CN115453811B - 一种具有高稳定性的投影照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及投影显示技术领域，具体涉及一种具有高稳定性的投影照明装置，包括中继透镜，其中心位置设有通孔，中继透镜设置于远离复眼的一对准直透镜之间，用于将通孔外区域各准直光束进行压缩。本发明仅对通过通孔外区域的准直光束进行压缩，减少了光通过中继透镜的能量，从而减少对光能的吸收，在不损失光学扩展量的前提下，解决了塑料中继透镜易发生烧透镜现象、可靠性差的缺陷。

Description

一种具有高稳定性的投影照明装置
技术领域
本发明涉及投影显示技术领域，具体涉及一种具有高稳定性的投影照明装置。
背景技术
投影照明系统是投影光学引擎中最为核心的器件之一，随着投影仪用户越来越多，用户对于投影仪的亮度需求也越来越高，亮度高导致照明系统对于透镜的可靠性要求也越来越高，目前，现有的照明系统主要有三通道和四通道两种，三通道和四通道的远离复眼的准直模块中间需要加中继透镜压缩面分布，现有中继透镜一般为非球面或者非球面+柱面的方案，而玻璃非球面透镜的成本约为塑料非球面透镜的五倍，大部分厂家考虑成本，使用塑料中继镜，然而随着亮度需求的升高，照明系统的塑料中继透镜面临烧透镜风险。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中高亮光机中的塑料中继透镜随着光亮度的的提升，易发生烧透镜现象、可靠性差的缺陷，从而提供一种具有高稳定性的投影照明装置。
一种具有高稳定性的投影照明装置，包括：中继透镜，其中心位置设有通孔，中继透镜设置于远离复眼的一对波长分光片之间，用于将通孔外区域各准直光束进行压缩。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，还包括：
多个光源装置，其围绕波长分光片设置，用于发出光束。
多个准直透镜，其设置于光源装置出射面的正前方，用于将光束转变为准直光束。
一对波长分光片，其用于将通过准直光束的光路转变为相互平行状态。
匀光器件，其用于接收穿过波长分光片的准直光束并对其进行匀光。
中继光路，其用于传输经过匀光器件匀光的准直光束。
反射成像装置，其用于对中继光路所输出的准直光束进行反射得到带有图像信息的反射光束。
投影镜头，其用于接收带有图像信息的反射光束并将其进行投影。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，多个所述光源装置包括用于发出第一光束的蓝光光源装置、用于发出第二光束的绿光光源装置、用于发出第三光束的红光光源装置和用于发出第四光束的蓝光激发光源装置。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，一对所述波长分光片包括第一波长分光片和第二波长分光片，所述第一波长分光片设置于中继透镜入射面侧，所述第二波长分光片设置于中继透镜出射面侧。
所述蓝光光源装置、绿光光源装置和蓝光激发光源装置围绕第一波长分光片设置，第一光束出射后经准直透镜、第一波长分光片投射穿过中继透镜的通孔，第二光束和第四光束出射后经准直透镜、第一波长分光片反射穿过通孔外区域进行压缩；红光光源装置设置在第二波长分光片的一侧，第三光束经准直透镜、第二波长分光片反射后射入匀光器件。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，经过第一波长分光片、中继透镜和第二波长分光片后的各准直光束与经过第二波长分光片的准直光束相互平行。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，所述第一波长分光片为透蓝反绿器件，所述第二波长分光片为透蓝绿反红器件。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，所述蓝光光源装置、第一波长分光片、第二波长分光片和中继透镜的中心光轴重合。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，所述反射成像装置包括光阀和棱镜组件。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，所述中继透镜为塑料材质。
作为本发明中具有高稳定性的投影照明系统的一种优选，所述中继透镜通孔的孔径小于准直透镜的通孔孔径。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明中的中继透镜中心开设有通孔，环绕通孔的边缘处为透镜，在使用过程中仅对经过通孔外区域的准直光束进行压缩，减少了光通过中继透镜的能量，从而减少对光能的吸收，在不损失光学扩展量的前提下，解决了高亮投影照明系统的塑料中继透镜易发生烧透镜现象、可靠性差的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构结构示意图。
图2为本发明中中继透镜的整体结构图。
图3为本发明中中继透镜的俯视图。
图4为本发明中中继透镜的侧视图。
图5为现有中继透镜的面能量分布示意图之一。
图6为现有中继透镜的面能量分布示意图之二。
图7为现有中继透镜的角能量分布示意图。
图8为现有中继透镜复眼前的角度区域结果示意图。
图9为现有中继透镜复眼前的角度网格结果示意图。
图10为本发明中中继透镜的面能量分布示意图之一。
图11为本发明中中继透镜的面能量分布示意图之二。
图12为本发明中中继透镜的角能量分布示意图。
图13为本发明中中继透镜复眼前的角度区域结果示意图。
图14为本发明中中继透镜复眼前的角度网格结果示意图。
附图标记说明：
1、蓝光光源装置；2、绿光光源装置；3、红光光源装置；4、蓝光激发光源装置；5、第一波长分光片；6、第二波长分光片；7、中继透镜；8、匀光器件；9、中继光路；10、反射成像装置；11、投影镜头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可依具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供了一种具有高稳定性的投影照明装置，如图1所示，包括：四个光源装置、四个准直透镜、一对波长分光片、中继透镜7、匀光器件8、中继光路9、反射成像装置10和投影镜头11；一对波长分光片，其设置于中继透镜7的两侧；所述光源装置用于发出光束；所述准直透镜设置于光源装置出射面的正前方、光源装置与波长分光片之间，用于将光束转变为准直光束所述中继透镜7的中心位置设有圆形通孔，中继透镜7设置于远离复眼的一对波长分光片之间，用于将经准直透镜穿过通孔外区域的各准直光束进行压缩；所述匀光器件8用于接收穿过波长分光片的准直光束并对其进行匀光；所述中继光路9用于传输经过匀光器件8匀光的准直光束；所述反射成像装置10用于对中继光路9所述出的准直光束进行反射得到带有图像信息的反射光束；所述投影镜头11用于接收带有图像信息的反射光束并将其进行投影。
在传统的高亮度投影照明装置制作时，大部分厂家考虑到成本因素，会使用由塑料制成的中继透镜7，然而随着亮度需求的升高，塑料中继透镜7所吸收的光能越多，面临烧透镜风险、可靠性较差。
如图2~图4所示，在本实施例中，通过在中继透镜7的中间部位开设通孔，环绕通孔的边缘处为透镜，在使用过程中仅对边缘处的光束进行压缩，减少了光通过中继透镜7的能量，从而减少对光能的吸收，在不损失光学扩展量的前提下，解决了高亮投影照明装置的塑料中继透镜7易发生烧透镜现象、可靠性差的缺陷。
在本实施例中，多个所述光源装置包括用于发出第一光束的蓝光光源装置1、用于发出第二光束的绿光光源装置2、用于发出第三光束的红光光源装置3和用于发出第四光束的蓝光激发光源装置4。蓝光激发光源装置4是利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的电光源，是一种相干光源。
在本实施例中，为了保证后续的投影图像的质量，光源装置可以采用三原色光模式来分别发出蓝光、绿光和红光，即：设置蓝光光源装置1、绿光光源装置2和红光光源装置3。通过调整蓝光光源装置1、绿光光源装置2和红光光源装置3发出第一光束、第二光束和第三光束的比例，可以得到不同光色的主光束，以使光色符合后续投影照明的需求。
三原色光模式(RGB color model)，又称RGB颜色模型或红绿蓝颜色模型，是一种加色模型，将红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的色光以不同的比例相加，以产生多种多样的色光。RGB颜色模型的主要目的是在电子系统中检测，表示和显示图像。采用三原色光模型，可以得到较为单纯的白光照明系统，使得本实施例所提供的投影照明装置具有更广的色域，色彩呈现能力相较于传统的投影照明装置，色彩呈现能力更强。
在本实施例中，在多个光源装置之间设置有波长分光片，通过波长分光片对不同颜色的光束的投射或反射，来改变不同颜色的分光束的光路，使得不同颜色的准直光束的光路相互平行。所述波长分光片包括第一波长分光片5和第二波长分光片6，所述蓝光光源装置1、绿光光源装置2和蓝光激发光源装置4围绕第一波长分光片5设置，蓝光光源装置1射出的第一光束经准直透镜、第一波长分光片5投射穿过中继透镜7的通孔，绿光光源装置2和蓝光激发光源装置4射出的第二光束和第四光束经准直透镜、第一波长分光片5反射穿过通孔外区域进行压缩；红光光源装置3设置在第二波长分光片6的一侧，红光光源装置3射出的第三光束经准直透镜、第二波长分光片6反射后射入匀光器件8。
在本实施例中，经过第一波长分光片5、第二波长分光片6和中继透镜7后的第一光束、第二光束和第四光束与经过第二波长分光片6的第三光束变为相互平行的准直光束。
在本实施例中，所述第一波长分光片5的预设角度为45°，第二波长分光片6的预设角度为45°，即第一波长分光片5和第二波长分光片6相互平行。
在本实施例中，经过第二波长分光片6的各准直光束需通过匀光器件8进行匀光，匀光是通过把光打散，即当匀光器件8接收到零度入射的一条光线，出射匀光器件8时是一定度数范围内发散的光纤束出射。
在本实施例中，所述蓝光光源装置1、第一波长分光片5、中继透镜7和第二波长分光片6的中心光轴相互重合。
在本实施例中，所述第一波长分光片5为透蓝反绿器件，所述第二波长分光片6为透蓝绿反红器件。
在本实施例中，所述反射成像装置10包括光阀和棱镜组件。
在本实施例中，所述中继透镜7为塑料材质，为了避免光源装置所发出的光束全部由中继透镜7的通孔中通过，通孔的孔径小于准直透镜的通孔孔径。
本实施例还提供了现有塑料中继透镜7和开设有通孔的塑料中继透镜7的仿真对比实验。
如图5~图9所示为现有塑料中继透镜7仿真结果，当选择中继透镜7半宽为4cm时，其面能量分布功率百分比为97.03％，
0.88755/0.9909*100％≈89.57％ （1）
如式（1）所示，其角能量分布功率百分比为89.57％。
97.03％*89.57％=86.909771％ （2）
如式（2）所示，效率为86.909771％，经过中继透镜7的光功率为0.995W。
如图10~图14所示为开设有通孔的塑料中继透镜7仿真结果，当选择中继透镜7半宽为4cm时，其面能量分布功率百分比为96.947％，
0.86079/0.96392*100％≈89.3％ （3）
如式（3）所示，其角能量分布功率百分比为89.3％。
96.947％*89.3％=86.573671％ （4）
如式（4）所示，效率为86.573671％，经过中继透镜7的光功率为0.747W。
86.909771％-86.573671％=0.003364% （5）
如式（5）所示，开设有通孔的塑料中继透镜7与现有塑料中继透镜7的效率差值为0.003364%，在此忽略不计。
在本实施例中模拟光源的光功率为1W，经过现有塑料中继透镜7后的光功率为0.995W，开设有通孔的塑料中继透镜7后的光功率为0.747W。
（0.995-0.747）/0.995*100%≈25% （6）
如式（6）所示，经过开设有通孔的塑料中继透镜7的光功率相较于经过现有塑料中继透镜7的光功率下降了25%，即在塑料中继透镜7上开设通孔不会对塑料中继透镜7的效率造成不良影响，减少了中继透镜7百分之二十五的光功率。在不损失光学扩展量的前提下，解决了高亮投影照明装置中塑料中继透镜7、易发生烧透镜现象、可靠性差的问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，包括：中继透镜（7），其中心位置设有通孔，中继透镜（7）设置于远离复眼的一对波长分光片之间，用于将通孔外区域各准直光束进行压缩。
2.根据权利要求1所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，还包括：
多个光源装置，其围绕波长分光片设置，用于发出光束；
多个准直透镜，其设置于光源装置出射面的正前方，用于将光束转变为准直光束；
一对波长分光片，其用于将通过准直光束的光路转变为相互平行状态；
匀光器件（8），其用于接收穿过波长分光片的准直光束并对其进行匀光；
中继光路（9），其用于传输经过匀光器件（8）匀光的准直光束；
反射成像装置（10），其用于对中继光路（9）所输出的准直光束进行反射得到带有图像信息的反射光束；
投影镜头（11），其用于接收带有图像信息的反射光束并将其进行投影。
3.根据权利要求2所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，多个所述光源装置包括用于发出第一光束的蓝光光源装置（1）、用于发出第二光束的绿光光源装置（2）、用于发出第三光束的红光光源装置（3）和用于发出第四光束的蓝光激发光源装置（4）。
4.根据权利要求3所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，一对所述波长分光片包括第一波长分光片（5）和第二波长分光片（6），所述第一波长分光片（5）设置于中继透镜（7）入射面侧，所述第二波长分光片（6）设置于中继透镜（7）出射面侧；
所述蓝光光源装置（1）、绿光光源装置（2）和蓝光激发光源装置（4）围绕第一波长分光片（5）设置，第一光束出射后经准直透镜、第一波长分光片（5）投射穿过中继透镜（7）的通孔，第二光束和第四光束出射后经准直透镜、第一波长分光片（5）反射穿过通孔外区域进行压缩；红光光源装置（3）设置在第二波长分光片（6）的一侧，第三光束经准直透镜、第二波长分光片（6）反射后射入匀光器件（8）。
5.根据权利要求4所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，经过第一波长分光片（5）、中继透镜（7）和第二波长分光片（6）后的各准直光束与经过第二波长分光片（6）的准直光束相互平行。
6.根据权利要求4所述投影照明装置，其特征在于，所述第一波长分光片（5）为透蓝反绿器件，所述第二波长分光片（6）为透蓝绿反红器件。
7.根据权利要求4所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，所述蓝光光源装置（1）、第一波长分光片（5）、第二波长分光片（6）和中继透镜（7）的中心光轴重合。
8.根据权利要求2所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，所述反射成像装置（10）包括光阀和棱镜组件。
9.根据权利要求1所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，所述中继透镜（7）为塑料材质。
10.根据权利要求9所述具有高稳定性的投影照明装置，其特征在于，所述中继透镜（7）通孔的孔径小于准直透镜的通孔孔径。
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