專利名稱：單片式lcos小型投影機光學引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種單片式LC0S小型投影機光學引擎，屬光電照明和顯示的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的單片式LC0S投影機光學引擎的光學系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)包含LED陣列紅光芯片R、紅光收集器001、紅光積分透鏡004、LED陣列綠光芯片G、綠光收集器002、綠光積分透鏡005， LED陣列藍光芯片B、藍光收集器003、藍光積分透鏡006、 X-合色棱鏡007，偏振片008、偏振棱鏡009、 1/4波片010、 LCOS液晶板011和投影鏡頭012， LED陣列芯片發(fā)出的紅、綠、藍三色光通過各自的收集器和積分透鏡從三個方向投射到X-合色棱鏡007并通過X-合色棱鏡007的濾光膜fl、 f2合成為白光，再經(jīng)偏振片008、偏振棱鏡009和1/4波片010照亮LCOS液晶板Oll，由LCOS液晶板011反射并經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換的偏振光圖像信號，再經(jīng)偏振棱鏡009的分光面和投影物鏡投射到屏幕上。(詳見"現(xiàn)代顯示"雜志2006年12月總第70期的"用LED光源的單片式LCOS彩色投影機" 一飛利浦美國研究中心。)
上述光學引擎存在以下缺點
1、 LED陣列芯片體積較大，收集器和積分透鏡制作工藝復(fù)雜，要求高、體積大。
2、 LED紅、綠、藍三色光從三個方向分別射入X-棱鏡，所以結(jié)構(gòu)分散，體積大。
3、 在X-棱鏡中，LED紅、綠、藍三色光都是以45。角分別射入各自對應(yīng)的濾光膜fl、 f2，這樣大的入射角對濾光膜的制作帶來很大的難度，濾光膜可應(yīng)用相對孔徑較小，尤其是對LED光源，更限制了大角度光線的光能量利用率。
4、 X-棱鏡由四個直角棱鏡膠合而成，制作工藝要求高，成本高。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提出一種單片式LC0S小型投影機光學引擎，該系統(tǒng)有便于制作、制造成本低、系統(tǒng)出射的白光合色均勻和光能量的利用率高的優(yōu)點。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下的技術(shù)方案。該系統(tǒng)包含連在一起的單片式LED紅光發(fā)光芯片、LED綠光發(fā)光芯片、LED藍光發(fā)光芯片和收光棱柱棒、中繼透鏡及透反式三色合色棱鏡組，安放在同一側(cè)的三個通道的紅、綠、藍光經(jīng)中繼透鏡和透反式三色合色棱鏡組透射、反射后合色為白光出射，再經(jīng)會聚透鏡、反射鏡偏轉(zhuǎn)90°后通過偏振片、偏振棱鏡反射到1/4波片和LCOS液晶板，并把LCOS液晶板的圖像信號反射回偏振棱鏡，經(jīng)偏振棱鏡和投影物鏡投射到屏幕上。
現(xiàn)詳細說明本實用新型的技術(shù)方案。
一種單片式LC0S小型投影機光學引擎，含LED紅光通道、LED綠光通道、LED藍光通道、三色合色棱鏡組、會聚透鏡、反射鏡、偏振片、偏振棱鏡、1/4波片、LCOS液晶板和投影物鏡，LED紅光通道含LED紅光發(fā)光芯片、紅光棱柱棒、紅光中繼透鏡，LED綠光通道含LED綠光發(fā)光芯片、綠光棱柱棒、綠光中繼透鏡，LED藍光通道含LED藍光發(fā)光芯片、藍光棱柱棒、藍光中繼透鏡，投影物鏡、偏振棱鏡、1/4波片和LCOS液晶板以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸與下述的三色合色棱鏡組的中心光軸相互平行，第二會聚透鏡、偏振片和偏振棱鏡以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸與投影物鏡的中心光軸垂直，其特征在于，LED紅光發(fā)光芯片、紅光棱柱棒、紅光中繼透鏡以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第一直角棱鏡的直角面A的中心處與第一直角棱鏡的直角面A垂直，LED綠光發(fā)光芯片、綠光棱柱棒、綠光中繼透鏡以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第三直角棱鏡的直角面B的中心處與第三直角棱鏡的直角面B垂直，LED藍光發(fā)光芯片、藍光棱柱棒、藍光中繼透鏡以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第五直角棱鏡的直角面C的中心處與第五直角棱鏡的直角面C垂直，三色合色棱鏡組由五個大小相同的45°直角棱鏡構(gòu)成，其中第一直角棱鏡的斜面上鍍有第一分光膜，第三直角棱鏡的斜面上鍍有第二分光膜，第一分光膜是反射藍光、透過綠光、紅光的膜，第二分光膜是反射綠光、透過紅光的膜，第二直角棱鏡、第四直角棱鏡、第五直角棱鏡都不鍍膜，第一直角棱鏡和第二直角棱鏡的斜面膠合，第三直角棱鏡和第四直角棱鏡的斜面膠合，第二直角棱鏡和第三直角棱鏡的直角面膠合，第四直角棱鏡和第五直角棱鏡的直角面膠合，第五直角棱鏡、第四直角棱鏡、第三直角棱鏡、第二直角棱鏡、第一直角棱鏡以它們的中心光軸重合的方式依次排列，第一直角棱鏡的A面、第三直角棱鏡的B面和第五直角棱鏡的C面位于同一平面，第五直角棱鏡、第四直角棱鏡、第三直角棱鏡、第二直角棱鏡和第一直角棱鏡的中心光軸與第一會聚透鏡的中心光軸重合，且與反射鏡的反光面的夾角為45° ，第二會聚透鏡的中心光軸與反射鏡的反光面的夾角為45° ，第二會聚透鏡的中心光軸與三色合色棱鏡組的中心光軸垂直相交于反射鏡的中心，六根中心光軸LED紅光、LED綠光和LED藍光發(fā)光芯片的中心光軸，三色合色棱鏡組的中心光軸，第二會聚透鏡的中心光軸和投影物鏡的中心光軸位于同一個平面。
本實用新型的進一步特征是用平面反射鏡代替三色合色棱鏡組中的第五直角棱鏡，平面反射鏡和三色合色棱鏡的光軸交角為45° 。
本實用新型的進一步特征是用第一分光片代替三色合色棱鏡組中的第一直角棱鏡、第二直角棱鏡，用第二分光片代替三色合色棱鏡組中的第三直角棱鏡、第四直角棱鏡，第一分光片和第二分光片與它們的中心光軸的交角均為45° 。
與背景技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是
1、安置在同一側(cè)的LED紅光通道、綠光通道、藍光通道的光軸相互平行且和三色合色棱鏡組的光軸、投影物鏡的光軸相垂直，結(jié)構(gòu)緊湊。
62、 LED紅、藍、綠三色光都能以小于45°的角度分別入射到三 色合色棱鏡組，有助于降低分光膜制作難度，提高分光膜的相對孔徑， 合光效率高。
3、 LED紅光發(fā)光芯片、綠光發(fā)光芯片、藍光發(fā)光芯片排列在一 起可以共用一組散熱片，散熱效果好，有利于性能穩(wěn)定。
4、 三色合色棱鏡組的鍍膜和生產(chǎn)工藝較簡單，同時裝配調(diào)試較 方便。
5、 整個投影機光學引擎系統(tǒng)的體積小，有利于產(chǎn)品小型化。
圖1是用LED光源的單片式LCOS彩色投影機光學引擎的結(jié)構(gòu) 示意圖。
圖2是單片式LCOS小型投影機光學引擎的光學系統(tǒng)實體圖。 圖中1是藍光LED發(fā)光芯片，2是綠光LED發(fā)光芯片，3是紅光 LED發(fā)光芯片，4是藍光棱柱棒，5是綠光棱柱棒，6是紅光棱柱棒， 7是藍光中繼透鏡，8是綠光中繼透鏡，9是紅光中繼透鏡，IO是三 色合色棱鏡組，101是第一直角棱鏡，102是第二直角棱鏡，103是 第三直角棱鏡，104是第四直角棱鏡，105是第五直角棱鏡，ll是 會聚透鏡，12是反射鏡，13是偏振片，14是偏振棱鏡，15是1/4波 片，16是LC0S液晶板，17是投影物鏡。
圖3是實施例2的LED紅、綠、藍三色光合色系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖中1051是平面反射鏡，其上鍍有對紅光全反射的高反膜， 平面反射鏡1051和第四直角棱鏡104、第三直角棱鏡103、第二直角 棱鏡102、第一直角棱鏡101的的光軸交角為45° 。
圖4是實施例3的LED紅、綠、藍三色光合色系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖中1011是第一分光片，其上鍍有反射藍光、透過綠光、紅 光的分光膜，1031是第二分光片，其上鍍有反射綠光、透過紅光的 分光膜，第一分光片1011和第二分光片1031與第五直角棱鏡105的 中心光軸的交角均為45° 。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例詳細說明本實用新型技術(shù)方案和工作原理。 實施例1
一種單片式LC0S小型投影機光學引擎，含LED紅光通道、LED 綠光通道、LED藍光通道、三色合色棱鏡組10、會聚透鏡11、反射 鏡12、偏振片13、偏振棱鏡14、 1/4波片15、 LCOS液晶板16和投 影物鏡17， LED紅光通道含LED紅光發(fā)光芯片3、紅光棱柱棒6、 紅光中繼透鏡9， LED綠光通道含LED綠光發(fā)光芯片2、綠光棱柱棒 5、綠光中繼透鏡8， LED藍光通道含LED藍光發(fā)光芯片1、藍光棱 柱棒4、藍光中繼透鏡7，投影物鏡17、偏振棱鏡14、 1/4波片15 和LCOS液晶板16以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的 中心光軸與下述的三色合色棱鏡組的中心光軸相互平行，第二會聚透 鏡llb、偏振片13和偏振棱鏡14以它們的中心光軸重合的方式依次 排列，它們的中心光軸與投影物鏡17的中心光軸垂直，其特征在于， LED紅光發(fā)光芯片3、紅光棱柱棒6、紅光中繼透鏡9以它們的中心 光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第五直角棱鏡105的直 角面C的中心處與第五直角棱鏡105的直角面C垂直，LED綠光發(fā) 光芯片2、綠光棱柱棒5、綠光中繼透鏡8以它們的中心光軸重合的 方式依次排列，它們的中心光軸在第三直角棱鏡103的直角面B的中 心處與第三直角棱鏡103的直角面B垂直，LED藍光發(fā)光芯片1、藍 光棱柱棒4、藍光中繼透鏡7以它們的中心光軸重合的方式依次排列， 它們的中心光軸在第一直角棱鏡101的直角面A的中心處與第一直 角棱鏡101的直角面A垂直，三色合色棱鏡組10由五個大小相同的 45°直角棱鏡構(gòu)成，其中第一直角棱鏡101的斜面上鍍有第一分光 膜，第三直角棱鏡103的斜面上鍍有第二分光膜，第一分光膜是反射 藍光、透過綠光、紅光的膜，第二分光膜是反射綠光、透過紅光的膜， 第二直角棱鏡102、第四直角棱鏡104、第五直角棱鏡105都不鍍膜， 第一直角棱鏡101和第二直角棱鏡102的斜面膠合，第三直角棱鏡 103和第四直角棱鏡104的斜面膠合，第二直角棱鏡102和第三直角棱鏡103的直角面膠合，第四直角棱鏡104和第五直角棱鏡105的直 角面C膠合，第五直角棱鏡105、第四直角棱鏡104、第三直角棱鏡 103、第二直角棱鏡102、第一直角棱鏡101以它們的中心光軸重合 的方式依次排列，第一直角棱鏡101的直角面A、第三直角棱鏡103 的直角面B和第五直角棱鏡105的直角面C位于同一平面，第五直 角棱鏡105、第四直角棱鏡104、第三直角棱鏡103、第二直角棱鏡 102和第一直角棱鏡101的中心光軸與第一會聚透鏡lla的中心光軸 重合，且與反射鏡12的反光面的夾角為45° ，第二會聚透鏡llb的 中心光軸與反射鏡12的反光面的夾角為45° ，第二會聚透鏡llb的 中心光軸與三色合色棱鏡組IO的中心光軸垂直相交于反射鏡12的中 心，六根中心光軸LED紅光發(fā)光芯片3、 LED綠光發(fā)光芯片2和 LED藍光發(fā)光芯片1的中心光軸，三色合色棱鏡組10的中心光軸， 第二會聚透鏡lib的中心光軸和投影物鏡17的中心光軸位于同一個 平面。
工作原理該實施例是一種單片式LCOS小型投影機光學引擎， 具有與圖2所示的結(jié)構(gòu)完全相同的結(jié)構(gòu)。在紅光照明的通道中，紅光 LED發(fā)光芯片3發(fā)出的紅光以一定的發(fā)散角進入到能夠壓縮光線發(fā) 散角的紅光棱柱棒6、紅光中繼透鏡9進入到三色合色棱鏡組10的 第五直角棱鏡105并在第五直角棱鏡105的斜面上反射，紅光反射后 透過第四、第三、第二、第一直角棱鏡(104、 103、 102、 101)及其 第二、第一分光膜從第一直角棱鏡101的直角面出射，在綠光照明的 通道中，綠光LED發(fā)光芯片2發(fā)出的綠光以一定的發(fā)散角進入到能 夠壓縮光線發(fā)散角的綠光棱柱棒5、綠光中繼透鏡8進入到三色合色 棱鏡組10的第三直角棱鏡103并從第三直角棱鏡103的反射綠光、 透紅光的第二分光膜斜面上反射且透過第二直角棱鏡102、第一直角 棱鏡101及其第一分光膜，從第一直角棱鏡101的直角面出射，在藍 光照明的通道中，藍光LED發(fā)光芯片1發(fā)出的藍光以一定的發(fā)散角 進入到能夠壓縮光線發(fā)散角的藍光棱柱棒4、藍光中繼透鏡7進入到 三色合色棱鏡組10的第一直角棱鏡101并在第一直角棱鏡101的斜
9面上的反射藍光、透綠光、紅光的第一分光膜上反射且從第一直角棱 鏡101的直角面出射，這三個通道的LED紅、綠、藍光經(jīng)三色合色 棱鏡組10后合成為白光，再經(jīng)會聚透鏡11、反射鏡12，偏轉(zhuǎn)90° 后通過偏振片13、偏振棱鏡14和1/4波片15，照亮LCOS液晶板 16，并把LCOS液晶板16的圖像信號反射回偏振棱鏡14,經(jīng)偏振棱 鏡14的透射并通過投影物鏡17投射到屏幕上。 實施例2
除以下不同外，其他部分與實施例1完全相同，其結(jié)構(gòu)示意圖見 圖3。
用平面反射鏡1051代替三色合色棱鏡組10中的第五直角棱鏡 105，平面反射鏡1051上鍍有對紅光全反射的高反膜，平面反射鏡 1051和第四直角棱鏡104、第三直角棱鏡103、第二直角棱鏡102、 第一直角棱鏡101的光軸交角為45° 。
實施例3
除以下不同外，其他部分與實施例1完全相同，其結(jié)構(gòu)示意圖見 圖4。
用第一分光片1011代替三色合色棱鏡組10中的第一直角棱鏡 101、第二直角棱鏡102，用第二分光片1031代替三色合色棱鏡組10 中的第三直角棱鏡103、第四直角棱鏡104，第一分光片1011和第二 分光片1031與第五直角棱鏡105的中心光軸的交角均為45° ，第一 分光片1011上鍍有反射藍光、透過綠光、紅光的分光膜，第二分光 片1031上鍍有反射綠光、透過紅光的分光膜。
實施例2和實施例3的工作原理與實施例1的工作原理完全相 同，這里就不再重復(fù)。
本實用新型的系統(tǒng)特別適于用在小型LCOS投影機中作為光學引擎。
權(quán)利要求1、一種單片式LCOS小型投影機光學引擎，含LED紅光通道、LED綠光通道、LED藍光通道、三色合色棱鏡組(10)、會聚透鏡(11)、反射鏡(12)、偏振片(13)、偏振棱鏡(14)、1/4波片(15)、LCOS液晶板(16)和投影物鏡(17)，LED紅光通道含LED紅光發(fā)光芯片(3)、紅光棱柱棒(6)、紅光中繼透鏡(9)，LED綠光通道含LED綠光發(fā)光芯片(2)、綠光棱柱棒(5)、綠光中繼透鏡(8)，LED藍光通道含LED藍光發(fā)光芯片(1)、藍光棱柱棒(4)、藍光中繼透鏡(7)，投影物鏡(17)、偏振棱鏡(14)、1/4波片(15)和LCOS液晶板(16)以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸與下述的三色合色棱鏡組的中心光軸相互平行，第二會聚透鏡(11b)、偏振片(13)和偏振棱鏡(14)以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸與投影物鏡(17)的中心光軸垂直，其特征在于，LED紅光發(fā)光芯片(3)、紅光棱柱棒(6)、紅光中繼透鏡(9)以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第五直角棱鏡(105)的直角面(C)的中心處與第五直角棱鏡(105)的直角面(C)垂直，LED綠光發(fā)光芯片(2)、綠光棱柱棒(5)、綠光中繼透鏡(8)以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第三直角棱鏡(103)的直角面(B)的中心處與第三直角棱鏡(103)的直角面(B)垂直，LED藍光發(fā)光芯片(1)、藍光棱柱棒(4)、藍光中繼透鏡(7)以它們的中心光軸重合的方式依次排列，它們的中心光軸在第一直角棱鏡(101)的直角面(A)的中心處與第一直角棱鏡(101)的直角面(A)垂直，三色合色棱鏡組(10)由五個大小相同的45°直角棱鏡構(gòu)成，其中第一直角棱鏡(101)的斜面上鍍有第一分光膜，第三直角棱鏡(103)的斜面上鍍有第二分光膜，第一分光膜是反射藍光、透過綠光、紅光的膜，第二分光膜是反射綠光、透過紅光的膜，第二直角棱鏡(102)、第四直角棱鏡(104)、第五直角棱鏡(105)都不鍍膜，第一直角棱鏡(101)和第二直角棱鏡(102)的斜面膠合，第三直角棱鏡(103)和第四直角棱鏡(104)的斜面膠合，第二直角棱鏡(102)和第三直角棱鏡(103)的直角面膠合，第四直角棱鏡(104)和第五直角棱鏡(105)的直角面(C)膠合，第五直角棱鏡(105)、第四直角棱鏡(104)、第三直角棱鏡(103)、第二直角棱鏡(102)、第一直角棱鏡(101)以它們的中心光軸重合的方式依次排列，第一直角棱鏡(101)的直角面(A)、第三直角棱鏡103的直角面(B)和第五直角棱鏡(105)的直角面(C)位于同一平面，第五直角棱鏡(105)、第四直角棱鏡(104)、第三直角棱鏡(103)、第二直角棱鏡(102)和第一直角棱鏡(101)的中心光軸與第一會聚透鏡(11a)的中心光軸重合，且與反射鏡(12)的反光面的夾角為45°，第二會聚透鏡(11b)的中心光軸與反射鏡(12)的反光面的夾角為45°，第二會聚透鏡(11b)的中心光軸與三色合色棱鏡組(10)的中心光軸垂直相交于反射鏡(12)的中心，六根中心光軸LED紅光發(fā)光芯片(3)、LED綠光發(fā)光芯片(2)和LED藍光發(fā)光芯片(1)的中心光軸，三色合色棱鏡組(10)的中心光軸，第二會聚透鏡(11b)的中心光軸和投影物鏡(17)的中心光軸位于同一個平面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片式LC0S小型投影機光學引擎，其 特征在于，用平面反射鏡(1051)代替三色合色棱鏡組(10)中的第 五直角棱鏡(105)，平面反射鏡(1051)上鍍有對紅光全反射的高反 膜，平面反射鏡(1051 )和第四直角棱鏡(104)、第三直角棱鏡(103)、 第二直角棱鏡(102)、第一直角棱鏡(101)的光軸交角為45° 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片式LCOS小型投影機光學引擎，其 特征在于，用第一分光片(1011)代替三色合色棱鏡組(10)中的第 一直角棱鏡(101)、第二直角棱鏡(102)，用第二分光片(1031)代 替三色合色棱鏡組(10)中的第三直角棱鏡(103)、第四直角棱鏡(104) ，第一分光片(1011)和第二分光片(1031)與第五直角棱鏡(105) 的中心光軸的交角均為45° ，第一分光片(1011)上鍍有反 射藍光、透過綠光、紅光的分光膜，第二分光片(1031)上鍍有反射 綠光、透過紅光的分光膜。
專利摘要一種單片式LCOS小型投影機光學引擎，屬光電照明和顯示的技術(shù)領(lǐng)域，包含連在一起的單片式LED紅光發(fā)光芯片、LED綠光發(fā)光芯片、LED藍光發(fā)光芯片和收光棱柱棒、中繼透鏡及透反式三色合色棱鏡組，安放在同一側(cè)的三個通道的紅、綠、藍光經(jīng)中繼透鏡和透反式三色合色棱鏡組透射、反射后合色為白光出射，再經(jīng)會聚透鏡、反射鏡偏轉(zhuǎn)90°后通過偏振片、偏振棱鏡反射到1/4波片和LCOS液晶板，并把LCOS液晶板的圖像信號反射回偏振棱鏡，經(jīng)偏振棱鏡和投影物鏡投射到屏幕上。該系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)緊湊、便于制作、制造成本低、系統(tǒng)出射的白光合色均勻和光能量的利用率高的優(yōu)點，特別適于用在小型LCOS投影機中作為光學引擎。
文檔編號G03B21/14GK201266300SQ20082015162
公開日2009年7月1日 申請日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者劉嘯虎, 毛榮壯, 飛 熊, 辜長明, 耀 鄭 申請人:上海飛銳光電科技有限公司