本實用新型涉及光學投影裝置技術領域，具體指一種DLP微投影光機的聚光系統(tǒng)。

背景技術：

目前的微型投影光機大多采用的是美國德州儀器（TI）公司的DLP（Digital Light Projector）技術，其主要圖像和光線控制器件一般稱為DMD光調制器（Digital Micromirror Device）。它是一種反射率極高的微型反射鏡陣列，需要配合照明光學系統(tǒng)和投影光學系統(tǒng)將通常使用的RGB三原色構成的畫面轉換成我們人眼易見的投影畫面。其中常用的將照明光學系統(tǒng)和投影光學系統(tǒng)組合在一起的方法是使用一具有透鏡表面的全內反射元件（通常稱為RTIR組合棱鏡（Reverse Total Internal Reflection Prism））。

如美國專利第7178920號披露的一種微型化投影顯示裝置，其包括一光源、一聚光鏡、一色輪、一積分柱、一具有透鏡表面的全內反射元件、一DMD光調制器，以及一投影鏡頭，其中具有透鏡表面的內全反射元件包括一第一棱鏡及一第二棱鏡。這種全內反射元件因為造價高、體積大，易損壞等缺點，近年來行業(yè)內衍生出一種單片式的具有透鏡表面的全內反射元件，通常稱為單片直角TIR棱鏡（Total Internal Reflection Prism）），該元件造價低、體積小、穩(wěn)定性良好，正逐漸被業(yè)內廣泛推廣使用。

該單片式的具有透鏡表面的全內反射元件（單片直角TIR棱鏡）使用時通常需要搭配一特定的聚光系統(tǒng)，如中國專利第204883152U號揭露的一種DLP 微型投影機，包括：照明光學系統(tǒng)，光源、光束整形部件,光束導引部件,DMD光調制器，以及投影透鏡組；其中，所述光束整形部件包括：設置在所述光源光路上的聚光透鏡組；所述光束導引部件包括：依次設置于聚光透鏡組光路上的分光鏡片, 自由曲面透鏡組及直角棱鏡；所述自由曲面透鏡組，包括第一自由曲面透鏡及第二自由曲面透鏡，所述第一自由曲面透鏡包括設置在光束入射面的第一曲面和設置在光束出射面的第二曲面，所述第二自由曲面透鏡包括設置在光束入射面的第三曲面與設置在光束出射面的第四曲面；射入第一自由曲面透鏡第一曲面的光線與第一自由曲面透鏡第一曲面的法線形成一定的夾角，射入第二自由曲面透鏡第三曲面的光線與第二自由曲面透鏡第三曲面的法線亦形成一定的夾角。

如中國專利第202837791U號揭露的一種DLP微型投影機，該DLP微型投影機包括：沿光路順次設置的供光裝置、轉換與導向裝置、照明光學系統(tǒng)、DMD光調制器和投影鏡頭系統(tǒng)；供光裝置包括：光源和光源準直系統(tǒng)；轉換與導向裝置包括：復眼透鏡或光棒；照明光學系統(tǒng)包括：自由曲面透鏡和直角棱鏡，直角棱鏡的一直角邊與DMD光調制器的平面平行并相互靠近，另一個直角邊與投影鏡頭系統(tǒng)的光軸垂直。

如中國專利申請公布第103852960A號揭露的一種投影裝置與聚光模組，該聚光模組用以匯聚和轉折一入射光束。聚光模組包括一彎曲入光面、一彎曲出光面以及一反射面。彎曲入光面接收入射光束。彎曲出光面配置于來自彎曲入光面的入射光束的傳遞路徑上。反射面配置于入射光束的傳遞路徑上，且位于彎曲入光面與彎曲出光面之間。入射光束中的一光線沿著彎曲入光面的光軸通過彎曲入光面，且沿著相對于彎曲出光面的光軸傾斜的方向從彎曲出光面出射。投影裝置有助于縮小整體體積且聚光模組可達到補償光程的效果。

以上專利中涉及到的聚光模組主要解決的是縮小投影機體積的問題，但在實際產品中都有如下幾點問題：1.由單片式具有透鏡表面的全內反射元件（通常稱為單片直角TIR棱鏡）左右兩邊不對稱引起的聚光光路左右兩側光程差不一致導致的聚焦到DMD光調制器上的光線出現(xiàn)比較明顯的光照強度一致性較差的問題；2.由單片式具有透鏡表面的全內反射元件（通常稱為單片直角TIR棱鏡）左右兩邊不對稱引起的聚光光路左右兩側光程差不一致導致的聚焦到DMD光調制器上的RGB三原色光斑出現(xiàn)比較明顯的錯位問題，導致從投影光學系統(tǒng)投射出來的投影畫面邊沿顏色失真比較明顯的問題；3.由單片式具有透鏡表面的全內反射元件（通常稱為單片直角TIR棱鏡）左右兩邊不對稱引起的聚光光路左右兩側光程差不一致導致的聚焦到DMD光調制器上的光線角度不均勻，導致從DMD光調制器上反射出來的光通過投影光學體統(tǒng)后損失比較嚴重的問題。

因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的缺陷和不足，提供一種結構合理、光線平衡、聚焦準確的DLP微投影光機的聚光系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

本實用新型所述的一種DLP微投影光機的聚光系統(tǒng)，包括沿光路依次設置的照明光學系統(tǒng)、復眼或光棒、聚光裝置、單片式具有透鏡表面的全內反射元件（通稱為單片直角TIR棱鏡）、DMD光調制器和投影光學系統(tǒng)，所述聚光裝置包括第一聚光透鏡、第二聚光透鏡和第三聚光透鏡，第一聚光透鏡與復眼或光棒對應設置，第二聚光透鏡和第三聚光透鏡成對配合設置在第一聚光透鏡和全內反射元件之間，且所述第二聚光透鏡的法線與光路之間夾角為Φ1，則0°≤Φ1≤45°，所述第三聚光透鏡的法線與光路之間夾角為Φ2，則0°≤Φ2≤45°。

根據(jù)以上方案，所述第一聚光透鏡、第二聚光透鏡和第三聚光透鏡為球面透鏡或自由曲面透鏡，且透鏡的自由曲面由以下公式表述：

其中，Z為曲面高度，X、Y分別為曲面高度在光軸的投影坐標，A1到A9為位置參數(shù)，c和k為曲率參數(shù)。

根據(jù)以上方案，所述第二聚光透鏡的光學中心點與光路中心光軸之間的橫向偏移值為G1，則-20mm≤G1≤20mm；所述第三聚光透鏡的光學中心點與光路中心光軸之間的橫向偏移值為G2，則-20mm≤G2≤20mm；所述G1-G2=D1,則-20mm≤D1≤20mm。

根據(jù)以上方案，所述第二聚光透鏡的光學中心點與第三聚光透鏡的光學中心點之間的距離為D2，則0mm≤D2≤100mm。

根據(jù)以上方案，所述第二聚光透鏡與第三聚光透鏡之間相對的自由曲面均為平面，且第二聚光透鏡與第三聚光透鏡粘合呈一體結構。

根據(jù)以上方案，所述照明光學系統(tǒng)包括RGB三原色的LED光源、光束整形部件和光束引導合光部件， RGB三原色的LED光源上分別設有獨立的光束整形部件。

本實用新型有益效果為：本實用新型結構合理，采用造價低，體積小、穩(wěn)定性良好的單片式具有透鏡表面的全內反射元件，改善了原有聚光系統(tǒng)難以完美補償全內反射元件不對稱帶來的DMD光調制器左右兩邊光程和光通量不對稱的問題，使DMD光調制器A、B左右兩邊光線的聚焦程度更加接近，進一步提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖；

圖2是本實用新型的聚光裝置的參數(shù)示意圖。

圖中：

1、照明光學系統(tǒng)；2、復眼或光棒； 4、全內反射元件；5、DMD光調制器；6、投影光學系統(tǒng)；11、LED光源；12、光束整形部件；13、光束引導合光部件；31、第一聚光透鏡；32、第二聚光透鏡；33、第三聚光透鏡。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本實用新型的技術方案進行說明。

如圖1-2所示，本實用新型所述的一種DLP微投影光機的聚光系統(tǒng)，包括沿光路依次設置的照明光學系統(tǒng)1、復眼或光棒2、聚光裝置、單片式具有透鏡表面的全內反射元件4通稱為單片直角TIR棱鏡、DMD光調制器5和投影光學系統(tǒng)6，所述聚光裝置包括第一聚光透鏡31、第二聚光透鏡32和第三聚光透鏡33，第一聚光透鏡31與復眼或光棒2對應設置，第二聚光透鏡32與第三聚光透鏡33相對成組地設置在第一聚光透鏡31和全內反射元件4之間，且所述第二聚光透鏡32的法線與光路之間夾角為Φ1，則0°≤Φ1≤45°，所述第三聚光透鏡33的法線與光路之間夾角為Φ2，則0°≤Φ2≤45°，Φ1和Φ2可以為同一個角度，即可存在Φ1=Φ2的情況；本實用新型采用造價低、體積小、穩(wěn)定性良好的單片式具有透鏡表面的全內反射元件4，通過三片聚光透鏡的組成聚光裝置，其中的第二聚光透鏡32和第三聚光透鏡33通過一定角度和偏移量設置，可有效彌補現(xiàn)有的單片直角TIR棱鏡不對稱造成的DMD光調制器5左右光程和光通量不對稱的問題；所述

所述第一聚光透鏡31、第二聚光透鏡32和第三聚光透鏡33為球面透鏡或自由曲面透鏡，且透鏡的自由曲面由以下公式表述：

其中，Z為曲面高度，X、Y分別為曲面高度在光軸的投影坐標，A1到A9為位置參數(shù)，c和k為曲率參數(shù)。

所述第二聚光透鏡32的光學中心點與光路中心光軸之間的橫向偏移值為G1，則-20mm≤G1≤20mm；所述第三聚光透鏡33的光學中心點與光路中心光軸之間的橫向偏移值為G2，則-20mm≤G2≤20mm，G1和G2可以為同一個數(shù)值，即可存在G1=G2的情況，除此之外，所述G1-G2=D1,則-20mm≤D1≤20mm；所述第二聚光透鏡（32）和第三聚光透鏡（33）的光學中心點分別偏移照明光路的中心光軸一定距離G1和G2，帶來的左右光路不對稱能夠進一步反過來補償由于單片式具有透鏡表面的全內反射元件4不對稱帶來的DMD光調制器左右兩邊光程和光通量不對稱的問題，也即仍然存在比較嚴重的DMD光調制器左右兩邊光學失真不一致的問題，使聚焦到如圖2中DMD光調制器A、B左右兩邊光線的聚焦程度更加接近。

所述第二聚光透鏡32的光學中心點與第三聚光透鏡33的光學中心點之間的距離為D2，則0mm≤D2≤100mm。

所述第二聚光透鏡32與第三聚光透鏡33之間相對的自由曲面均為平面，且第二聚光透鏡32與第三聚光透鏡33粘合呈一體結構。

所述照明光學系統(tǒng)1包括RGB三原色的LED光源11、光束整形部件12和光束引導合光部件13， RGB三原色的LED光源11上分別設有獨立的光束整形部件12。

以上所述僅是本實用新型的較佳實施方式，故凡依本實用新型專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本實用新型專利申請范圍內。