專利名稱：一種高效的微型投影光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影顯示技術(shù)，尤其涉及一種高效的微型投影光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
近年來，液晶投影技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電化教學(xué)、辦公、商務(wù)以及廣告娛樂等方 面。而隨著科技的發(fā)展以及人們生活水平的日益提高，液晶投影技術(shù)也朝著微型化、輕量化 以及高畫質(zhì)方向發(fā)展。中國發(fā)明專利申請公開說明書中公開號“CN1609703”名稱為“發(fā)光二極管照明裝 置”公開了一種使用發(fā)光二極管照明裝置的投影機(jī)，其包括一個(gè)紅色發(fā)光二極管組件、一個(gè) 綠色發(fā)光二極管組件以及一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管組件組成的多個(gè)發(fā)光二極管組件，多個(gè)單晶 硅液晶光閥面板，多個(gè)偏振分束器，一個(gè)合光棱鏡以及一個(gè)透鏡組件。其中，多個(gè)單晶硅液 晶光閥面板對應(yīng)多個(gè)發(fā)光二極管組件，用于調(diào)變多個(gè)發(fā)光二極管組件產(chǎn)生的光束。多個(gè)偏 振分束器對應(yīng)多個(gè)單晶硅液晶光閥面板，用于分離對應(yīng)的發(fā)光二極管組件產(chǎn)生并且入射對 應(yīng)的單晶硅液晶光閥面板的光束以及經(jīng)由對應(yīng)的單晶硅液晶光閥面板調(diào)變后反射出的光 束。合光棱鏡由多個(gè)偏振分束器所環(huán)繞，用于合并多個(gè)單晶硅液晶光閥面板調(diào)變后反射出 的光束。透鏡組件位于合光棱鏡影像輸出的光路上，用于接收合光棱鏡輸出的影像，進(jìn)行色 差的消除和成像的動作。該投影機(jī)的投影原理如下發(fā)光二極管組件同時(shí)出射紅色、綠色以及藍(lán)色的光束， 通過對應(yīng)的偏振分束器照射到三片單晶硅液晶光閥面板上進(jìn)行調(diào)變，之后，合光棱鏡把三 片單晶硅液晶光閥面板調(diào)變后的三基色影像光束加以合并形成彩色影像，合并后的彩色影 像再通過透鏡組件消除色差及成像，最后投影至投影屏幕上。這種結(jié)構(gòu)的投影機(jī)，需要各 個(gè)發(fā)光二極管組件同時(shí)發(fā)光，同時(shí)，需要三片面板，并結(jié)合三個(gè)偏振分束器，效率較低，且， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所使用的光學(xué)元件較多，光路較長，尺寸較大，無法滿足市場微型化、輕量化的需 求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，須提供一種效率高，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，光路較短，尺寸較小的高效的微型 投影光學(xué)引擎，以滿足市場的微型化、輕量化的需求。一種高效的微型投影光學(xué)引擎，包括光源模組、透鏡組、微顯示面板以及投影鏡 頭。其中，光源模組包括發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的光束的整形鏡組。透鏡 組設(shè)置于所述整形鏡組的出射光路上。所述整形鏡組以及透鏡組把所述發(fā)光元件的發(fā)光面 成像于所述微顯示面板附近。微顯示面板設(shè)置于所述透鏡組的出射光路上，對入射光進(jìn)行 調(diào)制，并調(diào)制出攜有圖像信息的圖像光。投影鏡頭用于將所述微顯示面板上的圖像信息投 影成像到屏幕上。本發(fā)明的微型投影光學(xué)引擎中，通過整形鏡組以及透鏡組把發(fā)光元件的發(fā)光面成 像于微顯示面板附近，形成臨界照明，得到方形的成像光斑，有效提高光學(xué)引擎的效率；此外，發(fā)光元件通過由整形鏡組以及透鏡組構(gòu)成的照明裝置，輸出的光照明微顯示面板，由微 顯示面板對入射光進(jìn)行調(diào)制，之后，通過投影鏡頭將微顯示面板上的圖像信息投影成像到 屏幕上，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及照明裝置，微顯示面板以及投影鏡頭，不涉及其他光學(xué) 器件，這種架構(gòu)所使用的光學(xué)元件較少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，光能利用率高，且，光路較短，尺寸 較小，生產(chǎn)成本較低，滿足市場微型化、輕量化的需求。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明第二實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第三實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明第四實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中照明裝置輸出的光斑效果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 其包括光源模組10、透鏡組30、偏振轉(zhuǎn)換器40、復(fù)眼透鏡組50、偏振分光器60、微顯示面板 70以及投影鏡頭(圖中未示出)。其中，光源模組10、透鏡組30、偏振轉(zhuǎn)換器40以及復(fù)眼 透鏡組50構(gòu)成照明裝置。光源模組10包括發(fā)光元件102，以及用于收集并整形所接收到的光束的整形鏡組 103。本發(fā)明實(shí)施方式中，發(fā)光元件102為發(fā)光二極管(LightEmitting Diode, LED)芯片， 用于發(fā)出180°的光。且，LED芯片連接有控制器(圖中未示出)，用于控制芯片的時(shí)序發(fā) 光。芯片工作頻率按液晶面板所需光照參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到顯示最好的顏色視覺效果。 又，該LED芯片的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為以陣列方式排列的多個(gè)。采用多個(gè)LED芯片以 陣列方式的排列，有利于提高整個(gè)照明裝置的光通量，進(jìn)而增加投影光束的光亮度。此外， 整形鏡組103包括兩個(gè)順序排列的正透鏡。本發(fā)明實(shí)施方式中，為兩個(gè)彎月形的正透鏡，其 材質(zhì)為玻璃，順序排列于發(fā)光元件102與透鏡組30之間。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，也可以采用平凸透鏡或雙凸透鏡組成整形鏡組，而正透 鏡的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為兩個(gè)以上，這里不再贅述。透鏡組30設(shè)置于整形鏡組103的出射光路上，其包括順序排列的第一透鏡組301 以及第二透鏡組302。其中，第一透鏡組301包括一個(gè)正透鏡，對所接收到的光進(jìn)行壓縮，減 小其發(fā)散角，提高光效，且，把原本投射到屏幕外的光束折射到屏幕上，進(jìn)而避免了投影畫 面出現(xiàn)中部較亮、邊緣較暗的不均勻現(xiàn)象；同時(shí)，與整形鏡組103以及第二透鏡組302 —起 把光源(即發(fā)光元件102)的發(fā)光面成像在有限遠(yuǎn)，即微顯示面板70附近，使成像光斑為方 形，克服了現(xiàn)有的光學(xué)引擎中，光源的像只能在無限遠(yuǎn)(其所獲得的光斑為圓形)的偏見， 因此，本發(fā)明的光學(xué)引擎的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的光學(xué)引擎。此外，第一透鏡組301為球面透 鏡或者非球面透鏡，即，正透鏡可以為球面透鏡，也可以為非球面透鏡；采用非球面透鏡的 結(jié)構(gòu)，有利于減少像差，提高出射光的一致性。
本發(fā)明其它實(shí)施方式中，第一透鏡組301還可以包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的透鏡，而 第一透鏡組301為球面透鏡、非球面透鏡其中之一或者其組合。又，依照微型投影光學(xué)引擎 光路設(shè)計(jì)的需求，第一透鏡組301中所選取的透鏡并不限于本具體實(shí)施方式
中的正透鏡， 其也可以為負(fù)透鏡或者膠合透鏡。即，第一透鏡組301為正透鏡、膠合透鏡的組合，或者負(fù) 透鏡與膠合透鏡的組合，或者正透鏡、負(fù)透鏡的組合，或者正透鏡、負(fù)透鏡、膠合透鏡的組合寸。偏振轉(zhuǎn)換器40設(shè)置于光源模組10與透鏡組30之間，用于把所接收到的自然光轉(zhuǎn) 換為單一偏振態(tài)的線偏振光，即，偏振轉(zhuǎn)換器40可以把入射的光全部轉(zhuǎn)換為s光或ρ光，提 高光效。因此，LED芯片所發(fā)出的180°的光經(jīng)過整形鏡組的整形后，輸出單一偏振態(tài)的線 偏振光。本發(fā)明實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器40的數(shù)量為一個(gè)，該偏振轉(zhuǎn)換器40的結(jié)構(gòu)可以為 偏振片，也可以由數(shù)個(gè)連續(xù)結(jié)合在一起的棱鏡組成。例如由多個(gè)直角三角形與平行四邊 形棱鏡組成，一部分棱鏡的入射面上設(shè)置遮光部。棱鏡的結(jié)合面上鍍有偏振分光膜或者反 射膜。偏振分光膜與反射模交替配置。另一部分棱鏡的出射面上設(shè)置有二分之一波片。當(dāng) 然，還可以由數(shù)個(gè)連續(xù)結(jié)合在一起的平行四邊形棱鏡與等腰三角形棱鏡組合而成，其中，數(shù) 個(gè)平行四邊形棱鏡以一個(gè)等腰三角形棱鏡為中心對稱分布。與等腰三角形棱鏡結(jié)合的結(jié)合 面上鍍偏振分光膜，而其它結(jié)合面上鍍偏振分光膜或者反射膜，且，其它結(jié)合面的偏振分光 膜與反射模交替配置。同時(shí)，部分棱鏡的光出射面上設(shè)置有二分之一波片。此外，通過變換 二分之一波片的位置，還可以把入射光全部轉(zhuǎn)換為所需的線偏振光。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器40還可以設(shè)置在透鏡組30的出射光路上，例 如設(shè)置在第一透鏡組301與復(fù)眼透鏡組50之間，因此，LED芯片所發(fā)出的180°的光經(jīng)過 整形鏡組103以及第一透鏡組301后，輸出發(fā)散角較小的單一偏振態(tài)的光。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn) 換器40也可以省略。復(fù)眼透鏡組50設(shè)置于第一透鏡組301與第二透鏡組302之間，對所接收到的光 進(jìn)行均勻化處理，其包括沿光路順序平行排列的第一微透鏡陣列501以及第二微透鏡陣列 502。其中，每個(gè)微透鏡陣列均是多個(gè)相同或不同的微透鏡的陣列組合。第一微透鏡陣列 501用于將光束分成多個(gè)子光束，聚焦在第二微透鏡陣列502上。第二微透鏡陣列502用于 把對應(yīng)的第一微透鏡陣列的微透鏡成像在微顯示面板70，不同子光束在微顯示面板70上 相互重疊，從而提供均勻的照明。又，該第一微透鏡陣列501與第二微透鏡陣列502可以通 過透明實(shí)體(如平板玻璃)整合于一體，也可以分立。本發(fā)明實(shí)施方式中，微透鏡的縱橫比尺寸與微顯示面板70的縱橫比尺寸一致。例 如縱向尺寸橫向尺寸為3 4或者9 16。采用具有與微顯示面板70相同長寬比的 微透鏡，有利于獲得能量利用率與均勻性都比較好的照明光斑。又，該微透鏡為球面透鏡或 者非球面透鏡。微透鏡為矩形微透鏡。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，復(fù)眼透鏡組上的微透鏡還可以是圓形微透鏡。第一微透 鏡陣列中的微透鏡的曲率半徑與第二微透鏡陣列中的微透鏡的曲率半徑可以相同，也可以 不同。當(dāng)然，復(fù)眼透鏡組還可以是僅由多個(gè)相同或不同的微透鏡粘合而成的一列微透鏡陣 列構(gòu)成。如果投影光學(xué)引擎對均勻性的要求不高，該復(fù)眼透鏡組還可以省略。第二透鏡組302為積分透鏡，設(shè)置于復(fù)眼透鏡組50的出射光路上，用于把復(fù)眼透 鏡組50的像成像在微顯示面板70上。本發(fā)明實(shí)施方式中，第二透鏡組302中透鏡的數(shù)量為一個(gè)。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，第二透鏡組302還可以包括多個(gè)順序排列的透鏡。其中 一部分透鏡設(shè)置于偏振分光器60與微顯示面板70之間。通常，設(shè)置于偏振分光器60與微 顯示面板70之間的透鏡為平凸透鏡，由于臨近微顯示面板70，也稱為場鏡。偏振分光器60設(shè)置于照明裝置的出射光路上，即，微顯示面板70的入射光路上。 本發(fā)明實(shí)施方式中，偏振分光器60為棱鏡式偏振分光器，由二個(gè)三角棱鏡膠合成立方體形 狀，在其中間接觸面上鍍有偏振分光膜層，由該偏振分光膜層形成一個(gè)偏振分光面，該偏振 分光面可以將入射光中的s光、ρ光分離開。當(dāng)然，偏振分光器60也可以由其它棱鏡膠合 成其它形狀，只要可以將入射光中的s光、ρ光分離開來即可。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，該偏振分光器60也可以由平板式偏振分光器來代替(參 閱圖3)。微顯示面板70設(shè)置于第二透鏡組302的出射光路上，具體說是設(shè)置于偏振分光 器60的一側(cè)，對入射光進(jìn)行調(diào)制，并調(diào)制出攜有圖像信息的圖像光。即，用于對所接收到 的線偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該線偏振光垂直的另一線偏振光，并使該另一線偏振光攜 有圖像信息。本實(shí)施方式中，微顯示面板70為反射式硅基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon, LCOS)。當(dāng)在光學(xué)引擎中使用偏振轉(zhuǎn)換器40時(shí)，該微顯示面板70為單片微顯示面 板，若其接收到的線偏振光為s光，經(jīng)過微顯示面板70的調(diào)制后，則反射出攜有圖像信息的 另一線偏振光P光，經(jīng)由偏振分光器60將該P(yáng)光透射至投影鏡頭上。換句話說，投影鏡頭 與微顯示面板70相對平行設(shè)置，用于將微顯示面板70上的圖像信息投影成像到屏幕上。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，該微顯示面板70所接收到的線偏振光也可以為ρ光，經(jīng) 過微顯示面板70的調(diào)制后，反射出攜有圖像信息的另一線偏振光S光，經(jīng)由偏振分光器60 將該S光反射至投影鏡頭上。換句話說，投影鏡頭與微顯示面板70相鄰設(shè)置。此時(shí)，投影 鏡頭是將微顯示面板70上攜有圖像信息的S光進(jìn)行投影成像。因此，本發(fā)明的微型投影光學(xué)引擎中，通過整形鏡組、第一透鏡組以及第二透鏡組 把發(fā)光元件的發(fā)光面成像于微顯示面板附近，形成臨界照明，得到方形的成像光斑，有效提 高光學(xué)引擎的效率；同時(shí)，通過其中的復(fù)眼透鏡組，均勻照明微顯示面板；其次，通過設(shè)置 偏振轉(zhuǎn)換器，減少光能的損耗，提高光能的利用率。此外，照明裝置輸出的光照明微顯示面 板，由微顯示面板對入射光進(jìn)行調(diào)制，之后，通過投影鏡頭將微顯示面板上的圖像信息投影 成像到外部屏幕上，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及照明裝置，微顯示面板以及投影鏡頭，不涉 及其他光學(xué)器件，所使用的光學(xué)元件較少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，均勻性好，光能利用率高，且，光 路較短，尺寸較小，生產(chǎn)成本較低，滿足市場微型化、輕量化的需求。圖2所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 該光學(xué)引擎與第一實(shí)施方式的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖2所示的照明裝置 中，光源模組10為三色光源模組，其包括紅光光源模組10r、藍(lán)光光源模組10b、綠光光源模 組IOg以及交叉形合色鏡20。紅光光源模組IOr包括紅光發(fā)光元件102r，以及用于收集并整形所接收到的紅 光光束的第一整形鏡組103r。藍(lán)光光源模組IOb包括藍(lán)光發(fā)光元件102b，以及用于收集 并整形所接收到的藍(lán)光光束的第二整形鏡組103b。綠光光源模組IOg包括綠光發(fā)光元件 102g，以及用于收集并整形所接收到的綠光光束的第三整形鏡組103g。本發(fā)明實(shí)施方式中，紅光發(fā)光元件102r、藍(lán)光發(fā)光元件102b以及綠光發(fā)光元件102g均為發(fā)光二極管(Light EmittingDiode,LED)芯片，用于發(fā)出180°的光。而第一整形鏡組103r、第二整形鏡組103b 以及第三整形鏡組103g均同樣包括兩個(gè)順序排列的正透鏡，順序排列于發(fā)光元件102r、 102b、103g與交叉形合色鏡20之間。交叉形合色鏡20設(shè)置于紅光光源模組10r、藍(lán)光光源模組IOb以及綠光光源模組 IOg的出射光路的交匯處，用于合并紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為一束光。本發(fā)明實(shí) 施方式中，交叉形合色鏡20為平板狀交叉形合色鏡，其包括配置成叉狀的第一平板201，第 二平板202以及第三平板203。且，第一平板201，第二平板202以及第三平板203表面均鍍 有薄膜(圖中未標(biāo)示)。紅光光源模組10r、藍(lán)光光源模組IOb以及綠光光源模組IOg分別 設(shè)置于交叉形合色鏡20與透鏡組30的非相鄰的三個(gè)側(cè)面上。詳細(xì)說，第一整形鏡組103r 設(shè)置于紅光發(fā)光元件102r與交叉形合色鏡20之間，收集紅光光束并把紅光光束會聚為適 合交叉形合色鏡20所需的大小。第二整形鏡組103b設(shè)置于藍(lán)光發(fā)光元件102b與交叉形 合色鏡20之間，收集藍(lán)光光束并把藍(lán)光光束會聚為適合交叉形合色鏡20所需的大小。第 三整形鏡組103g設(shè)置于綠光發(fā)光元件102g與交叉形合色鏡20之間，收集綠光光束并把綠 光光束會聚為適合交叉形合色鏡20所需的大小。因此，第一整形鏡組103r、第二整形鏡組 103b以及第三整形鏡組103g中正透鏡的數(shù)量可以根據(jù)交叉形合色鏡20的尺寸來設(shè)計(jì)。通 常來說，交叉形合色鏡20的尺寸越小，其所需的入射光束的發(fā)散角也越小，從LED芯片發(fā)出 的光束就需要經(jīng)過更多的正透鏡的會聚來逐步減小入射到交叉形合色鏡20的發(fā)散角，以 提高光能的利用率。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，交叉形合色鏡20也可以采用四塊平板組合成交叉形狀， 當(dāng)然，交叉形合色鏡20也可以使用棱鏡狀交叉形合色鏡(X-cube)來代替，而紅光光源模組 10r、藍(lán)光光源模組IOb以及綠光光源模組IOg則環(huán)繞于該棱鏡狀交叉形合色鏡，這里不再 贅述。第一透鏡組301同樣與第一整形鏡組103r、第二整形鏡組103b、第三整形鏡組 103g以及第二透鏡組302 —起把紅光發(fā)光元件102r、藍(lán)光發(fā)光元件102b以及綠光發(fā)光元 件102g的發(fā)光面分別成像在微顯示面板70附近。偏振轉(zhuǎn)換器40設(shè)置于交叉形合色鏡20與透鏡組30之間，用于把所接收到的自然 光轉(zhuǎn)換為單一偏振態(tài)的線偏振光。LED芯片所發(fā)出的180°的光經(jīng)過各個(gè)整形鏡組的整形 以及交叉形合色鏡20的合色后，輸出單一偏振態(tài)的線偏振光。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器40還可以設(shè)置在透鏡組的出射光路上，或者 還可以包括三個(gè)或三個(gè)以上偏振轉(zhuǎn)換器40，分別設(shè)置于紅光光源模組10r、藍(lán)光光源模組 10b、綠光光源模組IOg與交叉形合色鏡20之間(參閱圖3)。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn)換器40也可 以省略。圖3所示為本發(fā)明第三實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 該光學(xué)引擎與第二實(shí)施方式的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖3所示的照明裝置 中，紅光發(fā)光元件102r，、藍(lán)光發(fā)光元件102b，以及綠光發(fā)光元件102g，均包括三個(gè)LED芯 片。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，LED芯片的數(shù)量可以為一個(gè)，兩個(gè)，或者三個(gè)以上，這里不 再贅述。
第一整形鏡組103r’、第二整形鏡組103b’以及第三整形鏡組103g’均包括反射式 復(fù)合拋物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator，CPC)，其材質(zhì)為光學(xué)塑料、光學(xué)玻 璃或反射面鍍膜的金屬，其外截面形狀為橢圓形或者圓形。復(fù)合拋物面聚光器的中央部的 光出射區(qū)域呈凸?fàn)钋妫苓厒?cè)反射區(qū)域呈曲面，而中央光入射區(qū)域則呈凹狀曲面。因此， 發(fā)光元件發(fā)出的大角度入射光在周圍側(cè)反射區(qū)域發(fā)生全內(nèi)反射后變成基本平行的光束出 射，其發(fā)出的小角度入射光則經(jīng)中央部折射會聚。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，復(fù)合拋物面聚光器的結(jié)構(gòu)并不限于本發(fā)明具體實(shí)施方式
中的結(jié)構(gòu)，例如其中央光入射區(qū)域也可以呈平面。此外，第一整形鏡組103r’、第二整形鏡 組103b’以及第三整形鏡組103g’均還可以再包括至少一個(gè)透鏡，即在每一個(gè)復(fù)合拋物面 聚光器與交叉形合色鏡20’之間均可以再設(shè)置至少一個(gè)透鏡，以進(jìn)一步對光束進(jìn)行整形并 減小出射光的發(fā)散角。第一透鏡組301，包括兩個(gè)順序排列的透鏡，同樣與第一整形鏡組103r，、第二整 形鏡組103b，、第三整形鏡組103g，以及第二透鏡組302，一起把紅光發(fā)光元件102r，、藍(lán)光 發(fā)光元件102b’以及綠光發(fā)光元件102g’的發(fā)光面分別成像在微顯示面板70’附近。本發(fā)明實(shí)施方式中，三個(gè)偏振轉(zhuǎn)換器40’分別設(shè)置于紅光光源模組10r’、藍(lán)光光 源模組10b’、綠光光源模組10g’與交叉形合色鏡20’之間。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器40’的數(shù)量也可以為一個(gè)，設(shè)置于透鏡組的出 射光路上，或者交叉形合色鏡20’與透鏡組之間(參閱圖2)。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn)換器40’的數(shù) 量也可以為三個(gè)以上或者在照明裝置中省略該偏振轉(zhuǎn)換器40’。本發(fā)明實(shí)施方式中的偏振分光器60’為平板式偏振分光器。該平板式偏振分光器 是一塊表面具有偏振分光膜層的平板狀透明基體(如玻璃、塑膠等)，或者由經(jīng)過工藝處理 產(chǎn)生偏振分光效應(yīng)的平板狀晶體制作而成，這種結(jié)構(gòu)的偏振分光器具有光接收角寬，體積 小重量輕等優(yōu)點(diǎn)，有利于光學(xué)引擎的微型化。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振分光器60’也可以為棱鏡式偏振分光器(參閱圖1、 圖2)，這里不再贅述。圖4所示為本發(fā)明第四實(shí)施方式的高效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 同時(shí)參閱圖5，為圖4中照明裝置輸出的光斑效果示意圖。該光學(xué)引擎與第二實(shí)施方式的光 學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖4所示的照明裝置中，第一透鏡組301”包括兩個(gè)順序 排列的透鏡3011”、3012”，其中，透鏡3011”為球面透鏡或者非球面透鏡，透鏡3012”為柱面 透鏡；采用柱面透鏡的結(jié)構(gòu)，有利于輸出的光斑按微顯示面板70”的長寬比例來充滿整個(gè) 面板。參閱圖5，光源模組發(fā)出的光經(jīng)交叉形合色鏡20”以及由球面透鏡或非球面透鏡 3011”后輸出的光斑一般為小正方形a，經(jīng)過柱面透鏡3012”后，其輸出的光斑擴(kuò)展為大正 方形b，該大正方形b的邊長與微顯示面板70”的長度大致相等，而微顯示面板70”長寬比 通常為4 3或16 9，因此，通過柱面透鏡3012”后輸出的光斑將充滿整個(gè)微顯示面板 70”，與該微顯示面板70”實(shí)現(xiàn)較好的匹配。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，柱面透鏡可以設(shè)置在球面透鏡或非球面透鏡之前或者之 后，而柱面透鏡的數(shù)量可以為二個(gè)或二個(gè)以上，此外，球面透鏡或者非球面透鏡也可以與柱 面透鏡膠合再一起，組成膠合鏡，當(dāng)然，第一透鏡組301”可以是單獨(dú)的一種柱面透鏡，也可
9以是柱面透鏡與球面透鏡、非球面透鏡的組合，總之，只要滿足照明裝置輸出的光斑能按微 顯示面板的長寬比例來充滿整個(gè)面板即可。因此，本發(fā)明的微型投影光學(xué)引擎中，各光源模組通過交叉形合色鏡將不同顏色 的光束合成一束光，通過透鏡組輸出發(fā)散角小的光，并將光源的發(fā)光面成像于微顯示面板 附近，得到方形的成像光斑，有效提高光學(xué)引擎的效率；同時(shí)，通過其中的復(fù)眼透鏡組，均勻 照明微顯示面板；其次，通過設(shè)置偏振轉(zhuǎn)換器，減少光能的損耗，提高光能的利用率。此外， 照明裝置輸出的光照明微顯示面板，由微顯示面板對入射光進(jìn)行調(diào)制，之后，通過投影鏡頭 將微顯示面板上的圖像信息投影成像到外部屏幕上，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及照明裝 置，微顯示面板以及投影鏡頭，不涉及其他光學(xué)器件，所使用的光學(xué)元件較少，結(jié)構(gòu)簡單、緊 湊，均勻性好，光能利用率高，且，光路較短，尺寸較小，生產(chǎn)成本較低，滿足市場微型化、輕 量化的需求。以上所述之具體實(shí)施方式
為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體 實(shí)施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方式
，例如，紅光發(fā)光元件、藍(lán)光發(fā)光元 件以及綠光發(fā)光元件為一個(gè)或者以陣列方式排列的多個(gè)激光芯片，而第一整形鏡組、第二 整形鏡組以及第三整形鏡組均包括擴(kuò)束透鏡，用于將激光芯片所發(fā)出的激光光束擴(kuò)束整形 為適合通過交叉形合色鏡所需的大小。另外，微顯示面板為透射式液晶面板，此時(shí)，省略偏 振分光器，透射式液晶面板設(shè)置于照明裝置的出射光路上，對入射光進(jìn)行調(diào)制，并透射出攜 有圖像信息的光。凡依照本發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均包含本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種高效的微型投影光學(xué)引擎，包括光源模組，其包括發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的光束的整形鏡組；透鏡組，設(shè)置于所述整形鏡組的出射光路上；微顯示面板，設(shè)置于所述透鏡組的出射光路上，對入射光進(jìn)行調(diào)制，并調(diào)制出攜有圖像信息的圖像光；以及投影鏡頭，用于將所述微顯示面板上的圖像信息投影成像到屏幕上；其特征在于，所述整形鏡組以及透鏡組把所述發(fā)光元件的發(fā)光面成像于所述微顯示面板附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述透鏡組包括順 序排列的第一透鏡組以及第二透鏡組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述高效的微型投 影光學(xué)引擎還包括復(fù)眼透鏡組，設(shè)置于所述第一透鏡組與第二透鏡組之間，對所接收到的 光進(jìn)行均勻化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述復(fù)眼透鏡組是 多個(gè)相同或不同的微透鏡的陣列組合，所述微透鏡的縱橫比尺寸與所述微顯示面板的縱橫 比尺寸一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述微透鏡為球面 透鏡或者非球面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述第一透鏡組、第 二透鏡組包括一個(gè)或者多個(gè)順序排列的透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述第一透鏡組為 球面透鏡、非球面透鏡、柱面透鏡其中之一或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，還包括偏振轉(zhuǎn)換器， 設(shè)置于所述光源模組與透鏡組之間，或者所述透鏡組的出射光路上，用于把所接收到的自 然光轉(zhuǎn)換為單一偏振態(tài)的線偏振光；所述微顯示面板為單片微顯示面板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述光源模組為三 色光源模組，其包括紅光光源模組，其出射紅光光束，包括紅光發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的 紅光光束的第一整形鏡組；藍(lán)光光源模組，其出射藍(lán)光光束，包括藍(lán)光發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的 藍(lán)光光束的第二整形鏡組；綠光光源模組，其出射綠光光束，包括綠光發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的 綠光光束的第三整形鏡組；以及交叉形合色鏡，設(shè)置于所述紅光光源模組、藍(lán)光光源模組以及綠光光源模組的出射光 路的交匯處，用于合并所述紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為一束光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，還包括偏振轉(zhuǎn)換 器，設(shè)置于所述透鏡組的出射光路上，或者所述交叉形合色鏡與透鏡組之間，或者分別設(shè)置 于所述紅光光源模組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡之間，用于把所接收到 的自然光轉(zhuǎn)換為單一偏振態(tài)的線偏振光；所述微顯示面板為單片微顯示面板。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述紅光發(fā)光元 件、藍(lán)光發(fā)光元件以及綠光發(fā)光元件為一個(gè)或者以陣列方式排列的多個(gè)發(fā)光二極管芯片； 所述第一整形鏡組、第二整形鏡組以及第三整形鏡組均包括反射式復(fù)合拋物面聚光器或者 至少一個(gè)順序排列的透鏡或者其結(jié)合。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述紅光發(fā)光元 件、藍(lán)光發(fā)光元件以及綠光發(fā)光元件為一個(gè)或者以陣列方式排列的多個(gè)激光芯片；所述第 一整形鏡組、第二整形鏡組以及第三整形鏡組均包括擴(kuò)束透鏡，用于將所述激光芯片所發(fā) 出的激光光束擴(kuò)束整形為適合通過所述交叉形合色鏡所需的大小。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述交叉形合色鏡 為平板狀交叉形合色鏡或者棱鏡狀交叉形合色鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13任意一項(xiàng)所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述 微顯示面板為反射式硅基液晶面板，其入射光路上還設(shè)置有偏振分光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述偏振分光器 為平板式偏振分光器或者棱鏡式偏振分光器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至13任意一項(xiàng)所述的高效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述 微顯示面板為透射式液晶面板。
全文摘要
一種高效的微型投影光學(xué)引擎，包括光源模組、透鏡組、微顯示面板以及投影鏡頭。其中，光源模組包括發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的光束的整形鏡組。透鏡組設(shè)置于所述整形鏡組的出射光路上。所述整形鏡組以及透鏡組把所述發(fā)光元件的發(fā)光面成像于所述微顯示面板附近。微顯示面板設(shè)置于所述透鏡組的出射光路上，對入射光進(jìn)行調(diào)制，并調(diào)制出攜有圖像信息的圖像光。投影鏡頭用于將所述微顯示面板上的圖像信息投影成像到屏幕上。本發(fā)明的光學(xué)引擎，采用臨界照明的方式提高效率，且，整個(gè)光學(xué)引擎僅涉及照明裝置，微顯示面板以及投影鏡頭，光路設(shè)計(jì)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小。
文檔編號G02B27/28GK101943845SQ20091010852
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者和建航, 曲魯杰, 林晶, 王鑫, 高國欣 申請人:紅蝶科技(深圳)有限公司