一种投影光学系统、投影模组及车辆
技术领域
本实用新型涉及一种投影光学系统、投影模组及车辆，属于车灯领域。
背景技术
现有投影式智能车灯的投影光学系统的光源一般采用一颗大功率LED或采用两颗小功率LED，投影光通量输出较小，此种光源配置方案主要为了实现较高的投影路面照度和较高的对比度，但会降低投影视场角宽度；或者采用两颗大功率LED，该方案的投影光通量输出较大，使投影光学系统的F数较小，导致镜头设计难度较大，成本较高，同时系统体积也会比较大。
应用基于DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜)的DLP(DigitalLightProcessing，数字光处理)投影光学系统中，分为照明光路和成像镜头，照明光路部分影响系统的能量利用率和能量输出，成像镜头影响投影成像质量，比如对比度、清晰度等。连接照明光路和成像镜头的部分是DLP数字微镜(DMD)，DLP投影光学系统设计过程中要保证能量利用率和能量输出，需要考虑投影镜头与照明光路的F数相互匹配。在目前的车灯DLP投影光学系统设计中，为了提高能量利用率和能量输出需要尽可能的提高光源产生的光通量，由于LED的发光效率一定，一般是增加LED的使用颗数，为了尽可能的收集LED光源所发出的的光束，则照明光束的发散角会比较大，为了提高能量利用率，镜头要接收发散角大的光束，则投影镜头的F数会比较小，小F数的投影镜头的设计难度较大、加工制作成本较高，投影成像质量也会下降。照明光束的发散角较大的话也会影响DLP数字微镜(DMD)的衍射效果，投影系统的对比度也会大大降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种投影光学系统及车辆，通过减小两个大功率LED的照明光束发散角度，投影光学系统能够输出较高的光通量和较宽的投影视场角，可实现较高的投影路面照度和较宽的路面照射范围。
为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种投影光学系统，包括数字微镜、照明系统和投影镜头组；所述照明系统包括第一大功率LED、第二大功率LED、第一透镜、第二透镜、外反射棱镜和反射镜；所述第一大功率LED的出射光经所述第一透镜收集并压缩后射入所述外反射棱镜的第一反射面后形成第一反射光束，所述第二大功率LED的出射光经所述第二透镜收集并压缩后射入所述外反射棱镜的第二反射面后形成第二反射光束，所述第一反射光束和第二反射光束均经由所述反射镜反射后汇聚在所述数字微镜上，经数字微镜反射后进入所述投影镜头组，由投影镜头组投射成像。外反射棱镜可选直角棱镜或者两个反射面夹角成一定角度的棱镜。第一反射光束和第二反射光束可以平行，也可以成一定角度。
进一步地，所述第一反射光束经所述反射镜反射后形成第一汇聚光束，所述第二反射光束经由所述反射镜反射后形成第二汇聚光束，所述第一汇聚光束的光轴和第二汇聚光束的光轴之间的夹角A小于30°。
进一步地，所述照明系统和投影镜头组之间设有光阑。这个光阑是照明系统光束进入镜头的光阑，用于消除照明光路中的杂散光。如果不设置光阑会有杂散光影响成像质量。光阑设置在投影镜头入光面处。
进一步地，所述第一透镜和第二透镜均包括至少一片镜片。根据LED的尺寸大小、收光角度以及对收光后的光束形状和角度的要求不同，选用一到多片镜片。
进一步地，所述反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。平面没有汇聚光束的能力，只有通过外反射棱镜的反射偏转角度实现第一光束和第二光束汇聚，这样系统就会比较大，且汇聚光束质量较差，可设计可调节的能力就差；用曲面反射镜，可以通过设计曲面反射镜的面型，更好地将光束汇聚到DMD芯片上，光束质量更容易优化设计。
进一步地，所述投影镜头组包括多片镜片。数量可根据需要的成像清晰度确定。镜片的形状包括球面、非球面和自由曲面。
本实用新型第二方面提供一种投影模组，包括本实用新型第一方面所述的投影光学系统。
本实用新型第三方面提供一种车辆，包括本实用新型第一方面任一技术方案所述的投影光学系统或第二方面所述的投影模组。
通过本实用新型的上述技术方案，通过减小两个大功率LED的照明光束发散角度，投影光学系统能够输出较高的光通量和较宽的投影视场角，可实现较高的投影路面照度和较宽的路面照射范围；增加外反射棱镜，减小两颗LED照明光束角度，增大投影镜头的F数，降低了投影镜头的设计难度和加工制造成本；系统结构紧凑、体积小，满足整车空间需求成本低，并且能够投射对比度较高的图像，具有车灯法规要求的防眩目功能。
本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：
图1为本实用新型投影光学系统一实施例的光路图；
图2为本实用新型投影光学系统一实施例的照明光路图；
图3为本实用新型投影光学系统一实施例的光路追击图。
附图标记说明
数字微镜1；照明系统2；第一大功率LED 2-1-1；第二大功率LED2-1-2；第一透镜2-2-1；第二透镜2-2-2；外反射棱镜2-3；第一反射面2-3-1；第二反射面2-3-2；反射镜2-4；投影镜头组3；第一投影镜片3-1；第二投影镜片3-2；第三投影镜片3-3；投影成像空间4；光轴5；光阑6。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。
如图1和2所示，本实用新型投影光学系统的一个实施例，包括DLP数字微镜(DMD)1、照明系统2和投影镜头组3，其中，照明系统2包括第一大功率LED 2-1-1、第二大功率LED2-1-2、第一透镜2-2-1、第二透镜2-2-2、外反射棱镜2-3和反射镜2-4，第一透镜2-2-1可以是一片镜片也可以是多片组合透镜组，第二透镜2-2-2可以是一片镜片也可以是多片组合透镜组，反射镜2-4可以是平面反射镜也可以是曲面反射镜；投影镜头组3为多片镜片组成，本实施例采用三片投影镜片，分别是第一投影镜片3-1、第二投影镜片3-2和第三投影镜片3-3。
为了提高系统输出光通量，采用两颗大功率LED，分别是第一大功率LED 2-1-1和第二大功率LED2-1-2，第一大功率LED 2-1-1通过第一透镜2-2-1收集并压缩从LED发出的光束，第二大功率LED 2-1-2通过第二透镜组2-2-2收集并压缩从LED发出的光束；经过压缩后的两束光束经过外反射棱镜2-3的两个外反射面2-3-1和2-3-2反射，反射光束打在反射镜2-4上后会使光束汇聚在DLP数字微镜(DMD)1上，从外反射棱镜2-3反射后的两束光线的光轴延长线为21’和22’，第一大功率LED 2-1-1的虚像为2-1-1’，第二大功率LED 2-1-2的虚像为2-1-2’，光轴21’和22’的距离为L，通过外反射棱镜2-3的反射转折后，会减小L的大小，L的大小决定了经过反射镜2-4汇聚之后的两束光线光轴211’和222’的夹角A的大小，L减小则A减小，即DMD入射光束角度减小，A要小于30度；如果不采用外反射棱镜2-3，保证A要小于30度的话，虚像2-1-1’和2-1-2’会相互干涉，第一透镜2-2-1的虚像2-2-1’和第二透镜2-2-2的虚像2-2-2’也是干涉的；反射镜2-4的作用一是折叠光路，减小系统体积，二是将两颗LED光束汇聚到DMD芯片靶面上，三是可以控制照明光束在DMD芯片靶面上的光能分布；DMD入射光束经过DMD的反射之后，通过投影镜头组3接收并投射出去，在投影成像空间4中成像；在照明系统2和投影镜头组3中间有光阑6，控制照明光束进入投影镜头组3，并控制杂散光进入投影镜头组3，提高投射成像的成像质量。通过以上的设计，使用了两颗大功率LED，LED照明光束照射在DMD芯片靶面上的光束角度A减小，经过DMD芯片反射的光束角度也减小了，提高了投影出去的光通量，同时增大了投影镜头的F数，降低了投影镜头的设计难度和制造加工难度，照明光束角度A减小则投影成像的对比度会提高。
本实用新型投影光学系统的实施例中，照明光路采用非远心光路，提高能量利用率且光学系统的光学扩展量匹配，即照明光路的光束角度*照明光路的照射面尺寸＝DMD芯片的接收光束角度*DMD芯片的尺寸，照明系统2通过外反射棱镜2-3的反射后减小照明光路的光束角度A，即减小了两颗大功率LED的光学扩展量；同时需要照明光路的F数与投影镜头的F数相互匹配，即1/2Sin(A)＝f/2D，其中A为照明光路的光束角度，f为投影镜头的焦距，D为入射瞳孔的半径，照明光路的光束角度A减小则F数增大，镜头F数增大，降低了投影镜头的设计难度和制造加工难度。
如图3所示，在本实用新型投影光学系统的一个实施例中，第一大功率LED 2-1-1通过第一透镜2-2-1收集并压缩从LED发出的光束，第二大功率LED 2-1-2通过第二透镜2-2-2收集并压缩从LED发出的光束，第一透镜2-2-1、第二透镜2-2-2的镜片可以为球面，或者为通过模造工艺加工的非球面镜；经过压缩后的两束光束经过外反射棱镜2-3的两个外反射面2-3-1和2-3-2反射，外反射棱镜2-3为了保证外反射面2-3-1和外反射面2-3-2的定位精度，外反射棱镜2-3需为一体加工的棱镜结构；反射光束打在反射镜2-4上，反射镜2-4将光束汇聚在DLP数字微镜(DMD)1上，反射镜2-4的面型可以是平面、球面、椭圆面、抛物面、双曲面或者为其他方程驱动的自由曲面；通过DLP数字微镜1的反射，反射后的光束被投影镜头组3所收集并投射出去，沿着投影镜头组3的光轴5在投影成像空间4内成像，投影镜头组3为多片镜片组成，本实施例采用三片投影镜片，分别是第一投影镜片3-1、第二投影镜片3-2和第三投影镜片3-3。
本实用新型投影模组的实施例中，投影模组包括上述本实用新型投影光学系统的任一实施例所述的投影光学系统，具体实现时，可参见上述本实用新型投影光学系统的各实施例，此处不再赘述。
本实用新型车辆的实施例中，车辆上安装有上述本实用新型投影光学系统的任一实施例所述的投影光学系统，具体实现时，可参见上述本实用新型投影光学系统的各实施例，此处不再赘述。
以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。
