CN203930219U - 分光合光装置及投影光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学技术领域，提供了一种分光合光装置及投影光学系统，所述分光合光装置包括邻接设置的第一TIR和第二TIR，所述第一TIR和所述第二TIR邻接的表面一部分设有第一光学元件，另一部分设有第二光学元件，其中：所述第一光学元件用于将入射至所述分光合光装置的入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线；所述第二光学元件用于将第一空间光调制器出射的光线和第二空间光调制器出射的光线合成一束光线。采用本实用新型提供的分光合光装置，可以极大的缩短投影系统的后焦，使得结构更加紧凑，从而减小投影系统的体积。

Description

分光合光装置及投影光学系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及光源系统及投影光学系统。

背景技术

现有的投影光学系统包括单片式DMD(Digital MicroMirror Device，数字微镜器件)投影光学系统、两片式DMD投影光学系统和三片式DMD投影光学系统。两片式DMD由于兼顾了成本与光效，因此，成为投影领域中端市场的一种理想选择。

现有的两片式DMD投影光学系统的结构如图1所示，该投影光学系统包括光源101，收集透镜102，色轮103，匀光装置104，光中继装置105，TIR棱镜106，菲利普(Philips)棱镜107，第一DMD芯片108a，第二DMD芯片108b以及投影镜头109。其中：

光源101发出的第一光经收集透镜102收集后，入射至色轮103，色轮103吸收第一光，并发出波长与第一光的波长不同的第二光，第二光一般为复合光。第二光经匀光装置104进行匀光处理后，通过光中继装置105入射至TIR棱镜106和Philips棱镜107，经TIR棱镜106和Philips棱镜107将该第二光分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线，其中沿第一光通道传输的光线入射至第一DMD芯片108a，沿第二光通道传输的光线入射至第二DMD芯片108b，经第一DMD芯片108a调制后的光线和经第二DMD芯片108b调制后的光线经TIR棱镜106和Philips棱镜107合成出射光线，该出射光线进入投影镜头109，最终成像。

现有的两片式DMD投影光学系统是在现有的三片式DMD投影光学系统的基础上减少Philips棱镜中的一片得到的，其基本原理为入射光线先经过TIR棱镜，再通过Philips棱镜进行分光，经DMD调制以后，再经过Philips棱镜进行合光，通过TIR棱镜入射到投影镜头，因此，导致该种两片式DMD投影光学系统的后焦等同于三片式DMD投影光学系统的后焦，即后焦较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分光合光装置，以解决现有的两片式DMD投影光学系统存在的后焦较长的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种分光合光装置，所述装置包括邻接设置的第一TIR和第二TIR，所述第一TIR和所述第二TIR邻接的表面一部分设有第一光学元件，另一部分设有第二光学元件，其中：

所述第一光学元件用于将入射至所述分光合光装置的入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线；

所述第二光学元件用于将第一空间光调制器出射的光线和第二空间光调制器出射的光线合成出射光线后出射。

优选的，所述第一光学元件为对第一色光和第二色光透射、对第三色光反射的波长分光片，或者为对第一色光和第二色光反射，对第三色光透射的波长分光片；

所述第二光学元件为对第一色光和第二色光透射，对第三色光反射的波长分光片，或者为对第一色光和第二色光反射，对第三色光透射的波长分光片。

优选的，所述第一色光为绿光，所述第二色光为蓝光，所述第三色光为红光。

优选的，所述第一TIR将入射光线引导至所述第一光学元件，并将所述沿第一光通道传输的光线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出射的光线引导至所述第二光学元件；

所述第二TIR将所述沿第二光通道传输的光线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出射的光线引导至所述第二光学元件。

优选的，所述入射光线与所述出射光线相互平行。

优选的，所述入射光线与所述出射光线分布在所述分光合光装置相对的两侧，或者所述入射光线与所述出射光线分布在所述分光合光装置的同侧。

优选的，所述第一TIR包括邻接的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜邻接的表面为对入射角大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面；

所述第二TIR包括邻接的第三棱镜和第四棱镜，所述第三棱镜与所述第四棱镜邻接的表面为对入射角大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面。

优选的，所述第一棱镜与所述第二棱镜邻接的表面之间具有空气隙，所述第三棱镜与所述第四棱镜邻接的表面之间具有空气隙。

优选的，所述第一棱镜和第二棱镜引导所述第一空间光调制器出射的光线以第一预定方向入射至所述第二光学元件，所述第一预定方向为与所述入射光线平行的方向；

所述第三棱镜和第四棱镜引导所述第二空间光调制器出射的光线以第二预定方向入射至所述第二光学元件，所述第二预定方向为与所述入射光线垂直的方向。

优选的，所述入射光线入射至所述第一光学元件时的入射角度为45度。

优选的，所述第一棱镜包括：

第一表面，与所述入射光线垂直且用于所述入射光线入射；

第二表面，与所述第三棱镜邻接且设置有第一光学元件；

第三表面，与所述第二棱镜邻接，且用于将所述沿第一光通道传输的光线全反射至第一空间光调制器，且使所述第一空间光调制器出射的光线与所述入射光线平行；

所述第二棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第三表面邻接；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且设置有第二光学元件；

所述第三棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第二表面邻接且设置有第一光学元件；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且用于将所述沿第二光通道传输的光线全反射至第二空间光调制器，且使所述第二空间光调制器出射的光线与所述入射光线垂直；

所述第四棱镜包括：

第一表面，与所述第三棱镜的第二表面邻接；

第二表面，与所述第二棱镜的第二表面邻接且设置有第二光学元件。

优选的，所述入射光线入射至所述第一光学元件时的入射角度小于45度。

优选的，所述第一棱镜包括：

第一表面，用于所述入射光线入射；

第二表面，与所述第三棱镜邻接且设置有第一光学元件；

第三表面，与所述第二棱镜邻接且用于将所述沿第一光通道传输的光线全反射至第一空间光调制器；

所述第二棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第三表面邻接；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且设置有第二光学元件；

第三表面，用于将所述第一空间光调制器出射的光线全反射成与所述入射光线平行的光线，并入射至所述第二光学元件；

所述第三棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第二表面邻接且设置有第一光学元件；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且用于将所述沿第二光通道传输的光线全反射至第二空间光调制器；

所述第四棱镜包括：

第一表面，与所述第三棱镜的第二表面邻接；

第二表面，与所述第二棱镜的第二表面邻接且设置有第二光学元件；

第三表面，用于将所述第二空间光调制器出射的光线全反射成与所述入射光线垂直的光线，并入射至所述第二光学元件。

优选的，所述第一棱镜的第一表面与所述入射光线垂直，所述第四棱镜的第三表面与所述第二光学元件合成的出射光线垂直。

优选的，当所述第一棱镜的第一表面与所述入射光线不垂直时，所述分光合光装置还包括：

第五棱镜，所述第五棱镜包括与所述第一棱镜的第一表面邻接的第一表面，与所述入射光线垂直且用于所述入射光线入射的第二表面；

当所述第四棱镜的第三表面与所述出射光线不垂直时，所述分光合光装置还包括：

第六棱镜，所述第六棱镜包括与所述第四棱镜的第三表面邻接的第一表面，与所述第二光学元件合成的出射光线垂直的第二表面。

本发明还提供了一种投影光学系统，包括光源，光处理组件，第一空间光调制器，第二空间光调制器，投影镜头，所述投影光学系统还包括所述分光合光装置，其中：

所述光源用于出射复合光；

所述光处理组件用于对光源出射的复合光进行均匀化处理和收集，得到用于入射至分光合光装置的入射光线；

所述分光合光装置用于将所述入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线，并将所述沿第一光通道传输的光线引导至所述第一空间光调制器，将所述沿第二光通道传输的光线引导至所述第二空间光调制器，同时将所述第一空间光调制器出射的光线与所述第二空间光调制器出射的光线合成出射光线并出射至所述投影镜头；

所述第一空间光调制器用于对沿所述第一光通道传输的光线进行调制并出射至所述分光合光装置；

所述第二空间光调制器用于对沿所述第二光通道传输的光线进行调制并出射至所述分光合光装置。

优选的，所述光源包括：

激发光光源，用于发出激发光，并将所述激发光出射至所述波长转换装置；

波长转换装置，用于在所述激发光的激发下发出复合光。

优选的，所述波长转换装置包括至少一种波长转换材料，所述至少一种波长转换材料中至少一种为在激发光的激发下可发出复合光的波长转换材料。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明的分光合光装置通过将第一TIR和第二TIR紧邻设置，并在第一TIR与第二TIR紧邻的表面镀制用于分光的分光膜和用于合光的合光膜，使得对入射光线先分光、再反射、再合光，且分光与合光在同一平面内，从而可以极大的缩短采用本发明提供的分光合光装置的投影光学系统的后焦，使结构更紧凑，减小了采用本发明提供的分光合光装置的投影光学系统的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为现有技术提供的投影光学系统的结构图；

图2为本发明第一实施例提供给分光合光装置的立体示意图；

图3为本发明实施例提供的图2所示分光合光装置的分解图；

图4为本发明实施例提供的图2所示分光合光装置的俯视图；

图5为本发明第二实施例提供的分光合光装置的立体示意图；

图6为本发明实施例提供的图5所示的分光合光装置的分解图；

图7为本发明第三实施例提供的分光合光装置的立体示意图；

图8为本发明实施例提供的图7所示的分光合光装置的俯视图；

图9为本发明实施例提供的投影光学系统的结构图。

具体实施方式

基于此，本发明提供了一种分光合光装置，以克服现有技术存在的上述问题，包括邻接设置的第一TIR和第二TIR，第一TIR和第二TIR邻接的表面一部分设有第一光学元件，另一部分设有第二光学元件，其中：

第一光学元件用于将入射至分光合光装置的入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线；

第二光学元件用于将第一空间光调制器出射的光线和第二空间光调制器出射的光线合成出射光线后出射。

本发明还提供了一种投影光学系统，包括光源，光处理组件，第一空间光调制器，第二空间光调制器，投影镜头，还包括上述的分光合光装置，其中：

光源用于出射复合光；

光处理组件用于对光源出射的复合光进行均匀化处理和收集，得到用于入射至分光合光装置的入射光线；

分光合光装置用于将入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线，并将沿第一光通道传输的光线引导至第一空间光调制器，将沿第二光通道传输的光线引导至第二空间光调制器，同时将第一空间光调制器出射的光线与第二空间光调制器出射的光线合成出射光线并出射至投影镜头；

第一空间光调制器用于对沿第一光通道传输的光线进行调制并出射至分光合光装置；

第二空间光调制器用于对沿第二光通道传输的光线进行调制并出射至分光合光装置。

本发明所提供的分光合光装置及投影光学系统，通过将第一TIR和第二TIR紧邻设置，并在第一TIR与第二TIR紧邻的表面的一部分镀制用于将入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线的第一光学元件，另一部分镀制用于将第一空间光调制器出射的光线和第二空间光调制器出射的光线合成出射光线的第二光学元件，因此，使本发明提供的分光合光装置具有分离照明光路、成像光路以及分色合色功能，从而极大的缩短了投影光学系统的后焦，且结构上更为紧凑，缩小了投影光学系统的体积。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似应用，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面通过几个实施例详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种分光合光装置，如图2所示，为本实施例提供的分光合光装置的立体示意图。该分光合光装置包括邻接设置的第一TIR21和第二TIR22，以及设置在第一TIR21和第二TIR22邻接的一部分表面的第一光学元件23和设置在第一TIR21和第二TIR22邻接的另一部分表面的第二光学元件24。其中：

第一TIR21包括邻接设置的第一棱镜211和第二棱镜212。第一棱镜211与第二棱镜212邻接的表面为对入射交大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面，如可以通过在第一棱镜211与第二棱镜212邻接的表面之间设置空气隙，使第一棱镜211与第二棱镜212邻接的表面成为对入射交大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面，此时第一角度阈值为41度。第二TIR22包括邻接设置的第三棱镜221和第四棱镜222。第三棱镜221和第四棱镜222邻接的表面为对入射交大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面，如可以通过在第三棱镜221和第四棱镜222邻接的表面之间设置空气隙，使第三棱镜221和第四棱镜222邻接的表面成为对入射交大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面，此时第一角度阈值为41度。可以理解，当该全反射面为其他结构时，随着两种介质层之间的折射率的比值的改变，该第一角度阈值可能为其它值。

其中第一棱镜211和第二棱镜212入射光线λ引导至第一光学元件23，并将第一光学元件23分出的沿第一光通道传输的光线λ1引导至第一空间光调制器25，并将第一空间光调制器25出射的光线λ3引导并入射至第二光学元件24，且第一空间光调制器25出射的光线λ3以第一预定方向入射至第二光学元件24。其中第一预定方向为与入射光线λ平行的方向。

第三棱镜221和第四棱镜222将第一光学元件23分出的沿第二光通道传输的光线λ1’引导至第二空间光调制器26，并将第二空间光调制器26出射的光线λ3’引导并入射至第二光学元件24，且第二空间光调制器26出射的光线λ3’以第二预定方向入射至第二光学元件24。其中第二预定方向为与入射光线λ垂直的方向。

第一光学元件23设置于第一棱镜211和第三棱镜221邻接的表面，用于将入射至分光合光装置的入射光线λ分成沿第一光通道传输的光线λ1和沿第二光通道传输的光线λ1’。该第一光学元件23为波长分光片或者其它可将入射光线λ分成沿第一光通道传输的光线λ1和沿第二光通道传输的光线λ1’的其他光学元件。当该第一光学元件23为波长分光片时，该波长分光片的分光特性可根据投影显示的需要进行设置，如该波长分光片的分光特征可以设置为对第一色光和第二色光透射、对第三色光反射，或者对第一色光和第二色光反射、对第三色光透射。其中第一色光可以为绿光，第二色光可以为蓝光，第三色光可以为红光，或者第一色光为红光，第二色光为蓝光，第三色光为绿光。可以理解，以上只是对第一色光、第二色光、第三色光进行的举例说明，第一色光、第二色光、第三色光不以上述举例说明为限。在本实施例中，可以通过在第一棱镜211和第三棱镜221邻接的表面上镀制波长分光片的方式将波长分光片设置在第一棱镜211和第三棱镜221邻接的表面上。

第二光学元件24设置于第二棱镜212和第四棱镜222邻接的表面，用于将第一空间光调制器25出射的光线λ3和第二空间光调制器26出射的光线λ3’合成出射光线γ后出射。该第二光学元件24为波长合光片或者可将第一空间光调制器出射的光线λ3和第二空间光调制器出射的光线λ3’合成出射光线后出射的其他光学元件。当该第二光学元件24为波长合光片时，该波长合光片的合光特性可根据投影显示的需要进行设置，如该波长合光片的合光特征可以设置为对第一色光和第二射光透射、对第三色光反射，或者对第一色光和第二色光反射、对第三色光透射。其中第一色光可以为绿光，第二色光可以为蓝光，第三色光可以为红光，或者第一色光为红光，第二色光为蓝光，第三色光为绿光。可以理解，以上只是对第一色光、第二色光、第三色光进行的举例说明，第一色光、第二色光、第三色光不以上述举例说明为限。。在本实施例中，可以通过在第二棱镜212和第四棱镜222邻接的表面上镀制波长合光片的方式将波长合光片设置在第二棱镜212和第四棱镜222邻接的表面上。

在本实施例中，第一棱镜211与第三棱镜221邻接的表面和第二棱镜212与第四棱镜222邻接的表面在同一平面内，即第一光学元件23和第二光学元件24设置在同一平面内。入射光线λ与出射光线γ位于分光合光装置的不同侧。

请参阅图3，为本发明实施例提供的图2所示分光合光装置的分解图，在该实施例中，入射光线λ入射至第一光学元件23时的入射角度为45度。其中：

第一棱镜211包括用于入射光线λ入射的第一表面(如图3中顶点ABab所构成的平面)，与第三棱镜221邻接且设置有第一光学元件23的第二表面(如图3中顶点BCbc所构成的平面)，与第二棱镜212邻接的第三表面，该第三表面用于将沿第一光通道传输的光线λ1全反射成光线λ2，且光线λ2入射至第一空间光调制器25，且使第一空间光调制器25出射的光线λ3与入射光线λ平行(如图3中顶点ACac所构成的平面)。

在本实施例中，入射光线λ垂直入射于第一棱镜211的第一表面。经第一棱镜211引导并以45度入射角入射至第一棱镜211上的设置有第一光学元件23的第二表面。设置在第一棱镜211的第二表面上的第一光学元件23将入射光线λ分成沿第一光通道传输的光线λ1和沿第二光通道传输的光线λ1’。第一棱镜211将沿第一光通道传输的光线λ1引导至第一棱镜211的第三表面。第一棱镜211的第三表面将沿第一光通道传输的光线λ1全反射成光线λ2，该光线λ2入射至第一空间光调制器25，且第一棱镜211的第三表面与第一棱镜211的第二表面之间的夹角设置为可使第一空间光调制器25出射的光线λ3与入射光线λ平行。

该第一棱镜211可以为包含上述第一表面、第二表面和第三表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第二棱镜212包括与第一棱镜211的第三表面邻接的第一表面(如图3中顶点DEde构成的平面)，与第四棱镜邻接且设置有第二光学元件24的第二表面(如图3中顶点EFef构成的平面)。

该第二棱镜212将第一空间光调制器25出射的与入射光线λ平行的光线λ3引导至其设置有第二光学元件24的第二表面。该第二棱镜212可以为包含上述第一表面、第二表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第三棱镜221包括与第一棱镜211的第二表面邻接且设置有第一光学元件23的第一表面(如图3中顶点GHgh构成的平面)，与第四棱镜邻接的第二表面，该第二表面用于将沿第二光通道传输的光线λ1’全反射成光线λ2’，该光线λ2’入射至第二空间光调制器26且使第二空间光调制器26出射的光线λ3’与入射光线λ垂直(如图3中顶点HIhi所构成的平面)。

在本实施例中，第三棱镜221将第一光学元件23分出的沿第二光通道传输的光线λ1’引导至第三棱镜221的第二表面。第三棱镜221的第二表面将沿第二光通道传输的光线λ1’全反射成光线λ2’，该光线λ2’入射至第二空间光调制器26，且第三棱镜221的第二表面与第三棱镜221的第一表面之间的夹角设置为可使第二空间光调制器26出射的光线λ3’与入射光线λ垂直。

该第三棱镜221可以为包含上述第一表面和第二表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第四棱镜222包括与第三棱镜221的第二表面邻接的第一表面(如图3中顶点JKjk所构成的平面)，与第二棱镜212的第二表面邻接且设置有第二光学元件的第二表面(如图3中顶点JLjl所构成的平面)。

该第四棱镜222将第二空间光调制器26出射的与入射光线λ垂直的光线λ3’引导至其设置有第二光学元件24的第二表面。

在本发明另一实施例中，该第四棱镜222还包括与出射光线γ垂直用于出射第二光学元件24合成的出射光线的第三表面(如图3中的顶点KLkl所构成的平面)。

在本发明另一实施例中，该第二棱镜212还包括与出射光线γ垂直用于出射第二光学元件24合成的出射光线γ的第三表面(如图3中的顶点DFdf所构成的平面)。

第二光学元件24将光线λ3与光线λ3’合成出射光线γ，该出射光线γ通过第四棱镜的第三表面出射或者通过第二棱镜的第三表面出射。

该第四棱镜222可以为包含上述第一表面、第二表面或者第一表面、第二表面和第三表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

请参阅图4，为本实施例提供的图2所示的分光合光装置的俯视图。本实施例提供的分光合光装置采用平面走光方式，其中平面走光方式是指入射光线在分光合光装置中的各条传播路径在同一平面内，详述如下：

入射光线λ垂直入射于第一TIR的第一棱镜的第一表面，经第一棱镜后以入射角α＝45度入射至第一光学元件。第一光学元件将入射光线λ分成沿第一光通道传输的光线λ1和沿第二光通道传输的光线λ1’。光线λ1入射至第一棱镜的第三表面，经第一棱镜的第三表面全反射成光线λ2，光线λ2入射至第一空间光调制器，第一空间光调制器对光线λ2进行调制后，出射调制后的光线λ3，且光线λ3与入射光线λ平行，光线λ3经第二棱镜以入射角β＝45度入射至第二光学元件。光线λ1’入射至第三棱镜的第二表面，经第三棱镜的第二表面全反射成光线λ2’，光线λ2’入射至第二空间光调制器，第二空间光调制器对光线λ2’进行调制后，出射调制后的光线λ3’，且光线λ3’与入射光线λ垂直，光线λ3’经第四棱镜以入射角β＝45度入射至第二光学元件。第二光学元件将光线λ3和光线λ3’合成出射光线γ，出射光线γ垂直于第四棱镜的第三表面从第四棱镜的第三表面出射或者垂直于第二棱镜的第三表面从第二棱镜的第三表面出射。从图4所示的俯视图可以看出，入射光线λ在分光合光装置中的传播路径包括光线λ1、λ2、λ3、λ1’、λ2’、λ3’的传播路径，其中光线λ1、λ2、λ3、λ1’、λ2’、λ3’的传播路径均在同一平面，因此，本实施例的分光合光装置采用平面走光方式。

本实施例中的分光合光装置通过将第一TIR和第二TIR紧邻设置，并在第一TIR与第二TIR紧邻的表面镀制用于分光的分光膜和用于合光的合光膜，使得对入射光线先分光、再反射、再合光，且分光与合光在同一平面内，从而可以极大的缩短采用本实施例提供的分光合光装置的投影光学系统的后焦，同时由于入射光线入射至分光膜的入射角度等于光线入射至合光膜时的入射角度，均为45度，因此，提高了投影光学系统的光效。实施例二

本实施例提供了另一种分光合光装置，如图5所示，为本实施例提供的分光合光装置的立体示意图。该分光合光装置与实施例一所述的分光合光装置的区别在于，对第一TIR包括的第一棱镜、第二棱镜和第二TIR包括的第三棱镜、第四棱镜进行了变形，使得入射光线λ入射至第一光学元件23的入射角度α小于45度。详述如下：

该分光合光装置包括邻接设置的第一TIR51和第二TIR52，以及设置在第一TIR51和第二TIR52邻接的一部分表面的第一光学元件23和设置在第一TIR51和第二TIR52邻接的另一部分表面的第二光学元件24。

请参阅图6，为本实施例提供的图5所示的分光合光装置的分解图。

第一棱镜511包括用于入射光线λ入射的第一表面，与第三棱镜521邻接且设置有第一光学元件23的第二表面，与第二棱镜512邻接的第三表面，该第三表面用于将沿第一光通道传输的光线λ1全反射成光线λ2，且光线λ2入射至第一空间光调制器25。该第一棱镜511可以为包含上述第一表面、第二表面和第三表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第二棱镜512包括与第一棱镜的第三表面邻接的第一表面，与第四棱镜522邻接且设置有第二光学元件的第二表面，还包括第三表面，该第三表面用于将第一空间光调制器25出射的光线λ3全反射成与入射光线λ平行且入射至第二光学元件的光线λ4。

在本实施例中，第一空间光调制器25出射的光线λ3与入射光线λ不平行，此时，通过将第二棱镜512的第三表面与第二棱镜512的第一表面之间的夹角设置为可将第一空间光调制器25出射的光线λ3全反射成与入射光线λ平行的光线λ4的夹角，通过第二棱镜512的第三表面将第一空间光调制器25出射的光线λ3全反射成与入射光线λ平行的光线λ4，并将与入射光线λ平行的光线λ4入射至第二光学元件24。该第二棱镜512可以为包含上述第一表面、第二表面和第三表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第三棱镜521包括与第一棱镜511的第二表面邻接且设置有第一光学元件23的第一表面，与第四棱镜邻接的第二表面，该第二表面用于将沿第二光通道传输的光线λ1’全反射成光线λ2’，且光线λ2’入射至第二空间光调制器26。该第三棱镜521可以为包含上述第一表面和第二表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第四棱镜522包括与第三棱镜的第二表面邻接的第一表面，与第二棱镜的第二表面邻接且设置有第二光学元件24的第二表面，还包括第三表面，该第三表面用于将第二空间光调制器26出射的光线λ3’全反射成与入射光线λ垂直的光线λ4’并入射至第二光学元件24。

在本实施例中，第二空间光调制器出射的光线与入射光线不垂直，此时，通过将第四棱镜522的第三表面与第四棱镜522的第一表面之间的夹角设置为可将第二空间光调制器出射的光线全反射成与入射光线垂直的光线的夹角，通过第四棱镜522的第三表面将第二空间光调制器出射的光线全反射成与入射光线垂直的光线，并将与入射光线垂直的光线入射至第二光学元件24。该第四棱镜522可以为包含上述第一表面、第二表面和第三表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

在本实施例中，入射光线入射至第一光学元件的入射角度小于45度，且入射分光与出射合光的角度相等，由于入射分光和出射合光的角度均小于45度，从而降低了分光膜和合光膜的入射角度，从而降低了分光膜和合光膜的镀膜难度，进一步提升了效率。

实施例三

本实施例提供了另一种分光合光装置，如图7所示，为本实施例提供的分光合光装置的立体示意图。该分光合光装置与实施例二所述的分光合光装置的区别在于，为了使入射光线垂直入射至分光合光装置，使出射光线垂直于分光合光装置出射，该分光合光装置还包括第五棱镜75和第六棱镜76。其中：

第五棱镜75与第一棱镜511的第一表面邻接设置，该第五棱镜75包括与第一棱镜511的第一表面邻接的第一表面，与入射光线垂直且用于入射光线入射的第二表面。该第五棱镜75可以为包含上述第一表面和第二表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

第六棱镜76与第四棱镜522的第三表面邻接设置，或者与第二棱镜512的第三表面邻接设置。该第六棱镜76包括与第四棱镜522的第三表面或者与第二棱镜512的第三表面邻接的第一表面，与第二光学元件24合成的出射光线垂直的第二表面。该第六棱镜76可以为包含上述第一表面和第二表面的任意形状的棱镜，如三棱柱形状的棱镜等。

请参阅图8，为本实施例提供的图7所示的分光合光装置的俯视图。入射光线λ从第五棱镜的第二表面垂直入射，经第五棱镜和第一棱镜后以入射角α小于45度入射于第一棱镜的设有第一光学元件的第二表面，第一光学元件将入射光线λ分成沿第一光通道传输的光线λ1和沿第二光通道传输的光线λ1’。光线λ1入射至第一棱镜的第三表面，第一棱镜的第三表面将光线λ1全反射成光线λ2，该光线λ2入射至第一空间光调制器，第一空间光调制器对光线λ2进行调制后，出射调制后的光线λ3，第二棱镜的第三表面将光线λ3全反射成与入射光线λ平行的光线λ4并入射至第二光学元件。光线λ1’入射至第三棱镜的第二表面，第三棱镜的第二表面将光线λ1’全反射成光线λ2’，该光线λ2’入射至第二空间光调制器，第二空间光调制器对光线λ2’进行调制后，出射调制后的光线λ3’，第四棱镜的第三表面将光线λ3’全反射成与入射光线λ垂直的光线λ4’并入射至第二光学元件。第二光学元件将光线λ4和光线λ4’合成出射光线γ并垂直于第六棱镜的第二表面从第六棱镜的第二表面出射。在本实施例中，入射光线λ在分光合光装置中的传播路径包括光线λ1、λ2、λ3、λ4、λ1’、λ2’、λ3’、λ4’的传播路径，其中光线λ1、λ2、λ3、λ4、λ1’、λ2’、λ3’、λ4’的传播路径均在同一平面，因此，本实施例的分光合光装置采用平面走光方式。

在本发明另一实施例中，也可以将第一棱镜511与第五棱镜75做成一体棱镜，将该一体棱镜代替实施例三中的第一棱镜511和第五棱镜75，此时，该一体棱镜包括与入射光线垂直且用于入射光线入射的第一表面，与第三棱镜521邻接且设置有第一光学元件23的第二表面，与第二棱镜5112邻接且用于将沿第一光通道传输的光线全反射至第一空间光调制器的第三表面。

同理，也可以将第四棱镜和第六棱镜做成一体棱镜，将该一体棱镜代替实施例三中的第四棱镜522和第七棱镜76，此时，该一体棱镜包括与第三棱镜的第二表面邻接的第一表面，与第二棱镜的第二表面邻接且设置有第二光学元件24的第二表面，用于将第二空间光调制器出射的光线全反射成与入射光线垂直的光线并入射至第二光学元件且与出射光线垂直的第三表面。

在本实施例中，入射光线和出射光线均垂直于分光合光装置，相对于实施例二所述的入射光线与出射光线与分光合光装置不垂直的方式来说，本实施例提供的分光合光装置可减少色差，提高成像质量。

实施例四

本实施例提供了一种投影光学系统，如图9所示。该投影光学系统包括光源121，光处理组件122，分光合光装置123，第一空间光调制器124，第二空间光调制器125以及投影镜头126。其中分光合光装置123如上述实施例一至六所述，在此不再赘述。其中：

光源121用于出射复合光。该复合光包含至少两种基色光。

其中光源121包括激发光光源1211和波长转换装置1212。激发光光源1211用于发出激发光，并将激发光出射至波长转换装置。该光源121可以为半导体二极管或者激光二极管或者为半导体二极管阵列或者激光二极管阵列等。

波长转换装置1212用于在激发光的激发下发出复合光。该波长转换装置1212包括至少一种波长转换材料，该至少一种波长转换材料中至少一种为在激发光的激发下可发出复合光的波长转换材料，如黄光荧光粉、青光荧光粉、品红光荧光粉等。

光处理组件122用于对光源121出射的复合光进行均匀化处理和收集，得到用于入射至分光合光装置的入射光线。该光处理组件122包括但不限于匀光装置和光中继装置。其中匀光装置对光源出射的复合光进行匀光处理。光中继装置收集匀光处理后的复合光并将复合光作为入射光线中继至分光合光装置123。

分光合光装置123将入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线，并将沿第一光通道传输的光线引导至所述第一空间光调制器，将沿第二光通道传输的光线引导至所述第二空间光调制器，同时将第一空间光调制器出射的光线与第二空间光调制器出射的光线合成出射光线并出射至投影镜头126。

第一空间光调制器124用于对沿第一光通道传输的光线进行调制并出射至分光合光装置123。

第二空间光调制器125用于对沿第二光通道传输的光线进行调制并出射至分光合光装置123。

本实施例提供的投影光学系统的后焦短、光效高、结构紧凑、体积小，且可以更容易的将第一空间光调制器和第二空间光调制器处于开态和关态时反射的光区分开来，有利于提高投影设备的对比度。

为了使采用本发明提供的分光合光装置的投影光学系统的工作原理更容易理解，以下以一个具体的应用场景对采用本发明提供的分光合光装置的投影光学系统进行举例说明，但本发明提供的分光合光装置的应用场景不限于此。

请参阅图11，假设光源121出射的光为时序的蓝光和黄光，第一光学元件为透射蓝光和绿光、反射红光的波长分光片，第二光学元件为透射红光、反射蓝光和绿光的波长合光片。则光源121出射的时序的蓝光和黄光经光处理组件122进行匀光和聚光处理后，作为入射光线以45度入射角或者小于45度入射角入射至分光合光装置123中的第一光学元件。分光合光装置123的第一光学元件反射黄光中的红光，使红光沿第一光通道传输，并透射蓝光以及黄光中的绿光，使蓝光和绿光沿第二光通道传输。分光合光装置123中的第一TIR将沿第一光通道传输的红光中继至第一空间光调制器124，并将经第一空间光调制器124调制后的红光中继至第二光学元件。分光合光装置123中的第二TIR将沿第二光通道传输的时序的蓝光和绿光中继至第二空间光调制器125，并将经第二空间光调制器125调制后的时序的蓝光和绿光中继至第二光学元件。第二光学元件透射红光并反射蓝光和绿光，从而将红光、蓝光和绿光合成沿同一光路出射的出射光线。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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构或者直接、间接运用在其他相关的技术领域，均视为包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种分光合光装置，其特征在于，

所述装置包括邻接设置的第一TIR和第二TIR，所述第一TIR和所述第二TIR邻接的表面一部分设有第一光学元件，另一部分设有第二光学元件，其中：

所述第一光学元件用于将入射至所述分光合光装置的入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线；

所述第二光学元件用于将第一空间光调制器出射的光线和第二空间光调制器出射的光线合成出射光线后出射。

2.如权利要求1所述的分光合光装置，其特征在于，

所述第一光学元件为对第一色光和第二色光透射、对第三色光反射的波长分光片，或者为对第一色光和第二色光反射，对第三色光透射的波长分光片；

所述第二光学元件为对第一色光和第二色光透射，对第三色光反射的波长分光片，或者为对第一色光和第二色光反射，对第三色光透射的波长分光片。

3.如权利要求2所述的分光合光装置，其特征在于，所述第一色光为绿光，所述第二色光为蓝光，所述第三色光为红光。

4.如权利要求1所述的分光合光装置，其特征在于，

所述第一TIR将入射光线引导至所述第一光学元件，并将所述沿第一光通道传输的光线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出射的光线引导至所述第二光学元件；

所述第二TIR将所述沿第二光通道传输的光线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出射的光线引导至所述第二光学元件。

5.如权利要求1至4任一项所述的分光合光装置，其特征在于，所述入射光线与所述出射光线相互平行。

6.如权利要求5所述的分光合光装置，其特征在于，所述入射光线与所述出射光线分布在所述分光合光装置相对的两侧，或者所述入射光线与所述出射光线分布在所述分光合光装置的同侧。

7.如权利要求6所述的分光合光装置，其特征在于，

所述第一TIR包括邻接的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜邻接的表面为对入射角大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面；

所述第二TIR包括邻接的第三棱镜和第四棱镜，所述第三棱镜与所述第四棱镜邻接的表面为对入射角大于第一角度阈值的光线全反射的全反射面。

8.如权利要求7所述的分光合光装置，其特征在于，所述第一棱镜与所述第二棱镜邻接的表面之间具有空气隙，所述第三棱镜与所述第四棱镜邻接的表面之间具有空气隙。

9.如权利要求7所述的分光合光装置，其特征在于，

所述第一棱镜和第二棱镜引导所述第一空间光调制器出射的光线以第一预定方向入射至所述第二光学元件，所述第一预定方向为与所述入射光线平行的方向；

所述第三棱镜和第四棱镜引导所述第二空间光调制器出射的光线以第二预定方向入射至所述第二光学元件，所述第二预定方向为与所述入射光线垂直的方向。

10.如权利要求9所述的分光合光装置，其特征在于，所述入射光线入射至所述第一光学元件时的入射角度为45度。

11.如权利要求10所述分光合光装置，其特征在于，所述第一棱镜包括：

第一表面，与所述入射光线垂直且用于所述入射光线入射；

第二表面，与所述第三棱镜邻接且设置有第一光学元件；

第三表面，与所述第二棱镜邻接，且用于将所述沿第一光通道传输的光线全反射至第一空间光调制器，且使所述第一空间光调制器出射的光线与所述入射光线平行；

所述第二棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第三表面邻接；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且设置有第二光学元件；

所述第三棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第二表面邻接且设置有第一光学元件；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且用于将所述沿第二光通道传输的光线全反射至第二空间光调制器，且使所述第二空间光调制器出射的光线与所述入射光线垂直；

所述第四棱镜包括：

第一表面，与所述第三棱镜的第二表面邻接；

第二表面，与所述第二棱镜的第二表面邻接且设置有第二光学元件。

12.如权利要求9所述的分光合光装置，其特征在于，所述入射光线入射至所述第一光学元件时的入射角度小于45度。

13.如权利要求12所述分光合光装置，其特征在于，所述第一棱镜包括：

第一表面，用于所述入射光线入射；

第二表面，与所述第三棱镜邻接且设置有第一光学元件；

第三表面，与所述第二棱镜邻接且用于将所述沿第一光通道传输的光线全反射至第一空间光调制器；

所述第二棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第三表面邻接；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且设置有第二光学元件；

第三表面，用于将所述第一空间光调制器出射的光线全反射成与所述入射光线平行的光线，并入射至所述第二光学元件；

所述第三棱镜包括：

第一表面，与所述第一棱镜的第二表面邻接且设置有第一光学元件；

第二表面，与所述第四棱镜邻接且用于将所述沿第二光通道传输的光线全反射至第二空间光调制器；

所述第四棱镜包括：

第一表面，与所述第三棱镜的第二表面邻接；

第二表面，与所述第二棱镜的第二表面邻接且设置有第二光学元件；

第三表面，用于将所述第二空间光调制器出射的光线全反射成与所述入射光线垂直的光线，并入射至所述第二光学元件。

14.如权利要求13所述的分光合光装置，其特征在于，

所述第一棱镜的第一表面与所述入射光线垂直，所述第四棱镜的第三表面与所述第二光学元件合成的出射光线垂直。

15.如权利要求13所述的分光合光装置，其特征在于，

当所述第一棱镜的第一表面与所述入射光线不垂直时，所述分光合光装置还包括：

第五棱镜，所述第五棱镜包括与所述第一棱镜的第一表面邻接的第一表面，与所述入射光线垂直且用于所述入射光线入射的第二表面；

当所述第四棱镜的第三表面与所述出射光线不垂直时，所述分光合光装置还包括：

第六棱镜，所述第六棱镜包括与所述第四棱镜的第三表面邻接的第一表面，与所述第二光学元件合成的出射光线垂直的第二表面。

16.一种投影光学系统，包括光源，光处理组件，第一空间光调制器，第二空间光调制器，投影镜头，其特征在于，所述投影光学系统还包括权利要求1至15所述的分光合光装置，其中：

所述光源用于出射复合光；

所述光处理组件用于对光源出射的复合光进行均匀化处理和收集，得到用于入射至分光合光装置的入射光线；

所述分光合光装置用于将所述入射光线分成沿第一光通道传输的光线和沿第二光通道传输的光线，并将所述沿第一光通道传输的光线引导至所述第一空间光调制器，将所述沿第二光通道传输的光线引导至所述第二空间光调制器，同时将所述第一空间光调制器出射的光线与所述第二空间光调制器出射的光线合成出射光线并出射至所述投影镜头；

所述第一空间光调制器用于对沿所述第一光通道传输的光线进行调制并出射至所述分光合光装置；

所述第二空间光调制器用于对沿所述第二光通道传输的光线进行调制并出射至所述分光合光装置。

17.如权利要求16所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源包括：

激发光光源，用于发出激发光，并将所述激发光出射至所述波长转换装置；

波长转换装置，用于在所述激发光的激发下发出复合光。

18.如权利要求17所述的投影光学系统，其特征在于，所述波长转换装置包括至少一种波长转换材料，所述至少一种波长转换材料中至少一种为在激发光的激发下可发出复合光的波长转换材料。