照明系统和投影设备的制作方法

1.本技术涉及投影技术领域，特别涉及一种照明系统和投影设备。


背景技术：

2.激光投影显示技术是目前市场上的一种新型的投影显示技术，相对于led投影产品，激光投影显示技术具有画面对比度高，成像清晰，色彩鲜艳，亮度更高的特点，这些显著的特点逐渐使得激光投影显示技术成为市场上的又一主流的发展方向。光阀(英文：digital micromirror device，简称dmd)是一种数字微镜器件，dmd包括多个能够在两个位置之间转动的反射镜，这两个位置可以为开启位置以及关闭位置，通过转动的反射镜即可以控制dmd出射的光束。
3.一种照明系统，用于投影设备，包括0.47英寸的dmd。
4.目前，相关技术中照明系统的投影显示画面的亮度较低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种照明系统与投影设备。所述技术方案如下：
6.根据本技术的一方面，提供了一种照明系统，所述照明系统包括：沿所述照明系统的光路方向依次设置的光路组件、棱镜组件以及0.65英寸的数字微镜器件；
7.所述光路组件被配置为将接收到的光束导向所述棱镜组件，所述棱镜组件被配置为将所述光路组件提供的光束导向所述数字微镜器件，所述数字微镜器件具有矩形受光区域，所述矩形受光区域的一条边与目标投影之间的夹角为45度，所述目标投影为所述棱镜组件射向所述数字微镜器件的第一光束的主光轴在所述矩形受光区域所在平面的正投影。
8.可选地，所述矩形受光区域所在的平面与所述第一光束之间的夹角为78度。
9.可选地，所述棱镜组件包括入光棱镜，所述入光棱镜由入光面，反射面以及出光面围成，所述光路组件位于所述入光面外，所述数字微镜器件位于所述出光面外，所述入光面用于接收所述光路组件提供的光束，并将接收到的光束导向所述反射面，所述反射面用于将接收到的光束反射向所述出光面，所述反射面与所述矩形受光区域之间的夹角满足以下公式：
10.θ1＝β-arcsin[(sin12
°
)/n1)] arcsin[(sinα)/n1)]；
[0011]
其中，β为所述入光棱镜的入光面与反射面的夹角，α为所述入光面的入射光束的与法线的夹角，n1为所述入光棱镜的折射率。
[0012]
可选地，所述光路组件包括匀光组件以及反射镜，所述匀光组件用于接收光束，并将光束导向所述反射镜，所述反射镜用于将接收到的光束导向所述棱镜组件。
[0013]
可选地，所述光路组件还包括透镜组件，所述透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜和所述第二透镜位于所述反射镜的入光侧，所述第三透镜位于所述反射镜的出光侧，所述第一透镜用于接收所述匀光组件提供的光束，且所述第一透镜的主光轴与所述匀光组件提供的光束的主光轴存在目标夹角。
[0014]
可选地，所述第一透镜的主光轴沿逆时针方向从与所述匀光组件的主光轴平行的状态旋转了第一夹角，所述第一夹角满足以下公式：
[0015]
θ2《arcsin(2l/d)；
[0016]
其中，θ2为第一夹角，l为所述匀光组件的出光口到所述第一透镜的轴心的距离，d为所述第一透镜的直径。
[0017]
可选地，所述第三透镜与所述棱镜组件胶合。
[0018]
可选地，所述入光棱镜满足以下公式：
[0019]
β arcsin[(sinα)/n1)]≥θ3；
[0020]
其中，θ3为全反射临界角。
[0021]
可选地，所述照明系统还包括振镜组件，所述振镜组件位于所述数字微镜器件和所述棱镜组件之间。
[0022]
根据本技术的另一方面，提供了一种投影设备，所述投影设备包括上述的照明系统。
[0023]
本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0024]
提供了一种包括沿照明系统的光路方向依次设置的光路组件、棱镜组件以及0.65英寸的数字微镜器件的照明系统。光路组件可以将接收到的光束导向棱镜组件，棱镜组件可以将光路组件提供的光束导向数字微镜器件，数字微镜器件的矩形受光区域的一条边与目标投影之间的夹角为45度，0.65英寸的数字微镜器件可以处理更多的光线，使得照明系统的投影显示画面的亮度更高，可以解决相关技术中照明系统的投影显示画面的亮度较低的问题，实现了提高照明系统的投影显示画面的亮度的效果。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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获得其他的附图。
[0026]
图1是本技术实施例提供的一种照明系统的结构示意图；
[0027]
图2是图1所示的照明系统中的数字微镜器件的结构示意图；
[0028]
图3是图1所示的照明系统中的数字微镜器件与棱镜组件的结构示意图；
[0029]
图4是图1所示的照明系统中匀光组件与第一透镜的结构示意图；
[0030]
图5是图1所示的照明系统中入光棱镜的结构示意图；
[0031]
图6是本技术实施例示出的另一种照明系统的局部结构示意图。
[0032]
通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
[0033]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
[0034]
数字微镜器件可以看作是由许多微反射镜构成的一种光开关，即利用旋转微反射镜实现光开关的开合，镜片的多少由显示分辨率决定，一个小镜片对应一个像素，微反射镜是其最小的工作单位，也是影响其性能的关键。微反射镜的体积非常小，但是依然拥有不同于液晶的复杂机械结构——每块微反射镜都有独立的支撑架，并围绕铰接斜轴进行正或者负n度(n＞0)进行的偏转。在微反射镜的两角布置了两个电极，可以通过电压控制微反射镜的偏转。
[0035]
微反射镜是依靠反射光线工作的，在微反射镜开启状态时(英文：on state，即指微反射镜偏转 n度)，即入射光线(光源)的入射角达到n度，反射角亦达n度(两者相加即是2n度)，此时镜头可以接收到的光线的能量最大；若微反射镜偏向关闭状态时(英文：off state，即指微反射镜偏转-n度)，此时镜头接收到的光线的能量最小，亮度最低。
[0036]
但是，相关技术中的0.47英寸的dmd导致照明系统的投影显示画面的亮度较低。
[0037]
本技术实施例提供了一种照明系统和投影设备，可以解决上述相关技术中的问题。
[0038]
如图1所示，图1是本技术实施例提供的一种照明系统的结构示意图，照明系统包括：沿照明系统的光路方向依次设置的光路组件11、棱镜组件12以及0.65英寸的数字微镜器件13。
[0039]
光路组件11被配置为将接收到的光束导向棱镜组件12，棱镜组件12被配置为将光路组件11提供的光束导向数字微镜器件13。
[0040]
如图2所示，图2是图1所示的照明系统中，沿第一方向看向照明系统的数字微镜器件的结构示意图，第一方向f1可以垂直于数字微镜器件13的显示面所在的平面。数字微镜器件13具有矩形受光区域131，矩形受光区域的一条边b与目标投影s1之间的夹角c为45度，目标投影s1为棱镜组件射向数字微镜器件的第一光束的主光轴在矩形受光区域131所在平面的正投影。如此，可以使得射向数字微镜器件的第一光束完整入射至数字微镜器件的矩形受光区，并可以匹配数字微镜器件的微反射镜的角度。
[0041]
综上所述，本技术实施例提供了一种包括沿照明系统的光路方向依次设置的光路组件、棱镜组件以及0.65英寸的数字微镜器件的照明系统。光路组件可以将接收到的光束导向棱镜组件，棱镜组件可以将光路组件提供的光束导向数字微镜器件，数字微镜器件的矩形受光区域的一条边与目标投影之间的夹角为45度，0.65英寸的数字微镜器件可以处理更多的光线，使得照明系统的投影显示画面的亮度更高，可以解决相关技术中照明系统的投影显示画面的亮度较低的问题，实现了提高照明系统的投影显示画面的亮度的效果。
[0042]
可选地，如图3所示，图3是图1所示的照明系统中的数字微镜器件与棱镜组件的结构示意图，矩形受光区域所在的平面与第一光束s之间的夹角e为78度，如此，第一光束s可以满足数字微镜器件的入光要求，并可以匹配数字微镜器件的微反射镜的旋转角度，进而第一光束s可以被数字微镜器件处理后输出至棱镜组件12。
[0043]
可选地，如图3所示，棱镜组件12包括入光棱镜121，入光棱镜121由入光面p1，反射面p2以及出光面p3围成，光路组件位于入光面p1外，数字微镜器件13位于出光面p3外，入光面p1用于接收光路组件提供的光束，并将接收到的光束导向反射面p2，反射面p2用于将接收到的光束反射向出光面p3，反射面p3与矩形受光区域之间的夹角满足以下公式：
[0044]
θ1＝β-arcsin[(sin12
°
)/n1)] arcsin[(sinα)/n1)]；
[0045]
其中，β为入光棱镜的入光面与反射面的夹角，α为入光面的入射光束的与法线的夹角，n1为入光棱镜的折射率，射出棱镜组件的第一光束s与出光面p3的法线之间的夹角θ4为12度。
[0046]
以使得照射至反射面p3的照明光束可以被反射至数字微镜器件13，且经过数字微镜器件处理后的影像光束可以穿过反射面p3射出入光棱镜。
[0047]
可选地，如图1所示，光路组件11包括匀光组件111以及反射镜112，匀光组件111用于接收光束，并将光束导向反射镜112，反射镜112用于将接收到的光束导向棱镜组件12。如此，反射镜112可以使得匀光组件111出射的光束的方向折转，以缩短照明系统沿主光轴方向的长度，可以减小照明系统的尺寸。反射镜112可以在不改变光束传输方向的情况下，通过增大与棱镜组件12的距离，同时减小与匀光组件111的距离，以实现照明系统的高度的调整，如此，可以为照明系统中的固定支架、散热器等组件留出安装空间。
[0048]
匀光组件可以为光导管或者复眼透镜，可以用于对光源入射的激光光斑进行整形匀化。光束匀化是指将强度分布不均匀的光束通过光束变换，整形成横截面分布均匀的光束。激光光斑是指当激光光源用来照亮例如屏幕的粗糙表面或产生漫反射或漫射透光的任何其它物体时，这些光束干涉形成亮点或者暗点，产生随机的粒状强度图案。
[0049]
光导管是可以是一种由四片平面反射片拼接而成的管状器件，也即为空心光导管，光线在光导管内部多次反射，达到匀光的效果，光导管也可以采用实心光导管，光导管的入光口和出光口为形状面积均一致的矩形，光束从光导管的入光口进入，再从光导管的出光口射出，在经过光导管的过程中完成光束匀化以及激光光斑优化。复眼透镜通常由一系列小透镜组合形成，将两列复眼透镜阵列平行排列，以对输入的光束的光斑分割，再通过后续聚焦透镜将分割的光斑累加，从而得到对光束的匀化以及光斑优化。
[0050]
可选地，如图1所示，光路组件11还包括透镜组件113，透镜组件113包括第一透镜1131、第二透镜1132和第三透镜1133，第一透镜1131和第二透镜1132位于反射镜112的入光侧，第三透镜1133位于反射镜112的出光侧。
[0051]
第一透镜1131的有效焦距为f1，第二透镜1132的有效焦距为f2，第三透镜1133的有效焦距为f3。
[0052]
第一透镜1131的有效焦距f1满足公式：0.05《|f1/f|《0.5；
[0053]
第二透镜1132的有效焦距f2满足公式：0.1《|f2/f|《0.5；
[0054]
第三透镜1133的有效焦距f3满足公式：0.1《|f3/f|《0.5。
[0055]
其中，f为照明系统的有效焦距，有效焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。本技术实施例中第一透镜1131、第二透镜1132和第三透镜1133的焦距满足上述公式，透镜的有效焦距可以为其他范围，本技术实施例在此不作限定。
[0056]
第一透镜1131、第二透镜1132和第三透镜1133可以为球面透镜，相比于使用制造难度较高的非球面透镜，球面透镜较容易加工，从而降低了照明系统的制造难度。
[0057]
如图4所示，图4是图1所示的照明系统中匀光组件与第一透镜的结构示意图，第一透镜1131用于接收匀光组件111提供的光束，且第一透镜1131的主光轴h1与匀光组件111提供的光束的主光轴h2存在目标夹角。
[0058]
可选地，如图4所示，第一透镜1131的主光轴h1沿逆时针方向从与匀光组件111的
主光轴h2平行的状态旋转了第一夹角，第一夹角满足以下公式：
[0059]
θ2《arcsin(2*l/d)；
[0060]
其中，θ2为第一夹角，l为匀光组件的出光口到第一透镜的轴心的距离，d为第一透镜的直径。
[0061]
第一透镜1131相对于匀光组件111的主光轴h2倾斜放置，可以用于补偿光程。第二球面透镜1132可以垂直于照明系统的光轴放置，可以用于进一步汇聚光束，缩小光斑尺寸。第三球面透镜1133可以垂直于照明系统的光轴放置，可以平衡视场光程，缩小光斑尺寸。
[0062]
可选地，如图1所示，第三透镜1133与棱镜组件12胶合，可以减小第三透镜1133与棱镜组件12之间空间的尺寸，从而可以减小照明系统的尺寸。第三透镜1133可以为平凸透镜。
[0063]
可选地，如图5所示，图5是图1所示的照明系统中入光棱镜的结构示意图，入光棱镜121满足以下公式：
[0064]
β arcsin[(sinα)/n1)]≥θ3；
[0065]
其中，β为入光棱镜121的入光面p1与反射面p2的夹角，α为入光面p1的入射光束的与法线的夹角，θ3为全反射临界角，n1为入光棱镜121的折射率。
[0066]
入光棱镜121可以为全内反射棱镜(英文：total internal reflection；简写：tir)，全内反射是一种光学现象，即当光线经过两个不同折射率的介质时，部分的光线会于介质的界面被折射，其余的则被反射，但是，当入射角比临界角大时(光线远离法线)，光线会停止进入另一界面，全部向内面反射，这种现象只会发生在当光线从光密介质(较高折射率的介质)进入到光疏介质(较低折射率的介质)，当入射角大于临界角时，因为没有折射(折射光线消失)而都是反射，故称之为全内反射。
[0067]
可选地，如图6所示，图6是本技术实施例示出的另一种照明系统的局部结构示意图，照明系统还包括振镜组件14，振镜组件14位于数字微镜器件13和棱镜组件12之间。
[0068]
振镜组件14可以包括光学镜片以及驱动部件，驱动部件可以驱动光学镜片以预设的转动轴不断摆动，光学镜片可以随之改变光束的方向。实现对数字微镜器件13输出的影像光束的错位投射。即振镜组件14可以通过高频震动使映像偏移，使该照明系统实现较高分辨率的显示。
[0069]
示例性的，当入射至振镜组件上的光束为平行光束(即光束中的每条光线的入射角相同)时，振镜组件中的光学镜片从一个位置摆动至另一个位置后，影像光束对应的投影图像的每个像素的移位距离均相等，使得投影镜头中各视场到投影屏幕的偏移量一致，这样可以保证目视画面的高分辨率显示。其中，视场的偏移量指的是视场的实际移位距离。本技术实施例将映像偏移镜组放置在照明系统中的光阀与棱镜组件之间，可以通过振镜组件的震动实现4k分辨率，降低系统设计难度。
[0070]
综上所述，本技术实施例提供了一种包括沿照明系统的光路方向依次设置的光路组件、棱镜组件以及0.65英寸的数字微镜器件的照明系统。光路组件可以将接收到的光束导向棱镜组件，棱镜组件可以将光路组件提供的光束导向数字微镜器件，数字微镜器件的矩形受光区域的一条边与目标投影之间的夹角为45度，0.65英寸的数字微镜器件可以处理更多的光线，使得照明系统的投影显示画面的亮度更高，可以解决相关技术中照明系统的投影显示画面的亮度较低的问题，实现了提高照明系统的投影显示画面的亮度的效果。
[0071]
根据本技术的另一方面，提供了一种投影设备，该投影设备包括上述任一实施例中的照明系统。
[0072]
该激光投影设备可以包括光源组件，照明系统以及投影镜头。其中，光源组件可以包括激光光源，出射光束至照明系统，光束经过照明系统处理后射出影像光束，而后影像光束进入投影镜头，并由投影镜头射出激光投影设备。
[0073]
可选地，该激光投影设备中的照明系统可以参照上述实施例中提供的照明系统，包括沿照明系统的光路方向依次设置的光路组件、棱镜组件以及0.65英寸的数字微镜器件。
[0074]
综上所述，本技术实施例提供了一种包括光源组件，照明系统以及投影镜头的激光投影设备，其中的沿照明系统包括光路组件、棱镜组件以及0.65英寸的数字微镜器件的照明系统。光路组件可以将接收到的光束导向棱镜组件，棱镜组件可以将光路组件提供的光束导向数字微镜器件，数字微镜器件的矩形受光区域的一条边与目标投影之间的夹角为45度，0.65英寸的数字微镜器件可以处理更多的光线，使得照明系统的投影显示画面的亮度更高，可以解决相关技术中照明系统的投影显示画面的亮度较低的问题，实现了提高照明系统的投影显示画面的亮度的效果。
[0075]
在本技术中，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0076]
以上所述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。