基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组的制作方法

本实用新型公开了一种用于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组，能够将光源发出的白光分成RGB三色光分别投射到对应的红绿蓝DMD上，再将DMD反射的光束合成彩色图像，通过投影镜头投射到大屏幕上。

背景技术：

数字化光处理技术(Digital Lighting Processing,DLP)是美国TI公司研究开发的，1995年底，第一批具有VGA分辨率的单芯片DLP投影机进入销售，1997年开始全面进入消费市场。DMD(Digital Micro mirror Device，数字微镜器件)由微镜阵列组成，每个微镜就是一个显示像素。可通过用视频信号来控制这些微反射面，以达到让光线进入投影镜头光路并聚焦到投影屏上形成一个象素，或偏离投影透镜光路，关闭像素的目的。DMD具有分辨率高，信号无需数模转换等优点，发展势头迅猛。

DLP投影显示技术是当今投影显示领域的主流技术，主要分为单DLP投影显示技术和3DLP投影显示技术。单DLP投影机主要包括光源、色轮、中继系统、DMD和投影镜头等部分，通过色轮能分光；3DLP投影机主要包括光源、分色合色棱镜、中继系统、3片DMD和投影镜头，通过分色合色棱镜来分光。

3DLP投影显示技术，既具有3LCD技术在分色方面的优势，又具备DLP芯片对光更高利用率方面的优势，是两种技术的结合体。白光通过分色棱镜分成红绿蓝三色，每个DMD芯片负责其中一种颜色，DMD上的微镜阵列反射的彩色光经过合光棱镜合光，穿过投影镜头投射出彩色图像。3DLP投影显示技术具有高色彩还原度、高对比度等优势，还可以实现其他投影显示技术无法达到的亮度水平。目前亮度最高的投影机可以达到30000流明以上，全部采用的是3DLP投影显示技术。

但是现有技术中分色合色棱镜组体积较大，增加了投影镜头的设计难度，也不能满足减重的要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中分色合色棱镜组体积较大的缺陷，提供一种体积较小，可满足减重要求的分色合色棱镜组。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组，将白光分成R、G、B三色光分别投影到对应的红绿蓝数字微镜器件上，该分色合色棱镜组包括TIR棱镜组和Phillips棱镜组，TIR棱镜组置于Phillips棱镜组上方；

TIR棱镜组上表面和Phillips棱镜组下表面间的间距小于125mm。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，Phillips棱镜组下表面的长度小于80mm，宽度小于28mm。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，TIR棱镜组包括组合在一起的TIR棱镜一和TIR棱镜二；Phillips棱镜组包括组合在一起的Phillips棱镜一、Phillips棱镜二和Phillips棱镜三。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，所述TIR棱镜一和TIR棱镜二均为三棱镜，TIR棱镜一的三个角的角度分别为49.76°、97.74°和32.5°，TIR棱镜二的三个角的角度分别为90°、32.5°和57.5°。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，所述TIR棱镜一和TIR棱镜二均为三棱镜，TIR棱镜一的三个角的角度分别为50.72°、95.28°和34°，TIR棱镜二的三个角的角度分别为84.72°、34°和61.28°。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，Phillips棱镜一和Phillips棱镜二均为三棱镜，所述Phillips棱镜三为直角梯形体棱镜；

所述Phillips棱镜一的三个角的角度分别为58°、29°和98°；

所述Phillips棱镜二的三个角的角度分别为37.5°、49°和93.5°；

所述Phillips棱镜三的其中两个角的角度分别为80.5°和99.5°。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，Phillips棱镜一和Phillips棱镜二均为三棱镜，所述Phillips棱镜三为直角梯形体棱镜；

所述Phillips棱镜一的三个角的角度分别为60°、30°和90°；

所述Phillips棱镜二的三个角的角度分别为38.5°、47°和94.5°；

所述Phillips棱镜三的其中两个角的角度分别为81.5°和98.5°。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，所述Phillips棱镜一的下表面镀反蓝光透红绿光的分色膜，Phillips棱镜二的下表面镀反红光透绿光的分色膜，TIR棱镜和Phillips棱镜的剩余工作面镀可见光增透膜。

本实用新型所述的基于3DLP高亮度工程投影机和数字电影放映机的分色合色棱镜组中，所述TIR棱镜和Phillips棱镜的材料均为K9玻璃。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的分色合色棱镜组包括TIR棱镜组和Phillips棱镜组，TIR棱镜组置于Phillips棱镜组上方；TIR棱镜组上表面和Phillips棱镜组下表面间的间距小于125mm。因此本实用新型既能满足分色合色条件又进行了小型化设计。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1本实用新型实施例TIR棱镜组示意图；

图2本实用新型实施例Phillips棱镜组示意图；

图3本实用新型实施例分色合色棱镜组三维示意图；

图4本实用新型实施例分色合色棱镜组及红绿蓝DMD的相对位置示意图；

图5本实用新型实施例分色合色棱镜组光线追迹图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

分色合色棱镜组是3DLP投影机光学引擎中的核心部件，将光源发出的白光分成R、G、B三色光并投射到对应的红绿蓝DMD上，三种单色光经过三片DMD反射并携带DMD上的视频信号经过棱镜组合色，再经过投影镜头，最终将彩色图像投射到大屏幕上。其中R、G、B三色光在Phillips棱镜中传播时光程相同，并且R、G、B三色光入射到DMD上的角度均为24°。

本实用新型的分色合色棱镜组包括TIR棱镜组和Phillips棱镜组，TIR棱镜组上表面和Phillips棱镜组下表面间的间距小于125mm。进一步地，本实用新型的一个实施例中Phillips棱镜三的下表面的长度小于80mm，宽度小于28mm。TIR棱镜组的上表面到Phillips棱镜组的下表面的间距在满足分色合色条件下尽量减小，从而减小投影镜头设计时后工作距离长，设计难度大的问题。

其中，TIR棱镜组利用全反射原理改变光的入射角度，并保证出射光的透射；Phillips棱镜组主要用来将白光分成R、G、B三色光并分别投射到三片DMD上，并且三色光的入射角度满足DMD的要求，三片DMD将三种单色光反射到Phillips棱镜组中重新合成彩色，经过TIR棱镜组、投影镜头投射到大屏幕上。

Phillips棱镜组下表面的长度小于80mm，宽度小于28mm，既满足了分色合色条件又进行了小型化设计。

如图1所示，本实用新型实施例的分色合色棱镜组中，TIR棱镜组包括组合在一起的TIR棱镜一和TIR棱镜二；Phillips棱镜组包括组合在一起的Phillips棱镜一、Phillips棱镜二和Phillips棱镜三。

Phillips棱镜一的上表面和Phillips棱镜二的上表面分别要满足蓝光和红光的全反射条件，Phillips棱镜一、二、三的各个角度经过精密计算得到，满足全反射、等光程、分色、合色及DMD微镜阵列对24°入射角的要求。

本实用新型的一个实施例中，如图1所示，TIR棱镜一和TIR棱镜二均为三棱镜，TIR棱镜一的角11为49.76°、角12为97.74°、角13为32.5°。

TIR棱镜二的角14为90°、角15为32.5°、角16为57.5°。

Phillips棱镜一和Phillips棱镜二均为三棱镜，所述Phillips棱镜三为直角梯形体棱镜；面A、面B和面C处放置相应的数字微镜器件DMD。

Phillips棱镜一的角21为58°、角22为29°、角23为98°。

Phillips棱镜二的角24为37.5°、角25为49°、角26为93.5°。

Phillips棱镜三的角27为80.5°、角28为99.5°。

Phillips棱镜一的下表面镀反蓝光透红绿光的分色膜，Phillips棱镜二的下表面镀反红光透绿光的分色膜，TIR棱镜和Phillips棱镜的剩余工作面镀可见光增透膜。

TIR棱镜二的上表面到Phillips棱镜三的下表面(即垂直方向的间距)的距离小于125mm。Phillips棱镜三的下表面的长度小于80mm，宽度小于28mm。

三块Phillips棱镜之间通过胶粘而成，本实用新型的一个实施例中，三块棱镜之间的空隙只有0.025mm，采用的胶耐高温。

TIR棱镜和Phillips棱镜均是常见光学玻璃材料K9，材料成本较低。

本实用新型的一个实施例中，如图1所示，TIR棱镜一和TIR棱镜二均为三棱镜，TIR棱镜一的角11为50.72°、角12为95.28°、角13为34°。

TIR棱镜二的角14为84.72°、角15为34°、角16为61.28°。

Phillips棱镜一和Phillips棱镜二均为三棱镜，所述Phillips棱镜三为直角梯形体棱镜；

Phillips棱镜一的角21为60°、角22为30°、角23为90°。

Phillips棱镜二的角24为38.5°、角25为47°、角26为94.5°。

Phillips棱镜三的角27为81.5°、角28为98.5°。

图1和图2所示的TIR棱镜和Phillips棱镜为两个垂直方向的切面图。光源发出的白光经过TIR棱镜的入射面进入TIR棱镜，在TIR棱镜一得上表面发生全反射，并从TIR棱镜一的下表面透射出去，进入Phillips棱镜一，在Phillips棱镜一的下表面(镀有反蓝光透红绿光的分色膜)处分成蓝光和黄光，蓝光发生反射，并在Phillips棱镜一的上表面发生全反射，在Phillips棱镜一侧面出射并投射到蓝光DMD30上；黄光光束经过Phillips棱镜一的下表面透射到Phillips棱镜二中，在Phillips棱镜二下表面(镀有反红光透绿光的分色膜)处分成红光和绿光，红光发生反射，并在Phillips棱镜二上表面发生全反射，在Phillips棱镜二侧面出射并投射到红光DMD40上；绿光光束经过Phillips棱镜二的下表面透射到Phillips棱镜三中，并透过Phillips棱镜三的下表面投射到绿光DMD50上，从而完成白光的分色。

蓝光DMD30将蓝光反射到Phillips棱镜一中，在Phillips棱镜一的上表面发生全反射并在Phillips棱镜一的下表面发生反射，从Phillips棱镜一出射，并进入TIR棱镜；红光DMD40将红光反射到Phillips棱镜二中，在Phillips棱镜二的上表面发生全反射并在Phillips棱镜二的下表面发生反射，从Phillips棱镜二的上表面出射进入Phillips棱镜一、TIR棱镜；绿光DMD50将绿光反射到Phillips棱镜三中，并依次穿过Phillips棱镜二和Phillips棱镜一，进入TIR棱镜，从而红绿蓝三束光完成合色，形成彩色图像。彩色图像经过TIR棱镜透射进入投影镜头，进而投射到大屏幕上。

TIR棱镜一的上表面、Phillips棱镜一的上表面和Phillips棱镜二的上表面要满足全反射条件，TIR棱镜一、二和Phillips棱镜一、二、三的各个角度经过精密计算得到，满足分色、合色及DMD微镜阵列的要求。

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实用新型所附权利要求的保护范围。