一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，包括上下并列排放的多根不同長度的實(shí)心導(dǎo)光棒和排列在實(shí)心導(dǎo)光棒后方的空心導(dǎo)光棒，所述實(shí)心導(dǎo)光棒具有一個傾斜入射面和一個垂直出射面，所述空心導(dǎo)光棒的兩端分別設(shè)有垂直于側(cè)面的入射面和出射面，所述多根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面彼此貼合，實(shí)心導(dǎo)光棒的出射面與空心導(dǎo)光棒的入射面貼合，多根實(shí)心導(dǎo)光棒出射面的面積之和等于空心導(dǎo)光棒入射面的面積，每根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面均設(shè)置有一個光源；本發(fā)明將兩個或多個投影燈泡的光耦合到了一起，從根源上提高了投影機(jī)的亮度，同時將投影燈泡的橢圓形光斑整形為長方形，并通過合理設(shè)計導(dǎo)光棒的長度，將出射方形光斑的照度均勻性提高到了95％以上。
【專利說明】
一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)主要用于基于DLP的雙燈或多燈投影顯示設(shè)備中。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來投影機(jī)市場已推出不同亮度的投影產(chǎn)品，主要應(yīng)用于家庭娛樂、商務(wù)會演、游戲模擬、展覽標(biāo)牌、劇院等領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，很多應(yīng)用要求投影機(jī)(工程投影機(jī)、數(shù)字電影放映機(jī)等)具有較高的亮度。
[0003]光學(xué)引擎是投影顯示光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的核心，而照明系統(tǒng)則占據(jù)了光學(xué)引擎相當(dāng)大的一塊成本。照明系統(tǒng)是投影機(jī)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，決定著系統(tǒng)的能量利用率、照明均勻性以及對比度等性能。
[0004]光學(xué)引擎系統(tǒng)中，影響能量利用率的主要因素包括光源的輸出光通量分布、照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的數(shù)值孔徑限制以及各種光學(xué)元件的透反射和吸收損耗等等。其中由于目前設(shè)計方式的局限和材料選用的限制，光學(xué)元件自身引起的量損耗可改善程度很小，而系統(tǒng)的數(shù)值孔徑主要由空間光調(diào)制器的特性和投影物鏡的數(shù)值孔徑所限制，如果需要較大的提高，會以影響像質(zhì)為代價。
[0005]光源發(fā)出的光是具有一定發(fā)散角的圓形或橢圓形光斑，而投影需要的光斑為4:3或16:9的方形光斑，因此，需要對光源發(fā)出的光斑進(jìn)行整形，將光斑由圓形光斑變?yōu)樾枰姆叫喂獍摺?br>[0006]復(fù)眼透鏡照明系統(tǒng)和導(dǎo)光棒照明系統(tǒng)都可以將圓形光斑轉(zhuǎn)化為方形光斑。其基本原理都是將單一的光源成像為二維的光源陣列，并將光源陣列的像疊加，以實(shí)現(xiàn)高均勻性的照明光斑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可將雙燈或多燈發(fā)出的光束通過多根實(shí)心導(dǎo)光棒耦合到一根空心導(dǎo)光棒中，從而輸出高亮度的照度均勻的方形照明光斑的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，包括上下并列排放的多根不同長度的實(shí)心導(dǎo)光棒和排列在實(shí)心導(dǎo)光棒后方的空心導(dǎo)光棒，所述實(shí)心導(dǎo)光棒的一端具有一個與側(cè)面呈一定夾角的傾斜入射面，另一端具有一個與側(cè)面垂直的出射面，所述空心導(dǎo)光棒的兩端分別設(shè)有垂直于側(cè)面的入射面和出射面，所述多根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面彼此貼合，實(shí)心導(dǎo)光棒的出射面與空心導(dǎo)光棒的入射面貼合，多根實(shí)心導(dǎo)光棒出射面的面積之和等于空心導(dǎo)光棒入射面的面積，每根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面均設(shè)置有一個光源。
[0009]所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面傾角為45°，所述的入射面鍍有內(nèi)反射膜。
[0010]所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面的寬高比均為a/2:b，所述的空心導(dǎo)光棒的入射面的寬高比為a:b。
[0011]所述的一種投影機(jī)的多光源親合光學(xué)系統(tǒng)，其空心導(dǎo)光棒的寬高比為16:9或16:10或4:3。
[0012]所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其實(shí)心導(dǎo)光棒包括上下并排的第二實(shí)心導(dǎo)光棒和第一實(shí)心導(dǎo)光棒，所述第一實(shí)心導(dǎo)光棒的長度大于第二實(shí)心導(dǎo)光棒。
[0013]所述的一種投影機(jī)的多光源親合光學(xué)系統(tǒng)，其第一實(shí)心導(dǎo)光棒為5X4 X 115mm的石英玻璃棒或K9玻璃棒;第二實(shí)心導(dǎo)光棒為5 X4X 15mm的石英玻璃棒或K9玻璃棒。
[0014]所述的一種投影機(jī)的多光源親合光學(xué)系統(tǒng)，其空心導(dǎo)光棒由鏡面反射率大于99%的四個長條狀反射鏡膠合而成。空心導(dǎo)光棒的內(nèi)徑尺寸為5X8 X 15mm。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明中第一實(shí)心導(dǎo)光棒和第二實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面均帶45°反射面，光源均位于實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面，光束由實(shí)心導(dǎo)光棒側(cè)面進(jìn)入實(shí)心導(dǎo)光棒，經(jīng)45°反射后，光束在實(shí)心導(dǎo)光棒中發(fā)生全反射，并沿實(shí)心導(dǎo)光棒傳播，然后兩個實(shí)心導(dǎo)光棒的光束耦合到空心導(dǎo)光棒中，最后經(jīng)空心導(dǎo)光棒再次整形勻化變?yōu)榫匦尉鶆蛘彰鞴獍摺?br>[0016]2、本發(fā)明中第一實(shí)心導(dǎo)光棒和第二實(shí)心導(dǎo)光棒的長度差根據(jù)兩個光源的外形尺寸及間距來確定;本發(fā)明中第一實(shí)心導(dǎo)光棒、第二實(shí)心導(dǎo)光棒和空心導(dǎo)光棒的端面的寬、高根據(jù)所選擇的DMD的尺寸和光學(xué)擴(kuò)展量守恒來確定，定位、尺寸精確并靈活多變。
[0017]3、本發(fā)明中第一實(shí)心導(dǎo)光棒、第二實(shí)心導(dǎo)光棒和空心導(dǎo)光棒的材料為石英玻璃或K9玻璃，價格實(shí)惠，利于批量化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明空心導(dǎo)光棒出射端X方向光照度均勻性示意圖；
圖3是本發(fā)明空心導(dǎo)光棒出射端Y方向光照度均勻性示意圖；
圖4是本發(fā)明空心導(dǎo)光棒出射端照度均勻性示意圖。
[0020]各附圖標(biāo)記為:1一第一實(shí)心導(dǎo)光棒，2—第二實(shí)心導(dǎo)光棒，3—空心導(dǎo)光棒。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明公開了一種投影機(jī)的多光源親合光學(xué)系統(tǒng)，包括一根由鏡面反射率大于99%的四個長條狀反射鏡膠合而成的空心導(dǎo)光棒3和多根長短不一的實(shí)心導(dǎo)光棒，多根實(shí)心導(dǎo)光棒上下并列排放，實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面彼此貼合，實(shí)心導(dǎo)光棒和空心導(dǎo)光棒3前后排列，實(shí)心導(dǎo)光棒入射面為與側(cè)面呈45°的傾斜面，入射面鍍有內(nèi)反射膜，實(shí)心導(dǎo)光棒出射面和空心導(dǎo)光棒3入射面與側(cè)面相垂直，實(shí)心導(dǎo)光棒的出射面與空心導(dǎo)光棒3的入射面貼合并位于空心導(dǎo)光棒3的內(nèi)徑里，多根所述的實(shí)心導(dǎo)光棒出射面的面積之和等于空心導(dǎo)光棒入射面的面積，每根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面均設(shè)置有一個，其中實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面的寬高比均為a/2:b，所述的空心導(dǎo)光棒3的入射面的寬高比為a:b，寬度a和高度b的數(shù)值根據(jù)DMD(數(shù)字微鏡陣列)的尺寸和光學(xué)擴(kuò)展量守恒來確定，所述的多根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面的相應(yīng)位置分別設(shè)置有光源，在空心導(dǎo)光棒3出射端Imm處加一個探測器表面，探測器劃分為3X3個方塊，根據(jù)DCI標(biāo)準(zhǔn)計算探測器表面的照度均勻性，根據(jù)照度均勻性來確定導(dǎo)光棒的長度。
[0023]實(shí)施例1
作為一個基本實(shí)施例，如圖1所示，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)包括第一實(shí)心導(dǎo)光棒1、第二實(shí)心導(dǎo)光棒2和空心導(dǎo)光棒3，第一實(shí)心導(dǎo)光棒為5X4 X 115_的石英玻璃棒或K9玻璃棒，第二實(shí)心導(dǎo)光棒為5 X 4 X 15mm的石英玻璃棒或K9玻璃棒，空心導(dǎo)光棒3的內(nèi)徑尺寸為5mm X 8mm X15mm，空心導(dǎo)光棒3的寬高比a:b為16:10，兩根實(shí)心導(dǎo)光棒分別對應(yīng)一個光源。
[0024]投影機(jī)照明光路中導(dǎo)光棒的入射面尺寸較小，而投影燈泡的體積較大，若只用一個投影燈泡，導(dǎo)光棒放在投影燈泡的像點(diǎn)前后即可;若用兩個投影燈泡，則會由于投影燈泡自身體積的原因，兩個投影燈泡間的間距就會比較大，無法同時耦合進(jìn)同一根導(dǎo)光棒內(nèi)，從而限制了投影機(jī)光源的總能量，也就是限制了投影機(jī)整體亮度的提高。
[0025]本實(shí)施例中，兩個投影燈泡(即光源)位于實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面，兩個光源發(fā)出的光分別照射到兩個實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面上，經(jīng)過45°傾斜面反射后，光束折轉(zhuǎn)90°沿實(shí)心導(dǎo)光棒傳播，在實(shí)心導(dǎo)光棒中發(fā)生全反射，兩光束從實(shí)心導(dǎo)光棒出射后進(jìn)入空心導(dǎo)光棒3，并在空心導(dǎo)光棒3中發(fā)生多次反射，最后，光束從空心導(dǎo)光棒3射出，出射的光斑長寬比為16:10。
[0026]兩個投影燈泡發(fā)出的光束經(jīng)過本發(fā)明后變?yōu)?_ X 5mm的均勻照明光斑，在空心導(dǎo)光棒出射端處設(shè)置虛擬探測器，并分析光斑的能量密度，如圖2和圖3所示光斑X和Y方向的能量分布較均勻;將虛擬探測器等分成3 X 3個單元，分析每個單元上的平均能量密度，如圖4所示，單元格的最大能量密度為561.7w/cm2，最小能量密度為547.1 w/cm2，9個單元格的平均能量密度為554.2 w/cm2，經(jīng)過計算分析可知光斑的照度均勾性達(dá)到了97.4%，照明光斑經(jīng)中繼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)照射到數(shù)字微鏡陣列(DMD)，經(jīng)數(shù)字微鏡陣列(DMD)反射后進(jìn)入投影鏡頭，最終投射到大屏幕上。
[0027]本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)將兩個或多個投影燈泡的光耦合到了一起，從根源上提高了投影機(jī)的亮度，同時將投影燈泡的橢圓形光斑整形為長方形，并通過合理設(shè)計導(dǎo)光棒的長度，將出射方形光斑的照度均勻性提高到了 95 %以上。
[0028]實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同的是，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)包括三根長短不同的實(shí)心導(dǎo)光棒和一根空心導(dǎo)光棒3，三根實(shí)心導(dǎo)光棒的實(shí)心導(dǎo)光棒出射面的面積之和等于空心導(dǎo)光棒入射面的面積;空心導(dǎo)光棒3內(nèi)徑的寬高比a:b為16:9或16:10或4:3。
[0029]實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同的是，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)包括四根長短不同的實(shí)心導(dǎo)光棒和一根空心導(dǎo)光棒3，四根實(shí)心導(dǎo)光棒的實(shí)心導(dǎo)光棒出射面的面積之和等于空心導(dǎo)光棒入射面的面積?？招膶?dǎo)光棒3內(nèi)徑的寬高比a:b為16:9或16:10或4:3。
[0030]實(shí)施例4
與實(shí)施例1不同的是，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)中的兩根實(shí)心導(dǎo)光棒的截面相同，兩根實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面位于空心導(dǎo)光棒3法線的兩側(cè)，從而兩個投影燈泡位于兩根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面。
[0031]實(shí)施例5
與實(shí)施例1不同的是，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的空心導(dǎo)光棒3的寬高比為16:9或4:3。
[0032]本發(fā)明可通過增加光源的數(shù)量，從源頭上提高投影顯示設(shè)備的亮度，但由于光源本身尺寸的限制，難以將兩個光源同時擺放在單根導(dǎo)光棒的入射端，因此，本發(fā)明將多個光源發(fā)出的光耦合為亮度均勻的方形照明光斑。
[0033]本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)不僅解決了單燈亮度不夠的難題，而且可以將燈發(fā)出的橢圓光斑勻化整形為亮度均勻的長方形光斑。
[0034]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，以及部分運(yùn)用的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:包括上下并列排放的多根不同長度的實(shí)心導(dǎo)光棒和排列在實(shí)心導(dǎo)光棒后方的空心導(dǎo)光棒(3)，所述實(shí)心導(dǎo)光棒的一端具有一個與側(cè)面呈一定夾角的傾斜入射面，另一端具有一個與側(cè)面垂直的出射面，所述空心導(dǎo)光棒(3)的兩端分別設(shè)有垂直于側(cè)面的入射面和出射面，所述多根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面彼此貼合，實(shí)心導(dǎo)光棒的出射面與空心導(dǎo)光棒(3)的入射面貼合，多根實(shí)心導(dǎo)光棒出射面的面積之和等于空心導(dǎo)光棒(3)入射面的面積，每根實(shí)心導(dǎo)光棒的側(cè)面均設(shè)置有一個光源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面傾角為45°，所述的入射面鍍有內(nèi)反射膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)心導(dǎo)光棒的入射面的寬高比均為a/2:b，所述的空心導(dǎo)光棒(3)的入射面的寬高比為a:b。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的空心導(dǎo)光棒(3)的寬高比為16:9或16:10或4:3。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的實(shí)心導(dǎo)光棒包括上下并排的第二實(shí)心導(dǎo)光棒(2)和第一實(shí)心導(dǎo)光棒(1)，所述第一實(shí)心導(dǎo)光棒(I)的長度大于第二實(shí)心導(dǎo)光棒(2)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一實(shí)心導(dǎo)光棒(I)為5 X 4 X 115_的石英玻璃棒或K9玻璃棒。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二實(shí)心導(dǎo)光棒(2)為5 X 4 X 15mm的石英玻璃棒或K9玻璃棒。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的空心導(dǎo)光棒(3 )由鏡面反射率大于99 %的四個長條狀反射鏡膠合而成。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種投影機(jī)的多光源耦合光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述空心導(dǎo)光棒(3)的內(nèi)徑尺寸為5X8 X 15mm。
【文檔編號】G02B27/09GK105867058SQ201610304535
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李升輝, 崔小強(qiáng), 耿安兵, 潘?？? 唐培 , 陳偉, 彭軍
【申請人】湖北久之洋紅外系統(tǒng)股份有限公司