CN205374965U - 投影光学系统及投影仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种投影光学系统及投影仪,所述投影光学系统包括:激光光源;第一汇聚光学系统;第一反射透射光学系统;第二汇聚光学系统;荧光色轮;第一全反射镜;第二全反射镜;第二反射透射光学系统;第三汇聚光学系统;匀光棒;第四中继光学系统;反射镜;TIR棱镜;数字微镜器件;本发明能够保持光学系统较好的光轴一致性;避免了现有光学系统由于激光会聚焦点相对荧光色轮的荧光粉涂层的位置存在偏差,所导致的能量损失和整个投影光学系统的亮度性能下降的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学投影设备,具体为一种投影光学系统及投影仪。
背景技术
光学系统是由多种光学元件按照一定次序组成的系统,一般用于成像或作光学处理,能够满足一系列要求并得到合乎需要的高质量光学系统不是几个光学元件的简单组合,往往需要对各光学元件的参数进行合理配置和恰当确定才能实现。透镜作为光学系统中的重要光学元件,其位置精度是否良好直接对光路有很大的影响,现有技术中,由于光路计算、机械加工工艺和装配工艺等方面所带来的误差,经常会造成光学系统在光路上的偏差,进而影响光学系统的性能,使得整个光学系统的光轴一致性较差,另外,图20示出了理论状态下由透镜汇聚过来的激光与荧光色轮5之间的位置关系示意图,参考图20所示,在理论状态下,透镜汇聚过来的激光刚好汇聚到荧光色轮5的荧光粉涂层上,图21和图22示出了实际应用情况下透镜汇聚过来的激光与荧光色轮5之间的位置关系示意图,参考图21和图22所示,在实际应用中,由于上述提到的各种误差的影响,激光的汇聚焦点相对荧光色轮5的荧光粉涂层的位置总会有一定的偏差,进而造成荧光粉的激光效率不足,光学系统的能量损失会增大,整个投影光学系统的亮度性能下降。
投影仪是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备,决定投影质量的关键往往在于投影仪的光学系统部分,现有技术中的投影光学系统存在如下问题:由于光轴一致性较差,会造成光能损失,可能会导致投影图像缺失;由于激光汇聚焦点相对荧光色轮的荧光粉涂层的位置总会有一定的偏差,荧光粉的激光效率不足,投影光学系统的能量损失会增大,整个投影光学系统的亮度性能下降。
发明内容
本实用新型针对以上问题的提出,而研制一种投影光学系统及投影仪。
本实用新型的技术手段如下:
一种投影光学系统,包括:
用于发出蓝色激光的激光光源;
用于将所述激光光源发出的蓝色激光汇聚至第一反射透射光学系统的第一汇聚光学系统;
用于将所述第一汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光透射至第二汇聚光学系统的第一反射透射光学系统;
第二汇聚光学系统;由第一反射透射光学系统透射过来的蓝色激光经过第二汇聚光学系统汇聚至荧光色轮;所述第二汇聚光学系统至少包括1个第一透镜;所述第一透镜安装在第一透镜调整结构上;
荧光色轮;由第二汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光透过所述荧光色轮,并入射至第一全反射镜;由第二汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光作为激发光照射所述荧光色轮,使得所述荧光色轮发出绿色荧光和红色荧光;
用于将入射的蓝色激光全反射至第二全反射镜的第一全反射镜;
用于将入射的蓝色激光全反射至第二反射透射光学系统的第二全反射镜;
第二反射透射光学系统;所述第二反射透射光学系统将经由第二全反射镜全反射过来的蓝色激光反射至第三汇聚光学系统;
用于将所述第二反射透射光学系统反射过来的蓝色激光汇聚至匀光棒的第三汇聚光学系统;
匀光棒;由所述第三汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光经过匀光棒均光后通过第四中继光学系统入射至反射镜;
置于匀光棒和反射镜之间的第四中继光学系统;所述第四中继光学系统至少包括1个第二透镜;所述第二透镜安装在第二透镜调整结构上;
反射镜;入射至所述反射镜的蓝色激光经过反射后进入TIR棱镜;
TIR棱镜;进入TIR棱镜的蓝色激光通过TIR棱镜的折反射后照射到数字微镜器件;
和数字微镜器件;照射到所述数字微镜器件上的蓝色激光经过所述数字微镜器件后再次反射至TIR棱镜,最后进入投影镜头;
荧光色轮发出的绿色荧光和红色荧光经过第二汇聚光学系统后到达第一反射透射光学系统,然后经所述第一反射透射光学系统反射至第二反射透射光学系统;由第一反射透射光学系统反射过来的绿色荧光和红色荧光通过第二反射透射光学系统透射至第三汇聚光学系统,然后经过第三汇聚光学系统后到达匀光棒;由所述第三汇聚光学系统汇聚过来的绿色荧光和红色荧光经过匀光棒均光后通过第四中继光学系统传输至反射镜;入射至所述反射镜的绿色荧光和红色荧光经过反射后进入TIR棱镜,进入TIR棱镜的绿色荧光和红色荧光通过TIR棱镜的折反射后照射到数字微镜器件;照射到所述数字微镜器件上的绿色荧光和红色荧光经过所述数字微镜器件后再次反射至TIR棱镜,最后进入投影镜头;
所述第一透镜调整结构包括:第一透镜支架、基板、第一预紧件、第二预紧件、第三调整弹簧和第三紧固件;所述第一透镜支架包括水平放置的调整部和竖直放置在所述调整部上的支撑部;所述第一透镜通过第一环形压片与所述支撑部紧压固定;所述调整部上具有分别设置在所述支撑部两侧的第一导向孔和第二导向孔;在所述调整部的下表面上突出设置有位于第一导向孔和第二导向孔之间的第一对接件;所述调整部以能够装卸的方式置于所述基板上;所述基板上具有第一定位件和第二定位件;在所述基板上开设有位于第一定位件和第二定位件之间的贯通开口;在所述贯通开口中设有位于贯通开口一侧的第二对接件;当所述第一透镜支架的调整部放置在所述基板上,所述第一定位件置于所述第一导向孔中,所述第二定位件置于所述第二导向孔中,所述第一对接件穿过所述贯通开口并与所述第二对接件相对设置;所述第三调整弹簧置于所述第一对接件和所述第二对接件之间;通过第一预紧件和第二预紧件分别与置于第一导向孔中的第一定位件、置于第二导向孔中的第二定位件相连接,然后通过第三紧固件穿过第一对接件和第三调整弹簧后与第二对接件相连接;
所述第二透镜调整结构包括:依次放置的第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座;所述第一调整基座上具有第一中空部、设置在第一调整基座侧壁上的第三定位件、以及设置在第一调整基座上部的第一定位基准孔;所述第二透镜通过第二环形压片与所述第一调整基座紧压固定,所述第二透镜位置与所述中空部位置相对应;所述第二调整基座上具有第二中空部、设置在第二调整基座侧壁上的第一弯折部件、设置在第二调整基座上部的第二弯折部件、以及设置在第二调整基座上部的第二定位基准孔;所述第三调整基座上具有第三中空部、设置在第三调整基座上部的第三弯折部件、以及设置在第三调整基座上部的第二定位基准孔;所述第一弯折部件上开设有第一调整孔;所述第二弯折部件上开设有第二调整孔;所述第三弯折部件上设置有第四定位件;当所述第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座依次接触连接,通过第三预紧件依次穿过第一定位基准孔、第二定位基准孔和第三定位基准孔并进行预紧后,第一中空部、第二中空部和第三中空部的位置相对应,第一调整孔和第三定位件相对设置,第二调整孔和第四定位件相对设置;所述第二透镜调整结构还包括:置于第一调整孔和第三定位件之间的第一调整弹簧、置于第二调整孔和第四定位件之间的第二调整弹簧、第一紧固件、以及第二紧固件;所述第一紧固件依次穿过第一调整孔和第一调整弹簧后与第三定位件相连接;所述第二紧固件依次穿过第二调整孔和第二调整弹簧后与第四定位件相连接;
另外,所述投影光学系统还包括:
置于所述荧光色轮和第一全反射镜之间的第一中继光学系统;经所述荧光色轮透过的蓝色激光通过第一中继光学系统传输至第一全反射镜;
置于第一全反射镜和第二全反射镜之间的第二中继光学系统;由第一全反射镜全反射过来的蓝色激光通过第二中继光学系统传输至第二全反射镜;
置于第二全反射镜和第二反射透射光学系统之间的第三中继光学系统;由第二全反射镜全反射过来的蓝色激光通过第三中继光学系统传输至第二反射透射光学系统;
置于反射镜和TIR棱镜之间的第五中继光学系统;由反射镜反射过来的蓝色激光通过第五中继光学系统传输至TIR棱镜;由反射镜反射过来的绿色荧光和红色荧光通过第五中继光学系统传输至TIR棱镜;
进一步地,所述第二调整基座上突出设置有2个导向轴,所述第三调整基座在与所述导向轴相对的位置上设置有2个第三导向孔,当第二定位基准孔和第三定位基准孔由第三预紧件穿过并进行预紧后,2个所述导向轴分别置于2个所述第三导向孔中;
进一步地,所述第二调整基座上设置有包括上挡板和下挡板的卡合部;所述卡合部和所述导向轴分别位于所述第二调整基座的两侧;所述第一调整基座具有呈阶梯状设置的第一顶端和第二顶端;所述第一顶端的高度低于所述第二顶端的高度;所述第一定位基准孔设置在第二顶端下方;所述第一调整基座的第一顶端与所述上挡板的下表面相连接;所述第一调整基座的底端与所述下挡板的上表面相连接;
进一步地,所述第一中空部为圆形;所述第二中空部为横向椭圆形;所述第三中空部为纵向椭圆形;所述基板上表面和所述调整部下表面均为抛光面;
进一步地,所述第二透镜调整结构还包括用于容置第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座的外部框架;所述外部框架包括顶板、底板、第一侧板和第二侧板;所述顶板上开设有第一开口;所述第二侧板上开设有第二开口;当把合在一起的第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座置于所述外部框架中,所述第三调整基座底端具有的水平放置的支撑板与所述底板固定连接,所述第三预紧件和第二紧固件均由第一开口露出,所述第二紧固件由第二开口露出;
进一步地,所述第一导向孔的长度大于所述第一定位件的长度,所述第一定位件能够沿所述第一导向孔的长度方向移动;所述第二导向孔的长度大于所述第二定位件的长度,所述第二定位件能够沿所述第二导向孔的长度方向移动;
进一步地,所述基板上表面上设置有位置指示部,该位置指示部用于对所述调整部放置在所述基板上的初始位置进行定位;
进一步地,通过调节第一定位件在第一导向孔中的位置、第二定位件在第二导向孔中的位置,以及调节第一对接件和第二对接件之间的相对距离,来改变所述第一透镜的位置。
一种投影仪,包括上述任一项所述的投影光学系统。
由于采用了上述技术方案,本实用新型提供的投影光学系统及投影仪,所述投影光学系统配置的第一透镜调整结构,可以对相应的第二汇聚光学系统所包括的第一透镜位置进行调整,纠正光路计算、机械加工工艺和装配工艺等方面所带来的误差,对光学系统性能的提高会有很大的帮助,结构简单、使用部件少、调整结构在光学系统的光路之外,能够防止在调整过程中光线对操作人员产生伤害,通过第一透镜调整结构的调整,使得第二汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光能够刚好汇聚到荧光色轮的荧光粉涂层上,保证了荧光粉的激光效率,避免了现有光学系统由于激光会聚焦点相对荧光色轮的荧光粉涂层的位置存在偏差,所导致的能量损失和整个投影光学系统的亮度性能下降的问题;所述投影光学系统配置的第二透镜调整结构,实现了光学透镜的径向调整,解决了由于机械加工精度和组装误差造成的光轴偏移的问题,改善光路输出效果,结构简单,调整方便,通过外部框架实现了半封闭式结构,防止在调整过程中,光线对操作人员产生伤害,能够保持光学系统较好的光轴一致性,投影光学系统在能够获得较佳光轴一致性的基础上,使得投影过程中不会出现由于光轴不一致而导致的光能损失和投影图像缺失的问题。
附图说明
图1是本实用新型所述投影光学系统的结构示意图;
图2和图3是本实用新型所述第一透镜调整结构的结构示意图;
图4和图5是本实用新型所述基板的结构示意图;
图6和图7是本实用新型所述第一透镜支架的结构示意图;
图8是本实用新型所述第二透镜调整结构的结构示意图;
图9、图10和图11是本实用新型所述第二透镜调整结构将外部框架的第二侧板拆下的结构示意图;
图12、图13、图14和图15是本实用新型所述第二透镜调整结构未安装外部框架的结构示意图;
图16是本实用新型所述第一调整基座的结构示意图;
图17是本实用新型所述第二调整基座的结构示意图;
图18是本实用新型所述第三调整基座的结构示意图;
图19是本实用新型第二汇聚光学系统所包括的第一透镜与荧光色轮之间的工作原理示意图;
图20是理论状态下由透镜汇聚过来的激光与荧光色轮之间的位置关系示意图;
图21和图22是实际应用情况下透镜汇聚过来的激光与荧光色轮之间的位置关系示意图;
图23是本发明所述荧光色轮的结构示意图。
图中:1、激光光源,2、第一汇聚光学系统,3、第一反射透射光学系统,4、第二汇聚光学系统,5、荧光色轮,6、第一中继光学系统,7、第一全反射镜,8、第二中继光学系统,9、第二全反射镜,10、第三中继光学系统,11、第二反射透射光学系统,12、第三汇聚光学系统,13、匀光棒,14、第四中继光学系统,15、反射镜,16、第五中继光学系统,17、TIR棱镜,18、数字微镜器件,19、投影镜头,20、第一调整基座,30、第二调整基座,40、第三调整基座,50、第三预紧件,51、第一调整弹簧,52、第二调整弹簧,53、外部框架,54、第一紧固件,55、第二紧固件,57、蓝光透射区域,58、红色荧光粉区域,59、绿光荧光粉区域,201、第一中空部,202、第三定位件,203、第一定位基准孔,204、第二透镜,205、第二环形压片,206、第一顶端,207、第二顶端,301、第二中空部,302、第一弯折部件,303、第二弯折部件,304、第二定位基准孔,305、第一调整孔,306、第二调整孔,307、导向轴,308、上挡板,309、下挡板,401、第三中空部,402、第三弯折部件,403、第三定位基准孔,404、第四定位件,405、第三导向孔,406、支撑板,530、顶板,531、底板,532、第一侧板,533、第二侧板,534、第一开口,535、第二开口,60、调整部,61、支撑部,62、第一环形压片,63、第一导向孔,64、第二导向孔,65、第一对接件,66、第一定位件,67、第二定位件,68、贯通开口,69、第二对接件,70、第一预紧件,71、第二预紧件,72、第三紧固件,73、位置指示部,74、第三调整弹簧,75、基板,76、第一透镜,B、蓝色激光,R、红色荧光,G、绿色荧光。
具体实施方式
如图1至图18所示的一种投影光学系统,包括:用于发出蓝色激光的激光光源1;用于将所述激光光源1发出的蓝色激光汇聚至第一反射透射光学系统3的第一汇聚光学系统2;用于将所述第一汇聚光学系统2汇聚过来的蓝色激光透射至第二汇聚光学系统4的第一反射透射光学系统3;第二汇聚光学系统4;由第一反射透射光学系统3透射过来的蓝色激光经过第二汇聚光学系统4汇聚至荧光色轮5;所述第二汇聚光学系统4至少包括1个第一透镜76;所述第一透镜76安装在第一透镜调整结构上;荧光色轮5;由第二汇聚光学系统4汇聚过来的蓝色激光透过所述荧光色轮5,并入射至第一全反射镜7;由第二汇聚光学系统4汇聚过来的蓝色激光作为激发光照射所述荧光色轮5,使得所述荧光色轮5发出绿色荧光和红色荧光;用于将入射的蓝色激光全反射至第二全反射镜9的第一全反射镜7;用于将入射的蓝色激光全反射至第二反射透射光学系统11的第二全反射镜9;第二反射透射光学系统11;所述第二反射透射光学系统11将经由第二全反射镜9全反射过来的蓝色激光反射至第三汇聚光学系统12;用于将所述第二反射透射光学系统11反射过来的蓝色激光汇聚至匀光棒13的第三汇聚光学系统12;匀光棒13;由所述第三汇聚光学系统12汇聚过来的蓝色激光经过匀光棒13均光后通过第四中继光学系统14入射至反射镜15;置于匀光棒13和反射镜15之间的第四中继光学系统14;所述第四中继光学系统14至少包括1个第二透镜204;所述第二透镜204安装在第二透镜调整结构上;反射镜15;入射至所述反射镜15的蓝色激光经过反射后进入TIR棱镜17;TIR棱镜17;进入TIR棱镜17的蓝色激光通过TIR棱镜17的折反射后照射到数字微镜器件18;和数字微镜器件18;照射到所述数字微镜器件18上的蓝色激光经过所述数字微镜器件18后再次反射至TIR棱镜17,最后进入投影镜头19;荧光色轮5发出的绿色荧光和红色荧光经过第二汇聚光学系统4后到达第一反射透射光学系统3,然后经所述第一反射透射光学系统3反射至第二反射透射光学系统11;由第一反射透射光学系统3反射过来的绿色荧光和红色荧光通过第二反射透射光学系统11透射至第三汇聚光学系统12,然后经过第三汇聚光学系统12后到达匀光棒13;由所述第三汇聚光学系统12汇聚过来的绿色荧光和红色荧光经过匀光棒13均光后通过第四中继光学系统14传输至反射镜15;入射至所述反射镜15的绿色荧光和红色荧光经过反射后进入TIR棱镜17,进入TIR棱镜17的绿色荧光和红色荧光通过TIR棱镜17的折反射后照射到数字微镜器件18;照射到所述数字微镜器件18上的绿色荧光和红色荧光经过所述数字微镜器件18后再次反射至TIR棱镜17,最后进入投影镜头19;所述第一透镜调整结构包括:第一透镜支架、基板75、第一预紧件70、第二预紧件71、第三调整弹簧74和第三紧固件72;所述第一透镜支架包括水平放置的调整部60和竖直放置在所述调整部60上的支撑部61;所述第一透镜76通过第一环形压片62与所述支撑部61紧压固定;所述调整部60上具有分别设置在所述支撑部61两侧的第一导向孔63和第二导向孔64;在所述调整部60的下表面上突出设置有位于第一导向孔63和第二导向孔64之间的第一对接件65;所述调整部60以能够装卸的方式置于所述基板75上;所述基板75上具有第一定位件66和第二定位件67;在所述基板75上开设有位于第一定位件66和第二定位件67之间的贯通开口68;在所述贯通开口68中设有位于贯通开口68一侧的第二对接件69;当所述第一透镜支架的调整部60放置在所述基板75上,所述第一定位件66置于所述第一导向孔63中,所述第二定位件67置于所述第二导向孔64中,所述第一对接件65穿过所述贯通开口68并与所述第二对接件69相对设置;所述第三调整弹簧74置于所述第一对接件65和所述第二对接件69之间;通过第一预紧件70和第二预紧件71分别与置于第一导向孔63中的第一定位件66、置于第二导向孔64中的第二定位件67相连接,然后通过第三紧固件72穿过第一对接件65和第三调整弹簧74后与第二对接件69相连接;所述第二透镜调整结构包括:依次放置的第一调整基座20、第二调整基座30和第三调整基座40;所述第一调整基座20上具有第一中空部201、设置在第一调整基座20侧壁上的第三定位件202、以及设置在第一调整基座20上部的第一定位基准孔203;所述第二透镜204通过第二环形压片205与所述第一调整基座20紧压固定,所述第二透镜204位置与所述中空部位置相对应;所述第二调整基座30上具有第二中空部301、设置在第二调整基座30侧壁上的第一弯折部件302、设置在第二调整基座30上部的第二弯折部件303、以及设置在第二调整基座30上部的第二定位基准孔304;所述第三调整基座40上具有第三中空部401、设置在第三调整基座40上部的第三弯折部件402、以及设置在第三调整基座40上部的第二定位基准孔304;所述第一弯折部件302上开设有第一调整孔305;所述第二弯折部件303上开设有第二调整孔306;所述第三弯折部件402上设置有第四定位件404;当所述第一调整基座20、第二调整基座30和第三调整基座40依次接触连接,通过第三预紧件50依次穿过第一定位基准孔203、第二定位基准孔304和第三定位基准孔403并进行预紧后,第一中空部201、第二中空部301和第三中空部401的位置相对应,第一调整孔305和第三定位件202相对设置,第二调整孔306和第四定位件404相对设置;所述第二透镜调整结构还包括:置于第一调整孔305和第三定位件202之间的第一调整弹簧51、置于第二调整孔306和第四定位件404之间的第二调整弹簧52、第一紧固件54、以及第二紧固件55;所述第一紧固件54依次穿过第一调整孔305和第一调整弹簧51后与第三定位件202相连接;所述第二紧固件55依次穿过第二调整孔306和第二调整弹簧52后与第四定位件404相连接;另外,所述投影光学系统还包括:置于所述荧光色轮5和第一全反射镜7之间的第一中继光学系统6;经所述荧光色轮5透过的蓝色激光通过第一中继光学系统6传输至第一全反射镜7;置于第一全反射镜7和第二全反射镜9之间的第二中继光学系统8;由第一全反射镜7全反射过来的蓝色激光通过第二中继光学系统8传输至第二全反射镜9;置于第二全反射镜9和第二反射透射光学系统11之间的第三中继光学系统10;由第二全反射镜9全反射过来的蓝色激光通过第三中继光学系统10传输至第二反射透射光学系统11;置于反射镜15和TIR棱镜17之间的第五中继光学系统16;由反射镜15反射过来的蓝色激光通过第五中继光学系统16传输至TIR棱镜17;由反射镜15反射过来的绿色荧光和红色荧光通过第五中继光学系统16传输至TIR棱镜17;进一步地,所述第二调整基座30上突出设置有2个导向轴307,所述第三调整基座40在与所述导向轴307相对的位置上设置有2个第三导向孔405,当第二定位基准孔304和第三定位基准孔403由第三预紧件50穿过并进行预紧后,2个所述导向轴307分别置于2个所述第三导向孔405中;进一步地,所述第二调整基座30上设置有包括上挡板308和下挡板309的卡合部;所述卡合部和所述导向轴307分别位于所述第二调整基座30的两侧;所述第一调整基座20具有呈阶梯状设置的第一顶端206和第二顶端207;所述第一顶端206的高度低于所述第二顶端207的高度;所述第一定位基准孔203设置在第二顶端207下方;所述第一调整基座20的第一顶端206与所述上挡板308的下表面相连接;所述第一调整基座20的底端与所述下挡板309的上表面相连接;进一步地,所述第一中空部201为圆形;所述第二中空部301为横向椭圆形;所述第三中空部401为纵向椭圆形;所述基板75上表面和所述调整部60下表面均为抛光面;进一步地,所述第二透镜调整结构还包括用于容置第一调整基座20、第二调整基座30和第三调整基座40的外部框架53;所述外部框架53包括顶板530、底板531、第一侧板532和第二侧板533;所述顶板530上开设有第一开口534;所述第二侧板533上开设有第二开口535;当把合在一起的第一调整基座20、第二调整基座30和第三调整基座40置于所述外部框架53中,所述第三调整基座40底端具有的水平放置的支撑板406与所述底板531固定连接,所述第三预紧件50和第二紧固件55均由第一开口534露出,所述第二紧固件55由第二开口535露出;进一步地,所述第一导向孔63的长度大于所述第一定位件66的长度,所述第一定位件66能够沿所述第一导向孔63的长度方向移动;所述第二导向孔64的长度大于所述第二定位件67的长度,所述第二定位件67能够沿所述第二导向孔64的长度方向移动;进一步地,所述基板75上表面上设置有位置指示部73,该位置指示部73用于对所述调整部60放置在所述基板75上的初始位置进行定位;进一步地,通过调节第一定位件66在第一导向孔63中的位置、第二定位件67在第二导向孔64中的位置,以及调节第一对接件65和第二对接件69之间的相对距离,来改变所述第一透镜76的位置。
本实用新型还提供了一种投影仪,包括上述任一项所述的投影光学系统。
本实用新型第一汇聚光学系统2、第二汇聚光学系统4和第三汇聚光学系统12采用凸透镜和凹透镜的组合;第一中继光学系统6、第二中继光学系统8、第三中继光学系统10和第四中继光学系统14采用中继透镜组,用于完成激光束的汇聚、发散和空间调制;所述数字微镜器件18(DMD)含有数字微镜阵列,各数字微镜阵列的开关状态能够控制,使光线得到相应的空间调制;所述第一反射透射光学系统3采用RG反射DM镜,即反绿红透蓝分光镜;所述第二反射透射光学系统11采用B反射DM镜,即反蓝透红绿分光镜;所述激光光源1采用半导体激光二极管;所述荧光色轮5在使用时高速旋转;所述第三紧固件72穿过第一对接件65上的通孔、所述第三调整弹簧74与第二对接件69上的螺纹孔相连接;所述第一定位件66和第二定位件67采用螺母柱;所述第一预紧件70、第二预紧件71、和第三紧固件72采用螺钉;所述第一环形压片62通过螺钉把持在所述支撑部61上;实际应用时所述基板75可以为投影光学系统的部分外壳;所述第三定位件202和第四定位件404采用螺母柱;所述第三预紧件50、第一紧固件54和第二紧固件55采用螺钉;所述第二环形压片205通过螺钉把持在所述支撑部61上;实际应用时所述外部框架53可以为投影光学系统的部分外壳;所述第三调整基座40底端具有的支撑板406与所述底板531之间可以通过固定螺钉连接;通过调节第一紧固部件、第二紧固部件,相应地,能够调节所述第一调整弹簧51、第二调整弹簧52的压缩量;通过改变不同调整弹簧的压缩量,能够实现第一调整基座20、第二调整基座30和第三调整基座40的位置的相对运动,进而改变所述第二透镜204的位置;通过第一紧固部件能够实现横向调整,通过第二紧固部件能够实现纵向调整,具体地,实际应用时,第一紧固件54的轴线设置在与所述第二透镜204的轴线相交的位置,第二紧固件55的轴线设置在与所述第二透镜204的轴向重合的位置,以增加调整的稳定性;所述第一中空部201为圆形,所述第二中空部301为横向椭圆形,所述第三中空部401为纵向椭圆形,使得调整过程中不会出现光路的遮挡;进一步地,所述第一定位基准孔203优选为方形,所述第二定位基准孔304优选为纵向椭圆形,使得第三预紧件50不会阻挡调整动作;本实用新型第二透镜调整结构可以在半密封条件下进行调整,第一开口534和第二开口535可以在调整结束后密封;具体的第二透镜204调整过程依次为:依次放置第一调整基座20、第二调整基座30和第三调整基座40并组装,第一调整基座20的第一顶端206与上挡板308的下表面相连接;第一调整基座20的底端与下挡板309的上表面相连接,导向轴307置于第三导向孔405中,将所述第三调整基座40底端具有的支撑板406与所述底板531固定连接,通过第三预紧件50依次穿过第一定位基准孔203、第二定位基准孔304和第三定位基准孔403并进行预紧,不完全紧固,留出可调整余量,分别转动第一紧固件54和第二紧固件55,使光路达到要求位置,紧固第三预紧件50,调整完成;本实用新型所述第一透镜支架的定位、导向和调整均与光学系统的光路方向平行,具体地,与第一透镜76的轴向平行,基板75上具有的第一定位件66和第二定位件67,分别对应所述调整部60上的第一导向孔63和第二导向孔64,起轴向导向作用;穿过贯通开口68的第一对接件65与所述第二对接件69相对设置,并通过安装第三紧固件72以及调节第三紧固件72改变第一对接件65与所述第二对接件69的相对距离。具体的第一透镜76调整过程依次为:将第一透镜支架安装至基板75上,根据位置指示部73的标记使得调整部60放置在所述基板75上的初始位置,通过第一预紧件70与置于第一导向孔63中的第一定位件66相连接,通过第二预紧件71与置于第二导向孔64中的第二定位件67相连接,进行预压紧,使第一透镜支架与基板75可以相对运动但并不完全紧固,通过第三紧固件72连接第一对接件65和第二对接件69,旋转第三紧固件72,实现第一透镜支架轴向微调,调整完成后,完全打紧第一预紧件70和第二预紧件71,固定第一透镜支架的最终位置;所述基板75上表面和所述调整部60下表面均为抛光面,以保证第一透镜支架调整动作的连续顺滑;第一预紧件70和第二预紧件71兼顾预紧和固定的作用。图1中的B即虚线表示蓝色激光,R即方点线表示红色荧光,G即点划线表示绿色荧光。
图23示出了本发明所述荧光色轮5的结构示意图,如图23所示,本发明所述荧光色轮5具有蓝光透射区域57、红色荧光粉区域58和绿光荧光粉区域59;图19是本实用新型第二汇聚光学系统4所包括的第一透镜76与荧光色轮5之间的工作原理示意图,如图19所示,蓝色激光通过第二汇聚光学系统4汇聚到荧光色轮5,由蓝色透射区域透过,同时激发红色荧光粉区域58和绿光荧光粉区域59分别产生红色荧光和绿色荧光,在荧光粉涂层上会聚的光斑越小,能量越集中,荧光粉的激发效率越高,即能产生越高的能量,最终反映到整个光学性能上就是亮度越高;本实用新型通过对第二汇聚光学系统4中的第一透镜76配置所述第一透镜调整结构,使得蓝色激光汇聚焦点的位置位于荧光色轮5的荧光粉涂层上,实现荧光粉激发达到最高效率。
本实用新型提供的投影光学系统及投影仪,所述投影光学系统配置的第一透镜调整结构,可以对相应的第二汇聚光学系统所包括的第一透镜位置进行调整,纠正光路计算、机械加工工艺和装配工艺等方面所带来的误差,对光学系统性能的提高会有很大的帮助,结构简单、使用部件少、调整结构在光学系统的光路之外,能够防止在调整过程中光线对操作人员产生伤害,通过第一透镜调整结构的调整,使得第二汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光能够刚好汇聚到荧光色轮的荧光粉涂层上,保证了荧光粉的激光效率,避免了现有光学系统由于激光会聚焦点相对荧光色轮的荧光粉涂层的位置存在偏差,所导致的能量损失和整个投影光学系统的亮度性能下降的问题;所述投影光学系统配置的第二透镜调整结构,实现了光学透镜的径向调整,解决了由于机械加工精度和组装误差造成的光轴偏移的问题,改善光路输出效果,结构简单,调整方便,通过外部框架实现了半封闭式结构,防止在调整过程中,光线对操作人员产生伤害,能够保持光学系统较好的光轴一致性,投影光学系统在能够获得较佳光轴一致性的基础上,使得投影过程中不会出现由于光轴不一致而导致的光能损失和投影图像缺失的问题。
以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种投影光学系统,其特征在于所述投影光学系统包括:
用于发出蓝色激光的激光光源;
用于将所述激光光源发出的蓝色激光汇聚至第一反射透射光学系统的第一汇聚光学系统;
用于将所述第一汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光透射至第二汇聚光学系统的第一反射透射光学系统;
第二汇聚光学系统;由第一反射透射光学系统透射过来的蓝色激光经过第二汇聚光学系统汇聚至荧光色轮;所述第二汇聚光学系统至少包括1个第一透镜;所述第一透镜安装在第一透镜调整结构上;
荧光色轮;由第二汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光透过所述荧光色轮,并入射至第一全反射镜;由第二汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光作为激发光照射所述荧光色轮,使得所述荧光色轮发出绿色荧光和红色荧光;
用于将入射的蓝色激光全反射至第二全反射镜的第一全反射镜;
用于将入射的蓝色激光全反射至第二反射透射光学系统的第二全反射镜;
第二反射透射光学系统;所述第二反射透射光学系统将经由第二全反射镜全反射过来的蓝色激光反射至第三汇聚光学系统;
用于将所述第二反射透射光学系统反射过来的蓝色激光汇聚至匀光棒的第三汇聚光学系统;
匀光棒;由所述第三汇聚光学系统汇聚过来的蓝色激光经过匀光棒均光后通过第四中继光学系统入射至反射镜;
置于匀光棒和反射镜之间的第四中继光学系统;所述第四中继光学系统至少包括1个第二透镜;所述第二透镜安装在第二透镜调整结构上;
反射镜;入射至所述反射镜的蓝色激光经过反射后进入TIR棱镜;
TIR棱镜;进入TIR棱镜的蓝色激光通过TIR棱镜的折反射后照射到数字微镜器件;
和数字微镜器件;照射到所述数字微镜器件上的蓝色激光经过所述数字微镜器件后再次反射至TIR棱镜,最后进入投影镜头;
荧光色轮发出的绿色荧光和红色荧光经过第二汇聚光学系统后到达第一反射透射光学系统,然后经所述第一反射透射光学系统反射至第二反射透射光学系统;由第一反射透射光学系统反射过来的绿色荧光和红色荧光通过第二反射透射光学系统透射至第三汇聚光学系统,然后经过第三汇聚光学系统后到达匀光棒;由所述第三汇聚光学系统汇聚过来的绿色荧光和红色荧光经过匀光棒均光后通过第四中继光学系统传输至反射镜;入射至所述反射镜的绿色荧光和红色荧光经过反射后进入TIR棱镜,进入TIR棱镜的绿色荧光和红色荧光通过TIR棱镜的折反射后照射到数字微镜器件;照射到所述数字微镜器件上的绿色荧光和红色荧光经过所述数字微镜器件后再次反射至TIR棱镜,最后进入投影镜头;
所述第一透镜调整结构包括:第一透镜支架、基板、第一预紧件、第二预紧件、第三调整弹簧和第三紧固件;所述第一透镜支架包括水平放置的调整部和竖直放置在所述调整部上的支撑部;所述第一透镜通过第一环形压片与所述支撑部紧压固定;所述调整部上具有分别设置在所述支撑部两侧的第一导向孔和第二导向孔;在所述调整部的下表面上突出设置有位于第一导向孔和第二导向孔之间的第一对接件;所述调整部以能够装卸的方式置于所述基板上;所述基板上具有第一定位件和第二定位件;在所述基板上开设有位于第一定位件和第二定位件之间的贯通开口;在所述贯通开口中设有位于贯通开口一侧的第二对接件;当所述第一透镜支架的调整部放置在所述基板上,所述第一定位件置于所述第一导向孔中,所述第二定位件置于所述第二导向孔中,所述第一对接件穿过所述贯通开口并与所述第二对接件相对设置;所述第三调整弹簧置于所述第一对接件和所述第二对接件之间;通过第一预紧件和第二预紧件分别与置于第一导向孔中的第一定位件、置于第二导向孔中的第二定位件相连接,然后通过第三紧固件穿过第一对接件和第三调整弹簧后与第二对接件相连接;
所述第二透镜调整结构包括:依次放置的第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座;所述第一调整基座上具有第一中空部、设置在第一调整基座侧壁上的第三定位件、以及设置在第一调整基座上部的第一定位基准孔;所述第二透镜通过第二环形压片与所述第一调整基座紧压固定,所述第二透镜位置与所述中空部位置相对应;所述第二调整基座上具有第二中空部、设置在第二调整基座侧壁上的第一弯折部件、设置在第二调整基座上部的第二弯折部件、以及设置在第二调整基座上部的第二定位基准孔;所述第三调整基座上具有第三中空部、设置在第三调整基座上部的第三弯折部件、以及设置在第三调整基座上部的第二定位基准孔;所述第一弯折部件上开设有第一调整孔;所述第二弯折部件上开设有第二调整孔;所述第三弯折部件上设置有第四定位件;当所述第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座依次接触连接,通过第三预紧件依次穿过第一定位基准孔、第二定位基准孔和第三定位基准孔并进行预紧后,第一中空部、第二中空部和第三中空部的位置相对应,第一调整孔和第三定位件相对设置,第二调整孔和第四定位件相对设置;所述第二透镜调整结构还包括:置于第一调整孔和第三定位件之间的第一调整弹簧、置于第二调整孔和第四定位件之间的第二调整弹簧、第一紧固件、以及第二紧固件;所述第一紧固件依次穿过第一调整孔和第一调整弹簧后与第三定位件相连接;所述第二紧固件依次穿过第二调整孔和第二调整弹簧后与第四定位件相连接。
2.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述投影光学系统还包括:
置于所述荧光色轮和第一全反射镜之间的第一中继光学系统;经所述荧光色轮透过的蓝色激光通过第一中继光学系统传输至第一全反射镜;
置于第一全反射镜和第二全反射镜之间的第二中继光学系统;由第一全反射镜全反射过来的蓝色激光通过第二中继光学系统传输至第二全反射镜;
置于第二全反射镜和第二反射透射光学系统之间的第三中继光学系统;由第二全反射镜全反射过来的蓝色激光通过第三中继光学系统传输至第二反射透射光学系统;
置于反射镜和TIR棱镜之间的第五中继光学系统;由反射镜反射过来的蓝色激光通过第五中继光学系统传输至TIR棱镜;由反射镜反射过来的绿色荧光和红色荧光通过第五中继光学系统传输至TIR棱镜。
3.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述第二调整基座上突出设置有2个导向轴,所述第三调整基座在与所述导向轴相对的位置上设置有2个第三导向孔,当第二定位基准孔和第三定位基准孔由第三预紧件穿过并进行预紧后,2个所述导向轴分别置于2个所述第三导向孔中。
4.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述第二调整基座上设置有包括上挡板和下挡板的卡合部;所述卡合部和所述导向轴分别位于所述第二调整基座的两侧;所述第一调整基座具有呈阶梯状设置的第一顶端和第二顶端;所述第一顶端的高度低于所述第二顶端的高度;所述第一定位基准孔设置在第二顶端下方;所述第一调整基座的第一顶端与所述上挡板的下表面相连接;所述第一调整基座的底端与所述下挡板的上表面相连接。
5.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述第一中空部为圆形;所述第二中空部为横向椭圆形;所述第三中空部为纵向椭圆形;所述基板上表面和所述调整部下表面均为抛光面。
6.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述第二透镜调整结构还包括用于容置第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座的外部框架;所述外部框架包括顶板、底板、第一侧板和第二侧板;所述顶板上开设有第一开口;所述第二侧板上开设有第二开口;当把合在一起的第一调整基座、第二调整基座和第三调整基座置于所述外部框架中,所述第三调整基座底端具有的水平放置的支撑板与所述底板固定连接,所述第三预紧件和第二紧固件均由第一开口露出,所述第二紧固件由第二开口露出。
7.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述第一导向孔的长度大于所述第一定位件的长度,所述第一定位件能够沿所述第一导向孔的长度方向移动;所述第二导向孔的长度大于所述第二定位件的长度,所述第二定位件能够沿所述第二导向孔的长度方向移动。
8.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于所述基板上表面上设置有位置指示部,该位置指示部用于对所述调整部放置在所述基板上的初始位置进行定位。
9.根据权利要求1所述的投影光学系统,其特征在于通过调节第一定位件在第一导向孔中的位置、第二定位件在第二导向孔中的位置,以及调节第一对接件和第二对接件之间的相对距离,来改变所述第一透镜的位置。
10.一种投影仪,其特征在于所述投影仪包括权利要求1至9任一项所述的投影光学系统。
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