CN111694209A - 可加载标准接口工业镜头的高亮小体积dlp投影光路及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，包括照明光路、匀光光路、DMD芯片、成像光路，和转接结构件；照明光路包括分别对应G、B、R三种光源的第一发光源、第二发光源和第三发光源，以及对三种光源进行合光的合光组件；匀光光路包括复眼和与复眼配合的透镜组件；成像光路将DMD芯片的有效面的反射光线直接成实像到工业镜头；本发明专利通过成像镜头将DMD芯片的有效面成像在空气中，再通过细分种类的转接结构件，使得各类工业镜头可以与之匹配，从而大幅度减低开发定制成本和压缩生产周期；此外，采用多色光源合光再搭配复眼匀光的方案，解决了目前光源波长单一、亮度低以及体积大的问题。

Description

可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路及设备

技术领域

本发明涉及DLP投影技术领域，更具体地说，涉及一种可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路及设备。

背景技术

在目前工业检测、扫描或者3D打印等出光系统的应用场合，常常会有不同投影尺寸和工作距离的要求，基本上每切换一个场景就需要更换一款投影镜头，其开发成本和时间有着巨大的浪费；虽然市面上有各种型号的工业镜头可供选择，但是工业镜头在设计的时候并没有考虑DLP光机中的棱镜材质和厚度，因此两者不能匹配。

另一方面，对于工业应用，常用光源除了蓝光，还有白光和红光，不过目前市面上还只是有单蓝光的产品，使用范围受到明显的限制，也只能用在低亮度的场合，通用性有所限制，体积也较为庞大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路及设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，包括照明光路、匀光光路、DMD芯片、成像光路，和连接不同标准接口的工业镜头的转接结构件；所述照明光路包括分别对应G、B、R三种光源的第一发光源、第二发光源和第三发光源，以及对三种光源进行合光的合光组件；所述匀光光路包括复眼和与所述复眼配合的透镜组件，用于对所述照明光路的出射光线匀光，并将匀光后光线射出至所述DMD芯片；所述成像光路将所述DMD芯片的有效面的反射光线直接成实像到所述工业镜头。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述成像光路由按负、正、负、正、负的对称光焦度分布的多个镜头构成。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述复眼为双面对称复眼，用于将入射的宽光束分为多个细光束；所述透镜组件为聚光镜。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述透镜组件由多个透镜组合构成，多个所述透镜之间设置有用于折叠光路的反射镜。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，还包括RTIR棱镜组，所述RTIR棱镜组用于调节所述匀光光路的出射光线角度，并将所述DMD芯片的出射光线反射至所述成像光路上。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述RTIR棱镜组包括呈等腰直角三角形的主棱镜和呈三角形的补偿棱镜。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述照明光路还包括对应BP光源的第四发光源，所述第四发光源为蓝光泵浦光源；所述合光组件对所述第一发光源、所述第二发光源、所述第三发光源和所述第四发光源发出光线合光。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述合光组件包括四个分别对应所述第一发光源、所述第二发光源、所述第三发光源和所述第四发光源的准直透镜组；所述合光组件还包括将所述第四发光源发出的经准直后的光线反射至所述第一发光源的有效发光面的滤光片、将所述第二发光源发出的经准直后的光线与所述第一发光源发出的经准直后的光线合光的第一合光片，和将所述第一合光片的出射光线与所述第三发光源发出的经准直后的光线合光的第二合光片；所述滤光片和所述第一合光片上均设置有透绿光反蓝光的镀层；所述第二合光片上设置有透蓝光绿光反红光的镀层。

本发明所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述滤光片和所述第一合光片之间设置有对所述滤光片的出射光线收敛的第一中继镜；所述第一合光片和所述第二合光片之间设置有对所述第一合光片的出射光线收敛的第二中继镜。

一种DLP投影设备，根据上述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，所述DLP投影设备上设置有所述可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路。

本发明的有益效果在于：本发明专利通过成像镜头将DMD芯片的有效面成像在空气中，避免了棱镜材质和折射率对工业镜头像质的影响，再通过细分种类的转接结构件，使得各类工业镜头可以与之匹配，这样就可以通过直接购买现成的工业镜头来取代目前需要高成本长周期定制的镜头，从而大幅度减低开发定制成本和压缩生产周期；此外，本发明专利采用多色光源合光再搭配复眼匀光的方案，从而解决了目前光源波长单一、亮度低以及体积大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：

图1是本发明较佳实施例的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路匀光光路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明较佳实施例的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，如图1所示，同时参阅图2，包括照明光路1、匀光光路2、DMD芯片3、成像光路4，和连接不同标准接口的工业镜头的转接结构件5；照明光路1包括分别对应G、B、R三种光源的第一发光源10、第二发光源11和第三发光源12，以及对三种光源进行合光的合光组件；匀光光路2包括复眼20和与复眼配合的透镜组件21，用于对照明光路的出射光线匀光，并将匀光后光线射出至DMD芯片3；成像光路4将DMD芯片3的有效面的反射光线直接成实像到工业镜头；

本发明专利通过成像镜头将DMD芯片的有效面成像在空气中，避免了棱镜材质和折射率对工业镜头像质的影响，再通过细分种类的转接结构件5，使得各类工业镜头可以与之匹配，这样就可以通过直接购买现成的工业镜头来取代目前需要高成本长周期定制的镜头，从而大幅度减低开发定制成本和压缩生产周期；此外，本发明专利采用多色光源合光再搭配复眼匀光的方案，从而解决了目前光源波长单一、亮度低以及体积大的问题；

需要说明的是，转接结构件5作为一个外接部件，可以是一系列结构件，根据具体接口的工业镜头而具有不同机械后焦间隔和螺纹孔径；转接结构件可采用现有的结构形式，也可根据不同标准接口的工业镜头来单独设计；转接结构件还可以采用单独的设计结构匹配不同机械后焦和口径，例如采用多个呈圆周分布的有一定厚度的凸轮压持工业镜头的外侧表面的方式来进行匹配夹持工业镜头，通过调节压持位置调节机械后焦等。

优选的，成像光路4由按负、正、负、正、负的对称光焦度分布的多个镜头构成；镜头以DMD芯片的有效面为物，成一个实像在成像面7处；由于物像基本对称，所以镜头采用对称形式，光焦度按照“负+正+负+正+负”这种分布构建，使得光线在镜头内部传播时，在正透镜处拥有较高的光线高度，在负透镜处处于较低的光线高度，通过这种光线分布状态来校正系统的场曲和球差，使得最终获得优秀的像质。位于前面的第一负透镜40和位于后面的第二负透镜41有利于保证成像系统的远心，光阑附近的负光焦度组群42主要由胶合透镜组成，刚好担负较低的光线高度，对于场曲的校正很有帮助；附图中，在前的正透镜标号为43，在后的正透镜标号为44。

特别地，以上成像光路的光焦度，并不限定于使用单一的单透镜或者胶合透镜形式。

成像面7作为一个实像，用于模拟工业镜头中使用的CCD或者CMOS的有效面。但与CCD或者CMOS不同的是，该实像是可以同作为光源使用的。

优选的，复眼20为双面对称复眼，用于将入射的宽光束分为多个细光束；透镜组件21为聚光镜；其工作原理如图2所示，LA1和LA2分别为复眼的入射面和出射面，两者参数完全对称，L为正透镜，其作用相当于透镜组件21。平行光束垂直投射在复眼透镜LA1的凸面并聚焦于LA2的凸面中心，再经聚光镜L，即能在L的焦平面上得到均匀光斑。这是一种特殊的柯勒照明系统，其原理是利用前排复眼透镜LA将入射的宽光束分为多个细光束，使照明屏上得到的光斑为每一个细光束经光学系统得到独立光斑后再相互叠加，故光斑内的所有位置均能被每个细光束照射。此外，由于复眼透镜对入射光束的细分，每个细光束内部光能分布的均匀性将优于原入射的宽光束。组成透镜组件的多个透镜之间可以根据系统空间考虑安放反射镜以折叠光路。

优选的，还包括RTIR棱镜组6，RTIR棱镜组6用于调节匀光光路2的出射光线角度，并将DMD芯片3的出射光线反射至成像光路4上。

优选的，RTIR棱镜组6包括呈等腰直角三角形的主棱镜60和呈三角形的补偿棱镜61；主棱镜60主要是利用棱镜表面的透射和全内反射在空间上分离照明光路和成像光路，提升光能的利用效率；补偿棱镜61的作用是补偿光路的对称性，使得DMD芯片3处的光斑具有良好的均匀性；根据设计和成本的需要，可以只有主棱镜60。

优选的，照明光路还包括对应BP光源的第四发光源13，第四发光源13为蓝光泵浦光源；合光组件对第一发光源10、第二发光源11、第三发光源12和第四发光源13发出光线合光。

优选的，合光组件包括四个分别对应第一发光源10、第二发光源11、第三发光源12和第四发光源13的准直透镜组14；合光组件还包括将第四发光源13发出的经准直后的光线反射至第一发光源10的有效发光面的滤光片15、将第二发光源11发出的经准直后的光线与第一发光源10发出的经准直后的光线合光的第一合光片16，和将第一合光片16的出射光线与第三发光源12发出的经准直后的光线合光的第二合光片17；滤光片15和第一合光片16上均设置有透绿光反蓝光的镀层；第二合光片17上设置有透蓝光绿光反红光的镀层；

第四发光源13发出的泵浦光经过准直透镜组14准直之后在滤光片15的反射作用下经过第一发光源10处的准直透镜组14，会聚在第一发光源10的有效发光面上，激发出更多的绿光，激发的绿光和第一发光源10本身发出的绿光经过准直透镜组14的准直之后，经滤光片15透射出去；第二发光源11发出的光线经过准直透镜组14准直后，利用第一合光片16的反射与左侧来的绿光合光；第三发光源12发出的光线经过准直透镜组14的准直后，利用第二合光片17的反射与左侧来的蓝光及绿光合光，最后红绿蓝3路准直光线完成合光，解决了光源波长单一以及亮度低的问题。

优选的，滤光片15和第一合光片16之间设置有对滤光片的出射光线收敛的第一中继镜18；第一合光片16和第二合光片17之间设置有对第一合光片的出射光线收敛的第二中继镜19；第一中继镜18和第二中继镜19主要功能是收敛光线，使得光线传播距离较远的第一发光源和第四发光源的准直光线在进合光时光斑大小基本一致。

优选的，第二发光源11、第三发光源12和第四发光源13的出射光线均与第一发光源10的出射光线垂直；结构布局合理，方便设置。

需要说明的是，上述的四种光源的位置可以进行适应性的调整，并不局限与上述的排列，当位置调整时，对合光片进行对应调整即可，该种简单的替换方式均属于本申请保护范围；

一种DLP投影设备，根据上述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其中，DLP投影设备上设置有可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，包括照明光路、匀光光路、DMD芯片、成像光路，和连接不同标准接口的工业镜头的转接结构件；所述照明光路包括分别对应G、B、R三种光源的第一发光源、第二发光源和第三发光源，以及对三种光源进行合光的合光组件；所述匀光光路包括复眼和与所述复眼配合的透镜组件，用于对所述照明光路的出射光线匀光，并将匀光后光线射出至所述DMD芯片；所述成像光路将所述DMD芯片的有效面的反射光线直接成实像到所述工业镜头。

2.根据权利要求1所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述成像光路由按负、正、负、正、负的对称光焦度分布的多个镜头构成。

3.根据权利要求1所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述复眼为双面对称复眼，用于将入射的宽光束分为多个细光束；所述透镜组件为聚光镜。

4.根据权利要求3所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述透镜组件由多个透镜组合构成，多个所述透镜之间设置有用于折叠光路的反射镜。

5.根据权利要求1-4任一所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，还包括RTIR棱镜组，所述RTIR棱镜组用于调节所述匀光光路的出射光线角度，并将所述DMD芯片的出射光线反射至所述成像光路上。

6.根据权利要求5所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述RTIR棱镜组包括呈等腰直角三角形的主棱镜和呈三角形的补偿棱镜。

7.根据权利要求1-4任一所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述照明光路还包括对应BP光源的第四发光源，所述第四发光源为蓝光泵浦光源；所述合光组件对所述第一发光源、所述第二发光源、所述第三发光源和所述第四发光源发出光线合光。

8.根据权利要求7所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述合光组件包括四个分别对应所述第一发光源、所述第二发光源、所述第三发光源和所述第四发光源的准直透镜组；所述合光组件还包括将所述第四发光源发出的经准直后的光线反射至所述第一发光源的有效发光面的滤光片、将所述第二发光源发出的经准直后的光线与所述第一发光源发出的经准直后的光线合光的第一合光片，和将所述第一合光片的出射光线与所述第三发光源发出的经准直后的光线合光的第二合光片；所述滤光片和所述第一合光片上均设置有透绿光反蓝光的镀层；所述第二合光片上设置有透蓝光绿光反红光的镀层。

9.根据权利要求7所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述滤光片和所述第一合光片之间设置有对所述滤光片的出射光线收敛的第一中继镜；所述第一合光片和所述第二合光片之间设置有对所述第一合光片的出射光线收敛的第二中继镜。

10.一种DLP投影设备，根据权利要求1-9任一所述的可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路，其特征在于，所述DLP投影设备上设置有所述可加载标准接口工业镜头的高亮小体积DLP投影光路。

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