專利名稱：微型投影機(jī)用光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜式微型投影機(jī)，特別涉及將光源放射出的光整形為面光源，通過(guò)
光調(diào)制器的有效區(qū)域來(lái)形成圖象，并通過(guò)投射透鏡將其放大投射的微型投影機(jī)。
背景技術(shù)：
為了將比手掌面積還要小的便攜式微型投影機(jī)或者對(duì)筆記本等設(shè)備進(jìn)行嵌入式 設(shè)計(jì)的投影儀進(jìn)行實(shí)用化，必須要開(kāi)發(fā)出體積小耗能低的投影模塊出來(lái)。為了投影模塊的 體積小型化，就要使用超小型的光調(diào)制器，并且與光調(diào)制器的有效區(qū)域面積相適應(yīng)地設(shè)計(jì) 和制作投射透鏡。 考慮到光的效率，須將光調(diào)制器和投射透鏡間的距離盡量拉近。
—般來(lái)說(shuō)在制作光調(diào)制器的時(shí)候，考慮到生產(chǎn)效率一般會(huì)在所需的有效區(qū)域外額 外預(yù)留3 5個(gè)像素，這些緩沖像素部位會(huì)被標(biāo)識(shí)成密封(Sealant)區(qū)域，或者被用為研磨 時(shí)處理異物的空間。這些緩沖像素雖然是無(wú)效像素，但也會(huì)透過(guò)或反射一部分入射光線形 成散射，從而發(fā)生有效區(qū)域邊緣部分對(duì)比度(Contrast)降低的問(wèn)題。 還有一種光調(diào)制器，為了適用于多種應(yīng)用范圍，一般會(huì)把光調(diào)制器設(shè)計(jì)為較大分 辨率，如854X600，然后根據(jù)需要將光調(diào)制器調(diào)制成較小的分辨率，如WVGA (854X480)或 者SVGA (800 X 600)等。使用這種方式的光調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)WVGA或者SVGA分辨率的時(shí)候，因 為有效區(qū)域外面無(wú)效像素部分引起的反射光線，也會(huì)出現(xiàn)投射圖象邊緣部分對(duì)比度下降的 問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，可以改善投影圖像邊緣區(qū)域 的對(duì)比度。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，包 括至少一個(gè)光源，利用光源發(fā)出的光生成圖象的光調(diào)制器，和對(duì)該光解調(diào)器所生成的圖象 進(jìn)行投射的投射透鏡組件，在光調(diào)制器與投射透鏡組件之間，存在用于固定光調(diào)制器的結(jié) 構(gòu)物，該結(jié)構(gòu)物與光調(diào)制器的接觸面形成開(kāi)口面，并且該結(jié)構(gòu)物與光調(diào)制器的接觸面被涂黑。 本發(fā)明實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于 在光調(diào)制器與投射透鏡組件之間設(shè)置一個(gè)涂黑的安裝座，通過(guò)涂黑處理可以吸收 透過(guò)的漏光，從而防止散射光的發(fā)生，提高投影圖像邊緣區(qū)域的對(duì)比度。 進(jìn)一步地，安裝座的開(kāi)口面積和形狀最好與光調(diào)制器的有效區(qū)域面積和形狀一 致，這樣可以取得最佳的防散射效果。 進(jìn)一步地，安裝座最好使用高導(dǎo)熱材料，如金屬，這使安裝座本身成為一個(gè)散熱 器，從而改善整個(gè)光學(xué)引擎的散熱效果。特別是光源功率較大而整個(gè)光學(xué)引擎體積效小時(shí)， 高導(dǎo)熱材料的使用尤為必要。
進(jìn)一步地，將安裝座與光調(diào)制器的接觸面以擁有高導(dǎo)熱性能的炭黑系列的顏料涂 黑，可以改善安裝座與光調(diào)制器之間的導(dǎo)熱性能，防止光調(diào)制器出現(xiàn)溫度過(guò)高而無(wú)法使用 的故障。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式中光學(xué)引擎功能的簡(jiǎn)略示意圖； 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式中，投射型光調(diào)制器與投射透鏡的連接結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單示 意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中，具有緩沖像素的光調(diào)制器橫截面結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施方式中，只將高分辨率的光調(diào)制器中的一部分作為有效區(qū)域運(yùn) 用的方式簡(jiǎn)單示意圖； 圖5是本發(fā)明第二實(shí)施方式中光學(xué)引擎功能的簡(jiǎn)略示意圖； 圖6是本發(fā)明第二實(shí)施方式中，反射型光調(diào)制器與投射透鏡的連接結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單示 意圖。
具體實(shí)施例方式
在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化 和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。 本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及一種微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，該光學(xué)引擎使用投射型光 調(diào)制器。 圖1是利用激光光源的投影機(jī)整體運(yùn)作原理的示意圖。包括激光光源的投影機(jī) 由R光源(服)、G光源(10G)、B光源(10B)、分色鏡50R、40G、50B、漫射體(20)、光束整形 器(30)、兩張物鏡(40)、光調(diào)制器(60)、投射透鏡(70)等構(gòu)成。 三個(gè)光源(10R、10G、10B)都是激光光源，由各自的分色鏡50R、50G、50B反射或者 透過(guò)，入射到漫射體之中。分色鏡50G起到反射G光源(從10G照射出的綠色激光)并讓 剩余光線透過(guò)的作用，分色鏡50G也可以使用能夠?qū)⑵胀梢暪饩€全部予以反射的一般鏡 子。分色鏡50R起到反射R光源(從10R照射出的紅色激光)、通過(guò)剩余波長(zhǎng)范圍的光線的 作用，分色鏡50B起到反射R光源(從10B照射出的藍(lán)色激光)通過(guò)剩余波長(zhǎng)范圍光線的 作用。 雖然本實(shí)施方式中使用了三個(gè)激光光源，但本發(fā)明并不限于激光光源，光源的數(shù) 目也不限于三個(gè)。例如，在本發(fā)明的其它一些實(shí)施方式中，可以使用發(fā)光二級(jí)管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱"LED")光源，或者激光與LDE的混合光源。光源也可以是一個(gè)，或者 其它的數(shù)目。 漫射體垂直振動(dòng)于光軸，因此通過(guò)漫射體的時(shí)候，光的隨機(jī)性(Randomness)會(huì)得 到增加。這種漫射體，是為了消除激光特有的激光散斑(Speckle)而設(shè)置的裝置，用以減少 激光光線的連貫性(Coherence)特征來(lái)達(dá)到減少激光散斑的目的。
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通過(guò)漫射體的光會(huì)通過(guò)光束整形器(Beam Sh即er)來(lái)轉(zhuǎn)變光束形狀。轉(zhuǎn)變光束形 狀的原因是要將其光束的模樣進(jìn)行整形，以適應(yīng)于光調(diào)制器(60)的入射面形狀，從而提高 光效率。光束整形器(30)的典型事例為復(fù)眼透鏡(Fly Eye Lens)、燈管(Light Pipe)等。 在圖1中標(biāo)示的是作為光束整形器(30)的典型例子的，在基板上面用多塊球面或非球面的 小型透鏡組合構(gòu)成的復(fù)眼透鏡。 復(fù)眼透鏡(30)由透明基板上多個(gè)小型透鏡所組成，這些小型透鏡體們可以體現(xiàn)
為各種形狀，如四角形凸透鏡、六角形凸透鏡以及圓形等等，但最好是與光調(diào)制器的形狀
(更加準(zhǔn)確地說(shuō)，是光調(diào)制器的有效畫面形狀)相一致。例如光調(diào)制器的有效畫面大致為
四角形狀，那么小型透鏡體的形狀也最好也為四角形狀，從而使光損失最小化。 在圖1的實(shí)例中使用了雙面都有小透鏡體的雙面型復(fù)眼透鏡，也可以使用單面型
復(fù)眼透鏡。 兩片物鏡(40)是將經(jīng)過(guò)光束整形器整形的光線用光調(diào)制器(60)進(jìn)行集束的透
鏡，一般由兩片組成，通過(guò)調(diào)節(jié)兩片透鏡之間的距離達(dá)到更加準(zhǔn)確的聚焦。 光調(diào)制器(60)是指將入射的光線進(jìn)行甄別性通過(guò)、阻斷或改變光徑來(lái)形成影像
圖片的元件。光調(diào)制器(60)的典型實(shí)例有數(shù)字微鏡器件(DigitalMicromirror Device,
簡(jiǎn)稱"DMD")、液晶顯示(Liquid Crystal Display,簡(jiǎn)稱"LCD")元件、硅基液晶(Liquid
Crystal On Silicon,簡(jiǎn)稱"LC0S")等等。 DMD是用在數(shù)字光處理(Digital Light Processing,簡(jiǎn)稱"DLP")投影機(jī)的元件， 它利用場(chǎng)時(shí)序(field sequential)的驅(qū)動(dòng)方式，使用與像素?cái)?shù)量一樣多的矩陣形態(tài)排列的 數(shù)碼鏡(DIGITAL MIRROR) 。 DLP是指從光源照射出的光用數(shù)碼鏡來(lái)調(diào)節(jié)光徑，并用隔板反 射來(lái)達(dá)到漸變(Gradation)或形成圖象的投影儀。 液晶顯示元件(LCD)是指選擇性地開(kāi)/關(guān)液晶來(lái)形成圖象的元件。使用LCD元件 的投影機(jī)中，有直視型(direct-view)、投射型以及反射型。直視型投影是液晶顯示元件后 面的背景光通過(guò)LCD面板形成圖象并可以直接觀察的方式；投射型投影是將通過(guò)液晶顯示 元件形成的圖象利用投射透鏡放大后投射到熒幕，觀察從熒幕反射的圖象的方式；反射型 與投射型的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別之處在于，反射型在LCD下面基板上設(shè)有反射膜，反射的光 線被放大投射到熒幕上。 LC0S屬于反射型液晶顯示，它將以往液晶顯示端的兩面基板中的下方基板由透明 的玻璃改為硅基板，從而用反射型方式運(yùn)作。 投射透鏡(70)由多個(gè)透鏡構(gòu)成，將由光調(diào)制器(60)形成的圖象向熒幕(圖中未 標(biāo)識(shí))上放大投射。 圖2在圖1的光學(xué)引擎功能圖紙上詳細(xì)標(biāo)識(shí)了光調(diào)制器(60)和投射透鏡(70)的 安裝結(jié)構(gòu)，其中包括了將投射透鏡和光調(diào)制器進(jìn)行固定的結(jié)構(gòu)物——安裝座(100)。安裝座 (100)與光調(diào)制器的接觸面形成開(kāi)口面，并且安裝座(100)與光調(diào)制器的接觸面涂黑。通過(guò) 涂黑處理可以吸收透過(guò)的漏光，從而防止散射光的發(fā)生，提高投影圖像邊緣區(qū)域的對(duì)比度。
安裝座(100)的材質(zhì)應(yīng)為高導(dǎo)熱材料。高導(dǎo)熱物質(zhì)可以是金屬(包括純金屬或合 金)，也可以是人工合成的復(fù)合材料等。在本發(fā)明的一個(gè)較佳例子中，使用鋁、鎂、鉛中的一 種作為安裝座(100)的材質(zhì)。 微型投影機(jī)為了攜帶方便必須被制作成超小體積，因此其光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)體積也非常小。但與這種體積限制相反，產(chǎn)生光線的光源的能量則要求著更高等級(jí)光源的使用， 因此光源的發(fā)熱量也是逐步增加。同時(shí)，由于光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量也是不能忽視 的，如果光調(diào)制器的溫度過(guò)高，那么原本起到光閘功能的液晶會(huì)產(chǎn)生變形并無(wú)法使用。為了 解決這些問(wèn)題，需要快速地將產(chǎn)生的熱量吸收并散發(fā)出去，為此，也需要一定容量的散熱裝 置。要想在小體積的光學(xué)引擎中確保充分?jǐn)?shù)量的散熱裝置，光學(xué)引擎構(gòu)體本身就應(yīng)該成為 散熱器，安裝著光調(diào)制器并在投射透鏡前形成開(kāi)口面積的光學(xué)結(jié)構(gòu)體——安裝座(100)亦 需采用高導(dǎo)熱材質(zhì)以滿足作為散熱器件的作用。 光調(diào)制器(60)的有效面積(601)部分，最好與安裝座的開(kāi)口面積(101) —致。開(kāi) 口區(qū)域的面積應(yīng)小于等于有效領(lǐng)域面積(601)。這是因?yàn)?，在光調(diào)制器的有效面積外面存在 著緩沖像素。緩沖像素產(chǎn)生的原因有以下兩種情況 第一種是光調(diào)制器制造工程上的原因。制造光調(diào)制器像素的工程是通過(guò)數(shù)層半導(dǎo) 體薄膜蒸貼(evaporation)過(guò)程制造的，這時(shí)候最外部分的像素由于差異性，會(huì)造成很高 的不良率，因此生產(chǎn)時(shí)會(huì)在有效區(qū)域外有意形成3 5列的緩沖像素。如圖3所示，這些緩 沖像素部位會(huì)被標(biāo)識(shí)成密封(Sealant)區(qū)域，或者被用為研磨時(shí)處理異物的空間。但由于 有效區(qū)域之外的緩沖像素并不能電控，因此就變成了漏光的主要原因。
另一種原因是在制作光調(diào)制器的時(shí)候，為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍(Application)而設(shè) 定了比最高分辨率更低的分辨率。例如，WVGA的分辨率是854X480， SVGA的分辨率是 800X600，這時(shí)候會(huì)把光調(diào)制器的最高分辨率設(shè)計(jì)為854X600，然后根據(jù)需要將光調(diào)制器 作為WVGA或者SVGA使用。若光調(diào)制器工作在WVGA分辨率上，如圖4所示，就會(huì)在有效區(qū) 域下方形成120列的緩沖像素；同理，光調(diào)制器工作在SVGA分辨率時(shí)也會(huì)同樣在側(cè)面留下 54列的緩沖像素。 這些緩沖像素是不工作的部分，所以不會(huì)形成圖象，但因?yàn)樗鼈儾荒苡秒娪行д{(diào) 控，會(huì)變成漏光的主要原因。 如果安裝座的開(kāi)口區(qū)域大于有效區(qū)域，由于上述的漏光原因，會(huì)降低有效區(qū)域邊 緣(edge)部分的對(duì)比度(Contrast)。相對(duì)的，如果開(kāi)口區(qū)域的面積相對(duì)于有效區(qū)域太過(guò)狹 小的話會(huì)降低光的效率，同時(shí)也會(huì)遮蔽通過(guò)光調(diào)制器所形成圖象的外緣。因此，開(kāi)口區(qū)域和 有效區(qū)域的面積和形狀相符合時(shí)效果最佳，稍大或稍小時(shí)也有提高圖象對(duì)比度的效果但不 是最佳的。 即使在上述的開(kāi)口區(qū)域不大于有效區(qū)域的情況中，如果安裝座將通過(guò)光調(diào)制 器的漏光反射到開(kāi)口區(qū)域內(nèi)的話，也會(huì)造成有效區(qū)域邊緣(edge)的散射，造成對(duì)比度 (Contrast)降低的現(xiàn)象。尤其是金屬材質(zhì)的安裝座，因?yàn)槠涮赜械慕饘俟鉂珊茈y避免這種 情況的發(fā)生。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式中將安裝座(100)用黑色進(jìn)行涂蓋。通過(guò) 涂黑處理就能夠吸收透過(guò)的漏光，從而防止散射光的發(fā)生。這種涂黑顏料最好是擁有高 導(dǎo)熱性能的炭黑(carbon black)系列的顏料。使用高導(dǎo)熱性能的顏料，可以改善安裝座 (100)與光調(diào)制器(60)之間的導(dǎo)熱性能，防止光調(diào)制器(60)出現(xiàn)溫度過(guò)高而無(wú)法使用的故障。 本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及一種微型投影機(jī)用光學(xué)引擎。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施 方式基本相同，區(qū)別主要在于
在第一實(shí)施方式中，光調(diào)制器為投射型光調(diào)制器。
然而在第二實(shí)施方式中，光調(diào)制器為反射型光調(diào)制器。 圖5示出了使用反射型光調(diào)制器的投影機(jī)的光學(xué)器件作用原理。基本的光學(xué)器件 結(jié)構(gòu)如同圖l，但圖5中添加了偏振分光鏡(80)，并承擔(dān)著將光調(diào)制器(60)所生成的圖象 傳遞到投射透鏡的作用。 圖6在圖5的光學(xué)引擎功能圖紙上詳細(xì)標(biāo)識(shí)了光調(diào)制器(60)、投射透鏡(70)、和 偏振分光鏡(80)的一種安裝結(jié)構(gòu)。在反射型光調(diào)制器中，入射光線會(huì)向入射方向射出以形 成圖象，因此，在投射透鏡(70)和光調(diào)制器(60)的中間，會(huì)多出一個(gè)將出射的圖象光線轉(zhuǎn) 到投射透鏡方向或?qū)⒊錾浞较蚱D(zhuǎn)90度的偏振分束器(Polarizing Beam Splitter，簡(jiǎn)稱 "PBS，，)。 雖然通過(guò)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā) 明的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，包括至少一個(gè)光源，利用所述光源發(fā)出的光生成圖象的光調(diào)制器，和對(duì)該光解調(diào)器所生成的圖象進(jìn)行投射的投射透鏡組件，其特征在于，在所述光調(diào)制器與所述投射透鏡組件之間，存在用于固定所述光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)物，該結(jié)構(gòu)物與所述光調(diào)制器的接觸面形成開(kāi)口面，并且該結(jié)構(gòu)物與所述光調(diào)制器的接觸面被涂黑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物的開(kāi)口部 分的面積和形狀與所述光調(diào)制器的有效區(qū)域的面積和形狀一致。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物的材質(zhì)為 高導(dǎo)熱材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物的材質(zhì)為金屬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物的材質(zhì)為 鋁、鎂、鉛中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu) 物與所述光調(diào)制器的接觸面以擁有高導(dǎo)熱性能的炭黑系列的顏料涂黑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光源為激光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光調(diào) 制器為投射型光調(diào)制器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光調(diào) 制器為反射型光調(diào)制器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的微型投影機(jī)用光學(xué)引擎，其特征在于，所述光調(diào)制器與所述 投射透鏡組件之間有偏振分束器。
全文摘要
本發(fā)明涉及便攜式微型投影機(jī)，公開(kāi)了一種微型投影機(jī)用光學(xué)引擎。本發(fā)明中，在光調(diào)制器與投射透鏡組件之間設(shè)置了一個(gè)涂黑的安裝座，通過(guò)涂黑處理可以吸收透過(guò)的漏光，從而防止散射光的發(fā)生，提高投影圖像邊緣區(qū)域的對(duì)比度。安裝座的開(kāi)口面積和形狀最好與光調(diào)制器的有效區(qū)域面積和形狀一致。安裝座最好使用高導(dǎo)熱材料，并將安裝座與光調(diào)制器的接觸面以擁有高導(dǎo)熱性能的炭黑系列的顏料涂黑。
文檔編號(hào)G03B21/14GK101788751SQ20091005686
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者權(quán)赫烈, 林鐘鎬, 金城守 申請(qǐng)人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司