投影光学系统及具有其的投影装置论文和设计-何世峰

全文摘要

本实用新型公开一种投影光学系统及具有其的投影装置，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光源、中继系统、显示芯片以及投影镜头，所述中继系统包括第一反射镜与第一棱镜，所述第一棱镜包括依次相连的第一表面、第二表面以及第三表面，所述光源包括光源本体与第二反射镜，所述光源本体发出的入射光线方向与所述投影镜头的出射方向相互平行，所述光源发出的入射光线依次经过所述第二反射镜以及所述第一反射镜反射后，最终从所述第一表面射出所述第一棱镜后传输至所述投影镜头。本实用新型提供一种投影光学系统及具有其的投影装置，用于解决投影光学系统尺寸较大，影响用户携带与使用的问题。

主设计要求

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源、中继系统、显示芯片以及投影镜头，所述中继系统包括第一反射镜与第一棱镜，所述第一棱镜包括依次相连的第一表面、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；所述显示芯片设于所述第二表面远离所述第三表面的一侧，所述光源包括光源本体与第二反射镜；所述光源本体发出的入射光线依次经过所述第二反射镜以及所述第一反射镜反射后，从所述第三表面射入所述第一棱镜，并从所述第二表面射出所述第一棱镜后传输至所述显示芯片并发生反射，所述入射光线在被所述显示芯片反射后在所述第三表面发生反射，并从所述第一表面射出所述第一棱镜后传输至所述投影镜头；所述光源本体发出的入射光线方向与所述投影镜头的出射方向相互平行。

设计方案

所述光源本体发出的入射光线依次经过所述第二反射镜以及所述第一反射镜反射后，从所述第三表面射入所述第一棱镜，并从所述第二表面射出所述第一棱镜后传输至所述显示芯片并发生反射，所述入射光线在被所述显示芯片反射后在所述第三表面发生反射，并从所述第一表面射出所述第一棱镜后传输至所述投影镜头；

所述光源本体发出的入射光线方向与所述投影镜头的出射方向相互平行。

2.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述入射光线在所述第二反射镜与所述第一反射镜的入射角均为45度。

3.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述中继系统还包括第一中继透镜，所述第一中继透镜设于所述第一反射镜与所述第一棱镜之间，并相对于所述第三表面倾斜设置。

4.如权利要求3所述的投影光学系统，其特征在于，所述第一中继透镜包括靠近所述第一反射镜一侧的第四表面以及靠近所述第三表面一侧的第五表面，所述第一表面与所述第二表面均为非球面结构。

5.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述中继系统还包括匀光元件，所述匀光元件设于所述第一反射镜与所述第二反射镜之间。

6.如权利要求5所述的投影光学系统，其特征在于，所述中继系统还包括沿光轴方向依次设置的第二中继透镜、第三中继透镜以及第四中继透镜，所述第二中继透镜、所述第三中继透镜以及所述第四中继透镜均设于所述匀光元件与所述第一反射镜之间。

7.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源本体包括第一光源、第二光源、第三光源、第一滤光片、第二滤光片以及聚光透镜，所述第一光源发出的光线通过所述第一滤光片与所述第二滤光片后传输至所述聚光透镜，所述第二光源发出的光线经过所述第一滤光片反射后，透射经过所述第二滤光片后传输至所述聚光透镜，所述第三光源发出的光线经过所述第二滤光片反射后传输至所述聚光透镜，所述聚光透镜接收所述第一光源、所述第二光源以及所述第三光源发出的光线后，将光线传输至所述第一反射镜。

8.如权利要求7所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源还包括泵浦光源，所述泵浦光源设于所述第二滤光片远离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。

9.如权利要求7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。

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

设计说明书

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具有其的投影装置。

背景技术

随着投影技术的发展，人们对投影装置的要求也随之提高，现有的投影装置通常具有固定的投射比，需要调节投影装置与投影幕布之间的距离来调整投影图像的大小，从而保证在投影幕布上能够获得对应尺寸大小的投影图像。现有的短焦投影装置中，通常需要在光源和镜头之间增加中继系统，使光源发出的光能够有效的进入投影镜头中，而由于投影镜头的尺寸较大，使得投影光学系统的总长度较长，从而致投影装置的尺寸偏大，影响用户的携带与使用。

实用新型内容

本实用新型提供一种投影光学系统及具有其的投影装置，旨在解决现有技术中由于投影光学系统尺寸较大，影响用户携带与使用的问题。

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源、中继系统、显示芯片以及投影镜头，所述中继系统包括第一反射镜与第一棱镜，所述第一棱镜包括依次相连的第一表面、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；所述显示芯片设于所述第二表面远离所述第三表面的一侧，所述光源包括光源本体与第二反射镜；

所述光源本体发出的的入射光线方向与所述投影镜头的出射方向相互平行。

可选地，所述入射光线在所述第二反射镜与所述第一反射镜的入射角均为45度。

可选地，所述中继系统还包括第一中继透镜，所述第一中继透镜设于所述第一反射镜与所述第一棱镜之间，并相对于所述第三表面倾斜设置。

可选地，所述第一中继透镜包括靠近所述第一反射镜一侧的第四表面以及靠近所述第三表面一侧的第五表面，所述第一表面与所述第二表面均为非球面结构。

可选地，所述中继系统还包括匀光元件，所述匀光元件设于所述第一反射镜与所述第二反射镜之间。

可选地，所述中继系统还包括沿光轴方向依次设置的第二中继透镜、第三中继透镜以及第四中继透镜，所述第二中继透镜、所述第三中继透镜以及所述第四中继透镜均设于所述匀光元件与所述第一反射镜之间。

可选地，所述光源本体包括第一光源、第二光源、第三光源、第一滤光片、第二滤光片以及聚光透镜，所述第一光源发出的光线通过所述第一滤光片与所述第二滤光片后传输至所述聚光透镜，所述第二光源发出的光线经过所述第一滤光片反射后，透射经过所述第二滤光片后传输至所述聚光透镜，所述第三光源发出的光线经过所述第二滤光片反射后传输至所述聚光透镜，所述聚光透镜接收所述第一光源、所述第二光源以及所述第三光源发出的光线后，将光线传输至所述第一反射镜。

可选地，所述光源还包括泵浦光源，所述泵浦光源设于所述第二滤光片远离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。

为实现上述目的，本申请提出一种投影装置，所述投影装置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源、中继系统、显示芯片以及投影镜头，所述中继系统包括第一反射镜与第一棱镜，所述第一棱镜包括依次相连的第一表面、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；所述光源包括光源本体与第二反射镜，所述光源本体发出的入射光线经过所述第二反射镜与所述第一反射镜反射后，最终从所述投影镜头射出，并且所述入射光线的方向与所述投影镜头的光线出射方向相互平行。由于所述投影镜头的尺寸较大，通过所述光源与所述投影镜头并排设置，使所述投影光学系统以折叠光路的方式避免所述投影光学系统的总长度过长，从而导致投影装置尺寸偏大的问题。

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结构示意图；

图2是本实用新型投影光学系统的前视图；

图3是本实用新型投影光学系统的俯视图；

图4是本实用新型投影光学系统的左视图。

附图标号说明：

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具有其的投影装置。

请参照图1至图4，所述投影光学系统沿光线传输方向依次包括光源、中继系统20、显示芯片30以及投影镜头40，所述中继系统20包括第一反射镜21与第一棱镜22，所述第一棱镜22包括依次相连的第一表面221、第二表面222以及第三表面223，所述第一表面221与所述第二表面222相互垂直；所述显示芯片30设于所述第二表面222远离所述第三表面223的一侧，所述光源10包括光源本体19与第二反射镜18；

所述光源本体19发出的入射光线依次经过所述第二反射镜18以及所述第一反射镜21反射后，从所述第三表面223射入所述第一棱镜22，并从所述第二表面222射出所述第一棱镜22后传输至所述显示芯片30并发生反射，所述入射光线在被所述显示芯片30反射后在所述第三表面223发生反射，并从所述第一表面221射出所述第一棱镜22后传输至所述投影镜头40；

所述光源本体19发出的入射光线方向与所述投影镜头40的出射方向相互平行。

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源、中继系统20、显示芯片30以及投影镜头40，所述中继系统20包括第一反射镜21与第一棱镜22，所述第一棱镜22包括依次相连的第一表面221、第二表面222以及第三表面223，所述第一表面221与所述第二表面222相互垂直，所述光源10包括光源本体与第二反射镜18；所述光源本体19发出的入射光线经过所述第一反射镜2 1与所述第二反射镜18反射后，最终从所述投影镜头40射出，并且所述入射光线的方向与所述投影镜头40的光线出射方向相互平行。由于所述投影镜头40的尺寸较大，通过所述光源10与所述投影镜头40并排设置，使所述投影光学系统以折叠光路的方式避免所述投影光学系统的总长度过长，从而导致投影装置尺寸偏大的问题。

在一些可选的实施方式中，所述入射光线在所述第一反射镜21与所述第二反射镜18的入射角均为45度，优选实施方式中，所述光源本体19发出的所述入射光线传输方向与所述投影镜头40的光线入射方向相互平行，可以理解的是，当所述第一反射镜21或所述第二反射镜18的光线入射角不为45度时，所述投影镜头40的光线出射方向与所述投影镜头40的光线入射方向不相互平行，从而增大了所述投影光学系统沿与所述入射光线垂直的方向上的尺寸，进而增大了所述投影光学系统的尺寸。

在一些可选的实施方式中，所述中继系统20还包括第一中继透镜23，所述第一中继透镜23设于所述第一棱镜22与所述第一反射镜21之间，所述第一中继透镜23与所述第三表面223倾斜设置。具体的，由于所述光源10发出的入射光线在经过所述中继系统20后形成的光斑要大于所述显示芯片30的尺寸，并且所述显示芯片30对光线的入射角度有特定的要求，当进入所述显示芯片30的光线入射角度与要求角度不一致时，会造成所述显示芯片30的能量损耗，因此在所述第一反射镜21与所述第一棱镜22之间增加所述第一中继透镜23，优选实施方式中，所述第一中继透镜23为双凸透镜，所述显示芯片30要求的最大光斑尺寸为10*8mm，最佳入射角度为34度，经过所述第一反射镜21反射后的所述入射光线的光斑为20*15mm，通过所述第一中继透镜23，对经过所述第一反射镜21反射的光线进行聚焦，使经过所述第一反射镜21反射后的光斑尺寸从20*15mm调整为10*8mm，并且通过调整所述第一中继透镜23的位置与角度，改变光线进入所述显示单元30的入射角度，从而保证减少所述显示芯片30的能量损耗。

在一些可选的实施方式中，所述第一中继透镜23包括靠近所述第一反射镜21一侧的第四表面以及靠近所述第三表面223一侧的第五表面，所述第四表面与所述第五表面均为非球面结构，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第一中继透镜23的像差。

在一些可选的实施方式中，所述中继系统20还包括匀光元件24，所述匀光元件24设于所述第一反射镜21与所述第二反射镜18之间，所述匀光元件24使传输至所述第一反射镜21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24为导光棒，被所述第二反射镜18反射的光线从所述导光棒的一端进入，并从所述导光棒的另一端射出所述导光棒，并传输至所述第一反射镜21发生反射。可以理解的是，所述匀光元件24不限于此，于另一实施方式中，所述匀光元件24还可以为复眼结构，被所述第二反射镜18反射的光线从所述复眼结构的一端进入，并被所述复眼结构将一束光线分割为多束光线，从而实现光线的匀光作用。

在一些可选的实施方式中，所述中继系统20还包括第二中继透镜25、第三中继透镜26以及第四中继透镜27，其中，所述第二中继透镜25、所述第三中继透镜26以及所述第四中继透镜27均设于所述匀光元件24与所述第一反射镜21之间，具体的，所述第二中继透镜25、所述第三中继透镜26以及所述第四中继透镜27均为球面结构，所述中继系统20用于将所述光源10发出的所述入射光线传输至所述投影镜头40，所述第二中继透镜25、所述第三中继透镜26以及所述第四中继透镜27用于调整所述入射光线的光斑大小。

在一些可选的实施方式中，所述光源本体19还包括第一光源11、第二光源12、第三光源13、第一滤光片14、第二滤光片15以及会聚光透镜16，具体实施方式中，所述第一光源11为红光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片，所述第二光源12为蓝光LED芯片，所述第三光源13为绿光LED芯片。所述红光LED芯片发出的光线从所述第一滤光片14与所述第二滤光片15透射并传输至所述聚光透镜16，所述蓝光LED芯片发出的光线在所述第一滤光片14发生反射，并从所述第二滤光片15透射传输至所述聚光透镜16，所述绿光LED发出的光线在所述第二滤光片15发生反射并传输至所述聚光透镜16。所述红光LED芯片、所述蓝光LED芯片以及所述绿光LED芯片发出的光线在所述聚光透镜16汇聚，并共同传输至所述第一反射镜21。

优选实施方式中，所述光源本体19还包括泵浦光源17，所述泵浦光源17设于所述第二滤光片15远离所述第三光源13的一侧，具体的，所述泵浦光源17为蓝色泵浦LED芯片，所述蓝色泵浦LED芯片发出的光线透过所述第二滤光片15传输至所述绿色LED芯片，所述泵浦光源17通过照射所绿色LED芯片，激发所述绿色LED芯片内的绿色荧光粉，从而提高所述绿色LED芯片的发光亮度。

优选实施方式中，所述第一滤光片14与所述第一光源11的出射光线以及所述第二光源12的出射光线的夹角均为45度，所述第二滤光片15与所述第一滤光片14相互平行。具体的，当所述第一滤光片14与所述第一光源11的出射光线或所述第二光源12的出射光线的夹角不为45度时，所述第一光源11发出的光线在透过所述第一滤光片14后无法与所述第二光源12的在经过所述第一滤光片14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14与所述第二滤光片15不相互平行时，透过所述第二滤光片15的光线与所述第三光源13在经过所述第二滤光片15反射后的光线无法重合，从而需要额外的光源元件对光线进行汇聚，增加了所述光源本体19的元件个数，并且增大了所述光源本体19的尺寸。

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 LightProcessing，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30为数字微镜晶片(Digital Micromirror Device，DMD)芯片。所述光源10发出的光线在DMD芯片上反射后，最后进入所述投影镜头40。

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30为LCOS显示芯片，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，所述LCOS显示芯片反射后，最后进入所述投影镜头40。

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。

设计图

投影光学系统及具有其的投影装置论文和设计

投影光学系统及具有其的投影装置论文和设计-何世峰

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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