投影系统、成像系统和制造投影系统的方法与流程

本技术涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种投影系统、成像系统和制造投影系统的方法。

背景技术：

1、作为常见的图像生成单元(picture generation unit,pgu)之一，投影系统广泛应用于多种应用场景。常见的投影系统一般采用数字微镜器件(digital micro-mirrordevice,dmd)作为pgu的核心单元。经包含dmd芯片的图像光投射板发射的光信号经过光学系统进行光处理后投射到屏幕上以显示图像。

2、投影系统目前也广泛应用于交通工具如汽车中以实现抬头显示(head-updisplay,hud)。例如，仪表信息(如速度)和导航信息等通过hud系统中的投影系统产生图像，然后通过成像透镜组和挡风玻璃在汽车前方形成虚像。这样驾驶员便可以在视野前方看到仪表信息和导航信息，不需要低头观察方向盘下方的仪表盘或者中控显示屏，从而可提高紧急情况下的制动反应时间，提升驾驶的安全性。

3、由此可见，hud系统的成像质量对安全驾驶起着至关重要的作用。投影系统的投影效果作为影响hud系统成像质量的关键因素之一，如何提高投影系统的投影质量一直是光学领域研究者不断追求的目标之一。

4、此外，由于汽车内部空间有限，如何在有限的空间内安装投影系统，也是目前诸多光学领域研究者亟待解决的难题之一。

技术实现思路

1、本技术提供了一种投影系统，所述投影系统包括：光源模块，发射光束；第一棱镜，具有第一斜面和第一表面，所述第一斜面将所述光束全反射向所述第一表面；以及第二棱镜，具有与所述第一斜面相对倾斜设置的第二斜面，所述第二斜面接收并折转来自所述第一表面的光束，以使所述光束从所述第二棱镜投射出去。

2、在一个实施方式中，所述光源模块沿第一方向发射光束；以及所述光束沿与所述第一方向相反的第二方向从所述第二棱镜投射出去。

3、在一个实施方式中，所述第二斜面与所述第一斜面之间的夹角在1°～15°范围内；以及所述第一斜面与所述第一表面之间的夹角在26°～50°范围内。

4、在一个实施方式中，所述第二斜面与所述第一斜面沿所述第一方向上的距离在0.2mm～6mm范围内；以及所述第二斜面与所述第一斜面沿第三方向上的距离在0.2mm～6mm范围内，其中所述第三方向垂直于所述第一方向。

5、在一个实施方式中，所述第一棱镜和所述第二棱镜的折射率在1.4～1.9范围内。

6、在一个实施方式中，所述投影系统还包括：匀光模块，位于所述光源模块和所述第一棱镜之间，所述光源模块发射的所述光束经所述匀光模块匀化后透射至所述第一棱镜。

7、在一个实施方式中，所述投影系统还包括：第一反射镜，位于所述匀光模块和所述第一棱镜之间，接收并反射经所述匀光模块匀化的、沿所述第一方向的所述光束；以及第二反射镜，位于所述第一反射镜和所述第一棱镜之间，接收所述第一反射镜反射的所述光束，并反射所述光束至所述第二方向。

8、在一个实施方式中，所述投影系统还包括：第一中继透镜，位于所述匀光模块和所述第一反射镜之间，接收并透射经所述匀光模块匀化的、沿所述第一方向的所述光束至所述第一反射镜；以及第二中继透镜，位于所述第二反射镜和所述第一棱镜之间，接收并透射经所述第二反射镜反射的所述光束至所述第一棱镜。

9、在一个实施方式中，所述投影系统还包括：矫正模块，位于所述光源模块和所述匀光模块之间，所述光源模块发射的所述光束经所述矫正模块矫正后透射至所述匀光模块。

10、在一个实施方式中，所述光源模块为led光源。

11、在一个实施方式中，所述光源模块为激光。

12、在一个实施方式中，所述投影系统还包括：显示模块，位于所述第二棱镜的第二表面的一侧，其中，所述第二表面接收所述第二斜面投射的所述光束，并透射接收到的所述光束至所述显示模块，以使所述光束携带图像信息。

13、在一个实施方式中，所述光源模块发射的所述光束具有图像信息。

14、在一个实施方式中，所述光束在所述第一中继透镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第二中继透镜之间的传播路径在45mm～75mm范围内。

15、在一个实施方式中，所述匀光模块为复眼透镜，其中，所述复眼透镜包括多个微透镜结构，所述微透镜结构的出射角度小于4°。

16、在一个实施方式中，所述微透镜结构的折射率在1.4～1.7范围内；所述微透镜结构的曲率半径的绝对值在1mm～15mm范围内；以及所述微透镜结构在光轴方向上的最大厚度在2mm～15mm范围内。

17、在一个实施方式中，所述微透镜结构在光轴方向上的最大厚度与所述微透镜结构的曲率半径的绝对值的比值在1～8范围内；所述微透镜结构在光轴方向上的最大厚度与所述微透镜结构在垂直于所述光轴方向上的最大有效口径的比值在2～20范围内；以及所述微透镜结构的入射角度与所述微透镜结构的出射角度的比值在1～2范围内。

18、本技术另一方面提供了一种成像系统。该成像系统包括：上述投影系统；以及成像透镜组，对上述投影系统投射的所述光束进行投影。

19、在一个实施方式中，所述成像系统满足：t1/t≤0.3，其中，t1是所述第一中继透镜至所述第一反射镜在光轴上的距离，t是所述成像透镜组的成像面的中心至所述第二反射镜的最靠近所述第一反射镜的顶点之间的最短距离。

20、在一个实施方式中，所述成像系统满足：t3/t≤0.4，其中，t3是所述第二中继透镜至所述第二反射镜在所述光轴上的距离。

21、在一个实施方式中，所述成像系统满足：t2/w≤0.7，其中，t2是所述第一反射镜至所述第二反射镜在所述光轴上的距离，w是所述第一中继透镜至所述第二中继透镜在垂直于所述第一方向上的最远距离。

22、在一个实施方式中，所述成像系统满足：h2/h≤0.8，其中，h是所述显示模块至所述第二棱镜在垂直于所述第一方向上的最远距离，h2是所述第二棱镜的出射面在垂直于所述第一方向上的长度，所述光束从所述出射面投射出去。

23、在一个实施方式中，所述成像系统满足：h1/h≤0.8，其中，h1是所述第一棱镜的入射面在垂直于所述第一方向上的长度，所述光束经所述入射面射至所述第一斜面。

24、本技术另一方面提供了一种制造投影系统的方法。所述方法包括：设置第一棱镜和第二棱镜，其中，所述第一棱镜具有第一斜面和第一表面，所述第一斜面将光源模块发射的光束全反射向所述第一表面；所述第二棱镜具有与所述第一斜面相对倾斜设置的第二斜面，所述第二斜面接收并折转来自所述第一表面的光束，以使所述光束从所述第二棱镜投射出去。

25、在一个实施方式中，所述光源模块沿第一方向发射光束；以及所述光束沿与所述第一方向相反的第二方向从所述第二棱镜投射出去。

26、在一个实施方式中，设置所述第二斜面与所述第一斜面之间的夹角在1°～15°范围内；以及设置所述第一斜面与所述第一表面之间的夹角在26°～50°范围内。

27、在一个实施方式中，设置第一棱镜还包括：设置所述第一斜面与所述第二斜面沿所述第一方向上的距离在0.2mm～6mm范围内；以及设置所述第一斜面与所述第二斜面沿第三方向上的距离在0.2mm～6mm范围内，其中所述第三方向垂直于所述第一方向。

28、在一个实施方式中，所述方法还包括：在所述光源模块和所述第一棱镜之间设置匀光模块，所述光源模块发射的所述光束经所述匀光模块匀化后透射至所述第一棱镜。

29、在一个实施方式中，所述方法还包括：在所述匀光模块和所述第一棱镜之间设置第一反射镜，所述第一反射镜接收并反射经所述匀光模块匀化的、沿所述第一方向的所述光束；以及在所述第一反射镜和所述第一棱镜之间设置第二反射镜，所述第二反射镜接收所述第一反射镜反射的所述光束，并反射所述光束至与所述第二方向。

30、在一个实施方式中，所述方法还包括：在所述匀光模块和所述第一反射镜之间设置第一中继透镜，所述第一中继透镜接收并透射经所述匀光模块匀化的、沿所述第一方向的所述光束至所述第一反射镜；以及在所述第二反射镜和所述第一棱镜之间设置第二中继透镜，所述第二中继透镜接收并透射经所述第二反射镜反射的所述光束至所述第一棱镜。

31、在一个实施方式中，所述方法还包括：在所述光源模块和所述匀光模块之间设置矫正模块，所述光源模块发射的所述光束经所述矫正模块矫正后透射至所述匀光模块。

32、在一个实施方式中，所述方法还包括：在所述第二棱镜的第二表面的一侧设置显示模块，其中，所述第二表面接收所述第二斜面投射的所述光束，并透射接收到的所述光束至所述显示模块，以使所述光束携带图像信息。

33、在本技术一示例性实施方式中，通过设置第一棱镜的第一斜面与第二棱镜的第二斜面相对倾斜，可有利于光束在第一棱镜的第一斜面上发生全反射现象，进而可有效减少光线透过第一棱镜和第二棱镜产生的杂光，提高投影图像的对比度，减小光效损失。

34、在本技术另一示例性实施方式中，通过设置第一棱镜的第一斜面与第一表面之间的理想夹角阈值可在26°～50°范围内，可以提高第一棱镜的可加工性、可以减少杂光，增加有效光，提高光效。

35、在本技术另一示例性实施方式中，通过合理搭配第一棱镜、第二棱镜、第一反射镜和第二反射镜，可以在减少杂光的同时，减小投影系统的整体体积，使该投影系统可安装于有限的空间内，以使投影系统具有可适配不同投影环境的优势。