提高光利用率及投影亮度的投影光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于投影设备光学系统设计领域，具体涉及一种提高光利用率及投影亮度的投影光学系统。
【背景技术】
[0002]单片DMD投影设备体积小，光机结构简单，在市场上应用十分广泛，但是，由于DMD的投影原理限制，随着投影画面的不同，将有不定量的光线经DMD非投影方向出射，造成光源的浪费，降低了单片DMD投影设备的光利用率及投影亮度，同时，由于必须考虑非投影方向的出射光线转化成热量的散热问题，需要设计高性能的散热系统，一定程度上增加了单片DMD投影设备的系统复杂程度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，解决现有技术存在的光利用率低和系统结构复杂的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统包括激光光源、会聚镜、偏振分光棱镜、色轮、积分方棒、中继镜组A、DMD、投影镜头和折转镜组；
[0005]激光光源发出的偏振光P经会聚镜汇聚后经偏振分光棱镜透射，经偏振分光棱镜透射的偏振光P依次经色轮、积分方棒和中继镜组A入射到DMD上，经DMD投影方向的出射光经投影镜头出射，经DMD非投影方向的出射光经折转镜组得到偏振光S，偏振光S以垂直激光光源主光轴的方向入射到偏振分光棱镜，经偏振分光棱镜反射的偏振光S和透射的偏振光P同轴入射到色轮上；
[0006]所述折转镜组包括全反射镜A、中继镜组B、全反射镜B和1/2波片;经DMD非投影方向的出射光依次经全反射镜A反射、经中继镜组B和1/2波片折射得到偏振光S。
[0007]所述激光光源为白光激光源。
[0008]所述偏振分光棱镜由两等腰直角三棱镜胶合而成，在偏振分光棱镜的楔面镀制偏振分光薄膜，所述偏振分光薄膜可透射偏振光P，反射偏振光S。
[0009]所述偏振光P的光矢量振动方向平行于入射光线与入射端面的法线所成的平面，所述偏振光S的光矢量振动方向垂直入射光线与入射端面的法线所成的平面。
[0010]所述折转镜组内部各光路共面折转。
[0011 ]所述折转镜组出射的偏振光S数值孔径与会聚镜出射的偏振光P数值孔径一致。
[0012]所述中继镜组A包括多片镜片，积分方棒出射端面的偏振光P经中继镜组A共轭成像于DMD的工作面。
[0013]所述多片镜片具体为两片或三片。
[0014]所述中继镜组B包括两片镜片，所述DMD工作面为中继镜组B的入瞳面。
[0015]本发明的有益效果为:本发明的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统通过空间排布，DMD非投影方向出射光经过转折镜组后，转换为偏振光S，并以垂直激光光源主光轴的方向入射到偏振分光棱镜，经偏振分光棱镜反射，并再次穿过色轮、积分方棒、中继镜组，最终经DMD再次反射进入投影镜头，实现重复利用；提高了单片DMD投影设备光利用率及投影亮度，同时，由于显著减少了DMD非投影方向出射光转化成的热量，散热系统得以简化，在一定程度上降低了单片DMD投影设备的系统复杂程度。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统结构示意图；
[0017]其中:1、激光光源，2、会聚镜，3、偏振分光棱镜，4、色轮，5、积分方棒，6、中继镜组A，7、DMD，8、投影镜头，9、全反射镜A，1、中继镜组B，11、全反射镜B，12、I /2波片。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0019]参见附图1，本发明的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统包括激光光源1、会聚镜2、偏振分光棱镜3、色轮4、积分方棒5、中继镜组A6、DMD7、投影镜头8和折转镜组；
[0020]激光光源I发出的偏振光P经会聚镜2汇聚后经偏振分光棱镜透射，经偏振分光棱镜3透射的偏振光P依次经色轮4、积分方棒5和中继镜组A6入射到DMD7上，经DMD7投影方向的出射光经投影镜头8出射，经DMD7非投影方向的出射光经折转镜组得到偏振光S，偏振光S以垂直激光光源I主光轴的方向入射到偏振分光棱镜3，经偏振分光棱镜3反射的偏振光S和透射的偏振光P同轴入射到色轮4上；
[0021 ]所述折转镜组包括全反射镜A9、中继镜组BlO、全反射镜B11和1/2波片12;经DMD7非投影方向的出射光依次经全反射镜A9反射、经中继镜组BlO和1/2波片12折射得到偏振光S。
[0022 ] 所述激光光源I为白光激光源。
[0023]所述偏振分光棱镜3由两等腰直角三棱镜胶合而成，在偏振分光棱镜的楔面镀制偏振分光薄膜，所述偏振分光薄膜可透射偏振态为P的偏振分量，反射偏振态为S的偏振分量。所述P偏振态的光矢量振动方向平行于入射光线与入射端面的法线所成的平面，所述S偏振态的光矢量振动方向垂直入射光线与入射端面的法线所成的平面。
[0024]所述折转镜组内部各光路共面折转。
[0025]所述折转镜组出射的偏振光S数值孔径与会聚镜2出射的偏振光P数值孔径一致。
[0026]所述中继镜组A6由两片或三片镜片组成，其功能是将积分方棒5的出射端面共轭成像于DMD7的工作面。
[0027]所述中继镜组BlO由2片镜片组成，其功能是以DMD7工作面为中继镜组BlO的入瞳面，使得非投影方向光线经中继镜组B10、l/2波片12、偏振分光棱镜3，最终会聚于积分方棒5的入射端面。
【主权项】
1.提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，包括激光光源(I)、会聚镜(2)、色轮(4)、积分方棒(5)、中继镜组A(6)、DMD(7)和投影镜头(8)，其特征在于，还包括偏振分光棱镜(3)和折转镜组； 激光光源(I)发出的偏振光P经会聚镜(2)汇聚后经偏偏振分光棱镜透射，经偏振分光棱镜(3)透射的偏振光P依次经色轮(4)、积分方棒(5)和中继镜组A(6)入射到DMD(7)上，经DMD(7)投影方向的出射光经投影镜头(8)出射，经DMD(7)非投影方向的出射光经折转镜组得到偏振光S，偏振光S以垂直激光光源(I)主光轴的方向入射到偏振分光棱镜(3)，经偏振分光棱镜(3)反射的偏振光S和透射的偏振光P同轴入射到色轮(4)上； 所述折转镜组包括全反射镜A(9)、中继镜组B(1)、全反射镜B(Il)和1/2波片(12);经DMD (7)非投影方向的出射光依次经全反射镜A (9)反射、经中继镜组B (1)和I /2波片(I 2)折射得到偏振光S。2.根据权利要求1所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述激光光源(I)为白光激光源。3.根据权利要求1所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述偏振分光棱镜(3)由两等腰直角三棱镜胶合而成，在偏振分光棱镜的楔面镀制偏振分光薄膜，所述偏振分光薄膜可透射偏振光P，反射偏振光S。4.根据权利要求1所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述折转镜组内部各光路共面折转。5.根据权利要求1所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述折转镜组出射的偏振光S数值孔径与会聚镜(2)出射的偏振光P数值孔径一致。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述中继镜组A(6)包括多片镜片，积分方棒(5)出射端面的偏振光P经中继镜组A(6)共轭成像于DMD (7)的工作面。7.根据权利要求6所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述多片镜片具体为两片或三片。8.根据权利要求1-5中任意一项所述的提高光利用率及投影亮度的投影光学系统，其特征在于，所述中继镜组B(1)包括两片镜片，所述DMD(7)工作面为中继镜组B(1)的入瞳面。
【专利摘要】提高光利用率及投影亮度的投影光学系统属于投影设备光学系统设计领域，目的在于解决现有技术存在的光利用率低和系统结构复杂的问题。本发明的激光光源发出的偏振光P经会聚镜汇聚后经偏正分光棱镜透射，经偏振分光棱镜透射的偏振光P依次经色轮、积分方棒和中继镜组A入射到DMD上，经DMD投影方向的出射光经投影镜头出射，经DMD非投影方向的出射光经折转镜组得到偏振光S，经偏振分光棱镜反射的偏振光S和透射的偏振光P同轴入射到色轮上；折转镜组包括全反射镜A、中继镜组B、全反射镜B和1/2波片；经DMD非投影方向的出射光依次经全反射镜A反射、经中继镜组B和1/2波片折射得到偏振光S。
【IPC分类】G03B21/00, G03B21/20
【公开号】CN105573033
【申请号】CN201510962289
【发明人】王飞, 芮大为, 田伟, 张巍
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月21日