CN114019753A - 一种薄型异轴光引擎架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄型异轴光引擎架构。上述薄型异轴光引擎架构，只需要一个DLP读出棱镜，利用一个内切入光轴转折器件，以反射照明系统的照明光束进入DLP读出棱镜而斜入射DLP微显示面板，DLP微显示面板的读出光束经DLP读出棱镜，被其斜面内全反射后进入投影系统，使得照明系统光轴与投影系统光轴不在同一个平面上，形成异轴双层结构，但照明系统光轴与投影系统光轴的两个光轴面的距离不超过所述照明系统的口径尺寸，使得光引擎结构简单且比较薄，减小了投影光学引擎架构加工成本。

Description

一种薄型异轴光引擎架构
技术领域
本发明涉及投影光学引擎架构技术领域，特别涉及一种薄型异轴光引擎架构。
背景技术
LED投影光学引擎设备一般包括R/G/B混光的照明系统来均匀照明DLP(digitallight processor)微显示面板，然后一个投影系统把DLP微显示面板的彩色图像投影到墙面或显示介质上。通常说来，照明系统的光轴与投影系统的光轴在同一个平面，这样光机比较扁平，光引擎架构呈“L”型、“U”型等布局。但有时也需要光引擎布局呈“一”型狭长条架构，特别是在AR眼镜的应用，或极其紧凑的超薄投影仪中便于整机的模块化堆叠。当光引擎的照明系统和投影系统呈“一”型布局时，普通的TIR或RTIR架构就不能用。另外，有几款TIDLP面板需要入射光从长边的底部入射，如0.47”DLP，0.66”DLP面板。对于底部入射的DLP面板，为实现横屏投影，DLP面板需要安放在读出棱镜的上方，照明光束需要从下方来入射，造成投影光引擎比较厚。
为解决光引擎架构呈“一”型的布局和底部入射DLP面板的横屏投影问题，TI曾提出一个参考设计，利用双TIR棱镜架构，照明光束从输入TIR棱镜的斜面内全反射后，被下方的球面反射镜反射后，往上进入读出TIR棱镜，然后从DLP面板的长边底部入射面板，面板的读出光垂直返回读出TIR后，被读出TIR的斜面内部全反射，然后进入投影系统。这种双TIR结构的照明光轴和投影光轴可以在同一个平面上，光引擎比较薄，其缺点是双棱镜的加工费用高，其中的输入TIR棱镜还带球面反射镜，另外是照明和投影光束各在斜面上进行一次TIR，光能损失大。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄型异轴光引擎架构，以解决现有的投影光学引擎架构加工成本高的问题。
本发明提供了一种薄型异轴光引擎架构，包括依次设置的：
一个照明系统，所述照明系统包括一个照明系统光轴；
一个内切入光轴转折器件；
一个DLP读出棱镜；
一个DLP微显示面板；和
一个投影系统，所述投影系统包括一个投影系统光轴；
其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，形成异轴双层架构，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴的两个光轴面的距离不大于所述照明系统的口径尺寸。
上述薄型异轴光引擎架构，只需要一个DLP读出棱镜，利用一个内切入光轴转折器件，以反射照明系统的照明光束，在所述DLP读出棱镜的内腰进入DLP读出棱镜，并斜入射DLP微显示面板，DLP微显示面板的读出光束经DLP读出棱镜，被其斜面内全反射后进入投影系统，使得照明系统光轴与投影系统光轴不在同一个平面上，形成异轴双层结构，但照明系统光轴与投影系统光轴的两个光轴面的距离不超过所述照明系统的口径尺寸，使得光引擎结构简单且比较薄，减小了投影光学引擎架构加工成本。
进一步地，所述照明系统的照明光束从所述DLP微显示面板的短边侧面入射所述DLP微显示面板，所述照明系统与所述投影系统按“一”字型布局，其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，所述照明系统的照明光束经过所述内切入光轴转折器件反射后，通过所述DLP读出棱镜，从所述DLP微显示面板的短边侧面入射所述DLP微显示面板。
进一步地，所述DLP微显示面板是0.16”DLP面板或0.23”DLP面板中的任一种。
进一步地，所述照明系统的照明光束从所述DLP微显示面板的长边底部入射所述DLP微显示面板，其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，所述照明系统的照明光束经过所述内切入光轴转折器件反射后，通过所述DLP读出棱镜，从所述DLP微显示面板的长边底部入射所述DLP微显示面板。
进一步地，所述DLP微显示面板是0.47”DLP面板或0.66”DLP面板中的任一种。
进一步地，所述内切入光轴转折器件是一个反射镜；
所述DLP读出棱镜是一个RTIR棱镜，所述DLP读出棱镜包括一个直角棱镜和一个楔型平板，所述直角棱镜与所述楔型平板之间设有带空隙的胶合层；
所述照明系统还包括RGB三色的合光系统、匀光的复眼阵列透镜和聚光透镜；
其中，所述RGB三色的合光系统的照明光束，经过所述匀光的复眼阵列透镜和所述聚光透镜后，通过所述照明系统光轴转折的所述内切入光轴转折器件后，从所述DLP读出棱镜的楔型平板入射，并从所述DLP读出棱镜出光后斜入射所述DLP微显示面板，所述DLP微显示面板的读出光，垂直返回所述DLP读出棱镜后，在所述直角棱镜的斜面反射后，进入所述投影系统；
其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，形成异轴双层架构；而且所述照明系统光轴与所述投影系统光轴发两个光轴面的距离不大于所述照明系统的口径尺寸。
进一步地，所述内切入光轴转折器件是一个曲面反射镜。
进一步地，所述内切入光轴转折器件是个直角棱镜，所述照明系统的光束入射到所述内切入光轴转折器件后，在所述内切入光轴转折器件的斜面反射后离开所述内切入光轴转折器件，进入所述DLP读出棱镜；其中，所述照明系统内的所述聚光透镜由两个平凸透镜组成，分别胶合到所述内切入光轴转折器件的两个直角边。
进一步地，所述内切入光轴转折器件是一个棱镜，与所述DLP读出棱镜胶合成为一体，所述内切入光轴转折器件与所述DLP读出棱镜的带空隙的胶合层含有空气层，其中，所述照明系统的光束经所述匀光的复眼阵列透镜和所述聚光透镜后，进入所述内切入光轴转折器件，在光轴转折所述内切入光轴转折器件实现全反射后，透过带空隙的胶合层进入所述DLP读出棱镜，离开后斜入射所述DLP微显示面板，所述DLP微显示面板的读出光垂直返回所述DLP读出棱镜，在带空隙的胶合层的斜面反射后，进入所述投影系统，其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，而且所述照明系统光轴与所述投影系统光轴的两个光轴面的距离不超过所述照明系统的口径尺寸。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的薄型异轴光引擎架构的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中的薄型异轴光引擎架构的结构示意图；
图3为本发明第三实施例中的薄型异轴光引擎架构的结构示意图；
图4为本发明第四实施例中的薄型异轴光引擎架构的结构示意图
主要元件符号说明：
照明系统 10 内切入光轴转折器件 20 DLP微显示面板 40
照明系统光轴 11 DLP读出棱镜 30 投影系统 50
RGB三色的合光系统 12 直角棱镜 31 投影系统光轴 51
匀光的复眼阵列透镜 13 楔型平板 32
聚光透镜 14 带空隙的胶合层 33
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，本发明第一实施例提供的一种薄型异轴光引擎架构，包括依次设置的：
一个照明系统10，所述照明系统10包括一个照明系统光轴11；
一个内切入光轴转折器件20；
一个DLP读出棱镜30；
一个DLP微显示面板40；和
一个投影系统50，所述投影系统50包括一个投影系统光轴51；
其中，所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51不在同一个平面上，形成异轴双层架构，所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51的两个光轴面的距离不大于所述照明系统10的口径尺寸。
上述薄型异轴光引擎架构，只需要一个DLP读出棱镜30，利用一个内切入光轴转折器件20，以反射照明系统10的照明光束，在DLP读出棱镜30的内腰进入DLP读出棱镜30，并斜入射DLP微显示面板40，DLP微显示面板40的读出光束经DLP读出棱镜30，被其斜面内全反射后进入投影系统50，使得照明系统光轴11与投影系统光轴51不在同一个平面上，形成异轴双层结构，但照明系统光轴11与投影系统光轴51的两个光轴面的距离不超过所述照明系统10的口径尺寸，使得光引擎结构简单且比较薄，减小了投影光学引擎架构加工成本。
请参阅图2，本发明第二实施例提供的薄型异轴光引擎架构，所述第二实施例与所述第一实施例的区别在于，所述第二实施例中，所述照明系统10的照明光束从所述DLP微显示面板40的短边侧面入射所述DLP微显示面板40，所述照明系统10与所述投影系统50按“一”字型布局，其中，所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51不在同一个平面上，所述照明系统10的照明光束经过所述内切入光轴转折器件20反射后，通过所述DLP读出棱镜30，从所述DLP微显示面板40的短边侧面入射所述DLP微显示面板40。
具体的，在本实施例中，所述DLP微显示面板是0.16”DLP面板或0.23”DLP面板中的任一种。
请参阅图3，本发明第三实施例提供的薄型异轴光引擎架构，所述第三实施例与所述第一实施例的区别在于，所述第三实施例中，所述照明系统10的照明光束从所述DLP微显示面板40的长边底部入射所述DLP微显示面板40，其中，所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51不在同一个平面上，所述照明系统10的照明光束经过所述内切入光轴转折器件20反射后，通过所述DLP读出棱镜30，从所述DLP微显示面板40的长边底部入射所述DLP微显示面板40。
具体的，在本实施例中，所述DLP微显示面板是0.47”DLP面板或0.66”DLP面板中的任一种。
在本发明的一个实施例中，所述内切入光轴转折器件20是一个反射镜；所述DLP读出棱镜30是一个RTIR棱镜，所述DLP读出棱镜30包括一个直角棱镜31和一个楔型平板32，所述直角棱镜31与所述楔型平板32之间设有带空隙的胶合层33；所述照明系统10还包括RGB三色的合光系统12、匀光的复眼阵列透镜13和聚光透镜14；其中，所述RGB三色的合光系统12的照明光束，经过所述匀光的复眼阵列透镜13和所述聚光透镜14后，通过所述照明系统光轴11转折的所述内切入光轴转折器件20后，从所述DLP读出棱镜30的楔型平板32入射，并从所述DLP读出棱镜30出光后斜入射所述DLP微显示面板40，所述DLP微显示面板40的读出光，垂直返回所述DLP读出棱镜30后，在所述直角棱镜31的斜面反射后，进入所述投影系统50；其中，所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51不在同一个平面上，形成异轴双层架构；而且所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51发两个光轴面的距离不大于所述照明系统10的口径尺寸，使得光引擎结构简单且比较薄，减小了投影光学引擎架构加工成本。
在本发明的一个实施例中，所述内切入光轴转折器件20是一个曲面反射镜，以将光线反射至DLP读出棱镜30。
在本发明的一个实施例中，所述内切入光轴转折器件20是个直角棱镜，所述照明系统10的光束入射到所述内切入光轴转折器件20后，在所述内切入光轴转折器件20的斜面反射后离开所述内切入光轴转折器件20，进入所述DLP读出棱镜30；其中，所述照明系统10内的所述聚光透镜14由两个平凸透镜组成，分别胶合到所述内切入光轴转折器件20的两个直角边。
请参阅图4，本发明第四实施例提供的薄型异轴光引擎架构，所述第四实施例与所述第一实施例的区别在于，所述第四实施例中，所述内切入光轴转折器件20是一个棱镜，与所述DLP读出棱镜30胶合成为一体，所述内切入光轴转折器件20与所述DLP读出棱镜30的带空隙的胶合层33含有空气层，其中，所述照明系统10的光束经所述匀光的复眼阵列透镜13和所述聚光透镜14后，进入所述内切入光轴转折器件20，在光轴转折所述内切入光轴转折器件20实现全反射后，透过带空隙的胶合层33进入所述DLP读出棱镜30，离开后斜入射所述DLP微显示面板40，所述DLP微显示面板40的读出光垂直返回所述DLP读出棱镜30，在带空隙的胶合层33的斜面反射后，进入所述投影系统50，其中，所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51不在同一个平面上，而且所述照明系统光轴11与所述投影系统光轴51的两个光轴面的距离不超过所述照明系统10的口径尺寸，使得光引擎结构简单且比较薄，减小了投影光学引擎架构加工成本。
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 (9)

1.一种薄型异轴光引擎架构，其特征在于，包括依次设置的：
一个照明系统，所述照明系统包括一个照明系统光轴；
一个内切入光轴转折器件；
一个DLP读出棱镜；
一个DLP微显示面板；和
一个投影系统，所述投影系统包括一个投影系统光轴；
其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，形成异轴双层架构，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴的两个光轴面的距离不大于所述照明系统的口径尺寸。
2.根据权利要求1所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述照明系统的照明光束从所述DLP微显示面板的短边侧面入射所述DLP微显示面板，所述照明系统与所述投影系统按“一”字型布局，其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，所述照明系统的照明光束经过所述内切入光轴转折器件反射后，通过所述DLP读出棱镜，从所述DLP微显示面板的短边侧面入射所述DLP微显示面板。
3.根据权利要求2所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述DLP微显示面板是0.16”DLP面板或0.23”DLP面板中的任一种。
4.根据权利要求1所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述照明系统的照明光束从所述DLP微显示面板的长边底部入射所述DLP微显示面板，其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，所述照明系统的照明光束经过所述内切入光轴转折器件反射后，通过所述DLP读出棱镜，从所述DLP微显示面板的长边底部入射所述DLP微显示面板。
5.根据权利要求4所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述DLP微显示面板是0.47”DLP面板或0.66”DLP面板中的任一种。
6.根据权利要求1所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述内切入光轴转折器件是一个反射镜；
所述DLP读出棱镜是一个RTIR棱镜，所述DLP读出棱镜包括一个直角棱镜和一个楔型平板，所述直角棱镜与所述楔型平板之间设有带空隙的胶合层；
所述照明系统还包括RGB三色的合光系统、匀光的复眼阵列透镜和聚光透镜；
其中，所述RGB三色的合光系统的照明光束，经过所述匀光的复眼阵列透镜和所述聚光透镜后，通过所述照明系统光轴转折的所述内切入光轴转折器件后，从所述DLP读出棱镜的楔型平板入射，并从所述DLP读出棱镜出光后斜入射所述DLP微显示面板，所述DLP微显示面板的读出光，垂直返回所述DLP读出棱镜后，在所述直角棱镜的斜面反射后，进入所述投影系统；
其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，形成异轴双层架构；而且所述照明系统光轴与所述投影系统光轴发两个光轴面的距离不大于所述照明系统的口径尺寸。
7.根据权利要求6所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述内切入光轴转折器件是一个曲面反射镜。
8.根据权利要求6所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述内切入光轴转折器件是个直角棱镜，所述照明系统的光束入射到所述内切入光轴转折器件后，在所述内切入光轴转折器件的斜面反射后离开所述内切入光轴转折器件，进入所述DLP读出棱镜；其中，所述照明系统内的所述聚光透镜由两个平凸透镜组成，分别胶合到所述内切入光轴转折器件的两个直角边。
9.根据权利要求6所述的薄型异轴光引擎架构，其特征在于，所述内切入光轴转折器件是一个棱镜，与所述DLP读出棱镜胶合成为一体，所述内切入光轴转折器件与所述DLP读出棱镜的带空隙的胶合层含有空气层，其中，所述照明系统的光束经所述匀光的复眼阵列透镜和所述聚光透镜后，进入所述内切入光轴转折器件，在光轴转折所述内切入光轴转折器件实现全反射后，透过带空隙的胶合层进入所述DLP读出棱镜，离开后斜入射所述DLP微显示面板，所述DLP微显示面板的读出光垂直返回所述DLP读出棱镜，在带空隙的胶合层的斜面反射后，进入所述投影系统，其中，所述照明系统光轴与所述投影系统光轴不在同一个平面上，而且所述照明系统光轴与所述投影系统光轴的两个光轴面的距离不超过所述照明系统的口径尺寸。
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