机系统的结构示意图；

图8为本发明第四实施例中的新的TIR胶合棱镜的结构示意图；

图9为本发明第五实施例中的高对比度投影光机系统在“Flat”状态的光束示意图；

图10为图9中的高对比度投影光机系统在“OFF”状态的光束示意图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，本发明第一实施例提供的一种新的TIR胶合棱镜，包括：

TIR胶合棱镜本体10，所述TIR胶合棱镜本体包括含照明光入射面11、照明光出光面12、投影光束入射面(图未示出)以及投影光束出光面13；

带空隙间隙的胶合层20，所述带空隙间隙的胶合层20设于所述投影光束入射面和投影光束出光面13之间；

其中，照明光束100离开所述TIR胶合棱镜本体10后，被镜面反射后成为投影光束进入所述TIR胶合棱镜本体10，所述投影光束入射到所述带空气间隙胶合层20时，如果入射角度大于临界角arcsin(1/n)，其中”n”为棱镜材料的折射率，将会在所述带空隙间隙的胶合层20发生内部全发射，而不从所述投影光束出光面离开所述TIR胶合棱镜本体。

上述新的TIR胶合棱镜，在数字处理器微显示面板30反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层20，使得“ON”态光束101照样透过，但是”OFF”态光束103和“Flat”态光束1025将在此带空隙间隙的胶合层20实现全反射，从TIR胶合棱镜本体10的入射光离开，而不进入投影物镜40，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

具体的，在本发明的一个实施例中，所述TIR胶合棱镜本体10为45度直角棱镜；所述的照明光束100出光面与所述投影光束入射面为同一个面；所述照明光束100从所述照明光束入射面11折射进入所述TIR胶合棱镜本体10；从所述照明光束出光面12折射后以一定倾角离开所述TIR胶合棱镜本体10；所述照明光束10经镜面反射后成为所述投影光束；所述投影光束的中心光轴光束垂直入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体10，将在所述照明光束入射面11以45度角反射的光束将直接穿过所述带空隙间隙的胶合层20，所述投影光束将经过所述投影光束出光面离开所述TIR胶合棱镜本体10，进入投影系统40，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

在本发明的一个实施例中，所述投影光束的中心光轴光束以第一预设角度入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体10，将在所述照明光束入射面11以大于45度角反射而达到所述带空隙间隙的胶合层20，如果所述投影光束在所述带空隙间隙的胶合层20的入射角超过arcsin(1/n)会被全反射而从所述TIR胶合棱镜本体10的斜面离开，不进入投影系统40，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

在本发明的一个实施例中，所述投影光束的中心光轴光束以第二预设角度入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体10，将在所述投影光束出光面13全反射后，经过所述带空隙间隙的胶合层20，而从所述TIR胶合棱镜本体10的斜面离开，不进入投影系统40，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

请参阅图5本发明第二实施例提供的一种新的TIR胶合棱镜的制备方法，用于制备如上述中任一项所述的新的TIR胶合棱镜，所述方法包括：

根据设计尺寸抛光TIR棱镜；

按预设的尺寸截去TIR棱镜的一个角，以获得一个四边形棱镜和一个三角棱镜；

抛光所述四边形棱镜和所述三角棱镜的切割面；

胶合所述四边形棱镜和所述三角棱镜成为所述新的TIR胶合棱镜，其中所述四边形棱镜和所述三角棱镜的胶合面内含有5～20um的均匀厚度的空气间隙层，以形成带空隙间隙的胶合层。

通过上述方法，即可制备出新的TIR胶合棱镜，在数字处理器微显示面板30反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层20，使得“ON”态光束101照样透过，但是”OFF”态光束103和“Flat”态光束1025将在此带空隙间隙的胶合层20实现全反射，从TIR胶合棱镜本体10的入射光离开，而不进入投影物镜40，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

具体的，在本实施例中，所述四边形棱镜和所述三角棱镜具有相同的折射率，折射率在1.4～2.0之间，以实现上述技术效果。

请参阅图6和图7，本发明第三实施例还提供了一种高对比度投影光机系统，包括：

均匀照明系统，所述均匀照明系统包括至少一个光源50和一个匀光器60，所述光源50用于发射第一光谱光，所述均光器60用于产生均匀的照明光束；

聚光透镜70；

如上述中任一种所述的新的TIR胶合棱镜，所述新的TIR胶合棱镜在投影光束入射面和投影光束出光面之间设有带空隙间隙的胶合层20，所述带空隙间隙的胶合层20面大于临界角arcsin(1/n)的光束实现内部全反射；

数字处理器微显示面板30，所述数字处理器微显示面板通过旋转MEMs微镜(图未示出)产生”ON”和“OFF”态的光束；和

投影物镜80；

其中，所述均匀照明光束经过所述聚光透镜40、所述新的TIR胶合棱镜后斜入射并均匀照明所述数字处理器微显示面板30；当所述数字处理器微显示面板30在”ON”态时，经所述MEMs微镜反射的投影光束与所述数字处理器微显示面板30垂直，从所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，然后透过所述带空隙间隙的胶合层20，从所述投影光出光面13离开后进入所述投影物镜80，投影到屏幕上；当数字处理器微显示面板30在”OFF”态，或所述MEMs微镜不旋转时的”Flat”态时，所述MEMs微镜反射的投影光束，斜入射所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，在所述带空隙间隙的胶合层20经全反射后不从所述投影光出光面13离开所述新的TIR胶合棱镜，而不进入所述投影物镜80，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

在本发明的一个实施例中，所述新的TIR胶合棱镜为45度直角TIR胶合棱镜，所述均匀照明光束从所述新的TIR胶合棱镜的输入面，即45度直角棱镜的斜面折射进入所述新的TIR胶合棱镜，从所述新的TIR胶合棱镜的底部直角边斜角度出光照明所述数字处理器微显示面板30，从所述MEMs微镜反射的投射光束，从所述新的TIR胶合棱镜的底部直角边入射后，在所述新的TIR胶合棱镜的斜面反射，到达所述带空隙间隙的胶合层20；其中所述带空隙间隙的胶合层20的锐角和位置可根据所述数字处理器微显示面板30的所述MEMs微镜的旋转角度来设计，使得从所述MEMs微镜反射的”ON”态光束经所述新的TIR胶合棱镜的斜面内反射后会穿过所述带空隙间隙的胶合层20，而进入所述投影物镜80；而在所述MEMs微镜反射的”OFF”态和”Flat”态的光束经所述新的TIR胶合棱镜的斜面内反射后会在所述带空隙间隙的胶合层20反射后从所述新的TIR胶合棱镜的斜面出光，而不进入所述投影物镜80，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

在本发明的一个实施例中，所述聚光透镜70的光轴与所述均匀照明光束的中心轴有倾斜设置，并且所述聚光透镜有一定偏心，以校正所述均匀照明光束斜入射所述数字处理器微显示面板造成的照明光斑梯形变形，使得照明光斑的形状匹配并均匀照明所述数字处理器微显示面板。

在本发明的一个实施例中，所述第一光谱由紫外LED光源发射，峰值中心波长范围270nm～415nm；所述投影光机系统可用于面投影紫外光固化3D打印设备。

在本发明的一个实施例中，所述第一光谱由红外光纤激光器发射，峰值中心波长范围800nm～1200nm；所述投影光机系统可用于面投影红外光烧结3D打印设备。

请参阅图8，在本发明第四实施例提供的新的TIR胶合棱镜，所述第二实施例与所述第一所述的区别在于，所述第二实施例中，还包括设于所述TIR胶合棱镜本体10一侧的转向光棱镜90，所述转向光棱镜90的底面与所述TIR胶合棱镜本体10的长直角面带空隙层贴合，照明光束100经转向光棱镜90反射后转向所述新的TIR胶合棱镜，并经所述TIR胶合棱镜本体10的倾斜面镜面反射后成为投影光束进入所述TIR胶合棱镜本体10。

所述转向光棱镜90为钝角棱镜，其中一个腰为所述照明光入射面，另一个腰为所述照明光出光面，所述转向光棱镜90的底部斜面与所述TIR胶合棱镜本体10的长直角面带空隙层(图未标出)贴合，所述照明光束经转向光棱镜90底部斜面反射后，从照明光出光面离开，经转向光棱镜90外的镜面反射后成为投影光束返回所述转向光棱镜90，到达TIR胶合棱镜本体10内的所述带空隙间隙的胶合层20；如果所述投影光束入射所述带空隙间隙的胶合层220的角度小于arcsin(1/n)，将穿过所述带空隙间隙的胶合层20从投影光束出光面离开而进入投影系统；如果所述投影光束入射所述带空隙间隙的胶合层20的角度大于arcsin(1/n)，将会在所述带空隙间隙的胶合层20界面全反射，而从所述TIR胶合棱镜本体10的另一个面离开，不进入投影系统。

在数字处理器微显示面板30反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层20，使得“ON”态光束101照样透过，但是”OFF”态光束103和“Flat”态光束1025将在此带空隙间隙的胶合层20实现全反射，从TIR胶合棱镜本体10的入射光离开，而不进入投影物镜80，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

请参阅图9和图10，本发明第五实施例提供的高对比度投影光机系统，所述第五实施例与所述第三实施例的区别在于，还至少包括第二光谱光源51，第三光谱光源53，和至少一个二向色板(图未标出)；其中第一光谱、第二光谱、第三光谱光被至少一个二向色板合成成为共轴混合均匀照明光束，以获得均匀照明光束。

在本发明的一个实施例中，所述第一光谱、第二光谱、第三光谱分别为红光、绿光和蓝光，合成混合光谱光为白光均匀光束，以获得白光均匀照明光束。

在本发明的一个实施例中，还包括转向光棱镜90，所述转向光棱镜90为钝角棱镜，所述转向光棱镜90的底部斜面与所述TIR胶合棱镜本体10的长直角面带空隙层贴合，照明光束经转向光棱镜90反射后离开，倾斜入射到镜面反射后成为投影光束，返回转向光棱镜90而进入所述TIR胶合棱镜本体10内。使用时，在数字处理器微显示面板30反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层20，使得“ON”态光束101照样透过，但是”OFF”态光束103和“Flat”态光束1025将在此带空隙间隙的胶合层20实现全反射，从TIR胶合棱镜本体10的入射光离开，而不进入投影物镜80，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

在本发明的一个实施例中，所述的均匀照明光束经过所述的聚光透镜70、所述转向光棱镜90后斜入射并均匀照明所述数字处理器微显示面板30，当数字处理器微显示面板30在”OFF”态，或所述MEMs微镜不旋转时的”Flat”态时，所述MEMs微镜反射的投影光束，斜入射所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，在所述带空隙间隙的胶合层20经全反射后不从所述投影光出光面13离开所述新的TIR胶合棱镜，而不进入所述投影物镜80，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

本发明提供的高对比度投影光机系统，在数字处理器微显示面板30反射读出光到达出光面前加一个带空隙间隙的胶合层20，使得“ON”态光束照样透过，但是”OFF”态和“Flat”态的光束将在此带空隙间隙的胶合层50实现全反射，从TIR胶合棱镜本体10的入射光离开，而不进入投影物镜，从而大大减弱到达屏幕的背景光而提高投影光机系统的对比度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种新的TIR胶合棱镜，其特征在于，包括：

TIR胶合棱镜本体，所述TIR胶合棱镜本体包括含照明光入射面、照明光出光面、投影光束入射面以及投影光束出光面；

带空隙间隙的胶合层，所述带空隙间隙的胶合层设于所述投影光束入射面和投影光束出光面之间；

其中，照明光束离开所述TIR胶合棱镜本体后，被镜面反射后成为投影光束进入所述TIR胶合棱镜本体，所述投影光束入射到所述带空气间隙胶合层时，如果入射角度大于临界角arcsin(1/n)，将会在所述带空隙间隙的胶合层发生内部全发射，而不从所述投影光束出光面离开所述TIR胶合棱镜本体。

2.根据权利要求1所述的新的TIR胶合棱镜，其特征在于，

所述TIR胶合棱镜本体为45度直角棱镜；

所述的照明光束出光面与所述投影光束入射面为同一个面；

所述照明光束从所述照明光束入射面折射进入所述TIR胶合棱镜本体；从所述照明光束出光面折射后以一定倾角离开所述TIR胶合棱镜本体；所述照明光束经镜面反射后成为所述投影光束；

所述投影光束的中心光轴光束垂直入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体，将在所述照明光束入射面以45度角反射的光束将直接穿过所述带空隙间隙的胶合层，所述投影光束将经过所述投影光束出光面离开所述TIR胶合棱镜本体，进入投影系统。

3.根据权利要求2所述的新的TIR胶合棱镜，其特征在于，所述投影光束的中心光轴光束以第一预设角度入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体，将在所述照明光束入射面以大于45度角反射而达到所述带空隙间隙的胶合层，如果所述投影光束在所述带空隙间隙的胶合层的入射角超过arcsin(1/n)会被全反射而从所述TIR胶合棱镜本体的斜面离开，不进入投影系统。

4.根据权利要求2所述的新的TIR胶合棱镜，其特征在于，所述投影光束的中心光轴光束以第二预设角度入射到所述投影光束入射面而进入所述TIR胶合棱镜本体，将在所述投影光束出光面全反射后，经过所述带空隙间隙的胶合层，而从所述TIR胶合棱镜本体的斜面离开，不进入投影系统。

5.根据权利要求1所述的新的TIR胶合棱镜，其特征在于，还包括设于所述TIR胶合棱镜本体一侧的转向光棱镜，所述转向光棱镜为钝角棱镜，其中一个腰为所述照明光入射面，另一个腰为所述照明光出光面，所述转向光棱镜的底部斜面与所述TIR胶合棱镜本体的长直角面带空隙层贴合，所述照明光束经转向光棱镜底部斜面反射后，从照明光出光面离开，经转向光棱镜外的镜面反射后成为投影光束返回所述转向光棱镜，到达TIR胶合棱镜本体内的所述带空隙间隙的胶合层；如果所述投影光束入射所述带空隙间隙的胶合层的角度小于arcsin(1/n)，将穿过所述带空隙间隙的胶合层从投影光束出光面离开而进入投影系统；如果所述投影光束入射所述带空隙间隙的胶合层的角度大于arcsin(1/n)，将会在所述带空隙间隙的胶合层界面全反射，而从所述TIR胶合棱镜本体的另一个面离开，不进入投影系统。

6.一种新的TIR胶合棱镜的制备方法，用于制备如权利要求1-5中任一项所述的新的TIR胶合棱镜，其特征在于，所述方法包括：

根据设计尺寸抛光TIR棱镜；

按预设的尺寸截去TIR棱镜的一个角，以获得一个四边形棱镜和一个三角棱镜；

抛光所述四边形棱镜和所述三角棱镜的切割面；

胶合所述四边形棱镜和所述三角棱镜成为所述新的TIR胶合棱镜，其中所述四边形棱镜和所述三角棱镜的胶合面内含有5～20um的均匀厚度的空气间隙层，以形成带空隙间隙的胶合层。

7.根据权利要求6所述的新的TIR胶合棱镜，其特征在于，所述四边形棱镜和所述三角棱镜具有相同的折射率，折射率在1.4～2.0之间。

8.一种高对比度投影光机系统，其特征在于，包括：

均匀照明系统，所述均匀照明系统包括至少一个光源和一个匀光器，所述光源用于发射第一光谱光，所述均光器用于产生均匀的照明光束；

聚光透镜；

如权利要求1-5中任一种所述的新的TIR胶合棱镜，所述新的TIR胶合棱镜在投影光束入射面和投影光束出光面之间设有带空隙间隙的胶合层，所述带空隙间隙的胶合层面对大于临界角arcsin(1/n)的光束实现内部全反射；

数字处理器微显示面板，所述数字处理器微显示面板通过旋转MEMs微镜产生”ON”和“OFF”态的光束；和

投影物镜；

其中，所述均匀照明光束经过所述聚光透镜、所述新的TIR胶合棱镜后斜入射并均匀照明所述数字处理器微显示面板；当所述数字处理器微显示面板在”ON”态时，经所述MEMs微镜反射的投影光束与所述数字处理器微显示面板垂直，从所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，然后透过所述带空隙间隙的胶合层，从所述投影光出光面离开后进入所述投影物镜，投影到屏幕上；当数字处理器微显示面板在”OFF”态，或所述MEMs微镜不旋转时的”Flat”态时，所述MEMs微镜反射的投影光束，斜入射所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，在所述带空隙间隙的胶合层经全反射后不从所述投影光出光面离开所述新的TIR胶合棱镜，而不进入所述投影物镜，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

9.根据权利要求8所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，所述新的TIR胶合棱镜为45度直角TIR胶合棱镜，所述均匀照明光束从所述新的TIR胶合棱镜的输入面，即45度直角棱镜的斜面折射进入所述新的TIR胶合棱镜，从所述新的TIR胶合棱镜的底部直角边斜角度出光照明所述数字处理器微显示面板，从所述MEMs微镜反射的投射光束，从所述新的TIR胶合棱镜的底部直角边入射后，在所述新的TIR胶合棱镜的斜面反射，到达所述带空隙间隙的胶合层；其中所述带空隙间隙的胶合层的锐角和位置可根据所述数字处理器微显示面板的所述MEMs微镜的旋转角度来设计，使得从所述MEMs微镜反射的”ON”态光束经所述新的TIR胶合棱镜的斜面内反射后会穿过所述带空隙间隙的胶合层，而进入所述投影物镜；而在所述MEMs微镜反射的”OFF”态和”Flat”态的光束经所述新的TIR胶合棱镜的斜面内反射后会在所述带空隙间隙的胶合层反射后从所述新的TIR胶合棱镜的斜面出光，而不进入所述投影物镜。

10.根据权利要求8所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，所述聚光透镜的光轴与所述均匀照明光束的中心轴有倾斜设置，并且所述聚光透镜有一定偏心，以校正所述均匀照明光束斜入射所述数字处理器微显示面板造成的照明光斑梯形变形，使得照明光斑的形状匹配并均匀照明所述数字处理器微显示面板。

11.根据权利要求8所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，所述第一光谱由紫外LED光源发射，峰值中心波长范围270nm～415nm；所述投影光机系统可用于面投影紫外光固化3D打印设备。

12.根据权利要求8所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，所述第一光谱由红外光纤激光器发射，峰值中心波长范围800nm～1200nm；所述投影光机系统可用于面投影红外光烧结3D打印设备。

13.根据权利要求8所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，还至少包括第二光谱光源，第三光谱光源，和至少一个二向色板；其中第一光谱、第二光谱、第三光谱光被至少一个二向色板合成成为共轴混合均匀照明光束。

14.根据权利要求13所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，所述第一光谱、第二光谱、第三光谱分别为红光、绿光和蓝光，合成混合光谱光为白光均匀光束。

15.根据权利要求8所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，还包括转向光棱镜，所述转向光棱镜为钝角棱镜，所述转向光棱镜的底部斜面与所述TIR胶合棱镜本体的长直角面带空隙层贴合，照明光束经转向光棱镜的底部斜面反射后离开所述转向光棱镜，倾斜入射镜面反射后成为投影光束进入所述转向光棱镜，并透过所述带空隙层贴合面进入所述TIR胶合棱镜本体内。

16.根据权利要求15所述的高对比度投影光机系统，其特征在于，所述的均匀照明光束经过所述的聚光透镜、所述转向光棱镜后斜入射并均匀照明所述数字处理器微显示面板，当数字处理器微显示面板在”OFF”态，或所述MEMs微镜不旋转时的”Flat”态时，所述MEMs微镜反射的投影光束，斜入射所述投影光束入射面进入所述新的TIR胶合棱镜，在所述带空隙间隙的胶合层经全反射后不从所述投影光出光面离开所述新的TIR胶合棱镜，而不进入所述投影物镜，从而大大减少达到屏幕的背景光而提升投影系统的对比度。

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