內(nèi)置式微型投影光學引擎的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內(nèi)置式微型投影光學引擎，包括：水平依次設置的光源、準直鏡、聚光鏡、復眼鏡和反光鏡，依次設于反光鏡上方的場鏡、全反射棱鏡和數(shù)字微鏡器件，全反射棱鏡的出射面外側(cè)設有投影鏡頭；光源發(fā)出的光經(jīng)準直鏡、聚光鏡后，以接近平行的光通過復眼鏡，經(jīng)過反光鏡反射后，并由場鏡會聚光束，經(jīng)全反射棱鏡投射在數(shù)字微鏡器件上，再由數(shù)字微鏡顯示芯片將帶有圖像信號的光折返入全反射棱鏡、通過投影鏡頭投射出來。本實用新型基于最新的0.2英寸的數(shù)字微鏡器件作為顯示芯片，此顯示芯片的開關(guān)轉(zhuǎn)角增加后，其收光能力相比以前提升30%，采用小面積高密度的集成封裝的發(fā)光二級管光源，以提升光學效率，降低功耗。
【專利說明】內(nèi)置式微型投影光學引擎

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及投影光學引擎，尤其是涉及內(nèi)置式微型投影光學引擎。

【背景技術(shù)】
[0002]我們知道手機及平板電腦是近些年來個人消費類最熱門的產(chǎn)品，與手機及平板電腦配套及相關(guān)服務類的產(chǎn)品也隨之風起云涌，技術(shù)及功能的更新飛快，市場營銷手法門類眾多，成為商家爭想圍獵的領(lǐng)域。
[0003]將手機以及平板電腦內(nèi)置投影功能，從而虛擬放大顯示屏幕，一直以來都是商家期待發(fā)展的一項技術(shù)，行業(yè)資源也一直在做這方面的嘗試，盡管配置投影功能后的手機及平板電腦，給用戶帶來了為之一新的體驗，但由于內(nèi)置的投影光學引擎的在功耗相對高、體積相對大以及價格相對高等三方面因素的制約，手機以及平板電腦配置投影功能的應用也僅僅停留在少數(shù)品牌公司，在高端機種上做的嘗試性應用，離大眾普及型應用產(chǎn)品尚存一定的距離。
[0004]基于以上分析，將內(nèi)置的投影光學引擎微型化且功耗降低是未來技術(shù)發(fā)展方向。
[0005]因此，如何設計一種結(jié)構(gòu)緊湊、光學效率高的內(nèi)置式微型投影光學引擎是業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、光學效率高的內(nèi)置式微型投影光學引擎。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)方案是，設計一種內(nèi)置式微型投影光學引擎，包括:水平依次設置的光源、準直鏡、聚光鏡、復眼鏡和反光鏡，依次設于反光鏡上方的場鏡、全反射棱鏡和數(shù)字微鏡器件，所述全反射棱鏡的出射面外側(cè)設有投影鏡頭；光源發(fā)出的光經(jīng)準直鏡、聚光鏡后，以接近平行的光通過復眼鏡，經(jīng)過反光鏡反射后，并由場鏡會聚光束，經(jīng)全反射棱鏡投射在數(shù)字微鏡器件上，再由數(shù)字微鏡顯示芯片將帶有圖像信號的光折返入全反射棱鏡、通過投影鏡頭投射出來；光源、準直鏡、聚光鏡及復眼鏡形成的光軸與投影鏡頭的光軸平行。
[0008]關(guān)于照明元件分布的方位，第一種方位是，所述光源與投影鏡頭設置在全反射棱鏡的相對側(cè)。
[0009]第二種方位是，所述光源與投影鏡頭設置在全反射棱鏡的同一側(cè)。
[0010]所述投影鏡頭由依次水平設置的第一雙凸透鏡、第一彎月透鏡、第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡、第三雙凸透鏡以及設于第一彎月透鏡和第一雙凹透鏡之間的光欄構(gòu)成，所述第三雙凸透鏡靠近全反射棱鏡；所述第一雙凸透鏡、第一彎月透鏡及第三雙凸透鏡均采用塑膠材料制作，所述第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡均采用玻璃材料制作；第一雙凹透鏡與第二雙凸透鏡構(gòu)成雙膠合透鏡組。
[0011]關(guān)于全反射棱鏡的結(jié)構(gòu)，第一種結(jié)構(gòu)是，全反射棱鏡可為單個直角棱鏡，所述全反射棱鏡斜面的法線與場鏡的中心軸夾角為22.5°。
[0012]第二種結(jié)構(gòu)是，全反射棱鏡也可由直角棱鏡和楔角棱鏡粘合而成，直角棱鏡的斜面和楔角棱鏡的斜面為粘接面，所述直角棱鏡的斜面與楔角棱鏡的斜面之間留有空氣間隙。
[0013]關(guān)于光源的結(jié)構(gòu)，第一種結(jié)構(gòu)是，光源包括:紅光二極管，依次設于紅光二極管下方的紅光準直鏡、反綠色分色片、反黃色分色片，上下并排設于反綠色分色片、反黃色分色片同一側(cè)的綠光二極管和藍光二極管，設于所述反黃色分色片另一側(cè)的聚光透鏡，設于綠光二極管與反綠色分色片之間的綠光準直鏡，設于藍光二極管與反黃色分色片之間的藍光準直鏡；所述紅光二極管和綠光二極管的光軸垂直，綠光二極管和藍光二極管的光軸平行。
[0014]第二種結(jié)構(gòu)是，光源包括:水平依次設置的綠光二極管、綠光準直鏡、楔形分色片以及聚光透鏡，設于楔形分色片上方的紅藍光準直鏡，并排設于紅藍光準直鏡上方的紅光二極管和藍光二極管；所述楔形分色片的薄邊端設于紅藍光準直鏡與綠光準直鏡之間、厚邊端靠近聚光透鏡，楔形分色片與水平面呈45°斜角設置。
[0015]所述復眼鏡的兩面均勻排列布滿單元球面，所述單元球面面型為球面、口徑為長方形，長寬比值為1.5，復眼鏡厚度與復眼鏡長邊通光口徑的比值為1.57。
[0016]所述數(shù)字微鏡器件采用0.2英寸、像素大小為0.0054毫米的數(shù)字微鏡顯示芯片。
[0017]本實用新型基于最新的0.2英寸的數(shù)字微鏡器件作為顯示芯片，此顯示芯片的開關(guān)轉(zhuǎn)角增加，其收光能力相比以前提升30%，采用小面積高密度的集成封裝的發(fā)光二級管光源，以提升光學效率，降低功耗。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0019]1、光學設計空間緊密，光學元件薄小，結(jié)構(gòu)小巧緊湊，通過設計較大通光孔徑的照明系統(tǒng)和投影鏡頭，實現(xiàn)光學效率的最優(yōu)化。
[0020]2、采用塑膠光學非球面透鏡和玻璃光學透鏡組合，提升設計指標，同時優(yōu)化組裝工藝，便于大量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型進行詳細說明，其中:
[0022]圖1是光源與投影鏡頭設于全反射棱鏡的同一側(cè)；
[0023]圖2是光源與投影鏡頭設于全反射棱鏡的相對側(cè)；
[0024]圖3是投影鏡頭的透鏡組合剖視圖；
[0025]圖4是全反射棱鏡為帶空氣間隙的棱鏡組合件圖；
[0026]圖5是光源為紅、綠、藍光二極管三路光合并的光路走向圖；
[0027]圖6是光源為綠光二極管和集合封裝的紅、藍光二極管兩路光路合并的光路走向圖；
[0028]圖7是復眼鏡的外觀示意圖；
[0029]圖8是實施例中投影鏡頭模擬計算得出調(diào)制傳遞函數(shù)的曲線圖。

【具體實施方式】
[0030]如圖1、2所示，本實用新型提出的內(nèi)置式微型投影光學引擎，包括:水平依次設置的光源9、準直鏡8、聚光鏡7、復眼鏡6和反光鏡5,依次設于反光鏡上方的場鏡4、全反射棱鏡3和數(shù)字微鏡器件2 ;全反射棱鏡為反射式全反射棱鏡，全反射棱鏡3的一垂直面水平設置且其斜面朝向反光鏡5，場鏡4傾斜設置且傾斜角度與全反射棱鏡3的斜面配合，反光鏡5底端靠近復眼鏡6、頂端朝向全反射棱鏡3的斜面傾斜設置，數(shù)字微鏡器件2位于全反射棱鏡3水平設置的垂直面上方，全反射棱鏡3的另一垂直面外側(cè)設有投影鏡頭1。光源9、準直鏡8、聚光鏡7及復眼鏡6形成的光軸與投影鏡頭1的光軸平行。
[0031]關(guān)于照明元件分布的方位，如圖1所示，第一種方位是，光源9與投影鏡頭1設置在全反射棱鏡3的相對側(cè)。光源9發(fā)出的光、經(jīng)過準直鏡8和聚光鏡7后，以接近平行的光通過復眼鏡6，經(jīng)過反光鏡5反射后，并由場鏡4會聚，折射進全反射棱鏡3，并以一定的角度投射在數(shù)字微鏡器件2上，經(jīng)過數(shù)字微鏡器件2上處于亮狀態(tài)的微鏡反射后，垂直入射到全反射棱鏡3的直角面，并經(jīng)過全反射棱鏡3的斜面全反射后，出射到投影鏡頭1，被放大投射出來。
[0032]如圖2所示，第二種方位是，光源9與投影鏡頭1設置在全反射棱鏡3的同一側(cè)。其光線投射過程與第一種方位相同。
[0033]如圖3所示，投影鏡頭1由依次水平設置的第一雙凸透鏡la、第一彎月透鏡lb、第一雙凹透鏡lc、第二雙凸透鏡Id、第三雙凸透鏡le以及設于第一彎月透鏡lb和第一雙凹透鏡lc之間的光欄If構(gòu)成,第三雙凸透鏡le靠近全反射棱鏡3 ;第一雙凸透鏡la、第一彎月透鏡lb及第三雙凸透鏡le均采用塑膠材料制作，第一雙凹透鏡lc、第二雙凸透鏡Id均采用玻璃材料制作，第一雙凹透鏡lc與第二雙凸透鏡Id構(gòu)成雙膠合透鏡組。
[0034]其中，第一雙凸透鏡la的光焦度為0.033，阿貝數(shù)為29.9，兩凸面均為非球面。第一彎月透鏡lb的光焦度為-0.039，阿貝數(shù)為29.9，兩凸面均為非球面。第一雙凹透鏡lc的光焦度為-0.27，阿貝數(shù)為25.7，兩面均為球面。第二雙凸透鏡Id的光焦度為0.16，阿貝數(shù)為53.8,兩面均為球面。第三雙凸透鏡le的光焦度為0.16,阿貝數(shù)為56.1,兩凸面均為非球面。
[0035]關(guān)于全反射棱鏡的結(jié)構(gòu)，第一種結(jié)構(gòu)是，全反射棱鏡3可為單個直角棱鏡，全反射棱鏡3斜面的法線與場鏡4的中心軸夾角為22.5°。
[0036]如圖4所示，第二種結(jié)構(gòu)是，全反射棱鏡3由直角棱鏡3a和楔角棱鏡3b粘合而成，直角棱鏡3a的斜面和楔角棱鏡3b的斜面為粘接面，直角棱鏡3a的斜面與楔角棱鏡3b的斜面之間留有空氣間隙3c，空氣間隙的尺寸最大可到0.1毫米。
[0037]關(guān)于光源的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，第一種結(jié)構(gòu)是，光源9包括:紅光二極管9c，依次設于紅光二極管9c下方的紅光準直鏡8c、反綠色分色片10b、反黃色分色片10a，上下并排設于反綠色分色片10b、反黃色分色片10a同一側(cè)的綠光二極管9b和藍光二極管9a，設于反黃色分色片10a另一側(cè)的聚光透鏡7，設于綠光二極管9b與反綠色分色片10b之間的綠光準直鏡8b,設于藍光二極管9a與反黃色分色片10a之間的藍光準直鏡8a ;紅光二極管9c和綠光二極管9b的光軸垂直，綠光二極管9b和藍光二極管9a的光軸平行。
[0038]紅光二級管9c和綠光二級管9b各自發(fā)出的光分別經(jīng)過各自前面的紅光準直鏡8c和綠光準直鏡8b準直后，在匯合處由反綠色分色片10b合并形成黃色光路；藍光二級管9a發(fā)出的光經(jīng)過面前的藍光準直鏡8a準直后，與黃色光路匯合，在匯合處經(jīng)過安放的反黃色分色片10a合并形成白光，經(jīng)過聚光透鏡7后形成會聚光路。
[0039]如圖6所示，第二種結(jié)構(gòu)是，光源9包括:水平依次設置的綠光二極管％、綠光準直鏡8b、楔形分色片1c以及聚光透鏡7，設于楔形分色片1c上方的紅藍光準直鏡8d，并排設于紅藍光準直鏡8d上方的紅光二極管9c和藍光二極管9a ;楔形分色片1c的薄邊端設于紅藍光準直鏡8d與綠光準直鏡Sb之間、厚邊端靠近聚光透鏡，楔形分色片1c與水平面呈45°斜角設置。楔形分色片1c的功能是將來自紅光二級管9c、綠光二級管9b和藍光二級管9a的光混合，并按照接近一致的方向出射。
[0040]紅光二級管9c和藍光二級管9a集合封裝在一起，共用一個基板，共用一個紅藍準直鏡8d，形成一個光路，其混合的光束與來自與之接近垂直方向的綠光二級管9b發(fā)出的并經(jīng)過綠光準直鏡8b后光束匯合，在匯合處經(jīng)過安放的楔形分色片1c出射的混合光，按照接近一致的方向出射，并經(jīng)過聚光透鏡7后形成會聚光路。
[0041]如圖7所示，復眼鏡6的兩面均勻排列布滿單元球面，單元球面面型為球面、口徑為長方形，長寬比值為1.5，復眼鏡6厚度與復眼鏡6長邊通光有效口徑的比值為1.57。光源9發(fā)出的光經(jīng)準直鏡8準直后，出射光經(jīng)過聚光鏡7會聚后以接近平行的光出射，通過復眼鏡6，借助復眼鏡6將光束整形，并形成能量分布均勻的照明光。
[0042]圖8所示是，數(shù)字微鏡器件的顯示畫面尺寸為0.2英寸，像素大小為0.0054毫米，在光圈數(shù)為1.7、畫面沿短邊偏移100%的情形下的應用實例，本實用新型涉及的投影鏡頭模擬計算得出調(diào)制傳遞函數(shù)在全部視場的曲線圖。
[0043]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于包括:水平依次設置的光源、準直鏡、聚光鏡、復眼鏡和反光鏡，依次設于反光鏡上方的場鏡、全反射棱鏡和數(shù)字微鏡器件，所述全反射棱鏡的出射面外側(cè)設有投影鏡頭； 光源發(fā)出的光經(jīng)準直鏡、聚光鏡會聚后，通過復眼鏡將光束整形，再經(jīng)過反光鏡反射后，由場鏡會聚光束，經(jīng)全反射棱鏡投射在數(shù)字微鏡器件上，再由數(shù)字微鏡顯示芯片將帶有圖像信號的光折返入全反射棱鏡、通過投影鏡頭投射出來； 光源、準直鏡、聚光鏡及復眼鏡形成的光軸與投影鏡頭的光軸平行。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述光源與投影鏡頭設置在全反射棱鏡的相對側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述光源與投影鏡頭設置在全反射棱鏡的同一側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述投影鏡頭由依次水平設置的第一雙凸透鏡、第一彎月透鏡、第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡、第三雙凸透鏡以及設于第一彎月透鏡和第一雙凹透鏡之間的光欄構(gòu)成，所述第三雙凸透鏡靠近全反射棱鏡; 所述第一雙凸透鏡、第一彎月透鏡及第三雙凸透鏡均采用塑膠材料制作，所述第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡均采用玻璃材料制作； 第一雙凹透鏡與第二雙凸透鏡構(gòu)成雙膠合透鏡組。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述全反射棱鏡為單個直角棱鏡，所述全反射棱鏡斜面的法線與場鏡的中心軸夾角為22.5°。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述全反射棱鏡由直角棱鏡和楔角棱鏡粘合而成，直角棱鏡的斜面和楔角棱鏡的斜面為粘接面，所述直角棱鏡的斜面與楔角棱鏡的斜面之間留有空氣間隙。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述光源包括:紅光二極管，依次設于紅光二極管下方的紅光準直鏡、反綠色分色片、反黃色分色片，上下并排設于反綠色分色片、反黃色分色片同一側(cè)的綠光二極管和藍光二極管，設于所述反黃色分色片另一側(cè)的聚光透鏡，設于綠光二極管與反綠色分色片之間的綠光準直鏡，設于藍光二極管與反黃色分色片之間的藍光準直鏡； 所述紅光二極管和綠光二極管的光軸垂直，綠光二極管和藍光二極管的光軸平行。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述光源包括:水平依次設置的綠光二極管、綠光準直鏡、楔形分色片以及聚光透鏡，設于楔形分色片上方的紅藍光準直鏡，并排設于紅藍光準直鏡上方的紅光二極管和藍光二極管； 所述楔形分色片的薄邊端設于紅藍光準直鏡與綠光準直鏡之間、厚邊端靠近聚光透鏡，楔形分色片與水平面呈45°斜角設置。
9.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述復眼鏡的兩面均勻排列布滿單元球面，所述單元球面面型為球面、口徑為長方形，長寬比值為1.5，復眼鏡厚度與復眼鏡長邊通光有效口徑的比值為1.57。
10.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式微型投影光學引擎，其特征在于，所述數(shù)字微鏡器件的顯示畫面尺寸為0.2英寸,像素大小為0.0054毫米。
【文檔編號】G02B1/00GK204086694SQ201420437988
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張建平 申請人:張建平