CN211698570U - 一种高光通量微型投影光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高光通量微型投影光学系统，涉及微型投影显示技术领域，所述高光通量微型投影光学系统包括：光源组件、准直系统组件、合色系统、反射镜、空间光控制器和成像镜头；所述光源组件包括三基色光源单元；所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直并使其进入所述合色系统；所述合色系统用于将由所述三基色光源单元发出并准直后的三路光束合为一束；所述反射镜用于将合束的光束反射到所述空间光控制器上，为所述空间光控制器提供倾斜照射的远心光束；所述空间光控制器用于为所述高光通量微型投影光学系统提供投影内容，所述成像镜头用于将所述空间光控制器上的投影内容成像在指定位置。

Description

一种高光通量微型投影光学系统

技术领域

本实用新型涉及微型投影显示技术领域，尤其是涉及一种高光通量微型投影光学系统。

背景技术

目前，市面上存在的微型投影系统都存在成本高、光通量低等问题，成本高主要是因为产品定位为无屏电视，用于家用或者办公，要求投影出来的画面有较高的照度均匀性，不能被肉眼察觉。商用投影仪一般照度均匀性在90％左右。光通量低主要是因为照明部分里的光学元器件较多，光在元件之间传递时，存在光能损失。

但是，市场存在部分投影需求，不追求高均匀性、高像素等要求但需要高光通量、低成本。如商铺广告、路灯、汽车投影等。由于呈现画面的介质是地面、马路等，均匀性和高分辨率等特点已经失去了意义。因此亟需一种低成本的满足上述使用场景的微型投影光学系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高光通量微型投影光学系统，以缓解现有的投影装置光通量低的技术问题。

本实用新型实施例提供的一种高光通量微型投影光学系统，所述高光通量微型投影光学系统包括：光源组件、准直系统组件、合色系统、反射镜、空间光控制器和成像镜头；

所述光源组件包括三基色光源单元；

所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直并使其进入所述合色系统；

所述合色系统用于将由所述三基色光源单元发出并准直后的三路光束合为一束；

所述反射镜用于将合束的光束反射到所述空间光控制器上，为所述空间光控制器提供倾斜照射的远心光束；

所述空间光控制器用于为所述高光通量微型投影光学系统提供投影内容，所述成像镜头用于将所述空间光控制器上的投影内容成像在指定位置。

进一步的，所述合色系统包括一片第一二向色镜和两片第二二向色镜，所述第一二向色镜表面镀有反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，所述第二二向色镜表面镀有反射红光但透射蓝光和绿光的膜层；

两片第二二向色镜分别位于所述第一二向色镜的相对两侧，以使第一二向色镜和第二二向色镜呈十字型排布；

所述第一二向色镜和第二二向色镜形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d；

所述三基色光源单元分别为红光光源、绿光光源和蓝光光源；

所述红光光源朝向所述第一夹角a，所述绿光光源朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源朝向所述第三夹角c；

所述合色系统合束的光能够从所述第四夹角d射出。

进一步的，所述的合色系统为立方体棱镜，所述立方体棱镜的对角线设置有呈十字交叉的反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，以及反射红光但透射蓝光和绿光的膜层；

所述立方体棱镜的对角线形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d；

所述三基色光源单元分别为红光光源、绿光光源和蓝光光源；

所述红光光源朝向所述第一夹角a，所述绿光光源朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源朝向所述第三夹角c；

所述合色系统合束的光能够从所述第四夹角d射出。

进一步的，所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直，以使其光束扩散角小于12度。

进一步的，所述的准直系统组件包括至少两片玻璃透镜，所述玻璃透镜的面型为球面或者非球面。

进一步的，由所述反射镜反射并照射在空间光控制器上的光束为倾斜照射的远心光束，且所述远心光束在空间光控制器上的光斑面积大于空间光控制器的有效面积，且小于等于空间光控制器的要求值。

进一步的，所述的反射镜的面型为自由曲面、非球面、球面或者平面。

进一步的，所述成像镜头包含多片玻璃球面透镜。

本实用新型实施例提供的一种高光通量微型投影光学系统，所述高光通量微型投影光学系统包括：光源组件、准直系统组件、合色系统、反射镜、空间光控制器和成像镜头；所述光源组件包括三基色光源单元；所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直并使其进入所述合色系统；所述合色系统用于将由所述三基色光源单元发出并准直后的三路光束合为一束；所述反射镜用于将合束的光束反射到所述空间光控制器上，为所述空间光控制器提供倾斜照射的远心光束；所述空间光控制器用于为所述高光通量微型投影光学系统提供投影内容，所述成像镜头用于将所述空间光控制器上的投影内容成像在指定位置。光源单元发出的光先后经过准直系统组件、合色系统、反射镜、空间光控制器后进入到成像镜头内，成像镜头将投影内容成像。其中，三个颜色的光源单元发出的光线合束后，通过反射镜进入到空间光控制器内，只经过了一次反射，光损失较少，从而可以使光通量增加，可以在地面、马路等介质上形成能明亮的图像，适合户外投影需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统的照明部分的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统的合色组件的原理图；

图4为本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统的照度仿真图；

图5为4图中照明仿真图对应的横纵向照度图；

图6为本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统在投影距离为5米处的MTF图。

图标：1-红光光源；2-绿光光源；3-蓝光光源；4-第一准直透镜；5-第二准直透镜；6-合色系统；7-反射镜；8-空间光控制器；9-成像镜头。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图3所示，本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统，所述高光通量微型投影光学系统包括：光源组件、准直系统组件、合色系统6、反射镜7、空间光控制器8和成像镜头9；所述光源组件包括三基色光源单元；所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直成小角度光束并使其进入所述合色系统6；所述合色系统用于将由所述三基色光源单元发出并准直后的三路光束合为一束；所述反射镜7用于将合束后的一束光束反射到所述空间光控制器上，为所述空间光控制器提供倾斜照射的远心光束；所述空间光控制器用于为所述高光通量微型投影光学系统提供投影内容，所述成像镜头9用于将所述空间光控制器上的投影内容成像在指定位置。光源单元发出的光先后经过准直系统组件、合色系统6、反射镜7、空间光控制器8后进入到成像镜头9内，成像镜头9将投影内容成像。其中，三个颜色的光源单元发出的光线合束后，通过反射镜7进入到空间光控制器8内，只经过了一次反射，光损失较少，从而可以使光通量增加，可以在地面、马路等介质上形成能明亮的图像，适合户外投影需求。

因为本实用新型实施例提供的光学系统中合色系统6和空间光控制器8之间只有一个反射镜7，整体所使用的元件较少，其制作成本较低。本实用新型实施例提供的高光通量微型投影光学系统因为其成本低，光通量高的优势，可以被用在户外广告投影上，例如，使用场景为投影距离大于3米的户外广告。

准直系统组件可以将光源单元发射出的近朗博体光束准直成小角度光束，准直组件可以包括第一准直透镜4和第二准直透镜5，其中第一准直透镜4可以为玻璃球面透镜，第二准直透镜5可以为玻璃非球面透镜。准直组件也可以由2片玻璃非球面透镜或3片玻璃球面或玻璃非球面透镜组成。

所述合色系统包括一片第一二向色镜和两片第二二向色镜，所述第一二向色镜表面镀有反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，所述第二二向色镜表面镀有反射红光但透射蓝光和绿光的膜层；两片第二二向色镜分别位于所述第一二向色镜的相对两侧，以使第一二向色镜和第二二向色镜呈十字型排布；所述第一二向色镜和第二二向色镜形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d；所述三基色光源单元分别为红光光源1、绿光光源2和蓝光光源3；所述红光光源1朝向所述第一夹角a，所述绿光光源2朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源3朝向所述第三夹角c；所述合色系统合束的光能够从所述第四夹角d射出。

如图3所示，本实施例的一种实施方式，合色系统可以为十字形平板，所述合色系统包括一个第一二向色镜和两个第二二向色镜，两个所述第二二向色镜分别对齐地设置在所述第一二向色镜的相对两侧方，且第二二向色镜与第一二向色镜垂直。所述反射蓝光但透射红光和绿光的膜层在所述第一二向色镜表面，所述反射红光但透射蓝光和绿光的膜层的第一部分镀在其中一个第二二向色镜一面，所述反射红光但透射蓝光和绿光的膜层的另一部分镀在另一个第二二向色镜的一面上，从而可以使第一二向色镜和第二二向色镜呈十字型。第一二向色镜和第二二向色镜形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d。光源组件的三基色光源单元分别为红光光源1、绿光光源2和蓝光光源3，且所述红光光源1朝向所述第一夹角a，所述绿光光源2朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源3朝向所述第三夹角c；所述合色系统合束的光能够从所述第四夹角d射出，将三个不同颜色的光束合束。

除了上述的实施方外，本实施例还可以采用如下的实施方式进行对光束进行合束，所述合色系统包括立方体棱镜，所述立方体棱镜的对角线设置有呈十字交叉的反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，以及反射红光但透射蓝光和绿光的膜层；所述立方体棱镜的对角线形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d；所述三基色光源单元分别为红光光源1、绿光光源2和蓝光光源3；所述红光光源1朝向所述第一夹角a，所述绿光光源2朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源3朝向所述第三夹角c；所述合色系统合束的光能够从所述第四夹角d射出。

与上述实施方式不同之处在于，本实施方式中的合色系统为立方体棱镜，两个膜层分别镀在立方体棱镜的对角线位置处，三个光源单元分别位于立方体棱镜的外侧，且三个光源单元分别朝向两个膜层相夹的第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c，合束的光束从第四夹角d射出，且合束的原理与上述实施方式的原理相同，不再赘述。

需要说明的，三基色光源单元的排列方式还有其它方式，相应的，反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，以及反射红光但透射蓝光和绿光的膜层的布置方式也相应的改变。

红光光源1可以为红色LED，绿光光源2可以为绿色LED，蓝光光源3可以为蓝色LED。根据光的三原色原理，空间光控制器8可以产生多种不同颜色的图像。多个光源单元的光学扩展量和空间光控制器光学扩展量匹配。LED排布位置可根据具体需求变化。

准直系统能够将光源单元发射出的近朗博体光束准直成小角度光束，以使其光束扩散角小于12度。

所述的准直系统组件包括至少两片玻璃透镜，所述玻璃透镜的面型可以为球面或者非球面。

所述空间光控制器和成像镜头9沿第一方向依次设置，所述合色系统和反射镜7位于所述第一方向的侧方，所述反射镜7用于为所述空间光控制器提供倾斜的远心照明光束，且反射后的光束照射在空间光控制器上的光斑大小要大于空间光控制器的有效面积，且小于等于空间光控制器的要求值。反射镜7位于空间光控制器8的侧方，将光线倾斜的反射到空间光控制器8的表面上，所述反射镜7为所述空间光控制器提供倾斜的远心照明光束，增大入射光束的倾斜角度可以增大照明光束的孔径角或系统对比度，远心的目的是为了让照明光束的出瞳和成像光束的入瞳相匹配。

所述的反射镜7的面型可以为自由曲面、非球面、球面或者平面。本实施例中采用的是自由曲面。

所述成像镜头9包含多片玻璃球面透镜，所述成像镜头9的入瞳直径/焦距F数为1.2-2.0，可以让照明出瞳和成像入瞳相匹配，利于分开设计和安装。成像镜头9组件有较长的后截距。

玻璃球面透镜的材质为玻璃。相比于其他材质而言，玻璃材质的透镜稳定性更高，防止由温度过高引起的跑焦现象。成像镜头9可以由五片玻璃球面透镜组成，成像镜头9也可以使用玻璃非球面减少镜片数量和缩减系统体积。

如图4和图5所示，本实施例的一种实施方式，其中，空间光控制器为DMD空间光控制器，合色系统6为十字形平板，反射镜7的面型为自由曲面，反射镜7反射的光线到空间光控制器表面的入射角可以为31度，成像系统视场角为14°x7°，F数为1.4，在5米处的照度均匀性约为76％，仿真光效可达46.7％，光机实测光通量约为1300流明，完全满足道路照明及投影使用。

成像镜头9可以由5片玻璃球面组成，成像系统镜片参数如表1。

面	半径	厚度	折射率	阿贝数
					OBJECT	infinity	10000
1	50.63	7.02	1.88	41.00
					2	－308.89	10.66
3	－41.44	2	1.69	30.38
					4	41.44	1.24
Stop	infinity	8.65
					6	－49.50	10	1.88	25.56
7	117.27	0.94
					8	260.25	7.67	1.72	52.95
9	－34.49	0.15
					10	49.78	7.21	1.72	52.95
11	－113.58	43.71
					12	infinity	1.1	1.52	64.12
13	infinity	0.51
					IMAGE	infinity	0

如图6所示，可以看出全视场MTF>0.5@25lp/mm,完全满足使用需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述高光通量微型投影光学系统包括：光源组件、准直系统组件、合色系统(6)、反射镜(7)、空间光控制器(8)和成像镜头(9)；

所述光源组件包括三基色光源单元；

所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直并使其进入所述合色系统(6)；

所述合色系统用于将由所述三基色光源单元发出并准直后的三路光束合为一束；

所述反射镜(7)用于将合束的光束反射到所述空间光控制器(8)上，为所述空间光控制器提供倾斜照射的远心光束；

所述空间光控制器(8)用于为所述高光通量微型投影光学系统提供投影内容，所述成像镜头(9)用于将所述空间光控制器(8)上的投影内容成像在指定位置。

2.根据权利要求1所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述合色系统(6)包括一片第一二向色镜和两片第二二向色镜，所述第一二向色镜表面镀有反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，所述第二二向色镜表面镀有反射红光但透射蓝光和绿光的膜层；

两片第二二向色镜分别位于所述第一二向色镜的相对两侧，以使第一二向色镜和第二二向色镜呈十字型排布；

所述第一二向色镜和第二二向色镜形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d；

所述三基色光源单元分别为红光光源(1)、绿光光源(2)和蓝光光源(3)；

所述红光光源(1)朝向所述第一夹角a，所述绿光光源(2)朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源(3)朝向所述第三夹角c；

所述合色系统(6)合束的光能够从所述第四夹角d射出。

3.根据权利要求1所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述的合色系统(6)为立方体棱镜，所述立方体棱镜的对角线设置有呈十字交叉的反射蓝光但透射红光和绿光的膜层，以及反射红光但透射蓝光和绿光的膜层；

所述立方体棱镜的对角线形成四个夹角，依次分别为第一夹角a、第二夹角b、第三夹角c和第四夹角d；

所述三基色光源单元分别为红光光源(1)、绿光光源(2)和蓝光光源(3)；

所述红光光源(1)朝向所述第一夹角a，所述绿光光源(2)朝向所述第二夹角b，所述蓝光光源(3)朝向所述第三夹角c；

所述合色系统(6)合束的光能够从所述第四夹角d射出。

4.根据权利要求1所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述准直系统组件用于将光源单元出射的光准直，以使其光束扩散角小于12度。

5.根据权利要求4所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述的准直系统组件包括至少两片玻璃透镜，所述玻璃透镜的面型为球面或者非球面。

6.根据权利要求1所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，由所述反射镜反射并照射在空间光控制器上的光束为倾斜照射的远心光束，且所述远心光束在空间光控制器上的光斑面积大于空间光控制器的有效面积，且小于等于空间光控制器的要求值。

7.根据权利要求6所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述的反射镜(7)的面型为自由曲面、非球面、球面或者平面。

8.根据权利要求1所述的高光通量微型投影光学系统，其特征在于，所述成像镜头(9)包含多片玻璃球面透镜。

Images