CN210294793U - 投影光学系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种投影光学系统及投影设备，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光学引擎与投影镜头，所述光学引擎包括光源组件与中继系统，所述光源组件发出的光线经过所述中继系统后传输至所述投影镜头，所述光学引擎的出光方向与所述投影镜头的光轴共线，以便更换所述投影镜头；所述投影光学系统还包括振镜，所述振镜设于所述中继系统与所述投影镜头之间。本实用新型提供一种投影光学系统及投影设备，解决了现有技术对于高分辨率图像投影难度大，对投影设备的显示芯片与投影光学系统要求高的问题。

Description

投影光学系统及投影设备

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种投影光学系统及投影设备。

背景技术

相比于传统的投影仪，微型投影仪具有体积小，重量轻，便携性高的优点，在微型投影仪中，短焦微型投影仪可以在有限的范围内投影出较大的画面，随着技术的发展，投影设备逐渐向着微型化、集成化的方向发展，投影设备的镜头也在逐步的提高性能，在现有技术中，当需要高分辨率的投影显示时，会对投影设备的显示芯片具有较高的要求，并增加了投影光学系统的复杂程度，因此增大了高分辨率投影设备的制造难度。

实用新型内容

本实用新型提供一种投影光学系统及投影设备，旨在解决现有技术对于高分辨率图像投影难度大，对投影设备的显示芯片与投影光学系统要求高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种投影光学系统，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光学引擎与投影镜头，所述光学引擎包括光源组件与中继系统，所述光源组件发出的光线经过所述中继系统后传输至所述投影镜头，所述光学引擎的出光方向与所述投影镜头的光轴共线，以便更换所述投影镜头；所述投影光学系统还包括振镜，所述振镜设于所述中继系统与所述投影镜头之间。

可选地，所述光源组件包括第一光源、第二光源、第三光源、第一滤光片、第二滤光片，所述第一光源发出的光线经过所述第一滤光片与所述第二滤光片后传输至所述中继系统，所述第二光源发出的光线经过所述第一滤光片反射后，在所述第二滤光片再次发生反射，并传输至所述中继系统，所述第三光源发出的光线经过所述第二滤光片后传输至所述中继系统。

可选地，所述光源组件还包括泵浦光源，所述泵浦光源设于所述第二滤光片靠近所述第三光源的一侧，所述泵浦光源发出的光线透过所述第二滤光片传输至所述第三光源。

可选地，所述第一滤光片与所述第一光源的出射光线以及所述第二光源的出射光线的夹角均为45度，所述第二滤光片与所述第一滤光片相互平行。

可选地，所述中继系统包括棱镜，所述棱镜包括两两相互连接的第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与所述第二表面相互垂直。

可选地，所述投影光学系统还包括显示芯片，所述中继系统包括中继第一透镜与中继第二透镜，所述光源组件发出的光线在经过所述中继第一透镜以及所述中继第二透镜后，所述光线从所述第三表面进入所述棱镜，并从所述第一表面的穿出所述棱镜后传输至所述显示芯片，所述显示芯片反射出的光线从所述第一表面进入所述棱镜后，在所述第三表面发生反射，并从所述第二表面射出所述棱镜后传输至所述投影镜头。

可选地，所述中继第一透镜为球面透镜，所述中继第二透镜为非球面透镜。

可选地，所述中继系统由中继第一透镜、中继第二透镜以及棱镜组成，其中，所述中继第一透镜设于所述光源组件与所述中继第二透镜之间，所述棱镜设于所述中继第二透镜远离所述中继第一透镜一侧。

可选地，所述投影光学系统还包括匀光元件，所述匀光元件设于所述光学引擎与所述中继系统之间，所述匀光系统用于接收所述光学发出的光线，并对光线进行匀光处理。

为实现上述目的，本申请提出一种投影设备，所述投影设备包括如上述任一项实施方式所述的投影光学系统。

本申请提出的技术方案中，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光学引擎与投影镜头，所述光学引擎包括光源组件与中继系统，所述光源组件发出的而光线经过所述中继系统后沿所述投影镜头的光轴方向传输至振镜，并经过振镜后传输至所述投影镜头，所述光学引擎发出的光线在经过所述振镜时，在振镜的摆动下使光线扩散，提高所述光线的照射范围，从而使投影设备能够投影出更高分辨率的投影图像。本申请提出了一种能够提高所述投影设备的分辨率的投影光学系统，解决了现有技术对于高分辨率图像投影难度大，对投影设备的显示芯片与投影光学系统要求高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型投影光学系统的第一结构示意图；

图2是本实用新型投影光学系统的第二结构示意图；

图3是本实用新型投影光学系统的第三结构示意图；

图4是本实用新型投影光学系统的侧视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	光学引擎	116	泵浦光源
110	光源组件	121	棱镜
				120	中继系统	1211	第一表面
200	投影镜头	1212	第二表面
				300	振镜	1213	第三表面
111	第一光源	122	中继第一透镜
				112	第二光源	123	中继第二透镜
113	第三光源	400	显示芯片
				114	第一滤光片	500	匀光元件
115	第二滤光片

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种投影光学系统及投影设备。

请参照图1，所述投影光学系统包括光学引擎100与投影镜头200，所述光学引擎100发出的光线沿所述光轴进入所述投影镜头200，所述投影镜头200与所述光学引擎100可拆卸连接，具体的，当用户对所述投影光学系统进行升级或调整投射比时，用户需要对所述投影镜头200进行更换，并选择符合投射比需求的所述投影镜头200进行安装，当所述光学引擎100发出的光线沿倾斜进入所述投影镜头200时，由于不同的所述投影镜头200具有不同的投射比及不同的光学结构，倾斜进入新的所述投影镜头200时，光线在新的所述投影镜头200的入射角与光线在旧的投影镜头200的入射角不同，并且无法按照新的所述投影镜头200的设计光路进行传输，从而容易造成新的所述投影镜头200无法与光学引擎100进行适配，当所述光学引擎100发出的光线沿光轴方向进入所述投影镜头200时，能够使进入新的所述投影镜头200的光线与新的所述投影镜头200的设计光路相同，从而保证新的所述投影镜头200能够与光学引擎100适配。另外，所述投影光学系统还包括振镜300，所述振镜300设于所述中继系统120与所述投影镜头200之间；具体的，在所述投影设备工作过程中，所述振镜300不断的振动，所述光学引擎100发出的光线传输至所述振镜300后，在所述振镜300的摆动下光线沿所述振镜300的摆动方向移动，从而提高所述光线的照射范围，提高所述投影设备的分辨率。在具体实施方式中，所述投影设备使用的显示芯片400分辨率为960x540像素，通过振镜300的加入，所述投影设备的分辨率提升为1920x1080像素。

本申请提出的技术方案中，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光学引擎100与投影镜头200，所述光学引擎100包括光源组件110与中继系统120，所述光源组件110发出的而光线经过所述中继系统120后沿所述投影镜头200的光轴方向传输至振镜300，并经过振镜300后传输至所述投影镜头200，所述光学引擎100发出的光线在经过所述振镜300时，在振镜300的摆动下使光线扩散，提高所述光线的照射范围，从而使投影设备能够投影出更高分辨率的投影图像。本申请提出了一种能够提高所述投影设备的分辨率的投影光学系统，解决了现有技术对于高分辨率图像投影难度大，对投影设备的显示芯片与投影光学系统要求高的问题。

在可选的实施方式中，所述光源组件110包括第一光源111、第二光源112、第三光源113、第一滤光片114、第二滤光片115，具体的，所述第一光源111为红光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片，所述第二光源112为蓝光LED芯片，所述第三光源113为绿光LED芯片。所述第一光源111发出的光线经过所述第一滤光片114后被所述第二滤光片115反射后传输至所述中继系统120，所述第二光源112发出的光线经过所述第一滤光片114反射后，在所述第二滤光片115再次发生反射，并传输至所述中继系统120；所述第三光源113发出的光线经过所述第二滤光片115后传输至所述中继系统120，在具体实施方式中，所述第一光源111沿光线出射方向设置有第一准直透镜，所述第一准直透镜包括准直小透镜与准直大透镜，所述第一准直透镜用于对所述第一光源111发出的光线进行准直，可以理解的是，所述第二光源112沿光线出射方向设置有第二准直透镜，所述第三光源113沿光线出射方向设置有第三准直透镜，所述第二准直透镜对所述第二光源112的作用与所述第一准直透镜对所述第一光源111的作用相同，所述第三准直透镜对所述第三光源113的作用与所述第一准直透镜对所述第一光源111的作用相同。

在上述实施方式的优选实施方式中，所述光源组件110还包括泵浦光源116，所述泵浦光源116设于所述第二滤光片115靠近所述第三光源113的一侧，具体的，所述泵浦光源116发出的光线经过所述第二滤光片115的反射后照射至所述第三光源113。从而激发所述第三光源113发出的光线具有较强的光强，能够通过所述第三准直透镜以及所述第二滤光片115后传输至所述中继系统120。在具体实施方式中，所述泵浦光源116为蓝光泵浦LED光源组件110，所述蓝光泵浦LED光源组件110发出的光线经过所述第二滤光片115的反射后传输至所述第三光源113，由于所述第三光源113为绿色LED芯片，在所述蓝光泵浦LED光源组件110的光线照射在所述绿色LED芯片时，会激发所述绿色LED芯片中的绿色荧光粉，从而使所述绿色LED芯片产生绿光。

在上述实施方式的优选实施方式中，所述第一滤光片114与所述第一光源111的出射光线以及所述第二光源112的出射光线的夹角均为度，所述第二滤光片115与所述第一滤光片114相互平行。具体的，当所述第一滤光片114与所述第一光源111的出射光线或所述第二光源112的出射光线的夹角不为度时，所述第一光源111发出的光线在透过所述第一滤光片114后无法与所述第二光源112的在经过所述第一滤光片114反射后的光线重合，从而还需要额外的光学元件对光线进行汇聚。同样的，当所述第一滤光片114与所述第二滤光片115不相互平行时，透过所述第二滤光片115的光线与所述第三光源113在经过所述第二滤光片115反射后的光线无法重合，从而需要额外的光源组件110元件对光线进行汇聚，增加了所述光源组件110的元件个数，并且增大了所述光源组件110的尺寸。

在可选的实施方式中，所述中继系统120包括棱镜121，具体的，所述棱镜121包括依次连接的第一表面1211、第二表面1212以及第三表面1213，所述第一表面1211与所述第二表面1212相互垂直，所述光源组件110发出的光线从所述第三表面1213进入所述棱镜121后，从所述第一表面1211穿出后传输至显示芯片400，光线在所述显示芯片400反射后，再次从所述第一表面1211进入所述棱镜121，并在所述第三表面1213发生反射后，从所述第二表面1212进入传输所述棱镜121。

在可选实施方式中，所述投影光学系，统还包括显示芯片400，所述中继系统120包括中继第一透镜122与中继第二透镜123，具体的，所述中继第一透镜122与所述中继第二透镜123用于调整所述光源组件110出射的光线角度，使所述光源组件110出射的光线进入所述棱镜121，在具体实施方式中，所述光源组件110发出的光线在经过所述中继第一透镜122以及所述中继第二透镜123后，所述光线从所述第三表面1213进入所述棱镜121，并从所述第一表面1211的穿出所述棱镜121后传输至所述显示芯片400，所述显示芯片400反射出的光线从所述第一表面1211进入所述棱镜121后，在所述第三表面1213发生反射，并从所述第二表面1212射出所述棱镜121后传输至所述投影镜头200。

在可选的实施方式中，所述中继第一透镜122为球面透镜，所述中继第一透镜122沿光轴方向的两个表面为球面结构，所述中继第二透镜123为非球面透镜，所述中级第二透镜沿光轴方向的两个表面为非球面结构，具体的，所述非球面结构不限于偶次非球面结构或奇次非球面结构，所述非球面结构用于减小所述中继第二透镜123的像差。

在可选的实施方式中，所述投影镜头200由所述中继系统120由中继第一透镜122、中继第二透镜123以及棱镜121组成，所述中继第一透镜122设于所述光源组件110与所述中继第二透镜123之间，所述棱镜121设于所述中继第二透镜123远离所述中继第一透镜122一侧，所述光源组件110发出的光线在经过所述中继第一透镜122后，直接进入所述中继第二透镜123，所述光线在穿出所述中继第二透镜123后从所述第三表面1213进入所述棱镜121，并且葱绿所述第一表面1211的穿出所述棱镜121后传输至所述显示芯片，所述显示芯片反射出的光线从所述第一表面1211进入所述棱镜121后，在所述第三表面1213发生反射，并从所述第二表面1212射出所述棱镜121后传输至所述投影镜头200。具体的，所述棱镜121为全内反射(Reverse Total Internal Reflection，RTIR)单棱镜，并且中继第一透镜122与第二透镜中间未增加其他反射镜，从而减小了所述中继系统120的体积、组装难度以及工艺成本，所述中继第二透镜123倾斜设于所述棱镜121的上方，仅保留最小空气间隙，从而进一步压缩空间尺寸，减少光线传输的光程，减小能量损失。

在可选的实施方式中，所述投影光学系统还包括匀光元件500，所述匀光元件500设于所述光源组件110与所述中继系统120之间，所述匀光元件500使所述光源组件110传输至所述中继系统120的光线具有更均匀的光强分布。优选实施方式中，所述匀光元件500为复眼结构，所述光源组件110发出的光线经过所述复眼结构后进行匀光，经过匀光后的光线传输至所述中继系统120。可以理解的是，所述匀光元件500还可以为导光棒，所述导光棒同样用于对所述光源组件110出射的光线进行匀光。于另一实施方式中，所述匀光元件500的设置位置不限于所述光源组件110与所述中继系统120之间，还可以设于所述中继第一透镜122与所述中继第二透镜123之间，或设于所述棱镜121的所述第二表面1212与所述振镜300之间。

在可选的实施方式中，所述投影光学系统还包括保护玻璃，其中，所述保护玻璃设于所述棱镜121与所述显示芯片400之间，用于保护所述显示芯片400受到外界环境或其他元件的冲击影响。

本实用新型还提出一种投影装置，所述投影装置包括如上述任一实施方式所述的投影光学系统，该投影光学系统的具体结构参照上述实施例，由于该投影光学系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

具体的，所述投影装置为应用数字光处理显示技术(Digital Light Processing，DLP)的投影装置，所述应用于DLP技术的投影装置中，所述显示芯片400为数字微镜晶片(Digital Micromirror Device，DMD)芯片。所述光源组件110发出的光线在DMD芯片上反射后，最后进入所述投影镜头200。

可以理解的是，本申请不限于此，于另一实施例中，所述投影装置为应用液晶附硅技术(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)的投影装置，所述应用于LCOS技术的投影装置中，所述显示芯片400为LCOS显示芯片400，所述应用LCOS技术的投影装置中包括一个或多个所述LCOS显示芯片400，所述LCOS显示芯片400反射后，最后进入所述投影镜头200。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影光学系统，其特征在于，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光学引擎与投影镜头，所述光学引擎包括光源组件与中继系统，所述光源组件发出的光线经过所述中继系统后传输至所述投影镜头，所述光学引擎的出光方向与所述投影镜头的光轴共线，以便更换所述投影镜头；

所述投影光学系统还包括振镜，所述振镜设于所述中继系统与所述投影镜头之间。

2.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源组件包括第一光源、第二光源、第三光源、第一滤光片、第二滤光片，所述第一光源发出的光线经过所述第一滤光片与所述第二滤光片后传输至所述中继系统，所述第二光源发出的光线经过所述第一滤光片反射后，在所述第二滤光片再次发生反射，并传输至所述中继系统，所述第三光源发出的光线经过所述第二滤光片后传输至所述中继系统。

3.如权利要求2所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源组件还包括泵浦光源，所述泵浦光源设于所述第二滤光片靠近所述第三光源的一侧，所述泵浦光源发出的光线透过所述第二滤光片传输至所述第三光源。

4.如权利要求2所述的投影光学系统，其特征在于，所述第一滤光片与所述第一光源的出射光线以及所述第二光源的出射光线的夹角均为45度，所述第二滤光片与所述第一滤光片相互平行。

5.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述中继系统包括棱镜，所述棱镜包括两两相互连接的第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与所述第二表面相互垂直。

6.如权利要求5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显示芯片，所述中继系统包括中继第一透镜与中继第二透镜，所述光源组件发出的光线在经过所述中继第一透镜以及所述中继第二透镜后，所述光线从所述第三表面进入所述棱镜，并从所述第一表面的穿出所述棱镜后传输至所述显示芯片，所述显示芯片反射出的光线从所述第一表面进入所述棱镜后，在所述第三表面发生反射，并从所述第二表面射出所述棱镜后传输至所述投影镜头。

7.如权利要求6所述的投影光学系统，其特征在于，所述中继第一透镜为球面透镜，所述中继第二透镜为非球面透镜。

8.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述中继系统由中继第一透镜、中继第二透镜以及棱镜组成，其中，所述中继第一透镜设于所述光源组件与所述中继第二透镜之间，所述棱镜设于所述中继第二透镜远离所述中继第一透镜一侧。

9.如权利要求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匀光元件，所述匀光元件设于所述光学引擎与所述中继系统之间，所述匀光系统用于接收所述光学发出的光线，并对光线进行匀光处理。

10.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括如权利要求1-9任一项所述的投影光学系统。

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