微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了－種系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法。其具體方法為：a、在TracePro中模擬的準備工作b、實際調整步驟如下：（1）先調整DM鏡后表面；（2）調整DM鏡的前表面；（3）調整綠光光軸；c、LED聚光鏡再調整，ｄ、復眼準直鏡的調整，e、復眼的調整，f、復合棱鏡的調整，g、反光鏡的調整，h、照明系統(tǒng)各個光學元件的位置，角度公差是在TracePro軟件中模擬來確定的。由于在調整過程隨時監(jiān)控系統(tǒng)的透過率，遵循了照明系統(tǒng)是由能量觀點進行設計的原則，因此是可行的。
【專利說明】微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學元件的設計方法，尤其涉及一種微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)在市場上有一種微投影手機樣品，它含有一種微投影的光學系統(tǒng)，其光路圖的布置是按傳統(tǒng)的作圖法作出的，所以不夠精確，模擬得到的參數(shù)與實際產(chǎn)品有較大偏差，所以投影效果較差.需要一種在模擬光路中直接調整來確定結構的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法。其具體方法為:
a、在TracePro中模擬的準備工作
為了驗證方法是否正確，要通過TracePiO軟件來模擬，為此要做以下準備工作，步驟如下:
(1)通過設置各元件光軸來檢查其位置是否整正確；
(2)實測三基色波長，紅光是6218納米，綠光是523.5納米，藍光是455.3納米(根據(jù)LED主波長實測結果來確定)；
b、實際調整步驟如下:
(1)先調整DM鏡后表面，從紅光LED作出光軸，然后繞紅光光軸的入射點旋轉DM鏡的后表面，直到反射光軸水平為止。這樣就確定了 DM鏡后表面的傾斜角；
(2)調整DM鏡的前表面，以藍光光軸在DM鏡的后表面入射點為軸，旋轉改變D M鏡前表面的傾斜角，當反射光軸水平出射時旋轉過程完成，得到D M鏡的前表面的傾角，此時DM鏡的結構已經(jīng)確定；
(3)調整綠光光軸，以綠光光軸在DM鏡前表面入射點為軸旋轉綠L E D聚光鏡光軸，使出射光軸水平，這樣三個出射光軸方向完全一致；
(4)為了使三個出射光軸完全重合起出射點必須重合，方法是:通過移動聚光鏡可以改變出射光線出射點，在移動聚光鏡要防止位置干涉，并給結構留下空間，最后以光軸出射點重合為準；
c、LED聚光鏡再調整，原聚光鏡在模擬過程中發(fā)現(xiàn)在到達復眼陣列前表面光效率只有17%，主要是前部光束壓縮不到位，尺寸比復眼截面尺寸大，從復眼外部漏過，因此應該加大壓縮力度，在原結構上考慮光束壓縮方案不能實現(xiàn)，為此多加一個透鏡成為三片聚光鏡，經(jīng)過優(yōu)化光效達到97%，達到光能利用率的要求；
d、復眼準直鏡牽涉到后續(xù)的復合棱鏡，在設計方案實體化的過程中會出現(xiàn)模擬上的偏差，這就要求光學設計軟件Zemax和光學模擬軟件Tracepix)兩個軟件設計結果經(jīng)常比對，確保復眼準直鏡聚焦在DMD工作面上，以此為準不斷調整Zemax的設計結果；
e、復眼的作用是均化全視場的照明即提高視場照明的均勻性，這樣就不允許光束不通過復眼陣列進入后續(xù)的照明系統(tǒng)，另外復眼陣列的長寬比應該等于DMD的長寬比，這樣在DMD上的光斑才能高效耦合，由于手機厚度方向是10毫米，按DMD長短邊比等于4:3，這樣復眼陣列的另外一邊的尺寸為10X4 / 3 = 13毫米，那么復眼陣列的整體尺寸等于10X13，一般來說單個復眼尺寸短邊長一毫米，長邊等于IX 4/3 = 1.3毫米，因此短邊方向含復眼個數(shù)為10個，長邊方向含復眼個數(shù)為10個，這樣復眼陣列含復眼總數(shù)為100個，從復眼總數(shù)來看達到勻光的效果，另外從單個復眼尺寸來看其工藝加工時可以實現(xiàn)的，有了這些數(shù)據(jù)就可以做成復眼陣列模型，在TracepiO中進行模擬，最后如果光斑矩形和DMD的工作面相對傾斜，可以繞光軸旋轉復眼陣列，直到不相對傾斜為止；
f、復合棱鏡在ZEMAX的創(chuàng)建是很復雜的過程，其棱鏡各角度是通過主光線出射角的三個方向余弦來確定的，這是個空間角度問題，因此當在模擬過程中要隨時檢查主光線的出射角度是否符合要求，如果不符合就要微量改動ZEMAX的出射角，觀察Tracepro軟件模型中主光線出射角是否符合要求,如此往返調整設計直到符合要求為止；
g、反光鏡的調整，在TracepiO里給出光軸，在反光鏡的位置上設立一個旋轉點，以此為軸整體旋轉及后續(xù)光路的元件，使后續(xù)光學元件的投影鏡頭與照明光路的光軸平行，以此決定反光鏡的傾斜角，同時觀察全光束在反光鏡的攔截高度，確定反光鏡的尺寸和放置位置，整個調校在Tracepro中進行，精確判斷反射到DMD面上的光軸點是否在正中心，不在就需調整反光鏡的角度直到居中為止；
h、照明系統(tǒng)各個光學元件的位置，角度公差是在TracepiO軟件中模擬來確定的。
[0004]從本發(fā)明的技術方案可以看出，由于在調整過程隨時監(jiān)控系統(tǒng)的透過率，遵循了照明系統(tǒng)是由能量觀點進行設計的原則，因此是可行的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的手機照明光路圖；
圖2是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的調整D M鏡的前后表面的傾斜角的示意圖；
圖3是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的調整綠光LED聚光鏡傾斜角和位直的不意圖；
圖4是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的復眼調整示意圖；
圖5是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的復眼準直聚光鏡在ZEMAX中調整如的不意圖；
圖6是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的復眼準直聚光鏡在Tracepro調整前的示意圖；
圖7是本發(fā)明微投影系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法的復眼準直聚光鏡在Tracepro調整后的示意圖。
【具體實施方式】
[0006]下面結合附圖，對本發(fā)明作進一歩詳述。
[0007]實施例1，參見附圖1至圖7，一種系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法。其具體方法為: a、在TracePro中模擬的準備工作
為了驗證方法是否正確，要通過TracePiO軟件來模擬，為此要做以下準備工作，步驟如下:
(1)通過設置各元件光軸來檢查其位置是否整正確；
(2)實測三基色波長，紅光是6218納米，綠光是523.5納米，藍光是455.3納米(根據(jù)LED主波長實測結果來確定)；
b、實際調整步驟如下:
(1)先調整DM鏡后表面，從紅光LED作出光軸，然后繞紅光光軸的入射點旋轉DM鏡的后表面，直到反射光軸水平為止。這樣就確定了 DM鏡后表面的傾斜角；
(2)調整DM鏡的前表面，以藍光光軸在DM鏡的后表面入射點為軸，旋轉改變DM鏡前表面的傾斜角，當反射光軸水平出射時旋轉過程完成，得到DM鏡的前表面的傾角，此時DM鏡的結構已經(jīng)確定；
(3 )調整綠光光軸，以綠光光軸在DM鏡前表面入射點為軸旋轉綠LED聚光鏡光軸，使出射光軸水平，這樣三個出射光軸方向完全一致；
(4 )為了使三個出射光軸完全重合起出射點必須重合，方法是:通過移動聚光鏡可以改變出射光線出射點，在移動聚光鏡要防止位置干涉，并給結構留下空間，最后以光軸出射點重合為準；
c、LED聚光鏡再調整，原聚光鏡在模擬過程中發(fā)現(xiàn)在到達復眼陣列前表面光效率只有17%，主要是前部光束壓縮不到位，尺寸比復眼截面尺寸大，從復眼外部漏過，因此應該加大壓縮力度，在原結構上考慮光束壓縮方案不能實現(xiàn)，為此多加一個透鏡成為三片聚光鏡，經(jīng)過優(yōu)化光效達到97%，達到光能利用率的要求；
d、復眼準直鏡牽涉到后續(xù)的復合棱鏡，在設計方案實體化的過程中會出現(xiàn)模擬上的偏差，這就要求光學設計軟件Zemax和光學模擬軟件Tracepix)兩個軟件設計結果經(jīng)常比對，確保復眼準直鏡聚焦在DMD工作面上，以此為準不斷調整Zemax的設計結果；
e、復眼的作用是均化全視場的照明即提高視場照明的均勻性，這樣就不允許光束不通過復眼陣列進入后續(xù)的照明系統(tǒng)，另外復眼陣列的長寬比應該等于DMD的長寬比，這樣在DMD上的光斑才能高效耦合，由于手機厚度方向是10毫米，按DMD長短邊比等于4:3，這樣復眼陣列的另外一邊的尺寸為IOX 4 / 3 = 13毫米，那么復眼陣列的整體尺寸等于10X13，一般來說單個復眼尺寸短邊長一毫米，長邊等于I X 4/3 = 1.3毫米，因此短邊方向含復眼個數(shù)為10個，長邊方向含復眼個數(shù)為10個，這樣復眼陣列含復眼總數(shù)為100個，從復眼總數(shù)來看達到勻光的效果，另外從單個復眼尺寸來看其工藝加工時可以實現(xiàn)的，有了這些數(shù)據(jù)就可以做成復眼陣列模型，在TracepiO中進行模擬，最后如果光斑矩形和DMD的工作面相對傾斜，可以繞光軸旋轉復眼陣列，直到不相對傾斜為止；
f、復合棱鏡在ZEMAX的創(chuàng)建是很復雜的過程，其棱鏡各角度是通過主光線出射角的三個方向余弦來確定的，這是個空間角度問題，因此當在模擬過程中要隨時檢查主光線的出射角度是否符合要求，如果不符合就要微量改動ZEMAX的出射角，觀察Tracepro軟件模型中主光線出射角是否符合要求,如此往返調整設計直到符合要求為止；
g、反光鏡的調整，在TracepiO里給出光軸，在反光鏡的位置上設立一個旋轉點，以此為軸整體旋轉及后續(xù)光路的元件，使后續(xù)光學元件的投影鏡頭與照明光路的光軸平行，以此決定反光鏡的傾斜角，同時觀察全光束在反光鏡的攔截高度，確定反光鏡的尺寸和放置位置，整個調校在Tracepro中進行，精確判斷反射到DMD面上的光軸點是否在正中心，不在就需調整反光鏡的角度直到居中為止；
h、照明系統(tǒng)各個光學元件的位置，角度公差是在TracepiO軟件中模擬來確定的。
【權利要求】
1.一種系統(tǒng)各光學元件設計再調整的方法，其特征在于:具體方法為 a、在TracePro中模擬的準備工作 為了驗證方法是否正確，要通過TracePiO軟件來模擬，為此要做以下準備工作，步驟如下: (1)通過設置各元件光軸來檢查其位置是否整正確； (2)實測三基色波長，紅光是6218納米，綠光是523.5納米，藍光是455.3納米； b、實際調整步驟如下: (1)先調整DM鏡后表面，從紅光LED作出光軸，然后繞紅光光軸的入射點旋轉DM鏡的后表面，直到反射光軸水平為止，這樣就確定了 DM鏡后表面的傾斜角； (2)調整DM鏡的前表面，以藍光光軸在DM鏡的后表面入射點為軸，旋轉改變DM鏡前表面的傾斜角，當反射光軸水平出射時旋轉過程完成，得到DM鏡的前表面的傾角，此時DM鏡的結構已經(jīng)確定； (3)調整綠光光軸，以綠光光軸在DM鏡前表面入射點為軸旋轉綠LED聚光鏡光軸，使出射光軸水平，這樣三個出射光軸方向完全一致； (4)為了使三個出射光軸完全重合起出射點必須重合，方法是:通過移動聚光鏡可以改變出射光線出射點，在移動聚光鏡要防止位置干涉，并給結構留下空間，最后以光軸出射點重合為準； c、LED聚光鏡再調整，原聚光鏡在模擬過程中發(fā)現(xiàn)在到達復眼陣列前表面光效率只有17%，主要是前部光束壓縮不到位，尺寸比復眼截面尺寸大，從復眼外部漏過，因此應該加大壓縮力度，在原結構上考慮光束壓縮方案不能實現(xiàn)，為此多加一個透鏡成為三片聚光鏡，經(jīng)過優(yōu)化光效達到97%，達到光能利用率的要求； d、復眼準直鏡牽涉到后續(xù)的復合棱鏡，在設計方案實體化的過程中會出現(xiàn)模擬上的偏差，這就要求光學設計軟件Zemax和光學模擬軟件Tracepix)兩個軟件設計結果經(jīng)常比對，確保復眼準直鏡聚焦在DMD工作面上，以此為準不斷調整Zemax的設計結果； e、復眼的作用是均化全視場的照明即提高視場照明的均勻性，這樣就不允許光束不通過復眼陣列進入后續(xù)的照明系統(tǒng)，另外復眼陣列的長寬比應該等于DMD的長寬比，這樣在DMD上的光斑才能高效耦合，由于手機厚度方向是10毫米，按DMD長短邊比等于4:3，這樣復眼陣列的另外一邊的尺寸為IOX 4 / 3 = 13毫米，那么復眼陣列的整體尺寸等于10X13，一般來說單個復眼尺寸短邊長一毫米，長邊等于I X 4/3 = 1.3毫米，因此短邊方向含復眼個數(shù)為10個，長邊方向含復眼個數(shù)為10個，這樣復眼陣列含復眼總數(shù)為100個，從復眼總數(shù)來看達到勻光的效果，另外從單個復眼尺寸來看其工藝加工時可以實現(xiàn)的，有了這些數(shù)據(jù)就可以做成復眼陣列模型，在TracepiO中進行模擬，最后如果光斑矩形和DMD的工作面相對傾斜，可以繞光軸旋轉復眼陣列，直到不相對傾斜為止； f、復合棱鏡在ZEMAX的創(chuàng)建是很復雜的過程，其棱鏡各角度是通過主光線出射角的三個方向余弦來確定的，這是個空間角度問題，因此當在模擬過程中要隨時檢查主光線的出射角度是否符合要求，如果不符合就要微量改動ZEMAX的出射角，觀察Tracepro軟件模型中主光線出射角是否符合要求,如此往返調整設計直到符合要求為止； g、反光鏡的調整，在TracepiO里給出光軸，在反光鏡的位置上設立一個旋轉點，以此為軸整體旋轉及后續(xù)光路的元件，使后續(xù)光學元件的投影鏡頭與照明光路的光軸平行，以此決定反光鏡的傾斜角，同時觀察全光束在反光鏡的攔截高度，確定反光鏡的尺寸和放置位置，整個調校在Tracepro中進行，精確判斷反射到DMD面上的光軸點是否在正中心，不在就需調整反光鏡的角度直到居中為止；h、照明系統(tǒng)各個光學元 件的位置，角度公差是在TracepiO軟件中模擬來確定的。
【文檔編號】G02B27/00GK103592761SQ201310575558
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】高國欣, 劉靜, 鄭瑜華, 綦斌, 代擁民 申請人:四川星爍光電科技有限公司