用於數字投影光路的導光管的製作方法

2023-05-06 02:18:51 1

專利名稱：用於數字投影光路的導光管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種玻璃導光管，尤其涉及一種用於數字投影光路的導光管。
背景技術：
DLP是「Digital Light Procession」的縮寫，即為數字光處理,也就是說這種技術要先把影像信號經過數字處理，然後再把光投影出來。它是基於TI (美國德州儀器)公司開發的數字微鏡晶片(DMD)來實現數字光學處理過程。DLP的原理是將光源發射出的光通過光學透鏡和Rod (光棒)將光均勻化，經過處理後的光通過一個色輪(Color Wheel )，將光分成RGB三色(或者RGBW等更多色)，現在也有一些廠家利用BSV液晶拼接技術鏡片過濾光線傳導，再將色彩由透鏡投射在DMD晶片上，最後反射經過投影鏡頭在投影屏幕上成像。DMD晶片外觀看起來只是一小片鏡子，被封裝在金屬與玻璃組成的密閉空間內，事實上，這面鏡子是由數十萬乃至上百萬個微鏡所組成的。以XGA解析度的DMD晶片為例，在寬1cm，長1.4cm的面積裡有1024X768=786432個微鏡單元，每一個微鏡代表一個像素，圖像就由這些像素所構成。由於像素與晶片本身都相當微小，因此業界也稱這些採用微型顯示裝置的產品為微顯示器。DMD照明光路中核心光學元件導光管對這個照明系統起著決定性的作用。其導光管在整個照明系統中的作用就是通過導光管(Light-tunnel)將光源輸出的圓形光斑轉化為DMD所需要的矩形照明光斑，同時也要滿足光學系統光能利用率及照明均勻性要求高的光學系統。導光管可以為實心的玻璃稜鏡，如圖1所示，其工作原理類似於光纖，光從入射端面I進入導光棒之後，經過反射面3多次反射從另一端出射端面2射出，在出射端面2上形成照明均勻的矩形光斑。入射端面1、出射端面2形狀和顯示元件相對應，常用的為矩形。實心光管(常稱為Light-rod)利用光波在玻璃內的全反射，其特點是反射效率高、成本低等優點。但如果表面拋光光潔度不高或表面有異物時光線就會在有瑕疵的地方發生折射和散射，導致光的利用率下降，所以實心光棒對加工、組裝以及使用環境潔淨度有較高的要求。同時，光線在進入和離開光棒時會有一定的反射發生，這也會降低光的利用率。導光管也可以是表面鍍高反射薄膜的平面反射鏡粘合而成的空心器件，如圖2所示。空心光管(常稱為Light-tunnel)實際上就是由數片反射鏡粘合而成的光導器件(反射鏡鍍膜面朝裡)。利用光線在反射鏡表面的反射實現光能在光棒內的傳輸，避免了玻璃材料的吸收和相對實心光棒前後表面的反射造成能量的損失。另外空心光管由於反射發生在導光管內側，外側有一層玻璃保護，環境中的灰塵不容易進入空心光管內，因此對加工、組裝以及使用環境的要求都很低。 由上可見，對於數字投影光路的導光管，如何提高光線利用率並保證均勻性是一個關鍵技術問題。現行業常用Light-tunnel由於受薄膜技術、大數值孔徑等因素的影響，光能利用率在80%左右，目前業內人士普遍通過減小Light-tunnel長度來減少反射次數，從而提高光能的利用率，但這也是建立在損失均勻性的基礎之上並且增加了導光管之後光路的設計難度，最終得到的結果得不償失。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於數字投影光路的導光管，能夠提高投影中畫面均勻性和光能量的利用率，且結構簡單，易於設計推廣。本發明為解決上述技術問題而採用的技術方案是提供一種用於數字投影光路的導光管，所述導光管的一端為入射端面，另一端為出射端面，所述導光管的內側形成有反射面，所述入射端面進來的圓形光斑經反射面多次反射後形成矩形光斑從出射端面射出，其中，所述導光管的入射端面和出射端面均為矩形狀，所述導光管的入射端面的寬高比小於出射端面的寬高比。上述的用於數字投影光路的導光管，其中，所述導光管的入射端面的寬高比大致為1:1，出射端面的寬高比大致為16:9。上述的用於數字投影光路的導光管，其中，所述導光管的入射端面的寬高比大致為1:1，出射端面的寬高比大致為4:3。上述的用於數字投影光路的導光管，其中，所述入射端面進來的圓形光斑位於入射端面的中間且在入射端面的矩形框內。上述的用於數字投影光路的導光管，其中，所述導光管為錐形實心光管。上述的用於數字投影光路的導光管，其中，所述導光管為錐形空心光管，所述錐形空心光管由多塊平面反射鏡粘合而成，所述平面反射鏡表面鍍有高反射薄膜。本發明對比現有技術有如下的有益效果:本發明提供的用於數字投影光路的導光管，通過將入口入射端面寬高比調整為接近1:1使得整個導光管的形狀類似於一個入口尺寸小於出口尺寸的光錐管，不僅解決了現行業所用導光管光能利用低、加工工藝複雜、長度長、均勻性差等問題，而 且使整個投影光學系統尺寸在保持光學性能不變的情況下大大減小，使光路結構緊湊，有利於投影系統向高亮度，小體積方向發展。


圖1為現有用於數字投影光路的實心導光棒結構示意圖；圖2為現有用於數字投影光路的空心導光管結構示意圖；圖3為本發明用於數字投影光路的導光管結構示意圖；圖4為本發明用於數字投影光路的導光管入射端面結構示意圖；圖5為本發明用於數字投影光路的導光管出射端面結構示意圖；圖6為導光管中光線反射和均勻性關係示意圖；圖7為導光管中光線發散和均勻性關係示意圖。圖中:I入射端面2出射端面3反射面4矩形光斑5圓形光斑
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。圖3為本發明用於數字投影光路的導光管結構示意圖。
請參見圖3，本發明提供的用於數字投影光路的導光管的一端為入射端面1，另一端為出射端面2，所述導光管的內側形成有反射面3，所述入射端面I進來的圓形光斑5經反射面3多次反射後形成矩形光斑4從出射端面5射出，其中，所述導光管的入射端面I和出射端面2均為矩形狀，所述導光管的入射端面I的寬高比小於出射端面2的寬高比。本發明提供的於數字投影光路的導光管，所述導光管可以為錐形實心光管，也可以為錐形空心光管。對於錐形空心光管，一般由多塊平面反射鏡粘合而成，所述平面反射鏡表面鍍有高反射薄膜，所述高反射薄膜反射率達到98%以上，耐高溫為400度以上。不論空心還是實心導光管，光在導光管內傳輸原理都是一樣的，其工作原理當進入導光管的光線由於空間角度的不同，在光棒內發生不同次數的反射。光線每發生一次反射，就可以將光源關於反射面對稱為一個新的虛擬光源。請繼續參見圖4和圖5，本發明提供的用於數字投影光路的導光管，其中，所述導光管的入射端面I的寬度Wl和高度Hl比大致為1:1，出射端面2的寬度W2和高度H2比大致為16:9或者4:3。所述入射端面I進來的圓形光斑位於入射端面的中間且最好與入射端面的矩形框相切。經過多次反射後，就可以將實際光源展開為二維光源陣列，陣列中每個光源的像對應著具有相應反射次數的光線，而陣列行數和列數由在橫向和豎向具有最大的入射角的光線發生反射的次數決定。光斑的均勻 性與光線在光棒中的反射次數N有很大的關係，反射次數越多虛點光源數越多，而光棒的長寬和長度，入射角U共同制約了反射次數的多少，下面推導一下三者的關係。如圖6所示，L為光棒的長度，ON為反射N次的虛像點。H為光棒的高度，O點為光線聚焦的位置。由圖中可以看出:L=Z+ (00n+H/2) /tgUZ=H/2tgUOOn=(N-1) XHL=H/2tgU+[(N-1)XH+H/2]tgU=LXHXctgUN=LXtgU/H從上式可以看出，導光管的長度和第二焦面的入射角度越大則反射次數越多，均勻性也越好，而導光管越細，則也可以增加反射次數使均勻性提高，但是均勻性也不是隨著長度的增加而一直提高下去，達到一定的長度後，均勻性將不再有明顯變化，也就是說存在一個均勻性極限的問題，對不同長度時截面固定且為矩形光棒的實驗矩形光管長度和均勻性之間關係如下表所示:
權利要求
1.一種用於數字投影光路的導光管，所述導光管的一端為入射端面，另一端為出射端面，所述導光管的內側形成有反射面，所述入射端面進來的圓形光斑經反射面多次反射後形成矩形光斑從出射端面射出，其特徵在於，所述導光管的入射端面和出射端面均為矩形狀，所述導光管的入射端面的寬高比小於出射端面的寬高比。
2.如權利要求1所述的用於數字投影光路的導光管，其特徵在於，所述導光管的入射端面的寬高比大致為1:1，出射端面的寬高比大致為16:9。
3.如權利要求1所述的用於數字投影光路的導光管，其特徵在於，所述導光管的入射端面的寬高比大致為1:1，出射端面的寬高比大致為4:3。
4.如權利要求2或3所述的用於數字投影光路的導光管，其特徵在於，所述入射端面進來的圓形光斑位於入射端面的中間且在入射端面的矩形框內。
5.如權利要求1 3任一項所述的用於數字投影光路的導光管，其特徵在於，所述導光管為錐形實心光管。
6.如權利要求1 3任一項所述的用於數字投影光路的導光管，其特徵在於，所述導光管為錐形空 心光管，所述錐形空心光管由多塊平面反射鏡粘合而成，所述平面反射鏡表面鍍有高反射薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種用於數字投影光路的導光管，所述導光管的一端為入射端面，另一端為出射端面，所述導光管的內側形成有反射面，所述入射端面進來的圓形光斑經反射面多次反射後形成矩形光斑從出射端面射出，其中，所述導光管的入射端面和出射端面均為矩形狀，所述導光管的入射端面的寬高比小於出射端面的寬高比；所述導光管的入射端面的寬高比大致為1:1，出射端面的寬高比大致為16:9或4:3。本發明提供的用於數字投影光路的導光管，能夠提高投影中畫面均勻性和光能量的利用率，且結構簡單，易於設計推廣。
文檔編號G02B6/00GK103217734SQ20131013253
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者溫得銀, 周建軍, 倪力峰 申請人:上海晟立電子科技有限公司