專利名稱：一種反射式光閥微型投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于投影顯示裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于將LED照明光經(jīng)反 射光閥調(diào)制后放大或投影到顯示屏上的微型投影儀。
背景技術(shù)：
目前，隨著用戶需求的不斷提高，數(shù)碼產(chǎn)品越來(lái)越向便攜化方向發(fā)展，對(duì) 于投影儀也不例外，人們對(duì)其微型化的要求越來(lái)越高。如圖l所示為典型的反 射光閥式投影儀，其包括照明光源105、照明光學(xué)系統(tǒng)104、偏光分束鏡(即 PBS)102、反射光閥103、投影物鏡IOI。照明光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)照明光學(xué)系 統(tǒng)成為偏振光輸出到偏光分束鏡，并反射到反射光閥，反射光閥按照需投影的 圖像分別對(duì)照明光進(jìn)行各個(gè)像素地調(diào)制并反射及轉(zhuǎn)換偏振態(tài)，再經(jīng)過(guò)偏光分束 鏡后由投影物鏡投射到顯示屏上。在上述傳統(tǒng)的投影儀中，通常將PBS放在投 影物鏡和反向光閥之間，用來(lái)調(diào)制前后偏振方向不同的兩種光的分離。在這個(gè) 位置上的PBS具有最小的體積，并且光在PBS和反射光閥之間的傳播較短的距 離和較少的界面。因此，易保持其偏振性。在微型投影儀的技術(shù)領(lǐng)域中，光能 利用率是其性能的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，投影物鏡的孔徑角越大，則能量利用率 越高。在傳統(tǒng)的微型投影儀中，PBS位于反射光閥和投影物鏡之間，而PBS的 工作視角對(duì)投影物鏡的孔徑角起到了決定性作用，如圖1所示，0為PBS的工 作半視角，A為光學(xué)系統(tǒng)的半孔徑角，則因此，對(duì)于發(fā)散角度大的照明光源，PBS的工作視角就降低了系統(tǒng)的光能 利用率，從而影響了微型投影儀的性能。目前，制作微型投影儀所用PBS常用的方法是薄膜偏光分束，如圖2所示， 其在兩個(gè)膠合的玻璃棱鏡的膠合面上形成具有偏振分光效應(yīng)的多層膜，達(dá)到所 需的偏振分光特性。此方法存在的缺點(diǎn)是，PBS對(duì)于入射光的入射角度敏感， PBS的工作視角受到限制，即只對(duì)以某個(gè)范圍內(nèi)的角度入射到分光面上的光可 以達(dá)到所需的消光比，而對(duì)超出該入射角范圍之外的入射光線消光比變差，會(huì) 嚴(yán)重影響顯示圖像的對(duì)比度。因此，PBS的工作角度進(jìn)一步制約了微型投影儀 的光能利用率。采用LD作為光源的微型投影儀中，由于LD發(fā)散角度小，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)投射 到反射光閥上的入射角容易控制到小于投影物鏡的孔徑角。此時(shí)，雖然PBS處 于投影鏡頭和反射光閥之間，但仍可保持高的能量利用率。但是，LD存在溫度 特性差、線性度差、使用壽命短的缺點(diǎn)，影響了微型投影儀的性能。與LD相比，LED不存在上述缺點(diǎn)。但釆用LED作為光源的微型投影儀， 因LED的發(fā)光角度大，其光學(xué)擴(kuò)展量大，因此，投射到反射光閥上的光線入射 角度范圍大，如果要在投影屏幕上獲得足夠的亮度，需要提高系統(tǒng)的光能利用 率，必須使系統(tǒng)具有較大的孔徑角。因此，將PBS直接放在反射光閥前，系統(tǒng) 的孔徑角就受到PBS工作視角的限制。所以，采用LED為光源的微型投影儀能 量利用率有待進(jìn)一步提高，且目前的微型投影儀還存在體積大的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開了一種反射式光閥微型投影儀，其解決了現(xiàn)有以LED為光源的 微型投影儀中存在光能利用率有待提高和進(jìn)一步微型化的技術(shù)問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下 一種反射式光閥微型投影儀，包括照明光源，采用LED;顏色合成裝置，將LED發(fā)出的光束合成為彩色或白色光束；反射光閥，作為空間光調(diào)制器，對(duì)顏色合成裝置合成的光束進(jìn)行調(diào)制，形成投影顯示的圖像源；偏光分束鏡，將調(diào)制前和調(diào)制后偏振方向不同的光束進(jìn)行分離； 投影物鏡，將顏色已經(jīng)合成并經(jīng)反射光閥調(diào)制的光束放大或投影到屏幕上; 偏光分束鏡位于投影物鏡之前。所述的微型投影儀，LED光源為多個(gè)單色LED或具有多個(gè)單色LED發(fā)光 芯片的單個(gè)LED。所述的微型投影儀，多個(gè)單色LED光源通過(guò)顏色合成裝置合成為彩色或白 色光束。所述的微型投影儀，各個(gè)單色LED與顏色合成裝置之間分別有一個(gè)混光裝 置，用于將各個(gè)LED發(fā)出的光在顏色合成之前均勻化。所述的微型投影儀，投影物鏡的孔徑光闌位于偏光分束鏡之前或之后。所述的微型投影儀，投影物鏡的孔徑光闌位于投影物鏡中靠近偏光分束鏡 一端的第一組鏡片之后。本發(fā)明的微型投影儀將偏光分束鏡即PBS放在投影物鏡之前，如圖3所示， 投影儀包括PBS (301)、投影物鏡(302)、反射光閥(303)、照明光源(304)、 照明光學(xué)系統(tǒng)(305)，光源在PBS上光線的入射最大半角度(Oi取決于投影物鏡 的視場(chǎng)角co= arcs'ta (s'tou>/n〕首先，在本微型投影儀中，系統(tǒng)通常具有更小的視場(chǎng)角，因此，可以降低 PBS的設(shè)計(jì)加工成本；同時(shí)，系統(tǒng)的孔徑角不受PBS的限制，可以做得更大，從而提高了系統(tǒng)的光能利用率及投影屏幕上圖像的亮度。其次，將PBS放在投影物鏡之前，還可以改變PBS對(duì)圖像質(zhì)量的影響。在 傳統(tǒng)的微型投影儀中，PBS位于投影物鏡和反射光閥之間，PBS上的入射角是 系統(tǒng)的孔徑角，在PBS的工作視角之內(nèi)，存在PBS消光比隨入射角增大而降低 的現(xiàn)象，這種效應(yīng)直接使得圖像的對(duì)比度下降，并且由于微型投影儀中每個(gè)視 場(chǎng)位置具有基本相同的孔徑角，因此，對(duì)比度下降對(duì)于每個(gè)視場(chǎng)具有基本相同 的效應(yīng)。而本微型投影儀將PBS放在投影物鏡之前，則PBS上的入射角是系統(tǒng)的視 場(chǎng)角。在PBS工作視角之內(nèi)，PBS消光比隨入射角增大而降低的現(xiàn)象對(duì)于不同 的視場(chǎng)具有不同的影響能力，對(duì)于靠近光軸的視場(chǎng)，視場(chǎng)角小，在PBS上的入 射角度小，消光比基本不會(huì)下降；對(duì)于大視場(chǎng)，在PBS上的入射角大，消光比 小，此時(shí)PBS影響不同視場(chǎng)的亮度。因此，從邊緣視場(chǎng)到中心視場(chǎng)，PBS消光 比對(duì)圖像的影響逐漸減輕。最后，本微型投影儀的PBS不在反射光閥和投影物鏡之間，也不位于反射 光閥及場(chǎng)鏡和投影物鏡之間，從而可以減小PBS的體積，有利于微型投影儀的 微型化。本發(fā)明另一個(gè)重要特征是將投影物鏡中的孔徑光闌放在投影光學(xué)系統(tǒng)中靠 近PBS的位置，這樣，有利于減小光學(xué)系統(tǒng)及PBS的尺寸，進(jìn)一步促進(jìn)微型投 影儀的微型化。


圖1為傳統(tǒng)微型投影儀的結(jié)構(gòu)圖。 圖2為棱鏡式薄膜偏光分束鏡。圖3為本發(fā)明微型投影儀的原理圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施一的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施二的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖6為本發(fā)明實(shí)施三的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖3所示，本發(fā)明的微型投影儀包括照明光源304、照明光學(xué)系統(tǒng)305、偏光分束鏡即PBS301、投影物鏡302、反射光閥303， PBS不在反射光閥和投影物鏡之間，也不位于反射光閥及場(chǎng)鏡和投影物鏡之間，而是處于投影物鏡之前，此時(shí)光源在PBS上光線的入射最大半角度cot取決于投影物鏡的視場(chǎng)角co^ = arcsin(siiKii/11)在本微型投影儀中，PBS放在投影物鏡之前，系統(tǒng)具有更小的視場(chǎng)角。因此， 可以降低PBS的設(shè)計(jì)加工成本；同時(shí)，系統(tǒng)的孔徑角不受PBS的限制，可以做 得更大，從而提高了系統(tǒng)的光能利用率及投影屏上圖像的亮度。實(shí)施例一，如圖4所示，照明光源401采用多個(gè)單色LED， LED發(fā)出的光 經(jīng)照明光學(xué)系統(tǒng)402的混光筒4021，對(duì)每個(gè)LED分別進(jìn)行混光處理，使光均勻 化，后經(jīng)二色鏡4022合成為彩色或白色光束，然后經(jīng)起偏器4023及照明透鏡 4024進(jìn)入PBS403。經(jīng)過(guò)PBS403反射入投影物鏡404的第一鏡片4041，孔徑光 闌406位于投影物鏡404的第一個(gè)鏡片4041之后，靠近PBS403。最后，投影 物鏡404與照明光學(xué)系統(tǒng)402 —起將LED發(fā)出的光基本均勻的照射到反射光閥 405上，反射光閥405的各個(gè)像素對(duì)照明光分別進(jìn)行調(diào)制并變換入射光的偏振態(tài) 后，再反射到投影物鏡，后經(jīng)過(guò)PBS投射到顯示屏上。該實(shí)施中，垂直方向視場(chǎng)角為+/-7.5° ，孔徑角可以達(dá)到+/-27.5° ，投影物鏡的孔徑角大于系統(tǒng)的視 場(chǎng)角。LED的光能利用率為60% 70%。圖中線A代表光線，以示意在鏡頭內(nèi)的 行進(jìn)軌跡。實(shí)施例二，如圖5所示，照明光源501采用多個(gè)單色LED， LED發(fā)出的光 經(jīng)照明光學(xué)系統(tǒng)502的混光筒5021，對(duì)每個(gè)LED分別進(jìn)行混光處理，使光均勻 化，后經(jīng)二色鏡5022合成為彩色或白色光束，然后經(jīng)起偏器5023及照明透鏡 5024進(jìn)入PBS503。經(jīng)過(guò)PBS503反射入投影物鏡504的第一鏡片5041 ，孔徑光 闌506位于投影物鏡504的第一個(gè)鏡片5041之前，靠近PBS503。最后，投影 物鏡504與照明光學(xué)系統(tǒng)502 —起將LED發(fā)出的光基本均勻的照射到反射光閥 505上，反射光閥505的各個(gè)像素對(duì)照明光分別進(jìn)行調(diào)制并變換入射光的偏振態(tài) 后，再反射到投影物鏡，后經(jīng)過(guò)PBS投射到顯示屏上。圖中線A代表光線，以 示意在鏡頭內(nèi)的行進(jìn)軌跡。實(shí)施例三，如圖6所示，照明光源601采用多個(gè)單色LED， LED發(fā)出的光 經(jīng)照明光學(xué)系統(tǒng)602的混光筒6021，對(duì)每個(gè)LED分別進(jìn)行混光處理，使光均勻 化，后經(jīng)二色鏡6022合成為彩色或白色光束，然后經(jīng)起偏器6023及照明透鏡 6024進(jìn)入PBS603。經(jīng)過(guò)PBS603反射入投影物鏡604的第一鏡片6041 ，孔徑光 闌606位于PBS603之前。最后，投影物鏡604與照明光學(xué)系統(tǒng)602 —起將LED 發(fā)出的光基本均勻的照射到反射光閥605上，反射光閥605的各個(gè)像素對(duì)照明 光分別進(jìn)行調(diào)制并變換入射光的偏振態(tài)后，再反射到投影物鏡，后經(jīng)過(guò)PBS投 射到顯示屏上。圖中線A代表光線，以示意在鏡頭內(nèi)的行進(jìn)軌跡。
權(quán)利要求
1、一種反射式光閥微型投影儀，包括照明光源，采用LED；顏色合成裝置，將LED發(fā)出的光束合成為彩色或白色光束；反射光閥，作為空間光調(diào)制器，對(duì)顏色合成裝置合成的光束進(jìn)行調(diào)制，形成投影顯示的圖像源；偏光分束鏡，將調(diào)制前和調(diào)制后偏振方向不同的光束進(jìn)行分離；投影物鏡，將顏色已經(jīng)合成并經(jīng)反射光閥調(diào)制的光束放大或投影到屏幕上；其特征是，偏光分束鏡位于投影物鏡之前。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型投影儀，其特征是，所述的LED光源為多 個(gè)單色LED或具有多個(gè)單色LED發(fā)光芯片的單個(gè)LED。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型投影儀，其特征是，所述的多個(gè)單色LED 光源通過(guò)顏色合成裝置合成為彩色或白色光束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型投影儀，其特征是，所述的各個(gè)單色LED 與顏色合成裝置之間分別有一個(gè)混光裝置，用于將各個(gè)LED發(fā)出的光在顏色合 成之前均勻化。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型投影儀，其特征是，投影物鏡的孔徑光闌位 于偏光分束鏡之前或之后。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型投影儀，其特征是，投影物鏡的孔徑光闌位 于投影物鏡中靠近偏光分束鏡一端的第一組鏡片之后。
全文摘要
本發(fā)明屬于投影顯示裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種反射式光閥微型投影儀，包括照明光源，采用LED；顏色合成裝置，將LED發(fā)出的光束合成為彩色或白色光束；反射光閥，作為空間光調(diào)制器，對(duì)顏色合成裝置合成的光束進(jìn)行調(diào)制，形成投影顯示的圖像源；偏光分束鏡，將調(diào)制前和調(diào)制后偏振方向不同的光束進(jìn)行分離；投影物鏡，將顏色已經(jīng)合成并經(jīng)反射光閥調(diào)制的光束放大或投影到屏幕上；偏光分束鏡位于投影物鏡之前。首先，本微型投影儀提高了光能利用率及投影圖像的亮度。其次，本微型投影儀的PBS不在反射光閥和投影物鏡之間，也不位于反射光閥及場(chǎng)鏡和投影物鏡之間，從而可以減小PBS的體積，有利于微型投影儀的微型化。
文檔編號(hào)G03B21/20GK101231452SQ20081005957
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者巖 石, 聶瑾祿, 陸祖康 申請(qǐng)人:浙江金成科技發(fā)展有限公司;浙江大學(xué)