CN101303454A - 一种led投影机光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED投影机光学***,其包括LED光源、光导管或反光杯、聚焦透镜、投影芯片以及投影镜头,其特征在于:在聚焦透镜与投影芯片之间设置两个偏振分束器,并在第二个偏振分束器的输出端、与投影芯片相反方向设有四分之一波片,四分之一波片远离偏振分束器的输出端的面上镀全反射膜,采用以上技术方案,利用两个偏振分束器对两个偏振方向光的分束作用和四分之一波片,把光源发出的光全部调整照射到投影芯片上,调制成图像后,再由投影镜头投射出去,从而提高了投影机投影的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及投影机领域,主要涉及一种LED作为光源的LED投影机光学***。
背景技术
近两年来,采用LED作为投影机光源的技术发展迅速,投影机趋于小型化,便于携带,给人们的工作生活带来了许多便利,深受人们欢迎。在这样的形势下,许多投影机厂商都非常重视便携式投影机的开发,争先恐后地生产出采用LED作为光源的便携投影机,其中有使用DLP(Digital Light Processing,数字光处理)投影芯片,也有使用LCD(LiquidCrystal Display,液晶显示)投影芯片,还有使用LcoS(Liquid crystal on silicon,反射型液晶),这些投影机的共同特点就是体积小巧,便于携带使用。
LED是英文Light Emitting Diode的缩写,即发光二极管,这种技术很早以前就开始应用在显示和照明领域。它的核心元件是一块电致发光的半导体晶片,在它的两端加上正向电压后,半导体晶片可以发出光线。LED的发光原理不同于传统的荧光灯和白炽灯等,它的发热量较低,因此使用寿命很长,一般可以达到几万个小时以上。
采用LED作为光源的投影机具有寿命长(几乎不需要更换灯泡)、功耗低、体积小和成本低等显著的优点,是未来投影机发展的重点方向之一。但目前LED投影机仍然存在一些问题,比如投影图像的亮度还较低,无法应用在较大型的商业和教育的应用。
上述提到的三种投影芯片中,DLP投影芯片是偏振无关的,LCD和LCoS投影芯片都是偏振相关的。在使用LCD和LCoS投影芯片技术时,只有与LCD和LCoS投影芯片对应的偏振方向的光,才能被用来投影,即由LED光源所发出的自然偏振状态的光只有一半可以被利用,这样必然导致光源的利用率大幅度下降。
发明内容
本发明目的是提供了一种结构简单、体积较小,并且投影图像的亮度提高的LED投影机光学***,该***可以把LED所发出的自然偏振光转化为符合LCoS或LCD投影芯片的线偏振状态的光,提高光能的利用率和投影的亮度。
本发明采用以下技术方案:投影机光学***包括LED光源、光导管或反光杯、聚焦透镜、投影芯片以及投影镜头,其中在聚焦透镜与投影芯片之间设置两个偏振分束器,并在第二个偏振分束器的输出端、与投影芯片相反方向设有四分之一波片,四分之一波片远离偏振分束器的输出端的面上镀全反射膜。
上述的两个偏振分束器由三个棱镜构成,第一个棱镜和第二个棱镜的连接面上镀有分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射,第三个棱镜和第一个棱镜的连接面上镀有相同的分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射,三个棱镜的连接面与光的方向形成45°夹角。
上述的三个棱镜独立放置或胶合成一体。
上述的四分之一波片独立放置或与第一个棱镜胶合成一体。
上述的两个偏振分束器或者由两个线栅偏振分束器构成,对偏振方向平行于线栅方向的光透过,对偏振方向垂直于线栅方向的光被反射,第一个线栅偏振分束器与光的方向形成45°夹角,第二个线栅偏振分束器与第一个线栅偏振分束器形成90°。
上述的两个偏振分束器或者由两个镀有偏振分光膜的平行玻璃板或者偏振分光薄膜等具有相同功能的光学元件构成。
上述的投影芯片采用LCD或LCoS投影芯片。
当上述的投影芯片采用LCoS投影芯片时,第二个棱镜的光出射面与第一个棱镜和第三个棱镜连接的面在同一个面上,并与第三个棱镜连接,连接面上镀有相同的分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射。
当上述的投影芯片采用LCoS投影芯片时,第一个线栅偏振分束器的一端与第二个线栅偏振分束器的中间点连接。
上述的光源出射的光线与LCoS投影芯片不垂直时,采用折光元件调整成垂直。
上述的LED光源包含发射红绿蓝三种以上颜色光的芯片,三色光在光导管或反光杯中整形和混合均匀后射出。
上述的LED光源中,三种以上颜色光分别由光导管或反光杯整形和混合均匀后,采用双色镜、折光元件将各种颜色的光合束。
本发明采用以上技术方案,使用了LED作为光源,并且采用LCoS或LCD投影芯片技术,利用两个偏振分束器对两个偏振方向光的分束作用和四分之一波片,把光源发出的光全部调整照射到投影芯片上,调制成图像后,再由投影镜头投射出去。从而提高了投影机投影的亮度。
附图说明
现结合附图对本发明做进一步祥述:
图1是本发明投影机光学***实施例一的结构示意图;
图2是本发明投影机光学***实施例二的结构示意图;
图3是本发明投影机光学***实施例三的结构示意图;
图4是本发明投影机光学***实施例四的结构示意图;
图5是本发明投影机光学***实施例五的结构示意图;
图6是本发明投影机光学***实施例六的结构示意图
图7是本发明投影机光学***实施例七的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1或2所示,本发明包括光源111、光导管或反光杯112、聚焦透镜113、投影芯片118以及投影镜头119,其中在聚焦透镜113与投影芯片118之间设置两个偏振分束器114、115,并在第二个偏振分束器114、115的输出端、与投影芯片118相反方向设有四分之一波片117,四分之一波片117远离偏振分束器115的输出端的面上镀全反射膜M。投影芯片118采用LCoS投影芯片1181,两个偏振分束器114、115由三个棱镜构成,第一个棱镜121和第二个棱镜122的连接面上镀有分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射,构成偏振分束器114,第三个棱镜121和第一个棱镜123的连接面上镀有相同的分光膜,第二个棱镜122的光出射面与第一个棱镜121和第三个棱镜123连接的面在同一个面上,并与第三个棱镜123连接,连接面上镀也有相同的分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射,两个连接面上的分光膜构成偏振分束器115,三个棱镜121、122、123的连接面与光的方向形成45°夹角,三个棱镜121、122、123可以独立放置,也可以胶合成一体,四分之一波片117独立放置或与第一个棱镜114胶合成一体。如图2所示,为了缩小***的体积,可以在透镜113和第一个棱镜114之间加入一个折光元件116,比如反射片或者反射棱镜等具有改变光方向作用的光学元件,把光路弯折,以减少光学***中的冗余空间,因此当光源1出射的光线与LCoS投影芯片1181不垂直时,均可采用折光元件116调整成垂直。
上述的投影机***,采用LED光源111,可以包含发射红绿蓝三种或三种以上不同颜色光的芯片的LED,LED光源111所发出的光线具有自然偏振态,同时具有很大的发散角,利用光导管或反光杯112,将LED光源111所发出的光线收集起来,并通过多次反射,使光束中的红绿蓝三种颜色混合均匀,光导管或反光杯112也可以用来缩小LED光源所发出的光束的发散角。聚焦透镜113设在光导管或反光杯112的输出端,缩小光束的发散角,同时使光束中的红绿蓝三色混合均匀。经过整形和混合均匀后的光束入射或经反射后入射到第一个棱镜121,通过偏振分束器114分为两束光,其中P偏振方向分量(以下简称为:P光)将通过偏振分束器114进入第二个棱镜122,射出进入LcoS投影芯片1181或再经第三个棱镜123后进入LcoS投影芯片1181,而S偏振方向分量(以下简称为:S光)将被偏振分束器114反射仍在第一个棱镜121内传播,至偏振分束器115,再次被反射输出,经第一个棱镜121进入四分之一波片117,S光穿过四分之一波片117后,在全反射膜M上被反射回来,再一次通过四分之一波片117,由于四分之一波片的位相延迟作用,S光经两次通过四分之一波片117的延迟作用后,出射光便成了P光,P光再通过第一个棱镜121,经偏振分束器115,进入第三个棱镜123后,射出汇入LcoS投影芯片1181上。LcoS投影芯片1181再对光束进行成像调制的同时,也会改变光束的偏振方向,因此从LcoS投影芯片1181上出射的光为S光。调制后的S光经第三个棱镜123入射到偏振分束器115上时,被反射后入射到投影镜头119上,由镜头119投影出去形成图像。如此,由偏振状态不匹配而引起的LCoS芯片118上的能量损耗可以被消除,即可提高了投影的亮度。
再请参阅图3所示,本发明LED光源111采用了三个分别发射红、绿、蓝三种颜色的LED芯片1111、1112和1113,红光LED芯片1112所发出的红色光经过光导管或反光杯1122和透镜1132被整形和混合均匀后,被折光元件1162反射到二色镜1161处,蓝光LED芯片1113所发出蓝色光经过光导管或反光杯1123和透镜1133被整形和混合均匀后,被折光元件1163反射到二色镜1161处与红光合光,绿光LED芯片1111所发出的绿色光经过光导管或反光杯1121和透镜1131被整形和混合均匀后,入射到二色镜1161处与红色、蓝色光合光。红、绿、蓝三色光合光后提供光源,光束入射到第一个棱镜114内,其后的光学***结构和工作原理与图1所示的光学***结构和工作原理。
又请参阅图4或5所示,本发明投影芯片118采用LCoS投影芯片,两个偏振分束器114、115由两个线栅偏振分束器124、125构成,线栅偏振分束器124、125的原理是对偏振方向平行于线栅方向的光透过,对偏振方向垂直于线栅方向的光被反射,第一个线栅偏振分束器124与光的方向形成45°夹角,第二个线栅偏振分束器125与第一个线栅偏振分束器124形成90°,第一个线栅偏振分束器124的一端与第二个线栅偏振分束器125的中间点连接。
如图4所示,LED光源111所发出红绿蓝三种颜色的光线具有自然偏振态,利用光导管或反光杯112,使光束中的红绿蓝三种颜色混合均匀,缩小光束的发散角。再经聚焦透镜113缩小光束的发散角,使光束中的红绿蓝三色混合均匀后,光束入射到第一个线栅偏振分束器124上,被分成P光和S光两束光。通过设定第一个线栅偏振分束器124的方向,可以使S光透过,而P光被反射。S光透过第一个线栅偏振分束器124后,入射到第二个线栅偏振分束器125上,P光被第一个线栅偏振分束器124反射后,也入射到第二个线栅偏振分束器125上。可以调整第二个线栅分束器125上的线栅的方向与第一个线栅偏振分束器124的方向相同或者相反,当二者方向相同时,可以使S光被透过第二个线栅分束器125,入射到LcoS投影芯片1181上,而P光被第二个线栅分束器125反射后,入射到四分之一波片117上,P光穿过四分之一波片117后,在全反射膜M上被反射回来,再一次通过四分之一波片117,由于四分之一波片的位相延迟作用,P光经两次通过四分之一波片117的延迟作用后,出射光便成了S光,S光入射到第二个线栅偏振分束器125上,透过第二个线栅分束器125,入射汇入LcoS投影芯片1181上。LcoS投影芯片1181再对光束进行成像调制的同时,也会改变光束的偏振方向,因此从LcoS投影芯片1181上出射的光为P光。调制后的P光经第二个线栅偏振分束器125,被反射后入射到投影镜头119上,由镜头119投影出去形成图像。如图5所示,当第二个线栅分束器125上的线栅的方向与第一个线栅偏振分束器124的方向相反时,LcoS投影芯片1181和投影镜头119的位置互换。
又请参阅图6或7所示,本发明投影芯片118采用LCD投影芯片1182,LCD投影芯片1182的原理是透射型,因此投影镜头119设在LCD投影芯片1182的透射方向。以上光学***结构中,光进入LCD投影芯片1182之前的结构可以与图1、2、3、4或5是相同的,由于LCD投影芯片1182与LcoS投影芯片1181的反射型原理不同,因此偏振分束器115不需要延伸到偏振分束器114的上方。
如图6所示,LED光源111所发出红绿蓝三种颜色的光线具有自然偏振态,利用光导管或反光杯112,使光束中的红绿蓝三种颜色混合均匀,缩小光束的发散角。再经聚焦透镜113缩小光束的发散角,使光束中的红绿蓝三色混合均匀后,光束入射到第一个棱镜121中。第一个棱镜121分别与第二个棱镜122和第三个棱镜123连接在一起,在连接面上都镀有偏振分光薄膜,构成偏振分束器114、115。当光束入射到第一个棱镜121中,首先会在第一个偏振分束器114上分光,其中P光将透过界面进入棱镜第二个122后,入射到LCD投影芯片1182上;而S光将被反射仍在第一个棱镜114中,进入第二个偏振分束器115后,再一次被反射,并入射到四分之一波片117上,经四分之一波片117上的全反射膜M反射后,再一次透过四分之一波片117。经过在四分之一波片117中的两次传播,原来的S光将转换成P光,入射到第一个棱镜121中,经偏振分束器115,也入射到LCD投影芯片1182上。光束经过LCD投影芯片1182的调制,从LCD投影芯片1182的另一端面透射出,并入射到投影镜头119上,由投影镜头119投影成图像。
如图7所示,LED光源111所发出红绿蓝三种颜色的光线具有自然偏振态,利用光导管或反光杯112,使光束中的红绿蓝三种颜色混合均匀,缩小光束的发散角。再经聚焦透镜113缩小光束的发散角,使光束中的红绿蓝三色混合均匀后,光束入射到第一个线栅偏振分束器124上,通过调整第一个线栅偏振分束器124上的线栅的方向,可以使P光反射,入射到LCD投影芯片1182上;而使S光透射,透射的S光入射到第二个线栅偏振分束器125上,通过调整第二个线栅偏振分束器125的线栅方向,可以使S光被反射到四分之一波片117上,再由四分之一波片117上的全反射膜M反射后,再次透过四分之一波片117,S光转变为P光,P光入射到第二个线栅偏振分束器125上时,可以透过第二个线栅偏振分束器125,入射到LCD投影芯片1182上。光束经过LCD投影芯片1182的调制,从LCD投影芯片1182的另一端出射,并入射到投影镜头119上,由投影镜头119投影成图像。
上述的两个偏振分束器114、115还可以由两个镀有偏振分光膜的平行玻璃板或者偏振分光薄膜等具有相同功能的光学元件构成来代替。
Claims (12)
1、一种LED投影机光学***,包括LED光源、光导管或反光杯、聚焦透镜、投影芯片以及投影镜头,其特征在于:在聚焦透镜与投影芯片之间设置两个偏振分束器,并在第二个偏振分束器的输出端、与投影芯片相反方向设有四分之一波片,四分之一波片远离偏振分束器的输出端的面上镀全反射膜。
2、根据权利要求1所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其两个偏振分束器由三个棱镜构成,第一个棱镜和第二个棱镜的连接面上镀有分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射,第三个棱镜和第一个棱镜的连接面上镀有相同的分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射,三个棱镜的连接面与光的方向形成45°夹角。
3、根据权利要求2所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其三个棱镜独立放置或胶合成一体。
4、根据权利要求1或2所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其四分之一波片独立放置或与第一个棱镜胶合成一体。
5、根据权利要求1所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其两个偏振分束器或者由两个线栅偏振分束器构成,对偏振方向平行于线栅方向的光透过,对偏振方向垂直于线栅方向的光被反射,第一个线栅偏振分束器与光的方向形成45°夹角,第二个线栅偏振分束器与第一个线栅偏振分束器形成90°。
6、根据权利要求1、2或5所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其两个偏振分束器或者由两个镀有偏振分光膜的平行玻璃板或者偏振分光薄膜等具有相同功能的光学元件构成。
7、根据权利要求1所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其投影芯片采用LCD或LCoS投影芯片。
8、根据权利要求2或7所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:当投影芯片采用LCoS投影芯片时,第二个棱镜的光出射面与第一个棱镜和第三个棱镜连接的面在同一个面上,并与第三个棱镜连接,连接面上镀有相同的分光膜,对其中一个偏振方向分量透射,对另一偏振方向分量反射。
9、根据权利要求5或7所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:当投影芯片采用LCoS投影芯片时,第一个线栅偏振分束器的一端与第二个线栅偏振分束器的中间点连接。
10、根据权利要求1所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其光源出射的光线与LCoS投影芯片不垂直时,采用折光元件调整成垂直。
11、根据权利要求1所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其LED光源包含发射红绿蓝三种以上颜色光的芯片,三色光在光导管或反光杯中整形和混合均匀后射出。
12、根据权利要求1所述的一种LED投影机光学***,其特征在于:其LED光源中,三种以上颜色光分别由光导管或反光杯整形和混合均匀后,采用双色镜、折光元件将各种颜色的光合束。
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101923272A (zh) * | 2009-06-12 | 2010-12-22 | 红蝶科技(深圳)有限公司 | 一种基于三色光源的微型投影光学引擎 |
CN103323958A (zh) * | 2013-06-22 | 2013-09-25 | 夏云 | 基于正交偏振合成的散斑消除装置 |
WO2014187107A1 (zh) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光线转换装置、背光模组及显示装置 |
CN106716186A (zh) * | 2014-09-24 | 2017-05-24 | 株式会社高永科技 | 光学图像检测装置 |
CN107113392A (zh) * | 2014-12-31 | 2017-08-29 | 3M创新有限公司 | 紧凑型投影***和相关部件 |
CN108776390A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-09 | 施轩杰 | 一种使用非严格分光棱镜的光学显示***方案 |
CN109283774A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-29 | 广景视睿科技(深圳)有限公司 | 一种投影镜头及投影*** |
CN109613703A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 重庆爱奇艺智能科技有限公司 | 一种基于折返光路的显示装置 |
WO2019080569A1 (zh) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 华为技术有限公司 | 一种投影器、摄像头模组和终端设备 |
-
2008
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101923272A (zh) * | 2009-06-12 | 2010-12-22 | 红蝶科技(深圳)有限公司 | 一种基于三色光源的微型投影光学引擎 |
WO2014187107A1 (zh) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光线转换装置、背光模组及显示装置 |
CN103323958A (zh) * | 2013-06-22 | 2013-09-25 | 夏云 | 基于正交偏振合成的散斑消除装置 |
CN106716186A (zh) * | 2014-09-24 | 2017-05-24 | 株式会社高永科技 | 光学图像检测装置 |
CN107113392A (zh) * | 2014-12-31 | 2017-08-29 | 3M创新有限公司 | 紧凑型投影***和相关部件 |
WO2019080569A1 (zh) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 华为技术有限公司 | 一种投影器、摄像头模组和终端设备 |
CN108776390A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-09 | 施轩杰 | 一种使用非严格分光棱镜的光学显示***方案 |
CN109283774A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-29 | 广景视睿科技(深圳)有限公司 | 一种投影镜头及投影*** |
CN109613703A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 重庆爱奇艺智能科技有限公司 | 一种基于折返光路的显示装置 |
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081112 |