專利名稱：一種投影光學引擎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到投影光源、投影光學系統(tǒng)和投影顯示設備，尤其涉及到一種不同波 長LED陣列投影光源，用合色均光振形的投影光學引擎，以及使用該光學引擎的投影裝置。
背景技術：
隨著社會的不斷進步，科學技術也在不斷前進。在視頻投影機行業(yè)，之前這種前投 影裝置長期都是采用金鹵燈作為投影光源；而近年以來已經開始采用LED作為投影光源。此類投影機廉價實用，而且投影機可以做到更小，這種光學引擎可置于手機，得到 市場歡迎。改用LED投影光源后，更具有壽命長，響應時間短，易于驅動，無輻射熱量，光源 光效高，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。CF-LCOS技術特點是在單色LCOS芯片上，加上有紅、綠、藍濾色單元的CF膜，然后 將該CF膜和LCOS的液晶成像單元嚴格對準。這樣，原來LCOS面板上的一個物理像素就變 成了對應的一個基色點，由3個相鄰的R、G、B基色點組合成一個完整的顯示像素。當白光 照射進來的時候，由驅動電路控制，把圖像對應的R、G、B點陣信息分別送到相應的物理顯 示像素上，并根據該像素的灰度等級，控制液晶分子旋轉，對白光進行光閥開關控制，被控 制的白光透過物理像素對應的彩色濾色片單元后，形成彩色的圖像。CF-LCOS的光機原理 是白光LED發(fā)出來的光準直后照射到帶CF膜的LCOS屏上，經帶CF膜的LCOS屏反射，形成 投影機的光源系統(tǒng)。但LED投影光源具有以下幾點不足之處1、單芯片LED功率小，光輸出??；需要采 用多只拼接方式和多芯片LED，例如多芯片LED陣列方式來增大LED投影光源的光輸出。2、 單芯片LED發(fā)出的光波不能很好的配合于不帶CF膜的LCOS屏的照明。3、如果采用RGB的 多顆LED必須經合色棱鏡混色并且加上各種光學構件來實現投影引擎的光輸出。此類投影 光學引擎的光效“瓶頸”在于各種光學構件的光率，一般要求用于投影的光學構件透過率高 90%，不難以想象，如果用的光學構件越多，最終的光損越大，光學引擎的總體光率就越小， 而且合色棱鏡制造難度較大，制造成本較高，合色棱鏡的光率較小，好的點不過85%。基于上述的現有技術的不足之處，本發(fā)明人研制了本發(fā)明“一種投影光學引擎”。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對上述現有技術的不足所要解決的技術問題是提供一種單顆多波長多 芯片LED投影光源經光學塑料元件合色和均光準直的投影光學引擎。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種投影光學引擎，包括光源，所述的光源為單顆RGB多芯片LED，單顆RGB多芯片 LED的前端設置有一收集合色塑料鏡片，于收集合色塑料鏡片的前端設置有復眼透鏡陣列， 復眼透鏡陣列將由出光部出來的離散光束細分為數十到數百個小光束，復眼透鏡陣列的前 端與不帶CF膜的LCOS屏之間設置有準直鏡，準直鏡將每一小光束的光軸都改變到LCOS屏 的中心，實現每一小光束逐個疊加到LCOS屏上，照明LCOS屏的白光光束光譜與LCOS屏反射光譜對應擬合，改善投影的亮度均勻性和色度均勻性，同時還進一步提高了光學引擎的 光效實現所要求的光輸出、彩色重現率和色溫性能。所述的收集合色塑料鏡片的后端設有用于嵌置單顆RGB多芯片LED前端的凹嵌 部，于凹嵌部的底側設有與RGB光相對應的微透鏡面，于收集合色塑料鏡片的底部設有內 凹的出光部，所述的準直鏡與不帶CF膜的LCOS屏之間設有一 PBS棱鏡，準直鏡出來的光束經 PBS棱鏡到達不帶CF膜的LCOS屏上。所述的單顆RGB多芯片LED由紅色芯片、綠色芯片、藍色芯片和綠色芯片共四個芯 片以2X2陣列組成，其中陣列的逆時針次序為紅色芯片、綠色芯片、藍色芯片和綠色芯片。 單顆LED各波長芯片，每一個LED芯片是單獨直流電控制發(fā)光，每一個的芯片可單獨發(fā)光。 從而實現LED光學引擎照明。所述的紅色芯片波長范圍為610nm< λ < 650nm ；綠色芯片波長范圍為510nm
<λ <560nm ；藍色芯片波長范圍為430nm< λ < 480nm ；綠色芯片波長范圍為510nm < λ
<560nmo所述單顆RGB多芯片LED涵蓋了各類多芯片封裝LED，例如各類型封裝LED、大功 率LED、中功率LED和小功率LED。所述的復眼透鏡陣列包括120個透鏡單元。所述收集合色塑料鏡片的材料為PMMA，其折射率和阿貝數分別為Nd = 1. 4917 士 0. 001 ；Vb = 57. 4 士 0. 5。采用單顆RGB (紅綠蘭)多芯片LED混合成白光且重組光譜，使之與不帶CF膜的 LCOS屏的光譜時順對應，同時設計了與之配合的投影光學引擎，使之光學引擎采用合色直 接照射，光線在光學引擎上通過的面少，光損小，光學引擎的光率高，提升相關性能，并已達 到投影裝置的實用效果。在本發(fā)明中，為獲得所需的高光源光輸出，與不帶CF膜的LCOS屏時順配合，采用 單顆RGB (紅綠蘭)LED (多芯片封裝器件)構成投影光源。本發(fā)明具有以下特點一、在微小型投影機中減少光源體積，是非常重要的。采用單顆RGB (紅綠蘭)(多 芯片封裝器件)陣列LED構成投影光源，同樣與不帶CF膜的LCOS屏時順配合，從而得到更 高能量的光輸出，更小的光學引擎結構。二、實現三基色光能量收集合色和均光，達到我們需要光輸出的目的。多芯片封裝 的LED都有一最大的特點，LED發(fā)光芯片是陣列的封裝的。芯片的總體結構尺寸較大，為了 解決這個LED的缺點，我們在設計中，LED發(fā)出的光經過塑料鏡片把離散的三基色光能量收 集成為有一定角度的光輸出，同時在塑料鏡片做上了與三基色光對應微透鏡面，從而實現 三基色光合色的目的；再經用復眼透鏡合色和均光，從而達到我們所需的光輸出。三、實現主光線角度較小，采用了復眼透鏡和準直鏡的巧妙的配合。首先，經合色 后的光輸出，再經復眼透鏡把光線的角度進一步變小，同時把光線變得更均勻，準直鏡進一 步把能量集中在我們的LCOS屏上，從而實現能量的利用率更高和在LCOS屏上能量更均勻。本投影光學引擎可應用于各種投影裝置，投影裝置也具備上述優(yōu)點。以本投影光 學引擎作為核心部件，再加上電路和結構，即構成本發(fā)明文件中所指的投影裝置。
本發(fā)明一種投影光學引擎的有益效果是這樣的投影光源和投影引擎，除具有LED投影光源的壽命長，響應時間短，容易驅 動，無輻射熱量，光源光效高，節(jié)能環(huán)保的基本優(yōu)點外，還具有提升光輸出，亮度均勻性，色 度均勻性，彩色重現率和改變色溫的優(yōu)點。本發(fā)明的成像原理是單顆RGB多芯片LED發(fā)出來的光，經合色準直照到LCOS屏 上，RGB與LCOS的液晶成像單元，LED和LCOS驅動電路時序控制，從而形成投影機的光源系統(tǒng)。與帶CF膜的LCOS相比，本發(fā)明不帶CF膜LCOS的成像光機原理的優(yōu)點是1、成本比CF-LCOS低，因為CF-LC0S比LCOS多了 一層CF膜，增加了制造成本。2,LCOS屏的反射光效比帶CF膜的LCOS屏高出好幾倍，對于LED的光源投影機尤
為重要。3、不帶CF膜LCOS的成像光機色彩還原性好，單顆RGB多芯片LED合色成為白光， 使得色溫更容易校正和控制。


下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；圖2是收集合色塑料鏡片的剖面結構示意圖；圖3是復眼透鏡的結構正視圖；圖4是復眼透鏡的結構俯視圖；圖5是本發(fā)明的單顆RGB多芯片LED芯片陣列示意圖。附圖標記說明1、單顆RGB多芯片LED 2、收集合色塑料鏡片3、復眼透鏡4、準直鏡5、PBS 棱鏡6、不帶 CF 膜的 LCOS
具體實施例方式下面將結合實施例對本技術方案提供的一種投影光學引擎進行敘述。本發(fā)明是這樣實施的在圖1至圖5中，一種投影光源及其投影引擎，包括單顆RGB多芯片LED、收集合色 塑料鏡片、復眼透鏡陣列、準直鏡、PBS棱鏡、成像器件LCOS屏；在單顆RGB多芯片LED中， 投影光學引擎中作為光源，單顆RGB多芯片LED發(fā)出的三基色光為主，色光為輔的混合光束 到達復眼透鏡陣列，它將不同LED發(fā)出的離散光束細分為數十到數百個小光束，準直鏡將 每一小光束的光軸都改變到LCOS屏的中心，從而實現每一小光束逐個疊加到LCOS屏上，全 部都疊加到同一位置和區(qū)域一LCOS屏，照明LCOS屏的白光光束光譜與LCOS屏反射光譜對 應擬合，實現所要求的光輸出，彩色重現率和色溫等性能。其中復眼透鏡陣列包括120個透 鏡單元。收集合色塑料鏡片的后端設有用于嵌置單顆RGB多芯片LED前端的凹嵌部，于凹 嵌部的底側設有與RGB光相對應的微透鏡面，于收集合色塑料鏡片的底部設有內凹的出光 部。于準直鏡與不帶CF膜的LCOS屏之間設有一 PBS棱鏡，準直鏡出來的光束經PBS棱鏡到達不帶CF膜的LCOS屏上。單顆LED各波長芯片，每一個LED芯片是單獨直流電控制發(fā) 光，每一個的芯片可單獨發(fā)光。從而實現LED光學引擎照明。在本實施例中，如圖5，單顆RGB多芯片LED由紅色芯片、綠色芯片、藍色芯片和綠 色芯片共四個芯片以2X2陣列組成，其中陣列的逆時針次序為紅色芯片、綠色芯片、藍色 芯片和綠色芯片，在圖中的芯片1為紅色芯片、芯片2為綠色芯片、芯片3為藍色芯片、芯片 4為綠色芯片。其中紅色芯片波長范圍為610nm< λ < 650nm ；綠色芯片波長范圍為510nm
<λ <560nm ；藍色芯片波長范圍為430nm< λ < 480nm ；綠色芯片波長范圍為510nm < λ
<560nmo在所述LED涵蓋了各類多芯片封裝LED，例如各類型封裝LED、大功率LED、中功率 LED和小功率LED。光學引擎，采用合色直接照射光學構件的光學引擎。準直和均光，采用 復眼光學構件、準直鏡和PBS棱鏡組成光學引擎系統(tǒng)。收集合色塑料鏡片的材料為PMMA(HOl)，其折射率和阿貝數分別為Nd = 1. 4917 士 0. 001 ；Vb = 57. 4 士 0. 5。在實施例中的收集合色塑料鏡片的參數是其中Sl和S2為非球面。非球面方程為 其中Sl的非球面參數為C 0. 35K -1A4 0. 00711652A6 -2. 635216E-4其中S2的非球面參數為C 1/1. 83K -2. 125S3非球面參數R 0K 0Al -5. 139824A2 1. 888776A3 -0. 282885以上的各曲面的輪廓誤差可在士 IOOym范圍之內。另外在本實施例中，收集合色塑料鏡片的材料為=PMMA(HOl)。注塑成型零件不能 含有雜質或條紋，其折射率和阿貝數分別為=Nd = 1. 4917士0. OOlVb = 57. 4士0. 5。單顆RGB多芯片LED 1發(fā)出多色大角度的光束，經收集合色塑料鏡片2的收集和 合色，整形成為一定角度的混色光，光束經過復眼透鏡3和準直鏡4的配合達到均光，并且 進一步合色和整直，從而實現我們的設計光學引擎系統(tǒng)的光輸出的能量、均勻度和準直的 要求。最后光束經PBS棱鏡5后到達不帶CF膜的LCOS 6上。這樣的結構改善了投影亮度均勻性和色度均勻性，同時還進一步提高了光學引擎的光效。 以上所述，僅是本發(fā)明一種投影光學引擎的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技 術范圍作任何限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上的實施例所作的任何細微修改、等 同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
一種投影光學引擎，包括光源，其特征在于所述的光源為單顆RGB多芯片LED，單顆RGB多芯片LED的前端設置有一收集合色塑料鏡片，于收集合色塑料鏡片的前端設置有復眼透鏡陣列，復眼透鏡陣列將由出光部出來的離散光束細分為數十到數百個小光束，復眼透鏡陣列的前端與不帶CF膜的LCOS屏之間設置有準直鏡，準直鏡將每一小光束的光軸都改變到LCOS屏的中心，實現每一小光束逐個疊加到LCOS屏上，照明LCOS屏的白光光束光譜與LCOS屏反射光譜對應擬合，改善投影的亮度均勻性和色度均勻性，同時還進一步提高了光學引擎的光效實現所要求的光輸出、彩色重現率和色溫性能。
2.根據權利要求1所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述的收集合色塑料鏡片的 后端設有用于嵌置單顆RGB多芯片LED前端的凹嵌部，于凹嵌部的底側設有與RGB光相對 應的微透鏡面，于收集合色塑料鏡片的底部設有內凹的出光部。
3.根據權利要求1所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述的準直鏡與不帶CF膜的 LCOS屏之間設有一 PBS棱鏡，準直鏡出來的光束經PBS棱鏡到達不帶CF膜的LCOS屏上。
4.根據權利要求1所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述的單顆RGB多芯片LED 由紅色芯片、綠色芯片、藍色芯片和綠色芯片共四個芯片以2X2陣列組成，其中陣列的逆 時針次序為紅色芯片、綠色芯片、藍色芯片和綠色芯片。
5.根據權利要求4所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述的紅色芯片波長范圍 為610nm < λ < 650nm ；綠色芯片波長范圍為510nm < λ < 560nm ；藍色芯片波長范圍為 430nm < λ < 480nm 綠色芯片波長范圍為5IOnm < λ < 560nm。
6.根據權利要求1所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述單顆RGB多芯片LED包 括封裝LED、大功率LED、中功率LED和小功率LED。
7.根據權利要求1所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述的復眼透鏡陣列包括 120個透鏡單元。
8.根據權利要求1所述的一種投影光學引擎，其特征在于所述收集合色塑料鏡片的材 料為PMMA，其折射率和阿貝數分別為=Nd = 1. 4917士0. 001 ；Vb = 57. 4士0. 5。
全文摘要
本發(fā)明涉及到投影光源、投影光學系統(tǒng)和投影顯示設備，尤其涉及到一種投影光學引擎。所述的光源為單顆RGB多芯片LED，單顆RGB多芯片LED的前端設置有一收集合色塑料鏡片，于收集合色塑料鏡片的前端設置有復眼透鏡陣列，復眼透鏡陣列將由出光部出來的離散光束細分為數十到數百個小光束，復眼透鏡陣列的前端與不帶CF膜的LCOS屏之間設置有準直鏡，準直鏡將每一小光束的光軸都改變到LCOS屏的中心，實現每一小光束逐個疊加到LCOS屏上，照明LCOS屏的白光光束光譜與LCOS屏反射光譜對應擬合。具有LED投影光源的壽命長，響應時間短，容易驅動，無輻射熱量，光源光效高，節(jié)能環(huán)保的基本優(yōu)點外，還具有提升光輸出，亮度均勻性，色度均勻性，彩色重現率和改變色溫的優(yōu)點。
文檔編號G02B3/10GK101930155SQ20091018983
公開日2010年12月29日 申請日期2009年9月1日 優(yōu)先權日2009年9月1日
發(fā)明者劉美鴻, 母林 申請人:深圳市億思達顯示科技有限公司