專利名稱：一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種投影顯示系統(tǒng)，尤其涉及一種能極大提升亮度的采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎。
背景技術(shù)：
投影顯示已經(jīng)成為大屏幕高清晰動態(tài)顯示的主流方式，廣泛應(yīng)用于商務(wù)、教育、科研、娛樂以及家庭等重要環(huán)節(jié)。近些年，隨著微電子、光學(xué)、加工工藝等諸多技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及現(xiàn)代商務(wù)移動辦公模式的普及和手持?jǐn)?shù)碼產(chǎn)品的增多，微型化又成為投影顯示技術(shù)發(fā)展的新方向。微型投影機(jī)具有輕巧和使用方便等顯著優(yōu)點，可與各類消費電子產(chǎn)品相結(jié)合，這使得微型投影的應(yīng)用變得無限廣闊。微型投影機(jī)對亮度、體積、功耗、成本以及散熱等都有嚴(yán)格的要求。要實現(xiàn)高亮度、小體積、低功耗和低成本的微型投影系統(tǒng)，就必須在光源、光調(diào)制器件、光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)器件等方面做很大的改進(jìn)甚至革新。目前，微型投影主要以DLP (Digital Lighting Processor)和 LCoS (LiquidCrystal on Silicon)技術(shù)為主。DLP和LCoS技術(shù)均為陣列反射式投影技術(shù)。DLP技術(shù)具有反射率高且無需偏振光等優(yōu)點，但其芯片DMD (Digital Mirror Device)制程極其復(fù)雜，為TI公司獨家掌控。LCoS技術(shù)具有高分辨率和低成本等優(yōu)勢，色彩更加豐富逼真，圖像無像素感，畫面邊緣更自然。加之技術(shù)上的開放性，非常適合微型投影對小體積、高分辨率和低成本的苛刻要求。主流的微型投影均采用高亮度LED作為照明光源。LED具有體積小、壽命長、響應(yīng)快及環(huán)保等諸多優(yōu)點，已成為微型投影的必然選擇。采用三基色LED作為光源，可以大幅提升投影機(jī)的色域表現(xiàn)能力。雖然目前的LED光通量普遍不高，且其單位光學(xué)擴(kuò)展量上的光通量要低于傳統(tǒng)投影光源，相信隨著LED本身發(fā)光效率、熒光粉技術(shù)以及封裝技術(shù)的不斷發(fā)展，LED光源將更為高效。OSRAM已經(jīng)研制出電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)61%的紅光LED (主波長為609nm)。在Imm2的芯片，工作電流為40mA時可實現(xiàn)光效高達(dá)201 lm/W，而在350mA的典型工作電流下仍可提供168 lm/W的高光效。效率越高，芯片越小，可以給微型投影設(shè)計帶來更大的空間。此外，OSRAM也已經(jīng)將最新的熒光粉技術(shù)應(yīng)用到微型投影光源，使得綠光LED在相同功率下亮度提升一倍，達(dá)到I. 4A工作電流下500 Im的高亮度。所有這些提升，都預(yù)示著LED作為微型投影光源還有很大的潛力，這勢必成為微型投影亮度提升的動力之
o微顯示芯片和光源作為微型投影的重要組成部分，但需要一個高效的偏振光管理系統(tǒng)一光引擎，將光源能量傳遞給光調(diào)制器件。為了提高整機(jī)亮度和色彩飽和度，現(xiàn)在普遍采用三基色LED作為照明光源。傳統(tǒng)的微型投影光引擎基本采用X-Cube棱鏡(US6018418)和雙二向色棱鏡的方法實現(xiàn)。前者利用X-Cube棱鏡將位于其三個邊的三基色光合成為共路光束，從其第四邊出射，合色效率很低，但結(jié)構(gòu)緊湊。后者采用雙二向分色棱鏡，通過兩次基色合色成為共路光束，合色效率較高，但體積較大。無論采用哪種結(jié)構(gòu)，都需要經(jīng)過起偏器產(chǎn)生液晶顯示所需的偏振光，這意味著在光源部分就有一半的光能量損失，使得整機(jī)的光學(xué)效率大大降低。這對本身亮度就很低的微型投影系統(tǒng)，實不可取?？梢?，傳統(tǒng)的光引擎已經(jīng)成為微型投影發(fā)展的一個瓶頸。雖然也有一些技術(shù)改善，比如采用反射式偏振片，以提高另一種偏振光的利用，但提升幅度有限，始終未能跳出傳統(tǒng)光引擎結(jié)構(gòu)的束縛。申請人:申請的專利(專利申請?zhí)枮?01110168636. 3)提供了一種全新的反射式微型投影光引擎結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用三基色LED照明，利用偏振分束棱鏡(PBS: PolarizationBeam Splitter)和偏振干涉濾光片組成的偏振整合光路，將不同偏振態(tài)的三基色光整合為同一偏振光并照向圖像調(diào)制器件。同時，采用四分之一波片和反射鏡構(gòu)成的光回收結(jié)構(gòu)，將第一次未進(jìn)入后續(xù)光路的光經(jīng)偏振旋轉(zhuǎn)后被重復(fù)利用，可有效利用三基色光的兩種偏振態(tài)，從而大幅提升整機(jī)的光學(xué)效率。在該光引擎中，反射鏡是一個重要的器件，將第一和第三基色的第二偏振態(tài)光反射回去，兩次經(jīng)過四分之一波片而成為第一偏振態(tài)，再進(jìn)入后續(xù)照明系統(tǒng)。同理，反射鏡也將第二基色的第一偏振光反射回去，兩次經(jīng)過四分之一波片后成 為第二偏振光。該新型光引擎在。在光線正入射情況下，照射于反射鏡上的光將原路返回，被偏振旋轉(zhuǎn)后重復(fù)利用，達(dá)到最佳效果。然而，在實際光學(xué)系統(tǒng)中，必然存在非正入射光線，即光線以某一角度入射到光學(xué)器件表面。目前，微型投影系統(tǒng)采用LED作為照明光源，其發(fā)散角度(2 0)達(dá)到120°,很大一部分光能量都是非正入射于光學(xué)器件。因此，需要一個大數(shù)值孔徑(小F/#)的光學(xué)系統(tǒng)盡可能多地收集從光源發(fā)出的大角度光線。例如，F(xiàn)/#2. 5的光學(xué)系統(tǒng)可收集土 11.5°以內(nèi)的光線，而F/#l. 8的光學(xué)系統(tǒng)可收集± 16°以內(nèi)的光線，后者相對前者具有更高的光能收集率。微型投影系統(tǒng)通常采用大數(shù)值孔徑(小F/#)的光學(xué)系統(tǒng)，以便盡可能多地收集大角度光線，提升系統(tǒng)光能利用率。這些大角度光線遵從折射定律和反射定律在各光學(xué)器件中傳播。在反射鏡上，非正入射角度光線將沿鏡面法線對稱方向反射出去，而非原路返回，這就會造成部分光無法被回收而造成光能量損失。因此，如何高效地重復(fù)利用好大角度入射光線，對微型投影系統(tǒng)亮度的進(jìn)一步提升是非常重要的。此外，該結(jié)構(gòu)采用三個獨立式LED光源來照明，整個結(jié)構(gòu)的體積偏大，制約了整個系統(tǒng)的便攜化。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，本實用新型重復(fù)利用了從光源發(fā)出的非正入射光線，從而提升了整機(jī)的亮度輸出。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，它包括光源模塊、偏振光管理模塊、圖像信息模塊和投影鏡頭；其中，所述光源模塊包括紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED、紅光勻光器件、綠光勻光器件和藍(lán)光勻光器件，紅光LED和紅光勻光器件相連，綠光LED和綠光勻光器件相連，藍(lán)光LED和藍(lán)光勻光器件相連；光管理模塊由偏振合色單兀、聚光透鏡、偏振干涉濾光片、第二 PBS依次同軸排列組成；圖像信息模塊位于第二 PBS的一個直角邊，投影鏡頭位于第二 PBS的出射邊，所述偏振合色單兀由二向分色棱鏡、第一 PBS、逆反射微棱鏡陣列、紅光四分之一波片、綠光四分之一波片和藍(lán)光四分之一波片組成；其中，第一 PBS與聚光透鏡同軸，二向分色棱鏡和第一PBS膠合；紅光LED、綠光LED和藍(lán)光LED中，任意兩個LED發(fā)出的光入射二向分色棱鏡，最后一個LED發(fā)出的光入射第一 PBS，紅光四分之一波片、綠光四分之一波片和藍(lán)光四分之一波片分別膠合在二向分色棱鏡和第一 PBS相應(yīng)的入射面上；逆反射微棱鏡陣列位于第一 PBS上，最后一個LED發(fā)出的S光的出射面，使得未進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，它包括光源模塊、偏振光管理模塊、圖像信息模塊和投影鏡頭，其中，光管理模塊由偏振合色單元、聚光透鏡、偏振干涉濾光片、第二 PBS依次同軸排列組成，圖像信息模塊位于第二 PBS的一個直角邊，投影鏡頭位于第二 PBS的出射邊；所述光源模塊包括紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED、綠光勻光器件和紅藍(lán)勻光器件，綠光LED和綠光勻光器件相連，紅光LED和藍(lán)光LED均與紅藍(lán)勻光器件相連；所述偏振合色單元由第一 PBS、反射鏡、綠光四分之一波片和寬波段四分之一波片組成；其中，第一 PBS與聚光透鏡同軸，綠光四分之一波片和寬波段四分之一波片分別膠合在第一 PBS相應(yīng)的入射面上；反射鏡位于第一 PBS上，綠光LED發(fā)出的S光的出射面，使得未 進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，它包括光源模塊、偏振光管理模塊、圖像信息模塊和投影鏡頭，其中，所述光管理模塊由偏振合色單元、聚光透鏡、偏振干涉濾光片、第二 PBS依次同軸排列組成，圖像信息模塊位于第二 PBS的一個直角邊，投影鏡頭位于第二 PBS的出射邊；所述光源模塊包括紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED、綠光勻光器件和紅藍(lán)勻光器件，綠光LED和綠光勻光器件相連，紅光LED和藍(lán)光LED均與紅藍(lán)勻光器件相連；所述偏振合色單元由第一 PBS、逆反射微棱鏡陣列、綠光四分之一波片和寬波段四分之一波片組成；其中，第一 PBS與聚光透鏡同軸，綠光四分之一波片和寬波段四分之一波片分別膠合在第一 PBS相應(yīng)的入射面上；逆反射微棱鏡陣列位于第一 PBS上，綠光LED發(fā)出的S光的出射面，使得未進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。本實用新型的有益效果是，本實用新型采用逆反射棱鏡，無論正入射和非正入射角度光線，都能原路返回而被重復(fù)利用，光能利用率達(dá)到最佳，從而輸出亮度得到進(jìn)一步提升。此外，本實用新型將第一基色和第三基色封裝在一起，可以將整個系統(tǒng)的體積縮小30%左右，更有利于實現(xiàn)投影系統(tǒng)的微型化。

圖I是本實用新型第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2描述了本實用新型的第一個實施例中第一基色的光線軌跡圖；圖3描述了本實用新型的第一個實施例中第三基色的光線軌跡圖；圖4描述了本實用新型的第一個實施例中第二基色的光線軌跡圖；圖5是本實用新型第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6描述了本實用新型第二個實施例中第一基色和第三基色的光線軌跡圖；圖7描述了本實用新型第二個實施例中第二基色的光線軌跡圖；圖8是非正入射光線在平面反射鏡的光線軌跡圖；圖9是非正入射光線在逆反射微棱鏡陣列表面的光線軌跡圖；圖10是現(xiàn)有技術(shù)中采用平面反射鏡時的第一基色和第三基色光線軌跡圖；[0024]圖11是本實用新型的實施例一中采用逆反射微棱鏡陣列時的第一基色和第三基色光線軌跡圖；圖12是現(xiàn)有技術(shù)中采用平面反射鏡時的第二基色光線軌跡圖；圖13是本實用新型的實施例一中采用逆反射微棱鏡陣列時的第二基色光線軌跡圖；圖14是本實用新型第三個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是本實用新型的實施例二中采用平面反射鏡時的第一基色和第三基色光線軌跡圖；圖16是本實用新型的實施例三中采用逆反射微棱鏡陣列時的第一基色和第三基色光線軌跡圖；圖17是本實用新型的實施例二中采用平面反射鏡時的第二基色光線軌跡圖；圖18是本實用新型的實施例三中采用逆反射微棱鏡陣列時的第二基色光線軌跡圖；圖中反射式液晶投影顯示系統(tǒng)I、光源模塊2、偏振光管理模塊3、圖像信息模塊4、投影鏡頭5、紅光LED 21、綠光LED 22、藍(lán)光LED23、紅光勻光器件211、紅光光束212、綠光勻光器件221、綠光光束222、藍(lán)光勻光器件231、藍(lán)光光束232、紅藍(lán)勻光器件234、二向分色棱鏡31、第一 PBS 32、反射鏡33、逆反射微棱鏡陣列37、聚光透鏡34、偏振干涉濾光片35、第二PBS 36、紅光四分之一波片321、綠光四分之一波片322、藍(lán)光四分之一波片323、寬波段四分之一波片324。
具體實施方式
本實用新型將通過實施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更加容易理解本實用新型的其他實施例。將會認(rèn)識到，本實用新型能夠適用于其他和不同的實施例，并能夠以各種方式對其一些細(xì)節(jié)作出改變，所有這些都不會脫離本實用新型的精神和范圍。本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，特性和優(yōu)點等，將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。在不脫離本實用新型范圍的情況下，可以對其作出結(jié)構(gòu)和其他方面的改變，而作為其他實施例。各個實施例及其每個不同實施例的各個方面可以以任何合適的方式組合使用。所以，附圖和詳敘本質(zhì)上將被看作是描述性的而非限制性的。應(yīng)當(dāng)注意，在不同的示圖中，相同器件采用相同的參考數(shù)表示。實施例I圖I給出了本實用新型第一個實施例的結(jié)構(gòu)，包括光源模塊2，偏振光管理模塊3，圖像信息模塊4和投影鏡頭5。光源模塊2包括紅光LED 21、綠光LED 22、藍(lán)光LED 23、紅光勻光器件211、綠光勻光器件221和藍(lán)光勻光器件231，紅光LED 21和紅光勻光器件211相連，綠光LED 22和綠光勻光器件221相連，藍(lán)光LED23和藍(lán)光勻光器件231相連。紅光LED 21、綠光LED 22、藍(lán)光LED23發(fā)射的三基色自然光分別經(jīng)過紅光勻光器件211、綠光勻光器件221和藍(lán)光勻光器件231后收集成為照明所需的矩形光束紅光光束212、綠光光束222、藍(lán)光光束232。光管理模塊3由偏振合色單元、聚光透鏡34、偏振干涉濾光片35、第二 PBS 36依次同軸排列組成。本實施例中，偏振合色單兀由二向分色棱鏡31、第一 PBS 32、逆反射微棱鏡陣列37、紅光四分之一波片321、綠光四分之一波片322、藍(lán)光四分之一波片323組成。二向分色棱鏡31將紅光LED 21和藍(lán)光LED 23發(fā)出的光合成為共路光束，在二向分色棱鏡31對應(yīng)紅藍(lán)光源的兩邊，分別膠合有紅光四分之一波片321和藍(lán)光四分之一波片323。第一 PBS 32與二向分色棱鏡31膠合在一起，對應(yīng)綠光LED 22的邊膠合有綠光四分之一波片322。第一 PBS 32反射各基色的第一偏振光而透射其第二偏振光。紅光四分之一波片321、綠光四分之一波片322、藍(lán)光四分之一波片323的設(shè)計波長分別對應(yīng)于各自基色光的中心波長，當(dāng)每種基色的線偏振光先后兩次通過各自四分之一波片后，偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。逆反射棱鏡陣列37位于第一 PBS 32的透射光路一側(cè)，將透射到其表面的各基色 光按原路返回以提高系統(tǒng)光重復(fù)利用率。聚光透鏡34和偏振干涉濾光片35位于第一 PBS32和第二 PBS 36之間。偏振干涉濾光片35可以實現(xiàn)選擇性光譜的偏振旋轉(zhuǎn)，對于期望波段的偏振光旋轉(zhuǎn)90度，而其他波段的偏振光保持偏振態(tài)不變，從而實現(xiàn)不同光譜基色偏振光的偏振整合。紅光光束212，綠光222，藍(lán)光232分別代表各基色勻光后的傳遞方向和對應(yīng)的偏振態(tài)。圖像信號模塊4為一個反射式液晶投影光調(diào)制器件——LCoS芯片，位于第二 PBS36的一個直角邊，根據(jù)外圍控制電路(未畫出)提供的圖像信號，時序地將紅光光束212，綠光光束222和藍(lán)光光束232從第一個偏振態(tài)調(diào)制為第二個偏振態(tài)，以形成包含每種顏色成分的彩色圖像。投影鏡頭5位于第二 PBS 36的出射邊，將經(jīng)過第二 PBS 36后的攜帶對應(yīng)圖像信號的紅光光束212，綠光光束222和藍(lán)光光束232投影到屏幕上。圖2，圖3和圖4分別給出了圖I中各基色光在光源2和偏振合色單元中的傳播路線及其偏振態(tài)的變化。圖2和圖3分別給出了紅光光束212和藍(lán)光光束232的光路。從紅光LED 21和藍(lán)光LED 23出射的光分別經(jīng)過紅光勻光器件211和藍(lán)光勻光器件231后，進(jìn)入二向分色棱鏡31。二向分色棱鏡31反射藍(lán)光光束232而透過紅光光束212。透過的紅光和反射的藍(lán)光進(jìn)入第一 PBS 32，被分解為相互正交的偏振光束S和P。S光被反射出，而P光透過后經(jīng)逆反射棱鏡陣列37沿原路返回，再次透過第一 PBS 32和二向分色棱鏡31。P偏振的紅光和藍(lán)光分別透過紅光四分之一波片321和藍(lán)光四分之一波片323，返回光源模塊2。經(jīng)過光源反射后，P偏振的紅光和藍(lán)光再次通過紅光四分之一波片321和藍(lán)光四分之一波片323。P偏振光兩次通過四分之一波片后，其偏振態(tài)從P光變?yōu)镾光。此時,S偏振的紅光被二向分色棱鏡31透射,而藍(lán)光被反射。進(jìn)入到第一 PBS后，S偏振的紅光和藍(lán)光將被第一 PBS 32反射出去。因此，反射的S偏振紅光和藍(lán)光可以看成兩部分，一部分是經(jīng)過第一 PBS反射的部分，另一部分是本來的P偏振，經(jīng)過反射鏡和四分之一波片偏振轉(zhuǎn)換重復(fù)利用的部分。圖4給出了的綠光光束222的行走路線。綠光LED 22經(jīng)過其勻光器件221后直接達(dá)到第一 PBS，P偏振的綠光直接透射，而S偏振的綠光被反射，被逆反射棱鏡陣列37反射后第一次通過綠光四分之一波片322，經(jīng)過光源反射后再次通過綠光四分之一波片322。此時，S偏振將轉(zhuǎn)化為P偏振，從第一 PBS 32透射出去。實施例2圖5給出了本實用新型第二個實施例的結(jié)構(gòu)。將紅光LED 21和藍(lán)光LED 23封裝在一起，且共用同一勻光器件234。各基色從第一 PBS 32出射后,經(jīng)聚光透鏡34和偏振干涉濾光片35后，不同偏振態(tài)基色被整合為相同偏振態(tài)。第二 PBS 36反射各基色光于圖像信號模塊4，調(diào)制后的光透過第二 PBS從投影鏡頭5投影出去。相對于圖1，圖5的結(jié)構(gòu)更加緊湊，整個系統(tǒng)的體積可縮小30%左右，不僅綠光LED 22及其勻光器件221可以更靠近第一 PBS 32，而且少了二向色棱鏡31和一個四分之一波片323，更有利于實現(xiàn)投影系統(tǒng)的微型化。但該四分之一波片324必須能保證在較寬的范圍內(nèi)，不同基色的光都能充分偏振旋轉(zhuǎn)。圖6和圖7分別給出了圖5中各基色在光源2和偏振合色單元中的傳播路線及其偏振態(tài)的變化。紅光LED 21和藍(lán)光LED 23出射的光經(jīng)過勻光器件234后，進(jìn)入第一 PBS32，被分解為相互正交的偏振光束S和P。S光被反射，而P光透過經(jīng)反射鏡33沿原路返回，再次透過第一 PBS 32和寬波段四分之一波片324，返回光源模塊2。經(jīng)過光源反射后，P偏振的紅光和藍(lán)光再次通過寬波段四分之一波片324。P偏振光兩次通過四分之一波片后，其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90成為S光。進(jìn)入到第一 PBS后，S偏振的紅光和藍(lán)光將被第一 PBS 32反射出去，成為紅光212和藍(lán)光232。同理，圖7中的綠光LED 22經(jīng)過其勻光器件221后直接達(dá) 到第一 PBS，P偏振的綠光直接透射，而S偏振的綠光被反射，被反射鏡33反射后第一次通過綠光四分之一波片322，經(jīng)過光源反射后再次通過綠光四分之一波片322。此時，S偏振將轉(zhuǎn)化為P偏振，從第一 PBS 32透射出去，成為光線222。因此，各基色從第一 PBS 32出射的光可以看成兩部分一部分是直接反射或透射的偏振光，另一部分是經(jīng)過反射鏡和四分之一波片被重復(fù)利用的偏振光。在偏振重復(fù)利用結(jié)構(gòu)中，反射鏡起到非常關(guān)鍵的作用。但是，圖5的光引擎是基于反射鏡可以將光線按照原路反射回去的原理設(shè)計。這在光線正入射于反射鏡表面時是成立的。然而，在非正入射情況下，光線是按照鏡面法線對稱角方向被反射而非原路返回。因此，必須采用具有逆反射特性的微棱鏡陣列替代平面反射鏡，以最大化非正入射光線的收集。圖8給出了鏡面反射的光線軌跡。當(dāng)光線按照一定角度入射，反射光線沿著鏡面法線對稱角方向反射出去。圖9給出了任意入射光在逆反射微棱鏡陣列表面的光線軌跡。所有角度光線都按照入射方向被反射回去。圖10給出了采用平面鏡時紅色LED 21和藍(lán)色LED 23正入射光線和非正入射在偏振合色單元中的行走軌跡。在正入射時，鏡面反射可將光線原路返回，從而實現(xiàn)光的重復(fù)利用。然而，在非正入射情況下，光線經(jīng)過鏡面33反射后，部分大角度光線被反射出光源回收部分而造成光能量損失。圖11給出了采用逆反射棱鏡陣列時紅色LED 21和藍(lán)色LED 23正入射光線和非正入射光線在偏振合色單元中的行走軌跡。采用逆反射棱鏡37，無論正入射和非正入射光線，都能原路返回而被重復(fù)利用。光能利用率達(dá)到最佳，從而輸出亮度得到進(jìn)一步提升。圖12給出了采用平面鏡時綠色LED 22正入射光線和非正入射在偏振合色單元中的行走軌跡。同理，正入射光線經(jīng)過鏡面33反射后，可原路返回，而非正入射光線則有部分被反射出光源而造成光能量損失。圖13給出了采用逆反射棱鏡陣列時綠色LED正入射光線和非正入射光線在偏振合色單元中的行走軌跡。同理，正入射光線和非正入射光線經(jīng)過逆反射棱鏡37后，都能原路返回而被重復(fù)利用。實施例3圖14給出了本實用新型第三個實施例的結(jié)構(gòu)，包括光源模塊2，偏振光管理模塊3，圖像信息模塊4和投影鏡頭5等，其中，光管理模塊3由偏振合色單元、聚光透鏡34、偏振干涉濾光片35、第二 PBS 36依次同軸排列組成，圖像信息模塊4位于第二 PBS 36的一個直角邊，投影鏡頭5位于第二 PBS 36的出射邊；所述光源模塊2包括紅光LED 21、綠光LED 22、藍(lán)光LED 23、綠光勻光器件221和紅藍(lán)勻光器件234，綠光LED 22和綠光勻光器件221相連，紅光LED 21和藍(lán)光LED 23均與紅藍(lán)勻光器件234相連；所述偏振合色單元由第一 PBS 32、逆反射微棱鏡陣列37、綠光四分之一波片322、寬波段四分之一波片324等組成；其中，第一 PBS 32與聚光透鏡34同軸，綠光四分之一波片322和寬波段四分之一波片324分別膠合在第一 PBS 32相應(yīng)的入射面上；逆反射微棱鏡陣列37位于第一 PBS 32上，綠光LED 22發(fā)出的S光的出射面，使得未進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。該實施例綜合了實施例I和實施例2的優(yōu)點。 圖15給出了采用平面鏡時紅光LED 21和藍(lán)光LED 23正入射光線和非正入射光線在圖6偏振合色單元中的行走軌跡。正入射光線經(jīng)過鏡面反射后，可將光線原路返回，而非正入射光線經(jīng)過平面鏡33后，則有部分大角度光線被反射出光源回收部分而造成光能
量損失。圖16給出了采用逆反射棱鏡陣列時紅色LED 21和藍(lán)色LED23正入射光線和非正如射光線在偏振合色單元中的行走軌跡。采用逆反射棱鏡37，無論正入射和非正入射光線，都能原路返回而被重復(fù)利用。光能利用率達(dá)到最佳，從而輸出亮度得到進(jìn)一步提升。圖17給出了采用平面鏡時綠光LED 22正入射光線和非正入射光線在圖7偏振合色單元中的行走軌跡。正入射光線經(jīng)過鏡面反射后，可將光線原路返回，而非正入光線經(jīng)過鏡面33后，則有部分大角度光線被反射出光源回收部分而造成光能量損失。圖18給出了采用逆反射棱鏡陣列時綠色LED正入射光線和非正如射光線在偏振合色單元中的行走軌跡。采用逆反射棱鏡37，無論正入射和非正入射光線，都能原路返回而被重復(fù)利用。光能利用率達(dá)到最佳，從而輸出亮度得到進(jìn)一步提升。雖然已經(jīng)參照所述實施例描述了本實用新型的各種特性和優(yōu)點，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以對其部件的形狀，尺寸和布局等作出改變，而不會脫離本實用新型的精神和范圍。實例中，雖然已經(jīng)顯示了具體的組件類型，但也可以使用其它類似的和合適的替代物。因此，以上描述意在提供本實用新型的示范實施例，而本實用新型范圍并不受此提供的具體范例的限制。
權(quán)利要求1.一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3 )，圖像信息模塊(4 )和投影鏡頭(5 );其中，所述光源模塊(2 )包括紅光LE D(21)、綠光LED (22)、藍(lán)光LED (23)、紅光勻光器件(211)、綠光勻光器件(221)和藍(lán)光勻光器件(231)，紅光LED (21)和紅光勻光器件(211)相連，綠光LED (22)和綠光勻光器件(221)相連，藍(lán)光LED (23)和藍(lán)光勻光器件(231)相連；光管理模塊(3)由偏振合色單元、聚光透鏡(34)、偏振干涉濾光片(35)、第二 PBS (36)依次同軸排列組成；圖像信息模塊(4)位于第二 PBS (36)的一個直角邊，投影鏡頭(5)位于第二 PBS (36)的出射邊，其特征在于，所述偏振合色單兀由二向分色棱鏡(31)、第一 PBS (32)、逆反射微棱鏡陣列(37)、紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322)和藍(lán)光四分之一波片(323)組成；其中，第一 PBS(32)與聚光透鏡(34)同軸，二向分色棱鏡(31)和第一 PBS (32)膠合；紅光LED (21)、綠光LED (22)和藍(lán)光LED (23)中，任意兩個LED發(fā)出的光入射二向分色棱鏡(31)，最后一個LED發(fā)出的光入射第一 PBS (32)，紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322)和藍(lán)光四分之一波片(323)分別膠合在二向分色棱鏡(31)和第一 PBS (32)相應(yīng)的入射面上；逆反射微棱鏡陣列(37)位于第一 PBS (32)上，最后一個LED發(fā)出的S光的出射面，使得未進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。
2.一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3)，圖像信息模塊(4)和投影鏡頭(5)，其中，光管理模塊(3)由偏振合色單元、聚光透鏡(34)、偏振干涉濾光片(35)、第二 PBS (36)依次同軸排列組成，圖像信息模塊(4)位于第二 PBS (36)的一個直角邊,投影鏡頭(5)位于第二 PBS (36)的出射邊；其特征在于，所述光源模塊(2)包括紅光LED (21)、綠光LED (22)、藍(lán)光LED (23)、綠光勻光器件(221)和紅藍(lán)勻光器件(234)，綠光LED (22)和綠光勻光器件(221)相連，紅光LED (21)和藍(lán)光LED (23)均與紅藍(lán)勻光器件(234)相連；所述偏振合色單元由第一 PBS (32)、反射鏡(33)、綠光四分之一波片(322)和寬波段四分之一波片(324)組成；其中，第一 PBS (32)與聚光透鏡(34)同軸，綠光四分之一波片(322)和寬波段四分之一波片(324)分別膠合在第一 PBS(32)相應(yīng)的入射面上；反射鏡(33)位于第一 PBS (32)上，綠光LED (22)發(fā)出的S光的出射面，使得未進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。
3.一種采用逆反射棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3)，圖像信息模塊(4)和投影鏡頭(5)，其中，所述光管理模塊(3)由偏振合色單元、聚光透鏡(34)、偏振干涉濾光片(35)、第二 PBS (36)依次同軸排列組成，圖像信息模塊(4)位于第二 PBS (36)的一個直角邊，投影鏡頭(5)位于第二 PBS (36)的出射邊；其特征在于，所述光源模塊(2)包括紅光LED (21)、綠光LED (22)、藍(lán)光LED (23)、綠光勻光器件(221)和紅藍(lán)勻光器件(234)，綠光LED (22)和綠光勻光器件(221)相連，紅光LED (21)和藍(lán)光LED (23)均與紅藍(lán)勻光器件(234)相連；所述偏振合色單元由第一 PBS (32)、逆反射微棱鏡陣列(37)、綠光四分之一波片(322)和寬波段四分之一波片(324)組成；其中，第一PBS (32)與聚光透鏡(34)同軸，綠光四分之一波片(322)和寬波段四分之一波片(324)分別膠合在第一 PBS (32)相應(yīng)的入射面上；逆反射微棱鏡陣列(37)位于第一 PBS (32)上，綠光LED (22)發(fā)出的S光的出射面，使得未進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的偏振光重復(fù)利用。
專利摘要本實用新型涉及一種采用逆反射微棱鏡陣列的便攜式液晶投影光引擎系統(tǒng)，它由光源模塊，光管理模塊，圖像信號模塊和投影鏡頭模塊組成，可以有效利用三基色光的兩種偏振態(tài)，從而大幅提升整機(jī)的光學(xué)效率；光源模塊可將某兩種基色光源封裝在一起，光引擎體積減小30%，整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊輕巧，光管理模塊采用高效逆反射微棱鏡陣列替代傳統(tǒng)的平面反射鏡，可以實現(xiàn)所有角度入射光線原路返回光源，再偏振旋轉(zhuǎn)后進(jìn)入后續(xù)照明系統(tǒng)，最大限度地收集非正入射光線，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高整機(jī)的輸出亮度。
文檔編號G03B21/20GK202548515SQ20122012101
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者賀銀波, 陸巍 申請人:杭州研明光電技術(shù)有限公司