專利名稱：用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著LED和微顯示芯片技術(shù)的發(fā)展，微型投影開始成為一種可能，研究發(fā)現(xiàn)，微型投影技術(shù)的出現(xiàn)并不是簡單的在傳統(tǒng)大投影系統(tǒng)的基礎(chǔ)上等比例縮放就能夠?qū)崿F(xiàn)，而是需要針對專門的投影用平面封裝LED和微顯示芯片進(jìn)行專門的設(shè)計才能得到好的結(jié)果。目前的光學(xué)投影系統(tǒng)，包括了有光源，反光碗，勻光棒，中繼透鏡組，合光系統(tǒng)，投影物鏡甚至復(fù)眼等元件。專利200720310464. 8中提到了一種LCOS投影實現(xiàn)方案，從方案中可以發(fā)現(xiàn)，其中包含了反光碗，積分光棒，分色鏡片，合色組件，整個系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，且尺寸較大，無法實現(xiàn)簡單性。專利200620033580. 5中提到了一種大面積光源合成技術(shù)，從方案可以發(fā)現(xiàn)，對于每一個LED光源，需要配合一組鏡組，并且需要反射裝置對光線進(jìn)行導(dǎo)向，整個系統(tǒng)復(fù)雜， 成本較高，裝調(diào)困難。專利200720196523. 3中提到了一種微型投影機(jī)模塊，整個系統(tǒng)需要用到三路LED 光源，每一路都需要引入整形系統(tǒng)，合色系統(tǒng)，整個結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法真正做到簡并化，小型化。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有系統(tǒng)中存在的體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、加工制作簡單、均勻性好、效率高的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)的技術(shù)方案。所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，沿光線傳播方向依次設(shè)照明光源、PBS棱鏡、微顯示芯片以及投影成像物鏡，其特征在于照明光源與PBS棱鏡之間配合設(shè)置雙片面光源整形鏡組，照明光源發(fā)出的光束通過雙片面光源整形鏡組整形后，照明光源每一點發(fā)出的正負(fù)90度的光線都均勻的照射在同一個圓形區(qū)域內(nèi)，形成一個均勻分布的照明面，設(shè)置在該照明面上的微顯示芯片上的圖像經(jīng)過投影成像物鏡后投影成像在屏眷上ο所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源與雙片面光源整形鏡組之間設(shè)置一個均光光棒，均光光棒出射端作為入射雙片面光源整形鏡組的發(fā)光面。所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的雙片面光源整形鏡組與PBS棱鏡之間配合設(shè)置光斑變換鏡組，在微顯示芯片上形成均勻的橢圓照明光斑。
所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源是平面封裝的LED光源。所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源是平面封裝的LED光源，該平面封裝的LED光源是點光源或者面光源。所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源為平面封裝的LED面光源，該面光源放置在系統(tǒng)的軸上或者離軸放置，其經(jīng)雙片面光源整形鏡組整形后均能夠在軸上形成均勻的照明區(qū)域。所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源為平面封裝的LED面光源，該面光源設(shè)置為多個，且放置在系統(tǒng)的不同離軸位置，經(jīng)雙片面光源整形鏡組整形后在軸上分別形成均勻的照明區(qū)域并且合成均勻的照明區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用雙片整形透鏡實現(xiàn)在微顯示芯片平面上形成一個均勻的圓形照明光斑(均勻度達(dá)到90%以上)，微顯示芯片利用均勻圓形光斑的部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)照明，其上的圖像再通過投影成像系統(tǒng)投影顯示到屏幕上以形成均勻高效的投影顯示效果；具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，照明光斑均勻，照明角度小，集光效率高，并且可以單一系統(tǒng)通配不同發(fā)光尺寸的LED，能夠使得較大區(qū)域內(nèi)放置的任一 LED在照明面上形成均勻一致的照明光斑；不僅可以適用于單顆單色光源，還適用于多顆多色光源，可以在不改變系統(tǒng)的前提下，做到通過改變LED來改變系統(tǒng)的性能，得到更亮，色彩更加豐富的投影顯示效果。


圖1為寬尺寸面光源整形透鏡原理圖2為基于雙片面光源整形鏡組的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖； 圖3為雙片面光源整形鏡組通配不同大小面光源示意圖； 圖4為雙片面光源整形鏡組通配軸上、離軸位置的面光源示意圖； 圖5為基于雙片面光源整形鏡組及光斑變換鏡組的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖； 圖6為光斑變換鏡組工作原理圖7為基于雙片面光源整形鏡組及勻光光棒的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖； 圖8為基于雙片面光源整形鏡組、勻光光棒及光斑變換鏡組的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明
本發(fā)明利用經(jīng)典的柯勒照明原理，針對平面封裝的LED面光源，利用雙片面光源整形鏡組實現(xiàn)在微顯示芯片平面上形成一個均勻的圓形照明光斑(均勻度達(dá)到90%以上)，微顯示芯片利用均勻圓形光斑的部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)照明，其上的圖像再通過投影成像物鏡投影顯示到屏幕上以形成均勻高效的投影顯示效果；圓形區(qū)域的均勻性和平面光源的大小無關(guān)，不同尺寸的平面光源都可以利用雙片面光源整形鏡組形成均勻的照明區(qū)域；圓形區(qū)域的均勻性和平面光源的位置無關(guān)，軸上和離軸平面光源都可以利用雙片面光源整形鏡組形成均勻的照明區(qū)域，這是本發(fā)明的核心思想。一般人做照明的話，只負(fù)責(zé)看照明面，不考慮光源的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明是從光源入手，將面光源等效為相同的無數(shù)點光源的疊加，每個點光源都認(rèn)為它向各個角度發(fā)出的光強(qiáng)度是一致的，實際上也是如些，LED的原理是半導(dǎo)上摻雜型形成Pn結(jié)，每個pn結(jié)的發(fā)光特性可以認(rèn)為是相同的，只要我們能將每點發(fā)出的光通過光學(xué)系統(tǒng)，盡可能的疊加到一個需要的區(qū)域，那么這個區(qū)域就是均勻的，而這種方法由于對光源做了假設(shè)，所以最終是和光源的面積不相關(guān)的，不管光源是大是小，是偏還是正，通過這個光學(xué)系統(tǒng)，都可以在目標(biāo)面上形成均勻的光斑。本發(fā)明是采用成像光學(xué)的思路來設(shè)計，拋棄了傳統(tǒng)的非成像光學(xué)只考慮光線，而不對光線結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，調(diào)配的缺點，這樣的系統(tǒng)，容差性更強(qiáng)，均勻性更好，利用這種思想設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)，可是兩片、一片，也可以更多，兩片的結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)復(fù)雜性，易加工性，成本各個方面考慮都是最好的，對于不同的照明面積，兩片鏡片的具體參數(shù)是不同的。本發(fā)明在沿光線傳播方向依次設(shè)有照明光源1、PBS棱鏡4、微顯示芯片5以及投影成像物鏡3，照明光源1與PBS棱鏡4之間配合設(shè)置雙片面光源整形鏡組2，照明光源1發(fā)出的光束通過雙片面光源整形鏡組2整形后，照明光源每一點發(fā)出的正負(fù)90度的光線都均勻的照射在同一個圓形區(qū)域內(nèi)，這樣就形成一個均勻分布的照明面，設(shè)置在該照明面上的微顯示芯片上的圖像經(jīng)過投影成像物鏡后投影成像在屏幕上。照明光源1與雙片面光源整形鏡組2之間可以設(shè)置一個均光光棒7，均光光棒7出射端作為入射雙片面光源整形鏡組2的發(fā)光面，以提高系統(tǒng)的均勻性。雙片面光源整形鏡組2與PBS棱鏡4之間配合設(shè)置光斑變換鏡組6，在微顯示芯片 5上形成均勻的橢圓照明光斑，提高有效利用區(qū)的比例。照明光源1是平面封裝的LED光源，可以是點光源也可以是一定尺寸的面光源，并且在此范圍內(nèi)任意尺寸的面光源放置于系統(tǒng)的軸上，都可以在軸上形成均勻的照明區(qū)域； 較小尺寸的面光源，可以放置于系統(tǒng)的離軸位置，但是也可以在軸上形均勻的照明區(qū)域；多個較小尺寸的面光源，可以分別放置于系統(tǒng)的不同離軸位置，但是可以在軸上分別形成均勻的照明區(qū)域并且合成均勻的照明區(qū)域。圖1為寬尺寸面光源整形透鏡原理圖，從圖上可以看到，利用透鏡折光特性，可以將平面封裝LED光源上的每一點發(fā)出的光都均勻的打在一個圓形的區(qū)域上，并且光源上不同點發(fā)出的光線在目標(biāo)面上都打在同一個圓形的區(qū)域上，光源的大小僅僅使得照射在圓形區(qū)域上的光線變多變少，不會對該區(qū)域的均勻性產(chǎn)生影響。光源位置同樣不會對照明區(qū)域的均勻性產(chǎn)生影響。圖2為基于雙片面光源整形鏡組的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖，沿光線傳播方向，依次設(shè)有平面封裝LED光源、雙片面光源整形鏡組、PBS棱鏡、微顯示芯片，投影成像物鏡。LED發(fā)出的光，經(jīng)過雙片面光源整形鏡組后，再通過PBS棱鏡將自然光變成線偏振光，在微顯示芯片上形成適合微顯示芯片照明用均勻的角度小于15度的入射光，微顯示芯片上的圖像被照亮后，通過投影成像物鏡投射在屏幕上顯示。圖3為雙片面光源整形鏡組通配不同大小面光源示意圖，由于雙片面光源整形鏡組采用圖1所示的原理進(jìn)行設(shè)計，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)LED尺寸變小時，僅僅使得入射到目標(biāo)面上的光線變少，不會對該區(qū)域的均勻性產(chǎn)生影響，所以雙片面光源整形鏡組可以安裝發(fā)光尺寸不同的平面封裝LED光源，而不會影響最終投影系統(tǒng)的畫面均勻性。圖4為雙片面光源整形鏡組通配軸上、離軸位置的面光源示意圖，由于雙片面光源整形鏡組采用圖1所示的原理進(jìn)行設(shè)計，光源的位置對目標(biāo)區(qū)域的均勻性不會造成影響，所以可以將光源放置于離軸的位置而不會對目標(biāo)區(qū)域的均勻性造成影響，從而保證投影系統(tǒng)畫面均勻性。圖5為基于雙片面光源整形鏡組及光斑變換鏡組的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖，沿光線傳播方向，依次設(shè)有平面封裝LED光源、雙片面光源整形鏡組、光斑變換鏡組、PBS棱鏡、微顯示芯片，投影成像物鏡。LED發(fā)出的光，經(jīng)過雙片面光源整形鏡組和光斑變換鏡組后，再通過PBS棱鏡將自然光變成線偏振光，在微顯示芯片上形成適合微顯示芯片照明用均勻的角度小于15度的入射光，微顯示芯片上的圖像被照亮后，通過投影成像物鏡投射在屏幕上顯
7J\ ο圖6為光斑變換鏡組工作原理圖，雙片面光源整形鏡組可以將平面封裝LED光源發(fā)出的光源變成一個均勻的圓形光斑照射在微顯示芯片上，矩形的微顯示芯片僅取出均勻圓形光斑的一個矩形區(qū)域用于照明，其它區(qū)域被浪費掉，通過光斑變換鏡組可以將入射的圓形均勻光斑，變換成一個橢圓形的光斑，從而提高光線的利用率。圖7為基于雙片面光源整形鏡組及勻光光棒的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖，沿光線傳播方向設(shè)有平面封裝LED光源、勻光光棒、雙片面光源整形鏡組、PBS棱鏡、微顯示芯片、投影成像物鏡。LED發(fā)出的光，經(jīng)過勻光光棒消除掉自身的缺陷，在出射端面形成一個均勻的發(fā)光面，該發(fā)光面發(fā)出的光經(jīng)過雙片面光源整形鏡組，再通過PBS棱鏡將自然光變成線偏振光， 在微顯示芯片上形成適合微顯示芯片照明用均勻的角度小于15度的入射光，微顯示芯片上的圖像被照亮后，通過投影成像物鏡投射在屏幕上顯示。圖8為基于雙片面光源整形鏡組、勻光光棒及光斑變換鏡組的微型光引擎結(jié)構(gòu)圖，沿光線傳播方向設(shè)有平面封裝LED光源、勻光光棒、雙片面光源整形鏡組、光斑變換鏡組、PBS棱鏡、微顯示芯片、投影成像物鏡。LED發(fā)出的光，經(jīng)過勻光光棒消除掉自身的缺陷， 在出射端面形成一個均勻的發(fā)光面，該發(fā)光面發(fā)出的光經(jīng)過雙片面光源整形鏡組和光斑變換鏡組后，再通過PBS棱鏡將自然光變成線偏振光，在微顯示芯片上形成適合微顯示芯片照明用均勻的角度小于15度的入射光，微顯示芯片上的圖像被照亮后，通過投影成像物鏡投射在屏幕上顯示。以上實施例，僅為說明本發(fā)明專利的技術(shù)特征和可實施性，其目的在于使該領(lǐng)域的技術(shù)人員能了解本發(fā)明的內(nèi)容并予以實施。盡管已經(jīng)參考具體實施例對本發(fā)明作了描述，但是，不應(yīng)將這些描述理解為一種限制情形，對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說參考以上對本發(fā)明的描述顯然能夠做出對公開實施例中的各種改進(jìn)以及本發(fā)明的另外實施例，因此，可以設(shè)想只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍是能夠做出這樣的改進(jìn)，凡依本發(fā)明的構(gòu)思所做出的變換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，沿光線傳播方向依次設(shè)照明光源、 PBS棱鏡、微顯示芯片以及投影成像物鏡，其特征在于照明光源與PBS棱鏡之間配合設(shè)置雙片面光源整形鏡組，照明光源發(fā)出的光束通過雙片面光源整形鏡組整形后，照明光源每一點發(fā)出的正負(fù)90度的光線都均勻的照射在同一個圓形區(qū)域內(nèi)，形成一個均勻分布的照明面，設(shè)置在該照明面上的微顯示芯片上的圖像經(jīng)過投影成像物鏡后投影成像在屏幕上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源與雙片面光源整形鏡組之間設(shè)置一個均光光棒，均光光棒出射端作為入射雙片面光源整形鏡組的發(fā)光面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的雙片面光源整形鏡組與PBS棱鏡之間配合設(shè)置光斑變換鏡組，在微顯示芯片上形成均勻的橢圓照明光斑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源是平面封裝的LED光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源是平面封裝的LED光源，該平面封裝的LED光源是點光源或者面光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源為平面封裝的LED面光源，該面光源放置在系統(tǒng)的軸上或者離軸放置，其經(jīng)雙片面光源整形鏡組整形后均能夠在軸上形成均勻的照明區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源為平面封裝的LED面光源，該面光源設(shè)置為多個，且放置在系統(tǒng)的不同離軸位置，經(jīng)雙片面光源整形鏡組整形后在軸上分別形成均勻的照明區(qū)域并且合成均勻的照明區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明屬于投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于微型投影光引擎的寬尺寸面光源整形系統(tǒng)。其特征在于照明光源與PBS棱鏡之間配合設(shè)置雙片面光源整形鏡組，照明光源發(fā)出的光束通過雙片面光源整形鏡組整形后，照明光源每一點發(fā)出的正負(fù)90度的光線都均勻的照射在同一個圓形區(qū)域內(nèi)，形成一個均勻分布的照明面，設(shè)置在該照明面上的微顯示芯片上的圖像經(jīng)過投影成像物鏡后投影成像在屏幕上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用雙片整形透鏡實現(xiàn)在微顯示芯片平面上形成一個均勻的圓形照明光斑(均勻度達(dá)到90%以上)，微顯示芯片利用均勻圓形光斑的部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)照明，其上的圖像再通過投影成像系統(tǒng)投影顯示到屏幕上以形成均勻高效的投影顯示效果。
文檔編號G02B27/28GK102231010SQ20111016003
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者余飛鴻, 劉欽曉, 周建軍 申請人:杭州晶景光電有限公司