[发明专利]微投影系统各光学元件设计再调整的方法

摘要

本发明公开了－种系统各光学元件设计再调整的方法。其具体方法为：a、在TracePro中模拟的准备工作b、实际调整步骤如下：（1）先调整DM镜后表面；（2）调整DM镜的前表面；（3）调整绿光光轴；c、LED聚光镜再调整，ｄ、复眼准直镜的调整，e、复眼的调整，f、复合棱镜的调整，g、反光镜的调整，h、照明系统各个光学元件的位置，角度公差是在TracePro软件中模拟来确定的。由于在调整过程随时监控系统的透过率，遵循了照明系统是由能量观点进行设计的原则，因此是可行的。

主权项

一种系统各光学元件设计再调整的方法，其特征在于：具体方法为a、在TracePro中模拟的准备工作为了验证方法是否正确，要通过TracePro软件来模拟，为此要做以下准备工作，步骤如下：（1）通过设置各元件光轴来检查其位置是否整正确；（2）实测三基色波长,红光是6218纳米，绿光是523.5纳米，蓝光是455.3纳米；b、实际调整步骤如下：（1）先调整DM镜后表面，从红光LED作出光轴，然后绕红光光轴的入射点旋转DM镜的后表面，直到反射光轴水平为止，这样就确定了DM镜后表面的倾斜角；（2）调整DM镜的前表面，以蓝光光轴在DM镜的后表面入射点为轴，旋转改变DM镜前表面的倾斜角，当反射光轴水平出射时旋转过程完成，得到DM镜的前表面的倾角，此时DM镜的结构已经确定；（3）调整绿光光轴，以绿光光轴在DM镜前表面入射点为轴旋转绿LED聚光镜光轴，使出射光轴水平，这样三个出射光轴方向完全一致；（4）为了使三个出射光轴完全重合起出射点必须重合，方法是：通过移动聚光镜可以改变出射光线出射点，在移动聚光镜要防止位置干涉，并给结构留下空间，最后以光轴出射点重合为准；c、LED聚光镜再调整，原聚光镜在模拟过程中发现在到达复眼阵列前表面光效率只有17%，主要是前部光束压缩不到位，尺寸比复眼截面尺寸大，从复眼外部漏过，因此应该加大压缩力度，在原结构上考虑光束压缩方案不能实现，为此多加一个透镜成为三片聚光镜，经过优化光效达到97%，达到光能利用率的要求；ｄ、复眼准直镜牵涉到后续的复合棱镜，在设计方案实体化的过程中会出现模拟上的偏差，这就要求光学设计软件Zemax和光学模拟软件Tracepro两个软件设计结果经常比对，确保复眼准直镜聚焦在DMD工作面上，以此为准不断调整Zemax的设计结果；e、复眼的作用是均化全视场的照明即提高视场照明的均匀性，这样就不允许光束不通过复眼阵列进入后续的照明系统，另外复眼阵列的长宽比应该等于DMD的长宽比，这样在DMD上的光斑才能高效耦合，由于手机厚度方向是10毫米，按DMD长短边比等于4：3，这样复眼阵列的另外一边的尺寸为10×４／3＝13毫米，那么复眼阵列的整体尺寸等于10×13，一般来说单个复眼尺寸短边长一毫米，长边等于1×4/3＝1.3毫米，因此短边方向含复眼个数为10个，长边方向含复眼个数为10个，这样复眼阵列含复眼总数为100个，从复眼总数来看达到匀光的效果，另外从单个复眼尺寸来看其工艺加工时可以实现的，有了这些数据就可以做成复眼阵列模型，在Tracepro中进行模拟，最后如果光斑矩形和DMD的工作面相对倾斜，可以绕光轴旋转复眼阵列，直到不相对倾斜为止；f、复合棱镜在ZEMAX的创建是很复杂的过程，其棱镜各角度是通过主光线出射角的三个方向余弦来确定的，这是个空间角度问题，因此当在模拟过程中要随时检查主光线的出射角度是否符合要求，如果不符合就要微量改动ZEMAX的出射角，观察Tracepro软件模型中主光线出射角是否符合要求，如此往返调整设计直到符合要求为止；g、反光镜的调整，在Tracepro里给出光轴，在反光镜的位置上设立一个旋转点，以此为轴整体旋转及后续光路的元件，使后续光学元件的投影镜头与照明光路的光轴平行，以此决定反光镜的倾斜角，同时观察全光束在反光镜的拦截高度，确定反光镜的尺寸和放置位置，整个调校在Tracepro中进行，精确判断反射到DMD面上的光轴点是否在正中心，不在就需调整反光镜的角度直到居中为止；h、照明系统各个光学元件的位置，角度公差是在Tracepro软件中模拟来确定的。