[发明专利]一种改进型三组元TIR棱镜

说明书

本发明公开了一种用于红外场景投影仪的改进型三组元TIR棱镜，相互之间隔以一固定空气隙由玻璃夹板从侧面胶合在一起。棱镜在一定的尺寸和角度下，当DMD处于“on”、“flat”、“off”三种不同状态时，光束通过此TIR棱镜后“off”和“flat”光束与“on”态出射光束从不同表面出射，以彻底分开三种不同状态的光束，避免非成像光束进入投影系统而影响成像质量，实现对DMD“on”、“flat”、“off”状态的调制。选择不同的红外材料可以满足不同工作波段的使用要求。本发明解决了专利申请号201310071235.5中由于进入投影系统的光束在通过TIR棱镜时经过了三块棱镜相交的棱，以至于投影后的图像中央有一条无法避免的亮线，严重影响成像质量的问题。

技术领域

本发明主要涉及一种用于红外场景投影仪的三组元式TIR(内全反射，TotallyInternally Reflect)棱镜，尤其涉及一种基于DMD(Digital Micro mirror Devices)的红外场景投影仪光学引擎的TIR棱镜。

背景技术

采用DMD的红外场景投影仪光学引擎中，根据DMD工作原理，投影系统与照明系统夹角为24°，若不使用TIR棱镜，就会导致照明系统与投影系统口径之间相互制约，解决这一问题就需要将投影系统的工作距离增大，但会增大系统体积，降低能量利用率，增加设计难度。

目前可查阅资料较多的是双组元式TIR棱镜，(1)对比中国发明专利：DLP投影机用TIR棱镜系统，申请号：201511019780.5，(2)对比中国实用新型专利：一种DLP投影机用小型化TIR棱镜系统，申请号：201521132165.0，(3)对比中国发明专利：用于DMD投影仪的TIR棱镜，申请号：02823251.8，此三个专利所述TIR棱镜为双组元式棱镜，由于“on”、“off”两种状态下光束通过TIR棱镜后从同一表面出射，两种状态光束在出射面上互相交叠，不能彻底分开这两种不同状态的光束，尤其当后续投影系统离棱镜出射面距离越近时，“off”状态的光会更多进入后续光学系统，使得背景能量升高，对场景投影仪性能产生较大影响。此外科研实验证明，DMD“flat”态及窗口处的反射光进入投影系统后对像质影响较大，而此类专利未考虑“flat”状态。

三组元式TIR棱镜可见资料较少，对比中国专利：一种用于红外目标模拟器的三组元式内全反射棱镜，申请号：201310071235.5，此专利为三组元式棱镜，理论上可以有效分开三种不同状态的光束，但通过实际对此种棱镜样品进行验证发现，此棱镜存在一个非常大的弊端是“on”态光束在进入投影系统前，必须通过一个三块棱镜相交的棱，如图1所示，从成像结果来看图像中央出现一条亮线，提高加工精度和胶合工艺会使得亮线变窄但不会消失，此亮线严重影响成像质量。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于提出一种基于DMD的红外场景投影仪光学引擎的改进型三组元TIR棱镜，针对中国专利：一种用于红外目标模拟器的三组元式内全反射棱镜，申请号：201310071235.5进行改进，本发明所提供的方案既可以解决“flat”和“off”状态的光束与“on”状态光束不能完全分开的问题，同时解决了上述专利中“on”态光束在进入投影系统前，由于必须通过一个三块棱镜相交的棱，从成像结果来看，图像中央出现一条严重影响成像质量的亮线的问题。

本发明的技术方案为：

所述一种改进型三组元TIR棱镜，包括三块棱镜S1、S2和S3，其中棱镜S2的LG面与DMD器件平行放置，LG面为DMD的入射面；其特征在于：棱镜S2中，与入射面LG面相邻的两个面LD面和GH面上分别布置棱镜S1和棱镜S3；棱镜S1的BC面与棱镜S2的LD面相对，棱镜S3的FM面与棱镜S2的GH面对，BC面与LD面之间以及FM面与GH面之间间隔一定的空气间隙，并由玻璃夹板从侧面将三个棱镜胶合在一起；