[發明專利]一種基于菲涅爾透鏡的投影儀系統

有效

• 申請號: 202110482920.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113253557B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 鐘建;劉杰;郭天弦;權志豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G03B21/20
• 分類號: G03B21/20;G02B27/09
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 崔璐

本發明公開了一種基于菲涅爾透鏡的投影儀系統，包括合光模組，菲涅爾透鏡，棱鏡，光閥和成像系統；從所述合光模組出射的光線經過所述菲涅爾透鏡后，控制光斑大小，調整光線角度，進入所述棱鏡，所述光閥調制光線，最終進入所述成像系統。本發明基于菲涅爾透鏡的投影儀系統，使得光源的光束以透射的方式經過菲涅爾透鏡，光束被整形成所述光閥形狀大小的光斑，進一步提高光效，輸出高亮度圖像，更好的整形光斑，提高光能利用率，并且節約成本，減小散熱和設計難度。

技術領域

本發明涉及光學投影技術領域，尤其是涉及一種基于菲涅爾透鏡的投影儀系統。

背景技術

隨著經濟社會的發展，現代投影技術按照投影中DLP(數字光處理)投影技術是目前運用比較廣泛的一種投影技術。基于DLP投影系統可分為照明和成像兩個部分，其中照明部分起著光學引擎的作用，即對光源發出的光進行準直和勻光，使入射到光閥上的光呈矩形均勻分布。目前投影儀重要指標之一是亮度，提高光能的利用率是光學設計中的突破點。照明部分中透鏡盡可能將光源的光匯聚，積分器使得光線亮度均勻化，通過積分器后的光斑與光閥大小尺寸符合，成矩形分布。在其中，光線通過照明中的棱鏡后到達光閥，接受其調制，調制后進入成像系統成像，最后到達屏幕。

現代投影儀光學設計，棱鏡的大小和光閥發散角大小限制其亮度。有時為更好的提升亮度，光學設計中會增大棱鏡厚度和大小，目的是更多的收集到光線。如果照明中的光線進入棱鏡之前，光斑已經收縮的很好，那么棱鏡可縮小體積，減小了設計空間。同時使用普通的凸透鏡，像會出現漸暈現象，即邊角變暗、模糊的現象，這是因為光的折射只發生在介質的交界面，凸透鏡片較厚，光在玻璃中直線傳播的部分會使得光線衰減。如果可以去掉直線傳播的部分，只保留發生折射的曲面，便能省下大量材料同時達到相同的聚光效果。

為了提升亮度，節約空間，減小散熱，降低設計難度，必須選擇更好的替代方案。傳統基于DLP投影機技術的光路，都是在光閥之前的照明部分加入棱鏡與準直勻光器件或者匯聚透鏡，收縮光線發散角，形成與光閥大小的光斑。但是這些透鏡都有比較明顯的缺點，厚度大，占用空間大，設計難度大，光能利用率不足，成像不均勻，散熱性能差，特別是整形成矩形的光斑，會有很嚴重的像差。這些現象在投影中都是要面臨的困難，有的嚴重影響畫質，影響用戶觀感。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于菲涅爾透鏡的投影儀系統，進一步提高光效，輸出高亮度圖像，更好的整形光斑，提高光能利用率，并且節約成本，減小散熱和設計難度。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：一種基于菲涅爾透鏡的投影儀系統，包括合光模組，菲涅爾透鏡，棱鏡，光閥和成像系統；從所述合光模組出射的光線經過所述菲涅爾透鏡后，控制光斑大小，調整光線角度，進入所述棱鏡，所述光閥調制光線，最終進入所述成像系統；

所述合光模組包括光源G，聚焦透鏡，光源B，光源R，第一分光濾光片，準直透鏡，第二分光濾光片和積分器；光源R、光源G、光源B的前端均設置聚焦透鏡，三種光源分別發射紅光、綠光、藍光通過對應的聚焦透鏡；

光源G發出的綠光和光源B發出的藍光到達第一分光濾光片，第一分光濾光片對綠光給予通過，對藍光給予反射；通過的綠光與反射的藍光一起通過所述準直透鏡，到達第二分光濾光片；光源R發出的紅光到達所述第二分光濾光片，所述第二分光濾光片對紅光給予反射，對藍光和綠光給予通過；反射的紅光與通過的藍光和綠光到達所述積分器，進行第一次光束處理；經過第一次光束處理后的光束到達所述菲涅爾透鏡，經菲涅爾透鏡整形后發出，菲涅爾透鏡控制光束的形狀大小以及光線角度。

進一步地，所述合光模組還包括光源BP，光源BP前端設置聚焦透鏡；所述積分器和所述菲涅爾透鏡之間設置二次聚焦透鏡；