本发明专利技术涉及一种微型单片ＬＣＯＳ投影光机，由投影镜头、ＰＢＳ分光镜、场镜以及ＬＣＯＳ芯片沿系统成像光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列，ＰＢＳ分光镜与成像光轴成４５度，光学引擎的照明系统由ＬＥＤ光源透镜、第一聚光镜、柱面透镜、第二聚光镜沿照明系统光轴顺序排列。照明系统光轴与成像光路光轴成９０度，其中，ＰＢＳ分光镜、场镜及ＬＣＯＳ芯片为成像光路和照明光路的共用部份。照明中心光束通过ＰＢＳ分光镜反射后再通过场镜垂直照射到ＬＣＯＳ芯片上，系统通过投影镜头沿成像光路的光轴作前后移动实现调焦，保证在不同的距离处实现清晰成像。该系统成本低、工艺性好，适应批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学仪器
，具体涉及一种适合内置于手机、数码相 机、掌上投影机等产品内的微型单片LCOS投影光机。
技术介绍
随着LED光源技术在近几年发展的突飞猛进，其用于微型投影仪的趋 势更是十分明显和潜力巨大，使得微型光学投影机在未来几年内将出现爆炸 式的市场需求。近年来，美国德州仪器公司专门针对微型投影领域开发了 0.17、 0.2等DMD微型芯片，但由于其DMD的高昂成本难以在短时间内 使微型投影光学引擎大规模进入市场。目前，台湾一些LCOS芯片厂家如立 景公司开发的0.38，，、0.44等单片微型LCOS芯片在成本上具有相当的优势, 使得单片LCOS微型光学引擎成为目前开发的热点，各种针对微型光引擎的 技术及相关产品层出不穷。目前，由于受LED光源的光效率限制，微型光 学引擎的光输出大多还在10流明以下，因此，为了提高微型光引擎的整体 性能，需要最大可能的提高相关元件的技术水平，同时，还要降低产品的成 本。在现有公开的关于微型单片LCOS的光学引擎文 中，由于LCOS使 用的是偏振光，因此，大部分采用的玻璃PBS棱镜系统，而玻璃PBS棱镜 为了保证性能的提高， 一般采用的是价格昂贵的肖特SF57材料，这在成本上是一个劣势。现在一些厂家也在积极开发价格十分便宜的塑料PBS膜用 于微型光学引擎产品，如美国的3M公司就拥有独家镀膜技术的塑料PBS 膜。另外，由于目前的LCOS芯片多长宽比为4: 3或16: 9,因此，为了 有效的利用光源能量，就存在对照明光束的整形问题， 一些厂家开发的微型 投影机出于成本的考虑，对照明光束缺少整形措施，这在一定程度上降低对 光源能量的利用效率。对于光引擎主要部件的投影镜头，为了保持在一定范 围的高质量成像， 一般将采用6-8片玻璃透镜，这对微型投影光引擎也带来 一定的成本压力，受光学扩展量的限制，投影光学镜头的相对口径不能大于 2.4，因此，投影镜头的设计方案十分重要。微型光学引擎在未来的发展中面临的技术问题主要有，系统的光输出偏 低，在有限的范围内如何降低系统的热量及整机的可靠性问题，这也是制约 微型光学引擎发展的瓶颈问题。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种能够与单片 LCOS数字图像芯片相匹配，采用单颗LED光源照明，可嵌入手机、数码 像机以及掌上投影仪，且结构紧凑、适合批量生产要求的单片LCOS微型光 学引擎。为达到这样的目的，本专利技术所提供的技术方案是该微型单片LCOS投 影光机，具有照明系统、PBS分光镜、场镜、LCOS芯片和投影镜头，其特 征在于所述投影镜头[LENS1、 PBS分光镜[U5卜场镜U6以及LCOS芯片[U7沿系统成像光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列；PBS分光镜[U5与 成像光轴成45度夹角；所述照明系统由LED光源透镜[U9、第1聚光镜UIO、柱面透镜[Ull、第2聚光镜[U12]沿照明系统光轴顺序排列，照明 系统光轴与成像光路光轴成卯度；所述PBS分光镜U5]、场镜以[U6及 LCOS芯片[U71为成像光路和照明光路的共用部份，照明中心光束通过PBS 分光镜U5反射后再通过场镜[U6垂直照射到LCOS芯片U7上，系统通 过投影镜头[LENS沿成像光路的光轴作前后移动实现调焦。所述投影镜头[LENS包括第一塑料非球面透镜[U1]、第二塑料非球面透 镜U21、第一胶合透镜[U3和第二胶合透镜U4，所述第一塑料非球面透镜 [Ul凹面与第二塑料非球面透镜[U2凹面相对，所述第一胶合透镜U31在 屏幕侧，焦距为正，第二胶合透镜[U41在像面侧，焦距为负，所述第一胶 合透镜U3与第二胶合透镜U4]胶合在一起。所述投影镜头[LENS]的焦距fl与场镜[U6的焦距f2均为正，并且满足 下列不等式0.45<fl/f2<0.63要求。所述柱面透镜[Ull的弯曲方向与照明光束的方向一致。所述投影镜头的镜筒5的侧面设有齿条，调焦轮4通过齿轮与齿条连接, 拨动调焦论4可带动镜筒5上下运动，实现投影镜头[LENS的调焦。采用上述技术方案的有益效果是该微型单片LC0S投影光机由照明系 统、PBS分光镜、场镜、LCOS芯片和投影镜头构成，微型单片LCOS投影 光机的照明系统由LED光源透镜[U9、聚光镜1[U10卜柱面透镜U11、聚光镜2[U12构成，柱面透镜[U11的弯曲方向与照明光束的方向一致，柱面 透镜在系统中的应用是对LED光源的光束进行整形，满足LCOS芯片的长 宽比，提高光能的利用率。同样，照明光束经过场镜后，各个视场的主光线 将垂直入射到LCOS芯片，提高光能的利用率。为了降低成本，在系统中不 采用价格昂贵的玻璃PBS棱镜，而是采用3M公司的塑料PBS膜板，其分 光性能满足系统使用要求，同时也使光引擎的重量减轻，制造工艺简单。由 于成像系统中采用的是塑料PBS膜板，PBS膜板在系统中需要与成像光轴 成45度角度，其厚度将会影响系统的成像质量，因此，在投影镜头的光学 设计时，需要考虑这种影响，将PBS带入到系统中进行优化，补偿PBS膜 板带来的影响，进一步提高图象清晰度。投影镜头中的第一、第二合透镜 [U3U4]构成一个胶合镜，第一胶合透镜[U3在屏幕侧，焦距为正，胶 合透镜2[U41在像面侧，焦距为负。塑料非球面透镜[U11凹面与塑料非球面 透镜[U21凹面相对，这样可以很好地保证镜头的装配精度及结构的简易性。 投影镜头的镜筒5的侧面设有齿条，调焦轮4通过齿轮与齿条连接，拨动调 焦论4可带动镜筒5上下运动，实现投影镜头[LENS]的调焦。保证在不同的 距离处实现清晰成像。该系统成本低、工艺性好，适应批量生产。另外，为 了在简化系统结构的前提下实现LOCS芯片远心照明，在LCOS芯片前放 置一透镜作为场镜，构成整个投影系统的成像部分，可保证系统得到更好的 像面照度均匀性，投影镜头LENS]的焦距fl与场镜[U6的焦距G均为正， 并且满足下列不等式0.45<fl/f2<0.63。投影镜头的镜筒5的侧面设有齿条，调焦轮4通过齿轮与 齿条连接，拨动调焦论4可带动镜筒5上下运动，实现投影镜头[LENS]的调 焦。对于不同投影距离，通过投影镜头[LENS在成像光路的光轴方向上前后 移动实现调焦，保证不同投影距离的清晰成像，也使调焦机构得到简化。 本专利技术的优点在于1、 系统中采用塑料非球面透镜和柱面透镜，对来自LED光源的光束 按照LCOS的长宽比进行光斑整形，提高的光的利用率，减少了系统杂光。2、 使用场镜方案一方面可以使投影镜头的结构更加简化，另一方面可 以使场镜在照明光束中发挥作用，对LED光源的光束利用更有保证，降低 了产品成本，简化了系统，同时也提高了装配效率。3、 系统中未采用价格昂贵的玻璃PBS棱镜，以塑料PBS薄膜代替，减 轻了系统重量，同时也进一步降低了成本。4、 本专利技术具有结构紧凑、调焦方便、投影图象清晰等特点。其成品体 积为35mmX40咖X 13咖。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施例作进一步详细的说明。图1是本专利技术的微型单片LCOS投影光机结构示意图。图2是本专利技术的微型单片LCOS投影光机光学系统图。图3是本专利技术的微型单片LCOS投影光机投影镜头光线轨迹图。图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微型单片ＬＣＯＳ投影光机，具有照明系统、ＰＢＳ分光镜、场镜、ＬＣＯＳ芯片和投影镜头，其特征在于：所述投影镜头［ＬＥＮＳ］、ＰＢＳ分光镜［Ｕ５］、场镜［Ｕ６］以及ＬＣＯＳ芯片［Ｕ７］沿系统成像光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列；ＰＢＳ分光镜［Ｕ５］与成像光轴成４５度夹角；所述照明系统由ＬＥＤ光源透镜［Ｕ９］、第１聚光镜［Ｕ１０］、柱面透镜［Ｕ１１］、第２聚光镜［Ｕ１２］沿照明系统光轴顺序排列，照明系统光轴与成像光路光轴成９０度；所述ＰＢＳ分光镜［Ｕ５］、场镜以［Ｕ６］及ＬＣＯＳ芯片［Ｕ７］为成像光路和照明光路的共用部份，照明中心光束通过ＰＢＳ分光镜［Ｕ５］反射后再通过场镜［Ｕ６］垂直照射到ＬＣＯＳ芯片［Ｕ７］上，系统通过投影镜头［ＬＥＮＳ］沿成像光路的光轴作前后移动实现调焦。
【技术特征摘要】
1、一种微型单片LCOS投影光机，具有照明系统、PBS分光镜、场镜、LCOS芯片和投影镜头，其特征在于所述投影镜头[LENS]、PBS分光镜[U5]、场镜[U6]以及LCOS芯片[U7]沿系统成像光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列；PBS分光镜[U5]与成像光轴成45度夹角；所述照明系统由LED光源透镜[U9]、第1聚光镜[U10]、柱面透镜[U11]、第2聚光镜[U12]沿照明系统光轴顺序排列，照明系统光轴与成像光路光轴成90度；所述PBS分光镜[U5]、场镜以[U6]及LCOS芯片[U7]为成像光路和照明光路的共用部份，照明中心光束通过PBS分光镜[U5]反射后再通过场镜[U6]垂直照射到LCOS芯片[U7]上，系统通过投影镜头[LENS]沿成像光路的光轴作前后移动实现调焦。2、 根据权利要求1所述的微型单片LC0S投影光机，其特征在于所述投影镜头LENS包括第一塑料非球面...
【专利技术属性】
技术研发人员：许东升，
申请(专利权)人：南阳市海科光电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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