專利名稱：一種高光效的微型投影光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及投影顯示技術(shù)，尤其涉及一種高光效的微型投影光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光元件，例如發(fā)光二極管(Light Emitting Diode ， LED)是 一種磷化鎵(GAP)、氮化鎵(GAN )等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電 能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。由于 LED發(fā)光效率髙、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)靈敏、不含有毒物質(zhì)等特點(diǎn)，使得其的應(yīng)用 越來越廣泛，尤其是白光LED，被認(rèn)為是繼白熾燈、熒光燈以后的第三代照 明光源，被廣泛應(yīng)用在液晶投影裝置、手機(jī)背光源、顯示屏幕等。、
目前，照明光源的照明方式一般分為臨界照明以及柯勒照明。對(duì)干臨界 照明而言，其半導(dǎo)體芯片通過透鏡后出射的光斑通常為半導(dǎo)體芯片外形形狀
的光斑，由于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體芯片的有效正表面通常是方形，因此，臨界照明的 出射光斑通常也為方形。而對(duì)于柯勒照明而言，其半導(dǎo)體芯片通過透鏡后出 射的光斑通常為圓形光斑。當(dāng)這兩種照明方式的照明光源應(yīng)用在投影機(jī)時(shí)， 由于液晶投影機(jī)中的成像液晶面板為長(zhǎng)寬比為4 : 3或16: 9的矩形，顯示 圖像的屏幕也為矩形，顯然，這種照明光源發(fā)出的方形光斑或者圓形光斑不 能全部運(yùn)用于照明液晶面板，方形光斑或者圓形光斑的邊緣光將會(huì)損失掉， 降低照明光源的光利用率，而且方形光斑或者圓形光斑照明矩形液晶面板容 易產(chǎn)生的缺陷是屏幕上顯示的圖像的邊角有暗區(qū)，影響投影顯示質(zhì)量。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供4巾結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光能利用率高，投 影顯示質(zhì)量好，尺寸小的高光效的微型投影光學(xué)引擎。
本實(shí)用新型的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種高光效的微型投影光學(xué)引擎，包括三基色半導(dǎo)體照明裝置、偏振分 光器、微顯示面板以及投影透鏡。三基色半導(dǎo)休照明裝置包括紅光光源模組，藍(lán)光光源模組，綠光光源模組，交叉形合色鏡以及光學(xué)整形透鏡。紅光 光源模組出射紅光光束。藍(lán)光光源模組出射藍(lán)光光束。綠光光源模組出射綠 光光束。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 源模組的輸出光路的交匯處，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。光學(xué)整形透鏡設(shè)置于所述交叉形合色鏡與偏振分光器之間， 且，膠合在所述偏振分光器的端面上，其中，所述光學(xué)整形透鏡與所述偏振 分光器的膠合面為平面，在所述交叉形合色鏡側(cè)的光學(xué)整形透鏡的表面為柱 面。偏振分光器設(shè)置于所述三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上。微顯示面 板用于對(duì)所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振 光，并使該另一偏振光攜有圖像信息。投影透鏡用于接收并投射攜有圖像信 息的另一偏振光。
本實(shí)用新型的共軸的高光效的微型投影光學(xué)引擎中，三基色半導(dǎo)體照明 裝置通過三基色的光源模組，交叉形合色鏡以及光學(xué)整形透鏡，輸出光亮度 均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸比例一致的光斑，提高光能的利 用率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低廉。同時(shí)，照明裝置輸出的光經(jīng)偏振分光器 后，提供給微顯示面板，之后，微顯示面板調(diào)制出圖像光再次逋過偏振分光 器進(jìn)入投影鏡頭，從投影鏡頭輸出到外部屏幕，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及 三基色半導(dǎo)體照明裝置，偏振分光器、微顯示面板以及投影透鏡，不涉及其 他光學(xué)器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光亮度均勻，投影顯示質(zhì)量好，且，尺寸小，生產(chǎn) 成本較低。此外，采用光學(xué)整形透鏡與偏振分光器整合為一體的結(jié)構(gòu)，有利 于減小微型投影光學(xué)引擎的體積，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊。
為了易于說明，本實(shí)用新型由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。 圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的高光效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖2a為圖1的光學(xué)整形透鏡的第一實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b為圖1的光學(xué)整形透鏡的第二實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2c為圖1的三基色半導(dǎo)體照明裝置在臨界照明時(shí)輸出的光斑效果示意圖。圖2d為圖1的三基色半導(dǎo)體照明裝置在柯勒照明時(shí)輸出的光斑效果示意圖。
圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的高光效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)
構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型第三實(shí)施方式的高光效的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié) 構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1所示為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的高光效的微型投影光學(xué)引擎的平 面結(jié)構(gòu)示意圖。高光效的微型投影光學(xué)引擎包括紅光光源模組ll、藍(lán)光光源 模組21、綠光光源模組31、交叉形合色鏡41、光學(xué)整形透鏡51、偏振轉(zhuǎn)換器 61、偏振分光器71、微顯示面板81以及投影透鏡(圖中未示出)。其中，紅 光光源模組ll、藍(lán)光光源模組21、綠光光源模組31、交叉形合色鏡41、光學(xué) 整形透鏡51以及偏振轉(zhuǎn)換器61構(gòu)成三基色半導(dǎo)體照明裝置。
紅光光源模組ll包括紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件112 ,以及用于收集并整形所 接收到的紅光光束的紅光整形鏡組113 。藍(lán)光光源模組21包括藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā) 光元件212 ，以及用于收集并整形所接收到的藍(lán)光光束的藍(lán)光整形鏡組 213。綠光光源模組31包括綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件312 ，以及用于收集并整形 所接收到的綠光光束的綠光整形鏡組313 。
本實(shí)用新型實(shí)施方式中，紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件112 、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元 件212以及綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件312均為發(fā)光二極管(Light Emitting 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。各個(gè)芯片工作頻率按微顯示面 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)。SP，紅光半導(dǎo)體發(fā) 光元件112 、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件212以及綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件312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。采用多個(gè)LED芯片以陣列方式 的排列，有利于提高整個(gè)照明裝置的流明數(shù)量，進(jìn)而增加投影光束的光亮 度。此外，紅光整形鏡組113、藍(lán)光整形鏡組213以及綠光整形鏡組313均 包括兩個(gè)順序排列的正透鏡。本實(shí)用新型實(shí)施方式中，為兩個(gè)彎月形的正透鏡，其材質(zhì)為玻璃，順序排列于半導(dǎo)體發(fā)光元件112 、 212 、 312與交叉形
合色鏡41之間。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，也可以采用平凸透鏡或雙凸透鏡組成整形 透鏡組，而正透鏡的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為兩個(gè)以上，總之，紅光整形 鏡組、藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括至少一個(gè)順序排列的透鏡。
交叉形合色鏡41設(shè)置于紅光光源模組11、藍(lán)光光源模組21以及綠光光源 模組31的輸出光路的交匯處，用于合并紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為 一束光。本實(shí)用新型實(shí)施方式中，交叉形合色鏡41為平板狀交叉形合色鏡， 其包括配置成叉狀的第一平板411 ,第二平板412以及第三平板413 。且， 第一平板411 ，第二平板412以及第三平板413表面均鍍有薄膜(圖中未標(biāo) 示)。紅光光源模組ll、藍(lán)光光源模組21以及綠光光源模組31分別設(shè)置于交 叉形合色鏡41與光學(xué)整形透鏡51的非相鄰的三個(gè)側(cè)面上。詳細(xì)說，紅光整形 鏡組113設(shè)置于紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件112與交叉形合色鏡41之間，收集紅光 光束并把紅光光束會(huì)聚為適合交叉形合色鏡41所需的大小。藍(lán)光整形鏡組 213設(shè)置于藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件212與交叉形合色鏡41之間，收集藍(lán)光光束 并把藍(lán)光光束會(huì)聚為適合交叉形合色鏡41所需的大小。綠光整形鏡組313設(shè) 置于綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件312與交叉形合色鏡41之間，收集綠光光束并把綠 光光束會(huì)聚為適合交叉形合色鏡41所需的大小。因此，紅光整形鏡組113、 藍(lán)光整形鏡組213以及綠光整形鏡組313中正透鏡的數(shù)量可以根據(jù)交叉形合 色鏡41的尺寸來設(shè)計(jì)。通常來說，交叉形合色鏡41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(huì)聚來逐步減小入射到交叉形合色鏡41的發(fā)散角，以提高光能的利用率。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，交叉形合色鏡41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41也可以采用合光棱鏡，即，交叉形合色 鏡41為平板狀交叉形合色鏡或者合光棱鏡。當(dāng)交叉形合色鏡41為合光棱鏡 時(shí)，紅光光源模組1K藍(lán)光光源模組21以及綠光光源模組3i則環(huán)繞于該合光 棱鏡。
光學(xué)整形透鏡51設(shè)置于交叉形合色鏡41與偏振分光器71之間，且，膠合 在偏振分光器71的端面上，用于將所接收到的入射光斑整形成與微顯示面板 81外形尺寸比例一致的光斑，本實(shí)用新型實(shí)施方式中，為矩形光斑，其長(zhǎng)寬 比為4: 3或16: 9。其中，光學(xué)整形透鏡51與偏振分光器71的膠合面為平面，在交叉形合色鏡41側(cè)的光學(xué)整形透鏡51的表面為柱面。即該光學(xué)整形透
鏡51在交叉形合色鏡41側(cè)的表面為光學(xué)整形透鏡51的前表面511 ，而光學(xué)整 形透鏡51的后表面512為平面。本實(shí)用新型實(shí)施方式中，該柱面為凸柱面， 用于對(duì)所接收到的入射光斑進(jìn)行壓縮，整形為與微顯示面板(圖中未示出) 外形尺寸比例一致的光斑，即矩形光斑。換句話說，該光學(xué)整形透鏡51是一 個(gè)膠合在偏振分光器71的端面上的平凸柱面透鏡。采用光學(xué)整形透鏡51與偏 振分光器71整合為一體的結(jié)構(gòu)，有利于減小微型投影光學(xué)引擎的體積，使其 結(jié)構(gòu)更為緊湊。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，該柱面也可以為凹柱面，用于對(duì)所接收到 的入射光斑進(jìn)行拉伸，整形為矩形光斑。而矩形光斑的長(zhǎng)寬比也可以為其它 比例，只要恰當(dāng)設(shè)計(jì)光學(xué)整形透鏡51的柱面的曲率半徑即可。
又，該光學(xué)整形透鏡51還可為一體成型的塑料透鏡；采用一體成型的塑
料透鏡，有利于消像差。此外，該光學(xué)整形透鏡51還可以為膠合鏡，由平板 玻璃透鏡與柱面透鏡膠合而成，該平板玻璃透鏡以及柱面透鏡為折射率相同 的玻璃透鏡，有利于減小像差。當(dāng)然，該光學(xué)整形透鏡51還可以是一個(gè)玻璃 材質(zhì)的普通柱面透鏡。
偏振轉(zhuǎn)換器61設(shè)置在交叉形合色鏡41與光學(xué)整形透鏡51之間，用于把所 接收到的非偏振光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振光，即，偏振轉(zhuǎn)換器61可以把 入射的光全部轉(zhuǎn)換為S偏振光或P偏振光，提高光效。因此，LED芯片所發(fā) 出的180°的光經(jīng)過整形鏡組以及交叉形合色鏡41后，輸出發(fā)散角小于或等 于一15° + 15°的單一偏振狀態(tài)的光。本實(shí)用新型實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換 器61的數(shù)量為一個(gè)，該偏振轉(zhuǎn)換器61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。這種連續(xù)結(jié)合在一起的棱鏡內(nèi)部含有連續(xù)交接的 數(shù)個(gè)斜面，斜面上含有偏振分光膜層以構(gòu)成偏振分光面，斜面整體構(gòu)成鋸齒 形狀，且，部分棱鏡的光入射面上設(shè)置有四分之一波片等。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器61還可以包括三個(gè)或三個(gè)以上 偏振轉(zhuǎn)換器，.分別設(shè)置于紅光光源模組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組與交 叉形合色鏡之間(參閱圖4) 。 g卩，高光效的微型投影光學(xué)引擎還包括設(shè)置 于交叉形合色鏡與光學(xué)整形透鏡之間，或者分別設(shè)置于紅光光源模組、藍(lán)光 光源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡之間的偏振轉(zhuǎn)換器，用于把所接收 到的非偏振光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振光。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn)換器61也可以省略。
偏振分光器71設(shè)置于三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上，本實(shí)用新型 實(shí)施方式中，偏振分光器71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非偏振光轉(zhuǎn)換為偏振光并分離出S偏振 光和P偏振光。當(dāng)然，偏振分光器71也可以由其它棱鏡膠合成其它形狀，只 要滿足入射的非偏振光被轉(zhuǎn)化為偏振光出射即可。
本實(shí)用新型實(shí)施方式中，微顯示面板81為單片微顯示面板，設(shè)置于偏振 分光器71與三基色半導(dǎo)體照明裝置的非相鄰的一側(cè)，用于對(duì)所接收到的偏振 光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振光，并使該另一偏振光攜有 圖像信息。本實(shí)施方式中，微顯示面板81為硅基液晶面板。當(dāng)單片微顯示面 板81接收到的偏振光為S偏振光時(shí)，經(jīng)過單片微顯示面板81的調(diào)制后，將轉(zhuǎn) 換為攜有圖像信息的P偏振光，且將其反射回偏振分光器71上，由偏振分光 器71將該P(yáng)偏振光透射至投影透鏡上。換句話說，投影透鏡與單片微顯示面 板81相對(duì)平行設(shè)置于偏振分光器71的一側(cè)，用于接收并投射攜有圖像信息的 另一偏振光，即P偏振光。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，該單片微顯示面板81所接收到的偏振光也 可以為P偏振光，經(jīng)過單片微顯示面板81的調(diào)制后，轉(zhuǎn)換為攜有圖像信息的 S偏振光，且將其反射回偏振分光器71上，由偏振分光器71將該S偏振光反 射至投影透鏡上。換句話說，投影透鏡與單片微顯示面板81相鄰設(shè)置于偏振 分光器71的一側(cè)，即，投影透鏡與單片微顯示面板81分別設(shè)置于偏振分光器 71的相鄰兩側(cè)面上。此時(shí)，投影透鏡是用于接收并投射攜有圖像信息的S偏 振光。
圖2a 圖2b分別為圖1的光學(xué)整形透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2a 所示的光學(xué)整形透鏡51a是一個(gè)單柱面透鏡，其前表面511a為凸柱面，后表 面512a為平面，構(gòu)成的是一個(gè)平凸柱面透鏡。圖2b所示的光學(xué)整形透鏡51b 是一個(gè)雙柱面透鏡，本實(shí)用新型所說的雙柱面透鏡是指相互垂直的兩個(gè)方向 的截面所形成的折射表面均為柱面，其中，x為光軸，具體實(shí)施方式
中，是 與微顯示面板81的長(zhǎng)邊長(zhǎng)方向及短邊長(zhǎng)方向?qū)?yīng)的兩個(gè)方向的折射表面為柱 面。本實(shí)用新型實(shí)施方式中，其前表面511b為凸柱面，后表面512b為平面。
圖2c所示為圖1的三基色半導(dǎo)體照明裝置在臨界照明時(shí)輸出的光斑效果示意圖。半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)整形鏡組以及交叉形合色鏡后輸出的光
斑一般為方形光斑，經(jīng)過光學(xué)整形透鏡51a的整形處理，被壓縮成接近微顯
示面板(圖中未示出)外形形狀的矩形光斑，例如長(zhǎng)寬比為4: 3或者16:
9的矩形光斑。g卩，方形光斑的填充區(qū)域bl (原先光斑的部分邊緣部分)的 光被壓縮到矩形區(qū)域al中，使得原先光斑的邊緣光得到了利用，進(jìn)而提高了 光能的利用率。詳細(xì)說，微顯示面板的顯示區(qū)域大小為圖中所示矩形區(qū)域al 的大小，顯然會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)圖像暗區(qū)bl，而通過本實(shí)用新型的柱面是凸柱面的 光學(xué)整形透鏡51a， 一個(gè)單柱面透鏡，以微顯示面板的長(zhǎng)邊長(zhǎng)(長(zhǎng)度方向) 為基準(zhǔn)，把原射向兩個(gè)圖像暗區(qū)的光，即微顯示面板的短邊長(zhǎng)(寬度方向) 的邊緣光，壓縮到矩形區(qū)域al中，與微顯示面板的比例大致相等，因此，方 形光斑被壓縮為準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸相匹配的矩形光斑，同 時(shí)提高輸出光斑的均勻性。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，也可以通過柱面是凹柱面的光學(xué)整形透 鏡，以微顯示面板的短邊長(zhǎng)(寬度方向)為基準(zhǔn)，把原射向微顯示面板的長(zhǎng) 邊長(zhǎng)(長(zhǎng)度方向)的光拉伸為與微顯示面板比例大致相等的光斑。
圖2d所示為圖1的三基色半導(dǎo)體照明裝置在柯勒照明時(shí)輸出的光斑效果 示意圖?？吕照彰鲿r(shí)，半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)整形鏡組以及交叉形合色 鏡后輸出的光斑一般為圓形光斑，經(jīng)過光學(xué)整形透鏡51b的整形處理，被壓 縮成接近微顯示面板(圖中未示出)形狀的矩形光斑。即，圓的四周的填充 區(qū)域b2 (原先光斑的邊緣部分)的光被壓縮到矩形區(qū)域a2中，使得原先光斑 的邊緣光得到了利用，進(jìn)而提高了光能的利用率。詳細(xì)說，微顯示面板的顯 示區(qū)域大小為圖中所示矩形區(qū)域a2的大小，顯然會(huì)產(chǎn)生四個(gè)圖像暗區(qū)b2，而 通過本實(shí)用新型的柱面是凸柱面的光學(xué)整形透鏡51b ， 一個(gè)雙柱面透鏡，把 原射向四個(gè)圖像暗區(qū)的光，即邊緣光，壓縮到矩形區(qū)域a2中，因此，圓形光 斑被壓縮為準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸相匹配的矩形光斑，同時(shí)提 高輸出光斑的均勻性。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，也可以通過柱面是凹柱面的光學(xué)整形透 鏡，把圓形光斑拉伸為與微顯示面板比例大致相等的光斑。
本實(shí)用新型實(shí)施方式中，光學(xué)整形透鏡51可以是一個(gè)單柱面透鏡，如圖 2a，也可以是一個(gè)雙柱面透鏡，如圖2b。因此，本實(shí)用新型的共軸的三基色 半導(dǎo)體照明裝置，半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光，通過整形鏡組、 叉形合色鏡以及光學(xué)整形透鏡后，輸出光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺 寸比例一致的光斑，提高光能的利用率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低廉。而本實(shí) 用新型的共軸的微型投影光學(xué)引擎中，三基色半導(dǎo)體照明裝置發(fā)出光亮度均 勻的光經(jīng)偏振分光器分光后，提供給微顯示面板，之后，微顯示面板調(diào)制出 圖像光再次進(jìn)入偏振分光器，由偏振分光器從投影鏡頭輸出到外部屏幕，其 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及三基色半導(dǎo)體照明裝置，偏振分光器、微顯示面板 以及投影透鏡，不涉及其他光學(xué)器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均勻性好，光能利用率 高，且，尺寸小，生產(chǎn)成本較低。
圖3所示為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的高光效的微型投影光學(xué)引擎的平 面結(jié)構(gòu)示意圖。該高光效的微型投影光學(xué)引擎與第一實(shí)施方式的高光效的微
型投影光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖3所示的交叉形合色鏡43為合 光棱鏡，而紅光光源模組13、藍(lán)光光源模組23以及綠光光源模組33則環(huán)繞于
該合光棱鏡。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，該交叉形合色鏡43也可以為平板狀交叉形 合色鏡，偏振轉(zhuǎn)換器63還可以設(shè)置在光學(xué)整形透鏡53的輸出光路上或者設(shè)置 在紅光光源模組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡之間，這里 不再贅述。
圖4所示為本實(shí)用新型第三實(shí)施方式的高光效的微型投影光學(xué)引擎的平 面結(jié)構(gòu)示意圖。該高光效的微型投影光學(xué)引擎與第一實(shí)施方式的高光效的微 型投影光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖4所示的三基色半導(dǎo)體照明裝 置中，紅光整形鏡組143、藍(lán)光整形鏡組243以及綠光整形鏡組343均包括 反射式復(fù)合拋物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator ， CPC)，其材 質(zhì)為塑料，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，半導(dǎo)體發(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(huì)聚。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，復(fù)合拋物面聚光器的結(jié)構(gòu)并不限于本實(shí)用
新型具體實(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，紅光整形鏡組143 、藍(lán)光整形鏡組243以及綠光整形鏡組343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44之間
ii均可以再設(shè)置至少一個(gè)透鏡，以進(jìn)一步對(duì)光束進(jìn)行整形并減小出射光的發(fā)散角。
本實(shí)用新型實(shí)施方式中，三個(gè)偏振轉(zhuǎn)換器64分別設(shè)置于紅光光源模組 14、藍(lán)光光源模組24、綠光光源模組34與交叉形合色鏡44之間。
本實(shí)用新型其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器64的數(shù)量也可以為一個(gè)，設(shè)置 于交叉形合色鏡與光學(xué)整形透鏡之間(參閱圖l、圖3)。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn) 換器64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64。
因此，本實(shí)用新型的共軸的高光效的微型投影光學(xué)引擎中，三基色半導(dǎo) 體照明裝置通過三基色的光源模組，交叉形合色鏡以及光學(xué)整形透鏡，輸出 光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸比例一致的光斑(矩形光 斑)，有效提高光學(xué)引擎的光能利用率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低廉；其次， 通過設(shè)置偏振轉(zhuǎn)換器，減少光能的損耗，再次提高光能的利用率。同時(shí)，該 二基色半導(dǎo)體照明裝置輸出的光經(jīng)偏振分光器后，提供給微顯示面板，之 后，微顯示面板調(diào)制出圖像光再次通過偏振分光器進(jìn)入投影鏡頭，從投影鏡 頭輸出到外部屏幕，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及照明裝置， 一個(gè)偏振分光 器、單片微顯示面板以及投影透鏡，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(jiǎn)單、緊湊，均勻性好，光能利用率高，投影顯示質(zhì)量好， 且，光路較短，尺寸較小，生產(chǎn)成本較低，滿足市場(chǎng)微型化、輕量化的需 求。此外，采用光學(xué)整形透鏡與偏振分光器整合為一體的結(jié)構(gòu)，有利于減小 微型投影光學(xué)引擎的體積，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊。
以上所述之具體實(shí)施方式
為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，并非以此限定 本實(shí)用新型的具體實(shí)施范圍，本實(shí)用新型的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方 式，例如，紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及綠光半導(dǎo)體發(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，而紅光整形鏡組、藍(lán)光整 形鏡組以及綠光整形鏡組均包括擴(kuò)束透鏡，用于將激光芯片所發(fā)出的激光光 束擴(kuò)束整形為適合所述交叉形合色鏡所需的大小。單片微顯示面板為透射式 液晶面板。S卩，本實(shí)用新型中的微顯示面板為硅基液晶面板或者透射式液晶 面板。凡依照本實(shí)用新型之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均包含本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高光效的微型投影光學(xué)引擎，包括三基色半導(dǎo)體照明裝置，包括紅光光源模組，其出射紅光光束；藍(lán)光光源模組，其出射藍(lán)光光束；綠光光源模組，其出射綠光光束；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輸出光路的交匯處，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；偏振分光器，設(shè)置于所述三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上；微顯示面板，用于對(duì)所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振光，并使該另一偏振光攜有圖像信息；以及投影透鏡，用于接收并投射攜有圖像信息的另一偏振光；其特征在于，所述三基色半導(dǎo)體照明裝置還包括光學(xué)整形透鏡，設(shè)置于所述交叉形合色鏡與偏振分光器之間，且，膠合在所述偏振分光器的端面上，其中，所述光學(xué)整形透鏡與所述偏振分光器的膠合面為平面，在所述交叉形合色鏡側(cè)的光學(xué)整形透鏡的表面為柱面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所 述光學(xué)整形透鏡為一體成型的塑料透鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所 述光學(xué)整形透鏡為膠合鏡，由平板玻璃透鏡與柱面透鏡膠合而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所 述平板玻璃透鏡以及柱面透鏡為折射率相同的玻璃透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所 述光學(xué)整形透鏡為雙柱面透鏡，其相互垂直的兩個(gè)方向的截面所形成的折射 表面均為柱面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所 述柱面為凸柱面或者凹柱面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其 特征在于，所述紅光光源模組包括紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的紅光光束的紅光整形鏡組；所述藍(lán)光光源模組包括藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā) 光元件以及用丁收集并整形所接收到的藍(lán)光光束的藍(lán)光整形鏡組；所述綠光光源模組包括綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的綠光光束 的綠光整形鏡組。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在丁，所 述紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及綠光半導(dǎo)體發(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。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所 述紅光整形鏡組、藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括至少一個(gè)順序排列 的透鏡。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于， 所述紅光整形鏡組、藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括反射式復(fù)合拋物 面聚光器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于， 所述紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及綠光半導(dǎo)體發(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；所述紅光整形鏡組、藍(lán)光整形鏡 組以及綠光整形鏡組均包括擴(kuò)束透鏡，用于將所述激光芯片所發(fā)出的激光光 束擴(kuò)束整形為適合所述交叉形合色鏡所需的大小。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的高光效的微型投影光學(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合光棱鏡。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎， 其特征在于，還包括設(shè)置于所述交叉形合色鏡與光學(xué)整形透鏡之間，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 之間的偏振轉(zhuǎn)換器，用于把所接收到的非偏振光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振 光。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎， 其特征在r，所述微顯不面板為單片微顯示面板，設(shè)置于所述偏振分光器與 三基色半導(dǎo)體照明裝置的非相鄰的-側(cè)所述偏振分光器為棱鏡式偏振分光奮。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的高光效的微型投影光學(xué)引擎， 其特征在于，所述微顯示面板為硅基液晶面板或者透射式液晶而板。
專利摘要一種高光效的微型投影光學(xué)引擎，包括紅光光源模組，藍(lán)光光源模組，綠光光源模組，交叉形合色鏡，光學(xué)整形透鏡，偏振分光器，微顯示面板及投影透鏡。交叉形合色鏡設(shè)置于紅光光源模組、藍(lán)光光源模組及綠光光源模組的輸出光路的交匯處，用于合并紅光光束、藍(lán)光光束及綠光光束為一束光。光學(xué)整形透鏡設(shè)置于交叉形合色鏡與偏振分光器之間，膠合在偏振分光器的端面上，其中，光學(xué)整形透鏡與偏振分光器的膠合面為平面，在交叉形合色鏡側(cè)的光學(xué)整形透鏡的表面為柱面。本實(shí)用新型的光學(xué)引擎，通過光學(xué)整形透鏡，輸出光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸比例一致的光斑(矩形光斑)，光效高，投影顯示質(zhì)量好，尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低廉。
文檔編號(hào)G03B21/20GK201417358SQ20092013006
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者曲魯杰, 晶 林, 高國(guó)欣 申請(qǐng)人:紅蝶科技(深圳)有限公司