CN210428068U - 用于投影机的多灯合光结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光光源领域，具体涉及一种用于投影机的多灯合光结构，包括多个光源，还包括二次成像单元，所述二次成像单元包括用于调整光束投影的光斑大小的透镜组，该透镜组位于主光轴上，所述光束从合光单元汇聚后，进入透镜组，使光束在透镜组的物方焦平面上形成光斑，且成像于透镜组的像方焦平面，所述光束在透镜组的像方焦平面的投影的大小与后续的积分匀光元件的入光平面的大小相同，不但可以将进入后继模块的光斑大小调节至合适的位置，还将最佳成像的像方焦平面位置调整至合适的位置，从而充分地利用有效光能，提高输出亮度的同时，使光源的位置排列更加自由，使投影机的光源模块在体积方面的损失相应得到减少。

Description

用于投影机的多灯合光结构

技术领域

本实用新型涉及激光光源领域，具体涉及一种用于投影机的多灯合光结构 。

背景技术

目前投影显示产品发展迅猛，亮度不断提高。很多场合下传统领域投影机亮度受到单个光源亮度上限限制，尤其是电影放映机和高亮工程投影机，亮度往往都在一万甚至几万流明以上，电功率数千万特，发热量巨大，针对此设计的氙灯、汞灯、或固态光源的热承受能力往往受到很大挑战。随着热量的增加，光源寿命快速下降。考虑到常规的投影显示成像原件即DMD、LCOS、LCD的长宽边长都不是相等的，因此多灯合光结构应运而生，即将多个光源光能合为一束，使光斑形状能充满整个成像芯片和匀光元件，提高系统亮度。比如常规的1920x1080分辨率，成像芯片与匀光元件都是近似2：1的长方形，非常适合双灯合光。双灯合光情况下，两个独立的光源各输出一个圆形光斑，合成为一个近似的阿拉伯数字“8”的形状。

传统的合光办法是令多个光源直接或者反射照射进入整合了合光部件的积分匀光元件中，如图1所示，首先，由于合光元件(如光棒)的入射面、反射面和出光面的尺寸近乎相同，而聚焦光束的传输过程中，只有焦点位置的光斑最小，无法满足在入射面、反射面和出光面三个位置都光斑最小，则势必有两个面成为光阑。后继的光学元件为了防止自身上下端面对入射光产生干涉，无法与合光单元紧密贴合，这就使得由合光单元出射的合光光束到达后继的光学元件入光口处时，光斑面积大于光学元件受光工作区域，已有的部分光能无法收集，产生损失，阻挡了有效光能的利用，降低了整体的输出亮度。其次，为了更充分地利用光能，入射到匀光元件的受光面上的光束入射方向有严格的限制，这使得多光源的位置与结构设计受到制约，它们往往不能以最优方式排列，这使投影机的光源模块在体积方面有较大损失。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种用于投影机的多灯合光结构，不但可以将进入后继模块的光斑大小调节至合适的位置，还将最佳成像的像方焦平面位置调整至合适的位置，避免多个光源发出的聚焦光束直接照射到后继光学元件的表面，消除了常规结构光阑的挡光损失，避免了直接收光过程中的光能损耗，从而充分地利用有效光能，提高输出亮度的同时，使光源的位置排列更加自由，在结构设计上受到的制约大大减小，使投影机的光源模块在体积方面的损失相应得到减少。

本实用新型的目的是采用下述方案实现的：一种用于投影机的多灯合光结构，包括多个光源，所述光源发出的光束进入一用于汇聚光束的合光单元，还包括二次成像单元，所述二次成像单元包括用于调整光束投影的光斑大小的透镜组，该透镜组位于主光轴上，所述合光单元至少具有两个入射面，分别为第一面和第二面，所述第一面和第二面相交形成的棱为前棱，所述合光单元的前棱与主光轴相交且垂直，前棱和主光轴所在的平面为合光第一物面，过前棱且垂直于主光轴的平面为合光第二物面, 所述透镜组的物方焦平面与所述合光单元的合光第二物面重合,所述光束从合光单元汇聚后，进入透镜组，使光束在透镜组的物方焦平面上形成光斑，且成像于透镜组的像方焦平面。

所述光束在透镜组的像方焦平面的投影的大小与后续的积分匀光元件的入光平面的大小相同。

所述用于调整光束投影的光斑大小的透镜组至少包括两块透镜。

所述合光单元为直角合光棱镜，所述多个光源由所述直角合光棱镜的两个直角边入射。

所述像方焦平面处的投影为紧密排列的光斑。

所述光源发出的光束包括聚焦光束和平行光束，聚焦光束分别由合光单元的第一面和第二面入射，在合光单元的内部相遇。

经合光单元出射的光束在合光第二物面处的光斑最小。

所述光源包括激光灯、LED灯、氙灯和汞灯。

本实用新型包含如下有益效果：包括多个光源，所述光源发出的光束进入一用于汇聚光束的合光单元，还包括二次成像单元，所述二次成像单元包括用于调整光束投影的光斑大小的透镜组，该透镜组位于主光轴上，所述合光单元至少具有两个入射面，分别为第一面和第二面，所述第一面和第二面相交形成的棱为前棱，所述合光单元的前棱与主光轴相交且垂直，前棱和主光轴所在的平面为合光第一物面，过前棱且垂直于主光轴的平面为合光第二物面, 所述透镜组的物方焦平面与所述合光单元的合光第二物面重合,所述光束从合光单元汇聚后，进入透镜组，使光束在透镜组的物方焦平面上形成光斑，且成像于透镜组的像方焦平面，光束作为入射光进入透镜组，在透镜组的像方焦平面处再次成像，通过调整透镜组的镜片的数量、焦距，还有材料与镜片之间的间隔，从而调整它的像方焦平面与物方焦平面的尺寸比例，使光束在像方焦平面处的光斑尺寸符合后继的积分匀光元件的入光平面的尺寸。

该装置的优点在于，能够将进入后继模块的光斑大小调节至合适的位置，还将最佳成像的像方焦平面位置调整至合适的位置，避免多个光源发出的聚焦光束直接照射到后继光学元件的表面，消除了常规结构光阑的挡光损失，避免了直接收光过程中的光能损耗。

附图说明

图1是现有的合光结构的示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是实施例一的镜组和光束二次成像的示意图；

图4是实施例一合光单元输出的光斑图像；

图5是实施例一镜组像焦面处的光斑图像；

图6是实施例二的光路示意图；

图7是实施例二的光源光斑图像；

图8是实施例二积分匀光元件输出的光斑图像；

图9是实施例三的光源结构示意图；

图10是实施例三的光路示意图；

图11是实施例三镜组像焦面处的光斑图像；

图12是实施例四的光路结构示意图。

具体实施方式

如图1至图12所示，一种用于投影机的多灯合光结构，包括多个光源1，所述光源1发出的光束9进入一用于汇聚光束的合光单元3，还包括二次成像单元，所述二次成像单元包括用于调整光束投影的光斑大小的透镜组5，所述用于调整光束投影的光斑大小的透镜组5至少包括两块透镜。该透镜组5位于主光轴6上，所述合光单元3至少具有两个入射面，分别为第一面和第二面，所述第一面和第二面相交形成的棱为前棱，所述合光单元3的前棱与主光轴6相交且垂直，前棱和主光轴6所在的平面为合光第一物面7，过前棱且垂直于主光轴6的平面为合光第二物面8, 经合光单元3出射的光束9在合光第二物面8处的光斑最小。所述透镜组5的物方焦平面与所述合光单元3的合光第二物面8重合,所述光束9从合光单元3汇聚后，进入透镜组5，使光束9在透镜组5的物方焦平面上形成光斑，且成像于透镜组5的像方焦平面4。所述光束9在透镜组5的像方焦平面4的投影的大小与后续的积分匀光元件的入光平面的大小相同。所述像方焦平面4处的投影为紧密排列的光斑。所述光源1包括激光灯、LED灯、氙灯和汞灯。所述合光单元3为直角合光棱镜，所述多个光源1由所述直角合光棱镜的两个直角边入射。所述光源1发出的光束9包括聚焦光束和平行光束，聚焦光束分别由合光单元3的第一面和第二面入射，在合光单元3的内部相遇。光束9作为入射光进入所述透镜组5，在透镜组5的像方焦平面4处再次成像，令后继的积分匀光元件的入光平面位于像方焦平面4处，就可以接收到与二次成像单元5的物方焦平面，也就是合光单元3的第二合光物面8处成比例的光束。通过调整透镜组5的镜片的数量、焦距，还有镜片之间的间隔，调整光束9的角度与强度，从而调整像方焦平面4与物方焦平面的尺寸比例，使光束9在像方焦平面4处的光斑尺寸符合后继的积分匀光元件的入光平面的尺寸。

实施例1

每个光源发出发散角度为20度，边长为6mm的聚焦点光斑的聚焦光束，合光单元为直角合光棱镜。两束光束对射，分别入射到直角合光棱镜的两个直角边上，且光源的主光线与直角边成45度角。直角合光棱镜将两束相对入射的光束反射后，形成一个在合光第一反射物面处光斑形状为长方形的光束，如图4所示。二次成像单元为透镜组，令透镜组的物方焦平面与直角合光棱镜的第一反射物面重合，光束9经过透镜组后出射，在透镜组的像方焦平面4处重新形成一个长方形的光斑，如图3和图5所示。通过调整透镜组的镜片的数量、焦距，还有镜片之间的间隔，从而调整像方焦平面4与物方焦平面的尺寸比例，使光束9在像方焦平面4处的光斑尺寸符合后继的积分匀光元件的入光平面的尺寸，积分匀光元件匀光后光束9出射，照射到成像芯片上。

实施例2

图6为本实施例光路示意图，本实施例的光源中，一组光源为激光荧光粉光源，另一组光源为纯激光光源，如图7所示。激光荧光粉光源中至少含有一个种类的荧光粉光束；纯激光光源至少含有一种波长的激光。合光单元为具有两个入射面的合光棱镜。在本实施例中，激光荧光粉光源的荧光粉为黄绿色，纯激光光源为450nm、520nm、638nm组成的红绿蓝纯激光光源，两组光源发出聚焦光束，汇聚角度可以不同。两组光源分别由合光棱镜的两个入射面入射，反射后聚焦在合光棱镜的第二合光物面，也位于合光成像光路的物方焦平面上。经一定比例的成像后，照射到接下来的积分匀光元件中，经过积分匀光元件出射的光束空间分布均匀，颜色也均匀，出射的光束图像如图8所示，由投影机的照明光路、成像芯片与镜头呈现图像。

实施例3

本实施例中所述光源数量为四个，如图9所示，两两一组的灯泡发出近似平行的汇聚光束，分别经过反射镜后形成聚焦光斑。其中，每个光源发出的光束为近似平行的汇聚光束，经过合光单元后，在镜组物面得到的光斑为四个彼此相切排列的圆形如图9 所示。如图10所示，所述光束经过透镜组后，按照事先设定的放大率形成聚焦光束，进入后继的光学元件，如图11所示。

实施例4

本实施例中，合光单元由镀膜的滤色镜片实现，本实施例中，合光单元的第一面和第二面均为有特殊镀膜设计的光学平面镜片，该光学平面镜片对绿色波段的光束反射，对红色和蓝色波段的光束透射。如图12所示，两束绿色荧光粉光束对射，分别照射到合光单元的第一面和第二面，经过反射后向右传输；蓝色和红色激光由左向右沿主光轴水平传输，透射过所述合光单元的第一面和第二面，与绿色光束合成为白色光束。四组光束的聚焦面近似重合在后继二次成像光路的物焦面上。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神的前提提下，对本实用新型进行的改动均落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于投影机的多灯合光结构，包括多个光源（1），所述光源（1）发出的光束（9）进入一用于汇聚光束的合光单元（3），其特征在于：还包括二次成像单元，所述二次成像单元包括用于调整光束投影的光斑大小的透镜组（5），该透镜组（5）位于主光轴（6）上，所述合光单元（3）至少具有两个入射面，分别为第一面和第二面，所述第一面和第二面相交形成的棱为前棱，所述合光单元（3）的前棱与主光轴（6）相交且垂直，前棱和主光轴（6）所在的平面为合光第一物面（7），过前棱且垂直于主光轴（6）的平面为合光第二物面（8）, 所述透镜组（5）的物方焦平面与所述合光单元（3）的合光第二物面（8）重合,所述光束（9）从合光单元（3）汇聚后，进入透镜组（5），使光束（9）在透镜组（5）的物方焦平面上形成光斑，且成像于透镜组（5）的像方焦平面（4）。

2.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：所述光束（9）在透镜组（5）的像方焦平面（4）的投影的大小与后续的积分匀光元件的入光平面的大小相同。

3.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：所述用于调整光束投影的光斑大小的透镜组（5）至少包括两块透镜。

4.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：所述合光单元（3）为直角合光棱镜，所述多个光源（1）由所述直角合光棱镜的两个直角边入射。

5.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：所述像方焦平面（4）处的投影为紧密排列的光斑。

6.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：所述光源（1）发出的光束（9）包括聚焦光束和平行光束，聚焦光束分别由合光单元（3）的第一面和第二面入射，在合光单元（3）的内部相遇。

7.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：经合光单元（3）出射的光束（9）在合光第二物面（8）处的光斑最小。

8.根据权利要求1所述的用于投影机的多灯合光结构，其特征在于：所述光源（1）包括激光灯、LED灯、氙灯和汞灯。

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